JP2015135366A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の光変調器を提供する。
【解決手段】光変調器は、外部から入力される変調信号に応じて入力光を偏波変調する偏波変調素子１と、この偏波変調素子１から出力された光信号を互いに直交する２つの偏波成分に分離する偏波分離器２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光変調器に関するものである。

通信サービスの高速化のため、偏波多重ＩＱ（In phase,Quadrature phase）変調器による偏波多重光ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調方式や偏波多重光ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying ）変調方式等の多値伝送方式による伝送サービスが始まっている。サービス提供に併せ、トランシーバの開発が各ベンダにて進められており、特にトランシーバの小型化に向けた研究開発が進んでいる。トランシーバにおいて使用される光デバイスとしては、ＩＴＬＡ（Integrated Tunable Laser Assembly）、偏波多重光ＩＱ変調器、コヒーレント受信器があり、特に偏波多重ＩＱ変調器は大きな面積を占めている。

偏波多重光ＩＱ変調器は、一般的に図１４に示すような構成となっている（非特許文献１参照）。偏波多重光ＩＱ変調器は、光分波器１００と、Ｘ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｘと、Ｙ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｙと、偏波合波器１０２とを備えている。Ｘ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｘは、光分波器１０３−Ｘと、Ｉ側マッハツェンダ（以下、ＭＺ）型変調器１０４−Ｘと、Ｑ側ＭＺ型光変調器１０５−Ｘと、光合波器１０６−Ｘとから構成される。Ｙ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｙは、光分波器１０３−Ｙと、Ｉ側ＭＺ型光変調器１０４−Ｙと、Ｑ側ＭＺ型光変調器１０５−Ｙと、光合波器１０６−Ｙと、偏波回転素子１０７−Ｙとから構成される。

Ｉ側ＭＺ型光変調器１０４−Ｘは、光分波器１０８−Ｘと、変調部１０９−Ｘ，１１０−Ｘと、光合波器１１１−Ｘとから構成される。Ｑ側ＭＺ型光変調器１０５−Ｘは、光分波器１１２−Ｘと、変調部１１３−Ｘ，１１４−Ｘと、光合波器１１５−Ｘと、位相シフタ１１６−Ｘとから構成される。Ｉ側ＭＺ型光変調器１０４−Ｙは、光分波器１０８−Ｙと、変調部１０９−Ｙ，１１０−Ｙと、光合波器１１１−Ｙとから構成される。Ｑ側ＭＺ型光変調器１０５−Ｙは、光分波器１１２−Ｙと、変調部１１３−Ｙ，１１４−Ｙと、光合波器１１５−Ｙと、位相シフタ１１６−Ｙとから構成される。

このように、従来の偏波多重光ＩＱ変調器では、ＭＺ型光変調器１０４−Ｘ，１０５−Ｘを２本並べてＸ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｘを構成すると共に、ＭＺ型光変調器１０４−Ｙ，１０５−Ｙを２本並べてＹ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｙを構成し、片方の偏波（ここではＸ偏波と呼称）に対して直交した偏波状態（ここではＹ偏波と呼称）にするために、Ｙ偏波側光ＩＱ変調器１０１−Ｙの出力側に偏波回転素子１０７−Ｙを設けた構成をとっている。

Eiichi Yamada et al.，"112-Gb/s InP DP-QPSK modulator integrated with a silica-PLC polarization multiplexing circuit"，OFC 2012，PDP5A.9，2012

図１４に示したように、ＭＺ型光変調器を複数並べた構成では、複数の導波路を作製する必要があることと、偏波回転素子を別途実装する必要があることから、大きな面積を必要とし、光ＩＱ変調器の小型化が難しいという問題点があった。
なお、以上の問題点は光ＢＰＳＫ変調器においても同様に発生する。

本発明は、上記の点に鑑みて発明されたものであり、より小型な光変調器を提供することを目的とする。

本発明の光変調器は、入力光を２つに分波する第１の光分波器と、Ｘ偏波側の変調信号に応じて前記第１の光分波器からの入力光を偏波変調するＸ偏波側光変調器と、前記Ｘ偏波側と偏波状態が直交するＹ偏波側の変調信号に応じて前記第１の光分波器からの入力光を偏波変調するＹ偏波側光変調器と、前記Ｘ偏波側光変調器から出力されたＸ偏波成分と前記Ｙ偏波側光変調器から出力されたＹ偏波成分とを合波する偏波合波器とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の光変調器の１構成例において、前記Ｘ偏波側光変調器は、前記第１の光分波器からの入力光を２つに分波する第２の光分波器と、Ｘ偏波側Ｉ変調信号に応じて前記第２の光分波器からの入力光を偏波変調する第１のＩ側偏波変調素子と、Ｘ偏波側Ｑ変調信号に応じて前記第２の光分波器からの入力光を偏波変調する第１のＱ側偏波変調素子と、この第１のＱ側偏波変調素子から出力された光信号の位相を前記第１のＩ側偏波変調素子から出力される光信号の位相に対し９０度シフトさせる第１の位相シフタと、前記第１のＩ側偏波変調素子から出力された光信号と前記第１の位相シフタから出力された光信号とを合波する第１の光合波器とから構成され、前記Ｙ偏波側光変調器は、前記第１の光分波器からの入力光を２つに分波する第３の光分波器と、Ｙ偏波側Ｉ変調信号に応じて前記第３の光分波器からの入力光を偏波変調する第２のＩ側偏波変調素子と、Ｙ偏波側Ｑ変調信号に応じて前記第３の光分波器からの入力光を偏波変調する第２のＱ側偏波変調素子と、この第２のＱ側偏波変調素子から出力された光信号の位相を前記第２のＩ側偏波変調素子から出力される光信号の位相に対し９０度シフトさせる第２の位相シフタと、前記第２のＩ側偏波変調素子から出力された光信号と前記第２の位相シフタから出力された光信号とを合波する第２の光合波器とから構成されることを特徴とするものである。

また、本発明の光変調器は、外部から入力される変調信号に応じて入力光を偏波変調する偏波変調素子を含む変調器と、この変調器から出力された光信号を互いに直交する２つの偏波成分に分離する偏波分離器とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光変調器は、さらに、入力光を２つに分波する光分波器を備え、前記変調器は、Ｉ変調信号に応じて前記光分波器からの入力光を偏波変調するＩ側偏波変調素子と、Ｑ変調信号に応じて前記光分波器からの入力光を偏波変調するＱ側偏波変調素子と、このＱ側偏波変調素子から出力された光信号の位相を前記Ｉ側偏波変調素子から出力される光信号の位相に対し９０度シフトさせる位相シフタと、前記Ｉ側偏波変調素子から出力された光信号と前記位相シフタから出力された光信号とを合波する光合波器とから構成されることを特徴とするものである。

また、本発明の光変調器の１構成例において、前記偏波変調素子は、電界を印加すると入力偏波に対し光学軸が４５度傾く媒質で構成されている。
また、本発明の光変調器の１構成例において、前記偏波変調素子は、偏波変調素子の初期偏波状態を制御するためのバイアス信号が入力される第１の電極と、前記変調信号が入力される第２の電極とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光変調器の１構成例は、さらに、偏波変調素子毎に設けられ、偏波変調素子の初期偏波状態を制御するためのバイアス信号と前記変調信号とを合波するバイアスティを備え、前記偏波変調素子は、前記バイアスティの出力信号が入力される電極を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光変調器の１構成例において、前記第１の光分波器は、２×２ＭＭＩカプラで構成される。

本発明によれば、第１の光分波器とＸ偏波側光変調器とＹ偏波側光変調器と偏波合波器とを設けることにより、ＭＺ型光変調器を用いずに偏波多重光ＢＰＳＫ変調器を実現することができ、従来よりも小型の偏波多重光ＢＰＳＫ変調器を実現することができる。

また、本発明では、Ｘ偏波側光変調器を第２の光分波器と第１のＩ側偏波変調素子と第１のＱ側偏波変調素子と第１の位相シフタと第１の光合波器とから構成し、Ｙ偏波側光変調器を第３の光分波器と第２のＩ側偏波変調素子と第２のＱ側偏波変調素子と第２の位相シフタと第２の光合波器とから構成することにより、ＭＺ型光変調器を用いずに偏波多重光ＩＱ変調器を実現することができ、従来よりも小型の偏波多重光ＩＱ変調器を実現することができる。さらに、本発明では、Ｘ偏波側光変調器とＹ偏波側光変調器において、偏波状態が互いに直交状態となるように適切なバイアス信号をＸ偏波側光変調器とＹ偏波側光変調器のそれぞれに印加することにより、従来の偏波多重光ＩＱ変調器で必要であった偏波回転素子を省くことができる。

また、本発明では、偏波変調素子を含む変調器と偏波分離器とを設けることにより、ＭＺ型光変調器を用いずに光ＢＰＳＫ変調器を実現することができ、従来よりも小型の光ＢＰＳＫ変調器を実現することができる。

また、本発明では、さらに光分波器を設け、変調器をＩ側偏波変調素子とＱ側偏波変調素子と位相シフタと光合波器とから構成することにより、ＭＺ型光変調器を用いずに光ＩＱ変調器を実現することができ、従来よりも小型の光ＩＱ変調器を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光ＢＰＳＫ変調器の原理を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光ＢＰＳＫ変調器の原理を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に係る偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。 光ＢＰＳＫ変調器の出力偏波とバイアス信号との関係を説明する図である。 本発明の第６の実施の形態に係る偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施の形態に係る偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施の形態に係る偏波多重光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第９の実施の形態に係る偏波多重光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る偏波多重光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。 従来の偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。本実施の形態の光ＢＰＳＫ変調器は、外部から入力されるバイアス信号および変調信号に応じて入力光を偏波変調する偏波変調素子１と、偏波変調素子１から出力された光信号を互いに直交する２つの偏波成分に分離する偏波分離器２とから構成される。図１における３，４は偏波変調素子１の電極である。

偏波変調素子１の電極３には、偏波変調素子１の初期偏波状態を制御するための直流のバイアス信号が入力され、偏波変調素子１の電極４には、偏波変調素子１に入力される光に対して偏波変調を行うための変調信号が入力される。偏波変調素子１にバイアス信号および変調信号を与えることにより、偏波変調素子１に入力される光に偏波変調を与える。これにより、偏波変調素子１から偏波変調信号が出力される。このような偏波変調素子１については、文献「Jeffrey D. Bull，et al.，“40 GHz electro-optic polarization modulator for fiber optic communications systems”，Proceedings of SPIE，Vol.5577，p.133-143，2004」に開示されている。偏波変調素子１から出力された偏波変調信号は、偏波分離器２を通り光変調信号として出力される。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）は本実施の形態の光ＢＰＳＫ変調器の原理を説明する図であり、電界を加えると軸（ｘ’，ｙ’）においてプッシュプルに屈折率が変化する偏波変調素子１における屈折率の変化を説明する図である。偏波変調素子１は、電界を印加すると入力偏波に対し光学軸が４５度傾く媒質で構成されている。偏波変調素子１の変調部に電界Ｖ₀がかかっているとき、偏波変調素子１の進行方向における屈折率楕円体は真円の状態とする（図２（Ａ））。偏波変調素子１の変調部に任意の電界Ｖ₀±Ｖ_aがかかった場合、屈折率楕円体はプラス４５度もしくはマイナス４５度傾いた状態で楕円状に変化する（図２（Ｂ））。

楕円の短軸方向をｘ’、長軸方向をｙ’、電界Ｖ₀がかかっているときの偏波変調素子１のｘ軸方向の屈折率およびｙ軸方向の屈折率をｎとすると、電界Ｖ₀±Ｖ_aがかかっているときの偏波変調素子１のｘ’方向の屈折率ｎ_x’はｎ−δｎ_a、電界Ｖ₀±Ｖ_aがかかっているときの偏波変調素子１のｙ’方向の屈折率ｎ_y’はｎ＋δｎ_aとなる。δは偏波変調素子１の構造や材料によって決まる係数、ｎ_aはＶ_aの大きさに比例して変化する変数である。

偏波変調素子１に入力する光波の偏波軸がｙ軸方向とすると、屈折率楕円体の影響により、ｘ’軸方向の成分は屈折率が低いため元の光波に対し位相が進む。ｙ’軸方向の成分は屈折率が高いため、元の光波に対し位相が遅れる。ｘ’軸方向の成分とｙ’軸方向の成分が合波すると、元の偏波状態とは異なった偏波状態となる。なお、偏波変調素子１に入力する光波の偏波軸はｘ軸方向でもよい。偏波変調素子１の屈折率は偏波変調素子１に与えられる電界の大きさに比例し、また偏波変調素子１の屈折率が変わる領域は偏波変調素子１の作用長に比例することから、電界Ｖ₀±Ｖ_aと偏波変調素子１の作用長を変えることで、ポアンカレ球の経線方向における任意の偏波を作り出すことができる。そして、電界Ｖ₀はバイアス信号によって設定することができ、電界（±Ｖ_a）は変調信号によって設定することができる。

図１および図３（Ａ）に示す本実施の形態の光ＢＰＳＫ変調器の偏波変調素子１からの光出力Ｅ_outx，Ｅ_outyを式（１）に示し、図３（Ｂ）に示す従来のＭＺ型光変調器２００での光ＢＰＳＫ信号の出力Ｅ_out1を式（２）に示す。

式（１）、式（２）におけるＥ_inは本実施の形態の光ＢＰＳＫ変調器およびＭＺ型光変調器２００への光入力、±θは本実施の形態の光ＢＰＳＫ変調器およびＭＺ型光変調器２００に入力される変調信号の位相、Ｅ_inyはｙ軸方向の光の成分、Ｅ_outxは偏波変調素子１のｘ偏波側の光出力、Ｅ_outyは偏波変調素子１のｙ偏波側の光出力である。

式（１）のｙ軸側成分Ｅ_outyと式（２）の光出力Ｅ_out1とは同一である。したがって、偏波変調素子１の出力を偏波分離器２に通すことで、光ＢＰＳＫ変調信号となることから、図１に示した構成をとることで、ＭＺ型光変調器を用いずに光ＢＰＳＫ変調器を実現することができる。すなわち、偏波分離器２は、偏波変調素子１から出力された、互いに直交するｘ軸側成分Ｅ_outxとｙ軸側成分Ｅ_outyとを分離し、分離した一方の偏波成分（ここではｙ軸側成分Ｅ_outy）を光変調信号として出力すればよい。なお、偏波分離器２は偏光子でもよい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の光ＢＰＳＫ変調器は、偏波変調素子１と、偏波分離器２と、バイアスティ（Bias Tee）５とから構成される。本実施の形態では、偏波変調素子１は１つの電極６を備えている。

バイアスティ５は、外部から入力されるバイアス信号と変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号に変調信号が重畳された信号がバイアスティ５から出力される。偏波変調素子１は、バイアスティ５の出力信号に応じて、図示しない光源からの入力光を偏波変調する。その他の構成は第１の実施の形態で説明したとおりである。
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ＭＺ型光変調器を用いずに光ＢＰＳＫ変調器を実現することができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は本発明の第３の実施の形態に係る光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。本実施の形態の光ＩＱ変調器は、入力光を２つに分波する光分波器１０と、Ｉ変調信号に応じて光分波器１０からの入力光を偏波変調するＩ側光変調器１１−Ｉと、Ｑ変調信号に応じて光分波器１０からの入力光を偏波変調するＱ側光変調器１１−Ｑと、Ｉ側光変調器１１−Ｉから出力された光信号とＱ側光変調器１１−Ｑから出力された光信号とを合波する光合波器３２と、合波された光信号を互いに直交する２つの偏波成分に分離する偏波分離器１２とから構成される。

光分波器１０は、入力光を２つに分波する。Ｉ側光変調器１１−Ｉは、直流のバイアス信号およびＩ変調信号に応じて、光分波器１０からの入力光を偏波変調する。Ｉ側光変調器１１−Ｉは、Ｉ側偏波変調素子１３−Ｉから構成される。Ｉ側偏波変調素子１３−Ｉの電極１５−Ｉにはバイアス信号が入力され、Ｉ側偏波変調素子１３−Ｉの電極１６−ＩにはＩ変調信号が入力される。Ｉ側偏波変調素子１３−Ｉの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

一方、Ｑ側光変調器１１−Ｑは、直流のバイアス信号およびＱ変調信号に応じて、光分波器１０からの入力光を偏波変調する。Ｑ側光変調器１１−Ｑは、Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑと、位相シフタ１４とから構成される。Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑの電極１５−Ｑにはバイアス信号が入力され、Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑの電極１６−ＱにはＱ変調信号が入力される。Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

位相シフタ１４は、Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑから出力される光信号の位相をＩ側偏波変調素子１３−Ｉから出力される光信号の位相に対しπ／２（９０度）だけシフトさせる。こうして、Ｉ側光変調器１１−Ｉから出力される光信号の位相とＱ側光変調器１１−Ｑから出力される光信号の位相の差が９０度になるように、Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑの出力光に適切な遅延量を与えることができる。

光合波器３２は、Ｉ側光変調器１１−Ｉから出力される光信号とＱ側光変調器１１−Ｑから出力される光信号とを合波する。偏波分離器１２は、光合波器３２によって合波された光信号を互いに直交する２つの偏波成分に分離し、分離した一方の偏波成分（例えばｙ軸側成分）を光ＩＱ変調信号として出力すればよい。
こうして、本実施の形態では、ＭＺ型光変調器を用いずに光ＩＱ変調器を実現することができる。なお、偏波分離器１２は偏光子でもよい。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６は本発明の第４の実施の形態に係る光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図であり、図５と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の光ＩＱ変調器は、光分波器１０と、Ｉ側光変調器１１−Ｉと、Ｑ側光変調器１１−Ｑと、光合波器３２と、偏波分離器１２と、バイアスティ１７−Ｉ，１７−Ｑとから構成される。本実施の形態では、偏波変調素子１３−Ｉ，１３−Ｑは、それぞれ電極１８−Ｉ，１８−Ｑを１つずつ備えている。

バイアスティ１７−Ｉは、外部から入力されるバイアス信号とＩ変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＩ変調信号が重畳された信号がバイアスティ１７−Ｉから出力される。Ｉ側偏波変調素子１３−Ｉは、バイアスティ１７−Ｉの出力信号に応じて、図示しない光源からの入力光を偏波変調する。Ｉ側偏波変調素子１３−Ｉの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

同様に、バイアスティ１７−Ｑは、バイアス信号とＱ変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＱ変調信号が重畳された信号がバイアスティ１７−Ｑから出力される。Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑは、バイアスティ１７−Ｑの出力信号に応じて、入力光を偏波変調する。Ｑ側偏波変調素子１３−Ｑの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。
その他の構成は第３の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第３の実施の形態と同様に、ＭＺ型光変調器を用いずに光ＩＱ変調器を実現することができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図７は本発明の第５の実施の形態に係る偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図である。本実施の形態の偏波多重光ＩＱ変調器は、入力光を２つに分波する光分波器２０と、Ｘ偏波側の変調信号に応じて光分波器２０からの入力光を偏波変調するＸ偏波側光変調器２１−Ｘと、Ｘ偏波側と偏波状態が直交するＹ偏波側の変調信号に応じて光分波器２０からの入力光を偏波変調するＹ偏波側光変調器２１−Ｙと、Ｘ偏波側光変調器２１−Ｘから出力されたＸ偏波成分とＹ偏波側光変調器２１−Ｙから出力されたＹ偏波成分とを合波する偏波合波器２２とから構成される。

Ｘ偏波側光変調器２１−Ｘは、光分波器２３−Ｘと、Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩと、Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱと、位相シフタ２５−Ｘと、光合波器２６−Ｘとから構成される。Ｙ偏波側光変調器２１−Ｙは、光分波器２３−Ｙと、Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩと、Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱと、位相シフタ２５−Ｙと、光合波器２６−Ｙとから構成される。

光分波器２０は、入力光を２つに分波する。Ｘ偏波側光変調器２１−Ｘの光分波器２３−Ｘは、さらに光分波器２０からの入力光を２つに分波する。Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩは、直流のバイアス信号およびＸ偏波側Ｉ変調信号に応じて、光分波器２３−Ｘからの入力光を偏波変調する。Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩの電極２７−ＸＩにはバイアス信号が入力され、Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩの電極２８−ＸＩにはＸ偏波側Ｉ変調信号が入力される。Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱは、直流のバイアス信号およびＸ偏波側Ｑ変調信号に応じて、光分波器２３−Ｘからの入力光を偏波変調する。Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱの電極２７−ＸＱにはバイアス信号が入力され、Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱの電極２８−ＸＱにはＸ偏波側Ｑ変調信号が入力される。Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

位相シフタ２５−Ｘは、Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱから出力される光信号の位相をＩ側偏波変調素子２４−ＸＩから出力される光信号の位相に対し９０度だけシフトさせる。こうして、Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩから出力される光信号の位相とＱ側偏波変調素子２４−ＸＱから出力される光信号の位相の差が９０度になるように、Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱの出力光に適切な遅延量を与えることができる。
光合波器２６−Ｘは、Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩから出力される光信号と位相シフタ２５−Ｘから出力される光信号とを合波する。

一方、Ｙ偏波側光変調器２１−Ｙの光分波器２３−Ｙは、光分波器２０からの入力光を２つに分波する。Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩは、直流のバイアス信号およびＹ偏波側Ｉ変調信号に応じて、光分波器２３−Ｙからの入力光を偏波変調する。Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩの電極２７−ＹＩにはバイアス信号が入力され、Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩの電極２８−ＹＩにはＹ偏波側Ｉ変調信号が入力される。Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱは、直流のバイアス信号およびＹ偏波側Ｑ変調信号に応じて、光分波器２３−Ｙからの入力光を偏波変調する。Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱの電極２７−ＹＱにはバイアス信号が入力され、Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱの電極２８−ＹＱにはＹ偏波側Ｑ変調信号が入力される。Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

位相シフタ２５−Ｙは、Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱから出力される光信号の位相をＩ側偏波変調素子２４−ＹＩから出力される光信号の位相に対し９０度だけシフトさせる。こうして、Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩから出力される光信号の位相とＱ側偏波変調素子２４−ＹＱから出力される光信号の位相の差が９０度になるように、Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱの出力光に適切な遅延量を与えることができる。
光合波器２６−Ｙは、Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩから出力される光信号と位相シフタ２５−Ｙから出力される光信号とを合波する。

偏波合波器２２は、Ｘ偏波側光変調器２１−Ｘから出力されるＸ偏波成分とＹ偏波側光変調器２１−Ｙから出力されるＹ偏波成分とを合波する。
図８に示すように、光ＢＰＳＫ変調器から出力される偏波はバイアス信号の大小により出力される偏波が異なる。バイアス信号の電圧がＶｂｉａｓｘの場合、変調信号を印加することでＸ偏波が変調され出力される。バイアス信号の出力がＶｂｉａｓｙの場合、変調信号を印加することでＹ偏波が変調され出力される。なお、図８での光振幅は、偏波変調素子２４−ＸＩ，２４−ＸＱ，２４−ＹＩ，２４−ＹＱの出力に偏波分離器があると仮定したときの偏波分離器の各偏波の出力の振幅を表している。

したがって、偏波変調素子２４−ＸＩ，２４−ＸＱに与えるバイアス信号を調整することにより、偏波変調素子２４−ＸＩ，２４−ＸＱではＸ偏波が変調され出力されるようにすることができ、偏波変調素子２４−ＹＩ，２４−ＹＱに与えるバイアス信号を調整することにより、偏波変調素子２４−ＹＩ，２４−ＹＱではＹ偏波が変調され出力されるようにすることができる。
こうして、本実施の形態では、ＭＺ型光変調器を用いずに偏波多重光ＩＱ変調器を実現することができ、さらに従来の偏波多重光ＩＱ変調器で必要であった偏波回転素子を省くことができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図９は本発明の第６の実施の形態に係る偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図であり、図７と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の偏波多重光ＩＱ変調器は、光分波器２０と、Ｘ偏波側光変調器２１−Ｘと、Ｙ偏波側光変調器２１−Ｙと、偏波合波器２２と、バイアスティ２９−ＸＩ，２９−ＸＱ，２９−ＹＩ，２９−ＹＱとから構成される。本実施の形態では、偏波変調素子２４−ＸＩ，２４−ＸＱ，２４−ＹＩ，２４−ＹＱは、それぞれ電極３０−ＸＩ，３０−ＸＱ，３０−ＹＩ，３０−ＹＱを１つずつ備えている。

バイアスティ２９−ＸＩは、外部から入力されるバイアス信号とＸ偏波側Ｉ変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＸ偏波側Ｉ変調信号が重畳された信号がバイアスティ２９−ＸＩから出力される。Ｉ側偏波変調素子２４−ＸＩは、バイアスティ２９−ＸＩの出力信号に応じて、光分波器２３−Ｘからの入力光を偏波変調する。本実施の形態のＩ側偏波変調素子２４−ＸＩの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

同様に、バイアスティ２９−ＸＱは、バイアス信号とＸ偏波側Ｑ変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＸ偏波側Ｑ変調信号が重畳された信号がバイアスティ２９−ＸＱから出力される。Ｑ側偏波変調素子２４−ＸＱは、バイアスティ２９−ＸＱの出力信号に応じて、光分波器２３−Ｘからの入力光を偏波変調する。本実施の形態のＱ側偏波変調素子２４−ＸＱの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

また、バイアスティ２９−ＹＩは、バイアス信号とＹ偏波側Ｉ変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＹ偏波側Ｉ変調信号が重畳された信号がバイアスティ２９−ＹＩから出力される。Ｉ側偏波変調素子２４−ＹＩは、バイアスティ２９−ＹＩの出力信号に応じて、光分波器２３−Ｙからの入力光を偏波変調する。本実施の形態のＩ側偏波変調素子２４−ＹＩの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

同様に、バイアスティ２９−ＹＱは、バイアス信号とＹ偏波側Ｑ変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＹ偏波側Ｑ変調信号が重畳された信号がバイアスティ２９−ＹＱから出力される。Ｑ側偏波変調素子２４−ＹＱは、バイアスティ２９−ＹＱの出力信号に応じて、光分波器２３−Ｙからの入力光を偏波変調する。本実施の形態のＱ側偏波変調素子２４−ＹＱの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

その他の構成は第５の実施の形態で説明したとおりである。本実施の形態においても、バイアスティ２９−ＸＩ，２９−ＸＱに与えるバイアス信号を調整することにより、偏波変調素子２４−ＸＩ，２４−ＸＱではＸ偏波が変調され出力されるようにすることができ、バイアスティ２９−ＹＩ，２９−ＹＱに与えるバイアス信号を調整することにより、偏波変調素子２４−ＹＩ，２４−ＹＱではＹ偏波が変調され出力されるようにすることができる。こうして、本実施の形態では、第５の実施の形態と同様に、ＭＺ型光変調器を用いずに偏波多重光ＩＱ変調器を実現することができ、従来の偏波多重光ＩＱ変調器で必要であった偏波回転素子を省くことができる。

［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第７の実施の形態に係る偏波多重光ＩＱ変調器の構成を示すブロック図であり、図７と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の偏波多重光ＩＱ変調器は、Ｘ偏波側光変調器２１−Ｘと、Ｙ偏波側光変調器２１−Ｙと、偏波合波器２２と、２×２ＭＭＩ（MultiMode Interference）カプラ３１とから構成される。

本実施の形態は、第５の実施の形態の光分波器２０として２×２ＭＭＩカプラ３１を用いたものである。２×２ＭＭＩカプラ３１の光が入力される入力ポートと同じ側にある出力ポート（スルーポート）からの光は光分波器２３−Ｘに入力され、２×２ＭＭＩカプラ３１の入力ポートと反対側にある出力ポート（クロスポート）からの光は光分波器２３−Ｙに入力される。その他の構成は第５の実施の形態で説明したとおりである。なお、第６の実施の形態の光分波器２０として２×２ＭＭＩカプラ３１を用いてもよいことは言うまでもない。

［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１１は本発明の第８の実施の形態に係る偏波多重光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図であり、図５と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の偏波多重光ＢＰＳＫ変調器は、光分波器１０と、Ｘ偏波側の変調信号に応じて光分波器１０からの入力光を偏波変調するＸ偏波側光変調器１１−Ｘと、Ｘ偏波側と偏波状態が直交するＹ偏波側の変調信号に応じて光分波器１０からの入力光を偏波変調するＹ偏波側光変調器１１−Ｙと、Ｘ偏波側光変調器１１−Ｘから出力されたＸ偏波成分とＹ偏波側光変調器１１−Ｙから出力されたＹ偏波成分とを合波する偏波合波器２２とから構成される。

光分波器１０は、入力光を２つに分波する。Ｘ偏波側光変調器１１−Ｘは、直流のバイアス信号およびＸ偏波側の変調信号に応じて、光分波器１０からの入力光を偏波変調する。Ｘ偏波側光変調器１１−Ｘは、Ｘ偏波側偏波変調素子１３−Ｘから構成される。Ｘ偏波側偏波変調素子１３−Ｘの電極１５−Ｘにはバイアス信号が入力され、Ｘ偏波側偏波変調素子１３−Ｘの電極１６−ＸにはＸ偏波側の変調信号が入力される。Ｘ偏波側偏波変調素子１３−Ｘの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

一方、Ｙ偏波側光変調器１１−Ｙは、直流のバイアス信号およびＹ偏波側の変調信号に応じて、光分波器１０からの入力光を偏波変調する。Ｙ偏波側光変調器１１−Ｙは、Ｙ偏波側偏波変調素子１３−Ｙから構成される。Ｙ偏波側偏波変調素子１３−Ｙの電極１５−Ｙにはバイアス信号が入力され、Ｙ偏波側偏波変調素子１３−Ｙの電極１６−ＹにはＹ偏波側の変調信号が入力される。Ｙ偏波側偏波変調素子１３−Ｙの構成および動作は、第１の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

偏波合波器２２は、Ｘ偏波側光変調器１１−Ｘから出力されるＸ偏波成分とＹ偏波側光変調器１１−Ｙから出力されるＹ偏波成分とを合波する。
こうして、本実施の形態では、ＭＺ型光変調器を用いずに偏波多重光ＢＰＳＫ変調器を実現することができる。

［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第９の実施の形態に係る偏波多重光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図であり、図１１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の偏波多重光ＢＰＳＫ変調器は、光分波器１０と、Ｘ偏波側光変調器１１−Ｘと、Ｙ偏波側光変調器１１−Ｙと、偏波合波器２２と、バイアスティ１７−Ｘ，１７−Ｙとから構成される。本実施の形態では、偏波変調素子１３−Ｘ，１３−Ｙは、それぞれ電極１８−Ｘ，１８−Ｙを１つずつ備えている。

バイアスティ１７−Ｘは、外部から入力されるバイアス信号とＸ偏波側の変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＸ偏波側の変調信号が重畳された信号がバイアスティ１７−Ｘから出力される。Ｘ偏波側偏波変調素子１３−Ｘは、バイアスティ１７−Ｘの出力信号に応じて、図示しない光源からの入力光を偏波変調する。Ｘ偏波側偏波変調素子１３−Ｘの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。

同様に、バイアスティ１７−Ｙは、バイアス信号とＹ偏波側の変調信号とを合波する。これにより、直流のバイアス信号にＹ偏波側の変調信号が重畳された信号がバイアスティ１７−Ｙから出力される。Ｙ偏波側偏波変調素子１３−Ｙは、バイアスティ１７−Ｙの出力信号に応じて、入力光を偏波変調する。Ｙ偏波側偏波変調素子１３−Ｙの構成および動作は、第２の実施の形態の偏波変調素子１と同様である。
その他の構成は第８の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第８の実施の形態と同様に、ＭＺ型光変調器を用いずに偏波多重光ＢＰＳＫ変調器を実現することができる。

［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第１０の実施の形態に係る偏波多重光ＢＰＳＫ変調器の構成を示すブロック図であり、図１１、図１２と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の偏波多重光ＢＰＳＫ変調器は、Ｘ偏波側光変調器１１−Ｘと、Ｙ偏波側光変調器１１−Ｙと、偏波合波器２２と、バイアスティ１７−Ｘ，１７−Ｙと、２×２ＭＭＩ（MultiMode Interference）カプラ１９とから構成される。

本実施の形態は、第９の実施の形態の光分波器１０として２×２ＭＭＩカプラ１９を用いたものである。２×２ＭＭＩカプラ１９の光が入力される入力ポートと同じ側にある出力ポート（スルーポート）からの光はＸ偏波側光変調器１１−Ｘに入力され、２×２ＭＭＩカプラ１９の入力ポートと反対側にある出力ポート（クロスポート）からの光はＹ偏波側光変調器１１−Ｙに入力される。その他の構成は第９の実施の形態で説明したとおりである。なお、第８の実施の形態の光分波器１０として２×２ＭＭＩカプラ１９を用いてもよいことは言うまでもない。

本発明は、光ＢＰＳＫ変調器や光ＩＱ変調器等の光変調器に適用することができる。

１，１３−Ｉ，１３−Ｑ，２４−ＸＩ，２４−ＸＱ，２４−ＹＩ，２４−ＹＱ…偏波変調素子、２，１２…偏波分離器、３，４，６，１５−Ｉ，１５−Ｑ，１５−Ｘ，１５−Ｙ，１６−Ｉ，１６−Ｑ，１６−Ｘ，１６−Ｙ，１８−Ｉ，１８−Ｑ，１８−Ｘ，１８−Ｙ，２７−ＸＩ，２７−ＸＱ，２７−ＹＩ，２７−ＹＱ，２８−ＸＩ，２８−ＸＱ，２８−ＹＩ，２８−ＹＱ…電極、５，１７−Ｉ，１７−Ｑ，１７−Ｘ，１７−Ｙ，２９−ＸＩ，２９−ＸＱ，２９−ＹＩ，２９−ＹＱ…バイアスティ、１０，２０，２３−Ｘ，２３−Ｙ…光分波器、１１−Ｉ…Ｉ側光変調器、１１−Ｑ…Ｑ側光変調器、１４，２５−Ｘ，２５−Ｙ…位相シフタ、１９，３１…２×２ＭＭＩカプラ、１１−Ｘ，２１−Ｘ…Ｘ偏波側光変調器、１１−Ｙ，２１−Ｙ…Ｙ偏波側光変調器、２２…偏波合波器、２６−Ｘ，２６−Ｙ，３２…光合波器。

Claims (8)

1. 入力光を２つに分波する第１の光分波器と、
   Ｘ偏波側の変調信号に応じて前記第１の光分波器からの入力光を偏波変調するＸ偏波側光変調器と、
   前記Ｘ偏波側と偏波状態が直交するＹ偏波側の変調信号に応じて前記第１の光分波器からの入力光を偏波変調するＹ偏波側光変調器と、
   前記Ｘ偏波側光変調器から出力されたＸ偏波成分と前記Ｙ偏波側光変調器から出力されたＹ偏波成分とを合波する偏波合波器とを備えることを特徴とする光変調器。
2. 請求項１記載の光変調器において、
   前記Ｘ偏波側光変調器は、
   前記第１の光分波器からの入力光を２つに分波する第２の光分波器と、
   Ｘ偏波側Ｉ変調信号に応じて前記第２の光分波器からの入力光を偏波変調する第１のＩ側偏波変調素子と、
   Ｘ偏波側Ｑ変調信号に応じて前記第２の光分波器からの入力光を偏波変調する第１のＱ側偏波変調素子と、
   この第１のＱ側偏波変調素子から出力された光信号の位相を前記第１のＩ側偏波変調素子から出力される光信号の位相に対し９０度シフトさせる第１の位相シフタと、
   前記第１のＩ側偏波変調素子から出力された光信号と前記第１の位相シフタから出力された光信号とを合波する第１の光合波器とから構成され、
   前記Ｙ偏波側光変調器は、
   前記第１の光分波器からの入力光を２つに分波する第３の光分波器と、
   Ｙ偏波側Ｉ変調信号に応じて前記第３の光分波器からの入力光を偏波変調する第２のＩ側偏波変調素子と、
   Ｙ偏波側Ｑ変調信号に応じて前記第３の光分波器からの入力光を偏波変調する第２のＱ側偏波変調素子と、
   この第２のＱ側偏波変調素子から出力された光信号の位相を前記第２のＩ側偏波変調素子から出力される光信号の位相に対し９０度シフトさせる第２の位相シフタと、
   前記第２のＩ側偏波変調素子から出力された光信号と前記第２の位相シフタから出力された光信号とを合波する第２の光合波器とから構成されることを特徴とする光変調器。
3. 外部から入力される変調信号に応じて入力光を偏波変調する偏波変調素子を含む変調器と、
   この変調器から出力された光信号を互いに直交する２つの偏波成分に分離する偏波分離器とを備えることを特徴とする光変調器。
4. 請求項３記載の光変調器において、
   さらに、入力光を２つに分波する光分波器を備え、
   前記変調器は、
   Ｉ変調信号に応じて前記光分波器からの入力光を偏波変調するＩ側偏波変調素子と、
   Ｑ変調信号に応じて前記光分波器からの入力光を偏波変調するＱ側偏波変調素子と、
   このＱ側偏波変調素子から出力された光信号の位相を前記Ｉ側偏波変調素子から出力される光信号の位相に対し９０度シフトさせる位相シフタと、
   前記Ｉ側偏波変調素子から出力された光信号と前記位相シフタから出力された光信号とを合波する光合波器とから構成されることを特徴とする光変調器。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調器において、
   前記偏波変調素子は、電界を印加すると入力偏波に対し光学軸が４５度傾く媒質で構成されていることを特徴とする光変調器。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調器において、
   前記偏波変調素子は、偏波変調素子の初期偏波状態を制御するためのバイアス信号が入力される第１の電極と、前記変調信号が入力される第２の電極とを備えることを特徴とする光変調器。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調器において、
   さらに、偏波変調素子毎に設けられ、偏波変調素子の初期偏波状態を制御するためのバイアス信号と前記変調信号とを合波するバイアスティを備え、
   前記偏波変調素子は、前記バイアスティの出力信号が入力される電極を備えることを特徴とする光変調器。
8. 請求項１記載の光変調器において、
   前記第１の光分波器は、２×２ＭＭＩカプラで構成されることを特徴とする光変調器。

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