JP5188708B2

JP5188708B2 - 光変調回路及び光変調方法

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Publication number: JP5188708B2
Application number: JP2006345276A
Authority: JP
Inventors: 尚生吉永; 尚文梶原; 信之渡部
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP2008158133A

Description

本発明は、複数の電気信号を多重化して光伝送するための光変調回路及び光変調方法に関する。

近年、複数の高周波信号を、高周波のまま光信号に変換して光アナログ多重伝送を行うシステムが広まっている。高周波信号としては、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯のアナログテレビ放送信号、ＢＳ放送信号、ＣＳ放送信号、地上デジタル放送信号などの放送波に加えて、携帯電話の信号あるいは無線ＬＡＮなどの通信用の各種信号がある。このような高周波信号の光ファイバによる光伝送の目的は、主に放送・通信サービスエリアの拡大と放送・通信サービス品質の向上にある。

電気信号を光の強度に変調する光強度変調の方法には、直接変調と外部変調とがある。直接変調は、光源たとえばレーザダイオード（ＬＤ）に印加する電圧・電流を変調信号に従ってＬＤからの光強度を変動させる。一方外部変調器は光源を内蔵せず、外部からの入射光に外部変調器内部で強度変調する。

外部光変調器としては、電気光学効果、音響光学効果、磁気光学効果、熱光学効果、非線型光学効果を利用した方法がある。構成としては、マッハツェンダ型の変調器（以下、「マッハツェンダ型の変調器」を「ＭＺ変調器」と略記する。）が知られている。ＭＺ変調器は伝送波形劣化の要因となるチャーピングの制御が可能であり、また進行波電極を適用することで非常に高速な変調に対応することができる（例えば、非特許文献１を参照。）。

図１にＭＺ変調器を備える光変調回路５０１の構成を示す。光変調回路５０１は光源１０、ＭＺ変調器１１及び配線１２を備える。また、ＭＺ変調器１１は、第一光路１１１、第三光路１１３、第二光路１１２ａ、第二光路１１２ｂ及び電極１３１を含む。第一光路１１１および第三光路１１３は光カプラであってもよい。第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂは光ファイバ又は導波路であり、アームと呼ばれている。また、第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂは電界により屈折率が変化する構造となっている。

ＭＺ変調器１１内において第一光路１１１、第三光路１１３、第二光路１１２ａ、第二光路１１２ｂ及び電極１３１は次のように配置される。第一光路１１１は第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂに接続している。第三光路１１３は第一光路１１１と反対側の第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂに接続している。電極１３１は第二光路１１２ａに沿うように近接させて配置される。

光変調回路５０１は光源１０、ＭＺ変調器１１及び配線１２を次のように接続している。光源１０とＭＺ変調器１１の第一光路１１１とが接続される。配線１２はＭＺ変調器１１の電極１３１に接続している。

光変調回路５０１は次のように動作する。光源１０からの光を第一光路１１１で第二光路１１２ａと第二光路１１２ｂに分岐する。電極１３１に配線１２を介して電気変調信号Ｓが印加されると電気変調信号Ｓに応じた電界が第二光路１１２ａの屈折率を変化させる。光の伝搬速度は屈折率によって異なるため、第二光路１１２ａを伝搬する光と第二光路１１２ｂを伝搬する光とは位相が異なる。そのため、第二光路１１２ａを伝搬する光は電気変調信号Ｓにより位相変調されたことになり、第二光路１１２ａからの光と第二光路１１２ｂからの光は第三光路１１３で干渉する。従って、光変調回路５０１は電極１３１に印加される電気変調信号Ｓで光強度変調した出力光Ｐｏを出力する。なお、以下の図面において、図１の符号と同じ符号は同じものを示す。

また、ＭＺ変調器は、図２のように入力電気信号に対して出力光が非線形な応答（正弦波応答）をするので、アナログ信号の変調を行う際には、最適動作点ＤＰで動作させる必要がある。

ＭＺ変調器を最適動作点で動作させるためにいくつかの手段がある。まず、ＤＣバイアスを与えない状態つまり、ＤＣバイアス電圧が０Ｖのときに最適動作点になるように両アーム間の距離を調整してＭＺ変調器を製造するという手段がある。しかし、そのようなＭＺ変調器を歩留まり良く製造することは困難である。

そのため、一般的にはＤＣバイアスを印加して最適動作点を与える手段がとられている。図３にＤＣバイアスを印加する場合の光変調回路５０３のブロック図を示す。光変調回路５０３は図１の光変調回路５０１にさらにバイアスＴと呼ばれる３ポートの回路１４を備える。見かけ上、部品はバイアスＴの回路１４とＭＺ変調器１１の２つに見える。回路１４はコンデンサ２４、コイル２５、信号入力用の端子２２、ＤＣバイアス用の端子２７及び出力端子２３を含む。

回路１４の端子２２、端子２７及び出力端子２３は接続点２９でＴ字状に接続されており、接続点２９と端子２２との間にコンデンサ２４が配置され、接続点２９と端子２７との間にコイル２５が配置される。配線１２からの電気変調信号Ｓは端子２２及びコンデンサ２４を通り接続点２９へ到達する。ＤＣバイアスＶ_ＤＣは端子２７及びコイル２５を通り接続点２９へ到達する。電気変調信号ＳとＤＣバイアスＶ_ＤＣは接続点２９で加算され電極１３１に印加される。そのため、光変調回路５０３はＤＣバイアスＶ_ＤＣでＭＺ変調器１１の最適動作点を与えることができ、最適動作点で電気変調信号Ｓの光変調を行うことができる。

図４にＤＣバイアスを印加する他の形態である光変調回路５０４のブロック図を示す。光変調回路５０４はＭＺ変調器１１と回路１４を同一の筐体１９内に収容して１つの部品としている。光変調回路５０４は図３の光変調回路５０３と同様に動作する。特に、回路１４内部のコイル２５及びコンデンサ２４をＭＺ変調器１１の電極１３１付近に配置でき、端子２２からの長さを短くできるため、光変調回路５０３より周波数特性が向上し、伝送損失、反射も小さくなる。

図５にＤＣバイアスを印加する他の形態である光変調回路５０５のブロック図を示す。光変調回路５０５は光源１０、ＭＺ変調器２１、配線１２、端子２２及び端子２７を備えるが、バイアスＴを備えない。ＭＺ変調器２１は、電極１３１と電極２３１とが第二光路１１２ａの近傍に配置される。光変調回路５０５は、光変調回路５０４と同様に外部に端子２２と端子２７を有する。端子２２と電極１３１とが接続され、第二光路１１２ａを伝搬する光は電気変調信号Ｓで位相変調される。端子２７と電極２３１とが接続され、ＤＣバイアスＶ_ＤＣが電極２３１に印加され、ＭＺ変調器２１の最適動作点を与える。従って、光変調回路５０５は図４の光変調回路５０４と同様に動作する。

なお、ＤＣバイアスを印加して最適動作点を与える手段の場合、ＤＣバイアスの電圧は、常に同じ値である必要は無く、最適電圧が時間と共に変動すればそれに追随して変化してもよい。また、用途によっては低周波を印加する場合もありうる。このようにＤＣバイアスを印加する技術は公知の技術を利用することができる。

デジタル信号で光を変調する目的でＭＺ変調器を使う場合、別の構成を持ったＭＺ変調器がある。デジタル信号で光信号を変調する光変調回路５０６のブロック図を図６に示す。光変調回路５０６は光源１０、分配部１６、増幅器１７ａ、増幅器１７ｂ及びＭＺ変調器３１を備える。分配部１６は、入力するデジタル信号Ｄｓを２つに分配して一方を逆相（位相を１８０度回転させたもの）として出力する。増幅器１７ａ及び増幅器１７ｂは分配部１６から出力される信号をそれぞれ増幅する。ＭＺ変調器３１は第二光路１１２ａに近接させて電極１３１ａを配置し、第二光路１１２ｂに近接させて電極１３１ｂを配置する。

増幅器１７ａからの信号は配線１２ａを介して電極１３１ａに、増幅器１７ｂからの信号は配線１２ｂを介して電極１３１ｂに印加される。すなわち、デジタル信号Ｄ_Ｓの入力で第二光路１１２ａと第二光路１１２ｂとに逆相の電界が発生する。デジタル信号なので、「ハイ」と「ロー」の２種類であり、逆相では「ハイ」と「ロー」が逆転している。そのため、ＭＺ変調器３１に印加すべき電圧を低くすることができ、増幅器１台あたりの出力電圧を半分にできる。増幅器の出力電圧を低くすることで、出力回路、出力ＩＣ、出力ＦＥＴ、電源電圧の低下、消費電力の低下、発熱が少ないので装置の小型化も期待でき、ひいてはこれらのデバイスの価格を低い物と交換できるので、装置コストが下がる。

さらに、入力信号として正相と逆相の２つの信号を入力するため零チャープを実現できる。また、前記正相と逆相の２つの信号の振幅比を変化させることで、チャープの大きさを制御することも可能となる（例えば、特許文献１を参照。）。

光変調回路５０１、５０３〜５０６は、いずれも単一の電気信号を光変調する光変調回路である。一方、複数の電気信号を光変調する場合には、電気レベルでの広帯域多重回路や混合回路で電気信号を多重化した後に光変調する手段や、異なる光波長を用いて光変調した後に光波長多重あるいは光周波数多重技術で多重化する手段がある。

２つの電気信号を多重化して１つの光信号を出力する場合、２つの電気信号を電気的に多重化した後、光変調することが一般的である。図７に２つの電気信号を多重化して１つの光信号を出力する一般的な光変調回路５０７を示す。光変調回路５０７は光源１０、ＭＺ変調器１１、配線１２及び混合手段１８を備える。

混合手段１８として周波数多重回路や３ｄＢカプラ等の混合回路が例示できる。光変調回路５０７は、入力される第１の電気変調信号Ｓａと第２の電気変調信号Ｓｂとを混合手段１８において電気レベルで多重化した信号をＭＺ変調器１１で光強度変調している。光強度変調の方法は図１の光変調回路５０１と同様である。
特開２００３−１８８８２７号公報光通信技術ハンドブック、オプトロニクス社刊、ｐ１３５〜１３７

多重化する電気信号が広帯域信号の場合、光変調回路５０７の特性は混合手段１８の広帯域周波特性に影響されるため、混合手段１８にはコストのかかる広帯域周波特性の優れたものが要求されるという課題がある。

さらに、次のような課題もある。図８は光変調回路５０７の混合手段１８部分を示している。図８には、第１の電気変調信号Ｓａを出力する駆動回路３３ａ及び第２の電気変調信号Ｓｂを出力する駆動回路３３ｂも示している。混合手段１８を備える光変調回路５０７の場合、図８に示すように第１の電気変調信号Ｓａの一部である回り込み信号Ｓａ’が混合手段１８経由で第２の電気変調信号Ｓｂを出力する第２の駆動回路３３ｂに到達することがある。第２の駆動回路３３ｂの出力部に回り込み信号Ｓａ’が入ると、第２の駆動回路３３ｂから見た混合手段１８のインピーダンスが等価的に不規則に変動してしまう。さらに、回り込み信号Ｓａ’が第２の駆動回路３３ｂの内部まで侵入すれば、第２の電気変調信号Ｓｂを歪ませ、光変調回路５０７から出力される出力光Ｐｏに影響を与える。逆も同様である。回り込み信号の影響を低減するためには混合手段１８の入力部に減衰器やバッファ回路が必要となり、光変調回路の構成が複雑になりコストアップする。

また、第１の電気変調信号Ｓａが高周波であり、第２の電気変調信号Ｓｂが低周波の場合、光変調回路５０７の混合手段１８の入力部に高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３２ａと低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３２ｂを備えていることもある。図７の光変調回路５０７にＨＰＦ３２ａ及びＬＰＦ４３ｂをさらに備えた光変調回路５０９のブロック図を図９に示す。また、光変調回路５０９の混合手段１８の部分を示したブロック図を図１０に示す。光変調回路５０９は、ＨＰＦ３２ａを通過させ、低周波を減衰させた第１の電気変調信号ＳａとＬＰＦ３２ｂを通過させ、高周波を減衰させた第２の電気変調信号Ｓｂとを混合手段１８で電気的に多重する。

ＨＰＦ３２ａおよびＬＰＦ３２ｂに高次のフィルタを使用すれば、遮断周波数帯の信号の減衰量を大きくすることができ、回り込み信号を回避することができる。つまり、ＨＰＦ３２ａを通過した第１の電気信号はＬＰＦ３２ｂで遮断されるので、第２の駆動回路３３ｂにまで到達不可能とすることができる。逆も同様である。

しかし、次のような課題もある。通過帯域のリップルや傾斜を防止するためには、カットオフ周波数を精度良く作成しなければならない。また、カットオフ周波数で急激に減衰量を大きくすれば位相の変化が大きくなるため、コイルやコンデンサのインピーダンスの僅かなずれで帯域内リップルや遮断周波数前後の特性が変化する。そのため、高次のフィルタには正確なインピーダンスのコイルやコンデンサを使う必要がありコストがかかる。

以上のような課題は、入力する電気信号を電気レベルで多重化していることに起因する。そこで、本発明は、入力された複数の電気変調信号を１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行い、電気的な多重回路や混合回路が不要である簡易な光変調回路及びその光変調方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光変調回路は、光変調器の複数のアーム毎に電極を備え、電極毎に電気信号を印加してアーム毎に位相変調した後に光多重することとした。

具体的には、本発明は、１つの第一光路から３つ以上の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器を備える光変調回路である。

また、本発明は、１つの第一光路から３つ以上の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器の前記第一光路に光源からの光を結合し、前記外部光変調器の前記電極毎に電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に変調し、前記第二光路毎に変調した光を前記第三光路で合成して、前記外部変調器から出力する光変調方法である。

前記光変調器は、アームである第二光路毎に配置された電極毎に電気信号を印加するため、第二光路毎に伝搬する光を位相変調することができる。さらに、前記光変調器は、第二光路からのそれぞれの光を第三光路で合流するため、第二光路で位相変調された光を光レベルで多重することができる。前記光変調回路は第二光路を３つ以上有しており、３以上の入力する電気信号で光変調を行い、光レベルでの多重化をすることができる。

従って、本発明は、入力された複数の電気変調信号を１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行い、電気的な多重回路や混合回路が不要である簡易な光変調回路及びその光変調方法を提供することができる。

具体的には、本発明は、１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器と、前記外部光変調器の前記電極毎に接続され、互いに相関のない電気変調信号を印加する駆動回路と、を備える光変調回路である。前記第二光路が２つの場合は、前記外部光変調器をマッハツェンダ型変調器とすることができる。

また、本発明は、１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器の前記第一光路に光源からの光を結合し、前記外部光変調器の前記電極毎に互いに相関のない電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に変調し、前記第二光路毎に変調した光を前記第三光路で合成して、前記外部変調器から出力する光変調方法である。

前記光変調器も同様に、電極毎に電気信号を印加することで、前記第二光路毎に伝搬する光を位相変調することができ、第二光路で位相変調された光を光レベルで多重することができる。さらに、前記光変調器には前記電極毎に駆動回路が接続されており、互いに相関のない電気信号で光変調を行い、光レベルでの多重化をすることができる。

本発明に係る光変調回路は、少なくとも一つの電気変調信号の周波数帯域を他の電気変調信号が未使用の周波数帯域へ変換して前記外部光変調器の前記電極に印加する手段をさらに備える。

本発明に係る光変調方法は、少なくとも１つの電気変調信号の周波数帯域を他の電気変調信号が未使用の周波数帯域へ変換して前記外部光変調器の前記電極に印加する。

入力する電気信号の周波数帯域が重なる場合、前記電気信号で位相変調した光を多重化すれば、多重化された光信号は受信機において多重分離することができない。そのため、周波数帯域が重複しないように前記電気信号の周波数帯域を変換することとした。

従って、本発明は、入力された複数の電気変調信号の周波数が重複していても１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行い、電気的な多重回路や混合回路が不要である簡易な光変調回路及びその光変調方法を提供することができる。

本発明は、入力された複数の電気変調信号を１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行い、電気的な多重回路や混合回路が不要である簡易な光変調回路及びその光変調方法を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。

（実施形態１）
本実施形態は、１つの第一光路から３つ以上の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器を備える光変調回路である。

図１１は、本実施形態のひとつである光変調回路５１１の構成を示すブロック図である。光変調回路５１１は光源１０、光変調器４１、配線１２ａから１２ｄを備える。また、光変調器４１は、電極１３１ａから１３１ｄ、第一光路１１１、第二光路１１２ａから１１２ｄ及び第三光路１１３を有する。なお、前記導波路は、第一光路１１１、第二光路１１２ａから１１２ｄ及び第三光路１１３を示している。光変調回路５１１と光変調回路５０１との違いは第二光路が４本になっていることである。すなわち、光変調器４１において第二光路１１２ｃ及び第二光路１１２ｄが追加され、電極１３１の代替として電極１３１ａから１３１ｄを有し、光変調回路５１１において配線１２の代替として配線１２ａから１２ｄを備えていることである。

第二光路１１２ｃ及び第二光路１１２ｄは第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂと同様であり電界により屈折率が変化する構造となっている。例えば、第二光路１１２ａから１１２ｄは電気光学定数の大きいＬｉＮｂＯ_３基板にプロトン交換法で形成されることが例示できる。

光変調器４１内において、電極１３１ａから１３１ｄ、第一光路１１１、第二光路１１２ａから１１２ｄ及び第三光路１１３は次のように配置される。第一光路１１１は第二光路１１２ａから１１２ｄに接続している。第三光路１１３は第一光路１１１と反対側の第二光路１１２ａから１１２ｄに接続している。なお、第一光路１１１から第三光路１１３までの距離はいずれの第二光路を経由しても同じである。

電極１３１ａから１３１ｄは第二光路１１２ａから１１２ｄに近接して配置される。例えば、それぞれの第二光路を覆うようにＬｉＮｂＯ_３基板表面に配置される。電極構造として高速変調が可能な進行波型電極であることが好ましい。

光変調回路５１１は光源１０、光変調器４１及び配線１２ａから１２ｄを次のように接続している。光源１０と光変調器４１の第一光路１１１とが接続される。直接接続してもよく、光ファイバを介して接続してもよい。また、光変調器４１の電極１３１ａから１３１ｄにはそれぞれ配線１２ａから１２ｄが接続しており、外部からの電気信号が印加できるようになっている。

光変調回路５１１の光変調方法は、１つの第一光路から３つ以上の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器の前記第一光路に光源からの光を結合し、前記外部光変調器の前記電極毎に電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に変調し、前記第二光路毎に変調した光を前記第三光路で合成して、前記外部変調器から出力する。

光変調回路５１１は次のように動作する。光源１０は光を光変調器４１の第一光路１１１に結合する。光変調器４１は、第一光路１１１に結合された光を４つの第二光路１１２ａから１１２ｄへ均等に分岐する。第１の電気変調信号Ｓａ、第２の電気変調信号Ｓｂ、第３の電気変調信号Ｓｃ及び第四の電気変調信号Ｓｄはそれぞれ配線１２ａから１２ｄを介して電極１３１ａから１３１ｄに印加される。図１で説明したように各第二光路を伝搬する光は各電極に印加される電気信号で位相変調される。各第二光路で位相変調された光は第三光路１１３で多重化されて出力光Ｐｏとして出力される。

従って、光変調回路５１１は、電気的な多重回路や混合回路を使用しない簡易な構成で、入力された複数の電気変調信号を１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行うことができる。

（実施形態２）
実施形態１の光変調回路では第二光路が４つの場合の光変調器を説明したが、光変調器の第二光路は４つに限定されない。図１２に第二光路が３つの場合の光変調器５１を示す図１２において図１１で使用した符号と同じ符号は同じものを示す。光変調器５１と光変調器４１との違いは、第二光路が３つであること及び位相調整部１４１を有していることである。

光変調器５１において、第一光路１１１から第三光路１１３までの距離が経由する第二光路により異なる。位相調整部１４１は、光の位相を揃えることで、電気信号が印加されていない場合の第二光路１１２ｂの光路長を第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｃと揃える。光変調器５１は光変調器４１と同様に動作するため、光変調回路５１１の光変調器４１を光変調器５１としても同様に動作し、同様の効果が得られる。

（実施形態３）
図１３に第二光路が３つの場合の光変調器６１を示す。図１３において図１１で使用した符号と同じ符号は同じものを示す。光変調器６１と光変調器５１との違いは、光変調器６１には位相変調部１４１がないことである。光変調部６１は第一光路１１１から第三光路１１３までの距離をいずれの第二光路を経由しても等しくするため、第二光路をＳ字型に湾曲させている。なお、電極１３１ａから１３１ｃを第二光路１１２ａから１１２ｃに正確に沿わせることが困難であれば、電極１３１ａから１３１ｃを沿わせる部分の第二光路１１２ａから１１２ｃを直線で形成してもよい。

光変調器６１は光変調器４１と同様に動作するため、光変調回路５１１の光変調器４１を光変調器６１としても同様に動作し、同様の効果が得られる。

（実施形態４）
本実施形態は、１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器と、前記外部光変調器の前記電極毎に接続され、互いに相関のない電気変調信号を印加する駆動回路と、を備える光変調回路である。

図１４は、本実施形態のひとつである前記第二光路の数が２である光変調回路５１４の構成を示す図である。光変調回路５１４は光源１０、光変調器３１、配線１２ａ、配線１２ｂ、駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂを備える。図１４において図６及び図１１で使用した符号と同じ符号は同じものを示す。

駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂはそれぞれ第１の電気変調信号Ｓａ及び第２の電気変調信号Ｓｂを出力する電気回路である。駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂは電気的に独立しており、第１の電気変調信号Ｓａ及び第２の電気変調信号Ｓｂは互いに相関しない。

光変調器３１は第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂのそれぞれの近傍に電極１３１ａ及び電極１３１ｂを有するマッハツェンダ型変調器とすることができる。

光変調回路５１４は図１１の光変調回路５１１と同様に光源１０、光変調器３１及び配線１２が接続される。駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂはそれぞれ配線１２ａ及び配線１２ｂを介して電極１３１ａ及び電極１３１ｂに接続される。

光変調回路５１４の光変調方法は、１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器の前記第一光路に光源からの光を結合し、前記外部光変調器の前記電極毎に互いに相関のない電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に変調し、前記第二光路毎に変調した光を前記第三光路で合成して、前記外部変調器から出力する。

光変調回路５１４は図１１の光変調回路５１１の説明と同様に、駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂが出力する第１の電気変調信号Ｓａ及び第２の電気変調信号Ｓｂで光源１０からの光を位相変調し、多重化することができる。従って、光変調回路５１４は、電気的な多重回路や混合回路を使用しない簡易な構成で、入力された複数の電気変調信号を１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行うことができる。

さらに、光変調回路５１４は、駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂが電気的に独立しており、電気レベルでの混合手段がない。そのため、図１５に示すように回り込み信号は漏洩程度の微小なものとなり、駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂに影響を及ぼさない。従って、光変調回路５１４は歪みの少ない光信号を出力することができる。

（実施形態５）
図１６は、光変調回路５１４の光変調器３１の代替として光変調器８１を備える光変調回路５１６のブロック図である。光変調器８１はマッハツェンダ型変調器であり、光変調器３１との違いは、光変調器８１には第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂの双方にＤＣバイアス用の電極２３１ａ及び電極２３１ｂを有することである。

電極１３１ａ及び電極１３１ｂに駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂから第１の電気変調信号Ｓａ及び第２の電気変調信号Ｓｂを印加することで光変調回路５１６は図１４の光変調回路５１４で説明したように動作し、同様の効果が得られる。さらに、光変調回路５１６は電極２３１ａ及び電極２３１ｂのそれぞれにＤＣバイアスＶ_ＤＣを印加することができる。

そのため、光変調回路５１６は、図５の光変調回路５０５で説明したように、第二光路１１２ａ及び第二光路１１２ｂにおける光変調を図２の最適動作点ＤＰで動作させることができる。従って、光変調回路５１６は、光変調器３１の最適動作点ＤＰで動作するため、波形歪の少ない光強度変調が可能となる。

なお、電極２３１ａ及び電極２３１ｂにＤＣバイアスを印加する電源が共通する場合、前記電源を介して回り込み信号が発生する可能性があるため、電極２３１ａ及び電極２３１ｂ毎に電源を備えることが望ましい。

（実施形態６）
図１７はＤＣバイアスを印加して光変調を行う他の形態の光変調回路５１７のブロック図である。光変調回路５１７は図１４の光変調回路５１４の電極１３１ａ及び電極１３１ｂのそれぞれに回路１４をさらに接続したものである。回路１４は図３で説明した回路１４と同じバイアスＴである。

電極１３１ａ側の回路１４の端子２２に配線１２ａを介して第１の電気変調信号Ｓａが、端子２７にＤＣバイアスＶ_ＤＣが印加される。そのため、回路１４の接続点２９で電気変調信号ＳａとＤＣバイアスＶ_ＤＣが加算された信号が電極１３１ａに印加される。電極１３１ｂ側も同様である。光変調回路５１７のようにバイアスＴを備えることで、光変調器にＤＣバイアス用の電極がない場合であっても、ＤＣバイアスを印加でき、最適動作点で動作させることができる。従って、光変調回路５１７は図１６の光変調回路５１６で説明したように動作し、同様の効果が得られる。

（実施形態７）
本実施形態は、少なくとも一つの電気変調信号の周波数帯域を他の電気変調信号が未使用の周波数帯域へ変換して前記外部光変調器の前記電極に印加する手段をさらに備える光変調回路である。

図１８は、本実施形態のひとつである光変調回路５１８の構成を示すブロック図である。光変調回路５１８は光源１０、光変調器３１、配線１２、周波数シフタ８５を備える。光変調回路５１８は図示しない駆動回路３３ａ及び駆動回路３３ｂを備えていてもよい。図１８において図１４で使用した符号と同じ符号は同じものを示す。

周波数シフタ８５は、周波数をシフトする機能を持ち、入力される信号の周波数スペクトルをシフトすることができる。周波数シフタ８５は第２の電気変調信号Ｓｂの周波数をアップコンバートして信号Ｓｂ−ｘに変換している。周波数シフタ８５として、衛星放送用チューナに伝送されるＩＦ信号帯域の信号を衛星放送に割り当てられている電波の周波数に変換できる１０数ＧＨｚアップコンバートの周波数シフタが例示できる。

光変調回路５１８と図１４の光変調回路５１４との違いは、光変調回路５１８には配線１２ｂに周波数シフタ８５が接続されている点である。図１８では配線１２ｂに周波数シフタが接続されている光変調回路を示しているが、配線１２ａに周波数シフタが接続されていてもよいし、双方の配線に周波数シフタが接続されていてもよい。なお、周波数シフタ８５は第２の電気変調信号Ｓｂと第１の電気変調信号Ｓａの周波数帯域を確認し、周波数帯域が重複するときのみ周波数シフトを行ってもよい。双方の配線に周波数シフタが接続されているときは、互いの周波数シフタと通信して周波数シフト後の信号の周波数が重複しないように制御してもよい。

光変調回路５１８の光変調方法は、１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器の前記第一光路に光源からの光を結合し、前記外部光変調器の前記電極毎に互いに相関のない電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に変調し、前記第二光路毎に変調した光を前記第三光路で合成して、前記外部変調器から出力する。

光変調回路５１８に入力される第１の電気変調信号Ｓａと第２の電気変調信号Ｓｂの周波数スペクトルをそれぞれグラフＡ、グラフＢに示す。グラフＡ、グラフＢに示すように第１の電気変調信号Ｓａと第２の電気変調信号Ｓｂの周波数帯域は重複する部分がある。第２の電気変調信号Ｓｂは周波数シフタ８５により周波数シフトされ電気変調信号Ｓｂ−ｘとなる。電気変調信号Ｓｂ−ｘの周波数スペクトルをグラフＣに示す。第１の電気変調信号Ｓａと電気変調信号Ｓｂ−ｘの周波数帯域は重複しないため、光変調器３１で変調された出力光Ｐｏは受信側で分離することができる。

また、図１８の第１の電気変調信号Ｓａ及び第２の電気変調信号Ｓｂの周波数スペクトルはそれぞれピークが１つであるが、ピークが複数あってもよい。ピークが複数ある場合はそれぞれの信号のピークを含むそれぞれのスペクトルが重複しないように周波数シフトすることで、光変調器３１で変調された出力光Ｐｏは受信側で分離することができる。

図１８の光変調回路５１８の光変調器は光変調器３１であるが、光変調回路５１８が図１１の光変調器４１、図１２の光変調器５１、図６の光変調器６１を備えており３つ以上の電気信号が入力される場合であっても、周波数帯域が重複しないように周波数シフトさせることで、同様の効果を得ることができる。この場合、入力される電気信号の数より一つ少ない数の周波数シフタが必要になる。

従って、光変調回路５１８は、電気的な多重回路や混合回路を使用しない簡易な構成で、入力された複数の電気変調信号の周波数帯域が重複していても１つの光変調器内で光変調と光レベルでの多重化とを行うことができる。

（実施形態８）
図１９に光変調回路５１９の構成を示すブロック図を示す。光変調回路５１９は図１８の光変調回路５１８にさらに増幅器８８ａ、増幅器８８ｂ及び制御部８７を備える。増幅器８８ａ及び増幅器８８ｂはそれぞれ第１の電気変調信号Ｓａ及び電気変調信号Ｓｂ−ｘを増幅する。

制御部８７は増幅器８８ａ及び増幅器８８ｂへの増幅率の積があらかじめ与えられた一定値になるように制御する。光変調器３１の電圧対光出力特性がリニアな領域で光変調するように、また、第１の電気変調信号Ｓａおよび第２の電気変調信号Ｓｂの信号対雑音比が同等となるようにするためである。従って、光変調回路５１９は図１８の光変調回路５１８と同様の効果を得ることができる。

（実施形態９）
本実施形態は、外部光変調器を用いた光変調回路において、各アームに電気入力端子を用意し、第１の入力電気信号が入力され周波数のシフトを行う周波数シフタと、前記周波数シフタの出力が入力される第１の増幅器と、第２の入力電気信号が入力される第２の増幅器と、前記第１および第２の増幅器の増幅率を個別に与える制御部と、前記第１の増幅器の出力信号の直流成分を除去する第１のコンデンサと、前記第２の増幅器の出力信号の直流成分を除去する第２のコンデンサと、局部発振光を出力する光源と、前記光源の出力光が入力され光変調を行い強度変調された光信号を出力する差動入力端子を有する外部変調器と、前記第１のコンデンサには第１の直流バイアスが付加され前記外部変調器の一方の差動入力端子に入力され、前記第２のコンデンサの出力には第２の直流バイアスが付加され前記外部変調器のもう一方の差動入力端子に入力されることを特徴とする光変調回路である。

図２０はＤＣバイアスを印加して光変調を行う光変調回路５２０の構成を示すブロック図である。光変調回路５２０は図１９の光変調回路５１９の光変調器３１の各電極に回路１４をさらに接続したものである。回路１４は図３で説明した回路１４と同じバイアスＴである。

光変調回路５２０は図１９の光変調回路５１９の説明及び図１７の光変調回路５１７の説明のように動作する。また、光変調器３１の最適動作点ＤＰで動作するため、波形歪の少ない光強度変調が可能となる。

（実施形態９）
図２１は光変調回路５２１を示すブロック図である。光変調回路５２１は図１９の光変調回路５１９の光変調器３１の代替として光変調器８１を備える。光変調器８１は図１６で説明した光変調器８１と同じである。

光変調回路５２１は図１９の光変調回路５１９の説明及び図１６の光変調回路５１６の説明のように動作する。また、光変調器８１の最適動作点ＤＰで動作するため、波形歪の少ない光強度変調が可能となる。

本発明に係る光変調回路の光変調方法は、光導波路を用いるものに限られず、マッハツェンダ型干渉計のように光が空間を経由する構造の光回路にも応用することができる。

従来の光変調回路を示すブロック図である。入力電気信号に対する出力光の応答を示す図である。従来の光変調回路を示すブロック図である。従来の光変調回路を示すブロック図である。従来の光変調回路を示すブロック図である。従来のデジタル信号を変調する光変調回路を示すブロック図である。従来の２つの電気信号を多重化して変調する光変調回路を示すブロック図である。従来の光変調回路の電気信号の混合手段の部分を示したブロック図である。従来の光変調回路を示すブロック図である。従来の光変調回路の電気信号の混合手段の部分を示したブロック図である。本発明にかかる一の光変調回路を示すブロック図である。本発明にかかる他の光変調回路の光変調器の一例を示す図である。本発明にかかる他の光変調回路の光変調器の一例を示す図である。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。本発明にかかる光変調回路の信号の流れを示した図である。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。Ａ、Ｂ及びＣはいずれも横軸を周波数、縦軸を電圧とする、第１の電気変調信号Ｓａ、第二の電気変調信号Ｓｂ及び電気変調信号Ｓｂ−ｘの周波数スペクトルを示している。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。本発明にかかる他の光変調回路を示すブロック図である。

符号の説明

５０１、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７、５０９、５１１、５１４、５１６、５１７、５１８、５１９、５２０、５２１光変調回路
１０光源
１１、２１、３１ＭＺ変調器
４１、５１、６１、８１光変調器
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ配線
１４回路
１６分配部
１７ａ１７ｂ、８８ａ、８８ｂ増幅器
１８混合手段
１９筐体
２２、２３、２７端子
２４コンデンサ
２５コイル
２９接続点
３２ａＨＰＦ
３２ｂＬＰＦ
３３ａ、３３ｂ駆動回路
８５周波数シフタ
８７制御部
１１１第一光路
１１２ａ，１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ第二光路
１１３第三光路
１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、２３１、２３１ａ、２３１ｂ電極
１４１位相調整部
Ｓ電気変調信号
Ｄｓデジタル信号
Ｓａ第１の電気変調信号
Ｓｂ第２の電気変調信号
Ｓｃ第３の電気変調信号
Ｓｄ第４の電気変調信号
Ｓａ’、Ｓｂ’ 回り込み信号
Ｓｂ−ｘ電気変調信号
Ｐｏ出力光
ＤＰ最適動作点
Ｖ_ＤＣＤＣバイアス

Claims

１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器と、
前記外部光変調器の前記電極毎に電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に位相変調する駆動回路と、
前記電極に印加される前記電気変調信号の周波数帯域が互いに重複することを回避するように、少なくとも一つの前記電気変調信号の周波数帯域を他の前記電気変調信号が未使用の周波数帯域へ変換する周波数シフタと、
を備える光変調回路。
前記外部光変調器は、マッハツェンダ型変調器であることを特徴とする請求項１に記載の光変調回路。
１つの第一光路から複数の第二光路へ分岐して再び１つの第三光路へ合流する導波路及び前記導波路の前記第二光路毎の近傍に配置される電極を含む外部光変調器の前記第一光路に光源からの光を結合し、
前記外部光変調器の前記電極毎に電気変調信号を印加し、前記第二光路に分岐されたそれぞれの光を前記第二光路毎に位相変調し、
前記第二光路毎に変調した光を前記第三光路で合成して、前記外部変調器から出力する光変調方法において
前記電極に印加される前記電気変調信号の周波数帯域が互いに重複することを回避するように、少なくとも一つの前記電気変調信号の周波数帯域を他の前記電気変調信号が未使用の周波数帯域へ変換することを特徴とする光変調方法。