JP2016018039A - マッハツェンダ型振幅変調器、光多値信号変調装置、及び光多値信号変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式において光振幅信号の最も下のレベルの光パワをある程度大きく保ちながら光出力パワの揺れを抑制でき、特性の良いＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成することが可能なマッハツェンダ型変調器、光多値変調装置、及び光多値変調方法を提供することを目的とする。【解決手段】本願発明に係るマッハツェンダ型変調器は、入力光を２つに分離する分波部および分離した光を合波する合波部の光パワの分岐比を意図的にｘ：ｙ（ｘ≠ｙ）となるように設計される。【選択図】図１０

Description

Ｓｔａｒ ＱＡＭ型光信号を生成するためのマッハツェンダ型光振幅変調器、およびそれを用いた光多値信号変調装置、並びにその光多値信号変調方法に関する。

周波数利用効率の向上を目的とし、光の振幅方向、位相方向、あるいはＩＱ平面上に２より大きい数の信号点を配置し、１シンボルで１ビットを超える信号を伝送する多値変調方式が、電気通信、無線通信、光通信で用いられている。その中でも、位相変調と振幅変調を組み合わせ、コンスタレーション上で複数の同心円上に信号点を配置した変調方式を、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式と呼ぶ。

図１に、特に振幅方向に二値で変調されているＳｔａｒ ＱＡＭ型信号の例を示す。左からそれぞれ、位相方向にはＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫで変調されている信号のＩＱ平面上のコンスタレーションであるが、この例に限らず、位相方向にはいくつのレベルで変調されていてもよい。

光アクセスシステムにおいては、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式を、ＯＯＫのみを受信可能なＯＮＵと、多値変調信号を受信可能なＯＮＵの同一ＰＯＮブランチ配下での共存のために使用する検討がなされている（例えば、特許文献１を参照。）。また無線通信においても、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式を採用することによりチャネル情報の交換を不要とするシステムの検討が行われている（例えば、非特許文献１を参照。）。

光をＳｔａｒ ＱＡＭ型変調方式でベースバンド変調するための変調器の構成は、ＩＱ変調器のみを用いる方法、ＩＱ変調部と振幅変調部を組み合わせる方法、複数の位相変調部と振幅変調部を組み合わせる方法などがある。それらを用いて振幅方向に二値、位相方向に四値の信号点が配置されるＳｔａｒ ８−ＱＡＭ信号を生成する例を、それぞれ図２から図５に示す。

図２に示すように、ＩＱ変調器５１は直交しているＩ軸とＱ軸に対してそれぞれ振幅変調をかける変調器であり、それ単体でＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する場合には、入力する電気信号を４値の信号にする必要がある。しかし一般に電気の多値信号は、帯域制限の影響やアンプの非線形性の影響を二値の電気信号よりも受けやすく、特性が良い多値電気信号を生成することは同じ特性の二値電気信号を生成することよりも困難である。

図３は、ＩＱ変調部の後段に振幅変調部を組み合わせた構成である。この構成では、まずＩＱ変調部においてＱＰＳＫ信号を生成し、後段の振幅変調部でさらに振幅変調をかけることにより、Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号を生成する。ここでは各ポートに入力する電気信号はすべて二値信号となる。Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号の例に限らず、一般に組み合わせる変調部の数を増やすことで、入力する電気信号のレベル数を減らすことができる。

図４に示す構成では、位相変調部２つの後段に振幅変調部を配置している。２つの位相変調部を使用してＱＰＳＫ信号を生成し、後段の振幅変調部で振幅変調をかけることにより、Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号を生成する。この構成でも各変調部に入力する電気信号はすべて二値信号である。

なお、図５に示すように、位相変調部に入力する電気信号を多値信号とすることで、位相変調部をひとつ減らした構成とすることもできる。

また、生成する電気信号のレベル数と変調器の構成の複雑さはトレードオフであり、図２−５に示した以外にも、変調部の順番を入れ替えた構成、直接変調レーザを用いる構成など、様々な構成でのＳｔａｒ ＱＡＭ信号の生成が可能である。

本出願では、図３から図５の構成のように、二値振幅変調部が他の変調部と明確な境界で区切れる構成のもので説明する。このとき、振幅方向に二値で変調されているＳｔａｒ ＱＡＭ型信号であれば、二値振幅変調における下のレベルがＳｔａｒ ＱＡＭ信号の内側の円に、上のレベルが外側の円に相当するので、二値振幅変調のレベル差がＳｔａｒ ＱＡＭ信号のコンスタレーション上における二つの円のレベル差となる。

図６は、振幅変調信号生成部の一例であるマッハツェンダ（ＭＺ）型振幅変調器１０の構成の一例と原理を説明する図である。ＭＺ型振幅変調器１０は、ニオブ酸リチウムなど電気光学効果を有する基板１５、入力光を光パワ分岐比１：１に分離し、後段で１：１で合波するような形状の導波路１１、及び２つに分岐した導波路をはさむように配置された電極１２を備える。

基板１５が電気光学効果を有することから、電極１２に矢印方向を正とする電圧を印加することにより、分岐したそれぞれの導波路１１の屈折率、つまり光路長を変化させることができる。よって、電極１２に印加する電圧を制御することにより、それぞれの導波路１１を通る光の位相差を制御することができる。合波部１４で各導波路からの光の位相差が０であれば、そのまま光パワが足され、光の位相差がπであれば、光パワが打ち消し合いゼロになる。

図７は、一般的なＭＺ型振幅変調器の変調曲線である。横軸は電極への印加電圧、縦軸は光出力パワであり、曲線はｃｏｓ２乗の函数曲線となる。図６のＭＺ型振幅変調器で光の位相差が０になるように電圧を印加すると図７の変調曲線上で光出力パワは極大点をとり、光の位相差がπになるように電圧を印加すると図７の変調曲線上で光出力パワは極小点をとる。一般に光の振幅二値信号を生成することを目的としてＭＺ型振幅変調器に二値電圧を入力する際には、変調曲線の極小点から極大点までに対応する電圧を電極に印加する。

これは、変調曲線の極大点と極小点を使用して変調を行うと、他の部分を使用して変調を行う場合に比べ、入力電圧のノイズや帯域不足に起因する信号レベルの揺れに対する、出力光パワのレベルの揺れを低減することができ、特性の良い振幅二値光信号を得られるからである。例えば、図７のように、同じ大きさの入力電圧の揺れ幅ΔＶに対し、変調曲線の極大点、極小点、それ以外の部分で生成される光出力パワの揺れをａ，ｂ，ｃとすると、ｃ＞ａおよびｃ＞ｂであり、変調曲線の極大点及び極小点は出力光パワのレベルの揺れが小さいことがわかる。

また、変調曲線における極大点と極小点の光パワ、ｄとｅとの比ｄ／ｅが、ＭＺ型振幅変調器の消光比となる。ＭＺ型振幅変調器の２つの導波路を通る光の位相差がπとなるよう電圧を印加するとき、完全に打ち消し合えばｅはゼロとなり消光比は無限大となるが、実際には導波路を上下に分ける分波部の分岐比が正確に１：１とならないなどの理由でｅは完全なゼロとはならない。ただし、一般には消光比が大きい変調器ほど消光比の大きい光振幅二値信号を生成でき、特性の良い振幅変調器であるので、振幅変調器の作製技術は基本的に高消光比を目指した方向に進んでいる（例えば、非特許文献２を参照。）。

特開２０１２−２２２４５６号公報

Ｄ．Ｌｉａｎｇ， Ｍ．Ｓｏｎｇ， Ｓ．Ｘ．Ｎｇ ａｎｄ Ｌ．Ｈａｎｚｏ，"Ｔｕｒｂｏ−ｃｏｄｅｄ ａｎｄ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｄｅｄ ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｓｏｆｔ−ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｓｔａｒ−ＱＡＭ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ" ，ｉｎ Ｇｌｏｂａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＧＬＯＢＥＣＯＭ ２０１１）， Ｈｏｕｓｔｏｎ， ＴＸ， ＵＳＡ， ２０１１． Ｔ．Ｋａｗａｎｉｓｈｉ， Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ， Ｍ．Ｔｓｕｃｈｉｙａ， Ｍ．Ｉｚｕｔｓｕ， Ｓ．Ｍｏｒｉ， ａｎｄ Ｋ．Ｈｉｇｕｍａ，"７０ｄＢ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ−ｒａｔｉｏ ＬｉＮｂＯ３ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ ｔｗｏ−ｔｏｎｅ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ" ，ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＯＦＣ， Ａｎａｈｅｉｍ， ＣＡ， ２００６， Ｐａｐｅｒ ＯＷＣ４． Ｎ．Ｉｉｙａｍａ， Ｊ．Ｋａｎｉ， Ｊ．Ｔｅｒａｄａ， ａｎｄ Ｎ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，"Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ＤＳＰ−ｂａｓｅｄ ＰＯＮ ａｎｄ １０−Ｇｂｐｓ／λ ＰＯＮ ｕｓｉｎｇ ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｓｔａｒ ＱＡＭ ｆｏｒｍａｔ" ， Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．３１， ｎｏ．１８， ｐｐ．３０８５−３０９２， Ｓｅｐ．２０１３．

ある決まった特性のＳｔａｒ ＱＡＭ信号を、二値振幅変調部と他の変調部とに分かれた構成を用いて生成する際、二値振幅変調の下のレベルとして要求される大きさは、通常の振幅変調器の変調曲線の極小点に対応する光出力パワよりも大きい。これは、図８に示すように、Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号の振幅変調の下のレベルが小さすぎると、Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号の内側の円の位相変調信号の隣接信号間距離が小さくなりすぎてしまい、信号点分離が困難になるためである。このため、Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号の振幅変調の下のレベルをある程度大きい値に保ったまま二値変調をかけようとすると、振幅変調部に入力する二値電圧の下のレベルは、変調器の変調曲線の極小点と極大点の間に合わせることになり、図７で説明したように二値電圧の下のレベルの電圧の揺れに対して光出力パワの揺れが大きくなる。そのとき生成される光のＳｔａｒ ＱＡＭ信号は、図９に示すように、内側の円の信号点が外側の円の信号点と比較して振幅方向に広がってしまい、伝送特性が劣化することになる。以上のように、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式には、光振幅二値信号の下のレベルの光パワをある程度大きく保ちながら光出力パワの揺れを抑制し、特性の良いＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成することが困難という課題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式において光振幅信号の最も下のレベルの光パワをある程度大きく保ちながら光出力パワの揺れを抑制でき、特性の良いＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成することが可能なマッハツェンダ型変調器、光多値変調装置、及び光多値変調方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明に係るマッハツェンダ型変調器は、入力光を２つに分離する分波部および分離した光を合波する合波部の光パワの分岐比を意図的にｘ：ｙ（ｘ≠ｙ）となるように設計される。本願発明に係るマッハツェンダ型変調器は、出力振幅変調光の消光比が６ｄＢから１２ｄＢ程度の範囲となるようにｘとｙが設計され、光Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号生成のための光多値変調装置内の振幅変調部に用いられる。

具体的には、本発明に係る光多値変調方法は、位相変調と振幅変調を組み合わせ、光をＳｔａｒ ＱＡＭ型変調方式でベースバンド変調する光多値変調方法であって、コンスタレーション上で最も内側の同心円に存在する信号点の振幅を、前記振幅変調を行うマッハツェンダ型振幅変調器の入力光の分岐比で設定することを特徴とする。

マッハツェンダ光変調器において、入力光を２つの導波路へ分岐する比率（Ｘ：Ｙ）を変更することで、これらを合波する際の位相差がπ（変調曲線の極小点）であっても一方の光で他方の光を打ち消すことができず、分岐比率に応じた光パワの変調光が出力される。このため、本光多値変調方法は、分岐比率を設定することで、変調曲線の極小点を使いつつ、光Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号の最も内側の信号点を所望の光強度とすることができる。

従って、本発明は、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式において光振幅信号の最も下のレベルの光パワをある程度大きく保ちながら光出力パワの揺れを抑制でき、特性の良いＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成することが可能な光多値変調方法を提供することができる。

上記光多値変調方法を実現できる本発明に係るマッハツェンダ型振幅変調器は、
電気光学効果を有する基板と、
前記基板に形成され、入力光を設計値がｘ：ｙ（ただし、ｘ≠ｙ）の分岐比で光パワ分岐する分岐部、及び分岐された入力光を設計値がｘ：ｙの合波比で合波する合波部を有する光導波路と、
前記分岐部から前記合波部まで間のそれぞれの前記光導波路の屈折率を印加された電圧で変化させる電極と、
を備えるマッハツェンダ型振幅変調器であって、
変調曲線の極小点の光パワをｘとｙで設定することを特徴とする。

このとき、電界強度比で１．６６≦ｙ／ｘ≦３．００、又は１．６６≦ｘ／ｙ≦３．００、あるいは光強度比で２．７８≦ｙ／ｘ≦９．３４、又は２．７８≦ｘ／ｙ≦９．３４が好ましい。

本マッハツェンダ型振幅変調器は、消光比を６〜１２ｄＢの範囲とすることができ、Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号を生成する光多値変調装置に搭載することができる。

上記光多値変調方法を実現できる本発明に係る光多値変調装置は、
入力光を電気信号で位相変調する位相変調信号生成部と、
前記位相変調信号生成部が出力する光信号を、電気二値信号で振幅変調する振幅変調信号生成部と、
を備える光多値変調装置であって、
前記振幅変調信号生成部は、前記マッハツェンダ型振幅変調器であることを特徴とする。

また、本発明に係る光多値変調装置は、
入力光を電気信号で位相変調する位相変調信号生成部と、
前記位相変調信号生成部が出力する光信号を、電気二値信号で振幅変調する振幅変調信号生成部と、
を備える光多値変調装置であって、
前記振幅変調信号生成部は、複数のマッハツェンダ型振幅変調器が直列に接続されており、前記マッハツェンダ型振幅変調器のうち少なくとも１つが前記マッハツェンダ型振幅変調器であることを特徴とする。
振幅方向に四値以上で変調された光Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する光多値変調装置を実現できる。

本発明は、Ｓｔａｒ ＱＡＭ型変調方式において光振幅信号の最も下のレベルの光パワをある程度大きく保ちながら光出力パワの揺れを抑制でき、特性の良いＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成することが可能なマッハツェンダ型変調器、光多値変調装置、及び光多値変調方法を提供することができる。

振幅方向に二値で変調されているＳｔａｒ ＱＡＭ型信号の例を説明する図である。位相方向には（ａ）ＢＰＳＫ、（ｂ）ＱＰＳＫ、（ｃ）８−ＰＳＫで変調されている。 Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する光多値変調装置を説明する図である。 Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する光多値変調装置を説明する図である。 Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する光多値変調装置を説明する図である。 Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する光多値変調装置を説明する図である。 ＭＺ型振幅変調器を説明する図である。 ＭＺ型振幅変調器の変調曲線を説明する図である。 課題を説明する図である。 課題を説明する図である。 本発明に係るＭＺ型振幅変調器を説明する図である。 本発明に係るＭＺ型振幅変調器の変調曲線を説明する図である。 Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号の消光比の条件を説明する図である。 本発明に係る光多値変調装置が出力するＳｔａｒ ８−ＱＡＭ信号のコンスタレーションである。 本発明に係る光多値変調装置が出力するＳｔａｒ １６−ＱＡＭ信号のコンスタレーションである。 本発明に係る光多値変調装置を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本発明は、位相変調と振幅変調を組み合わせ、光をＳｔａｒ ＱＡＭ型変調方式でベースバンド変調する光多値変調方法であって、コンスタレーション上で最も内側の同心円に存在する信号点の振幅を、前記振幅変調を行うＭＺ型振幅変調器の入力光の分岐比で設定する。本発明を、以下の実施形態１から３で説明する構成で説明する。

（実施形態１）
図３から図５は、本実施形態の光多値変調装置の構成を説明する図である。本光多値変調装置は、入力光を電気信号で位相変調する位相変調信号生成部５０と、位相変調信号生成部５０が出力する光信号を、電気二値信号で振幅変調する振幅変調信号生成部６０と、を備える光多値変調装置であって、振幅変調信号生成部６０は、後述するＭＺ型振幅変調器２０であることを特徴とする。

図３の光多値変調装置は、位相変調信号生成部５０がＩＱ変調器５１の構成である。ＩＱ変調器５１は二つの振幅変調器（５２ａ、５２ｂ）と位相変調器５３を有する。ＩＱ変調器５１は、二つの振幅変調器（５２ａ、５２ｂ）のそれぞれに入力された電気二値信号で入力光を振幅変調し、一方の出力の位相を９０度回転して合波する。ＩＱ変調器５１は、このように光を変調してＱＰＳＫ信号を出力する。

図４の光多値変調装置は、位相変調信号生成部５０が二つの位相変調器（５５ａ、５５ｂ）を直列に接続する構成である。位相変調信号生成部５０は、二つの位相変調器（５５ａ、５５ｂ）のそれぞれに入力された電気二値信号で入力光を振幅変調し、ＱＰＳＫ信号を出力する。

図５の光多値変調装置は、位相変調信号生成部５０が一つの位相変調器５５の構成である。位相変調信号生成部５０は、位相変調器５５に入力された電気多値信号で入力光を振幅変調し、ＱＰＳＫ信号を出力する。

図３から図５の光多値変調装置は、位相変調信号生成部５０の後段に振幅変調信号生成部６０を備え、位相変調信号生成部５０が出力するＱＰＳＫ信号を振幅変調してＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成する。

図１０は、図３から図５の光多値変調装置の振幅変調器２０を説明する図である。振幅変調器２０は、電気光学効果を有する基板１５と、
基板１５に形成され、入力光を設計値がｘ：ｙ（ただし、ｘ≠ｙ）の分岐比で光パワ分岐する分岐部１３、及び分岐された入力光を設計値がＸ：Ｙの合波比で合波する合波部１４を有する光導波路１１と、
分岐部１３から合波部１４まで間のそれぞれの光導波路１１の屈折率を印加された電圧で変化させる電極１２と、
を備えるＭＺ型振幅変調器であって、
変調曲線の極小点の光パワをｘとｙで設定することを特徴とする。

振幅変調器２０は、二つの導波路に分離する分波部１３および二つの導波路を接続する合波部１４を、光パワの分岐比がｘ≠ｙであるようなｘ：ｙとなるように作製されている。このようなＭＺ型振幅変調器にそれぞれの導波路を通る信号の位相差を制御するよう電圧を印加すると、位相差がゼロのときには、分岐比が１：１のときと同様にそれぞれの導波路からの光の光パワが足し合されるが、位相差がπのときには、それぞれの導波路からの光が打ち消し合っても光パワがゼロとならない。

よってこのようなＭＺ型振幅変調器の変調曲線は、図１１に示すように、出力光パワの極小点の値ｆが図７におけるｅよりも大きい値となり、図６のＭＺ型振幅変調器に比べて最大消光比の小さい変調器となる。ここでｆの値は、分岐された光パワの差｜ｘ−ｙ｜により決定され、この値が大きいほどｆも大きくなるので、得たいｆの値をｘ：ｙの選択により設計可能である。

ｘとｙは、電界強度比で１．６６≦ｙ／ｘ≦３．００、又は１．６６≦ｘ／ｙ≦３．００、あるいは光強度比で２．７８≦ｙ／ｘ≦９．３４、又は２．７８≦ｘ／ｙ≦９．３４となるように選択することが好ましい。

例えば、１０Ｇ−ＥＰＯＮやＸＧ−ＰＯＮのＯＮＵと、デジタルコヒーレント検波器を備えるＯＮＵの同一ＰＯＮブランチにおける共存を目的とし、Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号を使用する場合がある（例えば、特許文献１）。その際のＳｔａｒ ８−ＱＡＭ信号の消光比の条件は、非特許文献３に示されている。本文献内の数値計算結果を図１２に示す。横軸がＳｔａｒ ８−ＱＡＭ信号の消光比であり、この図内の全ての信号の受光感度が、点線で示されている、標準で規定された最小受光感度を下回っていることが条件となるので、Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号の消光比が６〜１２ｄＢ程度の範囲内にあることが、共存を可能とする条件であることがわかる。これと同じ目的で、Ｓｔａｒ ８−ＱＡＭ信号生成部の一部として本発明のＭＺ型振幅変調部を用いる場合、その消光比を６〜１２ｄＢ程度とするため、分岐比ｘ：ｙにおけるｘとｙは、大きい方の値が小さい方の値に対して、電界強度比で１．６６倍から３．００倍程度、光強度比で２．７８倍から９．３４倍程度の値になるよう設計すればよい。

図１０のＭＺ型振幅変調器２０をＳｔａｒ ＱＡＭ信号の生成に用いるとき、ＭＺ型振幅変調器２０に印加する電圧は、図１１における変調曲線の極小点から極大点までの大きさに設定することで、図１３に示すような信号を得ることができる。これは、本発明のＭＺ型振幅変調部が、図７と比較して極小点の光パワが大きい変調曲線をもつため、図８と比較して内側の円を大きく設定できると同時に、図９のように内側の円上の信号点が振幅方向に広がってしまうこともないからである。

（実施形態２）
本実施形態では、図３から図５の光多値変調装置の位相変調信号生成部５０が、ＱＰＳＫ以外の位相変調信号（ＢＰＳＫや８−ＰＳＫ等）を生成し、振幅変調信号生成部６０として図１０のＭＺ型振幅変調器２０を用いる。本実施形態の光多値変調装置は、図１（ａ）や図１（ｃ）のコンスタレーションのＳｔａｒ ＱＡＭ型信号を生成する。

（実施形態３）
図１５は、本実施形態の光多値変調装置を説明する図である。本光多値変調装置は、入力光を電気信号で位相変調する位相変調信号生成部５０と、位相変調信号生成部５０が出力する光信号を、電気二値信号で振幅変調する振幅変調信号生成部６０と、を備える光多値変調装置であって、
振幅変調信号生成部６０は、複数のＭＺ型振幅変調器が直列に接続されており、ＭＺ型振幅変調器のうち少なくとも１つが図１０で説明したＭＺ型振幅変調器であることを特徴とする。

本光多値変調装置の振幅変調信号生成部６０は、図６のＭＺ型振幅変調器１０と図１０のＭＺ型振幅変調器２０を直列に接続する構成である。この構成とすることで、振幅変調信号生成部６０は、位相変調信号生成部５０が出力するＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、あるいは８−ＰＳＫの信号を振幅方向に四値以上で変調する。このため、本光多値変調装置は、例えば図１４のようなコンスタレーションで表される、振幅方向に四値、位相方向に四値で変調されたＳｔａｒ １６−ＱＡＭ信号を生成できる。

本光多値変調装置は、この構成により、図１４に示したようなコンスタレーションの一番内側の円のレベルをある程度の大きさに保ちながら、振幅方向への広がりの小さい、特性の良いＳｔａｒ １６−ＱＡＭ信号を生成することができる。

図１５の構成に限らず、図３や図５の振幅変調信号生成部６０を本実施形態のようにＭＺ型振幅変調器１０とＭＺ型振幅変調器２０とを直列に接続した構成とすることができる。

［付記］
以下は、本発明の光多値変調装置を説明したものである。
＜課題＞
Ｓｔａｒ ＱＡＭ型光信号を生成する際に、一番内側の円上にある信号点に対応する光パワをある程度大きく保ちながら、出力光パワの揺れが小さい、特性の良いＳｔａｒ ＱＡＭ信号を生成することは、従来の高消光比を目指した振幅変調部を用いると困難であった。

＜解決手段＞
ＭＺ型振幅変調部における、導波路を上下に分岐する分波部、および上下の導波路を接続する合波部の分岐比を、ｘ≠ｙであるようなｘ：ｙとなるように作製し、意図的に消光比の小さい振幅変調部を作製する。これをＳｔａｒ ＱＡＭ型信号生成のための振幅変調部に用い、変調曲線の極小点から極大点までの電圧を電極に印加して振幅変調をかける。このときの消光比は６〜１２ｄＢ程度とし、ｘとｙは、大きい方の値が小さい方の値に対して、電界強度比で１．６６倍から３．００倍程度、光強度比で２．７８倍から９．３４倍程度の値になるよう設計する。

すなわち、
（Ａ）ＭＺ型振幅変調器の変調曲線の極小点を用いるように変調信号の電圧を調整する。
（Ｂ）ＭＺ型振幅変調器の分岐比を１：１としない。
上記（Ａ）により変調器の出力光パワの揺れを小さくすることができる。
上記（Ｂ）により変調曲線の極小点を大きくし、Ｓｔａｒ ＱＡＭ信号のコンスタレーションの内円の信号点分離を容易にすることができる。

具体的には、本発明は、
（１）：
ＭＺ型振幅変調器において、入力光の通る導波路を上下に分ける分波部、その上下の導波路を接続する合波部における分岐比を、ｘ≠ｙであるようなｘ：ｙとし、出力光の消光比が小さくなるよう作製されている、ＭＺ型振幅変調器。
（２）：
上記（１）の構成のＭＺ型振幅変調部を含み、位相変調信号生成部と組み合わせて光Ｓｔａｒ ＱＡＭ型信号を生成する、光多値信号生成部。
（３）：
上記（２）のような光多値信号生成部における１のようなＭＺ型振幅変調部において、生成された信号の消光比が６〜１２ｄＢ程度となるよう、ＭＺ型振幅変調部の分岐ｘ：ｙのｘとｙは、大きい方の値が小さい方の値に対して、電界強度比で１．６６倍から３．００倍程度、光強度比で２．７８倍から９．３４倍程度の値になるよう設計されている、ＭＺ型振幅変調部。
（４）：
上記（３）のようなＭＺ型振幅変調部を含む、光多値信号生成部。

１０、２０：ＭＺ型振幅変調器
１１：導波路
１２：電極
１３：分岐部
１４：合波部
１５：基板
５０：位相変調信号生成部
５１：ＩＱ変調器
５２、５２ａ、５２ｂ：振幅変調器
５３：位相変調器
５５、５５ａ、５５ｂ：位相変調器
６０：振幅変調信号生成部

Claims (5)

1. 電気光学効果を有する基板と、
   前記基板に形成され、入力光を設計値がｘ：ｙ（ただし、ｘ≠ｙ）の分岐比で光パワ分岐する分岐部、及び分岐された入力光を設計値がｘ：ｙの合波比で合波する合波部を有する光導波路と、
   前記分岐部から前記合波部まで間のそれぞれの前記光導波路の屈折率を印加された電圧で変化させる電極と、
   を備えるマッハツェンダ型振幅変調器であって、
   変調曲線の極小点の光パワをｘとｙで設定することを特徴とするマッハツェンダ型振幅変調器。
2. 電界強度比で１．６６≦ｙ／ｘ≦３．００、又は１．６６≦ｘ／ｙ≦３．００、あるいは光強度比で２．７８≦ｙ／ｘ≦９．３４、又は２．７８≦ｘ／ｙ≦９．３４であることを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ型振幅変調器。
3. 入力光を電気信号で位相変調する位相変調信号生成部と、
   前記位相変調信号生成部が出力する光信号を、電気二値信号で振幅変調する振幅変調信号生成部と、
   を備える光多値変調装置であって、
   前記振幅変調信号生成部は、請求項１又は２に記載のマッハツェンダ型振幅変調器であることを特徴とする光多値変調装置。
4. 入力光を電気信号で位相変調する位相変調信号生成部と、
   前記位相変調信号生成部が出力する光信号を、電気二値信号で振幅変調する振幅変調信号生成部と、
   を備える光多値変調装置であって、
   前記振幅変調信号生成部は、複数のマッハツェンダ型振幅変調器が直列に接続されており、前記マッハツェンダ型振幅変調器のうち少なくとも１つが請求項１又は２に記載のマッハツェンダ型振幅変調器であることを特徴とする光多値変調装置。
5. 位相変調と振幅変調を組み合わせ、光をＳｔａｒ ＱＡＭ型変調方式でベースバンド変調する光多値変調方法であって、
   コンスタレーション上で最も内側の同心円に存在する信号点の振幅を、前記振幅変調を行うマッハツェンダ型振幅変調器の入力光の分岐比で設定することを特徴とする光多値変調方法。

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