JP4529891B2 - 光変調回路及び光変調方法 - Google Patents

Description

この発明は、パルス位置変調を行う、光変調回路及び光変調方法に関するものである。

パルス位置変調（ＰＰＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）とは、パルス信号をディジタル情報“０”及び“１”に対応させて、一定の周波数のクロック信号で規定される時間軸上の基準位置から変化させることにより変調を行う、変調方法である。

図１３及び図１４を参照して従来のＰＰＭによる変調回路及び変調方法について説明する（例えば、非特許文献１参照）。図１３は、従来の変調回路の概略構成図である。図１４は、図１３に示した従来例における変調回路の動作原理を説明するためのタイムチャートである。図１４のタイムチャートは、横軸に時間を取って示し、及び、縦軸に各信号の電圧を取って示している。図１４では、時間軸上の基準位置を、データ周期Ｔ_ｂｉｔに等しい時間間隔で、０、Ｔ_ｂｉｔ、２Ｔ_ｂｉｔ、３Ｔ_ｂｉｔ、４Ｔ_ｂｉｔ、５Ｔ_ｂｉｔ及び６Ｔ_ｂｉｔで示している。

変調回路は、多重器９３、第１位相器９１、第２位相器９５及び排他的論理和ゲート９７を用いて構成される。

変調回路の内部又は外部で生成された、データ周期Ｔ_ｂｉｔの２倍の周期Ｔ_２ＣＬＫ（＝２×Ｔ_ｂｉｔ）、すなわち、データレートの２分の１の周波数を持つクロック信号（図１３中、矢印Ｓ１５１で示す。）は、第１のクロック信号（図１３中、矢印Ｓ１５３で示す。）及び第２のクロック信号（図１３中、矢印Ｓ１５５で示す。）に２分岐される。第１のクロック信号Ｓ１５３は、多重器９３に送られ、第２のクロック信号Ｓ１５５は、第１の位相器９１で時間ｗの遅延を受けた後、多重器９３に送られる（図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ））。

多重器９３は、３入力１出力の構成である。第１〜第３の入力ポートのうち、第１の入力ポート及び第２の入力ポートには、それぞれ、第１のクロック信号Ｓ１５３及び第２のクロック信号Ｓ１５５が入力される。第３の入力ポートには、送信情報を示す送信電気信号（図１３中、矢印Ｓ１４１で示す。）が入力される。送信電気信号Ｓ１４１は、ＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）フォーマットのＮＲＺ信号であり、ディジタル情報“０”及び“１”に対応して、それぞれＬｏｗ（Ｌ）レベル及びＨｉｇｈ（Ｈ）レベルの状態をとる（図１４（Ｃ））。多重器９３は、送信電気信号Ｓ１４１の状態がＨレベルの場合は、第１の入力ポートから入力された信号、すなわち、第１のクロック信号Ｓ１５３を多重信号（図１３中、矢印Ｓ１６１で示す。）として出力する。一方、送信電気信号Ｓ１４１の状態がＬレベルの場合は、多重器９３は、第２の入力ポートから入力された信号、すなわち、第２のクロック信号Ｓ１５５を多重信号Ｓ１６１として出力する（図１４（Ｄ））。

多重信号Ｓ１６１は、第１の多重信号（図１３中、矢印Ｓ１６３で示す。）及び第２の多重信号（図１３中、矢印Ｓ１６５で示す。）に２分岐される。第１の多重信号Ｓ１６３は、排他的論理和ゲート９７に送られ、第２の多重信号Ｓ１６５は、第２の位相器９５で時間ｗの遅延を受けた後、排他的論理和ゲート９７に送られる（図１４（Ｄ）及び図１４（Ｅ））。

排他的論理和ゲート９７は、第１の多重信号Ｓ１６３及び第２の多重信号Ｓ１６５がともにＨレベル、あるいはともにＬレベルであれば、Ｌレベルの信号を出力し、第１の多重信号Ｓ１６３及び第２の多重信号Ｓ１６５の一方がＨレベルであり、かつ他方がＬレベルであれば、Ｈレベルの信号を出力する。この結果、電気信号であるＰＰＭ信号（図１３中、矢印Ｓ１７１で示す。）が得られる（図１４（Ｆ））。このＰＰＭ信号Ｓ１７１は、ディジタル情報“１”に対応するパルスが時間軸上の基準位置で立ち上がっていて、ディジタル情報“０”に対応するパルスが時間軸上の基準位置から時間ｗだけ遅れて立ち上がっている。

上述した非特許文献１に開示されている変調回路では、電気信号として得られたＰＰＭ信号Ｓ１７１を、光信号に変換して送信を行っている。
Ｍ．Ｌ．Ｓｔｅｖｅｎｓ ｅｔ ａｌ．，"Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｖａｒｉａｂｌｅ−Ｒａｔｅ Ｐｕｌｓｅ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｎｅａｒ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ"、Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ １９９９ １２ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ．， Ｖｏｌ．１， ｐｐ．３０１−３０２， １９９９

しかしながら、非特許文献１に記載されている変調回路では、ＰＰＭ信号を電気的に生成した後、光信号に変換している。この場合、図１４（Ｆ）に示すように、ＰＰＭ信号は、１データ周期Ｔ_ｂｉｔの時間内に、パルスの立上がりと立下りがそれぞれ１回ずつ生じる。このため、変調回路を構成する回路部品の周波数帯域としては、データレートの２倍以上の周波数が必要になる。この結果、データレートは、回路部品の周波数帯域で制限されることになる。また、１データ周期で２ビット以上のデータを送信する場合は、さらに回路部品の高速応答性が要求される。

上述の問題を解決するために、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、送信情報に対応する、互いに異なる２以上の波長の光パルスを、一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成し、搬送波の波長が異なる光パルスに対して、異なる遅延時間で光パルスを遅延させると、データレートに等しい周波数帯域の回路部品を用いた変調回路で、ＰＰＭを実現できることを見出した。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、データレートに等しい周波数帯域の回路部品で構成することにより、データレートを高めることが可能な、ＰＰＭを実現する光変調回路と、光変調方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、第１の発明の光変調回路は、第１の光源と、第２の光源と、光スイッチと、光変調器と、遅延部とを備えて構成される。第１の光源は、搬送波の波長が第１の波長の連続光である第１の単一波長信号を生成する。第２の光源は、搬送波の波長が第１の波長とは異なる第２の波長の連続光である第２の単一波長信号を生成する。

光スイッチは、第１のスイッチ入力信号及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力される、第１の単一波長信号及び第２の単一波長信号に対して、スイッチ切換信号として入力される、“０”又は“１”の情報を有する送信電気信号に従って、情報が“０”の場合は、第１の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、一方、情報が“１”の場合は、第２の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択する。光スイッチは、さらに、選択されたスイッチ出力信号を、入力光信号として出力する。

光変調器は、入力光信号から、搬送波の波長が第１の波長及び第２の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する。遅延部は、光パルス信号に対して、搬送波の波長が第１の波長の光パルスと、搬送波の波長が第２の波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る。

上述した第１の発明の光変調回路の実施に当たり、遅延部は、光サーキュレータ及びファイバブラッググレーティング型遅延器を備えるのが好適である。光サーキュレータは、光パルス信号をファイバブラッググレーティング型遅延器に送るとともに、ファイバブラッググレーティング型遅延器で得られたパルス位置変調信号を出力する。また、ファイバブラッググレーティング型遅延器は、光ファイバに、搬送波の波長が第１の波長の光パルスを反射させる第１単位ファイバブラッググレーティング、及び、搬送波の波長が第２の波長の光パルスを反射させる第２単位ファイバブラッググレーティングを、当該光ファイバにおける光の伝播方向に順次に備えている。

上述した目的を達成するために、第２の発明の光変調回路は、第１〜第４の光源と、光スイッチ部と、光変調器と、遅延部とを備えて構成される。

第１〜第４の光源は、搬送波の波長が互いに異なる第１〜第４の波長の連続光である第１〜第４の単一波長信号をそれぞれ生成する。

光スイッチ部は、第１〜第４の単一波長信号が入力されるとともに、外部から、“０”又は“１”の第１の情報を有する第１の送信電気信号、及び、“０”又は“１”の第２の情報を有する第２の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。光スイッチ部は、第１の情報が“０”及び第２の情報が“０”の場合は、第１の単一波長信号を選択し、第１の情報が“１”及び第２の情報が“０”の場合は、第２の単一波長信号を選択し、第１の情報が“０”及び第２の情報が“１”の場合は、第３の単一波長信号を選択し、及び、第１の情報が“１”及び第２の情報が“１”の場合は、第４の単一波長信号を選択する。光スイッチ部は、さらに、選択されたいずれかの単一波長信号を入力光信号として出力する。

光変調器は、入力光信号から、搬送波の波長が第１〜第４の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する。遅延部は、光パルス信号に対して、搬送波の波長が第１〜第４の波長の光パルスのそれぞれに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る。

上述した第２の発明の光変調回路の実施に当たり、遅延部は、光サーキュレータ及びファイバブラッググレーティング型遅延器を備えるのが好適である。光サーキュレータは、光パルス信号をファイバブラッググレーティング型遅延器に送るとともに、ファイバブラッググレーティング型遅延器で得られたパルス位置変調信号を出力する。ファイバブラッググレーティング型遅延器は、光ファイバに、搬送波の波長が第１の波長の光パルスを反射させる第１単位ファイバブラッググレーティング、搬送波の波長が第２の波長の光パルスを反射させる第２単位ファイバブラッググレーティング、搬送波の波長が第３の波長の光パルスを反射させる第３単位ファイバブラッググレーティング、及び、搬送波の波長が第４の波長の光パルスを反射させる第４単位ファイバブラッググレーティングを、当該光ファイバにおける光の伝播方向に順次に備えている。

上述した第２の発明の光変調回路の実施に当たり、好ましくは、光スイッチ部は、第１及び第２のサブスイッチを含む第１段目のスイッチ（１段スイッチと称する。）と、２段目のスイッチ（２段スイッチと称する。）とを備えるのが良い。

第１のサブスイッチは、第１及び第２の単一波長信号が第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第１の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。第１のサブスイッチは、第１の送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、第１の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、第１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、第２の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択する。第１のサブスイッチは、選択されたスイッチ出力信号を第１のサブスイッチ信号として２段スイッチへ出力する。

第２のサブスイッチは、第３及び第４の単一波長信号が第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第１の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。第２のサブスイッチは、第１の送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、第３の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、第１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、第４の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択する。第２のサブスイッチは、選択されたスイッチ出力信号を第２のサブスイッチ信号として２段スイッチへ出力する。

２段スイッチは、第１及び第２のサブスイッチ信号が第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第２の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。２段スイッチは、第２の送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、第１のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、第２の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、第２のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択する。２段スイッチは、選択されたスイッチ出力信号を入力光信号として出力する。

上述した目的を達成するために、第３の発明の光変調回路は、第１〜第２^ｎ（ｎは３以上の整数）の光源と、光スイッチ部と、光変調器と、遅延部とを備えて構成される。

第１〜第２^ｎの光源は、搬送波の波長が互いに異なる第１〜第２^ｎの波長の連続光である第１〜第２^ｎの単一波長信号をそれぞれ生成する。

光スイッチ部は、スイッチ切換信号として入力される、それぞれ“０”又は“１”の情報を有する第１〜第ｎの送信電気信号が表すｎビットの情報に一対一に対応して、第１〜第２^ｎの単一波長信号のいずれかを入力光信号として選択して、選択された入力光信号を出力する。光変調器は、入力光信号から、搬送波の波長が第１〜第２^ｎの波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する。遅延部は、搬送波の波長が第１〜第２^ｎの波長の光パルスのそれぞれに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る。

上述した第３の発明の光変調回路の実施に当たり、遅延部は、光サーキュレータ及びファイバブラッググレーティング型遅延器を備えるのが好適である。光サーキュレータは、光パルス信号をファイバブラッググレーティング型遅延器に送るとともに、ファイバブラッググレーティング型遅延器で得られたパルス位置変調信号を出力する。ファイバブラッググレーティング型遅延器は、光ファイバに、それぞれ搬送波の波長が第１〜第２^ｎの波長の光パルスを反射させる第１〜第２^ｎ単位ファイバブラッググレーティングを、当該光ファイバにおける光の伝播方向に順次に備えている。

上述した第３の発明の光変調回路の実施に当たり、好ましくは、光スイッチ部は、第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチを含む１段スイッチと、第１〜第２^ｎ−ｋ（ｋは２以上ｎ−１以下の整数）のサブスイッチを含む第ｋ段目のスイッチ（ｋ段スイッチと称する。）と、第ｎ段目のスイッチ（ｎ段スイッチと称する。）とを備えるのが良い。

１段スイッチに含まれる第ｍ（ｍは１以上２^ｎ−１以下の整数）のサブスイッチは、第２ｍ−１の単一波長信号、及び、第２ｍの単一波長信号が、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第１の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。１段スイッチに含まれる第ｍのサブスイッチは、第１の送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、第２ｍ−１の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、第１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、第２ｍの単一波長信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を１段信号に含まれる第ｍのサブスイッチ信号として出力する。

ｋ段スイッチに含まれる第ｐ（ｐは１以上２^ｎ−ｋ以下の整数）のサブスイッチは、ｋ−１信号に含まれる第２ｐ−１及び第２ｐのサブスイッチ信号が、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第ｋの送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。ｋ段スイッチに含まれる第ｐのサブスイッチは、第ｋの送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、ｋ−１段信号に含まれる第２ｐ−１のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、第ｋの送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、ｋ−１段信号に含まれる第２ｐのサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択する。ｋ段スイッチに含まれる第ｐのサブスイッチは、選択されたスイッチ出力信号をｋ段信号に含まれる第ｐのサブスイッチ信号として出力する。

ｎ段スイッチは、ｎ−１段信号に含まれる第１及び第２のサブスイッチ信号が、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第ｎの送信電気信号がスイッチ切換信号として入力される。第ｎの送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、ｎ−１段信号に含まれる第１のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、第ｎの送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、ｎ−１段信号に含まれる第２のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を入力光信号として出力する。

上述した第１〜第３の発明の実施に当たり、光スイッチ、１段スイッチに含まれる第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチ、２段スイッチ、ｋ段スイッチに含まれる第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチ及びｎ段スイッチは、それぞれ、第１のスイッチ入力信号が入力される第１のＥＡ変調器、第２のスイッチ入力信号が入力される第２のＥＡ変調器、光カプラ、及び、反転回路を備えて構成されるのが良い。

第１のＥＡ変調器には、スイッチ切換信号が２分岐された一方の第１の切換信号が入力される。第１のＥＡ変調器は、スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、第１のスイッチ入力信号を出力し、一方、スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、第１のスイッチ入力信号を非出力とする。

第２のＥＡ変調器には、スイッチ切換信号が２分岐された他方の第２の切換信号が、反転回路で反転された後入力される。第２のＥＡ変調器は、スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、第２のスイッチ入力信号を非出力とし、一方、スイッチ切換信号の状態が“１”の場合は、第２のスイッチ入力信号を出力する。

光カプラは、第１のＥＡ変調器及び第２のＥＡ変調器の出力を合波して、スイッチ出力信号として出力する。

上述した第１〜第３の発明の実施に当たり、光スイッチ、１段スイッチに含まれる第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチ、２段スイッチ、ｋ段スイッチに含まれる第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチ及びｎ段スイッチは、それぞれ、第１の光カプラ、第２の光カプラ、及び、光位相変調器を備えて構成されるのが良い。

第１の光カプラは、入力される、それぞれの第１のスイッチ入力信号及び第２のスイッチ入力信号を、第１の分岐信号と第２の分岐信号とにそれぞれ２分岐して、第１の分岐信号を光位相変調器を経て第２の光カプラへ送り、及び、第２の分岐信号を第２の光カプラへ送る。第２の光カプラは、第１の分岐信号及び第２の分岐信号を合波してスイッチ出力信号として出力する。

光位相変調器は、スイッチ切換信号に従って、第１の分岐信号の位相を変える。

上述した目的を達成するために、この発明の光変調方法は、以下の過程を備えている。先ず、搬送波の波長が第１の波長の連続光である第１の単一波長信号と、搬送波の波長が第１の波長とは異なる第２の波長の連続光である第２の単一波長信号に対して、“０”又は“１”の２つの情報を有する送信電気信号に従って、情報が“１”の場合は、第１の単一波長信号を入力光信号として選択し、一方、情報が“０”の場合は、第２の単一波長信号を入力光信号として選択する。次に、選択された入力光信号から、搬送波の波長が第１の波長又は第２の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する。次に、光パルス信号に対して、搬送波の波長が第１の波長の光パルスと第２の波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る。

また、この発明の光変調方法の他の好適な実施形態によれば、以下の過程を備えている。先ず、搬送波の波長が互いに異なる第１〜第４の波長の連続光である第１〜第４の単一波長信号に対して、“０”又は“１”の第１の情報を示す第１の送信電気信号、及び、“０”又は“１”の第２の情報を示す第２の送信電気信号に従って、第１の情報が“０”及び第２の情報が“０”の場合は、第１の単一波長信号を入力光信号として選択し、第１の情報が“１”及び第２の情報が“０”の場合は、第２の単一波長信号を入力光信号として選択し、第１の情報が“０”及び第２の情報が“１”の場合は、第３の単一波長信号を入力光信号として選択し、及び、第１の情報が“１”及び第２の情報が“１”の場合は、第４の単一波長信号を入力光信号として選択する。次に、選択された入力光信号から、搬送波の波長が第１〜第４の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する。次に、光パルス信号に対して、搬送波の波長が第１〜第４の波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る。

また、この発明の光変調方法の他の好適な実施形態によれば、以下の過程を備えている。先ず、搬送波の波長が互いに異なる第１〜第２^ｎ（ｎは３以上の整数）の波長の連続光である第１〜第２^ｎの単一波長信号に対して、それぞれ０又は１の情報を示す第１〜第ｎの送信電気信号が表すｎビットの情報に一対一に対応して、第１〜第２^ｎの単一波長信号を入力光信号として選択する。次に、選択された入力光信号から、搬送波の波長が第１〜第２^ｎの波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する。次に、搬送波の波長が第１〜第２^ｎの波長の光パルスに対して異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る。

この発明の光変調回路及び光変調方法によれば、送信電気信号が有する情報に対応して、互いに異なる２以上の波長の、一定の時間間隔で並べられた光パルスを生成し、波長ごとに異なる遅延時間で光パルスを遅延させる。この結果、データレートに等しい周波数帯域の電気回路を用いて、パルス位置変調を実現できる。

また、遅延器としてファイバブラッググレーティング型遅延器を用いると、一つの光ファイバに、必要な数の異なる複数の波長を反射させる単位ファイバブラッググレーティングを形成すれば良く、多値の場合であっても、回路構成が複雑にならない。

波長の異なる２以上の連続光から、入力光信号を得るために用いられる光スイッチには、２つのＥＡ変調器を用いるものと、２つの光カプラ、及び、１つの光位相変調器を備えて構成される干渉計を用いるものとがある。２つのＥＡ変調器を用いる場合は、ＥＡ変調器を動作させるために電気信号が２つ必要となるが、光干渉を利用しないため、単一波長信号はランダム偏光で良い。一方、干渉計を用いる場合は、光干渉を利用するため、単一波長信号として、ランダム偏光ではなく、コヒーレンシーを高くする必要があるが、光位相変調器を動作させるための電気信号は１つで良い。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、構成要素の形状、大きさ及び配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の実施の形態につき説明するが、各構成要素の組成（材質）および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、第１実施形態の光変調回路及び光変調方法について説明する。図１は、第１実施形態の光変調回路を説明するための概略構成図である。図２は、光変調回路の動作原理を説明するためのタイムチャートである。図２では、横軸に時間を取って示している。また、縦軸に各信号の大きさとして、電気信号については電圧を、一方、光信号については光強度を取って示している。図２では、時間軸上の基準位置を、データ周期Ｔ_ｂｉｔに等しい時間間隔で、０、Ｔ_ｂｉｔ、２Ｔ_ｂｉｔ、３Ｔ_ｂｉｔ、４Ｔ_ｂｉｔ、５Ｔ_ｂｉｔ及び６Ｔ_ｂｉｔで示している。

光変調回路１０は、第１の光源１５−１、第２の光源１５−２、光スイッチ３０、光変調器５０及び遅延部６０を備えて構成される。

第１の光源１５−１及び第２の光源１５−２は、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）半導体レーザ、ファブリペロー（ＦＰ：Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）型半導体レーザなどの、任意好適な従来周知の半導体レーザで構成される。第１の光源１５−１は、搬送波の波長が第１の波長λ１の連続光を、第１の単一波長信号（図１中、矢印Ｓ１０１−１で示す。）として生成する（図２（Ａ））。第２の光源１５−２は、搬送波の波長が第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２の連続光を、第２の単一波長信号（図１中、矢印Ｓ１０１−２で示す。）として生成する（図２（Ｂ））。

光スイッチ３０は、２つの光入力ポートとして、第１の光入力ポート３４及び第２の光入力ポート３６を備え、さらに、電気入力ポート３７及び光出力ポート３８を備えている。光スイッチ３０は、電気入力ポート３７に入力される電気信号に従って、第１の光入力ポート３４及び第２の光入力ポート３６のいずれか一方から入力される光信号を、光出力ポート３８から出力する。

第１の光源１５−１で生成された第１の単一波長信号Ｓ１０１−１は、第１の光入力ポート３４から、第１のスイッチ入力信号として光スイッチ３０に入力される。また、第２の光源１５−２で生成された第２の単一波長信号Ｓ１０１−２は、第２の光入力ポート３６から、第２のスイッチ入力信号として光スイッチ３０に入力される。

電気入力ポート３７には、送信情報を有する送信電気信号（図１中、矢印Ｓ１１１で示す。）が、スイッチ切換信号として入力される。送信電気信号Ｓ１１１は、データ周期がＴ_ｂｉｔのＮＲＺフォーマットの電気信号である。送信電気信号Ｓ１１１は、送信すべき情報を “０”又は“１”のディジタル情報として有しており、“０”又は“１”の情報に対応して、それぞれ、Ｌｏｗ（Ｌ）レベル又はＨｉｇｈ（Ｈ）レベルの状態をとる（図２（Ｃ））。

送信電気信号Ｓ１１１が“０”の情報を示す場合、すなわちＬレベルの場合は、光スイッチ３０は、第１の光入力ポート３４から入力された光信号、ここでは、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１をスイッチ出力信号として選択する。一方、送信電気信号Ｓ１１１が“１”の状態を示す場合、すなわちＨレベルの場合は、光スイッチ３０は、第２の光入力ポート３６から入力された光信号、ここでは、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２をスイッチ出力信号として選択する。光スイッチ３０は、この選択されたスイッチ出力信号を、入力光信号（図１中、矢印Ｓ１１５で示す。）として出力する。入力光信号Ｓ１１５は、送信電気信号Ｓ１１１がＬレベルのときは、搬送波の波長がλ１となり、送信電気信号Ｓ１１１がＨレベルのときは、搬送波の波長がλ２となる。入力光信号Ｓ１１５は、連続光であって、データ周期Ｔ_ｂｉｔごとに、波長、すなわち、周波数が切り替わる、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号になる（図２（Ｄ））。

光変調器５０は、光入力ポート、電気入力ポート及び光出力ポートを１つずつ備えている。光入力ポートには、入力光信号Ｓ１１５が入力され、電気入力ポートには、送信電気信号Ｓ１１１に同期している、送信電気信号のデータレートに等しい周波数ｆ（＝１／Ｔ_ｂｉｔ）を有するクロック信号（図中、矢印Ｓ１２１で示す。）が入力される（図２（Ｅ））。光変調器５０は、入力光信号Ｓ１１５に対して強度変調を行って、クロック信号Ｓ１２１と同じ周波数を有する光パルス列、すなわち、光パルスをクロック信号Ｓ１２１の周期と同じ時間間隔で並べた光パルス列を得る。この光パルス列は、光パルスごとに、搬送波の波長がλ１及びλ２のいずれかになる。光変調器５０は、この光パルス列を光パルス信号（図中、Ｓ１２５で示す。）として、光出力ポートから出力する。

光変調器５０として、例えば、電界吸収型光強度変調器（ＥＡ変調器）を用いることができる。ＥＡ変調器は、電気入力ポートに印加される電圧に応じた吸収量の変化を利用することによって、強度変調器として動作する。印加される電圧と、光の吸収量との関係は非線形であるので、連続光から光パルス列を生成させることができる（例えば、Ｓ．Ｋｕｔｓｕｚａｗａ ｅｔ ａｌ．，”１０Ｇｂ／ｓ × ２ｃｈ ｓｉｇｎａｌ ｕｎｒｅｐｅａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １００ｋｍ ｏｆ ｄａｔａ ｒａｔｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｉｍｅ−ｓｐｒｅａｄ／ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｈｏｐｐｉｎｇ ＯＣＤＭ ｕｓｉｎｇ ２．５Ｇｂ／ｓ−ＦＢＧ ｅｎ／ｄｅｃｏｄｅｒ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１５， Ｎｏ．２， ｐｐ．３１７−３１９， ２００３参照）。例えば、１０ＧＨｚの正弦波の電圧をクロック信号としてＥＡ変調器に印加して、１４ｐｓのパルス幅（全値半幅）ｗ、すなわち、正弦波の周期Ｔ（＝１００ｐｓ＝１／１０ＧＨｚ）の１４％のパルス幅の光パルス列を発生できる。

遅延部６０は、入力ポートと出力ポートを１つずつ備えている。遅延部６０は、入力ポートから入力された光パルス信号Ｓ１２５に対して、その搬送波の波長がλ１の光パルスと、λ２の光パルスについて、異なる遅延時間の遅延を与える。遅延部６０での遅延時間の差をΔｔとする。この結果、遅延部６０は、光パルス信号Ｓ１２５をパルス位置変調した、パルス位置変調（ＰＰＭ）信号（図中、矢印Ｓ１３１で示す。）を得て、当該ＰＰＭ信号Ｓ１３１を出力ポートから出力する（図２（Ｇ））。

図３を参照して、光スイッチの好適な実施形態として、ＥＡ変調器を用いた光スイッチについて説明する。図３は、ＥＡ変調器を用いた光スイッチを説明するための概略構成図である。

ＥＡ変調器を用いた光スイッチ３１は、第１のＥＡ変調器４１、第２のＥＡ変調器４３、光カプラ４５、及び、反転回路４７を備えて構成される。

第１のＥＡ変調器４１には、第１の光入力ポート３４から、第１のスイッチ入力信号（図中、矢印Ｓ２０１で示す。）として、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１が入力される。第２のＥＡ変調器４３には、第２の光入力ポート３６から、第２のスイッチ入力信号（図中、矢印Ｓ２０３で示す。）として、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２が入力される。

電気入力ポート３７から、スイッチ切換信号（図中、矢印Ｓ２１１で示す。）として入力された送信電気信号Ｓ１１１は、２分岐される。２分岐された一方の第１の切換信号（図中、矢印Ｓ２１２−１で示す。）は、第１のＥＡ変調器４１に送られ、他方の第２の切換信号（図中、矢印Ｓ２１２−２で示す。）は反転回路４７を経て、第２のＥＡ変調器４３に送られる。

第１のＥＡ変調器４１には、第１の切換信号Ｓ２１２−１が入力される。第１のＥＡ変調器４１及び第２のＥＡ変調器４３は、スイッチ切換信号Ｓ２１１の電圧値によって、それぞれ、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１及び第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３を、通過させるかあるいは遮断させる。

第１のＥＡ変調器４１は、送信電気信号Ｓ１１１の情報が“０”、すなわち、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＬレベルの場合は、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１を通過させて出力する。一方、送信電気信号Ｓ１１１の情報が“１”、すなわち、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＨレベルの場合は、第１のＥＡ変調器４１は、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１を遮断して非出力とする。

第２のＥＡ変調器４３には、第２の分岐信号Ｓ２１２−２が、反転回路４７で反転された後、入力されている。従って、第２のＥＡ変調器４３は、送信電気信号Ｓ１１１の情報が“０”、すなわち、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＬレベルの場合は、第２のＥＡ変調器４３に入力される第２の切換信号Ｓ２１２−２はＨレベルになり、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３を遮断して非出力とする。一方、送信電気信号Ｓ１１１の情報が“１”、すなわち、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＨレベルの場合は、第２のＥＡ変調器４３入力される第２の切換信号Ｓ２１２−２はＬレベルになり、第２のＥＡ変調器４３は、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３を通過させて出力する。

光カプラ４５は、第１のＥＡ変調器４１及び第２のＥＡ変調器４３から出力される信号を合波して、光出力ポート３８からスイッチ出力信号（図中、矢印Ｓ２１５で示す。）として出力する。このとき、光カプラ４５は、スイッチ出力信号が出力されるポートとは異なる他のポートからスイッチ出力信号Ｓ２１５と同じ状態の他の信号を出力するが、この信号は光カプラ４５から出力された所で終端され、光スイッチ３１からは出力されない。

第１のＥＡ変調器４１及び第２のＥＡ変調器４３にそれぞれ入力される第１の切換信号Ｓ２１２−１と第２の切換信号Ｓ２１２−２は、第１のＥＡ変調器４１には反転回路４７を経ずに入力され、第２のＥＡ変調器４３には反転回路４７を経て入力されるため、互いに極性が反転している。従って、第１のＥＡ変調器４１が通過状態にあるときは、第２のＥＡ変調器４３が遮断状態になり、一方、第１のＥＡ変調器４１が遮断状態にあるときは、第２のＥＡ変調器４３は通過状態になる。この結果、光カプラ４５の出力信号は、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１の搬送波の波長であるλ１と、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３の搬送波の波長であるλ２の、いずれか一方のみを搬送波として含む連続光、すなわち、ＦＳＫ信号になる。

図４を参照して、光スイッチの他の好適な実施形態として、干渉計を用いた光スイッチについて説明する。図４は、マッハツェンダ干渉計を用いた光スイッチを説明するための概略構成図である。

光スイッチ３２は、第１の光カプラ４６、第２の光カプラ４８、及び、光位相変調器４２を備えて構成される。第１の光カプラ４６及び第２の光カプラ４８は、任意好適な従来周知のものを用いることができる。光位相変調器４２としては、例えば、任意好適なニオブ酸リチウム（ＬＮ：Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）光変調器を用いることができる。

第１の光カプラ４６は第１の入力ポート４６ａ及び第２の入力ポート４６ｂの２つの入力ポートと、第１の出力ポート４６ｃ及び第２の出力ポート４６ｄの２つの出力ポートを備えている。

光スイッチ３２の第１の光入力ポート３４に入力された第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１（Ｓ１０１−１）は、第１の入力ポート４６ａを経て第１の光カプラ４６に入力される。第１の光カプラ４６は、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１を２分岐して、一方を第１の出力ポート４６ｃから出力し、他方を第２の出力ポート４６ｄから出力する。ここで、第１の入力ポート４６ａから入力されて第１の光カプラ４６をクロスする光、すなわち、第２の出力ポート４６ｄから出力される光は、もう一方の光、すなわち、第１の出力ポート４６ｃから出力される光より、位相がπ／２遅れる。

同様に、光スイッチ３２の第２の光入力ポート３６に入力された第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３（Ｓ１０１−２）は、第２の入力ポート４６ｂを経て第１の光カプラ４６に入力される。第１の光カプラ４６は、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３を２分岐して、一方を第１の出力ポート４６ｃから出力し、他方を第２の出力ポート４６ｄから出力する。第２の入力ポート４６ｂから入力されて第２の光カプラ４６をクロスする光、すなわち、第１の出力ポート４６ｃから出力される光は、もう一方の光、すなわち、第２の出力ポート４６ｄから出力される光より、位相がπ／２遅れる。

以下の説明では、第１の入力ポート４６ａ又は第２の入力ポート４６ｂから入力されて、第１の出力ポート４６ｃから出力される光を第１の分岐信号（図中、矢印Ｓ２１３で示す。）と称し、また、第１の入力ポート４６ａ又は第２の入力ポート４６ｂから入力されて、第２の出力ポート４６ｄから出力される光を第２の分岐信号（図中、矢印Ｓ２１４で示す。）と称する。

第１の分岐信号Ｓ２１３は光位相変調器４２を経て第２の光カプラ４８へ送られ、及び、第２の分岐信号Ｓ２１４は光位相変調器４２を経ずに第２の光カプラ４８へ送られる。

光位相変調器４２には、スイッチ切換信号Ｓ２１１として入力された送信電気信号Ｓ１１１が入力される。光位相変調器４２は、スイッチ切換信号Ｓ２１１の電圧値によって、入力される第１の分岐信号Ｓ２１３の位相を変化させて出力する。光位相変調器４２は、例えば、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＬレベルの場合は、第１の分岐信号Ｓ２１３を位相θ０だけ変化させて出力し、一方、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＨレベルの場合は、第１の分岐信号Ｓ２１３を位相θ１だけ変化させて出力する。

第２の光カプラ４８は第１の入力ポート４８ａ及び第２の入力ポート４８ｂの２つの入力ポートと、第１の出力ポート４８ｃ及び第２の出力ポート４８ｄの２つの出力ポートを備えている。

第１の分岐信号Ｓ２１３は、第１の入力ポート４８ａを経て第２の光カプラ４８に入力される。第２の光カプラ４８は、第１の分岐信号Ｓ２１３を２分岐して、一方を第１の出力ポート４８ｃから出力し、他方を第２の出力ポート４８ｄから出力する。

同様に、第２の分岐信号Ｓ２１４は、第２の入力ポート４８ｂを経て第２の光カプラ４８に入力される。第２の光カプラ４８は、第２の分岐信号Ｓ２１４を２分岐して、一方を第１の出力ポート４８ｃから出力し、他方を第２の出力ポート４８ｄから出力する。ここで、第２の入力ポート４８ｂから入力され第２の光カプラ４８をクロスする光、すなわち、第１の出力ポート４６ｃから出力される光は、もう一方の光、すなわち、第２の出力ポート４６ｄから出力される光より、位相がπ／２遅れる。

第２の光カプラ４８の第１の出力ポート４８ｃから出力された信号は、スイッチ出力信号Ｓ２１５として光スイッチ３２から出力される。なお、第２の出力ポート４８ｄから出力された信号は、第２の光カプラ４８から出力された所で終端して、光スイッチ３２からは出力されない。

第１の光カプラ４６に入力された第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１は、第１の出力ポート４６ｃから出力される場合と、第２の出力ポート４６ｄから出力される場合とで、第２の光カプラ４８の第１の出力ポート４８ｃから出力される時点での位相が異なる。

第１の光カプラ４６の第１の入力ポート４６ａから入力され、第１の出力ポート４６ｃから出力された第１の分岐信号Ｓ２１３は、第１の光カプラ４６での位相変化は０である。この第１の分岐信号Ｓ２１３は、スイッチ切換信号Ｓ２１１のレベルに応じて光位相変調器４２でθ_ｉ（ｉ＝１、２）の位相変調を受けて、第２の光カプラ４８の第１の入力ポート４８ａに入力される。第２の光カプラ４８の第１の入力ポート４８ａから入力され、第１の出力ポート４８ｃからスイッチ出力信号Ｓ２１５として出力される信号の、第２の光カプラ４８での位相変化は０である。従って、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１が、第１の光カプラ４６の第１の出力ポートから出力された場合、光スイッチ３２での位相変化はθｉになる。

第１の光カプラ４６の第１の入力ポート４６ａから入力され、第２の出力ポート４６ｄから出力された第２の分岐信号Ｓ２１４は、第１の光カプラ４６での位相変化はπ／２である。この第２の分岐信号Ｓ２１４は、第２の光カプラ４８の第２の入力ポート４８ｂに入力される。第２の光カプラ４８の第２の入力ポート４８ｂから入力され、第１の出力ポート４８ｃからスイッチ出力信号Ｓ２１５として出力される信号の、第２の光カプラ４８での位相変化はπ／２である。従って、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１が、第１の光カプラ４６の第１の出力ポート４６ｂから出力された場合、光スイッチ３２での位相変化はπ（＝π／２＋π／２）になる。

この場合、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１が、光位相変調器４２を通る場合と通らない場合とで、位相差は、θ_ｉ―π（又はπ−θ_ｉ）になる。

第１の光カプラ４６の第１の入力ポート４６ｂから入力され、第１の出力ポート４６ｃから出力された第１の分岐信号Ｓ２１３は、第１の光カプラ４６での位相変化はπ／２である。この第１の分岐信号Ｓ２１３は、スイッチ切換信号Ｓ２１１のレベルに応じて、光位相変調器４２でθ_ｉ（ｉ＝１、２）の位相変調を受けて、第２の光カプラ４８の第１の入力ポート４８ａに入力される。第２の光カプラ４８の第１の入力ポート４８ａから入力され、第１の出力ポート４８ｃからスイッチ出力信号Ｓ２１５として出力される信号の、第２の光カプラ４８での位相変化は０である。従って、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３が、第１の光カプラ４６の第１の出力ポート４６ｃから出力された場合、光スイッチ３２での位相変化はθ_ｉ＋π／２になる。

第１の光カプラ４６の第２の入力ポート４６ｂから入力され、第２の出力ポート４６ｄから出力された第２の分岐信号Ｓ２１４は、第１の光カプラ４６での位相変化は０である。この第２の分岐信号Ｓ２１４は、第２の光カプラ４８の第２の入力ポート４８ｂに入力される。第２の光カプラ４８の第２の入力ポート４８ｂから入力され、第１の出力ポート４８ｃからスイッチ出力信号Ｓ２１５として出力される信号の、第２の光カプラ４８での位相変化はπ／２である。従って、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３が、第１の光カプラ４６の第２の出力ポート４６ｄから出力された場合、光スイッチ３２での位相変化はπ／２になる。

このように、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３が、光位相変調器４２を通る場合と通らない場合とで、位相差は、θ_ｉ（＝（θ_ｉ＋π／２）−π／２）になる。従って、θ_０＝πかつθ_１＝０を満たすように光位相変調器４２を設計すると、送信電気信号Ｓ２１１が“０”の情報を有するとき、すなわち、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＬレベルのときに、第１の光入力ポート３４から入力される第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１は、２つの経路での位相差が０（＝θ_０−π）であるので、スイッチ出力信号Ｓ２１５として出力される。このとき、第２の光入力ポート３６から入力される、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３は、２つの経路での位相差がπ（＝θ_０）になり、スイッチ出力信号Ｓ２１５としては出力されない。同様に、送信電気信号Ｓ１１１が“１”の情報を有するとき、すなわち、スイッチ切換信号Ｓ２１１がＨレベルのときは、第１のスイッチ入力信号Ｓ２０１は、その位相差がπ（＝π−θ_１）であるので出力されず、第２のスイッチ入力信号Ｓ２０３は、その位相差が０（＝θ_１）であるので、スイッチ出力信号Ｓ２１５として出力される。

図５を参照して、遅延部の好適な実施形態として、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた遅延部について説明する。図５は、ＦＢＧを用いた遅延部を説明するための概略構成図である。

遅延部６０は、光サーキュレータ６２及びファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）型遅延器６４を備えている。光サーキュレータ６２は、入力ポートから入力された光パルス信号Ｓ１２５を、ＦＢＧ型遅延器６４に送るとともに、後述するようにＦＢＧ型遅延器６４で得られたパルス位置変調信号Ｓ１３１を、出力ポートから出力する。

ＦＢＧ型遅延器６４は、ブラッグ反射を利用するものであり、回折格子の周期をΛ、光ファイバの屈折率をｎとしたとき、λ＝２×ｎ×Λを満たす波長λの光に対して強く反射し、それ以外の波長の光を透過させる。従って、回折格子を形成する位置のＦＢＧの端からの距離及び搬送波の波長に応じて、光パルスに所定の遅延量を与えることができる。ＦＢＧ型遅延器６４として、光ファイバ６５に、複数の、それぞれ異なる周期Λの回折格子を単位ＦＢＧとして設けることにより、搬送波の波長が異なる光パルスには、異なる遅延量を与えることができる。ＦＢＧ型遅延器６４は、光ファイバ６５に、第１単位ＦＢＧ６６ａ及び第２単位ＦＢＧ６６ｂを、該光ファイバ６５における光の伝播方向に順次に備えている。ここでは、第１単位ＦＢＧ６６ａを、その回折格子の周期Λ１が、λ１＝２×ｎ×Λ１を満たすように形成し、第２単位ＦＢＧ６６ｂを、その回折格子の周期Λ２が、λ２＝２×ｎ×Λ２を満たすように形成する。また、第２単位ＦＢＧ６６ｂを光サーキュレータ６２からの光パルス信号Ｓ１２５の入力端に近い位置に配置し、第１単位ＦＢＧ６６ａを入力端から遠い位置に配置している。

第１単位ＦＢＧ６６ａは、図中、矢印Ｓ１２５ａで示すように、搬送波の波長が第１の波長λ１の光を反射させる。また、第２単位ＦＢＧ６６ｂは、図中、矢印Ｓ１２５ｂで示すように、搬送波の波長が第２の波長λ２の光を反射させる。第１単位ＦＢＧ６６ａと第２単位ＦＢＧ６６ｂの、光ファイバ６５における光の伝播方向の位置の差によって、第１単位ＦＢＧ６６ａと第２単位ＦＢＧ６６ｂのそれぞれで反射される光パルスに、異なる遅延時間として時間差Δｔが生じる。この結果、搬送波の波長がλ２である光パルスの時間軸上での位置に基づいて、クロック周期に等しい間隔で時間軸上での基準を定めると、搬送波の波長がλ１である光パルスは、Δｔだけ基準から遅れることになる。このようにして、光パルス信号から、光信号として、ＰＰＭ信号を得ることができる。

第１実施形態の光変調回路及び光変調方法によれば、送信情報に対応する、搬送波の波長が互いに異なる２以上の波長の光パルスを生成し、波長ごとに異なる遅延時間で光パルスを遅延させる。この結果、データレートに等しい周波数帯域の電気回路を用いて、ＰＰＭを実現できる。

また、遅延部にＦＢＧ型遅延器を用いると、一つの光ファイバに、２つの異なる波長を反射させる単位ＦＢＧを形成すれば良く、簡単な回路構成で実現できる。

波長の異なる２以上の連続光から、入力光信号を得るために用いられる光スイッチには、２つのＥＡ変調器を用いるものと、マッハツェンダ干渉計を用いるものとがある。２つのＥＡ変調器を用いる場合は、ＥＡ変調器を動作させるために電気信号が２つ必要となるが、光干渉を利用しないため、単一波長信号はランダム偏光で良い。

一方、マッハツェンダ干渉計を用いる場合は、光干渉を利用するため、単一波長信号として、ランダム偏光ではなく、コヒーレンシーを高くする必要があるが、光位相変調器を動作させるための電気信号は１つで良い。なお、コヒーレンシーの高い光源として、ＤＦＢレーザを用いることができる。

（第２実施形態）
図６及び図７を参照して、第２実施形態の光変調回路及び光変調方法について説明する。図６は、第２実施形態の光変調回路を説明するための概略構成図である。図７は、光変調回路の動作原理を説明するためのタイムチャートである。図７では、横軸に時間を取って示している。また、縦軸に各信号の大きさとして、電気信号については電圧を、一方、光信号については光強度を取って示している。

第２実施形態の光変調回路及び光変調方法は、１データ周期Ｔ_{２ｂｉｔｓ}間に２ビットの情報を送信する場合に用いられる変調方法であって、４（＝２^２）値のパルス位置変調を行う。

光変調回路１１は、第１〜第４の光源１５−１〜４、光スイッチ部７０、光変調器５０及び遅延部６１を備えて構成されている。光変調器５０は、第１実施形態で説明したのと同じ構成にすることができるので、ここでは説明を省略する。

第１〜第４の光源１５−１〜４は、例えば、任意好適な従来周知の半導体レーザで構成され、搬送波の波長が互いに異なる第１の波長λ１、第２の波長λ２、第３の波長λ３及び第４の波長λ４の連続光を生成する。第１の光源１５−１は、搬送波の波長がλ１の連続光を、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１として生成する（図７（Ａ））。第２の光源１５−２は、搬送波の波長がλ２の連続光を、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２として生成する（図７（Ｂ））。第３の光源１５−３は、搬送波の波長がλ３の連続光を、第３の単一波長信号Ｓ１０１−３として生成する（図７（Ｃ））。第４の光源１５−４は、搬送波の波長がλ４の連続光を、第４の単一波長信号Ｓ１０１−４として生成する（図７（Ｄ））。

光スイッチ部７０は、４つの光入力ポートとして、第１〜第４の光入力ポート７１−１〜４を備え、２つの電気入力ポートとして、第１の電気入力ポート７５−１及び第２の電気入力ポート７５−２を備え、及び、光出力ポート７９を備えている。光スイッチ部７０は、第１の電気入力ポート７５−１及び第２の電気入力ポート７５−２に入力される電気信号に従って、第１〜第４の光入力ポート７１−１〜４のいずれか１つから入力される光信号を、光出力ポート７９から出力する。

第１の光源１５−１で生成された第１の単一波長信号Ｓ１０１−１は、第１の光入力ポート７１−１から、第１のスイッチ入力信号として光スイッチ部７０に入力される。第２の光源１５−２で生成された第２の単一波長信号Ｓ１０１−２は、第２の光入力ポート７１−２から、第２のスイッチ入力信号として光スイッチ部７０に入力される。第３の光源１５−３で生成された第３の単一波長信号Ｓ１０１−３は、第３の光入力ポート７１−３から、第３のスイッチ入力信号として光スイッチ部７０に入力される。第４の光源１５−４で生成された第４の単一波長信号Ｓ１０１−４は、第４の光入力ポート７１−４から、第４のスイッチ入力信号として光スイッチ部７０に入力される。

第１の電気入力ポート７５−１及び第２の電気入力ポート７５−２には、それぞれ“０”又は“１”の送信情報を有する第１の送信電気信号（図中、矢印Ｓ１１２−１で示す。）及び第２の送信電気信号（図中、矢印Ｓ１１２−２で示す。）が、スイッチ切換信号として入力される。第１の送信電気信号Ｓ１１２−１及び第２の送信電気信号Ｓ１１２−２は、データ周期がＴ_{２ｂｉｔｓ}のＮＲＺフォーマットの電気信号である。第１の送信電気信号Ｓ１１２−１及び第２の送信電気信号Ｓ１１２−２は、送信すべき２ビットのディジタル情報“００”、“０１”、”１０“又は“１１”に対応して、それぞれ、Ｌレベル及びＨレベルの状態をとる。

第１の送信電気信号Ｓ１１２−１は、下位のビット（第１ビットと称することもある。）の情報を表し、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１がＬレベルの場合は、第１ビットは“０”であり、一方、第１の送信電気信号Ｓ１１２−２がＨレベルの場合は、第１ビットは“１”である。第２の送信電気信号Ｓ１１２−２は、上位のビット（第２ビットと称することもある。）の情報を表し、第２の送信電気信号Ｓ１１２−２がＬレベルの場合は、第２ビットは“０”であり、一方、第２の送信電気信号Ｓ１１２−２がＨレベルの場合は、第２ビットは“１”である。この場合、送信すべき２ビットのディジタル情報が“００”のときは、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１及び第２の送信電気信号Ｓ１１２−２は、ともにＬレベルになり、“０１”のときは、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１はＨレベル、かつ第２の送信電気信号Ｓ１１２−２はＬレベルになり、“１０”のときは、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１はＬレベル、かつ第２の送信電気信号Ｓ１１２−２はＨレベルになり、さらに、“１１”のときは、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１及び第２のＳ送信電気信号Ｓ１１２−２はともにＨレベルになる。図７のタイムチャートは、Ｔ_{２ｂｉｔｓ}のビット周期ごとに、ディジタル情報が“００”、“０１”、“１０”、“１１”の順に変化した状態を示している（図７（Ｅ）及び図７（Ｆ））。

光スイッチ部７０は、ディジタル情報が“００”の場合は、第1の入力ポートから入力された光信号、ここでは、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１をスイッチ出力信号として選択し、ディジタル情報が“０１”の場合は、第２の入力ポートから入力された光信号、ここでは、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２をスイッチ出力信号として選択し、ディジタル情報が“１０”の場合は、第３の入力ポートから入力された光信号、ここでは、第３の単一波長信号Ｓ１０１−３をスイッチ出力信号として選択し、及び、ディジタル情報が“１１”の場合は、第４の入力ポートから入力された光信号、ここでは、第４の単一波長信号Ｓ１０１−４をスイッチ出力信号として選択する。光スイッチ部７０は、この選択によって得られたスイッチ出力信号を、入力光信号Ｓ１１６として出力する。

入力光信号Ｓ１１６は、ディジタル情報が“００”のとき搬送波の波長がλ１となり、ディジタル情報が“０１”のとき搬送波の波長がλ２となり、ディジタル情報が“１０”のとき搬送波の波長がλ３となり、及びディジタル情報が“１１”のとき搬送波の波長がλ４となる。入力光信号Ｓ１１６は、連続光であって、データ周期Ｔ_{２ｂｉｔｓ}ごとに、波長、すなわち、周波数が切り替わる、ＦＳＫ信号になる（図７（Ｇ））。

図８を参照して、４つの入力から１つを選択して出力する光スイッチ部について説明する。図８は、４×１の光スイッチ部について説明するための概略構成図である。

光スイッチ部７０は、第１及び第２のサブスイッチ１３１ａ及び１３１ｂを含む第１段目のスイッチ（１段スイッチと称する。）１３１と、第２段目のスイッチ（２段スイッチと称する。）１３２を備えている。

第１のサブスイッチ１３１ａは、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力される、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１、及び、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２について、スイッチ切換信号として入力される。第１のサブスイッチ１３１ａは、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１がＬレベルの場合は、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１をスイッチ出力信号として選択し、及び、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１がＨレベルの場合は、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を第１のサブスイッチ信号（図中、矢印Ｓ３０１−１で示す。）として出力する。

第２のサブスイッチ１３１ｂは、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力される、第３の単一波長信号Ｓ１０１−３、及び、第４の単一波長信号Ｓ１０１−４について、スイッチ切換信号として入力される。第２のサブスイッチ１３１ｂは、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１がＬレベルの場合は、第３の単一波長信号Ｓ１０１−３をスイッチ出力信号として選択し、及び、第１の送信電気信号Ｓ１１２−１がＨレベルの場合は、第４の単一波長信号Ｓ１０１−４をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を第２のサブスイッチ信号（図中、矢印Ｓ３０１−２で示す。）として出力する。

２段スイッチ１３２は、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力される、第１のサブスイッチ信号Ｓ３０１−１、及び、第２のサブスイッチ信号Ｓ３０１−２について、スイッチ切換信号として入力される、第２の送信電気信号Ｓ１１２−２がＬレベルの場合は、第１のサブスイッチ信号Ｓ３０１−１をスイッチ出力信号として選択し、及び、第２の送信電気信号Ｓ１１２−２がＨレベルの場合は、第２のサブスイッチ信号Ｓ３０１−２をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を入力光信号Ｓ１１６として出力する。

第１のサブスイッチ１３１ａ、第２のサブスイッチ１３１ｂ、及び２段スイッチ１３２として、それぞれ、図３を参照して説明したＥＡ変調器を用いた光スイッチ及び図４を参照して説明した干渉計を用いた光スイッチのいずれかを用いることができる。ここでは、第１のサブスイッチ１３１ａ、第２のサブスイッチ１３１ｂ、及び２段スイッチ１３２の詳細な説明を省略する。

光変調器５０は、入力光信号Ｓ１１６に対して強度変調を行って、クロック信号Ｓ１２１と同じ周波数を有する光パルス列を得る。光変調器５０は、この光パルス列を光パルス信号（図中、Ｓ１２６で示す。）として出力する（図７（Ｈ））。

遅延部６１は、入力ポートと出力ポートを１つずつ備えている。遅延部６１は、入力ポートから入力された光パルス信号Ｓ１２６に対して、その搬送波の波長がλ１、λ２、λ３、及びλ４の各光パルスについて、相対的な時間差の遅延を与える。この結果、遅延部６１は、光パルス信号Ｓ１２６をパルス位置変調した、パルス位置変調信号（図中、矢印Ｓ１３２で示す。）を得て、当該パルス位置変調信号Ｓ１３２を出力ポートから出力する（図７（Ｉ））。

図９を参照して、遅延部の好適な実施形態として、ＦＢＧを用いた遅延部について説明する。図９は、ＦＢＧを用いた遅延部（４値ＰＰＭ用の遅延部）を説明するための概略構成図である。

遅延部６１は、光サーキュレータ６２及びＦＢＧ型遅延器６７を備えている。光サーキュレータ６２は、入力ポートから入力された光パルス信号Ｓ１２６を、ＦＢＧ型遅延器６７に送るとともに、後述するようにＦＢＧ型遅延器６７で得られたパルス位置変調信号Ｓ１３２を、出力ポートから出力する。

ＦＢＧ型遅延器６７として、光ファイバ６８に、複数の、それぞれ異なる周期Λの回折格子を設けることにより、異なる波長の光には、異なる遅延量を与えることができる。ＦＢＧ型遅延器６７は、光ファイバ６８に、第１単位ＦＢＧ６９ａ、第２単位ＦＢＧ６９ｂ、第３単位ＦＢＧ６９ｃ及び第４単位ＦＢＧ６９ｄを、当該光ファイバ６８における光の伝播方向に順次に備えている。ここでは、第１単位ＦＢＧ６９ａを、その回折格子の周期Λ１が、λ１＝２×ｎ×Λ１を満たすように形成し、第２単位ＦＢＧ６９ｂを、その回折格子の周期Λ２が、λ２＝２×ｎ×Λ２を満たすように形成し、第３単位ＦＢＧ６９ｃを、その回折格子の周期Λ３が、λ３＝２×ｎ×Λ３を満たすように形成し、及び、第４単位ＦＢＧ６９ｄを、その回折格子の周期Λ４が、λ４＝２×ｎ×Λ４を満たすように形成する。また、第１単位ＦＢＧ６９ａを光サーキュレータ６２からの光パルス信号Ｓ１２６の入力端に近い位置に配置し、第４単位ＦＢＧ６９ｄを入力端から遠い位置に配置している。

第１単位ＦＢＧ６９ａは、図中、矢印Ｓ１２６ａで示すように、搬送波の波長がλ１の光パルスを反射させ、第２単位ＦＢＧ６９ｂは、図中、矢印Ｓ１２６ｂで示すように、搬送波の波長がλ２の光パルスを反射させ、第３単位ＦＢＧ６９ｃは、図中、矢印Ｓ１２６ｃで示すように、搬送波の波長がλ３の光パルスを反射させ、第４単位ＦＢＧ６９ｄは、図中、矢印Ｓ１２６ｄで示すように、搬送波の波長がλ４の光パルスを反射させる。第１単位ＦＢＧ６９ａと第２単位ＦＢＧ６９ｂの、光ファイバ６８における光の伝播方向の位置の差によって、第１単位ＦＢＧ６９ａと第２単位ＦＢＧ６９ｂのそれぞれで反射される光パルスに、時間差ｔ_２が生じる。第１単位ＦＢＧ６９ａと第３単位ＦＢＧ６９ｃの、光ファイバ６８における光の伝播方向の位置の差によって、第１単位ＦＢＧ６９ａと第３単位ＦＢＧ６９ｃのそれぞれで反射される光パルスに、時間差ｔ_３が生じる。また、第１単位ＦＢＧ６９ａと第４単位ＦＢＧ６９ｄの、光ファイバ６８における光の伝播方向の位置の差によって、第１単位ＦＢＧ６９ａと第４単位ＦＢＧ６９ｄのそれぞれで反射される光パルスに、時間差ｔ_４が生じる。この結果、搬送波の波長がλ１である光パルスの時間軸上での位置に基づいて、クロック周期に等しい間隔で基準を定めると、搬送波の波長が第２の波長λ２である光パルスは、ｔ_２だけ基準から遅れ、搬送波の波長が第３の波長λ３である光パルスは、ｔ_３だけ基準から遅れ、搬送波の波長が第４の波長λ４である光パルスは、ｔ_４だけ基準から遅れることになる。このようにして、光パルス信号から、光信号としてＰＰＭ信号を得ることができる（図７（Ｉ））。

なお、パルス幅ｗ、遅延時間ｔ_２、ｔ_３及びｔ_４は、以下の各関係式
ｗ≦ｔ_２
ｔ_２＋ｗ＜ｔ_３
ｔ_３＋ｗ＜ｔ_４
ｔ_４＋ｗ＜Ｔ_{２ｂｉｔｓ}
を満たす必要がある。

第２実施形態の光変調回路及び光変調方法によれば、第１実施形態の光変調回路及び光変調方法と同様の効果が得られるとともに、１データ周期間に２ｂｉｔの情報を、当該データ周期に対応するデータレートに等しい周波数帯域の電気回路を用いて、ＰＰＭを実現できる。

（第３実施形態）
図１０を参照して、第３実施形態の光変調回路及び光変調方法について説明する。図１０は、第３実施形態の光変調回路を説明するための概略構成図である。

第３実施形態の光変調回路及び光変調方法は、１データ周期Ｔ_{ｎｂｉｔｓ}間にｎビットの情報を送信する場合に用いられる変調方法であって、２^ｎ値のパルス位置変調を行う。

光変調回路１２は、第１〜第２^ｎの光源１５−１〜２^ｎ、光スイッチ部１７０、光変調器５０及び遅延部１６１を備えて構成されている。なお、光変調器５０は、第１実施形態で説明したのと同じ構成にすることができるので、ここでは説明を省略する。

第１〜第２^ｎの光源１５−１〜２^ｎは、例えば、任意好適な従来周知の半導体レーザで構成され、互いに異なる第１〜第２^ｎの波長λ１〜２^ｎの連続光をそれぞれ、第１〜第２^ｎの入力光信号Ｓ１０１−１〜２^ｎとして生成する。

光スイッチ部１７０は、２^ｎの光入力ポートとして、第１〜第２^ｎの光入力ポート１７１−１〜２^ｎを備え、ｎの電気入力ポートとして、第１〜第ｎの電気入力ポート１７５−１〜ｎを備え、及び、光出力ポート１７９を備えている。光スイッチ部１７０は、第１〜第ｎの電気入力ポート１７５−１〜ｎに入力される送信電気信号に従って、第１〜第２^ｎの光入力ポート１７１−１〜２^ｎのいずれか１つから入力される光信号を、光出力ポート１７９から出力する。

第１〜第２^ｎの光源１５−１〜２^ｎで生成された第１〜第２^ｎの単一波長信号Ｓ１０１−１〜２^ｎは、それぞれ第１〜第２^ｎの光入力ポート１７１−１〜２^ｎから、光スイッチ部１７０に入力される。

第１〜第ｎの電気入力ポート１７５−１〜ｎには、それぞれ“０”又は”１“の情報を有する第１〜第ｎの送信電気信号（図中、矢印Ｓ１１３−１〜ｎで示す。）が、スイッチ切換信号として入力される。第１〜第ｎの送信電気信号Ｓ１１３−１〜ｎは、データ周期がＴ_{ｎｂｉｔｓ}のＮＲＺフォーマットの電気信号である。第１〜第ｎの送信電気信号Ｓ１１３−１〜ｎは、送信すべきｎビットのディジタル情報に対応して、それぞれ、Ｌレベル及びＨレベルの状態をとる。

第１の送信電気信号Ｓ１１３−１は、第１ビットの情報を表し、第１の送信電気信号Ｓ１１３−１がＬレベルの場合は、第１ビットは“０”であり、一方、第１の送信電気信号Ｓ１１３−１がＨレベルの場合は、第１ビットは“１”である。第２の送信電気信号Ｓ１１３−２は、第２ビットの情報を表し、第２の送信電気信号Ｓ１１３−２がＬレベルの場合は、第２ビットは“０”であり、一方、第２の送信電気信号Ｓ１１３−２がＨレベルの場合は、第２ビットは“１”である。同様に、第ｋ（ｋは２以上ｎ−１以下の整数）の送信電気信号Ｓ１１３−ｋは、第ｋビットの情報を表し、第ｋの送信電気信号Ｓ１１７−ｋがＬレベルの場合は、第ｋビットは“０”であり、一方、第ｋの送信電気信号Ｓ１１７−ｋがＨレベルの場合は、第ｋビットは“１”である。

また、第ｎの送信電気信号Ｓ１１７−ｎは、第ｎビットの情報を表し、第ｎの送信電気信号Ｓ１１７−ｎがＬレベルの場合は、第ｎビットは“０”であり、一方、第ｎの送信電気信号Ｓ１１７−ｎがＨレベルの場合は、第ｎビットは“１”である。

図１１を参照して、２^ｎの入力から１つを選択して出力する光スイッチ部について説明する。図１１は、２^ｎ×１の光スイッチ部について説明するための概略構成図である。

光スイッチ部１７０は、第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチ１８１−１〜２^ｎ−１を含む１段スイッチ１８１と、第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチ（ｋは２以上ｎ−１以下の整数）１８５−１〜２^ｎ−ｋを含む第ｋ段目のスイッチ（ｋ段スイッチと称する。）１８５と、第ｎ段目のスイッチ（ｎ段スイッチと称する。）１８９とを備えている。

１段スイッチ１８１に含まれる第１のサブスイッチ１８１−１は、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力された、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１、及び、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２について、スイッチ切換信号として入力される、第１の送信電気信号Ｓ１１３−１がＬレベルの場合は、第１の単一波長信号Ｓ１０１−１を、及び、第１の送信電気信号Ｓ１１３−１がＨレベルの場合は、第２の単一波長信号Ｓ１０１−２をスイッチ出力信号として選択して、当該スイッチ出力信号を第１段目の信号（１段信号と称する。）である第１のサブスイッチ信号Ｓ３０１−１として出力する。同様に、１段スイッチ１８１に含まれる第ｍ（ｍは１以上２^ｎ−１以下の整数）のサブスイッチは、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力された、第２ｍ−１の単一波長信号Ｓ１０１−（２ｍ−１）、及び、第２ｍの単一波長信号Ｓ１０１−２ｍについて、スイッチ切換信号として入力される、第１の送信電気信号Ｓ１１３−１がＬレベルの場合は、第２ｍ−１の単一波長信号Ｓ１０１−（２ｍ−１）を、及び、第１の送信電気信号Ｓ１１３−１がＨレベルの場合は第２ｍの単一波長信号Ｓ１０１−２ｍをスイッチ出力信号として選択して、当該スイッチ出力信号を第ｍのサブスイッチ信号Ｓ３０１−ｍとして出力する。

ｋ段スイッチ１８５に含まれる第ｐ（ｐは１以上２^ｎ−ｋ以下の整数）のサブスイッチ１８５−ｐは、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力された、第ｋ−１段目の信号（ｋ−１段信号と称する。）に含まれる第２ｐ−１のサブスイッチ信号Ｓ３０４−（２ｐ−１）、及び、第２ｐのサブスイッチ信号Ｓ３０４−２ｐについて、スイッチ切換信号として入力される、第ｋの送信電気信号Ｓ１１３−ｋがＬレベルの場合は、第２ｐ−１のサブスイッチ信号Ｓ３０４−（２ｐ−１）をスイッチ出力信号として選択し、及び、第ｋの送信電気信号Ｓ１１３−ｋの状態がＨレベルの場合は、第２ｐのサブスイッチ信号Ｓ３０４−２ｐをスイッチ出力信号として選択する。第ｐのサブスイッチは、選択されたスイッチ出力信号を第ｋ段目の信号（ｋ段信号と称する。）に含まれる第ｐのサブスイッチ信号Ｓ３０５−ｐとして出力する。

ｎ段スイッチ１８９は、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力される、ｎ−１段信号に含まれる第１のサブスイッチ信号Ｓ３０８−１、及び、第２のサブスイッチ信号Ｓ３０８−２について、スイッチ切換信号として入力される、第ｎの送信電気信号Ｓ１１３−ｎがＬレベルの場合は、第１のサブスイッチ信号Ｓ３０８−１をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第ｎの送信電気信号Ｓ１１３−ｎがＨレベルの場合は、第２のサブスイッチ信号Ｓ３０８−２をスイッチ出力信号として選択して、当該スイッチ出力信号を入力光信号Ｓ１１７として出力する。

１段スイッチ１８１に含まれる第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチ１８１−１〜２^ｎ−１、ｋ段スイッチ１８５に含まれる第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチ１８５−１〜２^ｎ−ｋ、及びｎ段スイッチ１８９として、それぞれ、図３を参照して説明したＥＡ変調器を用いた光スイッチ及び図４を参照して説明したマッハツェンダ干渉計を用いた光スイッチのいずれかを用いることができる。ここでは、１段スイッチ１８１に含まれる第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチと、ｋ段スイッチに含まれる第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチと、ｎ段スイッチの詳細な説明を省略する。

遅延部１６１は、入力ポートと出力ポートを１つずつ備えている。遅延部１６１は、入力ポートから入力された光パルス信号Ｓ１２７に対して、その搬送波の波長がλ１〜λ２^ｎの各光パルスについて、異なる遅延時間の遅延を与える。この結果、遅延器は、光パルス信号Ｓ１２７をパルス位置変調した、パルス位置変調信号（図中、矢印Ｓ１３３で示す。）を得て、当該パルス位置変調信号Ｓ１３３を出力ポートから出力する。

図１２を参照して、遅延部の好適な実施形態として、ＦＢＧを用いた遅延部について説明する。図１２は、ＦＢＧを用いた遅延部（多値ＰＰＭ用の遅延部）を説明するための概略構成図である。

遅延部１６１は、光サーキュレータ６２及びＦＢＧ型遅延器１６７を備えている。光サーキュレータ６２は、入力ポートから入力された光パルス信号Ｓ１２７を、ＦＢＧ型遅延器１６７に送るとともに、後述するようにＦＢＧ型遅延器１６７で得られたパルス位置変調信号Ｓ１３３を、出力ポートから出力する。

ＦＢＧ型遅延器１６７として、光ファイバ１６８に、複数の、それぞれ異なる周期Λの回折格子を設けることにより、異なる波長の光には、異なる遅延量を与えることができる。ＦＢＧ型遅延器１６７は、光ファイバ１６８に、第１〜第２^ｎ単位ＦＢＧ１６９−１〜２^ｎを、当該光ファイバ１６８における光の伝播方向に順次に備えている。ここでは、第ｑ（ｑは１以上２^ｎ以下の整数）単位ＦＢＧ１６９−ｑを、その回折格子の周期Λｑが、λｑ＝２×ｎ×Λｑを満たすように形成する。また、第１単位ＦＢＧ１６９−１を光サーキュレータ６２からの光パルス信号Ｓ１２７の入力端に近い位置に配置し、第２^ｎ単位ＦＢＧ１６９−２^ｎを入力端から遠い位置に配置している。

第ｑ単位ＦＢＧ１６９−ｑは、第ｑの波長λｑの光を反射させる。第１単位ＦＢＧ１６９−１と第２〜２^ｎ単位ＦＢＧ１６９−２〜２^ｎの、光ファイバ１６８における光の伝播方向の位置の差によって、第１単位ＦＢＧ１６９−１と第２〜２^ｎ単位ＦＢＧ１６９−２〜２^ｎのそれぞれで反射される光パルスに、時間差ｔ２〜ｔ２^ｎが生じる。この結果、搬送波の波長が第１の波長λ１である光パルスの時間軸上での位置に基づいて、クロック周期に等しい間隔で基準を定めると、搬送波の波長が第２〜２^ｎの波長λ２〜λ２^ｎである光パルスは、ｔ２〜ｔ２^ｎだけ基準から遅れることになる。このようにして、光パルス信号から、パルス位置変調（ＰＰＭ）信号を得ることができる。

第３実施形態の光変調回路及び光変調方法によれば、第１実施形態の光変調回路及び光変調方法と同様の効果が得られるとともに、３ｂｉｔ以上の情報についても、データレートに等しい周波数帯域の電気回路を用いて、ＰＰＭを実現できる。

第１実施形態の光変調回路を説明するための概略構成図である。 第１実施形態の光変調回路の動作原理を説明するためのタイムチャートである。 ＥＡ変調器を用いた光スイッチを説明するための概略構成図である。 マッハツェンダ干渉計を用いた光スイッチを説明するための概略構成図である。 ＦＢＧを用いた遅延部を説明するための概略構成図である。 第２実施形態の光変調回路を説明するための概略構成図である。 第２実施形態の光変調回路の動作原理を説明するためのタイムチャートである。 ４×１の光スイッチ部を説明するための概略構成図である。 ４値ＰＰＭ用の遅延部を説明するための概略構成図である。 第３実施形態の光変調回路を説明するための概略構成図である。 ２^ｎ×１の光スイッチ部を説明するための概略構成図である。 多値ＰＰＭ用の遅延部を説明するための概略構成図である。 従来の変調回路の概略構成図である。 従来例における変調回路の動作原理を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０、１１、１２ 光変調回路
１５ 光源
３０、３１、３２ 光スイッチ
４１ 第１のＥＡ変調器
４２ 光位相変調器
４３ 第２のＥＡ変調器
４５ 光カプラ
４６ 第１の光カプラ
４７ 反転回路
４８ 第２の光カプラ
５０ 光変調器
６０、６１、１６１ 遅延部
６２ 光サーキュレータ
６４、６７、１６７ ＦＢＧ型遅延器
６５、６８、１６８ 光ファイバ
６６ａ、６９ａ 第１単位ＦＢＧ
６６ｂ、６９ｂ 第２単位ＦＢＧ
６９ｃ 第３単位ＦＢＧ
６９ｄ 第４単位ＦＢＧ
７０、１７０ 光スイッチ部
１３１、１８１ １段スイッチ
１３１ａ 第１のサブスイッチ
１３１ｂ 第２のサブスイッチ
１３２、１８２ ２段スイッチ
１６９ 単位ＦＢＧ
１８５ ｋ段スイッチ
１８９ ｎ段スイッチ

Claims (17)

1. 搬送波の波長が第１の波長の連続光である第１の単一波長信号を生成する第１の光源と、
   搬送波の波長が前記第１の波長とは異なる第２の波長の連続光である第２の単一波長信号を生成する第２の光源と、
   第１のスイッチ入力信号及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力される前記第１の単一波長信号及び前記第２の単一波長信号に対して、スイッチ切換信号として入力される、“０”又は“１”の情報を有する送信電気信号に従って、前記情報が“０”の場合は、前記第１の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、一方、前記情報が“１”の場合は、前記第２の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択して、前記選択されたスイッチ出力信号を入力光信号として出力する光スイッチと、
   前記入力光信号から、搬送波の波長が前記第１の波長及び前記第２の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する光変調器と、
   前記光パルス信号に対して、搬送波の波長が前記第１の波長の光パルスと、搬送波の波長が前記第２の波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る遅延部と
   を備えることを特徴とする光変調回路。
2. 前記遅延部は、光サーキュレータ及びファイバブラッググレーティング型遅延器を備え、
   前記光サーキュレータは、前記光パルス信号を前記ファイバブラッググレーティング型遅延器に送るとともに、該ファイバブラッググレーティング型遅延器で得られたパルス位置変調信号を出力し、及び
   前記ファイバブラッググレーティング型遅延器は、光ファイバに、搬送波の波長が前記第１の波長の光パルスを反射させる第１単位ファイバブラッググレーティング、及び、搬送波の波長が前記第２の波長の光パルスを反射させる第２単位ファイバブラッググレーティングを、当該光ファイバにおける光の伝播方向に順次に備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調回路。
3. 前記光スイッチは、前記第１のスイッチ入力信号が入力される第１のＥＡ変調器、前記第２のスイッチ入力信号が入力される第２のＥＡ変調器、光カプラ、及び、反転回路を備えて構成され、
   前記第１のＥＡ変調器は、前記スイッチ切換信号が２分岐された一方の第１の切換信号が入力されて、前記スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、前記第１のスイッチ入力信号を出力し、及び、前記スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、前記第１のスイッチ入力信号を非出力とし、
   前記第２のＥＡ変調器は、前記スイッチ切換信号が２分岐された他方の第２の切換信号が、前記反転回路で反転された後入力されて、前記スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、前記第２のスイッチ入力信号を非出力とし、及び、前記スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、前記第２のスイッチ入力信号を出力し、及び
   前記光カプラは、前記第１のＥＡ変調器及び前記第２のＥＡ変調器の出力を合波して、前記スイッチ出力信号として出力する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調回路。
4. 前記光スイッチは、第１の光カプラ、第２の光カプラ、及び、光位相変調器を備えて構成され、
   前記第１の光カプラは、入力される前記第１のスイッチ入力信号及び前記第２のスイッチ入力信号を、第１の分岐信号と第２の分岐信号とにそれぞれ２分岐して、前記第１の分岐信号を前記光位相変調器を経て前記第２の光カプラへ送り、及び、前記第２の分岐信号を前記第２の光カプラへ送り、
   前記第２の光カプラは、前記第１の分岐信号及び前記第２の分岐信号を合波して前記スイッチ出力信号として出力し、及び
   前記光位相変調器は、前記スイッチ切換信号に従って、第１の分岐信号の位相を変調する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調回路。
5. 搬送波の波長が互いに異なる第１〜第４の波長の連続光である第１〜第４の単一波長信号をそれぞれ生成する第１〜第４の光源と、
   該第１〜第４の単一波長信号が入力されるとともに、外部から“０”又は“１”の第１の情報を有する第１の送信電気信号、及び、“０”又は“１”の第２の情報を有する第２の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第１の情報が“０”及び前記第２の情報が“０”の場合は、前記第１の単一波長信号を選択し、前記第１の情報が“１”及び前記第２の情報が“０”の場合は、前記第２の単一波長信号を選択し、前記第１の情報が“０”及び前記第２の情報が“１”の場合は、前記第３の単一波長信号を選択し、及び、前記第１の情報が“１”及び前記第２の情報が“１”の場合は、前記第４の単一波長信号を選択して、選択されたいずれかの単一波長信号を入力光信号として出力する光スイッチ部と、
   前記入力光信号から、搬送波の波長が前記第１〜第４の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する光変調器と、
   前記光パルス信号に対して、搬送波の波長が前記第１〜第４の波長の光パルスのそれぞれに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る遅延部と
   を備えることを特徴とする光変調回路。
6. 前記遅延部は、光サーキュレータ及びファイバブラッググレーティング型遅延器を備え、
   前記光サーキュレータは、前記光パルス信号を前記ファイバブラッググレーティング型遅延器に送るとともに、該ファイバブラッググレーティング型遅延器で得られたパルス位置変調信号を出力し、及び
   前記ファイバブラッググレーティング型遅延器は、光ファイバに、搬送波の波長が前記第１の波長の光パルスを反射させる第１単位ファイバブラッググレーティング、搬送波の波長が前記第２の波長の光パルスを反射させる第２単位ファイバブラッググレーティング、搬送波の波長が前記第３の波長の光パルスを反射させる第３単位ファイバブラッググレーティング、及び、搬送波の波長が前記第４の波長の光パルスを反射させる第４単位ファイバブラッググレーティングを、当該光ファイバにおける光の伝播方向に順次に備えている
   ことを特徴とする請求項５に記載の光変調回路。
7. 前記光スイッチ部は、第１及び第２のサブスイッチを含む１段スイッチと、２段スイッチとを備え、
   前記第１のサブスイッチは、前記第１及び第２の単一波長信号が第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、前記第１の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第１の送信電気信号が有する情報が“０”の場合には、前記第１の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、前記第２の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を第１のサブスイッチ信号として前記２段スイッチへ出力し、
   前記第２のサブスイッチは、前記第３及び第４の単一波長信号が第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、前記第１の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第１の送信電気信号が有する情報が“０”の場合には、前記第３の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、前記第４の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を第２のサブスイッチ信号として前記２段スイッチへ出力し、
   前記２段スイッチは、前記第１及び第２のサブスイッチ信号が第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、前記第２の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第２の送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、前記第１のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第２の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、前記第２のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を前記入力光信号として出力する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の光変調回路。
8. 前記第１及び第２のサブスイッチと、前記２段スイッチは、それぞれ、前記第１のスイッチ入力信号が入力される第１のＥＡ変調器、前記第２のスイッチ入力信号が入力される第２のＥＡ変調器、光カプラ、及び、反転回路を備えて構成され、
   前記第１のＥＡ変調器は、前記スイッチ切換信号が２分岐された一方の第１の切換信号が入力されて、前記スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、前記第１のスイッチ入力信号を出力し、及び、前記スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、前記第１のスイッチ入力信号を非出力とし、
   前記第２のＥＡ変調器は、前記スイッチ切換信号が２分岐された他方の第２の切換信号が、前記反転回路で反転された後入力されて、前記スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、前記第２のスイッチ入力信号を非出力とし、及び、前記スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、前記第２のスイッチ入力信号を出力し、及び
   前記光カプラは、前記第１のＥＡ変調器及び前記第２のＥＡ変調器の出力を合波して、前記スイッチ出力信号として出力する
   ことを特徴とする請求項７に記載の光変調回路。
9. 前記第１及び第２のサブスイッチと、前記２段スイッチは、それぞれ、第１の光カプラ、第２の光カプラ、及び、光位相変調器を備えて構成され、
   前記第１の光カプラは、入力される前記第１のスイッチ入力信号及び前記第２のスイッチ入力信号を、第１の分岐信号と第２の分岐信号とにそれぞれ２分岐して、前記第１の分岐信号を前記光位相変調器を経て前記第２の光カプラへ送り、及び、前記第２の分岐信号を前記第２の光カプラへ送り、
   前記第２の光カプラは、前記第１の分岐信号及び前記第２の分岐信号を合波して前記スイッチ出力信号として出力し、及び
   前記光位相変調器は、前記スイッチ切換信号に従って、第１の分岐信号の位相を変える
   ことを特徴とする請求項７に記載の光変調回路。
10. ｎを３以上の整数とし、
    搬送波の波長が互いに異なる第１〜第２ ^ｎ の波長の連続光である第１〜第２^ｎの単一波長信号をそれぞれ生成する第１〜第２^ｎの光源と、
    スイッチ切換信号として外部から入力される、それぞれ“０”又は“１”の情報を有する第１〜第ｎの送信電気信号が表すｎビットの情報に一対一に対応して、前記第１〜第２^ｎの単一波長信号のいずれかの単一波長信号を選択して、選択された前記いずれかの単一波長信号を入力光信号として出力する光スイッチ部と、
    前記入力光信号から、搬送波の波長が前記第１〜第２^ｎの波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する光変調器と、
    前記光パルス信号に対して、搬送波の波長が前記第１〜第２^ｎの波長の光パルスのそれぞれに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る遅延部と
    を備えることを特徴とする光変調回路。
11. 前記遅延部は、光サーキュレータ及びファイバブラッググレーティング型遅延器を備え、
    前記光サーキュレータは、前記光パルス信号を前記ファイバブラッググレーティング型遅延器に送るとともに、該ファイバブラッググレーティング型遅延器で得られたパルス位置変調信号を出力し、及び
    前記ファイバブラッググレーティング型遅延器は、光ファイバに、搬送波の波長がそれぞれ前記第１〜第２^ｎの波長の光パルスを反射させる第１〜第２^ｎ単位ファイバブラッググレーティングを、当該光ファイバにおける光の伝播方向に順次に備えている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光変調回路。
12. ｋを２以上ｎ−１以下の整数、ｍを１以上２ ^ｎ−１ 以下の整数、及び、ｐを１以上２ ^ｎ−ｋ 以下の整数とし、
    前記光スイッチ部は、第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチを含み、１段信号を出力する１段スイッチと、第１〜第２ ^ｎ−ｋ のサブスイッチを含み、ｋ段信号を出力するｋ段スイッチと、ｎ段スイッチとを備え、
    前記１段スイッチに含まれる第ｍのサブスイッチは、第２ｍ−１及び第２ｍの単一波長信号が、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第１の送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第１の送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、前記第２ｍ−１の単一波長信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、前記第２ｍの単一波長信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を前記１段信号に含まれる第ｍのサブスイッチ信号として出力し、
    前記ｋ段スイッチに含まれる第ｐのサブスイッチは、ｋ−１段信号に含まれる第２ｐ−１及び第２ｐのサブスイッチ信号が、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第ｋの送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第ｋの送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、前記ｋ−１段信号に含まれる第２ｐ−１のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第ｋの送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、前記ｋ−１段信号に含まれる第２ｐのサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を前記ｋ段信号に含まれる第ｐのサブスイッチ信号として出力し、
    前記ｎ段スイッチは、ｎ−１段信号に含まれる第１及び第２のサブスイッチ信号が、第１及び第２のスイッチ入力信号としてそれぞれ入力されるとともに、第ｎの送信電気信号がスイッチ切換信号として入力されて、前記第ｎの送信電気信号が有する情報が“０”の場合は、前記ｎ−１段信号に含まれる第１のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択し、及び、前記第ｎ−１の送信電気信号が有する情報が“１”の場合は、前記ｎ−１段信号に含まれる第２のサブスイッチ信号をスイッチ出力信号として選択して、選択されたスイッチ出力信号を入力光信号として出力する
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光変調回路。
13. 前記１段スイッチに含まれる前記第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチと、前記ｋ段スイッチに含まれる前記第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチと、前記ｎ段スイッチは、それぞれ、前記第１のスイッチ入力信号が入力される第１のＥＡ変調器、前記第２のスイッチ入力信号が入力される第２のＥＡ変調器、光カプラ、及び、反転回路を備えて構成され、
    前記第１のＥＡ変調器は、前記スイッチ切換信号が２分岐された一方の第１の切換信号が入力されて、前記スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、前記第１のスイッチ入力信号を出力し、及び、前記スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、前記第１のスイッチ入力信号を非出力とし、
    前記第２のＥＡ変調器は、前記スイッチ切換信号が２分岐された他方の第２の切換信号が、前記反転回路で反転された後入力されて、前記スイッチ切換信号が有する情報が“０”の場合は、前記第２のスイッチ入力信号を非出力とし、及び、前記スイッチ切換信号が有する情報が“１”の場合は、前記第２のスイッチ入力信号を出力し、及び
    前記光カプラは、前記第１のＥＡ変調器及び前記第２のＥＡ変調器の出力を合波して、前記スイッチ出力信号として出力する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光変調回路。
14. 前記１段スイッチに含まれる前記第１〜第２^ｎ−１のサブスイッチと、前記ｋ段スイッチに含まれる前記第１〜第２^ｎ−ｋのサブスイッチと、前記ｎ段スイッチは、それぞれ、第１の光カプラ、第２の光カプラ、及び、光位相変調器を備えて構成され、
    前記第１の光カプラは、入力される前記第１のスイッチ入力信号及び前記第２のスイッチ入力信号を、第１の分岐信号と第２の分岐信号とにそれぞれ２分岐して、前記第１の分岐信号を前記光位相変調器を経て前記第２の光カプラへ送り、及び、前記第２の分岐信号を前記第２の光カプラへ送り、
    前記第２の光カプラは、前記第１の分岐信号及び前記第２の分岐信号を合波して前記スイッチ出力信号として出力し、及び
    前記光位相変調器は、前記スイッチ切換信号に従って、第１の分岐信号の位相を変える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光変調回路。
15. 搬送波の波長が第１の波長の連続光である第１の単一波長信号と、搬送波の波長が前記第１の波長とは異なる第２の波長の連続光である第２の単一波長信号に対して、“０”又は“１”の情報を有する送信電気信号に従って、前記情報が“１”の場合は、前記第１の単一波長信号を入力光信号として選択し、一方、前記情報が“０”の場合は、前記第２の単一波長信号を入力光信号として選択する過程と、
    選択された前記入力光信号から、搬送波の波長が前記第１の波長又は前記第２の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する過程と、
    前記光パルス信号に対して、搬送波の波長が前記第１の波長の光パルスと搬送波の波長が前記第２の波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る過程と
    を備えることを特徴とする光変調方法。
16. 搬送波の波長が互いに異なる第１〜第４の波長の連続光である第１〜第４の単一波長信号に対して、“０”又は“１”の第１の情報を有する第１の送信電気信号、及び、“０”又は“１”の第２の情報を有する第２の送信電気信号に従って、前記第１の情報が“０”及び前記第２の情報が“０”の場合は、前記第１の単一波長信号を入力光信号として選択し、前記第１の情報が“１”及び前記第２の情報が“０”の場合は、前記第２の単一波長信号を入力光信号として選択し、前記第１の情報が“０”及び前記第２の情報が“１”の場合は、前記第３の単一波長信号を入力光信号として選択し、及び、前記第１の情報が“１”及び前記第２の情報が“１”の場合は、前記第４の単一波長信号を入力光信号として選択する過程と、
    前記選択された入力光信号から、搬送波の波長が第１〜第４の波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する過程と、
    前記光パルス信号に対して、搬送波の波長が前記第１〜第４の波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る過程と
    を備えることを特徴とする光変調方法。
17. ｎを３以上の整数とし、
    搬送波の波長が互いに異なる第１〜第２ ^ｎ の波長の連続光である第１〜第２^ｎの単一波長信号に対して、それぞれ“０”又は“１”の情報を有する第１〜第ｎの送信電気信号が表すｎビットの情報に一対一に対応して、前記第１〜第２^ｎの単一波長信号のいずれかの単一波長信号を入力光信号として選択する過程と、
    選択された前記入力光信号から、搬送波の波長が第１〜第２^ｎの波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成する過程と、
    前記光パルス信号に対して、搬送波の波長が前記第１〜第２^ｎの波長の光パルスに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得る過程と
    を備えることを特徴とする光変調方法。

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