JP7164013B2 - ネスト型光変調器を用いた光変調方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は光通信システムにおける光パルスの変調技術に係り、特に位相－時間コーディング方式の光パルス変調技術に関する。

位相－時間コーディング（あるいはＹＺ状態）方式の一例が特許文献１に記載されている。たとえば位相－時間コーディング方式をコヒーレントな２連光パルスに適用することができる。この場合、図１に例示するように、２連光パルスの相対位相を２値変調し、２連光パルスのいずれか一方を強度０に強度変調することで、４状態の２連光パルスが生成される。図１の例では、２連光パルスＰ１およびＰ２、それらの強度が半減した前パルスをｐ１、後パルスをｐ２とすれば、以下の４状態が生成される。すなわち、前パルスｐ１が後パルスｐ２に対して位相が９０°進んだＹ０状態；９０°遅れたＹ１状態；前パルスＰ１だけが消光したＺ０状態；および後パルスＰ２だけが消光したＺ１状態の４状態である。

特許文献１による変調器は、一対の位相変調器を並列接続した２電極型強度変調器を採用している。この一対の位相変調器に対して｛θ，θ＋９０°｝および｛θ－９０°，θ｝の位相変調を与えることで、位相－時間コーディングの上記４状態を生成することができる。

他方、特許文献２にはネスト型光変調器が記載されている。特許文献２によれば、ネスト型光変調器は、信号の振幅や位相を多値設定することで、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)だけでなく、任意の信号点をベクトル合成することができると記載されている。

特許第５２８６８５２号公報 国際公開第ＷＯ２０１１／００４６１５号公報

上述したように、位相－時間コーディング方式では、光パルスに強度変調および位相変調を施した４状態の信号光を生成する必要がある。しかしながら、特許文献２は、高周波電極およびＤＣバイアス電極に任意の電圧を印加して任意の信号点のベクトル合成を可能にするという一般的な記載に止まっており、ネスト型変調器により位相－時間コーディング方式に必要な４状態の光信号を生成する具体的な方法を開示していない。

本発明の目的は、位相－時間コーディング方式に必要な４状態であって強度０の状態を含む光信号をネスト型変調器により安定的に生成することができる光変調方法および装置を提供することにある。

本発明の一態様による光変調装置は、マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、前記位相シフタにより与えられる前記位相差が９０°に設定され、前記第１信号点は、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の強度０のオフ状態に設定することで得られ、前記第２信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の相対的強度１のオン状態に設定することで得られ、前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度０のオフ状態、他方を相対的強度１のオン状態にそれぞれ設定することで得られる、ことを特徴とする。
本発明の他の態様による光変調装置は、マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、前記第１信号点は、前記位相シフタにより前記位相差が与えられた出力光と当該位相差が与えられない出力光との位相差を１８０°とすることで得られることを特徴とする。
本発明の更に他の態様による光変調装置は、マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに９０°の位相変調に応答する振幅の電圧と－９０°の位相変調に応答する振幅の電圧とをそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差１８０°に応答するＤＣバイアス電圧を印加する、ことを特徴とする。
本発明の別の態様による光変調方法は、マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器を用いた光変調方法であって、制御手段が、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させ、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、前記位相シフタにより与えられる前記位相差が９０°に設定され、前記第１信号点は、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の強度０のオフ状態に設定することで得られ、前記第２信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の相対的強度１のオン状態に設定することで得られ、前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度０のオフ状態、他方を相対的強度１のオン状態にそれぞれ設定することで得られる、ことを特徴とする。
本発明の更に別の態様による光変調方法は、マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器を用いた光変調方法であって、制御手段が、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させ、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、前記第１信号点は、前記位相シフタにより前記位相差が与えられた出力光と当該位相差が与えられない出力光との位相差を１８０°とすることで得られる、ことを特徴とする。

本発明によれば、位相－時間コーディング方式に必要な４状態であって強度０の状態を含む光信号をネスト型変調器により安定的に生成することができる。

図１は背景技術としての位相－時間コーディングの一例を示すＹＺ基底状態図である。 図２は本発明の一実施形態による光変調装置を構成するネスト型変調器の平面構成の一例を示す概略的構成図である。 図３は本実施形態で用いられるＭＺ変調器の平面構成の一例を示す概略的構成図である。 図４（Ａ）は本実施形態によるネスト型変調器により得られる光パルスのＩ－Ｑ平面上の信号点配置の一例を示す図であり、図４（Ｂ）は、比較例として、既存のＱＰＳＫ信号点配置を示す図である。 図５は本発明の第１実施例による光変調装置を構成するネスト型変調器の平面構成の一例を示す概略的構成図である。 図６は、図５に示すネスト型変調器の動作を説明するために、振幅および位相の変化と最終的に得られる信号点配置とを示す図である。 図７は、図５に示すネスト型変調器による光変調方法の一例を示すタイミングチャートである。 図８は本発明の第２実施例による光変調装置を構成するネスト型変調器の平面構成の一例を示す概略的構成図である。 図９は、図８に示すネスト型変調器の動作を説明するために、振幅および位相の変化と最終的に得られる信号点配置とを示す図である。 図１０は本発明の第３実施例による光変調装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図１１は図２に例示した本発明の一実施形態による光変調装置を用いた送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）のそれぞれの概略的構成を示すシステム構成図である。

＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、干渉計を構成する２つの導波路（親アーム）により２つのＭＺ（Mach-Zehnder）変調器が並列接続されたネスト型光変調器を用いる。２つのＭＺ変調器のＲＦ用電極および親アームのＤＣバイアス電極に対して、それぞれ所定の位相変調に相当する電圧を所定の順序で印加する。これらの位相変調を与える印加電圧とそれらの印加順序とを制御することにより、強度０を含む位相－時間コーディング方式に必要な４状態の信号光を生成することができる。１台のネスト型光変調器により位相－時間コーディングに必要な信号光を生成することができるので、小型化および低コスト化が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態および実施例に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。

１．実施形態
１．１）構成
図２に例示するように、本実施形態に使用されるネスト型変調器１００は、親ＭＺ干渉計ＭＺ_ＣのアームＡおよびＢに、２つのＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂがそれぞれ接続された入れ子構造を有する。さらに、親アーム間で相対的な位相変調差φを与えるために、いずれか一方の親アーム（図２では親アームＢ）に位相シフタ１０１が設けられる。ネスト型変調器１００の動作は制御部２００により制御される。後述するように、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂにそれぞれ印加されるＲＦ電圧と位相シフタ１０１に印加されるＤＣ電圧とが制御部２００により制御される。

図３に例示するように、ＭＺ変調器ＭＺ（ＭＺ_ＡあるいはＭＺ_Ｂ）は、ＭＺ干渉計の２つの導波路（子アーム）の間に導波路方向に伸びたＲＦ（高周波：Radio Frequency）電極１０２が設けられ、２つの子アームの外側に基準となるＧＮＤ電極１０３および１０４がそれぞれ設けられた構成を有する。したがって、ＲＦ電極の電圧極性に従って、上下の子アームに対して、電圧の大きさに応じた逆方向の電界が印加され、電気光学効果により逆方向の屈折率変化が生じる。この屈折率の変化が上下の子アームでの逆方向の位相変化を生じさせ、それによって通過パルスの位相変調が可能となる。

たとえば、位相差０に相当するＲＦ電圧であれば、入力した光パルス信号Ｐ１はそのままの強度で光パルス信号Ｐ２として出力する（オン状態）。位相差１８０°に相当するＲＦ電圧であれば、２分岐した光パルスがキャンセルされ、出力光Ｐ２は消光状態となる（オフ状態）。以下、位相差θ°を実現するＲＦ電圧を便宜的に「θ°ＲＦ電圧」と記すものとする。

なお、ＭＺ変調器ＭＺは、所望の位相差を実現するために、子アーム間にＤＣバイアス用電極１０５を、それに対向する子アームの外側にＧＮＤ電極１０６および１０７をそれぞれ有する。電極１０５に印加されるＤＣバイアス電圧（ＤＣ_ＡあるいはＤＣ_Ｂ）を制御することにより、位相変調の変調動作点を調整できる。

ネスト型変調器１００は、図３に示す構成を有するＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂが図２に示すように親アームＡおよびＢによって並列接続され、さらに親アームＢに位相シフタ１０１が設けられた構成を有する。なお、親アーム間で相対的な位相変調差φを与える位相シフタ１０１は、図３に例示したＤＣバイアス用電極とＧＮＤ電極と同様の構成を有しても良い。すなわち、ＤＣバイアス電極に印加される電圧ＤＣ_Ｃを制御することにより、所望の位相差φを与えるようにネスト型変調器１００の位相変調の変調動作点を調整できる。

ネスト型変調器１００は、制御部２００の制御に従って、入力光パルスを次に述べるように変調し、強度０を含む４状態の光パルスを出力する。この４状態はＩＱ平面上で４つの信号点に対応する。図４（Ａ）はその信号点配置の一例を示す。以下、ネスト型変調器１００の変調動作について説明する。

１．２）動作
図２に戻って、入力した光パルスＩＮはＭＺ干渉計ＭＺ_Ｃの分岐部で光パルスＰ１_ＡおよびＰ１_Ｂに２分岐し、分岐光パルスＰ１_ＡおよびＰ１_ＢがＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂへそれぞれ入力する。ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂは、印加されるＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂによりそれぞれ分岐光パルスＰ１_ＡおよびＰ１_Ｂに対して所定の位相変調を実行し、位相変調された分岐光パルスＰ２_ＡおよびＰ２_Ｂをそれぞれ出力する。このうち分岐光パルスＰ２_Ｂは、親アーム間に所定の位相差φを与える位相シフタ１０１によってさらに位相変調され、分岐光パルスＰ２’_Ｂが生成される。こうして、親アームＡ側の分岐光パルスＰ２_Ａと親アームＢ側の分岐光パルスＰ２’_Ｂとが合波することで光パルスＯＵＴが出力される。

図４（Ａ）に例示するように、出力光パルスＯＵＴは強度０（信号点Ｓ０）を含む４状態を有する。強度０の信号点Ｓ０以外の３信号点の配置は図４（Ａ）に限定されない。４信号点の配置形態は、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂにそれぞれ印加されるＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂに応じた位相変調の大きさと、位相シフタ１０１に印加されるバイアス電圧ＤＣ_Ｃに応じた位相シフト量と、に依存する。比較のために、既存のＱＰＳＫでの信号点配置を図４（Ｂ）に示す。なお、図４におけるＩ軸およびＱ軸上の数値は任意単位であり、相対的な位置関係を示すための数値である。以下に示す図６、図９においても同様である。

図４（Ａ）に示す強度０の信号点Ｓ０の生成方法としては以下の２つがある。
１）ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂが共にオフ状態（消光状態）となるようにＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを設定する（第１実施例）。
２）分岐光パルスＰ２_Ａと分岐岐光パルスＰ２’_Ｂとが位相差１８０°となってキャンセルされるようにＲＦ電圧ＲＦ_Ａ、ＲＦ_Ｂおよびバイアス電圧ＤＣ_Ｃを設定する（第２実施例）。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

２．第１実施例
２．１）構成
図５に例示するように、本発明の第１実施例による光変調装置は、位相シフタ１０１に印加されるバイアス電圧ＤＣ_Ｃが親アーム間に位相差φ＝９０°を与える。さらに、上述したように、ＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_ＢがＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂをそれぞれオフ状態（消光状態）にすることができ、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂを共にオフ状態にすることでＩＱ平面状の強度０の信号点Ｓ０を生成する。このようなオフ状態が実現されるように、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂは、それぞれのバイアス電圧ＤＣ_ＡおよびＤＣ_Ｂによって位相変調動作点が予め調整され、バイアス電圧ＤＣ_Ｃも同様に、位相差φ＝９０°を維持するように調整されているものとする。なお、図５に例示する光導波路構成および制御部は、基本的に図２と同様であるから、同一の構成要素には同一の参照符号を用いて詳細な説明は省略する。

２．２）動作
以下、光パルスの強度あるいはパワーに関しては、最大値を「１」として正規化し、０と１の間の相対的数値により表すものとする。強度あるいはパワーが振幅の２乗に比例するものとすれば、光パルスの振幅についても同様に正規化した値で説明する。

図６に例示するように、ネスト型変調器１００はＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂによって４状態のいずれかの基底を生成可能である。すなわち、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ａは、位相変調を与えないので、入力光パルスＰ１_Ａとほぼ同じ強度および同じ位相の光パルスＰ２_Ａを出力する。なお、以下、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加された時の光パルスＰ２_Ａを「Ａ０」という。１８０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ａは、オフ状態となるので、強度が実質的に０および位相が９０°シフトした光パルスＰ２_Ａを出力する。以下、１８０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加された時の光パルスＰ２_Ａを「Ａ１」という。

同様に、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ｂは、位相変調を与えないので、入力光パルスＰ１_Ｂとほぼ同じ強度および同じ位相の光パルスＰ２_Ｂを出力する。１８０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ｂは、オフ状態となるので、強度が実質的に０、位相が９０°シフトした光パルスＰ２_Ｂを出力する。さらに、光パルスＰ２_Bは位相シフタ１０１により９０°の位相変調を与えられる。したがって、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された場合、位相シフタ１０１は９０°の位相変調を受けた光パルスＰ２’_Ｂを出力する。以下、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された時の光パルスＰ２’_Ｂを「Ｂ０」という。１８０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された場合、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂがオフ状態となるので、位相シフタ１０１は強度が実質的に０および位相が１８０°シフトした光パルスＰ２’_Ｂを出力する。以下、１８０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された時の光パルスＰ２’_Ｂを「Ｂ１」という。

こうして、親アームＡ側のＡ０／Ａ１と親アームＢ側のＢ０／Ｂ１とが合波することで、以下の４状態Ｓ１～Ｓ４のいずれかの光信号ＯＵＴを得ることができる。
・ Ａ０＋Ｂ０：ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂが共に０°ＲＦ電圧が印加されているので、いずれもオン状態となる。したがって、Ａ０＋Ｂ０は強度１、位相４５°の信号点Ｓ１（Ｚ（ＯＮ）基底）に対応する。
・ Ａ０＋Ｂ１：ＭＺ変調器ＭＺ_Ａに０°ＲＦ電圧、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂに１８０°ＲＦ電圧が印加されている。したがって、Ａ０＋Ｂ１は強度０．５、位相０°の信号点Ｓ２（Ｙ基底）に対応する。
・ Ａ１＋Ｂ０：ＭＺ変調器ＭＺ_Ａに１８０°ＲＦ電圧、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂに０°ＲＦ電圧が印加されている。したがって、Ａ１＋Ｂ０は強度０．５、位相９０°の信号点Ｓ３（Ｙ基底）に対応する。
・ Ａ１＋Ｂ１：ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂが共に１８０°ＲＦ電圧が印加されているので、共にオフ状態となる。したがって、Ａ１＋Ｂ１は強度０、位相１３５°の信号点Ｓ４（Ｚ（ＯＦＦ）基底）に対応する。

＜位相－時間コーディング＞
コヒーレントな２連パルスに対して上記４状態の光変調をどのような順序で実行するかによって、図７に示すような位相－時間コーディングの４状態Ｙ０、Ｙ１、Ｚ０、Ｚ１を得ることができる。

図７に例示するように、ＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを変化させる。詳しくは、以下の通りである。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ２（Ａ０＋Ｂ１）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ３（Ａ１＋Ｂ０）の変調を行う。これにより、後パルスは前パルスに対して＋９０°だけ位相シフトしＹ０状態が得られる。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ３（Ａ１＋Ｂ０）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ２（Ａ０＋Ｂ１）の変調を行う。これにより、後パルスは前パルスに対して－９０°だけ位相シフトしＹ１状態が得られる。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ１（Ａ０＋Ｂ０）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ４（Ａ１＋Ｂ１）の変調を行う。これにより、前パルスが強度１、後パルスは強度０となり、Ｚ０状態が得られる。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ４（Ａ１＋Ｂ１）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ１（Ａ０＋Ｂ０）の変調を行う。これにより、前パルスが強度０、後パルスは強度１となり、Ｚ１状態が得られる。

２．３）効果
以上述べたように、本発明の第１実施例によれば、位相シフタ１０１に印加されるバイアス電圧ＤＣ_Ｃが親アーム間に位相差φ＝９０°を与え、さらに、図６に例示するようにＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを設定することでＩＱ平面上に４信号点配置Ｓ１～Ｓ４を実現できる。特に、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂを共にオフ状態にすることで、図６に示すＩＱ平面における強度０の信号点Ｓ４を生成することができる。

また、図７に例示するように、強度０の信号点Ｓ４を含む４つの信号点Ｓ１～Ｓ４のうち、信号点Ｓ１と信号点Ｓ４との間の位相変調によりＺ０／Ｚ１状態を、信号点Ｓ２と信号点Ｓ３との間の位相変調によりＹ０／Ｙ１状態をそれぞれ実現することで、位相－時間コーディング方式に必要な４状態の信号光を生成することができる。

さらに、本実施例によれば、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂが強度０のオフ状態となり得るので、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂの各出力光の強度をモニタすることにより行われるＭＺ変調器の位相変調動作点の制御が容易になるという利点がある。

３．第２実施例
３．１）構成
図８に例示するように、本発明の第２実施例による光変調装置は、位相シフタ１０１に印加されるバイアス電圧ＤＣ_Ｃが親アーム間に位相差φ＝１８０°を与える。さらに、ＩＱ平面上の強度０の信号点Ｓ０（オフ状態）は、上述したように、分岐光パルスＰ２_Ａと分岐岐光パルスＰ２’_Ｂとが位相差１８０°となってキャンセルされるようにＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを設定することで生成される。なお、このようなオフ状態が実現されるように、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂは、それぞれのバイアス電圧ＤＣ_ＡおよびＤＣ_Ｂによって位相変調動作点が予め調整され、バイアス電圧ＤＣ_Ｃも同様に、位相差φ＝１８０°を維持するように調整されているものとする。なお、図８に例示する光導波路構成および制御部２００は、基本的に図２と同様であるから、同一の構成要素には同一の参照符号を用いて詳細な説明は省略する。

３．２）動作
図９に例示するように、ネスト型変調器１００はＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂによって４状態のいずれかの状態を生成可能である。すなわち、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ａは、位相変調を与えないので、入力光パルスＰ１_Ａとほぼ同じ強度および同じ位相の光パルスＰ２_Ａを出力する。以下、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加された時の光パルスＰ２_Ａを「Ａ０」という。９０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ａは、強度が０．５および位相が４５°シフトした光パルスＰ２_Ａを出力する。以下、９０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ａが印加された時の光パルスＰ２_Ａを「Ａ１」という。

同様に、－９０°ＲＦ電圧ＲＦ_Bが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Bは、強度が０．５および位相が－４５°シフトした光パルスＰ２_Ｂを出力する。０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加されたＭＺ変調器ＭＺ_Ｂは、入力光パルスＰ１_Ｂとほぼ同じ強度および同じ位相の光パルスＰ２_Ｂを出力する。さらに、光パルスＰ２_Ｂは位相シフタ１０１により１８０°の位相変調を与えられる。したがって、－９０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された場合、位相シフタ１０１は１３５°の位相変調を受けた光パルスＰ２’_Ｂを出力する。以下、－９０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された時の光パルスＰ２_Ｂを「Ｂ０」という。０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された場合、位相シフタ１０１は位相が１８０°シフトした光パルスＰ２’_Ｂを出力する。以下、０°ＲＦ電圧ＲＦ_Ｂが印加された時の光パルスＰ２’_Ｂを「Ｂ１」という。

こうして、親アームＡ側のＡ０／Ａ１と親アームＢ側のＢ０／Ｂ１とが合波することで、以下の４状態Ｓ１～Ｓ４のいずれかの信号ＯＵＴを得ることができる。
・ Ａ０＋Ｂ０：ＭＺ変調器ＭＺ_Ａに０°ＲＦ電圧、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂに－９０°ＲＦ電圧が印加されているので、Ａ０＋Ｂ０は強度０．２５、位相４５°の信号点Ｓ１（Ｙ基底）に対応する。
・ Ａ０＋Ｂ１：ＭＺ変調器ＭＺ_Ａに０°ＲＦ電圧、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂに０°ＲＦ電圧が印加されているので、Ａ０＋Ｂ１は強度０、位相９０°の信号点Ｓ２（Ｚ（ＯＦＦ）基底）に対応する。
・ Ａ１＋Ｂ０：ＭＺ変調器ＭＺ_Ａに９０°ＲＦ電圧、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂに－９０°ＲＦ電圧が印加されているので、Ａ１＋Ｂ０は強度０．５、位相９０°の信号点Ｓ３（Ｚ（ＯＮ）基底）に対応する。
・ Ａ１＋Ｂ１：ＭＺ変調器ＭＺ_Ａに９０°ＲＦ電圧、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂに０°ＲＦ電圧が印加されているので、Ａ１＋Ｂ１は強度０．２５、位相１３５°の信号点Ｓ４（Ｙ基底）に対応する。

＜位相－時間コーディング＞
コヒーレントな２連パルスに対して上記４状態の光変調をどのような順序で実行するかによって、第１実施例と同様に、位相－時間コーディングの４状態Ｙ０、Ｙ１、Ｚ０、Ｚ１を得ることができる。詳しくは、以下の通りである。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ１（Ａ０＋Ｂ０）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ４（Ａ１＋Ｂ１）の変調を行う。これにより、後パルスは前パルスに対して＋９０°だけ位相シフトしＹ０状態が得られる。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ４（Ａ１＋Ｂ１）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ１（Ａ０＋Ｂ０）の変調を行う。これにより、後パルスは前パルスに対して－９０°だけ位相シフトしＹ１状態が得られる。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ３（Ａ１＋Ｂ０）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ２（Ａ０＋Ｂ１）の変調を行う。これにより、前パルスが強度０．５、後パルスは強度０となり、Ｚ０状態が得られる。
・ ２連パルスの前パルスに対して信号点Ｓ２（Ａ０＋Ｂ１）の変調を行い、後パルスに対して信号点Ｓ３（Ａ１＋Ｂ０）の変調を行う。これにより、前パルスが強度０、後パルスは強度０．５となり、Ｚ１状態が得られる。

３．３）効果
以上述べたように、本発明の第２実施例によれば、位相シフタ１０１に印加されるバイアス電圧ＤＣ_Ｃが親アーム間に位相差φ＝１８０°を与え、さらに、図９に例示するようにＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを設定することでＩＱ平面上に４信号点配置Ｓ１～Ｓ４を実現できる。特に、ＭＺ変調器ＭＺ_Ａを「Ａ０」、ＭＺ変調器ＭＺ_Ｂを「Ｂ１」に設定することで、分岐光パルスＰ２_Ａと分岐岐光パルスＰ２’_Ｂとが位相差１８０°となってキャンセルされ、図９に示すＩＱ平面における強度０の信号点Ｓ２を生成することができる。

また、図９に例示するように、強度０の信号点Ｓ２を含む４つの信号点Ｓ１～Ｓ４のうち、信号点Ｓ２と信号点Ｓ３との間の位相変調によりＺ０／Ｚ１状態を、信号点Ｓ１と信号店Ｓ４との間の位相変調によりＹ０／Ｙ１状態をそれぞれ実現することで、第１実施例より少ない位相シフト量で位相－時間コーディング方式に必要な４状態の信号光を生成することができる。

４．第３実施例
上述したように、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂは、それぞれのバイアス電圧ＤＣ_ＡおよびＤＣ_Ｂによって位相変調動作点が調整され、バイアス電圧ＤＣ_Ｃも同様に、所定の位相差φを維持するように調整される。

本発明の第３実施例による光変調装置は、上述した第１実施例あるいは第２実施例によるネスト型変調器１００のバイアス制御を行う制御手段を有する。以下、第１実施例によるネスト型変調器１００を例示して、本実施形態におけるバイアス制御について説明する。

図１０に例示するように、ネスト型変調器１００において、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂの出力側光導波路には強度モニタ用のカプラ２０１および２０２がそれぞれ設けられ、親ＭＺ変調器ＭＺ_Ｃの出力側光導波路には強度モニタ用のカプラ２０３が設けられている。光強度モニタ２０４は、それぞれのカプラで得られた光パルスＰ２_Ａ、Ｐ２_ＢおよびＯＵＴのモニタ用の光信号からそれぞれの強度Ｉ_Ａ、Ｉ_ＢおよびＩ_ＯＵＴを検出し、コントローラ２０５へ出力する。

コントローラ２０５は、強度Ｉ_Ａ、Ｉ_ＢおよびＩ_ＯＵＴに基づいてバイアス駆動回路２０６を制御し、期待通りの位相変調結果が得られるようにＤＣバイアス電圧ＤＣ_Ａ、ＤＣ_ＢおよびＤＣ_Ｃを制御する。さらに、コントローラ２０５は、所定の信号点Ｓ１～Ｓ４により位相－時間コーディングが実行されるように、ＲＦ駆動回路２０７を制御し、ＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを変化させる。

コントローラ２０５は、ハードウエアで構成することもできるが、コンピュータプログラムを実行可能なプロセッサにより実行することもできる。すなわち、ＣＰＵ(Central Processing Unit)がプログラムメモリ２０８に格納されたプログラムを実行することにより、上述したＤＣバイアス電圧ＤＣ_Ａ、ＤＣ_ＢおよびＤＣ_Ｃの制御が可能となる。

すでに述べたように、本発明の第１実施例では、ＭＺ変調器ＭＺ_ＡおよびＭＺ_Ｂが共にオフ状態になることで強度０の状態になるので、その状態で強度Ｉ_Ａ、Ｉ_ＢおよびＩ_ＯＵＴを検出し、所定しきい値と比較することで各位相変調器の動作点を容易に制御することができる。このようなバイアス制御は、本発明の第２実施例によるネスト型変調器１００にも適用可能である。

５．ＱＫＤシステム
上述した第１～第３実施例による光変調装置は、位相－時間コーディング方式の量子暗号鍵配送（Quantum Key Distribution）システムに適用可能である。

以下、一例として、位相－時間コーディング方式の単一方向型ＱＫＤシステムについて図１１を参照しながら説明する。なお、上記実施例は単一方向型だけでなく、双方向型のＱＫＤシステムであっても同様に適用可能である。

図１１に例示するように、単一方向型ＱＫＤシステムは、送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）とが光ファイバで接続され、種々の量子暗号鍵配送アルゴリズムを用いてＡｌｉｃｅからＢｏｂへ量子鍵を配送することができる。

Ａｌｉｃｅは、レーザ光源３０１、非対称干渉計３０２、強度位相変調器３０３、減衰器３０４、乱数供給部３０５、変調制御部３０６、その他同期部や制御部（図示せず）等を有する。強度位相変調器３０３は、本発明の第１あるいは第２実施例によるネスト型変調器１００により構成することができる。また、強度位相変調器３０３および変調制御部３０６は、本発明の第３実施例によるネスト型変調器１００およびコントローラ２０５により構成することができる。Ｂｏｂは、位相変調器３０７、非対称干渉計３０８、光子検出部３０９および３１０、その他同期部や制御部（図示せず）等を有する。Ａｌｉｃｅの非対称干渉計３０２とＢｏｂの非対称干渉計３０８とは同一構成の干渉計である。

変調制御部３０６は乱数供給部３０５から入力した乱数に従って強度位相変調器３０３を制御する。より詳しくは、たとえば図７に例示したように、ネスト型変調器１００のＲＦ電圧ＲＦ_ＡおよびＲＦ_Ｂを基底および情報ビット用の乱数に従って変化させ、コヒーレントな２連パルスに対して強度位相変調を実行する。その際、第３実施例で述べたように、出力光パルスＰ２_Ａ、Ｐ２_ＢおよびＯＵＴのモニタ用の光信号からそれぞれ検出された強度Ｉ_Ａ、Ｉ_ＢおよびＩ_ＯＵＴに基づいてバイアス駆動回路２０６を制御し、期待通りの位相変調結果が得られるようにＤＣバイアス電圧ＤＣ_Ａ、ＤＣ_ＢおよびＤＣ_Ｃを制御することが望ましい。

レーザ光源３０１から出力された光パルスは、非対称干渉計３０２を通ることでコヒーレントな２連パルス（ダブルパルス）に時間的に分割する。ダブルパルス列は、基底および情報ビット用の乱数に従った強度位相変調器３０３（ネスト型変調器１００）により位相－時間コーディング方式で符号化される。このように符号化されたダブルパルス列が減衰器３０４を通してＢｏｂへ送信される。

Ｂｏｂの位相変調器３０７は、到達したダブルパルスに対して、基底用の乱数に従って位相変調し、このダブルパルスが非対称干渉計３０８を通ることで、先行パルスと後行パルスとが干渉し、その結果が光子検出部３０９および３１０により検出される。すなわち、ダブルパルス毎に先行パルスと後方パルスとの間の位相差から情報を検出することができる。

６．付記
上述した実施形態および実施例の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、
前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、
を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有する、
ことを特徴とする光変調装置。
（付記２）
前記第１信号点は、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の強度０のオフ状態に設定することで得られることを特徴とする付記１に記載の光変調装置。
（付記３）
前記位相シフタにより与えられる前記位相差が９０°に設定され、
前記第２信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の相対的強度１のオン状態に設定することで得られ、
前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度０のオフ状態、他方を相対的強度１のオン状態にそれぞれ設定することで得られる、
ことを特徴とする付記２に記載の光変調装置。
（付記４）
前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに１８０°の位相変調に相当する振幅の電圧をそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差９０°に相当するＤＣバイアス電圧を印加する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の光変調装置。
（付記５）
前記第１信号点は、前記位相シフタにより前記位相差が与えられた出力光と当該位相差が与えられない出力光との位相差を１８０°とすることで得られることを特徴とする付記１に記載の光変調装置。
（付記６）
前記位相シフタにより与えられる前記位相差が１８０°に設定され、
前記第２信号点が、前記第１変調部を９０°の位相変調、前記第２変調部を－９０°の位相変調に設定することで得られ、
前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度１のオン状態、他方を９０°あるいは－９０°の位相変調にそれぞれ設定することで得られる、
ことを特徴とする付記５に記載の光変調装置。
（付記７）
前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに９０°の位相変調に応答する振幅の電圧と－９０°の位相変調に応答する振幅の電圧とをそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差１８０°に応答するＤＣバイアス電圧を印加する、
ことを特徴とする付記１、５、６のいずれか１項に記載の光変調装置。
（付記８）
前記ネスト型変調器が、コヒーレントな２連光パルスに対して位相－時間コーディング方式に従って強度位相変調を実行し、
前記制御手段が、前記位相－時間コーディング方式のＺ基底状態を前記第１信号点と前記第２信号点との間で、Ｙ基底状態を前記第３信号点と前記第４信号点との間で生成することを特徴とする付記１－７のいずれか１項に記載の光変調装置。
（付記９）
付記８に記載の光変調装置を有する、量子鍵配送システムの送信機。
（付記１０）
マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器を用いた光変調方法であって、
制御手段が、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させ、
前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有する、
ことを特徴とする光変調方法。
（付記１１）
前記制御手段が前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の強度０のオフ状態に設定することで、前記第１信号点が得られることを特徴とする付記１０に記載の光変調方法。
（付記１２）
前記制御手段が、
前記位相シフタにより与えられる前記位相差を９０°に設定し、
前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の相対的強度１のオン状態に設定することで前記第２信号点が得られ、
前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度０のオフ状態、他方を相対的強度１のオン状態にそれぞれ設定することで前記第３信号点および前記第４信号点が得られる、
ことを特徴とする付記１１に記載の光変調方法。
（付記１３）
前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに１８０°の位相変調に相当する振幅の電圧をそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差９０°に相当するＤＣバイアス電圧を印加する、
ことを特徴とする付記１０－１３のいずれか１項に記載の光変調方法。
（付記１４）
前記第１信号点は、前記位相シフタにより前記位相差が与えられた出力光と当該位相差が与えられない出力光との位相差を１８０°とすることで得られることを特徴とする付記１０に記載の光変調方法。
（付記１５）
前記制御手段が、
前記位相シフタにより与えられる前記位相差を１８０°に設定し、
前記第１変調部を９０°の位相変調、前記第２変調部を－９０°の位相変調に設定することで前記第２信号点が得られ、
前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度１のオン状態、他方を９０°あるいは－９０°の位相変調にそれぞれ設定することで前記第３信号点および前記第４信号点が得られる、
ことを特徴とする付記１４に記載の光変調方法。
（付記１６）
前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに９０°の位相変調に応答する振幅の電圧と－９０°の位相変調に応答する振幅の電圧とをそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差１８０°に応答するＤＣバイアス電圧を印加する、
ことを特徴とする付記１０、１４、１５のいずれか１項に記載の光変調方法。
（付記１７）
前記ネスト型変調器が、コヒーレントな２連光パルスに対して位相－時間コーディング方式に従って強度位相変調を実行し、
前記制御手段が、前記位相－時間コーディング方式のＺ基底状態を前記第１信号点と前記第２信号点との間で、Ｙ基底状態を前記第３信号点と前記第４信号点との間で生成することを特徴とする付記１０－１６のいずれか１項に記載の光変調方法。
（付記１８）
マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器を制御する制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させ、
前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有する、
ことを特徴とするプログラム。
なお、本発明は、日本国にて２０１９年３月１８日に出願された特願２０１９－０４９８６３の特許出願に基づく優先権主張の利益を享受するものであり、当該特許出願に記載された内容は、全て本明細書に含まれるものとする。

本発明は、光通信システム、特に量子鍵配送システムの光変調器に利用することができる。

１００ ネスト型変調器
１０１ 位相シフタ
１０２ ＲＦ電極
１０３、１０４、１０６、１０７ 接地（ＧＮＤ）電極
１０５ ＤＣバイアス電極
２００ 制御部
２０１～２０３ カプラ
２０４ 光強度モニタ
２０５ コントローラ
２０６ バイアス駆動回路
２０７ ＲＦ駆動回路
２０８ プログラムメモリ
３０１ レーザ光源
３０２ 非対称干渉計
３０３ 強度位相変調器
３０４ 減衰器
３０５ 乱数供給部
３０６ 変調制御部
３０７ 位相変調器（基底）
３０８ 非対称干渉計
３０９、３１０ 光子検出器
ＭＺ_Ａ、ＭＺ_Ｂ マッハツェンダ（ＭＺ）変調器
ＭＺ_Ｃ 親ＭＺ干渉計
ＲＦ_Ａ、ＲＦ_Ｂ 高周波電圧
ＤＣ_Ａ、ＤＣ_Ｂ、ＤＣ_Ｃ ＤＣバイアス電圧

Claims (10)

1. マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、
   前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、
   を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、
   前記位相シフタにより与えられる前記位相差が９０°に設定され、
   前記第１信号点は、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の強度０のオフ状態に設定することで得られ、
   前記第２信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の相対的強度１のオン状態に設定することで得られ、
   前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度０のオフ状態、他方を相対的強度１のオン状態にそれぞれ設定することで得られる、
   ことを特徴とする光変調装置。
2. 前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
   前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに１８０°の位相変調に相当する振幅の電圧をそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差９０°に相当するＤＣバイアス電圧を印加する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、
   前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、
   を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、
   前記第１信号点は、前記位相シフタにより前記位相差が与えられた出力光と当該位相差が与えられない出力光との位相差を１８０°とすることで得られることを特徴とする光変調装置。
4. 前記位相シフタにより与えられる前記位相差が１８０°に設定され、
   前記第２信号点が、前記第１変調部を９０°の位相変調、前記第２変調部を－９０°の位相変調に設定することで得られ、
   前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度１のオン状態、他方を９０°あるいは－９０°の位相変調にそれぞれ設定することで得られる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
5. マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器と、
   前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させる制御手段と、
   を有し、前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、
   前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
   前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに９０°の位相変調に応答する振幅の電圧と－９０°の位相変調に応答する振幅の電圧とをそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差１８０°に応答するＤＣバイアス電圧を印加する、
   ことを特徴とする光変調装置。
6. 前記第１変調部および前記第２変調部の各々が、強度および位相変調の大きさを制御するための制御電極を有するＭＺ変調器であり、
   前記制御手段が、前記第１変調部の第１制御電極と前記第２変調部の第２制御電極とに９０°の位相変調に応答する振幅の電圧と－９０°の位相変調に応答する振幅の電圧とをそれぞれ印加し、前記位相シフタに位相差１８０°に応答するＤＣバイアス電圧を印加する、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の光変調装置。
7. 前記ネスト型変調器が、コヒーレントな２連光パルスに対して位相－時間コーディング方式に従って強度位相変調を実行し、
   前記制御手段が、前記位相－時間コーディング方式のＺ基底状態を前記第１信号点と前記第２信号点との間で、Ｙ基底状態を前記第３信号点と前記第４信号点との間で生成することを特徴とする請求項１－６のいずれか１項に記載の光変調装置。
8. 請求項７に記載の光変調装置を有する、量子鍵配送システムの送信機。
9. マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器を用いた光変調方法であって、
   制御手段が、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させ、
   前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、
   前記位相シフタにより与えられる前記位相差が９０°に設定され、
   前記第１信号点は、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の強度０のオフ状態に設定することで得られ、
   前記第２信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部を共に出力光の相対的強度１のオン状態に設定することで得られ、
   前記第３信号点および前記第４信号点が、前記第１変調部および前記第２変調部の一方を出力光の強度０のオフ状態、他方を相対的強度１のオン状態にそれぞれ設定することで得られる、
   ことを特徴とする光変調方法。
10. マッハツェンダ（ＭＺ）型の第１変調部と第２変調部とが並列接続され、前記第１変調部および前記第２変調部の出力光の間に所定の位相差を与える位相シフタを備えたネスト型変調器を用いた光変調方法であって、
    制御手段が、前記位相シフタにより与えられる前記位相差と前記第１変調部および前記第２変調部の各々により与えられる強度および位相の変調の大きさとを制御することで、前記ネスト型変調器の出力光をＩＱ平面に配置された４信号点の間で変化させ、
    前記４信号点の第１信号点の強度が０、第２信号点の相対的強度が１、第３信号点の相対的強度および第４信号点の相対的強度がそれぞれ前記０と前記１との間の値であって、前記第３信号点と前記第４信号点とが９０°の位相差を有し、
    前記第１信号点は、前記位相シフタにより前記位相差が与えられた出力光と当該位相差が与えられない出力光との位相差を１８０°とすることで得られる、
    ことを特徴とする光変調方法。

Images