JP3845606B2 - 光変調装置及び光変調方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調装置及び光変調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高速・高密度波長分割多重光伝送システムでは、光ファイバ損失を補償し、長距離伝送を実現するため、光ファイバ増幅器を伝送装置や中間中継器に設置している。受信側での信号対雑音比を適切に保ちつつ、中間中継器の間隔を大きく取るためには、光ファイバに入力する光電力を大きくする必要がある。しかし、光ファイバに入力する光電力を大きくすると、光ファイバの非線形光学効果が伝送特性に大きく影響を与える。特に、高密度波長分割多重伝送においては、ＸＰＭ(Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)効果が問題となる。ＸＰＭは、波長の異なる光信号が光ファイバ中を伝播する際に、分散により群速度が異なるものの、少しの時間だけ同時に光ファイバ中を走行することによって互いにインターラクションを起こし、波形を劣化させてしまう効果である。
【０００３】
このＸＰＭによる波形の劣化について、研究が進められている。例えば、ＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）符号よりＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）符号の方が、ＸＰＭに対する劣化が少ないという報告がされている（非特許文献１参照）。この報告に示されているように、高速・高密度波長分割多重光伝送システムにおいて、光ファイバ増幅器を用いた長距離伝送を行うためには、ＲＺ符号が適していることが分かっている。
【０００４】
そのため、ＮＲＺ／ＲＺ変換器が、データ信号とクロック信号をＮＲＺ／ＲＺ変換してＲＺ符号の出力信号とし、駆動回路が、そのＲＺ符号の出力信号を駆動信号として光強度変調器を駆動するという光変調装置が採用されている（特許文献１参照）。この光変調装置では、光強度変調器が、光源から入力された光をＲＺ符号の駆動信号により変調し、ＲＺ符号の光信号に変調する。このような従来の光変調装置は、ＲＺ符号の光信号を出力できるため、ＸＰＭ対策に有効である。
【０００５】
【非特許文献１】
エム・スヤマ（M Suyama）、外３名，「オプティカル・ファイバー・コミュニケーション（Optical Fiber Communication）１９９６テクニカル・ドキュメント（Technical Document）ＰＤ２６」，１９９６年２月２９日，ｐ．１−５
【特許文献１】
特開２００１―１４７４１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光変調装置では、光強度変調器、ＮＲＺ／ＲＺ変換器及び駆動回路がＲＺ符号で動作するため、それらが広い周波数帯域を有する必要があった。そして、そのような広帯域の光強度変調器は、動作するために、狭帯域の光強度変調器より高い変調電圧が必要であった。更に、広帯域の光強度変調器を駆動させる駆動回路も高速なものが必要であり、その出力振幅値も、狭帯域の光強度変調器を駆動させる駆動回路よりも大きな出力振幅値のものが必要であった。即ち、高電圧出力の駆動回路が必要であった。ところが、高速な駆動回路は、使用するトランジスタのサイズが小さく、耐圧が小さくなる傾向にある。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、技術的に困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、光伝送信号としてＲＺ符号の光信号を出力して、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができ、かつ、位相変調器が広い周波数帯域を有する必要がない光変調装置及び光変調方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光変調装置は、光をＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動して位相変調する位相変調器と、該位相変調器から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、該第１の光信号と該第２の光信号とを合成して出力することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調する強度変調器とを備え、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整して、ＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に強度変調した光信号の出力が消光状態となるように強度変調器の動作点を設定することを特徴とする。ここで、ＮＲＺＩ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ）符号とは、生成多項式Ｘ＋１で示される帰還シフトレジスタで生成される符号である。又、ＲＺ符号とは、符号のビット時間長よりも短いパルスを送り出し、残りの間はパルスを送出しないで０の状態に戻る方式の符号である。
【０００９】
このような本発明に係る光変調装置によれば、位相変調器がＮＲＺＩ符号の駆動信号により光を駆動することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号が生成され、強度変調器に入力される。そして、強度変調器が、入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に、強度変調した光信号を出力しないようにすると、強度変調器から出力される光信号はＲＺ符号の光信号となる。そのため、強度変調器は、光伝送路に出力する光信号としてＲＺ符号の光信号を出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。
【００１０】
更に、位相変調器は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動されるため、位相変調器に要求される周波数帯域は、ナイキスト周波数の考え方（ナイキストの定理）により、データ信号ビット速度のおよそ半分でよい。そのため、位相変調器は、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要としない。更に、位相変調器が広い周波数帯域を有する必要がない結果、位相変調器を駆動させる駆動回路として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、耐圧の関係から困難であるという問題も生じない。
【００１１】
又、強度変調器として、位相変調器から入力される位相変調された光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、その第１の光信号と第２の光信号とを合成して出力するものを用い、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整して、強度変調器の動作点をＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に強度変調器が強度変調した光信号の出力が消光状態となるように設定することが好ましい。これによれば、位相差を調整することにより、容易に強度変調器の動作点を設定することができる。
【００１２】
又、その位相差の調整は、例えば、強度変調器に位相差の調整を行う位相調整部を設けることにより実現できる。又、光変調装置は、強度変調器の温度を制御することにより位相差の調整を行う温度制御部を設けてもよい。その場合、強度変調器は、強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備えるようにし、温度制御部は、その第２の出力ポートから出力される光信号に基づいて温度制御信号を生成し、生成した温度制御信号によって強度変調器の温度を制御することが好ましい。
【００１３】
又、光変調装置は、位相変調器に入力する光の周波数を制御することにより位相差の調整を行う周波数制御部を設けてもよい。周波数制御部は、例えば、光の光源の温度を制御することにより、光の周波数を制御することができる。その場合、強度変調器は、強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備えるようにし、周波数制御部は、その第２の出力ポートから出力される光信号に基づいて温度制御信号を生成し、生成した温度制御信号によって光源の温度を制御することが好ましい。
【００１４】
又、強度変調器として、強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートを備えるものを用い、その第２の出力ポートが出力する光信号の光強度が最大となるように、強度変調器の動作点を設定することによっても、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整することができる。
【００１５】
更に、光変調装置は、駆動信号の基礎となるデータ信号がＮＲＺ符号の信号であった場合に、そのＮＲＺ符号のデータ信号をＮＲＺＩ符号の信号に変換するＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器を備えることが好ましい。これによれば、光変調装置にＮＲＺ符号のデータ信号が入力された場合であっても、駆動信号を生成する駆動回路にＮＲＺＩ符号の信号を入力することができる。
【００１６】
又、光変調装置は、強度変調器が出力する強度変調した光信号のスペクトル狭窄を行う光バンドパスフィルタを備えることが好ましい。これによれば、光変調装置は、光信号の波長をコンパクトにできる。そのため、光変調装置は、光ファイバの分散による影響を避けることができる。光バンドパスフィルタは、強度変調した光信号の両方の変調スペクトルサイドバンドを通過させることができる。この場合、光変調装置は、両側波帯方式（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ方式、以下「ＤＳＢ方式」という）の変調ができる。その結果、復調が容易になる。
【００１７】
又、光バンドパスフィルタは、強度変調した光信号の一方の変調スペクトルサイドバンドを、他方の変調スペクトルサイドバンドよりも多く通過させるようにしてもよい。この場合、光変調装置は、単側波帯方式（Ｓｉｎｇｌｅ ＳｉｄｅＢａｎｄ方式、以下「ＳＳＢ方式」という）の変調ができる。ＳＳＢ方式の変調は、ＤＳＢ方式の変調に比べて半分の帯域幅しか用いない。そのため、光変調装置は、おおよそ２倍の伝送容量を達成することができる。
【００１８】
又、強度変調器は、複数の位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調することが好ましい。これによれば、光変調装置は、１つの強度変調器で複数の光信号を強度変調することができる。そのため、光変調装置は、その小型化や低コスト化を図ることができる。
【００１９】
又、本発明に係る光変調方法は、位相変調器が、光をＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動して位相変調し、強度変調器が、位相変調器から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、該第１の光信号と該第２の光信号とを合成して出力することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調し、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整して、ＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に強度変調した光信号の出力が消光状態となるように強度変調器の動作点を設定することを特徴とする。
【００２０】
又、強度変調器は、位相変調器から入力される位相変調された光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、その第１の光信号と第２の光信号とを合成して出力することにより強度変調し、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整することにより光信号の出力を消光状態とすることが好ましい。
【００２１】
強度変調器は、位相差の調整を行う位相調整部を備え、その位相調整部により位相差の調整を行うことができる。又、強度変調器の温度を制御することにより、位相差の調整を行ってもよい。又、位相変調器に入力する光の周波数を制御することにより、位相差の調整を行ってもよい。又、強度変調器は、強度変調した光信号を第１の出力ポートに出力し、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を第２の出力ポートに出力し、第２の出力ポートが出力する光信号の光強度を最大にすることによっても、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る光変調装置１００の構成を示すブロック図である。光変調装置１００は、光源１０１と、位相変調器１０２と、マッハツェンダー干渉計１０３と、光バンドパスフィルタ１０４と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５と、駆動回路１０６とを備える。
【００２４】
光源１０１は、出力する光１を位相変調器１０２に入力する。光源１０１は、例えば、単一縦モードで発振する半導体レーザ等を用いることができる。位相変調器１０２は、光源１０１から入力された光１をＮＲＺＩ符号の駆動信号６により駆動して位相変調する。位相変調器１０２は、駆動回路１０６から位相変調器１０２に入力される駆動信号６により駆動され、位相変調を行う。位相変調器１０２は、位相変調して得られるＮＲＺＩ符号の光信号７を、マッハツェンダー干渉計１０３に入力する。
【００２５】
マッハツェンダー干渉計１０３は、位相変調器１０２から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７を強度変調する強度変調器である。マッハツェンダー干渉計１０３は、位相変調器１０２から入力される光信号７を第１の光信号と第２の光信号に分け、その第１の光信号と第２の光信号とを合成して出力する。図２は、マッハツェンダー干渉計１０３の構成を示す図である。マッハツェンダー干渉計１０３は、方向性結合器１０３ａと、方向性結合器１０３ｂと、光導波路１０３ｃと、光導波路１０３ｄと、位相調整部１０３ｆとを備える。
【００２６】
方向性結合器１０３ａは、マッハツェンダー干渉計１０３に入力される光信号７を、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄに分岐する。即ち、方向性結合器１０３ａは、光信号７を、光導波路１０３ｃに進む第１の光信号と、光導波路１０３ｄに進む第２の光信号とに分岐する。２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄのうち、一方の光導波路１０３ｄは、他方の光導波路１０３ｃよりも長さがΔL１０３ｅだけ長い。
【００２７】
方向性結合器１０３ｂは、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄに分岐された第１の光信号と第２の光信号とを合成し、光信号１１を出力する。方向性結合器１０３ｂは、方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差が２ｋπ＋π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を透過して出力し、位相差が２ｋπ−π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を遮断して、方向性結合器１０３ｂの出力が消光状態となるようになっている。
【００２８】
光源１０１からマッハツェンダー干渉計１０３に入力される光１の強度をＡ０、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度をＡとする。マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度Ａは、次に示す（１）式で表すことができる。
【００２９】
【数１】
（１）式において、β＝（２×π×ｆ×ｎｅｆｆ／Ｃ０）であり、ｆは光源１０１の周波数、Ｃ０は光速、ｎｅｆｆは光導波路１０３ｃ，１０３ｄの等価屈折率である。
【００３０】
又、（１）式において、βΔＬ＋Φの値は、方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差である。ΔＬは、上述したように、一方の光導波路１０３ｄの長さを、他方の光導波路１０３ｃの長さよりも長く設定した分である。ここで、理論的には、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差は、βΔLで表される。しかし、このΔＬは、実際には数ｍｍ〜数１０ｍｍのオーダーでしか設定できず、位相差βΔＬを所望の値にするために、ΔＬを波長オーダー（ミクロン単位）で予め設定しておくことができない。即ち、ΔＬを波長オーダー（ミクロン単位）で初期設定することができない。
【００３１】
そのため、Φの値を調整して、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄから出力される第１の光信号と第２の光信号との位相差を所望の値にする。その結果、位相差は、実際には上述したようにβΔＬ＋Φで表されることになる。よって、Φは、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄから出力される第１の光信号と第２の光信号との位相差を設定するΔＬを、波長オーダー（ミクロン単位）で初期設定することができないことによる残留の位相分を示すパラメータである。
【００３２】
図３は、駆動回路１０６から位相変調器１０２に入力される位相変調器１０２を駆動する駆動信号６が位相変調器１０２に入力されていない状態、即ち、光源１０１からの光１がそのままマッハツェンダー干渉計１０３に入力される状態におけるマッハツェンダー干渉計１０３の光の透過率と光の周波数との関係を示すグラフ図である。図３は、マッハツェンダー干渉計１０３のバイアス状態を説明するためのものである。図３に示すグラフの縦軸は、（１）式に基づいて求めたマッハツェンダー干渉計１０３の光透過率（Ａ／Ａ０）を表し、横軸は、光１の光周波数を表す。
【００３３】
図３では、光源１０１からの光１がそのままマッハツェンダー干渉計１０３に入力されるため、マッハツェンダー干渉計１０３へ入力される光の光強度はＡ０となり、光透過率はＡ／Ａ０で表される。図３において、光の透過率が最大となる光の周波数の値の間隔は、マッハツェンダー干渉計１０３の自由スペクトル空間（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ、以下「ＦＳＲ」という）である。ＦＳＲは、次に示す（２）式の関係から計算でき、（３）式で表すことができる。
【００３４】
【数２】
【数３】
位相調整部１０３ｆは、方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差の調整を行う。位相差の調整は、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点が、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、出力が消光状態となるように設定されるよう行う。上述したように、方向性結合器１０３ｂは、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差が２ｋπ＋π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を透過して出力し、位相差が2ｋπ−π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を遮断して、方向性結合器１０３ｂの出力が消光状態となるようになっている。そのため、位相調整部１０３ｆは、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差が２ｋπ−π／２（ｋは整数）となるように位相差を調整する。
【００３５】
又、上述したように、位相差はβΔＬ＋Φで表され、ΔＬは予め設定されている。そのため、位相調整部１０３ｆは、Φを調整して、位相差の調整を行う。位相調整部１０３ｆは、例えば、ヒーター等を用いることができ、光導波路１０３ｄの途中に設けられる。そして、その位相調整部１０３ｆであるヒーターが、光導波路１０３ｄの温度を調節し、光導波路１０３ｄの長さを伸縮させることによって、Φを調整し、位相差の調整を行うことができる。
【００３６】
ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、駆動信号６の基礎となるデータ信号２がＮＲＺ符号の信号であった場合に、そのＮＲＺ符号のデータ信号２をＮＲＺＩ符号の信号に変換する。即ち、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、光変調装置１００に入力されるデータ信号２がＮＲＺ符号であった場合に、そのＮＲＺ符号のデータ信号２をＮＲＺＩ符号の出力信号５に変換する電気回路である。ここで、ＮＲＺ符号とは、その時間長の間ずっとパルスを出し続け、電圧０に戻らない方式の符号である。ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、符号変換に、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるクロック信号３を用いる。
【００３７】
図４は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５の構成を示す図である。ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、ＥＸ―ＯＲ（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ―ＯＲ）回路１０５ａと、１ビット遅延回路１０５ｂとを備える。１ビット遅延回路１０５ｂは、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を１ビット遅延させる。１ビット遅延回路１０５ｂは、例えばクロック信号３をタイミング信号として用いるフリップフロップ回路により構成できる。尚、本実施形態においては、1ビット遅延回路１０５ｂの初期値は０とする。１ビット遅延回路１０５ｂは、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を１ビット遅延させた１ビット遅延信号４を、ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａに入力する。
【００３８】
ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａは、光変調装置１００に入力されるデータ信号２と、１ビット遅延回路１０５ｂが、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を１ビット遅延させた１ビット遅延信号４との排他的論理和を演算する。演算した結果が、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５の出力信号５となる。ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａは、データ信号２と１ビット遅延信号４の値が同一の時は「０」、異なる時は「１」を演算結果として出力する。尚、上述したように、1ビット遅延回路１０５ｂの初期値は「０」となっているため、ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａは、最初（出力信号５がまだ出力されていない時）は初期値「０」と、データ信号２との排他的論理和を演算する。
【００３９】
図５は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を示す図である。本実施形態では、データ信号２として、「０１０１１００１」というビット列を用いる。このデータ信号２がＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されると、出力信号５として、ＮＲＺＩ符号の「０１１０１１１０」というビット列が得られる。ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２のビット列をｘ（ｎ）、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５から出力される出力信号５のビット列をｙ（ｎ）とすると、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が行う演算は、（４）式で表される。
【００４０】
【数４】
（４）式の演算は、ｍｏｄ２の演算により行う。ｍｏｄ２の演算とは、０＋０＝０、１＋０＝１、０＋１＝１、１＋１＝０に従う演算である。
【００４１】
駆動回路１０６から出力する駆動信号６は、位相変調器１０２を駆動する。駆動回路１０６は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５から入力される電気信号、即ち、ＮＲＺＩ符号の出力信号５を、増幅する電気回路である。駆動回路１０６は、出力信号５を増幅させたＮＲＺＩ符号の駆動信号６で、位相変調器１０２を駆動する。上述したように、駆動信号６により駆動される位相変調器１０２は、光源１０１から入力される光１を変調し、光信号７を出力する。位相変調器１０２が変調することにより得られる光信号７は、次に示す（５）式で表すことができる。
【００４２】
【数５】
（５）式において、Ｖは位相変調器１０２の駆動電圧、Ｖπは位相変調器１０２の半波長電圧、φ０は初期位相、ｔは時間である。尚、駆動回路１０６は、必ずしも最大Ｖπまで出力する必要はない。
【００４３】
このように、位相変調器１０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号６により駆動される。又、位相変調器１０２を駆動させる駆動回路１０６もＮＲＺＩ符号の出力信号５を増幅し、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５もＮＲＺＩ符号の出力信号５を出力する。そのため、位相変調器１０２、駆動回路１０６、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５を結合して要求される総合周波数帯域は、ナイキスト周波数の考え方（ナイキストの定理）により、データ信号２のビット速度をＢ（ｂ／ｓ）とすると、Ｂ／２（Ｈｚ）であればよい。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃのビット速度のＲＺ符号の光信号１１を得るためには、位相変調器１０２に要求される周波数帯域は、おおよそ２０ＧＨｚであればよい。
【００４４】
そのため、位相変調器１０２は、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要としない。更に、位相変調器１０２が広い周波数帯域を有する必要がない結果、位相変調器１０２を駆動させる駆動回路１０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、耐圧の関係から困難であるという問題も生じない。
【００４５】
次に、図６を用いて、駆動回路１０６、位相変調器１０２、マッハツェンダー干渉計１０３が、光源１０１から入力される光１を変調する方法を説明する。図６は、駆動回路１０６が位相変調器１０２を駆動させる駆動信号６と、位相変調器１０２が出力する位相変調された光信号７の位相状態と、マッハツェンダー干渉計１０３内部の２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄが方向性結合器１０３ｂに入力する直前の第１の光信号８、第２の光信号９、即ち、光導波路１０３ｃ，１０３ｄが出力する第１の光信号８、第２の光信号９の位相状態と、第１の光信号と第２の光信号との位相差１０と、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度の関係を説明する図である。
【００４６】
尚、図６を用いた説明においては、説明を簡単にするために、マッハツェンダー干渉計１０３のＦＳＲは、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２の１ビットタイムスロットＴの逆数１／Ｔに設定する。また、位相変調器１０２を駆動させる駆動信号６の波形は三角波形とする。更に、位相変調器１０２が光信号７を出力する時間と、マッハツェンダー干渉計１０３が光信号１１を出力する時間の差は０とする。即ち、図６に示すように、光信号７と光信号１１は、同一タイムスロットで出力されるものとする。実際には、光信号７が、マッハツェンダー干渉計１０３を伝送する時間分の遅延があり、図６に示すように、同一タイムスロットにはならない。尚、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５のビット列は、図５に示す「０１１０１１１０」を用いる。
【００４７】
図６に示す駆動信号６の波形は、位相変調器１０２を駆動させる信号波形である。駆動信号６は、出力信号５を増幅したＮＲＺＩ符号の電気信号である。上述したように、駆動信号６の波形は、三角波形であり、ランプ状に電圧が変化するものと仮定する。即ち、符号「０」から「１」へ電圧波形は直線状に上昇し、符号「１」から「０」へ電圧波形は直線状に下降するものとする。ここで、「０」は電圧０とし、「１」は、位相変調器１０２の半波長電圧Ｖπとする。
【００４８】
図６に示す光信号７の波形は、位相変調器１０２が出力する位相変調された光信号７の位相状態の波形である。この光信号７の波形は、光源１０１から位相変調器１０２に入力される光１を、図６に示す駆動信号６により駆動させて得られる。この波形は、上述した（５）式で表される光信号７の位相状態を示す。ここで、（５）式における初期位相φ０は、説明の便宜上、０と仮定する。光信号７の位相は、図６に示すように、正弦波状に位相０からπ、あるいは、πから０に遷移する。
【００４９】
図６に示す第１の光信号８、第２の光信号９の波形は、それぞれマッハツェンダー干渉計１０３の２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄが出力する第１の光信号８、第２の光信号９の位相状態を示す波形である。第１の光信号８、第２の光信号９は、位相変調器１０２から入力される図６に示す光信号７を、分岐して得られる。図６に示すように、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９は、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８に比較して、１タイムスロット遅延している。即ち、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９は、光導波路１０３ｃが出力する光信号８に比較して、１ビット分遅延している。
【００５０】
又、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８の位相状態は、光信号７の位相状態と同じであり、位相０からπの間で変化する。一方、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の位相状態は、図６に示すように、π／２から３π／２の間で変化する。これは、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の位相が、π／２から３π／２の間で変化するように、位相調整部１０３ｆが上述したΦの値を調整するためである。このように、第１の光信号８の位相は、位相０からπの間で変化するように光信号７の位相状態と同じとし、第２の光信号９の位相は、π／２から３π／２の間で変化するようにΦの値を調整して、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差を調整する。尚、マッハツェンダー干渉計１０３の光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の１ビット目の位相は、π／２と仮定する。
【００５１】
図６に示す光信号の位相差１０は、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８と、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９との位相差である。即ち、マッハツェンダー干渉計１０３の方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号８と第２の光信号９との位相差を示した波形である。図６に示すように、位相差１０は、−π／２を中心として、＋π／２から−３π／２までの値をとる。又、上述したように、第１の光信号８の位相は、位相０からπの間で変化するようにし、第２の光信号９の位相は、π／２から３π／２の間で変化するようにし、更に、第２の光信号９は光信号８に比較して、1ビット分遅延させることによって、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０は、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０が−π／２となるように調整されている。即ち、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時、例えば、「１」が連続して続く時は、位相差１０が−π／２となるように調整されている。
【００５２】
図６に示す光信号１１の波形は、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度を示す波形である。マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度は、（１）式より導出できる。その結果、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０が−π／２の場合は、マッハツェンダー干渉計１０３の光信号１１を遮断し、光信号１１の出力は０（消光状態）となる。又、位相差１０が＋π／２或いは−３π／２の場合は、マッハツェンダー干渉計１０３は光信号１１を透過し、光信号１１の出力は１（出力状態）となる。そのため、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の波形は、図６に示す波形となる。
【００５３】
ここで、位相変調器１０２がマッハツェンダー干渉計１０３に入力するＮＲＺＩ符号の光信号７と、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１とを比較する。ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時、例えば、「１」が連続して続く時は、光信号１１の出力は「０」となっており、消光状態になっている。一方、光信号７が変化する時、即ち、「０」から「１」へ、又は、「１」から「０」へ変化する時は、光信号１１の出力は「１」となっており、出力状態となっている。
【００５４】
このように、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０が−π／２となるように位相差１０を調整することによって、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、マッハツェンダー干渉計１０３の出力が消光状態となるように設定できる。このように、マッハツェンダー干渉計１０３は、光導波路１０３ｄに位相調整部１０３ｆを設けて、位相差１０を調整することによって、容易に動作点を設定することができる。
【００５５】
尚、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の１ビット目、即ち、光信号１１のビット列の先頭が「０」となっているのは、マッハツェンダー干渉計１０３の光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の位相をπ／２と仮定したことによる。但し、マッハツェンダー干渉計１０３の光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９は、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８よりも、１ビット遅延している。そのため、光信号９の１ビット目は、π／２の場合だけでなく、３π／２の場合もある。その場合には、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の１ビット目は、「１」となる。
【００５６】
このように、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点が、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、マッハツェンダー干渉計１０３の出力が消光状態となるように設定された結果、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の波形は、図６に示すように、ＲＺ符号となり、ビット列は、「０１０１１００１」となる。このビット列は、図５に示したＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５により、符号を変換する前のＮＲＺ符号のデータ信号２のビット列と同一である。即ち、光変調装置１００によれば、光変調装置１００に入力されたＮＲＺ符号のデータ信号２から、そのデータ信号２のビット列を変化させないまま、符号だけをＲＺ符号とした光信号１１を得ることができる。その結果、光変調装置１００は、ＲＺ符号の光信号１１を出力することができるため、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。
【００５７】
尚、図６を用いた説明においては、説明を簡単にするために、マッハツェンダー干渉計１０３は、ＦＳＲを、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２の１ビットタイムスロットＴの逆数１／Ｔに設定し、第２の光信号９を第１の光信号８に比較して、１ビット分遅延させている。しかし、第２の光信号９の第１の光信号８からの遅延は、１ビット以下であれば、１ビットに限られない。マッハツェンダー干渉計１０３は、第２の光信号９を第１の光信号８に比較して、１ビット未満分遅延させた場合、１ビット分遅延させる場合に比べて、出力する光信号１１の干渉雑音を小さくすることができる。
【００５８】
次に、マッハツェンダー干渉計１０３は、出力する光信号１１を光バンドパスフィルタ１０４に入力する。光バンドパスフィルタ１０４は、マッハツェンダー干渉計１０３から入力される光信号１１のスペクトル狭窄を行う。マッハツェンダー干渉計１０３に次いで、光バンドパスフィルタ１０４を挿入することにより、光信号１１の波長をコンパクトにでき、光ファイバの分散による影響を極力さけることができる。又、光変調装置１００を波長分割多重システムの光変調装置として用いる場合、光バンドパスフィルタ１０４は、隣接する波長チャネルへの影響を防ぐことができる。光バンドパスフィルタ１０４としては、誘電体多層膜フィルタやファイバブラッググレーティング型フィルタ、回転式グレーティング型フィルタ、ファブリ−ペロー干渉型フィルタ等を用いることができる。
【００５９】
又、光変調装置１００を波長分割多重システムの光変調装置として用いる場合、波長多重を行うマルチプレクサ（以下「ＭＵＸ」という）を光バンドパスフィルタ１０４として用いてもよい。波長多重を行うＭＵＸは、バンドパスフィルタ特性を有するため、それを利用することができるからである。これによれば、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１を、直接、波長多重を行うＭＵＸに入力することができ、光変調装置１００は、バンドパスフィルタを設ける必要がない。
【００６０】
次に、光変調装置１００を用いて行うシミュレーションについて説明する。
【００６１】
（シミュレーション１）
光変調装置１００に、データ信号２としてＮＲＺ符号の６４ビットのビット列「１０１００１００１０１０１０１００００１００１０１１０１１１００１０００１０１０１１１０１０１１１１１００１１０１１０１００１０」を入力するシミュレーションを行う。シミュレーションのパラメータは、ＮＲＺ符号のデータ信号２のビット速度を４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ、位相変調器１０２の変調度を５０％（Vπ／２まで駆動）、マッハツェンダー干渉計１０３のＦＳＲを４０ＧＨｚに設定する。図７は、そのシミュレーション結果であるマッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１のスペクトルを示すグラフ図である。尚、図７に示すグラフの縦軸は光信号１１の出力（ｄＢｍ）を表し、横軸は光周波数（ＧＨｚ）を表し、横軸の中心値０は、１９３．４ＴＨｚを表す。
【００６２】
図７に示すように、マッハツェンダー干渉計１０３が出力し、バンドパスフィルタ１０４に入力される光信号１１のスペクトルには、両方の変調スペクトルサイドバンド、即ち、アッパーサイドバンドとロワーサイドバンドが存在する。又、光信号１１は、光搬送波（光キャリア）が抑圧されている。このように、光変調装置１００によれば、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。このような光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号を得る変調方式を、ＣＳ―ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調方式という。ＣＳ―ＲＺ変調方式によれば、光ファイバに入力される光電力が高い場合においても、非線形光学効果による受信感度劣化が小さいという効果を得ることができる。
【００６３】
尚、ＣＳ―ＲＺ変調方式の光変調装置として、従来、マッハツェンダー型強度変調器を直列に２個接続する装置がある。この従来の装置では、まず、前段のマッハツェンダー型強度変調器により、ＮＲＺ符号の光信号を得る。次に、従来の装置では、後段のマッハツェンダー型強度変調器を、データ信号のビット速度の半分の周波数のクロック信号で駆動させる。この時、従来の装置では、マッハツェンダー型強度変調器の動作点を、駆動電圧０の時に光信号を出力しないように設定しておく。そして、従来の装置では、マッハツェンダー型強度変調器の光透過特性が２次関数となる部分で、後段のマッハツェンダー型強度変調器を駆動することにより、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号を得る。しかし、この従来の装置では、２個のマッハツェンダー型強度変調器間の位相を厳密に一致させる必要があり、マッハツェンダー型強度変調器が２個必要であることから構成が複雑となる。これに対して、光変調装置１００によれば、位相変調器１０２とマッハツェンダー干渉計１０３とを組み合わせた簡単な構成で、ＣＳ−ＲＺ変調方式を実現できる。そして、光変調装置１００は、光ファイバに入力される光電力が高い場合においても、非線形光学効果による受信感度劣化が小さいという効果を、容易に得ることができる。
【００６４】
（シミュレーション２）
次に、バンドパスフィルタ１０４として、スーパーガウス型４次フィルタを用い、光バンドパスフィルタ１０４から出力される光信号を電気信号に変換し、アイパターンを表示するシミュレーションを行う。尚、スーパーガウス型４次フィルタの半値全幅は、８０ＧＨｚに設定する。又、スーパーガウス型４次フィルタは、光バンドパスフィルタ１０４の中心周波数を、光源１０１の発振波長にほぼ一致させて、光源１０１から出力される光１の周波数とほぼ一致させ、両方の変調スペクトルサイドバンドを通過させる。図８は、そのシミュレーション結果であるアイパターンを示すグラフ図である。尚、図８に示すグラフの縦軸は任意軸であり、横軸は時間（ｐｓ）である。
【００６５】
図８に示すように、光変調装置１００によれば、光バンドパスフィルタ１０４によりスペクトル狭窄を行っても、正常なアイパターンが得られ、ほぼＲＺ符号の電気信号が得られる。又、光バンドパスフィルタ１０４の中心周波数を、光源１０１から出力される光１の周波数とほぼ一致させ、両方の変調スペクトルサイドバンド（アッパーサイドとロワーサイド）を通過させることにより、光変調装置１００は、ＤＳＢ方式の変調ができる。ＤＳＢ方式の変調は、復調が容易となるというメリットがある。
【００６６】
（シミュレーション３）
次に、ＮＲＺ／ＲＺ変換器を用いて、ＲＺ符号で動作する駆動回路、光強度変調器により、直接ＲＺ符号の光信号を得る従来の光変調装置による光変調方法と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５、駆動回路１０６、位相変調器１０２、マッハツェンダー干渉計１０３を用いてＲＺ符号の光信号１１を得る本実施形態に係る光変調装置１００による光変調方法に要求される周波数帯域を比較する。そのため、従来の光変調装置の光強度変調器とその駆動回路の総合変調帯域（総合周波数帯域）及び受信器におけるアイ開口度の関係と、本実施形態の位相変調器１０２とその駆動回路１０６の総合変調帯域（総合周波数帯域）及び受信器におけるアイ開口度の関係をシミュレーションする。
【００６７】
図９は、シミュレーションの結果である変調帯域とアイ開口度の劣化の関係を示すグラフ図である。図９に示すグラフにおいて、横軸は、総合変調帯域（３ｄＢ低下周波数）ｆを、データ信号２のビット速度Ｂで除して正規化した正規化変調帯域ｆ／Ｂである。又、縦軸は、ｆ／Ｂ＝１としたときの受信器でのアイ開口度を基準（０ｄＢ）とし、その基準からのアイ開口度の劣化を表したものである。尚、アイ開口度とは、出力波形の最大値と最小値の差の値と、アイパターンのアイの開きの最大値との比をいう。
【００６８】
図９に示すように、本実施形態に係る光変調装置１００を用いた光変調方法では、位相変調器１０２とその駆動回路１０６の総合変調帯域（３ｄＢ低下周波数）は、データ信号２のビット速度のおおよそ半分の周波数でよい。一方、従来の光変調装置を用いた従来の光変調方法では、総合変調帯域（３ｄＢ低下周波数）は、おおよそデータ信号２のビット速度の周波数が必要である。
【００６９】
このような本発明の第１の実施の形態に係る光変調装置１００及び光変調方法によれば、位相変調器１０２がＮＲＺＩ符号の駆動信号６により光１を駆動することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が生成され、マッハツェンダー干渉計１０３に入力される。そして、マッハツェンダー干渉計１０３が、入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、光信号１１を出力しないようにすると、マッハツェンダー干渉計１０３から出力される光信号１１は、ＲＺ符号の光信号１１となる。そのため、マッハツェンダー干渉計１０３は、光伝送路に出力する光信号として、ＲＺ符号の光信号１１を出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。
【００７０】
更に、位相変調器１０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号６により駆動されるため、位相変調器１０２に要求される周波数帯域は、ナイキスト周波数の考え方（ナイキストの定理）により、データ信号ビット速度のおよそ半分でよい。そのため、位相変調器１０２は、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要としない。更に、位相変調器１０２が広い周波数帯域を有する必要がない結果、位相変調器１０２を駆動させる駆動回路１０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、耐圧の関係から困難であるという問題も生じない。
【００７１】
又、強度変調器として、位相変調器１０２から入力される光信号７を第１の光信号８と第２の光信号９に分け、その第１の光信号８と第２の光信号９とを合成して出力するマッハツェンダー干渉計１０３を用いる。そして、光導波路１０３ｄに位相調整部１０３ｆを設けて、その第１の光信号８と第２の光信号９の位相差１０を調整して、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時にマッハツェンダー干渉計１０３の出力が消光状態となるように設定する。そのため、光導波路１０３ｄに位相調整部１０３ｆを設けて、位相差１０を調整することによって、容易にマッハツェンダー干渉計１０３の動作点を設定することができる。
【００７２】
又、光変調装置１００は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５を備えるため、光変調装置１００にＮＲＺ符号のデータ信号２が入力された場合であっても、駆動信号６を生成する駆動回路１０６にＮＲＺＩ符号の出力信号５を入力することができる。
【００７３】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光変調装置２００について説明する。図１０は、第２の実施の形態に係る光変調装置２００の構成を示すブロック図である。光変調装置２００は、光源２０１と、位相変調器２０２と、マッハツェンダー干渉計２０３と、光バンドパスフィルタ２０４と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器２０５と、駆動回路２０６と、Ｏ／Ｅ変換器２０７と、温度制御回路２０８とを備える。図１０において、光源２０１、位相変調器２０２、光バンドパスフィルタ２０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器２０５、駆動回路２０６は、図１に示す光変調装置１００の光源１０１、位相変調器１０２、光バンドパスフィルタ１０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５、駆動回路１０６と、実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７４】
図１１は、マッハツェンダー干渉計２０３の構成を示す図である。マッハツェンダー干渉計２０３は、方向性結合器２０３ａと、方向性結合器２０３ｂと、光導波路２０３ｃと、光導波路２０３ｄと、第１出力ポート２０３ｆと、第２出力ポート２０３ｇとを備える。方向性結合器２０３ａ、光導波路２０３ｃは、図２に示すマッハツェンダー干渉計１０３の方向性結合器１０３ａ、光導波路１０３ｃと実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７５】
光導波路２０３ｄは、他方の光導波路２０３ｃよりも長さがΔL２０３ｅだけ長く設定されている。方向性結合器２０３ｂは、第１出力ポート２０３ｆと、第２出力ポート２０３ｇにつながっており、両者に光信号を入力する。方向性結合器２０３ｂは、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄに分岐された第１の光信号８と第２の光信号９とを合成し、合成した光信号１１を第１出力ポート２０３ｆに入力する。又、方向性結合器２０３ｂは、第１出力ポート２０３ｆに入力する光信号１１と相補関係にある光信号１２を第２出力ポート２０３ｇに入力する。
【００７６】
第１出力ポート２０３ｆは、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄに分岐された第１の光信号８と第２の光信号９とを合成した光信号１１を出力する。光信号１１は、図２に示すマッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１と同様であり、そのビット列は「０１０１１００１」となる。第２出力ポート２０３ｇは、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１と相補関係にある光信号１２を出力する。光信号１２は、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御するために、温度制御回路２０８に利用される。尚、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１と、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２との電力和は常に一定となる。
【００７７】
第１出力ポート２０３ｆは、光信号１１を光バンドパスフィルタ２０４に入力する。第２出力ポート２０３ｇは、光信号１２をO／Ｅ変換器２０７に入力する。このように、マッハツェンダー干渉計２０３が、第１出力ポート２０３ｆと第２出力ポート２０３Ｇとを備えることにより、第１出力ポート２０３ｆからは、光信号１１を出力することができ、第２出力ポート２０３ｇからは、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御に利用する光信号１２を出力することができる。Ｏ／Ｅ変換器２０７は、第２出力ポートから入力される光信号１２を、電気信号１３に変換する。Ｏ／Ｅ変換器２０７は、変換した電気信号１３を温度制御回路２０８に入力する。
【００７８】
温度制御回路２０８は、電気信号１３を利用して温度制御信号１６を生成する。温度制御回路２０８は、温度制御信号１６をマッハツェンダー干渉計２０３に入力することによって、マッハツェンダー干渉計２０３全体の温度を制御する。温度制御回路２０８が、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御することによって、上述したΦを調整できる。上述したように、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄからの第１の光信号８と第２の光信号９との位相差１０は、βΔＬ＋Φで表され、ΔＬは予め設定されている。そのため、温度制御回路２０８は、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御し、Φを調整することによって、位相差１０の調整を行う温度制御部である。
【００７９】
温度制御回路２０８は、位相差１０を調整して、マッハツェンダー干渉計２０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１の出力が消光状態となるように設定する。上述したように、方向性結合器２０３ｂは、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄからの第１の光信号８と第２の光信号９との位相差が２ｋπ＋π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を透過して第１出力ポート２０３ｆに光信号１１出力し、位相差が2ｋπ−π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を遮断して、第１出力ポート２０３ｆの出力が消光状態となる。そのため、温度制御回路２０８は、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差が２ｋπ−π／２（ｋは整数）となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御して、Φを調整する。
【００８０】
尚、温度制御回路２０８が、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御して、Φを調整し、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、消光状態となるように位相差１０を調整すると、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２の光強度が最大となる。よって、温度制御回路２０８は、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差１０が−π／２となり、消光状態となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の動作点を設定することができる。
【００８１】
図１２は、温度制御回路２０８の構成を示す図である。図１２に示すように、温度制御回路２０８は、位相比較器２０８ａと、ディザ信号発生器２０８ｂとを備える。ディザ信号発生器２０８ｂは、低周波ディザ信号１４を発生する。ディザ信号発生器２０８ｂは、発生させた低周波ディザ信号１４を位相比較器２０８ａに入力する。又、ディザ信号発生器２０８ｂは、発生させ低周波ディザ信号１４を、位相比較器２０８ａが出力する位相比較出力信号１５に重畳する。位相比較器２０８ａは、Ｏ／Ｅ変換器２０７から、変換された電気信号１３を入力され、ディザ信号発生器２０８ｂから、低周波ディザ信号１４を入力される。
【００８２】
位相比較器２０８ａは、電気信号１３と、低周波ディザ信号１４との換算を行い、その換算の結果を、位相比較出力信号１５として出力する。そして、位相比較器２０８ａが出力した位相比較出力信号１５に、ディザ信号発生器２０８ｂが低周波ディザ信号１４を重畳することによって、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御信号１６を生成する。このように、温度制御回路２０８は、光信号１２をＯ／Ｅ変換器２０７により変換した電気信号１３を利用して温度制御信号１６を生成する。そして、温度制御回路２０８は、温度制御信号１６をマッハツェンダー干渉計２０３に入力することによって、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御を行うことができる。
【００８３】
このような本発明の第２の実施の形態に係る光変調装置２００及び光変調方法によれば、マッハツェンダー干渉計２０３の第１出力ポート２０３ｆが、位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、光信号１１を出力しないようにすることにより、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１は、ＲＺ符号の光信号１１となる。そのため、マッハツェンダー干渉計２０３は、ＲＺ符号の光信号１１を、光伝送信号として出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。又、位相変調器２０２とマッハツェンダー干渉計２０３とを組み合わせた簡単な構成で、ＣＳ−ＲＺ変調方式を実現でき、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。更に、位相変調器２０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動されるため、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要とせず、駆動回路２０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。
【００８４】
又、光変調装置２００は、温度制御回路２０８を設けて、位相差１０を調整することにより、容易にマッハツェンダー干渉計２０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１の出力が消光状態となるように設定できる。又、温度制御回路２０８は、光信号１２をＯ／Ｅ変換器２０７により変換した電気信号１３を利用して温度制御信号１６を生成する。そして、温度制御回路２０８は、温度制御信号１６をマッハツェンダー干渉計２０３に入力することによって、容易にマッハツェンダー干渉計２０３の温度制御を行うことができる。又、温度制御回路２０８は、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に消光状態となるように、位相差１０を調整することができる。
【００８５】
尚、図１１に示すマッハツェンダー干渉計２０３の光導波路２０３ｄには、図２に示すような位相調整部はなく、温度制御回路２０８は、マッハツェンダー干渉計２０３全体の温度を制御対象としている。しかし、マッハツェンダー干渉計２０３の内部に位相調整部を設け、温度制御回路２０８は、制御対象を位相調整部としてもよい。例えば、図２と同様にして、マッハツェンダー干渉計２０３の光導波路２０３ｄに位相調整部としてヒーターを設け、温度制御回路２０８は、制御対象をそのヒーターの温度としてもよい。
【００８６】
又、光変調装置２００では、第１出力ポート２０３ｆと第２出力ポート２０３ｇとを備えるマッハツェンダー干渉計２０３を設け、温度制御回路２０８は、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２を温度制御に利用している。しかし、光変調装置２００は、第２出力ポート２０３ｇを備えないマッハツェンダー干渉計２０３を用い、温度制御回路２０８が、光信号１２を用いない方法で温度制御を行ってもよい。又、光変調装置２００は、温度制御回路２０８以外の温度制御部を用いて、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御を行ってもよい。
【００８７】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光変調装置３００について説明する。図１３は、第３の実施の形態に係る光変調装置３００の構成を示すブロック図である。光変調装置３００は、光源３０１と、位相変調器３０２と、マッハツェンダー干渉計３０３と、光バンドパスフィルタ３０４と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器３０５と、駆動回路３０６と、Ｏ／Ｅ変換器３０７と、温度制御回路３０８とを備える。図１３において、光源３０１、位相変調器３０２、マッハツェンダー干渉計３０３、光バンドパスフィルタ３０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器３０５、駆動回路３０６、Ｏ／Ｅ変換器３０７は、図１０に示す光変調装置２００の光源２０１、位相変調器２０２、マッハツェンダー干渉計２０３、光バンドパスフィルタ２０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器２０５、駆動回路２０６、Ｏ／Ｅ変換器２０７と、実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８８】
図１３に示す光変調装置１００では、第２出力ポートから出力される光信号１２は、光源３０１の温度を制御するために、温度制御回路３０８に利用される。マッハツェンダー干渉計３０３が、図１１に示すマッハツェンダー干渉計２０３と同様に、第１出力ポートと第２出力ポートとを備えることにより、第１出力ポートからは、光信号１１を出力することができ、第２出力ポートからは、光源３０１の温度制御に利用する光信号１２を出力することができる。
【００８９】
温度制御回路３０８には、Ｏ／Ｅ変換器３０７から光信号１２を変換した電気信号１３が入力される。温度制御回路３０８は、電気信号１３を利用して光源３０１の温度を制御する温度制御信号１７を生成する。温度制御回路３０８は、温度制御信号１７を光源３０１に入力することによって、光源３０１の温度を制御する。温度制御回路３０８が光源３０１の温度を制御することによって、光源３０１から出力される光１の周波数を制御することができ、その光１の周波数を制御することによって、上述したΦを調整することができる。よって、温度制御回路３０８は、光源３０１の温度を制御することによって、光１の周波数を制御し、位相差１０の調整を行う周波数制御部である。
【００９０】
温度制御回路３０８は、マッハツェンダー干渉計３０３の動作点が、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、出力が消光状態となるように、位相差１０の調整を行う。温度制御回路３０８は、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差が−π／２となるように、光源３０１の温度を制御して光１の周波数を制御し、Φを調整する。
【００９１】
尚、温度制御回路３０８が、光源３０１の温度を制御して光１の周波数を制御し、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、マッハツェンダー干渉計３０３の第１出力ポートが、消光状態となるように位相差１０を調整すると、第２出力ポートが出力する光信号１２の光強度が最大となる。そのため、温度制御回路３０８は、第２出力ポートが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、光源３０１の温度を制御して光１の周波数を制御することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差１０が−π／２となるように調整することができる。
【００９２】
温度制御回路３０８の構成は、図１２に示す温度制御回路２０８と実質的に同様である。位相比較器は、電気信号１３と低周波ディザ信号との換算を行い、その換算の結果を位相比較出力信号として出力する。そして、位相比較器が出力した位相比較出力信号に、ディザ信号発生器が、低周波ディザ信号を重畳することによって、光源３０１の温度制御信号１７を生成する。
【００９３】
このような第３の実施の形態に係る光変調装置３００及び光変調方法によれば、マッハツェンダー干渉計３０３の第１出力ポートが、位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、光信号１１を出力しないようにすることにより、第１出力ポートが出力する光信号１１は、ＲＺ符号の光信号１１となる。そのため、マッハツェンダー干渉計３０３は、ＲＺ符号の光信号１１を、光伝送信号として出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。又、位相変調器３０２とマッハツェンダー干渉計３０３とを組み合わせた簡単な構成で、ＣＳ−ＲＺ変調方式を実現でき、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。更に、位相変調器３０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動されるため、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要とせず、駆動回路３０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。
【００９４】
又、光変調装置３００は、温度制御回路３０８を設けて、位相差１０を調整することにより、容易にマッハツェンダー干渉計３０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に第１出力ポートが出力する光信号１１の出力が消光状態となるように設定できる。又、温度制御回路３０８は、光信号１２をＯ／Ｅ変換器３０７により変換した電気信号１３を利用して温度制御信号１７を生成する。そして、温度制御回路３０８は、温度制御信号１７を光源３０１に入力することによって、光源３０１の温度制御を行うことができる。又、温度制御回路３０８は、第２出力ポートが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、光源３０１の温度を調整することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、消光状態となるように位相差１０を調整することができる。
【００９５】
尚、光変調装置３００は、温度制御回路３０８以外の周波数制御部を用いて、光源３０１の温度を制御するようにしてもよい。又、光変調装置３００は、光源３０１の温度を制御する方法以外の方法により、光１の周波数を制御するようにしてもよい。
【００９６】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態に係る光変調装置４００について説明する。図１４は、第４の実施の形態に係る光変調装置４００の構成を示すブロック図である。光変調装置４００は、複数の光源４０１ａ，４０１ｂと、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂと、マッハツェンダー干渉計４０３と、光くし状フィルタ４０４と、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂと、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂと、ＭＵＸ４０７とを備える。尚、図１４では、複数の光源４０１ａ，４０１ｂと、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂと、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂと、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂは、それぞれ２つずつしか図示されていないが、実際には、複数（２つ以上）であればいくつ設けてもよい。尚、図１４において、複数の光源４０１ａ，４０１ｂ、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂ、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂは、それぞれ、図１に示す光変調装置１００の光源１０１、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５、駆動回路１０６と実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９７】
複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂは、図１に示す光変調装置１００の位相変調器１０２と同様にして、光１をＮＲＺＩ符号の駆動信号６によって、位相変調する。複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂは、それぞれ位相変調して得られるＮＲＺＩ符号の光信号７を、ＭＵＸ４０７に入力する。ＭＵＸ４０７は、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂから入力される複数のＮＲＺＩ符号の光信号７を波長多重する。ＭＵＸ４０７は、複数の光信号７を波長多重して得られた光信号１８を、マッハツェンダー干渉計４０３に入力する。
【００９８】
マッハツェンダー干渉計４０３は、ＭＵＸ４０７から入力される複数の光信号７を波長多重して得られた光信号１８に含まれる複数の光信号７を強度変調する。図３に示すように、マッハツェンダー干渉計４０３の光透過率は、光の周波数に対して周期的に変化する。そのため、マッハツェンダー干渉計４０３は、図３に示す波形の谷の部分において、周期的に強度変調を行うことができる。よって、１つのマッハツェンダー干渉計４０３が、複数の光信号７を波長多重して得られた光信号１８に含まれる各光信号７を、各周期においてそれぞれ強度変調する。即ち、波長多重信号の周波数間隔は、マッハツェンダー干渉計４０３のＦＳＲの整数倍になるように設定される。
【００９９】
マッハツェンダー干渉計４０３は、図１に示す光変調装置１００のマッハツェンダー干渉計１０３と同様にして、各光信号７を強度変調し、複数のＲＺ符号の光信号１１を出力する。マッハツェンダー干渉計４０３は、強度変調して得られた複数の光信号１１を、周期的に複数の波長の信号を通す光くし状フィルタ４０４に入力する。
【０１００】
但し、マッハツェンダー干渉計４０３が、波長多重された光信号１８に含まれる複数の光信号７を、各周期においてそれぞれ強度変調するためには、マッハツェンダー干渉計４０３の第２の光信号９の第１の光信号８からの遅延は、１ビット以下とする必要がある。即ち、マッハツェンダー干渉計４０３は、第２の光信号９を、第１の光信号８に比較して、１ビット以下分遅延させる。具体的には、マッハツェンダー干渉計４０３は、（３）式を満たすようにΔＬを設定し、ＦＳＲを、データ信号２の１ビットタイムスロットのタイムスロットＴの逆数１／Ｔ、又は、１ビットタイムスロットＴ未満のタイムスロットＴ’の逆数１／Ｔ’に設定する。これにより、マッハツェンダー干渉計１０３は、第２の光信号９を、第１の光信号８に比較して１ビット以下分遅延させることができる。
【０１０１】
このような第４の実施の形態に係る光変調装置４００及び光変調方法によれば、複数の光源４０１ａ，４０１ｂと、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂと、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂと、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂと、ＭＵＸ４０７とを備えることにより、１つのマッハツェンダー干渉計４０３で、ＭＵＸ４０７により波長多重された複数の光信号７を、強度変調することができる。よって、光変調装置４００は、その小型化や、低コスト化を図ることができる。
【０１０２】
〔第５の実施の形態〕
図１、図１０、図１３、図１４に示す光変調装置１００，２００，３００，４００を用いた光変調方法により得られる光信号１１の光スペクトルは、図７に示すように光キャリア周波数が抑圧されている。これを利用して、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４の中心周波数を、光源１０１，２０１，３０１，４０１ａ，４０１ｂから出力される光１の周波数からずらして、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４を設けた光変調装置１００，２００，３００、４００とする。これにより、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４は、一方の変調スペクトルサイドバンドを、他方の変調スペクトルサイドバンドよりも多く通過させて抽出できる。例えば、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４が、アッパーサイドバンドをロワーサイドバンドに比べて多めに通過させることにより、アッパーサイドバンドを抽出することができる。
【０１０３】
このような第５の実施形態に係る光変調装置１００，２００，３００，４００及び光変調方法によれば、容易にＳＳＢ方式の変調ができる。光変調装置１００，２００，３００，４００は、高密度波長分割多重の変調方式として、ＳＳＢ変調方式を用いた場合、ＤＳＢ変調方式に比べて半分の帯域幅しか用いないため、おおよそ２倍の伝送容量を達成することができる。又、光変調装置１００，２００，３００，４００は、光信号のスペクトル幅が狭くなる為、光ファイバの分散の影響を受けにくくなる。
【０１０４】
〔変更例〕
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、マッハツェンダー干渉計１０３，２０３，３０３，４０３は、方向性結合器を備えているが、方向性結合器に代えてＹ分岐を備えるようにしてもよい。尚、Ｙ分岐を備えた場合、マッハツェンダー干渉計の出力を消光状態にするためには、２本の光導波路から出力される第１の光信号８と第２の光信号９との位相差１０はπに調整される必要がある。このように、マッハツェンダー干渉計の出力を消光状態とするための位相差１０は、マッハツェンダー干渉計の構造によって異なる。
【０１０５】
又、光変調装置は、マッハツェンダー干渉計として、バルク光学系のマッハツェンダー干渉計を用いてもよい。又、光変調装置は、強度変調器として、マッハツェンダー干渉計以外の変調器を用いてもよい。又、説明の便宜上、位相変調器１０２，２０２，３０２，４０２の位相変調度はπとしたが、πを超えない範囲であれば、いずれの値であっても、同様にＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。又、光変調装置１００，２００，３００，４００は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５，２０５，３０５，４０５ａ，４０５ｂを備えているが、光変調装置に入力される駆動信号６の基礎となるデータ信号がＮＲＺＩ符号であれば、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器を省略できる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光伝送信号としてＲＺ符号の光信号を出力して、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができ、かつ、位相変調器が広い周波数帯域を有する必要がない光変調装置及び光変調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の光の透過率と光の周波数との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るデータ信号と出力信号を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る位相変調器の駆動信号と、位相変調器の光信号と、第１の光信号と、第２の光信号と、第１の光信号と第２の光信号との位相差と、マッハツェンダー干渉計の光信号の関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の光信号のスペクトルを示すグラフ図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るアイパターンを示すグラフ図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る変調帯域とアイ開口度の劣化の関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施の形態に係る温度制御回路の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００ 光変調装置
１０１，２０１，３０１，４０１ａ，４０１ｂ 光源
１０２，２０２，３０２，４０２ａ，４０２ｂ 位相変調器
１０３，２０３，３０３，４０３ マッハツェンダー干渉計
１０３ａ，１０３ｂ，２０３ａ，２０３ｂ 方向性結合器
１０３ｃ，１０３ｄ，２０３ｃ，２０３ｄ 光導波路
１０３ｆ 位相調整部
１０４，２０４，３０４ 光バンドパスフィルタ
１０５，２０５，３０５，４０５ａ，４０５ｂ ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器
１０５ａ ＥＸ−ＯＲ回路
１０５ｂ １ビット遅延回路
１０６，２０６，３０６，４０６ａ，４０６ｂ 駆動回路
２０３ｆ 第１出力ポート
２０３ｇ 第２出力ポート
２０７，３０７ Ｏ／Ｅ変換器
２０８，３０８ 温度制御回路
２０８ａ 位相比較器
２０８ｂ ディザ信号発生器
４０４ 光くし状フィルタ
４０７ ＭＵＸ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調装置及び光変調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高速・高密度波長分割多重光伝送システムでは、光ファイバ損失を補償し、長距離伝送を実現するため、光ファイバ増幅器を伝送装置や中間中継器に設置している。受信側での信号対雑音比を適切に保ちつつ、中間中継器の間隔を大きく取るためには、光ファイバに入力する光電力を大きくする必要がある。しかし、光ファイバに入力する光電力を大きくすると、光ファイバの非線形光学効果が伝送特性に大きく影響を与える。特に、高密度波長分割多重伝送においては、ＸＰＭ(Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)効果が問題となる。ＸＰＭは、波長の異なる光信号が光ファイバ中を伝播する際に、分散により群速度が異なるものの、少しの時間だけ同時に光ファイバ中を走行することによって互いにインターラクションを起こし、波形を劣化させてしまう効果である。
【０００３】
このＸＰＭによる波形の劣化について、研究が進められている。例えば、ＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）符号よりＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）符号の方が、ＸＰＭに対する劣化が少ないという報告がされている（非特許文献１参照）。この報告に示されているように、高速・高密度波長分割多重光伝送システムにおいて、光ファイバ増幅器を用いた長距離伝送を行うためには、ＲＺ符号が適していることが分かっている。
【０００４】
そのため、ＮＲＺ／ＲＺ変換器が、データ信号とクロック信号をＮＲＺ／ＲＺ変換してＲＺ符号の出力信号とし、駆動回路が、そのＲＺ符号の出力信号を駆動信号として光強度変調器を駆動するという光変調装置が採用されている（特許文献１参照）。この光変調装置では、光強度変調器が、光源から入力された光をＲＺ符号の駆動信号により変調し、ＲＺ符号の光信号に変調する。このような従来の光変調装置は、ＲＺ符号の光信号を出力できるため、ＸＰＭ対策に有効である。
【０００５】
【非特許文献１】
エム・スヤマ（M Suyama）、外３名，「オプティカル・ファイバー・コミュニケーション（Optical Fiber Communication）１９９６テクニカル・ドキュメント（Technical Document）ＰＤ２６」，１９９６年２月２９日，ｐ．１−５
【特許文献１】
特開２００１―１４７４１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光変調装置では、光強度変調器、ＮＲＺ／ＲＺ変換器及び駆動回路がＲＺ符号で動作するため、それらが広い周波数帯域を有する必要があった。そして、そのような広帯域の光強度変調器は、動作するために、狭帯域の光強度変調器より高い変調電圧が必要であった。更に、広帯域の光強度変調器を駆動させる駆動回路も高速なものが必要であり、その出力振幅値も、狭帯域の光強度変調器を駆動させる駆動回路よりも大きな出力振幅値のものが必要であった。即ち、高電圧出力の駆動回路が必要であった。ところが、高速な駆動回路は、使用するトランジスタのサイズが小さく、耐圧が小さくなる傾向にある。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、技術的に困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、光伝送信号としてＲＺ符号の光信号を出力して、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができ、かつ、位相変調器が広い周波数帯域を有する必要がない光変調装置及び光変調方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光変調装置は、光をＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動して位相変調する位相変調器と、該位相変調器から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、該第１の光信号と該第２の光信号とを合成して出力することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調する強度変調器とを備え、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整して、ＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に強度変調した光信号の出力が消光状態となるように強度変調器の動作点を設定することを特徴とする。ここで、ＮＲＺＩ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ）符号とは、生成多項式Ｘ＋１で示される帰還シフトレジスタで生成される符号である。又、ＲＺ符号とは、符号のビット時間長よりも短いパルスを送り出し、残りの間はパルスを送出しないで０の状態に戻る方式の符号である。
【０００９】
このような本発明に係る光変調装置によれば、位相変調器がＮＲＺＩ符号の駆動信号により光を駆動することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号が生成され、強度変調器に入力される。そして、強度変調器が、入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に、強度変調した光信号を出力しないようにすると、強度変調器から出力される光信号はＲＺ符号の光信号となる。そのため、強度変調器は、光伝送路に出力する光信号としてＲＺ符号の光信号を出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。
【００１０】
更に、位相変調器は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動されるため、位相変調器に要求される周波数帯域は、ナイキスト周波数の考え方（ナイキストの定理）により、データ信号ビット速度のおよそ半分でよい。そのため、位相変調器は、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要としない。更に、位相変調器が広い周波数帯域を有する必要がない結果、位相変調器を駆動させる駆動回路として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、耐圧の関係から困難であるという問題も生じない。
【００１１】
又、強度変調器として、位相変調器から入力される位相変調された光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、その第１の光信号と第２の光信号とを合成して出力するものを用い、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整して、強度変調器の動作点をＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に強度変調器が強度変調した光信号の出力が消光状態となるように設定することが好ましい。これによれば、位相差を調整することにより、容易に強度変調器の動作点を設定することができる。
【００１２】
又、その位相差の調整は、例えば、強度変調器に位相差の調整を行う位相調整部を設けることにより実現できる。又、光変調装置は、強度変調器の温度を制御することにより位相差の調整を行う温度制御部を設けてもよい。その場合、強度変調器は、強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備えるようにし、温度制御部は、その第２の出力ポートから出力される光信号に基づいて温度制御信号を生成し、生成した温度制御信号によって強度変調器の温度を制御することが好ましい。
【００１３】
又、光変調装置は、位相変調器に入力する光の周波数を制御することにより位相差の調整を行う周波数制御部を設けてもよい。周波数制御部は、例えば、光の光源の温度を制御することにより、光の周波数を制御することができる。その場合、強度変調器は、強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備えるようにし、周波数制御部は、その第２の出力ポートから出力される光信号に基づいて温度制御信号を生成し、生成した温度制御信号によって光源の温度を制御することが好ましい。
【００１４】
又、強度変調器として、強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートを備えるものを用い、その第２の出力ポートが出力する光信号の光強度が最大となるように、強度変調器の動作点を設定することによっても、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整することができる。
【００１５】
更に、光変調装置は、駆動信号の基礎となるデータ信号がＮＲＺ符号の信号であった場合に、そのＮＲＺ符号のデータ信号をＮＲＺＩ符号の信号に変換するＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器を備えることが好ましい。これによれば、光変調装置にＮＲＺ符号のデータ信号が入力された場合であっても、駆動信号を生成する駆動回路にＮＲＺＩ符号の信号を入力することができる。
【００１６】
又、光変調装置は、強度変調器が出力する強度変調した光信号のスペクトル狭窄を行う光バンドパスフィルタを備えることが好ましい。これによれば、光変調装置は、光信号の波長をコンパクトにできる。そのため、光変調装置は、光ファイバの分散による影響を避けることができる。光バンドパスフィルタは、強度変調した光信号の両方の変調スペクトルサイドバンドを通過させることができる。この場合、光変調装置は、両側波帯方式（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ方式、以下「ＤＳＢ方式」という）の変調ができる。その結果、復調が容易になる。
【００１７】
又、光バンドパスフィルタは、強度変調した光信号の一方の変調スペクトルサイドバンドを、他方の変調スペクトルサイドバンドよりも多く通過させるようにしてもよい。この場合、光変調装置は、単側波帯方式（Ｓｉｎｇｌｅ ＳｉｄｅＢａｎｄ方式、以下「ＳＳＢ方式」という）の変調ができる。ＳＳＢ方式の変調は、ＤＳＢ方式の変調に比べて半分の帯域幅しか用いない。そのため、光変調装置は、おおよそ２倍の伝送容量を達成することができる。
【００１８】
又、強度変調器は、複数の位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調することが好ましい。これによれば、光変調装置は、１つの強度変調器で複数の光信号を強度変調することができる。そのため、光変調装置は、その小型化や低コスト化を図ることができる。
【００１９】
又、本発明に係る光変調方法は、位相変調器が、光をＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動して位相変調し、強度変調器が、位相変調器から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、該第１の光信号と該第２の光信号とを合成して出力することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調し、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整して、ＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に強度変調した光信号の出力が消光状態となるように強度変調器の動作点を設定することを特徴とする。
【００２０】
又、強度変調器は、位相変調器から入力される位相変調された光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、その第１の光信号と第２の光信号とを合成して出力することにより強度変調し、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整することにより光信号の出力を消光状態とすることが好ましい。
【００２１】
強度変調器は、位相差の調整を行う位相調整部を備え、その位相調整部により位相差の調整を行うことができる。又、強度変調器の温度を制御することにより、位相差の調整を行ってもよい。又、位相変調器に入力する光の周波数を制御することにより、位相差の調整を行ってもよい。又、強度変調器は、強度変調した光信号を第１の出力ポートに出力し、その第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を第２の出力ポートに出力し、第２の出力ポートが出力する光信号の光強度を最大にすることによっても、第１の光信号と第２の光信号の位相差を調整することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る光変調装置１００の構成を示すブロック図である。光変調装置１００は、光源１０１と、位相変調器１０２と、マッハツェンダー干渉計１０３と、光バンドパスフィルタ１０４と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５と、駆動回路１０６とを備える。
【００２４】
光源１０１は、出力する光１を位相変調器１０２に入力する。光源１０１は、例えば、単一縦モードで発振する半導体レーザ等を用いることができる。位相変調器１０２は、光源１０１から入力された光１をＮＲＺＩ符号の駆動信号６により駆動して位相変調する。位相変調器１０２は、駆動回路１０６から位相変調器１０２に入力される駆動信号６により駆動され、位相変調を行う。位相変調器１０２は、位相変調して得られるＮＲＺＩ符号の光信号７を、マッハツェンダー干渉計１０３に入力する。
【００２５】
マッハツェンダー干渉計１０３は、位相変調器１０２から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７を強度変調する強度変調器である。マッハツェンダー干渉計１０３は、位相変調器１０２から入力される光信号７を第１の光信号と第２の光信号に分け、その第１の光信号と第２の光信号とを合成して出力する。図２は、マッハツェンダー干渉計１０３の構成を示す図である。マッハツェンダー干渉計１０３は、方向性結合器１０３ａと、方向性結合器１０３ｂと、光導波路１０３ｃと、光導波路１０３ｄと、位相調整部１０３ｆとを備える。
【００２６】
方向性結合器１０３ａは、マッハツェンダー干渉計１０３に入力される光信号７を、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄに分岐する。即ち、方向性結合器１０３ａは、光信号７を、光導波路１０３ｃに進む第１の光信号と、光導波路１０３ｄに進む第２の光信号とに分岐する。２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄのうち、一方の光導波路１０３ｄは、他方の光導波路１０３ｃよりも長さがΔL１０３ｅだけ長い。
【００２７】
方向性結合器１０３ｂは、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄに分岐された第１の光信号と第２の光信号とを合成し、光信号１１を出力する。方向性結合器１０３ｂは、方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差が２ｋπ＋π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を透過して出力し、位相差が２ｋπ−π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を遮断して、方向性結合器１０３ｂの出力が消光状態となるようになっている。
【００２８】
光源１０１からマッハツェンダー干渉計１０３に入力される光１の強度をＡ０、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度をＡとする。マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度Ａは、次に示す（１）式で表すことができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
又、（１）式において、βΔＬ＋Φの値は、方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差である。ΔＬは、上述したように、一方の光導波路１０３ｄの長さを、他方の光導波路１０３ｃの長さよりも長く設定した分である。ここで、理論的には、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号と第２の光信号との位相差は、βΔLで表される。しかし、このΔＬは、実際には数ｍｍ〜数１０ｍｍのオーダーでしか設定できず、位相差βΔＬを所望の値にするために、ΔＬを波長オーダー（ミクロン単位）で予め設定しておくことができない。即ち、ΔＬを波長オーダー（ミクロン単位）で初期設定することができない。
【００３１】
そのため、Φの値を調整して、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄから出力される第１の光信号と第２の光信号との位相差を所望の値にする。その結果、位相差は、実際には上述したようにβΔＬ＋Φで表されることになる。よって、Φは、２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄから出力される第１の光信号と第２の光信号との位相差を設定するΔＬを、波長オーダー（ミクロン単位）で初期設定することができないことによる残留の位相分を示すパラメータである。
【００３２】
図３は、駆動回路１０６から位相変調器１０２に入力される位相変調器１０２を駆動する駆動信号６が位相変調器１０２に入力されていない状態、即ち、光源１０１からの光１がそのままマッハツェンダー干渉計１０３に入力される状態におけるマッハツェンダー干渉計１０３の光の透過率と光の周波数との関係を示すグラフ図である。図３は、マッハツェンダー干渉計１０３のバイアス状態を説明するためのものである。図３に示すグラフの縦軸は、（１）式に基づいて求めたマッハツェンダー干渉計１０３の光透過率（Ａ／Ａ０）を表し、横軸は、光１の光周波数を表す。
【００３３】
図３では、光源１０１からの光１がそのままマッハツェンダー干渉計１０３に入力されるため、マッハツェンダー干渉計１０３へ入力される光の光強度はＡ０となり、光透過率はＡ／Ａ０で表される。図３において、光の透過率が最大となる光の周波数の値の間隔は、マッハツェンダー干渉計１０３の自由スペクトル空間（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ、以下「ＦＳＲ」という）である。ＦＳＲは、次に示す（２）式の関係から計算でき、（３）式で表すことができる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
又、上述したように、位相差はβΔＬ＋Φで表され、ΔＬは予め設定されている。そのため、位相調整部１０３ｆは、Φを調整して、位相差の調整を行う。位相調整部１０３ｆは、例えば、ヒーター等を用いることができ、光導波路１０３ｄの途中に設けられる。そして、その位相調整部１０３ｆであるヒーターが、光導波路１０３ｄの温度を調節し、光導波路１０３ｄの長さを伸縮させることによって、Φを調整し、位相差の調整を行うことができる。
【００３６】
ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、駆動信号６の基礎となるデータ信号２がＮＲＺ符号の信号であった場合に、そのＮＲＺ符号のデータ信号２をＮＲＺＩ符号の信号に変換する。即ち、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、光変調装置１００に入力されるデータ信号２がＮＲＺ符号であった場合に、そのＮＲＺ符号のデータ信号２をＮＲＺＩ符号の出力信号５に変換する電気回路である。ここで、ＮＲＺ符号とは、その時間長の間ずっとパルスを出し続け、電圧０に戻らない方式の符号である。ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、符号変換に、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるクロック信号３を用いる。
【００３７】
図４は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５の構成を示す図である。ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５は、ＥＸ―ＯＲ（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ―ＯＲ）回路１０５ａと、１ビット遅延回路１０５ｂとを備える。１ビット遅延回路１０５ｂは、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を１ビット遅延させる。１ビット遅延回路１０５ｂは、例えばクロック信号３をタイミング信号として用いるフリップフロップ回路により構成できる。尚、本実施形態においては、1ビット遅延回路１０５ｂの初期値は０とする。１ビット遅延回路１０５ｂは、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を１ビット遅延させた１ビット遅延信号４を、ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａに入力する。
【００３８】
ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａは、光変調装置１００に入力されるデータ信号２と、１ビット遅延回路１０５ｂが、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を１ビット遅延させた１ビット遅延信号４との排他的論理和を演算する。演算した結果が、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５の出力信号５となる。ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａは、データ信号２と１ビット遅延信号４の値が同一の時は「０」、異なる時は「１」を演算結果として出力する。尚、上述したように、1ビット遅延回路１０５ｂの初期値は「０」となっているため、ＥＸ―ＯＲ回路１０５ａは、最初（出力信号５がまだ出力されていない時）は初期値「０」と、データ信号２との排他的論理和を演算する。
【００３９】
図５は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５を示す図である。本実施形態では、データ信号２として、「０１０１１００１」というビット列を用いる。このデータ信号２がＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されると、出力信号５として、ＮＲＺＩ符号の「０１１０１１１０」というビット列が得られる。ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２のビット列をｘ（ｎ）、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５から出力される出力信号５のビット列をｙ（ｎ）とすると、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が行う演算は、（４）式で表される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
駆動回路１０６から出力する駆動信号６は、位相変調器１０２を駆動する。駆動回路１０６は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５から入力される電気信号、即ち、ＮＲＺＩ符号の出力信号５を、増幅する電気回路である。駆動回路１０６は、出力信号５を増幅させたＮＲＺＩ符号の駆動信号６で、位相変調器１０２を駆動する。上述したように、駆動信号６により駆動される位相変調器１０２は、光源１０１から入力される光１を変調し、光信号７を出力する。位相変調器１０２が変調することにより得られる光信号７は、次に示す（５）式で表すことができる。
【００４２】
【数５】
【００４３】
このように、位相変調器１０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号６により駆動される。又、位相変調器１０２を駆動させる駆動回路１０６もＮＲＺＩ符号の出力信号５を増幅し、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５もＮＲＺＩ符号の出力信号５を出力する。そのため、位相変調器１０２、駆動回路１０６、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５を結合して要求される総合周波数帯域は、ナイキスト周波数の考え方（ナイキストの定理）により、データ信号２のビット速度をＢ（ｂ／ｓ）とすると、Ｂ／２（Ｈｚ）であればよい。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃのビット速度のＲＺ符号の光信号１１を得るためには、位相変調器１０２に要求される周波数帯域は、おおよそ２０ＧＨｚであればよい。
【００４４】
そのため、位相変調器１０２は、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要としない。更に、位相変調器１０２が広い周波数帯域を有する必要がない結果、位相変調器１０２を駆動させる駆動回路１０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、耐圧の関係から困難であるという問題も生じない。
【００４５】
次に、図６を用いて、駆動回路１０６、位相変調器１０２、マッハツェンダー干渉計１０３が、光源１０１から入力される光１を変調する方法を説明する。図６は、駆動回路１０６が位相変調器１０２を駆動させる駆動信号６と、位相変調器１０２が出力する位相変調された光信号７の位相状態と、マッハツェンダー干渉計１０３内部の２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄが方向性結合器１０３ｂに入力する直前の第１の光信号８、第２の光信号９、即ち、光導波路１０３ｃ，１０３ｄが出力する第１の光信号８、第２の光信号９の位相状態と、第１の光信号と第２の光信号との位相差１０と、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度の関係を説明する図である。
【００４６】
尚、図６を用いた説明においては、説明を簡単にするために、マッハツェンダー干渉計１０３のＦＳＲは、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２の１ビットタイムスロットＴの逆数１／Ｔに設定する。また、位相変調器１０２を駆動させる駆動信号６の波形は三角波形とする。更に、位相変調器１０２が光信号７を出力する時間と、マッハツェンダー干渉計１０３が光信号１１を出力する時間の差は０とする。即ち、図６に示すように、光信号７と光信号１１は、同一タイムスロットで出力されるものとする。実際には、光信号７が、マッハツェンダー干渉計１０３を伝送する時間分の遅延があり、図６に示すように、同一タイムスロットにはならない。尚、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５が出力する出力信号５のビット列は、図５に示す「０１１０１１１０」を用いる。
【００４７】
図６に示す駆動信号６の波形は、位相変調器１０２を駆動させる信号波形である。駆動信号６は、出力信号５を増幅したＮＲＺＩ符号の電気信号である。上述したように、駆動信号６の波形は、三角波形であり、ランプ状に電圧が変化するものと仮定する。即ち、符号「０」から「１」へ電圧波形は直線状に上昇し、符号「１」から「０」へ電圧波形は直線状に下降するものとする。ここで、「０」は電圧０とし、「１」は、位相変調器１０２の半波長電圧Ｖπとする。
【００４８】
図６に示す光信号７の波形は、位相変調器１０２が出力する位相変調された光信号７の位相状態の波形である。この光信号７の波形は、光源１０１から位相変調器１０２に入力される光１を、図６に示す駆動信号６により駆動させて得られる。この波形は、上述した（５）式で表される光信号７の位相状態を示す。ここで、（５）式における初期位相φ０は、説明の便宜上、０と仮定する。光信号７の位相は、図６に示すように、正弦波状に位相０からπ、あるいは、πから０に遷移する。
【００４９】
図６に示す第１の光信号８、第２の光信号９の波形は、それぞれマッハツェンダー干渉計１０３の２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄが出力する第１の光信号８、第２の光信号９の位相状態を示す波形である。第１の光信号８、第２の光信号９は、位相変調器１０２から入力される図６に示す光信号７を、分岐して得られる。図６に示すように、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９は、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８に比較して、１タイムスロット遅延している。即ち、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９は、光導波路１０３ｃが出力する光信号８に比較して、１ビット分遅延している。
【００５０】
又、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８の位相状態は、光信号７の位相状態と同じであり、位相０からπの間で変化する。一方、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の位相状態は、図６に示すように、π／２から３π／２の間で変化する。これは、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の位相が、π／２から３π／２の間で変化するように、位相調整部１０３ｆが上述したΦの値を調整するためである。このように、第１の光信号８の位相は、位相０からπの間で変化するように光信号７の位相状態と同じとし、第２の光信号９の位相は、π／２から３π／２の間で変化するようにΦの値を調整して、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差を調整する。尚、マッハツェンダー干渉計１０３の光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の１ビット目の位相は、π／２と仮定する。
【００５１】
図６に示す光信号の位相差１０は、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８と、光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９との位相差である。即ち、マッハツェンダー干渉計１０３の方向性結合器１０３ｂに入力される２本の光導波路１０３ｃ，１０３ｄからの第１の光信号８と第２の光信号９との位相差を示した波形である。図６に示すように、位相差１０は、−π／２を中心として、＋π／２から−３π／２までの値をとる。又、上述したように、第１の光信号８の位相は、位相０からπの間で変化するようにし、第２の光信号９の位相は、π／２から３π／２の間で変化するようにし、更に、第２の光信号９は光信号８に比較して、1ビット分遅延させることによって、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０は、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０が−π／２となるように調整されている。即ち、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時、例えば、「１」が連続して続く時は、位相差１０が−π／２となるように調整されている。
【００５２】
図６に示す光信号１１の波形は、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度を示す波形である。マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の光強度は、（１）式より導出できる。その結果、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０が−π／２の場合は、マッハツェンダー干渉計１０３の光信号１１を遮断し、光信号１１の出力は０（消光状態）となる。又、位相差１０が＋π／２或いは−３π／２の場合は、マッハツェンダー干渉計１０３は光信号１１を透過し、光信号１１の出力は１（出力状態）となる。そのため、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の波形は、図６に示す波形となる。
【００５３】
ここで、位相変調器１０２がマッハツェンダー干渉計１０３に入力するＮＲＺＩ符号の光信号７と、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１とを比較する。ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時、例えば、「１」が連続して続く時は、光信号１１の出力は「０」となっており、消光状態になっている。一方、光信号７が変化する時、即ち、「０」から「１」へ、又は、「１」から「０」へ変化する時は、光信号１１の出力は「１」となっており、出力状態となっている。
【００５４】
このように、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、第１の光信号８と、第２の光信号９の位相差１０が−π／２となるように位相差１０を調整することによって、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、マッハツェンダー干渉計１０３の出力が消光状態となるように設定できる。このように、マッハツェンダー干渉計１０３は、光導波路１０３ｄに位相調整部１０３ｆを設けて、位相差１０を調整することによって、容易に動作点を設定することができる。
【００５５】
尚、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の１ビット目、即ち、光信号１１のビット列の先頭が「０」となっているのは、マッハツェンダー干渉計１０３の光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９の位相をπ／２と仮定したことによる。但し、マッハツェンダー干渉計１０３の光導波路１０３ｄが出力する第２の光信号９は、光導波路１０３ｃが出力する第１の光信号８よりも、１ビット遅延している。そのため、光信号９の１ビット目は、π／２の場合だけでなく、３π／２の場合もある。その場合には、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の１ビット目は、「１」となる。
【００５６】
このように、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点が、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、マッハツェンダー干渉計１０３の出力が消光状態となるように設定された結果、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１の波形は、図６に示すように、ＲＺ符号となり、ビット列は、「０１０１１００１」となる。このビット列は、図５に示したＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５により、符号を変換する前のＮＲＺ符号のデータ信号２のビット列と同一である。即ち、光変調装置１００によれば、光変調装置１００に入力されたＮＲＺ符号のデータ信号２から、そのデータ信号２のビット列を変化させないまま、符号だけをＲＺ符号とした光信号１１を得ることができる。その結果、光変調装置１００は、ＲＺ符号の光信号１１を出力することができるため、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。
【００５７】
尚、図６を用いた説明においては、説明を簡単にするために、マッハツェンダー干渉計１０３は、ＦＳＲを、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５に入力されるデータ信号２の１ビットタイムスロットＴの逆数１／Ｔに設定し、第２の光信号９を第１の光信号８に比較して、１ビット分遅延させている。しかし、第２の光信号９の第１の光信号８からの遅延は、１ビット以下であれば、１ビットに限られない。マッハツェンダー干渉計１０３は、第２の光信号９を第１の光信号８に比較して、１ビット未満分遅延させた場合、１ビット分遅延させる場合に比べて、出力する光信号１１の干渉雑音を小さくすることができる。
【００５８】
次に、マッハツェンダー干渉計１０３は、出力する光信号１１を光バンドパスフィルタ１０４に入力する。光バンドパスフィルタ１０４は、マッハツェンダー干渉計１０３から入力される光信号１１のスペクトル狭窄を行う。マッハツェンダー干渉計１０３に次いで、光バンドパスフィルタ１０４を挿入することにより、光信号１１の波長をコンパクトにでき、光ファイバの分散による影響を極力さけることができる。又、光変調装置１００を波長分割多重システムの光変調装置として用いる場合、光バンドパスフィルタ１０４は、隣接する波長チャネルへの影響を防ぐことができる。光バンドパスフィルタ１０４としては、誘電体多層膜フィルタやファイバブラッググレーティング型フィルタ、回転式グレーティング型フィルタ、ファブリ−ペロー干渉型フィルタ等を用いることができる。
【００５９】
又、光変調装置１００を波長分割多重システムの光変調装置として用いる場合、波長多重を行うマルチプレクサ（以下「ＭＵＸ」という）を光バンドパスフィルタ１０４として用いてもよい。波長多重を行うＭＵＸは、バンドパスフィルタ特性を有するため、それを利用することができるからである。これによれば、マッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１を、直接、波長多重を行うＭＵＸに入力することができ、光変調装置１００は、バンドパスフィルタを設ける必要がない。
【００６０】
次に、光変調装置１００を用いて行うシミュレーションについて説明する。
【００６１】
（シミュレーション１）
光変調装置１００に、データ信号２としてＮＲＺ符号の６４ビットのビット列「１０１００１００１０１０１０１００００１００１０１１０１１１００１０００１０１０１１１０１０１１１１１００１１０１１０１００１０」を入力するシミュレーションを行う。シミュレーションのパラメータは、ＮＲＺ符号のデータ信号２のビット速度を４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ、位相変調器１０２の変調度を５０％（Vπ／２まで駆動）、マッハツェンダー干渉計１０３のＦＳＲを４０ＧＨｚに設定する。図７は、そのシミュレーション結果であるマッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１のスペクトルを示すグラフ図である。尚、図７に示すグラフの縦軸は光信号１１の出力（ｄＢｍ）を表し、横軸は光周波数（ＧＨｚ）を表し、横軸の中心値０は、１９３．４ＴＨｚを表す。
【００６２】
図７に示すように、マッハツェンダー干渉計１０３が出力し、バンドパスフィルタ１０４に入力される光信号１１のスペクトルには、両方の変調スペクトルサイドバンド、即ち、アッパーサイドバンドとロワーサイドバンドが存在する。又、光信号１１は、光搬送波（光キャリア）が抑圧されている。このように、光変調装置１００によれば、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。このような光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号を得る変調方式を、ＣＳ―ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調方式という。ＣＳ―ＲＺ変調方式によれば、光ファイバに入力される光電力が高い場合においても、非線形光学効果による受信感度劣化が小さいという効果を得ることができる。
【００６３】
尚、ＣＳ―ＲＺ変調方式の光変調装置として、従来、マッハツェンダー型強度変調器を直列に２個接続する装置がある。この従来の装置では、まず、前段のマッハツェンダー型強度変調器により、ＮＲＺ符号の光信号を得る。次に、従来の装置では、後段のマッハツェンダー型強度変調器を、データ信号のビット速度の半分の周波数のクロック信号で駆動させる。この時、従来の装置では、マッハツェンダー型強度変調器の動作点を、駆動電圧０の時に光信号を出力しないように設定しておく。そして、従来の装置では、マッハツェンダー型強度変調器の光透過特性が２次関数となる部分で、後段のマッハツェンダー型強度変調器を駆動することにより、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号を得る。しかし、この従来の装置では、２個のマッハツェンダー型強度変調器間の位相を厳密に一致させる必要があり、マッハツェンダー型強度変調器が２個必要であることから構成が複雑となる。これに対して、光変調装置１００によれば、位相変調器１０２とマッハツェンダー干渉計１０３とを組み合わせた簡単な構成で、ＣＳ−ＲＺ変調方式を実現できる。そして、光変調装置１００は、光ファイバに入力される光電力が高い場合においても、非線形光学効果による受信感度劣化が小さいという効果を、容易に得ることができる。
【００６４】
（シミュレーション２）
次に、バンドパスフィルタ１０４として、スーパーガウス型４次フィルタを用い、光バンドパスフィルタ１０４から出力される光信号を電気信号に変換し、アイパターンを表示するシミュレーションを行う。尚、スーパーガウス型４次フィルタの半値全幅は、８０ＧＨｚに設定する。又、スーパーガウス型４次フィルタは、光バンドパスフィルタ１０４の中心周波数を、光源１０１の発振波長にほぼ一致させて、光源１０１から出力される光１の周波数とほぼ一致させ、両方の変調スペクトルサイドバンドを通過させる。図８は、そのシミュレーション結果であるアイパターンを示すグラフ図である。尚、図８に示すグラフの縦軸は任意軸であり、横軸は時間（ｐｓ）である。
【００６５】
図８に示すように、光変調装置１００によれば、光バンドパスフィルタ１０４によりスペクトル狭窄を行っても、正常なアイパターンが得られ、ほぼＲＺ符号の電気信号が得られる。又、光バンドパスフィルタ１０４の中心周波数を、光源１０１から出力される光１の周波数とほぼ一致させ、両方の変調スペクトルサイドバンド（アッパーサイドとロワーサイド）を通過させることにより、光変調装置１００は、ＤＳＢ方式の変調ができる。ＤＳＢ方式の変調は、復調が容易となるというメリットがある。
【００６６】
（シミュレーション３）
次に、ＮＲＺ／ＲＺ変換器を用いて、ＲＺ符号で動作する駆動回路、光強度変調器により、直接ＲＺ符号の光信号を得る従来の光変調装置による光変調方法と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５、駆動回路１０６、位相変調器１０２、マッハツェンダー干渉計１０３を用いてＲＺ符号の光信号１１を得る本実施形態に係る光変調装置１００による光変調方法に要求される周波数帯域を比較する。そのため、従来の光変調装置の光強度変調器とその駆動回路の総合変調帯域（総合周波数帯域）及び受信器におけるアイ開口度の関係と、本実施形態の位相変調器１０２とその駆動回路１０６の総合変調帯域（総合周波数帯域）及び受信器におけるアイ開口度の関係をシミュレーションする。
【００６７】
図９は、シミュレーションの結果である変調帯域とアイ開口度の劣化の関係を示すグラフ図である。図９に示すグラフにおいて、横軸は、総合変調帯域（３ｄＢ低下周波数）ｆを、データ信号２のビット速度Ｂで除して正規化した正規化変調帯域ｆ／Ｂである。又、縦軸は、ｆ／Ｂ＝１としたときの受信器でのアイ開口度を基準（０ｄＢ）とし、その基準からのアイ開口度の劣化を表したものである。尚、アイ開口度とは、出力波形の最大値と最小値の差の値と、アイパターンのアイの開きの最大値との比をいう。
【００６８】
図９に示すように、本実施形態に係る光変調装置１００を用いた光変調方法では、位相変調器１０２とその駆動回路１０６の総合変調帯域（３ｄＢ低下周波数）は、データ信号２のビット速度のおおよそ半分の周波数でよい。一方、従来の光変調装置を用いた従来の光変調方法では、総合変調帯域（３ｄＢ低下周波数）は、おおよそデータ信号２のビット速度の周波数が必要である。
【００６９】
このような本発明の第１の実施の形態に係る光変調装置１００及び光変調方法によれば、位相変調器１０２がＮＲＺＩ符号の駆動信号６により光１を駆動することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が生成され、マッハツェンダー干渉計１０３に入力される。そして、マッハツェンダー干渉計１０３が、入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、光信号１１を出力しないようにすると、マッハツェンダー干渉計１０３から出力される光信号１１は、ＲＺ符号の光信号１１となる。そのため、マッハツェンダー干渉計１０３は、光伝送路に出力する光信号として、ＲＺ符号の光信号１１を出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。
【００７０】
更に、位相変調器１０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号６により駆動されるため、位相変調器１０２に要求される周波数帯域は、ナイキスト周波数の考え方（ナイキストの定理）により、データ信号ビット速度のおよそ半分でよい。そのため、位相変調器１０２は、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要としない。更に、位相変調器１０２が広い周波数帯域を有する必要がない結果、位相変調器１０２を駆動させる駆動回路１０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。そのため、高速かつ高電圧出力の駆動回路を構成することは、耐圧の関係から困難であるという問題も生じない。
【００７１】
又、強度変調器として、位相変調器１０２から入力される光信号７を第１の光信号８と第２の光信号９に分け、その第１の光信号８と第２の光信号９とを合成して出力するマッハツェンダー干渉計１０３を用いる。そして、光導波路１０３ｄに位相調整部１０３ｆを設けて、その第１の光信号８と第２の光信号９の位相差１０を調整して、マッハツェンダー干渉計１０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時にマッハツェンダー干渉計１０３の出力が消光状態となるように設定する。そのため、光導波路１０３ｄに位相調整部１０３ｆを設けて、位相差１０を調整することによって、容易にマッハツェンダー干渉計１０３の動作点を設定することができる。
【００７２】
又、光変調装置１００は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５を備えるため、光変調装置１００にＮＲＺ符号のデータ信号２が入力された場合であっても、駆動信号６を生成する駆動回路１０６にＮＲＺＩ符号の出力信号５を入力することができる。
【００７３】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光変調装置２００について説明する。図１０は、第２の実施の形態に係る光変調装置２００の構成を示すブロック図である。光変調装置２００は、光源２０１と、位相変調器２０２と、マッハツェンダー干渉計２０３と、光バンドパスフィルタ２０４と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器２０５と、駆動回路２０６と、Ｏ／Ｅ変換器２０７と、温度制御回路２０８とを備える。図１０において、光源２０１、位相変調器２０２、光バンドパスフィルタ２０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器２０５、駆動回路２０６は、図１に示す光変調装置１００の光源１０１、位相変調器１０２、光バンドパスフィルタ１０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５、駆動回路１０６と、実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７４】
図１１は、マッハツェンダー干渉計２０３の構成を示す図である。マッハツェンダー干渉計２０３は、方向性結合器２０３ａと、方向性結合器２０３ｂと、光導波路２０３ｃと、光導波路２０３ｄと、第１出力ポート２０３ｆと、第２出力ポート２０３ｇとを備える。方向性結合器２０３ａ、光導波路２０３ｃは、図２に示すマッハツェンダー干渉計１０３の方向性結合器１０３ａ、光導波路１０３ｃと実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７５】
光導波路２０３ｄは、他方の光導波路２０３ｃよりも長さがΔL２０３ｅだけ長く設定されている。方向性結合器２０３ｂは、第１出力ポート２０３ｆと、第２出力ポート２０３ｇにつながっており、両者に光信号を入力する。方向性結合器２０３ｂは、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄに分岐された第１の光信号８と第２の光信号９とを合成し、合成した光信号１１を第１出力ポート２０３ｆに入力する。又、方向性結合器２０３ｂは、第１出力ポート２０３ｆに入力する光信号１１と相補関係にある光信号１２を第２出力ポート２０３ｇに入力する。
【００７６】
第１出力ポート２０３ｆは、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄに分岐された第１の光信号８と第２の光信号９とを合成した光信号１１を出力する。光信号１１は、図２に示すマッハツェンダー干渉計１０３が出力する光信号１１と同様であり、そのビット列は「０１０１１００１」となる。第２出力ポート２０３ｇは、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１と相補関係にある光信号１２を出力する。光信号１２は、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御するために、温度制御回路２０８に利用される。尚、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１と、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２との電力和は常に一定となる。
【００７７】
第１出力ポート２０３ｆは、光信号１１を光バンドパスフィルタ２０４に入力する。第２出力ポート２０３ｇは、光信号１２をO／Ｅ変換器２０７に入力する。このように、マッハツェンダー干渉計２０３が、第１出力ポート２０３ｆと第２出力ポート２０３Ｇとを備えることにより、第１出力ポート２０３ｆからは、光信号１１を出力することができ、第２出力ポート２０３ｇからは、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御に利用する光信号１２を出力することができる。Ｏ／Ｅ変換器２０７は、第２出力ポートから入力される光信号１２を、電気信号１３に変換する。Ｏ／Ｅ変換器２０７は、変換した電気信号１３を温度制御回路２０８に入力する。
【００７８】
温度制御回路２０８は、電気信号１３を利用して温度制御信号１６を生成する。温度制御回路２０８は、温度制御信号１６をマッハツェンダー干渉計２０３に入力することによって、マッハツェンダー干渉計２０３全体の温度を制御する。温度制御回路２０８が、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御することによって、上述したΦを調整できる。上述したように、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄからの第１の光信号８と第２の光信号９との位相差１０は、βΔＬ＋Φで表され、ΔＬは予め設定されている。そのため、温度制御回路２０８は、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御し、Φを調整することによって、位相差１０の調整を行う温度制御部である。
【００７９】
温度制御回路２０８は、位相差１０を調整して、マッハツェンダー干渉計２０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１の出力が消光状態となるように設定する。上述したように、方向性結合器２０３ｂは、２本の光導波路２０３ｃ，２０３ｄからの第１の光信号８と第２の光信号９との位相差が２ｋπ＋π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を透過して第１出力ポート２０３ｆに光信号１１出力し、位相差が2ｋπ−π／２（ｋは整数）の場合、光信号１１を遮断して、第１出力ポート２０３ｆの出力が消光状態となる。そのため、温度制御回路２０８は、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差が２ｋπ−π／２（ｋは整数）となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御して、Φを調整する。
【００８０】
尚、温度制御回路２０８が、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御して、Φを調整し、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、消光状態となるように位相差１０を調整すると、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２の光強度が最大となる。よって、温度制御回路２０８は、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差１０が−π／２となり、消光状態となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の動作点を設定することができる。
【００８１】
図１２は、温度制御回路２０８の構成を示す図である。図１２に示すように、温度制御回路２０８は、位相比較器２０８ａと、ディザ信号発生器２０８ｂとを備える。ディザ信号発生器２０８ｂは、低周波ディザ信号１４を発生する。ディザ信号発生器２０８ｂは、発生させた低周波ディザ信号１４を位相比較器２０８ａに入力する。又、ディザ信号発生器２０８ｂは、発生させ低周波ディザ信号１４を、位相比較器２０８ａが出力する位相比較出力信号１５に重畳する。位相比較器２０８ａは、Ｏ／Ｅ変換器２０７から、変換された電気信号１３を入力され、ディザ信号発生器２０８ｂから、低周波ディザ信号１４を入力される。
【００８２】
位相比較器２０８ａは、電気信号１３と、低周波ディザ信号１４との換算を行い、その換算の結果を、位相比較出力信号１５として出力する。そして、位相比較器２０８ａが出力した位相比較出力信号１５に、ディザ信号発生器２０８ｂが低周波ディザ信号１４を重畳することによって、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御信号１６を生成する。このように、温度制御回路２０８は、光信号１２をＯ／Ｅ変換器２０７により変換した電気信号１３を利用して温度制御信号１６を生成する。そして、温度制御回路２０８は、温度制御信号１６をマッハツェンダー干渉計２０３に入力することによって、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御を行うことができる。
【００８３】
このような本発明の第２の実施の形態に係る光変調装置２００及び光変調方法によれば、マッハツェンダー干渉計２０３の第１出力ポート２０３ｆが、位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、光信号１１を出力しないようにすることにより、第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１は、ＲＺ符号の光信号１１となる。そのため、マッハツェンダー干渉計２０３は、ＲＺ符号の光信号１１を、光伝送信号として出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。又、位相変調器２０２とマッハツェンダー干渉計２０３とを組み合わせた簡単な構成で、ＣＳ−ＲＺ変調方式を実現でき、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。更に、位相変調器２０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動されるため、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要とせず、駆動回路２０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。
【００８４】
又、光変調装置２００は、温度制御回路２０８を設けて、位相差１０を調整することにより、容易にマッハツェンダー干渉計２０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に第１出力ポート２０３ｆが出力する光信号１１の出力が消光状態となるように設定できる。又、温度制御回路２０８は、光信号１２をＯ／Ｅ変換器２０７により変換した電気信号１３を利用して温度制御信号１６を生成する。そして、温度制御回路２０８は、温度制御信号１６をマッハツェンダー干渉計２０３に入力することによって、容易にマッハツェンダー干渉計２０３の温度制御を行うことができる。又、温度制御回路２０８は、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、マッハツェンダー干渉計２０３の温度を制御することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に消光状態となるように、位相差１０を調整することができる。
【００８５】
尚、図１１に示すマッハツェンダー干渉計２０３の光導波路２０３ｄには、図２に示すような位相調整部はなく、温度制御回路２０８は、マッハツェンダー干渉計２０３全体の温度を制御対象としている。しかし、マッハツェンダー干渉計２０３の内部に位相調整部を設け、温度制御回路２０８は、制御対象を位相調整部としてもよい。例えば、図２と同様にして、マッハツェンダー干渉計２０３の光導波路２０３ｄに位相調整部としてヒーターを設け、温度制御回路２０８は、制御対象をそのヒーターの温度としてもよい。
【００８６】
又、光変調装置２００では、第１出力ポート２０３ｆと第２出力ポート２０３ｇとを備えるマッハツェンダー干渉計２０３を設け、温度制御回路２０８は、第２出力ポート２０３ｇが出力する光信号１２を温度制御に利用している。しかし、光変調装置２００は、第２出力ポート２０３ｇを備えないマッハツェンダー干渉計２０３を用い、温度制御回路２０８が、光信号１２を用いない方法で温度制御を行ってもよい。又、光変調装置２００は、温度制御回路２０８以外の温度制御部を用いて、マッハツェンダー干渉計２０３の温度制御を行ってもよい。
【００８７】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光変調装置３００について説明する。図１３は、第３の実施の形態に係る光変調装置３００の構成を示すブロック図である。光変調装置３００は、光源３０１と、位相変調器３０２と、マッハツェンダー干渉計３０３と、光バンドパスフィルタ３０４と、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器３０５と、駆動回路３０６と、Ｏ／Ｅ変換器３０７と、温度制御回路３０８とを備える。図１３において、光源３０１、位相変調器３０２、マッハツェンダー干渉計３０３、光バンドパスフィルタ３０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器３０５、駆動回路３０６、Ｏ／Ｅ変換器３０７は、図１０に示す光変調装置２００の光源２０１、位相変調器２０２、マッハツェンダー干渉計２０３、光バンドパスフィルタ２０４、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器２０５、駆動回路２０６、Ｏ／Ｅ変換器２０７と、実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８８】
図１３に示す光変調装置１００では、第２出力ポートから出力される光信号１２は、光源３０１の温度を制御するために、温度制御回路３０８に利用される。マッハツェンダー干渉計３０３が、図１１に示すマッハツェンダー干渉計２０３と同様に、第１出力ポートと第２出力ポートとを備えることにより、第１出力ポートからは、光信号１１を出力することができ、第２出力ポートからは、光源３０１の温度制御に利用する光信号１２を出力することができる。
【００８９】
温度制御回路３０８には、Ｏ／Ｅ変換器３０７から光信号１２を変換した電気信号１３が入力される。温度制御回路３０８は、電気信号１３を利用して光源３０１の温度を制御する温度制御信号１７を生成する。温度制御回路３０８は、温度制御信号１７を光源３０１に入力することによって、光源３０１の温度を制御する。温度制御回路３０８が光源３０１の温度を制御することによって、光源３０１から出力される光１の周波数を制御することができ、その光１の周波数を制御することによって、上述したΦを調整することができる。よって、温度制御回路３０８は、光源３０１の温度を制御することによって、光１の周波数を制御し、位相差１０の調整を行う周波数制御部である。
【００９０】
温度制御回路３０８は、マッハツェンダー干渉計３０３の動作点が、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、出力が消光状態となるように、位相差１０の調整を行う。温度制御回路３０８は、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差が−π／２となるように、光源３０１の温度を制御して光１の周波数を制御し、Φを調整する。
【００９１】
尚、温度制御回路３０８が、光源３０１の温度を制御して光１の周波数を制御し、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、マッハツェンダー干渉計３０３の第１出力ポートが、消光状態となるように位相差１０を調整すると、第２出力ポートが出力する光信号１２の光強度が最大となる。そのため、温度制御回路３０８は、第２出力ポートが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、光源３０１の温度を制御して光１の周波数を制御することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、位相差１０が−π／２となるように調整することができる。
【００９２】
温度制御回路３０８の構成は、図１２に示す温度制御回路２０８と実質的に同様である。位相比較器は、電気信号１３と低周波ディザ信号との換算を行い、その換算の結果を位相比較出力信号として出力する。そして、位相比較器が出力した位相比較出力信号に、ディザ信号発生器が、低周波ディザ信号を重畳することによって、光源３０１の温度制御信号１７を生成する。
【００９３】
このような第３の実施の形態に係る光変調装置３００及び光変調方法によれば、マッハツェンダー干渉計３０３の第１出力ポートが、位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、光信号１１を出力しないようにすることにより、第１出力ポートが出力する光信号１１は、ＲＺ符号の光信号１１となる。そのため、マッハツェンダー干渉計３０３は、ＲＺ符号の光信号１１を、光伝送信号として出力することができ、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができる。又、位相変調器３０２とマッハツェンダー干渉計３０３とを組み合わせた簡単な構成で、ＣＳ−ＲＺ変調方式を実現でき、光搬送波が抑圧されたＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。更に、位相変調器３０２は、ＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動されるため、広い周波数帯域を有する必要がなく、高い変調電圧を必要とせず、駆動回路３０６として、高速、高電圧出力のものが必要とされない。
【００９４】
又、光変調装置３００は、温度制御回路３０８を設けて、位相差１０を調整することにより、容易にマッハツェンダー干渉計３０３の動作点を、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に第１出力ポートが出力する光信号１１の出力が消光状態となるように設定できる。又、温度制御回路３０８は、光信号１２をＯ／Ｅ変換器３０７により変換した電気信号１３を利用して温度制御信号１７を生成する。そして、温度制御回路３０８は、温度制御信号１７を光源３０１に入力することによって、光源３０１の温度制御を行うことができる。又、温度制御回路３０８は、第２出力ポートが出力する光信号１２の光強度が最大となるように、光源３０１の温度を調整することにより、ＮＲＺＩ符号の光信号７が変化しない時に、消光状態となるように位相差１０を調整することができる。
【００９５】
尚、光変調装置３００は、温度制御回路３０８以外の周波数制御部を用いて、光源３０１の温度を制御するようにしてもよい。又、光変調装置３００は、光源３０１の温度を制御する方法以外の方法により、光１の周波数を制御するようにしてもよい。
【００９６】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態に係る光変調装置４００について説明する。図１４は、第４の実施の形態に係る光変調装置４００の構成を示すブロック図である。光変調装置４００は、複数の光源４０１ａ，４０１ｂと、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂと、マッハツェンダー干渉計４０３と、光くし状フィルタ４０４と、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂと、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂと、ＭＵＸ４０７とを備える。尚、図１４では、複数の光源４０１ａ，４０１ｂと、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂと、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂと、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂは、それぞれ２つずつしか図示されていないが、実際には、複数（２つ以上）であればいくつ設けてもよい。尚、図１４において、複数の光源４０１ａ，４０１ｂ、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂ、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂは、それぞれ、図１に示す光変調装置１００の光源１０１、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５、駆動回路１０６と実質的に同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９７】
複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂは、図１に示す光変調装置１００の位相変調器１０２と同様にして、光１をＮＲＺＩ符号の駆動信号６によって、位相変調する。複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂは、それぞれ位相変調して得られるＮＲＺＩ符号の光信号７を、ＭＵＸ４０７に入力する。ＭＵＸ４０７は、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂから入力される複数のＮＲＺＩ符号の光信号７を波長多重する。ＭＵＸ４０７は、複数の光信号７を波長多重して得られた光信号１８を、マッハツェンダー干渉計４０３に入力する。
【００９８】
マッハツェンダー干渉計４０３は、ＭＵＸ４０７から入力される複数の光信号７を波長多重して得られた光信号１８に含まれる複数の光信号７を強度変調する。図３に示すように、マッハツェンダー干渉計４０３の光透過率は、光の周波数に対して周期的に変化する。そのため、マッハツェンダー干渉計４０３は、図３に示す波形の谷の部分において、周期的に強度変調を行うことができる。よって、１つのマッハツェンダー干渉計４０３が、複数の光信号７を波長多重して得られた光信号１８に含まれる各光信号７を、各周期においてそれぞれ強度変調する。即ち、波長多重信号の周波数間隔は、マッハツェンダー干渉計４０３のＦＳＲの整数倍になるように設定される。
【００９９】
マッハツェンダー干渉計４０３は、図１に示す光変調装置１００のマッハツェンダー干渉計１０３と同様にして、各光信号７を強度変調し、複数のＲＺ符号の光信号１１を出力する。マッハツェンダー干渉計４０３は、強度変調して得られた複数の光信号１１を、周期的に複数の波長の信号を通す光くし状フィルタ４０４に入力する。
【０１００】
但し、マッハツェンダー干渉計４０３が、波長多重された光信号１８に含まれる複数の光信号７を、各周期においてそれぞれ強度変調するためには、マッハツェンダー干渉計４０３の第２の光信号９の第１の光信号８からの遅延は、１ビット以下とする必要がある。即ち、マッハツェンダー干渉計４０３は、第２の光信号９を、第１の光信号８に比較して、１ビット以下分遅延させる。具体的には、マッハツェンダー干渉計４０３は、（３）式を満たすようにΔＬを設定し、ＦＳＲを、データ信号２の１ビットタイムスロットのタイムスロットＴの逆数１／Ｔ、又は、１ビットタイムスロットＴ未満のタイムスロットＴ’の逆数１／Ｔ’に設定する。これにより、マッハツェンダー干渉計１０３は、第２の光信号９を、第１の光信号８に比較して１ビット以下分遅延させることができる。
【０１０１】
このような第４の実施の形態に係る光変調装置４００及び光変調方法によれば、複数の光源４０１ａ，４０１ｂと、複数の位相変調器４０２ａ，４０２ｂと、複数のＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器４０５ａ，４０５ｂと、複数の駆動回路４０６ａ，４０６ｂと、ＭＵＸ４０７とを備えることにより、１つのマッハツェンダー干渉計４０３で、ＭＵＸ４０７により波長多重された複数の光信号７を、強度変調することができる。よって、光変調装置４００は、その小型化や、低コスト化を図ることができる。
【０１０２】
〔第５の実施の形態〕
図１、図１０、図１３、図１４に示す光変調装置１００，２００，３００，４００を用いた光変調方法により得られる光信号１１の光スペクトルは、図７に示すように光キャリア周波数が抑圧されている。これを利用して、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４の中心周波数を、光源１０１，２０１，３０１，４０１ａ，４０１ｂから出力される光１の周波数からずらして、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４を設けた光変調装置１００，２００，３００、４００とする。これにより、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４は、一方の変調スペクトルサイドバンドを、他方の変調スペクトルサイドバンドよりも多く通過させて抽出できる。例えば、光バンドパスフィルタ１０４，２０４，３０４、又は、光くし状フィルタ４０４が、アッパーサイドバンドをロワーサイドバンドに比べて多めに通過させることにより、アッパーサイドバンドを抽出することができる。
【０１０３】
このような第５の実施形態に係る光変調装置１００，２００，３００，４００及び光変調方法によれば、容易にＳＳＢ方式の変調ができる。光変調装置１００，２００，３００，４００は、高密度波長分割多重の変調方式として、ＳＳＢ変調方式を用いた場合、ＤＳＢ変調方式に比べて半分の帯域幅しか用いないため、おおよそ２倍の伝送容量を達成することができる。又、光変調装置１００，２００，３００，４００は、光信号のスペクトル幅が狭くなる為、光ファイバの分散の影響を受けにくくなる。
【０１０４】
〔変更例〕
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、マッハツェンダー干渉計１０３，２０３，３０３，４０３は、方向性結合器を備えているが、方向性結合器に代えてＹ分岐を備えるようにしてもよい。尚、Ｙ分岐を備えた場合、マッハツェンダー干渉計の出力を消光状態にするためには、２本の光導波路から出力される第１の光信号８と第２の光信号９との位相差１０はπに調整される必要がある。このように、マッハツェンダー干渉計の出力を消光状態とするための位相差１０は、マッハツェンダー干渉計の構造によって異なる。
【０１０５】
又、光変調装置は、マッハツェンダー干渉計として、バルク光学系のマッハツェンダー干渉計を用いてもよい。又、光変調装置は、強度変調器として、マッハツェンダー干渉計以外の変調器を用いてもよい。又、説明の便宜上、位相変調器１０２，２０２，３０２，４０２の位相変調度はπとしたが、πを超えない範囲であれば、いずれの値であっても、同様にＲＺ符号の光信号１１を得ることができる。又、光変調装置１００，２００，３００，４００は、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器１０５，２０５，３０５，４０５ａ，４０５ｂを備えているが、光変調装置に入力される駆動信号６の基礎となるデータ信号がＮＲＺＩ符号であれば、ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器を省略できる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光伝送信号としてＲＺ符号の光信号を出力して、ＸＰＭに対する劣化を抑えることができ、かつ、位相変調器が広い周波数帯域を有する必要がない光変調装置及び光変調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の光の透過率と光の周波数との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るデータ信号と出力信号を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る位相変調器の駆動信号と、位相変調器の光信号と、第１の光信号と、第２の光信号と、第１の光信号と第２の光信号との位相差と、マッハツェンダー干渉計の光信号の関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の光信号のスペクトルを示すグラフ図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るアイパターンを示すグラフ図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る変調帯域とアイ開口度の劣化の関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るマッハツェンダー干渉計の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施の形態に係る温度制御回路の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００ 光変調装置
１０１，２０１，３０１，４０１ａ，４０１ｂ 光源
１０２，２０２，３０２，４０２ａ，４０２ｂ 位相変調器
１０３，２０３，３０３，４０３ マッハツェンダー干渉計
１０３ａ，１０３ｂ，２０３ａ，２０３ｂ 方向性結合器
１０３ｃ，１０３ｄ，２０３ｃ，２０３ｄ 光導波路
１０３ｆ 位相調整部
１０４，２０４，３０４ 光バンドパスフィルタ
１０５，２０５，３０５，４０５ａ，４０５ｂ ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器
１０５ａ ＥＸ−ＯＲ回路
１０５ｂ １ビット遅延回路
１０６，２０６，３０６，４０６ａ，４０６ｂ 駆動回路
２０３ｆ 第１出力ポート
２０３ｇ 第２出力ポート
２０７，３０７ Ｏ／Ｅ変換器
２０８，３０８ 温度制御回路
２０８ａ 位相比較器
２０８ｂ ディザ信号発生器
４０４ 光くし状フィルタ
４０７ ＭＵＸ
Claims (18)
- 光をＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動して位相変調する位相変調器と、
該位相変調器から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、該第１の光信号と該第２の光信号とを合成して出力することにより、前記ＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調する強度変調器とを備え、
前記第１の光信号と前記第２の光信号の位相差を調整して、前記ＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に前記強度変調した光信号の出力が消光状態となるように前記強度変調器の動作点を設定することを特徴とする光変調装置。 - 前記強度変調器は、前記位相差の調整を行う位相調整部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
- 前記強度変調器の温度を制御することにより前記位相差の調整を行う温度制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
- 前記強度変調器は、前記強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、
該第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備え、
前記温度制御部は、前記第２の出力ポートから出力される光信号に基づいて温度制御信号を生成し、該温度制御信号によって前記強度変調器の温度を制御することを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。 - 前記位相変調器に入力する光の周波数を制御することにより前記位相差の調整を行う周波数制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
- 前記周波数制御部は、前記光の光源の温度を制御することにより前記光の周波数を制御することを特徴とする請求項５に記載の光変調装置。
- 前記強度変調器は、前記強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、
該第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備え、
前記周波数制御部は、前記第２の出力ポートから出力される光信号に基づいて温度制御信号を生成し、該温度制御信号によって前記光源の温度を制御することを特徴とする請求項６に記載の光変調装置。 - 前記強度変調器は、前記強度変調した光信号を出力する第１の出力ポートと、
該第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を出力する第２の出力ポートとを備え、
該第２の出力ポートが出力する光信号の光強度が最大となるように前記動作点を設定することを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。 - 前記駆動信号の基礎となるデータ信号がＮＲＺ符号の信号であった場合に、該ＮＲＺ符号のデータ信号をＮＲＺＩ符号の信号に変換するＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換器を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光変調装置。
- 前記強度変調器が出力する前記強度変調した光信号のスペクトル狭窄を行う光バンドパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光変調装置。
- 前記光バンドパスフィルタは、前記強度変調した光信号の両方の変調スペクトルサイドバンドを通過させることを特徴とする請求項１０に記載の光変調装置。
- 前記光バンドパスフィルタは、前記強度変調した光信号の一方の変調スペクトルサイドバンドを、他方の変調スペクトルサイドバンドよりも多く通過させることを特徴とする請求項１０に記載の光変調装置。
- 前記強度変調器は、複数の前記位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光変調装置。
- 位相変調器が、光をＮＲＺＩ符号の駆動信号により駆動して位相変調し、
強度変調器が、前記位相変調器から入力される位相変調されたＮＲＺＩ符号の光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分け、該第１の光信号と該第２の光信号とを合成して出力することにより、前記ＮＲＺＩ符号の光信号を強度変調し、
前記第１の光信号と前記第２の光信号の位相差を調整して、前記ＮＲＺＩ符号の光信号が変化しない時に前記強度変調した光信号の出力が消光状態となるように前記強度変調器の動作点を設定することを特徴とする光変調方法。 - 前記強度変調器は、前記位相差の調整を行う位相調整部を備え、
該位相調整部が、前記位相差の調整を行うことを特徴とする請求項１４に記載の光変調方法。 - 前記強度変調器の温度を制御することにより、前記位相差の調整を行うことを特徴とする請求項１４に記載の光変調方法。
- 前記位相変調器に入力する光の周波数を制御することにより、前記位相差の調整を行うことを特徴とする請求項１４に記載の光変調方法。
- 前記強度変調器は、前記強度変調した光信号を第１の出力ポートに出力し、
該第１の出力ポートに出力する光信号と相補関係にある光信号を第２の出力ポートに出力し、
該第２の出力ポートが出力する光信号の光強度を最大にすることを特徴とする請求項１４に記載の光変調方法。
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