JP5823927B2 - 光変調回路 - Google Patents

Description

本発明は、光信号を生成するための光変調回路に関する。

大容量の光伝送システムにおいては、伝送する光信号の周波数帯域において、光周波数利用効率向上のため、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の多値変調、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等の直交周波数多重変調を適用することが盛んに検討されている。

図１に、従来の多値光変調回路の一例を示す。多値光変調回路の一つとして、多値電圧信号をマッハツェンダ干渉回路の２つのアーム導波路に逆相で印加するプッシュプル駆動方式の変調器が知られている。入力信号は、光分岐回路１０１により光導波路１０２及び光導波路１０３に分岐される。光分岐回路１０１は、方向性結合器、ＭＭＩ（Multimode Interference）、Ｙ分岐１×２カプラ等を用いることができる。光導波路１０２には第１の光変調電極１０４、光導波路１０３には第２の光変調電極１０５が形成されている。

駆動電圧Ｖ、光導波路中を伝搬する光信号の位相を半波長変化させる印加電圧Ｖ_πとしたとき、φ＝（π／Ｖ_π）・Ｖとして、第１の光変調電極１０４及び第２の光変調電極１０５のそれぞれに、＋φ／２、−φ／２の位相変調が与えられる。その後、変調された信号は、光結合回路１０６により結合されて出力信号となる。このとき、出力光信号の電界Ｅはｃｏｓ（φ／２）で表される。

図２に、駆動電圧に対する出力光信号の応答曲線を示す。図１の多値光変調回路における変調出力は、駆動電圧に対する応答曲線が非線形（正弦波）である。多値の電気信号である駆動電圧を与えた場合に、多値の出力光信号の信号レベルが、理想的な信号レベルからのズレが生じてしまう。すなわち、出力光信号は、応答曲線が線形の三角波である場合に得られる理想的な等間隔の信号レベルを有していない。

Shogo Yamanaka, Takayuki Kobayashi, Akihide Sano, Hiroji Masuda, Eiji Yoshida, Yutaka Miyamoto, Tadao Nakagawa, Munehiko Nagatani, and Hideyuki Nosaka, "11 x 171 Gb/s PDM 16-QAM Transmission over 1440 km with a Spectral Efficiency of 6.4 b/s/Hz using High-Speed DAC," Proc. ECOC 2010, paper We. 8. C. 1 (2010)

図３に、従来の多値光変調回路における光損失を示す。上述した信号レベルのズレを抑えるために、応答曲線の線形とみなせる領域を利用していた。しかしながら、駆動電圧の振幅を、光損失が最小となる２Ｖ_πから小さくすると、図３に示すように光損失が生じてしまうという問題があった（例えば、非特許文献１参照）。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力光信号の非線形性が抑制された光変調回路を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の一実施態様は、光信号を入力する光入力ポートと、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する１×２光カプラと、前記１×２光カプラの各々の出力に接続された光変調手段と、前記光変調手段の各々の出力を結合して光出力ポートに出力する２×１光カプラとを含む光変調回路において、Ｎを２以上の整数とするとき、前記光変調手段は、前記１×２光カプラの一方の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第１の１×Ｎ光分岐手段と、前記１×２光カプラの他方の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第２の１×Ｎ光分岐手段と、前記第１の１×Ｎ光分岐手段の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第１のＮ×１光合波手段と、前記第２の１×Ｎ光分岐手段の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第２のＮ×１光合波手段とを含み、前記１×２光カプラと前記第１および第２の１×Ｎ光分岐手段との間、または前記第１および第２のＮ×１光合波手段と前記２×１光カプラの間の少なくとも一方に、複数の光学的経路に対して光位相変調を行うための光位相変調手段を備え、前記光入力ポートと前記光出力ポートとの間の２Ｎ個の光学的経路に、少なくとも１つ以上の光位相変調手段を備え、ｎを２以上Ｎ以下の整数とするとき、前記第１及び第２の１×Ｎ光分岐手段の第１番目の光学的経路と第ｎ番目の光学的経路の光強度比は、１：１／（２ｎ−１） ² であり、前記第１番目の光学的経路と前記第ｎ番目の光学的経路において、光位相変調手段に与えられる位相変調の入力電圧に対する応答周期比は、１：１／（２ｎ−１）であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、光位相変調を行う光学的経路の並列数Ｎを増やすことにより、理想的な信号レベルズレが減少し、非線形性を抑制することができる。また、複数の光学的経路に対して、それぞれに変調用電極を形成して変調を行うことにより、印加電圧を低減または電極長を縮小することができる。

従来の多値光変調回路の一例を示す図である。 従来の多値光変調回路における駆動電圧に対する出力光信号の応答曲線を示す図である。 従来の多値光変調回路における光損失を示す図である。 本発明の基本的な考え方を説明するための図である。 図４の光変調回路により得られる応答曲線を示す図である。 出力光信号の信号レベルと理想的な信号レベルとのズレを評価する方法を説明するための図である。 光変調部の並列数Ｎと評価値Ｄとの関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る光変調回路の構成を示す図である。 実施例１に係る光変調回路の等価回路を示す図である。 本発明の実施例２に係る光変調回路の構成を示す図である。 実施例２に係る光変調回路の等価回路を示す図である。 本発明の実施例３に係る光変調回路の構成を示す図である。 実施例３に係る光変調回路により得られる応答曲線を示す図である。 本発明の実施例４に係る光変調回路の構成を示す図である。 本発明の実施例５に係る光変調回路の構成を示す図である。 実施例５に係る光変調回路により得られる応答曲線を示す図である。 本発明の実施例６に係る光変調回路の構成を示す図である。 本発明の実施例７に係る光変調回路の構成を示す図である。 本発明の実施例８に係る光変調回路の構成を示す図である。 本発明の実施例９に係るベクトル変調器の構成を示す図である。 従来のベクトル変調器の一例を示す図である。 ベクトル変調器の４値駆動時の出力信号ダイアグラムを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（本発明の基本的考え方）
図４を参照して、本発明の基本的考え方を説明する。本発明の一実施形態に係る光変調回路は、光信号を入力する光入力ポート４０１と、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する第１の１×２光カプラ４０２とを備える。第１の１×２光カプラ４０２の各々の出力には、第１および第２の光変調手段が接続されている。

第１の光変調手段は、第１の１×２光カプラ４０２の一方の出力に光学的に接続された第２の１×２光カプラ４０３と、第２の１×２光カプラ４０３の２本の出力導波路に光学的に接続された第１の２×１光カプラ４０５とを含む。

第２の光変調手段は、第１の１×２光カプラ４０２の他方の出力に光学的に接続された第３の１×２光カプラ４０４と、第３の１×２光カプラ４０４の２本の出力導波路に光学的に接続された第２の２×１光カプラ４０６とを含む。

第１の２×１光カプラ４０５及び第２の２×１光カプラ４０６の出力は、第３の２×１光カプラ４０７の入力に光学的に接続され、第３の２×１光カプラ４０７の出力は、光出力ポート４０８に光学的に接続されている。

第１の１×２光カプラ４０２と第２の１×２光カプラ４０３との間の導波路には、光位相変調手段として第１の光変調電極４０９が形成され、第１の１×２光カプラ４０２と第３の１×２光カプラ４０４との間の導波路には、光位相変調手段として第２の光変調電極４１０が形成されている。

第２の１×２光カプラ４０３の一方の出力と第１の２×１光カプラ４０５との間の導波路には、第３の光変調電極４１１が形成され、第２の１×２光カプラ４０３の他方の出力と第１の２×１光カプラ４０５との間の導波路には、第４の光変調電極４１２が形成されている。第３の１×２光カプラ４０４の一方の出力と第２の２×１光カプラ４０６との間の導波路には、第５の光変調電極４１３が形成され、第５の１×２光カプラ４０４の他方の出力と第２の２×１光カプラ４０６との間の導波路は、第６の光変調電極４１４が形成されている。

第２の１×２の光カプラ４０３の、第３の光変調電極４１１に接続されている出力ポートと第４の光変調電極４１２に接続されている出力ポートとの光強度分岐比は、１：９である。第１の２×１の光カプラ４０５の、第３の光変調電極４１１に接続されている入力ポートと第４の光変調電極４１２に接続されている入力ポートとの光強度結合比も１：９である。第３の１×２の光カプラ４０４の、第５の光変調電極４１３に接続されている出力ポートと第６の光変調電極４１４とに接続されている出力ポートの光強度分岐比は、１：９である。第１の２×１の光カプラ４０６の、第５の光変調電極４１３に接続されている入力ポートと第６の光変調電極４１４に接続されている入力ポートとの光強度結合比も１：９である。

このようにして、第１および第２の光変調手段は、１×２光分岐手段と２×１光合波手段とを含む。さらに、第１および第２の光変調手段は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の並列に接続された光学的経路を含むように、１×Ｎ光分岐手段とＮ×１光合波手段とを含むことができる。

ここで、第１の光変調電極４０９の変調度を＋φ１、第２の光変調電極４１０の変調度を−φ１、第３の光変調電極４１１の変調度を＋φ２、第４の光変調電極４１２の変調度を＋φ３、第５の光変調電極４１３の変調度を−φ２、第６の光変調電極４１４の変調度を−φ３としたとき、
φ１＋φ２＝３×φ／２ かつ φ１＋φ３＝φ／２
を満たすようにする。

この光変調回路の変調度および光強度比は、三角波のフーリエ展開である式（１）による。

このように二次のフーリエ成分を加えることにより、駆動電圧に対する応答曲線の非線形性を抑えることができる。例えば、図４の光変調回路においては、第２の１×２光カプラ４０３および第３の１×２光カプラ４０４における光強度分岐比が１：９であり、かつ、第１の２×１光カプラ４０５および第２の２×１光カプラ４０６における光強度結合比が１：９である。したがって、±(φ_１＋φ_２)を付与される光信号と±(φ_１＋φ_３)を付与される光信号との強度比は、トータルで１：８１になる。一方、光信号の電界振幅比は、強度比の平方根となるため、トータルで１：９となり、式（１）を満足する。

図５に、図４の光変調回路により得られる応答曲線を示す。応答曲線の線形とみなせる領域が拡大され、線形性が改善されているのがわかる。

本実施形態の光変調回路においては、二次の成分のみを検討して説明したが、同様に高次のフーリエ成分を一次の成分に加えていくことによって、駆動電圧に対する応答曲線の非線形性を抑えることができる。一般化すると、本実施形態にかかる光変調回路は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の並列に接続された光学的経路を有する。ｎを１以上Ｎ以下の整数とし、第ｎ番目の光学的経路は、駆動電圧Ｖに対して光分岐回路により各経路に分岐された光信号の電界Ｅ_０を以下のように変化させる。

そして、光結合回路により、各経路で変調された光信号を結合する。ここで、第１番目と第ｎ番目の光学的経路に、光信号が光強度比１：１／（２ｎ−１）^２で分岐されるように光分岐回路を設計し、第１番目と第ｎ番目の光変調部からの光信号が光強度比１：１／（２ｎ−１）^２で結合されるように光結合回路を設計する。式（２）から分かるように、第１番目と第ｎ番目の光学的経路において与えられる位相変調の入力電圧に対する応答周期比は１：１／（２ｎ−１）である。

本実施形態においては、複数の光学的経路に対して、それぞれに変調用電極を形成して変調を行うことにより、１つの変調用電極により１つの光学的経路に変調を与える構成と比較して、印加電圧を低減または電極長を縮小することができる。

また、本実施形態は、基板材料として、ＸカットＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）と、ＺカットＬＮと、電気光学効果を有する酸化物結晶、半導体またはポリマのいずれかを用いることができる。さらに、マッハツェンダ干渉回路の光変調電極を、シングルエンド信号で駆動するシングル駆動とするか、または差動信号で愚答するデュアル駆動とするかは問わず、同様の効果を奏することに留意されたい。

図６を参照して、出力光信号の信号レベルと理想的な信号レベルとのズレを評価する方法について説明する。ズレの評価値を以下のように定義する。

ここで、Ｍは変調多値数、Ｅ_ｋは実際の出力光信号レベル、Ｅ_{ｋ，ｉｄｅａｌ}は理想的な信号レベル、Ｅ_ＭＡＸは最大信号レベルである。Ｅ_ＭＡＸは、ここでは１．００に規格化している。

図７に、変調多値数Ｍ＝４、８、１６を変えたときの、第１および第２の光変調手段に含まれるＮ個（Ｎは２以上の整数）の並列に接続された光学的経路の並列数Ｎに対する評価値Ｄの変化を示す。基本的には、並列数Ｎの増加に伴い評価値Ｄは減少する。つまり、並列数Ｎを増やすことによりズレが減少し、非線形性が抑制される。

ただし、変調多値数が小さい場合、必ずしも単調減少にならない。例えばＭ＝４の場合には、Ｄ（Ｎ＝２）＝０．８％に対し、Ｄ（Ｎ＝３）＝１．１％となる。すなわち、４値変調に対しては、Ｎ＝２が最適である。８値変調、１６値変調に対しては、並列数Ｎの増加によるズレの減少と、光変調回路の構成が複雑になることとのトレードオフを勘案して、変調多値数を選択する必要がある。

以下、実施例を説明する。

図８に、本発明の実施例１に係る光変調回路の構成を示す。実施例１の光変調回路は、光信号を入力する光入力ポート８０１と、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する第１の１×２光カプラ８０２とを備えている。第１の１×２光カプラ８０２の各々の出力には、第１および第２の光変調手段が接続されている。

第１の光変調手段は、第１の１×２光カプラ８０２の一方の出力に光学的に接続された第２の１×２光カプラ８０３と、第２の１×２光カプラ８０３の２本の出力導波路に光学的に接続された第１の２×１光カプラ８０５とを含む。

第２の光変調手段は、第１の１×２光カプラ８０２の他方の出力に光学的に接続された第３の１×２光カプラ８０４と、第３の１×２光カプラ８０４の２本の出力導波路に光学的に接続された第２の２×１光カプラ８０６とを含む。

第１の２×１光カプラ８０５及び第２の２×１光カプラ８０６の出力は、第３の２×１光カプラ８０７の入力に光学的に接続され、第３の２×１光カプラ８０７の出力は、光出力ポート８０８に光学的に接続されている。

第１の１×２光カプラ８０２と第２の１×２光カプラ８０３との間の導波路には、光位相変調手段として第１の光変調電極８０９が形成され、第１の１×２光カプラ８０２と第３の１×２光カプラ８０４との間の導波路には、光位相変調手段として第２の光変調電極８１０が形成されている。

第２の１×２光カプラ８０３の一方の出力と第１の２×１光カプラ８０５との間の導波路には、光位相変調手段として第３の光変調電極８１１が形成され、第３の１×２光カプラ８０４の一方の出力と第２の２×１光カプラ８０６との間の導波路には、光位相変調手段として第４の光変調電極８１２が形成されている。

第１の光変調電極８０９、第２の光変調電極８１０、第３の光変調電極８１１、第４の光変調電極８１２の長さは等しく、ｘを１より大きい実数として、印加される電圧は、されざれＶ、−Ｖ、（ｘ−１）×Ｖ、−（ｘ−１）×Ｖとする。第１の光変調電極８０９及び第２の光変調電極８１０は、複数の光学的経路に対して光位相変調を行う。

図９に、実施例１に係る光変調回路の等価回路を示す。実施例１の光変調回路と同じ変調度および光強度比を有する光変調回路であって、１つの変調用電極により１つの光学的経路に変調を与える構成とする。この光変調回路における最大の印加電圧はｘＶである。これに対して、実施例１に係る光変調回路においては、最大の印加電圧は（ｘ−１）×Ｖであり、印加電圧の低減が実現されていることがわかる。

図１０に、本発明の実施例２に係る光変調回路の構成を示す。実施例１の光変調回路の変形例を示す。光変調回路は、光信号を入力する光入力ポート１００１と、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する第１の１×２光カプラ１００２とを備える。第１の１×２光カプラ１００２の各々の出力には、第１および第２の光変調手段が接続されている。

第１の光変調手段は、第１の１×２光カプラ１００２の一方の出力に光学的に接続された第２の１×２光カプラ１００３と、第２の１×２光カプラ１００３の２本の出力導波路に光学的に接続された第１の２×１光カプラ１００５とを含む。

第２の光変調手段は、第１の１×２光カプラ１００２の他方の出力に光学的に接続された第３の１×２光カプラ１００４と、第３の１×２光カプラ１００４の２本の出力導波路に光学的に接続された第２の２×１光カプラ１００６とを含む。

第１の２×１光カプラ１００５及び第２の２×１光カプラ１００６の出力は、第３の２×１光カプラ１００７の入力に光学的に接続され、第３の２×１光カプラ１００７の出力は、光出力ポート１００８に光学的に接続されている。

第１の１×２光カプラ１００２と第２の１×２光カプラ１００３との間の導波路には、光位相変調手段として第１の光変調電極１００９が形成され、第１の１×２光カプラ１００２と第３の１×２光カプラ１００４との間の導波路には、光位相変調手段として第２の光変調電極１０１０が形成されている。

第２の１×２光カプラ１００３の一方の出力と第１の２×１光カプラ１００５との間の導波路には、光位相変調手段として第３の光変調電極１０１１が形成され、第３の１×２光カプラ１００４の一方の出力と第２の２×１光カプラ１００６との間の導波路には、光位相変調手段として第４の光変調電極１０１２が形成されている。

ｙを１より大きい実数として、第１の光変調電極１００９、第２の光変調電極１０１０、第３の光変調電極１０１１、第４の光変調電極１０１２の電極長は、各々Ｌ、−Ｌ、（ｙ−１）×Ｌ、−（ｙ−１）×Ｌであ。各々の電極に印加される電圧の大きさは等しく、かつ印加される電圧の符号は、第１の光変調電極１００９及び第３の光変調電極１０１１が同符号であり、第２の光変調電極１０１０及び第４の光変調電極１０１２が同符号であり、前者と後者で反転している。また、第１の光変調電極１００９及び第２の光変調電極１０１０は、複数の光学的経路に対して光位相変調を行う。

図１１に、実施例２に係る光変調回路の等価回路を示す。実施例２の光変調回路と同じ変調度および光強度比を有する光変調回路であって、１つの変調用電極により１つの光学的経路に変調を与える構成とする。この光変調回路における最長の電極長はｙＬである。これに対して、実施例２に係る光変調回路においては、最長の電極長は（ｙ−１）×Ｌであり、電極長の縮小が実現されていることがわかる。

図１２に、本発明の実施例３に係る光変調回路の構成を示す。光変調回路は、光信号を入力する光入力ポートと、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する第１の１×２光カプラ１２０４とを備える。第１の１×２光カプラ１２０４の一方の出力には、光強度分岐比９：１の第２の１×２光カプラ１２０５が光学的に接続され、第１の１×２光カプラ１２０４の他方の出力には、光強度分岐比９：１の第３の１×２光カプラ１２０６が光学的に接続されている。

第２の１×２光カプラ１２０５の２本の出力導波路は、光強度結合比９：１の第１の２×１光カプラ１２０７の２本の入力に光学的に接続され、第３の１×２光カプラ１２０６の２本の出力導波路は、光強度結合比９：１の第２の２×１光カプラ１２０８の２本の入力に光学的に接続される。第１の２×１光カプラ１２０７及び第２の２×１光カプラ１２０８の出力は、光強度結合比１：１で結合する第３の２×１光カプラ１２０９の入力に光学的に接続され、第３の２×１光カプラ１２０９の出力は、光出力ポートに光学的に接続されている。

第１の１×２光カプラ１２０４の出力と、第２の１×２光カプラ１２０５及び第３の１×２光カプラ１２０６との間に変調電極１２０１を形成し、第２の１×２光カプラ１２０５及び第３の１×２光カプラ１２０６の分岐比９の導波路（破線で示した第１の光変調経路）には変調電極１２０２を形成し、第２の１×２光カプラ１２０５及び第３の１×２光カプラ１２０６の分岐比１の導波路（一点鎖線で示した第２の光変調経路）には変調電極１２０３を形成する。変調電極１２０１、１２０２、１２０３は、プッシュプル型の変調電極である。また、第１の光変調経路には、２つの光変調部の位相差をゼロにするための位相調整部１２２１，１２２２を設けた。

変調電極１２０１と１２０３とは等しい長さとし、多値電気信号を電気アンプ１２３１，１２３２で増幅して、抵抗１２３５，１２３６で終端された変調電極１２０１と１２０３とを駆動する。変調電極１２０２は、この長さの３分の１の長さとし、変調電極１２０１に印加する電圧をインバータ１２３４により反転させ、電気アンプ１２３３で増幅して、抵抗１２３７で終端された変調電極１２０２を駆動する。

分岐比９の導波路からなる第１の光変調経路の応答Ｅ_１と、分岐比１の導波路からなる第２の光変調経路の応答Ｅ_２とが、以下を満たすように設計する。

実施例３に係る光変調回路全体の応答は、Ｅ＝０．９Ｅ_１＋０．１Ｅ_２となる。

図１３に、実施例３に係る光変調回路により得られる応答曲線を示す。駆動電圧を等間隔、振幅２Ｖ_πの４値で駆動した場合、理想的な出力光信号レベル−１．００、−０．３３、＋０．３３、＋１．００に対し、従来の単独ＭＺＭでは、−１．００、−０．５０、＋０．５０、＋１．００となる一方、実施例３では、−１．００、−０．３５、＋０．３５、＋１．００となり、応答の線形性が向上し、より理想に近い信号レベルが得られる。

図１４に、本発明の実施例４に係る光変調回路の構成を示す。実施例３に係る光変調回路において、変調電極１２０２を省略した変形例である。実施例３の変調電極１２０１に相当する変調電極１４０１の長さは、実施例３の変調電極１２０３に相当する変調電極１４０２の１／２の長さとした。これにより簡易な変調回路が実現でき、駆動系もより簡易になる。実施例４においても光変調回路全体の応答は、Ｅ＝０．９Ｅ_１＋０．１Ｅ_２となり、従来の光変調回路と比較して応答の線形性が向上する。

図１５に、本発明の実施例５に係る光変調回路の構成を示す図である。光変調回路は、光信号を入力する光入力ポートと、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する第１の１×２光カプラ１５０６とを備える。第１の１×２光カプラ１５０６の一方の出力には、光強度分岐比２２５：３４の第２の１×２光カプラ１５０８が光学的に接続され、第１の１×２光カプラ１５０６の他方の出力には、光強度分岐比２２５：３４の第３の１×２光カプラ１５０９が光学的に接続されている。

第２の１×２光カプラ１５０８の一方の出力には、光強度結合比２２５：３４の第１の２×１光カプラ１５１０が光学的に接続され、第２の１×２光カプラ１５０８の他方の出力には、光強度分岐比２５：９の第４の１×２光カプラ１５１２が光学的に接続されている。第３の１×２光カプラ１５０９の一方の出力には、光強度結合比２２５：３４の第２の２×１光カプラ１５１１が光学的に接続され、第３の１×２光カプラ１５０９の他方の出力には、光強度分岐比２５：９の第５の１×２光カプラ１５１３が光学的に接続されている。

第４の１×２光カプラ１５１２の２本の出力導波路は、光強度結合比２５：９の第４の２×１光カプラ１５１４の２本の入力に光学的に接続され、第５の１×２光カプラ１５１３の２本の出力導波路は、光強度結合比２５：９の第５の２×１光カプラ１５１５の２本の入力に光学的に接続される。第４の２×１光カプラ１５１４の出力は、第１の２×１光カプラ１５１０の入力に光学的に接続され、第５の２×１光カプラ１５１５の出力は、第２の２×１光カプラ１５１１の入力に光学的に接続される。

第１の２×１光カプラ１５１０及び第２の２×１光カプラ１５１１の出力は、第３の２×１光カプラ１５０７の入力に光学的に接続され、第３の２×１光カプラ１５０７の出力は、光出力ポートに光学的に接続されている。

第１の１×２光カプラ１５０６の出力と、第２の１×２光カプラ１５０８及び第３の１×２光カプラ１５０９との間に変調電極１５０１を形成し、第２の１×２光カプラ１５０８及び第３の１×２光カプラ１５０９の分岐比２２５の導波路（一点鎖線で示した第１の光変調経路）には変調電極１５０４を形成し、第２の１×２光カプラ１５０８及び第３の１×２光カプラ１５０９の分岐比３４の導波路（破線で示した第２の光変調経路）には変調電極１５０２を形成する。第４の１×２光カプラ１５１２及び第５の１×２光カプラ１５１３の分岐比２５の導波路（二点鎖線で示した第３の光変調経路）には変調電極１５０５を形成する。第４の１×２光カプラ１５１２及び第５の１×２光カプラ１５１３の分岐比９の導波路（破線で示した第２の光変調経路）には変調電極１５０３を形成する。

また、第１の光変調経路及び第３の光変調経路には、２つの光変調部の位相差をゼロにするための位相調整部１５２１，１５２２及び位相調整部１５２３，１５２４を設けた。

変調電極１５０１、変調電極１５０２、変調電極１５０３、変調電極１５０４、及び第５の変調電極の各々の長さの比を、５：５：５：２：１とする。多値電気信号を電気アンプ１５３１，１５３２，１５３３で増幅して、抵抗１５３７，１５３８，１５３９で終端された変調電極１５０１，１５０２，１５０３を駆動する。変調電極１５０４及び変調電極１５０５に印加する電圧は、変調電極１５０１に印加する電圧をインバータ１５３６により反転させ、電気アンプ１５３４，１５３５で増幅する。

第１、第２、及び第３の光学的経路の印加電圧に対する光強度の応答が下記を満たすように設計する。

第１、第２、及び第３の光学的経路を通過する光の光強度比を２２５：２５：９（＝１：１／９：１／２５）となるように設計する。実施例４に係る光変調回路全体の応答は、Ｅ＝（２２５Ｅ_１＋２５Ｅ_２＋９Ｅ_３）／２５９となる。

図１６に、実施例５に係る光変調回路により得られる応答曲線を示す。実施例３及び実施例４よりも、さらに線形に近い応答が得られることがわかる。

図１７に、本発明の実施例６に係る光変調回路の構成を示す。実施例５に係る光変調回路において、変調電極１５０４．１５０５を省略した変形例である。実施例５の変調電極１５０１，１５０２，１５０３に相当する変調電極１７０１，１７０２，１７０３の長さは、１：２：２とする。これにより簡易な変調回路が実現でき、駆動系もより簡易になる。実施例６においても光変調回路全体の応答は、下記を満たすように設計する。

実施例６に係る光変調回路全体の応答は、Ｅ＝（２２５Ｅ_１＋２５Ｅ_２＋９Ｅ_３）／２５９となり、実施例５と同様の応答が得られる。

図１８に、本発明の実施例７に係る光変調回路の構成を示す。図１４に示した実施例４に係る光変調回路において、実施例４の変調電極１４０１，１４０２に相当する変調電極１８０１，１８０２を、縦続して接続することにより、駆動系（電気アンプ１８３１と抵抗１８３２）を一系統に集約することができる。なお、変調電極１８０２，１８０１の順に、縦続接続した構成としてもよい。

図１９に、本発明の実施例８に係る光変調回路の構成を示す。図１７に示した実施例６に係る光変調回路において、実施例６の変調電極１７０１，１７０２，１７０３に相当する変調電極１９０１，１９０２，１９０３を、縦続して接続することにより、駆動系（電気アンプ１９３１と抵抗１９３２）を一系統に集約することができる。なお、変調電極１９０３，１９０２，１９０１の順に、縦続接続した構成としてもよい。

図２０に、本発明の実施例９に係るベクトル変調器の構成を示す。ベクトル変調器は、光信号を入力する光入力ポートと、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する１×２光カプラ２００３とを備えている。１×２光カプラ２００３の各々の出力には、図１８に示した実施例７に係る光変調回路２００１，２００２が光学的に接続されている。

光変調回路２００１は、Ｉチャネルの多値電気信号で変調し、光変調回路２００２は、Ｑチャネルの多値電気信号で変調する。光変調回路２００１の出力と、π／２位相差付与回路２００４を介した光変調回路２００２の出力とを、２×１光カプラ２００５の入力に光学的に接続する。

図２１に、従来のベクトル変調器の一例を示す。比較のために、図１に示した多値光変調回路を並列に配置したベクトル変調器を示す。

図２２に、ベクトル変調器の４値駆動時の出力信号ダイアグラムを示す。各々４値のＩ、Ｑチャネル信号（振幅２Ｖ_π）で駆動した場合の出力信号ダイアグラムであり、◆印は理想的な信号点、△は印は図２１に示した従来のベクトル変調器の信号点、○印は図２０に示した実施例９のベクトル変調器の信号点である。実施例９のベクトル変調器は、従来のベクトル変調器に比べ、信号点の理想点からのズレが少ないことがわかる。

１０１ 光分岐回路
１０２，１０３ 光導波路
１０４，１０５，４０９〜４１４，８０９〜８１２，１００９〜１０１２，１２０１〜１２０３，１４０１，１４０２，１５０１〜１５０５，１７０１〜１７０３，１８０１，１８０２，１９０１〜１９０３ 光変調電極
４０１，８０１，１００１ 光入力ポート
４０２〜４０４，８０２〜８０４，１００２〜１００４，１２０４〜１２０６，１５０６，１５０８，１５０９，１５１２，１５１３，２００３ １×２光カプラ
４０５〜４０７，８０５〜８０７，１００５〜１００７，１２０７〜１２０９，１５０７，１５１０，１５１１，１５１４，１５１５，２００５ ２×１光カプラ
４０８，８０８，１００８ 光出力ポート
１２２１，１２２２，１５２１〜１５２４ 位相調整部
１２３１〜１２３３，１５３１〜１５２５，１８３１，１９３１，２０１１，２０１２ 電気アンプ
１２３４，１５３６ インバータ
１２３５〜１２３７，１５３７〜１５４１，１８３２，１９３２，２０１３，２０１５ 抵抗
２００１，２００２ 光変調回路
２００４ π／２位相差付与回路

Claims (3)

1. 光信号を入力する光入力ポートと、入力された光信号を光強度比１：１で分岐する１×２光カプラと、前記１×２光カプラの各々の出力に接続された光変調手段と、前記光変調手段の各々の出力を結合して光出力ポートに出力する２×１光カプラとを含む光変調回路において、
   Ｎを２以上の整数とするとき、前記光変調手段は、
   前記１×２光カプラの一方の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第１の１×Ｎ光分岐手段と、
   前記１×２光カプラの他方の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第２の１×Ｎ光分岐手段と、
   前記第１の１×Ｎ光分岐手段の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第１のＮ×１光合波手段と、
   前記第２の１×Ｎ光分岐手段の出力に光学的に接続された少なくとも１つの光カプラから構成される第２のＮ×１光合波手段とを含み、
   前記１×２光カプラと前記第１および第２の１×Ｎ光分岐手段との間、または前記第１および第２のＮ×１光合波手段と前記２×１光カプラの間の少なくとも一方に、複数の光学的経路に対して光位相変調を行うための光位相変調手段を備え、
   前記光入力ポートと前記光出力ポートとの間の２Ｎ個の光学的経路に、少なくとも１つ以上の光位相変調手段を備え、
   ｎを２以上Ｎ以下の整数とするとき、
   前記第１及び第２の１×Ｎ光分岐手段の第１番目の光学的経路と第ｎ番目の光学的経路の光強度比は、１：１／（２ｎ−１） ² であり、
   前記第１番目の光学的経路と前記第ｎ番目の光学的経路において、光位相変調手段に与えられる位相変調の入力電圧に対する応答周期比は、１：１／（２ｎ−１）であることを特徴とする光変調回路。
2. 複数の光位相変調手段の光変調電極が縦続に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調回路。
3. 光信号を入力する光入力ポートと、
   入力された光信号を光強度比１：１で分岐する１×２光カプラと、
   前記１×２光カプラの各々の出力に接続された請求項１または２に記載の光変調回路と、
   前記光変調回路の各々の出力を結合して光出力ポートに出力する２×１光カプラと
   を備えたことを特徴とするベクトル変調器。

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