光変調器
【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変調器を提供する。
【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、入射信号光を分岐する光分岐回路１０２と、光分岐回路１０２の出力側に接続され、電気信号に応じて伝搬光の位相を変調する位相変調器１０４ａ，１０４ｂと、位相変調器１０４ａ，１０４ｂからの出力を合流させる光合流回路１０６とを備え、さらに、光分岐回路１０２と光合流回路１０６のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、位相変調器１０４ａ，１０４ｂから光合流回路１０６を経て出力側に導かれる信号光の強度が互いに異なるように設定した。
【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、入射信号光を分岐する光分岐回路１０２と、光分岐回路１０２の出力側に接続され、電気信号に応じて伝搬光の位相を変調する位相変調器１０４ａ，１０４ｂと、位相変調器１０４ａ，１０４ｂからの出力を合流させる光合流回路１０６とを備え、さらに、光分岐回路１０２と光合流回路１０６のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、位相変調器１０４ａ，１０４ｂから光合流回路１０６を経て出力側に導かれる信号光の強度が互いに異なるように設定した。
【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】
このため、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。
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、従来のＤＰＭＺＭの動作について説明する。
図１１は、従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
図１１中、１１０１は入力導波路、１１０２は光分岐回路、１１０３ａ，１１０３ｂは接続導波路、１１０４ａ，１１０４ｂは光分岐回路、１１０５ａ，１１０５ｂ，１１０５ｃ，１１０５ｄは位相変調器、１１０６ａ，１１０６ｂは光合流回路、１１０７ａ，１１０７ｂは位相調整領域、１１０８は光合流回路、１１０９は出力導波路をそれぞれ示している。
【０００７】
また、図１１中、波線で囲まれた構造１１１０ａ，１１１０ｂはそれぞれマッハツェンダー変調器を示している。図１１に示す構成は、２つのマッハツェンダー変調器１１１０ａ，１１１０ｂが並列に配置され、さらに２つのマッハツェンダー変調器１１１０ａ，１１１０ｂ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１１０１から入射し、光分岐回路１１０２により分岐比１：１で２分岐され接続導波路１１０３ａ及び接続導波路１１０３ｂを介してマッハツェンダー変調器１１１０ａ及びマッハツェンダー変調器１１１０ｂに導かれる。マッハツェンダー変調器１１１０ａ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１１０４ａ、位相変調器１１０５ａ，１１０５ｂ、光合流回路１１０６ａから構成されている。
【０００９】
光合流回路１１０６ａの光合流比率は、位相変調器１１０５ａ及び位相変調器１１０５ｂ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１１０５ａ及び位相変調器１１０５ｂ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１１１０ｂは、分岐比が１：１の光分岐回路１１０４ｂ、位相変調器１１０５ｃ，１１０５ｄ、合流比が１：１の光合流回路１１０６ｂから構成されている。マッハツェンダー変調器１１１０ａ，１１１０ｂ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１１１０ａ，１１１０ｂで変調された信号光は、位相調整領域１１０７ａ，１１０７ｂに入射し、位相関係を調整された後、光合流回路１１０８で合流され、出力導波路１１０９から出力される。光合流回路１１０８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１１０７ａ，１１０７ｂでは、光合流回路１１０８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、まず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１２は、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。なお、図１２（ａ）はプッシュプル駆動のマッハツェンダー変調器１１１０ａにより変調された光電界の軌跡を、図１２（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１１１０ａでは、位相変調器１１０５ａ，１１０５ｂ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】
このため、位相変調器１１０５ａから出射される信号光の電界は、図１２（ａ）の半円の上半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を駆動電気信号に応じて往復する。一方、位相変調器１１０５ｂについて考えると、マッハツェンダー変調器１１１０ａは、プッシュプル駆動されるため、位相変調器１１０５ｂは位相変調器１１０５ａ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１１０５ｂから出射される信号光の電界は、図１２（ａ）の半円の下半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を駆動電気信号に応じて往復する。そこで、光合流回路１１０６ａから出力される信号光の電界は、位相変調器１０５ａ，１０５ｂからの出力の合成となるため、図１２（ａ）において原点０を通り直線状にＩ0点とＩ1点の間を駆動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１１１０ｂ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０を通る直線となる。２つのマッハツェンダー変調器１１１０ａ及びマッハツェンダー変調器１１１０ｂから出力された信号光は、位相調整領域１１０７ａ，１１０７ｂ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て光合流回路１１０８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１１１０ａ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１１１０ｂ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１１０９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１２（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値変調におけるＱＰＳＫのコンスタレーションである。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１１０８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１１０５ａ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１２（ｃ）の半円の上半分をトレースする形でａ，ｂ，ｃ，ｄ点の間を駆動電気信号に応じて往復する。
【００１９】
位相変調器１１０５ｂについても上述のＱＰＳＫの議論と同様に図１２（ｃ）の半円の下半分をトレースする。光合流回路１１０６ａから出力される信号光の電界は、図１２（ｃ）において原点０を通り直線状にＩ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3点の間を駆動電気信号に応じて直線状にトレースする形となる。
【００２０】
これらの各点で原点０からの距離が異なるということは、それぞれの状態で電界振幅、又は光強度がそれぞれ異なっているということを表している。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。つまり、４値電気駆動波形は、不等間隔の４値であることが要求される。
【００２１】
マッハツェンダー変調器１１１０ｂ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１１１０ａ及びマッハツェンダー変調器１１１０ｂから出力された信号光は位相調整領域１１０７ａ，１１０７ｂ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て光合流回路１１０８により足し合わされる。
【００２２】
このため、マッハツェンダー変調器１１１０ａ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１１１０ｂ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１１０９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１２（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。
【００２３】
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１１０８により足し合わされる際には原理損失３ｄＢが発生する。また、マッハツェンダー変調器１１１０ａの出力とマッハツェンダー変調器１１１０ｂの出力はそれぞれビットとビットの変わり目において光強度が変化しているため、その足しあわせである光合流回路１１０８からの出力もビットの変わり目で大きく変化するという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【非特許文献】
【００２５】
【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】
【００２６】
しかしながら、従来のＤＰＭＺＭ変調器を用いた場合、ＭＺ変調器の数が増えることによって、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。
【００２７】
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。
また、ビットの変わり目において出力光強度が変動するため、相互位相変調等いわゆる伝送ファイバの非線形性の問題があった。
【００２８】
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変調器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】
【００２９】
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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
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伝搬光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
前記少なくとも２つの位相変調手段からの出力を合流させる光合流手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記少なくとも２つの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互いに異なるように設定される
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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
分岐された信号光を合流する光合流手段と、
マッハツェンダー干渉計を構成する前記光分岐手段と前記光合流手段を結ぶ少なくとも２本の導波路と、
前記少なくとも２本の導波路にそれぞれ位相変調手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記位相変調手段を通過し、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信号光の伝搬経路に応じて互いに異なるように設定される
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の発明において、
前記出力側に導かれる信号光の強度が互いに１／４倍ずつ異なる
ことを特徴とする。
【００３２】
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、
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、
入射信号光を２：１の分岐比により２分岐する光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて伝搬光の位相を変調する２つの位相変調手段と、
前記２つの位相変調手段からの出力を２：１の合流比により合流させる光合流手段と
を備え、
前記２つの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４：１となるように前記光分岐手段と前記光合流手段が接続される
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、
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振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。
【００３４】
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、
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、前記少なくとも２つの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が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調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３５】
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、
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振光の強度を調整する強度調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３６】
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７の発明に係る光変調器において、
前記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。
【００３７】
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７の発明に係る光変調器において、
前記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。
【００３８】
上記の課題を解決するための第１０の発明に係る光変調器は、第１の発明から第９の発明に係る光変調器において、
前記光分岐手段が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。
【００３９】
上記の課題を解決するための第１１の発明に係る光変調器は、第１の発明から第１０の発明に係る光変調器において、
前記光合流手段が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。
【発明の効果】
【００４０】
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変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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】本発明に係る非対称分岐比を有する光分岐手段又は非対称合流比を有する光合流手段の構成例を示した模式図である。
【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】本発明の第５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１０】本発明の第６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１１】従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
【図１２】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】
【００４２】
以下、本発明に係る光変調器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】
【００４３】
以下、本発明に係る光変調器の第１の実施例について説明する。
本実施例に係る光変調器は、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ことを特徴としている。
【００４４】
ここで、本実施例に係る光変調器について説明をする前に、光分岐回路の分岐比、光合流回路の合流比について定義する。
今、光分岐回路に光が入射し、複数の出力ポート（例えばｎ本）にｐ1％、ｐ2％、・・・Ｐn％がそれぞれ出力されたとするとき、ｐ1：ｐ2：・・・：Ｐnを分岐比と定義する。ｎ＝２の場合、両ポートに５０％ずつ出力されれば分岐比は５０：５０＝１：１の対称分岐であり、また第１のポートに２０％、第２のポートに８０％であれば分岐比は２０：８０＝１：４の非対称分岐となる。
【００４５】
一方、合流比については、複数の入力ポートがあり、１番目の導波路に入射した光のｐ1％が出力され、２番目の導波路に入射した光のｐ2％が出力され、・・・ｎ番目の導波路に入射した光のｐn％が出力されるとき、ｐ1：ｐ2：・・・：Ｐnを合流比と定義する。したがって、ある光分岐回路を逆方向から使用して光合流回路とした場合にはその分岐比と合流比は一致する。
【００４６】
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、１０１は入力導波路、１０２は非対称な分岐比を有する光分岐手段である光分岐回路、１０３ａ，１０３ｂは接続導波路、１０４ａ，１０４ｂは位相変調器、１０５ａ，１０５ｂは接続導波路、１０６は非対称な合流比を有する光合流手段である光合流回路、１０７は出力導波路をそれぞれ示している。
【００４７】
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。
【００４８】
光分岐回路１０２の分岐比は、２：１となるように設定されており、入力信号光は、接続導波路１０４ａに強度で２／３（電界では√（２／３））が、接続導波路１０３ｂに強度で１／３（電界では√（１／３））が出力される。位相変調器１０４ａ，１０４ｂは、それぞれが独立な電気駆動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。
【００４９】
ここで、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、駆動電気信号は、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。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点の間を駆動電気信号に応じて往復する。
【００５０】
ここで、図２（ａ）では、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。本実施例に係る光変調器においては、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ角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値の電気駆動信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００５１】
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）のような、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。
【００５２】
位相変調器１０４ａ，１０４ｂから出力された信号光は、接続導波路１０５ａ，１０５ｂを経て光合流回路１０６において合流される。光合流回路１０６の光合流比は２：１となるように設定されており、その接続方法は、接続導波路１０５ａから入射した信号光強度の２／３（電界では√（２／３））が、また接続導波路１０５ｂから入射した信号光強度の１／３（電界では√（１／３））が出力導波路１０７から出力されるように接続されている。
【００５３】
その結果、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ａ、位相変調器１０４ａ、接続導波路１０５ａ、光合流回路１０６という第１の経路を経た信号光の電界は、入力導波路１０１に入射した信号光と比較して、√（２／３）×√（２／３）＝２／３となる。
【００５４】
一方、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ｂ、位相変調器１０４ｂ、接続導波路１０５ｂ、光合流回路１０６という第２の経路を経た信号光の電界は、√（１／３）×√（１／３）＝１／３となるため、光合流回路１０６から出力される信号光は、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電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち強度差が６ｄＢとなる。
【００５５】
このとき、位相変調器１０４ａを含む第１の経路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を含む第２の経路から出力された信号光の電界のトレースは、出力導波路１０７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ため、出力導波路１０７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●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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
上述のように位相変調器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、光合流回路１０６で合流され、出力導波路１０７から出力される時の強度差は６ｄＢとなっている。図２の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、すなわち大きな円の半径の１／２が小さい円の半径となる。
【００５８】
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）のＡ点、Ｃ点、Ｄ点についても上述の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。
【００５９】
本実施例におけるコンスタレーションを図１２（ｄ）に示した従来例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、本実施例に示される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。
【００６０】
ここで、本実施例においては、従来の直交変調器を用いた場合に本質的に生じていた３ｄＢの過剰損が生じないことを指摘しておく。
上述の通り、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ａ、位相変調器１０４ａ、接続導波路１０５ａ、光合流回路１０６という第１の経路を経た信号光の電界振幅は、√（２／３）×√（２／３）＝２／３となる。
【００６１】
一方、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ｂ、位相変調器１０４ｂ、接続導波路１０５ｂ、光合流回路１０６という第２の経路を経た信号光の電界振幅は、√（１／３）×√（１／３）＝１／３となる。
【００６２】
この２つの信号光の電界が同位相で足し合わされたとき、電界振幅は、２／３＋１／３＝１となり、また光強度も電界振幅の２乗することにより１2＝１となるため、入力導波路１０１に入射した信号光の電界、又は光強度が損失無く出力導波路１０７に出力されることが理解できる。
【００６３】
また、本実施例に係る光変調器の構成では、第１の経路を経た信号光、第２の経路を経た信号光ともに光強度は一定であるため、その足しあわせである光合流回路１０６からの出力光も、従来の直交変調器を用いた場合に比べ、変調出力光信号の強度変動が少なくなるために、本実施例に係る光変調器の構成により発生した変調光信号は、ファイバの非線形性による弊害を受けにくいといった利点がある。
【００６４】
本実施例で用いる光分岐手段である光分岐回路１０２、及び光合流手段である光合流回路１０６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。
【００６５】
例えば、図３（ａ）に示した形状のＭＭＩカプラは非対称な分岐動作が可能である。図３（ａ）中、３０１ａ，３０１ｂは入力導波路、３０２は多モード干渉領域、３０３ａ，３０３ｂは分岐出力用導波路をそれぞれ示している。
【００６６】
図３（ａ）に示すように、多モード干渉領域３０２の形状を矩形から変形させることにより、分岐比を調整することが可能である。このため、本発明に係る光変調器における非対称分岐比／合流比を有する光分岐手段／光合流手段として使用することが可能である。
【００６７】
また、分岐比が対称な通常の光分岐回路／光合流回路を用い非対称分岐比を有する光分岐手段を構成することも可能である。一例を図３（ｂ）に示す。
図３（ｂ）中、３０４は入力導波路、３０５は分岐比が１：１の対称光分岐回路、３０６は接続導波路、３０７は位相調整領域、３０８は２入力２出力で分岐比が１：１の対称合分器回路、すなわち、通常の３ｄＢカプラを、また、３０９，３１０は分岐出力用導波路をそれぞれ示している。
【００６８】
入力導波路３０４、対称光分岐回路３０５、接続導波路３０６、位相調整領域３０７、対称合分器回路３０８、分岐出力用導波路３０９，３１０まででマッハツェンダー干渉計を構成しているため、入力導波路３０４から入射した信号光は、位相調整領域３０７における位相状態に応じて、出力用導波路３０９もしくは出力用導波路３１０又は出力用導波路３０９及び出力用導波路３１０の両方に出力される。
【００６９】
したがって、位相調整領域３０７において位相を適切に制御することにより所望の分岐比で光を分岐出力用導波路３０９及び分岐出力用導波路３１０に分岐することが可能となり、非対称分岐比を有する光分岐手段として使用することができる。
【００７０】
さらに、若干の損失を許容すれば、簡易な方法で非対称分岐比を有する光分岐手段を提供することも可能である。図３（ｃ）にその構成を示す。
図３（ｃ）中、３１１は入力導波路、３１２，３１３は分岐比が１：１の対称光分岐回路、３１４，３１５は分岐出力用導波路、３１６は導波路をそれぞれ示している。
【００７１】
入力導波路３１１から入射した信号光は、対称光分岐回路３１２で２分岐され１／２の光パワーが分岐出力用導波路３１４へ、残り１／２の光パワーが対称光分岐回路３１３に導かれる。
【００７２】
対称光分岐回路３１３に入射した信号光は、対称光分岐回路３１３で２分岐され１／２の光パワーが分岐出力用導波路３１５へ、残り１／２の光パワーが導波路３１６に導かれる。
【００７３】
今、分岐出力用導波路３１５へ出力された信号光強度について考えると、入力導波路３１１から入射した信号光に比較して１／２×１／２＝１／４の強度となっており、１／２の光パワーが出力された分岐出力用導波路３１４と比較すると、分岐出力用導波路３１４と分岐出力用導波路３１５の分岐比は２：１となっていることがわかる。このとき、導波路３１６から出力される信号光は使用しない。
【００７４】
したがって、導波路３１６から出力される信号光を損失として考えると、図３（ｃ）の構成は分岐出力用導波路３１４と分岐出力用導波路３１５に対して非対称分岐比を有する光分岐手段と考えることができる。
【００７５】
なお、光分岐手段は、入口と出口を逆にすれば光合流手段として動作するため、図３（ｂ）及び図３（ｃ）において説明した構成は全てそのまま非対称な分岐比を有する光合流手段１０６として使用可能なことはいうまでもない。
【００７６】
さらに、図３（ｃ）に示した構成を光分岐手段１０１及び光合流手段１０６として用いた場合でも、導波路３１６から出力される信号光を捨ててしまうことによる損失は、従来の直交変調器の原理損失３ｄＢよりは小さいため、本発明に係る光変調器の特徴である低損失な光多値変調用の変調器は実現される。
【００７７】
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及び材質に関しては、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、言い換えれば電圧印加、電流注入、加熱、冷却、光照射、その他、外部制御により屈折率が可変できる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上述したような効果が期待できる。
【００７８】
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構成をとることにより同様な効果が期待できる。
【実施例２】
【００７９】
以下、本発明に係る光変調器の第２の実施例について説明する。
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、４０１は入力導波路、４０２は非対称な分岐比を有する光分岐手段である光分岐回路、４０３ａ，４０３ｂは接続導波路、４０４ａ，４０４ｂは位相変調器、４０５ａ，４０５ｂは接続導波路、４０６は非対称な合流比を有する光合流手段である光合流回路、４０７は出力導波路、４０８ａ，４０８ｂ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。
【００８０】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂの動作に関する点を除けば、図１に示した第１の実施例に係る光変調器と同様であり、入力導波路４０１、光分岐回路４０２、接続導波路４０３ａ，４０３ｂ、位相変調器４０４ａ，４０４ｂ、接続導波路４０５ａ，４０５ｂ、光合流回路４０６、出力導波路４０７を、それぞれ入力導波路１０１、光分岐回路１０２、接続導波路１０３ａ，１０３ｂ、位相変調器１０４ａ，１０４ｂ、接続導波路１０５ａ，１０５ｂ、光合流回路１０６、出力導波路１０７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。
【００８１】
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駆動信号により駆動される。
【００８２】
第１の実施例と同様、駆動電気信号は、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。今、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の実施例に係る光変調器と同様に、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点の間を駆動電気信号に応じて往復する。
【００８３】
本実施例に係る光変調器においても、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ角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値の電気駆動信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００８４】
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。
【００８５】
位相変調器４０４ａ，４０４ｂから出力された信号光は、接続導波路４０５ａ，４０５ｂを経て光合流回路４０６において合流される。光合流回路４０６の光合流比は、２：１となるように設定されており、その接続方法は、接続導波路４０５ａから入射した信号光強度の２／３（電界では√（２／３））が、また接続導波路４０５ｂから入射した信号光強度の１／３（電界では√（１／３））が、出力導波路４０７から出力されるように接続されている。
【００８６】
その結果、入力導波路４０１から光分岐回路４０２、接続導波路４０３ａ、位相変調器４０４ａ、接続導波路４０５ａ、光合流回路４０６という第１の経路を経た信号光の電界は、入力導波路４０１に入射した信号光と比較して、√（２／３）×√（２／３）＝２／３となる。
【００８７】
一方、入力導波路４０１から光分岐回路４０２、接続導波路４０３ｂ、位相変調器４０４ｂ、接続導波路４０５ｂ、光合流回路４０６という第２の経路を経た信号光の電界は、√（１／３）×√（１／３）＝１／３となるため、光合流回路４０６から出力される信号光は、第１の経路を経由した信号光の電界振幅と、第２の経路を経由した信号光の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち強度差が６ｄＢとなる。
【００８８】
このとき、位相変調器４０４ａを含む第１の経路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を含む第２の経路から出力された信号光の電界のトレースは、出力導波路４０７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となる。
【００８９】
このため、図１に示した第１の実施例に係る光変調器と同様に、出力導波路４０７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●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もちいることにより、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。
【００９０】
ここで、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂ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４０３ａ又は接続導波路４０３ｂから接続導波路４０５ａ又は接続導波路４０５ｂ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、上述した第１の経路と第２の経路の間に光路長差が発生し、位相変調器４０４ａ及び位相変調器４０４ｂをそれぞれを経由した信号光が光合流回路４０６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。
【００９１】
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４０８ａ，４０８ｂ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。
【００９２】
すなわち、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂ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）のように１６個の●が格子状に並ばずに傾いてしまう可能性がある。
【００９３】
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４０８ａもしくは位相調整領域４０８ｂのどちらか、又は位相調整領域４０８ａ及び位相調整領域４０８ｂ両方により光合流回路４０６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。
【００９４】
すなわち、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にも、本実施例に係る光変調器の構成によれば安定して多値変調動作を行うことが可能となる。
【００９５】
位相調整領域４０８ａ，４０８ｂにおける位相の調整法は、図５（ｂ）に示した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も、１６個の●は同様に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。
【００９６】
位相調整領域４０８ａ及び位相調整領域４０８ｂ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発明の効果は実現可能である。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。
【００９７】
以上説明してきたように、本実施例に係る光変調器の構成により、素子作成上の作製誤差が生じた場合においても、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で、なおかつ従来の直交変調器で本質的に生じていた３ｄＢの原理損失の生じない低損失な光多値変調用の変調器を実現する事が可能となる。
【００９８】
本実施例では、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。
【００９９】
例えば、位相変調器４０４ｂに接続された位相調整領域４０８ｂでは位相変化が生じない状態で使用し、位相変調器４０４ａに接続された位相調整領域４０８ａにおいて、光合流手段４０６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４０８ｂは原理上必要ではない。つまり、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４０８ａ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。
【０１００】
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ことも指摘しておく。
【０１０１】
本実施例では、信号光の伝搬方向に対し、位相変調手段、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、まった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。
【０１０２】
本実施例に係る光変調器における光分岐回路４０２、及び光合流回路４０６についても、第１の実施例に係る光変調器の場合と同様に、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。
【０１０３】
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及び材質に関しては、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、言い換えれば電圧印加、電流注入、加熱、冷却、光照射その他、外部制御により屈折率が可変できる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上述したような効果が期待できる。
【０１０４】
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が期待できる。
【実施例３】
【０１０５】
以下、本発明に係る光変調器の第３の実施例について説明する。
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、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、６０５ａ，６０５ｂは接続導波路、６０６は光合流回路、６０７は出力導波路、６０８ａ，６０８ｂは位相調整領域、６０９ａ，６０９ｂは光強度調整手段である電界吸収領域をそれぞれ示している。
【０１０６】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、光強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ，６０９ｂの動作に関する点を除けば、図４に示した第２の実施例に係る光変調器と同様であり、入力導波路６０１、光分岐回路６０２、接続導波路６０３ａ，６０３ｂ、位相変調器６０４ａ，６０４ｂ、接続導波路６０５ａ，６０５ｂ、光合流回路６０６、出力導波路６０７、位相調整領域６０８ａ，６０８ｂを、それぞれ入力導波路４０１、光分岐回路４０２、接続導波路４０３ａ，４０３ｂ、位相変調器４０４ａ，４０４ｂ、接続導波路４０５ａ，４０５ｂ、光合流回路４０６、出力導波路４０７、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂ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。
【０１０７】
本実施例に係る光変調器の構成では、第２の実施例に係る光変調器の構成に加え、マッハツェンダー干渉計を構成する両アームに強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ，６０９ｂが配置されている。その働きは、作製誤差等による光分岐手段である光分岐回路６０２又は光合流手段である光合流回路６０６の分岐比、合流比のばらつきや、接続導波路６０３ａ，６０３ｂ、位相変調器６０４ａ，６０４ｂ、位相調整領域６０８ａ，６０８ｂにおける損失のばらつきにより、入力導波路６０１から光分岐回路６０２、接続導波路６０３ａ、位相変調器６０４ａ、位相調整領域６０８ａ、強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ、接続導波路６０５ａ、光合流回路６０６という第１の経路を経た信号光と、入力導波路６０１から光分岐回路６０２、接続導波路６０３ｂ、位相変調器６０４ｂ、位相調整領域６０８ｂ、強度調整手段である電界吸収領域６０９ｂ、接続導波路６０５ｂ、光合流回路６０６という第２の経路を経由した信号光の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち強度差が６ｄＢからずれてしまった場合でも、強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ，又は電界吸収領域８０９ｂにより強度調整することにより、所望の強度差６ｄＢに設定することを可能にするものである。
【０１０８】
したがって、本実施例に係る光変調器の構成により、第１又は第２の実施例に係る光変調器の特徴である、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で、なおかつ従来の直交変調器で本質的に生じていた３ｄＢの原理損失の生じない低損失という効果を維持したまま、作製トレランスを拡大することが可能となる。
【０１０９】
さらに、若干の過剰損失を許容すれば、光分岐回路６０２又は光合流回路６０６のうちどちらかのみが非対称な光分岐比又は光合流比、他方が対称な光分岐比又は光合流比を有するような構成を用いた場合でも、強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ又は電界吸収領域６０９ｂにより強度調整することにより、所望の強度差６ｄＢに設定することが可能となるため、所望の動作を実現することが可能である。
【０１１０】
本実施例では、信号光の伝搬方向に対し、位相変調手段、位相調整領域、強度調整手段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。
【０１１１】
本実施例では、全ての位相変調手段である位相変調器６０４ａ，６０４ｂに位相調整領域６０８ａ，６０８ｂが接続された場合について説明したが、第２の実施例において説明したように、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。
【０１１２】
例えば、位相変調器６０４ｂに接続された位相調整領域６０８ｂでは位相変化が生じない状態で使用し、位相変調器６０４ａに接続された位相調整領域６０８ａにおいて、光合流手段６０６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６０８ｂは原理上必要ではない。つまり、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６０８ａ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。
【０１１３】
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６０８ａ，６０８ｂ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ことも、第２の実施例に係る光変調器の場合と同様である。
【０１１４】
本実施例に係る光変調器で用いる光分岐回路６０２及び光合流回路６０６についても、第１及び第２の実施例に係る光変調器の場合と同様に、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ことは自明である。
【０１１５】
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及び材質に関しては、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、言い換えれば電圧印加、電流注入、加熱、冷却、光照射、その他、外部制御により屈折率が可変できる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上述したような効果が期待できる。
【０１１６】
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構成をとることにより同様な効果が期待できる。
【実施例４】
【０１１７】
以下、本発明に係る光変調器の第４の実施例について説明する。
本実施例に係る光変調器は、図４に示した第２の実施例に係る光変調器において、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。
【０１１８】
図７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７中、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は接続導波路、７０６は光合流回路、７０７は出力導波路、７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃは位相調整領域、７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃは光強度調整手段である電界吸収領域をそれぞれ示している。
【０１１９】
本実施例では、光分岐手段７０２の分岐比は非対称で、接続導波路７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃへの分岐比はそれぞれ４：２：１となるように設定される。また、光合流手段７０６の合流比は非対称で、接続導波路７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃからの合流比はそれぞれ４：２：１となるように設定される。
【０１２０】
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７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ、強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ、位相調整領域７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃが、アーム１本分、すなわち各１つずつ多い点を除けば、図６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様であり、図６における入力導波路６０１、光分岐回路６０２、接続導波路６０３ａ，６０３ｂ、位相変調器６０４ａ，６０４ｂ、接続導波路６０５ａ，６０５ｂ、光合流回路６０６、出力導波路６０７、位相調整領域６０８ａ，６０８ｂ、電界吸収領域６０９ａ，６０９ｂを、それぞれ入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ、位相変調器７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ、接続導波路７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ、光合流回路７０６、出力導波路７０７、位相調整領域７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ、電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃと読み替えることにより、その動作を理解することが可能である。
【０１２１】
すなわち、第１〜３の実施例同様、最大振幅が半波長電圧Ｖπの１．５倍なる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、位相調整領域７０８ａ、電界吸収領域７０９ａ、接続導波路７０５ａ、光合流回路７０６、出力導波路７０７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６に示した第３の実施例に係る光変調器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。
【０１２２】
光分岐回路７０２の分岐比は４：２：１であるため、第１の経路に分岐される比率と、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、位相調整領域７０８ｂ、電界吸収領域７０９ｂ、接続導波路７０５ｂ、光合流回路７０６、出力導波路７０７を経由する第２の経路に分岐される比率は、４：２＝２：１となり、図６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様となっている。
【０１２３】
また、光合流回路７０６の合流比も４：２：１であるため、第１の経路及び第２の経路からの合流比も４：２＝２：１となり、図６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様となっているため、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は、強度差６ｄＢで出力導波路７０７に出録されることになる。
【０１２４】
したがって、第１の経路で出力される信号光と、第２の経路で出力される信号光が足し合わされたときのコンスタレーションは、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領域７０８ａ又は位相調整領域７０８ｂ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）の◎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６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様である。
【０１２５】
本実施例では、ここにさらに入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、位相調整領域７０８ｃ、電界吸収領域７０９ｃ、接続導波路７０５ｃ、光合流回路７０６、出力導波路７０７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。
【０１２６】
接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、位相調整領域７０８ｃ、電界吸収領域７０９ｃ、接続導波路７０５ｃの働きは接続導波路７０３ａ、位相変調器７０４ａ、位相調整領域７０８ａ、電界吸収領域７０９ａ、接続導波路７０５ａ及び接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、位相調整領域７０８ｂ、電界吸収領域７０９ｂ、接続導波路７０５ｂ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ある半径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。
【０１２７】
ここで、光分岐回路７０２の分岐比は４：２：１であるため、第１の経路に分岐される比率と、第３の経路に分岐される比率は４：１となり、また、光合流回路７０６の合流比も４：２：１であるため、第１の経路及び第３の経路からの合流比も４：１となるため、第３の経路を経由した信号光は、第１の経路を経由した信号光と比較して１／１６、すなわち強度差１２ｄＢで出力導波路７０７に出力されることになる。
【０１２８】
したがって、第３の経路を経由した信号光のコンスタレーションの半径ｒ３は、強度差１２ｄＢに対応する電界で６ｄＢダウン、すなわちｒ１の１／４となることが理解できる。さらに、位相調整領域７０８ｃ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ことにより、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）の●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の編集上に配置された６４個の点で示されることが理解できる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
なお、本実施例では、マッハツェンダー干渉計の各アームに光強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃが配置されているため、光分岐手段である光分岐回路７０２並びに光合流手段である光合流回路７０６の分岐比及び合流比が、作製誤差等により設定からずれてしまった場合や、マッハツェンダー干渉計のアームの伝搬損失差により、各アームを伝搬する信号光の強度差が所定の比からずれてしまった場合に、強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃにより強度比を所望の値に設定することが可能であるため、作製トレランスの高いＱＡＭ変調器を提供することが可能となる。なお、理想的に作製できている場合には、光強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃは原理的には必要ないことは第１〜第３の実施例に係る光変調器の場合と同様である。
【０１３２】
本実施例では、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。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）となるように光分岐回路７０２の分岐比及び光合流回路７０６の合流比が設定されていればよい。
【０１３３】
すなわち、分岐比及び合流比を、２n-1：２n-2：・・・：１となるように設定すれば、出力導波路７０７に出力される信号光の強度比は、（２n-1）2：（２n-2）2：・・・：（１）2となり、ｋ番目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となる。
【０１３４】
このような状況の下、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７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ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。
【０１３５】
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７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ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、光分岐手段である光分岐回路７０２並びに光合流手段である光合流回路７０６の光強度で定義した分岐比及び合流比を、２n-1：２n-2：・・・：１のように設定し、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７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ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。
【０１３６】
本実施例では、強度調整手段として、位相変調手段である位相変調器７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃに接続された電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃを用いた場合について説明したが、強度変調手段は電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ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く、さらに、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。
【０１３７】
本実施例に係る光変調器の構成を用いれば、アーム数が２の場合と同様な議論により、直交変調器を用いた場合に本質的に生じていた３ｄＢの過剰損失が発生しないことは容易に理解できる。
【０１３８】
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。また、光合流回路７０７についても、同様である。
【実施例５】
【０１３９】
以下、本発明に係る光変調器の第５の実施例について説明する。
図９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９中、９０１は入力導波路、９０２は光分岐回路、９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃは接続導波路、９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃは位相変調器、９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃは接続導波路、９０６は光合流回路、９０７は出力導波路、９０８ａ，９０８ｂ，９０８ｃは位相調整領域、９０９ａ，９０９ｂ，９０９ｃは光強度調整手段である電界吸収領域をそれぞれ示している。
【０１４０】
本実施例に係る光変調器の構成においては、光分岐回路９０２が、光分岐回路９１０及び光分岐回路９１１の多段接続により構成されており、また、光合流回路９０６が、光分岐回路９１２及び光分岐回路９１３の多段接続により構成されていることを除けば、図７に示した第４の実施例に係る光変調器と同様である。
【０１４１】
したがって、本実施例に係る光変調器の構成の動作原理は、図７に示した第４の実施例に係光変調器と同様であり、図７における入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ、位相変調器７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ、接続導波路７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ、光合流回路７０６、出力導波路７０７、位相調整領域７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ、電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃを、それぞれ入力導波路９０１、光分岐回路９０２、接続導波路９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ、位相変調器９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ、接続導波路９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ、光合流回路９０６、出力導波路９０７、位相調整領域９０８ａ，９０８ｂ，９０８ｃ、電界吸収領域９０９ａ，９０９ｂ，９０９ｃと読み替えることにより、その動作を理解することが可能である。
【０１４２】
本実施例では、光分岐手段である光分岐回路９０２における、接続導波路９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃへの分岐比が４：２：１となるように、また、光合流手段である光合流回路９０６における、接続導波路９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃからの合流比が、４：２：１となるように設定するため、光分岐回路９１０及び光分岐回路９１１の分岐比は、それぞれ４：３、２：１となるように設定されており、また、光分岐回路９１２及び光分岐回路９１３の合流比も、それぞれ４：３、２：１となるように設定されている。
【０１４３】
これは、１入力３出力の光分岐手段を、１入力２出力の光分岐手段の２段接続で構成した場合、１段目の光分岐手段の分岐比は、２3-1：（２2-1＋２1-1）＝４：３、２段目の光分岐手段の分岐比は、２2-1：２1-1＝２：１と表すことができ、マッハツェンダー干渉計のアーム数がｎ（ｎ≧２）の場合について一般化すると、入力導波路９０１側から数えてｉ段目の分岐比が下記式（１）となるように設定し、（ｉ＋１）段目の光分岐手段を分岐比が下記式（２）側の導波路に接続すればよいことになる。
【０１４４】
【数１】
【数２】
【０１４５】
光合流手段についても同様に、出力導波路９０７に近い順にｉ段目とすると、ｉ段目の合流比が上記式（１）となるように設定し、（ｉ＋１）段目の光合流手段を合流比が上記式（２）側の導波路に接続すればよい。
【０１４６】
本実施例に係る光変調器の構成を用いた場合も、直交変調器を用いた場合に本質的に生じていた３ｄＢの過剰損失が発生しないことはいうまでもない。
本実施例に係る光変調器で用いる光分岐回路及び光合流回路については、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。
【０１４７】
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及び材質に関しては、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構成をとることにより、上述したような効果が期待できる。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が期待できる。
【実施例６】
【０１４８】
以下、本発明に係る光変調器の第６の実施例について説明する。
本実施例に係る光変調器は、図９に示した第５の実施例に係る光変調器における光分岐回路９０２の構成の例を示している。本実施例に係る光変調器の構成では、作製が容易な分岐比１：１の対称光分岐回路を用いながら、過剰損失が従来の直交変調器を用いた場合よりも小さくなる構成を示す。
【０１４９】
図１０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１０中、１００１は入力導波路、１００２，１００３，１００４は分岐比１：１の対称光分岐回路、１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃ，１００５ｄは対称光分岐回路１００２，１００３，１００４の出力導波路をそれぞれ示している。
今、入力導波路１００１から入射した信号光は、分岐比１：１の対称分岐回路１００２で２分岐され、１／２のパワーが出力導波路１００５ａへ、残りの１／２のパワーが２段目の分岐回路１００３に入射する。
【０１５０】
２段目の分岐回路１００３も対称分岐回路なので、信号光はさらに２分岐され、結果として１／２×１／２＝１／４のパワーが出力導波路１００５ｂへ、残りの１／２×１／２＝１／４のパワーが３段目の分岐回路１００４に入射する。
３段目の分岐回路１００４も対称分岐回路なので、信号光はさらに２分岐され、結果として１／４×１／２＝１／８のパワーが出力導波路１００５ｃへ、残りの１／４×１／２＝１／８のパワーが出力導波路１００５ｄへ導かれる。
【０１５１】
今、出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃ，１００５ｄのうち、出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃのみに注目すると、その分岐比は１／２：１／４：１／８＝４：２：１となっていることがわかる。したがって、出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃのみを使用し、出力導波路１００５ｄから出力される信号光を損失分として取り扱うと、図１０に示した本実施例に係る光変調器の構成は、図７に示した第４の実施例に係る光変調器における光分岐回路７０２、及び図９に示した第５の実施例に係る光変調器における光分岐回路９０２として使用可能な非対称分岐比を有する光分岐手段として使用できることがわかる。
【０１５２】
図１０に示した本実施例に係る光変調器の構成における光分岐手段は、左右反転することによりそのまま光合流手段として使用可能であるため、図９に示した第５の実施例に係る光変調器における光合流回路９０６として使用可能であることはいうまでもない。
【０１５３】
ここで、図１０に示した本実施例に係る光変調器の構成を用いた場合の過剰損失について議論する。
光分岐手段において出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃに出力されるパワーの合計は、１／２＋１／４＋１／８＝７／８となる。一方、本構成を光合流手段として使用した場合、いわゆる光線逆行の定理により分岐の場合と同様に最大で７／８となる。これは、３本の導波路から同位相で信号光が入射した際に成り立つ。このときの変調器トータルの透過パワーは、７／８×７／８＝４９／６４となり、過剰損失は約１．２ｄＢとなるため、従来の直交変調器を用いた場合の過剰損失３ｄＢと比較して１．８ｄＢも低損失化が図れることがわかる。
【０１５４】
以上説明したように、光分岐手段もしくは光合流手段の一方、又は光分岐手段及び光合流手段の両方を、対称光分岐回路又は対称光合流回路の多段接続で構成し、出力ポート又は入力ポートのうち１つを使用しない構成を用いた場合でも、従来の直交変調器を用いた構成に比べ、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提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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に利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１５６】
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 接続導波路
１０６ 光合流回路
１０７ 出力導波路
３０１ａ，３０１ｂ 入力導波路
３０２ 多モード干渉領域
３０３ａ，３０３ｂ 分岐出力用導波路
３０４ 入力導波路
３０５ 対称光分岐回路
３０６ 接続導波路
３０７ 位相調整領域
３０８ 対称合分器回路
３０９，３１０ 分岐出力用導波路
３１１ 入力導波路
３１２，３１３ 対称光分岐回路
３１４，３１５ 分岐出力用導波路
３１６ 導波路
４０１ 入力導波路
４０２ 非対称な分岐比を有する光分岐手段である光分岐回路
４０３ａ，４０３ｂ 接続導波路
４０４ａ，４０４ｂ 位相変調器
４０５ａ，４０５ｂ 接続導波路
４０６ 光合流回路
４０７ 出力導波路
４０８ａ，４０８ｂ 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
６０５ａ，６０５ｂ 接続導波路
６０６ 光合流回路
６０７ 出力導波路
６０８ａ，６０８ｂ 位相調整領域
６０９ａ，６０９ｂ 電界吸収領域
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 接続導波路
７０６ 光合流回路
７０７ 出力導波路
７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ 位相調整領域
７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ 電界吸収領域
９０１ 入力導波路
９０２ 光分岐回路
９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ 接続導波路
９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ 位相変調器
９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ 接続導波路
９０６ 光合流回路
９０７ 出力導波路
９０８ａ，９０８ｂ，９０８ｃ 位相調整領域
９０９ａ，９０９ｂ，９０９ｃ 電界吸収領域
９１０，９１１ 光分岐回路
９１２，９１３ 光合流回路
１００１ 入力導波路
１００２，１００３，１００４ 対称光分岐回路
１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃ，１００５ｄ 出力導波路
１１０１ 入力導波路
１１０２ 光分岐回路
１１０３ａ，１１０３ｂ 接続導波路
１１０４ａ，１１０４ｂ 光分岐回路
１１０５ａ，１１０５ｂ，１１０５ｃ，１１０５ｄ 位相変調器
１１０６ａ，１１０６ｂ 光合流回路
１１０７ａ，１１０７ｂ 位相調整領域
１１０８ 光合流回路
１１０９ 出力導波路
１１１０ａ，１１１０ｂ 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】
このため、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。
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、従来のＤＰＭＺＭの動作について説明する。
図１１は、従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
図１１中、１１０１は入力導波路、１１０２は光分岐回路、１１０３ａ，１１０３ｂは接続導波路、１１０４ａ，１１０４ｂは光分岐回路、１１０５ａ，１１０５ｂ，１１０５ｃ，１１０５ｄは位相変調器、１１０６ａ，１１０６ｂは光合流回路、１１０７ａ，１１０７ｂは位相調整領域、１１０８は光合流回路、１１０９は出力導波路をそれぞれ示している。
【０００７】
また、図１１中、波線で囲まれた構造１１１０ａ，１１１０ｂはそれぞれマッハツェンダー変調器を示している。図１１に示す構成は、２つのマッハツェンダー変調器１１１０ａ，１１１０ｂが並列に配置され、さらに２つのマッハツェンダー変調器１１１０ａ，１１１０ｂ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１１０１から入射し、光分岐回路１１０２により分岐比１：１で２分岐され接続導波路１１０３ａ及び接続導波路１１０３ｂを介してマッハツェンダー変調器１１１０ａ及びマッハツェンダー変調器１１１０ｂに導かれる。マッハツェンダー変調器１１１０ａ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１１０４ａ、位相変調器１１０５ａ，１１０５ｂ、光合流回路１１０６ａから構成されている。
【０００９】
光合流回路１１０６ａの光合流比率は、位相変調器１１０５ａ及び位相変調器１１０５ｂ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１１０５ａ及び位相変調器１１０５ｂ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１１１０ｂは、分岐比が１：１の光分岐回路１１０４ｂ、位相変調器１１０５ｃ，１１０５ｄ、合流比が１：１の光合流回路１１０６ｂから構成されている。マッハツェンダー変調器１１１０ａ，１１１０ｂ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１１１０ａ，１１１０ｂで変調された信号光は、位相調整領域１１０７ａ，１１０７ｂに入射し、位相関係を調整された後、光合流回路１１０８で合流され、出力導波路１１０９から出力される。光合流回路１１０８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１１０７ａ，１１０７ｂでは、光合流回路１１０８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、まず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１２は、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。なお、図１２（ａ）はプッシュプル駆動のマッハツェンダー変調器１１１０ａにより変調された光電界の軌跡を、図１２（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１１１０ａでは、位相変調器１１０５ａ，１１０５ｂ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】
このため、位相変調器１１０５ａから出射される信号光の電界は、図１２（ａ）の半円の上半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を駆動電気信号に応じて往復する。一方、位相変調器１１０５ｂについて考えると、マッハツェンダー変調器１１１０ａは、プッシュプル駆動されるため、位相変調器１１０５ｂは位相変調器１１０５ａ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１１０５ｂから出射される信号光の電界は、図１２（ａ）の半円の下半分をトレースする形でＩ0点とＩ1点の間を駆動電気信号に応じて往復する。そこで、光合流回路１１０６ａから出力される信号光の電界は、位相変調器１０５ａ，１０５ｂからの出力の合成となるため、図１２（ａ）において原点０を通り直線状にＩ0点とＩ1点の間を駆動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１１１０ｂ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０を通る直線となる。２つのマッハツェンダー変調器１１１０ａ及びマッハツェンダー変調器１１１０ｂから出力された信号光は、位相調整領域１１０７ａ，１１０７ｂ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て光合流回路１１０８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１１１０ａ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１１１０ｂ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１１０９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１２（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値変調におけるＱＰＳＫのコンスタレーションである。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１１０８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１１０５ａ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１２（ｃ）の半円の上半分をトレースする形でａ，ｂ，ｃ，ｄ点の間を駆動電気信号に応じて往復する。
【００１９】
位相変調器１１０５ｂについても上述のＱＰＳＫの議論と同様に図１２（ｃ）の半円の下半分をトレースする。光合流回路１１０６ａから出力される信号光の電界は、図１２（ｃ）において原点０を通り直線状にＩ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3点の間を駆動電気信号に応じて直線状にトレースする形となる。
【００２０】
これらの各点で原点０からの距離が異なるということは、それぞれの状態で電界振幅、又は光強度がそれぞれ異なっているということを表している。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。つまり、４値電気駆動波形は、不等間隔の４値であることが要求される。
【００２１】
マッハツェンダー変調器１１１０ｂ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１１１０ａ及びマッハツェンダー変調器１１１０ｂから出力された信号光は位相調整領域１１０７ａ，１１０７ｂ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て光合流回路１１０８により足し合わされる。
【００２２】
このため、マッハツェンダー変調器１１１０ａ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１１１０ｂ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１１０９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１２（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。
【００２３】
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１１０８により足し合わされる際には原理損失３ｄＢが発生する。また、マッハツェンダー変調器１１１０ａの出力とマッハツェンダー変調器１１１０ｂの出力はそれぞれビットとビットの変わり目において光強度が変化しているため、その足しあわせである光合流回路１１０８からの出力もビットの変わり目で大きく変化するという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【非特許文献】
【００２５】
【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】
【００２６】
しかしながら、従来のＤＰＭＺＭ変調器を用いた場合、ＭＺ変調器の数が増えることによって、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。
【００２７】
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。
また、ビットの変わり目において出力光強度が変動するため、相互位相変調等いわゆる伝送ファイバの非線形性の問題があった。
【００２８】
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変調器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】
【００２９】
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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
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伝搬光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
前記少なくとも２つの位相変調手段からの出力を合流させる光合流手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記少なくとも２つの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互いに異なるように設定される
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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
分岐された信号光を合流する光合流手段と、
マッハツェンダー干渉計を構成する前記光分岐手段と前記光合流手段を結ぶ少なくとも２本の導波路と、
前記少なくとも２本の導波路にそれぞれ位相変調手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記位相変調手段を通過し、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信号光の伝搬経路に応じて互いに異なるように設定される
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の発明において、
前記出力側に導かれる信号光の強度が互いに１／４倍ずつ異なる
ことを特徴とする。
【００３２】
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、
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、
入射信号光を２：１の分岐比により２分岐する光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて伝搬光の位相を変調する２つの位相変調手段と、
前記２つの位相変調手段からの出力を２：１の合流比により合流させる光合流手段と
を備え、
前記２つの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４：１となるように前記光分岐手段と前記光合流手段が接続される
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、
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振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。
【００３４】
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、
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、前記少なくとも２つの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が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調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３５】
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、
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振光の強度を調整する強度調整手段が接続される
ことを特徴とする。
【００３６】
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７の発明に係る光変調器において、
前記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。
【００３７】
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７の発明に係る光変調器において、
前記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。
【００３８】
上記の課題を解決するための第１０の発明に係る光変調器は、第１の発明から第９の発明に係る光変調器において、
前記光分岐手段が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。
【００３９】
上記の課題を解決するための第１１の発明に係る光変調器は、第１の発明から第１０の発明に係る光変調器において、
前記光合流手段が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。
【発明の効果】
【００４０】
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変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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】本発明に係る非対称分岐比を有する光分岐手段又は非対称合流比を有する光合流手段の構成例を示した模式図である。
【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】本発明の第５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１０】本発明の第６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１１】従来のＤＰＭＺＭの構成を示した模式図である。
【図１２】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】
【００４２】
以下、本発明に係る光変調器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】
【００４３】
以下、本発明に係る光変調器の第１の実施例について説明する。
本実施例に係る光変調器は、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ことを特徴としている。
【００４４】
ここで、本実施例に係る光変調器について説明をする前に、光分岐回路の分岐比、光合流回路の合流比について定義する。
今、光分岐回路に光が入射し、複数の出力ポート（例えばｎ本）にｐ1％、ｐ2％、・・・Ｐn％がそれぞれ出力されたとするとき、ｐ1：ｐ2：・・・：Ｐnを分岐比と定義する。ｎ＝２の場合、両ポートに５０％ずつ出力されれば分岐比は５０：５０＝１：１の対称分岐であり、また第１のポートに２０％、第２のポートに８０％であれば分岐比は２０：８０＝１：４の非対称分岐となる。
【００４５】
一方、合流比については、複数の入力ポートがあり、１番目の導波路に入射した光のｐ1％が出力され、２番目の導波路に入射した光のｐ2％が出力され、・・・ｎ番目の導波路に入射した光のｐn％が出力されるとき、ｐ1：ｐ2：・・・：Ｐnを合流比と定義する。したがって、ある光分岐回路を逆方向から使用して光合流回路とした場合にはその分岐比と合流比は一致する。
【００４６】
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、１０１は入力導波路、１０２は非対称な分岐比を有する光分岐手段である光分岐回路、１０３ａ，１０３ｂは接続導波路、１０４ａ，１０４ｂは位相変調器、１０５ａ，１０５ｂは接続導波路、１０６は非対称な合流比を有する光合流手段である光合流回路、１０７は出力導波路をそれぞれ示している。
【００４７】
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。
【００４８】
光分岐回路１０２の分岐比は、２：１となるように設定されており、入力信号光は、接続導波路１０４ａに強度で２／３（電界では√（２／３））が、接続導波路１０３ｂに強度で１／３（電界では√（１／３））が出力される。位相変調器１０４ａ，１０４ｂは、それぞれが独立な電気駆動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。
【００４９】
ここで、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、駆動電気信号は、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。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点の間を駆動電気信号に応じて往復する。
【００５０】
ここで、図２（ａ）では、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。本実施例に係る光変調器においては、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ角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値の電気駆動信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００５１】
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）のような、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。
【００５２】
位相変調器１０４ａ，１０４ｂから出力された信号光は、接続導波路１０５ａ，１０５ｂを経て光合流回路１０６において合流される。光合流回路１０６の光合流比は２：１となるように設定されており、その接続方法は、接続導波路１０５ａから入射した信号光強度の２／３（電界では√（２／３））が、また接続導波路１０５ｂから入射した信号光強度の１／３（電界では√（１／３））が出力導波路１０７から出力されるように接続されている。
【００５３】
その結果、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ａ、位相変調器１０４ａ、接続導波路１０５ａ、光合流回路１０６という第１の経路を経た信号光の電界は、入力導波路１０１に入射した信号光と比較して、√（２／３）×√（２／３）＝２／３となる。
【００５４】
一方、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ｂ、位相変調器１０４ｂ、接続導波路１０５ｂ、光合流回路１０６という第２の経路を経た信号光の電界は、√（１／３）×√（１／３）＝１／３となるため、光合流回路１０６から出力される信号光は、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電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち強度差が６ｄＢとなる。
【００５５】
このとき、位相変調器１０４ａを含む第１の経路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を含む第２の経路から出力された信号光の電界のトレースは、出力導波路１０７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ため、出力導波路１０７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●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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
上述のように位相変調器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、光合流回路１０６で合流され、出力導波路１０７から出力される時の強度差は６ｄＢとなっている。図２の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、すなわち大きな円の半径の１／２が小さい円の半径となる。
【００５８】
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）のＡ点、Ｃ点、Ｄ点についても上述の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。
【００５９】
本実施例におけるコンスタレーションを図１２（ｄ）に示した従来例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、本実施例に示される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。
【００６０】
ここで、本実施例においては、従来の直交変調器を用いた場合に本質的に生じていた３ｄＢの過剰損が生じないことを指摘しておく。
上述の通り、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ａ、位相変調器１０４ａ、接続導波路１０５ａ、光合流回路１０６という第１の経路を経た信号光の電界振幅は、√（２／３）×√（２／３）＝２／３となる。
【００６１】
一方、入力導波路１０１から光分岐回路１０２、接続導波路１０３ｂ、位相変調器１０４ｂ、接続導波路１０５ｂ、光合流回路１０６という第２の経路を経た信号光の電界振幅は、√（１／３）×√（１／３）＝１／３となる。
【００６２】
この２つの信号光の電界が同位相で足し合わされたとき、電界振幅は、２／３＋１／３＝１となり、また光強度も電界振幅の２乗することにより１2＝１となるため、入力導波路１０１に入射した信号光の電界、又は光強度が損失無く出力導波路１０７に出力されることが理解できる。
【００６３】
また、本実施例に係る光変調器の構成では、第１の経路を経た信号光、第２の経路を経た信号光ともに光強度は一定であるため、その足しあわせである光合流回路１０６からの出力光も、従来の直交変調器を用いた場合に比べ、変調出力光信号の強度変動が少なくなるために、本実施例に係る光変調器の構成により発生した変調光信号は、ファイバの非線形性による弊害を受けにくいといった利点がある。
【００６４】
本実施例で用いる光分岐手段である光分岐回路１０２、及び光合流手段である光合流回路１０６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。
【００６５】
例えば、図３（ａ）に示した形状のＭＭＩカプラは非対称な分岐動作が可能である。図３（ａ）中、３０１ａ，３０１ｂは入力導波路、３０２は多モード干渉領域、３０３ａ，３０３ｂは分岐出力用導波路をそれぞれ示している。
【００６６】
図３（ａ）に示すように、多モード干渉領域３０２の形状を矩形から変形させることにより、分岐比を調整することが可能である。このため、本発明に係る光変調器における非対称分岐比／合流比を有する光分岐手段／光合流手段として使用することが可能である。
【００６７】
また、分岐比が対称な通常の光分岐回路／光合流回路を用い非対称分岐比を有する光分岐手段を構成することも可能である。一例を図３（ｂ）に示す。
図３（ｂ）中、３０４は入力導波路、３０５は分岐比が１：１の対称光分岐回路、３０６は接続導波路、３０７は位相調整領域、３０８は２入力２出力で分岐比が１：１の対称合分器回路、すなわち、通常の３ｄＢカプラを、また、３０９，３１０は分岐出力用導波路をそれぞれ示している。
【００６８】
入力導波路３０４、対称光分岐回路３０５、接続導波路３０６、位相調整領域３０７、対称合分器回路３０８、分岐出力用導波路３０９，３１０まででマッハツェンダー干渉計を構成しているため、入力導波路３０４から入射した信号光は、位相調整領域３０７における位相状態に応じて、出力用導波路３０９もしくは出力用導波路３１０又は出力用導波路３０９及び出力用導波路３１０の両方に出力される。
【００６９】
したがって、位相調整領域３０７において位相を適切に制御することにより所望の分岐比で光を分岐出力用導波路３０９及び分岐出力用導波路３１０に分岐することが可能となり、非対称分岐比を有する光分岐手段として使用することができる。
【００７０】
さらに、若干の損失を許容すれば、簡易な方法で非対称分岐比を有する光分岐手段を提供することも可能である。図３（ｃ）にその構成を示す。
図３（ｃ）中、３１１は入力導波路、３１２，３１３は分岐比が１：１の対称光分岐回路、３１４，３１５は分岐出力用導波路、３１６は導波路をそれぞれ示している。
【００７１】
入力導波路３１１から入射した信号光は、対称光分岐回路３１２で２分岐され１／２の光パワーが分岐出力用導波路３１４へ、残り１／２の光パワーが対称光分岐回路３１３に導かれる。
【００７２】
対称光分岐回路３１３に入射した信号光は、対称光分岐回路３１３で２分岐され１／２の光パワーが分岐出力用導波路３１５へ、残り１／２の光パワーが導波路３１６に導かれる。
【００７３】
今、分岐出力用導波路３１５へ出力された信号光強度について考えると、入力導波路３１１から入射した信号光に比較して１／２×１／２＝１／４の強度となっており、１／２の光パワーが出力された分岐出力用導波路３１４と比較すると、分岐出力用導波路３１４と分岐出力用導波路３１５の分岐比は２：１となっていることがわかる。このとき、導波路３１６から出力される信号光は使用しない。
【００７４】
したがって、導波路３１６から出力される信号光を損失として考えると、図３（ｃ）の構成は分岐出力用導波路３１４と分岐出力用導波路３１５に対して非対称分岐比を有する光分岐手段と考えることができる。
【００７５】
なお、光分岐手段は、入口と出口を逆にすれば光合流手段として動作するため、図３（ｂ）及び図３（ｃ）において説明した構成は全てそのまま非対称な分岐比を有する光合流手段１０６として使用可能なことはいうまでもない。
【００７６】
さらに、図３（ｃ）に示した構成を光分岐手段１０１及び光合流手段１０６として用いた場合でも、導波路３１６から出力される信号光を捨ててしまうことによる損失は、従来の直交変調器の原理損失３ｄＢよりは小さいため、本発明に係る光変調器の特徴である低損失な光多値変調用の変調器は実現される。
【００７７】
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及び材質に関しては、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、言い換えれば電圧印加、電流注入、加熱、冷却、光照射、その他、外部制御により屈折率が可変できる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上述したような効果が期待できる。
【００７８】
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構成をとることにより同様な効果が期待できる。
【実施例２】
【００７９】
以下、本発明に係る光変調器の第２の実施例について説明する。
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、４０１は入力導波路、４０２は非対称な分岐比を有する光分岐手段である光分岐回路、４０３ａ，４０３ｂは接続導波路、４０４ａ，４０４ｂは位相変調器、４０５ａ，４０５ｂは接続導波路、４０６は非対称な合流比を有する光合流手段である光合流回路、４０７は出力導波路、４０８ａ，４０８ｂ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。
【００８０】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂの動作に関する点を除けば、図１に示した第１の実施例に係る光変調器と同様であり、入力導波路４０１、光分岐回路４０２、接続導波路４０３ａ，４０３ｂ、位相変調器４０４ａ，４０４ｂ、接続導波路４０５ａ，４０５ｂ、光合流回路４０６、出力導波路４０７を、それぞれ入力導波路１０１、光分岐回路１０２、接続導波路１０３ａ，１０３ｂ、位相変調器１０４ａ，１０４ｂ、接続導波路１０５ａ，１０５ｂ、光合流回路１０６、出力導波路１０７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。
【００８１】
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駆動信号により駆動される。
【００８２】
第１の実施例と同様、駆動電気信号は、最大振幅が半波長電圧の１．５倍の４値の信号となる。今、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の実施例に係る光変調器と同様に、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点の間を駆動電気信号に応じて往復する。
【００８３】
本実施例に係る光変調器においても、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ角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値の電気駆動信号の振幅の差分も等間隔となっている。
【００８４】
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。
【００８５】
位相変調器４０４ａ，４０４ｂから出力された信号光は、接続導波路４０５ａ，４０５ｂを経て光合流回路４０６において合流される。光合流回路４０６の光合流比は、２：１となるように設定されており、その接続方法は、接続導波路４０５ａから入射した信号光強度の２／３（電界では√（２／３））が、また接続導波路４０５ｂから入射した信号光強度の１／３（電界では√（１／３））が、出力導波路４０７から出力されるように接続されている。
【００８６】
その結果、入力導波路４０１から光分岐回路４０２、接続導波路４０３ａ、位相変調器４０４ａ、接続導波路４０５ａ、光合流回路４０６という第１の経路を経た信号光の電界は、入力導波路４０１に入射した信号光と比較して、√（２／３）×√（２／３）＝２／３となる。
【００８７】
一方、入力導波路４０１から光分岐回路４０２、接続導波路４０３ｂ、位相変調器４０４ｂ、接続導波路４０５ｂ、光合流回路４０６という第２の経路を経た信号光の電界は、√（１／３）×√（１／３）＝１／３となるため、光合流回路４０６から出力される信号光は、第１の経路を経由した信号光の電界振幅と、第２の経路を経由した信号光の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち強度差が６ｄＢとなる。
【００８８】
このとき、位相変調器４０４ａを含む第１の経路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を含む第２の経路から出力された信号光の電界のトレースは、出力導波路４０７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となる。
【００８９】
このため、図１に示した第１の実施例に係る光変調器と同様に、出力導波路４０７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●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もちいることにより、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。
【００９０】
ここで、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂ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４０３ａ又は接続導波路４０３ｂから接続導波路４０５ａ又は接続導波路４０５ｂ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、上述した第１の経路と第２の経路の間に光路長差が発生し、位相変調器４０４ａ及び位相変調器４０４ｂをそれぞれを経由した信号光が光合流回路４０６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。
【００９１】
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４０８ａ，４０８ｂ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。
【００９２】
すなわち、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂ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）のように１６個の●が格子状に並ばずに傾いてしまう可能性がある。
【００９３】
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４０８ａもしくは位相調整領域４０８ｂのどちらか、又は位相調整領域４０８ａ及び位相調整領域４０８ｂ両方により光合流回路４０６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。
【００９４】
すなわち、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にも、本実施例に係る光変調器の構成によれば安定して多値変調動作を行うことが可能となる。
【００９５】
位相調整領域４０８ａ，４０８ｂにおける位相の調整法は、図５（ｂ）に示した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も、１６個の●は同様に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。
【００９６】
位相調整領域４０８ａ及び位相調整領域４０８ｂ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発明の効果は実現可能である。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。
【００９７】
以上説明してきたように、本実施例に係る光変調器の構成により、素子作成上の作製誤差が生じた場合においても、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で、なおかつ従来の直交変調器で本質的に生じていた３ｄＢの原理損失の生じない低損失な光多値変調用の変調器を実現する事が可能となる。
【００９８】
本実施例では、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。
【００９９】
例えば、位相変調器４０４ｂに接続された位相調整領域４０８ｂでは位相変化が生じない状態で使用し、位相変調器４０４ａに接続された位相調整領域４０８ａにおいて、光合流手段４０６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４０８ｂは原理上必要ではない。つまり、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４０８ａ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。
【０１００】
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ことも指摘しておく。
【０１０１】
本実施例では、信号光の伝搬方向に対し、位相変調手段、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、まった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。
【０１０２】
本実施例に係る光変調器における光分岐回路４０２、及び光合流回路４０６についても、第１の実施例に係る光変調器の場合と同様に、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。
【０１０３】
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及び材質に関しては、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、言い換えれば電圧印加、電流注入、加熱、冷却、光照射その他、外部制御により屈折率が可変できる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上述したような効果が期待できる。
【０１０４】
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が期待できる。
【実施例３】
【０１０５】
以下、本発明に係る光変調器の第３の実施例について説明する。
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、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、６０５ａ，６０５ｂは接続導波路、６０６は光合流回路、６０７は出力導波路、６０８ａ，６０８ｂは位相調整領域、６０９ａ，６０９ｂは光強度調整手段である電界吸収領域をそれぞれ示している。
【０１０６】
本実施例に係る光変調器の動作原理は、光強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ，６０９ｂの動作に関する点を除けば、図４に示した第２の実施例に係る光変調器と同様であり、入力導波路６０１、光分岐回路６０２、接続導波路６０３ａ，６０３ｂ、位相変調器６０４ａ，６０４ｂ、接続導波路６０５ａ，６０５ｂ、光合流回路６０６、出力導波路６０７、位相調整領域６０８ａ，６０８ｂを、それぞれ入力導波路４０１、光分岐回路４０２、接続導波路４０３ａ，４０３ｂ、位相変調器４０４ａ，４０４ｂ、接続導波路４０５ａ，４０５ｂ、光合流回路４０６、出力導波路４０７、位相調整領域４０８ａ，４０８ｂ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。
【０１０７】
本実施例に係る光変調器の構成では、第２の実施例に係る光変調器の構成に加え、マッハツェンダー干渉計を構成する両アームに強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ，６０９ｂが配置されている。その働きは、作製誤差等による光分岐手段である光分岐回路６０２又は光合流手段である光合流回路６０６の分岐比、合流比のばらつきや、接続導波路６０３ａ，６０３ｂ、位相変調器６０４ａ，６０４ｂ、位相調整領域６０８ａ，６０８ｂにおける損失のばらつきにより、入力導波路６０１から光分岐回路６０２、接続導波路６０３ａ、位相変調器６０４ａ、位相調整領域６０８ａ、強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ、接続導波路６０５ａ、光合流回路６０６という第１の経路を経た信号光と、入力導波路６０１から光分岐回路６０２、接続導波路６０３ｂ、位相変調器６０４ｂ、位相調整領域６０８ｂ、強度調整手段である電界吸収領域６０９ｂ、接続導波路６０５ｂ、光合流回路６０６という第２の経路を経由した信号光の電界振幅の差が３ｄＢ、すなわち強度差が６ｄＢからずれてしまった場合でも、強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ，又は電界吸収領域８０９ｂにより強度調整することにより、所望の強度差６ｄＢに設定することを可能にするものである。
【０１０８】
したがって、本実施例に係る光変調器の構成により、第１又は第２の実施例に係る光変調器の特徴である、構成が簡単で低コスト、かつ制御が容易で、なおかつ従来の直交変調器で本質的に生じていた３ｄＢの原理損失の生じない低損失という効果を維持したまま、作製トレランスを拡大することが可能となる。
【０１０９】
さらに、若干の過剰損失を許容すれば、光分岐回路６０２又は光合流回路６０６のうちどちらかのみが非対称な光分岐比又は光合流比、他方が対称な光分岐比又は光合流比を有するような構成を用いた場合でも、強度調整手段である電界吸収領域６０９ａ又は電界吸収領域６０９ｂにより強度調整することにより、所望の強度差６ｄＢに設定することが可能となるため、所望の動作を実現することが可能である。
【０１１０】
本実施例では、信号光の伝搬方向に対し、位相変調手段、位相調整領域、強度調整手段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。
【０１１１】
本実施例では、全ての位相変調手段である位相変調器６０４ａ，６０４ｂに位相調整領域６０８ａ，６０８ｂが接続された場合について説明したが、第２の実施例において説明したように、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。
【０１１２】
例えば、位相変調器６０４ｂに接続された位相調整領域６０８ｂでは位相変化が生じない状態で使用し、位相変調器６０４ａに接続された位相調整領域６０８ａにおいて、光合流手段６０６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６０８ｂは原理上必要ではない。つまり、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６０８ａ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。
【０１１３】
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６０８ａ，６０８ｂ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ことも、第２の実施例に係る光変調器の場合と同様である。
【０１１４】
本実施例に係る光変調器で用いる光分岐回路６０２及び光合流回路６０６についても、第１及び第２の実施例に係る光変調器の場合と同様に、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ことは自明である。
【０１１５】
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及び材質に関しては、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、言い換えれば電圧印加、電流注入、加熱、冷却、光照射、その他、外部制御により屈折率が可変できる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上述したような効果が期待できる。
【０１１６】
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構成をとることにより同様な効果が期待できる。
【実施例４】
【０１１７】
以下、本発明に係る光変調器の第４の実施例について説明する。
本実施例に係る光変調器は、図４に示した第２の実施例に係る光変調器において、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。
【０１１８】
図７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７中、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は接続導波路、７０６は光合流回路、７０７は出力導波路、７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃは位相調整領域、７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃは光強度調整手段である電界吸収領域をそれぞれ示している。
【０１１９】
本実施例では、光分岐手段７０２の分岐比は非対称で、接続導波路７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃへの分岐比はそれぞれ４：２：１となるように設定される。また、光合流手段７０６の合流比は非対称で、接続導波路７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃからの合流比はそれぞれ４：２：１となるように設定される。
【０１２０】
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７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ、強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ、位相調整領域７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃが、アーム１本分、すなわち各１つずつ多い点を除けば、図６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様であり、図６における入力導波路６０１、光分岐回路６０２、接続導波路６０３ａ，６０３ｂ、位相変調器６０４ａ，６０４ｂ、接続導波路６０５ａ，６０５ｂ、光合流回路６０６、出力導波路６０７、位相調整領域６０８ａ，６０８ｂ、電界吸収領域６０９ａ，６０９ｂを、それぞれ入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ、位相変調器７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ、接続導波路７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ、光合流回路７０６、出力導波路７０７、位相調整領域７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ、電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃと読み替えることにより、その動作を理解することが可能である。
【０１２１】
すなわち、第１〜３の実施例同様、最大振幅が半波長電圧Ｖπの１．５倍なる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、位相調整領域７０８ａ、電界吸収領域７０９ａ、接続導波路７０５ａ、光合流回路７０６、出力導波路７０７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６に示した第３の実施例に係る光変調器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。
【０１２２】
光分岐回路７０２の分岐比は４：２：１であるため、第１の経路に分岐される比率と、入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、位相調整領域７０８ｂ、電界吸収領域７０９ｂ、接続導波路７０５ｂ、光合流回路７０６、出力導波路７０７を経由する第２の経路に分岐される比率は、４：２＝２：１となり、図６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様となっている。
【０１２３】
また、光合流回路７０６の合流比も４：２：１であるため、第１の経路及び第２の経路からの合流比も４：２＝２：１となり、図６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様となっているため、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は、強度差６ｄＢで出力導波路７０７に出録されることになる。
【０１２４】
したがって、第１の経路で出力される信号光と、第２の経路で出力される信号光が足し合わされたときのコンスタレーションは、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領域７０８ａ又は位相調整領域７０８ｂ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）の◎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６に示した第３の実施例に係る光変調器と同様である。
【０１２５】
本実施例では、ここにさらに入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、位相調整領域７０８ｃ、電界吸収領域７０９ｃ、接続導波路７０５ｃ、光合流回路７０６、出力導波路７０７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。
【０１２６】
接続導波路７０３ｃ、位相変調器７０４ｃ、位相調整領域７０８ｃ、電界吸収領域７０９ｃ、接続導波路７０５ｃの働きは接続導波路７０３ａ、位相変調器７０４ａ、位相調整領域７０８ａ、電界吸収領域７０９ａ、接続導波路７０５ａ及び接続導波路７０３ｂ、位相変調器７０４ｂ、位相調整領域７０８ｂ、電界吸収領域７０９ｂ、接続導波路７０５ｂ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ある半径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。
【０１２７】
ここで、光分岐回路７０２の分岐比は４：２：１であるため、第１の経路に分岐される比率と、第３の経路に分岐される比率は４：１となり、また、光合流回路７０６の合流比も４：２：１であるため、第１の経路及び第３の経路からの合流比も４：１となるため、第３の経路を経由した信号光は、第１の経路を経由した信号光と比較して１／１６、すなわち強度差１２ｄＢで出力導波路７０７に出力されることになる。
【０１２８】
したがって、第３の経路を経由した信号光のコンスタレーションの半径ｒ３は、強度差１２ｄＢに対応する電界で６ｄＢダウン、すなわちｒ１の１／４となることが理解できる。さらに、位相調整領域７０８ｃ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ことにより、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）の●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の編集上に配置された６４個の点で示されることが理解できる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
なお、本実施例では、マッハツェンダー干渉計の各アームに光強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃが配置されているため、光分岐手段である光分岐回路７０２並びに光合流手段である光合流回路７０６の分岐比及び合流比が、作製誤差等により設定からずれてしまった場合や、マッハツェンダー干渉計のアームの伝搬損失差により、各アームを伝搬する信号光の強度差が所定の比からずれてしまった場合に、強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃにより強度比を所望の値に設定することが可能であるため、作製トレランスの高いＱＡＭ変調器を提供することが可能となる。なお、理想的に作製できている場合には、光強度調整手段である電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃは原理的には必要ないことは第１〜第３の実施例に係る光変調器の場合と同様である。
【０１３２】
本実施例では、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。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）となるように光分岐回路７０２の分岐比及び光合流回路７０６の合流比が設定されていればよい。
【０１３３】
すなわち、分岐比及び合流比を、２n-1：２n-2：・・・：１となるように設定すれば、出力導波路７０７に出力される信号光の強度比は、（２n-1）2：（２n-2）2：・・・：（１）2となり、ｋ番目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となる。
【０１３４】
このような状況の下、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７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ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。
【０１３５】
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７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ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、光分岐手段である光分岐回路７０２並びに光合流手段である光合流回路７０６の光強度で定義した分岐比及び合流比を、２n-1：２n-2：・・・：１のように設定し、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７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ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。
【０１３６】
本実施例では、強度調整手段として、位相変調手段である位相変調器７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃに接続された電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃを用いた場合について説明したが、強度変調手段は電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ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く、さらに、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。
【０１３７】
本実施例に係る光変調器の構成を用いれば、アーム数が２の場合と同様な議論により、直交変調器を用いた場合に本質的に生じていた３ｄＢの過剰損失が発生しないことは容易に理解できる。
【０１３８】
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。また、光合流回路７０７についても、同様である。
【実施例５】
【０１３９】
以下、本発明に係る光変調器の第５の実施例について説明する。
図９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９中、９０１は入力導波路、９０２は光分岐回路、９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃは接続導波路、９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃは位相変調器、９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃは接続導波路、９０６は光合流回路、９０７は出力導波路、９０８ａ，９０８ｂ，９０８ｃは位相調整領域、９０９ａ，９０９ｂ，９０９ｃは光強度調整手段である電界吸収領域をそれぞれ示している。
【０１４０】
本実施例に係る光変調器の構成においては、光分岐回路９０２が、光分岐回路９１０及び光分岐回路９１１の多段接続により構成されており、また、光合流回路９０６が、光分岐回路９１２及び光分岐回路９１３の多段接続により構成されていることを除けば、図７に示した第４の実施例に係る光変調器と同様である。
【０１４１】
したがって、本実施例に係る光変調器の構成の動作原理は、図７に示した第４の実施例に係光変調器と同様であり、図７における入力導波路７０１、光分岐回路７０２、接続導波路７０３ａ，７０３ｂ，７０３ｃ、位相変調器７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ、接続導波路７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ、光合流回路７０６、出力導波路７０７、位相調整領域７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ、電界吸収領域７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃを、それぞれ入力導波路９０１、光分岐回路９０２、接続導波路９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ、位相変調器９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ、接続導波路９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ、光合流回路９０６、出力導波路９０７、位相調整領域９０８ａ，９０８ｂ，９０８ｃ、電界吸収領域９０９ａ，９０９ｂ，９０９ｃと読み替えることにより、その動作を理解することが可能である。
【０１４２】
本実施例では、光分岐手段である光分岐回路９０２における、接続導波路９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃへの分岐比が４：２：１となるように、また、光合流手段である光合流回路９０６における、接続導波路９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃからの合流比が、４：２：１となるように設定するため、光分岐回路９１０及び光分岐回路９１１の分岐比は、それぞれ４：３、２：１となるように設定されており、また、光分岐回路９１２及び光分岐回路９１３の合流比も、それぞれ４：３、２：１となるように設定されている。
【０１４３】
これは、１入力３出力の光分岐手段を、１入力２出力の光分岐手段の２段接続で構成した場合、１段目の光分岐手段の分岐比は、２3-1：（２2-1＋２1-1）＝４：３、２段目の光分岐手段の分岐比は、２2-1：２1-1＝２：１と表すことができ、マッハツェンダー干渉計のアーム数がｎ（ｎ≧２）の場合について一般化すると、入力導波路９０１側から数えてｉ段目の分岐比が下記式（１）となるように設定し、（ｉ＋１）段目の光分岐手段を分岐比が下記式（２）側の導波路に接続すればよいことになる。
【０１４４】
【数１】
【数２】
【０１４５】
光合流手段についても同様に、出力導波路９０７に近い順にｉ段目とすると、ｉ段目の合流比が上記式（１）となるように設定し、（ｉ＋１）段目の光合流手段を合流比が上記式（２）側の導波路に接続すればよい。
【０１４６】
本実施例に係る光変調器の構成を用いた場合も、直交変調器を用いた場合に本質的に生じていた３ｄＢの過剰損失が発生しないことはいうまでもない。
本実施例に係る光変調器で用いる光分岐回路及び光合流回路については、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。
【０１４７】
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及び材質に関しては、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構成をとることにより、上述したような効果が期待できる。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が期待できる。
【実施例６】
【０１４８】
以下、本発明に係る光変調器の第６の実施例について説明する。
本実施例に係る光変調器は、図９に示した第５の実施例に係る光変調器における光分岐回路９０２の構成の例を示している。本実施例に係る光変調器の構成では、作製が容易な分岐比１：１の対称光分岐回路を用いながら、過剰損失が従来の直交変調器を用いた場合よりも小さくなる構成を示す。
【０１４９】
図１０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１０中、１００１は入力導波路、１００２，１００３，１００４は分岐比１：１の対称光分岐回路、１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃ，１００５ｄは対称光分岐回路１００２，１００３，１００４の出力導波路をそれぞれ示している。
今、入力導波路１００１から入射した信号光は、分岐比１：１の対称分岐回路１００２で２分岐され、１／２のパワーが出力導波路１００５ａへ、残りの１／２のパワーが２段目の分岐回路１００３に入射する。
【０１５０】
２段目の分岐回路１００３も対称分岐回路なので、信号光はさらに２分岐され、結果として１／２×１／２＝１／４のパワーが出力導波路１００５ｂへ、残りの１／２×１／２＝１／４のパワーが３段目の分岐回路１００４に入射する。
３段目の分岐回路１００４も対称分岐回路なので、信号光はさらに２分岐され、結果として１／４×１／２＝１／８のパワーが出力導波路１００５ｃへ、残りの１／４×１／２＝１／８のパワーが出力導波路１００５ｄへ導かれる。
【０１５１】
今、出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃ，１００５ｄのうち、出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃのみに注目すると、その分岐比は１／２：１／４：１／８＝４：２：１となっていることがわかる。したがって、出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃのみを使用し、出力導波路１００５ｄから出力される信号光を損失分として取り扱うと、図１０に示した本実施例に係る光変調器の構成は、図７に示した第４の実施例に係る光変調器における光分岐回路７０２、及び図９に示した第５の実施例に係る光変調器における光分岐回路９０２として使用可能な非対称分岐比を有する光分岐手段として使用できることがわかる。
【０１５２】
図１０に示した本実施例に係る光変調器の構成における光分岐手段は、左右反転することによりそのまま光合流手段として使用可能であるため、図９に示した第５の実施例に係る光変調器における光合流回路９０６として使用可能であることはいうまでもない。
【０１５３】
ここで、図１０に示した本実施例に係る光変調器の構成を用いた場合の過剰損失について議論する。
光分岐手段において出力導波路１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃに出力されるパワーの合計は、１／２＋１／４＋１／８＝７／８となる。一方、本構成を光合流手段として使用した場合、いわゆる光線逆行の定理により分岐の場合と同様に最大で７／８となる。これは、３本の導波路から同位相で信号光が入射した際に成り立つ。このときの変調器トータルの透過パワーは、７／８×７／８＝４９／６４となり、過剰損失は約１．２ｄＢとなるため、従来の直交変調器を用いた場合の過剰損失３ｄＢと比較して１．８ｄＢも低損失化が図れることがわかる。
【０１５４】
以上説明したように、光分岐手段もしくは光合流手段の一方、又は光分岐手段及び光合流手段の両方を、対称光分岐回路又は対称光合流回路の多段接続で構成し、出力ポート又は入力ポートのうち１つを使用しない構成を用いた場合でも、従来の直交変調器を用いた構成に比べ、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提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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に利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１５６】
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 接続導波路
１０６ 光合流回路
１０７ 出力導波路
３０１ａ，３０１ｂ 入力導波路
３０２ 多モード干渉領域
３０３ａ，３０３ｂ 分岐出力用導波路
３０４ 入力導波路
３０５ 対称光分岐回路
３０６ 接続導波路
３０７ 位相調整領域
３０８ 対称合分器回路
３０９，３１０ 分岐出力用導波路
３１１ 入力導波路
３１２，３１３ 対称光分岐回路
３１４，３１５ 分岐出力用導波路
３１６ 導波路
４０１ 入力導波路
４０２ 非対称な分岐比を有する光分岐手段である光分岐回路
４０３ａ，４０３ｂ 接続導波路
４０４ａ，４０４ｂ 位相変調器
４０５ａ，４０５ｂ 接続導波路
４０６ 光合流回路
４０７ 出力導波路
４０８ａ，４０８ｂ 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
６０５ａ，６０５ｂ 接続導波路
６０６ 光合流回路
６０７ 出力導波路
６０８ａ，６０８ｂ 位相調整領域
６０９ａ，６０９ｂ 電界吸収領域
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 接続導波路
７０６ 光合流回路
７０７ 出力導波路
７０８ａ，７０８ｂ，７０８ｃ 位相調整領域
７０９ａ，７０９ｂ，７０９ｃ 電界吸収領域
９０１ 入力導波路
９０２ 光分岐回路
９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ 接続導波路
９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ 位相変調器
９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ 接続導波路
９０６ 光合流回路
９０７ 出力導波路
９０８ａ，９０８ｂ，９０８ｃ 位相調整領域
９０９ａ，９０９ｂ，９０９ｃ 電界吸収領域
９１０，９１１ 光分岐回路
９１２，９１３ 光合流回路
１００１ 入力導波路
１００２，１００３，１００４ 対称光分岐回路
１００５ａ，１００５ｂ，１００５ｃ，１００５ｄ 出力導波路
１１０１ 入力導波路
１１０２ 光分岐回路
１１０３ａ，１１０３ｂ 接続導波路
１１０４ａ，１１０４ｂ 光分岐回路
１１０５ａ，１１０５ｂ，１１０５ｃ，１１０５ｄ 位相変調器
１１０６ａ，１１０６ｂ 光合流回路
１１０７ａ，１１０７ｂ 位相調整領域
１１０８ 光合流回路
１１０９ 出力導波路
１１１０ａ，１１１０ｂ 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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
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伝搬光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
前記少なくとも２つの位相変調手段からの出力を合流させる光合流手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記少なくとも２つの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互いに異なるように設定される
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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
分岐された信号光を合流する光合流手段と、
マッハツェンダー干渉計を構成する前記光分岐手段と前記光合流手段を結ぶ少なくとも２本の導波路と、
前記少なくとも２本の導波路にそれぞれ位相変調手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記位相変調手段を通過し、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信号光の伝搬経路に応じて互いに異なるように設定される
ことを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記出力側に導かれる信号光の強度が互いに１／４倍ずつ異なる
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】
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、
入射信号光を２：１の分岐比により２分岐する光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて伝搬光の位相を変調する２つの位相変調手段と、
前記２つの位相変調手段からの出力を２：１の合流比により合流させる光合流手段と
を備え、
前記２つの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４：１となるように前記光分岐手段と前記光合流手段が接続される
ことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振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から請求項４項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、前記少なくとも２つの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が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５項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振光の強度を調整する強度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６のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記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７に記載の光変調器。
【請求項９】
前記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７に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記光分岐手段が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９のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記光合流手段が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１０のいずれか１項に記載の光変調器。
【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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
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伝搬光の位相を変調する少なくとも２つの位相変調手段と、
前記少なくとも２つの位相変調手段からの出力を合流させる光合流手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記少なくとも２つの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互いに異なるように設定される
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、
入射信号光を分岐する光分岐手段と、
分岐された信号光を合流する光合流手段と、
マッハツェンダー干渉計を構成する前記光分岐手段と前記光合流手段を結ぶ少なくとも２本の導波路と、
前記少なくとも２本の導波路にそれぞれ位相変調手段と
を備え、
さらに、前記光分岐手段と前記光合流手段のうち少なくとも一方が非対称な分岐比又は合流比を有し、
前記位相変調手段を通過し、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信号光の伝搬経路に応じて互いに異なるように設定される
ことを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記出力側に導かれる信号光の強度が互いに１／４倍ずつ異なる
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】
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、
入射信号光を２：１の分岐比により２分岐する光分岐手段と、
前記第１の光分岐手段の出力側に接続され、前記電気信号に応じて伝搬光の位相を変調する２つの位相変調手段と、
前記２つの位相変調手段からの出力を２：１の合流比により合流させる光合流手段と
を備え、
前記２つの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４：１となるように前記光分岐手段と前記光合流手段が接続される
ことを特徴とする光変調器。
【請求項５】
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振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から請求項４項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、前記少なくとも２つの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が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５項のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記少なくとも２つの位相変調手段の全て、又は前記少なくとも２つの位相変調手段のうち１つの位相変調手段を除いた残りの位相変調手段に、伝搬するレーザ発振光の強度を調整する強度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６のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記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７に記載の光変調器。
【請求項９】
前記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７に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記光分岐手段が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９のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記光合流手段が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１０のいずれか１項に記載の光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１５５２３８（Ｐ２０１２−１５５２３８Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９６５（Ｐ２０１１−１５９６５）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【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８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【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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