JP5717081B2

JP5717081B2 - 偏波合成回路

Info

Publication number: JP5717081B2
Application number: JP2010065293A
Authority: JP
Inventors: 高秀坂本; 川西　哲也; 哲也川西; 功諸橋; 敦史菅野
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011197484A

Description

本発明は，多値光信号を得るための偏波合成回路に関する。

特開2009-94988号公報には,マッハツェンダー型導波路を有する光変調器を並列に並べて，それぞれの光変調器が出力する光信号より多値の光信号を得る装置が開示されている。特開2009-94988号公報における具体的な装置は，直交振幅変調（ＱＡＭ）信号発生装置である。このＱＡＭ信号発生装置は，一方の光変調器からの出力信号の強度を他方の光変調器からの出力信号の約半分とする。そして，２つの出力が合波されると，多値の光信号が得られる。

特開2009-94988号公報

特開2009-94988号公報に開示された直交振幅変調（ＱＡＭ）信号発生装置は，一方の光変調器からの出力信号の強度を小さくするように制御しなければならない。

そこで，本発明は，複数の信号の強度を小さくせずに，効果的に多値の光信号を得るための装置を提供することを目的とする。

本発明は，一方の光信号の偏波状態をＴＥモードとし，残りの光信号の偏波状態をＴＭモードとした上で，これらの光を合波することで，多値の光信号を得ることができるという知見に基づくものである。

本発明の第１の側面は，偏波合成回路に関する。この偏波合成回路は，位相変調信号を得るための第１の光位相変調器１１と，第１の光位相変調器１１から出力される第１の位相変調信号の偏波面を調整するための第１の偏波面調整部１２と，位相変調信号を得るための第２の光位相変調器１３と，第２の光位相変調器１３から出力される第２の位相変調信号の偏波面を調整するための第２の偏波面調整部１４と，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号と合波するための合波部１５とを有する。そして，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号とは，いずれかがＴＥ波で残りがＴＭ波である。

このように２つの位相変調信号の偏波面を調整した後に合波することで，多値の光変調信号を得ることができる。

本発明の第１の側面の好ましい態様は，合波部１５が合波する信号の位相及び偏光面のいずれか又は両方を調整するための調整部１６と，合波部１５が合波した信号を分離する分離部１７とをさらに有するものである。

このように調整部及び分離部を有することで，様々な種類の光多値信号を得ることができる。なお，本発明の回路は，調整部をさらに有し，分離部を有しないものであってもよい。

本発明の第２の側面は，複数の位相変調信号を合波して，多値位相変調信号を得るための方法に関する。この方法は，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号の一方がＴＥ波で残りがＴＭ波となるように調整する偏波面調整工程と，偏波面調整工程で偏波面を調整した第１の位相変調信号と第２の位相変調信号と合波する合波工程とを含む。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，偏波面調整工程において，さらに第３の位相変調信号の偏波面が，第１の位相変調信号の偏波面及び第２の位相変調信号の偏波面と異なるように調整する工程を含む。さらに，この多値位相変調信号を得るための方法は，合波工程が，偏波面調整工程で偏波面を調整した第１の位相変調信号と第２の位相変調信号に，さらに偏波面を調整した第３の位相変調信号を合波する工程である。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，合波工程で合波する信号の位相及び偏光面のいずれか又は両方を調整するための調整工程と，合波工程で合波された信号分離工程とをさらに有する。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，２値の位相変調（ＢＰＳＫ）信号であり，多値位相変調信号が，４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号である。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号であり，多値位相変調信号が，１６値の直交振幅変調（ＱＡＭ）信号である。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号であり，多値位相変調信号が，８値の位相変調（８ＰＳＫ）信号である。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号であり，多値位相変調信号が，振幅位相変調（ＡＰＳＫ）信号である。

本発明によれば，合波する信号の偏波面を調整することで，複数の信号の強度を小さくせずに，効果的に多値の光信号を得るための装置を提供することができる。

図１は，本発明の偏波合成回路を説明するためのブロック図である。図２は，１６ＱＡＭ信号を得るための多値位相変調回路の原理図である。図３は，実施例における偏波合成回路を説明するためのブロック図である。図４は，実施例における実験系を示す図である。図５は，実施例により得られたマップ（星座マップ）である。

図１は，本発明の偏波合成回路を説明するためのブロック図である。この偏波合成回路は，第１の光位相変調器１１と，第１の偏波面調整部１２と，第２の光位相変調器１３と，第２の偏波面調整部１４と，合波部１５と，調整部１６と，分離部１７とを有する。
を有する。

第１の光位相変調器１１は，位相変調信号を得るための光変調器である。光位相変調器の例は，２値の位相変調（ＢＰＳＫ）信号，４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号及び８値の位相変調（８ＰＳＫ）信号である。これらの光位相変調信号を出力する位相変調器は，すでに知られている。このような光位相変調器の例は，マッハツェンダー導波路を含むものである。第２の光位相変調器１３も同様である。なお，これらの光位相変調器は，たとえば，特開2009-94988号公報に開示される通り公知である。

第１の偏波面調整部１２は，第１の光位相変調器１１から出力される第１の位相変調信号の偏波面を調整するための要素である。第１の偏波面調整部１２は，第１の光位相変調器１１に印加されるバイアス電圧を調整することで，第１の位相変調信号の偏波面を調整してもよい。また，第１の位相変調信号の出力信号の偏波面を調整することで，偏波面を調整した第１の位相変調信号を得てもよい。ここで，偏波面を調整するとは，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号の，一方がＴＥ波で残りがＴＭ波となるように偏波面を調整すればよい。このような調整は，たとえば．第１の光位相変調器１１からの出力信号が入力する偏光子により実現できる。第２の偏波面調整部１４も同様である。

調整部１６は，第１の偏波面調整部１２及び第２の偏波面調整部１４から出力された信号の位相及び偏光面のいずれか又は両方を調整するための要素である。たとえば，調整部１６は，第１の偏波面調整部１２及び第２の偏波面調整部１４によりＴＥモードとＴＭモードとに調整された光位相変調信号に対し，出力信号の形態に合わせて適切な調整を施す。最も，たとえば，ＴＥモードとＴＭモードであって強度がおよそ等しい２つのＱＰＳＫ信号を用いてＱＡＭ信号を得る場合は，調整部１６は不要である。

合波部１５は，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号と合波するための要素である。合波部１５の例は，偏光ビームコンバイナ，及び偏光子である。偏光ビームコンバイナは，偏波面を維持しつつ合波することができる光学素子である。

分離部１７は，合波部１５からの出力信号を分離するための要素である。たとえば，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号との合波信号に所望の信号以外の成分が含まれている場合，分離部１７が所望の成分のみを分離することで，希望する多値光信号のみを抽出できる。分離部１７の例は，偏光ビームスプリッタである。分離部１７の別の例は，偏光子と偏光ビームスプリッタである。偏光子で所定量偏光面を回転させることで，偏光ビームスプリッタにより分離される成分を調整することができる。

このように調整部及び分離部を有することで，様々な種類の光多値信号を得ることができる。

次に，複数の位相変調信号を合波して，多値位相変調信号を得るための方法について説明する。この方法は，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号の偏波面をＴＥモードとＴＭモードとに調整する偏波面調整工程と，偏波面調整工程で偏波面を調整した第１の位相変調信号と第２の位相変調信号と合波する合波工程とを含む。

偏波面調整工程の例は，第１の位相変調信号と第２の位相変調信号の偏波面を調整して，いずれかがＴＥモードとなり残りがＴＭモードとなるように調整するものである。このような偏波面の調整は，公知である。

なお，偏波面調整工程において，さらに第３の位相変調信号の偏波面が，第１の位相変調信号の偏波面及び第２の位相変調信号の偏波面と異なるように調整する工程を含んでもよい。さらに，この多値位相変調信号を得るための方法は，合波工程が，偏波面調整工程で偏波面を調整した第１の位相変調信号と第２の位相変調信号に，さらに偏波面を調整した第３の位相変調信号を合波する工程であってもよい。さらに，第４の位相変調信号の偏波面を調整するとともに，合波される位相変調信号に加えてもよい。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，２値の位相変調（ＢＰＳＫ）信号であり，多値位相変調信号が，４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号である。この場合，偏波面調整工程にて，２つのＢＰＳＫ信号がそれぞれＴＥ波及びＴＭ波とされている。このため，合波工程で，これら２つのＢＰＳＫ信号を合波することで，ＱＰＳＫ信号を得ることができる。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，４値の位相変調ＱＰＳＫ信号であり，多値位相変調信号が，１６値の直交振幅変調ＱＡＭ信号である。この態様は，後述した実施例のようにして実現できる。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，４値の位相変調ＱＰＳＫ信号であり，多値位相変調信号が，８値の位相変調（８ＰＳＫ）信号である。この場合，偏波面調整工程にて，２つのＱＰＳＫ信号がそれぞれＴＥ波及びＴＭ波とされている。そして，たとえば，調整部１６が，一方のＱＰＳＫ信号の偏波面を４５度回転させる。その上で合波することで，８ＰＳＫ信号を得ることができる。

多値位相変調信号を得るための方法の好ましい態様は，第１の位相変調信号及び第２の位相変調信号が，４値の位相変調ＱＰＳＫ信号であり，多値位相変調信号が，振幅位相変調（ＡＰＳＫ）信号である。ＱＡＭ信号は，ＡＰＳＫ信号の一種であるから，ＱＡＭ信号を得る方法と同様にしてＡＰＳＫ信号を得ることができる。

２つのＱＰＭＺＭを用いた１６ＱＡＭマッピング
図２に，本発明の１６ＱＡＭ信号を得るための多値位相変調回路の原理図を示す。この例では，偏波面が異なる２つのＱＰＳＫ信号を重ね合わせることで，１６ＱＡＭ信号が得られる。ＱＰＳＫ１からの信号の偏波面をＴＥモードとし，ＱＰＳＫ２からの信号の偏波面をＴＭモードとした。これらの信号が打ち消さずに干渉しあうため，１６値のＱＡＭ信号を得ることができる。すなわち，２つのＱＰＳＫ信号を組み合わせることで，位相ダイアグラムにおいて，等間隔な１６個のシンボルをマッピングすることができる。

１６ＱＡＭのためのＱＰＭＺＭ
本実施例では，ＬｉＮｂＯ_３導波路と，シリコンベースのＰＬＣを光学的に結合したものを用いて，１６ＱＡＭ変調用のＱＰＭＺＭ（４つの並列したＭＺＭ）を具備する変調器を製造した。このＱＰＭＺＭは，４つのＭＺＭ（ＭＺＭ−Ｉ，ＭＺＭ−Ｑ，ＭＺＭ−ｉ及びＭＺＭ−ｑ）が，並列に結合されていた。換言すると，このＱＰＭＺＭは，２つのＤＰＭＺＭ（２つの並列したＭＺＭ）を具備していた。そして，それぞれのＭＺＭは進行波型の電極（ＲＦ_ＸＩ，ＲＦ_ＸＱ，ＲＦ_ＹＩ，およびＲＦ_ＹＱ）を有していた。Ｐ_ａｂ及びＰ_ｃｄは，メインマッハツェンダー電極である。２つのＤＰＭＺＭは，それぞれ４値の位相変調信号を出力するため，図３において，ＱＰＳＫ１（Ｘ）及びＱＰＳＫ２（Ｙ）のように表記されている。２つのＤＰＭＺＭの入力及び出力は，その末端において偏波保持ファイバの偏光ビームコンバイナー（ＰＢＣ）により結合された。ＱＰＳＫ１（Ｘ）の出力が偏波保持ファイバのファスト軸へ入射し，ＱＰＳＫ２（Ｙ）からの出力信号が偏波保持ファイバのスロー軸へ入射する。このため，ＰＢＣにより，両偏光の直交関係を維持したまま合波される。このようにして多値の位相変調信号を得ることができた。

１６ＱＡＭ変調用変調器
図４は，本実施例で用いた装置の概略構成図である。送信器側では,外部キャビティ半導体レーザからの連続光がＱＰＭＺＭにより１６ＱＡＭ変調された。変調器のそれぞれのアームを，常用される４チャンネルパルスパターン発生器によって生成された，１２．５Ｇｂ／ｓの２値ＮＲＺ（non-return−to−zero）のＰＲＢＳ（pseudo random bit sequence）データであって，データ長が２９−１のものを用いて，プッシュプル駆動した。

まず，偏光子（Ｐｏｌ）の角度を０度とし，Ｘ側のＱＰＳＫ信号（ＴＥモードのＱＰＳＫ信号）を作成した。次に，偏光子の角度を９０度とし，Ｙ側のＱＰＳＫ信号（ＴＭモードのＱＰＳＫ信号）を作成した。その後，偏光子の角度を１２０度として，ＸとＹとを合成し，ＱＡＭ信号を作成した。このようにして，１６値のＱＡＭ信号を得ることができた。

受信器側では，デジタルホモダイン検波器を用いて信号を復調した。このデジタルホモダイン検波器は，光学的９０度のハイブリッドカプラを用いて，信号とローカルオシレータ（ＬＯ）光とを混合した。簡単のため，ＬＯと信号光とを共通の半導体レーザを用いて生成した。ハイブリッドカプラは，その４つの出力ポートの間に９０度の位相オフセットを与えた。そして，［０度，１８０度］及び［−９０度，９０度］の組のバランスト光検波により，ＬＯに射影されたＩ成分とＱ成分とを回復した。検出された光信号を高速ＡＤコンバータに入力した。そして，ＱＡＭ信号用に調整したデジタル信号プロセッサにより，信号とＬＯとの位相差を計算した。このようにして，Ｉ成分とＱ成分とを回復した。

図５（ａ）は，ＱＰＳＫ１（Ｘ）を駆動して得られるコンスタレーションマップ（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｍａｐ）である。図５（ｂ）は，ＱＰＳＫ２（Ｙ）を駆動して得られるマップである。図５（ｃ）は，得られたＱＡＭ信号のマップである。図５（ｃ）から，１６ＱＡＭが生成できたことが分かる。さらに，図５（ｃ）から得られたＱＡＭ信号は，きわめて良好な位置に配置されており，各分布点を容易に分離できることがわかる。

本発明は，光多値信号を発生する回路や方法を提供できるので，光情報通信などの分野で好適に利用されうる。

１１第１の光位相変調器
１２第１の偏波面調整部
１３第２の光位相変調器
１４第２の偏波面調整部
１５合波部
１６調整部
１７分離部

Claims

位相変調信号を得るための第１の光位相変調器（１１）と，
前記第１の光位相変調器（１１）から出力される第１の位相変調信号の偏波面を調整するための第１の偏波面調整部（１２）と，
位相変調信号を得るための第２の光位相変調器（１３）と，
前記第２の光位相変調器（１３）から出力される第２の位相変調信号の偏波面を調整するための第２の偏波面調整部（１４）と，を有し，
前記第１の位相変調信号と前記第２の位相変調号のいずれか一方がＴＥ波であり，残りがＴＭ波であり，前記第１の位相変調信号が第１の４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号であり，前記第２の位相変調信号が第２の４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号であり，
前記第１のＱＰＳＫ信号と前記第２のＱＰＳＫ信号のいずれか一方の偏波面を４５度回転させる調整部（１６）と，
前記調整部（１６）を経た前記第１のＱＰＳＫ信号と前記第２のＱＰＳＫ信号を合波して８値の位相変調（８ＰＳＫ）信号を生成するための合波部（１５）と，
前記合波部（１５）が合波した合波信号に前記８ＰＳＫ信号以外の信号が含まれている場合に，前記８ＰＳＫ信号とそれ以外の信号とを分離する分離部（１７）と，をさらに有する
偏波合成回路。
複数の位相変調信号を合波して，光多値信号を得るための方法であって，
第１の４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号と第２の４値の位相変調（ＱＰＳＫ）信号のいずれか一方がＴＥ波であり，残りがＴＭ波となるように調整する偏波面調整工程と，
前記第１のＱＰＳＫ信号と前記第２のＱＰＳＫ信号のいずれか一方の偏波面を４５度回転させる調整工程と，
前記調整工程で偏波面を調整した前記第１のＱＰＳＫ信号と前記第２のＱＰＳＫ信号と合波して８値の位相変調（８ＰＳＫ）信号を生成するための合波工程と，
前記合波工程で合波された合波信号に前記８ＰＳＫ信号以外の信号が含まれている場合に，前記８ＰＳＫ信号とそれ以外の信号とを分離する信号分離工程と，
を含む，方法。