JP5577778B2

JP5577778B2 - 光多値信号生成装置及び方法

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Publication number: JP5577778B2
Application number: JP2010062681A
Authority: JP
Inventors: 浩司稲船
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011199491A

Description

本発明は多値変調の入力光信号が示す多値数を増加させた光多値信号を生成する光多値信号生成装置及び方法に関する。

光通信においては、直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrate Amplitude Modulation）やｍ値位相シフトキーイング（M-ary Phase Shift Keying）のように、多値変調光伝送方式の検討が盛んに行われている。オンオフキーイング（ＯＯＫ：On Off Keying）や２相位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ：Binary Phase Keying）のような２値信号の場合と比較して、多値変調方式は同じビットレートを得るために必要なシンボルレートを低速化できる。シンボルレートの低速化の利点は、波長分散耐性、偏波モード分散耐性の改善だけではなく、無線通信で実用化されているデジタル信号処理の光通信分野への適用可能性を高めたことである。デジタル信号処理を適用した受信器では、復調や波形等化を行うためのアルゴリズムが主要素の一つであり、このような受信技術の研究開発では簡易に送信信号を生成することが求められる。しかしながら、多値数の増加に伴い、光送信器の構成が複雑になることが問題となる。

光多値信号の生成においては、各光路に位相変調機構を備えたマッハツェンダ干渉計を並列接続した変調器（ベクトル変調器）を用いて、キャリア位相の同相成分と直交成分に対して個別に変調が行われる。例えばシンボル当たり４ｂｉｔのデータを伝送することができる１６ＱＡＭの場合には、１つベクトル変調器を４値の電気信号で駆動する方法が非特許文献１に示されている。また、特許文献１においては並列接続した２つのベクトル変調器を２値の電気信号で駆動する方法が示されている。それぞれベクトル変調器でデータパターンが互いに無相関である４相位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）信号を生成し、一方の信号の振幅を減衰させた後、両信号を合波させる方法が提案されている。

特開２００９−９４９８８号公報

Unrepeated 200-km transmission of 40-Gbit/s 16-QAM signal digital coherent receiver, Yojiro Mori, Chao Zhang, Koji Igarashi, Kazuhiro Katoh, and Kazuro Kikuchi, 2 Feburary 2009/Vol.17, No.3/OPTICS EXPRESS pp.1435-1440.

非特許文献１に示されている方法では１つのベクトル変調器で１６ＱＡＭ信号を生成できるが、４値の電気信号を取り扱わなければならない。これには２つの２値信号を４値信号に変換する方法、或いは市販の高速任意波形発生装置を用いることができる。いずれの方法であっても、良好な線形性を有する電子デバイスが必須であり、高ビットレートの光多値信号の生成は非常に困難である。

一方、特許文献１に示されている発生方法においては電子デバイスの非線形性の問題を解決することができる。しかしながら、１つのパッケージ内に複数のベクトル変調器を集積化したものは市販品として入手困難であり、個別のベクトル変調器から特許文献１の構成に等価な光回路を構成する必要がある。また、ドライバアンプや位相シフタ等の電子部品の数が増加することが欠点となる。更に、多値数を向上させた６４ＱＡＭや１２８ＱＡＭでは、この欠点はより顕著になる。

本発明の目的は、簡単な構成で多値変調の光信号の多値数を増加させることができる光多値信号生成装置及び方法を提供することである。

本発明の光多値信号生成装置は、入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成装置であって、前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成する分岐手段と、前記ｎの光信号各々の伝播を行って前記ｎの光信号に互いに異なる遅延時間を与えるｎ個の光路と、前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の振幅差を調整する第１振幅調整手段と、前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整する第１位相調整手段と、前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波手段と、を有し、前記合波手段で合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴としている。
また、本発明の光多値信号生成装置は、入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成装置であって、前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成する分岐手段と、前記ｎの光信号各々の伝播を行って前記ｎの光信号にそれぞれ異なる遅延時間を与えるｎ個の光路と、前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整する第１位相調整手段と、前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波手段と、を有し、分岐された前記ｎの光信号は、互いに異なる電界強度比になるように振幅が調整されており、前記合波手段で合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴とする光多値信号生成装置。

本発明の光多値信号生成方法は、入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成方法であって、前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成するステップと、ｎ個の光路にて前記ｎの光信号の伝播を各々行って前記ｎの光信号各々に互いに異なる遅延時間を与えるステップと、前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の振幅差を調整するステップと、前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整するステップと、前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波ステップと、を含み、前記合波ステップで合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴としている。
また、本発明の光多値信号生成方法は、入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成方法であって、前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成するステップと、ｎ個の光路にて前記ｎの光信号の伝播を各々行って前記ｎの光信号各々に互いに異なる遅延時間を与えるステップと、前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整するステップと、前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波ステップと、を含み、分岐された前記ｎの光信号は、互いに異なる電界強度比になるように振幅が調整されており、前記合波ステップで合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴としている。

本発明の光多値信号生成装置及び方法によれば、遅延干渉計において入力光信号を分岐してｎ個の光路を各々伝播することにより光信号間のデータパターン相関性を除去することができ、そのような光信号を合波することによって、多値数を増加させた光信号を得ることができる。よって、多値電気信号を取り扱う必要がなく、また、多値数が増加しても光変調器や電子部品数が増加しないので、簡単な構成で多値光信号を生成することができる。

本発明の第１の実施例を示す図である。第１の実施例の動作を説明するために光信号のコンステレーションマップを示す図である。本発明の第２の実施例を示す図である。第２の実施例の動作を説明するために光信号のコンステレーションマップを示す図である。本発明の第３の実施例を示す図である。第３の実施例の動作を説明するために往路伝播の光信号のコンステレーションマップを示す図である。第３の実施例の動作を説明するために復路伝播の光信号のコンステレーションマップを示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施例として光多値信号生成装置の構成を示している。この光多値信号生成装置は、入力光信号のＱＰＳＫ信号から出力光信号の１６ＱＡＭ信号を生成する装置であり、図１に示すように、２つのハーフミラー１０４，１０５、可変減衰器１０６、自動ステージ１０７、及び２つの全反射ミラー１０８，１０９を備えている。

入力ポート１０１と２つの出力ポート１０２，１０３との間には２つの光路１１０，１１１が形成されている。

ハーフミラー１０４，１０５、及び全反射ミラー１０８，１０９は遅延干渉計として空間結合型のマッハツェンダ干渉計を構成している。

ハーフミラー１０４は入力ポート１０１からＱＰＳＫ信号を受け入れ、その信号を２つに分岐する。ハーフミラー１０４の反射面で反射された光信号成分が一方の分岐出力から出力され、ハーフミラー１０４の反射面を通過した光信号成分が他方の分岐出力から出力される。一方の分岐出力は第１光路１１０に接続され、他方の分岐出力は第２光路１１１に接続されている。第１光路１１０には、可変減衰器１０６、自動ステージ１０７、全反射ミラー１０８、及び全反射ミラー１０９が設置されている。

第１及び第２光路１１０，１１１は互いに異なる遅延時間を与えるべく異なる光路長を有している。第１光路１１０の遅延時間と第２光路１１１の遅延時間の差はシンボル周期の整数倍であり、かつ各光路を伝播する光信号間においてデータパターンの相関性を除去するために十分な長さに設定されている。

ハーフミラー１０５は第１光路１１０からの光信号と第２光路１１１からの光信号とを合波し、光合波信号である１６ＱＡＭ信号を２つの出力ポート１０２，１０３に出力する。例えば、第１光路１１０からの光信号のうちのハーフミラー１０５の反射面を通過した光信号成分と第２光路１１１からの光信号のうちのハーフミラー１０５の反射面で反射された光信号成分とが出力ポート１０２から光合波信号として出力され、同様に、第１光路１１０からの光信号のうちのハーフミラー１０５の反射面で反射された光信号成分と第２光路１１１からの光信号のうちのハーフミラー１０５の反射面を通過した光信号成分とが出力ポート１０３から光合波信号として出力される。

可変減衰器１０６は振幅調整器として備えられ、自動ステージ１０７、全反射ミラー１０８，１０９はキャリア位相調整器として備えられている。これらは第１光路１１０を伝播する光信号と第２光路１１１を伝播する光信号との振幅及び位相を調整するためのものである。これは第１及び第２出力ポート１０２，１０３で得られる１６ＱＡＭ信号のコンステレーションマップ上において、等間隔にシンボルを配置するためである。

可変減衰器１０６はハーフミラー１０４からの第１光路１１０を伝播する光信号の強度（レベル）を調整する。全反射ミラー１０８，１０９は自動ステージ１０７上に設置されている。全反射ミラー１０８は可変減衰器１０６からの第１光路１１０上の光信号を全反射して全反射ミラー１０９に出力する。全反射ミラー１０９は全反射ミラー１０８からの光信号を全反射してハーフミラー１０５に出力する。自動ステージ１０７は図示しないコントローラによって制御され、全反射ミラー１０８，１０９の位置を調整することにより第１光路１１０の全光路長を変化させ、これにより位相調整を行う。例えば、全反射ミラー１０８から全反射ミラー１０９への光信号の出射方向をｘ方向、全反射ミラー１０８への光信号の入射方向及び全反射ミラー１０９からの出射方向をｙ方向とすると、自動ステージ１０７により全反射ミラー１０８，１０９の位置をｙ方向に調整することが行われる。

かかる構成の光多値信号生成装置においては、入力ポート１０１から入力されたＱＰＳＫ信号はハーフミラー１０４で２つに分岐され、一方の光信号は第１光路１１０を伝播し、他方の光信号は第２光路１１１を伝播する。

第１光路１１０を伝播する光信号は可変減衰器１０６によって振幅調整される。可変減衰器１０６では両光路１１０，１１１を伝播する光信号の電界強度比が１：２になるように第１光路１１０を伝播する光信号の振幅が調整される。例えば、第１及び２光路１１０，１１１を伝播する光信号の電界強度を図示しない手段によって検出してその検出結果に応じてそれらの電界強度比が１：２になるように可変減衰器１０６によって第１光路１１０を伝播する光信号の振幅を調整することができる。
このように振幅調整された光信号は全反射ミラー１０８，１０９各々によって反射され、この結果、位相調整が施された光信号が得られる。すなわち、自動ステージ１０７によって全反射ミラー１０８，１０９の位置調整により、第１及び第２光路１１０，１１１間のキャリア位相差を−π／２,０,π／２,πのいずれかに制御することが行われる。

更に、第１及び第２光路１１０，１１１各々を伝播する２つの光信号間のデータパターンの相関性を除去するために十分な遅延時間が第２光路１１１で与えられ、第２光路１１１の光信号のコンステレーションマップが図２(a)のように表されるとする。また、第１光路１１０の振幅調整及び位相調整後の光信号のコンステレーションマップが図２(b)のように表されると、ハーフミラー１０５で合波した光信号は、図２(c)に示すような１６ＱＡＭ信号として出力ポート１０２と出力ポート１０３とから得られる。出力ポート１０２，１０３のうちの一方からの出力信号は送信信号として用いられ、他方からの出力信号は光路間のキャリア位相制御用のモニタ信号として用いるために上記の自動ステージ１０７のコントローラに供給される。

第１及び第２光路１１０，１１１間のキャリア位相差制御を実現する条件は、信号光源の位相雑音の影響が少ないこと、及び環境温度の変化により生じる光路間キャリア位相差の変化に追随できる位相調整機構を有することである。例えば、２０Gsymbol/sのシンボルレートにおいて、シンボル周期の３２倍の遅延時間を与えた場合には、１．６ｎｓより十分に長いコヒーレンス時間を有する光源を使用していれば、光源の位相雑音が光路間のキャリア位相差に与える影響は無視できる程度になる。このような狭線幅の光源としては、例えば４０kHz程度のものを使用することができるが、これに限定されない。また、この場合の遅延長４８０ｍｍを一方の光路に与えた干渉計モジュールにおいて、モジュールの材質がコバール（熱膨張係数：５．２×１０^−６Ｋ^−１）であると、２０℃の温度変化に対する光路間キャリア位相差の変化量は６４π程度である。このような大きな可変位相量を有する位相調整機構については、市販品の電気光学効果や熱光学効果に基づいた光位相シフタでは実現が困難であり、上記の実施例の如く自動ステージ１０７により全反射ミラー１０８，１０９の位置を機械的に制御する方法が適切である。

第１の実施例では、ＱＰＳＫ信号から１６ＱＡＭ信号を生成する場合について説明したが、第１及び第２光路間の電界強度比およびキャリア位相差の条件を変更することにより、他の変調方式の信号を生成することができる。例えば、入力信号がＢＰＳＫ信号であり、電界強度比１：１、キャリア位相差π／２，−π／２に設定するとＱＰＳＫ信号を生成することができる。また、入力信号が１６ＱＡＭ信号であり、電界強度比４：１、キャリア位相差−π／２，０，π／２，πに設定すると２５６ＱＡＭ信号を生成することができる。従って、上記したマッハツェンダ干渉計を多段接続した構成においては、更に多値数を増加させることが可能になる。

このように第１の実施例によれば、遅延干渉計において入力信号を分岐して第１及び第２光路を各々伝播する光信号間のデータパターン相関性を除去した後、それら光信号を合波することによって、多値数を増加した光信号を得ることができる。よって、多値光信号の生成において問題となり得る、多値電気信号を取り扱う必要がなく、また、多値数が増加しても光変調器や電子部品数が増加しないので、簡単な構成で多値光信号を生成することができる。

図３は本発明の第２の実施例として光多値信号生成装置の構成を示している。第１の実施例では、生成できる光信号の多値数は２^ｋ（ｋ＝２^ｍ、ｍは１以上の整数）に限られている。第２の実施例の光多値信号生成装置は第１の実施例では生成することができない６４ＱＡＭ信号の生成を目的としている。

第２の実施例の光多値信号生成装置は、図３に示すように、４つのハーフミラー３０５〜３０８、２つの可変減衰器３０９，３１０、２つの自動ステージ３１１，３１２、及び９つの全反射ミラー３１３〜３２１を備えている。４つのハーフミラー３０５〜３０８、及び９つの全反射ミラー３１３〜３２１が遅延干渉計として空間結合型のマッハツェンダ干渉計を構成している。

この図３の光多値信号生成装置においては、３つの光路３２２，３２３，３２４が形成されている。第１光路３２２には光信号の伝播順にハーフミラー３０５，３０７，３０８が設置されている。すなわち、第１光路３２２は入力ポート３０１からの光信号がハーフミラー３０５，３０７各々の反射面を通過してハーフミラー３０８に至る光路である。第２光路３２３には光信号の伝播順にハーフミラー３０５、可変減衰器３０９、全反射ミラー３１３，３１４、及びハーフミラー３０６，３０７，３０８が設置されている。すなわち、第２光路３２３は入力ポート３０１からからの光信号がハーフミラー３０５の反射面で反射され、可変減衰器３０９を経て、２つの全反射ミラー３１３，３１４各々で反射され、更にハーフミラー３０６の反射面を通過し、ハーフミラー３０７の反射面で反射されてハーフミラー３０８に至る光路である。第３光路３２４には光信号の伝播順にハーフミラー３０５、可変減衰器３０９、全反射ミラー３１３，３１４、ハーフミラー３０６、全反射ミラー３１５、可変減衰器３１０、全反射ミラー３１６，３１７，３１８，３１９，３２０，３２１及びハーフミラー３０８が設置されている。すなわち、第３光路３２４は入力ポート３０１からからの光信号がハーフミラー３０６に至るまでは第２光路３２３と同一光路であり、その光信号が更にハーフミラー３０６の反射面で反射され、可変減衰器３１０、全反射ミラー３１６〜３２１で反射されてハーフミラー３０８に至る光路である。

ハーフミラー３０５及び３０６が光信号を３分岐する光分岐手段であり、ハーフミラー３０７及び３０８が３分岐した光信号を合波する光合波手段である。

可変減衰器３０９は第２光路３２３及び第３光路３２４を伝播する光信号の強度を調整する第１振幅調整器として備えられ、可変減衰器３１０は第３光路３２４を伝播する光信号の強度を調整する第２振幅調整器として備えられている。

全反射ミラー３１３，３１４は自動ステージ３１１上に設置され、自動ステージ３１１、全反射ミラー３１３，３１４は第１キャリア位相調整器として備えられている。自動ステージ３１１は図示しない第１コントローラによって制御され、全反射ミラー３１３，３１４の位置を調整することにより第２光路３２３及び第３光路３２４の全光路長を変化させ、これにより位相調整を行う。同様に、全反射ミラー３１８，３１９は自動ステージ３１２上に設置され、自動ステージ３１２、全反射ミラー３１８，３１９は第２キャリア位相調整器として備えられている。自動ステージ３１２は図示しない第２コントローラによって制御され、全反射ミラー３１８，３１９の位置を調整することにより第３光路３２４の全光路長を変化させ、これにより位相調整を行う。

また、第１光路３２２、第２光路３２３、第３光路３２４各々の遅延時間は、互いに異なり、シンボル周期の整数倍であり、光路間のデータパターンの相関性を除去するために十分な長さに設定されている。

なお、６４ＱＡＭ信号を得るための出力ポート３０３の他に、１６ＱＡＭ信号をハーフミラー３０７から得るための出力ポート３０２が設けられている。

かかる構成の図３の光多値信号生成装置においては、入力ポート３０１から入力したＱＰＳＫ信号がハーフミラー３０５で２つに分岐され、ハーフミラー３０５の反射面を通過した一方の光信号は第１光路３２２を伝播してハーフミラー３０７に供給され、ハーフミラー３０５の反射面を反射した他方の光信号は第２光路３２３（第３光路３２４と共通部分）を伝播する。

第２光路３２３を伝播する光信号は可変減衰器３０９によって振幅調整される。可変減衰器３０９では第１光路３２２、第２光路３２３を伝播する光信号の電界強度比が２：１になるように第２光路３２３を伝播する光信号の振幅が調整される。このように振幅調整された光信号は全反射ミラー３１３，３１４各々によって反射され、この結果、位相調整が施された光信号が得られる。すなわち、第１の実施例と同様に、自動ステージ３１１によって全反射ミラー３１３，３１４の位置調整により、第１及び第２光路３２２，３２３間のキャリア位相差を−π／２,０,π／２,πのいずれかに制御することが行われる。

このように位相調整された光信号はハーフミラー３０６で２つに分岐され、ハーフミラー３０６の反射面を通過した一方の光信号は第２光路３２３を伝播してハーフミラー３０７に供給され、ハーフミラー３０６の反射面で反射した他方の光信号は第３光路３２４を伝播する。

ハーフミラー３０７は第１光路３２２を伝播した光信号と第２光路３２３を伝播した光信号とを合波する。ハーフミラー３０７で合波した光信号は出力ポート３０７から得られると共に第１光路３２２（第２光路３２３と共通部分）を伝播してハーフミラー３０８に供給される。出力ポート３０７からの出力信号である１６ＱＡＭ信号は光路間のキャリア位相制御用のモニタ信号として用いるために上記の自動ステージ３１１の第１コントローラに供給される。

ハーフミラー３０６の反射面で反射した他方の光信号は第３光路３２４の全反射ミラー３０４で反射された後、可変減衰器３１０によって振幅調整される。可変減衰器３１０では第２光路３２３、第３光路３２４を伝播する光信号の電界強度比が２：１になるように第３光路３２４を伝播する光信号の振幅が調整される。このように第３光路３２４で振幅調整された光信号は全反射ミラー３１６，３１７各々によって反射され、更に、自動ステージ３１２上の全反射ミラー３１８，３１９各々によって反射され、この結果、位相調整が施された光信号が得られる。すなわち、第１の実施例と同様に、自動ステージ３１２によって全反射ミラー３１８，３１９の位置調整により、第２及び第３光路３２３，３２４間のキャリア位相差を−π／２,０,π／２,πのいずれかに制御することが行われる。

このように位相調整された光信号は第３光路３２４の全反射ミラー３１６，３１７各々によって反射された後、ハーフミラー３０８に供給される。ハーフミラー３０８はハーフミラー３０７からの合波光信号（第１光路３２２を伝播した光信号と第２光路３２３を伝播した光信号との合波光信号）と第３光路３２４を伝播した光信号とを合波する。

更に、第１及び第２光路３２２，３２３を伝播した２つの光信号の合波光信号のコンステレーションマップが図４(a)のように表されるとする。また、第３光路３２４上の振幅調整及び位相調整後の光信号のコンステレーションマップが図４(b)のように表されると、ハーフミラー３０８で合波した光信号は、図４(c)に示すような６４ＱＡＭ信号として出力ポート３０３と出力ポート３０４から得られる。出力ポート３０３，３０４のうちの一方からの出力信号は送信信号として用いられ、他方からの出力信号は光路間のキャリア位相制御用のモニタ信号として用いるために上記の自動ステージ３１２の第２コントローラに供給される。

このように第２の実施例によれば、遅延干渉計において入力信号を分岐して第１〜第３光路を各々伝播する光信号間のデータパターン相関性を除去した後、それら光信号を合波することによって、多値数を増加した光信号、特に６４ＱＡＭ信号を生成することができる。

図５は本発明の第３の実施例として光多値信号生成装置の構成を示している。第１の実施例のマッハツェンダ干渉計を２段縦続接続すると、入力したＢＰＳＫ信号から１６ＱＡＭ信号を得ることができる。第３の実施例は、１つのマッハツェンダ干渉計において光信号を往復伝播させることにより、２つのマッハツェンダ干渉計の機能を共有させた構成である。

図５の光多値信号生成装置は２つのハーフミラー５０４，５０５、３つの可変減衰器５０６，５１１、位相シフタ５１２、自動ステージ５０７、４つの全反射ミラー５０８，５０９，５１３，５１４及びサーキュレータ５１０を備えている。

入力ポート５０１と出力ポート５０２との間には２つの光路５１５，５１６が形成されている。光信号は光路５１５，５１６各々を往復伝播する。

ハーフミラー５０４，５０５、可変減衰器５０６、自動ステージ５０７、及び全反射ミラー５０８，５０９の構成は図１に示した第１の実施例のハーフミラー１０４，１０５、可変減衰器１０６、自動ステージ１０７、及び全反射ミラー１０８，１０９からなる構成に等しい。

ハーフミラー５０５は第１光路５１５を伝播して来た光信号と第２光路５１６を伝播して来た光信号とを合波して合波光信号を出力ポート５０２に供給すると共に全反射ミラー５１４に供給する。すなわち、出力ポート５０２には第１光路５１５を伝播して来た光信号のうちのハーフミラー５０５の反射面を通過した光信号成分と、第２光路５１６を伝播して来た光信号のうちのハーフミラー５０５の反射面で反射された光信号成分との合波光信号が供給される。全反射ミラー５１４には第１光路５１５を伝播して来た光信号のうちのハーフミラー５０５の反射面で反射された光信号成分と、第２光路５１６を伝播して来た光信号のうちのハーフミラー５０５の反射面を通過した光信号成分との合波光信号が供給される。全反射ミラー５１４はこの合波光信号を反射してハーフミラー５０５に供給し、反射光信号に第１及び第２光路５１５，５１６の復路伝播をさせる。復路においては、往路とは逆に、ハーフミラー５０５が分岐手段となり、ハーフミラー５０４が合波手段となる。ハーフミラー５０４で合波された光信号が出力ポート５０３から出力される。

サーキュレータ５１０は全反射ミラー５０９とハーフミラー５０５との間の第１光路５１５上に配置され、サーキュレータ５１０には枝光路５１７が接続されている。枝光路５１７には可変減衰器５１１、位相シフタ５１２及び全反射ミラー５１３がその順に配置されている。サーキュレータ５１０は、第２光路５１６の往路伝播の光信号をそのまま第２光路５１６をハーフミラー５０５に向けて供給し、第２光路５１６の復路伝播の光信号を枝光路５１７に供給し、枝光路５１７を戻って来た光信号を第２光路５１６に復路伝播の光信号として供給する。

可変減衰器５１１は枝光路５１７を伝播する光信号の強度を調整する振幅調整器として備えられ、位相シフタ５１２は枝光路５１７を往復伝播する光信号の位相を調整する位相調整器として備えられている。

かかる構成の図５の光多値信号生成装置においては、入力ポート５０１から入力されたＢＰＳＫ信号はハーフミラー５０４で２つに分岐され、一方の光信号は第１光路５１５を伝播し、他方の光信号は第２光路５１６を伝播する。

第１光路５１５を伝播する光信号は可変減衰器５０６によって振幅調整される。可変減衰器５０６では両光路５１５，５１６を伝播する光信号の電界強度比が１：１になるように第１光路５１５を伝播する光信号の振幅が調整される。このように振幅調整された光信号は全反射ミラー５０８，５０９各々によって反射され、この結果、位相調整が施された光信号が得られる。すなわち、自動ステージ５０７によって全反射ミラー５０８，５０９の位置調整により、第１及び第２光路５１５，５１６間のキャリア位相差をπ／２,−π／２のいずれかに制御することが行われる。

このように第１及び第２光路５１５，５１６各々にて各光信号がハーフミラー５０５に供給される往路において、第２光路５１６の光信号のコンステレーションマップが図６(a)のように表されるとする。また、第１光路５１５の振幅調整及び位相調整後の光信号のコンステレーションマップが図６(b)のように表されると、ハーフミラー５０５による合波結果の一方の出力光信号は、図６(c)に示すようなＱＰＳＫ信号として出力ポート５０２から得られる。出力ポート５０２からの出力信号は光路間のキャリア位相制御用のモニタ信号として用いるために自動ステージ５０７のコントローラ（図示せず）に供給される。

ハーフミラー５０５による合波結果の他方の出力光信号であるＱＰＳＫ信号は、全反射ミラー５１４によって反射されて第１及び第２光路５１５，５１６を逆方向に復路伝播する。

復路において、全反射ミラー５１４によって反射された光信号はハーフミラー５０５で第１光路５１５を復路伝播する光信号と、第２光路５１６を復路伝播する光信号とに分かれる。

第１光路５１５の復路伝播では、サーキュレータ５１０及び全反射ミラー５１３によって光信号は枝光路５１７を往復する。その枝光路５１７では、可変減衰器５１１によって光信号の強度が調整され、また、位相シフタ５１２によって位相調整が行われる。可変減衰器５１１では復路で両光路５１５，５１６を伝播する光信号の電界強度比が２：１になるように第１光路５１５を復路伝播する光信号の振幅が調整される。位相シフタ５１２による枝光路５１７の光信号の往復で生じた位相調整により、復路での第１及び第２光路５１５，５１６間のキャリア位相差を−π／２,０,π／２,πのいずれかに制御することが行われる。

このように第１及び第２光路５１５，５１６各々にて各光信号がハーフミラー５０４に供給される復路において、第２光路５１６の光信号のコンステレーションマップが図７(a)のように表されるとする。また、第１光路５１５の振幅調整及び位相調整後の光信号のコンステレーションマップが図７(b)のように表されると、ハーフミラー５０４による合波結果の一方の出力光信号は、図７(c)に示すような１６ＱＡＭ信号として出力ポート５０３から得られる。

例えば、枝光路５１７によるサーキュレータ５１０と全反射ミラー５１３との間の往復距離が１２０ｍｍシンボルレート２０Gsymbol/sの信号でシンボル周期の８倍に相当）であり、干渉計モジュールの材質が５．２×１０^−６ K^−１の熱膨張係数を有するコバールである場合には、２０℃の温度変化に対する光路間キャリア位相差の変化量は１６πとなる。位相シフタ５１２としてはこの変化量に対応可能なものが使用される。

なお、上記した第３の実施例において、出力ポート５０２からの出力光信号を図示しない非対称カプラにより分岐させ、一方の信号を送信信号として、他方の信号を位相制御用モニタ信号として用いても良い。また、入力ポート５０１に現れる反射光が前段に接続される装置に影響を与える場合には、その前段装置との間にアイソレータを追加しても良い。

このように第３の実施例によれば、光信号を往復伝播させることで、２つのマッハツェンダ干渉計により可能となる多値数の増加を、１つのマッハツェンダ干渉計で実現することができる。

なお、上記した各実施例においては、光多値信号生成装置を構成する遅延干渉計として空間結合型マッハツェンダ干渉計を示したが、等価な光回路をファイバー型で構成しても良い。また、第１及び第２の実施例については、マイケルソン干渉計を用いて実現することもできる。

また、上記した各実施例においては、遅延干渉計を用いる構成であるので、従来装置で必要とされた光平面回路(ＰＬＣ)の加工技術、及びＰＬＣ上にニオブ酸リチウム基板をハイブリッド集積する技術等の高い難易度の製造技術を用いることなく製造することができるという利点もある。

更に、上記した各実施例においては、装置内の素子や配線を変更することなく、光変調方式の切り替えができる。例えば、第２の実施例の第３光路３２４に光信号の伝播を妨げるシャッターを設置すると、そのシャッターのオン／オフの切り替えにより１６ＱＡＭ信号と６４ＱＡＭ信号とを切り替えて生成することができる。この場合に、そのシャッターは光路を光学的に開閉するものであれば良い。例えば、機械的な機構のものでも良く、シャッターがユーザのスイッチ操作に応じて開閉駆動されるようにすれば良い。また、第２の実施例の第３光路３２４に配置された可変減衰器３１０を用いて光信号を例えば、４０dB程度減衰させることによってシャッターと同等の機能を持たせても良い。

第３の実施例の構成における、異なる特性を有する干渉計を２段縦続接続した構成に同等な機能を、１つの干渉計で実現できることの用途は、多値信号の生成に限らない。例えば、光ＯＦＤＭ（直交周波数多重方式）受信器において、サブキャリア分離フィルタの一部となる２段接続のマッハツェンダ遅延干渉計に適用することができる。

更に、上記した各実施例においては、２つ又は３つに分岐した光路が形成されているが、これに限定されず、４以上に分岐した光路が備えられても良い。

Claims

入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成装置であって、
前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成する分岐手段と、
前記ｎの光信号各々の伝播を行って前記ｎの光信号に互いに異なる遅延時間を与えるｎ個の光路と、
前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の振幅差を調整する第１振幅調整手段と、
前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整する第１位相調整手段と、
前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波手段と、を有し、
前記合波手段で合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴とする光多値信号生成装置。
前記分岐手段、前記ｎ個の光路、前記第１振幅調整手段、前記第１位相調整手段及び前記合波手段からなる部分を複数段接続したことを特徴とする請求項１記載の光多値信号生成装置。
前記入力光信号を前記ｎ個の光路で往復伝播させるために前記合波手段から出力された前記光多値信号を全反射させる第１全反射手段と、
前記ｎ個の光路の少なくとも１の光路に往路伝播と復路伝播とで前記少なくとも１の光路を伝播する光信号に対して異なる遅延時間、振幅及び位相を与える特性調整手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光多値信号生成装置。
前記特性調整手段は、枝光路と、
前記少なくとも１の光路を往路伝播する光信号をそのまま通過させ、前記少なくとも１の光路を復路伝播する光信号を前記枝光路に導くサーキュレータと、
前記枝光路に配置され前記枝光路を伝播する光信号の振幅を調整する第２振幅調整手段と、
前記枝光路に配置され前記枝光路を伝播する光信号の位相を調整する第２位相調整手段と、
前記枝光路の先端で光信号を全反射する第２全反射手段と、を備え、
前記サーキュレータは前記第２全反射手段によって全反射されて前記枝光路を伝播して来た光信号を前記少なくとも１の光路に導くことを特徴とする請求項３記載の光多値信号生成装置。
前記ｎ個の光路のうちの少なくとも２つの光路は互いに共通する光路部分を有し、
前記第１振幅調整手段は、前記共通する光路部分に配置されて前記共通する光路部分を伝播する光信号の振幅を調整する第１振幅調整器と、前記少なくとも２つの光路のいずれか一方の前記共通する光路部分以外の部分に配置されて前記共通する光路部分以外の部分を伝播する光信号の振幅を調整する第２振幅調整器と、を備え、
前記第１位相調整手段は前記共通する光路部分に配置されて前記共通する光路部分を伝播する光信号の位相を調整する第１位相調整器と、前記少なくとも２つの光路のいずれか一方の前記共通する光路部分以外の部分に配置されて前記共通する光路部分以外の部分を伝播する光信号の位相を調整する第２位相調整器と、を備えることを請求項１記載の光多値信号生成装置。
前記ｎ個の光路のうちの少なくとも１の光路を光学的に開閉するシャッターを備えたことを特徴とする請求項１記載の光多値信号生成装置。
入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成方法であって、
前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成するステップと、
ｎ個の光路にて前記ｎの光信号の伝播を各々行って前記ｎの光信号各々に互いに異なる遅延時間を与えるステップと、
前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の振幅差を調整するステップと、
前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整するステップと、
前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波ステップと、を含み、
前記合波ステップで合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴とする光多値信号生成方法。
入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成装置であって、
前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成する分岐手段と、
前記ｎの光信号各々の伝播を行って前記ｎの光信号にそれぞれ異なる遅延時間を与えるｎ個の光路と、
前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整する第１位相調整手段と、
前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波手段と、を有し、
分岐された前記ｎの光信号は、互いに異なる電界強度比になるように振幅が調整されており、
前記合波手段で合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴とする光多値信号生成装置。
入力光信号の多値数を光信号のまま増加して出力する光多値信号生成方法であって、
前記入力光信号をｎ（ｎ≧２）分岐してｎの光信号を生成するステップと、
ｎ個の光路にて前記ｎの光信号の伝播を各々行って前記ｎの光信号各々に互いに異なる遅延時間を与えるステップと、
前記ｎ個の光路各々を伝播する前記ｎの光信号の位相差を調整するステップと、
前記ｎ個の光路各々を伝播した前記ｎの光信号を合波して前記光多値信号を出力する合波ステップと、を含み、
分岐された前記ｎの光信号は、互いに異なる電界強度比になるように振幅が調整されており、
前記合波ステップで合波された、前記ｎの光信号同士の前記遅延時間の差が、シンボル周期の整数倍であることを特徴とする光多値信号生成方法。