JP5303323B2 - 可変光マルチキャリア発生装置及び可変光マルチキャリア送信装置及び可変マルチキャリア発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムの光源として用いられる光マルチキャリア発生装置及びそれを用いた可変光マルチキャリア送信装置及び可変マルチキャリア発生方法に係り、特に、１つの単一波長光源と一つの光変調器で、１波以上で波長数可変の光マルチキャリアを発生させることができる可変光マルチキャリア発生装置及び可変光マルチキャリア送信装置及び可変マルチキャリア発生方法に関する。

これまで光ファイバ伝送は時分割多重による高速化が図られてきたが、光ファイバの波長分散等により伝送距離が制限されるという問題が顕在化してきている。この問題を解決する１つの手段として分散補償ファイバなどの分散補償デバイスを用いることが考えられるが、装置サイズ・装置コスト・付加的な損失の観点からできれば使用を回避することが望ましい。その１つの解決策として高速信号を並列展開して複数の光キャリアで伝送する方式が検討されている。

複数の光キャリアを用いる伝送方式では独立した複数の光源を用いる方式が最も一般的であるが、装置サイズや装置コストの観点から１つの光源からの連続光を光変調器で多波長化するマルチキャリア光源が効率的である。単一波長光源から４つの光キャリアを発生させる従来技術におけるマルチキャリア光源の構成例を図２７に示す。レーザダイオード（ＬＤ）１１から発生した連続（ＣＷ）光は従属接続された２つのマッハ・ツェンダ（ＭＺ）型光変調器１２，１３に入力される。前段のＭＺ型光変調器１２は周波数ｆ_０のラジオ周波数（ＲＦ）信号で駆動され、後段のＭＺ型光変調器１３は周波数２ｆ_０のＲＦ信号で駆動される。図２８に示すようにＭＺ型光変調器１２，１３をプッシュ・プルで駆動させることにより、前段のＭＺ型光変調器１２出力では、ＣＷ光のキャリア成分が抑圧され駆動信号周波数ｆ_０の２倍の周波数２ｆ_０だけ離れた２つの光キャリアを発生させることができる。

前段のＭＺ型光変調器１２の出力光のスペクトルを図２８（ａ）に示す。この信号はさらに後段のＭＺ型光変調器１３に入力される。後段のＭＺ型光変調器１３では、この２つの光キャリアを駆動信号周波数２ｆ_０の２倍の周波数４ｆ_０だけ離れた２つのキャリアをそれぞれ発生させる。すなわち、周波数ω_c−ｆ₀の光は周波数ω_c−３ｆ₀の光と周波数ω_c＋ｆ₀の光に変換され、周波数ω_c＋ｆ₀の光は周波数ω_c−ｆ₀の光と周波数ω_c＋３ｆ₀の光に変換される。結果として図２８（ｂ）に示すように４つの光キャリアが生成される（例えば、非特許文献１参照）。

マルチキャリア光源は、その波長数を可変にすることにより、様々なビットレートや使用可能な帯域に柔軟に対応することができる。波長数を変化させられるマルチキャリア光源の構成例を図２９に示す。光源２１から発生したＣＷ光は、第１の位相変調器２２に入力され、周波数ｆ_ｍのＲＦ信号で変調される。この位相変調された光は、分散媒質２３によりパルス化され、さらに第２の位相変調器２４に入力されて周波数ｆ_ｍのＲＦ信号で変調される。図３０に示すように、本構成例では、第２の位相変調器２４の変調指数（変調器の駆動電圧）を変化させることにより、マルチキャリア光源の波長数を可変にすることができる（例えば、非特許文献２参照）。

A. Chowdhury, Z. Jia, G.-K. Chang, and R. Younce, "Novel 100Gbps Ethernet Systems for Next-generation Metro Transport and Wide-area Access Networks using Optical carrier suppressions and separation Technique, " Proceedings of LEOS Summer Topical Meeting 2007, Paper TuE1.2, 2007. T. Yamamoto , T. Komukai, S. Kawanishi, K. Suzuki, A. Takada, "Optical Frequency Comb generation Using Phase Modulators and Group Velocity Dispersion Medium," Proceedings of Asia-Pacific Microwave Photonics Conference 2006, Paper F-1, 2006.

しかしながら、光変調器を従属接続する構成では、光損失の増大が避けられず高い光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を確保することが困難であった。さらに、光変調器を従属接続する構成では、コンパクトな装置サイズや低廉な装置コストの実現が困難であった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、低損失、小型、低コストの可変光マルチキャリア発生装置及び可変光マルチキャリア送信装置及び可変マルチキャリア発生方法を提供することを目的とする。

図１は、本発明の第１の原理構成図である。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、連続光発生させる連続光発生手段１０１と、
ゼロチャープ動作が可能なマッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２と、
周波数ｆ₁の第１のラジオ周波数（ＲＦ）信号を発生させる第１のＲＦ信号発生手段１１１と、
周波数ｆ₂の第２のＲＦ信号を発生させる第２のＲＦ信号発生手段１１２と、
マッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２を、第１のＲＦ信号で駆動する、もしくは第２のＲＦ信号で駆動する、もしくは第１のＲＦ信号と第２のＲＦ信号の和信号で駆動する、もしくはどちらのＲＦ信号でも駆動しない、ことを切替できる切替手段４１３と、
マッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２の駆動信号の振幅を変化させる駆動振幅可変手段１０３と、
マッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２に印加させる電圧を変化させるバイアス電圧可変手段１０４と、を有し、
Ｖπをマッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２の半波長電圧とし、該マッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２からの出力光が最小となるバイアス電圧を消光電圧、最大となるバイアス電圧をピーク電圧、最小と最大の中間となるバイアス電圧を中間電圧として、
第２のＲＦ信号発生手段１１２で発生させる第２のＲＦ信号周波数ｆ ₂ が第１のＲＦ信号発生手段１１１で発生させる第１のＲＦ信号周波数ｆ ₁ の２倍の周波数であって、
第１のＲＦ信号の振幅電圧と、第２のＲＦ信号の振幅の電圧と、マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加されるバイアス電圧の組が、
１つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、０、消光電圧、
２つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ２Ｖπ、０、消光電圧、
３つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、Ｖπ、中間電圧と消光電圧の間の電圧、
５つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０，２Ｖπと２．５Ｖπの間、消光電圧とピーク電圧の間の電圧に設定する手段を含むことを特徴とする可変光マルチキャリア発生装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可変光マルチキャリア発生装置において、駆動振幅可変手段１０３によるマッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２の駆動信号の振幅と、バイアス電圧可変手段１０４による該マッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２に印加されるバイアス電圧の少なくとも一方を、当該可変光マルチキャリア発生装置から出力される光マルチキャリアの各キャリアの光パワーが等しくなるように調整された値に設定することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または２記載の可変光マルチキャリア発生装置において、切替手段４１３と駆動振幅可変手段１０３は、
第１のＲＦ信号の振幅を変化させる第１の振幅可変手段と、
第２のＲＦ信号の振幅を変化させる第２の振幅可変手段と、
第１の振幅可変手段の出力と第２の振幅可変手段の出力を加算する加算手段と、を含むことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の可変光マルチキャリア発生装置において、周波数ｆ₃の第３のＲＦ信号を発生させる第３のＲＦ信号発生手段を更に有し、
切替手段４１３が、
第１のＲＦ信号と第２のＲＦ信号と第３のＲＦ信号を合成信号でマッハ・ツェンダ型光強度変調器を駆動することを更に選択でき、
第１のＲＦ信号周波数f1と第２のＲＦ信号周波数f２と第３のＲＦ信号周波数がｆ ₃ ＝３ｆ ₁ かつｆ ₂ ＝２ｆ ₁ であって、
第１のＲＦ信号の振幅電圧と、第２のＲＦ信号の振幅電圧と、第３のＲＦ信号の振幅電圧と、マッハ・ツェンダ型光強度変調手段１０２に印加されるバイアス電圧の組が、
４つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ２Ｖπ、０，２Ｖπ、消光電圧、に設定する手段を含むことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載の可変光マルチキャリア発生装置において、第３のＲＦ信号の振幅を変化させる第３の振幅可変手段を更に有することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可変光マルチキャリア発生装置において、連続光発生手段が、波長可変光源であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の可変光マルチキャリア発生装置において、波長可変光源は、発生させるマルチキャリアの数が奇数の場合と偶数の場合で、その発振光周波数をシフトさせることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、１波以上で波長数可変の光マルチキャリアを発生させる可変光マルチキャリア発生方法において、
連続光発生手段が連続光を発生させ、
第１のＲＦ信号発生手段が周波数ｆ₁の第１のラジオ周波数を発生させ、
第２のＲＦ信号発生手段が周波数ｆ₂の第２のラジオ周波数を発生させ、
切替手段が、ゼロチャープ動作が可能なマッハ・ツェンダ型光強度変調手段を第１のＲＦ信号で駆動する、もしくは第２のＲＦ信号で駆動する、もしくは第１のＲＦ信号と第２のＲＦ信号の和信号で駆動する、もしくはどちらのＲＦ信号でも駆動しない、のいずれかに切り替え、
駆動振幅可変手段が、切り替えられたマッハ・ツェンダ型光強度変調手段の駆動信号の振幅を変化させ、
バイアス電圧可変手段が、マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加させる電圧を変化させ、
Ｖπをマッハ・ツェンダ型光強度変調手段の半波長電圧とし、該マッハ・ツェンダ型光強度変調器からの出力光が最小となるバイアス電圧を消光電圧、最大となるバイアス電圧をピーク電圧、最小と最大の中間となるバイアス電圧を中間電圧として、
第２のＲＦ信号周波数ｆ ₂ が第１のＲＦ信号周波数ｆ ₁ の２倍の周波数であって、
第１のＲＦ信号の振幅電圧と、第２のＲＦ信号の振幅の電圧と、マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加されるバイアス電圧の組が、
１つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、０、消光電圧、
２つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ２Ｖπ、０、消光電圧、
３つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、Ｖπ、中間電圧と消光電圧の間の電圧、
５つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０，２Ｖπと２．５Ｖπの間、消光電圧とピーク電圧の間の電圧に設定することを特徴とする。

図２は、本発明の第２の原理構成図である。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変光マルチキャリア発生装置８１０と、
可変光マルチキャリア発生装置から出力される複数の光マルチキャリアを各光キャリア毎に分波する光分波手段８２１と、
光分波手段から出力される複数の光キャリアにそれぞれ変調を施す光変調手段８２２と、
光変調手段から出力される複数の光変調信号を合波する光合波手段８２３と、を有する可変光マルチキャリア送信装置である。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の可変光マルチキャリア送信装置において、光分波手段及び光合波手段の光透過周波数特性を、
可変光マルチキャリア発生装置から発生させるマルチキャリア数に応じてシフトさせることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の可変光マルチキャリア送信装置において、光合波手段が、光周波数軸上で隣接する光キャリアを直交偏波で合波することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の可変光マルチキャリア送信装置において、複数の光変調手段のうち、使用しない光変調器駆動手段の駆動電力の少なくとも一部を遮断することを特徴とする。

本発明によれば、１つの単一波長光源と１つの光変調器で波長数可変の光マルチキャリアを発生させることができ、それによって、低損失、小型、低コストの可変光マルチキャリア発生装置及びそれを用いた可変光マルチキャリア送信装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の原理構成図である。 本発明の第２の原理構成図である。 本発明の第１の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置の構成図である。 本発明の第１の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置のＲＦ信号発生部の第１の代替例である。 本発明の第１の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置のＲＦ信号発生部の第２の代替例である。 本発明の第１の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置のＲＦ信号発生部の第３の代替例である。 本発明の第１の実施の形態における光マルチキャリア発生装置における波長数可変動作を説明するための図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態における光マルチキャリア発生装置における波長数可変動作を説明するための図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態における光マルチキャリア発生装置における波長数可変動作を説明するための図（その３）である。 本発明の第１の実施の形態における光マルチキャリア発生装置における波長数可変動作を説明するための図（その４）である。 本発明の第１の実施の形態における５波を同じパワーレベルで発生させる条件を見つける手順を説明するための図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態における５波を同じパワーレベルで発生させる条件を見つける手順を説明するための図（その２）である。 本発明の第２の実施の形態における光マルチキャリア発生装置の構成図である。 本発明の第２の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置のＲＦ信号発生部の代替例である。 本発明の第２の実施の形態における光マルチキャリア発生装置を４波で動作させる場合のマッハ・ツェンダ型光強度変調器の動作を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における４波を発生させる動作を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置の構成図である。 本発明の第３の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置の波長可変動作の効果の一例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア送信装置の構成図である。 本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア送信装置により実験的に発生させた光送信信号のスペクトルを示す図（その１）である。 本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア送信装置により実験的に発生させた光送信信号のスペクトルを示す図（その２）である。 本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア送信装置により実験的に発生させた光送信信号のスペクトルを示す図（その３）である。 本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア送信装置により実験的に発生させた光送信信号のスペクトルを示す図（その４）である。 本発明の第４の実施の形態における最大２波の可変光マルチキャリア送信装置の構成図である。 本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア受信装置の構成図である。 本発明の第４の実施の形態における実験的に発生させた各光マルチキャリア信号の符号誤り率特性を示す図である。 従来の可変光マルチキャリア発生装置の構成例を示す図（その１）である。 従来の光マルチキャリア発生装置の動作を示す図である。 従来の可変光マルチキャリア発生装置の構成例を示す図（その２）である。 従来の可変光マルチキャリア発生装置から出力される光スペクトルを示す図である。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

［第１の実施の形態］
図３は、本発明の第１の実施の形態における可変光マルチキャリア発生装置の構成を示す。同図に示す可変光マルチキャリア発生装置は、連続光発振光源１０１、ゼロチャープマッハ・ツェンダ（ＭＺ）型光強度変調器１０２、ＲＦ信号発生部１１０、変調器ドライバ１０３、可変電圧源１０４から構成される。

同図に示す構成は、１つのＣＷ光源と１つの光変調器を用いて１波、２波、３波、５波の光マルチキャリアを発生させることができる構成である。ＭＺ光変調器１０２を駆動するためのＲＦ信号は、ＲＦ信号発生部１１０の周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号を発生させる第１のＲＦ発振器１１１と、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号を発生させるための第２のＲＦ発振器１１２と、それぞれのＲＦ信号の振幅を調整するための可変減衰器１１３，１１４と、それぞれのＲＦ信号を加算する加算器１１５により発生させる。

光マルチキャリアの発生には、第１のＲＦ信号（周波数：ｆ₀）と第２のＲＦ信号（周波数：２ｆ₀）を発生させる波長数によってどちらかを使用するか、または、どちらも使用しないかを切り替える。但し、後述するマルチキャリア数が４波のように、二つの周波数を同時に組み合わせて使う場合もある。切替は、どちらか一方の可変減衰器（１１３または１１４）の減衰量を十分に大きい値（例えば、３０dB以上）に設定することによって実現できる。発生させる光マルチキャリアの数は、使用する一方のＲＦ信号の光変調器入力端での振幅と光変調器のバイアス電圧を変化させることにより可変にすることができる。

以下に、上記のＲＦ信号発生部１１０の代替の構成について３つのパターンを説明する。

（１） 図３に示した光マルチキャリア発生装置の構成におけるＲＦ信号発生部１１０の第１の代替構成例を図４に示す。図４に示す構成では、周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号を発生させる第１のＲＦ発振器１１１を使用する代わりに、ＲＦ発振器２１１で発生させた周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号を２つに分岐して、その一方を１／２分周器２１２によって周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号を生成する。

（２）図３に示した光マルチキャリア発生装置の構成におけるＲＦ信号発生部１１０の第２の代替構成例を図５に示す。図５に示す構成では、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号を発生させる第２のＲＦ発振器１１２を使用する代わりに、ＲＦ発振器３１１で発生させた周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号を２つに分岐して、その一方を２逓倍器３１２によって周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号を生成する。

（３）図３に示した光マルチキャリア発生装置の構成におけるＲＦ信号発生部１１０の第２の代替構成例を図６に示す。図６に示す構成では、２つの可変減衰器１１３，１１４と加算器１１５を使用する代わりに、切替スイッチ４１３を使用してＲＦ発振器４１１で発生させた周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号とＲＦ発振器４１２で発生させた周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号を切り替える。光変調器を駆動するＲＦ信号の振幅は、変調器ドライバ１０３の前段の可変減衰器４１４によって実現する。この可変減衰器４１４は、変調器ドライバ１０３の後段に配してもよい。また、可変減衰器４１４を用いる代わりに、変調器ドライバ１０３の利得を調整してもよい。

次に、図３に示した光マルチキャリア発生装置における波長数可変動作を図７〜図１２を用いて説明する。図７に１波を発生させる場合の動作を示す。図７（ａ）は実験的に発生させた１波の光キャリアのスペクトル、図７（ｂ）はその動作条件である。周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号の振幅、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号の振幅をともに０、バイアス電圧をマッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２のピーク電圧（図７中"Ｐ"）に設定する。

図８に２波を発生させる場合の動作を示す。図８（ａ）は実験的に発生させた２波の光キャリアのスペクトル、図８（ｂ）はその動作条件である。周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号の振幅を０、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号の振幅を２Ｖπ程度（ただし、Ｖπはマッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２の半波長電圧）、バイアス電圧をマッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２の消光電圧（図８中"Ｎ"）に設定する。

図９に３波を発生させる場合の動作を示す。図９（ａ）は実験的に発生させた３波の光キャリアのスペクトル、図９（ｂ）はその動作条件である。周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号の振幅を０、周波数2f₀の第２のＲＦ信号の振幅をＶπ程度、バイアス電圧をマッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２のピーク電圧と消光電圧の中間点（図９中"Ｍ"）と消光電圧（図９中"Ｎ"）の間に設定する。バイアス電圧を点"Ｍ"に設定した状態では、出力光信号波形はデューティ比５０％のゼロ帰還（ＲＺ）パルスとなるため、光キャリア周波数ω₀（中心波長）の成分がその両端の周波数ω₀±２ｆ₀の成分に比べて３dB程度パワーが高くなる。この状態からバイアス電圧を点"Ｎ"の方向に向かってシフトさせていくと光キャリア周波数成分のパワーが低下して、両隣の周波数成分のパワーが上昇する。バイアス電圧が点"Ｎ"に達すると光キャリア成分が抑圧されてなくなるため、それより手前に３つの光周波数成分が同じパワーになる状態が存在することになる。

図１０に５波を発生させるための動作を示す。図１０（ａ）は実験的に発生させた５波の光キャリアのスペクトル、図１０（ｂ）はその動作条件である。周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号の振幅を０、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号の振幅を２．３Ｖπ程度、バイアス電圧をマッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２のピーク電圧と消光電圧の中間点（図１０中"Ｍ"）とピーク電圧（図１０中"Ｐ"）の間に設定する。

５波を同じパワーレベルで発生させる条件を見つける手順を、図１１、図１２を用いて具体的に説明する。図１１、図１２は、駆動信号周波数２ｆ₀を10GHzに設定した場合のシミュレーション結果である。図１１（ａ）は、マッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２の駆動電圧とパワー透過率の関係を表したものである。半波長電圧Ｖπは２．５Ｖ、ピーク電圧は＋５．０Ｖ、消光電圧は＋２．５Ｖに設定されている。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のグラフの縦軸をパワー透過率ではなく、位相反転の意味で負の値をとり得る振幅透過率として描いたものである。これは、ゼロチャープのマッハ・ツェンダ型光強度変調器１０２の出力光の光位相が消光点を境に反転することを示している。

図１２は、出力される光スペクトルを表したものである。図１２（ａ）は、ＲＦ信号の変調器駆動振幅を２Ｖπ、バイアス電圧をピーク電圧（図１２中"Ｐ"）に設定した場合の出力光スペクトルである。半波長電圧の２倍の電圧で駆動しているため、光キャリア成分（ω_ｃ）から駆動信号周波数２ｆ₀だけ離れた成分（ω_ｃ±２ｆ₀）は抑圧され、駆動信号周波数の２倍の周波数４f₀だけ離れた成分（ω_ｃ±４ｆ₀）が大きく発生しているのがわかる。この状態からＲＦ信号の振幅を大きくしていくと、変調器駆動信号の折り返し点が、図１１（ａ）、もしくは図１１（ｂ）の２つの消光点の外側に広がっていく。図１１（ｂ）からわかるように、変調器駆動信号の振幅を大きくしていくと、光キャリア周波数と位相反転した成分が光キャリア周波数上に発生して、光キャリア周波数成分を打ち消すように働く。一方、光キャリア成分（ω_ｃ）から駆動信号周波数の２倍の周波数４ｆ₀だけ離れた成分（ωｃ±４ｆ₀）は、図１１（ｂ）からわかるように、変調器駆動信号が半周期毎に通過する振幅透過率の山が高くなるため、強められる方向に働き、変調器駆動信号の振幅が４Ｖπとなったところで最大となる。こうして、光キャリア成分のパワーと光キャリア成分（ω_ｃ）から駆動信号周波数の２倍の周波数４ｆ₀だけ離れた成分（ω_ｃ±４ｆ₀）のパワーが等しくなるように駆動電圧を設定する。図１２（ｂ）にそのときの光スペクトルを示す。このシミュレーションでは、この条件を満足する駆動電圧は５．８５Ｖ（２．３４×Ｖπ）であるが、一般にこの値は光変調器の周波数応答特性など様々な条件によって若干異なると考えられる。

次に、この状態からバイアス電圧を高低どちらかの方向にシフトさせる。バイアス電圧をピーク電圧（図１１中"Ｐ"）からシフトさせると、光キャリア成分（ω_ｃ）のパワーと光キャリア成分（ω_ｃ）から駆動信号周波数の２倍の周波数４ｆ₀だけ離れた成分（ω_ｃ±４ｆ₀）のパワーは減少していき、代わりに光キャリア成分（ω_ｃ）から駆動信号周波数２ｆ₀だけ離れた成分（ω_ｃ±２ｆ₀）のパワーが増加してくる。バイアス電圧が完全に消光点（図１１中"Ｎ"）に来ると、光キャリア成分（ω_ｃ）のパワーと光キャリア成分（ω_ｃ）から駆動信号周波数の２倍の周波数4ｆ₀だけ離れた成分（ω_ｃ±４ｆ₀）のパワーは原理的に完全に抑圧される。これは、図１１（ｂ）の特性が、消光点（図１１中"Ｎ"）に対して奇対称であることに起因する。従って、バイアス電圧がピーク電圧と消光電圧の間に５つの光周波数成分のパワーが等しくなる点が存在するため、バイアス電圧をその値に設定する。このシミュレーションでは、この条件を満足するバイアス電圧は４．２２５Ｖ（ピーク電圧−０．３１×Ｖπ）であるが、一般にこの値は光変調器の周波数応答特性など様々な条件によって若干異なると考えられる。

［第２の実施の形態］
図１３は、本発明の第２の実施の形態における光マルチキャリア発生装置の構成を示す。

同図に示す光マルチキャリア発生装置は、ＲＦ信号発生部５１０、変調器ドライバ５２０、連続光発振光源５３０、ゼロチャープマッハ・ツェンダ型光強度変調器５４０、可変電圧源５５０から構成される。

同図に示す構成は、一つのＣＷ光源と一つの光変調器を用いて１波、２波、３波、４波、５波の光マルチキャリアを発生させることができる構成である。

ＭＺ型光変調器５４０を駆動させるためのＲＦ信号は、周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号を発生させる第１のＲＦ発振器５１１と、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号を発生させる第２のＲＦ発振器５１２と、周波数3ｆ₀の第３のＲＦ信号を発生させる第３のＲＦ発振器５１３と、それぞれのＲＦ信号の振幅を調整するための可変減衰器５１４，５１５，５１６と、それぞれのＲＦ信号を加算する加算器５１７より発生させる。

光マルチキャリア数を、１波、２波、３波、５波で動作させる場合は、周波数３ｆ₀の第３のＲＦ信号は使用しないため、この信号の可変減衰器５１６の減衰量を十分に大きい値（例えば、３０dB以上）に設定し、その他の動作は図３に示した第１の実施の形態と同様である。

光マルチキャリア数を４波で動作させる場合には、周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号と周波数3f ₀の第３のＲＦ信号を同時に使用する。周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号は使用しないため、この信号の可変減衰器５１５の減衰量は十分に大きい値（例えば、３０dB以上）に設定しておく。

以下に、上記のＲＦ信号発生部５１０の代替の構成について説明する。

（１）図１３に示した本発明の可変光マルチキャリア発生装置のＲＦ信号発生部１０の代替構成例を図１４に示す。図１４に示す構成例では、周波数３ｆ₀の第３のＲＦ信号を発生させる第３のＲＦ発振器５１３を使用する代わりに、周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号を２つに分岐して、その一方を第３次高調発生器６１３によって周波数３ｆ₀の第３のＲＦ信号を生成する。

図１５は、光マルチキャリア発生装置を４波で動作させる場合のマッハ・ツェンダ型光強度変調器５４０の動作を示したものである。変調器駆動信号は、周波数ｆ₀の第１のＲＦ信号と周波数３ｆ₀の第３のＲＦ信号を重ねて描いてある。それぞれの駆動信号に対して、出力光信号は図１５に示すようにパルス繰り返し周波数が駆動信号周波数の２倍で交互に光位相が反転するパルスとなる。図１５中の"０"及び"π"は出力光信号の光位相を示している。出力信号を周波数軸上で見ると、周波数ｆ₀の駆動信号から周波数間隔２ｆ₀の２つの光キャリアを、周波数３ｆ₀の駆動信号から周波数間隔６ｆ₀の２つの光キャリアを、それぞれ発生させることができる。結果として、図１５に示すように、周波数間隔２ｆ₀の４つの光キャリアを発生させることができる。

図１６に４波を発生させる場合の動作を示す。図１６（ａ）は、実験的に発生させた４波の光キャリアのスペクトル、図１６（ｂ）はその動作条件である。ここでは、駆動信号周波数ｆ0の第１のＲＦ信号の振幅を２Ｖπ程度、周波数２ｆ₀の第２のＲＦ信号の振幅を０、周波数３ｆ₀の第３のＲＦ信号の振幅を２Ｖπ程度、バイアス電圧をマッハ・ツェンダ型光強度変調器５４０の消光電圧（図１６中"Ｎ"）に設定する。

［第３の実施の形態］
図１７は、本発明の第３の実施の形態における光マルチキャリア発生装置の構成を示す。

同図に示す光マルチキャリア発生装置は、ＲＦ信号発生部７１０、変調器ドライバ７２０、波長可変連続光発振光源７３０、ゼロチャープマッハ・ツェンダ型光強度変調器７４４０、可変電圧源７５０から構成される。

同図に示す光マルチキャリア発生装置は、図３に示した第１の実施の形態における連続光発振光源１０１を波長可変連続光発振光源７３０に置き換えたものである。その他は図３に示した構成例と同じである。光発振光源を波長可変にすることにより、１種類の可変光マルチキャリア発生装置で異なる中心波長の光マルチキャリアを発生させることが可能となる。

その具体的な使い方の例を、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）は、波長可変連続光発振光源の波長をＩＴＵグリッド上のある光周波数ω_ｃに設定して、２つのマルチキャリアを発生させた場合の光スペクトルを模式的に示したものである。ここでは、光マルチキャリアの間隔２ｆ₀がＩＴＵグリッド間隔と等しい場合を想定している。図１８（ａ）に示すように、発生した２つの光キャリアはＩＴＵグリッド上ではなく、その中間の周波数上に発生するため、ＩＴＵグリッド上の２つのマルチキャリアを発生させたい場合には不都合が生じる。この場合、図１８（ｃ）に示すように、前述の波長可変連続光発振光源７３０の波長をｆ₀だけシフトさせることにより、２つの光キャリアをＩＴＵグリッド上に発生させることができる。これは２波の場合に限らず、偶数波を発生させる全ての場合に適用することができる。一方、１波、３波などの奇数波を発生させる場合は、図１８（ｃ）に示すように、波長可変連続光発振光源７３０の波長をＩＴＵグリッド上のある光周波数ω_ｃに設定しておけば、全てのマルチキャリアがＩＴＵグリッド上に発生する。このように発生させるマルチキャリアの数が奇数の場合と偶数の場合で、波長可変連続光発振光源７３０の波長をシフトさせることによって、常にＩＴＵグリッド上に乗ったマルチキャリアを発生させることができる。

［第４の実施の形態］
本実施の形態では、上記の可変光マルチキャリア発生装置を用いた可変光マルチキャリア送信装置について説明する。

図１９は、本発明の第４の実施の形態における可変光マルチキャリア送信装置の構成を示す。同図に示す構成は、これまで述べてきた可変光マルチキャリア発生装置８１０と、光マルチキャリアを各々分波する光分波器８２１と、並列配置された５つの光変調器８２２と、変調された光信号を各々合波する光合波器８２３とにより構成される。

本構成では、光変調器８２２は２並列マッハ・ツェンダ構成の光ベクトル変調が用いられているが、他にいかなるタイプの光変調器でも構わない。光ベクトル変調器は、駆動の仕方を変えることにより、差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ）器と差動２値位相変調（ＤＰＳＫ）器のどちらとしても使用することができる。本構成例は、光マルチキャリア間隔と光変調クロックレートがともに１０ＧＨｚである場合である。光変調器８２２は１０個の１０Gbit/sデータ入力ポートをもち、最大で１００Gbit/sの信号を収容可能である。連続光の発振周波数が固定の場合、光分波器８２１と光合波器８２３は、光マルチキャリア数が、奇数のときと偶数のときで光周波数特性を５GHzだけシフトさせることで発生させるマルチキャリア数が変化しても分波・合波可能である。本構成例では、必要に応じて光マルチキャリア数と使用する光変調器数を変えることによって光送信装置としてのビットレートを変えることができる。例えば、
・ビットレート１０Gbit/sの場合：キャリア数１、使用変調器数１（ＤＰＳＫ動作）；
・ビットレート２０Gbit/sの場合：キャリア数１、使用変調器数１（ＤＱＰＳＫ動作）；
・ビットレート３０Gbit/sの場合：キャリア数２、使用変調器数２（ＤＰＳＫ動作＋ＤＱＰＳＫ動作）；
・ビットレート４０Gbit/sの場合：キャリア数２、使用変調器数２（ＤＱＰＳＫ動作＋ＤＱＰＳＫ動作）；
・ビットレート５０Gbit/sの場合：キャリア数３、使用変調器数３（ＤＱＰＳＫ動作×２＋ＤＰＳＫ動作）；
・ビットレート６０Gbit/sの場合：キャリア数３、使用変調器数３（ＤＱＰＳＫ動作×３）；
・ビットレート７０Gbit/sの場合：キャリア数５、使用変調器数５（ＤＱＰＳＫ動作×２＋ＤＰＳＫ動作×３）；
・ビットレート８０Gbit/sの場合：キャリア数５、使用変調器数５（ＤＱＰＳＫ動作×３＋ＤＰＳＫ動作×２）；
・ビットレート９０Gbit/sの場合：キャリア数５、使用変調器数５（ＤＱＰＳＫ動作×４＋ＤＰＳＫ動作×１）；
・ビットレート１００Gbit/sの場合：キャリア数５、使用変調器数５（ＤＱＰＳＫ動作×５）；
のように使用する。

図２０〜図２３に本構成例の可変光マルチキャリア送信装置により実験的に発生させた光送信信号のスペクトルを示す。図２０はビットレート１０．７Gbit／s、キャリア数１の場合、図２１はビットレート４２．８Gbit／s、キャリア数２の場合、図２２はビットレート１０７Gbit/s、キャリア数５の場合である。図２３は、本構成例のマルチキャリア送信装置をＤＱＰＳＫ信号とＤＰＳＫ信号を混在多重させた場合の出力光信号スペクトルであり、ビットレート３２．１Gbit/s、キャリア数２の場合である。

この可変光マルチキャリア送信装置の動作を、図２４を用いて簡単に説明する。

図２４は、本発明の第４の実施の形態における最大２波の可変光マルチキャリア送信装置の構成例である。光マルチキャリアの分波には非対称マッハ・ツェンダ干渉計９０２を用い、変調された光マルチキャリアの合波には偏波ビーム結合器９０３を用いている。合波に偏波ビーム結合器９０３を用いることによって、光周波数軸上で隣接する光キャリアが直交偏波状態となるので、隣接するマルチキャリア間の干渉の影響を軽減することができる。最大３波以上の可変光マルチキャリア送信装置では、隣接するマルチキャリア間の偏波を直交させるように偏波インターリーブを行うことができる。本構成例では、２つの光ＤＱＰＳＫ変調器９０７，９０８を搭載しており、最大４つの１０Ｇbit/s信号を収容することができる。光変調器の駆動回路９０５は４つ搭載されており、それぞれの電源のｏｎ／ｏｆｆ機能を持っている。図２３の信号を発生させる場合、４つの駆動回路９０５のうちの１つの電源をｏｆｆにすることにより、電源をｏｆｆにした方の駆動回路に接続された光ＤＱＰＳＫ変調器を光ＤＰＳＫ変調器として使用することができる。このとき電源をｏｆｆにしたマッハ・ツェンダ型変調器９０４のバイアス電圧は消光点に設定される。これにより、変調器駆動回路９１０，９２０で消費する不要な電力を削減することができる。

図２５に、図１９に示した可変光マルチキャリア送信装置と対をなす可変光マルチキャリア受信装置の構成を示す。受信された信号は、分波器１２００で各マルチキャリアに分波され、それぞれＤＱＰＳＫ復調回路１１００に入力される。分波器１２００は、送信装置内の光分波器と８２１と同様に、光マルチキャリア数が奇数の場合と偶数の場合でその光周波数特性を５GHz（光マルチキャリア間隔が１０GHzの場合）シフトされる。ＤＱＰＳＫ復調回路１１００は、２つの非対称マッハ・ツェンダ干渉計により構成されることが多く、その場合、一方の復調回路のみ使用することによりＤＰＳＫ復調器として使用することができる。このとき、使用しない復調回路の電力を遮断することにより、不要な消費電力を削減することができる。

最後に、実験的に発生させた各光マルチキャリア信号の符号誤り率（ＢＥＲ）特性を図２６に示す。横軸は、光マルチキャリア信号トータルの受信信号光パワーを表す。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

１０１ 連続光発生手段
１０２ ゼロチャープマッハ・ツェンダ型光強度変調手段
１０３ 駆動振幅可変手段
１０４ バイアス電圧可変手段
１１１ 第１のＲＦ信号発生手段
１１２ 第２のＲＦ信号発生手段
１１４ 切替手段
１１４ 切替手段
２１１ ＲＦ発振器
２１２ １／２分周器
２１３、２１４ 可変減衰器
２１５ 加算器
３１１ ＲＦ発振器
３１２ ２逓倍器
３１３，３１４ 可変減衰器
３１５ 加算器
４１１，４１２ ＲＦ発振器
４１３ 切替スイッチ
４１４ 可変減衰器
５１０ ＲＦ信号発生部
５１１，５１２，５１３ ＲＦ発振器
５１４，５１５，５１６ 可変減衰器
５１７ 加算器
５２０ 変調器ドライバ
５３０ 連続光発振源
５４０ ゼロチャープマッハ・ツェンダ型光強度変調手段
５５０ 可変電圧源
６１１，６１２ ＲＦ発振器
６１３ 第３次高調波発生器
６１４，６１５，６１６ 可変減衰器
６１７ 加算器
７１０ ＲＦ信号発生部
７１１，７１２ ＲＦ発振器
７１３，７１４ 可変減衰器
７１５ 加算器
７２０ 変調器ドライバ
７３０ 波長可変連続光発振光源
７４０ ゼロチャープマッハ・ツェンダ型光強度変調手段
７５０ 可変電圧源
８１０ 可変光マルチキャリア発生装置、可変光マルチキャリア発生器
８１１，８１２ ＲＦ発振器
８１３，８１４ 可変減衰器
８１５ 加算器
８１６ 連続光発振光源
８１７ 変調器ドライバ
８１８ ゼロチャープマッハ・ツェンダ型光強度変調器
８２０ 可変光マルチキャリア変調器
８２１ 光分波手段、光分波器
８２２ 光変調手段、光変調器
８２３ 合波手段、光合波器
９０１ 可変マルチキャリア光源
９０２ 非対称マッハ・ツェンダ干渉計
９０３ 偏波ビーム結合器
９０４ マッハ・ツェンダ型変調器
９０５ 変調器ドライバ
９０７，９０８ 光ＤＱＰＳＫ変調器
９１０，９２０ 変調器駆動回路（光ベクトル変調器）
１０００ 可変光マルチキャリア受信装置
１１００ 光変調器
１２００ 分波器

Claims (12)

1. 連続光発生させる連続光発生手段と、
   ゼロチャープ動作が可能なマッハ・ツェンダ型光強度変調手段と、
   周波数ｆ₁の第１のラジオ周波数（ＲＦ）信号を発生させる第１のＲＦ信号発生手段と、
   周波数ｆ₂の第２のＲＦ信号を発生させる第２のＲＦ信号発生手段と、
   前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段を、前記第１のＲＦ信号で駆動する、もしくは前記第２のＲＦ信号で駆動する、もしくは前記第１のＲＦ信号と前記第２のＲＦ信号の和信号で駆動する、もしくはどちらのＲＦ信号でも駆動しない、ことを切替できる切替手段と、
   前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段の駆動信号の振幅を変化させる駆動振幅可変手段と、
   前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加させる電圧を変化させるバイアス電圧可変手段と、
   を有し、
   Ｖπを前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段の半波長電圧とし、該マッハ・ツェンダ型光強度変調手段からの出力光が最小となるバイアス電圧を消光電圧、最大となるバイアス電圧をピーク電圧、最小と最大の中間となるバイアス電圧を中間電圧として、
   前記第２のＲＦ信号発生手段で発生させる第２のＲＦ信号周波数ｆ ₂ が前記第１のＲＦ信号発生手段で発生させる第１のＲＦ信号周波数ｆ ₁ の２倍の周波数であって、
   前記第１のＲＦ信号の振幅電圧と、前記第２のＲＦ信号の振幅の電圧と、前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加されるバイアス電圧の組が、
   １つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、０、消光電圧、
   ２つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ２Ｖπ、０、消光電圧、
   ３つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、Ｖπ、中間電圧と消光電圧の間の電圧、
   ５つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０，２Ｖπと２．５Ｖπの間、消光電圧とピーク電圧の間の電圧に設定する手段を含む
   ことを特徴とする可変光マルチキャリア発生装置。
2. 前記駆動振幅可変手段による前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段の駆動信号の振幅と、前記バイアス電圧可変手段による該マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加されるバイアス電圧の少なくとも一方を、当該可変光マルチキャリア発生装置から出力される光マルチキャリアの各キャリアの光パワーが等しくなるように調整された値に設定する
   請求項１記載の可変光マルチキャリア発生装置。
3. 前記切替手段と前記駆動振幅可変手段は、
   前記第１のＲＦ信号の振幅を変化させる第１の振幅可変手段と、
   前記第２のＲＦ信号の振幅を変化させる第２の振幅可変手段と、
   前記第１の振幅可変手段の出力と前記第２の振幅可変手段の出力を加算する加算手段と、
   を含む請求項１記載の可変光マルチキャリア発生装置。
4. 周波数ｆ₃の第３のＲＦ信号を発生させる第３のＲＦ信号発生手段を更に有し、
   前記切替手段が、
   前記第１のＲＦ信号と前記第２のＲＦ信号と前記第３のＲＦ信号を合成信号で前記マッハ・ツェンダ型光強度変調器を駆動することを更に選択でき、
   前記第１のＲＦ信号周波数f1と前記第２のＲＦ信号周波数f２と前記第３のＲＦ信号周波数がｆ ₃ ＝３ｆ ₁ かつｆ ₂ ＝２ｆ ₁ であって、
   前記第１のＲＦ信号の振幅電圧と、前記第２のＲＦ信号の振幅電圧と、前記第３のＲＦ信号の振幅電圧と、前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加されるバイアス電圧の組が、
   ４つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ２Ｖπ、０，２Ｖπ、消光電圧、に設定する手段を含む
   請求項１または２記載の可変光マルチキャリア発生装置。
5. 前記第３のＲＦ信号の振幅を変化させる第３の振幅可変手段を更に有する
   請求項４記載の可変光マルチキャリア発生装置。
6. 前記連続光発生手段が、波長可変光源である
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可変光マルチキャリア発生装置。
7. 前記波長可変光源は、
   発生させるマルチキャリアの数が奇数の場合と偶数の場合で、その発振光周波数をシフトさせる
   請求項６記載の可変光マルチキャリア発生装置。
8. １波以上で波長数可変の光マルチキャリアを発生させる可変光マルチキャリア発生方法において、
   連続光発生手段が連続光を発生させ、
   第１のＲＦ信号発生手段が周波数ｆ₁の第１のラジオ周波数を発生させ、
   第２のＲＦ信号発生手段が周波数ｆ₂の第２のラジオ周波数を発生させ、
   切替手段が、ゼロチャープ動作が可能なマッハ・ツェンダ型光強度変調手段を前記第１のＲＦ信号で駆動する、もしくは前記第２のＲＦ信号で駆動する、もしくは前記第１のＲＦ信号と前記第２のＲＦ信号の和信号で駆動する、もしくはどちらのＲＦ信号でも駆動しない、のいずれかに切り替え、
   駆動振幅可変手段が、切り替えられた前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段の駆動信号の振幅を変化させ、
   バイアス電圧可変手段が、前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加させる電圧を変化させ、
   Ｖπを前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段の半波長電圧とし、該マッハ・ツェンダ型光強度変調器からの出力光が最小となるバイアス電圧を消光電圧、最大となるバイアス電圧をピーク電圧、最小と最大の中間となるバイアス電圧を中間電圧として、
   前記第２のＲＦ信号周波数ｆ ₂ が前記第１のＲＦ信号周波数ｆ ₁ の２倍の周波数であって、
   前記第１のＲＦ信号の振幅電圧と、前記第２のＲＦ信号の振幅の電圧と、前記マッハ・ツェンダ型光強度変調手段に印加されるバイアス電圧の組が、
   １つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、０、消光電圧、
   ２つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ２Ｖπ、０、消光電圧、
   ３つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０、Ｖπ、中間電圧と消光電圧の間の電圧、
   ５つの光キャリアを発生させる場合には、それぞれ０，２Ｖπと２．５Ｖπの間、消光電圧とピーク電圧の間の電圧に設定する
   ことを特徴とする可変光マルチキャリア発生方法。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変光マルチキャリア発生装置と、
   前記可変光マルチキャリア発生装置から出力される複数の光マルチキャリアを各光キャリア毎に分波する光分波手段と、
   前記光分波手段から出力される複数の光キャリアにそれぞれ変調を施す光変調手段と、
   前記光変調手段から出力される複数の光変調信号を合波する光合波手段と、
   を有することを特徴とする可変光マルチキャリア送信装置。
10. 前記光分波手段及び前記光合波手段の光透過周波数特性を、
    前記可変光マルチキャリア発生装置から発生させるマルチキャリア数に応じてシフトさせる
    請求項９記載の可変光マルチキャリア送信装置。
11. 前記光合波手段が、
    光周波数軸上で隣接する光キャリアを直交偏波で合波する
    請求項９または１０記載の可変光マルチキャリア送信装置。
12. 前記複数の光変調手段のうち、使用しない光変調器駆動手段の駆動電力の少なくとも一部を遮断する
    請求項９乃至１１のいずれか１項記載の可変光マルチキャリア送信装置。

Images