光サブキャリア生成器
【課題】周波数間隔が等しく且つ強度が一定で平坦な光サブキャリアを生成することができ、且つ、装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器を提供する。
【解決手段】非線形な位相−電圧特性を有する光位相変調部２５，２６を備えたマッハツェンダ型光変調器２０と、ＣＷ光源３１と、光位相変調部２５，２６に同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を印加する正弦波電気信号源３２と、光位相変調部２５に直流バイアス電圧Ｖb1を印加する直流電圧源３３と、光位相変調部２６に直流バイアス電圧Ｖb2を印加する第２の直流電圧源３４とを有し、且つ、これらの電圧の大小関係がＶb1＞Ｖb2≧Ｖmであり、光位相変調部２５，２６のそれぞれを、同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、光位相変調部２５，２６間で非対称に光位相変調を行う構成とする。
【解決手段】非線形な位相−電圧特性を有する光位相変調部２５，２６を備えたマッハツェンダ型光変調器２０と、ＣＷ光源３１と、光位相変調部２５，２６に同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を印加する正弦波電気信号源３２と、光位相変調部２５に直流バイアス電圧Ｖb1を印加する直流電圧源３３と、光位相変調部２６に直流バイアス電圧Ｖb2を印加する第２の直流電圧源３４とを有し、且つ、これらの電圧の大小関係がＶb1＞Ｖb2≧Ｖmであり、光位相変調部２５，２６のそれぞれを、同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、光位相変調部２５，２６間で非対称に光位相変調を行う構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光サブキャリア（光副搬送波）を生成する光サブキャリア生成器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ファイバ通信システムに対する要求として、波長分割多重光伝送技術を基本とした、総伝送容量が数テラビット／秒から数十テラビット／秒を可能とする伝送システム及びデバイスの研究開発が盛んに行われている。従来の光ファイバ通信で用いられている、強度「０」、「１」のみを信号として用いるバイナリ伝送による強度変調、直接検波方式の場合、４０ギガビット／秒や１００ギガビット／秒といった高速化に伴い、送信信号の光スペクトルが広がる結果、分散耐性が急激に劣化するだけでなく、波長分割多重におけるチャネル間クロストークを避けるために、波長間隔を広く確保する必要があることなどが、周波数利用効率の低下やネットワークの柔軟性を低下させる要因となっている。
【０００３】
そこで、１チャネルあたりの周波数帯域を占有せずにビットレートを増大させる方法として、変調方式の多値化や多重化などの技術が重要となっている。
【０００４】
分散耐性の向上と周波数利用効率を高めるための技術として、直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）が有望視されている。同方式は、マルチキャリア伝送方式の一種であり、各々のサブキャリアが直交関係となるような条件の下で多重化することにより、サブキャリア間の変調スペクトルのオーバーラップに対して受信端で分離、復調可能なことから、移動体無線通信を始めとするワイヤレス伝送において実用化されている。直交周波数分割多重方式では、単一キャリアの伝送と比べて、サブキャリアあたりのビットレートを１／Ｎ（Ｎ：光サブキャリア数）に低速化することが可能となるため、同方式を光ファイバ通信に適用することで、各サブキャリアの送信信号のスペクトル広がりを抑圧し、光ファイバの波長分散や偏波モード分散に起因する伝送容量の制限を緩和することができる。
【０００５】
直交周波数分割多重方式を光ファイバ通信システムに応用する手段として、下記の非特許文献１に示されているような電気処理によって生成されたＯＦＤＭベースバンド信号を用いて光変調器を駆動する方式がある。また、下記の特許文献１，２などに示されているように、光の領域で光直交サブキャリアを生成し、各々のサブキャリアを強度変調又は位相変調する方法が提案されている。更には、光のサブキャリアをそれぞれ、電気処理によって生成されたＯＦＤＭベースバンド信号を用いて変調することで、光波長帯域毎にＯＦＤＭ方式を用いることにより光ファイバ通信とワイヤレス通信のフレキシブルな接続が期待できる。
【０００６】
このように光サブキャリアを搬送波として積極的に使用する手法では、光サブキャリア毎にどのような変調を行うかがフレキシブルに決定されるだけでなく、必要な情報量を送信するために必要な帯域（光サブキャリア数）を確保して適切に変調を行うことで、ネットワークの柔軟性の向上を可能とする。
【０００７】
光サブキャリアの最も単純な生成方法は、複数のレーザ光源の発振周波数（波長）を高精度に制御することで、光サブキャリアを生成する方法である。しかし、この方法では、周波数間隔（波長間隔）が重要となる光ＯＦＤＭについては、各々の周波数（波長）を精度よく合わせることが困難となる。
【０００８】
これに対して、下記の非特許文献２，３，４に示されるように、光変調器を駆動して変調側波帯を利用するものや、光共振器の強制モード同期を用いる等といった手法で周波数スペクトルを光サブキャリアとして利用する方法がある。これらの方法は、光変調器を正弦波の電気信号で駆動することにより、変調周波数と同じ周波数間隔で変調側波帯が生成され、周波数間隔を精度よく光サブキャリアを生成することができるため、レーザ光源を複数個用いる方法と比べて、光ＯＦＤＭ用の光サブキャリア生成に適しているといえる。
【０００９】
また、光サブキャリアの各々のスペクトルの強度が一定となることは、伝送システムを構築する際の光信号の等化増幅や受信感度等の点から、受信系に適した送信信号を生成するために必須である。
【００１０】
非特許文献２の光サブキャリア生成器は、光位相変調器と光強度変調器とを併用し、これらを同じ変調周波数の同期信号でそれぞれ駆動し、初段の光位相変調器で生成された変調側波帯を後段に接続された光強度変調器で強度変調し、相互に周波数スペクトルを干渉させることで、光サブキャリアのスペクトルの強度を一定にするものである。
【００１１】
非特許文献４の光サブキャリア生成器は、図１２に示すように、単一のマッハツェンダ型光位相変調器１０を用いたものである。このマッハツェンダ型光位相変調器１０は、光分岐部（光導波路分岐部）１と、光結合部（光導波路結合部）２と、光分岐部１と光結合部２とに挟まれた第１のアーム光導波路３及び第２のアーム光導波路４と、第１のアーム光導波路３上に形成されている第１の光位相変調部６と、第２のアーム光導波路４上に形成されている第２の光位相変調部７とを有するものである。光サブキャリア生成器は、このマッハツェンダ型光位相変調器１０と、ＣＷ光（連続光）を発生するＣＷ光源１１と、正弦波電気信号源１２と、第１の電気アンプ１３と、第２の電気アンプ１４と、直流電圧源１５と、偏光制御器１６とを備えた構成となっている。
【００１２】
この非特許文献４の光サブキャリア生成器では、マッハツェンダ型光位相変調器１０のアーム光導波路３，４上に形成されている光位相変調部５，６のそれぞれを、正弦波電気信号源１２から電気アンプ１３，１４を介して印加される異なる大きさの振幅電圧の正弦波電圧信号と、直流電圧源１５から印加される直流電圧とで駆動することにより、ＣＷ光源１１から偏光制御器１６を介して入力し光分岐部１で分岐した光をそれぞれ位相変調した後、マッハツェンダ型光位相変調器１０の出力合波端（光結合部２）で各々の変調スペクトルをベクトル的に合成することにより、光サブキャリアのスペクトルの強度を一定とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−１７３２０号公報
【特許文献２】特開２００９−１２４７００号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】S.L.Jansen, I.Morita, N.Takeda, and H.Tanaka,“20-Gb/s OFDM Transmission over 4,160-km SSMF Enabled by RF-Pilot Tone Phase Noise Compensation,”Proc. of OFC/NFOEC2007, paper PDP15, 2007.
【非特許文献２】Fujiwara, M., J. Kani, et al. (2001). "Flattened optical multicarrier generation of 12.5 GHz spaced 256 channels based on sinusoidal amplitude and phase hybrid modulation." Electronics Letters 37(15): 967-968.
【非特許文献３】Kourogi, M., K. Nakagawa, et al. (1993). "Wide-span optical frequency comb generator for accurate optical frequency difference measurement." Quantum Electronics, IEEE Journal of 29(10): 2693-2701.
【非特許文献４】Sakamoto, T., T. Kawanishi, et al. (2007). "Asymptotic formalism for ultraflat optical frequency comb generation using a Mach-Zehnder modulator." Opt. Lett. 32(11): 1515-1517.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、非特許文献２の光サブキャリア生成器では、平坦性の良い光サブキャリアの生成は可能であるが、光位相変調器と光強度変調器とを直結し、これらの同期駆動が不可欠であるため、装置規模が増大し、且つ、装置構成が複雑となるという問題点がある。
【００１６】
また、非特許文献４の光サブキャリア生成器では、前述の非特許文献２の問題点を克服するための、直結された２つの光変調器を必要とせず、これらの同期駆動も不用となる構成となっているが、各位相変調部５，７を異なる大きさの振幅電圧の正弦波信号で駆動するために電気アンプ１３，１４や減衰器等の電圧調整するための装置が２つ必要となってしまう。従って、非特許文献４の光サブキャリア生成器においても、装置規模が増大するといった問題点は解決されていない。
【００１７】
また、非特許文献２，３，４における共通の問題点として、ＣＷ光を発生するＣＷ光源を、変調器とは別に外部に用意する必要があるという問題点がある。この場合、外部にＣＷ光源を設けるだけでなく、外部のＣＷ光源と光変調器とを最適な偏光状態で接続するために偏光制御器も必要となることがあり、偏光制御器を設けることによって装置規模が増大するだけでなく、全体の装置構成が複雑化するという問題点も挙げられる。
【００１８】
従って本発明は上記の問題点に鑑み、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアを生成することができ、且つ、従来よりも装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決する第１発明の光サブキャリア生成器は、光分岐部と、光結合部と、前記光結合部と前記光結合部とに挟まれた第１のアーム光導波路及び第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第１の光位相変調部と、前記第２のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第２の光位相変調部とを備えたマッハツェンダ型光変調器と、
ＣＷ光を前記光分岐部へ出力するＣＷ光源と、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加する正弦波電気信号源と、
前記第１の光位相変調部に第１の直流バイアス電圧を印加する第１の直流電圧源と、
前記第２の光位相変調部に第２の直流バイアス電圧を印加する第２の直流電圧源とを有し、
且つ、前記正弦波電圧信号の振幅電圧をＶm、前記第１の直流バイアス電圧をＶb1、前記第２の直流バイアス電圧をＶb2とすると、これらの大小関係がＶb1＞Ｖb2≧Ｖmであり、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号と互いに異なる前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間で非対称に光位相変調を行う構成であること、
を特徴とする。
【００２０】
また、第２発明の光サブキャリア生成器は、第１発明の光サブキャリア生成器において、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部は、半導体材料を用いた、量子閉じ込めシュタルク効果などの電界−光吸収に伴う屈折率変化を生じるものであることを特徴とする。
【００２１】
また、第３発明の光サブキャリア生成器は、第１又は第２発明の光サブキャリア生成器において
前記ＣＷ光源と前記マッハツェンダ型光変調器が、同一の半導体基板上にモノリシックに集積されて、ＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器を構成していることを特徴とする。
【００２２】
また、第４発明の光サブキャリア生成器は、第３発明の光サブキャリア生成器において、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加するための分岐線路と電極が、前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、第５発明の光サブキャリア生成器は、第１〜第４発明の何れかの光サブキャリア生成器において、
前記第１の直流バイアス電圧及び前記第２の直流バイアス電圧と、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間の位相差の調整において、前記正弦波電圧信号による位相変調振幅成分、及び、前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧による位相変化量の、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間での位相差をそれぞれ、Δφm及びΔφdcと定義するとき、直線Δφm＝−Δφdc＋πの位相差Δφm，Δφdcの関係を満たすように前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部を駆動することで、光サブキャリアの強度を一定とする光サブキャリア生成器であって、直線Δφm＝−Δφdc＋πの定義域の初期点Δφdc1とエラーバーの誤差範囲ｅｒｒが、非線形性を示す位相項φnlによって、下記の式（Ｉ）及び式（ＩＩ）で規定される範囲内となる位相差Δφm，Δφdcの関係となるよう駆動電圧を調整する構成であることを特徴とする。
【数１】
【００２４】
また、第６発明の光サブキャリア生成器は、第１〜第５発明の何れかの光サブキャリア生成器において、
前記第１のアーム光導波路上に形成した第１の光位相調整部と、
前記第２のアーム光導波路上に形成した第２の光位相調整部と、
前記第１の光位相調整部に第１の直流電流又は第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第２の光位相調整部に第２の直流電流又は第２の直流電圧を印加する第２の直流電源とを有し、
前記第１の光位相調整部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記第１及び第２の直流電流又は前記第１及び第２の直流電圧で駆動することにより、前記マッハツェンダ型光変調器の合波出力端である前記光結合部での初期位相差がゼロとなるように調整する構成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光サブキャリア生成器によれば、第１の光位相変調部及び第１の光位相調整部のそれぞれを、同一振幅電圧の正弦波電圧信号と互いに異なる第１の直流バイアス電圧と第２の直流バイアス電圧とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、第１の光位相変調部と第２の光位相変調部の間で非対称に光位相変調を行う構成のものであるため、互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を用いることなく、直流バイアス電圧の調整のみで、強度が平坦化された光サブキャリアを生成することができる。互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を生成する必要がないため、電気アンプなどが不要である。２つの直流電圧源が必要にはなるが、正弦波電圧信号を生成して光位相変調部に印加する駆動回路に比べて、直流のバイアス電圧を生成して光位相変調部に印加する回路は構成が単純であるあため、本発明の光サブキャリア生成器は、従来の光サブキャリア生成器に比べて、装置構成が簡易になり、装置規模も小さくなる。
また、ＣＷ光源と前記マッハツェンダ型光変調器を同一の半導体基板上にモノリシックに集積したＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器を用いることにより、マッハツェンダ型光位相変調器とは別に外部のＣＷ光源を設ける必要がなく、ＣＷ光源とマッハツェンダ型光位相変調器の間に偏光制御器を設ける必要がないため、更に装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器を実現することができる。
更には、第１の光位相変調部及び第２の光位相変調部に同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加するための分岐線路と電極を、半導体基板上に形成することにより、外部の電気信号配線を簡易化することもできる。
また、第１の光位相調整部と第２の光位相調整部を設けて位相調整を行うことにより、完全対称な構造でなくても、マッハツェンダ型光変調器の合波出力端（光結合部）での初期位相差をゼロにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る光サブキャリア生成器の構成図である。
【図２】同一振幅電圧の正弦波電圧信号による位相変化量の直流バイアス電圧依存性を示す図である。
【図３】光サブキャリアの平坦化の動作原理を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態例２に係る光サブキャリア生成器の構成図である。
【図５】半導体における電圧印加時の位相変化量を示す図である。
【図６】アーム光導波路間の位相差と平坦度の関係を示す図である。
【図７】アーム光導波路間の位相差と平坦度の関係を示す図である。
【図８】光サブキャリアのスペクトルの計算例を示す図である。
【図９】光サブキャリアの平坦化を可能とする範囲を示す直線Δφm＝−Δφdc＋πとエラーバーの関係を示す図である。
【図１０】非線形位相項φnlと光サブキャリアの平坦化可能な範囲の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態例３に係る光サブキャリア生成器の構成図である。
【図１２】従来の光サブキャリア生成器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
＜実施の形態例１＞
図１〜図３に基づき、本発明の実施例１に係る光サブキャリア生成器について説明する。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態例１に係る光サブキャリア生成器は、単一のマッハツェンダ型光位相変調器２０を用いたものである。このマッハツェンダ型光位相変調器２０は、光分岐部（光導波路分岐部）２１と、光結合部（光導波路結合部）２２と、光分岐部２１と光結合部２２とに挟まれた第１のアーム光導波路２３及び第２のアーム光導波路２４と、第１のアーム光導波路２３上に形成された第１の光位相変調部２５と、第２のアーム光導波路２４上に形成された第２の光位相変調部２６とを有するものである。
【００３０】
第１の光位相変調部２５及び第２の光位相変調部２６は何れも、非線形な位相−電圧特性（非線形特性）を有するものである。このような光位相変調部２５，２６の非線形特性は、例えばポッケルス効果と量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）とを組み合わせて光位相変調部２５，２６に屈折率変化を生じさせることにより得られる。
【００３１】
詳述すると、電界印加による屈折率変化を利用した光位相変調部において、ポッケルス効果だけを利用して屈折率変化を生じさせたとすると、当該光位相変調部は線形特性を示す。
これに対して、量子閉じ込めシュタルク効果、電気光学カー効果、フランツ・ケルディッシュ効果などの非線形な屈折率変化を示す電気光学効果を、単独で又は複数組み合わせて利用すること、或いは前記電気光学効果の何れかとポッケルス効果とを組み合わせて利用することにより、光位相変調部２５，２６に屈折率変化を生じさせると、光位相変調部２５，２６は非線形特性を有するようになる。
なお、光位相変調部２５，２６に電界を印加したときにどの電気光学効果が発現するかは、光位相変調部２５，２６を構成する材料、或いは光位相変調部２５，２６のコア層やクラッド層の構造などにより決めることが可能であり、公知技術を用いればよい。
【００３２】
本実施の形態例１の光サブキャリア生成器は、上記のような非線形特性を有する光位相変調部２５，２６をアーム光導波路２３，２４に形成した構成のマッハツェンダ型光位相変調器２０と、ＣＷ光を発生するＣＷ光源３１と、第１の光位相変調部２５及び第２の光位相変調部２６を駆動するための正弦波電気信号源３２と、第１の光位相変調部２５を駆動するための第１の直流電圧源３３と、第２の光位相変調部２６を駆動するための第２の直流電圧源３４とを備えた構成となっている。
【００３３】
ＣＷ光源３１としては、例えば半導体レーザが用いられる。正弦波電気信号源３２は、第１の光位相変調部２５及び第２の光位相変調部２６を駆動するための同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を発生する。第１の直流電圧源３３は、第１の光位相変調部２５を駆動するための第１の直流バイアス電圧Ｖb1を発生する。第２の直流電圧源３４は、第２の光位相変調部２６を駆動するための第２の直流バイアス電圧Ｖb2を発生する。第１の直流バイアス電圧Ｖb1と第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、互いに異なる電圧である。また、第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、正弦波電圧信号の振幅電圧Ｖm以上の電圧である。即ち、Ｖb1，Ｖb2，Ｖmの大小関係は、Ｖb1＞Ｖb2≧Ｖmとなっている。
【００３４】
マッハツェンダ型光位相変調器２０の入力端である光分岐部２１では、ＣＷ光源３１から光分岐部２１へ出力されるＣＷ光を入力し、この入力光を第１の分岐光と第２の分岐光とに分岐する。前記第１の分岐光は第１のアーム光導波路２３を伝搬し、前記第２の分岐光は第２のアーム光導波路２４を伝搬する。
【００３５】
第１の光位相変調部２５では、正弦波電気信号源３２から印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源３３から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部２６では、正弦波電気信号源３２から印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源３４から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００３６】
即ち、光位相変調部２５，２６を駆動する正弦波電圧信号は、同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号とする一方、光位相変調部２５，２６を駆動する直流バイアス電圧は、互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2としている。正弦波電圧信号が同一の振幅電圧Ｖmであっても、光位相変調部２５，２６が非線形特性を有しており、この光位相変調部２５，２６に互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を印加するため、従来のような互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を印加する場合と実質的に同じ状態となる。
【００３７】
従って、第１の光位相変調部２５及び第２の光位相調整部２６のそれぞれを、同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間で非対称に光位相変調を行うことができる。
【００３８】
マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力端である光結合部２２では、第１の光位相変調部２５で位相変調された前記第１の位相変調光と、第２の光位相変調部２６で位相変調された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力端（光結合部２２）から出力される。
【００３９】
このように単一のマッハツェンダ型光位相変調器２０を、同一の振幅電圧Ｖｍの正弦波電圧信号と、互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とによって駆動することにより、周波数間隔が等しく、強度が平坦化された光サブキャリアを生成する原理について、以下に詳述する。
【００４０】
＜光サブキャリア生成の原理＞
一般にマッハツェンダ光変調器２０の入力電界と出力電界は、以下のような式で表わされる。
【数２】
ここで、φ1，φ2はマッハツェンダ型光位相変調器２０のそれぞれのアーム光導波路２３，２４上に構成されている光位相変調器２５，２６による位相を示している。φ01，φ02は、それぞれのマッハツェンダ型光位相変調器２０におけるアーム光導波路２３，２４での初期位相である。完全対称な構造を採用すること、もしくは、光位相変調部２５，２６部分とは別に初期位相を調整するための光位相調整領域（図１１における光位相調整部９１，９２を参照）をアーム光導波路２５，２５上に設けることにより、これらの初期位相差はゼロにすることが可能となる。これにより、光位相変調部２５，２６部分のみの位相変化を考慮することができる。
【００４１】
光位相変調部２５，２６での時間的な屈折率変化Δｎ1，Δｎ2により、時間的な位相変化は以下のように示される。
【数３】
λは伝搬する光波の波長、Ｌは光位相変調部２５，２６において光波が位相変調を受ける媒体の長さ、つまり位相変調領域の光波の進行方向に対する長さとなる作用長である。
【００４２】
半導体における屈折率変化は、電界印加による屈折率変化を引き起こすポッケルス効果によるものと、光吸収係数の変化に伴う屈折率の変化によって、非線形な応答となる。一般に半導体における非線形な屈折率変化Δｎは、以下のように表わされる。
【数４】
ｃ1，ｃ2は、屈折率変化の電圧Ｖ（ｔ）に対する係数である。
【００４３】
本発明は、光位相変調部２５，２６を正弦波電圧信号で駆動して光波を変調する際のサイドバンドを利用するものである。従って、電圧Ｖ（ｔ）は、バイアス電圧Ｖbと、振幅電圧Ｖmと、角周波数ωmにより、以下のように示される。
【数５】
【００４４】
変調によるサイドバンドを利用した光サブキャリア生成では、変調周波数の整数倍の間隔で光サブキャリアが生成されるため、所望の光サブキャリア周波数間隔に応じて変調周波数を変えることで対応可能である。
【００４５】
式（３）及び式（４）を式（２）に代入し、正弦波電圧信号の振幅電圧Vmは両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）で一定とし、直流バイアス電圧は各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）でそれぞれＶb1及びＶb2とするとき、各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）での位相変化は以下のように表わされる。
【数６】
右辺の第１項は直流バイアス電圧、第２項は正弦波電圧信号によって誘起される位相変調振幅、第３項は非線形な位相応答によって生じる成分による、位相変化を示すことになる。
【００４６】
従来の光サブキャリア生成器（図１２）では、右辺の第２項は異なる振幅電圧の正弦波電圧信号を用いて光位相変調部５，７を駆動しているが、本発明では半導体の非線形な屈折率変化を用いることにより、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を調整するのみで、位相変調振幅成分を制御することが可能になるため、簡易な構成で且つ調整の容易な光サブキャリア生成器によって平坦化光サブキャリアを生成することが可能となる。
【００４７】
また、非線形成分に関しては、直流バイアス電圧に依存せず、両アーム光導波路２３，２４において共通に生じる位相変調項として取り扱われるため、マッハツェンダ型光位相変調器２０の合波出力端（光結合部２２）では、同位相成分として出力に直接影響しないことがわかる。
【００４８】
屈折率変化の係数ｃ1及びｃ2を、２πＬ／λを乗じて位相変化係数Ｃ1，Ｃ2に変換し、直流バイアス電圧Ｖb1及びＶb2によって、式（５）の各項を置き換えると、以下のように示される。
【数７】
それぞれ、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2による位相変化分（位相変化量）φdc、振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号による位相変調振幅成分φm、非線形な電圧‐位相特性によって生じる位相成分（非線形性を示す位相項）φn1である。
【００４９】
従って、各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）での位相変化は、式（７）で表わすことができる。
【数８】
式（７）から明らかなように、各アーム光導波路２３，２４において、光位相変調部２５，２６の直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の調整のみで、独立に位相変調特性の制御が可能となることがわかる。
【００５０】
図２には、非線形な位相‐電圧特性上において、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を変化させることで、位相変調振幅（φm1，φm2）が変化する様子を示す。本発明の特徴は、非線形な位相-電圧応答を用いることによって同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号であっても、バイアス点を調整することで位相変化振幅を制御できることであり、従来技術と比べて、振幅電圧の大きさが異なる２つ正弦波信号を２つ用いる必要がないため、簡易に両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間において非対称な位相変調動作を可能にすることである。
【００５１】
式（７）を、マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力電界の式（１）に代入し、初期位相をゼロとするとき、次のベッセル関数を用いて整理すると、下記の式（８）のように表せる。
【数９】
【数１０】
【００５２】
更に、ベッセル関数の次数を変換し、変調角周波数ωmで整理すると、次の（９）式のように表わされる。
【数１１】
【００５３】
この式（９）が半導体の非線形な屈折率変化を利用したマッハツェンダ型光変調器２０の出力電界を示す基本式となる。この式（９）により、ｋ番目の光スペクトル強度が、次の式（１０）で示されることがわかる。
【数１２】
【００５４】
更に、コーシーの不等式及び三角不等式の関係を用いることで、その最大値は、
【数１３】
で示される。φnlは、変換効率を示す係数となり、非線形位相成分における係数φnlによるそのベッセル関数Ｊ1（φnl)は、共通項として取り扱われる。括弧内のｋ-２１次のベッセル関数がそれぞれのアーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）での独立な位相変化に起因する係数となる。
【００５５】
ここでｋ番目の光スペクトル強度がベッセル関数の次数ｋ-２ｌに依存せずに、一定の値をとることができれば、変調サイドバンドを使用した光サブキャリア生成の平坦化が可能となる。各光強度スペクトルにおいて、次数ｋの変化によるベッセル関数Ｊk-21（φm1）の値の変化をＪk-21（φm2）が補償するように、非対称的に変調することによって、次数変化による強度の変動を抑えることができる結果、マッハツェンダ型光位相変調器２０の合波出力端（光結合部２２）にて光サブキャリアの平坦化が実施される。
【００５６】
式（６）の位相関係において、
【数１４】
により、両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間における、直流成分と正弦波信号電圧による成分とのそれぞれの位相変調特性の非対称性を位相差として示すことができる。これらの位相関係Δφm及びΔφdcによって光サブキャリアの平坦性を決めるパラメータとなる。このとき、各直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の大小関係は、Ｖb1＞Ｖb2であり、正弦波電圧信号の振幅電圧Vmは、Ｖb2≧Vmとする。
【００５７】
また、平坦化のために要求される位相関係Δφm及びΔφdcを得るために必要な直流バイアス電圧Ｖb1及びＶb2は、式（１１）の連立方程式を解くことにより、
【数１５】
と、得られる。
【００５８】
図３は、上記の原理に基づいた光サブキャリアの平坦化の動作イメージを示している。ＣＷ光源３１の単一のスペクトルである搬送波をマッハツェンダ型光位相変調器２０の各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）において、それぞれ式（１２）に基づいて平坦化のために適切な位相関係Δφm及びΔφdcを得る電圧で駆動するとき、両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間で偶数次と奇数次において、非対称な光サブキャリアが生成される。その結果、マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力端（光結合部２２）では、それぞれの非対称な光サブキャリアスペクトルがベクトル的に合成される結果、平坦な光サブキャリアを得ることができる。
【００５９】
なお、前述の光サブキャリアの平坦化の原理の説明においては、半導体を例として説明しているが、式（３）で示されるような電圧に対して非線形な屈折率変化を有する媒体を光位相変調器として用いても、同様に平坦化が可能である。
【００６０】
本実施の形態例１の光サブキャリア生成器では、互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を用いることなく、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の調整のみで、強度が平坦化された光サブキャリアを生成することができる。互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を生成する必要がないため、電気アンプなどが不要である。２つの直流電圧源３３，３４が必要にはなるが、正弦波電圧信号を生成して光位相変調部に印加する駆動回路に比べて、直流バイアス電圧を生成して光位相変調部に印加する回路は構成が単純である。従って、本実施の形態例１の光サブキャリア生成器は、従来の光サブキャリア生成器に比べて、装置構成が簡易になり、装置規模も小さくなる。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態例２，３に係る光サブキャリア生成器について説明する。上記実施の形態例１の光サブキャリア生成器において、マッハツェンダ型光位相変調器２０とは別に外部にＣＷ光源３１を設けた場合には、前述のとおり、ＣＷ光源３１とマッハツェンダ型光位相変調器２０を最適な偏光状態で接続するために偏光制御器を、ＣＷ光源３１とマッハツェンダ型光位相変調器２０の間に設けることが必要となることがあり、この場合には偏光制御器を設けることによる装置規模の増大や装置構成の複雑化を招くことになるが、下記の実施の形態例２，３では、このような問題点なども解決している。
【００６２】
＜実施の形態例２＞
図４〜図１０に基づき、本発明の実施の形態例２に係る光サブキャリア生成器について説明する。なお、本実施の形態例２の光サブキャリア生成器による光サブキャリア生成の原理については、上記実施の形態例１の光サブキャリア生成器と同様である。
【００６３】
図４に示すように、本発明の実施の形態例２に係る光サブキャリア生成器では、同一の半導体基板５１上にＣＷ光源となる半導体レーザ５２とマッハツェンダ型光位相変調器５３とをモノリシックに集積した構成のＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光位相変調器６０を用いている。
【００６４】
マッハツェンダ型光位相変調器５３は、光分岐部（光導波路分岐部）７１と、光結合部（光導波路結合部）７２と、光分岐部７１と光結合部７２とに挟まれた第１のアーム光導波路７３及び第２のアーム光導波路７４と、第１のアーム光導波路７３上に形成された第１の光位相変調部７５と、第２のアーム光導波路７４上に形成された第２の光位相変調部７６とを有するものである。
【００６５】
光位相変調部７５，７６は、半導体量子井戸構造等を用いることで、外部電界印加によるポッケルス効果による線形な電気光学効果に加えて、量子閉じ込めシュタルク効果による吸収係数変化に伴う屈折率変化により、非線形な屈折率変化（非線形な位相−電圧特性）を得ることができるものである。半導体材料としては、光ファイバ通信波長帯で光サブキャリアを生成する場合では、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓなどを用いることができる。また、明確に波長帯を指定しなければ、ＧａＡｓ系やＧａＮ系などを用いてそれぞれの化合物半導体の持つ直接遷移の発光波長帯を用いてもよい。ポッケルス効果と量子閉じ込めシュタルク効果の組み合わせは、式（３）で示す非線形な屈折率変化Δｎを示すものとして理想的なものであり、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2に対して適度に光位相変調部７５，７６の位相変調特性が変化するため、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の設定が容易であるという利点を持っている。
【００６６】
なお、ポッケルス効果と量子閉じ込めシュタルク効果との組み合わせに限定するものではなく、先にも述べたとおり、量子閉じ込めシュタルク効果、電気光学カー効果、フランツ・ケルディッシュ効果などの非線形な屈折率変化を示す電気光学効果を、単独で又は複数組み合わせて利用すること、或いは前記電気光学効果の何れかとポッケルス効果とを組み合わせて利用することにより、光位相変調部７５，７６に屈折率変化を生じさせることができる。光位相変調部７５，７６に電界を印加したときにどの電気光学効果が発現するかは、光位相変調部７５，７６を構成する材料、或いは光位相変調部７５，７６のコア層やクラッド層の構造などにより決めることが可能であり、公知技術を用いればよい。
【００６７】
本実施の形態例２の光サブキャリア生成器は、上記のようなＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光位相変調器６０と、第１の光位相変調部７５及び第２の光位相変調部７６を駆動するための正弦波電気信号源６１と、第１の光位相変調部７５を駆動するための第１の直流電圧源６２と、第２の光位相変調部７６を駆動するための第２の直流電圧源６３とを備えた構成となっている。
【００６８】
また、半導体基板５１上には、第１の光位相変調部７５のための第１の電極（高周波信号線路）８１と、第２の光位相変調部７６のための第２の電極（高周波信号線路）８２と、第２光位相変調部７５及び第２の光位相変調部７６のための分岐線路８３とが形成されている。正弦波電気信号源６１は、分岐線路８３の一端側に接続されている。分岐線路８３の他端側は第１の分岐部８３ａと第２の分岐部８３ｂとに分岐されており、第１の分岐部８３ａが第１の電極８１に接続され、第２の分岐部８３ｂが第２の電極８２に接続されている。
【００６９】
正弦波電気信号源６１は、第１の光位相変調部７５及び第２の光位相変調部７６を駆動するための同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を発生する。第１の直流電圧源６２は、第１の光位相変調部７５を駆動するための第１の直流バイアス電圧Ｖb1を発生する。第２の直流電圧源６３は、第２の光位相変調部７６を駆動するための第２の直流バイアス電圧Ｖb2を発生する。第１の直流バイアス電圧Ｖb1と第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、互いに異なる電圧である。また、第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、正弦波電圧信号の振幅電圧Ｖm以上の電圧である。即ち、Ｖb1，Ｖb2，Ｖmの大小関係は、Ｖb1＞Ｖb2≧Ｖmとなっている。
【００７０】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の入力端である光分岐部７１では、ＣＷ光源（半導体レーザ）５２から光分岐部７１へ出力されるＣＷ光（レーザ光）を入力し、この入力光を第１の分岐光と第２の分岐光とに分岐する。前記第１の分岐光は第１のアーム光導波路７３を伝搬し、前記第２の分岐光は第２のアーム光導波路７４を伝搬する。
【００７１】
第１の光位相変調部７５では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第１の分岐部８３ａ及び第１の電極８１を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源６２から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部７６では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第２の分岐部８３ｂ及び第２の電極８２を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源６３から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００７２】
即ち、光位相変調部７５，７６を駆動する正弦波電圧信号は、同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号とする一方、光位相変調部７５，７６を駆動する直流バイアス電圧は、互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2としている。正弦波電圧信号が同一の振幅電圧Ｖmであっても、光位相変調部７５，７６が非線形特性を有しており、この光位相変調部７５，７６に互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を印加するため、従来のような互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を印加する場合と実質的に同じ状態となる。
【００７３】
従って、第１の光位相変調部７５及び第２の光位相調整部７６のそれぞれを、同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、両アーム光導波路７３，７４（光位相変調部７５，７６）間で非対称に光位相変調を行うことができる。
【００７４】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端である光結合部７２では、第１の光位相変調部７５で位相変調された前記第１の位相変調光と、第２の光位相変調部２６で位相変調された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端（光結合部７２）から出力される。
【００７５】
本実施の形態例２の光サブキャリア生成器では、同一の半導体基板５１上にＣＷ光源（半導体レーザ）５２とマッハツェンダ型光位相変調器５３とをモノリシックに集積したＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光位相変調器６０を用いたため、マッハツェンダ型光位相変調器５３とは別に外部のＣＷ光源を設ける必要がなく、ＣＷ光源（半導体レーザ）５２とマッハツェンダ型光位相変調器５３との間に偏光制御器を設ける必要がない。このため、更に装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器となる。
【００７６】
また、本実施の形態例２の光サブキャリア生成器では、電圧信号Ｖmの正弦波電圧信号をマッハツェンダの両アーム上の光位相変調器に印加する際、半導体基板５１上に形成した分岐線路８３と電極（高周波信号線路）８１，８２を用いるため、外部の電気信号配線を簡易化することができる。
【００７７】
図５〜図１０も参照して、更に詳述する。図５には、マッハツェンダ変調器５３のそれぞれのアーム光導波路７３，７４上に構成された光位相変調部７５，７６に電圧を印加した際の位相変化量の一例を示している。屈折率の変化が電圧に対して非線形性を示すため、位相変化も非線形な応答となる。一般に屈折率変化は、上記の式（３）に示すように、電圧の２次式で与えられることが実験的に得られている。
【００７８】
図４において、同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を、正弦波電気信号源６１から光位相変調部７５，７６へ印加する。また、直流バイアス電圧Ｖb1及びＶb2も、直流電圧源６２，６３から光位相変調部７５，７６へ印加（入力）する。このとき、図５の非線形な位相‐電圧特性上にバイアス点を設定し、Ｖb2≧Ｖmとなるように電圧の大きさを与える。
【００７９】
図６及び図７には、両アーム光導波路７３，７４（光位相変調部７５，７６）間の位相差Δφm及びΔφdcをそれぞれパラメータとし、キャリア成分を含む計１１本の光サブキャリアを生成した際のスペクトルの平坦度の計算例を示す。また、図８には、光サブキャリアのスペクトル計算例を示している。平坦度の定義は、生成した光サブキャリアの最小強度と最大強度との差とし、１ｄＢ以内となる結果を図示している。変調周波数は１０ＧＨｚとした。光位相変調部７５，７６を駆動する正弦波電圧信号の振幅電圧Ｖmは、非線形性を示す位相項φnlを０．１２５πから１．５πとして、上記の式（６）により算出した。このとき一例として、位相変化係数Ｃ1，Ｃ2を、Ｃ1＝−０．４８，Ｃ２=０．５７とした。なお、この値はＩｎＰベースの一般的なｐ−ｉ−ｎ光位相変調器のものである。位相変化係数Ｃ1，Ｃ2の値は、半導体量子井戸構造やキャリア密度（電子‐正孔密度）などを適宜設定することにより、任意に設定することができる。この値の変化により、所望の位相関係を得るために必要な直流バイアス電圧の大きさが変わるが、平坦化に要求される位相関係の本質は変わらない。
【００８０】
図６及び図７から明らかなように、Δφm＝−Δφdc＋π（Δφmは、Δφdcの関数と見なす）の直線上を中心として、光サブキャリアの平坦化が可能であることがわかる。図９に示すように、平坦化が可能となる位相関係Δφm及びΔφdcは、直線Δφm＝−Δφdc＋πにおいて、ｘ軸上にΔφｄｃ１からπまでを定義域とするとき、非線形性を示す位相項φnlの増加につれて、その定義域が広がることがわかる。その定義域の初期点は、
【数１６】
で表わされる。π−Δφdc1による定義域が拡大する結果、平坦化を示す範囲も広がることがわかる。
【００８１】
一方、直線Δφm＝−Δφdc+πに対してエラーバーを規定するとき、その指定誤差範囲がφnlの増加とともに大きくなることが確認できる、平坦化の範囲を示すためのエラーバーの誤差範囲ｅｒｒ（％）は、以下のように表わされる。
【数１７】
【００８２】
式（１４）を誤差範囲として、直線Δφm＝−Δφdc＋πのエラーバーを規定するとき、その範囲内における位相関係Δφm，Δφdcにおいて、平坦化が可能であることがわかる。（φnl＝０は、動作原理上、存在しない）
従って、光サブキャリアの平坦化を可能とする位相関係Δφm及びΔφdcは、直線Δφm＝−Δφdc＋πに対して、式（１３）及び（１４）で与えられる範囲内に規定することができる。
【００８３】
図１０には、φnlに対する定義域の初期点及びエラーバーの誤差範囲との関係を示す。式（１２）において、Δφmが０近傍で、且つ、Δφdcが大きい領域では、式（１２）から明らかなように、必要な直流バイアス電圧が極めて大きくなってしまうため実用的ではないことがわかる。
【００８４】
式（１２）の直流バイアス電圧の式は、要求される位相差が与えられた際に、必要な電圧を与ええるものであり、位相変化係数Ｃ1及びＣ2の値によって、その大きさが決定する。低電圧動作のためには、光位相変調部７５，７６を構成する作用長Ｌを長くする。更に、半導体における非線形な屈折率変化は、半導体量子井戸構造やキャリア密度（電子‐正孔密度）の制御によって、屈折率変化量を示す係数ｃ1，ｃ2（位相変化係数Ｃ1，Ｃ2も同様）が変化するため、構造設計により動作電圧が決定する。
【００８５】
＜実施の形態例３＞
図１１に基づき、本発明の実施例３に係る光サブキャリア生成器について説明する。なお、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器（図１１）において、上記実施の形態例２の光サブキャリア生成器（図４）と同様の部分については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器による光サブキャリア生成の原理については、上記実施の形態例１，２の光サブキャリア生成器と同様である。
【００８６】
図１１に示すように、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器では、初期位相を調整のための光位相調整領域である第１の光位相調整部９１及び第２の光位相調整部９２が付加されている。また、本光サブキャリア生成器には、第１の光位相調整部９１を駆動するための第１の直流電源９３と、第２の光位相調整部９２を駆動するための第２の直流電源９４も付加されている。第１の光位相調整部９１は、マッハツェンダ型光変調器５３の第１のアーム光導波路７３上に形成され、第２の光位相調整部９２は、マッハツェンダ型光変調器５３の第２のアーム光導波路７４上に形成されている。
【００８７】
本実施の形態例３の光サブキャリア生成器における、その他の構成については、上記実施の形態例２の光サブキャリア生成器と同様である。
【００８８】
上記実施の形態例２でも述べたとおり、マッハツェンダ型光位相変調器５３の入力端である光分岐部７１では、ＣＷ光源（半導体レーザ）５２から光分岐部７１へ出力されるＣＷ光（レーザ光）を入力し、この入力光を第１の分岐光と第２の分岐光とに分岐する。前記第１の分岐光は第１のアーム光導波路７３を伝搬し、前記第２の分岐光は第２のアーム光導波路７４を伝搬する。
【００８９】
第１の光位相変調部７５では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第１の分岐部８３ａ及び第１の電極８１を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源６２から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部７６では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第２の分岐部８３ｂ及び第２の電極８２を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源６３から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００９０】
そして、第１の直流電源９３では、第１の光位相調整部９１を駆動するための第１の直流電流又は第１の直流電圧を発生し、第２の直流電源９４では、第２の光位相調整部９２を駆動するための第２の直流電流又は第２の直流電圧を発生する。第１の光位相調整部９１では、第１の直流電源９３から印加される第１の直流電流又は第１の直流電圧によって駆動されることにより、第１の光位相変調部７５で位相変調された前記第１の位相変調光の位相を調整する。第２の光位相調整部９２では、第２の直流電源９４から印加される第２の直流電流又は第２の直流電圧によって駆動されることにより、第２の光位相変調部７６で位相変調された前記第２の位相変調光の位相を調整する。
【００９１】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端である光結合部７２では、第１の光位相調整部９１で位相調整された前記第１の位相変調光と、第２の光位相調整部９２で位相調整された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端（光結合部７２）から出力される。
【００９２】
なお、図示例では、光位相変調部７５，７６の後に光位相調整部９１，９２を設けているが、これに限定するものではなく、図示は省略するが、位相変調部７５，７６の前に光位相調整部９１，９２を設けてもよい。
【００９３】
この場合、第１の光位相調整部９１では、第１の直流電源９３から印加される第１の直流電流又は第１の直流電圧によって駆動されることにより、光分岐部７１で分岐された第１の分岐光の位相を調整する。第２の光位相調整部９２では、第２の直流電源９４から印加される第２の直流電流又は第２の直流電圧によって駆動されることにより、光分岐部７１で分岐された第２の分岐光の位相を調整する。
【００９４】
その後、第１の光位相変調部７５では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第１の分岐部８３ａ及び第１の電極８１を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源６２から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、第１の光位相調整部９１で位相調整された前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部７６では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第２の分岐部８３ｂ及び第２の電極８２を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源６３から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、第２の光位相調整部９２で位相調整された前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００９５】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端である光結合部７２では、第１の光位相変調部７５で位相変調された前記第１の位相変調光と、第２の光位相変調部７６で位相変調された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端（光結合部７２）から出力される。
【００９６】
本実施の形態例３の光サブキャリア生成器では、第１の光位相調整部９１及び第２の光位相変調部９２における光位相調整により、マッハツェンダ型光変調器５３の出力端（光結合部７２）において、光波合成時の初期位相差を制御することが可能となる。その結果、両アーム光導波路７３，７４間における構造的な誤差等よる初期位相差を無くし、上記実施の形態例１，２で述べたような特性が確実に得られるようにすることができる。
【００９７】
なお、光位相調整領域である光位相調整部９１，９２は、直流電源９３，９４から印加する第１及び第２の直流電流又は第１及び第２の直流電圧によって、屈折率が変化することにより、前記初期位相差を調整する構造となっている。即ち、第１の光位相調整部９１では、第１の直流電源９３から印加される第１の直流電流又は第１の直流電圧によって屈折率が変化することにより、前記第１の位相変調光の位相を調整する。第２の光位相調整部９２では、第２の直流電源９４から印加される第２の直流電流又は第２の直流電圧によって屈折率が変化することにより、前記第２の位相変調光の位相を調整する。その結果、前記初期位相差がゼロになる。換言すれば、直流電源９３，９４から光位相調整部９１，９２へ印加する第１及び第２の直流電流又は第１及び第２の直流電圧の値は、前記初期位相差がゼロになるように設定されている。
【００９８】
本実施の形態例３の光サブキャリア生成器によれば、第１の光位相調整部９１と第２の光位相調整部９２を設けて位相調整を行うことにより、完全対称な構造でなくても、マッハツェンダ型光変調器５３の合波出力端（光結合部７２）での初期位相差をゼロにすることができる。
【００９９】
また、上記実施の形態例２の光サブキャリア生成器と同様に本実施の形態例３の光サブキャリア生成器においても、正弦波電圧信号は半導体基板５１上に形成した分岐線路８３で２つに分岐して入力する構成である。このため、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器の全体構造としては、光位相調整領域である光位相調整部９１，９２と、光位相調整領域用の直流電流又は直流電流を発生するための直流電源９３，９４が、付加されるのみである。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は光サブキャリア生成器に関するものであり、従来よりも装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器によって、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアを生成する場合に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【０１０１】
２０ マッハツェンダ型光変調器
２１ 光分岐部
２２ 光結合部
２３ 第１のアーム光導波路
２４ 第２のアーム光導波路
２５ 第１の光位相変調部
２６ 第２の光位相変調部
３１ ＣＷ光源
３２ 正弦波電気信号源
３３ 第１の直流電圧源
３４ 第２の直流電圧源
５１ 半導体基板
５２ ＣＷ光源（半導体レーザ）
５３ マッハツェンダ型光変調器
６０ ＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器
６１ 正弦波電気信号源
６２ 第１の直流電圧源
６３ 第２の直流電圧源
７１ 光分岐部
７２ 光結合部
７３ 第１のアーム光導波路
７４ 第２のアーム光導波路
７５ 第１の光位相変調部
７６ 第２の光位相変調部
８１ 第１の電極
８２ 第２の電極
８３ 分岐線路
８３ａ 第１の分岐部
８３ｂ 第２の分岐部
９１ 第１の光位相調整部
９２ 第２の光位相調整部
９３ 第１の直流電源
９４ 第２の直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は光サブキャリア（光副搬送波）を生成する光サブキャリア生成器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ファイバ通信システムに対する要求として、波長分割多重光伝送技術を基本とした、総伝送容量が数テラビット／秒から数十テラビット／秒を可能とする伝送システム及びデバイスの研究開発が盛んに行われている。従来の光ファイバ通信で用いられている、強度「０」、「１」のみを信号として用いるバイナリ伝送による強度変調、直接検波方式の場合、４０ギガビット／秒や１００ギガビット／秒といった高速化に伴い、送信信号の光スペクトルが広がる結果、分散耐性が急激に劣化するだけでなく、波長分割多重におけるチャネル間クロストークを避けるために、波長間隔を広く確保する必要があることなどが、周波数利用効率の低下やネットワークの柔軟性を低下させる要因となっている。
【０００３】
そこで、１チャネルあたりの周波数帯域を占有せずにビットレートを増大させる方法として、変調方式の多値化や多重化などの技術が重要となっている。
【０００４】
分散耐性の向上と周波数利用効率を高めるための技術として、直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）が有望視されている。同方式は、マルチキャリア伝送方式の一種であり、各々のサブキャリアが直交関係となるような条件の下で多重化することにより、サブキャリア間の変調スペクトルのオーバーラップに対して受信端で分離、復調可能なことから、移動体無線通信を始めとするワイヤレス伝送において実用化されている。直交周波数分割多重方式では、単一キャリアの伝送と比べて、サブキャリアあたりのビットレートを１／Ｎ（Ｎ：光サブキャリア数）に低速化することが可能となるため、同方式を光ファイバ通信に適用することで、各サブキャリアの送信信号のスペクトル広がりを抑圧し、光ファイバの波長分散や偏波モード分散に起因する伝送容量の制限を緩和することができる。
【０００５】
直交周波数分割多重方式を光ファイバ通信システムに応用する手段として、下記の非特許文献１に示されているような電気処理によって生成されたＯＦＤＭベースバンド信号を用いて光変調器を駆動する方式がある。また、下記の特許文献１，２などに示されているように、光の領域で光直交サブキャリアを生成し、各々のサブキャリアを強度変調又は位相変調する方法が提案されている。更には、光のサブキャリアをそれぞれ、電気処理によって生成されたＯＦＤＭベースバンド信号を用いて変調することで、光波長帯域毎にＯＦＤＭ方式を用いることにより光ファイバ通信とワイヤレス通信のフレキシブルな接続が期待できる。
【０００６】
このように光サブキャリアを搬送波として積極的に使用する手法では、光サブキャリア毎にどのような変調を行うかがフレキシブルに決定されるだけでなく、必要な情報量を送信するために必要な帯域（光サブキャリア数）を確保して適切に変調を行うことで、ネットワークの柔軟性の向上を可能とする。
【０００７】
光サブキャリアの最も単純な生成方法は、複数のレーザ光源の発振周波数（波長）を高精度に制御することで、光サブキャリアを生成する方法である。しかし、この方法では、周波数間隔（波長間隔）が重要となる光ＯＦＤＭについては、各々の周波数（波長）を精度よく合わせることが困難となる。
【０００８】
これに対して、下記の非特許文献２，３，４に示されるように、光変調器を駆動して変調側波帯を利用するものや、光共振器の強制モード同期を用いる等といった手法で周波数スペクトルを光サブキャリアとして利用する方法がある。これらの方法は、光変調器を正弦波の電気信号で駆動することにより、変調周波数と同じ周波数間隔で変調側波帯が生成され、周波数間隔を精度よく光サブキャリアを生成することができるため、レーザ光源を複数個用いる方法と比べて、光ＯＦＤＭ用の光サブキャリア生成に適しているといえる。
【０００９】
また、光サブキャリアの各々のスペクトルの強度が一定となることは、伝送システムを構築する際の光信号の等化増幅や受信感度等の点から、受信系に適した送信信号を生成するために必須である。
【００１０】
非特許文献２の光サブキャリア生成器は、光位相変調器と光強度変調器とを併用し、これらを同じ変調周波数の同期信号でそれぞれ駆動し、初段の光位相変調器で生成された変調側波帯を後段に接続された光強度変調器で強度変調し、相互に周波数スペクトルを干渉させることで、光サブキャリアのスペクトルの強度を一定にするものである。
【００１１】
非特許文献４の光サブキャリア生成器は、図１２に示すように、単一のマッハツェンダ型光位相変調器１０を用いたものである。このマッハツェンダ型光位相変調器１０は、光分岐部（光導波路分岐部）１と、光結合部（光導波路結合部）２と、光分岐部１と光結合部２とに挟まれた第１のアーム光導波路３及び第２のアーム光導波路４と、第１のアーム光導波路３上に形成されている第１の光位相変調部６と、第２のアーム光導波路４上に形成されている第２の光位相変調部７とを有するものである。光サブキャリア生成器は、このマッハツェンダ型光位相変調器１０と、ＣＷ光（連続光）を発生するＣＷ光源１１と、正弦波電気信号源１２と、第１の電気アンプ１３と、第２の電気アンプ１４と、直流電圧源１５と、偏光制御器１６とを備えた構成となっている。
【００１２】
この非特許文献４の光サブキャリア生成器では、マッハツェンダ型光位相変調器１０のアーム光導波路３，４上に形成されている光位相変調部５，６のそれぞれを、正弦波電気信号源１２から電気アンプ１３，１４を介して印加される異なる大きさの振幅電圧の正弦波電圧信号と、直流電圧源１５から印加される直流電圧とで駆動することにより、ＣＷ光源１１から偏光制御器１６を介して入力し光分岐部１で分岐した光をそれぞれ位相変調した後、マッハツェンダ型光位相変調器１０の出力合波端（光結合部２）で各々の変調スペクトルをベクトル的に合成することにより、光サブキャリアのスペクトルの強度を一定とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−１７３２０号公報
【特許文献２】特開２００９−１２４７００号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】S.L.Jansen, I.Morita, N.Takeda, and H.Tanaka,“20-Gb/s OFDM Transmission over 4,160-km SSMF Enabled by RF-Pilot Tone Phase Noise Compensation,”Proc. of OFC/NFOEC2007, paper PDP15, 2007.
【非特許文献２】Fujiwara, M., J. Kani, et al. (2001). "Flattened optical multicarrier generation of 12.5 GHz spaced 256 channels based on sinusoidal amplitude and phase hybrid modulation." Electronics Letters 37(15): 967-968.
【非特許文献３】Kourogi, M., K. Nakagawa, et al. (1993). "Wide-span optical frequency comb generator for accurate optical frequency difference measurement." Quantum Electronics, IEEE Journal of 29(10): 2693-2701.
【非特許文献４】Sakamoto, T., T. Kawanishi, et al. (2007). "Asymptotic formalism for ultraflat optical frequency comb generation using a Mach-Zehnder modulator." Opt. Lett. 32(11): 1515-1517.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、非特許文献２の光サブキャリア生成器では、平坦性の良い光サブキャリアの生成は可能であるが、光位相変調器と光強度変調器とを直結し、これらの同期駆動が不可欠であるため、装置規模が増大し、且つ、装置構成が複雑となるという問題点がある。
【００１６】
また、非特許文献４の光サブキャリア生成器では、前述の非特許文献２の問題点を克服するための、直結された２つの光変調器を必要とせず、これらの同期駆動も不用となる構成となっているが、各位相変調部５，７を異なる大きさの振幅電圧の正弦波信号で駆動するために電気アンプ１３，１４や減衰器等の電圧調整するための装置が２つ必要となってしまう。従って、非特許文献４の光サブキャリア生成器においても、装置規模が増大するといった問題点は解決されていない。
【００１７】
また、非特許文献２，３，４における共通の問題点として、ＣＷ光を発生するＣＷ光源を、変調器とは別に外部に用意する必要があるという問題点がある。この場合、外部にＣＷ光源を設けるだけでなく、外部のＣＷ光源と光変調器とを最適な偏光状態で接続するために偏光制御器も必要となることがあり、偏光制御器を設けることによって装置規模が増大するだけでなく、全体の装置構成が複雑化するという問題点も挙げられる。
【００１８】
従って本発明は上記の問題点に鑑み、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアを生成することができ、且つ、従来よりも装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決する第１発明の光サブキャリア生成器は、光分岐部と、光結合部と、前記光結合部と前記光結合部とに挟まれた第１のアーム光導波路及び第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第１の光位相変調部と、前記第２のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第２の光位相変調部とを備えたマッハツェンダ型光変調器と、
ＣＷ光を前記光分岐部へ出力するＣＷ光源と、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加する正弦波電気信号源と、
前記第１の光位相変調部に第１の直流バイアス電圧を印加する第１の直流電圧源と、
前記第２の光位相変調部に第２の直流バイアス電圧を印加する第２の直流電圧源とを有し、
且つ、前記正弦波電圧信号の振幅電圧をＶm、前記第１の直流バイアス電圧をＶb1、前記第２の直流バイアス電圧をＶb2とすると、これらの大小関係がＶb1＞Ｖb2≧Ｖmであり、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号と互いに異なる前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間で非対称に光位相変調を行う構成であること、
を特徴とする。
【００２０】
また、第２発明の光サブキャリア生成器は、第１発明の光サブキャリア生成器において、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部は、半導体材料を用いた、量子閉じ込めシュタルク効果などの電界−光吸収に伴う屈折率変化を生じるものであることを特徴とする。
【００２１】
また、第３発明の光サブキャリア生成器は、第１又は第２発明の光サブキャリア生成器において
前記ＣＷ光源と前記マッハツェンダ型光変調器が、同一の半導体基板上にモノリシックに集積されて、ＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器を構成していることを特徴とする。
【００２２】
また、第４発明の光サブキャリア生成器は、第３発明の光サブキャリア生成器において、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加するための分岐線路と電極が、前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、第５発明の光サブキャリア生成器は、第１〜第４発明の何れかの光サブキャリア生成器において、
前記第１の直流バイアス電圧及び前記第２の直流バイアス電圧と、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間の位相差の調整において、前記正弦波電圧信号による位相変調振幅成分、及び、前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧による位相変化量の、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間での位相差をそれぞれ、Δφm及びΔφdcと定義するとき、直線Δφm＝−Δφdc＋πの位相差Δφm，Δφdcの関係を満たすように前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部を駆動することで、光サブキャリアの強度を一定とする光サブキャリア生成器であって、直線Δφm＝−Δφdc＋πの定義域の初期点Δφdc1とエラーバーの誤差範囲ｅｒｒが、非線形性を示す位相項φnlによって、下記の式（Ｉ）及び式（ＩＩ）で規定される範囲内となる位相差Δφm，Δφdcの関係となるよう駆動電圧を調整する構成であることを特徴とする。
【数１】
【００２４】
また、第６発明の光サブキャリア生成器は、第１〜第５発明の何れかの光サブキャリア生成器において、
前記第１のアーム光導波路上に形成した第１の光位相調整部と、
前記第２のアーム光導波路上に形成した第２の光位相調整部と、
前記第１の光位相調整部に第１の直流電流又は第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第２の光位相調整部に第２の直流電流又は第２の直流電圧を印加する第２の直流電源とを有し、
前記第１の光位相調整部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記第１及び第２の直流電流又は前記第１及び第２の直流電圧で駆動することにより、前記マッハツェンダ型光変調器の合波出力端である前記光結合部での初期位相差がゼロとなるように調整する構成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光サブキャリア生成器によれば、第１の光位相変調部及び第１の光位相調整部のそれぞれを、同一振幅電圧の正弦波電圧信号と互いに異なる第１の直流バイアス電圧と第２の直流バイアス電圧とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、第１の光位相変調部と第２の光位相変調部の間で非対称に光位相変調を行う構成のものであるため、互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を用いることなく、直流バイアス電圧の調整のみで、強度が平坦化された光サブキャリアを生成することができる。互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を生成する必要がないため、電気アンプなどが不要である。２つの直流電圧源が必要にはなるが、正弦波電圧信号を生成して光位相変調部に印加する駆動回路に比べて、直流のバイアス電圧を生成して光位相変調部に印加する回路は構成が単純であるあため、本発明の光サブキャリア生成器は、従来の光サブキャリア生成器に比べて、装置構成が簡易になり、装置規模も小さくなる。
また、ＣＷ光源と前記マッハツェンダ型光変調器を同一の半導体基板上にモノリシックに集積したＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器を用いることにより、マッハツェンダ型光位相変調器とは別に外部のＣＷ光源を設ける必要がなく、ＣＷ光源とマッハツェンダ型光位相変調器の間に偏光制御器を設ける必要がないため、更に装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器を実現することができる。
更には、第１の光位相変調部及び第２の光位相変調部に同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加するための分岐線路と電極を、半導体基板上に形成することにより、外部の電気信号配線を簡易化することもできる。
また、第１の光位相調整部と第２の光位相調整部を設けて位相調整を行うことにより、完全対称な構造でなくても、マッハツェンダ型光変調器の合波出力端（光結合部）での初期位相差をゼロにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る光サブキャリア生成器の構成図である。
【図２】同一振幅電圧の正弦波電圧信号による位相変化量の直流バイアス電圧依存性を示す図である。
【図３】光サブキャリアの平坦化の動作原理を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態例２に係る光サブキャリア生成器の構成図である。
【図５】半導体における電圧印加時の位相変化量を示す図である。
【図６】アーム光導波路間の位相差と平坦度の関係を示す図である。
【図７】アーム光導波路間の位相差と平坦度の関係を示す図である。
【図８】光サブキャリアのスペクトルの計算例を示す図である。
【図９】光サブキャリアの平坦化を可能とする範囲を示す直線Δφm＝−Δφdc＋πとエラーバーの関係を示す図である。
【図１０】非線形位相項φnlと光サブキャリアの平坦化可能な範囲の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態例３に係る光サブキャリア生成器の構成図である。
【図１２】従来の光サブキャリア生成器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
＜実施の形態例１＞
図１〜図３に基づき、本発明の実施例１に係る光サブキャリア生成器について説明する。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態例１に係る光サブキャリア生成器は、単一のマッハツェンダ型光位相変調器２０を用いたものである。このマッハツェンダ型光位相変調器２０は、光分岐部（光導波路分岐部）２１と、光結合部（光導波路結合部）２２と、光分岐部２１と光結合部２２とに挟まれた第１のアーム光導波路２３及び第２のアーム光導波路２４と、第１のアーム光導波路２３上に形成された第１の光位相変調部２５と、第２のアーム光導波路２４上に形成された第２の光位相変調部２６とを有するものである。
【００３０】
第１の光位相変調部２５及び第２の光位相変調部２６は何れも、非線形な位相−電圧特性（非線形特性）を有するものである。このような光位相変調部２５，２６の非線形特性は、例えばポッケルス効果と量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）とを組み合わせて光位相変調部２５，２６に屈折率変化を生じさせることにより得られる。
【００３１】
詳述すると、電界印加による屈折率変化を利用した光位相変調部において、ポッケルス効果だけを利用して屈折率変化を生じさせたとすると、当該光位相変調部は線形特性を示す。
これに対して、量子閉じ込めシュタルク効果、電気光学カー効果、フランツ・ケルディッシュ効果などの非線形な屈折率変化を示す電気光学効果を、単独で又は複数組み合わせて利用すること、或いは前記電気光学効果の何れかとポッケルス効果とを組み合わせて利用することにより、光位相変調部２５，２６に屈折率変化を生じさせると、光位相変調部２５，２６は非線形特性を有するようになる。
なお、光位相変調部２５，２６に電界を印加したときにどの電気光学効果が発現するかは、光位相変調部２５，２６を構成する材料、或いは光位相変調部２５，２６のコア層やクラッド層の構造などにより決めることが可能であり、公知技術を用いればよい。
【００３２】
本実施の形態例１の光サブキャリア生成器は、上記のような非線形特性を有する光位相変調部２５，２６をアーム光導波路２３，２４に形成した構成のマッハツェンダ型光位相変調器２０と、ＣＷ光を発生するＣＷ光源３１と、第１の光位相変調部２５及び第２の光位相変調部２６を駆動するための正弦波電気信号源３２と、第１の光位相変調部２５を駆動するための第１の直流電圧源３３と、第２の光位相変調部２６を駆動するための第２の直流電圧源３４とを備えた構成となっている。
【００３３】
ＣＷ光源３１としては、例えば半導体レーザが用いられる。正弦波電気信号源３２は、第１の光位相変調部２５及び第２の光位相変調部２６を駆動するための同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を発生する。第１の直流電圧源３３は、第１の光位相変調部２５を駆動するための第１の直流バイアス電圧Ｖb1を発生する。第２の直流電圧源３４は、第２の光位相変調部２６を駆動するための第２の直流バイアス電圧Ｖb2を発生する。第１の直流バイアス電圧Ｖb1と第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、互いに異なる電圧である。また、第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、正弦波電圧信号の振幅電圧Ｖm以上の電圧である。即ち、Ｖb1，Ｖb2，Ｖmの大小関係は、Ｖb1＞Ｖb2≧Ｖmとなっている。
【００３４】
マッハツェンダ型光位相変調器２０の入力端である光分岐部２１では、ＣＷ光源３１から光分岐部２１へ出力されるＣＷ光を入力し、この入力光を第１の分岐光と第２の分岐光とに分岐する。前記第１の分岐光は第１のアーム光導波路２３を伝搬し、前記第２の分岐光は第２のアーム光導波路２４を伝搬する。
【００３５】
第１の光位相変調部２５では、正弦波電気信号源３２から印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源３３から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部２６では、正弦波電気信号源３２から印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源３４から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００３６】
即ち、光位相変調部２５，２６を駆動する正弦波電圧信号は、同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号とする一方、光位相変調部２５，２６を駆動する直流バイアス電圧は、互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2としている。正弦波電圧信号が同一の振幅電圧Ｖmであっても、光位相変調部２５，２６が非線形特性を有しており、この光位相変調部２５，２６に互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を印加するため、従来のような互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を印加する場合と実質的に同じ状態となる。
【００３７】
従って、第１の光位相変調部２５及び第２の光位相調整部２６のそれぞれを、同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間で非対称に光位相変調を行うことができる。
【００３８】
マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力端である光結合部２２では、第１の光位相変調部２５で位相変調された前記第１の位相変調光と、第２の光位相変調部２６で位相変調された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力端（光結合部２２）から出力される。
【００３９】
このように単一のマッハツェンダ型光位相変調器２０を、同一の振幅電圧Ｖｍの正弦波電圧信号と、互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とによって駆動することにより、周波数間隔が等しく、強度が平坦化された光サブキャリアを生成する原理について、以下に詳述する。
【００４０】
＜光サブキャリア生成の原理＞
一般にマッハツェンダ光変調器２０の入力電界と出力電界は、以下のような式で表わされる。
【数２】
ここで、φ1，φ2はマッハツェンダ型光位相変調器２０のそれぞれのアーム光導波路２３，２４上に構成されている光位相変調器２５，２６による位相を示している。φ01，φ02は、それぞれのマッハツェンダ型光位相変調器２０におけるアーム光導波路２３，２４での初期位相である。完全対称な構造を採用すること、もしくは、光位相変調部２５，２６部分とは別に初期位相を調整するための光位相調整領域（図１１における光位相調整部９１，９２を参照）をアーム光導波路２５，２５上に設けることにより、これらの初期位相差はゼロにすることが可能となる。これにより、光位相変調部２５，２６部分のみの位相変化を考慮することができる。
【００４１】
光位相変調部２５，２６での時間的な屈折率変化Δｎ1，Δｎ2により、時間的な位相変化は以下のように示される。
【数３】
λは伝搬する光波の波長、Ｌは光位相変調部２５，２６において光波が位相変調を受ける媒体の長さ、つまり位相変調領域の光波の進行方向に対する長さとなる作用長である。
【００４２】
半導体における屈折率変化は、電界印加による屈折率変化を引き起こすポッケルス効果によるものと、光吸収係数の変化に伴う屈折率の変化によって、非線形な応答となる。一般に半導体における非線形な屈折率変化Δｎは、以下のように表わされる。
【数４】
ｃ1，ｃ2は、屈折率変化の電圧Ｖ（ｔ）に対する係数である。
【００４３】
本発明は、光位相変調部２５，２６を正弦波電圧信号で駆動して光波を変調する際のサイドバンドを利用するものである。従って、電圧Ｖ（ｔ）は、バイアス電圧Ｖbと、振幅電圧Ｖmと、角周波数ωmにより、以下のように示される。
【数５】
【００４４】
変調によるサイドバンドを利用した光サブキャリア生成では、変調周波数の整数倍の間隔で光サブキャリアが生成されるため、所望の光サブキャリア周波数間隔に応じて変調周波数を変えることで対応可能である。
【００４５】
式（３）及び式（４）を式（２）に代入し、正弦波電圧信号の振幅電圧Vmは両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）で一定とし、直流バイアス電圧は各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）でそれぞれＶb1及びＶb2とするとき、各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）での位相変化は以下のように表わされる。
【数６】
右辺の第１項は直流バイアス電圧、第２項は正弦波電圧信号によって誘起される位相変調振幅、第３項は非線形な位相応答によって生じる成分による、位相変化を示すことになる。
【００４６】
従来の光サブキャリア生成器（図１２）では、右辺の第２項は異なる振幅電圧の正弦波電圧信号を用いて光位相変調部５，７を駆動しているが、本発明では半導体の非線形な屈折率変化を用いることにより、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を調整するのみで、位相変調振幅成分を制御することが可能になるため、簡易な構成で且つ調整の容易な光サブキャリア生成器によって平坦化光サブキャリアを生成することが可能となる。
【００４７】
また、非線形成分に関しては、直流バイアス電圧に依存せず、両アーム光導波路２３，２４において共通に生じる位相変調項として取り扱われるため、マッハツェンダ型光位相変調器２０の合波出力端（光結合部２２）では、同位相成分として出力に直接影響しないことがわかる。
【００４８】
屈折率変化の係数ｃ1及びｃ2を、２πＬ／λを乗じて位相変化係数Ｃ1，Ｃ2に変換し、直流バイアス電圧Ｖb1及びＶb2によって、式（５）の各項を置き換えると、以下のように示される。
【数７】
それぞれ、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2による位相変化分（位相変化量）φdc、振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号による位相変調振幅成分φm、非線形な電圧‐位相特性によって生じる位相成分（非線形性を示す位相項）φn1である。
【００４９】
従って、各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）での位相変化は、式（７）で表わすことができる。
【数８】
式（７）から明らかなように、各アーム光導波路２３，２４において、光位相変調部２５，２６の直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の調整のみで、独立に位相変調特性の制御が可能となることがわかる。
【００５０】
図２には、非線形な位相‐電圧特性上において、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を変化させることで、位相変調振幅（φm1，φm2）が変化する様子を示す。本発明の特徴は、非線形な位相-電圧応答を用いることによって同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号であっても、バイアス点を調整することで位相変化振幅を制御できることであり、従来技術と比べて、振幅電圧の大きさが異なる２つ正弦波信号を２つ用いる必要がないため、簡易に両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間において非対称な位相変調動作を可能にすることである。
【００５１】
式（７）を、マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力電界の式（１）に代入し、初期位相をゼロとするとき、次のベッセル関数を用いて整理すると、下記の式（８）のように表せる。
【数９】
【数１０】
【００５２】
更に、ベッセル関数の次数を変換し、変調角周波数ωmで整理すると、次の（９）式のように表わされる。
【数１１】
【００５３】
この式（９）が半導体の非線形な屈折率変化を利用したマッハツェンダ型光変調器２０の出力電界を示す基本式となる。この式（９）により、ｋ番目の光スペクトル強度が、次の式（１０）で示されることがわかる。
【数１２】
【００５４】
更に、コーシーの不等式及び三角不等式の関係を用いることで、その最大値は、
【数１３】
で示される。φnlは、変換効率を示す係数となり、非線形位相成分における係数φnlによるそのベッセル関数Ｊ1（φnl)は、共通項として取り扱われる。括弧内のｋ-２１次のベッセル関数がそれぞれのアーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）での独立な位相変化に起因する係数となる。
【００５５】
ここでｋ番目の光スペクトル強度がベッセル関数の次数ｋ-２ｌに依存せずに、一定の値をとることができれば、変調サイドバンドを使用した光サブキャリア生成の平坦化が可能となる。各光強度スペクトルにおいて、次数ｋの変化によるベッセル関数Ｊk-21（φm1）の値の変化をＪk-21（φm2）が補償するように、非対称的に変調することによって、次数変化による強度の変動を抑えることができる結果、マッハツェンダ型光位相変調器２０の合波出力端（光結合部２２）にて光サブキャリアの平坦化が実施される。
【００５６】
式（６）の位相関係において、
【数１４】
により、両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間における、直流成分と正弦波信号電圧による成分とのそれぞれの位相変調特性の非対称性を位相差として示すことができる。これらの位相関係Δφm及びΔφdcによって光サブキャリアの平坦性を決めるパラメータとなる。このとき、各直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の大小関係は、Ｖb1＞Ｖb2であり、正弦波電圧信号の振幅電圧Vmは、Ｖb2≧Vmとする。
【００５７】
また、平坦化のために要求される位相関係Δφm及びΔφdcを得るために必要な直流バイアス電圧Ｖb1及びＶb2は、式（１１）の連立方程式を解くことにより、
【数１５】
と、得られる。
【００５８】
図３は、上記の原理に基づいた光サブキャリアの平坦化の動作イメージを示している。ＣＷ光源３１の単一のスペクトルである搬送波をマッハツェンダ型光位相変調器２０の各アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）において、それぞれ式（１２）に基づいて平坦化のために適切な位相関係Δφm及びΔφdcを得る電圧で駆動するとき、両アーム光導波路２３，２４（光位相変調部２５，２６）間で偶数次と奇数次において、非対称な光サブキャリアが生成される。その結果、マッハツェンダ型光位相変調器２０の出力端（光結合部２２）では、それぞれの非対称な光サブキャリアスペクトルがベクトル的に合成される結果、平坦な光サブキャリアを得ることができる。
【００５９】
なお、前述の光サブキャリアの平坦化の原理の説明においては、半導体を例として説明しているが、式（３）で示されるような電圧に対して非線形な屈折率変化を有する媒体を光位相変調器として用いても、同様に平坦化が可能である。
【００６０】
本実施の形態例１の光サブキャリア生成器では、互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を用いることなく、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の調整のみで、強度が平坦化された光サブキャリアを生成することができる。互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を生成する必要がないため、電気アンプなどが不要である。２つの直流電圧源３３，３４が必要にはなるが、正弦波電圧信号を生成して光位相変調部に印加する駆動回路に比べて、直流バイアス電圧を生成して光位相変調部に印加する回路は構成が単純である。従って、本実施の形態例１の光サブキャリア生成器は、従来の光サブキャリア生成器に比べて、装置構成が簡易になり、装置規模も小さくなる。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態例２，３に係る光サブキャリア生成器について説明する。上記実施の形態例１の光サブキャリア生成器において、マッハツェンダ型光位相変調器２０とは別に外部にＣＷ光源３１を設けた場合には、前述のとおり、ＣＷ光源３１とマッハツェンダ型光位相変調器２０を最適な偏光状態で接続するために偏光制御器を、ＣＷ光源３１とマッハツェンダ型光位相変調器２０の間に設けることが必要となることがあり、この場合には偏光制御器を設けることによる装置規模の増大や装置構成の複雑化を招くことになるが、下記の実施の形態例２，３では、このような問題点なども解決している。
【００６２】
＜実施の形態例２＞
図４〜図１０に基づき、本発明の実施の形態例２に係る光サブキャリア生成器について説明する。なお、本実施の形態例２の光サブキャリア生成器による光サブキャリア生成の原理については、上記実施の形態例１の光サブキャリア生成器と同様である。
【００６３】
図４に示すように、本発明の実施の形態例２に係る光サブキャリア生成器では、同一の半導体基板５１上にＣＷ光源となる半導体レーザ５２とマッハツェンダ型光位相変調器５３とをモノリシックに集積した構成のＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光位相変調器６０を用いている。
【００６４】
マッハツェンダ型光位相変調器５３は、光分岐部（光導波路分岐部）７１と、光結合部（光導波路結合部）７２と、光分岐部７１と光結合部７２とに挟まれた第１のアーム光導波路７３及び第２のアーム光導波路７４と、第１のアーム光導波路７３上に形成された第１の光位相変調部７５と、第２のアーム光導波路７４上に形成された第２の光位相変調部７６とを有するものである。
【００６５】
光位相変調部７５，７６は、半導体量子井戸構造等を用いることで、外部電界印加によるポッケルス効果による線形な電気光学効果に加えて、量子閉じ込めシュタルク効果による吸収係数変化に伴う屈折率変化により、非線形な屈折率変化（非線形な位相−電圧特性）を得ることができるものである。半導体材料としては、光ファイバ通信波長帯で光サブキャリアを生成する場合では、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓなどを用いることができる。また、明確に波長帯を指定しなければ、ＧａＡｓ系やＧａＮ系などを用いてそれぞれの化合物半導体の持つ直接遷移の発光波長帯を用いてもよい。ポッケルス効果と量子閉じ込めシュタルク効果の組み合わせは、式（３）で示す非線形な屈折率変化Δｎを示すものとして理想的なものであり、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2に対して適度に光位相変調部７５，７６の位相変調特性が変化するため、直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2の設定が容易であるという利点を持っている。
【００６６】
なお、ポッケルス効果と量子閉じ込めシュタルク効果との組み合わせに限定するものではなく、先にも述べたとおり、量子閉じ込めシュタルク効果、電気光学カー効果、フランツ・ケルディッシュ効果などの非線形な屈折率変化を示す電気光学効果を、単独で又は複数組み合わせて利用すること、或いは前記電気光学効果の何れかとポッケルス効果とを組み合わせて利用することにより、光位相変調部７５，７６に屈折率変化を生じさせることができる。光位相変調部７５，７６に電界を印加したときにどの電気光学効果が発現するかは、光位相変調部７５，７６を構成する材料、或いは光位相変調部７５，７６のコア層やクラッド層の構造などにより決めることが可能であり、公知技術を用いればよい。
【００６７】
本実施の形態例２の光サブキャリア生成器は、上記のようなＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光位相変調器６０と、第１の光位相変調部７５及び第２の光位相変調部７６を駆動するための正弦波電気信号源６１と、第１の光位相変調部７５を駆動するための第１の直流電圧源６２と、第２の光位相変調部７６を駆動するための第２の直流電圧源６３とを備えた構成となっている。
【００６８】
また、半導体基板５１上には、第１の光位相変調部７５のための第１の電極（高周波信号線路）８１と、第２の光位相変調部７６のための第２の電極（高周波信号線路）８２と、第２光位相変調部７５及び第２の光位相変調部７６のための分岐線路８３とが形成されている。正弦波電気信号源６１は、分岐線路８３の一端側に接続されている。分岐線路８３の他端側は第１の分岐部８３ａと第２の分岐部８３ｂとに分岐されており、第１の分岐部８３ａが第１の電極８１に接続され、第２の分岐部８３ｂが第２の電極８２に接続されている。
【００６９】
正弦波電気信号源６１は、第１の光位相変調部７５及び第２の光位相変調部７６を駆動するための同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を発生する。第１の直流電圧源６２は、第１の光位相変調部７５を駆動するための第１の直流バイアス電圧Ｖb1を発生する。第２の直流電圧源６３は、第２の光位相変調部７６を駆動するための第２の直流バイアス電圧Ｖb2を発生する。第１の直流バイアス電圧Ｖb1と第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、互いに異なる電圧である。また、第２の直流バイアス電圧Ｖb2は、正弦波電圧信号の振幅電圧Ｖm以上の電圧である。即ち、Ｖb1，Ｖb2，Ｖmの大小関係は、Ｖb1＞Ｖb2≧Ｖmとなっている。
【００７０】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の入力端である光分岐部７１では、ＣＷ光源（半導体レーザ）５２から光分岐部７１へ出力されるＣＷ光（レーザ光）を入力し、この入力光を第１の分岐光と第２の分岐光とに分岐する。前記第１の分岐光は第１のアーム光導波路７３を伝搬し、前記第２の分岐光は第２のアーム光導波路７４を伝搬する。
【００７１】
第１の光位相変調部７５では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第１の分岐部８３ａ及び第１の電極８１を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源６２から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部７６では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第２の分岐部８３ｂ及び第２の電極８２を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源６３から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００７２】
即ち、光位相変調部７５，７６を駆動する正弦波電圧信号は、同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号とする一方、光位相変調部７５，７６を駆動する直流バイアス電圧は、互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2としている。正弦波電圧信号が同一の振幅電圧Ｖmであっても、光位相変調部７５，７６が非線形特性を有しており、この光位相変調部７５，７６に互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2を印加するため、従来のような互いに異なる振幅電圧を有する正弦波電圧信号を印加する場合と実質的に同じ状態となる。
【００７３】
従って、第１の光位相変調部７５及び第２の光位相調整部７６のそれぞれを、同一振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と互いに異なる直流バイアス電圧Ｖb1，Ｖb2とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、両アーム光導波路７３，７４（光位相変調部７５，７６）間で非対称に光位相変調を行うことができる。
【００７４】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端である光結合部７２では、第１の光位相変調部７５で位相変調された前記第１の位相変調光と、第２の光位相変調部２６で位相変調された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端（光結合部７２）から出力される。
【００７５】
本実施の形態例２の光サブキャリア生成器では、同一の半導体基板５１上にＣＷ光源（半導体レーザ）５２とマッハツェンダ型光位相変調器５３とをモノリシックに集積したＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光位相変調器６０を用いたため、マッハツェンダ型光位相変調器５３とは別に外部のＣＷ光源を設ける必要がなく、ＣＷ光源（半導体レーザ）５２とマッハツェンダ型光位相変調器５３との間に偏光制御器を設ける必要がない。このため、更に装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器となる。
【００７６】
また、本実施の形態例２の光サブキャリア生成器では、電圧信号Ｖmの正弦波電圧信号をマッハツェンダの両アーム上の光位相変調器に印加する際、半導体基板５１上に形成した分岐線路８３と電極（高周波信号線路）８１，８２を用いるため、外部の電気信号配線を簡易化することができる。
【００７７】
図５〜図１０も参照して、更に詳述する。図５には、マッハツェンダ変調器５３のそれぞれのアーム光導波路７３，７４上に構成された光位相変調部７５，７６に電圧を印加した際の位相変化量の一例を示している。屈折率の変化が電圧に対して非線形性を示すため、位相変化も非線形な応答となる。一般に屈折率変化は、上記の式（３）に示すように、電圧の２次式で与えられることが実験的に得られている。
【００７８】
図４において、同一の振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号を、正弦波電気信号源６１から光位相変調部７５，７６へ印加する。また、直流バイアス電圧Ｖb1及びＶb2も、直流電圧源６２，６３から光位相変調部７５，７６へ印加（入力）する。このとき、図５の非線形な位相‐電圧特性上にバイアス点を設定し、Ｖb2≧Ｖmとなるように電圧の大きさを与える。
【００７９】
図６及び図７には、両アーム光導波路７３，７４（光位相変調部７５，７６）間の位相差Δφm及びΔφdcをそれぞれパラメータとし、キャリア成分を含む計１１本の光サブキャリアを生成した際のスペクトルの平坦度の計算例を示す。また、図８には、光サブキャリアのスペクトル計算例を示している。平坦度の定義は、生成した光サブキャリアの最小強度と最大強度との差とし、１ｄＢ以内となる結果を図示している。変調周波数は１０ＧＨｚとした。光位相変調部７５，７６を駆動する正弦波電圧信号の振幅電圧Ｖmは、非線形性を示す位相項φnlを０．１２５πから１．５πとして、上記の式（６）により算出した。このとき一例として、位相変化係数Ｃ1，Ｃ2を、Ｃ1＝−０．４８，Ｃ２=０．５７とした。なお、この値はＩｎＰベースの一般的なｐ−ｉ−ｎ光位相変調器のものである。位相変化係数Ｃ1，Ｃ2の値は、半導体量子井戸構造やキャリア密度（電子‐正孔密度）などを適宜設定することにより、任意に設定することができる。この値の変化により、所望の位相関係を得るために必要な直流バイアス電圧の大きさが変わるが、平坦化に要求される位相関係の本質は変わらない。
【００８０】
図６及び図７から明らかなように、Δφm＝−Δφdc＋π（Δφmは、Δφdcの関数と見なす）の直線上を中心として、光サブキャリアの平坦化が可能であることがわかる。図９に示すように、平坦化が可能となる位相関係Δφm及びΔφdcは、直線Δφm＝−Δφdc＋πにおいて、ｘ軸上にΔφｄｃ１からπまでを定義域とするとき、非線形性を示す位相項φnlの増加につれて、その定義域が広がることがわかる。その定義域の初期点は、
【数１６】
で表わされる。π−Δφdc1による定義域が拡大する結果、平坦化を示す範囲も広がることがわかる。
【００８１】
一方、直線Δφm＝−Δφdc+πに対してエラーバーを規定するとき、その指定誤差範囲がφnlの増加とともに大きくなることが確認できる、平坦化の範囲を示すためのエラーバーの誤差範囲ｅｒｒ（％）は、以下のように表わされる。
【数１７】
【００８２】
式（１４）を誤差範囲として、直線Δφm＝−Δφdc＋πのエラーバーを規定するとき、その範囲内における位相関係Δφm，Δφdcにおいて、平坦化が可能であることがわかる。（φnl＝０は、動作原理上、存在しない）
従って、光サブキャリアの平坦化を可能とする位相関係Δφm及びΔφdcは、直線Δφm＝−Δφdc＋πに対して、式（１３）及び（１４）で与えられる範囲内に規定することができる。
【００８３】
図１０には、φnlに対する定義域の初期点及びエラーバーの誤差範囲との関係を示す。式（１２）において、Δφmが０近傍で、且つ、Δφdcが大きい領域では、式（１２）から明らかなように、必要な直流バイアス電圧が極めて大きくなってしまうため実用的ではないことがわかる。
【００８４】
式（１２）の直流バイアス電圧の式は、要求される位相差が与えられた際に、必要な電圧を与ええるものであり、位相変化係数Ｃ1及びＣ2の値によって、その大きさが決定する。低電圧動作のためには、光位相変調部７５，７６を構成する作用長Ｌを長くする。更に、半導体における非線形な屈折率変化は、半導体量子井戸構造やキャリア密度（電子‐正孔密度）の制御によって、屈折率変化量を示す係数ｃ1，ｃ2（位相変化係数Ｃ1，Ｃ2も同様）が変化するため、構造設計により動作電圧が決定する。
【００８５】
＜実施の形態例３＞
図１１に基づき、本発明の実施例３に係る光サブキャリア生成器について説明する。なお、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器（図１１）において、上記実施の形態例２の光サブキャリア生成器（図４）と同様の部分については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器による光サブキャリア生成の原理については、上記実施の形態例１，２の光サブキャリア生成器と同様である。
【００８６】
図１１に示すように、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器では、初期位相を調整のための光位相調整領域である第１の光位相調整部９１及び第２の光位相調整部９２が付加されている。また、本光サブキャリア生成器には、第１の光位相調整部９１を駆動するための第１の直流電源９３と、第２の光位相調整部９２を駆動するための第２の直流電源９４も付加されている。第１の光位相調整部９１は、マッハツェンダ型光変調器５３の第１のアーム光導波路７３上に形成され、第２の光位相調整部９２は、マッハツェンダ型光変調器５３の第２のアーム光導波路７４上に形成されている。
【００８７】
本実施の形態例３の光サブキャリア生成器における、その他の構成については、上記実施の形態例２の光サブキャリア生成器と同様である。
【００８８】
上記実施の形態例２でも述べたとおり、マッハツェンダ型光位相変調器５３の入力端である光分岐部７１では、ＣＷ光源（半導体レーザ）５２から光分岐部７１へ出力されるＣＷ光（レーザ光）を入力し、この入力光を第１の分岐光と第２の分岐光とに分岐する。前記第１の分岐光は第１のアーム光導波路７３を伝搬し、前記第２の分岐光は第２のアーム光導波路７４を伝搬する。
【００８９】
第１の光位相変調部７５では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第１の分岐部８３ａ及び第１の電極８１を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源６２から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部７６では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第２の分岐部８３ｂ及び第２の電極８２を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源６３から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００９０】
そして、第１の直流電源９３では、第１の光位相調整部９１を駆動するための第１の直流電流又は第１の直流電圧を発生し、第２の直流電源９４では、第２の光位相調整部９２を駆動するための第２の直流電流又は第２の直流電圧を発生する。第１の光位相調整部９１では、第１の直流電源９３から印加される第１の直流電流又は第１の直流電圧によって駆動されることにより、第１の光位相変調部７５で位相変調された前記第１の位相変調光の位相を調整する。第２の光位相調整部９２では、第２の直流電源９４から印加される第２の直流電流又は第２の直流電圧によって駆動されることにより、第２の光位相変調部７６で位相変調された前記第２の位相変調光の位相を調整する。
【００９１】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端である光結合部７２では、第１の光位相調整部９１で位相調整された前記第１の位相変調光と、第２の光位相調整部９２で位相調整された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端（光結合部７２）から出力される。
【００９２】
なお、図示例では、光位相変調部７５，７６の後に光位相調整部９１，９２を設けているが、これに限定するものではなく、図示は省略するが、位相変調部７５，７６の前に光位相調整部９１，９２を設けてもよい。
【００９３】
この場合、第１の光位相調整部９１では、第１の直流電源９３から印加される第１の直流電流又は第１の直流電圧によって駆動されることにより、光分岐部７１で分岐された第１の分岐光の位相を調整する。第２の光位相調整部９２では、第２の直流電源９４から印加される第２の直流電流又は第２の直流電圧によって駆動されることにより、光分岐部７１で分岐された第２の分岐光の位相を調整する。
【００９４】
その後、第１の光位相変調部７５では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第１の分岐部８３ａ及び第１の電極８１を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第１の直流電圧源６２から印加される第１の直流バイアス電圧Ｖb1とによって駆動されることにより、第１の光位相調整部９１で位相調整された前記第１の分岐光を位相変調して第１の位相変調光を生成する。第２の光位相変調部７６では、正弦波電気信号源６１から、分岐線路８３の第２の分岐部８３ｂ及び第２の電極８２を介して印加される振幅電圧Ｖmの正弦波電圧信号と、第２の直流電圧源６３から印加される第２の直流バイアス電圧Ｖb2とによって駆動されることにより、第２の光位相調整部９２で位相調整された前記第２の分岐光を位相変調して第２の位相変調光を生成する。
【００９５】
マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端である光結合部７２では、第１の光位相変調部７５で位相変調された前記第１の位相変調光と、第２の光位相変調部７６で位相変調された前記第２の位相変調光とを合波する。その結果、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアが生成されて、マッハツェンダ型光位相変調器５３の出力端（光結合部７２）から出力される。
【００９６】
本実施の形態例３の光サブキャリア生成器では、第１の光位相調整部９１及び第２の光位相変調部９２における光位相調整により、マッハツェンダ型光変調器５３の出力端（光結合部７２）において、光波合成時の初期位相差を制御することが可能となる。その結果、両アーム光導波路７３，７４間における構造的な誤差等よる初期位相差を無くし、上記実施の形態例１，２で述べたような特性が確実に得られるようにすることができる。
【００９７】
なお、光位相調整領域である光位相調整部９１，９２は、直流電源９３，９４から印加する第１及び第２の直流電流又は第１及び第２の直流電圧によって、屈折率が変化することにより、前記初期位相差を調整する構造となっている。即ち、第１の光位相調整部９１では、第１の直流電源９３から印加される第１の直流電流又は第１の直流電圧によって屈折率が変化することにより、前記第１の位相変調光の位相を調整する。第２の光位相調整部９２では、第２の直流電源９４から印加される第２の直流電流又は第２の直流電圧によって屈折率が変化することにより、前記第２の位相変調光の位相を調整する。その結果、前記初期位相差がゼロになる。換言すれば、直流電源９３，９４から光位相調整部９１，９２へ印加する第１及び第２の直流電流又は第１及び第２の直流電圧の値は、前記初期位相差がゼロになるように設定されている。
【００９８】
本実施の形態例３の光サブキャリア生成器によれば、第１の光位相調整部９１と第２の光位相調整部９２を設けて位相調整を行うことにより、完全対称な構造でなくても、マッハツェンダ型光変調器５３の合波出力端（光結合部７２）での初期位相差をゼロにすることができる。
【００９９】
また、上記実施の形態例２の光サブキャリア生成器と同様に本実施の形態例３の光サブキャリア生成器においても、正弦波電圧信号は半導体基板５１上に形成した分岐線路８３で２つに分岐して入力する構成である。このため、本実施の形態例３の光サブキャリア生成器の全体構造としては、光位相調整領域である光位相調整部９１，９２と、光位相調整領域用の直流電流又は直流電流を発生するための直流電源９３，９４が、付加されるのみである。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は光サブキャリア生成器に関するものであり、従来よりも装置構成が簡易で装置規模が小さい光サブキャリア生成器によって、周波数間隔が等しく、且つ、強度が一定で平坦な光サブキャリアを生成する場合に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【０１０１】
２０ マッハツェンダ型光変調器
２１ 光分岐部
２２ 光結合部
２３ 第１のアーム光導波路
２４ 第２のアーム光導波路
２５ 第１の光位相変調部
２６ 第２の光位相変調部
３１ ＣＷ光源
３２ 正弦波電気信号源
３３ 第１の直流電圧源
３４ 第２の直流電圧源
５１ 半導体基板
５２ ＣＷ光源（半導体レーザ）
５３ マッハツェンダ型光変調器
６０ ＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器
６１ 正弦波電気信号源
６２ 第１の直流電圧源
６３ 第２の直流電圧源
７１ 光分岐部
７２ 光結合部
７３ 第１のアーム光導波路
７４ 第２のアーム光導波路
７５ 第１の光位相変調部
７６ 第２の光位相変調部
８１ 第１の電極
８２ 第２の電極
８３ 分岐線路
８３ａ 第１の分岐部
８３ｂ 第２の分岐部
９１ 第１の光位相調整部
９２ 第２の光位相調整部
９３ 第１の直流電源
９４ 第２の直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分岐部と、光結合部と、前記光結合部と前記光結合部とに挟まれた第１のアーム光導波路及び第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第１の光位相変調部と、前記第２のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第２の光位相変調部とを備えたマッハツェンダ型光変調器と、
ＣＷ光を前記光分岐部へ出力するＣＷ光源と、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加する正弦波電気信号源と、
前記第１の光位相変調部に第１の直流バイアス電圧を印加する第１の直流電圧源と、
前記第２の光位相変調部に第２の直流バイアス電圧を印加する第２の直流電圧源とを有し、
且つ、前記正弦波電圧信号の振幅電圧をＶm、前記第１の直流バイアス電圧をＶb1、前記第２の直流バイアス電圧をＶb2とすると、これらの大小関係がＶb1＞Ｖb2≧Ｖmであり、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号と互いに異なる前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間で非対称に光位相変調を行う構成であること、
を特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項２】
請求項１に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部は、半導体材料を用いた、量子閉じ込めシュタルク効果などの電界−光吸収に伴う屈折率変化を生じるものであることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光サブキャリア生成器において、
前記ＣＷ光源と前記マッハツェンダ型光変調器が、同一の半導体基板上にモノリシックに集積されて、ＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器を構成していることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項４】
請求項３に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加するための分岐線路と電極が、前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１の直流バイアス電圧及び前記第２の直流バイアス電圧と、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間の位相差の調整において、前記正弦波電圧信号による位相変調振幅成分、及び、前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧による位相変化量の、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間での位相差をそれぞれ、Δφm及びΔφdcと定義するとき、直線Δφm＝−Δφdc＋πの位相差Δφm，Δφdcの関係を満たすように前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部を駆動することで、光サブキャリアの強度を一定とする光サブキャリア生成器であって、直線Δφm＝−Δφdc＋πの定義域の初期点Δφdc1とエラーバーの誤差範囲ｅｒｒが、非線形性を示す位相項φnlによって、下記の式（Ｉ）及び式（ＩＩ）で規定される範囲内となる位相差Δφm，Δφdcの関係となるよう駆動電圧を調整する構成であることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【数１】
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１のアーム光導波路上に形成した第１の光位相調整部と、
前記第２のアーム光導波路上に形成した第２の光位相調整部と、
前記第１の光位相調整部に第１の直流電流又は第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第２の光位相調整部に第２の直流電流又は第２の直流電圧を印加する第２の直流電源とを有し、
前記第１の光位相調整部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記第１及び第２の直流電流又は前記第１及び第２の直流電圧で駆動することにより、前記マッハツェンダ型光変調器の合波出力端である前記光結合部での初期位相差がゼロとなるように調整する構成であることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項１】
光分岐部と、光結合部と、前記光結合部と前記光結合部とに挟まれた第１のアーム光導波路及び第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第１の光位相変調部と、前記第２のアーム光導波路上に形成された非線形な位相−電圧特性を有する第２の光位相変調部とを備えたマッハツェンダ型光変調器と、
ＣＷ光を前記光分岐部へ出力するＣＷ光源と、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加する正弦波電気信号源と、
前記第１の光位相変調部に第１の直流バイアス電圧を印加する第１の直流電圧源と、
前記第２の光位相変調部に第２の直流バイアス電圧を印加する第２の直流電圧源とを有し、
且つ、前記正弦波電圧信号の振幅電圧をＶm、前記第１の直流バイアス電圧をＶb1、前記第２の直流バイアス電圧をＶb2とすると、これらの大小関係がＶb1＞Ｖb2≧Ｖmであり、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号と互いに異なる前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧とで駆動して、光位相変調振幅を制御することにより、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間で非対称に光位相変調を行う構成であること、
を特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項２】
請求項１に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部は、半導体材料を用いた、量子閉じ込めシュタルク効果などの電界−光吸収に伴う屈折率変化を生じるものであることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光サブキャリア生成器において、
前記ＣＷ光源と前記マッハツェンダ型光変調器が、同一の半導体基板上にモノリシックに集積されて、ＣＷ光源モノリシック集積マッハツェンダ型光変調器を構成していることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項４】
請求項３に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部に前記同一振幅電圧の正弦波電圧信号を印加するための分岐線路と電極が、前記半導体基板上に形成されていることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１の直流バイアス電圧及び前記第２の直流バイアス電圧と、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間の位相差の調整において、前記正弦波電圧信号による位相変調振幅成分、及び、前記第１の直流バイアス電圧と前記第２の直流バイアス電圧による位相変化量の、前記第１の光位相変調部と前記第２の光位相変調部の間での位相差をそれぞれ、Δφm及びΔφdcと定義するとき、直線Δφm＝−Δφdc＋πの位相差Δφm，Δφdcの関係を満たすように前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部を駆動することで、光サブキャリアの強度を一定とする光サブキャリア生成器であって、直線Δφm＝−Δφdc＋πの定義域の初期点Δφdc1とエラーバーの誤差範囲ｅｒｒが、非線形性を示す位相項φnlによって、下記の式（Ｉ）及び式（ＩＩ）で規定される範囲内となる位相差Δφm，Δφdcの関係となるよう駆動電圧を調整する構成であることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【数１】
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の光サブキャリア生成器において、
前記第１のアーム光導波路上に形成した第１の光位相調整部と、
前記第２のアーム光導波路上に形成した第２の光位相調整部と、
前記第１の光位相調整部に第１の直流電流又は第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記第２の光位相調整部に第２の直流電流又は第２の直流電圧を印加する第２の直流電源とを有し、
前記第１の光位相調整部及び前記第２の光位相調整部のそれぞれを、前記第１及び第２の直流電流又は前記第１及び第２の直流電圧で駆動することにより、前記マッハツェンダ型光変調器の合波出力端である前記光結合部での初期位相差がゼロとなるように調整する構成であることを特徴とする光サブキャリア生成器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４４９９１（Ｐ２０１３−４４９９１Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３４５７（Ｐ２０１１−１８３４５７）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]