WO2008026326A1 - Modulateur optique - Google Patents

Description

明 細 書

光変 ίί周

技術分野

[0001] 本発明は、光変調器に関し、特に、光ファイバを介して行われる光情報伝送に適し た多値光変調器に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、一本の光ファイバで伝送可能な情報量 (伝送容量）は、波長多重数の増加 や、光信号の変調速度の高速ィ匕によって増加してきた。し力しながら、伝送容量は、 略 10T (テラ) bit/sに達した時点で限界に達した感がある。その理由は、光伝送に使 用可能な波長帯域が、光ファイバアンプの波長帯域 (C、 L、 Sバンドを合わせて、約 80nm= ΙΟΤΗζ相当）で決まる限界値に到達し、波長数の増加余地がなくなつたた めである。

[0003] 光ファイバの伝送容量を更に拡張するためには、変調方式を工夫し、周波数帯域 の利用効率を向上する必要がある。無線通信の分野では、 1960年代から多値変調 技術が広く使われており、周波数利用効率が 10を越えるような高効率の伝送が可能 となっている。多値変調は、光ファイバを利用した光信号伝送においても有望であり 、これまでにも多くの検討が行われきた。

[0004] 例えば、 "10Gb/s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key (DQPSK) Trans mission using GaAs/AlGaAs Integration," OFC2002, paper PD- FD6, 2003 (非特許 文献 1)には、 4値の位相変調を行う QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)方式が 提案されている。また、本発明者等は、 "Proposal and Demonstration of 10- Gsymbol /sec 16-ary (40 Gbit/s) Optical Modulation I Demodulation Scheme," paper We3.4. 5, ECOC 2004, 2004 (非特許文献 2)において、 4値の振幅変調と 4値の位相変調を 組み合わせた 16値の振幅'位相変調を提案して 、る。

[0005] このように様々な光多値変調が検討されて 、るが、多値光変調の実用化を妨げて いる要因の一つとして、送信波形の符号間干渉がある。また、光ファイバ通信で用い られる信号ビットレートは、 10Gbit/s〜40 Gbit/sに達しており、非常に高速度の多 値光変調技術が必要となっている。多値光変調信号の速度は、典型的な多値無線 信号の 100〜： LOOO倍であり、多値光変調信号の生成過程において、光変調器およ び高周波部品の周波数特性や、高周波信号同士の加算処理によって、信号波形が 著しく劣化する。

[0006] 後述する本発明の理解を助けるために、多値光信号の生成過程で生じる波形劣化 と符号間干渉について、図 4を参照して説明しておく。

図 4 (A)は、多値信号の生成に用いられる 10Gbit/sの 2値電気波形のアイパターン を示している。このような単純なデジタル波形であっても、信号ビットレートが 10Gbit/ s以上になると、理想的な矩形波形を得ることが困難となり、デジタル波形の上、下 2 つのレベル、すなわち、マークとスペースが、符号間干渉 (ISI)によって劣化し、図示 したように、上下方向に或る程度の幅を持つのが一般的である。この結果、波形の中 央部に位置したアイ開口の高さが減少し、受信感度や波長分散耐力の劣化に繋が ることが知られている。

[0007] 信号ビットレートが lOGbit/sを越えると、多値信号の直接的な生成が困難となるた め、このような高速の多値信号は、一般的に、振幅値の異なる 2値電気デジタル信号 を加算することによって生成される。例えば、高速の 4値電気デジタル信号を生成す る場合、同一のビットレートを持つ独立した 2列の 2値デジタル信号を生成し、ビットタ イミングを合わせた状態で、振幅比 2 : 1で加算すればよい。

[0008] 例えば、図 4 (A)に示した振幅「2」の 2値電気信号と、 (B)に示した振幅「1」の 2値 電気信号を高周波ディバイダを用いて加算すると、（C)に示すように、等間隔に配置 された 4つの電圧レベルを持つ 4値電気信号が生成される。この場合、 2列の高周波 信号を加算した時、回路部品で起こる信号反射や回路部品の周波数特性などが原 因となって符号間干渉が増大し、結果的に多値信号 (この例では 4値信号)の波形に 、図（C)に示すような大きな劣化が生じる。

[0009] 一方、多値振幅変調光を生成するためには、上述した多値電気信号を高速の光変 調器に印力!]して、光振幅変調を行う必要がある。一般に、光変調器の駆動に必要な 電圧振幅は 2〜5Vであり、高周波信号にとっては極めて大きな振幅値となっている。 このため、光変調器の駆動には、ドライバアンプを用いた電圧増幅が必要となるが、 アンプ特性の非線形性や、出力飽和、周波数帯域、ピーキングなどの制限によって 、多値波形には更に大きな劣化が発生する。

[0010] 光変調に広く用いられているマッハツ ンダ (MZ)型の光変調器は、光変調に付随 して発生する光位相の揺らぎを高精度に制御でき、広帯域で良好な変調特性 (駆動 電圧に対する光透過率)を実現できるという特徴がある。しカゝしながら、 MZ型光変調 器の変調特性は、図 5のグラフに示すように、印加電圧に対して正弦波状となる。

[0011] 高速の光ファイバ通信で広く用いられている単純な 2値振幅変調においては、電気 信号のマークとスペースのレベルを、図 5に示す正弦波状の変調特性のボトムとピー クに合致させるのが一般的である。この場合、マークレベルとスペースレベルの電圧 値が、符号間干渉によって或る程度ばらついたとしても、光信号の強度揺らぎが抑圧 されているため、極めて良好な出力波形が得られる。これは、ボトムとピークの両点で 、印加電圧に対する変調特性の傾きが略ゼロとなるからであり、 MZ変調器の波形整 形効果として知られている。

[0012] MZ型光変調器を 4値光振幅変調に用いる場合は、図 5に示すように、 4値電気信 号がもつ 4つの電圧レベルと対応して異なった光強度が得られるように、 4値電気信 号を正弦波状の変調特性の肩の部分に合致させる。このとき、 4値電気信号の両端 の 2つの電圧レベルを消光特性のピークとボトムに合致させることによって、上述した MZ変調器の波形整形効果を得ることができる。し力しながら、 4値電気信号の中央 の 2つの電圧レベルでは、波形整形効果がないため、符号間干渉を抑圧できないと いう問題がある。

[0013] 非特許文献 2が示すように、高効率の光多値信号伝送では、光信号に振幅変調と 同時に位相変調を印加する多値振幅'位相変調が検討されている。ここで用いられ る光振幅変調では、光位相情報を常に利用可能にするため、最小振幅値をもつ光レ ベル LOがゼロより大きくなるように、光信号の消光比を意図的に低く設定する必要が ある。この場合、図 5に示すように、強度が最も弱い光レベル LOでも、波形整形効果 を得ることができなくなり、出力光の 4値波形に更に大きな波形劣化が生じる。このよ うに、光振幅変調の生成においては、符号間干渉の発生が大きな問題となっている [0014] 一方、光位相変調の分野では、符号間干渉を抑圧した変調器が提案されて!、る。 最も基本的な構成は、図 6に示すような単相無チヤープ MZ型の光変調器を用いた 変調量 πの 2値光位相変調器である。

[0015] 図 6に示した単相無チヤープ ΜΖ型光変調器 120では、入力光経路 102から入力 された無変調の入力光 101が、変調器内の導波路構造を伝搬し、光分岐器 103によ つて 2つの光導波路 127— 1と 127— 2に分離される。これらの光導波路を通過した 2 つの光は、光結合器 109で合成され、変調度 πの 2値位相変調を受けた出力光 126 として、出力光経路 110に出力される。

[0016] 変調器の基板上面には、 2つの導波路 127— 1、 127— 2の間に位置して、変調信 号用の進行波形電極 121が配置されている。進行波形電極 121の一端には、変調 信号入力端子 122が接続され、他端には、終端抵抗 125が接続されている。変調信 号入力端子 122に印加された高速の 2値電気デジタル信号は、電極 121を伝搬した 後、終端抵抗 125に吸収される。進行波形電極 121を伝搬する過程で、 2値電気デ ジタル信号が生じた電界力 2つの導波路 127— 1、 127— 2に電気光学効果を引き 起こす。その結果、両導波路に位相差が生じ、進行波形電極 121に印加される信号 電圧 Vに応じて、光信号の透過強度が、図 7に示すように正弦波状に変化する。

[0017] 上記単相 ΜΖ変調器では、 2つの導波路 127— 1、 127— 2に生ずる位相差が互い に逆相になるため、光波形の強度変化に伴う位相揺らぎを無視でき（無チヤープ）、 図 7に示すように、光信号強度がゼロとなる点で、出力光信号の位相が πだけ瞬時 に切り替わることが知られている。また、上記正弦波の位相は、端子 124を介してバイ ァス用電極 123に印加されるバイアス電圧によって、任意の電圧位置に移動させるこ とがでさる。

[0018] 上述した単相無チヤープ ΜΖ変調器を 2値光位相変調に用いる場合、進行波形電 極 121に印加される 2値電気デジタル信号の振幅を光透過特性の正弦波周期（2V π )に合致させ、且つ、バイアス電圧を調整することによって、図 7に示すように、 2値 電気デジタル信号のスペースの平均レベル LOとマークの平均レベル L1を、正弦波 状光透過特性の 2つのピークに一致させる。これによつて、光信号の位相は、 2値電 気デジタル信号がスペースの時にゼロ、マークの時に πに切り替えられることになる。 マークとスペースの電圧は、両方とも MZ変調器のピーク部分に合致しているため、 電圧波形の変動に対して波形整形効果が得られ、光強度の変動を抑圧できる。

[0019] 図 8 (A)は、単相無チヤープ MZ型光変調器を用いた 2値光位相変調器にぉ 、て、 実験で得られた光強度波形を示す。この波形から、光強度が変動するのは各ビット の境界部分のみであり、波形の中央付近では、強度変動が抑圧され、光強度が一定 となっていることがわ力る。

[0020] 図 8 (B)は、上記 2値光位相変調器における光信号の位相点配置を示す。これは、 複素平面状に光信号のビット中央時刻での複素電界をプロットしたものであり、原点 力 の距離 (半径)が電界振幅を示し、 I軸力 の角度が位相を示している。この 2値 光位相変調器では、 I軸上の振幅が一定で、位相 0と位相 πの 2点に位相点が配置 され、振幅方向にも位相方向にも殆んど広がりの無い、ほぼ理想的な (符号間干渉 の無 、)位相変調光が得られる。

[0021] 尚、上述した変調度 πの 2値光位相変調は、変調器内部の 2つの光導波路にそれ ぞれ個別の変調電極を持つ両相の ΜΖ変調器にぉ 、ても、略同様に生成できること が知られている。この場合、 2つの変調電極に、同一の振幅（ν π )で互いに逆相の 2 値デジタル信号を同一のタイミングで印加することによって、同じ動作点で変調動作 が実行されるようにすればょ 、。

[0022] 図 9は、上記 2値位相変調器を用いて構成された従来の直交 4値の光位相変調器 133を示す。此の種の直交位相変調器は、例えば、半導体光 ΜΖ変調器を用いたも のが非特許文献 1に記載されて 、る。

[0023] 入力光経路 102から入力された無変調の入力光 101は、光分岐器 103で 2つの光 経路 104—1、 104— 2に分岐される。光経路 104—1、 104— 2は、光導波路によつ て構成されており、各経路には、上述した単相 ΜΖ型 2値光位相変調器 105— 1、 10 5— 2が配置され、それぞれの変調信号入力端子 112—1、 112— 2に、互いに独立 した同一ビットレートの 2値電気デジタル信号が印加されて 、る。これらの 2値電気デ ジタル信号は、ビットタイミングが互いに一致するように、信号遅延量が調整されてい る。上記 2値電気デジタル信号の印加によって、光経路 104—1、 104— 2の通過光 には、それぞれ変調度 πの 2値位相変調が加えられる。 [0024] 一方の光経路 104— 1には、 2値光位相変調器 105— 1の後方に π Ζ2光位相シ フタ 131が設けてあり、 2値位相変調光の位相が π Ζ2だけ回転するようになってい る。この結果、光経路 104— 1を通過した 2値位相変調光 107— 1の位相点配置は、 図 10 (A)のようになり、他方の光経路 104— 2を通過した 2値位相変調光 107— 2の 位相点配置は、図 8 (B)のようになる。

[0025] これらの 2値位相変調光は、同一の光強度で光結合器 109に入力され、互いに干 渉する。上記 2値位相変調光の位相は、瞬時的には、図 10 (A)または図 8 (B)に示 した 2つの位相点の何れかとなるため、光結合器 109からの出力光 134の位相点配 置は、図 10 (B)に示すように、図 10 (A)と図 8 (B)の位相点をベクトル合成したものと なる。出力光 134の位ネ目^ Uま、互! /、に 90度ずつずれた π /4、 3 π /4、 一 3 π /4、 — _π Ζ4の 4点であり、出力光 134は直交 4値の位相変調光となる。

[0026] 上記直交 4値位相変調器 133では、位相点の拡がり（符号間干渉)の無 、2つの 2 値位相変調光をベクトル合成しているため、合成角度が安定であれば、出力光 134 は、符号間干渉の無!、理想的な 4値位相変調光となる。

[0027] 図 11は、特開 2004— 348112号（US 6,798,557 :特許文献 1)に示された任意変 調度をもつ 2値光位相変調器 130の構成を示す。

ここに示した 2値光位相変調器 130は、図 9に示した直交 4値位相変調器 133と略 同一の構造となって 、るが、 π Ζ2光位相シフタ 131が設けられた光経路 104— 2に は光変調器が存在していない。従って、光結合器 109において、 2値位相変調光 10 7と無変調光 108とが合成される。 2値位相変調光 107と無変調光 108は、強度が同 一ではなぐその振幅比が意図的に 1 : aに設定されている。

[0028] 図 12 (A)に、振幅「1」の無変調光 108の位相点配置を、また、図 12 (B)に、 2値位 相変調光 107の位相点配置を示す。無変調光 108は、 π Ζ2の位相シフトを受けた 結果、 Q軸上の点（0, 1)に頂点を持つ。また、 2値位相変調光 107の位相点は、（一 a, 0)と（a, 0)の何れかである。よって、これら 2つの光信号を光結合器 109で干渉し て得られた出力光 132の位相点は、図 12 (C)に示すように、 (-a, 1)と（a, 1)の何 れかになる。これら 2点は、互いに原点からの距離が等しぐ位相角が士 φ =arctan (a)だけ変化しており、変調量 2 φの位相変調光となっていることがわかる。 [0029] 上記 2値光位相変調器 130は、 2つの光信号 107、 108の比率 aを調整することに よって、変調位相角 Φを任意に設定でき、前述した直交変調器と同様、位相方向と 振幅方向の両方で、符号間干渉の発生を抑圧できる特徴がある。特許文献 1では、 位相変調量をそれぞれ π、 π /2、 π Ζ4に設定した任意位相変調器を 2進法的に 多段縦続接続することによって、 8値、 16値などの多値位相変調器を構成できること を開示している。

[0030] 非特許文献 1 : R. A. Griffin, et. al, "lOGb/s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key (DQPSK) Transmission using GaAs/AlGaAs Integration, OFC2002, pape r PD-FD6, 2003.

非特許文献 2 : Kenro Sekine, Nobuhiko Kikuchi, Shinya Sasaki, Shigenori Hayase an d Chie Hasegawa, "Proposal and Demonstration of 10— Gsymbol/sec 16— ary (40 Gbit /s) Optical Modulation I Demodulation Scheme," paper We3.4.5, ECOC 2004, 200 4.

特許文献 1 :特開 2004— 348112号（US 6,798,557 : Sep. 28,2004 "Direct optical N -state phase shift keying" Appl. No.: 443328, Filed: May 22, 2003)

特許文献 2：特開 2002— 328347号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0031] 上述したように、位相変調に関しては、符号間干渉を略完全に抑圧する波形生成 技術が知られていたが、振幅変調と、振幅と位相を同時に変調する 2値および多値 の光変調技術は報告されていない。例えば、特許文献 1では、強度変調波形の生成 法については、全く触れていない。

[0032] 一方、多値振幅変調における波形歪の低減は重要視されており、例えば、特開 20 02— 328347号（特許文献 2)には、 MZ変調器の 2つの電極に互いに変調度の異 なる 2値電気信号を印加することによって、 4値光信号を生成する方法が示されてい る。し力しながら、この方法では、 2つの電気信号を直接加算する場合に比較して、 加算時に生ずる波形劣化を抑制できると 、う利点はあるものの、 MZ変調器の消光特 性の傾斜部分が使われて 、るため、元の 2値電気信号の持って 、る波形歪を抑圧す ることはできない。また、 2つの電極での独立した変調動作に伴って、位相方向に大 きな揺らぎを発生するという問題がある。

[0033] 尚、 2値の振幅変調においては、 2値電気デジタル信号のマークとスペースを MZ 変調器の正弦波状の変調特性のピークとボトムに一致させることによって、符号間干 渉を抑圧した強度波形が簡単に生成できると認識されていた。し力しながら、一般の 多値光位相変調で用いられる 2値の光変調にぉ 、ては、強度変調でデジタル信号 のスペースを送信する時、光強度をゼロにはできないため、スペースレベルを変調特 性のボトムに一致させることができず、スペース部で波形整形効果が得られな ヽと ヽ う問題がある。

[0034] 従って、本発明の第 1の目的は、符号間干渉の発生を抑圧し、振幅と位相の双方 に歪の無い信号波形をもつ 2値または多値の振幅変調光の生成できる光変調器を 提供することにある。

本発明の第 2の目的は、光多値振幅'位相変調においても、符号間干渉の発生を 抑圧することにある。

[0035] 従来技術における多値光変調における多値数の最大値は、非特許文献 2で報告さ れている 16値振幅'位相変調である。このような多値数の多い光変調では、変調時 に発生する振幅と位相の符号間干渉が障害となって、受信感度や波長分散耐力な どの伝送特性が制限され、 16値以上の多値数をもつ光変調が困難となっていた。

[0036] 本発明の第 3の目的は、多値数を増加でき、必要に応じて多値数を柔軟に変更可 能で、情報を効率的に送信できる多値光変調器を提供することにある。

光多値振幅'位相変調には、光信号の位相点を同心円状、あるいは格子状に配置 する手法が知られている。し力しながら、大きい多値数をもつ現実的な光波形の生成 方法については、殆んど検討されていない。無線通信で使われているように、多値信 号同士を最終段でベクトル合成する直交合成法を光波形生成に適用することも、理 論上は可能である。し力しながら、光信号の変調に直交合成法を用いると、複雑な多 値光変調器を含む干渉系を構成する必要があり、その小型化が困難になるという問 題点がある。

課題を解決するための手段 [0037] 図 9、図 11で説明した従来の光変調器は、無変調光と位相変調器 (BPSK)を通過 した 2値位相変調光、またはそれぞれが位相変調器を通過した 2つの 2値位相変調 光を互いに π Ζ2だけ位相をずらして干渉させることによって、 2値または 4値の位相 変調光を生成している。

[0038] 本発明は、位相変調器を適用して、振幅変調光、または振幅と位相の両方が変調 された 3値以上の多値振幅'位相変調光を生成できるようにしたものであり、少なくと も 1つの光経路に光位相変調器が配置されている複数の光経路力 の出力光を同 一位相、または、士 π Ζ2以外の任意位相角で干渉させることを特徴とする。

[0039] 更に詳述すると、本発明の光変調器は、入力光経路と、上記入力光経路から入力 された光信号を Ν本 (Νは 2以上の整数)の光経路に分岐する光分岐器と、上記 Ν本 の光経路のうちの少なくとも Ν— 1本の光経路に配置された多値数 Κの Μ個（Μは Ν 1以上の整数)の光位相変調器と、上記 Ν本の光経路の出力光を同一の偏波状態 で互いに干渉させ、出力光経路に送出する光結合器とからなり、少なくとも 2本の光 経路の出力光を同一位相、または、士 π Ζ2以外の任意位相角で干渉させることに よって、上記光出力経路に、 Κの Μ乗値以下の振幅値を持った振幅変調光、または Κの Μ乗値以下の位相点を持った振幅と位相の両方が変調された多値振幅'位相 変調光を出力することを特徴とする。

[0040] また、本発明は、入力光経路からの入力光を Ν本 (Νは 2以上の整数)の光経路に 分岐し、これらの光経路からの出力光を互いに干渉させて、出力光経路に変調光信 号を生成する光変調器において、上記 Ν本の光経路の少なくとも 1つに 2値光位相 変調器を有し、上記 2値光位相変調器をもつ光経路を含む少なくとも 2本の光経路の 出力光を同一位相、または、士 π Ζ2以外の任意位相角で干渉させることによって、 上記入力光経路に入力された光に 2値以上の多値振幅変調、または振幅と位相の 両方が変調された 3値以上の多値振幅'位相変調を与えることを特徴とする。

[0041] 本発明によれば、特定タイプの変調器、例えば、マッハツエンダ型 2値光位相変調 器を構成要素として、光振幅変調器、あるいは光振幅 ·位相変調器を構成できる。ま た、位相変調器として、変調時に符号間干渉の発生しない変調器、例えば、単相型 または両相型の ΜΖ変調器を用いた変調度 πの 2値位相変調器、任意変調度の 2値 位相変調器、直交型 4値位相変調器を適用すると、これらの変調器で生成された光 信号のベクトル合成によって生成される多値振幅変調光、多値振幅'位相変調光の 符号間干渉を略完全に抑圧できる。

[0042] 光位相変調器として、例えば、 π変調電圧が V πの単相無チヤープマッハツエンダ 型光変調器を使用する場合、該光位相変調器に対して、略 2ν πの振幅を有し、マ ークの平均レベルとスペースの平均レベル力、それぞれ該光位相変調器の光出力 強度が最大となる 2つの隣接する電圧点に合致した 2値高速電気デジタル信号を入 力する。

[0043] 光位相変調器として、例えば、 π変調電圧が V πの両相マッハツエンダ型光変調 器を適用する場合、該光位相変調器に対して、略 ν πの振幅を有する互いに反転し た 2列の 2値高速電気デジタル信号を入力し、マークとスペースの送信時に、該光位 相変調器の動作点がそれぞれ上記マッハツエンダ型光変調器の光出力強度が最大 となる 2つの隣接する電圧点に合致させる。

[0044] 本発明の他の特徴は、上述した光変調器の出力光経路に第 2の変調器を縦続接 続した構成にある。この構成によれば、後述する実施例から明らかなように、 16QA Μ信号などの複雑な位相点配置を持った光信号を容易に生成できる。本発明の光 変調器は、本発明を適用した他の光変調器と組み合わせても良い。

[0045] 本発明の更に他の特徴は、入力光が分岐される Ν本の光経路のうちの少なくとも 1 本に、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器 を配置し、少なくとも光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整す るための可変光減衰器を配置したことにある。合成される光信号の電界振幅比と位 相差を変えることによって、光変調器の出力光波形における振幅開口値や位相点配 置を変更できる。この場合、振幅比を適切に設定することによって、 1対の位相点が 重なった位相点配置とし、意図的に Μの Ν乗 (Νは Μ値位相変調器の個数)以下の 任意の多値数をもった多値光信号や、光パーシャルレスポンス信号を生成できる。

[0046] 上記構成において、例えば、出力光経路に第 2の光位相変調器を縦続接続した場 合、光位相調整器と可変光減衰器を制御することによって、上記第 2の光位相変調 器から出力される変調光の多値数、位相点配置を変えることができる。 複数の光経路から出力された光信号を同位相で合成したい時、位相ずれが発生す ると、波形劣化の原因となるが、この問題は、実施例で詳述するように、合成された出 力光における振幅変調成分が最大になるように、光信号の位相を自動制御すること によって解消できる。

発明の効果

[0047] 本発明によれば、複数光経路の出力光を同一位相、または、士 π Ζ2以外の任意 位相角で干渉させることによって、位相変調器を適用して、振幅変調光、または振幅 と位相の両方が変調された 3値以上の多値振幅'位相変調光を生成できる。また、多 値光振幅変調において、振幅方向の符号間干渉を抑圧することによって、 2値電気 信号に波形劣化があった場合でも、波形劣化の少ない多値光信号を生成でき、多値 光信号波形のアイ開口を拡大できるため、効率的な情報伝送が可能となり、受信装 置側で光信号の受信感度も大幅に改善できる。

発明を実施するための最良の形態

[0048] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例 1

[0049] 図 1は、本発明の第 1実施例として、 4値光振幅変調器 100の構成を示す。

入力光経路 102から供給された入力光 101は、光分岐器 103で第 1光経路 104— 1、第 2光経路 104— 2、第 3光経路 104— 3に分岐される。これらの光経路のうち、第 2光経路 104— 2と第 3光経路 104— 3には、それぞれ単相 ΜΖ型の 2値光位相変調 器 105— 1、 105— 2が配置され、第 1光経路 104— 1と第 3光経路 104— 3には、そ れぞれ光位相調整器 106— 1、 106— 2が設けてられて 、る。

[0050] 2値光位相変調器 105— 1、 105— 2の変調信号入力端子 112—1、 112— 2には 、それぞれ個別の 2値電気デジタル信号が印加されている。これらの電気信号は、ビ ットレートが等しぐ互いにビットタイミングが合致するように、信号遅延量が調整され ている。これによつて、第 2光経路 104— 2と第 3光経路 104— 3を通過する光には、 それぞれ変調度 πの 2値位相変調が加えられる。

[0051] 光位相調整器 106— 1、 106— 2には、それぞれバイアス端子 113— 1、 113— 2を 介して、外部からバイアス信号を印加され、これによつて、各光経路から出力される光 信号の位相状態が調整される。本実施例では、上記バイアス信号によって、それぞ れ光経路 104—1、 104— 2、 104— 3を通過した 3つの光信号、すなわち、無変調光 108と 2値位相変調信号 107—1、 107— 2の位相が互いに完全に一致する（位相差 がゼロとなる）ように調整される。

[0052] 位相が揃った状態で、上記光信号 108、 107— 1、 107— 2を光結合器 109で相互 干渉させることによって、出力光経路 110に出力される出力光 111に 4値振幅変調を 生じさせることができる。この時、光信号 108、 107— 1、 107— 2は、電界振幅比率 力 S「l _{: a :} b」となっている。尚、各光信号の瞬時光強度は、電界振幅の二乗となるため 、瞬時光強度の比率は「1 : a' 2 : b' 2」となる。

[0053] 図 2を参照して、上記 4値光振幅変調器 100における 4値光振幅変調の生成原理 を説明する。

図 2 (A)、（B)、 （C)は、それぞれ無変調光 108、 2値位相変調光 107— 1、 2値位 相変調光 107— 2の位相点配置を示している。これらの光信号は、それぞれの光位 相が互いに一致するように位相調整されている。基準位相を I軸とすると、無変調光 1 08の位相点は、図 2 (A)に示すように座標（1, 0)、 2値位相変調光 107— 1の位相 点は、図 2 (B)に示すように（ a, 0)または（a, 0)、 2値位相変調光 107— 2の位相 点は、図 2 (C)に示すように（—b, 0)または (b, 0)となる。従って、これら 3つの光信 号を合成 (干渉)して得られる出力光 111の位相点配置は、 (1 -a-b, 0)、 (l -a + b, 0)、 (1 + a-b, 0)、または（1 + a+b, 0)の 4点となる。

[0054] ここで、振幅比 a、 bを 0< b< a< lとすると、出力光 111の位相点配置は、、図 2 (D )に黒丸で示すように、 I軸上の原点力 の距離 (電界振幅)が異なる 4点となり、出力 光信号 111は、異なる 4つの強度レベル（1 a— b) ' 2、（1 a + b) ' 2、 (1 + a-b) " 2、（1 + a+b) ' 2を持つ 4値振幅変調光となる。

[0055] 光結合器 109に入力される光信号は、無変調光 108と、符号間干渉 (位相点の拡 がり）の無い理想的な 2値位相変調光 107—1、 107— 2となっているため、これらの 光信号をベクトル加算して得られる出力光信号 (4値振幅変調光） 111も、符号間干 渉が抑圧された理想的な波形となる。また、出力光信号 111は、全ての位相点が I軸 上に配置されて 、るため、変調時に位相揺らぎが発生しな 、。 [0056] 本実施例によれば、変調器 100から出力される 4値振幅変調光の信号レベルは、 上述したように、電界振幅比 a、 bによって決まるため、これらの強度を適切に設定す ることにより、所望のレベル比の光信号を得ることができる。例えば、 a = 2Z3、 b= l Z3とすると、出力信号の 4つの強度レベルは、電界比で、下力 順に 0 : 2Z3 :4Z3 : 2 = 0 : 1： 2 : 3となり、最低レベル（電界振幅 1 a— b)の光強度を 0として、各レベル の光電界の間隔を一定にすることができる。

[0057] このように電界を等間隔に配置すると、各レベルの光強度比は、 0 : 1 :4 : 9のように 、二乗ルールで上のレベルほど間隔が広がっていく。光増幅器を用いた光伝送シス テムでは、光増幅器からの雑音光が受信感度の制限要因となるため、光強度レベル をこのように二乗ルールに従って配置すると、受信感度の面で最も理想的となる。

[0058] 本実施例で得られた 4値強度変調光は、無チヤープであるため、これを利用して、 光位相変調を加えた多値振幅'位相変調光を生成することが可能となる。この場合、 最低レベルの光強度がゼロにならないように、例えば、 a = 0. 4, b = 0. 2とする。この とき、出力光信号の 4つのレベルは、電界比で下から順に 0. 4 : 0. 8 : 1. 2 : 1. 6 = 1 : 2 : 3 :4となり、最低レベルを含めて、上述した二乗ルールを実現できる。但し、下側 のアイ開口が小さくなり過ぎると、受信特性が劣化するため、実際の応用においては 、光強度レベルが等間隔配置と二乗ルール配置との中間ぐらいになるように、レベル 設定するのが望ましい。

[0059] 図 3は、本実施例の変調方法で実験により生成された 4値強度変調光の信号波形 を示している。

実験系は、図 1と同じように、光信号を 3つに分岐した後に、第 2、第 3の光経路に、 それぞれ単相 MZ型光変調器を配置し、無変調光と、単相 MZ型光変調器を通過し た 2つの 2値位相変調光を再び光結合する構成となっている。これらの部品は、略同 一長さの光ファイバで結合され、単相 MZ型光変調器に印加するデータ信号のビット レートは、 10Gbit/sとし、その振幅は、理想的な振幅値 2V TUのおよそ 90%としてあ る。また、干渉計で結合された 3つの光経路には、それぞれ光アツテネータを挿入し 、 3つの光信号 108、 107—1、 107— 2の強度比を凡そ「1 :— 11. 4dB:— 16. 5dB 」とし、電界比で「1 : 0. 26 : 0. 15」とした。 4値光信号の各レベルの強度比は、計算 上では、 L0 :L1 :L2 :L3 = 1 : 2. 2 : 3. 53 : 5. 66となる。

[0060] 図 3 (A)が、実際に生成された 4値強度変調光のアイパターンを示す。電圧振幅の 不足のため、ビットの前半などで、各レベルに多少の拡がりが見られるものの、どのレ ベルも略同一の太さの良好なアイ開口が得られており、符号間干渉の抑圧効果が確 認できる。

[0061] 図 3 (B)は、この 4値強度変調光をパルス化した光波形、図 3 (C)は、従来の電気信 号の合成で生成した 4値光波形を示している。後者は、符号間干渉による波形劣化 のために、各光強度レベルの幅が増大し、アイ開口幅が縮小しているが、前者は、符 号間干渉が抑圧されて、各レベルの幅が十分狭くなつており、極めて良好なアイ開 口が得られることが確認できる。このように、本実施例によれば、符号間干渉を抑圧し た理想的な光強度変調波形を生成することができる。

[0062] 本実施例は、実装において、各経路の光信号をコヒーレントに干渉させ、且つ、光 位相雑音が光強度雑音に変換されることを防ぐために、各光経路長の差をできるだ け短く（レーザ光源の線幅にもよる力 通常は数 10cm以内）保つ必要がある。また、 3つの光信号を効率よく干渉させるため、光信号の偏波状態を一定に保つ必要であ る。これらの条件は、偏波保持光ファイバ干渉系を用いて実現可能であるが、装置を より小型化するためには、空間光学系を用いた干渉系を使用し、複数の光部品を集 積化して導波路で結合する構成とすればょ ヽ。

[0063] 図 1に示した 4値光振幅変調器 100の構成は、既に、 LN結晶や半導体チップ上で 集積化されている図 9に示した直交 4値位相変調器と略同一規模の光回路であり、 製品を実現上での問題はない。小型の集積回路構造とすることによって、温度の変 化等による干渉系の位相ずれを小さくし、安定に動作する光振幅変調器を実現でき る。これは、後述する本発明による光多値振幅'位相変調器においても同様である。

[0064] 図 1において、位相調整器 106 (106— 1、 106— 2)は、光信号の位相を波長以下 のレベルで微調整する部分であり、その機能は、電気光学効果ゃシュタルク効果な どを利用した光位相変調器の採用、遅延線または光導波路の一部に高屈折領域を 設けたりレーザトリミング技術など、種々の手法で実現できる。また、本実施例では、 光経路 104— 1と 104— 3に位相調整器 106を配置している力 結果的に 3本の光経 路の位相差を相対的に調整できればよいため、位相調整器 106は、実施例とは異な つた位置に配置してもよ 、。

[0065] 尚、 4値光振幅変調器 100の製造時点で、例えば、経路長の高精度管理、温度依 存性の排除技術などによって、 3本の光経路に位相差が生じない構造となっていれ ば、位相調整器 106の配置は不要となる。従って、位相調整器 106は、本実施例に おける必須の構成要件ではな 、。

単相 MZ型 2値光位相変調器 105の代わりに、従来技術として説明した両相 MZ型 2値位相変調器を適用してもよい。但し、後者は、 2系統の互いに反転した 2値電気 デジタル信号を必要として!/、るため、これらのデジタル信号間で振幅差が発生すると 、前者に比較して、符号間干渉の抑制効果が低下する可能性がある。

[0066] 本実施例では、 4値振幅変調信号を生成して 、るが、並列に配置される光経路の 本数と変調器の個数を増やすことによって、例えば、 8値、 16値など、多値数の高い 光振幅変調を実現できる。電界振幅比 a、 bの値は、生成すべき光信号の位相点配 置に応じて、広い範囲で変更可能であり、例えば、 aと bの大小関係を逆転したり、 aと bの値を等しくてもよい。また、基準となる電界振幅の値を 1より大きくしても構わない。

[0067] これらの電界振幅比の大きさは、例えば、光分岐器 103の分岐比、光結合器 109 の結合比を変えることによって、所望の値に設定できる。電界振幅比の調整には、光 経路 104— 1〜104— 3、 2値光変調器 105— 1〜105— 2、光位相調整部 106— 1 〜106— 2における損失差や、後述するように、光強度調節に専用の光アツテネータ や光増幅器を利用してもよ ヽ。光経路に MZ型や電界吸収型などの光変調器を配置 し、電極に直流電圧を印加することによって光損失を制御する構造を採用してもよい

[0068] 尚、本実施例の構成では、位相ずれが丁度 πとなっても、符号間干渉の無!、4値 振幅変調波形を生成できるが、この場合、伝送される 2値デジタル信号の極性が反 転するという問題がある。

しカゝしながら、このような符号反転は、受信側で検出できるため、例えば、受信器側 の復号器に符号補正回路を設けることによって、符号反転を自動的に補正すること ができる。別の方法として、送信器側に、 4値光振幅変調器 100で生成した光信号か ら符号反転を検出する光検出器を設けておき、符号反転を送信側で修正するように してちよい。

[0069] 符号反転の発生は、例えば、各光位相変調器に印加するバイアス信号に低周波の ディザリング信号を重畳しておき、出力光の一部を送信器内に設けた低速光受信器 で受信して、ディザリング信号の位相を調べることによって検出するようにしてもよい。 実施例 2

[0070] 図 13は、本発明の第 2実施例として、自動位相調整機能を備えた 4値光振幅変調 器 100Aを示す。

光結合器 109に接続される各光経路の長さ力 例えば、環境温度の変化や経年変 化によって変動すると、光結合器 109から出力される光多値強度変調波形のアイ開 口の大きさが変化し、伝送特性が劣化する。アイ開口が大きく変化すると、デジタル 信号の論理値が反転し、信号伝送が不能となる可能性がある。この場合、各位相点 が位相方向にも変化し、波形のチヤープによる伝送劣化や、位相変調結果にも大き な劣化が生じる可能性がある。

[0071] 第 2実施例では、これらの現象を防止するため、光結合器 109の出力光 111の一 部を光経路 110— 2を介して光検出器 (PD) 142に導き、出力光 111の振幅変調成 分を電気信号に変換する。光検出器 142の出力信号は、高周波検出器 143に入力 され、振幅を示す直流電気信号に変換される。この信号は、 AZD変換器 144でディ ジタル信号に変換した後、最大値制御部 145に入力される。

[0072] 最大値制御部 145は、 AZD変 l44の出力が示す振幅値が最大となるように、 1対の制御信号 Vpl、 Vp2を生成する。制御信号 Vpl、 Vp2は、それぞれ DZA変 翻 146- 1、 146— 2でアナログ信号に変換した後、光位相調整器 106— 1、 106 2のノ ィァス端子 113— 1、 113— 2に印カロされる。

[0073] 図 14は、最大値制御部 145が実行する制御アルゴリズムを示すフローチャートであ る。

最大値制御部 145は、高周波検出器 143で観測される 1つの検出信号に基いて、 2つの光位相調整器 106— 1、 106— 2を制御する必要があり、ここでは、変数 iの値 を判定して (ステップ 1401)、 2つ光位相調整器を時分割で制御している。 [0074] すなわち、変数 iが奇数の場合は、ステップ 1402〜 1406からなる制御シーケンス で、光位相調整器 106— 1の制御信号 Vplを調整し、変数 iが偶数の場合は、ステツ プ 1412〜1416からなる制御シーケンスで、光位相調整器 106— 2の制御信号 Vpl を調整している。変数 iの値は、各制御シーケンスの実行の都度、インクリメント (i=i + 1)される。

[0075] 例えば、変数 iが奇数の場合、制御信号 Vplを一定値 Δνだけ増加して（1402)、 高周波検出器 143の出力 (AZD変 l44の出力）が増カロした力否かを判定する（ 1403)。検出器出力が増加していれば、変数 iをインクリメントして、他方の制御シー ケンスに移行する。逆に、検出器出力が減少した場合は、制御信号 Vplを元の値か ら Δνだけ減少させ（1404)、高周波検出器 143の出力が増加した力否かを判定す る（1405)。検出器出力が増加していれば、変数 iをインクリメントして、他方の制御シ 一ケンスに移行する。検出器出力が減少した場合は、制御信号 Vplの値を元に戻し て（1406)、他方の制御シーケンスに移行する。

[0076] 変数 iが偶数の場合、ステップ 1412〜 1416からなる制御シーケンスが実行される。

ステップ 1412〜1416は、制御信号が Vp2に変わっただけで、ステップ 1402〜140 6と対応している。

上記最大値制御によれば、例えば、各光経路での光位相が温度変化によって変化 した場合でも、光強度変調成分が最大となるように光位相調整器 106— 1、 106- 2 の状態が自動的に調整されるため、 4値光強度変調波形の劣化を最小限に抑えられ る。

[0077] 光位相調整器 106— 1、 106— 2の制御には、例えば、最大傾斜法を利用した制御 アルゴリズムのように、本例以外の他の制御アルゴリズムを適用してもよい。実施例で は、 1つの検出信号に基いて、 2つの制御信号 Vplと Vp2を生成した力 例えば、制 御信号 Vplと Vp2に周波数の異なるディザリングをかけておき、これらのディザリング 成分を別々に抽出することによって、独立した検出信号を得るようにしてもよい。ここ では、 2変数制御の例を示しているが、光経路や変調器の個数を増加した場合でも、 同様の制御アルゴリズムを適用可能である。

[0078] 上述した最大振幅制御に用いる光検出器 142は、光信号の強度変調成分を或る 程度受信できれば十分であり、各変調器 105に印加される電気 2値デジタル信号の ビットレートよりも帯域の狭い廉価な検出器を適用できる。その理由は。通信に用いる 2値デジタル信号のデータパターンは略ランダムであり、電気 2値デジタル信号には 、高周波力も低周波までの広い周波数成分が含まれているためである。例えば、図 3 の実験例では、帯域 1. 5GHz程度の光検出器を用いて、図 14のアルゴリズムによる 自動制御を行 、、問題なく動作することを確認して 、る。

[0079] 光強度検出器 142、高周波検出器 143、 AZD変 144からなる回路部は、光 信号の持つ振幅変調成分を抽出するためのものであり、他の回路構成に置き換え可 能である。例えば、光検出器 142の直後に Dフリップフロップを設け、出力電気信号 を非同期でサンプリングすることによって、出力データの分布幅や最大 ·最小レベル を調べ、これらが最大 ·最小となるように制御してもよい。また、光スペクトル成分を観 測し、変調に対応したスペクトル成分が最大となるように制御してもよい。

[0080] 本実施例では、結果的に出力光の振幅変調成分が最大にできればよいため、最 大値制御部 145の代わりに、例えば、最小値制御回路や、一定値制御回路など、他 の機能回路が使用されてもよい。

[0081] 尚、図 13では、光信号経路 104— 2、 104— 3に光アツテネータ 140— 1、 140— 2 を配置し、制御端子 141— 1、 141— 2に外部から減衰量制御信号を与えることによ つて、光信号の振幅を調整できるようにしている。光アツテネータ 140— 1、 140-2 での振幅減衰量は、光振幅変調器 100を装備した送信器の出荷時に、所望の出力 波形が得られるように調整し、最適減衰量に固定してもよいし、例えば、光結合器 10 9の直前で各光経路の光信号の強度を観測し、それぞれの信号強度が常に所定値 になるように減衰量を自動制御するようにしてもよい。更には、光検出器 142で、多値 振幅変調光の強度レベルを直接観察し、それぞれの強度レベルが所定値になるよう に光アツテネータ 140— 1、 140— 2をフィードバック制御するようにしてもよ!ヽ。

[0082] 上記光アツテネータによって、例えば、製造誤差や経時劣化によって、各光経路の 信号強度が変動した場合でも、合成時の光振幅比を一定の値に維持し、所定の振 幅比を持った多値振幅変調波形を得ることが可能となる。また、用途に応じて光信号 の振幅を可変し、最適な多値振幅変調波形を得ることが可能となる。 実施例 3

[0083] 図 15は、本発明の第 3実施例として、 8値光振幅'位相変調器 (振幅 2値、位相 4値 ) 200の構成例を示す。本実施例では、本発明の基本的な形態である 2値光振幅変 調器 153が使用されている。

[0084] 半導体レーザ光源 150から出力された無変調光 151は、公知の直交 4値光位相変 調器 (QPSK) 133に入力され、直交 4値の位相変調光 152— 1に変換される。直交 4値位相変調光 152— 1は、 2値光振幅変調器 153に入力され、無チヤープの 2値振 幅変調を受ける。 2値光振幅変調器 153の内部では、入力された直交 4値光位相変 調光 152— 1が、第 1光経路 104— 1と第 2光経路 104— 2に分岐される。第 1光経路 104— 1の入力光は、無変調のまま光結合器 109に入力される。一方、第 2光経路 1 04 - 2の入力光は、単相 MZ型 2値光位相変調器 105で 2値位相変調を受けた後、 可変減衰器 140、位相調整器 106によって振幅を a、位相差を 0に調整した光信号 1 35となって、光結合器 109に入力される。

[0085] ここでは、理解を容易にするため、 2値光振幅変調器 153への入力光 152— 1が無 変調であつたと仮定する。この場合の 2値光振幅変調器 153の出力光を 2値強度変 調光 111と呼ぶ。このとき、第 2光経路の出力光信号 135は、 2値の位相変調光とな り、位相ずれがなければ、その位相点配置は、図 16 (A)に示す黒丸の 2点（半径: a 、位相： 0または π )となる。もし、光位相が所定値より Θだけずれた場合、位相点配 置は、図 16 (A)に示す白丸の 2点（半径: a、位相： 0または π + 0 )となる。

[0086] 位相ずれが無い場合、第 1光経路 104— 1を通過した振幅 1の無変調光 152— 2と 、第 2光経路の出力光信号 135を光結合器 109で合成すると、 2値強度変調光 111 の位相点は、図 16 (B)の左図に示すように（1— a, 0)、 (1 + a, 0)の 2点となる。この とき、 2値強度変調光 111は、図 16 (B)の右図に示すように、符号間干渉が抑圧され た理想的な 2値振幅変調光となる。

[0087] 本実施例では、振幅比 aによってスペースレベル L0の消光比を自由に設定可能で あり、例えば、 a= lのときは完全消光 (L0 = 0)、 a = 0. 5にすると消光比 1/3となる 。通常の MZ型光振幅変調器を用いた場合、消光を劣化させるに伴ってスペースレ ベルでの波形整形効果が失われてしまうが、本実施例では、符号間干渉を常に抑圧 した良好な波形を生成できる。

[0088] 図 16 (C)の左図は、位相ずれ Θがあった場合の 2値強度変調光 111の位相点を 示す。この場合、 2つの位相点は、白丸で示すように、 (1, 0)を中心に角度 0だけ回 転してしまう。 2値強度変調光 111の強度波形は、図 16 (C)の右図に示すように、角 度 Θの位相回転によって、内側の位相点 (座標：「1 a, 0」、強度: LO)が原点から 遠ざかり、外側の位相点 (座標：「l + a, 0」、強度: L1)が原点に近づく。その結果、 それぞれの強度レベルが「LO'」、「L1 '」となって、強度波形の振幅が減少するため 、この振幅を常に最大に保つことによって、常に最適の 2値光振幅変調波形を保つこ とができる。これが本発明において光振幅変調波形の生成に用いる最大値制御の原 理であり、この制御は 2値を越える振幅変調の際にも同様に適用できる。

[0089] また、上記制御は、入力光 152—1に他の変調、例えば、図 15に示したように、直 交 4値位相変調が加えられていた場合にも有効となる。入力光 152— 1が 4値位相変 調光の場合、位相ずれが無ければ、出力光 157は、正しい 8値振幅'位相変調となる

8値振幅 ·位相変調光の位相点配置は、図 16 (D)に 8つの黒丸で示すように、放射 状 2重の同心円配置 (位相 4値、振幅 2値)となる。また、 2値光振幅変調器 153で位 相ずれ 0があった場合、内側円上と外側円上の 2個の位相点が対になって、位相点 配置は、図 10 (B)に示した元の 4値位相変調の位相点を中心に Θだけ回転し、図 1 6 (D)に白丸で示すような不完全な配置に遷移する。この遷移によって、内側円上と 外側円上の位相点の距離が縮まり、振幅変調成分が小さくなる。

[0090] この場合、上述したように振幅変調成分が最大となるように制御すれば、位相ずれ の影響を抑圧できる。上記最大値制御は、入力光に 4値位相変調以外の他の複雑 な変調が加えられて 、た場合でも有効であり、これによつて常に良好な位相点配置 を維持できる。

実施例 4

[0091] 図 17は、本発明の第 4実施例として、振幅 2値、位相 2値に変調された 4値光振幅' 位相変調器 154の構成例を示す。

本実施例では、入力光 101が、光分岐器 103で第 1光経路 104— 1と第 2光経路 1 04— 2に分岐されている。第 1、第 2光経路 104— 1、 104— 2には、それぞれ単相 M Z型 2値光位相変調器 (BPSK) 105— 1、 105— 2と、可変光減衰器 140— 1、 140 —2とが配置されている。第 2光経路 103— 2には、更に、光位相調整器 106が配置 され、第 1、第 2光経路力も出力される 2値位相変調光 107— 1、 107— 2が、光結合 器 109で合成されている。また、光位相調整器 106は、図 13に示した第 2実施例と同 様、最大値制御部 145によって、制御されている。

[0092] 上記構成は、一見すると、図 9に示した従来の直交 4値光位相変調器と類似してい る。し力しながら、本実施例は、光結合器 109が、第 1、第 2光経路の出力光信号を 位相差 0で合成 (干渉)し、この状態を維持するように光位相調整器 106が自動制御 されている点で、従来の直交 4値光位相変調器と相違している。また、本実施例は、 光結合器 109に入力される 2つの光信号（2値位相変調光）の一方、この例では第 2 光経路の光信号を可変減衰器 140— 2で意図的に減衰することによって、光結合器 109が 2つの光信号を異なった振幅比 a: bで合成している点で、従来の直交 4値光 位相変調器と相違して ヽる。

[0093] ここで、図 18を参照して、 4値振幅 ·位相変調の原理について説明する。

第 1光経路の 2値位相変調光 107— 1の位相点配置は、図 2 (B)と同一であり、第 2 光経路の 2値変調光 107— 2の位相点配置は、図 18 (A)の黒丸のようになる。

[0094] 図 18 (A)で、白丸は、光信号の位相が Θだけずれた場合の位相点を示して！/、る。

ここで、振幅 bく aと仮定すると、光信号 107— 1と 107— 2を合成して得られた光信 号 156の位相点は、座標（— a— b, 0)、 (-a + b, 0)、（a— b, 0)、 (a + b, 0)の 4点 となる。

[0095] これらの位相点は、図 18 (B)の左図に示すように、実軸上に配置された振幅位相 変調光（振幅は、 a— b、 a + bの 2値、位相は、 0または π )となる。図 18 (B)の右図は 、上記振幅位相変調光の強度波形であり、レベル L0が振幅 a— bの位相点に対応し 、レベル L 1が振幅 a + bの位相点に対応して!/、る。

[0096] 図 18 (C)の左図は、光信号の位相が Θだけずれた場合の位相点配置を示す。前 述したように、位相ずれ Θ分だけ、各位相点力 元の 2値位相変調光 107—1の位相 点の周りに回転した形となっている。この結果、強度波形は、図 18 (C)の右図に示す ように、上側の開口が縮小する。従って、本実施例でも、出力波形の振幅変調成分を 高周波検出器 143で検出し、これが最大となるように、最大値制御回路 145で光位 相調整器 106を制御することによって、図 18 (B)に示すように位相歪の無い最良の 位相点配置を維持することができる。

[0097] 本実施例では、比率 a : bを調整することによって、任意の消光比 (LOZL1)を持つ た光多値振幅'位相変調光 156を生成できる。尚、ここでは、振幅値 a、 bを異なる値 としたが、仮に、従来の直交 4値光位相変調器のように a = bであったと仮定すると、 合成された出力光信号 156の位相点配置は、原点に近い 2つの位相点が互いに重 なって、図 18 (D)に示すように 3値になり、所望の変調光が得られない。

実施例 5

[0098] 図 19は、本発明の第 5実施例として、 3値の光多値振幅'位相変調器の一種である 光デュオバイナリ変調器 155の構成を示す。本実施例では、第 4実施例で振幅値が a=bの時に縮退した 3点の位相点配置を積極的に利用している。このため、ここに示 した光デュオバイナリ変調器 155の構成は、図 17に示した 4値光振幅'位相変調器 1 54と類似している。本実施例では、単相 MZ型 2値光位相変調器 105— 1、 105— 2 の変調信号入力端子 112—1、 112— 2に、デュオバイナリ符号器 161の出力 DO、 D1が供給されている。

[0099] 図 20 (A)は、光デュオバイナリ変調信号の位相点配置を示す。これは、図 18 (D) に示した位相点配置と一致している。光デュオバイナリ変調信号は、光多値信号の 位相、振幅の冗長性を利用したパーシャルレスポンス符号であり、データ信号入力 端子 160に入力された 2値デジタル信号 Dをデュオバイナリ符号器 161で符号ィ匕す ること〖こよって、単相 MZ型 2値光位相変調器 105— 1、 105— 2に供給すべき 2値の 電気デジタル信号 D0、 D1が生成される。

[0100] 図 20 (B)は、デュオバイナリ符号器 161の符号ィ匕規則を示している。ここで、 nは、 入力データのビット番号を示しており、第 nビットのデジタル値を D (n) =0または D (n ) = 1で表す。デュオバイナリ符号 DB (n)の符号ィ匕規則は、

DB (n) =D (n) +D (n- l)

である。 [0101] 上記符号化規則から、 DB (n)の値は、入力デジタル値 D (n)、 D (n— 1)の組み合 わせに対応して、図 20 (B)が示すように、 0、 1、 2の 3値となる。これらの 3つの状態 は、図 20 (A)が示す 3つの位相点（ 2a, 0)、 (0, 0)、 (2a, 0)に順に割り当てるこ とがでさる。

[0102] この場合、各位相点を生成するために単相 MZ型 2値位相変調器 105— 1、 105— 2に実際に印加すべきデジタル信号 DO (n)、 Dl (n)の組み合わせは、 D (n)、 D (n 1)の組み合わせ力 逆算して、 D0 (n) =D (n— 1)、 Dl (n) =D (n)にすればよ い。従って、デュオバイナリ符号器 161は、図 20 (C)に示すように、入力デジタル D ( n)をそのまま Dl (n)として出力し、 D (n)の 1ビット遅延信号を DO (n)として出力する 構成にすればよい。

[0103] 本実施例は、 4値光振幅'位相変調器の変形 (3値の光多値振幅'位相変調器）に よって、光デュオノイナリ信号 162を生成できる。本実施例によれば、従来技術のよう にローパスフィルタ、電気信号の加算器のような特別なデュオバイナリエンコーダが 不要になる。また、図 20 (A)の右図に示すように、光波形が矩形に近くなるため、従 来技術で生成される光デュオバイナリ波形に比べて、受信感度の劣化が少な 、。

[0104] 尚、光信号の波形が矩形に近づき過ぎると、光信号のスペクトル帯域幅が拡がる可 能性があるが、この問題は、変調信号入力線 112の途中に帯域制限用の低域透過 フィルタを配置するか、狭帯域光バンドパスフィルタで出力光信号力も余分な帯域を 削減することによって解消できる。

[0105] 図 19の実施例では、 2値デジタル信号から 3つの光位相点をもつ光デュオバイナリ 波形を生成したが、同一ルールで更に複雑な光デュオバイナリ波形 (例えば、振幅 3 値、位相点 5値)を生成することも可能である。従って、本実施例によれば、より伝送 効率の高い符号を適用した通信が可能となる。

実施例 6

[0106] 図 21は、本発明の第 6実施例として、第 1実施例における光結合器 109を複数の サブ光結合器 109— 1、 109— 2に分割し、異なる光経路を通過した光信号をこれら のサブ光結合器で逐次に干渉させ、各サブ光結合器の出力から抽出した個別の検 出信号に基づいて、光位相調整器に与える制御信号を生成するようにした多値光振 幅変調器 100Bを示す。

[0107] ここでは、第 1実施例と同様、入力光を第 1、第 2、第 3の光経路 104—1、 104— 2 、 104— 3に分岐し、第 1、第 3光経路 104— 1、 104— 3には光位相調整器 106— 1 、 106— 2を配置し、第 2、第 3光経路 104— 2、 104— 3に単相 MZ型 2値位相変調 器 105— 1、 105— 2を配置している。第 2、第 3光経路は、第 5実施例と同様の構成 となっている。従って、第 2、第 3光経路を結合するサブ光結合器 109— 2からは、消 光度の高い 3値の振幅'位相変調光 162が出力される。

[0108] サブ光結合器 109— 2の出力光 162は、サブ光結合器 109— 1によって、第 1光経 路 104— 1の出力光と合成され、多値光振幅変調器 100Bの出力光 165となる。尚、 第 1光経路 104— 1の出力光信号の振幅を 1としたとき、第 2、第 3光経路 104— 2、 1 04— 3の出力光信号の振幅 a、 bは、可変減衰器 141— 1、 141— 2によって、それぞ れ 0. 5に調整され、光位相は互いに合致させてある。

[0109] 本実施例では、第 2、第 3光経路 104— 2、 104— 3の出力光をサブ光結合器 109 —2で合成する。サブ光結合器 109— 2の出力光 162は、図 20 (A)に示した位相点 配置を持つ 3値の振幅'位相変調光であり、その一部が光検出器 142— 2に入力さ れ、高周波検出器 143— 2、 AZD変換器 144— 2、最大値制御部 145— 2、 D/A 変換器 146— 2によって、位相調整器 106— 2に印加すべきバイアス電圧 Vp2に変 換される。

[0110] サブ光結合器 109— 2から出力された 3値の振幅 ·位相変調光 162は、サブ光結合 器 109— 1で、第 1光経路を通過した無変調光 108と合成 (干渉)され、出力光 165と なる。出力光 165の位相点配置は、図 22 (A)の左図に示す黒丸のようになる。

[0111] 本実施例では、振幅 a = 0. 5、 b = 0. 5とすることによって、振幅最小の位相点を原 点に合致させ、変調光の消光度を高めている。出力光 165の強度波形は、図 22 (A) の右図に示すように、最低レベルの強度 L0が 0となり、 3つの信号レベル L0、 Ll、 L 2の間に、上下 2つのアイ開口をもっている。

[0112] 出力光 165の一部は、光検出器 142— 1に入力され、高周波検出器 143— 1、 A/ D変換器 144— 1、最大値制御回路 145— 1、 DZA変換器 146— 1によって、位相 調整器 106— 1に印加すべきバイアス電圧 Vplに変換される。 [0113] 本実施例では、サブ光結合器を多段に接続することによって、位相調整器 106— 1 、 106— 2の制御系を独立させている。この構成によれば、各位相調整器が、個別の 観測量 (検出量）に基づいて制御されるため、位相ずれの制御精度が向上し、制御 誤差の少な 、、劣化の小さ 、波形を生成することが可能となる。

[0114] 尚、図 22 (A)の左図に示した 3つの位相点は、本来は、図 18 (B)に示すように、 4 個ある位相点のうちの 2つの位相点が同じ位置に重なったものであり、見かけ上で 3 値の光信号となっているに過ぎない。そこで、本実施例では、伝送すべき 3値の電気 データ信号 163を符号器 164に入力し、この符号器 164で、 2つの単相 MZ型光位 相変調器 105— 1、 105— 2に入力すべき 2値の電気デジタル信号 DOと D1を生成し ている。符号器 164は、図 22 (B)の真理値表に従って、真の 3値光振幅変調信号を 生成する。

本実施例は、上述したように、光信号の位相点の一部を互いに重ね合わせ縮退さ せ、符号器によって適切な多値符号ィ匕を行うことによって、 2のべき乗に限らない任 意の多値数を持った光多値信号伝送にも適用できる。

[0115] 次に、上記図 21に示した変調器構成で、グレイ符号化を適用した 4値の振幅多値 信号を伝送する例について説明する。

図 21の回路構成において、第 2、第 3光経路の光信号振幅比が b< a< 0となるよう に可変減衰器 140— 1、 140— 2を調整すると、多値振幅'位相変調光 156の位相点 配置は、図 23 (A)に示すように、 4値の振幅'位相変調光となる。これに第 1光経路を 通過した振幅 1の無変調光 108を加算すると、生成された出力光 165の位相点配置 は、図 23 (B)に示すように、 4値の振幅変調光となる。

[0116] 上記出力光 165は、 4値の多値信号伝送に使用可能である力 このままでは、例え ば、雑音によって受信側で光信号の判定を誤り、隣接する位相点を正しく判定できな かった場合に、 2ビット分の誤りが発生する可能性がある。この場合、符号器 164とし てグレイ符号器を使用し、入力データを図 23 (C)に示す真理値表に従ってグレイ符 号に変換するとよい。グレイ符号器を使用すると、 2ビット単位の 4値の入力信号 163 を、 4つの位相点「1— a— b」、「1— a + b」、「l + a— b」、「l + a + b」に割り当てること ができ、位相点（レベル)の判定ミスによって生じるビット誤りを 1ビットに制限すること が可能となる。入力信号のこのような符号ィ匕は、本実施例に限らず、本発明の他の実 施例が示す多値振幅'位相変調に全般的に適用できる。

実施例 7

[0117] 図 24は、本発明の第 7実施例として、 4値振幅 ·位相変調器を使用した 16QAM光 送信器 201を示す。光 16QAM信号は、位相と振幅を複雑に組み合わせたものであ り、本実施例では、中心 4回点対称性を利用して 16QAM信号を生成する。

16QAM光送信器 201は、半導体レーザ光源 150と、 4値振幅 ·位相変調器 171と 、直交 4値位相変調器 (QPSK) 133— 2とからなる。

[0118] 半導体レーザ光源 150から出力された無変調光 151は、 4値振幅'位相変調器 17 1に入力され、その出力光 172が直交 4値位相変調器 (QPSK) 133— 2に入力され 、 16QAM変調の光信号 173として出力される。

4値振幅'位相変調器 171に入力された無変調光 151は、光分岐器 103で第 1、第 2の光経路 104— 1、 104— 2に分岐される。第 1光経路 104— 1に分岐した無変調 光は、可変光減衰器 140— 1を通って、振幅 1の無変調光 108となって光結合器 10 9に入力される。第 2光経路 104— 2に分岐した無変調光は、直交 4値位相変調器（ QPSK) 133— 1で 4値位相変調光に変換され、可変光減衰器 140— 1と光位相調 整器 106を通して、振幅 aの 4値位相変調光 134となって、光結合器 109に入力さる

[0119] 図 25 (A)は、無変調光 108の位相点配置を示し、図 25 (B)は、電界振幅を a = 0.

5とした場合の 4値位相変調光 134の位相点配置を示して ヽる。光結合器 109で上 記 2つの光信号を同相で干渉させると、出力光 172は、図 25 (C)に示すように、 4値 振幅'位相変調光となる。また、この 4値振幅'位相変調光 172に、直交 4値位相変調 器 133— 2で 4値の直交位相変調をかけると、出力光 173は、図 25 (D)に示すように 、 16個の位相点が格子状に配置された 16QAM信号となる。

[0120] このように、本発明の多値振幅'位相変調器 171に位相変調器 133— 2を縦続接 続することによって、原点中心に N回の回転対称性を持つ複雑な位相点配置を生成 することが可能となる。尚、多値振幅'位相変調器 171に縦続接続される位相変調器 133— 2として、例えば、従来例で示した単相 MZ型 2値位相変調器、直交 4値位相 変調器、任意変調量の位相変調器のように、符号間干渉を抑圧した位相変調器を 適用することによって、符号間干渉を完全に抑圧した理想的な多値変調光を生成す ることが可能となる。

[0121] 図 26は、上記第 7実施例における出力光 (第 2の光多値信号） 173の生成原理の 説明図である。

図 24において、位相調整器 106で入力光信号の位相を π Ζ2だけずらし、電界振 幅を a = 0. 3程度に設定すると、 4値位相変調光 134の位相点配置は、図 26 (B)の ようになる。 4値位相変調光 134を図 26 (A)に示す位相点配置をもつ無変調光 108 と干渉させると、光結合器 109の出力光 172の位相点配置は、図 26 (C)に示すよう に I軸に沿ってシフトする。この出力光 172に、直交 4値位相変調器 133— 2で 4値の 直交位相変調をカ卩えると、直交 4値位相変調器 133— 2の出力光 173の位相点配置 は、図 26 (D)のようになり、図 25 (D)とは異なった位相点配置となる。

[0122] このように、本実施例では、光位相調整器 106による位相のシフト量や、可変光減 衰器 140による減衰量を変えることによって、異なる位相点配置を持った光多値振幅 •位相変調光を生成できるため、柔軟性のある光送信器を実現できる。

実施例 8

[0123] 図 27は、本発明の第 8実施例として、同心円状の位相点配置をもつ 8値の光振幅' 位相変調信号 157を生成する 8値光振幅'位相変調器 156の構成を示す。

8値光振幅'位相変調器 156の左半分は、図 9に示した従来の直交位相変調器と 類似している力 本実施例では、 2値光位相変調器 (BPSK) 105— 1、 105— 2から 出力された 2値位相変調光 107— 1、 107— 2が、図 28 (A)に示すように、位相を意 図的に一定値角度 Θだけずらして合成されている点が、従来例とは異なっている。こ の結果、出力光 172は、振幅と位相の両方が変調された光信号となり、その位相点 配置は、図 28 (B)に示すように、原点を中心とした菱形配置となる。

[0124] 本実施例では、上記出力光 172が、変調量が 90度に設定された変調度可変の 2 値位相変調器（BPSK) 130に入力される。この結果、 BPSK130の出力光 157は、 図 28 (C)に黒丸と白丸で表される 8つの位相点が同心円状に配置された 8値の振幅 位相変調光 (振幅 2値、位相 4値)となる。振幅変調の大きさは、合成角 Θを変えるこ とによって調整できる。

[0125] 本実施例のような 8値位相変調光の生成は、例えば、最初に、図 17の構成によつ て、図 18 (B)に示す原点を中心に 4つ位相点を全て I軸上に配置した振幅 ·位相変 調光を生成しておき、次に、変調度可変の 2値位相変調器で 90度の位相変調をカロ えるようにしてもよい。このように、本発明の光振幅変調器や多値光振幅'位相変調 器は、従来の位相変調器、特に符号間干渉を抑圧する特性をもった位相変調器と縦 続接続することによって、符号間干渉を抑圧した複雑な多値振幅'位相変調光の生 成に適用できる。

[0126] 尚、従来の多値位相変調器は、位相変調光しか生成できな 、ため、本実施例のよ うに位相変調器と縦続接続した場合でも、出力光としては位相変調光しか得られず、 本発明と同等の効果を得ることはできない。また、従来の光振幅変調器や多値光振 幅'位相変調器は、本発明とは異なって、符号間干渉を完全に抑圧することができな いため、これを従来の位相変調器と組み合わせたとしても、波形の劣化が大きぐ不 完全な多値信号しか生成できな 、。

実施例 9

[0127] 図 29は、本発明の第 9実施例として、図 24に示した光送信器 201を使用した可変 多値光送信器 180を示す。

図 24と同様、レーザ光源 150から出力された無変調光 151は、 4値光振幅'位相変 調器 (MOD4) 171に入力され、変調器 171から出力された多値光信号 182が、後 続の直交 4値位相変調器 (QPSK) 133に入力され、光出力経路 110に多値光信号 183が出力される。可変多値光送信器 180は、 CPU181と、可変符号器 186を備え ており、 CPU181が、通信経路 187を介して外部からの受けた指令に応じて、送信 多値信号の位相点配置を変更する。

[0128] 具体的には、 CPU181は、制御信号 184— 1、 184— 2によって、 4値光振幅'位相 変調器 171に内蔵される可変光減衰器または位相調整器の設定値を変更し、所望 の位相点配置を生成する。上記設定値の変更に伴って、 CPU181は、可変符号器 186における電気データ信号 188の符号化処理が位相点配置に適合するように、符 号切替信号 185によって可変符号器 186の動作モードを変更する。これによつて、 可変符号器 186から、適切に符号化処理されたデータ信号がデータ信号入力端子 160— 1〜4に供給される。

[0129] 図 30は、第 9実施例における位相点配置の変更例を示す。

ここでは、 CPU181は、図 24に示した 4値光振幅'位相変調器 171の可変光減衰 器 141 2の設定を変更することによって、直交 4値位相変調光の振幅 aを変更して いる。 a = 0. 5の場合、出力光 183は、図 30 (A)に示す位相点配置をもった 16QA M変調光となる。 a= l. 0に変更すると、出力光 183は、例えば、図 30 (B)に示すよ うに、一部の位相点が互いに重なって 9つの位相点が格子状に配置された 9QAM 変調光となる。逆に、 a = 0にすると、 4値光振幅'位相変調器 171の出力 182が無変 調光となり、出力光 183は、図 30 (C)に示す位相点配置をもった直交 4値位相変調 光となる。

[0130] 多値光信号は、多値数が少ないほど伝送できる情報量は小さくなるが、反面、受信 感度が高くなり、光ファイバの波長分散や非線形効果などの伝送劣化に強くなる。従 つて、伝送路の SN比や伝送距離に応じて、最適の位相点配置を選択することが望 ましい。本実施例によれば、例えば、伝送距離が長ぐ SNや波形劣化が大きい場合 は、 4値位相変調を選択し、伝送距離が短い区間では、例えば、 16値位相変調のよ うに 2倍の情報伝送が可能な位相点配置を選択することが可能となる。

実施例 10

[0131] 図 31は、本発明の第 10実施例として、上記可変多値光送信器 180を適用した波 長多重光伝送装置 190— 1、 190— 2からなる波長多重光伝送系の構成例を示す。 光伝送装置 190— 1は、波長合波器 192— 1に接続された可変多値光送信器 180 — 1〜180— 3と、波長分波器 195— 2に接続された可変多値光受信器 196— 4〜1 96— 6とを備え、光伝送装置 190— 2は、波長合波器 192— 2に接続された可変多 値光送信器180—4〜180— 6と、波長分波器 195— 1に接続された可変多値光受 信器 196— 1〜196— 3を備えている。波長合波器 192— 1と波長分波器 195— 1、 波長合波器 192— 2と波長分波器 195— 2は、それぞれ上り下り 2組の光ファイバ伝 送路 194— 1〜194— 2、および 194— 3〜194— 4によって、対向接続されている。 また各光ファイバ伝送路の途中には、光信号の損失を補償する光増幅器 193— 1〜 193—4が配置されている。

[0132] 各光ファイバ伝送路には、異なる 3波長 λ 1〜え 3、および λ 4〜え 6がそれぞれ波 長多重されている。各送信器 180 (180—1〜180— 3、 180— 4〜180— 6)の出力 光は、波長合波器 192—1または 192— 2で合波された後、光ファイバ伝送路に入力 され、対向する波長多重伝送装置内で、波長分波器 195— 1または 195— 2によって 、波長毎に分離して可変多値光受信器 196 (196— 1〜196— 3、 196— 4〜196— 6)で受信される。波長多重伝送装置 190— 1、 190— 2には、それぞれ光波長多重 端局制御部 191— 1、 191 2が設けられている。

[0133] 例えば、波長多重光伝送装置 190— 1 (190— 2)において、光波長多重端局制御 部 191— 1 (191— 2)は、各受信器 196— 4〜196— 6 (196— 1〜196— 3)の直後 に設けられた伝送品質抽出装置 197— 4〜197— 6 (197— 1〜197— 3)が出力す る伝送品質信号 198によって、受信信号の品質劣化を監視する。監視結果は、破線 で示す通信回線 199を介して、対向する光波長多重端局制御部 191— 2 (191— 1) に通知される。光波長多重端局制御部 191 2 (191— 1)は、上記監視結果に基い て、伝送品質劣化の少ない波長でデータ送信中の光送信器における多値数を増や すことによって、より多くの情報伝送を可能にする。

[0134] 伝送品質抽出回路装置 197としては、例えば、 Q値や波形のモニタ、 SNモニタな どの専用の検出回路、または伝送信号の誤り率算出部などを利用してもよい。また、 通信回線 199は、光ファイバ伝送路とは別の通信回線であってもよいし、光ファイバ 伝送路で通信される光信号のオーバーヘッド部や監視パケットを用いたインチャネ ル形式としてもよい。

[0135] 図 32は、光波長多重端局制御部 191 (191— 1、 191 2)の起動時に実行される 多値数設定ルーチンのフローチャート例を示す。

制御部 191は、全ての可変多値光送信器 180の多値数を最小状態にして (ステツ プ 301)、通信を開始する。その後、チャネル (可変多値光送信器 180)を特定するた めのパラメータ iを初期値「1」に設定し、パラメータ iの値がチャネル数 N (図 31では N = 3)を超えた力否かを判定する（302)。 iの値が Nを超えた場合は、このルーチンを 終了する。 [0136] iの値が Nを超えていなければ、制御部 191は、第 iチャネルの送信器 180— iの多 値数を 1ステップ増加し、対向伝送装置に対して第 iチャネルの多値数の設定状態を 通知する（303)。制御部 191は、対向伝送装置が検出した伝送品質情報を受信す ると (304)、伝送品質が十分力否かを判定する（305)。伝送品質が十分であれば、 制御部 191は、ステップ 303と 304を繰り返し、第 iチャネルの伝送品質が許容限度を 超えた時点で、多値数の増加を停止する。この時、制御部 191は、第 iチャネルの送 信器 180— iの多値数を伝送品質が許容限度を超える直前の値に戻し、これを対向 伝送装置に通知して（306)、パラメータ iの値をインクリメントしてステップ 302を実行 する。

[0137] 上記実施例では、波長多重伝送装置が、伝送品質の検出機能と送信器の多値数 変更機能を備える場合について示したが、同様の機能は、 1対の可変多値光送信器 と可変多値光受信器力もなる可変多値光トランスボンダに実装することみできる。この 場合、各トランスボンダは、対向する可変多値光トランスボンダとの間で、互いに伝送 品質情報を交換しながら、それぞれが最適な多値数をもつ変調器を構成するように すればよい。

[0138] 以上の複数の実施例力も明らかなように、本発明では、複数光経路の出力光を同 一位相、または、士 π Ζ2以外の任意位相角で干渉させることによって、位相変調器 を適用して、振幅変調光、または振幅と位相の両方が変調された 3値以上の多値振 幅'位相変調光を生成できる。

[0139] 実施例で示したように、位相変調器として波形歪抑制型のものを適用した場合、位 相方向の揺らぎを抑圧できるので、位相変調と振幅変調とを組み合わせて、多値数 が大きぐ伝送効率の高い多値光振幅 ·位相変調が可能になる。また、多値光強度 変調の位相揺らぎ (チヤープ)と、位相方向の符号間干渉を抑圧することによって、光 ファイバで光信号を伝送したときに生じる波長分散による波形劣化を最小にとどめ、 伝送距離を拡大できる。

産業上の利用可能性

[0140] 本発明は、光ファイバを利用した光伝送システムにおいて、符号間干渉の発生を抑 圧した光変調信号の送信に有効となる。 図面の簡単な説明

[図 1]本発明の第 1実施例の 4値光振幅変調器の構成図。

[図 2]第 1の実施例における 4値光振幅変調信号の生成原理の説明図。

[図 3]第 1の実施例の実験結果を示す信号波形図。

圆 4]光多値信号の生成過程で生ずる波形劣化と符号間干渉の説明図。

[図 5]多値信号の変調特性を説明するための図。

[図 6]単相 MZ型光変調器を用いた従来の 2値光位相変調器の構成図。

[図 7]単相 MZ型光変調器の変調特性を説明するための図。

[図 8]単相 MZ型光変調器を用いた従来の 2値光位相変調器の光強度波形と位相点 配置を示す図。

[図 9]従来の直交 4値光位相変調器の構成図。

[図 10]従来の直交 4値光位相変調器における 2値光位相変調光の位相点配置と直 交 4値光位相変調光の位相点配置を示す図。

[図 11]任意変調量をもつ従来の 2値光位相変調器の構成図。

[図 12]任意変調量をもつ従来の 2値光位相変調器の動作説明のための位相点配置 図。

[図 13]本発明の第 2実施例である自動位相調整回路を備えた 4値光振幅変調器の 構成図。

[図 14]第 2実施例における最大値制御アルゴリズムを示すフローチャート。

[図 15]本発明の第 3実施例である 8値光振幅'位相変調器の構成図。

[図 16]第 3実施例における多値光信号の生成原理を説明するための図。

[図 17]本発明の第 4実施例である 4値光振幅'位相変調器の構成図。

[図 18]第 4実施例における多値振幅'位相変調信号の生成原理を説明するための図

[図 19]本発明の第 5実施例である光デュオバイナリ変調器の構成図。

[図 20]第 5実施例における光デュオバイナリ変調信号の生成原理を説明するための 図。

[図 21]本発明の第 6実施例である多値光変調器の構成図。 [図 22]第 6実施例における多値光信号の生成原理を説明するための図。

[図 23]第 6実施例の多値光変調器にグレイ符号器を使用した場合の説明図。

[図 24]本発明の第 7実施例である 16QAM光送信器の構成図。

[図 25]第 7実施例における第 1の多値光信号の生成原理を説明するための位相点配 置図。

[図 26]第 7実施例における第 2の多値光信号の生成原理を説明するための位相点配 置図。

[図 27]本発明の第 8実施例である 8値光振幅'位相変調器の構成図。

[図 28]第 8実施例における多値光信号の生成原理を説明するための位相点配置図

[図 29]本発明の第 9実施例である可変多値光送信器の構成図。

[図 30]第 9実施例における可変多値光信号の位相点配置図。

[図 31]本発明の第 10実施例である可変多値光変調器を用いた波長多重光伝送シス テムの構成図。

[図 32]第 10実施例における多値数設定ルーチンのフローチャート。

符号の説明

100:本発明の 4値光振幅変調器、 101:入力光、 102:入力光経路、

103:光分岐器、 104:光経路、 105:単相 MZ型 2値光位相変調器、

106:光位相調整器、 107 :2値位相変調光、 108:無変調光、 109:光結合器、 110 ：出力光経路、 111 :4値振幅変調の印加された出力光、 112:変調信号入力端子、 113:バイアス端子、 120:単相無チヤープ MZ型光変調器、 130 :2値光位相変調器 、 133:直交 4値位相変調器、 140:可変光減衰器、 141:減衰量制御端子、 142:光 検出器、 143:高周波検出器、 144:AZD変換器、 145:最大値制御回路、 146 :D ZA変^^、 150:半導体レーザ光源、 151:無変調光、

152:直交 4値位相変調 (QPSK)光、 153：本発明の 2値光振幅変調器、

154:本発明の 4値光振幅'位相変調器、 155:本発明のデュオバイナリ変調器、 156、 200:本発明の 8値光振幅'位相変調器、 201:本発明の 16QAM光送信器、 171：本発明の 4値振幅'位相光変調器、 180:本発明の可変多値光送信器、 190:本発明の光波長多重伝送装置、 191:光波長多重端局制御部、

192:波長合波器、 193:光増幅器、 194:光ファイバ伝送路、 195:波長分波器、 19

6:可変多値光受信器、 197:伝送品質抽出装置、、 199:通信回線。

Claims

請求の範囲

[1] 入力光経路と、

上記入力光経路力 入力された光信号を N本 (Nは 2以上の整数)の光経路に分 岐する光分岐器と、

上記 N本の光経路のうちの少なくとも N— 1本の光経路に配置された多値数 Kの M 個（Mは N— 1以上の整数)の光位相変調器と、

上記 N本の光経路の出力光を同一の偏波状態で互!、に干渉させ、出力光経路に 送出する光結合器とからなり、

少なくとも 2本の光経路の出力光を同一位相、または、士 π Ζ2以外の任意位相角 で干渉させることによって、上記光出力経路に、 Κの Μ乗値以下の振幅値を持った 振幅変調光、または Κの Μ乗値以下の位相点を持った振幅と位相の両方が変調さ れた多値振幅'位相変調光を出力することを特徴とする光変調器。

[2] 入力光経路からの入力光を Ν本 (Νは 2以上の整数)の光経路に分岐し、これらの 光経路からの出力光を互いに干渉させて、出力光経路に変調光信号を生成する光 変調器であって、

上記 Ν本の光経路の少なくとも 1つに 2値光位相変調器を有し、

上記 2値光位相変調器をもつ光経路を含む少なくとも 2本の光経路の出力光を同 一位相、または、士 π Ζ2以外の任意位相角で干渉させることによって、上記入力光 経路に入力された光に 2値以上の多値振幅変調、または振幅と位相の両方が変調さ れた 3値以上の多値振幅'位相変調を与えることを特徴とする光変調器。

[3] 前記 Ν本の光経路の少なくとも 2本に前記 2値光位相変調器を有し、該 2値光位相 変調器の全てがマツハツヱンダ型光位相変調器であることを特徴とする請求項 2に記 載の光変調器。

[4] 前記 Ν本の光経路のうちの少なくとも 1本に、他の特定の光経路の出力光との間の 位相差を調整するための光位相調整器を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の 光変調器。

[5] 前記干渉した光信号の振幅変調成分が最大となるように、前記光位相調整器を自 動制御する位相制御部を備えたことを特徴とする請求項 4に記載の光変調器。

[6] 前記位相制御部が、互いに異なる光経路に配置された複数の光位相調整器と接 続され、

前記干渉して出力される光信号の振幅変調成分が最大となるよう上記各光位相調 整器が制御されることを特徴とする請求項 5に記載の光変調器。

[7] 1対の光経路力 出力される光信号を干渉させた後に、更に別の光経路力 出力 される光信号と干渉させるように、前記 N本の光経路が多段に配置された複数の結 合器で結合されており、

前記位相制御部が、上記各光結合器から出力される光信号の振幅変調成分が最 大となるように、互いに異なる光経路に配置された複数の光位相調整器を異なる光 結合器の出力光に基いて個別に制御することを特徴とする請求項 6に記載の光変調

[8] 少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するた めの可変光減衰器を有し、

前記 N本の光経路からの出力光を所定の振幅比で干渉させることを特徴とする請 求項 1に記載の光変調器。

[9] 前記 N本の光経路のうちの少なくとも 1本が、他の特定の光経路の出力光との間の 位相差を調整するための光位相調整器を備え、

少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するた めの可変光減衰器を備えることを特徴とする請求項 1に記載の光変調器。

[10] 前記出力光経路に縦続接続して第 2の光変調器を有し、上記第 2の光位相変調器 力 出力される変調光の多値数または位相点配置を変えるようにしたことを特徴とす る請求項 9に記載の光変調器。

[11] 前記光位相変調器が、波形歪抑圧型の 2値位相変調器カゝらなることを特徴とする 請求項 1に記載の光変調器。