JP6106062B2 - Light modulator - Google Patents
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Description
本発明は、光通信システムに応用可能な光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator applicable to an optical communication system.
光ファイバ通信システムにおいて、受信感度を向上し、伝送距離を伸ばすことは重要な課題である。近年、デジタル信号処理(Digital Signal Processing、DSP)とコヒーレント伝送技術を組み合わせたデジタルコヒーレント技術の急速な発展により、光通信における変調フォーマットの選択肢が大きく広がったため、変調フォーマットの工夫により受信感度を向上させる試みが盛んに行われている。 In an optical fiber communication system, improving reception sensitivity and extending transmission distance are important issues. In recent years, the rapid development of digital coherent technology that combines digital signal processing (DSP) and coherent transmission technology has greatly expanded the options for modulation formats in optical communications. There are many attempts.
受信感度の高い変調方式の一つとして、3Dシンプレックス変調が挙げられる。光伝送においては、直交する2偏波をX及びY偏波とすると、X偏波同相(XI)、X偏波直交(XQ)、Y偏波同相(YI)、Y偏波直交(YQ)の最大4軸を用いた変調が可能であるが、3Dシンプレックス変調はこのうち3軸を用い、これらの軸によって張られる3次元空間内で正四面体(3Dシンプレックス)の頂点の位置に信号点を配置する変調方式である。3Dシンプレックス変調は2bit/symbolの変調であり、同じ2bit/symbolの変調である偏波多重2値位相変調(Dual−Polarization Binary Phase−Shift Keying、DP−BPSK)に比べ理論上1.2dB良好な受信感度を示す(非特許文献1、2)。
One modulation method with high reception sensitivity is 3D simplex modulation. In optical transmission, assuming that two orthogonal polarizations are X and Y polarization, X polarization in-phase (XI), X polarization quadrature (XQ), Y polarization in-phase (YI), and Y polarization quadrature (YQ) However, 3D simplex modulation uses 3 of these, and the signal point is located at the apex of the regular tetrahedron (3D simplex) in the 3D space spanned by these axes. Is a modulation scheme. 3D simplex modulation is modulation of 2 bits / symbol, which is theoretically 1.2 dB better than polarization-multiplexed binary phase modulation (dual-polarization binary phase-shift keying, DP-BPSK), which is the same 2 bit / symbol modulation. The reception sensitivity is shown (
3Dシンプレックス信号を生成する方法としては、図1に示す通り、偏波多重4値位相変調(Dual−Polarization Quadrature Phase−Shift Keying、DP−QPSK)変調器を特定の相関を持たせたデータ信号で駆動する方法が知られている(非特許文献2)。 As a method for generating a 3D simplex signal, as shown in FIG. 1, a polarization multiplexed quaternary phase modulation (dual-polarization phase-shift keying, DP-QPSK) modulator is used with a data signal having a specific correlation. A driving method is known (Non-Patent Document 2).
図1は、従来の3Dシンプレックス変調器100の回路構成を示す図である。図1に記載の3Dシンプレックス100は、入力光Einが入力される入力ポート101と、入力光Einを分岐比1:1に分岐して出力する、対称光分岐手段となる光分岐器130と、光分岐器130の各出力ポートに接続された4値位相変調手段となるQPSK変調器191、192と、QPSK変調器192の出力ポートに接続された90度偏波回転手段となる偏波光回転器151と、QPSK変調器191の出力ポート及び偏波光回転器151の出力ポートに接続された偏波光結合手段となる偏波光結合器152と、偏波光結合器152の出力ポートに接続され、出力光Eoutを出力する出力ポート102とを備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional 3D simplex modulator 100. Figure 1 3D simplex 100 according to the
QPSK変調器191は、光分岐器130からの一方の出力光を分岐比1:1に分岐して出力する、対称光分岐手段となる光分岐器131と、光分岐器131の各出力ポートに接続された2値位相変調手段となるBPSK変調器111、112と、BPSK変調器112の出力ポートに接続された、アーム間位相差をπ/2に設定する位相調整手段となる位相調整器121と、BPSK変調器111の出力ポート及び位相調整器121の出力ポートに接続され、偏波光結合器152に結合光を出力する対称光結合手段となる光結合器132とを備える。QPSK変調器192についても、光分岐器130からの他方の出力光を分岐比1:1に分岐して出力する光分岐手段となる光分岐器133と、光分岐器133の各出力ポートに接続された2値位相変調手段となるBPSK変調器113、114と、BPSK変調器114の出力ポートに接続されたアーム間位相差をπ/2に設定する位相調整手段である位相調整器122と、BPSK変調器113の出力ポート及び位相調整器122の出力ポートに接続され、偏波光結合器152に結合光を出力する対称光結合手段である光結合器134とを備える。
The
3Dシンプレックス100のBPSK変調器111〜113は、それぞれバイナリデータ信号d1〜d3によって駆動され、BPSK変調器114はオフ状態(光を通さない状態)となるよう設定される。ここで、d1とd2は独立な任意の送信データ信号であり、d3は、
The
となるように生成する。 To be generated.
以下、便宜上、BPSK変調器111〜114の動作偏波をX、Xと直交する偏波をYとし、入力ポート101に強度1のX偏波連続光を入力する場合を考える。出力ポート102からの出力光電界のX偏波、Y偏波成分をそれぞれEX、EYとすると、
For the sake of convenience, let us consider a case where the operating polarization of the
となる。ここで係数 It becomes. Where coefficient
は光分岐器及び光結合器130〜134の電界透過関数に対応し、各偏波チャネルの光路において合計3段通過することから、式2及び3において3乗されている。また、bn(n=1〜3)は、それぞれBPSK変調器111〜113の変調パラメータであり、シンボル点(時間軸上でのシンボルの中心タイミング)においては、dn=0のときbn=−1(位相π)、dn=1のときbn=+1(位相0)の値を取るものとする。従って、d1、d2の値とXI(EXの実部)、XQ(EXの虚部)、YI(EYの実部)、YQ(EYの虚部)各成分の値の対応は以下に示す表の通りとなる。
Corresponds to the electric field transmission functions of the optical branching units and
XI、XQ、YIの3次元空間において、上記4信号点を結ぶと一辺の長さが1の正四面体が得られることがわかる。すなわち、3Dシンプレックス変調信号が得られていることがわかる。 In the three-dimensional space of XI, XQ, and YI, it can be seen that a regular tetrahedron with one side length of 1 can be obtained by connecting the four signal points. That is, it can be seen that a 3D simplex modulation signal is obtained.
しかしながら、上記従来技術には、変調器構成に起因する原理的な光損失が大きくなってしまうという問題があった。ただし、ここで言う「変調器構成に起因する原理的な光損失」(以下、「原理損失」という。)とは、光導波路の導波損失やプロセスエラーによる損失等がゼロであるような理想条件下においても、光信号の合成過程で不可避的に生じる光損失を示す。従来技術において、入力光強度を1とした場合のシンボル点における出力光強度は、数式1において|EX+EY|2に相当するが、いずれの場合においても常に|EX+EY|2=3/8となり、原理損失4.26dBが生じることがわかる。
However, the above prior art has a problem that the fundamental optical loss due to the modulator configuration becomes large. However, the “principal optical loss due to the modulator configuration” (hereinafter referred to as “principle loss”) here is an ideal in which the waveguide loss of the optical waveguide and the loss due to process error are zero. Even under conditions, the optical loss inevitably occurs in the optical signal synthesis process. In the prior art, the output light intensity at the symbol point when the input light intensity is 1 corresponds to | E X + E Y | 2 in
また、従来技術においては、バイナリデータ信号d3を生成するためのXORゲートを含む電子回路が必要となる上、2bit/symbolの変調のために、バイナリデータ信号d1、d2、d3を送信する、3系統のバイナリデータ駆動系と4個のBPSK変調器を用いており、装置が必要以上に複雑であるという問題があった(一般に、Nbit/symbolの変調のために必要なバイナリデータ駆動系とBPSK変調器の数はそれぞれN個である)。各バイナリデータ駆動系には駆動信号を増幅するためのドライバアンプが必要となるため、消費電力低減の観点からもデータ駆動系は少ない方が良い。 Further, in the prior art, an electronic circuit including an XOR gate for generating the binary data signal d 3 is required, and the binary data signals d 1 , d 2 , and d 3 are converted for 2 bit / symbol modulation. There is a problem that the system uses three binary data driving systems and four BPSK modulators for transmission, and the apparatus is more complicated than necessary (generally, binary data necessary for Nbit / symbol modulation). There are N drive systems and BPSK modulators each). Since each binary data drive system requires a driver amplifier for amplifying a drive signal, the number of data drive systems is preferably small from the viewpoint of reducing power consumption.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、原理的な光損失が小さく、かつ構成がシンプルな3Dシンプレックス光変調器を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a 3D simplex optical modulator having a small optical loss and a simple configuration.
本発明の実施形態である光変調器は、入力光を強度比2:3で分岐する第1の非対称光分岐手段であって、分岐後の光のうち光強度の弱い分岐光を前記第1の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに出力し、光強度の強い分岐光を前記第1の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに出力する、第1の非対称光分岐手段と、前記第1の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに接続された第1の2値位相変調手段と、前記第1の2値位相変調手段の出力ポートに接続され、前記第1の2値位相変調手段からの入力光を強度比2:1で分岐する第2の非対称光分岐手段であって、分岐後の光のうち光強度の強い分岐光を前記第2の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに出力し、光強度の弱い分岐光を前記第2の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに出力する、第2の非対称光分岐手段と、前記第1の非対称光分岐手段の第1の出力ポートおよび前記第2の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに接続された中間光結合手段と、前記中間光結合手段の出力ポートに接続された第2の2値位相変調手段と、前記第2の非対称光分岐手段の第2の出力ポート及び前記第2の2値位相変調手段の出力ポートに接続された直交偏波光結合手段と、を備えることを特徴とする。 Optical modulator is the implementation form of the invention, input light intensity ratio of 2: a first asymmetric light branching means for branching at 3, wherein the weak branched light ones light intensity of the light after the branch first A first asymmetric light branching means that outputs to a first output port of one asymmetric light branching means and outputs a branched light having a strong light intensity to a second output port of the first asymmetric light branching means; A first binary phase modulation means connected to a second output port of the first asymmetric optical branching means; an output port of the first binary phase modulation means; and the first binary value A second asymmetric light branching means for branching the input light from the phase modulation means at an intensity ratio of 2: 1, wherein the branched light having a high light intensity among the branched lights is the second of the second asymmetric light branching means. 1 to the output port of the first asymmetrical light, and the branched light having a low light intensity is output to the second output port of the second asymmetric light branching means. Output to the first asymmetrical light branching means, a first output port of the first asymmetrical light branching means, and an intermediate optical coupling means connected to the first output port of the second asymmetrical light branching means A second binary phase modulation means connected to the output port of the intermediate optical coupling means, a second output port of the second asymmetric optical branching means, and an output of the second binary phase modulation means And orthogonally polarized light coupling means connected to the port.
また、本発明の他の実施形態の光変調器は、前記第1の非対称光分岐手段と前記中間光結合手段を結ぶ光路中の少なくとも1本に光位相調整手段を備えることを特徴とする。 An optical modulator according to another embodiment of the present invention includes an optical phase adjusting unit in at least one of optical paths connecting the first asymmetrical optical branching unit and the intermediate optical coupling unit.
本発明を用いれば、原理的な光損失が小さく、かつ構成がシンプルな3Dシンプレックス光変調器を提供することができる。 By using the present invention, it is possible to provide a 3D simplex optical modulator that has a small optical loss and a simple configuration.
本発明は、変調器の回路構成に関するものであって、その効果は、変調器を形成する材料には依存しないため、以下に示す各実施形態においては、特に材料は指定しない。変調器を形成する材料としては、電気光学(Electro−Optic:EO)効果の一種であるポッケルス効果を有するLiNbO3(LN)やKTa1xNbxO3やK1−yLiyTa1−xNbxO3などの多元系酸化物結晶、電界吸収(Electro−Absorption:EA)効果や量子閉じ込めシュタルク効果(Quantum Confined Stark Effect:QCSE)による屈折率または吸収係数の変調が可能なGaAs系やInP系の化合物半導体、クロモフォアなどのEO効果を有するポリマなどを用いることができる。さらには、複雑な構成の変調器回路を低損失に作製するため、非特許文献1で示されているように、上記の材料を使用した基板と石英系平面光波回路(Planar Lightwave Circuit:PLC)基板との異種基板接合型構成を用いてもよい。さらには、偏波回転手段や偏波結合手段としてはバルク型の光学素子を用いてもよい。
The present invention relates to a circuit configuration of a modulator, and the effect thereof does not depend on the material forming the modulator. Therefore, in the following embodiments, no material is specified. As a material for forming the modulator, LiNbO 3 (LN) having a Pockels effect, which is a kind of electro-optic (EO) effect, KTa 1x Nb x O 3, and K 1-y Li y Ta 1-x Multi-element oxide crystals such as Nb x O 3, GaAs-based or InP capable of modulating refractive index or absorption coefficient by electro-absorption (EA) effect or quantum confined stark effect (QCSE) Polymers having an EO effect such as compound semiconductors and chromophores can be used. Furthermore, in order to manufacture a modulator circuit having a complicated configuration with low loss, as shown in Non-Patent
以下、各実施形態において、2値位相変調手段となるBPSK変調器についてはマッハツェンダ干渉計(Mach−Zehnder Interferometer、MZI)を利用したMZI型回路を用いることが最も一般的である。非特許文献3で詳しく論じられている通り、アーム間位相差+π〜−πを与える電圧振幅により、MZI型回路をプッシュプル駆動すれば、駆動電気信号ノイズに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑え、シンボル間干渉を抑制することができるというメリットがある。しかし、本発明の効果は、BPSK変調器の具体的構成には依存することはないので、例えば直線型の位相変調器等を用いても良い。
Hereinafter, in each embodiment, it is most common to use an MZI type circuit using a Mach-Zehnder Interferometer (MZI) as a BPSK modulator serving as a binary phase modulation means. As discussed in detail in
なお、特に断りのない場合、MZI型回路の両アームの光路長は、全て等長とする。実際には、プロセスエラーやDCドリフト等により両アームの光路長のズレが生じるが、このような光路長のズレは、一般的には位相シフタの調整により補償される。ここで、光路長の補償量は、MZIの材料や製造条件、また、変調器の使用環境等によって様々に異なるため、一意に定まるものではない。このため、以下の各実施形態における位相シフタの位相シフト量の値には、光路長の補償のための位相シフト分は含まないものとする。 Unless otherwise specified, the optical path lengths of both arms of the MZI circuit are all equal. Actually, a shift in the optical path lengths of both arms occurs due to a process error, a DC drift, or the like, but such a shift in optical path length is generally compensated by adjusting a phase shifter. Here, the compensation amount of the optical path length varies depending on the MZI material, the manufacturing conditions, the usage environment of the modulator, and the like, and thus is not uniquely determined. For this reason, the value of the phase shift amount of the phase shifter in each of the following embodiments does not include the phase shift for compensating the optical path length.
また、以下、実施形態においては数式による説明を簡易化するため位相シフタは、MZI型回路の一方のアームのみに配置しているが、MZI型回路においてはアーム間の位相差が本質的なパラメータであるため、位相シフタを他方のアームに配置しても、また両方のアームに配置しても同じ効果が得られることは自明であり、本発明の効果は、位相シフタを配置するアーム(一方のアーム、他方のアーム、両方のアーム)の選択には依存しない。 In the following embodiments, the phase shifter is disposed only on one arm of the MZI type circuit in order to simplify the explanation using mathematical formulas. However, in the MZI type circuit, the phase difference between the arms is an essential parameter. Therefore, it is obvious that the same effect can be obtained regardless of whether the phase shifter is arranged on the other arm or both arms. The other arm, both arms).
また、本明細書では、モデル簡易化のため、光分岐器、結合器、BPSK変調器、偏波変調器、その他の回路要素(後述の偏波回転器、偏波結合器を含む)、およびそれらをつなぐ光導波路は、全て過剰損失ゼロの理想的な場合を仮定する。また、偏波変調器と偏波回転器を除く全ての回路要素は偏波回転を生じない理想的な場合を仮定する。ただし、実際には導波路の伝搬損失や光分岐及び結合に伴う過剰損失等が存在し、光路間の損失バランスが崩れる場合がある。その場合には、光分岐器の分岐比を以下に示す理想モデルの値からずらしたり、光路中に強度調整器(わざと光損失を生じさせる機構など)を設ける等の方法で損失アンバランスを補償することが望ましい。 Further, in this specification, in order to simplify the model, an optical splitter, a coupler, a BPSK modulator, a polarization modulator, other circuit elements (including a polarization rotator and a polarization coupler described later), and The optical waveguide connecting them assumes the ideal case with zero excess loss. It is assumed that all circuit elements except for the polarization modulator and the polarization rotator do not cause polarization rotation. However, in reality, there are propagation loss of the waveguide, excess loss associated with optical branching and coupling, and the loss balance between the optical paths may be lost. In such a case, the loss ratio is compensated by shifting the branching ratio of the optical splitter from the ideal model value shown below or installing an intensity adjuster (such as a mechanism that intentionally generates optical loss) in the optical path. It is desirable to do.
[第1の実施形態]
図2は、本発明の第1の実施形態である3Dシンプレックス変調器200の回路構成を示す図である。図2に記載の3Dシンプレックス変調器200は、入力光Einが入力される入力ポート201と、入力光Einを2つの異なる強度の光(光強度比4:1)に分岐して出力する、非対称光分岐手段となる光分岐器230と、光分岐器230の一方の出力ポート(第1の出力ポート)に接続された4値位相変調手段となるQPSK変調器291と、光分岐器230の他方の出力ポート(第2の出力ポート)に接続された2値位相変調手段となるBPSK変調器213と、QPSK変調器291及びBPSK変調器213の各出力ポートに接続された直交偏波光結合手段となる偏波光結合回路281と、偏波光結合回路281の出力ポートに接続され、出力光Eoutを出力する出力ポート202とを備える。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the 3D simplex modulator 200 according to the first embodiment of the present invention. 3D simplex modulator 200 according to Figure 2, an
QPSK変調器291は、光分岐器230からの一方の出力光を分岐比1:1に分岐する対称光分岐手段となる光分岐器231と、光分岐器231の各出力ポートに接続された2値位相変調手段となるBPSK変調器211、212と、BPSK変調器212の出力ポートに接続された、アーム間位相差をπ/2に設定する位相調整手段となる位相調整器221と、BPSK変調器211の出力ポート及び位相調整器221の出力ポートに接続され、偏波光結合回路281に結合光を出力する対称光結合手段となる光結合器232とを備え、光分岐器231と光結合器232により構成されるMZI型回路の一方のアームにBPSK変調器211が、他方のアームにBPSK変調器212及び位相調整器221が配置されている構成となる。
The QPSK modulator 291 includes an optical branching
偏波光結合回路281は、BPSK変調器213から出力した偏波を90度回転させる偏波光変換手段となる偏波光回転器251と、光結合器232の出力ポートおよび偏波光回転器251の出力ポートに接続される偏波光結合器252とを備える。
The polarization
入力ポート201から、光Einが入力され、光分岐器230に入力されるが、以下、便宜上、BPSK変調器211〜213の動作偏波をX、Xと直交する偏波をYとし、入力ポート201に強度1のX偏波連続光を入力する場合を考える。光分岐器230は、入力ポート201より入力された光Einを、光強度比4:1で分岐し、QPSK変調器291に接続される第1の出力ポートに強度の強い分岐光Ein1を出力し、BPSK変調器213に接続される第2の出力ポートに強度の弱い分岐光Ein2を出力する。光分岐器231は、分岐光Ein1を1:1に分岐した分岐光Ein3及びEin4を、それぞれBPSK変調器211と212とにそれぞれ出力する。分岐光Ein3は、BPSK変調器211においてバイナリデータ信号d1により変調され出力光Eout3として出力され、また分岐光Ein4は、BPSK変調器212においてバイナリデータ信号d2により変調される出力光Eout4として出力される。一方で、分岐光Ein2はBPSK変調器213においてバイナリデータ信号d3により変調され、出力光Eout2として出力される。バイナリデータ信号d1とd2は、従来例と同様に、独立な任意の送信データ信号であり、d3はd1とd2のXOR演算により与えられる。
The optical E in is input from the
出力光Eout4は、位相調整器221により、出力光Eout3に対してπ/2だけ位相変化を与えられるように調整され、光結合器232において出力光Eout3と結合され、出力光Eout1として光結合器232から出力される。また、出力光Eout2は、偏波光回転器251により90度回転され(X偏波からY偏波に回転され)、偏波光結合器252において、出力光Eout1と直交偏波合成され、出力光Eoutとして出力ポート202から出力される。
Output light E out4 is the
本例においてはQPSK変調器291からの出力光がX偏波、BPSK変調器213からの出力光がY偏波として出力ポート202から出力される。従って、出力ポート202からの出力光電界のX偏波、Y偏波成分をそれぞれEX、EYとすると
In this example, output light from the
となる。ここで係数 It becomes. Where coefficient
および and
は非対称光分岐手段230の電界透過関数に対応し、
Corresponds to the electric field transmission function of the asymmetrical
は光分岐器231および光結合器232の電界透過関数に対応している。また、bn(n=1〜3)は、それぞれBPSK変調器211〜213の変調パラメータであり、シンボル点(時間軸上でのシンボルの中心タイミング)においては、dn=0のときbn=−1(位相π)、dn=1のときbn=+1(位相0)の値を取るものとする。
Corresponds to the electric field transmission functions of the
本実施例においては、d1、d2の値とXI(EXの実部)、XQ(EXの虚部)、YI(EYの実部)、YQ(EYの虚部)各成分の値の対応は以下に示す表の通りとなる。
In the present embodiment, (the real part of E X)
XI、XQ、YIの3次元空間において、上記4信号点を結ぶと一辺の長さが In the three-dimensional space of XI, XQ, and YI, the length of one side is obtained by connecting the four signal points.
の正四面体が得られることがわかる。すなわち、3Dシンプレックス変調信号が得られていることがわかる。また、式4及び5においては、|EX+EY|2=3/5となり、原理損失は2.22dBとなることがわかる。すなわち、本実施例においては、従来技術より約2dB少ない原理損失で3Dシンプレックス信号を得ることができる。
It can be seen that a regular tetrahedron is obtained. That is, it can be seen that a 3D simplex modulation signal is obtained. Further, in
なお、本実施例においては、X偏波側とY偏波側でシンボルタイミングを合わせるため、入力ポート201からQPSK変調器291を経て出力ポート202へ至る光路の光路長と、入力ポート201からBPSK変調器213を経て出力ポート202へ至る光路の光路長はほぼ等しくなるように設計する必要がある。
In this embodiment, in order to match the symbol timing on the X polarization side and the Y polarization side, the optical path length of the optical path from the
また、BPSK変調器211を含む光路とBPSK変調器212を含む光路とにおける光信号の相対位相を高精度にπ/2に制御できる作製技術を利用でき、かつDCバイアスドリフトを生じない材料を用いる場合には、位相調整器221は不要となる。
In addition, a production technique capable of controlling the relative phase of the optical signal in the optical path including the
[第2の実施形態]
図3は、本発明の第2の実施形態である3Dシンプレックス変調器300の回路構成を示す図である。図3の3Dシンプレックス変調器300は、入力光Einが入力される入力ポート301と、入力光Einを2つの異なる強度の光(光強度比2:3)に分岐して出力する、第1の非対称光分岐手段となる光分岐器330と、光分岐器330の一方の出力ポート(第1の非対称光分岐手段の第1の出力ポート)に接続された、アーム間位相差をπ/2に設定する位相調整手段となる位相調整器321と、光分岐手段330の他方の出力ポート(第1の非対称光分岐手段の第2の出力ポート)に接続された2値位相変調手段となるBPSK変調器311とを備える。また、3Dシンプレックス変調器300は、BPSK変調器311の出力ポートに接続され、BPSK変調器311からの出力光を2つの強度の異なる光(光強度2:1)に分岐して出力する、第2の非対称光分岐手段となる光分岐器331と、位相調整器321及び光分岐器331の一方の出力ポート(第2の非対称光分岐手段の第1の出力ポート)に接続された中間光結合手段となる光結合器341とを備える。すなわち、光分岐器330と光結合器341により構成されるMZI型回路の一方のアームに位相調整器321が、他方のアームにBPSK変調器311及び光分岐器331が配置されている構成となる。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a 3D simplex modulator 300 according to the second embodiment of the present invention. 3D simplex modulator 300 of FIG. 3, an
さらに、3Dシンプレックス変調器300は、光結合器341の出力ポートに接続された2値位相変調手段となるBPSK変調器312と、BPSK変調器312の出力ポート及び光分岐器331の他方の出力ポート(第2の非対称光分岐手段の第2の出力ポート)に接続された直交偏波光結合手段となる偏波光結合回路381と、偏波光結合回路381の出力ポートに接続され、出力光Eoutを出力する出力ポート302とを備える。
Further, the 3D simplex modulator 300 includes a
偏波光結合回路381は、光結合器331の他方の出力ポートから出力した偏波を90度回転させる偏波光変換手段となる偏波光回転器351と、BPSK変調器312の出力ポートおよび偏波光回転器351の出力ポートに接続される偏波光結合器352とを備える。
The polarization
入力ポート301から、光Einが入力され、光分岐器330に入力されるが、以下、便宜上、BPSK変調器311、312の動作偏波をX、Xと直交する偏波をYとし、入力ポート301に強度1のX偏波連続光を入力する場合を考える。光Einは、光分岐器330によりそれぞれ強度の異なる光に分岐される。ここで、光分岐器330は、入力ポート301より入力された光Einを、光強度比2:3で分岐し、位相調整器321に接続される第1の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに強度の弱い分岐光Ein1を出力し、BPSK変調器311に接続される第1の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに強度の強い分岐光Ein2を出力する。分岐光Ein2は、BPSK変調器311においてバイナリデータ信号d1により変調され出力光Eout2として出力され、分岐光Ein1は、位相調整器321により出力光Eout2に対してπ/2だけ位相変化を与えられるように調整される。
The optical E in is input from the
出力光Eout2は、光分岐器331によりそれぞれ強度の異なる光にさらに分岐される。ここで、光分岐器331は、出力光Eout2を、光強度比2:1で分岐し、光結合器341に接続される第2の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに強度の強い分岐光Eout3を出力し、偏波光結合回路381の偏波光回転器351に接続される第2の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに強度の弱い分岐光Eout4を出力する。
The output light E out2 is further branched into light having different intensities by the
光結合器341は、位相調整器321からの出力光Ein1とEout3とを結合し、結合光Ein5を出力する。結合光Ein5は、BPSK変調器312においてバイナリデータ信号d2により変調され出力光Eout5として出力される。出力光Eout4は、偏波光回転器251により90度回転され(X偏波からY偏波に回転され)、偏波光結合器352において、出力光Eout5と直交偏波合成され、出力光Eoutとして出力ポート302から出力される。
The
本例においては、BPSK変調器312からの出力光がX偏波、非対称光分岐器331の光強度の小さい方の出力光がY偏波として出力ポート302から出力される。従って、出力ポート302からの出力光電界のX偏波、Y偏波成分をそれぞれEX、EYとすると、
In this example, the output light from the
となる。ここで係数 It becomes. Where coefficient
および and
は光分岐器330の電界透過関数に、係数
Is a coefficient in the electric field transmission function of the
および and
は光分岐器331の電界透過関数に、係数
Is a coefficient in the electric field transmission function of the
は光結合器341の電界透過関数に対応している。また、b1、b2はそれぞれBPSK変調器311、312の変調パラメータであり、シンボル点(時間軸上でのシンボルの中心タイミング)においては、dn=0のときbn=−1(位相π)、dn=1のときbn=+1(位相0)の値を取るものとする。
Corresponds to the electric field transmission function of the
本実施例においては、d1、d2の値とXI(EXの実部)、XQ(EXの虚部)、YI(EYの実部)、YQ(EYの虚部)各成分の値の対応は以下に示す表の通りとなる。
In the present embodiment, (the real part of E X)
XI、XQ、YIの3次元空間において、上記4信号点を結ぶと一辺の長さが In the three-dimensional space of XI, XQ, and YI, the length of one side is obtained by connecting the four signal points.
の正四面体が得られることがわかる。すなわち、3Dシンプレックス変調信号が得られていることがわかる。また、式6及び7においては、|EX+EY|2=3/5となり、原理損失は2.22dBとなることがわかる。すなわち、本実施例においては、従来技術より約2dB少ない原理損失で3Dシンプレックス信号を得ることができる。 It can be seen that a regular tetrahedron is obtained. That is, it can be seen that a 3D simplex modulation signal is obtained. Further, in Equations 6 and 7, it is found that | E X + E Y | 2 = 3/5, and the principle loss is 2.22 dB. That is, in this embodiment, a 3D simplex signal can be obtained with a principle loss of about 2 dB less than that of the prior art.
さらに、本実施例においては、2系統の独立なバイナリデータ駆動系と2個のBPSK変調器しか用いていないため、従来例(XORによって関連付けられた3系統のバイナリデータ駆動系、4個のBPSK変調手段)に比べ構成がシンプルである。 Further, in this embodiment, since only two independent binary data driving systems and two BPSK modulators are used, the conventional example (three binary data driving systems associated by XOR, four BPSKs) The configuration is simple compared to the modulation means).
なお、本実施例においては、X偏波側とY偏波側でシンボルタイミングを合わせるため、非対称光分岐器331からBPSK変調器312を経由して出力ポート302へ至る光路の光路長と、非対称光分岐器331からBPSK変調器312を経由せずに出力ポート302へ至る光路の光路長はほぼ等しくなるように設計する必要がある。
In this embodiment, since the symbol timing is matched between the X polarization side and the Y polarization side, the optical path length of the optical path from the asymmetric
また、光分岐器330からBPSK変調器311を経由して光結合器341に至る光路と光分岐器330からBPSK変調器311を経由せず光結合器341に至る光路とにおける光信号の相対位相を高精度にπ/2に制御できる作製技術を利用でき、かつDCバイアスドリフトを生じない材料を用いる場合には、位相調整器321は不要となる。
Further, the relative phase of the optical signal in the optical path from the
101、201、301 入力ポート
102、202、302 出力ポート
111、112、113、114、211、212、213、311、312 BPSK変調器
191、192、291 QPSK変調器
121、122、221、321 位相調整器
230、330、331 非対称光分岐器
132、134、232、341 光結合器
281、381 偏波光結合回路
151、251、351 偏波光回転器
152、252、352 偏波光結合器
101, 201, 301
Claims (2)
前記第1の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに接続された第1の2値位相変調手段と、
前記第1の2値位相変調手段の出力ポートに接続され、前記第1の2値位相変調手段からの入力光を強度比2:1で分岐する第2の非対称光分岐手段であって、前記分岐後の光のうち光強度の強い分岐光を前記第2の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに出力し、光強度の弱い分岐光を前記第2の非対称光分岐手段の第2の出力ポートに出力する、第2の非対称光分岐手段と、
前記第1の非対称光分岐手段の第1の出力ポートおよび前記第2の非対称光分岐手段の第1の出力ポートに接続された中間光結合手段と、
前記中間光結合手段の出力ポートに接続された第2の2値位相変調手段と、
前記第2の非対称光分岐手段の第2の出力ポート及び前記第2の2値位相変調手段の出力ポートに接続された直交偏波光結合手段と、
を備えることを特徴とする光変調器。 A first asymmetrical light branching means for branching the input light at an intensity ratio of 2: 3, wherein the branched light having a low light intensity among the branched light is supplied to the first output port of the first asymmetrical light branching means. First asymmetric light branching means for outputting and outputting branched light having a strong light intensity to the second output port of the first asymmetric light branching means;
First binary phase modulation means connected to a second output port of the first asymmetric light splitting means;
A second asymmetrical light branching means connected to the output port of the first binary phase modulation means and for branching the input light from the first binary phase modulation means at an intensity ratio of 2: 1; The branched light having a high light intensity out of the branched light is output to the first output port of the second asymmetric light branching means, and the branched light having a low light intensity is output to the second of the second asymmetric light branching means. A second asymmetric optical branching means for outputting to the output port;
Intermediate optical coupling means connected to the first output port of the first asymmetric light branching means and the first output port of the second asymmetric light branching means;
Second binary phase modulation means connected to the output port of the intermediate optical coupling means;
Orthogonally polarized light coupling means connected to the second output port of the second asymmetrical light branching means and the output port of the second binary phase modulating means;
An optical modulator comprising:
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