光変調器
【課題】本発明の目的は、変調多値数の異なる複数の変調フォーマットを柔軟に切換えることのできる光変調器を提供することである。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の光変調器は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２値位相変調手段と、可変光分岐手段又は可変光結合手段を有し、Ｍ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の前記２値位相変調手段の各々ついて、その入力ポートと前記メイン入力ポートとを結ぶ光路、もしくはその出力ポートと前記メイン出力ポートを結ぶ光路のいずれかもしくは両方を、前記可変光分岐手段又は可変光結合手段を使用して必要に応じて遮断し、また、必要に応じて開通させることにより、出力光信号の変調多値数を２N-Mから２Nの間で切換える機能を有すること特徴とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の光変調器は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２値位相変調手段と、可変光分岐手段又は可変光結合手段を有し、Ｍ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の前記２値位相変調手段の各々ついて、その入力ポートと前記メイン入力ポートとを結ぶ光路、もしくはその出力ポートと前記メイン出力ポートを結ぶ光路のいずれかもしくは両方を、前記可変光分岐手段又は可変光結合手段を使用して必要に応じて遮断し、また、必要に応じて開通させることにより、出力光信号の変調多値数を２N-Mから２Nの間で切換える機能を有すること特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに応用可能な光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムにおける、帯域利用効率の向上に向け、無線通信分野で使用されるような多値変調方式を光通信へ導入する検討が盛んに行われている。代表的な多値変調方式として、ｎ値位相シフト変調（ｎ−ｌｅｖｅｌ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ｎＰＳＫ）、ｎ値強度・位相シフト変調（ｎ−ｌｅｖｅｌ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ａｎｄ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ｎＡＰＳＫ），ｎ値直交振幅変調（ｎ−ｌｅｖｅｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ｎＱＡＭ）方式が挙げられる。
【０００３】
このような、多値変調信号を生成する手段の１つとして、複数の２値ＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ−ＰＳＫ：ＢＰＳＫ）光信号を干渉させ、多値光信号を合成する手法が知られている。図１に、４値変調である直交位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）信号を生成するための良く知られた変調器構成１００を示す（従来技術１）。図１において、変調器１００は、光強度分岐比及び結合比１：１（０．５：０．５）のＹ字型の光分岐及び結合手段１３１、１３２を有し、それらで構成されるマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）回路の各アームにそれぞれＢＰＳＫ変調手段１１１および１１２が配置され、さらに片方のアームにπ／２の位相変化を与える位相シフタ１２１が設けられている。このとき、メイン入力ポート１０１への入力光電場をＥin、メイン出力ポート１０２からの出力光電場をＥout（いずれも複素数表現）とすると、変調器の伝達関数Ｔは、以下の式で表現することができる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
ここでｒ1、ｒ2は、それぞれ、光分岐及び結合手段１３１、１３２の光強度分岐及び結合比であり、本実施形態では、ｒ1＝ｒ2＝０．５である。ｂ1、ｂ2は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１１１、１１２の伝達関数であり、シンボル点（時間軸上でのシンボルの中心タイミング）においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。なお、本明細書では、モデル簡易化のため、光分岐手段、結合手段、ＢＰＳＫ変調手段およびそれらをつなぐ光導波路は、全て過剰損失ゼロの理想的な場合を仮定する。
【０００６】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＴの右辺第１項０．５ｂ1、第２項０．５ｊｂ2およびＴのシンボル点における値を複素平面上に表した複素平面プロット２００、２１０、２２０である。同図中の［ｄ1ｄ2］は、各点に対するバイナリデータのマッピングを表している。データビット値は、シンボル点における各ＢＰＳＫ変調手段の伝達関数の値と１対１で関連付けられる。ここでは、ｂn＝＋１のときｄn＝０、ｂn＝−１のときｄn＝１とした。図２（ａ）に対応する数式１のＴの右辺第１項は、ｂ2に依存しないため、２ビット目のデータはｘ（任意値）としてある。図２（ｂ）についても、同様である。連続光Ｅin＝１を入力すると、Ｅout＝Ｔであるため、図２（ｃ）は、そのまま、出力信号ダイアグラムに相当する。ｂ1およびｂ2が、それぞれＩ相（実部）およびＱ相（虚部）の正負に対応するＱＰＳＫ信号が得られることがわかる。なお、ＢＰＳＫ変調手段としては両アームに高速位相変調手段を有するＭＺ回路（以下、単に「ＭＺ変調回路」）を使用することが最も一般的である。このため一般的な、ＱＰＳＫ変調器は、図１の光分岐及び結合手段１３１、１３２で構成されるＭＺ回路の各アームにＢＰＳＫ変調手段であるＭＺ変調回路が埋め込まれた形となり、しばしば、ネスト型ＭＺ変調器とも呼ばれる。
【０００７】
非特許文献１では、さらに複雑な構成を使用したＱＡＭ変調器が報告されている。同文献では光強度分岐比及び結合比４：２：１の光分岐及び結合手段を使用したＱＰＳＫ変調回路を３回路並列に接続することにより、６４ＱＡＭ変調器を構成している。さらに、光強度分岐比及び結合比２N-1：２N-2：・・・：１の光分岐及び結合手段を使用したＮ個のＱＰＳＫ変調回路を並列接続すれば４NＱＡＭ変調器を構成できることが記述されている。
【０００８】
図３に、同記述を応用した１６ＱＡＭ変調器の構成３００を示す（従来技術２）。本構成では、分岐比及び結合比２：１（０．６７：０．３３）のＹ字型の光分岐及び結合手段３３５、３３６で構成されるＭＺ回路の各アームに、従来技術１と同構成のＱＰＳＫ変調手段３４１、３４２が配置され、ＱＰＳＫ変調手段３４２の後段に位相シフタ３２３が配置されている。位相シフタ３２３の位相シフト量はπ／２の整数倍であればよいが、ここではモデル簡易化のため位相シフト量をゼロとして議論を進める。メイン入力ポート３０１からメイン出力ポート３０２への伝達関数Ｔは、以下の通りとなる。
【０００９】
【数２】
【００１０】
ここで、Ｔ1、Ｔ2は、それぞれＱＰＳＫ変調手段３４１、３４２の伝達関数である。ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段３１１、３１２、３１３、３１４の伝達関数であり、シンボル点においては＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1、ｒ2は、それぞれ光分岐及び結合手段３３５、３３６の光強度分岐及び結合比であり、本実施形態では、ｒ1＝ｒ2＝０．６７である。
【００１１】
図４は、数式２の右辺各項および伝達関数Ｔのシンボル点における値を複素平面上に表した複素平面プロット４００、４１０、４２０である。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は各点に対するバイナリデータのマッピングを表しており、ｂn＝＋１のときｄn＝０、ｂn＝−１のときｄn＝１である。Ｔ1とＴ2を電界振幅比２：１（０．３３：０．１７）で足し合わせることで、Ｔ1に対応する４点の各々がＴ2の値に応じて４点に分裂し、１６ＱＡＭの信号ダイアグラムが得られることがわかる。
【００１２】
図５に、非特許文献２のＦｉｇ．１５（ｂ）に示される８ＡＰＳＫ変調器の構成に、若干の修正と非特許文献１のアイディアを加えた実施形態５００を示す（従来技術３）。本実施形態において、２ＡＰＳＫ変調手段５４１と、ＱＰＳＫ変調手段５４２が直列に接続されている。２ＡＰＳＫ変調手段５４１は、分岐比及び結合比１−ｒ：ｒのＹ字型の光分岐及び結合手段５３１、５３２を有し、それらで構成されるＭＺ回路の一方のアームのみにＢＰＳＫ変調手段５１１、および位相変化−π／４を与える位相シフタ５２１が配置されており、他方のアームは直線導波路となっている。本従来技術においては、
【００１３】
【数３】
【００１４】
である。２ＡＰＳＫ変調手段５４１の伝達関数Ｔ1、ＱＰＳＫ変調手段５４２の伝達関数Ｔ2および変調器全体の伝達関数Ｔは、それぞれ以下の式で表現できる。
【００１５】
【数４】
【００１６】
ここで、ｂ1、ｂ2、ｂ3は、それぞれＢＰＳＫ変調手段５１１、５１２、５１３の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１、または−１のいずれかの値をとる。
【００１７】
図６は、数式３のＴ1、Ｔ2およびＴのシンボル点における値を複素平面上に表した複素平面プロット６００、６１０、６２０である。同図中の同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3］は各点に対するバイナリデータのマッピングを表しており、ｂn＝＋１のときｄn＝０、ｂn＝−１のときｄn＝１である。Ｔ1は、原点から実軸正方向へ１−ｒだけシフトした点を基点に、角度−π／４又は＋π・３／４［ｒａｄ］方向へそれぞれｒだけシフトした２値をとる。原点から見たときの位相角は、それぞれ−π／１２、＋π／６であり、動径はそれぞれ
【００１８】
【数５】
【００１９】
なので、Ｔ1のとる２値は相対位相π／４、電界強度比
【００２０】
【数６】
【００２１】
の変則的な２ＡＰＳＫの信号ダイアグラムに相当する。一方Ｔ2は、数式２からも明らかな通り、動径
【００２２】
【数７】
【００２３】
のＱＰＳＫの信号ダイアグラムに相当する４値をとる。このため、Ｔ＝Ｔ2・Ｔ1のとる８値を複素平面上にプロットすると、外側ＱＰＳＫ信号点（図中［１００］、［１１０］、［１１１］、［１０１］）と内側ＱＰＳＫ信号点（図中［０００］、［０１０］、［０１１］、［００１］）が互いに位相角π／４だけオフセットして配置され、外側ＱＰＳＫと内側ＱＰＳＫの電界強度比は、
【００２４】
【数８】
【００２５】
であるような信号ダイアグラムが得られる。外側ＱＰＳＫの１点とそれに近接する内側ＱＰＳＫの２点、例えば［１００］、［００１］、［０００］の３点が正三角形をなしていることが特徴である。この変調方式は、例えば非特許文献３などで使用されているように８ＱＡＭと呼ばれることも多いが、本明細書では非特許文献２に倣い８ＡＰＳＫの呼称を採用する。
【００２６】
なお、非特許文献２のＦｉｇ．１５（ｂ）では、２ＡＰＳＫ変調手段におけるアーム間の光電界振幅比として２：１（光強度比が１：１／４、従って電界振幅比が１：１／２＝２：１）が記載されているが、これは本実施形態に示した理想値
【００２７】
【数９】
【００２８】
を整数で近似した値と考えられる。また、同文献では、電界振幅比２：１（理想的には
【００２９】
【数１０】
【００３０】
）を得るための具体的な回路構成についても記載されていないが、同文献Ｆｉｇ．５（ｂ）から単純に類推して６ｄＢ光減衰器を使用すると、減衰させた分の光過剰損失が生じてしまう。本実施形態では、ここへ、非特許文献１のアイディアを応用し、光強度分岐比及び結合比
【００３１】
【数１１】
【００３２】
の光分岐及び光結合手段を使用することにより、光減衰器を使用する場合に比較して光過剰損失を低減している。
【００３３】
このように、Ｎ個のＢＰＳＫ変調手段の組合せにより２N値変調を行うことができる。
なお、上記に挙げた従来技術ではいずれも、ＢＰＳＫ変調手段としては両アームに高速位相変調手段を有するＭＺ回路（以下、単に「ＭＺ変調回路」）を使用している。非特許文献２で詳しく論じられている通り、ＭＺ変調回路のプッシュプル駆動によりＢＰＳＫ変調を行うことにより、駆動電気信号のノイズや歪みに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑え、高品質な光信号を得ることができるというメリットがある。このことを図７の実施形態を使用して説明する。図左に示すように、両アームに位相変調器を有するＭＺ変調回路において、予め各アームにバイアス電極を使用して光位相シフト量＋π／２、−π／２を付与しておき、位相変調器の一方を駆動電気信号Ｖ（ｔ）／２、他方をその反転信号−Ｖ（ｔ）／２で駆動する。このときＭＺ変調回路の伝達関数は、半波長電圧（アーム間位相差をπ変化させるのに必要な電圧）をＶπとすると、
【００３４】
【数１２】
【００３５】
となり、駆動電圧に対する出力光電界の変化は図右に示すようなｓｉｎ関数となる。電圧振幅２Ｖπ（シンボル点においてＶ（ｔ）＝±Ｖπ）で駆動すれば、シンボル点近傍において駆動電圧に対する出力光電界の変化率が小さくなるため、駆動電気信号のノイズや歪みが出力光信号に与える影響を抑圧することができる。また、光位相はＶ（ｔ）＞０のときπ（伝達関数が負の実数）、Ｖ（ｔ）＜０のときゼロ（伝達関数が正の実数）の二値のみをとるため、シンボル間の遷移領域におけるチャープ（光位相の連続的な変化）が生じないというよく知られたメリットもある。なお、図７の位相変調電極等の配置はあくまで一例であり、使用する光導波路基板の種類によっては中心電極型（両アームの中央に信号電極を配置）などのバリエーションがあるが、両アームに反対符号の位相変調をかける構成（プッシュプル構成）で、かつ上式のＶ（ｔ）にあたる値の振幅が２Ｖπである場合は全て同様のメリットを得ることができる。
【００３６】
さて、一般に、変調多値数を大きくするほど帯域利用効率は向上するが、信号空間において信号点間の距離が縮まるため、受信感度は低下する。このため、利用可能な変調多値数の上限（帯域利用効率の上限）は伝送路状況に依存する。近年無線通信においては、伝送路の状況に応じて変調多値数を最適に切換える適応変調技術が実用化され、データ通信の高速化・高品質化に貢献している。
【００３７】
このような技術を光伝送に導入する検討も進められている。例えば、非特許文献６では、リングネットワーク等においてノード間距離に応じて柔軟に光帯域割り当てを行い、割り当てられた帯域に応じて変調多値数を切り換えることで、全体としてより効率よく光帯域資源を利用する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３８】
【非特許文献１】H. Yamazaki, T. Yamada, T. Goh, Y. Sakamaki, and A. Kaneko, ‘‘64QAM Modulator With a Hybrid Configuration of Silica PLCs and LiNbO3 Phase Modulators,’’ IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 22, No. 5, pp. 344-346, 2010.
【非特許文献２】N. Kikuchi, ‘‘Intersymbol Interference (ISI) Suppression Technique for Optical Binary and Multilevel Signal Generation,’’ J. Lightwave Technol., Vol. 25, No. 8, pp. 2060-2068, 2007.
【非特許文献３】X. Zhou, J. Yu, M. F. Huang, Y. Shao, T. Wang, P. Magill, M. Cvijetic, L. Nelson, M. Birk, G. Zhang, S. Ten, H. B. Matthew, and S. K. Mishra, ‘‘32Tb/s (320x114Gb/s) PDM-RZ-8QAM transmission over 580km of SMF-28 ultra-low-loss fiber,’’Proc. of OFC2009, paper PDPB4, 2009.
【非特許文献４】K. Jinguji, N. Takato, A. Sugita, and M. Kawachi, ‘‘Mach-Zehnder interferometer type optical waveguide coupler with wavelength-flattened coupling ratio,’’ Electron. Lett., Vol. 26, No. 17, pp. 1326-1327, 1990.
【非特許文献５】K. Jinguji, and M. Kawachi, ‘‘Synthesis of Coherent Two-Port Lattice-Form Optical Delay-Line Circuit,’’ J. Lightwave Technol., Vol. 13, No. 1, pp. 73-82, 1995.
【非特許文献６】M. Jinno, B. Kozicki, H. Takara, A. Watanabe, Y. Sone, T. Tanaka, and A. Hirano, ‘‘Distance-Adaptive Spectrum Resource Allocation in Spectrum-SlicedElastic Optical Path Network,’’ IEEE Communications Magazine, vol. 48, issue 8, pp. 138-145.
【非特許文献７】Y. Hashizume, Y. Inoue, T. Kominato, T. Shibata, and M. Okuno, ‘‘Low-PDL 16-channel variable optical attenuator array using silica-based PLC,’’ Proc. of OFC2004, paper WC4, 2004.
【非特許文献８】X. Jiang, X. Li, H. Zhou, J. Yang, M. Wang, Y. Wu, and S. Ishikawa, ‘‘Compact Variable Optical Attenuator Based on Multimode Interference Coupler,’’ Photon. Technol. Lett., vol. 17, no. 11, pp. 2361-2363.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
しかしながら、上述の従来技術を使用した変調器において、それぞれ単一の変調フォーマットにしか対応することができない。このため、変調多値数を柔軟に切換えるためには、送信装置内に種類の異なる複数の変調器を実装しておき、光チャネルセレクタ等をもって使用する変調器を切り換える必要があり、送信装置の大型化、複雑化、高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【００４０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、変調多値数の異なる複数の変調フォーマット間の切換えを柔軟に行うことのできる光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２値位相変調手段と、少なくともＮ−１個の光位相調整手段と、少なくとも１個の可変光分岐手段又は、可変光結合手段と、１個のメイン入力ポートと、１個のメイン出力ポートとを有し、少なくともＮ−１個の上記２値位相変調手段の各々について、その入力ポートと上記メイン入力ポートとを結ぶ光路中、もしくはその出力ポートと上記メイン出力ポートを結ぶ光路中の少なくとも１光路に、少なくとも１個の上記光位相調整手段が配置され、Ｍ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の上記２値位相変調手段の各々ついて、その入力ポートと上記メイン入力ポートとを結ぶ光路、もしくはその出力ポートと上記メイン出力ポートを結ぶ光路のいずれかもしくは両方を、上記可変光分岐手段又は可変光結合手段を使用して必要に応じて遮断し、また、必要に応じて開通させることにより、出力光信号の変調多値数を２N-Mから２Nの間で切換える機能を有することを特徴とする光変調器です。
【００４２】
また、請求項２に記載の発明は、上記２値位相変調手段の各々が、プッシュプル駆動型のマッハツェンダ変調回路であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器です。
【００４３】
また、請求項３に記載の発明は、上記光変調器は、端面同士が直接接合された３枚の基板上に形成された平面光波回路からなる光変調器であって、第１及び第３の基板上に形成された平面光波回路が石英系ガラスからなり、第２の基板上に形成された平面光波回路が電界印加により屈折率が変化する多元系酸化物、化合物半導体またはポリマからなり、上記２値位相変調手段の各々が上記第２の基板上に形成された高速位相シフタを含み、上記可変光分岐手段及び可変光結合手段の各々が上記第１または第３の基板上に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光変調器です。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、変調多値数の異なる複数の変調フォーマットの切換えを柔軟に行うことのできる光変調器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の従来技術であるＱＰＳＫ変調器の回路構成を表す図である。
【図２】第１の従来技術であるＱＰＳＫ変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図３】第２の従来技術である１６ＱＡＭ変調器の回路構成を表す図である。
【図４】第２の従来技術である１６ＱＡＭ変調器の伝達関値の複素平面プロットである。
【図５】第３の従来技術である８ＡＰＳＫ変調器の回路構成を表す図である。
【図６】第３の従来技術である８ＡＰＳＫ変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図７】本発明のＭＺ変調回路のプッシュプル駆動によりＢＰＳＫ変調を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の構成を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１０】本発明の第２の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１２】本発明の第３の実施形態であるＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態であるＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１４】本発明の第４の実施形態であるＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ／６４ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態であるＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ／６４ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１６】本発明の第５の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１８】本発明の第６の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図２０】本発明の第７の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図２２】本発明の第８の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図２３】本発明の第８の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図２４】本発明の実施形態７のＬＮとＰＬＣの異種基板接合を使用したＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＱＡＭ／１６ＱＡＭ可変変調器の具体的構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、変調器の回路構成に関するものであって、基本的にその効果は変調器を形成する材料には依存しない。変調器を形成する材料としては、電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＥＯ）効果の一種であるポッケルス効果を有するＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）やＫＴａ1-xＮｂxＯ3やＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3などの多元系酸化物結晶、電界吸収（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＡ）効果や量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ：ＱＣＳＥ）による屈折率または吸収係数の変調が可能なＧａＡｓ系やＩｎＰ系の化合物半導体、クロモフォアなどのＥＯ効果を有するポリマなどを使用することができる。さらには、非特許文献１で示されているような、上記材料基板と石英系平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）との異種基板接合型構成を使用してもよい。
【００４７】
以下、実施形態において、複数のＢＰＳＫ変調手段の組み合わせによる多値変調器の構成を示すが、ＢＰＳＫ変調手段としてはＭＺ変調回路を使用することが最も一般的である。図７に示した通り、また非特許文献２で詳しく論じられている通り、ＭＺ変調回路をアーム間位相差＋π〜−πを与えるような電圧振幅でプッシュプル駆動すれば、駆動電気信号ノイズに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑え、シンボル間干渉を抑制することができるというメリットがある。しかし、本発明の効果は、ＢＰＳＫ変調手段の具体的構成には依存しないので、例えば直線型の位相変調器等を使用しても良い。
【００４８】
また、以下、実施形態において、可変光分岐及び結合手段を使用した多値変調器の構成を示すが、本発明の効果は、実施形態の説明中に示される光強度分岐及び結合比を実現できる限りにおいて、可変光分岐及び結合手段の具体的構成には依存しない。代表的な可変光分岐及び結合手段としては、非特許文献７に示されるようなＭＺ回路型のものが挙げられるが、他にも非特許文献８に示されるようなマルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）カプラ型のものなどを使用しても良い。
【００４９】
なお、特に断りのない場合、全てのＭＺ回路（各アームにさらに別のＭＺ回路が含まれているような場合も含む）の両アームの光路長は、全て等長とする。実際には、プロセスエラーやＤＣドリフト等により光路長のズレが生じるが、一般にそのようなズレは、位相シフタの調整により補償される。補償量は、材料や製造条件、また、変調器の使用環境等によって様々に異なるため、一意に定まるものではない。このため、以下の実施形態における位相シフタの位相シフト量の値には光路長補償のための位相シフト分は、含まないものとする。また、以下、実施形態においては数式による説明を簡易化するため位相シフタは、ＭＺ回路の一方のアームのみに配置しているが、ＭＺ回路においてはアーム間の位相差が本質的なパラメータであるため、位相シフタを他方のアームに配置しても、また両方のアームに配置しても、アーム間の位相差が同じになるような位相シフト量を設定すれば同じ効果が得られることは自明であり、本発明の効果は、位相シフタを配置するアーム（一方のアーム、他方のアーム、両方のアーム）の選択には依存しない。
【００５０】
また、本明細書の説明において、「信号ダイアグラム」とは、当該光信号の全信号点を複素平面上にプロットし、さらに、各信号点に対応するデータ値のマッピングを記載したものを指し、「コンスタレーション図形」とは、信号ダイアグラムからデータマッピングの情報を除いた図形、すなわち単に、信号点の描く図形を指すものとする。さらに、コンスタレーション図形同士を複素平面上での回転操作のみによって互いに重ねることができる場合、コンスタレーション図形が「等しい」と表現し、回転操作によって重ねることができない場合は、コンスタレーション図形が「異なる」と表現する。データマッピングが「等しい」または、「異なる」と表現する場合も同様である。これは、複素平面上での回転操作は単に基準位相の取り方の変更に相当するため、回転操作により重ねることのできるコンスタレーション図形（または、データマッピング）は実質的に等しいとみなせるためである。
【００５１】
（第１の実施形態）
図８に、本発明の第１の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の構成を示す。固定光分岐手段（光強度分岐比１：１）８３１及び可変光結合手段８５２によって構成されるＭＺ回路の各アームにＢＰＳＫ変調手段８１１、８１２が配置され、片方のアームに位相シフタ８２１が配置されている。メイン入力ポート８０１からメイン出力ポート８０２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
ただし、ｂ1、ｂ2は、それぞれＢＰＳＫ変調手段８１１、８１２の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ2は可変光結合手段８５２の光強度結合比である。φ1は、位相シフタ８２１により設定される光位相であり、その原点は、光分岐及び結合手段によって生じる光位相差をキャンセルする点とする。例えば、ｂ1＝ｂ2かつφ1＝０のとき、ＢＰＳＫ変調手段８１１側のアームから可変光結合手段８５２の出力ポートに結合する光と、ＢＰＳＫ変調手段８１２側のアームから可変光結合手段８５２の出力ポートに結合する光との間の位相差はゼロである。可変光結合手段の光強度結合比を変化させることにより光位相差が変化する場合は、φ1の原点もこれに合わせて変化するものとする。
【００５４】
このような構成を使用すれば、位相シフタ８２１と可変光結合手段８５２を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図９（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ1とｒ2を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。図９（ａ）に示す通り、ｒ2＝０（φ1は任意値）とすれば、
【００５５】
【数１４】
【００５６】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段８１１をデータ駆動することによりＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、図９（ｂ）に示す通り、φ1＝０、ｒ2＝０．２とすれば、
【００５７】
【数１５】
【００５８】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段８１１及び８１２をデータ駆動することにより、位相２値（０またはπ）、振幅２値
【００５９】
【数１６】
【００６０】
の４ＡＰＳＫ変調を行うことができる。さらには、図９（ｃ）に示す通り、φ1＝π／２、ｒ2＝０．５とすれば、
【００６１】
【数１７】
【００６２】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段８１１及び８１２をデータ駆動することにより、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。
【００６３】
このように、本実施形態においては、φ1とｒ2の組合せを３通りに切換えることにより、変調フォーマットをＢＰＳＫ、４ＡＰＳＫ、ＱＰＳＫの３通りに切換えることができる。また、ｒ2の値をゼロに設定し、ＢＰＳＫ変調手段８１２とメイン出力ポート８０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を１とし、変調多値数を２1＝２（変調フォーマット：ＢＰＳＫ）とすることができる一方、ｒ2の値を有限値（０．２または０．５）に設定し、同光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：４ＡＰＳＫまたはＱＰＳＫ）とすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態および以下に示す全ての実施形態においては、変調フォーマットを切換える際、各ＢＰＳＫ変調手段の伝達関数ｂiのとり得る値のセット（−１または＋１）は変更する必要がない。このため、ＢＰＳＫ変調手段としてＭＺ変調回路を使用する場合、その駆動電圧振幅は変更する必要がなく、常にアーム間位相差＋π〜−πを与えるような電圧振幅でプッシュプル駆動することができる。これにより、非特許文献２で論じられている通り、駆動電気信号ノイズに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑えた高品質な光信号を常に得ることができる。
【００６５】
また、φ1を上記の値からπの倍数だけ変化させても、またｒ2を１−ｒ2で置き換えても、データマッピングが異なるものの同じ変調フォーマットの信号が得られることは容易に確かめられる。以下に示す全ての実施形態においても、ある所望の変調フォーマット信号を得るためのφiおよびｒiの値は、複数可能であるが、その選択は本発明の効果に本質的な影響はないため、以下の説明においては代表値のみを示す。
【００６６】
（第２の実施形態）
図１０に、本発明の第２の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の構成を示す。本実施形態は、図８に示した上記第１の実施形態において、固定光分岐手段８３１を可変光分岐手段１０５１で置き換えたものである。メイン入力ポート１００１からメイン出力ポート１００２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００６７】
【数１８】
【００６８】
ただし、ｂ1、ｂ2は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１０１１、１０１２の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1及びｒ2は可変光分岐手段１０５１の光強度分岐比及び可変光結合手段１０５２の光強度結合比である。φ1は、位相シフタ１０２１により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。
【００６９】
このような構成を使用すれば、位相シフタ１０２１と可変光分岐及び結合手段１０５１、１０５２を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１１（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ1、ｒ1、ｒ2を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。図１１（ａ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０（φ1は任意値）とすれば、
【００７０】
【数１９】
【００７１】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１０１１をデータ駆動することでＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、図１１（ｂ）に示す通り、φ1＝０、ｒ1＝ｒ2＝１／３とすれば、
【００７２】
【数２０】
【００７３】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１０１１及び１０１２をデータ駆動することで、位相２値（０またはπ）、振幅２値（１／３または１）の４ＡＰＳＫ変調を行うことができる。さらには、図１１（ｃ）に示す通り、φ1＝π／２、ｒ1＝ｒ2＝０．５とすれば、
【００７４】
【数２１】
【００７５】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１０１１及び１０１２をデータ駆動することにより、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。
【００７６】
このように、本実施形態においては、φ1、ｒ1、ｒ2の組合せを３通りに切換えることで、変調フォーマットをＢＰＳＫ、４ＡＰＳＫ、ＱＰＳＫの３通りに切換えることができる。また、ｒ1、ｒ2の値をゼロに設定し、ＢＰＳＫ変調手段１０１２とメイン入力ポート１００１を結ぶ光路およびメイン出力ポート１００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を１とし、変調多値数を２1＝２（変調フォーマット：ＢＰＳＫ）とすることができる一方、ｒ1、ｒ2の値を有限値（１／３または０．５）に設定し、同光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：４ＡＰＳＫまたはＱＰＳＫ）とすることができる。上記第１の実施形態に比較して、本実施形態は、ＢＰＳＫおよび４ＡＰＳＫ変調時の変調損失が小さい（シンボル点におけるＴの値の絶対値が大きい）というメリットがある。
【００７７】
なお、本実施形態において可変光結合手段１０５２を光強度結合比１：１の固定光結合手段に置き換えても、上記第１の実施形態と同等の効果を得られることは容易に確認できる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１２に、本発明の第３の実施形態であるＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の構成を示す。可変光分岐手段１２５５及び可変光結合手段１２５６によって構成されるＭＺ回路の各アームに、上記第２の実施形態と同様の構成と、上記従来技術１と同様の構成がそれぞれ配置され、片方のアームに位相シフタ１２２３が配置されている。メイン入力ポート１２０１からメイン出力ポート１２０２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００７９】
【数２２】
【００８０】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１２１１、１２１２、１２１３、１２１４の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1、ｒ2、ｒ5、ｒ6は、可変光分岐及び結合手段１２５１、１２５２、１２５５、１２５６の光強度分岐比及び結合比である。φ1、φ2、φ3は、位相シフタ１２２１、１２２２、１２２３により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、φ1＝φ2＝π／２、φ3＝０とする。
【００８１】
このような構成を使用すれば、可変光分岐及び結合手段１２５１、１２５２、１２５５、１２５６を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１３（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、ｒ1、ｒ2、ｒ5、ｒ6を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。図１３（ａ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝ｒ5＝ｒ6＝０とすれば、
【００８２】
【数２３】
【００８３】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１２１１をデータ駆動することによりＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、図１３（ｂ）に示す通り、ｒ5＝ｒ6＝１（ｒ1、ｒ2は任意値）とすれば、
【００８４】
【数２４】
【００８５】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１２１３及び１２１４をデータ駆動することにより、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。なお、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ5＝ｒ6＝０、としてもＱＰＳＫ変調を行うことができる。さらには、図１３（ｃ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ5＝ｒ6＝１／３とすれば、
【００８６】
【数２５】
【００８７】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１２１１、１２１２、１２１３、１２１４をデータ駆動することにより、１６ＱＡＭ変調を行うことができる。
【００８８】
このように、本実施形態においては、ｒ1＝ｒ2＝ｒ5＝ｒ6＝０とし、ＢＰＳＫ変調手段１２１２、１２１３、１２１４の各々とメイン入力ポート１２０１およびメイン出力ポート１２０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を１とし、変調多値数を２1＝２（変調フォーマット：ＢＰＳＫ）とすることができる。さらに、ｒ5＝ｒ6＝１とし、ＢＰＳＫ変調手段１２１１、１２１２との各々とメイン入力ポート１２０１およびメイン出力ポート１２０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。さらに、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ5＝ｒ6＝１／３とし、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート１２０１およびメイン出力ポート１２０２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を４とし、変調多値数を２4＝１６（変調フォーマット：１６ＱＡＭ）とすることができる。
【００８９】
なお、φ1＝０、ｒ1＝ｒ2＝１／３、ｒ5＝ｒ6＝０とすれば、上記第２の実施形態と同様の４ＡＰＳＫ変調を行うこともできる。
【００９０】
また、本実施形態において可変光分岐手段１２５１もしくは結合手段１２５２のいずれかを光強度分岐もしくは結合比１：１の固定光分岐もしくは結合手段に置き換えても、変調損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。可変光結合手段１２５５もしくは分岐手段１２５６についても同様である。
【００９１】
（第４の実施形態）
図１４に、本発明の第４の実施形態であるＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ／６４ＱＡＭ可変変調器の構成を示す。本実施形態では、変光分岐手段１４５１、１４５３及び可変光結合手段１４５２、１４５４によって、上記従来技術１と同等のＱＰＳＫ変調手段が３組並列に接続された形となっている。メイン入力ポート１４０１からメイン出力ポート１４０２への伝達関数Ｔは、以下の式により表すことができる。
【００９２】
【数２６】
【００９３】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4、ｂ5、ｂ6は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１４１１、１４１２、１４１３、１４１４、１４１５、１４１６の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4は可変光分岐及び結合手段１４５１、１４５２、１４５３、１４５４の光強度分岐比及び結合比である。φ1、φ2、φ3、φ4、φ5は、位相シフタ１４２１、１４２２、１４２３、１４２４、１４２５により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、φ1＝φ2＝φ3＝π／２、φ4＝φ5＝０とする。
【００９４】
このような構成を使用すれば、可変光分岐及び結合手段１４５１、１４５２、１４５３、１４５４を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１５（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4ｄ5ｄ6］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。なお、図１５（ｃ）では、図が煩雑となるのを避けるため、４隅の点のみデータマッピングを表示した。他の全ての点のデータマッピングについては、上式に対応するｂnの値を代入すれば容易に確認することができる。
【００９５】
なお、本実施形態において、可変光分岐手段１４５１もしくは、結合手段１４５２のいずれかを光強度分岐もしくは、結合比１：１の固定光分岐もしくは、結合手段に置き換えても、変調損失は、増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。可変光結合手段１４５３もしくは分岐手段１４５４についても同様である。
【００９６】
（第５の実施形態）
図１６に、本発明の第５の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の構成を示す。メイン入力ポート１６０１に上記従来技術１と同様の構成が接続され、さらにその後段に、可変光分岐手段１６５３と可変光結合手段１６５４によって構成されるＭＺ回路が直列に接続され、同ＭＺ回路の一方のアームにはＢＰＳＫ変調手段１６１３と位相シフタ１６２２が配置されている。メイン入力ポート１６０１からメイン出力ポート１６０２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００９７】
【数２７】
【００９８】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１６１１、１６１２、１６１３の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ4は可変光分岐及び結合手段１６５３、１６５４の光強度結合比である。φ1、φ2は、位相シフタ１６２１、１６２２により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、φ1＝π／２とする。φ3＝０とする。
【００９９】
このような構成を使用すれば、位相シフタ１６２２、可変光分岐手段１６５３、可変光結合手段１６５４を使用して、変調フォーマットを切換えることができる。図１７（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ3、ｒ4を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１００】
図１７（ａ）に示す通り、ｒ3＝ｒ4＝１（φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段１６１３とメイン入力ポート１６０１およびメイン出力ポート１６０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１０１】
また、ｒ3＝ｒ4＜１とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート１６０１およびメイン出力ポート１６０２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、ｒ3＝ｒ4＝１／｛１＋ｔａｎ（π／８）｝、φ2＝π／２とすれば、図１７（ｂ）に示す通り、８ＰＳＫ変調を行うことができる。また、
【０１０２】
【数２８】
とすれば、図１７（ｃ）に示す通り、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１０３】
なお、本実施形態において可変光分岐手段１６５３もしくは、結合手段１６５４のいずれかを光強度分岐もしくは結合比１：１の固定光分岐もしくは結合手段に置き換えても、変調損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。
【０１０４】
（第６の実施形態）
図１８に、本発明の第６の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の構成を示す。第１の光信号を出力する出力ポート１８７１及び第２の光信号を出力する出力ポート１８７２を有する第１の光変調手段１８４１と、出力ポート１８７１に接続され、第１の光信号をさらに変調し、第３の光信号を出力する第２の光変調手段１８４２と、第３及び第２の光信号を結合させメイン出力ポート２へ出力させる可変光結合手段１８５３とで構成されている。
【０１０５】
第１の光変調手段１８４１は、上記従来技術１と、ほぼ同等のＱＰＳＫ変調手段であり、固定光分岐手段及び結合手段１８６１、１８６２と、それらで構成されるＭＺ回路の各アームに配置されたＢＰＳＫ変調手段１８１１および１８１２、及び片方のアームに配置され、π／２の位相変化を与える位相シフタ１８２１で構成されているが、光分岐手段１８６１及び結合手段１８６２として光強度結合比１：１（０．５：０．５）の２入力２出力の方向性結合器を使用する点が異なる。よく知られている通り、方向性結合器の伝達行列Ｓcは、以下の式で表すことができる（非特許文献５等を参照）。
【０１０６】
【数２９】
【０１０７】
但し、Ｅin,A、Ｅin,Bは、それぞれ入力ポートＡ、Ｂからの入力光電場、Ｅout,C、Ｅout,Dは、それぞれ出力ポートＣ、Ｄからの出力光電場（いずれも複素数表現）、Ｒは、光強度結合比である。第２の光変調手段１８４２は、直列に接続されたＢＰＳＫ変調手段１８１３と位相シフタ１８２２で構成されている。メイン入力ポート１８０１から出力ポート１８７１（スルー側）への伝達関数Ｔ1、メイン入力ポート１８０１から出力ポート１８７２（クロス側）の伝達関数Ｔ1´、第２の光変調手段の伝達関数Ｔ2、及びメイン入力ポート１８０１からメイン出力ポート１８０２への伝達関数Ｔは、それぞれ以下の式で表すことができる。
【０１０８】
【数３０】
【０１０９】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１８１１、１８１２、１８１３の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。φ2は位相シフタ１８２２による位相変化量である。ｒ3は可変光結合手段１８５３の光強度結合比である。
【０１１０】
このような構成を使用すれば、位相シフタ１８２２、可変光分岐手段１８５３を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１９（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ3を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１１１】
図１９（ａ）に示す通り、ｒ3＝０（φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段１８１３とメイン入力ポート１８０１およびメイン出力ポート１８０２を結ぶ光路を遮断することで、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１１２】
また、ｒ3＞０とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート１８０１およびメイン出力ポート１８０２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、
【０１１３】
【数３１】
【０１１４】
とすれば、図１９（ｂ）に示す通り、８ＰＳＫ変調を行うことができる。また、
【０１１５】
【数３２】
【０１１６】
とすれば、図１９（ｃ）に示す通り、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１１７】
さらに本実施形態を使用すれば、上記第３の従来技術や上記第５の実施形態を使用した場合に比較して、光変調に伴う原理的な損失を低減できるという副次的な効果を得ることができる。具体的には、図１９（ｃ）の外側の信号点（例えば［１０１］）の動径は、約０．８９である。これに対し、図６（ｃ）の外側の信号点（例えば［１００］）や、図１７（ｃ）の外側の信号点（例えば［０００］）の動径は、約０．６６である。このことはすなわち、同じ強度の連続光を入力した場合のシンボル点における出力８ＡＰＳＫ信号光強度が、本実施形態を使用した場合は、上記第３の従来技術や上記第５の実施形態を使用した場合に比較し、２．６ｄＢ大きい、すなわち８ＡＰＳＫ変調に伴う原理的な損失が２．６ｄＢ小さいことを意味している。２．６ｄＢという値は、以下の計算によって得ることができる。
【０１１８】
【数３３】
【０１１９】
同様に、８ＰＳＫ変調を行う場合の原理的な損失も、上記第５の実施形態を使用する場合に比較して、２．３ｄＢ低減できる。
【０１２０】
さて、本実施形態を含む本発明の第６以降の実施形態では、上記第１及び第２の光信号の両方を使用した最終的な出力光信号を生成しており、これによって光変調に伴う原理的な損失を低減している。従来は、第１および第２の光信号に相当する信号のうちどちらか一方をメイン出力信号光として使用して、他方は放射光として捨てるかモニタ光として使用するしか利用手段はなく、これが３ｄＢの原理損失要因となっていた。本発明の第６以降の実施形態では、このように従来同時に信号光生成に使用することのできなかった第１及び第２の光信号に対し、その一方に他方とは、異なる変調をさらに加えてから結合させるという新たな着想により、同時に信号光生成に使用することを可能としている。これによって、従来より小さい原理損失での多値信号生成を可能にしている。
【０１２１】
なお、本実施形態を含む本発明の全ての実施形態において、２入力２出力の光結合手段（本実施形態では、光結合手段１８６２）としては、方向性結合器の他にもマルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）カプラや、非特許文献４に示される波長無依存カプラ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｒ：ＷＩＮＣ）を使用することもできる。これらのカプラの伝達関数は方向性結合器とは異なるが、どのような２入力２出力カプラを使用しても、本実施形態の機能は本質的に損なわれることはない。このことは、光カプラの相反性とエネルギー保存則から導くことができる（厳密には、カプラの内部損失によって信号ダイアグラムが乱れる場合があるが、内部損失の充分小さいカプラを使用すれば問題ない）。さらに、メイン入力ポートに接続された光分岐手段（本実施形態では、光分岐手段１８６１）としては、上記のような２入力２出力カプラを使用しても、また、Ｙ字型カプラを使用してもよい。但し、カプラの位相特性はカプラの種類によって異なるため、位相シフタ１８２１の位相シフト量は使用するカプラの種類に応じて上記の値から変更する必要がある。
【０１２２】
（第７の実施形態）
図２０に、本発明の第７の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＱＡＭ／１６ＱＡＭ変調器の構成を示す。第１の光信号を出力する出力ポート２０７１及び第２の光信号を出力する出力ポート２０７２を有する第１の光変調手段２０４１と、出力ポート２０７１に接続され、第１の光信号をさらに変調し第３の光信号を出力する第２の光変調手段２０４２と、第３及び第２の光信号を結合させメイン出力ポート２００２へ出力させる可変光結合手段２０５３とで構成されている。
【０１２３】
第１の光変調手段２０４１は、図１８に示した第６の実施形態の第１の光変調手段１８４１と同等のＱＰＳＫ変調手段である。第２の光変調手段２０４２は、図１０に示した第２の実施形態と同等のＱＰＳＫ変調手段に位相シフタ２０２２が直列接続されたものである。上記第６の実施形態と同様に伝達関数Ｔ1、Ｔ1´、Ｔ2、Ｔを定義すると、Ｔ2のみ第６の実施形態と異なり以下の形となる。
【０１２４】
【数３４】
【０１２５】
ただしｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段２０１３、２０１４の伝達関数であり、シンボル点においては＋１または−１のいずれかの値をとる。φ2、φ3は位相シフタ２０２２、２０２３による位相変化量である。本実施形態では、φ3＝π／２を使用する。ｒ1、ｒ2は、光結合手段２０５１、２０５２の光強度結合比である。
【０１２６】
このような構成を使用すれば、位相シフタ２０２２、可変光分岐手段及び可変光結合手段２０５１、２０５２、２０５３を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図２１（ａ）〜（ｄ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ1、ｒ2、ｒ3を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１２７】
図２１（ａ）に示す通り、ｒ3＝０（ｒ1、ｒ2、φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２０１３及び２０１４の各々とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１２８】
また、ｒ1＝ｒ2＝０、ｒ3＞０とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２０１４とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、図２１（ｂ）に示す通り、
【０１２９】
【数３５】
【０１３０】
とすれば、８ＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１３１】
また、図２１（ｃ）に示す通り、
【０１３２】
【数３６】
【０１３３】
とすれば、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１３４】
さらに図２１（ｄ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ3＝１／３、φ2＝−π／４とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を４とし、変調多値数を２4＝１６（変調フォーマット：１６ＱＡＭ）とすることができる。
【０１３５】
本実施形態を使用すれば、上記第６の実施形態を使用した場合と同様、８ＰＳＫおよび８ＡＰＳＫ変調に伴う原理的な損失を低減することができ、また、１６ＱＡＭ変調に伴う原理的な損失も低減することができるという副次的な効果が得られる。すなわち、上記第２の従来技術や上記第３の実施形態、上記第４の実施形態を使用した場合のコンスタレーションにおける外側の信号点（例えば、図４（ｃ）の［００００］）の動径は、
【０１３６】
【数３７】
【０１３７】
だが、本実施形態を使用した場合（たとえば図２１（ｄ）の［１０１１］）の動径は、
【０１３８】
【数３８】
【０１３９】
なので、本実施形態を使用することにより上記第２の従来技術や上記第３の実施形態、上記第４の実施形態を使用した場合に比較して１６ＱＡＭ変調に伴う原理的な損失を１．８ｄＢ低減できる。
【０１４０】
なお可変光分岐手段２０５１を光強度分岐比１：１の固定光分岐手段に置き換えても、８値変調時の原理損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。
【０１４１】
図２４に、本実施形態を使用した光変調器の具体的な構造の例を挙げる。図２４の符号２４０１〜２４６２は、図２０の符号２００１〜２０６２に対応している。本実施形態では、非特許文献１に示されるような、光変調器をＬＮと石英系ＰＬＣの異種基板接合を使用して作製している。すなわち、ＸカットＬＮ基板２４９１の両端面に、石英系ＰＬＣ基板２４８１、２４８２を直接接合した形態となっている。
【０１４２】
ＢＰＳＫ変調手段２４１１、２４１２、２４１３、２４１４の各々は、ＬＮ基板２４９１上の２本の導波路と、ＰＬＣ基板２４８１および２４８２上の２個のＹ字型カプラで構成されたＭＺ回路であり、ＬＮ基板上の２本の導波路の中心に配置された信号電極と、図では省略されているが信号電極から見て各導波路を挟んで反対側に配置されたグランド電極からなる進行波型電極に駆動電気信号を印加することにより、プッシュプル駆動によるＢＰＳＫ変調を行うことができる。なお上記の信号電極とは別に、一般的なＬＮ変調器が備えるようなＤＣバイアス電極をＬＮ基板上に形成してもよい。
【０１４３】
２入力２出力の固定光結合手段及び分岐手段２４６１及び２４６２としては、非特許文献４に示される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）を使用している。
【０１４４】
位相シフタ２４２１ａ、２４２１ｂ、２４２２ａ、２４２２ｂ，２４２３ａ，２４２３ｂとしては、熱光学位相シフタを使用している。各位相シフタは、図２０の位相シフタ２０２１、２０２２、２０２３と異なり、各ＭＺ回路の両アームに配置されている。熱光学位相シフタは、駆動電力に比例した位相シフト量を与えるため、印加電圧の正負を反転させても位相シフト量の正負を反転させることができないが、本実施形態のように両アームに位相シフタを配置しておけば、位相シフタを駆動するアームを切換えることにより実質的に位相シフト量の正負の切換えが可能であるため、このような配置としている。
【０１４５】
可変光分岐手段及び結合手段２４５１、２４５２、２４５３としては、非特許文献７に示されるようなＭＺ回路型の可変カプラを使用している。非特許文献７では片アームのみに熱光学位相シフタが配置されているが、本実施形態のように両アームに配置しても当然同等の効果を得ることができる。
【０１４６】
第１の変調手段２４４１と第２の変調手段２４４２および可変光結合手段２４５３との接続には、ＰＬＣ基板２４８１上に形成された折り返し導波路を使用している。これにより回路全体をコンパクトにレイアウトすることができる。
【０１４７】
本実施形態では、ＬＮと石英系ＰＬＣの異種基板接合を使用することにより以下のメリットを得ている。
【０１４８】
まず、高速位相変調部のみ応答帯域の広いＬＮを使用し、他の回路部分には低損失で回路レイアウト自由度の高い石英系ＰＬＣを使用することにより、両基板の材料特性を最大限に生かし、ＬＮと同等の広帯域電気−光応答特性を持たせつつ、光損失を抑え、複雑な回路をコンパクトに作製することができる。特に折り返し導波路をコンパクトかつ低損失に形成することは、ＬＮ基板上では難しいが、石英系ＰＬＣ基板を使用すれば容易である。
【０１４９】
また、可変光分岐手段および可変光結合手段の分岐比及び結合比の調整に熱光学位相シフタを使用しているが、これには以下のメリットがある。よく知られている通り、ＬＮ基板上の電気光学位相シフタにおいては、バイアスドリフトが生じるため、位相シフト量を一定に保つためには光出力強度モニタを使用したフィードバック制御が必要となる。しかし石英系ＰＬＣ上の熱光学位相シフタは基本的にバイアスドリフトを生じないため、これを使用することで可変光分岐手段及び結合手段のフィードバック制御が不要となり、制御が容易になる。
【０１５０】
なお、本実施形態ではＢＰＳＫ変調手段２４１１、２４１２、２４１３、２４１４であるマッハツェンダ変調回路のアーム部分のみをＬＮ基板上に形成しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、例えばＹ字型カプラ部を含むマッハツェンダ変調回路全体をＬＮ基板上に形成してもよい。Ｙ字型カプラはＬＮ基板でも充分実績があるため、これをＬＮ基板上に形成しても本実施形態の構成と大きな特性差は生じない。さらには位相シフタ２４２１、２４２３をＬＮ基板上に形成しても良い。
【０１５１】
また、高速位相変調部を形成する基板として最もポピュラーなＬＮを選択しているが、前述の通りＥＯ効果を有する他の多元系酸化物結晶や化合物半導体、ポリマなどを使用しても良い。
【０１５２】
（第８の実施形態）
図２２に、本発明の第８の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＱＡＭ／１６ＱＡＭ変調器の構成を示す。第１の光信号を出力する出力ポート２２７１及び第２の光信号を出力する出力ポート２２７２を有する第１の光変調手段２２４１と、出力ポート２２７１に接続され、第１の光信号をさらに変調し第３の光信号を出力する第２の光変調手段２２４２と、出力ポート２２７２に接続され、第２の光信号をさらに変調し、第４の光信号を出力する第３の光変調手段２２４３と、第３及び第４の光信号を結合させメイン出力ポート２２０２へ出力させる光結合手段２２５３とで構成されている。
【０１５３】
第１の光変調手段２２４１は、図１８に示した実施形態６の第１の光変調手段１８４１と同等のＱＰＳＫ変調手段である。第２の光変調手段２２４２は、ＢＰＳＫ変調手段２２１３で構成されている。第３の光変調手段２２４３は、可変光分岐手段２２５１及び可変光結合手段２２５２を有し、それらで構成されるＭＺ回路の一方のアームのみにＢＰＳＫ変調手段２２１３、および位相シフト量−π／２を与える位相シフタ２２２３が配置され、他方のアームは直線導波路となっており、さらに光結合手段２２５２の後段に位相シフタ２２２２が直列に接続された構成となっている。メイン入力ポート２２０１から第１の変調手段の出力ポート２２７１（スルー側）への伝達関数Ｔ1、メイン入力ポート２２０１から第１の変調手段の出力ポート２２７２（クロス側）の伝達関数Ｔ1´、第２の変調手段の伝達関数Ｔ2、第３の変調手段の伝達関数Ｔ3、及びメイン入力ポート２２０１からメイン出力ポート２２０２への伝達関数Ｔは、それぞれ以下の式で表すことができる。
【０１５４】
【数３９】
【０１５５】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段２２１１、２２１２、２２１３、２２１４の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。φ2、φ3は位相シフタ２２２２、２２２３による位相変化量である。本実施形態ではφ3＝−π／２を使用する。ｒ1、ｒ2、ｒ3は光結合手段２２５１、２２５２、２２５３の光強度結合比である。
【０１５６】
このような構成を使用すれば、位相シフタ２２２２、可変光分岐手段２２５１、２２５２、２２５３を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図２３（ａ）〜（ｄ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ1、ｒ2、ｒ3を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１５７】
図２３（ａ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝１、ｒ3＝０（φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２２１３及び２２１４の各々とメイン入力ポート２２０１およびメイン出力ポート２２０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１５８】
また、ｒ1＝ｒ2＝１、ｒ3＞０とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２２１４とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、図２３（ｂ）に示す通り、
【０１５９】
【数４０】
【０１６０】
とすれば、８ＰＳＫ変調を行うことができる。また、図２３（ｃ）に示す通り、
【０１６１】
【数４１】
【０１６２】
とすれば、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１６３】
さらに図２１（ｄ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ3＝２／３、φ2＝π／４とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート２２０１およびメイン出力ポート２２０２を結ぶ光路を開通することで、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を４とし、変調多値数を２4＝１６（変調フォーマット：１６ＱＡＭ）とすることができる。
【０１６４】
本実施形態を使用すれば、上記第７の実施形態を使用した場合と同様、８ＰＳＫ、８ＡＰＳＫおよび１６ＱＡＭ変調に伴う原理的な損失を低減することができる。
【０１６５】
なお可変光分岐手段２２５１を光強度分岐比１：１の固定光分岐手段に置き換えても、８値変調時の原理損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。
【０１６６】
最後に、これまでに挙げた全ての実施形態において、光入出力を逆転、すなわち各ＢＰＳＫ変調手段８１１〜７１２、１０１１〜１０１２、１２１１〜１２１４、１４１１〜１４１６、１６１１〜１６１３、１８１１〜１８１３、２０１１〜２０１４、２０１１〜２０１４、２２１１〜２２１４、２４１１〜２４１４の入出力ポートの方向を逆転し、かつメイン出力ポート８０２、１００２、１２０２、１４０２、１６０２、１８０２、２００２、２２０２、２４０２をメイン入力ポートとして、メイン入力ポート８０１、１００１、１２０１、１４０１、１６０１、１８０１、２００１、２２０１、２４０１をメイン出力ポートとして使用するような構成としても、本発明の効果は同様に得ることができる。これまでに挙げた全実施形態において、光変調器を構成する回路要素のうちＢＰＳＫ変調手段を除く回路要素は全てカプラ、位相シフタ、導波路からなる相反的な光回路であるため、ＢＰＳＫ変調手段の伝達関数ｂnが仮に入出力方向依存性を持たなければ、メイン入出力を逆転させても変調器の伝達関数は変化しない。実際にはＢＰＳＫ変調手段は、入出力方向依存性を有する場合がある。例えば、進行波型の変調電極を使用する場合、光の進行方向と駆動電気信号の進行方向を一致させる必要がある。従って、メイン入出力を逆転させた構成とする場合はＢＰＳＫ変調手段の入出力方向も併せて逆転させればよく、その場合は変調器の伝達関数は元の構成と等しくなる。
【符号の説明】
【０１６７】
８０１、１００１、１２０１、１４０１、１６０１、１８０１、２００１、２２０１ メイン入力ポート
８０２、１００２、１２０２、１４０２、１６０２、１８０２、２００２、２２０２ メイン出力ポート
８１１、８１２、１０１１、１０１２、１２１１、１２１２、１２１３、１２１４、１４１１、１４１２、１４１３、１４１４、１４１５、１４１６、１６１１、１６１２、１６１３、１８１１、１８１２、１８１３、２０１１、２０１２、２０１３、２０１４、２２１１、２２１２、２２１３、２２１４ ＢＰＳＫ変調手段
８２１、１０２１、１２２１、１２２２、１２２３、１４２１、１４２２、１４２３、１４２４、１４２５、１６２１、１６２２、１８２１、１８２２、２０２１、２０２２、２０２３、２２２１、２２２２、２２２３ 位相シフタ
８３１、１２３３、１４３１、１４３３、１４３５、１６３１、１８６１、２０６１、２２６１ 固定光分岐手段
８５２、１０５２、１２５５、１４５１、１４５３、１６５３、１８５３、２０５２、２２５２ 可変光結合手段
１０５１、１２５６、１４５２、１４５４、１６５４、２０５１、２２５１ 可変光分岐手段
１２３４、１４３２、１４３４、１４３６、１６３２、１８６２、２０６２、２２６２ 固定光結合手段
１８４１、２０４１、２２４１ 第１の光変調手段
１８４２、２０４２、２２４２ 第２の光変調手段
１８４２、２０４２、２２４３ 第３の光変調手段
１８７１、１８７２、２０７１、２０７２、２２７１、２２７２ 出力ポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに応用可能な光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムにおける、帯域利用効率の向上に向け、無線通信分野で使用されるような多値変調方式を光通信へ導入する検討が盛んに行われている。代表的な多値変調方式として、ｎ値位相シフト変調（ｎ−ｌｅｖｅｌ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ｎＰＳＫ）、ｎ値強度・位相シフト変調（ｎ−ｌｅｖｅｌ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ａｎｄ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ｎＡＰＳＫ），ｎ値直交振幅変調（ｎ−ｌｅｖｅｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ｎＱＡＭ）方式が挙げられる。
【０００３】
このような、多値変調信号を生成する手段の１つとして、複数の２値ＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ−ＰＳＫ：ＢＰＳＫ）光信号を干渉させ、多値光信号を合成する手法が知られている。図１に、４値変調である直交位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）信号を生成するための良く知られた変調器構成１００を示す（従来技術１）。図１において、変調器１００は、光強度分岐比及び結合比１：１（０．５：０．５）のＹ字型の光分岐及び結合手段１３１、１３２を有し、それらで構成されるマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）回路の各アームにそれぞれＢＰＳＫ変調手段１１１および１１２が配置され、さらに片方のアームにπ／２の位相変化を与える位相シフタ１２１が設けられている。このとき、メイン入力ポート１０１への入力光電場をＥin、メイン出力ポート１０２からの出力光電場をＥout（いずれも複素数表現）とすると、変調器の伝達関数Ｔは、以下の式で表現することができる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
ここでｒ1、ｒ2は、それぞれ、光分岐及び結合手段１３１、１３２の光強度分岐及び結合比であり、本実施形態では、ｒ1＝ｒ2＝０．５である。ｂ1、ｂ2は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１１１、１１２の伝達関数であり、シンボル点（時間軸上でのシンボルの中心タイミング）においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。なお、本明細書では、モデル簡易化のため、光分岐手段、結合手段、ＢＰＳＫ変調手段およびそれらをつなぐ光導波路は、全て過剰損失ゼロの理想的な場合を仮定する。
【０００６】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＴの右辺第１項０．５ｂ1、第２項０．５ｊｂ2およびＴのシンボル点における値を複素平面上に表した複素平面プロット２００、２１０、２２０である。同図中の［ｄ1ｄ2］は、各点に対するバイナリデータのマッピングを表している。データビット値は、シンボル点における各ＢＰＳＫ変調手段の伝達関数の値と１対１で関連付けられる。ここでは、ｂn＝＋１のときｄn＝０、ｂn＝−１のときｄn＝１とした。図２（ａ）に対応する数式１のＴの右辺第１項は、ｂ2に依存しないため、２ビット目のデータはｘ（任意値）としてある。図２（ｂ）についても、同様である。連続光Ｅin＝１を入力すると、Ｅout＝Ｔであるため、図２（ｃ）は、そのまま、出力信号ダイアグラムに相当する。ｂ1およびｂ2が、それぞれＩ相（実部）およびＱ相（虚部）の正負に対応するＱＰＳＫ信号が得られることがわかる。なお、ＢＰＳＫ変調手段としては両アームに高速位相変調手段を有するＭＺ回路（以下、単に「ＭＺ変調回路」）を使用することが最も一般的である。このため一般的な、ＱＰＳＫ変調器は、図１の光分岐及び結合手段１３１、１３２で構成されるＭＺ回路の各アームにＢＰＳＫ変調手段であるＭＺ変調回路が埋め込まれた形となり、しばしば、ネスト型ＭＺ変調器とも呼ばれる。
【０００７】
非特許文献１では、さらに複雑な構成を使用したＱＡＭ変調器が報告されている。同文献では光強度分岐比及び結合比４：２：１の光分岐及び結合手段を使用したＱＰＳＫ変調回路を３回路並列に接続することにより、６４ＱＡＭ変調器を構成している。さらに、光強度分岐比及び結合比２N-1：２N-2：・・・：１の光分岐及び結合手段を使用したＮ個のＱＰＳＫ変調回路を並列接続すれば４NＱＡＭ変調器を構成できることが記述されている。
【０００８】
図３に、同記述を応用した１６ＱＡＭ変調器の構成３００を示す（従来技術２）。本構成では、分岐比及び結合比２：１（０．６７：０．３３）のＹ字型の光分岐及び結合手段３３５、３３６で構成されるＭＺ回路の各アームに、従来技術１と同構成のＱＰＳＫ変調手段３４１、３４２が配置され、ＱＰＳＫ変調手段３４２の後段に位相シフタ３２３が配置されている。位相シフタ３２３の位相シフト量はπ／２の整数倍であればよいが、ここではモデル簡易化のため位相シフト量をゼロとして議論を進める。メイン入力ポート３０１からメイン出力ポート３０２への伝達関数Ｔは、以下の通りとなる。
【０００９】
【数２】
【００１０】
ここで、Ｔ1、Ｔ2は、それぞれＱＰＳＫ変調手段３４１、３４２の伝達関数である。ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段３１１、３１２、３１３、３１４の伝達関数であり、シンボル点においては＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1、ｒ2は、それぞれ光分岐及び結合手段３３５、３３６の光強度分岐及び結合比であり、本実施形態では、ｒ1＝ｒ2＝０．６７である。
【００１１】
図４は、数式２の右辺各項および伝達関数Ｔのシンボル点における値を複素平面上に表した複素平面プロット４００、４１０、４２０である。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は各点に対するバイナリデータのマッピングを表しており、ｂn＝＋１のときｄn＝０、ｂn＝−１のときｄn＝１である。Ｔ1とＴ2を電界振幅比２：１（０．３３：０．１７）で足し合わせることで、Ｔ1に対応する４点の各々がＴ2の値に応じて４点に分裂し、１６ＱＡＭの信号ダイアグラムが得られることがわかる。
【００１２】
図５に、非特許文献２のＦｉｇ．１５（ｂ）に示される８ＡＰＳＫ変調器の構成に、若干の修正と非特許文献１のアイディアを加えた実施形態５００を示す（従来技術３）。本実施形態において、２ＡＰＳＫ変調手段５４１と、ＱＰＳＫ変調手段５４２が直列に接続されている。２ＡＰＳＫ変調手段５４１は、分岐比及び結合比１−ｒ：ｒのＹ字型の光分岐及び結合手段５３１、５３２を有し、それらで構成されるＭＺ回路の一方のアームのみにＢＰＳＫ変調手段５１１、および位相変化−π／４を与える位相シフタ５２１が配置されており、他方のアームは直線導波路となっている。本従来技術においては、
【００１３】
【数３】
【００１４】
である。２ＡＰＳＫ変調手段５４１の伝達関数Ｔ1、ＱＰＳＫ変調手段５４２の伝達関数Ｔ2および変調器全体の伝達関数Ｔは、それぞれ以下の式で表現できる。
【００１５】
【数４】
【００１６】
ここで、ｂ1、ｂ2、ｂ3は、それぞれＢＰＳＫ変調手段５１１、５１２、５１３の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１、または−１のいずれかの値をとる。
【００１７】
図６は、数式３のＴ1、Ｔ2およびＴのシンボル点における値を複素平面上に表した複素平面プロット６００、６１０、６２０である。同図中の同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3］は各点に対するバイナリデータのマッピングを表しており、ｂn＝＋１のときｄn＝０、ｂn＝−１のときｄn＝１である。Ｔ1は、原点から実軸正方向へ１−ｒだけシフトした点を基点に、角度−π／４又は＋π・３／４［ｒａｄ］方向へそれぞれｒだけシフトした２値をとる。原点から見たときの位相角は、それぞれ−π／１２、＋π／６であり、動径はそれぞれ
【００１８】
【数５】
【００１９】
なので、Ｔ1のとる２値は相対位相π／４、電界強度比
【００２０】
【数６】
【００２１】
の変則的な２ＡＰＳＫの信号ダイアグラムに相当する。一方Ｔ2は、数式２からも明らかな通り、動径
【００２２】
【数７】
【００２３】
のＱＰＳＫの信号ダイアグラムに相当する４値をとる。このため、Ｔ＝Ｔ2・Ｔ1のとる８値を複素平面上にプロットすると、外側ＱＰＳＫ信号点（図中［１００］、［１１０］、［１１１］、［１０１］）と内側ＱＰＳＫ信号点（図中［０００］、［０１０］、［０１１］、［００１］）が互いに位相角π／４だけオフセットして配置され、外側ＱＰＳＫと内側ＱＰＳＫの電界強度比は、
【００２４】
【数８】
【００２５】
であるような信号ダイアグラムが得られる。外側ＱＰＳＫの１点とそれに近接する内側ＱＰＳＫの２点、例えば［１００］、［００１］、［０００］の３点が正三角形をなしていることが特徴である。この変調方式は、例えば非特許文献３などで使用されているように８ＱＡＭと呼ばれることも多いが、本明細書では非特許文献２に倣い８ＡＰＳＫの呼称を採用する。
【００２６】
なお、非特許文献２のＦｉｇ．１５（ｂ）では、２ＡＰＳＫ変調手段におけるアーム間の光電界振幅比として２：１（光強度比が１：１／４、従って電界振幅比が１：１／２＝２：１）が記載されているが、これは本実施形態に示した理想値
【００２７】
【数９】
【００２８】
を整数で近似した値と考えられる。また、同文献では、電界振幅比２：１（理想的には
【００２９】
【数１０】
【００３０】
）を得るための具体的な回路構成についても記載されていないが、同文献Ｆｉｇ．５（ｂ）から単純に類推して６ｄＢ光減衰器を使用すると、減衰させた分の光過剰損失が生じてしまう。本実施形態では、ここへ、非特許文献１のアイディアを応用し、光強度分岐比及び結合比
【００３１】
【数１１】
【００３２】
の光分岐及び光結合手段を使用することにより、光減衰器を使用する場合に比較して光過剰損失を低減している。
【００３３】
このように、Ｎ個のＢＰＳＫ変調手段の組合せにより２N値変調を行うことができる。
なお、上記に挙げた従来技術ではいずれも、ＢＰＳＫ変調手段としては両アームに高速位相変調手段を有するＭＺ回路（以下、単に「ＭＺ変調回路」）を使用している。非特許文献２で詳しく論じられている通り、ＭＺ変調回路のプッシュプル駆動によりＢＰＳＫ変調を行うことにより、駆動電気信号のノイズや歪みに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑え、高品質な光信号を得ることができるというメリットがある。このことを図７の実施形態を使用して説明する。図左に示すように、両アームに位相変調器を有するＭＺ変調回路において、予め各アームにバイアス電極を使用して光位相シフト量＋π／２、−π／２を付与しておき、位相変調器の一方を駆動電気信号Ｖ（ｔ）／２、他方をその反転信号−Ｖ（ｔ）／２で駆動する。このときＭＺ変調回路の伝達関数は、半波長電圧（アーム間位相差をπ変化させるのに必要な電圧）をＶπとすると、
【００３４】
【数１２】
【００３５】
となり、駆動電圧に対する出力光電界の変化は図右に示すようなｓｉｎ関数となる。電圧振幅２Ｖπ（シンボル点においてＶ（ｔ）＝±Ｖπ）で駆動すれば、シンボル点近傍において駆動電圧に対する出力光電界の変化率が小さくなるため、駆動電気信号のノイズや歪みが出力光信号に与える影響を抑圧することができる。また、光位相はＶ（ｔ）＞０のときπ（伝達関数が負の実数）、Ｖ（ｔ）＜０のときゼロ（伝達関数が正の実数）の二値のみをとるため、シンボル間の遷移領域におけるチャープ（光位相の連続的な変化）が生じないというよく知られたメリットもある。なお、図７の位相変調電極等の配置はあくまで一例であり、使用する光導波路基板の種類によっては中心電極型（両アームの中央に信号電極を配置）などのバリエーションがあるが、両アームに反対符号の位相変調をかける構成（プッシュプル構成）で、かつ上式のＶ（ｔ）にあたる値の振幅が２Ｖπである場合は全て同様のメリットを得ることができる。
【００３６】
さて、一般に、変調多値数を大きくするほど帯域利用効率は向上するが、信号空間において信号点間の距離が縮まるため、受信感度は低下する。このため、利用可能な変調多値数の上限（帯域利用効率の上限）は伝送路状況に依存する。近年無線通信においては、伝送路の状況に応じて変調多値数を最適に切換える適応変調技術が実用化され、データ通信の高速化・高品質化に貢献している。
【００３７】
このような技術を光伝送に導入する検討も進められている。例えば、非特許文献６では、リングネットワーク等においてノード間距離に応じて柔軟に光帯域割り当てを行い、割り当てられた帯域に応じて変調多値数を切り換えることで、全体としてより効率よく光帯域資源を利用する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３８】
【非特許文献１】H. Yamazaki, T. Yamada, T. Goh, Y. Sakamaki, and A. Kaneko, ‘‘64QAM Modulator With a Hybrid Configuration of Silica PLCs and LiNbO3 Phase Modulators,’’ IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 22, No. 5, pp. 344-346, 2010.
【非特許文献２】N. Kikuchi, ‘‘Intersymbol Interference (ISI) Suppression Technique for Optical Binary and Multilevel Signal Generation,’’ J. Lightwave Technol., Vol. 25, No. 8, pp. 2060-2068, 2007.
【非特許文献３】X. Zhou, J. Yu, M. F. Huang, Y. Shao, T. Wang, P. Magill, M. Cvijetic, L. Nelson, M. Birk, G. Zhang, S. Ten, H. B. Matthew, and S. K. Mishra, ‘‘32Tb/s (320x114Gb/s) PDM-RZ-8QAM transmission over 580km of SMF-28 ultra-low-loss fiber,’’Proc. of OFC2009, paper PDPB4, 2009.
【非特許文献４】K. Jinguji, N. Takato, A. Sugita, and M. Kawachi, ‘‘Mach-Zehnder interferometer type optical waveguide coupler with wavelength-flattened coupling ratio,’’ Electron. Lett., Vol. 26, No. 17, pp. 1326-1327, 1990.
【非特許文献５】K. Jinguji, and M. Kawachi, ‘‘Synthesis of Coherent Two-Port Lattice-Form Optical Delay-Line Circuit,’’ J. Lightwave Technol., Vol. 13, No. 1, pp. 73-82, 1995.
【非特許文献６】M. Jinno, B. Kozicki, H. Takara, A. Watanabe, Y. Sone, T. Tanaka, and A. Hirano, ‘‘Distance-Adaptive Spectrum Resource Allocation in Spectrum-SlicedElastic Optical Path Network,’’ IEEE Communications Magazine, vol. 48, issue 8, pp. 138-145.
【非特許文献７】Y. Hashizume, Y. Inoue, T. Kominato, T. Shibata, and M. Okuno, ‘‘Low-PDL 16-channel variable optical attenuator array using silica-based PLC,’’ Proc. of OFC2004, paper WC4, 2004.
【非特許文献８】X. Jiang, X. Li, H. Zhou, J. Yang, M. Wang, Y. Wu, and S. Ishikawa, ‘‘Compact Variable Optical Attenuator Based on Multimode Interference Coupler,’’ Photon. Technol. Lett., vol. 17, no. 11, pp. 2361-2363.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
しかしながら、上述の従来技術を使用した変調器において、それぞれ単一の変調フォーマットにしか対応することができない。このため、変調多値数を柔軟に切換えるためには、送信装置内に種類の異なる複数の変調器を実装しておき、光チャネルセレクタ等をもって使用する変調器を切り換える必要があり、送信装置の大型化、複雑化、高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【００４０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、変調多値数の異なる複数の変調フォーマット間の切換えを柔軟に行うことのできる光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２値位相変調手段と、少なくともＮ−１個の光位相調整手段と、少なくとも１個の可変光分岐手段又は、可変光結合手段と、１個のメイン入力ポートと、１個のメイン出力ポートとを有し、少なくともＮ−１個の上記２値位相変調手段の各々について、その入力ポートと上記メイン入力ポートとを結ぶ光路中、もしくはその出力ポートと上記メイン出力ポートを結ぶ光路中の少なくとも１光路に、少なくとも１個の上記光位相調整手段が配置され、Ｍ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の上記２値位相変調手段の各々ついて、その入力ポートと上記メイン入力ポートとを結ぶ光路、もしくはその出力ポートと上記メイン出力ポートを結ぶ光路のいずれかもしくは両方を、上記可変光分岐手段又は可変光結合手段を使用して必要に応じて遮断し、また、必要に応じて開通させることにより、出力光信号の変調多値数を２N-Mから２Nの間で切換える機能を有することを特徴とする光変調器です。
【００４２】
また、請求項２に記載の発明は、上記２値位相変調手段の各々が、プッシュプル駆動型のマッハツェンダ変調回路であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器です。
【００４３】
また、請求項３に記載の発明は、上記光変調器は、端面同士が直接接合された３枚の基板上に形成された平面光波回路からなる光変調器であって、第１及び第３の基板上に形成された平面光波回路が石英系ガラスからなり、第２の基板上に形成された平面光波回路が電界印加により屈折率が変化する多元系酸化物、化合物半導体またはポリマからなり、上記２値位相変調手段の各々が上記第２の基板上に形成された高速位相シフタを含み、上記可変光分岐手段及び可変光結合手段の各々が上記第１または第３の基板上に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光変調器です。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、変調多値数の異なる複数の変調フォーマットの切換えを柔軟に行うことのできる光変調器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の従来技術であるＱＰＳＫ変調器の回路構成を表す図である。
【図２】第１の従来技術であるＱＰＳＫ変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図３】第２の従来技術である１６ＱＡＭ変調器の回路構成を表す図である。
【図４】第２の従来技術である１６ＱＡＭ変調器の伝達関値の複素平面プロットである。
【図５】第３の従来技術である８ＡＰＳＫ変調器の回路構成を表す図である。
【図６】第３の従来技術である８ＡＰＳＫ変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図７】本発明のＭＺ変調回路のプッシュプル駆動によりＢＰＳＫ変調を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の構成を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１０】本発明の第２の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１２】本発明の第３の実施形態であるＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態であるＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１４】本発明の第４の実施形態であるＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ／６４ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態であるＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ／６４ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１６】本発明の第５の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図１８】本発明の第６の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図２０】本発明の第７の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図２２】本発明の第８の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の回路構成を表す図である。
【図２３】本発明の第８の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の伝達関数値の複素平面プロットである。
【図２４】本発明の実施形態７のＬＮとＰＬＣの異種基板接合を使用したＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＱＡＭ／１６ＱＡＭ可変変調器の具体的構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、変調器の回路構成に関するものであって、基本的にその効果は変調器を形成する材料には依存しない。変調器を形成する材料としては、電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＥＯ）効果の一種であるポッケルス効果を有するＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）やＫＴａ1-xＮｂxＯ3やＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3などの多元系酸化物結晶、電界吸収（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＡ）効果や量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ：ＱＣＳＥ）による屈折率または吸収係数の変調が可能なＧａＡｓ系やＩｎＰ系の化合物半導体、クロモフォアなどのＥＯ効果を有するポリマなどを使用することができる。さらには、非特許文献１で示されているような、上記材料基板と石英系平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）との異種基板接合型構成を使用してもよい。
【００４７】
以下、実施形態において、複数のＢＰＳＫ変調手段の組み合わせによる多値変調器の構成を示すが、ＢＰＳＫ変調手段としてはＭＺ変調回路を使用することが最も一般的である。図７に示した通り、また非特許文献２で詳しく論じられている通り、ＭＺ変調回路をアーム間位相差＋π〜−πを与えるような電圧振幅でプッシュプル駆動すれば、駆動電気信号ノイズに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑え、シンボル間干渉を抑制することができるというメリットがある。しかし、本発明の効果は、ＢＰＳＫ変調手段の具体的構成には依存しないので、例えば直線型の位相変調器等を使用しても良い。
【００４８】
また、以下、実施形態において、可変光分岐及び結合手段を使用した多値変調器の構成を示すが、本発明の効果は、実施形態の説明中に示される光強度分岐及び結合比を実現できる限りにおいて、可変光分岐及び結合手段の具体的構成には依存しない。代表的な可変光分岐及び結合手段としては、非特許文献７に示されるようなＭＺ回路型のものが挙げられるが、他にも非特許文献８に示されるようなマルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）カプラ型のものなどを使用しても良い。
【００４９】
なお、特に断りのない場合、全てのＭＺ回路（各アームにさらに別のＭＺ回路が含まれているような場合も含む）の両アームの光路長は、全て等長とする。実際には、プロセスエラーやＤＣドリフト等により光路長のズレが生じるが、一般にそのようなズレは、位相シフタの調整により補償される。補償量は、材料や製造条件、また、変調器の使用環境等によって様々に異なるため、一意に定まるものではない。このため、以下の実施形態における位相シフタの位相シフト量の値には光路長補償のための位相シフト分は、含まないものとする。また、以下、実施形態においては数式による説明を簡易化するため位相シフタは、ＭＺ回路の一方のアームのみに配置しているが、ＭＺ回路においてはアーム間の位相差が本質的なパラメータであるため、位相シフタを他方のアームに配置しても、また両方のアームに配置しても、アーム間の位相差が同じになるような位相シフト量を設定すれば同じ効果が得られることは自明であり、本発明の効果は、位相シフタを配置するアーム（一方のアーム、他方のアーム、両方のアーム）の選択には依存しない。
【００５０】
また、本明細書の説明において、「信号ダイアグラム」とは、当該光信号の全信号点を複素平面上にプロットし、さらに、各信号点に対応するデータ値のマッピングを記載したものを指し、「コンスタレーション図形」とは、信号ダイアグラムからデータマッピングの情報を除いた図形、すなわち単に、信号点の描く図形を指すものとする。さらに、コンスタレーション図形同士を複素平面上での回転操作のみによって互いに重ねることができる場合、コンスタレーション図形が「等しい」と表現し、回転操作によって重ねることができない場合は、コンスタレーション図形が「異なる」と表現する。データマッピングが「等しい」または、「異なる」と表現する場合も同様である。これは、複素平面上での回転操作は単に基準位相の取り方の変更に相当するため、回転操作により重ねることのできるコンスタレーション図形（または、データマッピング）は実質的に等しいとみなせるためである。
【００５１】
（第１の実施形態）
図８に、本発明の第１の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の構成を示す。固定光分岐手段（光強度分岐比１：１）８３１及び可変光結合手段８５２によって構成されるＭＺ回路の各アームにＢＰＳＫ変調手段８１１、８１２が配置され、片方のアームに位相シフタ８２１が配置されている。メイン入力ポート８０１からメイン出力ポート８０２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
ただし、ｂ1、ｂ2は、それぞれＢＰＳＫ変調手段８１１、８１２の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ2は可変光結合手段８５２の光強度結合比である。φ1は、位相シフタ８２１により設定される光位相であり、その原点は、光分岐及び結合手段によって生じる光位相差をキャンセルする点とする。例えば、ｂ1＝ｂ2かつφ1＝０のとき、ＢＰＳＫ変調手段８１１側のアームから可変光結合手段８５２の出力ポートに結合する光と、ＢＰＳＫ変調手段８１２側のアームから可変光結合手段８５２の出力ポートに結合する光との間の位相差はゼロである。可変光結合手段の光強度結合比を変化させることにより光位相差が変化する場合は、φ1の原点もこれに合わせて変化するものとする。
【００５４】
このような構成を使用すれば、位相シフタ８２１と可変光結合手段８５２を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図９（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ1とｒ2を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。図９（ａ）に示す通り、ｒ2＝０（φ1は任意値）とすれば、
【００５５】
【数１４】
【００５６】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段８１１をデータ駆動することによりＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、図９（ｂ）に示す通り、φ1＝０、ｒ2＝０．２とすれば、
【００５７】
【数１５】
【００５８】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段８１１及び８１２をデータ駆動することにより、位相２値（０またはπ）、振幅２値
【００５９】
【数１６】
【００６０】
の４ＡＰＳＫ変調を行うことができる。さらには、図９（ｃ）に示す通り、φ1＝π／２、ｒ2＝０．５とすれば、
【００６１】
【数１７】
【００６２】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段８１１及び８１２をデータ駆動することにより、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。
【００６３】
このように、本実施形態においては、φ1とｒ2の組合せを３通りに切換えることにより、変調フォーマットをＢＰＳＫ、４ＡＰＳＫ、ＱＰＳＫの３通りに切換えることができる。また、ｒ2の値をゼロに設定し、ＢＰＳＫ変調手段８１２とメイン出力ポート８０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を１とし、変調多値数を２1＝２（変調フォーマット：ＢＰＳＫ）とすることができる一方、ｒ2の値を有限値（０．２または０．５）に設定し、同光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：４ＡＰＳＫまたはＱＰＳＫ）とすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態および以下に示す全ての実施形態においては、変調フォーマットを切換える際、各ＢＰＳＫ変調手段の伝達関数ｂiのとり得る値のセット（−１または＋１）は変更する必要がない。このため、ＢＰＳＫ変調手段としてＭＺ変調回路を使用する場合、その駆動電圧振幅は変更する必要がなく、常にアーム間位相差＋π〜−πを与えるような電圧振幅でプッシュプル駆動することができる。これにより、非特許文献２で論じられている通り、駆動電気信号ノイズに起因する光出力の揺らぎを最小限に抑えた高品質な光信号を常に得ることができる。
【００６５】
また、φ1を上記の値からπの倍数だけ変化させても、またｒ2を１−ｒ2で置き換えても、データマッピングが異なるものの同じ変調フォーマットの信号が得られることは容易に確かめられる。以下に示す全ての実施形態においても、ある所望の変調フォーマット信号を得るためのφiおよびｒiの値は、複数可能であるが、その選択は本発明の効果に本質的な影響はないため、以下の説明においては代表値のみを示す。
【００６６】
（第２の実施形態）
図１０に、本発明の第２の実施形態であるＢＰＳＫ／４ＡＰＳＫ／ＱＰＳＫ可変変調器の構成を示す。本実施形態は、図８に示した上記第１の実施形態において、固定光分岐手段８３１を可変光分岐手段１０５１で置き換えたものである。メイン入力ポート１００１からメイン出力ポート１００２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００６７】
【数１８】
【００６８】
ただし、ｂ1、ｂ2は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１０１１、１０１２の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1及びｒ2は可変光分岐手段１０５１の光強度分岐比及び可変光結合手段１０５２の光強度結合比である。φ1は、位相シフタ１０２１により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。
【００６９】
このような構成を使用すれば、位相シフタ１０２１と可変光分岐及び結合手段１０５１、１０５２を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１１（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ1、ｒ1、ｒ2を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。図１１（ａ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０（φ1は任意値）とすれば、
【００７０】
【数１９】
【００７１】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１０１１をデータ駆動することでＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、図１１（ｂ）に示す通り、φ1＝０、ｒ1＝ｒ2＝１／３とすれば、
【００７２】
【数２０】
【００７３】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１０１１及び１０１２をデータ駆動することで、位相２値（０またはπ）、振幅２値（１／３または１）の４ＡＰＳＫ変調を行うことができる。さらには、図１１（ｃ）に示す通り、φ1＝π／２、ｒ1＝ｒ2＝０．５とすれば、
【００７４】
【数２１】
【００７５】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１０１１及び１０１２をデータ駆動することにより、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。
【００７６】
このように、本実施形態においては、φ1、ｒ1、ｒ2の組合せを３通りに切換えることで、変調フォーマットをＢＰＳＫ、４ＡＰＳＫ、ＱＰＳＫの３通りに切換えることができる。また、ｒ1、ｒ2の値をゼロに設定し、ＢＰＳＫ変調手段１０１２とメイン入力ポート１００１を結ぶ光路およびメイン出力ポート１００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を１とし、変調多値数を２1＝２（変調フォーマット：ＢＰＳＫ）とすることができる一方、ｒ1、ｒ2の値を有限値（１／３または０．５）に設定し、同光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：４ＡＰＳＫまたはＱＰＳＫ）とすることができる。上記第１の実施形態に比較して、本実施形態は、ＢＰＳＫおよび４ＡＰＳＫ変調時の変調損失が小さい（シンボル点におけるＴの値の絶対値が大きい）というメリットがある。
【００７７】
なお、本実施形態において可変光結合手段１０５２を光強度結合比１：１の固定光結合手段に置き換えても、上記第１の実施形態と同等の効果を得られることは容易に確認できる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１２に、本発明の第３の実施形態であるＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ可変変調器の構成を示す。可変光分岐手段１２５５及び可変光結合手段１２５６によって構成されるＭＺ回路の各アームに、上記第２の実施形態と同様の構成と、上記従来技術１と同様の構成がそれぞれ配置され、片方のアームに位相シフタ１２２３が配置されている。メイン入力ポート１２０１からメイン出力ポート１２０２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００７９】
【数２２】
【００８０】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１２１１、１２１２、１２１３、１２１４の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1、ｒ2、ｒ5、ｒ6は、可変光分岐及び結合手段１２５１、１２５２、１２５５、１２５６の光強度分岐比及び結合比である。φ1、φ2、φ3は、位相シフタ１２２１、１２２２、１２２３により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、φ1＝φ2＝π／２、φ3＝０とする。
【００８１】
このような構成を使用すれば、可変光分岐及び結合手段１２５１、１２５２、１２５５、１２５６を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１３（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、ｒ1、ｒ2、ｒ5、ｒ6を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。図１３（ａ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝ｒ5＝ｒ6＝０とすれば、
【００８２】
【数２３】
【００８３】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１２１１をデータ駆動することによりＢＰＳＫ変調を行うことができる。また、図１３（ｂ）に示す通り、ｒ5＝ｒ6＝１（ｒ1、ｒ2は任意値）とすれば、
【００８４】
【数２４】
【００８５】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１２１３及び１２１４をデータ駆動することにより、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。なお、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ5＝ｒ6＝０、としてもＱＰＳＫ変調を行うことができる。さらには、図１３（ｃ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ5＝ｒ6＝１／３とすれば、
【００８６】
【数２５】
【００８７】
となるため、ＢＰＳＫ変調手段１２１１、１２１２、１２１３、１２１４をデータ駆動することにより、１６ＱＡＭ変調を行うことができる。
【００８８】
このように、本実施形態においては、ｒ1＝ｒ2＝ｒ5＝ｒ6＝０とし、ＢＰＳＫ変調手段１２１２、１２１３、１２１４の各々とメイン入力ポート１２０１およびメイン出力ポート１２０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を１とし、変調多値数を２1＝２（変調フォーマット：ＢＰＳＫ）とすることができる。さらに、ｒ5＝ｒ6＝１とし、ＢＰＳＫ変調手段１２１１、１２１２との各々とメイン入力ポート１２０１およびメイン出力ポート１２０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。さらに、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ5＝ｒ6＝１／３とし、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート１２０１およびメイン出力ポート１２０２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を４とし、変調多値数を２4＝１６（変調フォーマット：１６ＱＡＭ）とすることができる。
【００８９】
なお、φ1＝０、ｒ1＝ｒ2＝１／３、ｒ5＝ｒ6＝０とすれば、上記第２の実施形態と同様の４ＡＰＳＫ変調を行うこともできる。
【００９０】
また、本実施形態において可変光分岐手段１２５１もしくは結合手段１２５２のいずれかを光強度分岐もしくは結合比１：１の固定光分岐もしくは結合手段に置き換えても、変調損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。可変光結合手段１２５５もしくは分岐手段１２５６についても同様である。
【００９１】
（第４の実施形態）
図１４に、本発明の第４の実施形態であるＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ／６４ＱＡＭ可変変調器の構成を示す。本実施形態では、変光分岐手段１４５１、１４５３及び可変光結合手段１４５２、１４５４によって、上記従来技術１と同等のＱＰＳＫ変調手段が３組並列に接続された形となっている。メイン入力ポート１４０１からメイン出力ポート１４０２への伝達関数Ｔは、以下の式により表すことができる。
【００９２】
【数２６】
【００９３】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4、ｂ5、ｂ6は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１４１１、１４１２、１４１３、１４１４、１４１５、１４１６の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4は可変光分岐及び結合手段１４５１、１４５２、１４５３、１４５４の光強度分岐比及び結合比である。φ1、φ2、φ3、φ4、φ5は、位相シフタ１４２１、１４２２、１４２３、１４２４、１４２５により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、φ1＝φ2＝φ3＝π／２、φ4＝φ5＝０とする。
【００９４】
このような構成を使用すれば、可変光分岐及び結合手段１４５１、１４５２、１４５３、１４５４を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１５（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4ｄ5ｄ6］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。なお、図１５（ｃ）では、図が煩雑となるのを避けるため、４隅の点のみデータマッピングを表示した。他の全ての点のデータマッピングについては、上式に対応するｂnの値を代入すれば容易に確認することができる。
【００９５】
なお、本実施形態において、可変光分岐手段１４５１もしくは、結合手段１４５２のいずれかを光強度分岐もしくは、結合比１：１の固定光分岐もしくは、結合手段に置き換えても、変調損失は、増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。可変光結合手段１４５３もしくは分岐手段１４５４についても同様である。
【００９６】
（第５の実施形態）
図１６に、本発明の第５の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の構成を示す。メイン入力ポート１６０１に上記従来技術１と同様の構成が接続され、さらにその後段に、可変光分岐手段１６５３と可変光結合手段１６５４によって構成されるＭＺ回路が直列に接続され、同ＭＺ回路の一方のアームにはＢＰＳＫ変調手段１６１３と位相シフタ１６２２が配置されている。メイン入力ポート１６０１からメイン出力ポート１６０２への伝達関数Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００９７】
【数２７】
【００９８】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１６１１、１６１２、１６１３の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。ｒ4は可変光分岐及び結合手段１６５３、１６５４の光強度結合比である。φ1、φ2は、位相シフタ１６２１、１６２２により設定される光位相であり、その原点の取り方は上記第１の実施形態と同様である。本実施形態では、φ1＝π／２とする。φ3＝０とする。
【００９９】
このような構成を使用すれば、位相シフタ１６２２、可変光分岐手段１６５３、可変光結合手段１６５４を使用して、変調フォーマットを切換えることができる。図１７（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ3、ｒ4を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１００】
図１７（ａ）に示す通り、ｒ3＝ｒ4＝１（φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段１６１３とメイン入力ポート１６０１およびメイン出力ポート１６０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１０１】
また、ｒ3＝ｒ4＜１とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート１６０１およびメイン出力ポート１６０２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、ｒ3＝ｒ4＝１／｛１＋ｔａｎ（π／８）｝、φ2＝π／２とすれば、図１７（ｂ）に示す通り、８ＰＳＫ変調を行うことができる。また、
【０１０２】
【数２８】
とすれば、図１７（ｃ）に示す通り、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１０３】
なお、本実施形態において可変光分岐手段１６５３もしくは、結合手段１６５４のいずれかを光強度分岐もしくは結合比１：１の固定光分岐もしくは結合手段に置き換えても、変調損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。
【０１０４】
（第６の実施形態）
図１８に、本発明の第６の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＡＰＳＫ可変変調器の構成を示す。第１の光信号を出力する出力ポート１８７１及び第２の光信号を出力する出力ポート１８７２を有する第１の光変調手段１８４１と、出力ポート１８７１に接続され、第１の光信号をさらに変調し、第３の光信号を出力する第２の光変調手段１８４２と、第３及び第２の光信号を結合させメイン出力ポート２へ出力させる可変光結合手段１８５３とで構成されている。
【０１０５】
第１の光変調手段１８４１は、上記従来技術１と、ほぼ同等のＱＰＳＫ変調手段であり、固定光分岐手段及び結合手段１８６１、１８６２と、それらで構成されるＭＺ回路の各アームに配置されたＢＰＳＫ変調手段１８１１および１８１２、及び片方のアームに配置され、π／２の位相変化を与える位相シフタ１８２１で構成されているが、光分岐手段１８６１及び結合手段１８６２として光強度結合比１：１（０．５：０．５）の２入力２出力の方向性結合器を使用する点が異なる。よく知られている通り、方向性結合器の伝達行列Ｓcは、以下の式で表すことができる（非特許文献５等を参照）。
【０１０６】
【数２９】
【０１０７】
但し、Ｅin,A、Ｅin,Bは、それぞれ入力ポートＡ、Ｂからの入力光電場、Ｅout,C、Ｅout,Dは、それぞれ出力ポートＣ、Ｄからの出力光電場（いずれも複素数表現）、Ｒは、光強度結合比である。第２の光変調手段１８４２は、直列に接続されたＢＰＳＫ変調手段１８１３と位相シフタ１８２２で構成されている。メイン入力ポート１８０１から出力ポート１８７１（スルー側）への伝達関数Ｔ1、メイン入力ポート１８０１から出力ポート１８７２（クロス側）の伝達関数Ｔ1´、第２の光変調手段の伝達関数Ｔ2、及びメイン入力ポート１８０１からメイン出力ポート１８０２への伝達関数Ｔは、それぞれ以下の式で表すことができる。
【０１０８】
【数３０】
【０１０９】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3は、それぞれＢＰＳＫ変調手段１８１１、１８１２、１８１３の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。φ2は位相シフタ１８２２による位相変化量である。ｒ3は可変光結合手段１８５３の光強度結合比である。
【０１１０】
このような構成を使用すれば、位相シフタ１８２２、可変光分岐手段１８５３を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図１９（ａ）〜（ｃ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ3を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3］は各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１１１】
図１９（ａ）に示す通り、ｒ3＝０（φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段１８１３とメイン入力ポート１８０１およびメイン出力ポート１８０２を結ぶ光路を遮断することで、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１１２】
また、ｒ3＞０とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート１８０１およびメイン出力ポート１８０２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、
【０１１３】
【数３１】
【０１１４】
とすれば、図１９（ｂ）に示す通り、８ＰＳＫ変調を行うことができる。また、
【０１１５】
【数３２】
【０１１６】
とすれば、図１９（ｃ）に示す通り、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１１７】
さらに本実施形態を使用すれば、上記第３の従来技術や上記第５の実施形態を使用した場合に比較して、光変調に伴う原理的な損失を低減できるという副次的な効果を得ることができる。具体的には、図１９（ｃ）の外側の信号点（例えば［１０１］）の動径は、約０．８９である。これに対し、図６（ｃ）の外側の信号点（例えば［１００］）や、図１７（ｃ）の外側の信号点（例えば［０００］）の動径は、約０．６６である。このことはすなわち、同じ強度の連続光を入力した場合のシンボル点における出力８ＡＰＳＫ信号光強度が、本実施形態を使用した場合は、上記第３の従来技術や上記第５の実施形態を使用した場合に比較し、２．６ｄＢ大きい、すなわち８ＡＰＳＫ変調に伴う原理的な損失が２．６ｄＢ小さいことを意味している。２．６ｄＢという値は、以下の計算によって得ることができる。
【０１１８】
【数３３】
【０１１９】
同様に、８ＰＳＫ変調を行う場合の原理的な損失も、上記第５の実施形態を使用する場合に比較して、２．３ｄＢ低減できる。
【０１２０】
さて、本実施形態を含む本発明の第６以降の実施形態では、上記第１及び第２の光信号の両方を使用した最終的な出力光信号を生成しており、これによって光変調に伴う原理的な損失を低減している。従来は、第１および第２の光信号に相当する信号のうちどちらか一方をメイン出力信号光として使用して、他方は放射光として捨てるかモニタ光として使用するしか利用手段はなく、これが３ｄＢの原理損失要因となっていた。本発明の第６以降の実施形態では、このように従来同時に信号光生成に使用することのできなかった第１及び第２の光信号に対し、その一方に他方とは、異なる変調をさらに加えてから結合させるという新たな着想により、同時に信号光生成に使用することを可能としている。これによって、従来より小さい原理損失での多値信号生成を可能にしている。
【０１２１】
なお、本実施形態を含む本発明の全ての実施形態において、２入力２出力の光結合手段（本実施形態では、光結合手段１８６２）としては、方向性結合器の他にもマルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）カプラや、非特許文献４に示される波長無依存カプラ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｒ：ＷＩＮＣ）を使用することもできる。これらのカプラの伝達関数は方向性結合器とは異なるが、どのような２入力２出力カプラを使用しても、本実施形態の機能は本質的に損なわれることはない。このことは、光カプラの相反性とエネルギー保存則から導くことができる（厳密には、カプラの内部損失によって信号ダイアグラムが乱れる場合があるが、内部損失の充分小さいカプラを使用すれば問題ない）。さらに、メイン入力ポートに接続された光分岐手段（本実施形態では、光分岐手段１８６１）としては、上記のような２入力２出力カプラを使用しても、また、Ｙ字型カプラを使用してもよい。但し、カプラの位相特性はカプラの種類によって異なるため、位相シフタ１８２１の位相シフト量は使用するカプラの種類に応じて上記の値から変更する必要がある。
【０１２２】
（第７の実施形態）
図２０に、本発明の第７の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＱＡＭ／１６ＱＡＭ変調器の構成を示す。第１の光信号を出力する出力ポート２０７１及び第２の光信号を出力する出力ポート２０７２を有する第１の光変調手段２０４１と、出力ポート２０７１に接続され、第１の光信号をさらに変調し第３の光信号を出力する第２の光変調手段２０４２と、第３及び第２の光信号を結合させメイン出力ポート２００２へ出力させる可変光結合手段２０５３とで構成されている。
【０１２３】
第１の光変調手段２０４１は、図１８に示した第６の実施形態の第１の光変調手段１８４１と同等のＱＰＳＫ変調手段である。第２の光変調手段２０４２は、図１０に示した第２の実施形態と同等のＱＰＳＫ変調手段に位相シフタ２０２２が直列接続されたものである。上記第６の実施形態と同様に伝達関数Ｔ1、Ｔ1´、Ｔ2、Ｔを定義すると、Ｔ2のみ第６の実施形態と異なり以下の形となる。
【０１２４】
【数３４】
【０１２５】
ただしｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段２０１３、２０１４の伝達関数であり、シンボル点においては＋１または−１のいずれかの値をとる。φ2、φ3は位相シフタ２０２２、２０２３による位相変化量である。本実施形態では、φ3＝π／２を使用する。ｒ1、ｒ2は、光結合手段２０５１、２０５２の光強度結合比である。
【０１２６】
このような構成を使用すれば、位相シフタ２０２２、可変光分岐手段及び可変光結合手段２０５１、２０５２、２０５３を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図２１（ａ）〜（ｄ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ1、ｒ2、ｒ3を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１２７】
図２１（ａ）に示す通り、ｒ3＝０（ｒ1、ｒ2、φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２０１３及び２０１４の各々とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１２８】
また、ｒ1＝ｒ2＝０、ｒ3＞０とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２０１４とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、図２１（ｂ）に示す通り、
【０１２９】
【数３５】
【０１３０】
とすれば、８ＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１３１】
また、図２１（ｃ）に示す通り、
【０１３２】
【数３６】
【０１３３】
とすれば、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１３４】
さらに図２１（ｄ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ3＝１／３、φ2＝−π／４とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を開通することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を４とし、変調多値数を２4＝１６（変調フォーマット：１６ＱＡＭ）とすることができる。
【０１３５】
本実施形態を使用すれば、上記第６の実施形態を使用した場合と同様、８ＰＳＫおよび８ＡＰＳＫ変調に伴う原理的な損失を低減することができ、また、１６ＱＡＭ変調に伴う原理的な損失も低減することができるという副次的な効果が得られる。すなわち、上記第２の従来技術や上記第３の実施形態、上記第４の実施形態を使用した場合のコンスタレーションにおける外側の信号点（例えば、図４（ｃ）の［００００］）の動径は、
【０１３６】
【数３７】
【０１３７】
だが、本実施形態を使用した場合（たとえば図２１（ｄ）の［１０１１］）の動径は、
【０１３８】
【数３８】
【０１３９】
なので、本実施形態を使用することにより上記第２の従来技術や上記第３の実施形態、上記第４の実施形態を使用した場合に比較して１６ＱＡＭ変調に伴う原理的な損失を１．８ｄＢ低減できる。
【０１４０】
なお可変光分岐手段２０５１を光強度分岐比１：１の固定光分岐手段に置き換えても、８値変調時の原理損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。
【０１４１】
図２４に、本実施形態を使用した光変調器の具体的な構造の例を挙げる。図２４の符号２４０１〜２４６２は、図２０の符号２００１〜２０６２に対応している。本実施形態では、非特許文献１に示されるような、光変調器をＬＮと石英系ＰＬＣの異種基板接合を使用して作製している。すなわち、ＸカットＬＮ基板２４９１の両端面に、石英系ＰＬＣ基板２４８１、２４８２を直接接合した形態となっている。
【０１４２】
ＢＰＳＫ変調手段２４１１、２４１２、２４１３、２４１４の各々は、ＬＮ基板２４９１上の２本の導波路と、ＰＬＣ基板２４８１および２４８２上の２個のＹ字型カプラで構成されたＭＺ回路であり、ＬＮ基板上の２本の導波路の中心に配置された信号電極と、図では省略されているが信号電極から見て各導波路を挟んで反対側に配置されたグランド電極からなる進行波型電極に駆動電気信号を印加することにより、プッシュプル駆動によるＢＰＳＫ変調を行うことができる。なお上記の信号電極とは別に、一般的なＬＮ変調器が備えるようなＤＣバイアス電極をＬＮ基板上に形成してもよい。
【０１４３】
２入力２出力の固定光結合手段及び分岐手段２４６１及び２４６２としては、非特許文献４に示される波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）を使用している。
【０１４４】
位相シフタ２４２１ａ、２４２１ｂ、２４２２ａ、２４２２ｂ，２４２３ａ，２４２３ｂとしては、熱光学位相シフタを使用している。各位相シフタは、図２０の位相シフタ２０２１、２０２２、２０２３と異なり、各ＭＺ回路の両アームに配置されている。熱光学位相シフタは、駆動電力に比例した位相シフト量を与えるため、印加電圧の正負を反転させても位相シフト量の正負を反転させることができないが、本実施形態のように両アームに位相シフタを配置しておけば、位相シフタを駆動するアームを切換えることにより実質的に位相シフト量の正負の切換えが可能であるため、このような配置としている。
【０１４５】
可変光分岐手段及び結合手段２４５１、２４５２、２４５３としては、非特許文献７に示されるようなＭＺ回路型の可変カプラを使用している。非特許文献７では片アームのみに熱光学位相シフタが配置されているが、本実施形態のように両アームに配置しても当然同等の効果を得ることができる。
【０１４６】
第１の変調手段２４４１と第２の変調手段２４４２および可変光結合手段２４５３との接続には、ＰＬＣ基板２４８１上に形成された折り返し導波路を使用している。これにより回路全体をコンパクトにレイアウトすることができる。
【０１４７】
本実施形態では、ＬＮと石英系ＰＬＣの異種基板接合を使用することにより以下のメリットを得ている。
【０１４８】
まず、高速位相変調部のみ応答帯域の広いＬＮを使用し、他の回路部分には低損失で回路レイアウト自由度の高い石英系ＰＬＣを使用することにより、両基板の材料特性を最大限に生かし、ＬＮと同等の広帯域電気−光応答特性を持たせつつ、光損失を抑え、複雑な回路をコンパクトに作製することができる。特に折り返し導波路をコンパクトかつ低損失に形成することは、ＬＮ基板上では難しいが、石英系ＰＬＣ基板を使用すれば容易である。
【０１４９】
また、可変光分岐手段および可変光結合手段の分岐比及び結合比の調整に熱光学位相シフタを使用しているが、これには以下のメリットがある。よく知られている通り、ＬＮ基板上の電気光学位相シフタにおいては、バイアスドリフトが生じるため、位相シフト量を一定に保つためには光出力強度モニタを使用したフィードバック制御が必要となる。しかし石英系ＰＬＣ上の熱光学位相シフタは基本的にバイアスドリフトを生じないため、これを使用することで可変光分岐手段及び結合手段のフィードバック制御が不要となり、制御が容易になる。
【０１５０】
なお、本実施形態ではＢＰＳＫ変調手段２４１１、２４１２、２４１３、２４１４であるマッハツェンダ変調回路のアーム部分のみをＬＮ基板上に形成しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、例えばＹ字型カプラ部を含むマッハツェンダ変調回路全体をＬＮ基板上に形成してもよい。Ｙ字型カプラはＬＮ基板でも充分実績があるため、これをＬＮ基板上に形成しても本実施形態の構成と大きな特性差は生じない。さらには位相シフタ２４２１、２４２３をＬＮ基板上に形成しても良い。
【０１５１】
また、高速位相変調部を形成する基板として最もポピュラーなＬＮを選択しているが、前述の通りＥＯ効果を有する他の多元系酸化物結晶や化合物半導体、ポリマなどを使用しても良い。
【０１５２】
（第８の実施形態）
図２２に、本発明の第８の実施形態であるＱＰＳＫ／８ＰＳＫ／８ＱＡＭ／１６ＱＡＭ変調器の構成を示す。第１の光信号を出力する出力ポート２２７１及び第２の光信号を出力する出力ポート２２７２を有する第１の光変調手段２２４１と、出力ポート２２７１に接続され、第１の光信号をさらに変調し第３の光信号を出力する第２の光変調手段２２４２と、出力ポート２２７２に接続され、第２の光信号をさらに変調し、第４の光信号を出力する第３の光変調手段２２４３と、第３及び第４の光信号を結合させメイン出力ポート２２０２へ出力させる光結合手段２２５３とで構成されている。
【０１５３】
第１の光変調手段２２４１は、図１８に示した実施形態６の第１の光変調手段１８４１と同等のＱＰＳＫ変調手段である。第２の光変調手段２２４２は、ＢＰＳＫ変調手段２２１３で構成されている。第３の光変調手段２２４３は、可変光分岐手段２２５１及び可変光結合手段２２５２を有し、それらで構成されるＭＺ回路の一方のアームのみにＢＰＳＫ変調手段２２１３、および位相シフト量−π／２を与える位相シフタ２２２３が配置され、他方のアームは直線導波路となっており、さらに光結合手段２２５２の後段に位相シフタ２２２２が直列に接続された構成となっている。メイン入力ポート２２０１から第１の変調手段の出力ポート２２７１（スルー側）への伝達関数Ｔ1、メイン入力ポート２２０１から第１の変調手段の出力ポート２２７２（クロス側）の伝達関数Ｔ1´、第２の変調手段の伝達関数Ｔ2、第３の変調手段の伝達関数Ｔ3、及びメイン入力ポート２２０１からメイン出力ポート２２０２への伝達関数Ｔは、それぞれ以下の式で表すことができる。
【０１５４】
【数３９】
【０１５５】
ただし、ｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4は、それぞれＢＰＳＫ変調手段２２１１、２２１２、２２１３、２２１４の伝達関数であり、シンボル点においては、＋１または−１のいずれかの値をとる。φ2、φ3は位相シフタ２２２２、２２２３による位相変化量である。本実施形態ではφ3＝−π／２を使用する。ｒ1、ｒ2、ｒ3は光結合手段２２５１、２２５２、２２５３の光強度結合比である。
【０１５６】
このような構成を使用すれば、位相シフタ２２２２、可変光分岐手段２２５１、２２５２、２２５３を使用して変調フォーマットを切換えることができる。図２３（ａ）〜（ｄ）に、伝達関数Ｔのシンボル点における値を、φ2、ｒ1、ｒ2、ｒ3を３通りの組合せに設定した場合について、それぞれ複素平面上にプロットした複素平面プロットを示す。同図中の［ｄ1ｄ2ｄ3ｄ4］は、各点に対するデータマッピングを表しており、ｂn＝＋１のとき、ｄn＝０、ｂn＝−１のとき、ｄn＝１である。ｄnの値がＴの値に影響しない場合は、ｄn＝ｘとする。
【０１５７】
図２３（ａ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝１、ｒ3＝０（φ2は任意値）とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２２１３及び２２１４の各々とメイン入力ポート２２０１およびメイン出力ポート２２０２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を２とし、変調多値数を２2＝４（変調フォーマット：ＱＰＳＫ）とすることができる。
【０１５８】
また、ｒ1＝ｒ2＝１、ｒ3＞０とすれば、ＢＰＳＫ変調手段２２１４とメイン入力ポート２００１およびメイン出力ポート２００２を結ぶ光路を遮断することにより、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を３とし、変調多値数を２3＝８とすることができる。具体的には、図２３（ｂ）に示す通り、
【０１５９】
【数４０】
【０１６０】
とすれば、８ＰＳＫ変調を行うことができる。また、図２３（ｃ）に示す通り、
【０１６１】
【数４１】
【０１６２】
とすれば、８ＡＰＳＫ変調を行うことができる。
【０１６３】
さらに図２１（ｄ）に示す通り、ｒ1＝ｒ2＝０．５、ｒ3＝２／３、φ2＝π／４とすれば、全てのＢＰＳＫ変調手段とメイン入力ポート２２０１およびメイン出力ポート２２０２を結ぶ光路を開通することで、有効なＢＰＳＫ変調手段の数を４とし、変調多値数を２4＝１６（変調フォーマット：１６ＱＡＭ）とすることができる。
【０１６４】
本実施形態を使用すれば、上記第７の実施形態を使用した場合と同様、８ＰＳＫ、８ＡＰＳＫおよび１６ＱＡＭ変調に伴う原理的な損失を低減することができる。
【０１６５】
なお可変光分岐手段２２５１を光強度分岐比１：１の固定光分岐手段に置き換えても、８値変調時の原理損失は増大するものの、同様な変調フォーマットの切換えを行うことが可能であることは容易に確認できる。
【０１６６】
最後に、これまでに挙げた全ての実施形態において、光入出力を逆転、すなわち各ＢＰＳＫ変調手段８１１〜７１２、１０１１〜１０１２、１２１１〜１２１４、１４１１〜１４１６、１６１１〜１６１３、１８１１〜１８１３、２０１１〜２０１４、２０１１〜２０１４、２２１１〜２２１４、２４１１〜２４１４の入出力ポートの方向を逆転し、かつメイン出力ポート８０２、１００２、１２０２、１４０２、１６０２、１８０２、２００２、２２０２、２４０２をメイン入力ポートとして、メイン入力ポート８０１、１００１、１２０１、１４０１、１６０１、１８０１、２００１、２２０１、２４０１をメイン出力ポートとして使用するような構成としても、本発明の効果は同様に得ることができる。これまでに挙げた全実施形態において、光変調器を構成する回路要素のうちＢＰＳＫ変調手段を除く回路要素は全てカプラ、位相シフタ、導波路からなる相反的な光回路であるため、ＢＰＳＫ変調手段の伝達関数ｂnが仮に入出力方向依存性を持たなければ、メイン入出力を逆転させても変調器の伝達関数は変化しない。実際にはＢＰＳＫ変調手段は、入出力方向依存性を有する場合がある。例えば、進行波型の変調電極を使用する場合、光の進行方向と駆動電気信号の進行方向を一致させる必要がある。従って、メイン入出力を逆転させた構成とする場合はＢＰＳＫ変調手段の入出力方向も併せて逆転させればよく、その場合は変調器の伝達関数は元の構成と等しくなる。
【符号の説明】
【０１６７】
８０１、１００１、１２０１、１４０１、１６０１、１８０１、２００１、２２０１ メイン入力ポート
８０２、１００２、１２０２、１４０２、１６０２、１８０２、２００２、２２０２ メイン出力ポート
８１１、８１２、１０１１、１０１２、１２１１、１２１２、１２１３、１２１４、１４１１、１４１２、１４１３、１４１４、１４１５、１４１６、１６１１、１６１２、１６１３、１８１１、１８１２、１８１３、２０１１、２０１２、２０１３、２０１４、２２１１、２２１２、２２１３、２２１４ ＢＰＳＫ変調手段
８２１、１０２１、１２２１、１２２２、１２２３、１４２１、１４２２、１４２３、１４２４、１４２５、１６２１、１６２２、１８２１、１８２２、２０２１、２０２２、２０２３、２２２１、２２２２、２２２３ 位相シフタ
８３１、１２３３、１４３１、１４３３、１４３５、１６３１、１８６１、２０６１、２２６１ 固定光分岐手段
８５２、１０５２、１２５５、１４５１、１４５３、１６５３、１８５３、２０５２、２２５２ 可変光結合手段
１０５１、１２５６、１４５２、１４５４、１６５４、２０５１、２２５１ 可変光分岐手段
１２３４、１４３２、１４３４、１４３６、１６３２、１８６２、２０６２、２２６２ 固定光結合手段
１８４１、２０４１、２２４１ 第１の光変調手段
１８４２、２０４２、２２４２ 第２の光変調手段
１８４２、２０４２、２２４３ 第３の光変調手段
１８７１、１８７２、２０７１、２０７２、２２７１、２２７２ 出力ポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２値位相変調手段と、
少なくともＮ−１個の光位相調整手段と、
少なくとも１個の可変光分岐手段又は、可変光結合手段と、
１個のメイン入力ポートと、
１個のメイン出力ポートとを有し、
少なくともＮ−１個の前記２値位相変調手段の各々について、その入力ポートと前記メイン入力ポートとを結ぶ光路中、もしくはその出力ポートと前記メイン出力ポートを結ぶ光路中の少なくとも１光路に、少なくとも１個の前記光位相調整手段が配置され、
Ｍ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の前記２値位相変調手段の各々について、その入力ポートと前記メイン入力ポートとを結ぶ光路、もしくはその出力ポートと前記メイン出力ポートを結ぶ光路のいずれかもしくは両方を、前記可変光分岐手段又は可変光結合手段を使用して必要に応じて遮断し、また、必要に応じて開通させることにより、出力光信号の変調多値数を２N-Mから２Nの間で切換える機能を有することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記２値位相変調手段の各々が、プッシュプル駆動型のマッハツェンダ変調回路であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記光変調器は、端面同士が直接接合された３枚の基板上に形成された平面光波回路からなる光変調器であって、
第１及び第３の基板上に形成された平面光波回路が石英系ガラスからなり、
第２の基板上に形成された平面光波回路が電界印加により屈折率が変化する多元系酸化物、化合物半導体またはポリマからなり、
前記２値位相変調手段の各々が前記第２の基板上に形成された高速位相シフタを含み、
前記可変光分岐手段及び可変光結合手段の各々が前記第１または第３の基板上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項１】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２値位相変調手段と、
少なくともＮ−１個の光位相調整手段と、
少なくとも１個の可変光分岐手段又は、可変光結合手段と、
１個のメイン入力ポートと、
１個のメイン出力ポートとを有し、
少なくともＮ−１個の前記２値位相変調手段の各々について、その入力ポートと前記メイン入力ポートとを結ぶ光路中、もしくはその出力ポートと前記メイン出力ポートを結ぶ光路中の少なくとも１光路に、少なくとも１個の前記光位相調整手段が配置され、
Ｍ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の前記２値位相変調手段の各々について、その入力ポートと前記メイン入力ポートとを結ぶ光路、もしくはその出力ポートと前記メイン出力ポートを結ぶ光路のいずれかもしくは両方を、前記可変光分岐手段又は可変光結合手段を使用して必要に応じて遮断し、また、必要に応じて開通させることにより、出力光信号の変調多値数を２N-Mから２Nの間で切換える機能を有することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記２値位相変調手段の各々が、プッシュプル駆動型のマッハツェンダ変調回路であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記光変調器は、端面同士が直接接合された３枚の基板上に形成された平面光波回路からなる光変調器であって、
第１及び第３の基板上に形成された平面光波回路が石英系ガラスからなり、
第２の基板上に形成された平面光波回路が電界印加により屈折率が変化する多元系酸化物、化合物半導体またはポリマからなり、
前記２値位相変調手段の各々が前記第２の基板上に形成された高速位相シフタを含み、
前記可変光分岐手段及び可変光結合手段の各々が前記第１または第３の基板上に形成されていることを特徴とする請求項１または２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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−６３７０１（Ｐ２０１２−６３７０１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９６２１（Ｐ２０１０−２０９６２１）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【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３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【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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