JP4533999B2

JP4533999B2 - 周波数シフトキーイング復調器

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Publication number: JP4533999B2
Application number: JP2004211185A
Authority: JP
Inventors: 哲也川西; 雅之井筒
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: US20080304827A1; JP2006033556A; WO2006009269A1; US8170422B2

Description

本発明は，周波数シフトキーイング復調器，それを用いた周波数シフトキーイング通信システムに関する。

光周波数シフトキーイング（光ＦＳＫ）は，光の周波数に変調をかけ，周波数の違いを信号として伝える技術である。ＦＳＫ信号は，一般にその振幅には情報がないので，レベル変動や雑音の影響を受けにくいという特徴がある。

デジタル信号を用いたＦＳＫシステムは，既に知られている（例えば，特開平１１−１７７４６号公報（特許文献１）を参照のこと。）。しかしながら，この技術は，あくまでデジタル信号の周波数をシフトさせるものに関し，光の周波数をシフトさせるものではない。

光信号の周波数をシフトして出力するものに光単側波帯変調器（光ＳＳＢ（Single Slide-Band）変調器）がある（川西哲也，井筒雅之，"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)。そして，この光ＳＳＢ変調器を用いた光ＦＳＫ変調器が知られている（非特許文献１[T. Kawanishi and M. Izutsu, “Optical FSK modulator using an integrated light wave circuit consisting of four optical phase modulator”, CPT 2004 G-2, Tokyo, Japan, 14-16 Jan.2004]参照）。

図４は，このような光ＦＳＫ変調器を含むＦＳＫ通信システムの基本構成を示す図である。図４に示されるように，従来のＦＳＫ通信システムは，光ＦＳＫ信号を復調するＦＳＫ復調器（101），光ＦＳＫ信号を発生する光ＦＳＫ変調器（111），光ＦＳＫ変調器とＦＳＫ復調器とを連結する光ファイバ（113）によって構成される。そして，ＦＳＫ復調器は，分波器（102）で，光ＦＳＫ信号を（ＵＳＢ信号・ＬＳＢ信号）に分け，光検出器でそれぞれの強度を測定し，電気信号に変換し，減算器(106)でその差分を取っていた。この際，光ファイバ（113）などの分散性媒質では，分散が生じるので，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号とでは，変調信号の２倍分周波数が異なるので，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号とが，光検出器（104）及び（105）に到達するまでに時間差（遅延）が生じる（すなわち，ＵＳＢ信号の方が光検出器に早く到達する）。なお，図４中，112は光源を示す。

図５は，このような遅延を表すための概念図である。この遅延のため，減算器において，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号との強度の差を適切に取れないという問題がある。

特開平１１−１７７４６号公報 T. Kawanishi and M. Izutsu, "Optical FSK modulator using an integrated light wave circuit consisting of four optical phase modulator", CPT 2004 G-2, Tokyo, Japan, 14-16 Jan.2004]

本発明は，光情報通信などに用いることのできる新規ＦＳＫ復調器を提供することを目的とする。

本発明は，光情報通信などに用いることができ，光ファイバの分散などによる光ＦＳＫ変調信号の遅延を補償し，ＦＳＫ信号を適切に復調できるＦＳＫ変調器を提供することを別の目的とする。

本発明は，光情報通信などに用いることができ，高速に情報を発信できる光ＦＳＫ通信システムを提供することを別の目的とする。

本発明は，基本的には，光ＦＳＫ変調器を復調するにあたり，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号との間で遅延が生じ，その遅延を解消することで，より適切にＦＳＫ信号を復調できるという知見に基づくものである。

[１] 上記課題の少なくともひとつを解決するため，本発明の周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）復調器は，光信号をその波長に応じて分波する手段（２）と，前記分波器により分波された２つの光の遅延時間を調整する手段（３）と，前記分波器により分波され、遅延時間が調整された一方の光信号を検出するため手段（４）と，前記分波器により分波され、遅延時間が調整された残りの光信号を検出するための手段（５）と，前記第１の光検出器の出力信号と，前記第２の光検出器の出力信号との差分を計算する手段（６）とを具備する周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）復調器（１）であって，前記“光信号をその波長に応じて分波する手段”における光信号が，光ＦＳＫ信号であり，前記“光信号をその波長に応じて分波する手段”が，光ＦＳＫ信号の上側波帯（ＵＳＢ）信号と，下側波帯（ＬＳＢ）信号とに分波する手段である。

すなわち，“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”により，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号との遅延時間を調整できるので，本発明のＦＳＫ復調器は，適切に光ＦＳＫ信号を復調できる。

本発明のＦＳＫ復調器の好ましい態様は，前記“光信号をその波長に応じて分波する手段”における光信号が，光ＦＳＫ信号であり，前記“光信号をその波長に応じて分波する手段”が，光ＦＳＫ信号の上側波帯（ＵＳＢ）信号と，下側波帯（ＬＳＢ）信号とに分波する手段である。

[２] 本発明のＦＳＫ復調器の好ましい態様は，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が，前記“光信号をその波長に応じて分波する手段（２）”によって分波された２つの光のうち，いずれかまたは両方の光路長を調整することにより光の遅延時間を調整するものである。すなわち，遅延時間を調整する方法として，光の状態で遅延時間を調整する方法と，光を電気信号とした後遅延時間を調整する方法があげられる。これらのうち，後者は電気信号回路系を再設定しなければならないので，容易に調整できない。一方，前者であれば，例えば複数のミラーを用意し，ミラーの位置を調整することで，光路長を変化させることにより容易に遅延時間を調整できるので好ましい。

[３] 本発明のＦＳＫ復調器の好ましい態様は，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が，調整する遅延時間を変化させられるものである。このようなＦＳＫ復調器では，光ＦＳＫ変調器の変調信号や，分散性媒質の種類，長さなどの変化に応じて，遅延時間を調整できるので好ましい。より具体的な調整方法として，ミラーの位置を変化させることにより，光路長を変化させるものがあげられる。

[４] 本発明のＦＳＫ復調器の好ましい態様は，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”は，予め定められた時間だけ遅延時間を調整するものである。たとえば，変調周波数を２種類しか用いない場合などでは，遅延時間をアナログ的（連続的）に調整できる必要はない。そこで，ある一定の時間だけ遅延時間を調整できるようにしたものは，このような用途に好適に用いることができる。
［５］本発明のＦＳＫ復調器の好ましい態様は，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”は，分散性媒質の分散をＡ[ps/nm/km]，分散性媒質の長さをＬ[km]，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号の波長の差をΔλ，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号の遅延をΔｔとして，｜Δｔ｜＝Δλ・Ｌ・Ａ[ps] だけＵＳＢ信号が遅延するように遅延時間を調整するＦＳＫ復調器に関する。

[６] 上記課題の少なくともひとつを解決するため，本発明のＦＳＫ通信システムは，光ＦＳＫ変調器と，上記に記載のＦＳＫ復調器と，前記光ＦＳＫ変調器と前記光ＦＳＫ復調器とを連結する分散性媒質とを含む。

[７] 本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい態様は，前記光ＦＳＫ変調器として，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）と，前記ＭＺ_A及び前記ＭＺ_Bとを含み，光の入力部と，変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）と，前記ＭＺ_Aを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦ_A電極）と，前記ＭＺ_Bを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦ_B電極）と，入力されるＲＦ信号の周波数を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する進行波型電極である第３のＲＦ電極（ＲＦ_C電極）とを具備し，ＲＦ信号に対応した進行波型電極であるＲＦ_C電極に入力される変調信号の周波数を制御することにより出力部から出力される光の周波数を変調する光ＦＳＫ変調器を用いるＦＳＫ通信システムである。このような光ＦＳＫ変調器は，高速にＵＳＢ信号とＬＳＢ信号とを変化させることができるので，高速に情報を発信できる光ＦＳＫ通信システムを提供することができる。

[８] 本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい態様は，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の周波数，前記分散性媒質の長さ，前記分散性媒質の分散に応じて，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が調整する遅延時間の長さを制御する手段を有するＦＳＫ通信システムである。このようなシステムであれば，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の周波数，前記分散性媒質の長さ，前記分散性媒質の分散に応じて制御手段が自動的に，遅延時間を調整する指示を出すので，自動的に遅延時間が調整され，好ましいＦＳＫ復調が達成される。

[９] 本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい利用態様は，上記のＦＳＫ通信システムを用い，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間とから分散性媒質の分散を測定する方法である。すなわち，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間と，前記分散性媒質の分散との間には所定の関係があるので，この関係と，分散性媒質の分散以外の情報を用いることで，分散性媒質の分散を求めることができる。

[１０] 本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい利用態様は，上記のＦＳＫ通信システムを用い，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器と間に存在する分散性媒質の分散と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間とから前記光の遅延時間とからた前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離を求める方法である。すなわち，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間と，前記分散性媒質の分散との間には所定の関係があるので，この関係と，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離以外の情報から，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離を求めることができる。

本発明のＦＳＫ復調器は，従来ない構成のＦＳＫ復調器なので，本発明によれば光情報通信などに用いることのできる新規ＦＳＫ復調器を提供することができる。

本発明によれば，“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段”が，ＵＳＢ信号と，ＬＳＢ信号との遅延時間を調整するので，光ファイバの分散などによる光ＦＳＫ変調信号の遅延を補償し，ＦＳＫ信号を適切に復調できるＦＳＫ変調器を提供することができる。

本発明によれば，特殊な光ＦＳＫ変調器を用いるので，光情報通信などに用いることができ，高速に情報を発信できる光ＦＳＫ通信システムを提供することができる。

（１．ＦＳＫ復調器）
図１は，本発明のＦＳＫ復調器の基本構成を示す図である。図１に示されるように，本発明のＦＳＫ復調器（１）は，前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する手段（２）と，前記分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）と，前記分波器により分波された一方の光信号を検出するため手段（４）と，前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための手段（５）と，前記第１の光検出器の出力信号と，前記第２の光検出器の出力信号との差分を計算する手段（６）とを具備する。

（１．１．分波器）
“送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する手段”として，分波器があげられる（以下では，この手段を「分波器」ともいう。）。分波器（２）として，インターリーバなど公知の分波器を採用できる。分波器が分波する光は，光ＦＳＫ信号であるから，光ＦＳＫ信号の上側波帯（ＵＳＢ）信号と，下側波帯（ＬＳＢ）信号とに分波するものを用いる。インターリーバは，入射した波長多重光信号を波長間隔が2倍の二組の信号系列に分波でき，逆に，二組の波長多重信号を波長間隔が半分の一つの信号系列に合波するという特徴をもつデバイスである。インターリーバによれば，シャープな信号の通過波長帯域を得ることができるので，隣接チャンネル間の信号を確実に分離でき，別の波長が混ざり，通信品質が劣化すること防止できる。インターリーバとしては，複数のファイバカプラを含むファイバ型インターリーバ，多層膜とプリズムとを含む多層膜型インターリーバ，複屈折プレートと偏波分離素子とを含む複屈折板型インターリーバ，導波路を用いた導波路型インターリーバがあげられる。より具体的には，オプトプレクス（Optoplex）社製のノバ−インターリーバ（Nova-Interleavers），ネクスフォン（Nexfon）社製OC-192，及びOC-768などのインターリーバがあげられる。

（１．２．遅延調整装置）
“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段”として，公知の遅延調整装置があげられる（以下では，この手段を「遅延調整装置」ともいう。）。このような遅延調整装置として，複数枚のミラーからなり，光路長さを調整できる遅延調整装置があげられる。この遅延調整装置の遅延時間（したがって，ミラーの位置）は，適宜自動的に調整可能となっていても良いし，固定されているものであっても良い。

（１．３．光検出器）
“分波器により分波された一方の光信号（λ₁）を検出するため手段（４）”，及び“分波器により分波された残りの光信号（λ₂）を検出するための手段（５）”として，公知の光検出器があげられる（以下では，この手段を「光検出器」ともいう。）。光検出器は，例えば，光信号を検出し，電気信号に変換する。光検出器によって，光信号の強度などが検出できる。この光検出器としては，例えばフォトダイオードを含むデバイスを採用できる。なお，光信号（λ₁）及び光信号（λ₂）は，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号であり，搬送波に比べ，変調周波数だけ周波数が上方又は下方にシフトした光信号である。

（１．４．減算器）
“第１の光検出器の出力信号と，前記第２の光検出器の出力信号との差分を計算する手段（６）”として，公知の減算器があげられる（以下では，この手段を「減算器」ともいう。）。減算器として，第１の光検出器の出力信号と，第２の光検出器の出力信号との差分を計算する計算回路などを含むデバイスがあげられる。

（１．５．その他）
本発明のＦＳＫ復調器は，復調器に用いられる上記以外の公知の構成を含んでいてもよい。特に図示しないが，分波器（２）の後の光路に，分散補償器が設けられものが好ましい。このような分散補償器があれば，光ファイバなどで分散した光を補償できるからである。

特に図示しないが，分波器（２）の後に，光増幅器が設けられものが好ましい。インターリーバなどの分波器から出力された光信号は，その振幅が小さくなる場合がある。したがって，光増幅器により振幅を回復することで，長距離の通信にも耐えられこととなる。このような光増幅器は，好ましくはＵＳＢ信号，ＬＳＢ信号のそれぞれに対して設けられる。

（２．ＦＳＫ復調器の動作）
以下では，ＦＳＫ復調器の動作について説明する。ＦＳＫ復調器（１）が，光ＦＳＫ信号を受信する。すると，分波器（２）が，送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波し，ＵＳＢ光（λ₁）とＬＳＢ光（λ₂）とに分波する。遅延調整装置（３）は，例えば，遅延時間に応じて光路長さを調整することにより，ＵＳＢ光（λ₁）とＬＳＢ光（λ₂）との遅延時間を解消する。第１の光検出器（４）は，分波器により分波された一方の光信号を検出し，電気信号に変換する。第２の光検出器（５）は，前記分波器により分波された残りの光信号を検出し，電気信号に変換する。減算器（６）は，前記第1の光検出器の出力信号と，前記第２の光検出器の出力信号との差分を計算する。そして，減算器が求めた信号は，図示しないモニターなどに出力されることとなる。このようにすれば，光分散による光遅延の問題を解消したＦＳＫ信号の復調が可能となる。

（３．光ＦＳＫ通信システム）
以下では，上記のＦＳＫ復調器を用いた光ＦＳＫ通信システムについて説明する。図１に示されるように，本発明の光ＦＳＫ通信システムは，光ＦＳＫ変調器（１１）と，光源（１２）と，ＦＳＫ復調器（１）と，光ＦＳＫ変調器及びＦＳＫ復調器を連結する分散性媒質(１３)と，制御手段（１４）とを含む。このうち，ＦＳＫ変調器は，先に説明したものを用いることができる。

（３．１．光ＦＳＫ変調器）
光ＦＳＫ変調器として，波長可変レーザ光源に供給する電流を変化させ，レーザの発振波長そのものを変化させるものがあげられる。その他，光源の周波数を変化させずに，光ＳＳＢ変調器を改良して，光ＦＳＫ信号を得るものがあげられる。後者のような光ＦＳＫ変調器を用いれば，ＦＳＫ信号の周期を短くできるので，高速に情報を載せることができるので好ましい。以下，まず光ＳＳＢ変調器を説明した後，このような光ＳＳＢ変調器を改良した光ＦＳＫ変調器について説明する。

（３．１．１．光ＳＳＢ変調器）
図２に，光ＳＳＢ変調器の基本構成を表す概略図を示す。図２（ａ）に示されるように，光ＳＳＢ変調器(41)は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）(42)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）(43)と，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）(44)と，第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）(45)と，第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）(46)と，第１の変調電極（ＲＦ_A電極）(47)と，第２の変調電極（ＲＦ_B電極）(48)と，第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）(49)とを具備する。

ここで，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）(44)は，ＭＺ_A及びＭＺ_Bをその両アームとして含む具備するマッハツェンダー導波路である。

第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）(45)は，ＭＺ_Aを構成する２つのアーム（Path1及びPath3）間のバイアス電圧を制御することにより，ＭＺ_Aの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。一方，第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）(46)は，ＭＺ_Bを構成する２つのアーム（Path2及びPath4）間のバイアス電圧を制御することにより，ＭＺ_Bの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。ＤＣ_A電極，及びＤＣ_B電極は，好ましくは通常直流または低周波用電極である。ここで低周波用電極における「低周波」とは，例えば，0Ｈｚ〜500ＭＨｚの周波数を意味する。

第１の変調電極（ＲＦ_A電極）(47)は，ＭＺ_Aを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力するための電極である。一方，第２の変調電極（ＲＦ_B電極）(48)は，ＭＺ_Bを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力するための電極である。ＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極としては，進行波型電極または共振型電極が挙げられ，好ましくは共振型電極である。

ＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極は，好ましくは高周波電気信号源と接続される。高周波電気信号源は，ＲＦ_A電極及びＲＦ_B電極へ伝達される信号を制御するためのデバイスであり，公知の高周波電気信号源を採用できる。ＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極に入力される高周波信号の周波数（ｆ_m，又はｆ_FSK）としては，例えば１ＧＨｚ〜100ＧＨｚが挙げられる。高周波電気信号源の出力としては，一定の周波数を有する正弦波が挙げられる。

ＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極は，たとえば金，白金などによって構成される。ＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極の幅としては，１μｍ〜10μｍが挙げられ，具体的には５μｍが挙げられる。ＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極の長さとしては，変調信号の波長の(f_m)の0.1倍〜0.9倍が挙げられ，0.18〜0.22倍，又は0.67倍〜0.70倍が挙げられ，より好ましくは，変調信号の共振点より20〜25%短いものである。このような長さとすることで，スタブ電極との合成インピーダンスが適度な領域に留まるからである。より具体的なＲＦ_A電極，及びＲＦ_B電極の長さとしては，3250μｍが挙げられる。以下では，共振型電極と，進行波型電極について説明する。

共振型光電極（共振型光変調器）は，変調信号の共振を用いて変調を行う電極である。共振型電極としては公知のものを採用でき，例えば特開2002-268025号公報，「川西哲也，及川哲，井筒雅之，"平面構造共振型光変調器"，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE, IQE2001-3(2001-05)」に記載のものを採用できる。

進行波型電極（進行波型光変調器）は，光波と電気信号を同方向に導波させ導波している間に光を変調する電極（変調器）である（例えば，西原浩，春名正光，栖原敏明著，「光集積回路」（改訂増補版）オーム社，119頁〜120頁）。進行波型電極は公知のものを採用でき，例えば，特開平11−295674号公報，特開平11−295674号公報，特開2002−169133号公報，特開2002-40381号公報，特開2000-267056号公報，特開2000-471159号公報，特開平10-133159号公報などに開示されたものを用いることができる。

進行波型電極として，好ましくは，いわゆる対称型の接地電極配置（進行波型の信号電極の両側に，少なくとも一対の接地電極が設けられているもの）を採用するものである。このように，信号電極を挟んで接地電極を対称に配置することによって，信号電極から出力される高周波は，信号電極の左右に配置された接地電極に印加されやすくなるので，高周波の基板側への放射を，抑圧できる。

第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）(49)は，ＭＺ_A及びＭＺ_Bのバイアス電圧を制御することによりＭＺ_A及びＭＺ_Bを伝播する光の位相を制御するための電極である。第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）は，通常直流または低周波用電極である。

なお，先に説明した光ＳＳＢ変調器において，ＲＦ電極が，ＲＦ信号用の電極と，ＤＣ信号用の電極とを兼ねたものでもよい。すなわち，ＲＦ_A電極及びＲＦ_B電極のいずれか又は両方は，ＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されている。この態様の光ＳＳＢ変調器は，ＲＦ電極が給電回路（バイアス回路）と連結されているので，ＲＦ電極にＲＦ信号（ラジオ周波数信号）とＤＣ信号（直流信号：バイアス電圧に関する信号）を入力でき，先に説明した光ＳＳＢ変調器と同様に機能できる。

（３．１．２．光ＳＳＢ変調器の動作）
光ＳＳＢ変調器の動作は，たとえば，「川西哲也，井筒雅之，"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)」，「日隅ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．」などに詳しく報告されている。すなわち，光ＳＳＢ変調器によれば，所定量周波数がプラスにシフトした上側波帯信号（ＵＳＢ），及び下側波帯信号（ＬＳＢ）を得ることができる。

（３．１．３．光ＦＳＫ変調器）
光ＦＳＫ変調器は，符号切り替えを高速で実現するために，光ＳＳＢ変調器のＤＣ_C に相当する電極をＲＦ（ラジオ周波数）電極，又はバイアス調整電極とＲＦ電極とに置き換えたものである。ＲＦ電極のみを用いるものとしては，ＲＦ電極がＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されているものが挙げられる。ＲＦ電極として，好ましくは，高速スイッチングに対応した進行波型電極を用いることができる。ここで，ＲＦ電極とは，ＲＦ周波数の入出力に対応した電極である。ＦＳＫ変調器においても，ＲＦ_C電極の信号電圧を切り替えることで，上側波成分と下側波成分とを切り替えて出力できる。

光ＦＳＫ信号は，搬送波（ｆ₀）についての上側波帯（ＵＳＢ）信号と下側波帯（ＬＳＢ）信号とからなる。本明細書では，光ＦＳＫ変調器による振動数変調の幅（すなわち，変調器からのＲＦ変調信号の周波数）をΔｆ_FSKとする。搬送波の中心周波数をｆ₀とすると，ＵＳＢ信号の中心周波数は，ｆ₀+Δｆ_FSKであり，ＬＳＢ信号の中心周波数は，ｆ₀-Δｆ_FSKである。

（３．２．光源）
光源（１２）は，光ＦＳＫ変調器に入力するレーザなどの光を発生するためのデバイスである。従来の光ＦＳＫシステムでは，レーザ光源から発生するレーザ自体の波長を変化させていた。しかしながら，本発明の光ＦＳＫ通信システムでは，光変調器により周波数をシフトさせるので，レーザ光源自体の出力を一定に保つことができる。

（３．３．分散性媒質）
分散性媒質として，光ファイバ，ガス，及び空気があげられる。光ファイバとして，シングルモードファイバがあげられる。光ファイバの長さとして，１０ｋｍ〜２００ｋｍがあげられる。なお，シングルモードファイバの分散は，約１７ｐｓ／ｎｍ・ｋｍである。すなわち，波長が１ｎｍ異なれる光は，１ｋｍ進むと約１７ｐｓの時間差を生ずるのである。

（３．４．制御手段）
制御手段は，遅延時間などを制御するための手段である。すなわち，本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい態様は，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の周波数，前記分散性媒質の長さ，前記分散性媒質の分散に応じて，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が調整する遅延時間の長さを制御する手段を有するＦＳＫ通信システムである。このようなシステムであれば，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の周波数，前記分散性媒質の長さ，前記分散性媒質の分散に応じて制御手段が自動的に，遅延時間を調整する指示を出すので，自動的に遅延時間が調整され，好ましいＦＳＫ復調が達成される。

なお，ファイバなど分散性媒質の分散をＡ[ps/nm/km]，分散性媒質の長さをＬ[km]，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号の波長の差をΔλ，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号の遅延をΔｔとすると以下の関係式（１）が成り立つ。

｜Δｔ｜＝Δλ・Ｌ・Ａ[ps] ・・・（１）
また高速をｃ[m/s]とすると，λ＝ｃ／ｆ[ｍ]の関係があるので，変調周波数をｆ_mとすると以下の関係が成り立つ。
Δλ＝[ｃ／（ｆ₀−ｆ_m）]−[ｃ／（ｆ₀＋ｆ_m）]＝２ｃｆｍ／（ｆ₀ ²−ｆ_m ²）≒２ｃｆｍ／ｆ₀ ²。
すなわち，これらの式に従って，遅延時間を調整すればよい。調整する光路の長さをΔｌ（エル）とすれば，Δlを｜Δｔ｜・ｃ×１０^-12 [ｍ]とすればよい。具体的には，ＵＳＢ信号が早く検出器に到達するので，Δｌ分だけ，光路を長くすれば良い。なお，この光路長の調整は，上記の論理式に基づいて行っても良いし，例えばテストパルスを系に印加し，信号を検出することにより光路長を調整しても良い。

光ファイバとして，４０ｋｍのＳＭＦを用い，ＵＳＢ信号，ＬＳＢ信号にそれぞれ符号が逆の光路長さ変調を与えた場合のＱ−ファクター（アイダイヤグラムの開口度の程度を示す量）と遅延のオフセット関係を求めた。この計算における諸条件は，以下のとおりとした。ビットレート：１０Ｇｂｐｓ，ＥＤＦＡで１０ｄＢｍに増幅，アッテネータ３０ｄＢ，ＦＳＫ変調器誘導位相量５２．５度，及びＦＳＫ変調周波数１２．５ＧＨｚであった。この結果を，図４に示す。図４から，オフセットが０％ではＱ−ファクターが８程度であり，オフセットがずれるに従い，Ｑ−ファクターも減少することがわかる。

本発明のＦＳＫ復調器は，光ＦＳＫ変調器からの光ＦＳＫ信号を復調する新規な復調器として，光情報通信などの分野で利用され得る。

本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい利用態様は，上記のＦＳＫ通信システムを用い，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間とから分散性媒質の分散を測定する方法である。すなわち，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間と，前記分散性媒質の分散との間には所定の関係があるので，この関係と，分散性媒質の分散以外の情報を用いることで，分散性媒質の分散を求めることができる。

本発明のＦＳＫ通信システムの好ましい利用態様は，上記のＦＳＫ通信システムを用い，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器と間に存在する分散性媒質の分散と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間とから前記光の遅延時間とからた前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離を求める方法である。すなわち，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離と，前記光ＦＳＫ信号の変調周波数と，前記光の遅延時間と，前記分散性媒質の分散との間には所定の関係があるので，この関係と，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離以外の情報から，前記光ＦＳＫ変調器と前記ＦＳＫ復調器との距離を求めることができる。

図１は，本発明のＦＳＫ復調器の基本構成を示す図である。図２は，光ＳＳＢ変調器の基本構成を表す概略図である。図３は，実施例１におけるＱ−ファクターとオフセットとの関係を表すグラフである。図４は，光ＦＳＫ変調器を含むＦＳＫ通信システムの基本構成を示す図である。図５は，遅延を表すための概念図である。

符号の説明

１ＦＳＫ復調器
２分波器
３遅延調整装置
４光検出器
５光検出器
６減算器
11 光ＦＳＫ変調器
12 光源
13 光ファイバ
14 制御装置
41 光ＳＳＢ変調器
42 第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_A）
43 第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_B）
44 メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_C）
45 第１のバイアス調整電極（ＤＣ_A電極）
46 第２のバイアス調整電極（ＤＣ_B電極）
47 第１の変調電極（ＲＦ_A電極）
48 第２の変調電極（ＲＦ_B電極）
49 第３のバイアス調整電極（ＤＣ_C電極）
101 ＦＳＫ復調器
102 分波器
104 光検出器
105 光検出器
106 減算器
111 光ＦＳＫ変調器
112 光源
113 光ファイバ

Claims

光信号をその波長に応じて分波する分波器（２）と，
前記分波器により分波された２つの光の遅延時間を調整する手段（３）と，
前記分波器により分波され、遅延時間が調整された一方の光信号を検出する第１の光検出器（４）と，
前記分波器により分波され、遅延時間が調整された残りの光信号を検出する第２の光検出器（５）と，
前記第１の光検出器の出力信号と，前記第２の光検出器の出力信号との差分を計算する手段（６）とを具備する周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）復調器（１）であって，
前記“光信号をその波長に応じて分波する分波器（２）”における光信号が，光ＦＳＫ信号であり，
前記“光信号をその波長に応じて分波する分波器（２）”が，光ＦＳＫ信号の上側波帯（ＵＳＢ）信号と，下側波帯（ＬＳＢ）信号とに分波する手段であるＦＳＫ復調器。
前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が，前記“光信号をその波長に応じて分波する分波器（２）”によって分波された２つの光のうち，いずれかまたは両方の光路長を調整することにより光の遅延時間を調整するものである，請求項１に記載のＦＳＫ復調器。
前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が，調整する遅延時間を変化させられる請求項１に記載のＦＳＫ復調器。
前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”は，予め定められた時間だけ遅延時間を調整する請求項１に記載のＦＳＫ復調器。
前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”は，分散性媒質の分散をＡ[ps/nm/km]，分散性媒質の長さをＬ[km]，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号の波長の差をΔλ，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号の遅延をΔｔとして，｜Δｔ｜＝Δλ・Ｌ・Ａ[ps] だけＵＳＢ信号が遅延するように遅延時間を調整する請求項１に記載のＦＳＫ復調器。
光ＦＳＫ変調器と，
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＦＳＫ復調器と，
前記光ＦＳＫ変調器と前記光ＦＳＫ復調器とを連結する分散性媒質と，
を含むＦＳＫ通信システム。
前記光ＦＳＫ変調器として，
第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）と，
前記ＭＺ_Ａ及び前記ＭＺ_Ｂとを含み，光の入力部と，変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）と，
前記ＭＺ_Ａを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦ_Ａ電極）と，
前記ＭＺ_Ｂを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦ_Ｂ電極）と，
入力されるＲＦ信号の電圧を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する進行波型電極である第３のＲＦ電極（ＲＦ_Ｃ電極）とを具備し，
ＲＦ信号に対応した進行波型電極であるＲＦ_Ｃ電極に入力されるＲＦ信号の電圧を制御することにより出力部から出力される光の周波数を変調する光ＦＳＫ変調器を用いる
請求項６に記載のＦＳＫ通信システム。
前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の周波数，前記分散性媒質の長さ，前記分散性媒質の分散に応じて，前記“分波器により分波される２つの光の遅延時間を調整する手段（３）”が調整する遅延時間の長さを制御する手段を有する請求項６に記載のＦＳＫ通信システム。