光変調器及び光変調方法
【課題】構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器及び光変調方法を提供する。
【解決手段】入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、前記光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、分岐された信号光を合流させる光合流手段と、少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に接続され、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度がそれぞれ異なるように調整する強度調整手段とを備えた。
【解決手段】入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、前記光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、分岐された信号光を合流させる光合流手段と、少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に接続され、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度がそれぞれ異なるように調整する強度調整手段とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を光信号に変換して送信する光変調器及び光変調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ光通信システムの大容量化を実現するには、１波長あたりの伝送レートを上げることが有用である。ここで、変調方式を変えることなく光伝送路に送出するシンボルレートを上げた場合には、許容残留分散量がシンボルレートの２乗に反比例するので、光伝送路の波長分散耐力が低下するという問題点があった。また、電気信号処理を高速に実行することが必要となり、アナログ電気部品のコストが増加するという問題点もあった。
【０００３】
そのため、近年では、シンボルレートを上げることなく、１シンボルあたりの信号多重度を上げることで、システムの大容量化を実現するための研究が盛んに行われている。
そして、信号多重度を上げる方式として、例えば、１シンボルに２値（多重度２）を割り当てることで伝送容量を２倍にするＱＰＳＫ方式や、１シンボルに４値（多重度４）を割り当てることで伝送容量を４倍にする１６ＱＡＭ方式、１６ＡＰＳＫ方式等の多値変調方式が知られている。
【０００４】
通常、これらの多値変調を実行する場合には、光変調器としてＩ／Ｑ変調器が用いられる。Ｉ／Ｑ変調器は別名直交変調器とも呼ばれ、直交する光電界成分（Ｉチャンネル、Ｑチャンネル）を独立して生成可能な変調器であり、マッハツェンダー（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）変調器を並列接続した特殊な構成をとるものである。
【０００５】
例えば、ＱＰＳＫ変調を実行する場合には、ＭＺ変調器を２個並列に接続したＤｕａｌ Ｐａｒａｌｌｅｌ ＭＺ変調器（ＤＰＭＺＭ：Ｄｕａｌ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられる（例えば、下記特許文献１参照）。
また、１６ＱＡＭ変調を実行する場合には、ＤＰＭＺＭを電気多値信号で駆動する方式が用いられる（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、図を用いて従来のＤＰＭＺＭの動作について説明する。
図９は、従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
なお、図９中において、９０１は入力導波路、９０２は光分岐回路、９０３ａ，９０３ｂは接続導波路、９０４ａ，９０４ｂは光分岐回路、９０５ａ〜９０５ｄは位相変調器、９０６ａ，９０６ｂは光合流回路、９０７ａ，９０７ｂは位相調整領域、９０８は光合流回路、９０９は出力導波路をそれぞれ示している。また、図９中において、破線で囲まれた構造９１０ａ，９１０ｂはそれぞれマッハツェンダー変調器を示している。
【０００７】
図９に示す構成は２つのマッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂが並列に配置され、さらに、マッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂをアームの一部に組み込んだ、いわゆる親マッハツェンダー干渉計が形成されており、Ｄｕａｌ Ｐａｒａｌｌｅｌ ＭＺ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ（ＤＰＭＺＭ）と呼ばれている。
【０００８】
信号光は、まず入力導波路９０１から入射し、光分岐回路９０２により分岐比１：１で２分岐され接続導波路９０３ａ及び接続導波路９０３ｂを介してマッハツェンダー変調器９１０ａ及びマッハツェンダー変調器９１０ｂに導かれる。マッハツェンダー変調器９１０ａは、分岐比が１：１の対称な分配比を有する第２の光分岐回路９０４ａ、位相変調器９０５ａ，９０５ｂ、光合流回路９０６ａから構成されている。
【０００９】
光合流回路９０６ａの光合流比率は、位相変調器９０５ａ及び位相変調器９０５ｂから入射した光の強度の比がそのまま出力強度の比となるように、すなわち、位相変調器９０５ａ及び位相変調器９０５ｂから入射した信号光強度が等しい場合には、等しい強度比で合流回路から出力されるような特性を有している。以下、このような特性を「１：１の合流比」と呼ぶこととする。
【００１０】
マッハツェンダー変調器９１０ｂは、分岐比が１：１の光分岐回路９０４ｂ、位相変調器９０５ｃ，９０５ｄ、合流比が１：１の光合流回路９０６ｂから構成されている。マッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂは、それぞれがプッシュプル駆動されている。
【００１１】
マッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂで変調された信号光は位相調整領域９０７ａ，９０７ｂに入射し、位相関係を調整された後、光合流回路９０８で合流され、出力導波路９０９から出力される。光合流回路９０８としては、通常は光合流比が１：１の光合流回路が用いられる。この際の位相調整領域９０７ａ，９０７ｂでは、光合流回路９０８で合流された際の両信号光の位相差がπ／２となるように位相が相対的に調整される。
【００１２】
光多値変調の例として、はじめに、４値のＱＰＳＫ変調を例にコンスタレーション（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を説明する。
図１０は、光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。なお、図１０（ａ）はプッシュプル駆動のマッハツェンダー変調器９１０ａにより変調された光電界の軌跡を、図１０（ｂ）はＤＰＭＺＭのコンスタレーションをそれぞれ示している。
【００１３】
マッハツェンダー変調器９１０ａでは、位相変調器９０５ａ，９０５ｂが差動信号により駆動されている。位相変調器の場合、信号光は、強度が一定で位相角が印加電圧に応じて変化する。ＱＰＳＫ信号の場合を考えると、駆動電気信号は、振幅が半波長電圧Ｖπの２値信号となる。
【００１４】
そのため、位相変調器９０５ａから出射される信号光の電界は、図１０（ａ）の半円の上半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を電気信号に応じて往復する。一方、位相変調器９０５ｂについて考えると、マッハツェンダー変調器９１０ａはプッシュプル駆動されるため、位相変調器９０５ｂは位相変調器９０５ａの差動信号で駆動されることになる。
【００１５】
したがって、位相変調器９０５ｂから出射される信号光の電界は、図１０（ａ）の半円の下半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を電気信号に応じて往復する。そこで、光合流回路９０６ａから出力される信号光の電界は、位相変調器９０５ａ，９０５ｂからの出力の合成となるため、図１０（ａ）において原点０を通り直線状にＩ0点とＩ1点の間を電気信号に応じて往復する形となる。
【００１６】
マッハツェンダー変調器９１０ｂについても同様に差動信号によりプッシュプル駆動されるため、出力信号のトレースは原点を通る直線となる。２つのマッハツェンダー変調器９１０ａ及びマッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光は、位相調整領域９０７ａ，９０７ｂにおいて、互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整され、光合流回路９０８により足し合わされる。
【００１７】
したがって、マッハツェンダー変調器９１０ａから出力された信号光の電界のトレースと、マッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光の電界のトレースは、直交する形で足し合わされることになり、出力導波路９０９から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは図１０（ｂ）に示されるような互いに９０度ずつ角度の異なる４つの点となる。これが４値変調であるＱＰＳＫのコンスタレーションである。なお、互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整されて光合流回路９０８により足し合わされる際には、原理損失３ｄＢが発生する。
【００１８】
次に、１６値の変調について説明する。
ＤＰＭＺＭを用いて１６値変調を行う場合、駆動電気信号は最大振幅が半波長電圧Ｖπの４値信号となる。このとき、位相変調器９０５ａから出射される信号光の電界は、位相角０からπの間を３分割する形になるため図１０（ｃ）の半円の上半分をトレースする形でａ，ｂ，ｃ，ｄ点の間を電気信号に応じて往復する。位相変調器１０５ｂについても上述したＱＰＳＫの議論と同様に図１０（ｃ）の半円の下半分をトレースする。
【００１９】
光合流回路９０６ａから出力される信号光の電界は、図１０（ｃ）において原点０を通り直線状にＩ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3点の間を電気信号に応じて直線状にトレースする形となる。ここで、Ｉ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3各点の間隔を一定間隔にするためには、位相角の間隔、すなわち、∠ａ０ｂ，∠ｂ０ｃ，∠ｃ０ｄが一定ではない点に注意を要する。すなわち、４値駆動電気信号は、不等間隔の４値であることが要求される。
【００２０】
マッハツェンダー変調器９１０ｂについても同様に差動信号によりプッシュプル駆動されるため、出力信号のトレースは４点の間を通直線状にトレースする形となる。２つのマッハツェンダー変調器９１０ａ及びマッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光は、位相調整領域９０７ａ，９０７ｂにおいて互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整され、光合流回路９０８により足し合わされる。
【００２１】
このため、マッハツェンダー変調器９１０ａから出力された信号光の電界のトレースと、マッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光の電界のトレースは、直交する形で足し合わされることとなり、出力導波路９０９から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは図１０（ｄ）に示されるような互いに直交する格子状に配置された１６個の点となる。これが１６値変調である１６ＱＡＭのコンスタレーションである。なお、この場合も互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整されて光合流回路９０８により足し合わされる際には、原理損失３ｄＢが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｌｕｔｚ Ｍｏｌｌｅ、外４名、“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ２０ Ｇｂａｕｄ Ｓｑｕａｒｅ １６ＱＡＭ Ｌｏｎｇ−Ｈａｕｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １１２０ ｋｍ ｕｓｉｎｇ ＥＤＦＡ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、ＥＣＯＣ２００９、２００９年、ｐ．Ｐａｐｅｒ８．８．４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述した従来のＤＰＭＺＭ変調器を用いる場合、ＭＺ変調器の数が増えることにより、コストが増加するとともに、バイアス制御箇所が増加するという問題点があった。
また、多値電気信号の多値の間隔を不等間隔に設定しなければならず、分解能の高いデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）を使用しなくてはならないため、コストが上昇するという問題があった。
さらに、２つのマッハツェンダー変調器の位相を直交させて合流させるＤＰＭＺＭ構成に起因する、原理損失３ｄＢが発生するという問題もあった。
【００２５】
以上のことから、本発明は、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器及び光変調方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る光変調器は、
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に接続され、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度がそれぞれ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする。
【００２７】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る光変調器は、
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
前記光分岐手段と光合流手段とを結びマッハツェンダー干渉計を構成する少なくとも２本の導波手段と、
少なくとも２本の前記導波手段における前記光分岐手段の出力側にそれぞれ配置される少なくとも２つの位相変調手段と、
少なくとも２本の前記導波手段の全て、又は少なくとも２本の前記導波手段の内の１つを除いた残りの前記導波手段に配置され、少なくとも２つの前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度を経路に応じて１／４倍ずつ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする。
【００２８】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る光変調器は、第１の発明又は第２の発明に係る光変調器において、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、伝搬する信号光の位相を調整する位相調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００２９】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る光変調器は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の位相差を０度又は９０度の整数倍となるように伝搬する信号光の位相を調整する位相差調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３０】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る光変調器は、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を吸収する吸収手段又は伝搬する信号光を増幅する増幅手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３１】
上記の課題を解決するための第６の発明に係る光変調器は、第１の発明から第５の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を分岐するための第２の光分岐手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３２】
上記の課題を解決するための第７の発明に係る光変調器は、第１の発明から第６の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光強度調整手段として、マッハツェンダー干渉計が接続される
ことを特徴とする。
【００３３】
上記の課題を解決するための第８の発明に係る光変調器は、第１の発明から第７の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光分岐手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする。
【００３４】
上記の課題を解決するための第９の発明に係る光変調器は、第１の発明から第８の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光合流手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする。
【００３５】
上記の課題を解決するための第１０の発明に係る光変調方法は、
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調方法であって、
入射された信号光の伝搬方向に対し並列に設置され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調器に対し、
少なくとも２つの前記位相変調器のそれぞれの最大振幅が半波長電圧の１．５倍となる独立した４値の電気信号で駆動し、
かつ、少なくとも２つの前記位相変調器からの出力光を、それぞれの強度関係は１／４倍ずつ異なるように、また、それぞれの位相関係は位相差が０度又は９０度の整数倍となるように合流させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器及び光変調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る強度調整手段の構成例を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【図９】従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
【図１０】従来の光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明に係る光変調器及び光変調方法を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３９】
以下、本発明の第１の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
本実施例に係る光変調器及び光変調方法は、位相変調器を２個並列に接続したＭＺ変調器をベースに多値変調を実現するものである。
【００４０】
図１は、本実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
図１中において、１０１は入力導波路、１０２は光分岐回路、１０３ａ，１０３ｂは接続導波路、１０４ａ，１０４ｂは位相変調器、１０５ａ，１０５ｂは光強度調整手段である電界吸収領域、１０６ａ，１０６ｂは接続導波路、１０７は光合流回路、１０８は出力導波路をそれぞれ示している。
【００４１】
信号光は、まず入力導波路１０１から入射し、光分岐回路１０２により２分岐され接続導波路１０３ａ及び接続導波路１０３ｂを介して位相変調器１０４ａ及び位相変調器１０４ｂに導かれる。位相変調器１０４ａ，１０４ｂは、それぞれが独立な電気信号により駆動される。そこで、ここでは差動信号によるプッシュプル駆動の変調器と区別して、デュアルドライブマッハツェンダー変調器（ＤＤＭＺＭ：Ｄｕａｌ Ｄｒｉｖｅ ＭＺＭ）と呼ぶことにする。
【００４２】
ここで、本実施例に係る光変調器のＤＤＭＺＭの多値変調動作について説明する。
図２は、本実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
ＤＤＭＺＭを用いて１６値の変調を行う場合、電気信号は、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。
【００４３】
いま、位相変調器１０４ａが４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器１０４ａから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、図２（ａ）の円周上をトレースする形で９０度ずつ角度の異なるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点の間を電気信号に応じて往復する。
【００４４】
ここで、図２（ａ）においては、ＩＱ座標に対し４５度傾いた位置、すなわちＡ点を基準点、すなわち位相角０に対応させた。本実施例においては、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点の間隔を等間隔にするために必要な位相角の差分は全て９０度一定であるため、必要な４値の電気信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００４５】
位相変調器１０４ｂについても同様に、半波長電圧の１．５倍の４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器１０４ｂから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、図２（ａ）に示すような位相変調器１０４ａからの出力と同様な電界の軌跡が得られる。
【００４６】
位相変調器１０４ａ，１０４ｂから出力された信号光は、電界吸収領域１０５ａ，１０５ｂにより、光合流回路１０７において合流された後の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち、強度差が６ｄＢとなるように強度調整される。
【００４７】
いま、光合流回路１０７の光合流比が１：１の場合について考え、また、位相変調器１０４ａから出力された信号光が位相変調器１０４ｂから出力された信号光よりも６ｄＢ大きな状態で出力される場合を考えると、電界吸収領域１０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で、また、電界吸収領域１０５ｂでは吸収により光強度が６ｄＢ減少するように電圧を印加した状態で使用される。
【００４８】
光強度調整手段である電界吸収領域１０５ａ，１０５ｂから出力された信号光は、接続導波路１０６ａ，１０６ｂを経て光合流回路１０７において合流され、出力導波路１０８から出力される。
【００４９】
このとき、位相変調器１０４ａから出力された信号光の電界のトレースと、位相変調器１０４ｂから出力された信号光の電界のトレースは、光強度調整手段である電界吸収領域１０５ａ，１０５ｂにおいて強度調整され、出力導波路１０８から出力される際に強度差６ｄＢが生じる状態になるように足し合わされることになる。
【００５０】
このため、出力導波路１０８から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは、図２（ｂ）中に●で示すような、大きな円周上に配置された４つの点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ中心として、大きな円の半分の半径を有する小さな円周上に４つの点が配置された１６個の点となる。
【００５１】
例えば、位相変調器１０４ａから出力された信号光のコンスタレーションが図２（ｂ）に示されるＢ点であるとした時、位相変調器１０４ｂから出力された信号光が足し合わされた場合の電界のトレースは、Ｂ点を中心とした小さな半径の円周上をａ，ｂ，ｃ，ｄの間で往復する。これは電界のベクトルの足し算を考えると理解しやすい。
【００５２】
ここで、小さな円の半径が大きな円の半径の１／２となる理由について簡単に説明する。
上述したように、位相変調器１０４ａを経由した信号光と、位相変調器１０４ｂを経由した信号光は、その強度差が６ｄＢとなるように強度調整され、光合流回路１０７で合流され、出力導波路１０８から出力される。図２に示したコンスタレーションの図は、光の電界のトレースを示した図であるため、光強度差６ｄＢに対応する電界強度差３ｄＢ、すなわち、１／２が小さい円の半径となる。
【００５３】
ここで、再びコンスタレーションの説明にもどると、図２（ｂ）におけるＡ点、Ｃ点、Ｄ点についても上述したＢ点に関する議論と同様な議論が成り立つ。したがって、本実施例におけるコンスタレーションは、図２（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ中心として、大きな円の半分の半径を有する小さな円周上に４つの点が配置された１６個の点となることが理解できる。
【００５４】
本実施例におけるコンスタレーションを図１０（ｄ）に示した従来のコンスタレーションと比較すると、本実施例において従来の直交変調器を用いた場合と同様な１６値変調である１６ＱＡＭのコンスタレーションが得られていることがわかる。すなわち、本実施例係る光変調器の構成を用いることにより、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器を実現することが可能となる。
【００５５】
本実施例においては、強度調整手段として、位相変調手段に接続された電界吸収領域を用いた場合について説明したが、複数の位相変調手段からの出力光の強度を相対的に異なるように設定できさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることが可能であるため、強度変調手段は電界吸収領域に限定されるものではなく、電流注入による光吸収を利用するものでも良く、また、光増幅器であってもよい。
【００５６】
また、図３（ａ）に示すようなマッハツェンダー型の光アッテネータ回路が接続されていてもよい。図３中において、３０１は３ｄＢカプラ、３０２は位相調整領域、３０３は３ｄＢカプラを示している。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、位相調整領域３０２においてマッハツェンダー干渉計の両アームの位相関係を適宜調整し、３ｄＢカプラ３０３から出力される光の強度を６ｄＢ減少させることにより、本実施例に係る光変調器により奏する効果を実現することが可能となる。
【００５８】
さらに、強度調整手段としては、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示されるような、伝搬する信号光を分岐するための光分岐手段が接続されていても同様な効果を得ることができる。図３中において、３０４，３０５は３ｄＢカプラ、３０６は４分岐の光分岐回路を示している。
【００５９】
図３（ｂ）に示すように、３ｄＢカプラを２段接続した場合、出力光は１／４、すなわち、６ｄＢ減少するため本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
また、図３（ｃ）に示すように、４分岐の光分岐回路を用いた場合も、出力光は１／４となり、６ｄＢ減少するため、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００６０】
なお、図３（ｂ）における３ｄＢカプラ、又は図３（ｃ）における４分岐回路の構成については何ら制約を設けるものではなく、３ｄＢカプラ又は４分岐という機能を有していれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果が得られることは言うまでもない。
【００６１】
さらに、本実施例においては、光合流回路１０７の光合流比が１：１の場合について説明してきたが、光合流比はこれに限定されるものでなく、光合流回路の出力においてそれぞれの位相変調器を経由した光信号の強度比が６ｄＢとなるように、光合流比に応じて強度調整手段において強度調整が行われさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００６２】
また、本実施例においては、全ての位相変調手段に強度調整手段が接続された場合について説明したが、位相変調手段からの出力のうち１つは強度調整を行わないで用いることが可能である。例えば、上述した説明では、位相変調器１０４ａに接続された電界吸収領域１０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で使用している。すなわち、電界吸収領域１０５ａは原理上必要ではない。
【００６３】
すなわち、原理上は、位相変調手段のうち１つに接続された強度調整手段は使用する必要はなく、位相変調手段のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられていれば本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【００６４】
しかし、本実施例で示したような、全ての位相変調手段にそれぞれ強度調整手段が接続された構成は、光回路の幾何学的な対称性が優れているため、マッハツェンダー干渉計の両アームに光路長差が生じにくく、波長特性に優れ、また、光回路を構成する各個別要素のレイアウトが容易で回路が配置しやすいという特徴がある。
【００６５】
本実施例に係る光変調器において用いる光分岐回路１０２及び光合流回路１０７については、特にその構成を限定するものではなく、Ｙ分岐回路、方向性結合器、ファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることが可能である。
【００６６】
なお、本実施例に係る光変調器の構成においても、用いるマッハツェンダー変調器の構造および材質に関しては、特に制約を設けるものではなく、ＬｉＮｂＯ3に代表されるような誘電体材料、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系に代表されるような化合物半導体材料、Ｓｉ等の半導体材料、ポリマー系材料等、通常変調器として使用可能なすべての材料系について本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【００６７】
また、導波路構造に関しても、特に制約を設けるものではなく、埋め込み構造、リッジ構造、ハイメサ構造等を信号光が伝搬可能な導波構造であれば、本実施例に係る光変調器の構成をとることにより同様な効果を得ることができる。
【実施例２】
【００６８】
以下、本発明の第２の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
図４は、本実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
図４中において、４０１は入力導波路、４０２は光分岐回路、４０３ａ，４０３ｂは接続導波路、４０４ａ，４０４ｂは位相変調器、４０５ａ，４０５ｂは光強度調整手段である電界吸収領域、４０６ａ，４０６ｂは接続導波路、４０７は光合流回路、４０８は出力導波路、４０９ａ，４０９ｂは位相調整領域をそれぞれ示している。
【００６９】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、位相調整領域４０９ａ，４０９ｂの動作に関する点を除けば、図１に示した第１の実施例と同様であり、４０１〜４０８をそれぞれ１０１〜１０８と読み替えることによりその動作を説明することができる。
【００７０】
すなわち、信号光は、まず入力導波路４０１から入射し、光分岐回路４０２により２分岐され接続導波路４０３ａ及び接続導波路４０３ｂを介して位相変調器４０４ａ及び位相変調器４０４ｂに導かれる。位相変調器４０４ａ，４０４ｂはそれぞれが独立な電気信号により駆動される。電気信号は、上述した通り、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。
【００７１】
いま、位相変調器４０４ａが４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器４０４ａから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、第１の実施例と同様に図２（ａ）の円周上をトレースする形で９０度ずつ角度の異なるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点の間を電気信号に応じて往復する。
【００７２】
本実施例に係る光変調器においても、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点の間隔を等間隔にするために必要な位相角の差分は全て９０度一定であるため、必要な４値の電気信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００７３】
位相変調器４０４ｂについても、同様に、半波長電圧の１．５倍の４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器４０４ｂから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、位相変調器４０４ａからの出力と同様な電界の軌跡が得られる。
【００７４】
位相変調器４０４ａ，４０４ｂから出力された信号光は、電界吸収領域４０５ａ，４０５ｂにより、光合流回路４０７において合流された後の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち、強度差が６ｄＢとなるように強度調整される。
【００７５】
いま、光合流回路４０７の光合流比が１：１の場合について考え、また、位相変調器４０４ａから出力された信号光が、位相変調器４０４ｂから出力された信号光よりも６ｄＢ大きな状態で出力される場合を考えると、電界吸収領域４０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で、また、電界吸収領域４０５ｂでは吸収により光強度が６ｄＢ減少するように電圧を印加した状態で使用される。
【００７６】
光強度調整手段である電界吸収領域４０５ａ，４０５ｂから出力された信号光は、接続導波路４０６ａ，４０６ｂを経て光合流回路４０７において合流され、出力導波路４０８から出力される。
【００７７】
このとき、位相変調器４０４ａから出力された信号光の電界のトレースと、位相変調器４０４ｂから出力された信号光の電界のトレースは、光強度調整手段である電界吸収領域４０５ａ，４０５ｂにおいて強度調整され、出力導波路４０８から出力される際に強度差６ｄＢが生じる状態になるように足し合わされることになる。
【００７８】
このため、出力導波路４０８から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは、図２（ｂ）において●で示されるような、大きな円周上に配置された４つの点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ中心として、大きな円の半分の半径を有する小さな円周上に４つの点が配置された１６個の点となる。すなわち、本実施例に係る光変調器の構成を用いることにより、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の変調器を実現することが可能となる。
【００７９】
ここで、位相調整領域４０９ａ，４０９ｂの働きについて説明する。
素子が理想的に作製されていれば第１の実施例において説明した構成で光多値変調用の変調器を実現することが可能である。しかしながら、実際に素子を作製した場合、接続導波路１０３ａ又は接続導波路１０３ｂから接続導波路１０６ａ又は接続導波路１０６ｂまででそれぞれ構成される、マッハツェンダー干渉計のアーム領域を構成する導波路のわずかな作製誤差が両アームの光路長差となり、位相変調器１０４ａと位相変調器１０４ｂを経由したそれぞれの信号光が光合流回路１０７において足し合わされる際に位相差が発生してしまう可能性がある。
【００８０】
本実施例に係る光変調器においては、マッハツェンダー干渉計のアームに位相調子領域４０９ａ，４０９ｂを設けることにより、この位相差を調整可能として素子の作製トレランス、歩留まりを向上することが可能となる。
【００８１】
すなわち、位相調整領域がない場合は、位相変調器１０４ａ又は位相変調器４０４ａを経由した信号光のコンスタレーションと位相変調器１０４ｂ又は位相変調器４０４ｂを経由した信号光のコンスタレーションの相対的な位相角がずれてしまい、トータルなコンスタレーションマップが図５（ａ）に示すように１６個の●が格子状に並ばずに、傾いてしまう可能性がある。
【００８２】
そこで、図４に示した本実施例に係る光変調器においては、位相調整領域６０９ａもしくは位相調整領域６０９ｂのどちらか、又は、位相調整領域６０９ａと位相調整領域６０９ｂの両方により光合流回路６０７に入射する信号光の相対的な位相差を調整することにより、図５（ｂ）に示したような格子状のコンスタレーションマップを実現することを可能としている。
【００８３】
すなわち、本実施例係る光変調器の構成によれば、作製誤差等によりマッハツェンダー干渉計の複数のアーム間に相対的な光路長差又は位相差が生じてしまった場合であっても、安定して多値変調動作を行うことが可能となる。
【００８４】
位相調整領域６０９ａ，６０９ｂにおける位相の調整法は、図５（ｂ）に示したような、Ａ点とａ点がともに右下にくるような相対位相が一致するような位相の揃え方以外にも、図５（ｃ）〜（ｅ）に示したように、大きな円と小さな円の方向が９０度、１８０度、２７０度それぞれ異なるような場合、すなわち、互いの相対位相差が９０度の整数倍になるような場合であっても同様な１６個の●は格子状にきれいに配置されており、同様な動作が可能であることが理解できる。
【００８５】
位相調整領域４０９ａ及び位相調整領域４０９ｂの構造としては、特に制約を設けるものではない。位相変調器４０４ａ及び位相変調器４０４ｂと同様であっても構わない。また、位相が変化する構造であればどのような構造であっても本実施例に係る光変調器により奏する効果を実現することが可能である。位相調整手段としては、電流注入、ヒーターによる局部的な温度調整、電界印加、光照射等のいずれかの手段を用いることが可能である。
【００８６】
本実施例においては、全ての位相変調手段である位相変調器に位相調整領域が接続された場合について説明したが、位相変調手段からの出力のうち１つは位相調整しないで用いることが可能である。
【００８７】
例えば、強度調整手段４０５ｂを介して位相変調器４０４ｂに接続された位相調整領域４０９ｂでは、位相変化が生じない状態で使用し、強度調整手段４０５ａを介して位相変調器４０４ａに接続された位相調整領域４０９ａにおいて、光合流手段４０７に入射する信号光の相対的な位相関係を調整することが可能である。すなわち、位相調整領域４０９ｂは原理上必要ではない。
【００８８】
すなわち、原理上は、位相変調手段のうち１つを除いた残りに位相調整領域が設けられていれば本実施例に係る光変調器の動作には十分である。しかし、本実施例で示したような、全ての位相変調手段にそれぞれ位相調整領域が接続された構成は、光回路の幾何学的な対称性がすぐれているため、マッハツェンダー干渉計の両アームに光路長差が生じにくく、波長特性に優れ、また、光回路を構成する各個別要素のレイアウトが容易で回路が配置しやすいという特徴があることも指摘しておく。
【００８９】
本実施例においては、強度調整手段として、位相変調手段に接続された電界吸収領域を用いた場合について説明したが、強度調整手段に関しては図１に示した第１の実施例と全く同様な議論が成り立つ。
【００９０】
すなわち、複数の位相変調手段からの出力光の強度を相対的に異なるように設定できさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることが可能であるため、強度変調手段は電界吸収領域に限定されるものではなく、電流注入による光吸収を利用するものでも良く、また、光増幅器であってもよい。また、図３（ａ）に示されるようなマッハツェンダー型の光アッテネータ回路が接続されていてもよい。
【００９１】
さらに、強度調整手段としては、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示されるような、伝搬する信号光を分岐するための光分岐手段が接続されていても同様な効果を得ることができる。図３中において、３０４，３０５は３ｄＢカプラ、３０６は４分岐の光分岐回路を示している。
【００９２】
図３（ｂ）に示すように、３ｄＢカプラを２段接続した場合、出力光は１／４、すなわち、６ｄＢ減少するため本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
また、図３（ｃ）に示すように、４分岐の光分岐回路を用いた場合も、出力光は１／４となり、６ｄＢ減少するため、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００９３】
なお、図３（ｂ）における３ｄＢカプラ、又は図３（ｃ）における４分岐回路の構成については何ら制約を設けるものではなく、３ｄＢカプラ又は４分岐という機能を有していれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果が得られることは言うまでもない。
【００９４】
さらに、本実施例においては、光合流回路１０７の光合流比が１：１の場合について説明してきたが、光合流比はこれに限定されるものでなく、光合流回路の出力においてそれぞれの位相変調器を経由した光信号の強度比が６ｄＢとなるように、光合流比に応じて強度調整手段において強度調整が行われさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００９５】
また、本実施例においては、全ての位相変調手段に強度調整手段が接続された場合について説明したが、図１に示した第１の実施例と同様に、位相変調手段からの出力のうち１つは強度調整をしないで用いることが可能である。例えば、上述したように位相変調器４０４ａに接続された電界吸収領域４０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で使用している。すなわち、電界吸収領域４０５ａは原理上必要ではない。
【００９６】
すなわち、原理上は、位相変調手段のうち１つに接続された強度調整手段は使用する必要はなく、位相変調手段のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられていれば本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【００９７】
さらに、本実施例において、信号光の伝搬方向に対し、位相変調手段、強度調整手段、位相調整領域の順で配置された構成について説明してきたが、配置順はこれに限定されるものではなく、順序が入れ替わっても差し支えなく、全く同様な動作が実現可能である。また、その順序は、マッハツェンダー干渉計を構成するアーム全てについて同一の順序である必要もなく、それぞれが異なった順序で配置されていても構わない。
【００９８】
本実施例に係る光変調器で用いる光分岐回路４０２及び光合流回路４０７についても、第１の実施例の場合と同様に、特にその構成を限定するものではなく、Ｙ分岐回路、方向性結合器、ファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることが可能である。
【００９９】
なお、本実施例に係る光変調器の構成においても、用いるマッハツェンダー変調器の構造および材質に関しては、特に制約を設けるものではなく、ＬｉＮｂＯ3に代表されるような誘電体材料、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系に代表されるような化合物半導体材料、Ｓｉ等の半導体材料、ポリマー系材料等、通常変調器として使用可能なすべての材料系について本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【０１００】
また、導波路構造に関しても、特に制約を設けるものではなく、埋め込み構造、リッジ構造、ハイメサ構造等を信号光が伝搬可能な導波構造であれば本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【実施例３】
【０１０１】
以下、本発明の第３の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
図６は、本実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
図６中において、６０１は入力導波路、６０２は光分岐回路、６０３ａ，６０３ｂは接続導波路、６０４ａ，６０４ｂは位相変調器、６０５は光強度調整手段である電界吸収領域、６０６ａ，６０６ｂは接続導波路、６０７は光合流回路、６０８は出力導波路、６０９は位相調整手段である位相調整領域をそれぞれ示している。
【０１０２】
本実施例は図４に示した第２の実施例の構成から強度調整手段４０５ａと位相調整領域４０９ｂを取り除いたものである。これは、第２の実施例において説明したように、原理上必要でない強度調整手段と位相調整領域を１つずつ取り除いたものであるため、本実施例に係る光変調器の動作原理は、図４に示した第２の実施例と全く同様であることが容易に理解できる。
【０１０３】
本実施例に係る光変調器は、位相変調手段のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられており、また位相変調手段のうち１つを除いた残りに位相調整手段が設けられているもので、図６では位相変調手段６０４ａを経由した信号光が位相調整手段６０９を、位相変調手段６０４ｂを経由した信号光が強度調整手段６０５を通過するように、強度調整手段と位相調整領域を、マッハツェンダー干渉計の異なるアームにそれぞれ配置した構成をしているが、マッハツェンダー干渉計の片側のアームのみに強度調整手段と位相調整領域が配置されていても問題ない。
【０１０４】
すなわち、位相変調手段６０４ｂを経由した信号光が強度調整手段６０５及び位相調整領域６０９を通過した後に光合流回路６０７に入射し、位相変調手段６０４ａを通過した信号光が直接光合流回路６０７に入射するように配置されていても差し支えない。
【０１０５】
マッハツェンダー干渉計を構成するアームを伝搬する信号光の相対的な強度関係と位相関係を制御し、光合流回路の出力において所望の強度関係、位相関係が実現可能であれば強度調整手段と位相調整手段の配置の仕方についてはどのような配置を用いても差し支えない。
【実施例４】
【０１０６】
以下、本発明の第４の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
図７は、本発明の第４の実施例を示した図である。
図７中において、７０１は入力導波路、７０２は光分岐回路、７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃは接続導波路、７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃは位相変調器、７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃは光強度調整手段である電界吸収領域、７０６ａ，７０６ｂ，７０６ｃは接続導波路、７０７は光合流回路、７０８は出力導波路、７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃは位相変調手段である位相調整領域をそれぞれ示している。すなわち、図７においては、図４に示した第２の実施例においてマッハツェンダー干渉計のアームの数、又は位相変調手段の数が３の場合を示している。
【０１０７】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、マッハツェンダー干渉計のアーム及びアーム上に配置されている位相変調手段である位相変調器、強度調整手段である電界吸収領域、位相調整領域が、アーム１本分、すなわち、各１つずつ多い点を除けば、図４に示した第２の実施例と同様であり、図４における４０１〜４０９をそれぞれ７０１〜７０９と読み替えることにより、本実施例に係る光変調器の動作を理解することが可能である。
【０１０８】
すなわち、上述した第２の実施例と同様に、最大振幅が半波長電圧Ｖπの１．５倍になる４値の信号で駆動した場合の動作を考えると、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ａ、位相変調器７０４ａ、電界吸収領域７０５ａ、位相調整領域７０９ａ、接続導波路７０６ａ、光合流回路７０７、出力導波路７０８を経由する第１の経路で出力される信号光のコンスタレーションは、図４に示した第２の実施例と同様な原理により図８（ａ）に示したような半径ｒ１の大きな円周上に等間隔に配置された○のようになる。
【０１０９】
また、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、電界吸収領域７０５ｂ、位相調整領域７０９ｂ、接続導波路７０６ｂ、光合流回路７０７、出力導波路７０８を経由する第２の経路で出力される信号光のコンスタレーションが、上述した第１の経路で出力されるコンスタレーションを配置する半径ｒ１の円の１／２の半径ｒ２を有する小さな円周上に配置された等間隔のコンスタレーションとなる。
【０１１０】
このため、第１の経路を経由した信号光と第２の経路を経由した信号光の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれか、すなわち、互いの相対位相差が９０度の整数倍になるように位相調整手段７０９ａ又は位相調整手段７０９ｂにおいて調整し、両者を足し合わすことにより合成された信号光のコンスタレーションは、図８（ｂ）において◎で示されるような、○を中心とした半径ｒ２の円周上に配置された１６個の点となることは図４に示した第２の実施例と同様である。
【０１１１】
本実施例に係る光変調器においては、さらに、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、電界吸収領域７０５ｃ、位相調整領域７０９ｃ、接続導波路７０６ｃ、光合流回路７０７、出力導波路７０８を経由する第３の経路で出力される信号光が足し合わされる。
【０１１２】
接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、電界吸収領域７０５ｃ、位相調整領域７０９ｃ、接続導波路７０６ｃの働きは接続導波路７０３ａ、位相変調器７０４ａ、電界吸収領域７０５ａ、位相調整領域７０９ａ、接続導波路７０６ａ、及び、接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、電界吸収領域７０５ｂ、位相調整領域７０９ｂ、接続導波路７０６ｂと同様であるため、第３の経路を経由した信号光のコンスタレーションも、或る半径ｒ３なる円周上に等間隔に配置された４つの点となることは容易に理解できる。
【０１１３】
ここで、半径ｒ３がｒ２の１／２（電界が１／２なので強度は１／４）、したがって、ｒ１の１／４（電界が１／４なので強度は１／１６）となるように、強度調整手段である電界吸収領域７０５ｃにおいて強度調整されており、さらに、位相調整領域７０９ｃにおいて第１の経路を経由した信号光と第３の経路を経由した信号光の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれか、すなわち、互いの相対位相差が９０度の整数倍となるように調整する。
【０１１４】
これにより、３つの経路をそれぞれ経由した信号光の合成された信号光のコンスタレーションは、図８（ｃ）において●で示されるような、原点を中心とした半径ｒ１の円周上に配置された４つの点○をそれぞれ中心とした、半径ｒ２の円周上に配置された１６個の点◎をそれぞれ中心とした、半径ｒ３の円周上に配置された６４個の点で示されることが理解できる。
【０１１５】
ここで、第１の経路を経由した信号光と、第３の経路を経由した信号光の位相差が、９０度の整数倍となるように調整することにより、自動的に第２の経路を経由した信号光と第３の経路を経由した信号光の位相差も９０度の整数倍となっていることは言うまでもない。したがって、第３の経路を経由した信号光の相対位相差の調整は、第１の経路又は第２の経路を経由した信号光のどちらかに対して行えばよいことになる。
【０１１６】
図８（ｃ）に示したコンスタレーションは、６４個の点が等間隔で格子状に配置された６４ＱＡＭのコンスタレーションであり、本実施例に係る光変調器の構成により６４ＱＡＭ変調が可能であることがわかる。
【０１１７】
本実施例においては、マッハツェンダー干渉計のアーム数が３本で、信号光の経路が３の場合について説明してきたが、アーム数がさらに増えても同様な議論が成り立ち、同様な動作が可能である。
【０１１８】
アーム数がｎ（ｎ≧２）の場合について一般化すると、ｋ番目（２≦ｋ≦ｎ）の経路を経由した信号光の強度が（ｋ−１）番目の経路を経由した信号光の１／４の強度（電界で１／２）となるように強度調整手段で強度を調整し、ｋ番目の経路を経由した信号光の位相が他の経路を経由した信号光に対し９０度の整数倍となるように位相調整領域において位相調整することにより、４n値の多値変調である４nＱＡＭ変調を実現することが可能である。
【０１１９】
すなわち、本実施例に係る光変調器の構成を用いることにより、アーム数がｎ（ｎ≧２）のマッハツェンダー干渉計のアームに任意の順で番号をふったとき、各アームにそれぞれ配置された位相変調手段である位相変調器を、最大振幅が半波長電圧の１．５倍となるような４値の駆動信号でそれぞれ駆動し、ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の経路を経由した信号光の強度が１番目のアームを経由した信号光強度の４i-1となるように強度調整し、また、ｉ番目の経路を経由した信号光の位相が他の経路を経由した信号光に対し９０度の整数倍となるように、位相調整領域において位相調整することにより４n値の多値変調である４nＱＡＭ変調が実現可能である。
【０１２０】
本実施例においては、全ての位相変調手段である位相変調器に強度調整手段が接続された場合について説明したが、上述した第２の実施例と同様に、位相変調手段からの出力のうち、１つは強度調整しないで用いることが可能である。すなわち、原理上は、位相変調手段を経由する信号光の経路のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられていれば、本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【０１２１】
また、位相調整領域についても同様に、原理上は、位相変調手段を経由する信号光の経路のうち、１つを除いた残りに位相調整領域が設けられていれば、本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【０１２２】
しかし、本実施例において示したような、全ての位相変調手段にそれぞれ強度調整手段及び位相調整領域が接続された構成は、光回路の幾何学的な対称性が優れているため、マッハツェンダー干渉計の両アームに光路長差が生じにくく、波長特性に優れ、また光回路を構成する各個別要素のレイアウトが容易で回路が配置しやすいという特徴がある。
【０１２３】
本実施例においては、強度調整手段として、位相変調手段に接続された電界吸収領域を用いた場合について説明したが、複数の位相変調手段からの出力光の強度を相対的に異なるように設定できさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることが可能であるため、強度変調手段は電界吸収領域に限定されるものではなく、電流注入による光吸収を利用するものでも良く、また、光増幅器であってもよい。また、マッハツェンダー型の光アッテネータ回路が接続されていてもよい。
【０１２４】
本実施例に係る光変調器において用いる光分岐回路７０２については、特にその分岐数を限定するものではなく、必ずしも１入力ｎ出力（ｎ＞２）である必要もない。例えば、１入力２出力の光分岐回路を用いた場合でも、必要な分岐数が得られるまで光分岐回路を多段に接続すればよい。例えば、図３（ｂ）に示すように２つの１入力２出力光分岐回路を直列に接続し、３本の出力導波路を利用すれば、１入力３出力の分岐回路とみなすことができる。また、光合流回路７０７についても同様である。
【０１２５】
本実施例に係る光変調器において用いる光分岐回路７０２又は光合流回路７０７については、特にその構成を限定するものではなく、Ｙ分岐回路、方向性結合器、ファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることが可能である。
【０１２６】
なお、本実施例に係る光変調器の構成において用いるマッハツェンダー変調器の構造や材質に関しては、特に制約を設けるものではなく、ＬｉＮｂＯ3に代表されるような誘電体材料、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系に代表されるような化合物半導体材料、Ｓｉ等の半導体材料、ポリマー系材料等、通常変調器として使用可能なすべての材料系について本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【０１２７】
また、導波路構造に関しても、特に制約を設けるものではなく、埋め込み構造、リッジ構造、ハイメサ構造等を信号光が伝搬可能な導波構造であれば本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、例えば、電気信号を光信号に変換して送信する光変調器及び光変調方法に利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０１ 入力導波路
１０２ 光分岐回路
１０３ａ，１０３ｂ 接続導波路
１０４ａ，１０４ｂ 位相変調器
１０５ａ，１０５ｂ 電界吸収領域
１０６ａ，１０６ｂ 接続導波路
１０７ 光合流回路
１０８ 出力導波路
３０１，３０３，３０４，３０５ ３ｄＢカプラ
３０２ 位相調整領域
３０６ ４分岐の光分岐回路
４０１ 入力導波路
４０２ 光分岐回路
４０３ａ，４０３ｂ 接続導波路
４０４ａ，４０４ｂ 位相変調器
４０５ａ，４０５ｂ 電界吸収領域
４０６ａ，４０６ｂ 接続導波路
４０７ 光合流回路
４０８ 出力導波路
４０９ａ，４０９ｂ 位相調整領域
６０１ 入力導波路
６０２ 光分岐回路
６０３ａ，６０３ｂ 接続導波路
６０４ａ，６０４ｂ 位相変調器
６０５ 電界吸収領域
６０６ａ，６０６ｂ 接続導波路
６０７ 光合流回路
６０８ 出力導波路
６０９ 位相調整領域
７０１ 入力導波路
７０２ 光分岐回路
７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ 接続導波路
７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ 位相変調器
７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ 電界吸収領域
７０６ａ，７０６ｂ，７０６ｃ 接続導波路
７０７ 光合流回路
７０８ 出力導波路
７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ 位相調整領域
９０１ 入力導波路
９０２ 光分岐回路
９０３ａ，９０３ｂ 接続導波路
９０４ａ，ｂ 光分岐回路
９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄ 位相変調器
９０６ａ，９０６ｂ 光合流回路
９０７ａ，９０７ｂ 位相調整領域
９０８ 光合流回路
９０９ 出力導波路
９１０ａ，９１０ｂ マッハツェンダー変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を光信号に変換して送信する光変調器及び光変調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ光通信システムの大容量化を実現するには、１波長あたりの伝送レートを上げることが有用である。ここで、変調方式を変えることなく光伝送路に送出するシンボルレートを上げた場合には、許容残留分散量がシンボルレートの２乗に反比例するので、光伝送路の波長分散耐力が低下するという問題点があった。また、電気信号処理を高速に実行することが必要となり、アナログ電気部品のコストが増加するという問題点もあった。
【０００３】
そのため、近年では、シンボルレートを上げることなく、１シンボルあたりの信号多重度を上げることで、システムの大容量化を実現するための研究が盛んに行われている。
そして、信号多重度を上げる方式として、例えば、１シンボルに２値（多重度２）を割り当てることで伝送容量を２倍にするＱＰＳＫ方式や、１シンボルに４値（多重度４）を割り当てることで伝送容量を４倍にする１６ＱＡＭ方式、１６ＡＰＳＫ方式等の多値変調方式が知られている。
【０００４】
通常、これらの多値変調を実行する場合には、光変調器としてＩ／Ｑ変調器が用いられる。Ｉ／Ｑ変調器は別名直交変調器とも呼ばれ、直交する光電界成分（Ｉチャンネル、Ｑチャンネル）を独立して生成可能な変調器であり、マッハツェンダー（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）変調器を並列接続した特殊な構成をとるものである。
【０００５】
例えば、ＱＰＳＫ変調を実行する場合には、ＭＺ変調器を２個並列に接続したＤｕａｌ Ｐａｒａｌｌｅｌ ＭＺ変調器（ＤＰＭＺＭ：Ｄｕａｌ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられる（例えば、下記特許文献１参照）。
また、１６ＱＡＭ変調を実行する場合には、ＤＰＭＺＭを電気多値信号で駆動する方式が用いられる（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、図を用いて従来のＤＰＭＺＭの動作について説明する。
図９は、従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
なお、図９中において、９０１は入力導波路、９０２は光分岐回路、９０３ａ，９０３ｂは接続導波路、９０４ａ，９０４ｂは光分岐回路、９０５ａ〜９０５ｄは位相変調器、９０６ａ，９０６ｂは光合流回路、９０７ａ，９０７ｂは位相調整領域、９０８は光合流回路、９０９は出力導波路をそれぞれ示している。また、図９中において、破線で囲まれた構造９１０ａ，９１０ｂはそれぞれマッハツェンダー変調器を示している。
【０００７】
図９に示す構成は２つのマッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂが並列に配置され、さらに、マッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂをアームの一部に組み込んだ、いわゆる親マッハツェンダー干渉計が形成されており、Ｄｕａｌ Ｐａｒａｌｌｅｌ ＭＺ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ（ＤＰＭＺＭ）と呼ばれている。
【０００８】
信号光は、まず入力導波路９０１から入射し、光分岐回路９０２により分岐比１：１で２分岐され接続導波路９０３ａ及び接続導波路９０３ｂを介してマッハツェンダー変調器９１０ａ及びマッハツェンダー変調器９１０ｂに導かれる。マッハツェンダー変調器９１０ａは、分岐比が１：１の対称な分配比を有する第２の光分岐回路９０４ａ、位相変調器９０５ａ，９０５ｂ、光合流回路９０６ａから構成されている。
【０００９】
光合流回路９０６ａの光合流比率は、位相変調器９０５ａ及び位相変調器９０５ｂから入射した光の強度の比がそのまま出力強度の比となるように、すなわち、位相変調器９０５ａ及び位相変調器９０５ｂから入射した信号光強度が等しい場合には、等しい強度比で合流回路から出力されるような特性を有している。以下、このような特性を「１：１の合流比」と呼ぶこととする。
【００１０】
マッハツェンダー変調器９１０ｂは、分岐比が１：１の光分岐回路９０４ｂ、位相変調器９０５ｃ，９０５ｄ、合流比が１：１の光合流回路９０６ｂから構成されている。マッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂは、それぞれがプッシュプル駆動されている。
【００１１】
マッハツェンダー変調器９１０ａ，９１０ｂで変調された信号光は位相調整領域９０７ａ，９０７ｂに入射し、位相関係を調整された後、光合流回路９０８で合流され、出力導波路９０９から出力される。光合流回路９０８としては、通常は光合流比が１：１の光合流回路が用いられる。この際の位相調整領域９０７ａ，９０７ｂでは、光合流回路９０８で合流された際の両信号光の位相差がπ／２となるように位相が相対的に調整される。
【００１２】
光多値変調の例として、はじめに、４値のＱＰＳＫ変調を例にコンスタレーション（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を説明する。
図１０は、光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。なお、図１０（ａ）はプッシュプル駆動のマッハツェンダー変調器９１０ａにより変調された光電界の軌跡を、図１０（ｂ）はＤＰＭＺＭのコンスタレーションをそれぞれ示している。
【００１３】
マッハツェンダー変調器９１０ａでは、位相変調器９０５ａ，９０５ｂが差動信号により駆動されている。位相変調器の場合、信号光は、強度が一定で位相角が印加電圧に応じて変化する。ＱＰＳＫ信号の場合を考えると、駆動電気信号は、振幅が半波長電圧Ｖπの２値信号となる。
【００１４】
そのため、位相変調器９０５ａから出射される信号光の電界は、図１０（ａ）の半円の上半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を電気信号に応じて往復する。一方、位相変調器９０５ｂについて考えると、マッハツェンダー変調器９１０ａはプッシュプル駆動されるため、位相変調器９０５ｂは位相変調器９０５ａの差動信号で駆動されることになる。
【００１５】
したがって、位相変調器９０５ｂから出射される信号光の電界は、図１０（ａ）の半円の下半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を電気信号に応じて往復する。そこで、光合流回路９０６ａから出力される信号光の電界は、位相変調器９０５ａ，９０５ｂからの出力の合成となるため、図１０（ａ）において原点０を通り直線状にＩ0点とＩ1点の間を電気信号に応じて往復する形となる。
【００１６】
マッハツェンダー変調器９１０ｂについても同様に差動信号によりプッシュプル駆動されるため、出力信号のトレースは原点を通る直線となる。２つのマッハツェンダー変調器９１０ａ及びマッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光は、位相調整領域９０７ａ，９０７ｂにおいて、互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整され、光合流回路９０８により足し合わされる。
【００１７】
したがって、マッハツェンダー変調器９１０ａから出力された信号光の電界のトレースと、マッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光の電界のトレースは、直交する形で足し合わされることになり、出力導波路９０９から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは図１０（ｂ）に示されるような互いに９０度ずつ角度の異なる４つの点となる。これが４値変調であるＱＰＳＫのコンスタレーションである。なお、互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整されて光合流回路９０８により足し合わされる際には、原理損失３ｄＢが発生する。
【００１８】
次に、１６値の変調について説明する。
ＤＰＭＺＭを用いて１６値変調を行う場合、駆動電気信号は最大振幅が半波長電圧Ｖπの４値信号となる。このとき、位相変調器９０５ａから出射される信号光の電界は、位相角０からπの間を３分割する形になるため図１０（ｃ）の半円の上半分をトレースする形でａ，ｂ，ｃ，ｄ点の間を電気信号に応じて往復する。位相変調器１０５ｂについても上述したＱＰＳＫの議論と同様に図１０（ｃ）の半円の下半分をトレースする。
【００１９】
光合流回路９０６ａから出力される信号光の電界は、図１０（ｃ）において原点０を通り直線状にＩ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3点の間を電気信号に応じて直線状にトレースする形となる。ここで、Ｉ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3各点の間隔を一定間隔にするためには、位相角の間隔、すなわち、∠ａ０ｂ，∠ｂ０ｃ，∠ｃ０ｄが一定ではない点に注意を要する。すなわち、４値駆動電気信号は、不等間隔の４値であることが要求される。
【００２０】
マッハツェンダー変調器９１０ｂについても同様に差動信号によりプッシュプル駆動されるため、出力信号のトレースは４点の間を通直線状にトレースする形となる。２つのマッハツェンダー変調器９１０ａ及びマッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光は、位相調整領域９０７ａ，９０７ｂにおいて互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整され、光合流回路９０８により足し合わされる。
【００２１】
このため、マッハツェンダー変調器９１０ａから出力された信号光の電界のトレースと、マッハツェンダー変調器９１０ｂから出力された信号光の電界のトレースは、直交する形で足し合わされることとなり、出力導波路９０９から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは図１０（ｄ）に示されるような互いに直交する格子状に配置された１６個の点となる。これが１６値変調である１６ＱＡＭのコンスタレーションである。なお、この場合も互いの相対的な位相差がπ／２となるように調整されて光合流回路９０８により足し合わされる際には、原理損失３ｄＢが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｌｕｔｚ Ｍｏｌｌｅ、外４名、“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ２０ Ｇｂａｕｄ Ｓｑｕａｒｅ １６ＱＡＭ Ｌｏｎｇ−Ｈａｕｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １１２０ ｋｍ ｕｓｉｎｇ ＥＤＦＡ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、ＥＣＯＣ２００９、２００９年、ｐ．Ｐａｐｅｒ８．８．４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述した従来のＤＰＭＺＭ変調器を用いる場合、ＭＺ変調器の数が増えることにより、コストが増加するとともに、バイアス制御箇所が増加するという問題点があった。
また、多値電気信号の多値の間隔を不等間隔に設定しなければならず、分解能の高いデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）を使用しなくてはならないため、コストが上昇するという問題があった。
さらに、２つのマッハツェンダー変調器の位相を直交させて合流させるＤＰＭＺＭ構成に起因する、原理損失３ｄＢが発生するという問題もあった。
【００２５】
以上のことから、本発明は、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器及び光変調方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る光変調器は、
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に接続され、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度がそれぞれ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする。
【００２７】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る光変調器は、
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
前記光分岐手段と光合流手段とを結びマッハツェンダー干渉計を構成する少なくとも２本の導波手段と、
少なくとも２本の前記導波手段における前記光分岐手段の出力側にそれぞれ配置される少なくとも２つの位相変調手段と、
少なくとも２本の前記導波手段の全て、又は少なくとも２本の前記導波手段の内の１つを除いた残りの前記導波手段に配置され、少なくとも２つの前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度を経路に応じて１／４倍ずつ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする。
【００２８】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る光変調器は、第１の発明又は第２の発明に係る光変調器において、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、伝搬する信号光の位相を調整する位相調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００２９】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る光変調器は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の位相差を０度又は９０度の整数倍となるように伝搬する信号光の位相を調整する位相差調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３０】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る光変調器は、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を吸収する吸収手段又は伝搬する信号光を増幅する増幅手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３１】
上記の課題を解決するための第６の発明に係る光変調器は、第１の発明から第５の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を分岐するための第２の光分岐手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３２】
上記の課題を解決するための第７の発明に係る光変調器は、第１の発明から第６の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光強度調整手段として、マッハツェンダー干渉計が接続される
ことを特徴とする。
【００３３】
上記の課題を解決するための第８の発明に係る光変調器は、第１の発明から第７の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光分岐手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする。
【００３４】
上記の課題を解決するための第９の発明に係る光変調器は、第１の発明から第８の発明のいずれかひとつに係る光変調器において、
前記光合流手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする。
【００３５】
上記の課題を解決するための第１０の発明に係る光変調方法は、
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調方法であって、
入射された信号光の伝搬方向に対し並列に設置され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調器に対し、
少なくとも２つの前記位相変調器のそれぞれの最大振幅が半波長電圧の１．５倍となる独立した４値の電気信号で駆動し、
かつ、少なくとも２つの前記位相変調器からの出力光を、それぞれの強度関係は１／４倍ずつ異なるように、また、それぞれの位相関係は位相差が０度又は９０度の整数倍となるように合流させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器及び光変調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る強度調整手段の構成例を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【図９】従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
【図１０】従来の光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明に係る光変調器及び光変調方法を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３９】
以下、本発明の第１の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
本実施例に係る光変調器及び光変調方法は、位相変調器を２個並列に接続したＭＺ変調器をベースに多値変調を実現するものである。
【００４０】
図１は、本実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
図１中において、１０１は入力導波路、１０２は光分岐回路、１０３ａ，１０３ｂは接続導波路、１０４ａ，１０４ｂは位相変調器、１０５ａ，１０５ｂは光強度調整手段である電界吸収領域、１０６ａ，１０６ｂは接続導波路、１０７は光合流回路、１０８は出力導波路をそれぞれ示している。
【００４１】
信号光は、まず入力導波路１０１から入射し、光分岐回路１０２により２分岐され接続導波路１０３ａ及び接続導波路１０３ｂを介して位相変調器１０４ａ及び位相変調器１０４ｂに導かれる。位相変調器１０４ａ，１０４ｂは、それぞれが独立な電気信号により駆動される。そこで、ここでは差動信号によるプッシュプル駆動の変調器と区別して、デュアルドライブマッハツェンダー変調器（ＤＤＭＺＭ：Ｄｕａｌ Ｄｒｉｖｅ ＭＺＭ）と呼ぶことにする。
【００４２】
ここで、本実施例に係る光変調器のＤＤＭＺＭの多値変調動作について説明する。
図２は、本実施例に係る光変調器のコンスタレーションを説明するための図である。
ＤＤＭＺＭを用いて１６値の変調を行う場合、電気信号は、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。
【００４３】
いま、位相変調器１０４ａが４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器１０４ａから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、図２（ａ）の円周上をトレースする形で９０度ずつ角度の異なるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点の間を電気信号に応じて往復する。
【００４４】
ここで、図２（ａ）においては、ＩＱ座標に対し４５度傾いた位置、すなわちＡ点を基準点、すなわち位相角０に対応させた。本実施例においては、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点の間隔を等間隔にするために必要な位相角の差分は全て９０度一定であるため、必要な４値の電気信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００４５】
位相変調器１０４ｂについても同様に、半波長電圧の１．５倍の４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器１０４ｂから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、図２（ａ）に示すような位相変調器１０４ａからの出力と同様な電界の軌跡が得られる。
【００４６】
位相変調器１０４ａ，１０４ｂから出力された信号光は、電界吸収領域１０５ａ，１０５ｂにより、光合流回路１０７において合流された後の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち、強度差が６ｄＢとなるように強度調整される。
【００４７】
いま、光合流回路１０７の光合流比が１：１の場合について考え、また、位相変調器１０４ａから出力された信号光が位相変調器１０４ｂから出力された信号光よりも６ｄＢ大きな状態で出力される場合を考えると、電界吸収領域１０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で、また、電界吸収領域１０５ｂでは吸収により光強度が６ｄＢ減少するように電圧を印加した状態で使用される。
【００４８】
光強度調整手段である電界吸収領域１０５ａ，１０５ｂから出力された信号光は、接続導波路１０６ａ，１０６ｂを経て光合流回路１０７において合流され、出力導波路１０８から出力される。
【００４９】
このとき、位相変調器１０４ａから出力された信号光の電界のトレースと、位相変調器１０４ｂから出力された信号光の電界のトレースは、光強度調整手段である電界吸収領域１０５ａ，１０５ｂにおいて強度調整され、出力導波路１０８から出力される際に強度差６ｄＢが生じる状態になるように足し合わされることになる。
【００５０】
このため、出力導波路１０８から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは、図２（ｂ）中に●で示すような、大きな円周上に配置された４つの点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ中心として、大きな円の半分の半径を有する小さな円周上に４つの点が配置された１６個の点となる。
【００５１】
例えば、位相変調器１０４ａから出力された信号光のコンスタレーションが図２（ｂ）に示されるＢ点であるとした時、位相変調器１０４ｂから出力された信号光が足し合わされた場合の電界のトレースは、Ｂ点を中心とした小さな半径の円周上をａ，ｂ，ｃ，ｄの間で往復する。これは電界のベクトルの足し算を考えると理解しやすい。
【００５２】
ここで、小さな円の半径が大きな円の半径の１／２となる理由について簡単に説明する。
上述したように、位相変調器１０４ａを経由した信号光と、位相変調器１０４ｂを経由した信号光は、その強度差が６ｄＢとなるように強度調整され、光合流回路１０７で合流され、出力導波路１０８から出力される。図２に示したコンスタレーションの図は、光の電界のトレースを示した図であるため、光強度差６ｄＢに対応する電界強度差３ｄＢ、すなわち、１／２が小さい円の半径となる。
【００５３】
ここで、再びコンスタレーションの説明にもどると、図２（ｂ）におけるＡ点、Ｃ点、Ｄ点についても上述したＢ点に関する議論と同様な議論が成り立つ。したがって、本実施例におけるコンスタレーションは、図２（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ中心として、大きな円の半分の半径を有する小さな円周上に４つの点が配置された１６個の点となることが理解できる。
【００５４】
本実施例におけるコンスタレーションを図１０（ｄ）に示した従来のコンスタレーションと比較すると、本実施例において従来の直交変調器を用いた場合と同様な１６値変調である１６ＱＡＭのコンスタレーションが得られていることがわかる。すなわち、本実施例係る光変調器の構成を用いることにより、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の光変調器を実現することが可能となる。
【００５５】
本実施例においては、強度調整手段として、位相変調手段に接続された電界吸収領域を用いた場合について説明したが、複数の位相変調手段からの出力光の強度を相対的に異なるように設定できさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることが可能であるため、強度変調手段は電界吸収領域に限定されるものではなく、電流注入による光吸収を利用するものでも良く、また、光増幅器であってもよい。
【００５６】
また、図３（ａ）に示すようなマッハツェンダー型の光アッテネータ回路が接続されていてもよい。図３中において、３０１は３ｄＢカプラ、３０２は位相調整領域、３０３は３ｄＢカプラを示している。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、位相調整領域３０２においてマッハツェンダー干渉計の両アームの位相関係を適宜調整し、３ｄＢカプラ３０３から出力される光の強度を６ｄＢ減少させることにより、本実施例に係る光変調器により奏する効果を実現することが可能となる。
【００５８】
さらに、強度調整手段としては、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示されるような、伝搬する信号光を分岐するための光分岐手段が接続されていても同様な効果を得ることができる。図３中において、３０４，３０５は３ｄＢカプラ、３０６は４分岐の光分岐回路を示している。
【００５９】
図３（ｂ）に示すように、３ｄＢカプラを２段接続した場合、出力光は１／４、すなわち、６ｄＢ減少するため本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
また、図３（ｃ）に示すように、４分岐の光分岐回路を用いた場合も、出力光は１／４となり、６ｄＢ減少するため、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００６０】
なお、図３（ｂ）における３ｄＢカプラ、又は図３（ｃ）における４分岐回路の構成については何ら制約を設けるものではなく、３ｄＢカプラ又は４分岐という機能を有していれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果が得られることは言うまでもない。
【００６１】
さらに、本実施例においては、光合流回路１０７の光合流比が１：１の場合について説明してきたが、光合流比はこれに限定されるものでなく、光合流回路の出力においてそれぞれの位相変調器を経由した光信号の強度比が６ｄＢとなるように、光合流比に応じて強度調整手段において強度調整が行われさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００６２】
また、本実施例においては、全ての位相変調手段に強度調整手段が接続された場合について説明したが、位相変調手段からの出力のうち１つは強度調整を行わないで用いることが可能である。例えば、上述した説明では、位相変調器１０４ａに接続された電界吸収領域１０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で使用している。すなわち、電界吸収領域１０５ａは原理上必要ではない。
【００６３】
すなわち、原理上は、位相変調手段のうち１つに接続された強度調整手段は使用する必要はなく、位相変調手段のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられていれば本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【００６４】
しかし、本実施例で示したような、全ての位相変調手段にそれぞれ強度調整手段が接続された構成は、光回路の幾何学的な対称性が優れているため、マッハツェンダー干渉計の両アームに光路長差が生じにくく、波長特性に優れ、また、光回路を構成する各個別要素のレイアウトが容易で回路が配置しやすいという特徴がある。
【００６５】
本実施例に係る光変調器において用いる光分岐回路１０２及び光合流回路１０７については、特にその構成を限定するものではなく、Ｙ分岐回路、方向性結合器、ファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることが可能である。
【００６６】
なお、本実施例に係る光変調器の構成においても、用いるマッハツェンダー変調器の構造および材質に関しては、特に制約を設けるものではなく、ＬｉＮｂＯ3に代表されるような誘電体材料、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系に代表されるような化合物半導体材料、Ｓｉ等の半導体材料、ポリマー系材料等、通常変調器として使用可能なすべての材料系について本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【００６７】
また、導波路構造に関しても、特に制約を設けるものではなく、埋め込み構造、リッジ構造、ハイメサ構造等を信号光が伝搬可能な導波構造であれば、本実施例に係る光変調器の構成をとることにより同様な効果を得ることができる。
【実施例２】
【００６８】
以下、本発明の第２の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
図４は、本実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
図４中において、４０１は入力導波路、４０２は光分岐回路、４０３ａ，４０３ｂは接続導波路、４０４ａ，４０４ｂは位相変調器、４０５ａ，４０５ｂは光強度調整手段である電界吸収領域、４０６ａ，４０６ｂは接続導波路、４０７は光合流回路、４０８は出力導波路、４０９ａ，４０９ｂは位相調整領域をそれぞれ示している。
【００６９】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、位相調整領域４０９ａ，４０９ｂの動作に関する点を除けば、図１に示した第１の実施例と同様であり、４０１〜４０８をそれぞれ１０１〜１０８と読み替えることによりその動作を説明することができる。
【００７０】
すなわち、信号光は、まず入力導波路４０１から入射し、光分岐回路４０２により２分岐され接続導波路４０３ａ及び接続導波路４０３ｂを介して位相変調器４０４ａ及び位相変調器４０４ｂに導かれる。位相変調器４０４ａ，４０４ｂはそれぞれが独立な電気信号により駆動される。電気信号は、上述した通り、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。
【００７１】
いま、位相変調器４０４ａが４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器４０４ａから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、第１の実施例と同様に図２（ａ）の円周上をトレースする形で９０度ずつ角度の異なるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点の間を電気信号に応じて往復する。
【００７２】
本実施例に係る光変調器においても、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点の間隔を等間隔にするために必要な位相角の差分は全て９０度一定であるため、必要な４値の電気信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００７３】
位相変調器４０４ｂについても、同様に、半波長電圧の１．５倍の４値の電気信号により変調されているとすると、位相変調器４０４ｂから出射される信号光の電界は位相角０から１．５πの間を３分割する形になるため、位相変調器４０４ａからの出力と同様な電界の軌跡が得られる。
【００７４】
位相変調器４０４ａ，４０４ｂから出力された信号光は、電界吸収領域４０５ａ，４０５ｂにより、光合流回路４０７において合流された後の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち、強度差が６ｄＢとなるように強度調整される。
【００７５】
いま、光合流回路４０７の光合流比が１：１の場合について考え、また、位相変調器４０４ａから出力された信号光が、位相変調器４０４ｂから出力された信号光よりも６ｄＢ大きな状態で出力される場合を考えると、電界吸収領域４０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で、また、電界吸収領域４０５ｂでは吸収により光強度が６ｄＢ減少するように電圧を印加した状態で使用される。
【００７６】
光強度調整手段である電界吸収領域４０５ａ，４０５ｂから出力された信号光は、接続導波路４０６ａ，４０６ｂを経て光合流回路４０７において合流され、出力導波路４０８から出力される。
【００７７】
このとき、位相変調器４０４ａから出力された信号光の電界のトレースと、位相変調器４０４ｂから出力された信号光の電界のトレースは、光強度調整手段である電界吸収領域４０５ａ，４０５ｂにおいて強度調整され、出力導波路４０８から出力される際に強度差６ｄＢが生じる状態になるように足し合わされることになる。
【００７８】
このため、出力導波路４０８から出力される信号光の最終的なコンスタレーションは、図２（ｂ）において●で示されるような、大きな円周上に配置された４つの点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ中心として、大きな円の半分の半径を有する小さな円周上に４つの点が配置された１６個の点となる。すなわち、本実施例に係る光変調器の構成を用いることにより、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で低損失な光多値変調用の変調器を実現することが可能となる。
【００７９】
ここで、位相調整領域４０９ａ，４０９ｂの働きについて説明する。
素子が理想的に作製されていれば第１の実施例において説明した構成で光多値変調用の変調器を実現することが可能である。しかしながら、実際に素子を作製した場合、接続導波路１０３ａ又は接続導波路１０３ｂから接続導波路１０６ａ又は接続導波路１０６ｂまででそれぞれ構成される、マッハツェンダー干渉計のアーム領域を構成する導波路のわずかな作製誤差が両アームの光路長差となり、位相変調器１０４ａと位相変調器１０４ｂを経由したそれぞれの信号光が光合流回路１０７において足し合わされる際に位相差が発生してしまう可能性がある。
【００８０】
本実施例に係る光変調器においては、マッハツェンダー干渉計のアームに位相調子領域４０９ａ，４０９ｂを設けることにより、この位相差を調整可能として素子の作製トレランス、歩留まりを向上することが可能となる。
【００８１】
すなわち、位相調整領域がない場合は、位相変調器１０４ａ又は位相変調器４０４ａを経由した信号光のコンスタレーションと位相変調器１０４ｂ又は位相変調器４０４ｂを経由した信号光のコンスタレーションの相対的な位相角がずれてしまい、トータルなコンスタレーションマップが図５（ａ）に示すように１６個の●が格子状に並ばずに、傾いてしまう可能性がある。
【００８２】
そこで、図４に示した本実施例に係る光変調器においては、位相調整領域６０９ａもしくは位相調整領域６０９ｂのどちらか、又は、位相調整領域６０９ａと位相調整領域６０９ｂの両方により光合流回路６０７に入射する信号光の相対的な位相差を調整することにより、図５（ｂ）に示したような格子状のコンスタレーションマップを実現することを可能としている。
【００８３】
すなわち、本実施例係る光変調器の構成によれば、作製誤差等によりマッハツェンダー干渉計の複数のアーム間に相対的な光路長差又は位相差が生じてしまった場合であっても、安定して多値変調動作を行うことが可能となる。
【００８４】
位相調整領域６０９ａ，６０９ｂにおける位相の調整法は、図５（ｂ）に示したような、Ａ点とａ点がともに右下にくるような相対位相が一致するような位相の揃え方以外にも、図５（ｃ）〜（ｅ）に示したように、大きな円と小さな円の方向が９０度、１８０度、２７０度それぞれ異なるような場合、すなわち、互いの相対位相差が９０度の整数倍になるような場合であっても同様な１６個の●は格子状にきれいに配置されており、同様な動作が可能であることが理解できる。
【００８５】
位相調整領域４０９ａ及び位相調整領域４０９ｂの構造としては、特に制約を設けるものではない。位相変調器４０４ａ及び位相変調器４０４ｂと同様であっても構わない。また、位相が変化する構造であればどのような構造であっても本実施例に係る光変調器により奏する効果を実現することが可能である。位相調整手段としては、電流注入、ヒーターによる局部的な温度調整、電界印加、光照射等のいずれかの手段を用いることが可能である。
【００８６】
本実施例においては、全ての位相変調手段である位相変調器に位相調整領域が接続された場合について説明したが、位相変調手段からの出力のうち１つは位相調整しないで用いることが可能である。
【００８７】
例えば、強度調整手段４０５ｂを介して位相変調器４０４ｂに接続された位相調整領域４０９ｂでは、位相変化が生じない状態で使用し、強度調整手段４０５ａを介して位相変調器４０４ａに接続された位相調整領域４０９ａにおいて、光合流手段４０７に入射する信号光の相対的な位相関係を調整することが可能である。すなわち、位相調整領域４０９ｂは原理上必要ではない。
【００８８】
すなわち、原理上は、位相変調手段のうち１つを除いた残りに位相調整領域が設けられていれば本実施例に係る光変調器の動作には十分である。しかし、本実施例で示したような、全ての位相変調手段にそれぞれ位相調整領域が接続された構成は、光回路の幾何学的な対称性がすぐれているため、マッハツェンダー干渉計の両アームに光路長差が生じにくく、波長特性に優れ、また、光回路を構成する各個別要素のレイアウトが容易で回路が配置しやすいという特徴があることも指摘しておく。
【００８９】
本実施例においては、強度調整手段として、位相変調手段に接続された電界吸収領域を用いた場合について説明したが、強度調整手段に関しては図１に示した第１の実施例と全く同様な議論が成り立つ。
【００９０】
すなわち、複数の位相変調手段からの出力光の強度を相対的に異なるように設定できさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることが可能であるため、強度変調手段は電界吸収領域に限定されるものではなく、電流注入による光吸収を利用するものでも良く、また、光増幅器であってもよい。また、図３（ａ）に示されるようなマッハツェンダー型の光アッテネータ回路が接続されていてもよい。
【００９１】
さらに、強度調整手段としては、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示されるような、伝搬する信号光を分岐するための光分岐手段が接続されていても同様な効果を得ることができる。図３中において、３０４，３０５は３ｄＢカプラ、３０６は４分岐の光分岐回路を示している。
【００９２】
図３（ｂ）に示すように、３ｄＢカプラを２段接続した場合、出力光は１／４、すなわち、６ｄＢ減少するため本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
また、図３（ｃ）に示すように、４分岐の光分岐回路を用いた場合も、出力光は１／４となり、６ｄＢ減少するため、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００９３】
なお、図３（ｂ）における３ｄＢカプラ、又は図３（ｃ）における４分岐回路の構成については何ら制約を設けるものではなく、３ｄＢカプラ又は４分岐という機能を有していれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果が得られることは言うまでもない。
【００９４】
さらに、本実施例においては、光合流回路１０７の光合流比が１：１の場合について説明してきたが、光合流比はこれに限定されるものでなく、光合流回路の出力においてそれぞれの位相変調器を経由した光信号の強度比が６ｄＢとなるように、光合流比に応じて強度調整手段において強度調整が行われさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることができる。
【００９５】
また、本実施例においては、全ての位相変調手段に強度調整手段が接続された場合について説明したが、図１に示した第１の実施例と同様に、位相変調手段からの出力のうち１つは強度調整をしないで用いることが可能である。例えば、上述したように位相変調器４０４ａに接続された電界吸収領域４０５ａでは吸収が生じないように電圧を印加しない状態で使用している。すなわち、電界吸収領域４０５ａは原理上必要ではない。
【００９６】
すなわち、原理上は、位相変調手段のうち１つに接続された強度調整手段は使用する必要はなく、位相変調手段のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられていれば本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【００９７】
さらに、本実施例において、信号光の伝搬方向に対し、位相変調手段、強度調整手段、位相調整領域の順で配置された構成について説明してきたが、配置順はこれに限定されるものではなく、順序が入れ替わっても差し支えなく、全く同様な動作が実現可能である。また、その順序は、マッハツェンダー干渉計を構成するアーム全てについて同一の順序である必要もなく、それぞれが異なった順序で配置されていても構わない。
【００９８】
本実施例に係る光変調器で用いる光分岐回路４０２及び光合流回路４０７についても、第１の実施例の場合と同様に、特にその構成を限定するものではなく、Ｙ分岐回路、方向性結合器、ファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることが可能である。
【００９９】
なお、本実施例に係る光変調器の構成においても、用いるマッハツェンダー変調器の構造および材質に関しては、特に制約を設けるものではなく、ＬｉＮｂＯ3に代表されるような誘電体材料、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系に代表されるような化合物半導体材料、Ｓｉ等の半導体材料、ポリマー系材料等、通常変調器として使用可能なすべての材料系について本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【０１００】
また、導波路構造に関しても、特に制約を設けるものではなく、埋め込み構造、リッジ構造、ハイメサ構造等を信号光が伝搬可能な導波構造であれば本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【実施例３】
【０１０１】
以下、本発明の第３の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
図６は、本実施例に係る光変調器の構成を示した模式図である。
図６中において、６０１は入力導波路、６０２は光分岐回路、６０３ａ，６０３ｂは接続導波路、６０４ａ，６０４ｂは位相変調器、６０５は光強度調整手段である電界吸収領域、６０６ａ，６０６ｂは接続導波路、６０７は光合流回路、６０８は出力導波路、６０９は位相調整手段である位相調整領域をそれぞれ示している。
【０１０２】
本実施例は図４に示した第２の実施例の構成から強度調整手段４０５ａと位相調整領域４０９ｂを取り除いたものである。これは、第２の実施例において説明したように、原理上必要でない強度調整手段と位相調整領域を１つずつ取り除いたものであるため、本実施例に係る光変調器の動作原理は、図４に示した第２の実施例と全く同様であることが容易に理解できる。
【０１０３】
本実施例に係る光変調器は、位相変調手段のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられており、また位相変調手段のうち１つを除いた残りに位相調整手段が設けられているもので、図６では位相変調手段６０４ａを経由した信号光が位相調整手段６０９を、位相変調手段６０４ｂを経由した信号光が強度調整手段６０５を通過するように、強度調整手段と位相調整領域を、マッハツェンダー干渉計の異なるアームにそれぞれ配置した構成をしているが、マッハツェンダー干渉計の片側のアームのみに強度調整手段と位相調整領域が配置されていても問題ない。
【０１０４】
すなわち、位相変調手段６０４ｂを経由した信号光が強度調整手段６０５及び位相調整領域６０９を通過した後に光合流回路６０７に入射し、位相変調手段６０４ａを通過した信号光が直接光合流回路６０７に入射するように配置されていても差し支えない。
【０１０５】
マッハツェンダー干渉計を構成するアームを伝搬する信号光の相対的な強度関係と位相関係を制御し、光合流回路の出力において所望の強度関係、位相関係が実現可能であれば強度調整手段と位相調整手段の配置の仕方についてはどのような配置を用いても差し支えない。
【実施例４】
【０１０６】
以下、本発明の第４の実施例に係る光変調器及び光変調方法について説明する。
図７は、本発明の第４の実施例を示した図である。
図７中において、７０１は入力導波路、７０２は光分岐回路、７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃは接続導波路、７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃは位相変調器、７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃは光強度調整手段である電界吸収領域、７０６ａ，７０６ｂ，７０６ｃは接続導波路、７０７は光合流回路、７０８は出力導波路、７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃは位相変調手段である位相調整領域をそれぞれ示している。すなわち、図７においては、図４に示した第２の実施例においてマッハツェンダー干渉計のアームの数、又は位相変調手段の数が３の場合を示している。
【０１０７】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、マッハツェンダー干渉計のアーム及びアーム上に配置されている位相変調手段である位相変調器、強度調整手段である電界吸収領域、位相調整領域が、アーム１本分、すなわち、各１つずつ多い点を除けば、図４に示した第２の実施例と同様であり、図４における４０１〜４０９をそれぞれ７０１〜７０９と読み替えることにより、本実施例に係る光変調器の動作を理解することが可能である。
【０１０８】
すなわち、上述した第２の実施例と同様に、最大振幅が半波長電圧Ｖπの１．５倍になる４値の信号で駆動した場合の動作を考えると、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ａ、位相変調器７０４ａ、電界吸収領域７０５ａ、位相調整領域７０９ａ、接続導波路７０６ａ、光合流回路７０７、出力導波路７０８を経由する第１の経路で出力される信号光のコンスタレーションは、図４に示した第２の実施例と同様な原理により図８（ａ）に示したような半径ｒ１の大きな円周上に等間隔に配置された○のようになる。
【０１０９】
また、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、電界吸収領域７０５ｂ、位相調整領域７０９ｂ、接続導波路７０６ｂ、光合流回路７０７、出力導波路７０８を経由する第２の経路で出力される信号光のコンスタレーションが、上述した第１の経路で出力されるコンスタレーションを配置する半径ｒ１の円の１／２の半径ｒ２を有する小さな円周上に配置された等間隔のコンスタレーションとなる。
【０１１０】
このため、第１の経路を経由した信号光と第２の経路を経由した信号光の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれか、すなわち、互いの相対位相差が９０度の整数倍になるように位相調整手段７０９ａ又は位相調整手段７０９ｂにおいて調整し、両者を足し合わすことにより合成された信号光のコンスタレーションは、図８（ｂ）において◎で示されるような、○を中心とした半径ｒ２の円周上に配置された１６個の点となることは図４に示した第２の実施例と同様である。
【０１１１】
本実施例に係る光変調器においては、さらに、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、電界吸収領域７０５ｃ、位相調整領域７０９ｃ、接続導波路７０６ｃ、光合流回路７０７、出力導波路７０８を経由する第３の経路で出力される信号光が足し合わされる。
【０１１２】
接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、電界吸収領域７０５ｃ、位相調整領域７０９ｃ、接続導波路７０６ｃの働きは接続導波路７０３ａ、位相変調器７０４ａ、電界吸収領域７０５ａ、位相調整領域７０９ａ、接続導波路７０６ａ、及び、接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、電界吸収領域７０５ｂ、位相調整領域７０９ｂ、接続導波路７０６ｂと同様であるため、第３の経路を経由した信号光のコンスタレーションも、或る半径ｒ３なる円周上に等間隔に配置された４つの点となることは容易に理解できる。
【０１１３】
ここで、半径ｒ３がｒ２の１／２（電界が１／２なので強度は１／４）、したがって、ｒ１の１／４（電界が１／４なので強度は１／１６）となるように、強度調整手段である電界吸収領域７０５ｃにおいて強度調整されており、さらに、位相調整領域７０９ｃにおいて第１の経路を経由した信号光と第３の経路を経由した信号光の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれか、すなわち、互いの相対位相差が９０度の整数倍となるように調整する。
【０１１４】
これにより、３つの経路をそれぞれ経由した信号光の合成された信号光のコンスタレーションは、図８（ｃ）において●で示されるような、原点を中心とした半径ｒ１の円周上に配置された４つの点○をそれぞれ中心とした、半径ｒ２の円周上に配置された１６個の点◎をそれぞれ中心とした、半径ｒ３の円周上に配置された６４個の点で示されることが理解できる。
【０１１５】
ここで、第１の経路を経由した信号光と、第３の経路を経由した信号光の位相差が、９０度の整数倍となるように調整することにより、自動的に第２の経路を経由した信号光と第３の経路を経由した信号光の位相差も９０度の整数倍となっていることは言うまでもない。したがって、第３の経路を経由した信号光の相対位相差の調整は、第１の経路又は第２の経路を経由した信号光のどちらかに対して行えばよいことになる。
【０１１６】
図８（ｃ）に示したコンスタレーションは、６４個の点が等間隔で格子状に配置された６４ＱＡＭのコンスタレーションであり、本実施例に係る光変調器の構成により６４ＱＡＭ変調が可能であることがわかる。
【０１１７】
本実施例においては、マッハツェンダー干渉計のアーム数が３本で、信号光の経路が３の場合について説明してきたが、アーム数がさらに増えても同様な議論が成り立ち、同様な動作が可能である。
【０１１８】
アーム数がｎ（ｎ≧２）の場合について一般化すると、ｋ番目（２≦ｋ≦ｎ）の経路を経由した信号光の強度が（ｋ−１）番目の経路を経由した信号光の１／４の強度（電界で１／２）となるように強度調整手段で強度を調整し、ｋ番目の経路を経由した信号光の位相が他の経路を経由した信号光に対し９０度の整数倍となるように位相調整領域において位相調整することにより、４n値の多値変調である４nＱＡＭ変調を実現することが可能である。
【０１１９】
すなわち、本実施例に係る光変調器の構成を用いることにより、アーム数がｎ（ｎ≧２）のマッハツェンダー干渉計のアームに任意の順で番号をふったとき、各アームにそれぞれ配置された位相変調手段である位相変調器を、最大振幅が半波長電圧の１．５倍となるような４値の駆動信号でそれぞれ駆動し、ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の経路を経由した信号光の強度が１番目のアームを経由した信号光強度の４i-1となるように強度調整し、また、ｉ番目の経路を経由した信号光の位相が他の経路を経由した信号光に対し９０度の整数倍となるように、位相調整領域において位相調整することにより４n値の多値変調である４nＱＡＭ変調が実現可能である。
【０１２０】
本実施例においては、全ての位相変調手段である位相変調器に強度調整手段が接続された場合について説明したが、上述した第２の実施例と同様に、位相変調手段からの出力のうち、１つは強度調整しないで用いることが可能である。すなわち、原理上は、位相変調手段を経由する信号光の経路のうち１つを除いた残りに強度調整手段が設けられていれば、本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【０１２１】
また、位相調整領域についても同様に、原理上は、位相変調手段を経由する信号光の経路のうち、１つを除いた残りに位相調整領域が設けられていれば、本実施例に係る光変調器の動作には十分である。
【０１２２】
しかし、本実施例において示したような、全ての位相変調手段にそれぞれ強度調整手段及び位相調整領域が接続された構成は、光回路の幾何学的な対称性が優れているため、マッハツェンダー干渉計の両アームに光路長差が生じにくく、波長特性に優れ、また光回路を構成する各個別要素のレイアウトが容易で回路が配置しやすいという特徴がある。
【０１２３】
本実施例においては、強度調整手段として、位相変調手段に接続された電界吸収領域を用いた場合について説明したが、複数の位相変調手段からの出力光の強度を相対的に異なるように設定できさえすれば、本実施例に係る光変調器により奏する効果を得ることが可能であるため、強度変調手段は電界吸収領域に限定されるものではなく、電流注入による光吸収を利用するものでも良く、また、光増幅器であってもよい。また、マッハツェンダー型の光アッテネータ回路が接続されていてもよい。
【０１２４】
本実施例に係る光変調器において用いる光分岐回路７０２については、特にその分岐数を限定するものではなく、必ずしも１入力ｎ出力（ｎ＞２）である必要もない。例えば、１入力２出力の光分岐回路を用いた場合でも、必要な分岐数が得られるまで光分岐回路を多段に接続すればよい。例えば、図３（ｂ）に示すように２つの１入力２出力光分岐回路を直列に接続し、３本の出力導波路を利用すれば、１入力３出力の分岐回路とみなすことができる。また、光合流回路７０７についても同様である。
【０１２５】
本実施例に係る光変調器において用いる光分岐回路７０２又は光合流回路７０７については、特にその構成を限定するものではなく、Ｙ分岐回路、方向性結合器、ファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることが可能である。
【０１２６】
なお、本実施例に係る光変調器の構成において用いるマッハツェンダー変調器の構造や材質に関しては、特に制約を設けるものではなく、ＬｉＮｂＯ3に代表されるような誘電体材料、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系に代表されるような化合物半導体材料、Ｓｉ等の半導体材料、ポリマー系材料等、通常変調器として使用可能なすべての材料系について本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【０１２７】
また、導波路構造に関しても、特に制約を設けるものではなく、埋め込み構造、リッジ構造、ハイメサ構造等を信号光が伝搬可能な導波構造であれば本実施例に係る光変調器の構成をとることにより、同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、例えば、電気信号を光信号に変換して送信する光変調器及び光変調方法に利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０１ 入力導波路
１０２ 光分岐回路
１０３ａ，１０３ｂ 接続導波路
１０４ａ，１０４ｂ 位相変調器
１０５ａ，１０５ｂ 電界吸収領域
１０６ａ，１０６ｂ 接続導波路
１０７ 光合流回路
１０８ 出力導波路
３０１，３０３，３０４，３０５ ３ｄＢカプラ
３０２ 位相調整領域
３０６ ４分岐の光分岐回路
４０１ 入力導波路
４０２ 光分岐回路
４０３ａ，４０３ｂ 接続導波路
４０４ａ，４０４ｂ 位相変調器
４０５ａ，４０５ｂ 電界吸収領域
４０６ａ，４０６ｂ 接続導波路
４０７ 光合流回路
４０８ 出力導波路
４０９ａ，４０９ｂ 位相調整領域
６０１ 入力導波路
６０２ 光分岐回路
６０３ａ，６０３ｂ 接続導波路
６０４ａ，６０４ｂ 位相変調器
６０５ 電界吸収領域
６０６ａ，６０６ｂ 接続導波路
６０７ 光合流回路
６０８ 出力導波路
６０９ 位相調整領域
７０１ 入力導波路
７０２ 光分岐回路
７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ 接続導波路
７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ 位相変調器
７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ 電界吸収領域
７０６ａ，７０６ｂ，７０６ｃ 接続導波路
７０７ 光合流回路
７０８ 出力導波路
７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ 位相調整領域
９０１ 入力導波路
９０２ 光分岐回路
９０３ａ，９０３ｂ 接続導波路
９０４ａ，ｂ 光分岐回路
９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄ 位相変調器
９０６ａ，９０６ｂ 光合流回路
９０７ａ，９０７ｂ 位相調整領域
９０８ 光合流回路
９０９ 出力導波路
９１０ａ，９１０ｂ マッハツェンダー変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に接続され、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度がそれぞれ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
前記光分岐手段と光合流手段とを結びマッハツェンダー干渉計を構成する少なくとも２本の導波手段と、
少なくとも２本の前記導波手段における前記光分岐手段の出力側にそれぞれ配置される少なくとも２つの位相変調手段と、
少なくとも２本の前記導波手段の全て、又は少なくとも２本の前記導波手段の内の１つを除いた残りの前記導波手段に配置され、少なくとも２つの前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度を経路に応じて１／４倍ずつ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする光変調器。
【請求項３】
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、伝搬する信号光の位相を調整する位相調整手段が接続される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の位相差を０度又は９０度の整数倍となるように伝搬する信号光の位相を調整する位相差調整手段が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を吸収する吸収手段又は伝搬する信号光を増幅する増幅手段が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を分岐するための第２の光分岐手段が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記光強度調整手段として、マッハツェンダー干渉計が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記光分岐手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項９】
前記光合流手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１０】
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調方法であって、
入射された信号光の伝搬方向に対し並列に設置され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調器に対し、
少なくとも２つの前記位相変調器のそれぞれの最大振幅が半波長電圧の１．５倍となる独立した４値の電気信号で駆動し、
かつ、少なくとも２つの前記位相変調器からの出力光を、それぞれの強度関係は１／４倍ずつ異なるように、また、それぞれの位相関係は位相差が０度又は９０度の整数倍となるように合流させる
ことを特徴とする光変調方法。
【請求項１】
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に接続され、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度がそれぞれ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調器であって、
入射された信号光を分岐させる光分岐手段と、
分岐された信号光を合流させる光合流手段と、
前記光分岐手段と光合流手段とを結びマッハツェンダー干渉計を構成する少なくとも２本の導波手段と、
少なくとも２本の前記導波手段における前記光分岐手段の出力側にそれぞれ配置される少なくとも２つの位相変調手段と、
少なくとも２本の前記導波手段の全て、又は少なくとも２本の前記導波手段の内の１つを除いた残りの前記導波手段に配置され、少なくとも２つの前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の強度を経路に応じて１／４倍ずつ異なるように調整する強度調整手段と
を備える
ことを特徴とする光変調器。
【請求項３】
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、伝搬する信号光の位相を調整する位相調整手段が接続される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
少なくとも２つの前記位相変調手段の全て、又は少なくとも２つの前記位相変調手段の内の１つを除いた残りの前記位相変調手段に、少なくとも２つの前記位相変調手段から前記光合流手段を経て出力側に導かれる信号光の位相差を０度又は９０度の整数倍となるように伝搬する信号光の位相を調整する位相差調整手段が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を吸収する吸収手段又は伝搬する信号光を増幅する増幅手段が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記光強度調整手段として、伝搬する信号光を分岐するための第２の光分岐手段が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記光強度調整手段として、マッハツェンダー干渉計が接続される
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記光分岐手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項９】
前記光合流手段は、多モード干渉型カプラ、ファネル型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１０】
入力された電気信号を多値光信号に変換する光変調方法であって、
入射された信号光の伝搬方向に対し並列に設置され、前記電気信号に応じて信号光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調器に対し、
少なくとも２つの前記位相変調器のそれぞれの最大振幅が半波長電圧の１．５倍となる独立した４値の電気信号で駆動し、
かつ、少なくとも２つの前記位相変調器からの出力光を、それぞれの強度関係は１／４倍ずつ異なるように、また、それぞれの位相関係は位相差が０度又は９０度の整数倍となるように合流させる
ことを特徴とする光変調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２３１３８（Ｐ２０１２−１２３１３８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３２１９（Ｐ２０１０−２７３２１９）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【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２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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