JP6931527B2 - 光送信モジュール - Google Patents

Description

本発明は光送信モジュールに関し、特に８値以上の多値強度変調光信号を生成する技術に関する。

近年、スマートフォンなど携帯型データ通信機器の爆発的な普及によりインターネット通信の通信量は増加の一途を辿っている。この通信量増大に対応する高速大容量の情報伝送の大部分は光ファイバー伝送で実現されており、装置間を接続する数１００ｍ程度の距離から、データセンタ内外の接続を行う数ｋｍ〜数１０ｋｍに至る光ファイバー伝送回線の速度の高速化が望まれている。現行の大容量伝送規格の代表は２０１０年にＩＥＥＥ８０２．３ｂａとして定められた１００ギガビットイーサネット（１００ＧｂＥ）（イーサネットは登録商標）である。また、さらなるトラフィックの増加に対応すべく４００ギガビットイーサネット（４００ＧｂＥ）の標準化作業が開始されている。

このような高速大容量通信では、レーザー光源や光変調器の動作速度の限界を克服するため、従来の２値変調にかわって多値変調の適用が検討されている。２値変調は、送信すべき２値情報信号の論理“１”、論理“０”をそれぞれ光強度の最大、最小に対応させるものである。これに対して多値変調の一つは、送信すべき多値情報信号を光強度の最大から最小の間の中間レベルを用いた多値レベルに対応させている。例えば、４００ＧｂＥにおいては、４値のパルス振幅変調(Pulse Amplitude Modulation)であるＰＡＭ４が利用される。

ＰＡＭに関して、下記特許文献１にはデジタル／アナログ変換回路（Digital Analog Converter：ＤＡＣ）を用いてデジタル信号を多値レベルの電圧信号に変換し、当該電圧信号を変調信号に用いて光変調器を駆動することで多値の光強度変調を可能とする技術が開示されている。また、下記特許文献２には、ＤＡＣを使用しないで多値の光強度変調を実現する技術として、互いに異なる振幅で２値強度変調された２つの光信号を合波器で合成することによりＰＡＭ４信号を得る方式が示されている。

特開２０１５−２０７８０３号公報 特開昭６３−５６３３号公報

今後、さらなる通信量増大に対して、８値レベルのＰＡＭ８、１６値レベルのＰＡＭ１６など、ＰＡＭ４より多値の変調方式の実用化が必要になり得る。

ＰＡＭ方式の通信では、振幅の検出分解能を向上させる上で、光出力信号のレベル間隔は均等であることが望ましい。しかし、上述のＤＡＣを用いる手法のように、多値レベルの変調信号を光変調器に入力して多値レベルの光出力信号を生成する方式では、出力レベルが等間隔になるように変調信号の多値レベルを精度良く制御することは必ずしも容易ではない。特に、一般的に光ファイバー通信に使用されるマッハツェンダー（Mach-Zehnder：ＭＺ）型変調器や電界吸収型（electro absorption：ＥＡ）変調器、或いは半導体レーザーなどの電気光変調器は非線形な変調特性を有する。そのため、変調信号とする電気信号のレベル間隔は基本的に不均等となり、光出力信号のレベルを好適に等間隔とする変調信号生成回路は複雑になったり、大型化したりするという問題がある。例えば、ＤＡＣを使用した多値ＰＡＭ変調の場合にはこの非線形性を補償するために有効ビット数(ＥＮＯＢ：Effective Number Of Bits)が大きなＤＡＣを使用する必要がある。しかし、伝送速度の増大と共にＤＡＣの処理負荷も増大しＥＮＯＢは小さくなるので、非線形性補償に十分なＥＮＯＢを有するＤＡＣを構成することが課題となり得る。

この点、強度が異なる複数の光信号を合波器で合成してＰＡＭ信号を生成する方式では、合成する各光信号は２値レベルであり１つのレベル間隔しか有さないので上述の変調特性の非線形性の影響を受けにくく、光出力信号における多値レベルの制御が比較的容易である。一方、当該方式では、合成する複数の光信号の波長を同一とするのが理想であるが、それは現実には困難であり、波長の相違に伴って発生するビート雑音やファイバー伝送時の波長分散が符号品質（伝送品質）に影響し得る。

ここで、合成する光信号の数は多値レベル数に応じて増加する。例えば、ＰＡＭ８では強度が異なる３つの光信号が必要となり、またＰＡＭ１６では４つの光信号が必要となる。合成する光信号の数が多い場合、上述の波長の相違による影響も大きくなり得るため、当該影響への対処が課題となる。

当該課題についてさらに説明する。波長合波におけるビート雑音に関しては、合波する光信号相互間に或る程度の波長差を設けることで、ＰＡＭ信号の符号品質の低下を避けることが可能である。しかし、複数の光信号の任意の組み合わせにおいてビート雑音の影響を避け得る波長差を設けようとすると、光信号の数が増えるほどそれら光信号の波長が設定される範囲が大きくなり、ファイバー伝送時の波長分散の影響が大きくなるという問題が生じる。すなわち、波長分散は、２波長の光信号を波長合波してＰＡＭ４信号を生成する場合より、３波長の光信号からＰＡＭ８信号を生成する方が大きくなり、４波長の光信号からＰＡＭ１６を生成する場合はさらに波長分散が大きくなり易い。

なお、ビート雑音は直交偏波合波では生じないが、３つ以上の光信号を互いに偏波が直交した状態とすることはできないので、偏波合波のみで８値レベル以上のＰＡＭ信号を生成することはできない。

我々は合波による８値以上のＰＡＭ信号の生成に関し上記課題が存在することを発見し、本発明を想到した。すなわち、本発明は、強度が異なる３つ以上の光信号を合波器で合成してＰＡＭ信号を生成する光送信モジュールにおいて、波長の相違に伴う上記課題を解決することを目的とする。

（１）本発明に係る光送信モジュールは、互いに異なる振幅で２値強度変調された光信号を出力する第１乃至第ｎ光信号源（ｎは３以上の自然数である。）と、複数の入力光信号を合成して１つの出力光信号を生成する合成部と、を備え、前記合成部は、互いに異なる波長を有する複数の入力光信号を偏波状態を保持しながら波長合波する波長合波器と、互いに直交する偏波状態を有する一対の入力光信号を偏波合波する偏波合波器と、を有し、前記第１乃至第ｎ光信号源からの入力光信号を合成して、２^ｎレベルにパルス振幅変調された出力光信号を生成する。

（２）上記（１）に記載の光送信モジュールにおいて、前記波長合波器にて互いに合波される２つの前記光信号源の光信号の波長λ_１，λ_２（λ_１＜λ_２である。）は、光速をＣ_０、前記光信号の変調レートをＢＲとして、

を満たす構成とすることが好適である。

（３）上記（１）及び（２）に記載の光送信モジュールにおいて、前記第１乃至第ｎ光信号源の上限波長及び下限波長をそれぞれλ_Ｍ＋Δλ，λ_Ｍ−Δλとし、光伝送路を距離Ｌ伝送した後の当該光送信モジュールの出力光信号における前記上限波長の光と前記下限波長の光との間での群遅延時間の差をΔτとし、前記上限波長及び前記下限波長は、
Δτ＝２ＬＳΔλ（λ_０−λ_Ｍ）
（ここで、λ_０は前記光伝送路の零分散波長であり、Ｓは前記光伝送路の波長分散係数の波長に対する傾きである。）で与えられるΔτが予め定められた距離Ｌに対して所定の許容値以下となるという条件を満たす構成とすることが好適である。

（４）上記（１）〜（３）に記載の光送信モジュールにおいて、前記ｎは３であり、前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ互いに同じ偏波状態を有する光信号を出力し、前記第３光信号源は、前記第１光信号源及び前記第２光信号源とは直交する偏波状態の光信号を出力し、前記波長合波器は前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波し、前記偏波合波器は、前記波長合波器の出力光信号と、前記第３光信号源の光信号とを合波する構成とすることができる。

（５）上記（１）〜（３）に記載の光送信モジュールにおいて、前記ｎは３であり、前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ互いに同じ偏波状態を有する光信号を出力し、前記第３光信号源は、前記第１光信号源及び前記第２光信号源とは直交する偏波状態の光信号を出力し、前記偏波合波器は前記第２光信号源の光信号と前記第３光信号源の光信号とを合波し、前記波長合波器は、前記偏波合波器の出力光信号と、前記第１光信号源の光信号とを合波する構成とすることができる。

（６）上記（４）及び（５）に記載の光送信モジュールにおいて、前記合成部の出力光信号における前記各光信号源の光信号の成分の相対的な強度は１，２及び４とすることができる。

（７）上記（１）〜（３）に記載の光送信モジュールにおいて、前記ｎは４であり、前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ第１の偏波状態を有する光信号を出力し、前記第３光信号源及び前記第４光信号源は互いに異なる波長、且つ前記第１の偏波状態とは直交する第２の偏波状態を有する光信号を出力し、前記波長合波器は、前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波する第１の波長合波器と、前記第３光信号源の光信号と前記第４光信号源の光信号とを合波する第２の波長合波器と、を含み、前記偏波合波器は、前記第１の波長合波器の出力光信号と、前記第２の波長合波器の出力光信号とを合波する構成とすることができる。

（８）上記（１）〜（３）に記載の光送信モジュールにおいて、前記ｎは４であり、前記第１光信号源及び前記第３光信号源は互いに異なる波長、且つ第１の偏波状態を有する光信号を出力し、前記第２光信号源及び前記第４光信号源は互いに異なる波長、且つ前記第１の偏波状態とは直交する第２の偏波状態を有する光信号を出力し、前記偏波合波器は、前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波する第１の偏波合波器と、前記第３光信号源の光信号と前記第４光信号源の光信号とを合波する第２の偏波合波器と、を含み、前記波長合波器は、前記第１の偏波合波器の出力光信号と、前記第２の偏波合波器の出力光信号とを合波する構成とすることができる。

（９）上記（１）〜（３）に記載の光送信モジュールにおいて、前記ｎは４であり、前記第１乃至第３光信号源は互いに異なる波長を有する光信号を出力し、前記第４光信号源は前記第３光信号源の偏波状態とは直交する偏波状態を有する光信号を出力し、前記偏波合波器は、前記第３光信号源の光信号と前記第４光信号源の光信号とを合波し、前記波長合波器は、前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波する第１の波長合波器と、前記偏波合波器の出力光信号と前記第１の波長合波器の出力光信号とを合波する第２の波長合波器とを含む構成とすることができる。

（１０）上記（１）〜（９）に記載の光送信モジュールにおいて、互いに直交する偏波状態の光信号を出力する２つの光信号源の一方の光信号源は、その出力光信号を他方の光信号源に対して直交した偏波状態とする偏波回転手段を有する構成とすることができる。

（１１）上記（１）〜（１０）に記載の光送信モジュールにおいて、前記光信号源は、分布帰還型レーザーと電界吸収型変調器とを有する半導体光素子とすることができる。

（１２）上記（４）〜（６）に記載の光送信モジュールにおいて、前記光信号の変調レートＢＲが２８ギガボー（ＧＢａｕｄ）であり、光伝送路における伝送距離Ｌが２キロメートル（ｋｍ）のときに、前記光信号の上限波長と下限波長との間での群遅延時間の差Δτの許容値を前記変調レートＢＲの逆数の１／５とし、前記光伝送路が、零分散波長λ_０が１３１０ナノメートル（ｎｍ）であり、波長分散係数の波長に対する傾きＳが８．７×１０^−１４秒／ｋｍ・ｎｍ^２である光ファイバーである場合に、前記第１乃至第３光信号源それぞれの波長λ_１，λ_２，λ_３が、
１３００．９ｎｍ≦λ_１≦１３０４．８４ｎｍ
１３０５．１６ｎｍ≦λ_２≦１３０９．１ｎｍ
１３００．９ｎｍ≦λ_３≦１３０９．１ｎｍ
を満たす構成とすることができる。

本発明によれば、ＰＡＭ４より高い多値レベルを有しつつ、好適な符号品質を有したＰＡＭ信号を生成できる光送信モジュールが得られる。

本発明の第１の実施形態に係る光送信モジュールの概略の構成を示す模式図である。 光信号源の構成例を表した光送信モジュールの概略の模式図である。 変調器集積型半導体レーザー素子の垂直断面構造の模式図である。 中心周波数を変化させた場合のΔλの変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る光送信モジュールの概略の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールの概略の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る光送信モジュールの概略の構成を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る光送信モジュールの概略の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る光送信モジュール１は例えば、光ファイバーを伝送路とした光通信に用いられる装置であり、３つの光信号からＰＡＭ８信号を生成し光伝送路へ出力する。図１は光送信モジュール１の概略の構成を示す模式図である。光送信モジュール１は、第１の光信号源１１、第２の光信号源１２、第３の光信号源１３及び合成部２０を有する。合成部２０は波長合波器２１と偏波合波器２２とを有し、光信号源１１，１２，１３からの入力光信号を合成して１つの出力光信号Ｓ_ＯＵＴを生成する。なお、光送信モジュール１内の部品間での光信号の伝送のために、ディスクリート部品間は光ファイバーで接続され、また集積化された部品間は導波路で接続される。なお、ディスクリート部品間の接続はこれに限定されず、光ファイバー・導波路の代わりにレンズ・ミラー等を用いた空間光学系やすべて半導体で形成された導波路で接続しても構わない。

光信号源１１，１２，１３は互いに異なる振幅で２値強度変調された光信号を生成し合成部２０へ出力する。光信号源１１，１２，１３それぞれの光信号の波長をλ_１，λ_２，λ_３と表す。光信号源１１，１２は互いに同じ偏波状態（便宜上、ＴＥモードとする。）を有する光信号を出力し、光信号源１３は光信号源１１，１２とは直交する偏波状態（便宜上、ＴＭモードとする。）の光信号を出力する。

波長合波器２１は互いに異なる波長を有する複数の入力光信号を偏波状態を保持しながら波長合波する。一方、偏波合波器２２は互いに直交する偏波状態を有する一対の入力光信号を偏波合波する。本実施形態では、波長合波器２１は光信号源１１，１２からのＴＥモードの光信号を波長合波し、それら２つの光信号を成分に含むＴＥモードの光信号を生成する。また偏波合波器２２は波長合波器２１で生成された光信号と、光信号源１３からの光信号とを偏波合波し、波長合波器２１からの光信号をＴＥモード成分とし光信号源１３からの光信号をＴＭモード成分として含む光信号を生成する。

合成部２０は偏波合波器２２で生成された光信号をＳ_ＯＵＴとして出力する。光信号源１１，１２，１３の光信号の振幅は、合成部２０の出力光信号Ｓ_ＯＵＴにおける各光信号源の光信号の成分の強度比が１：２：４となるように設定され、これにより、光送信モジュール１はＰＡＭ８信号を生成する。光送信モジュール１で生成された光信号は光ファイバーへ出力される。

図２は光信号源１１，１２，１３の構成例を示した光送信モジュール１の概略の模式図である。光信号源１１，１２，１３はそれぞれ変調器集積型半導体レーザー素子３１，３２，３３を有する。変調器集積型半導体レーザー素子３１，３２，３３はそれぞれ半導体レーザーの前方に変調器をモノリシックに集積した素子であり、半導体レーザーが出力する光信号の強度を変調器にて変調信号に基づき変調し被変調光信号を生成する。本実施形態では変調器集積型半導体レーザー素子３１は半導体レーザーとして分布帰還（Distributed Feed Back：ＤＦＢ）レーザー３１ａを備え、変調器としてＥＡ変調器３１ｂを備える。同様に、変調器集積型半導体レーザー素子３２はＤＦＢレーザー３２ａ及びＥＡ変調器３２ｂを備え、変調器集積型半導体レーザー素子３３はＤＦＢレーザー３３ａ及びＥＡ変調器３３ｂを備える。

図３は変調器集積型半導体レーザー素子３１〜３３の構造を模式的に示す図であり、一例として素子３１の光信号路に沿った垂直断面構造を示している。図３において右向きが光出力の出射方向であり、素子３１の左側にＤＦＢレーザー３１ａが配置され右側にＥＡ変調器３１ｂが配置され、それらの間に接続導波路４０が設けられている。変調器集積型半導体レーザー素子３１の上面にはＤＦＢレーザー３１ａの電極４１及びＥＡ変調器３１ｂの電極４２が配置され、下面にはＤＦＢレーザー３１ａ及びＥＡ変調器３１ｂの共通電極４３が設けられている。

通常、変調器集積型半導体レーザー素子の半導体レーザーには本実施形態のＤＦＢレーザーや、ＤＢＲレーザー等の単一波長光を出力するものが用いられる。この点、ＤＦＢレーザー３１ａ，３２ａ，３３ａもシングルモードで発振し、波長が上述したλ_１，λ_２，λ_３に基本的に維持された光を発生する。例えば、λ_１，λ_２，λ_３は光ファイバーにおける伝送損失が比較的小さい１．３ミクロンメートル（μｍ）帯の波長に設定される。

光信号源１１，１２，１３はＤＦＢレーザー３１ａ，３２ａ，３３ａへの駆動電力の供給源として図２に示すレーザー駆動回路５０を有する。なお、図２では図示の便宜上、光信号源１１，１２，１３の外にレーザー駆動回路５０を描いている。レーザー駆動回路５０はＤＦＢレーザー３１ａ，３２ａ，３３ａそれぞれに接続され、電極４１，４３間に電流を流す。これにより半導体レーザー素子は活性層に電流を注入され発光する。

半導体レーザー素子の光出力の振幅（強度）は注入電流に応じて変化する。レーザー駆動回路５０からＤＦＢレーザー３１ａ，３２ａ，３３ａそれぞれに供給される電流の大きさは別々に設定され、これにより、上述したように合成部２０の出力光信号Ｓ_ＯＵＴにおける各光信号源の光信号の成分の強度比が１：２：４となるように設定される。なお、ＤＦＢレーザー３１ａ，３２ａ，３３ａの強度は、合成部２０の出力端までの光部品及び光伝送路での損失を考慮して設定され、また光送信モジュール１ごとに異なり得る当該損失に応じて調整可能とすることが好適である。本実施形態では光信号源ごとに独立した光源（半導体レーザー）を用いているが、これに限らず一つの光源の光出力を分岐して各ＥＡ変調器に入力させてもよい。ただし、光信号源ごとに独立した光源を設けることは、各光信号源の光信号の強度の微調整が可能となるという利点がある。一つの光源を分岐した場合は各光信号源の光信号の強度は、光源の光出力ではなくＥＡ変調器に印可する電圧を調整することで吸収量を調整する必要がある。しかしＥＡ変調器に印可する電圧を変えた場合は、同時に消光比や周波数特性も変わってしまい、所望の光信号を得ることが難しい場合がある。本実施形態のように光信号源ごとに独立した光源を設けることで、各光信号源の光信号強度は光源の光出力強度の調整を行うことで調整が可能となり、ＥＡ変調器に印可する電圧を大きく変える必要がなくなり、消光比等への影響を抑えることができる。

ＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂはｐｉｎ接合を有した半導体ダイオードで構成されており、電極４２側にｐ型半導体が接続されている場合には電極４２に負の電圧を印加することにより、半導体レーザーから入力される光信号を吸収・消光し光出力が減少したオフ状態が実現される。逆に、ｐｉｎ接合に電圧を印加しなければ、光は吸収・消光されずにＥＡ変調器を通過するため、光信号のオン状態が実現される。ＥＡ変調器は特許文献２で開示されている半導体レーザーと比べて、オフ状態の光強度を十分に小さくできる。半導体レーザーの場合は、ほとんど光っていない（オフ状態）と十分に光っている（オン状態）とにより２値の光信号を生成するが、オフ状態でほぼ光っていないという状態とすると光信号の品質が劣化してしまう。対してＥＡ変調器のオフ状態はオン状態に比べて１０ｄＢ以上の消光状態を実現でき、半導体レーザーのオフ状態と比べるとより光強度が小さい状態を作ることができる。そのため、ＥＡ変調器にてＰＡＭ信号を生成した場合は半導体レーザーで生成した場合と比べると消光比が大きいという利点が得られる。

光送信モジュール１はＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂに対する制御信号を生成する変調器制御回路５１を有する。変調器制御回路５１はＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂそれぞれに接続され、それぞれの電極４２，４３間に電圧を印加し、各ＥＡ変調器のオン／オフを制御する。例えば、変調器制御回路５１は伝送する情報に応じた変調信号を入力され、当該変調信号からＥＡ変調器３１ｂのオン／オフを制御する２値の制御信号Ｍ_１を生成し、同様にＥＡ変調器３２ｂ，３３ｂに対する２値の制御信号Ｍ_２，Ｍ_３をそれぞれ生成する。例えば、ＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは共通の構成とされ、変調器制御回路５１は共通の駆動条件で各ＥＡ変調器を駆動する。つまり、ＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂがオン時に印加される電圧は共通であり、またオフ時に印加される電圧は共通である。

ＰＡＭ８では１シンボルに載せられる情報量は３ビットであり、変調器制御回路５１は変調信号にて１シンボルに対応する３ビットを１ビットずつ各光信号源に割り当て、各光信号源は当該１ビットに基づいてＥＡ変調器により変調された光信号を出力し、３つの光信号源それぞれの光信号が合成部２０にてＰＡＭ８信号に合成される。ここで、それぞれ１ビットに対応する３つの光信号は同じシンボルに合成される必要があり、これが実現されるように、変調器制御回路５１によるＥＡ変調器に対する制御信号Ｍ_１〜Ｍ_３の生成タイミングが、各ＥＡ変調器から合成部２０の出力端までの光の伝搬時間に応じて調整される。なお、当該調整を容易とする上では、各ＥＡ変調器から合成部２０の出力端までの光の伝搬時間がおおよそ同じになるように構成することが好適である。

また、素子の設計、製造を容易とする上で、変調器集積型半導体レーザー素子３１，３２，３３は波長以外は基本的に共通の構成とするのが都合がよい。そこで本実施形態では、光信号源１１，１２，１３それぞれの変調器集積型半導体レーザー素子はいずれもＴＥモードの光を出力する共通の構成とする一方、光信号源１３には偏波回転板５２を設ける。偏波回転板５２は１／２波長板であり、入力光に対し出力光の偏波状態を９０度回転させる。光信号源１３の変調器集積型半導体レーザー素子から出力された光信号は偏波回転板５２に入力され、偏波回転板５２にて偏波状態をＴＭモードに変えられた光信号が光信号源１３から出力される。なお、偏波状態を変更するためには偏波回転板に限らず他の偏波回転手段であってもよい。例えば、光ファイバーに応力を印加することで偏光状態を回転しても良い。

光送信モジュール１が１シンボルに対応する３ビット分の変調信号からＰＡＭ８の光信号を生成する構成については既に簡単に説明したが、以下、当該構成における本発明の特徴についてさらに説明する。

上述したように３ビットの変調信号は１ビットずつに分解され、互いに異なるビットが光信号源１１，１２，１３それぞれのＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂに入力される。ちなみに、変調信号はＮＲＺ（Non Return to Zero）方式である。

また、上述したように合成部２０の出力光信号Ｓ_ＯＵＴにおける光信号源１１，１２，１３それぞれの光信号成分の強度の相対的な大きさは１，２及び４となるように設定される。以下、出力光信号Ｓ_ＯＵＴにおける光信号源１１，１２，１３それぞれの光信号成分の強度をＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３と表す。

ここでは、光信号源１３のＥＡ変調器３３ｂに制御信号Ｍ_３として入力される１ビットの変調信号の値が“１”のときのＰ_３の値を基準値Ｐ_０とし、当該変調信号の値が“０”のときのＰ_３の値を０とする。そして例えば、光信号源１１，１２それぞれのＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂに制御信号Ｍ_１，Ｍ_２として入力される１ビットの変調信号の値が“１”のときのＰ_１，Ｐ_２の値をそれぞれ４Ｐ_０，２Ｐ_０とし、当該変調信号の値が“０”のときのＰ_１，Ｐ_２の値を０とする。

表１は、ＥＡ変調器３１ｂ，３２ｂ，３３ｂそれぞれに入力される１ビットの変調信号の値の組み合わせと、当該組み合わせに対する合成部２０の出力光信号Ｓ_ＯＵＴの強度との関係を示す表である。表１に示されるように、３つの光信号源から出力される互いに大きさが異なる１ビットのＮＲＺ信号を合成してＰＡＭ８信号を生成することが可能である。

本発明の１つの特徴は、複数段の合波を行って３つ以上の光信号を順次統合し１つのＰＡＭ信号を生成する際に、波長合波と偏波合波とを併用し、複数段の合波のうち１段のみを偏波合波とする点にある。この特徴に関し、光送信モジュール１は２段の合波のうち１段目を波長合波、２段目を偏波合波とする構成となっている。このように、波長合波と偏波合波とを併用することで、波長合波する光信号の数が減る。これにより、光信号の波長の数を減らしたり、光信号の波長が設定される範囲を狭めたりすることが可能となり、ビート雑音の影響を避けつつ波長分散を抑制する効果が得られる。

光送信モジュール１にて合波する光信号の波長λ_１，λ_２，λ_３に関してさらに詳しく説明する。

光信号源１１の光信号と光信号源１２の光信号とは波長合波器２１にて波長合波するので、それらの波長λ_１，λ_２は、ビート雑音の影響を回避するためλ_１≠λ_２に設定される。ここではλ_１＜λ_２とし、また、光送信モジュール１の光出力信号Ｓ_ＯＵＴの変調レートをＢＲ（単位：Ｂａｕｄ）とする。波長λ_１，λ_２の光信号を波長合波器２１で合波するときにビート雑音が、変調レートＢＲで変調された光出力信号の品質に影響を与えない条件は次式で表される。なお、Ｃ_０は光の速度であり３×１０^８メートル／秒（ｍ／ｓ）である。

（１）式の左辺は波長λ_１，λ_２の光信号を波長合波した場合のビート周波数である。（１）式は当該ビート周波数が変調レートＢＲの２倍以上であれば、受信側での応答速度制限や通常挿入される高周波カットフィルタにより伝送信号に対して影響を受けないことに基づく。波長λ_１，λ_２の中心波長をλ_Ｃとしてλ_１，λ_２をλ_１＝λ_Ｃ−Δλ，λ_２＝λ_Ｃ＋Δλと置くと、（１）式から次式が得られる。

（２）式にて等号となる場合、次式が成立する。

例えば変調レートＢＲを２８ＧＢａｕｄとし、λ_Ｃを１３０５．０ｎｍとすると、（３）式からΔλは０．１６ｎｍとなる。すなわち、波長合波する２つの光信号の波長差が０．３２ｎｍ以上であれば、合波後の光信号により伝送される情報がビート雑音により劣化することを回避できる。なお、上記計算及び以降の計算における計算結果は、適当なところで四捨五入した値で示している。

同様に（３）式を用いて、１３００ｎｍ帯の光信号伝送で用いられる波長範囲である１２６０〜１３２０ｎｍに関して、ビート雑音により劣化することを回避できる２つの光信号の波長差（２Δλ）を見積もると、ＢＲ＝２８ＧＢａｕｄの場合に、λ_Ｃ＝１２６０ｎｍでは２Δλ＝０．２９６ｎｍ、またλ_Ｃ＝１３２０ｎｍでは２Δλ＝０．３２５ｎｍが得られる。

以上説明したように波長合波におけるビート雑音の影響を回避するには（１）式又は（２）式に基づいて２つの光信号間に波長差を設ければよい。また、波長分散の影響を低減するには、その波長差は小さいことが好適であるが、その下限値は（１）式又は（２）式から定まる。

さらに波長分散について説明する。ＰＡＭ８の光出力信号Ｓ_ＯＵＴを光ファイバーで伝送する場合には光ファイバーの波長分散により発振波長の制限が生じる。光ファイバーの伝送距離Ｌでの波長分散による群遅延時間τは次式で表される。

ここでλ_０は光ファイバーの零分散波長であり、Ｓは光ファイバーの分散係数の波長に対する傾きである。例えば、一般的なシングルモード光ファイバーは１３１０ｎｍ付近に零分散波長を有する。そこで、本実施形態における計算例ではλ_０＝１３１０ｎｍとする。Ｓの値は光ファイバーの構造や波長により異なるが、１３１０ｎｍ付近に零分散波長がある一般的なシングルモード光ファイバーにおける一例では、Ｓ＝８．７×１０^−１４ｓ／ｋｍ・ｎｍ^２であり、本実施形態の計算例ではこの値を用いる。

合波する複数の光信号の波長の分布範囲の下限値、中心値、上限値をそれぞれλ_Ｌ，λ_Ｍ，λ_Ｕとして、λ_Ｌ＝λ_Ｍ−Δλ，λ_Ｕ＝λ_Ｍ＋Δλと置く。λ_Ｌ及びλ_Ｕそれぞれでの群遅延時間は（４）式から求められ、合波で生成され光ファイバーへ出力された光信号の群遅延時間の差、つまり、λ_Ｌでの群遅延時間とλ_Ｕでの群遅延時間との差Δτは次式で表される。
Δτ＝２ＬＳΔλ（λ_０−λ_Ｍ） ………（５）

遅延時間差Δτが光出力信号Ｓ_ＯＵＴにおける波長が異なる光成分間でのジッタとして現れる。ジッタは例えば、変調レートＢＲの逆数の１／１０以下であれば、つまり伝送距離Ｌにおける伝送信号の判別に影響を与えない。ここで群遅延によるジッタに対する余裕度は正負両方向に与えられる。よって、（５）式左辺を、
Δτ≦２／（１０ＢＲ）
と置くことで、波長分散の影響が許容されるΔλの範囲（及び上限値）を求めることができる。

例えば変調レートＢＲを２８ＧＢａｕｄとし、λ_Ｍを１３０５．０ｎｍとし、Ｌを２ｋｍとすると、（５）式からΔλは４．１ｎｍとなる。すなわち、光送信モジュール１において光信号の波長λ_１，λ_２，λ_３のうち最大波長λ_Ｕとなるものと最小波長λ_Ｌになるものとの差（２Δλ）が８．２ｎｍ以下であれば、合波後の光信号により伝送される情報がビート雑音により劣化することを回避できる。

よって、ＢＲ＝２８ＧＢａｕｄ，Ｌ＝２ｋｍの場合について、上述のビート雑音の影響を回避する波長の条件と、波長分散の影響を回避する波長の条件との両方を考慮すると、例えば、λ_Ｃ＝λ_Ｍ＝１３０５．０ｎｍとした場合、λ_１，λ_２は下記の範囲に設定すれば良い。
１３００．９ｎｍ≦λ_１≦１３０４．８４ｎｍ
１３０５．１６ｎｍ≦λ_２≦１３０９．１ｎｍ

一方、波長λ_３の光信号源１３の光信号は波長λ_１，λ_２の光信号源１１，１２の光信号とは直交する偏波状態であるので、偏波合波器２２における波長λ_１，λ_２の光信号成分との合波ではビート雑音は生じない。よってλ_３についてはビート雑音に関する波長条件と光ファイバーの波長分散に関する波長条件とのうち、波長分散の条件のみを考慮すればよく、λ_３は下記の範囲に設定すれば良い。
１３００．９ｎｍ≦λ_３≦１３０９．１ｎｍ

これらλ_１，λ_２，λ_３に関する設定条件にて実験を行ったところ、２８ＧｂａｕｄのＰＡＭ８、即ち８４Ｇｂ／ｓ伝送において２ｋｍ伝送後のオフラインでのエラーレート測定により１０^−５までフロアが発生しないエラーレート特性を得ることができた。この特性により前方誤り訂正（Forward Error Correction：ＦＥＣ）を施した光送信モジュールではエラーフリーの伝送を得ることができる。

図４は中心周波数を変化させた場合の（３）式、（５）式それぞれのΔλの変化を示すグラフであり、縦軸がΔλ、横軸が中心周波数である。図４において中心周波数λ_Ｃ，λ_Ｍ以外の条件は上述の計算例と共通である。すなわち、ＢＲ＝２８ＧＢａｕｄ，λ_０＝１３１０ｎｍ，Ｓ＝８．７×１０^−１４ｓ／ｋｍ・ｎｍ^２，Ｌ＝２ｋｍである。曲線６０が（３）式から得られるΔλを示し、曲線６１が（５）式から得られるΔλを示している。曲線６０はλ_１，λ_２の中心周波数λ_Ｃに対する差Δλに関し、ビート雑音に関する条件に基づく下限を表している。一方、曲線６１はλ_１，λ_２，λ_３の中心周波数λ_Ｍに対する差Δλに関し、波長分散に関する条件に基づく上限を表している。

例えば、λ_１，λ_２，λ_３のうちλ_１が最小波長λ_Ｌ、λ_２が最大波長λ_Ｕとする場合、λ_Ｃ＝λ_Ｍであり、Δλは図４の横軸の任意の位置にて曲線６０と曲線６１とに挟まれる範囲内の値にすることができる。つまり、光送信モジュール１において各光信号源の波長を、曲線６０と曲線６１とに挟まれる領域内の任意の点（λ_Ｃ，Δλ）に対応して定まるλ_１（≡λ_Ｃ−Δλ），λ_２（≡λ_Ｃ＋Δλ）と、λ_１≦λ_３≦λ_２なる範囲内に設定されるλ_３とに設定することで、光送信モジュール１の光出力信号Ｓ_ＯＵＴにおけるビート雑音及び波長分散が信号品質に与える影響を許容範囲内に収めることができる。

なお、（３）式、（５）式の条件を満たして、ビート雑音及び波長分散が信号品質に与える影響を許容範囲内に収める光送信モジュール１は、λ_３をλ_３＜λ_１又はλ_２＜λ_３なる範囲に設定しても構成できる。しかし、上述のλ_１≦λ_３≦λ_２とする構成は、λ_１，λ_２の差をビート雑音の影響を回避できる最小値とし、かつλ_３をλ_１とλ_２との間に設定することができるので、λ_３＜λ_１又はλ_２＜λ_３とする構成より波長λ_１，λ_２，λ_３の分布範囲を狭めることが可能である点で好適である。

また、偏波合成する光信号同士は同一の波長を有していてもビート雑音の影響を受けない。そのため、上述のλ_１≦λ_３≦λ_２とする構成のうち特にλ_３＝λ_１又はλ_３＝λ_２とする構成として、光信号源１１〜１３の光信号の波長を２波長に減らすことができる。この場合、変調器集積型半導体レーザー素子３３として変調器集積型半導体レーザー素子３１，３２のいずれかと同じ構成のものを用いることができる。つまり、光信号源１１〜１３にて用いる変調器集積型半導体レーザー素子の種類が減ることにより、例えば、変調器集積型半導体レーザー素子の設計や製造のコストの低減を図ることができる。

以上、光送信モジュール１に関し１３００ｎｍ帯でのＢＲが２８ＧＢａｕｄの通信について具体的な波長の例を示したが、本発明は他の波長帯や変調レートＢＲにも適用することができる。例えば、ＢＲ＝５６ＧＢａｕｄ，λ_Ｃ＝１３０５ｎｍの場合には、（３）式からビート雑音に関するλ_１，λ_２の最小波長差として２Δλ＝０．６４ｎｍが得られ、また上述の例と同様の条件にて（５）式から波長分散に関し許容される最大波長差として２Δλ＝４．１ｎｍが得られる。この計算結果から光送信モジュール１におけるλ_１，λ_２，λ_３は例えば、以下の範囲に設定すればよい。
１３０２．９５ｎｍ≦λ_１≦１３０４．６８ｎｍ
１３０５．３２ｎｍ≦λ_２≦１３０７．０５ｎｍ
１３０２．９５ｎｍ≦λ_３≦１３０７．０５ｎｍ

以上、本実施形態では、波長合波と偏波合成とをそれぞれ１回ずつ用いればＰＡＭ８信号の生成が可能であることを示した。さらに、（３）式及び（５）式に基づいて３つの光信号源の波長を設定することで、伝送特性に優れたＰＡＭ８信号を生成できることを示した。

［第２の実施形態］
図５は、本実施形態である光送信モジュール１Ａの概略の構成を示す模式図である。光送信モジュール１Ａにおいて、光送信モジュール１と共通の構成要素には同一の符号を付している。

光送信モジュール１Ａは光送信モジュール１と同様、光信号源１１〜１３それぞれからの光信号を合成部２０Ａで合成して１つの光出力信号Ｓ_ＯＵＴ、具体的にはＰＡＭ８信号を生成する。合成部２０Ａは、１つの波長合波器２１と１つの偏波合波器２２とを有する点では、光送信モジュール１の合成部２０と共通する。一方、合成部２０Ａは合成部２０とは波長合波と偏波合波の順序が逆であり、この点において光送信モジュール１Ａは光送信モジュール１と相違する。

具体的には、合成部２０Ａでは、偏波合波器２２は光信号源１２，１３からの光信号を偏波合波し、波長合波器２１は偏波合波器２２で生成された光信号と、光信号源１１からの光信号とを波長合波する。

なお、光送信モジュール１Ａにおける波長λ_１，λ_２，λ_３は、光送信モジュール１と同様に定めることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る光送信モジュール１Ｂは第１の実施形態で説明した光送信モジュール１と同様、例えば、光ファイバーを伝送路とした光通信に用いられる装置である。光送信モジュール１Ｂが光送信モジュール１と異なる点は、光伝送路への出力光信号Ｓ_ＯＵＴがＰＡＭ８信号ではなくＰＡＭ１６信号であることであり、光送信モジュール１Ｂは４つの光信号からＰＡＭ１６信号を生成し光伝送路へ出力する。

図６は光送信モジュール１Ｂの概略の構成を示す模式図である。光送信モジュール１Ａにおいて、光送信モジュール１と共通の構成要素には同一の符号を付して基本的に説明を省略し、以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

光送信モジュール１Ｂは、第１の光信号源１１、第２の光信号源１２、第３の光信号源１３、第４の光信号源１４及び合成部２０Ｂを有する。また、図６には示していないが、光送信モジュール１と同様、光送信モジュール１Ｂはレーザー駆動回路５０及び変調器制御回路５１を有する。光信号源１４は図２に示した光信号源１１〜１３と同様、レーザー駆動回路５０で駆動されるレーザー素子と変調器制御回路５１で強度変調を制御されるＥＡ変調器とを含む変調器集積型半導体レーザー素子を備える。

光信号源１１の光信号の波長λ_１と光信号源１２の光信号の波長λ_２とは互いに異なり、ここではλ_１＜λ_２とする。一方、光信号源１１及び光信号源１２は互いに同じ偏波状態（ＴＥモードとする。）を有する光信号を出力する。

また、光信号源１３の光信号の波長λ_３と光信号源１４の光信号の波長λ_４とは互いに異なり、ここではλ_３＜λ_４とする。一方、光信号源１３及び光信号源１４は光信号源１１，１２とは直交する偏波状態（ＴＭモードとする。）の光信号を出力する。

合成部２０Ｂは２つの波長合波器２１ａ，２１ｂと１つの偏波合波器２２とを有し、光信号源１１，１２，１３，１４からの入力光信号を合成して１つの出力光信号Ｓ_ＯＵＴを生成する。

波長合波器２１ａは光信号源１１の光信号と光信号源１２の光信号とを合波し、波長合波器２１ｂは光信号源１３の光信号と光信号源１４の光信号とを合波する。偏波合波器２２は、波長合波器２１ａの出力光信号と、波長合波器２１ｂの出力光信号とを合波する。

光信号源１１〜１４の強度は、合成部２０Ｂの出力光信号Ｓ_ＯＵＴにおける各光信号源の光信号の成分の強度比が１：２：４：８となるように設定される。以下、出力光信号Ｓ_ＯＵＴにおける光信号源１１〜１４それぞれの光信号成分の強度をＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４と表す。ここでは、光信号源１１〜１４それぞれのＥＡ変調器に入力される１ビットの変調信号の値が“１”のときの各光信号源の強度を基準値Ｐ_０を用いて、Ｐ_１＝８Ｐ_０，Ｐ_２＝４Ｐ_０，Ｐ_３＝２Ｐ_０，Ｐ_１＝Ｐ_０とし、当該変調信号の値が“０”のときのＰ_１〜Ｐ_４の値を０とする。

表２は、光信号源１１〜１４のＥＡ変調器それぞれに制御信号Ｍ_１〜Ｍ_４として入力される入力される１ビットの変調信号の値の組み合わせと、当該組み合わせに対する合成部２０Ｂの出力光信号Ｓ_ＯＵＴの強度との関係を示す表である。表２に示されるように、４つの光信号源から出力される互いに大きさが異なる１ビットのＮＲＺ信号を合成してＰＡＭ１６信号を生成することが可能である。

光送信モジュール１Ｂにて合波する光信号の波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４に関して説明する。

光信号源１１及び光信号源１２それぞれの光信号は波長合波器２１ａにて互いに波長合波するので、ビート雑音の影響を避けるために、第１の実施形態と同様に、λ_１とλ_２との間に（１）式又は（２）式に基づいて差が設けられる。

同様に、光信号源１３及び光信号源１４それぞれの光信号は波長合波器２１ｂにて互いに波長合波するので、（１）式又は（２）式に基づいてλ_３とλ_４との間に差が設けられる。

ここで、光信号源１１，１２の光信号が合波された波長合波器２１ａの出力と光信号源１３，１４の光信号が合波された波長合波器２１ｂの出力とはさらに合波されるが、当該合波は偏波合波器２２による偏波合波である。つまり、偏波合波器２２に入力される光信号源１１，１２の光信号成分と光信号源１３，１４の光信号成分とは偏波状態が互いに直交しているのでビート雑音を生じない。よって、λ_１及びλ_２とλ_３及びλ_４との間では（１）式や（２）式を満足するような波長差を設ける必要はない。

一方、波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４の分布範囲は、波長分散の影響を避けるために（５）式で与えられるΔτが許容値以下となるよう設定する必要がある。

例えば、第１の実施形態で示した条件、つまり、ＢＲ＝２８ＧＢａｕｄ，λ_０＝１３１０ｎｍ，Ｓ＝８．７×１０^−１４ｓ／ｋｍ・ｎｍ^２，Ｌ＝２ｋｍ，λ_Ｃ＝λ_Ｍ＝１３０５．０ｎｍにて、λ_１，λ_２の設定可能範囲について、
１３００．９ｎｍ≦λ_１≦１３０４．８４ｎｍ
１３０５．１６ｎｍ≦λ_２≦１３０９．１ｎｍ
となり、またλ_３，λ_４の設定可能範囲についても同様に、
１３００．９ｎｍ≦λ_３≦１３０４．８４ｎｍ
１３０５．１６ｎｍ≦λ_４≦１３０９．１ｎｍ
となる。

これらλ_１，λ_２，λ_３，λ_４に関する設定条件にて実験を行ったところ、２８ＧｂａｕｄのＰＡＭ１６、即ち１１２Ｇｂ／ｓ伝送において２ｋｍ伝送後のオフラインでのエラーレート測定により２×１０^−５までフロアが発生しないエラーレート特性を得ることができた。この特性により前方誤り訂正（Forward Error Correction：ＦＥＣ）を施した光送信モジュールではエラーフリーの伝送を得ることができる。

なお、上述したように、λ_１及びλ_２とλ_３及びλ_４との間では波長差を設ける必要はないので、波長分散の影響を小さくする上で、λ_１＝λ_３、且つλ_２＝λ_４とするのが好適である。

上述の光送信モジュール１Ｂでは光信号源１３，１４がＴＭモードの光信号を生成する構成とした。当該構成は、第１の実施形態の光信号源１３と同様、光信号源１３，１４それぞれに偏波回転板５２を設けることで可能である。ここで、波長合波器２１ｂと偏波合波器２２との間に偏波回転板５２を挿入し、且つ光信号源１３，１４が光信号源１１，１２と同じくＴＥモードの光を出力する構成は、ビート雑音及び波長分散の影響を回避しつつＰＡＭ信号を生成する本発明の特徴に関して、上述した光信号源１３，１４に偏波回転板５２を設ける構成と等価である。

［第４の実施形態］
図７は第４の実施形態に係る光送信モジュール１Ｃの概略の構成を示す模式図である。光送信モジュール１Ｃは第３の実施形態の光送信モジュール１Ｂと同じくＰＡＭ１６信号を生成する装置であり、光送信モジュール１Ｃにおいて、光送信モジュール１Ｂと共通の構成要素には同一の符号を付して基本的に説明を省略し、以下、光送信モジュール１Ｂとの相違点を中心に説明する。

光信号源１１の光信号の波長λ_１と光信号源１３の光信号の波長λ_３とは互いに異なる。一方、光信号源１１及び光信号源１３は互いに同じ偏波状態（ＴＥモードとする。）を有する光信号を出力する。

また、光信号源１２の光信号の波長λ_２と光信号源１４の光信号の波長λ_４とは互いに異なる。一方、光信号源１２及び光信号源１４は光信号源１１，１３とは直交する偏波状態（ＴＭモードとする。）の光信号を出力する。

光送信モジュール１Ｃは光信号源１１〜１４の光信号から１つの出力光信号Ｓ_ＯＵＴを生成する手段として、光送信モジュール１Ｂの合成部２０Ｂに代えて合成部２０Ｃを有する。合成部２０Ｃは２つの偏波合波器２２ａ，２２ｂと１つの波長合波器２１とを有する。

偏波合波器２２ａは、光信号源１１の光信号と光信号源１２の光信号とを合波し、偏波合波器２２ｂは光信号源１３の光信号と光信号源１４の光信号とを合波する。波長合波器２１は、偏波合波器２２ａの出力光信号と、偏波合波器２２ｂの出力光信号とを合波する。

光信号源１１及び光信号源１２それぞれの光信号は偏波合波器２２ａにて互いに偏波合波するのでビート雑音を生じない。よって、λ_１とλ_２との間では（１）式や（２）式を満足するような波長差を設ける必要はない。

同様に、光信号源１３及び光信号源１４それぞれの光信号は偏波合波器２２ｂにて互いに偏波合波するので、λ_３とλ_４との間では（１）式や（２）式を満足するような波長差を設ける必要はない。

一方、波長合波器２１では、偏波合波器２２ａ，２２ｂそれぞれの出力光信号のＴＥモード成分同士が波長合波され、またＴＭモード成分同士が波長合波される。具体的には、光信号源１１の光信号成分と光信号源１３の光信号成分とが波長合波され、光信号源１２の光信号成分と光信号源１４の光信号成分とが波長合波される。そのため、ビート雑音の影響を避けるために、λ_１とλ_３との間に（１）式又は（２）式に基づいて差が設けられ、同様にλ_２とλ_４との間に（１）式又は（２）式に基づいて差が設けられる。

波長分散の影響の回避に関しては、第３の実施形態と同様、（５）式で与えられるΔτが許容値以下となるように波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４の分布範囲を制限する必要がある。

上述したように、λ_１及びλ_２とλ_３及びλ_４との間では波長差を設ける必要はないので、波長分散の影響を小さくする上で、λ_１＝λ_２、且つλ_３＝λ_４とするのが好適である。

［第５の実施形態］
図８は第５の実施形態に係る光送信モジュール１Ｄの概略の構成を示す模式図である。光送信モジュール１Ｄは第３の実施形態の光送信モジュール１Ｂと同じくＰＡＭ１６信号を生成する装置であり、光送信モジュール１Ｄにおいて、光送信モジュール１Ｂと共通の構成要素には同一の符号を付して基本的に説明を省略し、以下、光送信モジュール１Ｂとの相違点を中心に説明する。

光信号源１１〜１３の光信号の波長λ_１，λ_２，λ_３は互いに異なり、ここではλ_１＜λ_２＜λ_３とする。一方、光信号源１１〜１３は互いに同じ偏波状態（ＴＥモードとする。）を有する光信号を出力する。

光信号源１４は光信号源１１〜１３とは直交する偏波状態（ＴＭモードとする。）を有する光信号を出力する。

光送信モジュール１Ｄは光信号源１１〜１４の光信号から１つの出力光信号Ｓ_ＯＵＴを生成する手段として、光送信モジュール１Ｂの合成部２０Ｂに代えて合成部２０Ｄを有する。合成部２０Ｄは１つの偏波合波器２２と２つの波長合波器２１ａ，２１ｃとを有する。

偏波合波器２２は、光信号源１３の光信号と光信号源１４の光信号とを合波する。波長合波器２１ａは、光信号源１１の光信号と光信号源１２の光信号とを合波し、波長合波器２１ｃは、偏波合波器２２の出力光信号と波長合波器２１ａの出力光信号とを合波する。

光信号源１１及び光信号源１２それぞれの光信号は波長合波器２１ａにて互いに波長合波するので、ビート雑音の影響を避けるために、λ_１とλ_２との間に（１）式又は（２）式に基づいて差が設けられる。

光信号源１３及び光信号源１４それぞれの光信号は偏波合波器２２にて互いに偏波合波するのでビート雑音を生じない。よって、λ_３とλ_４との間では（１）式や（２）式を満足するような波長差を設ける必要はない。

一方、波長合波器２１ｃでは、偏波合波器２２の出力光信号のＴＥモード成分と波長合波器２１ａの出力光信号とが波長合波される。具体的には、光信号源１１〜１３の光信号成分が波長合波される。そのため、λ_３とλ_１，λ_２との間にビート雑音の影響を回避できる差を設ける必要がある。ここではλ_１＜λ_２＜λ_３であり、また波長合波器２１ａでの合波に関してλ_１とλ_２との間には必要な差が設けられるので、波長合波器２１ｃでの合波に関しては、λ_２とλ_３との間に（１）式又は（２）式に基づいて差を設ける。

波長分散の影響の回避に関しては、第３、第４の実施形態と同様、（５）式で与えられるΔτが許容値以下となるように波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４の分布範囲を制限する。

なお、λ_４はλ_１，λ_２，λ_３のいずれかと共通とすることができる。

［変形例］
第１の実施形態では光送信モジュール１の光出力信号Ｓ_ＯＵＴにおける波長λ_１，λ_２，λ_３それぞれの光信号成分の強度の比が、４：２：１であり、ＴＭモードの光信号成分の強度がＰ_０である例を示したが、第１及び第２の実施形態において、波長λ_１，λ_２，λ_３と光信号の強度Ｐ_０，２Ｐ_０，４Ｐ_０との対応関係、及びＴＭモードの光信号成分の強度をＰ_０，２Ｐ_０，４Ｐ_０のいずれとするかは任意である。

同様に、第３の実施形態では光送信モジュール１Ｂの光出力信号Ｓ_ＯＵＴにおける波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４それぞれの光信号成分の強度の比が、８：４：２：１である例を示したが、第３乃至第５の実施形態において、波長λ_１，λ_２，λ_３，λ_４と光信号の強度Ｐ_０，２Ｐ_０，４Ｐ_０，８Ｐ_０との対応関係は任意である。また、光送信モジュール１Ｂ〜１Ｄの光出力信号Ｓ_ＯＵＴにおけるＴＭモードの光信号成分の強度をＰ_０，２Ｐ_０，４Ｐ_０，８Ｐ_０のいずれとするかも任意である。

また、上述の各実施形態では、光の変調手段としてＥＡ変調器を用いる構成を示したが、これに代えてＭＺ変調器を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、上述の光送信モジュール１，１Ａ〜１Ｄを構成する各光部品は、一部、或いは全てを半導体基板上にモノリシック集積化、或いは張り合わせ等を用いて集積化したものであってもよいし、全てがディスクリート部品であってもよい。また、上述の説明では偏波回転板５２を光信号源１３の構成要素としたが、偏波回転板５２は光信号源の外側に配置されてもよい。

以上、実施形態として３つの光信号源からＰＡＭ８信号を生成する光送信モジュールと、４つの光信号源からＰＡＭ１６信号を生成する光送信モジュールとを説明した。ここで本発明は、互いに異なる振幅で２値強度変調された光信号を出力する第１乃至第ｎ光信号源（ｎは３以上の自然数である。）から２^ｎレベルのＰＡＭ信号を生成する光送信モジュールに適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 光送信モジュール、１１，１２，１３ 光信号源、２０ 合成部、２１，２１ａ〜２１ｃ 波長合波器、２２，２２ａ，２２ｂ 偏波合波器、３１，３２，３３ 変調器集積型半導体レーザー素子、３１ａ，３２ａ，３３ａ ＤＦＢレーザー、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ ＥＡ変調器、５０ レーザー駆動回路、５１ 変調器制御回路、５２ 偏波回転板。

Claims (13)

1. 互いに異なる振幅で２値強度変調された光信号を出力する第１乃至第ｎ光信号源（ｎは３以上の自然数である。）と、
   複数の入力光信号を合成して１つの出力光信号を生成する合成部と、を備える光送信モジュールであって、
   前記合成部は、
   互いに異なる波長を有する複数の入力光信号を偏波状態を保持しながら波長合波する波長合波器と、
   互いに直交する偏波状態を有する一対の入力光信号を偏波合波する偏波合波器と、
   を有し、
   前記第１乃至第ｎ光信号源からの入力光信号を合成して、２^ｎレベルにパルス振幅変調された前記１つの出力光信号を生成し、
   前記第１乃至第ｎ光信号源の上限波長及び下限波長をそれぞれλ_Ｍ＋Δλ，λ_Ｍ−Δλとし、
   光伝送路を距離Ｌ伝送した後の当該光送信モジュールの出力光信号における前記上限波長の光と前記下限波長の光との間での群遅延時間の差をΔτとし、
   前記上限波長及び前記下限波長は、
   Δτ＝２ＬＳΔλ（λ_０−λ_Ｍ）
   （ここで、λ_０は前記光伝送路の零分散波長であり、Ｓは前記光伝送路の波長分散係数の波長に対する傾きである。）で与えられるΔτが予め定められた距離Ｌに対して所定の許容値以下となるという条件を満たすこと、
   を特徴とする光送信モジュール。
2. 請求項１に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記波長合波器にて互いに合波される２つの前記光信号源の光信号の波長λ_１，λ_２（λ_１＜λ_２である。）は、光速をＣ_０、前記光信号の変調レートをＢＲとして、
   

   

   を満たすこと、を特徴とする光送信モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記ｎは３であり、
   前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ互いに同じ偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記第３光信号源は、前記第１光信号源及び前記第２光信号源とは直交する偏波状態の光信号を出力し、
   前記波長合波器は前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波し、
   前記偏波合波器は、前記波長合波器の出力光信号と、前記第３光信号源の光信号とを合波すること、
   を特徴とする光送信モジュール。
4. 請求項１又は２に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記ｎは３であり、
   前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ互いに同じ偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記第３光信号源は、前記第１光信号源及び前記第２光信号源とは直交する偏波状態の光信号を出力し、
   前記偏波合波器は前記第２光信号源の光信号と前記第３光信号源の光信号とを合波し、
   前記波長合波器は、前記偏波合波器の出力光信号と、前記第１光信号源の光信号とを合波すること、
   を特徴とする光送信モジュール。
5. 請求項３又は請求項４に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記合成部の出力光信号における前記各光信号源の光信号の成分の強度比は１：２：４であること、を特徴とする光送信モジュール。
6. 請求項１に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記ｎは４であり、
   前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ第１の偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記第３光信号源及び前記第４光信号源は互いに異なる波長、且つ前記第１の偏波状態とは直交する第２の偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記波長合波器は、前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波する第１の波長合波器と、前記第３光信号源の光信号と前記第４光信号源の光信号とを合波する第２の波長合波器と、を含み、
   前記偏波合波器は、前記第１の波長合波器の出力光信号と、前記第２の波長合波器の出力光信号とを合波すること、
   を特徴とする光送信モジュール。
7. 請求項１又は２に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記ｎは４であり、
   前記第１光信号源及び前記第３光信号源は互いに異なる波長、且つ第１の偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記第２光信号源及び前記第４光信号源は互いに異なる波長、且つ前記第１の偏波状態とは直交する第２の偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記偏波合波器は、前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波する第１の偏波合波器と、前記第３光信号源の光信号と前記第４光信号源の光信号とを合波する第２の偏波合波器と、を含み、
   前記波長合波器は、前記第１の偏波合波器の出力光信号と、前記第２の偏波合波器の出力光信号とを合波すること、
   を特徴とする光送信モジュール。
8. 請求項１又は２に記載の光送信モジュールにおいて、
   前記ｎは４であり、
   前記第１乃至第３光信号源は互いに異なる波長を有する光信号を出力し、
   前記第４光信号源は前記第３光信号源の偏波状態とは直交する偏波状態を有する光信号を出力し、
   前記偏波合波器は、前記第３光信号源の光信号と前記第４光信号源の光信号とを合波し、
   前記波長合波器は、前記第１光信号源の光信号と前記第２光信号源の光信号とを合波する第１の波長合波器と、前記偏波合波器の出力光信号と前記第１の波長合波器の出力光信号とを合波する第２の波長合波器とを含むこと、
   を特徴とする光送信モジュール。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の光送信モジュールにおいて、
   互いに直交する偏波状態の光信号を出力する２つの光信号源の一方の光信号源は、その出力光信号を他方の光信号源に対して直交した偏波状態とする偏波回転手段を有すること、を特徴とする光送信モジュール。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の光送信モジュールにおいて、
    前記光信号源は、分布帰還型レーザーと電界吸収型変調器とを有する半導体光素子であること、を特徴とする光送信モジュール。
11. 請求項３から請求項５のいずれか１つに記載の光送信モジュールにおいて、
    前記光信号の変調レートＢＲが２８ギガボー（ＧＢａｕｄ）であり、
    光伝送路における伝送距離Ｌが２キロメートル（ｋｍ）のときに、前記光信号の上限波長と下限波長との間での群遅延時間の差Δτの許容値を前記変調レートＢＲの逆数の１／５とし、
    前記光伝送路が、零分散波長λ_０が１３１０ナノメートル（ｎｍ）であり、波長分散係数の波長に対する傾きＳが８．７×１０^−１４秒／ｋｍ・ｎｍ^２である光ファイバーである場合に、
    前記第１乃至第３光信号源それぞれの波長λ_１，λ_２，λ_３が、
    １３００．９ｎｍ≦λ_１≦１３０４．８４ｎｍ
    １３０５．１６ｎｍ≦λ_２≦１３０９．１ｎｍ
    １３００．９ｎｍ≦λ_３≦１３０９．１ｎｍを満たすこと、
    を特徴とする光送信モジュール。
12. 互いに異なる振幅で２値強度変調された光信号を出力する第１乃至第ｎ光信号源と、
    複数の入力光信号を合成して１つの出力光信号を生成する合成部と、を備え、
    前記合成部は、
    互いに異なる波長を有する複数の入力光信号を偏波状態を保持しながら波長合波する波長合波器と、
    互いに直交する偏波状態を有する一対の入力光信号を偏波合波する偏波合波器と、
    を有し、
    前記第１乃至第ｎ光信号源からの入力光信号を合成して、２^ｎレベルにパルス振幅変調された前記１つの出力光信号を生成し、
    前記ｎは３で、
    前記第１光信号源と前記第２光信号源はそれぞれ、互いに波長が異なるが偏光状態の等しい光信号を出力し、
    前記第３光信号源は、前記第１光信号源と前記第２光信号源の光信号に対して垂直な偏光状態を有する光信号を出力し、
    前記波長合波器は、前記第１光信号源と前記第２光信号源の光信号を合成し、
    前記偏波合波器は、前記波長合波器の出力光信号と前記第３光信号源の光信号とを合成し、
    前記１つの出力光信号の変調レートＢＲが２８ギガボー（ＧＢａｕｄ）であり、
    光伝送路における伝送距離Ｌが２キロメートル（ｋｍ）のときに、前記１つの出力光信号の上限波長と下限波長との間での群遅延時間の差Δτの許容値を前記変調レートＢＲの逆数の１／５とし、
    前記光伝送路が、零分散波長λ_０が１３１０ナノメートル（ｎｍ）であり、波長分散係数の波長に対する傾きＳが８．７×１０^−１４秒／ｋｍ・ｎｍ^２である光ファイバーである場合に、
    前記第１乃至第３光信号源それぞれの波長λ_１，λ_２，λ_３が、
    １３００．９ｎｍ≦λ_１≦１３０４．８４ｎｍ
    １３０５．１６ｎｍ≦λ_２≦１３０９．１ｎｍ
    １３００．９ｎｍ≦λ_３≦１３０９．１ｎｍを満たすこと、
    を特徴とする光送信モジュール。
13. 互いに異なる振幅で２値強度変調された光信号を出力する第１乃至第ｎ光信号源と、
    複数の入力光信号を合成して１つの出力光信号を生成する合成部と、を備え、
    前記合成部は、
    互いに異なる波長を有する複数の入力光信号を偏波状態を保持しながら波長合波する波長合波器と、
    互いに直交する偏波状態を有する一対の入力光信号を偏波合波する偏波合波器と、
    を有し、
    前記第１乃至第ｎ光信号源からの入力光信号を合成して、２^ｎレベルにパルス振幅変調された前記１つの出力光信号を生成し、
    前記ｎは３であり、
    前記第１光信号源及び前記第２光信号源は互いに異なる波長、且つ互いに同じ偏波状態を有する光信号を出力し、
    前記第３光信号源は、前記第１光信号源及び前記第２光信号源とは直交する偏波状態の光信号を出力し、
    前記偏波合波器は前記第２光信号源の光信号と前記第３光信号源の光信号とを合波し、
    前記波長合波器は、前記偏波合波器の出力光信号と、前記第１光信号源の光信号とを合波し、
    前記１つの出力光信号の変調レートＢＲが２８ギガボー（ＧＢａｕｄ）であり、
    光伝送路における伝送距離Ｌが２キロメートル（ｋｍ）のときに、前記１つの出力光信号の上限波長と下限波長との間での群遅延時間の差Δτの許容値を前記変調レートＢＲの逆数の１／５とし、
    前記光伝送路が、零分散波長λ_０が１３１０ナノメートル（ｎｍ）であり、波長分散係数の波長に対する傾きＳが８．７×１０^−１４秒／ｋｍ・ｎｍ^２である光ファイバーである場合に、
    前記第１乃至第３光信号源それぞれの波長λ_１，λ_２，λ_３が、
    １３００．９ｎｍ≦λ_１≦１３０４．８４ｎｍ
    １３０５．１６ｎｍ≦λ_２≦１３０９．１ｎｍ
    １３００．９ｎｍ≦λ_３≦１３０９．１ｎｍを満たすこと、
    を特徴とする光送信モジュール。

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