高次変調のための光変調器
本発明の一実施形態によれば、１６−ＱＡＭ光変調器は、２つの電気的バイナリ信号に基づいてマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）を駆動する駆動回路に結合された、ＭＺＭを有する。ＭＺＭの出力は、対応する同相／直交位相（Ｉ−Ｑ）平面内で一直線上に整列された４つのコンステレーション・ポイントから成る中間コンステレーションに対応する。これらのコンステレーション・ポイントのうちの２つがゼロ位相に対応し、残りの２つのコンステレーション・ポイントがπラジアンの位相に対応する。さらに、１６−ＱＡＭ光変調器は、ＭＺＭの出力を、２つの追加の電気的バイナリ信号に基づいてＭＺＭの出力を変調する、移相器を有する。結果として得られる光出力信号が、中間コンステレーションの増分回転で生成される、スター１６−ＱＡＭコンステレーションに対応する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信装置に関し、より詳細には、振幅変調および／または位相変調信号を作り出すための光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本発明のより良き理解の促進に役立ちうる態様を紹介する。したがって、本節の表現は、この観点から読まれるべきであり、従来技術であるものまたは従来技術でないものについての容認として理解されるべきではない。
【０００３】
光通信システムにおける伝送能力、およびスペクトル帯域幅に対する多様な制約に対する、増加の一途をたどる要求が、「スペクトル的に効率のよい（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」変調形式の使用をもたらしている。一般に、そのような変調形式は、高次光変調、例えば、８変数（８−ａｒｙ）以上のＱＡＭ（直交振幅変調（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））およびＡＰＳＫ（振幅位相偏移変調（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ａｎｄ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ））、に基づいている。ＱＡＭおよびＡＰＳＫの様々な亜種が、例えば、（１）Ａ．Ｐ．Ｔ．ＬａｕおよびＪ．Ｍ．Ｋａｈｎ、「Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅ Ｎｏｉｓｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、３００８〜３０１６頁、（２）Ｍ．Ｓｅｉｍｅｔｚら、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ−Ｏｒｄｅｒ ＤＰＳＫ ａｎｄ Ｓｔａｒ ＱＡＭ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、１５１５〜１５３０頁、（３）Ｊ．Ｈｏｎｇｏら、「１−Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ ６４−ＱＡＭ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １５０ ｋｍ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００７年、ｖ．１９、６３８〜６４０頁、（４）Ｋ．Ｓｅｋｉｎｅら、「Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｆｏｒ ８−ａｎｄ １６−ＡＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＦＣ’０６）、ｐａｐｅｒ ＪＴｈＢ１３、２００６年、（５）Ｍ．ＯｈｍおよびＪ．Ｓｐｅｉｄｅｌ、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｏｒ ４０ Ｇｂｉｔ／ｓ ８−Ｌｅｖｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ ＡＳＫ−ＤＱＰＳＫ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ ８−ＤＰＳＫ」、ＩＴＧ−Ｆａｃｈｔａｇｕｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｉｓｃｈｅ Ｎｅｔｚｅ、Ｌｅｉｐｚｉｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００５年５月、２１１〜２１７頁、に説明されており、それらのすべてが、参照によりその全体を本明細書に組み込まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａ．Ｐ．Ｔ．ＬａｕおよびＪ．Ｍ．Ｋａｈｎ、「Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅ Ｎｏｉｓｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、３００８〜３０１６頁
【非特許文献２】Ｍ．Ｓｅｉｍｅｔｚら、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ−Ｏｒｄｅｒ ＤＰＳＫ ａｎｄ Ｓｔａｒ ＱＡＭ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、１５１５〜１５３０頁
【非特許文献３】Ｊ．Ｈｏｎｇｏら、「１−Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ ６４−ＱＡＭ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １５０ ｋｍ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００７年、ｖ．１９、６３８〜６４０頁
【非特許文献４】Ｋ．Ｓｅｋｉｎｅら、「Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｆｏｒ ８−ａｎｄ １６−ＡＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＦＣ’０６）、ｐａｐｅｒ ＪＴｈＢ１３、２００６年
【非特許文献５】Ｍ．ＯｈｍおよびＪ．Ｓｐｅｉｄｅｌ、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｏｒ ４０ Ｇｂｉｔ／ｓ ８−Ｌｅｖｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ ＡＳＫ−ＤＱＰＳＫ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ ８−ＤＰＳＫ」、ＩＴＧ−Ｆａｃｈｔａｇｕｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｉｓｃｈｅ Ｎｅｔｚｅ、Ｌｅｉｐｚｉｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００５年５月、２１１〜２１７頁
【非特許文献６】Ｐ．Ｊ．ＷｉｎｚｅｒおよびＲ．Ｊ．Ｅｓｓｉａｍｂｒｅ、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ、２００６年、ｖｏｌ．９４（５）、９５２〜９８５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
比較的高い変調速度（例えば、１０ギガボー超）における高次変調に適する、代表的な従来技術の光変調器は、比較的多数の光変調要素を使用し、それらの各要素が、対応する駆動回路を有する。その結果、従来技術の高次光変調器の実施に伴う光学素子および電子機器の全体的な複雑度は、比較的高い。不利なことに、この複雑度は、それらの光変調器を、非実用的および／または費用的非効率にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、１６−ＱＡＭ光変調器は、２つの電気的バイナリ信号に基づくマッハ・ツェンダ変調器（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＭＺＭ）を駆動する駆動回路に結合されたＭＺＭを有する。ＭＺＭの出力は、対応する同相／直交位相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ／ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ：Ｉ−Ｑ）平面内で一直線上に整列された４つのコンステレーション・ポイント（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）から成る中間コンステレーションに対応する。これらのコンステレーション・ポイントのうちの２つがゼロ位相に対応し、残りの２つのコンステレーション・ポイントがπラジアンの位相に対応する。さらに、１６−ＱＡＭ光変調器は、ＭＺＭの出力を、２つの追加の電気的バイナリ信号に基づいて変調する移相器を有する。結果として得られる光出力信号は、中間コンステレーションの増分回転（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｒｏｔａｔｉｏｎ）によって実質的に生成される、スター１６−ＱＡＭコンステレーション（ｓｔａｒ １６−ＱＡＭ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）に対応する。
【０００７】
他の実施形態によれば、光デバイスは、（Ａ）光入力信号の位相および振幅を変調するようになされたマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）と、（Ｂ）第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを、ＭＺＭが与えるようにさせるために、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいてＭＺＭを駆動するようになされた第１の駆動回路とを備え、ここでｊは正整数である。光デバイスは、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて、２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて、位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する、被変調光出力信号を生成するようになされ、ここで、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである。
【０００８】
さらに他の実施形態によれば、光デバイスは、（Ａ）光入力信号を変調して、被変調光出力信号を生成するようになされた光変調器と、（Ｂ）ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて光変調器を駆動するようになされた駆動回路とを備え、ここでｊは正整数である。駆動回路は、複数の増幅器を備え、各増幅器は、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号の個別の１つを増幅し、対応する増幅された電気信号を生成するようになされている。さらに、駆動回路は、結果として得られたｊ＋１個の増幅された電気信号を組み合わせて、光変調器を駆動するための、多段階（ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ）の駆動信号を生成するようになされている。
【０００９】
さらに他の実施形態によれば、光信号を変調する方法は、（Ａ）マッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）を使用し、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて、光入力信号の位相および振幅を変調するステップであって、ＭＺＭが、第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを与え、ここでｊは正整数である、ステップと、（Ｂ）ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えることによって位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する、被変調光出力信号を生成するステップとを含み、ここで、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである。
【００１０】
さらに他の実施形態によれば、光デバイスは、（Ａ）光入力信号の位相および振幅を変調するようになされた光変調器と、（Ｂ）第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを、光変調器が与えるようにさせるために、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて、光変調器を駆動するようになされた第１の駆動回路とを備え、ここでｊは正整数である。光デバイスは、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて、２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する、被変調光出力信号を生成するようになされ、ここで、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである。
【００１１】
本発明の他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面から、より完全に明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図２】図１に示す変調器の光出力信号に対応する、スター１６−ＱＡＭコンステレーションを示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図４】図３に示す変調器の光出力信号に対応する、スター１６−ＱＡＭコンステレーションを示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図７】図６に示す変調器の光出力信号に対応する、直線構成の１６−ＱＡＭ（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ １６−ＱＡＭ）コンステレーションを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による光送信器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による高次光変調器１００のブロック図を示す。変調器１００は、４つの電気的バイナリ信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４を受け、対応する被変調光出力信号１３２を作り出す。信号１３２は、２−ＡＳＫ／８−ＰＳＫ信号として分類され、ここで、頭字語２−ＡＳＫおよび８−ＰＳＫは、それぞれ、バイナリ振幅偏移変調（ｂｉｎａｒｙ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）および８変数位相偏移変調（８−ａｒｙ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）を表す。
【００１４】
図２は、信号１３２に対応するスター１６−ＱＡＭコンステレーション２００を図表で示す。コンステレーション２００は、（ｉ）半径ｒの円の上に整列された８つのコンステレーション・ポイントと、（ｉｉ）半径Ｒの円の上に整列された８つのコンステレーション・ポイントとを有し、ここでＲ＞ｒである。それぞれの円の上の、隣接するコンステレーション・ポイント間の角度分離は、４５度である。コンステレーション２００の４つのコンステレーション・ポイントが、同相（Ｉ）軸上に位置し、４つの他のコンステレーション・ポイントが、直交位相（Ｑ）軸上に位置する。図２の各コンステレーション・ポイントの隣に配置された括弧付きバイナリ値は、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４（図１参照）から成る４ビット信号に対する代表的なビット・マッピングを示す。このビット・マッピングは、以下に、より詳細に説明される。ビット・マッピングが、例えば、適切なバイナリ事前コード化（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）法および／または外部事前コード化デバイス（図１に明確には示さず）を使用することによって、変更されうることは、当業者には容易に理解されよう。代表的実施形態では、ｒ／Ｒの比は、約０．２と約０．８との間、例えば０．５である。
【００１５】
図１に戻って参照すると、変調器１００は、駆動回路１４０と結合されたマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）１１０を有する。ＭＺＭ１１０は、レーザ（図１に明確には示さず）から光入力（例えば、連続波）信号１０２を受け、駆動回路１４０から受けた駆動信号１０８に応答して被変調光信号１１２を作り出す。次いで、信号１１２は、移相器１２０に加えられる。
【００１６】
駆動回路１４０は、バイナリ信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２に基づいて、駆動信号１０８を作り出す。駆動回路１４０において、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２が、それぞれ、増幅器１４２ａ〜１４２ｂに加えられる。典型的には、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２は、同じレール分離（ｒａｉｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を有するゼロ平均（例えば、ａｃ結合された高速の）ディジタル信号である。例えば、それらの信号の下レール（ｌｏｗｅｒ ｒａｉｌ）および上レール（ｕｐｐｅｒ ｒａｉｌ）は、それぞれ、−１Ｖおよび＋１Ｖであってよい。駆動回路１４０は、平均の駆動信号１０８を、ＭＺＭ１１０において最大級の吸光（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）（すなわち、ＭＺＭの光学的ヌルに相当）を生成する電圧周りに、両側に対称的に振動させる、ｄｃバイアス電圧（Ｖ０）を使用するように構成される。言い換えれば、駆動信号１０８が電圧Ｖ０であれば、ＭＺＭ１１０は実質的に光を送信せず、それゆえ、ヌルにする信号１１２を送信する。
【００１７】
増幅器１４２ａ〜１４２ｂは、それぞれ、信号利得ｇａおよびｇｂを供給するように構成され、それらの利得の相対的な値が、例えば下式、
【数１】
で表されうる。信号Ｄａｔａ１に基づいて、増幅器１４２ａは、電圧＋ｇａΔＶ１／２および−ｇａΔＶ１／２を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶ１／２は、信号Ｄａｔａ１／Ｄａｔａ２における上レールと下レールとの間の分離の２分の１である。同様に、信号Ｄａｔａ２に基づいて、増幅器１４２ｂは、電圧＋ｇｂΔＶ１／２および−ｇｂΔＶ１／２を有する２段階の出力信号を生成する。増幅器１４２ａ〜１４２ｂの出力信号が合計され、結果として得られた信号が、バイアス電圧Ｖ０に重ねられる。
【００１８】
表１は、バイナリ信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２の関数として、光信号１１２の特性を示す。
【表１】
この表において、ＩＲおよびＩｒは、それぞれ、コンステレーション２００の外側および内側の円に対応する強度を表す。
【００１９】
表１に示す信号特性は、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＧａＡｓ、もしくはＩｎＰなど、Ｘカット（Ｘ−ｃｕｔ）の電気光学材料を使用して実施されるか、またはプッシュ・プル構成で差動的に駆動される、チャープ・フリー（ｃｈｉｒｐ−ｆｒｅｅ）ＭＺＭの伝達特性を思い起こせば、理解されうる。より詳細には、ＭＺＭは、ｃｏｓ２の伝達関数を有し、その関数の複数のローブは、対応するヌル・ポイントで分離される。ＭＺＭが、伝達関数の単一のローブの中に留まる駆動信号で駆動される場合、ＭＺＭは、実質的にチャープ・フリーである、振幅被変調光信号を生成する。しかし、駆動信号が、伝達関数の単一のローブに閉じ込められずに、ヌル電圧（例えば、Ｖ０）を横断して隣接するローブに至る場合、そのような横断が、ＭＺＭの光出力において約πラジアンの離散的な位相増加を引き起こし、それにより、振幅変調および（ディジタル）位相変調の両方を付与する。
【００２０】
上で説明したように、信号１０８は、電圧Ｖ０をベース電圧として使用し、電圧Ｖ０周りに信号１０８が、往復して振動する。信号１０８における４つの可能な段階のうち、２つの段階が伝達関数の１つのローブに対応し、他の２つの段階が隣接するローブに対応する。その結果、表１の第２の列に表示する振幅変調に加えて、ＭＺＭ１１０は、表１の第３の列に表示する位相変調を付与する。要約すると、上で説明した変調方式は、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２から成る２ビットの入力信号を、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上に整列された４つのコンステレーション・ポイントから成る中間コンステレーションの上にマッピングする。これらのコンステレーション・ポイントのうちの２つが、ゼロ位相に対応し、残りの２つのコンステレーション・ポイントが、πラジアンの位相に対応する。
【００２１】
移相器１２０は、駆動回路１５０で作り出された駆動信号１１８に応答して、光信号１１２の位相を変調する。機能的には、移相器１２０および駆動回路１５０は、一組の異なる離散的な角度によって、この特定の例では、各角度が、信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４から成る２ビット信号の異なるバイナリ値に対応する、一組の４つの異なる角度によって、光信号１１２に対応する４つのコンステレーション・ポイントを回転させるように働く。この回転で、移相器１２０で生成された、被変調光信号１２２が、コンステレーション２００の１６のコンステレーション・ポイントに対応する１６の光シンボルのうちのいずれかを有することが可能になる。
【００２２】
駆動回路１５０では、信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４が、駆動回路１４０の増幅器１４２ａ〜１４２ｂそれぞれに類似する増幅器１５２ａ〜１５２ｂに加えられる。増幅器１５２ａ〜１５２ｂの出力信号が合計されて、駆動信号１１８が作り出される。駆動信号１１８に応答して、移相器１２０が、光信号１１２と１２２との間に、駆動電圧に比例する相対的な位相偏移をもたらす。
【００２３】
信号Ｄａｔａ３に基づいて、増幅器１５２ａは、電圧＋ΔＶπ／４および−ΔＶπ／４を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶπ／４は、移相器１２０における４５度の位相偏移に対応する電圧である。同様に、信号Ｄａｔａ４に基づいて、増幅器１５２ｂは、電圧＋ΔＶπ／８および−ΔＶπ／８を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶπ／８は、移相器１２０における２２．５度の位相偏移に対応する電圧であり、線形移相器方式において、ΔＶπ／８＝ΔＶπ／４／２である。信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４が、同じレール分離を有する場合、増幅器１５２ａの信号利得は、増幅器１５２ｂの信号利得より約２倍大きくなるように設定される。
【００２４】
表２は、駆動回路１５０によって移相器１２０に印加される駆動電圧Ｖｄ、および結果として移相器によって誘導された位相偏移を、バイナリ信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４の関数として示す。
【表２】
ＭＺＭ１１０および移相器１２０が組み合わされた作用は、図２の各コンステレーション・ポイントの隣に配置された、対応する括弧付きバイナリ値によって表示されるように、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４から成る４ビット信号を、コンステレーション２００の上にマッピングすることである。各バイナリ値において、第１のビットが信号Ｄａｔａ１に対応し、第２のビットが信号Ｄａｔａ２に対応し、以下同様である。
【００２５】
光信号１２２は、その信号を、所望のデューティ・サイクルを有するゼロ復帰（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ：ＲＺ）光信号１３２に変換するように構成されたパルス・カーバ（ｐｕｌｓｅ ｃａｒｖｅｒ）１３０に、任意選択で加えられてよい。図１に示す実施形態では、パルス・カーバ１３０は、適切に拡縮されたクロック信号で駆動されるＭＺＭを使用して実施される。様々なパルス・カーバが、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Ｐ．Ｊ．ＷｉｎｚｅｒおよびＲ．Ｊ．Ｅｓｓｉａｍｂｒｅ、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ、２００６年、ｖｏｌ．９４（５）、９５２〜９８５頁に要約されるように、パルス・カーバ１３０として使用されてよいことは、当業者には理解されよう。
【００２６】
典型的な従来技術のスター１６−ＱＡＭ光変調器よりも有利なことに、変調器１００は、ＭＺＭと移相器、および／またはより少ない段階を有する駆動信号など、より少ない光変調用要素を使用する。例えば、従来技術のスター１６−ＱＡＭ光変調器は、典型的には、８−ＰＳＫ変調方式に基づいており、８段階の駆動信号または８つの個別の移相器を使用して実施される。対照的に、変調器１００は、４−ＰＳＫ変調方式に基づいており、４段階の駆動信号および単一の移相器を使用して実施される。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態による、高次光変調器３００のブロック図を示す。変調器３００は、変調器１００（図１）に全体的に類似しており、多くの同じ構成要素を有する。しかし、変調器３００では、駆動電流１５０は、駆動電流３５０で置き換えられる。駆動電流３５０は、それが追加の増幅器３５２を有する点で、駆動電流１５０と異なる。また、変調器３００は、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２が入力信号として働くＸＯＲゲート３６０を有する。ＸＯＲゲート３６０で生成される出力データ信号３６２が、増幅器３５２に加えられる。増幅器３５２の出力信号が、増幅器１５２ａ〜１５２ｂの出力信号と共に合計される。
【００２８】
増幅器３５２は、増幅器１５２ａ〜１５２ｂのそれぞれに類似する。データ信号３６２に基づいて、増幅器３５２は、電圧＋ΔＶπ／１６および−ΔＶπ／１６を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶπ／１６は、移相器１２０における１１．２５度の位相偏移に対応する電圧である。移相器１２０の線形範囲内で、ΔＶπ／１６＝ΔＶπ／８／２＝ΔＶπ／４／４である。データ信号３６２が、信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４と同じレール分離を有する場合、増幅器３５２の信号利得は、増幅器１５２ｂの信号利得の約１／２、すなわち増幅器１５２ａの信号利得の約１／４となるように設定される。
【００２９】
図４は、変調器３００で生成される光出力信号３３２に対応する、スター１６−ＱＡＭコンステレーション４００を図表で示す。コンステレーション４００は、全体的に、コンステレーション２００（図２）に類似する。しかし、コンステレーション２００と４００との間の１つの違いは、後者のコンステレーションでは、内側の円が外側の円に対して、約２２．５度回転されることである。ある状況において、コンステレーション４００の使用は、ある信号障害、例えば検出ノイズおよびファイバの非線形性、に対してコンステレーションに復元力があるため、有利でありうる。
【００３０】
表１と、図２に示すビット・マッピングとから明らかなように、コンステレーション２００の内側の円は、最初の２ビットが「０１」または「１０」のいずれかであるコンステレーション・ポイントを有する。これらのビットの組合せのいずれかに適用されるＸＯＲ関数は、バイナリ「１」を結果としてもたらす。同様に、コンステレーション２００の外側の円は、最初の２ビットが「００」または「１１」のいずれかであるコンステレーション・ポイントを有する。これらのビットの組合せのいずれかに適用されるＸＯＲ関数は、バイナリ「０」を結果としてもたらす。このように、信号３６２の２つのバイナリ状態が、コンステレーション２００の２つの円に対する個別の識別子として使用されうる。これらの識別子で、変調器３００が、コンステレーションの異なる円に対応するコンステレーション・ポイントを見分けることが、可能になる。変調器３００において信号３６２に基づいて、内側の円が外側の円に対して２２．５度だけ回転することで、コンステレーション２００がコンステレーション４００に、効率的に変換する。図４において、各コンステレーション・ポイントの隣に配置された括弧付きバイナリ値が、結果として得られた、コンステレーション４００に対するビット・マッピングを示す。
【００３１】
図５は、本発明のさらに他の実施形態による、高次光変調器５００のブロック図を示す。変調器５００は、駆動回路５７０ａ〜５７０ｂに結合された、デュアル駆動（ｄｕａｌ−ｄｒｉｖｅ）ＭＺＭ５１０を有する。ＭＺＭ５１０は、レーザ（図５に明確には示さず）から光入力（例えば、連続波）信号５０２を受け、駆動回路５７０ａ〜５７０ｂそれぞれから受けた駆動信号５０８ａ〜５０８ｂに応答して、被変調光信号５１２を作り出す。次いで、信号５１２が、任意選択のパルス・カーバ１３０に加えられ、ＲＺ出力信号５３２を生成する。信号５１２および５３２は共に、コンステレーション２００（図２）に対応する。変調器５００は、８つの電気的バイナリ信号を受けるが、それらの信号のうちの４つ、Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４だけが、独立したデータ信号である。８つの信号のうちの残りの４つは、個別の４つの独立した信号から導き出された、複製された信号または反転された信号のいずれかである。
【００３２】
デュアル駆動ＭＺＭであることで、ＭＺＭ５１０は、プッシュ・プルおよびプッシュ・プッシュの両動作を可能にする。プッシュ・プル動作は、表１で説明される振幅変調および位相変調を実施するために使用される。プッシュ・プッシュ動作は、表２で説明される位相偏移変調を実施するために使用される。上ですでに説明したように、これら２つの変調方式が組み合わされた作用が、図２に示すビット・マッピングである。
【００３３】
駆動回路５７０ａ〜５７０ｂのそれぞれが、４つの増幅器５７２１〜５７２４を有する。増幅器５７２１および５７２２は、全体的に、増幅器１４２ａおよび１４２ｂそれぞれ（図１参照）に類似する。しかし、駆動回路５７０ａの増幅器５７２１および５７２２とは違って、駆動回路５７０ｂの増幅器５７２１および５７２２は、Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２が反転された信号を受けるように構成されている。図５では、反転動作が、個別の信号タグの上の水平のバーで表示される。デュアル駆動のＭＺＭを、それぞれ、データおよび反転されたデータに対応する２つの駆動信号で駆動することで、プッシュ・プル動作が結果としてもたらされることは、当業界でよく知られている。ＭＺＭ５１０では、二対の増幅器５７２１および５７２２で可能となるプッシュ・プル動作が、表１で説明される振幅変調および位相変調を生成する。
【００３４】
増幅器５７２３および５７２４は、全体的に、増幅器１５２ａおよび１５２ｂそれぞれ（図１参照）に類似する。しかし、増幅器５７２３および５７２４の信号利得は、移相器１２０の特性よりもＭＺＭ５１０の特性に適合するように設定される。デュアル駆動ＭＺＭを、２つの同一の駆動信号で駆動することで、プッシュ・プッシュ動作が結果としてもたらされることは、当業界でよく知られている。ＭＺＭ５１０では、二対の増幅器５７２３および５７２４で可能となるプッシュ・プッシュ動作が、表２で説明される位相変調を与える。
【００３５】
高次変調器１００、３００、および５００のそれぞれが、コンステレーション２００（図２）またはコンステレーション４００（図４）など、対応するスター１６−ＱＡＭコンステレーションに対して設計されるが、同様のアプローチが、任意のスターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対する高次変調器を実施するために使用されてよく、ここで、Ｍ＝２ｎであり、ｎは２より大きい整数である。例えば、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションが、２ｊ個の同心円を有すると仮定すると、各同心円は、２ｋ個のコンステレーション・ポイントを有し、ここでｊおよびｋのそれぞれは正整数であり、ｊ＋ｋ＝ｎである。次いで、このコンステレーションに適応された高次変調器が、例えば、以下のように実施されうる。
【００３６】
変調器は、ｎ個の独立したバイナリ・データ信号を受けるように構成される。それらのｎ個のデータ信号のうち、ｊ＋１個のデータ信号が、表１で説明されるものと類似の振幅変調および位相変調を実施するために使用される。より詳細には、変調器は、例えば増幅器１４２（図１参照）に類似のｊ＋１個の増幅器を有する、例えば駆動回路１４０に類似の駆動回路を有する。駆動回路は、ＭＺＭを駆動するように構成され、ＭＺＭは、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上に設置された、２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイントを有する中間コンステレーションに対応する被変調光信号を生成する。それらの２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイントのうち、２ｊ個のコンステレーション・ポイントが、０ラジアンの光位相を有し、残りの２ｊ個のコンステレーション・ポイントが、πラジアンの光位相を有する。
【００３７】
残りのｋ−１（＝ｎ−（ｊ＋１））個のデータ信号が、位相偏移変調を実施するために使用される。より詳細には、変調器は、例えば増幅器１５２（図１参照）に類似のｋ−１個の増幅器を有する、例えば駆動回路１５０に類似の駆動回路を有する。この駆動回路は、移相器を駆動するように構成され、移相器は、ＭＺＭで生成された被変調光信号をさらに変調する。この変調の作用は、中間コンステレーションを、２ｋ−１個の異なる角度だけ実質的に回転させ、それにより、所望のスターＭ−ＱＡＭコンステレーションを生成することである。高次変調器１００、３００、および５００のそれぞれに対して、パラメータ値は以下の通り、ｎ＝４、ｊ＝１、およびｋ＝３であることに、留意されたい。
【００３８】
所望の場合、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの構成要素の円のいくつかまたはすべてが、１つまたは複数の他の円に対して回転されうる。例えば、適切な論理関数を、ＭＺＭを駆動するために使用されるｊ＋１個のデータ信号のいくつかまたはすべてに適用することによって、変調器は、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの構成要素の円のそれぞれに対して、ユニークな識別子を生成することができる。例えば、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションにおけるビット・マッピング・パターンを解析することによってそのような関数を見出すことは、比較的容易である。変調器３００（図３）の場合、適切な論理関数は排他的ＯＲ関数であることを、想起されたい。その上、ユニークな識別子は、異なる個別の位相偏移を、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの異なる円の上に整列されたコンステレーション・ポイントに与えるために使用可能であり、それにより、Ｉ−Ｑ平面内のそれらの円の所望の回転が引き起こされる。さらに、当技術分野で知られているように、論理信号を駆動回路に加える前に、論理信号を事前コード化することにより、任意の所望のビット・パターンのシンボルへのマッピングが、達成されうる。
【００３９】
図６は、本発明のさらに他の実施形態による高次光変調器６００のブロック図を示す。変調器６００は、４つの電気的バイナリ信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４を受け、対応する被変調光出力信号６３２を作り出す。信号６３２は、直線構成の１６−ＱＡＭ信号である。
【００４０】
図７は、信号６３２に対応する直線構成の１６−ＱＡＭコンステレーション７００を図表で示す。隣接するコンステレーション・ポイント間の水平（すなわち、Ｉ軸に沿った）分離はｄ１であり、隣接するコンステレーション・ポイント間の垂直（すなわち、Ｑ軸に沿った）分離はｄ２である。様々な実施形態では、ｄ１およびｄ２は、同じ値または異なる値を有することができる。Ｉ軸およびＱ軸の原点は、内側の４つのコンステレーション・ポイントで画定される矩形の内部に中心を置く。各コンステレーション・ポイントの隣に配置された括弧付きバイナリ値が、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４から成る４ビット信号に対するビット・マッピングを示す。
【００４１】
図６に戻って参照すると、変調器６００は、２つの変調分岐６０６ａ〜６０６ｂを有し、各分岐が、パワー・スプリッタ６０４とパワー・コンバイナ６０８との間で結合される。変調分岐６０６ａ〜６０６ｂのそれぞれが、それぞれの駆動回路６４０に結合されたＭＺＭ６１０を有する。ＭＺＭ６１０のそれぞれが、パワー・スプリッタ６０４から、光入力信号６０２のそれぞれの部分を受け、それぞれの駆動回路６４０から受けた駆動信号６０８に応答してその部分を変調し、それぞれの被変調光信号６１２を作り出す。変調分岐６０６ｂに設置された移相器６２０が、９０度の位相偏移を信号６１２ｂに与え、信号６１２ｂ’を生成する。信号６１２ａおよび６１２ｂ’が、パワー・コンバイナ６０８において組み合わされる。この変調器構成は、多くの場合、ＱＰＳＫ変調器、Ｉ／Ｑ変調器、またはシングル・サイドバンド変調器と呼ばれる。パワー・コンバイナ６０８の出力が、任意選択の（図１を参照して上で説明された）パルス・カーバ１３０に加えられる。パルス・カーバ１３０の出力は、信号６３２である。
【００４２】
駆動回路６４０ａ〜６４０ｂのそれぞれは、全体的に、駆動回路１４０（図１）に類似する。駆動回路６４０ａは、その駆動回路の増幅器６４２ａ〜６４２ｂにそれぞれ加えられるバイナリ信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２に基づいて、駆動信号６０８ａを作り出す。同様に、駆動回路６４０ｂは、その駆動回路の増幅器６４２ｃ〜６４２ｄにそれぞれ加えられるバイナリ信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４に基づいて、駆動信号６０８ｂを作り出す。増幅器６４２ａ〜６４２ｄでもたらされる信号利得の相対的な値が、例えば、以下のように、
【数２】
で表現されうる。
【００４３】
対応するデータ信号に基づいて、増幅器６４２ａ〜６４２ｄのそれぞれが、電圧＋ｇｘΔＶ１／２および−ｇｘΔＶ１／２を有する２段階の出力信号を生成し、ここで、ｇｘは式（２ａ）〜式（２ｄ）のうちの１式で与えられる、対応する信号利得であり、ΔＶ１／２は信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４におけるレール分離の２分の１である。駆動回路６４０ａでは、増幅器６４２ａ〜６４２ｂの出力信号が合計され、結果として得られた信号が、ＭＺＭ６１０ａに対応する、ヌルにするバイアス電圧に重ねられる。駆動回路６４０ｂでは、増幅器６４２ｃ〜６４２ｄの出力信号が同様に合計され、結果として得られた信号が、ＭＺＭ６１０ｂに対応する、ヌルにするバイアス電圧に重ねられる。表１を参照して上ですでに説明したように、ＭＺＭ６１０ａ〜６１０ｂのそれぞれが、そのように駆動され、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上にある４つのコンステレーション・ポイントから成る中間コンステレーションの上に、個別の２ビット入力信号を実質的にマッピングする。それらの４つのコンステレーション・ポイントのうち、２つのコンステレーション・ポイントが、０ラジアンの光位相を有し、残りの２つのコンステレーション・ポイントが、πラジアンの光位相を有する。
【００４４】
移相器６２０の作用は、ＭＺＭ６１０ｂに対応する中間コンステレーションを、ＭＺＭ６１０ａに対応する中間コンステレーションに対して９０度だけ回転させることである。その結果、パワー・コンバイナ６０８は、変調分岐６０６ａおよび６０６ｂが、実数部および虚数部をそれぞれ提供する複素数発生器として実質的に機能する。変調分岐６０６ａおよび６０６ｂが組み合わされた作用は、図７における各コンステレーション・ポイントの隣に配置された、対応する括弧付きバイナリ値によって表示されるように、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４から成る４ビット信号を、コンステレーション７００の上にマッピングすることである。それらのバイナリ値のそれぞれにおいて、第１のビットは信号Ｄａｔａ１に対応し、第２のビットは信号Ｄａｔａ２に対応し、以下同様である。異なるビットからシンボルへの割当てが、バイナリ入力信号を駆動回路に加える前に、バイナリ入力信号を事前コード化することによって達成されうる。
【００４５】
駆動回路１４０、１５０、３５０、５７０、および６４０の１つの共通の特性は、それらの駆動回路のそれぞれが、最初に、対応するバイナリ・データ信号を増幅し、次いで、結果として得られた、増幅された信号を組み合わせて、コンステレーション２００、４００、または７００など、対応する高次コンステレーションの作成に使用される、多段階の駆動信号を形成するように設計されることである。本明細書で使用されるように、用語「多段階」は、３段階以上を有する信号を意味する。対照的に、典型的な従来技術のアプローチは、最初に、対応するバイナリ・データ信号を組み合わせて多段階の信号を形成し、その次にようやく、その多段階の信号を増幅し、対応する高次コンステレーションの作成に使用される多段階の駆動信号を形成するために、変調分岐６０６ａ〜６０６ｂを駆動することである。バイナリ・データ信号は、例えば１Ｖ程度の、比較的低電圧の信号であり、多段階の駆動信号は、例えば１０Ｖ程度の、比較的高電圧の信号であるので、従来技術のアプローチは、比較的大きな電圧範囲にわたって比較的高度の線形性を持っている増幅器を使用するための駆動回路を必要とする。さらに、変調分岐６０６ａ〜６０６ｂを有する変調器の使用は、一般に、比較的厳しい量子化要求を結果としてもたらすであろうことに、留意されたい。それゆえ、変調器１００または３００に類似の変調器および／または駆動回路１４０、１５０、３５０、５７０、および６４０に類似の駆動回路を使用することが有利であり、後者の駆動回路は、増幅器の線形性の仕様を大幅に緩和することに役立ち、それにより、あまり複雑でなく、および／またはより費用効率の高い増幅デバイスの使用が可能になる。
【００４６】
図８は、本発明の一実施形態による、光送信器８００のブロック図を示す。送信器８００は、それぞれが偏波スプリッタ８０４と偏波コンバイナ８１０との間で結合される、２つの変調分岐８０６ａ〜８０６ｂを使用して、偏波多重被変調光信号８１２を作り出す。偏波スプリッタ８０４は、レーザ８０２で作り出された光ビームを、２つの直交する偏波成分に分割し、それらの偏波成分を変調分岐８０６ａ〜８０６ｂそれぞれに加える。変調分岐８０６ａ〜８０６ｂのそれぞれは、個別の偏波成分を、変調器が受ける信号に基づいて変調する、個別の光変調器８０８を有する。典型的には、変調器８０８ａ〜８０８ｂは、異なる独立したデータ信号を受ける。様々な実施形態では、変調器８０８は、変調器１００、３００、５００、および６００のうちの任意の１つであってよい。偏波コンバイナ８１０は、変調器８０８ａ〜８０８ｂから受けた被変調偏波成分を組み合わせて、光信号８１２を生成する。比較的弱い偏波依存性を持っている変調器が、光送信器８００において使用されている場合、２つのパルス・カーバが、変調器８０８ａ〜８０８ｂで、任意選択で使用される代わりに、偏波コンバイナ８１０の出力に配置された、共有の任意選択の、１つのパルス・カーバを有することもできる。
【００４７】
本明細書で使用されるように、用語「スターＭ−ＱＡＭコンステレーション」は、２つ以上の同心円上に整列されたＭ個のコンステレーション・ポイントから成るコンステレーションを意味する。一実施形態では、コンステレーション・ポイントは、各スポーク（半径）が、異なる円に対応する２つ以上のコンステレーション・ポイントを含む状態の、車輪とスポークのパターンに整列される。他の実施形態では、コンステレーション・ポイントは、どのスポーク（半径）も、規定の数のコンステレーション・ポイントより多くを含むことができないように、それらの個別の円上に整列される。例えば、Ｎ個の円を有するコンステレーションでは、コンステレーション・ポイントは、各スポーク（半径）が、異なる円に対応するｎ個のコンステレーション・ポイントを含むように、それらの個別の円上に整列されてよく、ここでｎは、任意に選択された、Ｎ＋１より小さい正整数である。典型的な実施形態では、それぞれの円の上の２つの隣接するコンステレーション・ポイント間の角度分離は、同じであるが、各円は、同じ数のコンステレーション・ポイントを有しても有さなくてもよい。
【００４８】
光位相が、通常、なんらかの選択された基準位相に対して測定されることは、当業者には理解されよう。さらに、２πの整数倍だけ異なる光位相は、一般に、同じ値を有するものとみなされる。したがって、別段に明記しない限りは、句「０ラジアンの位相偏移」は、位相偏移がないことに限定されるものと解釈されるべきではない。同様に、句「１つまたは複数の異なる位相偏移」の中で言及される位相偏移のうちの１つは、「０ラジアンの位相偏移」であってよい。
【００４９】
本発明は、例示的実施形態を参照して説明されてきたが、この説明は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。例えば、本発明のある実施形態は、ＭＺＭタイプの変調器以外の光変調器で実施されうる。例えば、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上に整列された２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイント、ここでｊは正整数、から成る中間コンステレーションを生成することができる光変調器は、（ｉ）２ｊ個の異なる信号振幅を作り出すように構成された振幅変調器と、（ｉｉ）ゼロ位相偏移またはπラジアンの位相偏移を、振幅変調器の出力に、制御可能に与えるように構成された移相器とから構成されうる。そのような光変調器は、ｊ＋１個の入力バイナリ信号に基づいて動作し、高次光変調器の実施形態において、例えば、ＭＺＭ１１０（図１もしくは図３）またはＭＺＭ６１０（図６）の実施形態に類似の位置において、使用されるように構成されてよい。
【００５０】
ＱＡＭ−コンステレーション円の識別子を作り出すための論理回路が、光変調器５００に組み込まれうる。異なるバイナリ信号、例えばＤａｔａ１〜Ｄａｔａ４が、異なるレール分離を有することができる。説明した実施形態の種々の改変形態ならびに本発明の他の実施形態は、本発明が関連する当業者には明らかであり、以下の特許請求の範囲で示される本発明の原理および範囲の中に存在するものとみなされる。
【００５１】
本発明の実施形態は、単一の集積回路（混成オプトエレクトロニック集積回路など）、マルチチップ・モジュール、シングル・カード、またはマルチカード回路パックとして可能な実施を含めて、回路ベースのプロセスとして実施されうる。
【００５２】
別段に明記しない限りは、それぞれの数値および範囲は、単語「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」が、その値または範囲の値の前に置かれるかのごとく、近似的であるものと解釈されるべきである。
【００５３】
さらに、本発明の本質を明白にするために説明され例示されてきた部品の詳細、材料、および配列における様々な変更が、以下の特許請求の範囲で示される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によってなされうることが理解されよう。
【００５４】
以下の方法クレームにおける要素は、要素が存在する場合、対応する標識を付けて特定の順番で記述されるけれども、特許請求の範囲の記述が、それらの要素のいくつかまたはすべてを実施するために、特定の順番を別段に暗示しないならば、それらの要素は、必ずしも、その特定の順番で実施されるように限定されることを意図するものではない。
【００５５】
本明細書における「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれうることを意味する。本明細書の様々な場所における、「一実施形態では」の句の出現が、必ずしもすべて、同じ実施形態に言及するものではなく、または、別個の、もしくは代替の実施形態が、必ずしも、他の実施形態を互いに排除するものではない。同様のことが、用語「実施」に適用される。
【００５６】
詳細な説明を通して、図面は、縮尺どおりではなく、例示のためだけであり、本発明を限定するためではなく説明するために使用される。
【００５７】
また、この説明のために、用語「結合する」、「結合している」、「結合された」、「接続する」、「接続している」、または「接続された」は、当技術分野で知られているか、またはその後拡張された、なんらかの仕方に言及しており、そこではエネルギーを、２つ以上の要素の間で伝達することができ、１つまたは複数の追加の要素の介在物が想定されるが、不可欠ではない。反対に、用語「直接結合された」、「直接接続された」などは、そのような追加の要素が存在しないことを暗示する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信装置に関し、より詳細には、振幅変調および／または位相変調信号を作り出すための光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本発明のより良き理解の促進に役立ちうる態様を紹介する。したがって、本節の表現は、この観点から読まれるべきであり、従来技術であるものまたは従来技術でないものについての容認として理解されるべきではない。
【０００３】
光通信システムにおける伝送能力、およびスペクトル帯域幅に対する多様な制約に対する、増加の一途をたどる要求が、「スペクトル的に効率のよい（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」変調形式の使用をもたらしている。一般に、そのような変調形式は、高次光変調、例えば、８変数（８−ａｒｙ）以上のＱＡＭ（直交振幅変調（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））およびＡＰＳＫ（振幅位相偏移変調（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ａｎｄ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ））、に基づいている。ＱＡＭおよびＡＰＳＫの様々な亜種が、例えば、（１）Ａ．Ｐ．Ｔ．ＬａｕおよびＪ．Ｍ．Ｋａｈｎ、「Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅ Ｎｏｉｓｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、３００８〜３０１６頁、（２）Ｍ．Ｓｅｉｍｅｔｚら、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ−Ｏｒｄｅｒ ＤＰＳＫ ａｎｄ Ｓｔａｒ ＱＡＭ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、１５１５〜１５３０頁、（３）Ｊ．Ｈｏｎｇｏら、「１−Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ ６４−ＱＡＭ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １５０ ｋｍ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００７年、ｖ．１９、６３８〜６４０頁、（４）Ｋ．Ｓｅｋｉｎｅら、「Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｆｏｒ ８−ａｎｄ １６−ＡＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＦＣ’０６）、ｐａｐｅｒ ＪＴｈＢ１３、２００６年、（５）Ｍ．ＯｈｍおよびＪ．Ｓｐｅｉｄｅｌ、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｏｒ ４０ Ｇｂｉｔ／ｓ ８−Ｌｅｖｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ ＡＳＫ−ＤＱＰＳＫ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ ８−ＤＰＳＫ」、ＩＴＧ−Ｆａｃｈｔａｇｕｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｉｓｃｈｅ Ｎｅｔｚｅ、Ｌｅｉｐｚｉｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００５年５月、２１１〜２１７頁、に説明されており、それらのすべてが、参照によりその全体を本明細書に組み込まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａ．Ｐ．Ｔ．ＬａｕおよびＪ．Ｍ．Ｋａｈｎ、「Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅ Ｎｏｉｓｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、３００８〜３０１６頁
【非特許文献２】Ｍ．Ｓｅｉｍｅｔｚら、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ−Ｏｒｄｅｒ ＤＰＳＫ ａｎｄ Ｓｔａｒ ＱＡＭ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００７年、ｖ．２５、１５１５〜１５３０頁
【非特許文献３】Ｊ．Ｈｏｎｇｏら、「１−Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ ６４−ＱＡＭ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １５０ ｋｍ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００７年、ｖ．１９、６３８〜６４０頁
【非特許文献４】Ｋ．Ｓｅｋｉｎｅら、「Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｆｏｒ ８−ａｎｄ １６−ＡＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＦＣ’０６）、ｐａｐｅｒ ＪＴｈＢ１３、２００６年
【非特許文献５】Ｍ．ＯｈｍおよびＪ．Ｓｐｅｉｄｅｌ、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｏｒ ４０ Ｇｂｉｔ／ｓ ８−Ｌｅｖｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ ＡＳＫ−ＤＱＰＳＫ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ ８−ＤＰＳＫ」、ＩＴＧ−Ｆａｃｈｔａｇｕｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｉｓｃｈｅ Ｎｅｔｚｅ、Ｌｅｉｐｚｉｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００５年５月、２１１〜２１７頁
【非特許文献６】Ｐ．Ｊ．ＷｉｎｚｅｒおよびＲ．Ｊ．Ｅｓｓｉａｍｂｒｅ、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ、２００６年、ｖｏｌ．９４（５）、９５２〜９８５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
比較的高い変調速度（例えば、１０ギガボー超）における高次変調に適する、代表的な従来技術の光変調器は、比較的多数の光変調要素を使用し、それらの各要素が、対応する駆動回路を有する。その結果、従来技術の高次光変調器の実施に伴う光学素子および電子機器の全体的な複雑度は、比較的高い。不利なことに、この複雑度は、それらの光変調器を、非実用的および／または費用的非効率にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、１６−ＱＡＭ光変調器は、２つの電気的バイナリ信号に基づくマッハ・ツェンダ変調器（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＭＺＭ）を駆動する駆動回路に結合されたＭＺＭを有する。ＭＺＭの出力は、対応する同相／直交位相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ／ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ：Ｉ−Ｑ）平面内で一直線上に整列された４つのコンステレーション・ポイント（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）から成る中間コンステレーションに対応する。これらのコンステレーション・ポイントのうちの２つがゼロ位相に対応し、残りの２つのコンステレーション・ポイントがπラジアンの位相に対応する。さらに、１６−ＱＡＭ光変調器は、ＭＺＭの出力を、２つの追加の電気的バイナリ信号に基づいて変調する移相器を有する。結果として得られる光出力信号は、中間コンステレーションの増分回転（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｒｏｔａｔｉｏｎ）によって実質的に生成される、スター１６−ＱＡＭコンステレーション（ｓｔａｒ １６−ＱＡＭ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）に対応する。
【０００７】
他の実施形態によれば、光デバイスは、（Ａ）光入力信号の位相および振幅を変調するようになされたマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）と、（Ｂ）第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを、ＭＺＭが与えるようにさせるために、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいてＭＺＭを駆動するようになされた第１の駆動回路とを備え、ここでｊは正整数である。光デバイスは、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて、２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて、位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する、被変調光出力信号を生成するようになされ、ここで、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである。
【０００８】
さらに他の実施形態によれば、光デバイスは、（Ａ）光入力信号を変調して、被変調光出力信号を生成するようになされた光変調器と、（Ｂ）ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて光変調器を駆動するようになされた駆動回路とを備え、ここでｊは正整数である。駆動回路は、複数の増幅器を備え、各増幅器は、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号の個別の１つを増幅し、対応する増幅された電気信号を生成するようになされている。さらに、駆動回路は、結果として得られたｊ＋１個の増幅された電気信号を組み合わせて、光変調器を駆動するための、多段階（ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ）の駆動信号を生成するようになされている。
【０００９】
さらに他の実施形態によれば、光信号を変調する方法は、（Ａ）マッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）を使用し、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて、光入力信号の位相および振幅を変調するステップであって、ＭＺＭが、第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを与え、ここでｊは正整数である、ステップと、（Ｂ）ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えることによって位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する、被変調光出力信号を生成するステップとを含み、ここで、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである。
【００１０】
さらに他の実施形態によれば、光デバイスは、（Ａ）光入力信号の位相および振幅を変調するようになされた光変調器と、（Ｂ）第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを、光変調器が与えるようにさせるために、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて、光変調器を駆動するようになされた第１の駆動回路とを備え、ここでｊは正整数である。光デバイスは、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて、２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する、被変調光出力信号を生成するようになされ、ここで、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである。
【００１１】
本発明の他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面から、より完全に明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図２】図１に示す変調器の光出力信号に対応する、スター１６−ＱＡＭコンステレーションを示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図４】図３に示す変調器の光出力信号に対応する、スター１６−ＱＡＭコンステレーションを示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態による高次光変調器のブロック図である。
【図７】図６に示す変調器の光出力信号に対応する、直線構成の１６−ＱＡＭ（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ １６−ＱＡＭ）コンステレーションを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による光送信器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による高次光変調器１００のブロック図を示す。変調器１００は、４つの電気的バイナリ信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４を受け、対応する被変調光出力信号１３２を作り出す。信号１３２は、２−ＡＳＫ／８−ＰＳＫ信号として分類され、ここで、頭字語２−ＡＳＫおよび８−ＰＳＫは、それぞれ、バイナリ振幅偏移変調（ｂｉｎａｒｙ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）および８変数位相偏移変調（８−ａｒｙ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）を表す。
【００１４】
図２は、信号１３２に対応するスター１６−ＱＡＭコンステレーション２００を図表で示す。コンステレーション２００は、（ｉ）半径ｒの円の上に整列された８つのコンステレーション・ポイントと、（ｉｉ）半径Ｒの円の上に整列された８つのコンステレーション・ポイントとを有し、ここでＲ＞ｒである。それぞれの円の上の、隣接するコンステレーション・ポイント間の角度分離は、４５度である。コンステレーション２００の４つのコンステレーション・ポイントが、同相（Ｉ）軸上に位置し、４つの他のコンステレーション・ポイントが、直交位相（Ｑ）軸上に位置する。図２の各コンステレーション・ポイントの隣に配置された括弧付きバイナリ値は、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４（図１参照）から成る４ビット信号に対する代表的なビット・マッピングを示す。このビット・マッピングは、以下に、より詳細に説明される。ビット・マッピングが、例えば、適切なバイナリ事前コード化（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）法および／または外部事前コード化デバイス（図１に明確には示さず）を使用することによって、変更されうることは、当業者には容易に理解されよう。代表的実施形態では、ｒ／Ｒの比は、約０．２と約０．８との間、例えば０．５である。
【００１５】
図１に戻って参照すると、変調器１００は、駆動回路１４０と結合されたマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）１１０を有する。ＭＺＭ１１０は、レーザ（図１に明確には示さず）から光入力（例えば、連続波）信号１０２を受け、駆動回路１４０から受けた駆動信号１０８に応答して被変調光信号１１２を作り出す。次いで、信号１１２は、移相器１２０に加えられる。
【００１６】
駆動回路１４０は、バイナリ信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２に基づいて、駆動信号１０８を作り出す。駆動回路１４０において、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２が、それぞれ、増幅器１４２ａ〜１４２ｂに加えられる。典型的には、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２は、同じレール分離（ｒａｉｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を有するゼロ平均（例えば、ａｃ結合された高速の）ディジタル信号である。例えば、それらの信号の下レール（ｌｏｗｅｒ ｒａｉｌ）および上レール（ｕｐｐｅｒ ｒａｉｌ）は、それぞれ、−１Ｖおよび＋１Ｖであってよい。駆動回路１４０は、平均の駆動信号１０８を、ＭＺＭ１１０において最大級の吸光（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）（すなわち、ＭＺＭの光学的ヌルに相当）を生成する電圧周りに、両側に対称的に振動させる、ｄｃバイアス電圧（Ｖ０）を使用するように構成される。言い換えれば、駆動信号１０８が電圧Ｖ０であれば、ＭＺＭ１１０は実質的に光を送信せず、それゆえ、ヌルにする信号１１２を送信する。
【００１７】
増幅器１４２ａ〜１４２ｂは、それぞれ、信号利得ｇａおよびｇｂを供給するように構成され、それらの利得の相対的な値が、例えば下式、
【数１】
で表されうる。信号Ｄａｔａ１に基づいて、増幅器１４２ａは、電圧＋ｇａΔＶ１／２および−ｇａΔＶ１／２を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶ１／２は、信号Ｄａｔａ１／Ｄａｔａ２における上レールと下レールとの間の分離の２分の１である。同様に、信号Ｄａｔａ２に基づいて、増幅器１４２ｂは、電圧＋ｇｂΔＶ１／２および−ｇｂΔＶ１／２を有する２段階の出力信号を生成する。増幅器１４２ａ〜１４２ｂの出力信号が合計され、結果として得られた信号が、バイアス電圧Ｖ０に重ねられる。
【００１８】
表１は、バイナリ信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２の関数として、光信号１１２の特性を示す。
【表１】
この表において、ＩＲおよびＩｒは、それぞれ、コンステレーション２００の外側および内側の円に対応する強度を表す。
【００１９】
表１に示す信号特性は、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＧａＡｓ、もしくはＩｎＰなど、Ｘカット（Ｘ−ｃｕｔ）の電気光学材料を使用して実施されるか、またはプッシュ・プル構成で差動的に駆動される、チャープ・フリー（ｃｈｉｒｐ−ｆｒｅｅ）ＭＺＭの伝達特性を思い起こせば、理解されうる。より詳細には、ＭＺＭは、ｃｏｓ２の伝達関数を有し、その関数の複数のローブは、対応するヌル・ポイントで分離される。ＭＺＭが、伝達関数の単一のローブの中に留まる駆動信号で駆動される場合、ＭＺＭは、実質的にチャープ・フリーである、振幅被変調光信号を生成する。しかし、駆動信号が、伝達関数の単一のローブに閉じ込められずに、ヌル電圧（例えば、Ｖ０）を横断して隣接するローブに至る場合、そのような横断が、ＭＺＭの光出力において約πラジアンの離散的な位相増加を引き起こし、それにより、振幅変調および（ディジタル）位相変調の両方を付与する。
【００２０】
上で説明したように、信号１０８は、電圧Ｖ０をベース電圧として使用し、電圧Ｖ０周りに信号１０８が、往復して振動する。信号１０８における４つの可能な段階のうち、２つの段階が伝達関数の１つのローブに対応し、他の２つの段階が隣接するローブに対応する。その結果、表１の第２の列に表示する振幅変調に加えて、ＭＺＭ１１０は、表１の第３の列に表示する位相変調を付与する。要約すると、上で説明した変調方式は、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２から成る２ビットの入力信号を、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上に整列された４つのコンステレーション・ポイントから成る中間コンステレーションの上にマッピングする。これらのコンステレーション・ポイントのうちの２つが、ゼロ位相に対応し、残りの２つのコンステレーション・ポイントが、πラジアンの位相に対応する。
【００２１】
移相器１２０は、駆動回路１５０で作り出された駆動信号１１８に応答して、光信号１１２の位相を変調する。機能的には、移相器１２０および駆動回路１５０は、一組の異なる離散的な角度によって、この特定の例では、各角度が、信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４から成る２ビット信号の異なるバイナリ値に対応する、一組の４つの異なる角度によって、光信号１１２に対応する４つのコンステレーション・ポイントを回転させるように働く。この回転で、移相器１２０で生成された、被変調光信号１２２が、コンステレーション２００の１６のコンステレーション・ポイントに対応する１６の光シンボルのうちのいずれかを有することが可能になる。
【００２２】
駆動回路１５０では、信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４が、駆動回路１４０の増幅器１４２ａ〜１４２ｂそれぞれに類似する増幅器１５２ａ〜１５２ｂに加えられる。増幅器１５２ａ〜１５２ｂの出力信号が合計されて、駆動信号１１８が作り出される。駆動信号１１８に応答して、移相器１２０が、光信号１１２と１２２との間に、駆動電圧に比例する相対的な位相偏移をもたらす。
【００２３】
信号Ｄａｔａ３に基づいて、増幅器１５２ａは、電圧＋ΔＶπ／４および−ΔＶπ／４を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶπ／４は、移相器１２０における４５度の位相偏移に対応する電圧である。同様に、信号Ｄａｔａ４に基づいて、増幅器１５２ｂは、電圧＋ΔＶπ／８および−ΔＶπ／８を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶπ／８は、移相器１２０における２２．５度の位相偏移に対応する電圧であり、線形移相器方式において、ΔＶπ／８＝ΔＶπ／４／２である。信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４が、同じレール分離を有する場合、増幅器１５２ａの信号利得は、増幅器１５２ｂの信号利得より約２倍大きくなるように設定される。
【００２４】
表２は、駆動回路１５０によって移相器１２０に印加される駆動電圧Ｖｄ、および結果として移相器によって誘導された位相偏移を、バイナリ信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４の関数として示す。
【表２】
ＭＺＭ１１０および移相器１２０が組み合わされた作用は、図２の各コンステレーション・ポイントの隣に配置された、対応する括弧付きバイナリ値によって表示されるように、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４から成る４ビット信号を、コンステレーション２００の上にマッピングすることである。各バイナリ値において、第１のビットが信号Ｄａｔａ１に対応し、第２のビットが信号Ｄａｔａ２に対応し、以下同様である。
【００２５】
光信号１２２は、その信号を、所望のデューティ・サイクルを有するゼロ復帰（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ：ＲＺ）光信号１３２に変換するように構成されたパルス・カーバ（ｐｕｌｓｅ ｃａｒｖｅｒ）１３０に、任意選択で加えられてよい。図１に示す実施形態では、パルス・カーバ１３０は、適切に拡縮されたクロック信号で駆動されるＭＺＭを使用して実施される。様々なパルス・カーバが、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Ｐ．Ｊ．ＷｉｎｚｅｒおよびＲ．Ｊ．Ｅｓｓｉａｍｂｒｅ、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ」、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ、２００６年、ｖｏｌ．９４（５）、９５２〜９８５頁に要約されるように、パルス・カーバ１３０として使用されてよいことは、当業者には理解されよう。
【００２６】
典型的な従来技術のスター１６−ＱＡＭ光変調器よりも有利なことに、変調器１００は、ＭＺＭと移相器、および／またはより少ない段階を有する駆動信号など、より少ない光変調用要素を使用する。例えば、従来技術のスター１６−ＱＡＭ光変調器は、典型的には、８−ＰＳＫ変調方式に基づいており、８段階の駆動信号または８つの個別の移相器を使用して実施される。対照的に、変調器１００は、４−ＰＳＫ変調方式に基づいており、４段階の駆動信号および単一の移相器を使用して実施される。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態による、高次光変調器３００のブロック図を示す。変調器３００は、変調器１００（図１）に全体的に類似しており、多くの同じ構成要素を有する。しかし、変調器３００では、駆動電流１５０は、駆動電流３５０で置き換えられる。駆動電流３５０は、それが追加の増幅器３５２を有する点で、駆動電流１５０と異なる。また、変調器３００は、信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２が入力信号として働くＸＯＲゲート３６０を有する。ＸＯＲゲート３６０で生成される出力データ信号３６２が、増幅器３５２に加えられる。増幅器３５２の出力信号が、増幅器１５２ａ〜１５２ｂの出力信号と共に合計される。
【００２８】
増幅器３５２は、増幅器１５２ａ〜１５２ｂのそれぞれに類似する。データ信号３６２に基づいて、増幅器３５２は、電圧＋ΔＶπ／１６および−ΔＶπ／１６を有する２段階の出力信号を生成し、ここでΔＶπ／１６は、移相器１２０における１１．２５度の位相偏移に対応する電圧である。移相器１２０の線形範囲内で、ΔＶπ／１６＝ΔＶπ／８／２＝ΔＶπ／４／４である。データ信号３６２が、信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４と同じレール分離を有する場合、増幅器３５２の信号利得は、増幅器１５２ｂの信号利得の約１／２、すなわち増幅器１５２ａの信号利得の約１／４となるように設定される。
【００２９】
図４は、変調器３００で生成される光出力信号３３２に対応する、スター１６−ＱＡＭコンステレーション４００を図表で示す。コンステレーション４００は、全体的に、コンステレーション２００（図２）に類似する。しかし、コンステレーション２００と４００との間の１つの違いは、後者のコンステレーションでは、内側の円が外側の円に対して、約２２．５度回転されることである。ある状況において、コンステレーション４００の使用は、ある信号障害、例えば検出ノイズおよびファイバの非線形性、に対してコンステレーションに復元力があるため、有利でありうる。
【００３０】
表１と、図２に示すビット・マッピングとから明らかなように、コンステレーション２００の内側の円は、最初の２ビットが「０１」または「１０」のいずれかであるコンステレーション・ポイントを有する。これらのビットの組合せのいずれかに適用されるＸＯＲ関数は、バイナリ「１」を結果としてもたらす。同様に、コンステレーション２００の外側の円は、最初の２ビットが「００」または「１１」のいずれかであるコンステレーション・ポイントを有する。これらのビットの組合せのいずれかに適用されるＸＯＲ関数は、バイナリ「０」を結果としてもたらす。このように、信号３６２の２つのバイナリ状態が、コンステレーション２００の２つの円に対する個別の識別子として使用されうる。これらの識別子で、変調器３００が、コンステレーションの異なる円に対応するコンステレーション・ポイントを見分けることが、可能になる。変調器３００において信号３６２に基づいて、内側の円が外側の円に対して２２．５度だけ回転することで、コンステレーション２００がコンステレーション４００に、効率的に変換する。図４において、各コンステレーション・ポイントの隣に配置された括弧付きバイナリ値が、結果として得られた、コンステレーション４００に対するビット・マッピングを示す。
【００３１】
図５は、本発明のさらに他の実施形態による、高次光変調器５００のブロック図を示す。変調器５００は、駆動回路５７０ａ〜５７０ｂに結合された、デュアル駆動（ｄｕａｌ−ｄｒｉｖｅ）ＭＺＭ５１０を有する。ＭＺＭ５１０は、レーザ（図５に明確には示さず）から光入力（例えば、連続波）信号５０２を受け、駆動回路５７０ａ〜５７０ｂそれぞれから受けた駆動信号５０８ａ〜５０８ｂに応答して、被変調光信号５１２を作り出す。次いで、信号５１２が、任意選択のパルス・カーバ１３０に加えられ、ＲＺ出力信号５３２を生成する。信号５１２および５３２は共に、コンステレーション２００（図２）に対応する。変調器５００は、８つの電気的バイナリ信号を受けるが、それらの信号のうちの４つ、Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４だけが、独立したデータ信号である。８つの信号のうちの残りの４つは、個別の４つの独立した信号から導き出された、複製された信号または反転された信号のいずれかである。
【００３２】
デュアル駆動ＭＺＭであることで、ＭＺＭ５１０は、プッシュ・プルおよびプッシュ・プッシュの両動作を可能にする。プッシュ・プル動作は、表１で説明される振幅変調および位相変調を実施するために使用される。プッシュ・プッシュ動作は、表２で説明される位相偏移変調を実施するために使用される。上ですでに説明したように、これら２つの変調方式が組み合わされた作用が、図２に示すビット・マッピングである。
【００３３】
駆動回路５７０ａ〜５７０ｂのそれぞれが、４つの増幅器５７２１〜５７２４を有する。増幅器５７２１および５７２２は、全体的に、増幅器１４２ａおよび１４２ｂそれぞれ（図１参照）に類似する。しかし、駆動回路５７０ａの増幅器５７２１および５７２２とは違って、駆動回路５７０ｂの増幅器５７２１および５７２２は、Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２が反転された信号を受けるように構成されている。図５では、反転動作が、個別の信号タグの上の水平のバーで表示される。デュアル駆動のＭＺＭを、それぞれ、データおよび反転されたデータに対応する２つの駆動信号で駆動することで、プッシュ・プル動作が結果としてもたらされることは、当業界でよく知られている。ＭＺＭ５１０では、二対の増幅器５７２１および５７２２で可能となるプッシュ・プル動作が、表１で説明される振幅変調および位相変調を生成する。
【００３４】
増幅器５７２３および５７２４は、全体的に、増幅器１５２ａおよび１５２ｂそれぞれ（図１参照）に類似する。しかし、増幅器５７２３および５７２４の信号利得は、移相器１２０の特性よりもＭＺＭ５１０の特性に適合するように設定される。デュアル駆動ＭＺＭを、２つの同一の駆動信号で駆動することで、プッシュ・プッシュ動作が結果としてもたらされることは、当業界でよく知られている。ＭＺＭ５１０では、二対の増幅器５７２３および５７２４で可能となるプッシュ・プッシュ動作が、表２で説明される位相変調を与える。
【００３５】
高次変調器１００、３００、および５００のそれぞれが、コンステレーション２００（図２）またはコンステレーション４００（図４）など、対応するスター１６−ＱＡＭコンステレーションに対して設計されるが、同様のアプローチが、任意のスターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対する高次変調器を実施するために使用されてよく、ここで、Ｍ＝２ｎであり、ｎは２より大きい整数である。例えば、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションが、２ｊ個の同心円を有すると仮定すると、各同心円は、２ｋ個のコンステレーション・ポイントを有し、ここでｊおよびｋのそれぞれは正整数であり、ｊ＋ｋ＝ｎである。次いで、このコンステレーションに適応された高次変調器が、例えば、以下のように実施されうる。
【００３６】
変調器は、ｎ個の独立したバイナリ・データ信号を受けるように構成される。それらのｎ個のデータ信号のうち、ｊ＋１個のデータ信号が、表１で説明されるものと類似の振幅変調および位相変調を実施するために使用される。より詳細には、変調器は、例えば増幅器１４２（図１参照）に類似のｊ＋１個の増幅器を有する、例えば駆動回路１４０に類似の駆動回路を有する。駆動回路は、ＭＺＭを駆動するように構成され、ＭＺＭは、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上に設置された、２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイントを有する中間コンステレーションに対応する被変調光信号を生成する。それらの２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイントのうち、２ｊ個のコンステレーション・ポイントが、０ラジアンの光位相を有し、残りの２ｊ個のコンステレーション・ポイントが、πラジアンの光位相を有する。
【００３７】
残りのｋ−１（＝ｎ−（ｊ＋１））個のデータ信号が、位相偏移変調を実施するために使用される。より詳細には、変調器は、例えば増幅器１５２（図１参照）に類似のｋ−１個の増幅器を有する、例えば駆動回路１５０に類似の駆動回路を有する。この駆動回路は、移相器を駆動するように構成され、移相器は、ＭＺＭで生成された被変調光信号をさらに変調する。この変調の作用は、中間コンステレーションを、２ｋ−１個の異なる角度だけ実質的に回転させ、それにより、所望のスターＭ−ＱＡＭコンステレーションを生成することである。高次変調器１００、３００、および５００のそれぞれに対して、パラメータ値は以下の通り、ｎ＝４、ｊ＝１、およびｋ＝３であることに、留意されたい。
【００３８】
所望の場合、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの構成要素の円のいくつかまたはすべてが、１つまたは複数の他の円に対して回転されうる。例えば、適切な論理関数を、ＭＺＭを駆動するために使用されるｊ＋１個のデータ信号のいくつかまたはすべてに適用することによって、変調器は、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの構成要素の円のそれぞれに対して、ユニークな識別子を生成することができる。例えば、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションにおけるビット・マッピング・パターンを解析することによってそのような関数を見出すことは、比較的容易である。変調器３００（図３）の場合、適切な論理関数は排他的ＯＲ関数であることを、想起されたい。その上、ユニークな識別子は、異なる個別の位相偏移を、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの異なる円の上に整列されたコンステレーション・ポイントに与えるために使用可能であり、それにより、Ｉ−Ｑ平面内のそれらの円の所望の回転が引き起こされる。さらに、当技術分野で知られているように、論理信号を駆動回路に加える前に、論理信号を事前コード化することにより、任意の所望のビット・パターンのシンボルへのマッピングが、達成されうる。
【００３９】
図６は、本発明のさらに他の実施形態による高次光変調器６００のブロック図を示す。変調器６００は、４つの電気的バイナリ信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４を受け、対応する被変調光出力信号６３２を作り出す。信号６３２は、直線構成の１６−ＱＡＭ信号である。
【００４０】
図７は、信号６３２に対応する直線構成の１６−ＱＡＭコンステレーション７００を図表で示す。隣接するコンステレーション・ポイント間の水平（すなわち、Ｉ軸に沿った）分離はｄ１であり、隣接するコンステレーション・ポイント間の垂直（すなわち、Ｑ軸に沿った）分離はｄ２である。様々な実施形態では、ｄ１およびｄ２は、同じ値または異なる値を有することができる。Ｉ軸およびＱ軸の原点は、内側の４つのコンステレーション・ポイントで画定される矩形の内部に中心を置く。各コンステレーション・ポイントの隣に配置された括弧付きバイナリ値が、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４から成る４ビット信号に対するビット・マッピングを示す。
【００４１】
図６に戻って参照すると、変調器６００は、２つの変調分岐６０６ａ〜６０６ｂを有し、各分岐が、パワー・スプリッタ６０４とパワー・コンバイナ６０８との間で結合される。変調分岐６０６ａ〜６０６ｂのそれぞれが、それぞれの駆動回路６４０に結合されたＭＺＭ６１０を有する。ＭＺＭ６１０のそれぞれが、パワー・スプリッタ６０４から、光入力信号６０２のそれぞれの部分を受け、それぞれの駆動回路６４０から受けた駆動信号６０８に応答してその部分を変調し、それぞれの被変調光信号６１２を作り出す。変調分岐６０６ｂに設置された移相器６２０が、９０度の位相偏移を信号６１２ｂに与え、信号６１２ｂ’を生成する。信号６１２ａおよび６１２ｂ’が、パワー・コンバイナ６０８において組み合わされる。この変調器構成は、多くの場合、ＱＰＳＫ変調器、Ｉ／Ｑ変調器、またはシングル・サイドバンド変調器と呼ばれる。パワー・コンバイナ６０８の出力が、任意選択の（図１を参照して上で説明された）パルス・カーバ１３０に加えられる。パルス・カーバ１３０の出力は、信号６３２である。
【００４２】
駆動回路６４０ａ〜６４０ｂのそれぞれは、全体的に、駆動回路１４０（図１）に類似する。駆動回路６４０ａは、その駆動回路の増幅器６４２ａ〜６４２ｂにそれぞれ加えられるバイナリ信号Ｄａｔａ１およびＤａｔａ２に基づいて、駆動信号６０８ａを作り出す。同様に、駆動回路６４０ｂは、その駆動回路の増幅器６４２ｃ〜６４２ｄにそれぞれ加えられるバイナリ信号Ｄａｔａ３およびＤａｔａ４に基づいて、駆動信号６０８ｂを作り出す。増幅器６４２ａ〜６４２ｄでもたらされる信号利得の相対的な値が、例えば、以下のように、
【数２】
で表現されうる。
【００４３】
対応するデータ信号に基づいて、増幅器６４２ａ〜６４２ｄのそれぞれが、電圧＋ｇｘΔＶ１／２および−ｇｘΔＶ１／２を有する２段階の出力信号を生成し、ここで、ｇｘは式（２ａ）〜式（２ｄ）のうちの１式で与えられる、対応する信号利得であり、ΔＶ１／２は信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４におけるレール分離の２分の１である。駆動回路６４０ａでは、増幅器６４２ａ〜６４２ｂの出力信号が合計され、結果として得られた信号が、ＭＺＭ６１０ａに対応する、ヌルにするバイアス電圧に重ねられる。駆動回路６４０ｂでは、増幅器６４２ｃ〜６４２ｄの出力信号が同様に合計され、結果として得られた信号が、ＭＺＭ６１０ｂに対応する、ヌルにするバイアス電圧に重ねられる。表１を参照して上ですでに説明したように、ＭＺＭ６１０ａ〜６１０ｂのそれぞれが、そのように駆動され、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上にある４つのコンステレーション・ポイントから成る中間コンステレーションの上に、個別の２ビット入力信号を実質的にマッピングする。それらの４つのコンステレーション・ポイントのうち、２つのコンステレーション・ポイントが、０ラジアンの光位相を有し、残りの２つのコンステレーション・ポイントが、πラジアンの光位相を有する。
【００４４】
移相器６２０の作用は、ＭＺＭ６１０ｂに対応する中間コンステレーションを、ＭＺＭ６１０ａに対応する中間コンステレーションに対して９０度だけ回転させることである。その結果、パワー・コンバイナ６０８は、変調分岐６０６ａおよび６０６ｂが、実数部および虚数部をそれぞれ提供する複素数発生器として実質的に機能する。変調分岐６０６ａおよび６０６ｂが組み合わされた作用は、図７における各コンステレーション・ポイントの隣に配置された、対応する括弧付きバイナリ値によって表示されるように、信号Ｄａｔａ１〜Ｄａｔａ４から成る４ビット信号を、コンステレーション７００の上にマッピングすることである。それらのバイナリ値のそれぞれにおいて、第１のビットは信号Ｄａｔａ１に対応し、第２のビットは信号Ｄａｔａ２に対応し、以下同様である。異なるビットからシンボルへの割当てが、バイナリ入力信号を駆動回路に加える前に、バイナリ入力信号を事前コード化することによって達成されうる。
【００４５】
駆動回路１４０、１５０、３５０、５７０、および６４０の１つの共通の特性は、それらの駆動回路のそれぞれが、最初に、対応するバイナリ・データ信号を増幅し、次いで、結果として得られた、増幅された信号を組み合わせて、コンステレーション２００、４００、または７００など、対応する高次コンステレーションの作成に使用される、多段階の駆動信号を形成するように設計されることである。本明細書で使用されるように、用語「多段階」は、３段階以上を有する信号を意味する。対照的に、典型的な従来技術のアプローチは、最初に、対応するバイナリ・データ信号を組み合わせて多段階の信号を形成し、その次にようやく、その多段階の信号を増幅し、対応する高次コンステレーションの作成に使用される多段階の駆動信号を形成するために、変調分岐６０６ａ〜６０６ｂを駆動することである。バイナリ・データ信号は、例えば１Ｖ程度の、比較的低電圧の信号であり、多段階の駆動信号は、例えば１０Ｖ程度の、比較的高電圧の信号であるので、従来技術のアプローチは、比較的大きな電圧範囲にわたって比較的高度の線形性を持っている増幅器を使用するための駆動回路を必要とする。さらに、変調分岐６０６ａ〜６０６ｂを有する変調器の使用は、一般に、比較的厳しい量子化要求を結果としてもたらすであろうことに、留意されたい。それゆえ、変調器１００または３００に類似の変調器および／または駆動回路１４０、１５０、３５０、５７０、および６４０に類似の駆動回路を使用することが有利であり、後者の駆動回路は、増幅器の線形性の仕様を大幅に緩和することに役立ち、それにより、あまり複雑でなく、および／またはより費用効率の高い増幅デバイスの使用が可能になる。
【００４６】
図８は、本発明の一実施形態による、光送信器８００のブロック図を示す。送信器８００は、それぞれが偏波スプリッタ８０４と偏波コンバイナ８１０との間で結合される、２つの変調分岐８０６ａ〜８０６ｂを使用して、偏波多重被変調光信号８１２を作り出す。偏波スプリッタ８０４は、レーザ８０２で作り出された光ビームを、２つの直交する偏波成分に分割し、それらの偏波成分を変調分岐８０６ａ〜８０６ｂそれぞれに加える。変調分岐８０６ａ〜８０６ｂのそれぞれは、個別の偏波成分を、変調器が受ける信号に基づいて変調する、個別の光変調器８０８を有する。典型的には、変調器８０８ａ〜８０８ｂは、異なる独立したデータ信号を受ける。様々な実施形態では、変調器８０８は、変調器１００、３００、５００、および６００のうちの任意の１つであってよい。偏波コンバイナ８１０は、変調器８０８ａ〜８０８ｂから受けた被変調偏波成分を組み合わせて、光信号８１２を生成する。比較的弱い偏波依存性を持っている変調器が、光送信器８００において使用されている場合、２つのパルス・カーバが、変調器８０８ａ〜８０８ｂで、任意選択で使用される代わりに、偏波コンバイナ８１０の出力に配置された、共有の任意選択の、１つのパルス・カーバを有することもできる。
【００４７】
本明細書で使用されるように、用語「スターＭ−ＱＡＭコンステレーション」は、２つ以上の同心円上に整列されたＭ個のコンステレーション・ポイントから成るコンステレーションを意味する。一実施形態では、コンステレーション・ポイントは、各スポーク（半径）が、異なる円に対応する２つ以上のコンステレーション・ポイントを含む状態の、車輪とスポークのパターンに整列される。他の実施形態では、コンステレーション・ポイントは、どのスポーク（半径）も、規定の数のコンステレーション・ポイントより多くを含むことができないように、それらの個別の円上に整列される。例えば、Ｎ個の円を有するコンステレーションでは、コンステレーション・ポイントは、各スポーク（半径）が、異なる円に対応するｎ個のコンステレーション・ポイントを含むように、それらの個別の円上に整列されてよく、ここでｎは、任意に選択された、Ｎ＋１より小さい正整数である。典型的な実施形態では、それぞれの円の上の２つの隣接するコンステレーション・ポイント間の角度分離は、同じであるが、各円は、同じ数のコンステレーション・ポイントを有しても有さなくてもよい。
【００４８】
光位相が、通常、なんらかの選択された基準位相に対して測定されることは、当業者には理解されよう。さらに、２πの整数倍だけ異なる光位相は、一般に、同じ値を有するものとみなされる。したがって、別段に明記しない限りは、句「０ラジアンの位相偏移」は、位相偏移がないことに限定されるものと解釈されるべきではない。同様に、句「１つまたは複数の異なる位相偏移」の中で言及される位相偏移のうちの１つは、「０ラジアンの位相偏移」であってよい。
【００４９】
本発明は、例示的実施形態を参照して説明されてきたが、この説明は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。例えば、本発明のある実施形態は、ＭＺＭタイプの変調器以外の光変調器で実施されうる。例えば、Ｉ−Ｑ平面内で一直線上に整列された２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイント、ここでｊは正整数、から成る中間コンステレーションを生成することができる光変調器は、（ｉ）２ｊ個の異なる信号振幅を作り出すように構成された振幅変調器と、（ｉｉ）ゼロ位相偏移またはπラジアンの位相偏移を、振幅変調器の出力に、制御可能に与えるように構成された移相器とから構成されうる。そのような光変調器は、ｊ＋１個の入力バイナリ信号に基づいて動作し、高次光変調器の実施形態において、例えば、ＭＺＭ１１０（図１もしくは図３）またはＭＺＭ６１０（図６）の実施形態に類似の位置において、使用されるように構成されてよい。
【００５０】
ＱＡＭ−コンステレーション円の識別子を作り出すための論理回路が、光変調器５００に組み込まれうる。異なるバイナリ信号、例えばＤａｔａ１〜Ｄａｔａ４が、異なるレール分離を有することができる。説明した実施形態の種々の改変形態ならびに本発明の他の実施形態は、本発明が関連する当業者には明らかであり、以下の特許請求の範囲で示される本発明の原理および範囲の中に存在するものとみなされる。
【００５１】
本発明の実施形態は、単一の集積回路（混成オプトエレクトロニック集積回路など）、マルチチップ・モジュール、シングル・カード、またはマルチカード回路パックとして可能な実施を含めて、回路ベースのプロセスとして実施されうる。
【００５２】
別段に明記しない限りは、それぞれの数値および範囲は、単語「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」が、その値または範囲の値の前に置かれるかのごとく、近似的であるものと解釈されるべきである。
【００５３】
さらに、本発明の本質を明白にするために説明され例示されてきた部品の詳細、材料、および配列における様々な変更が、以下の特許請求の範囲で示される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によってなされうることが理解されよう。
【００５４】
以下の方法クレームにおける要素は、要素が存在する場合、対応する標識を付けて特定の順番で記述されるけれども、特許請求の範囲の記述が、それらの要素のいくつかまたはすべてを実施するために、特定の順番を別段に暗示しないならば、それらの要素は、必ずしも、その特定の順番で実施されるように限定されることを意図するものではない。
【００５５】
本明細書における「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれうることを意味する。本明細書の様々な場所における、「一実施形態では」の句の出現が、必ずしもすべて、同じ実施形態に言及するものではなく、または、別個の、もしくは代替の実施形態が、必ずしも、他の実施形態を互いに排除するものではない。同様のことが、用語「実施」に適用される。
【００５６】
詳細な説明を通して、図面は、縮尺どおりではなく、例示のためだけであり、本発明を限定するためではなく説明するために使用される。
【００５７】
また、この説明のために、用語「結合する」、「結合している」、「結合された」、「接続する」、「接続している」、または「接続された」は、当技術分野で知られているか、またはその後拡張された、なんらかの仕方に言及しており、そこではエネルギーを、２つ以上の要素の間で伝達することができ、１つまたは複数の追加の要素の介在物が想定されるが、不可欠ではない。反対に、用語「直接結合された」、「直接接続された」などは、そのような追加の要素が存在しないことを暗示する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入力信号の位相および振幅を変調するよう構成されたマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）と、
第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかをＭＺＭが与えるようにさせるように、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいてＭＺＭを駆動するよう構成された第１の駆動回路とを備え、光デバイスが、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する被変調光出力信号を生成するように構成され、ｊは正整数であり、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである、光デバイス。
【請求項２】
前記第１の駆動回路が、２ｊ個の異なる振幅を前記被変調光出力信号の中に生成するために、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて前記ＭＺＭを駆動するよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項３】
前記ＭＺＭが、前記２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて、前記被変調光出力信号を生成するよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項４】
前記ＭＺＭがデュアル駆動ＭＺＭであり、
前記第１の駆動回路が、さらに、前記ＭＺＭを、前記ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて駆動するよう構成され、
前記光デバイスはさらに、前記ＭＺＭを、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号および前記ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて駆動するよう構成された第２の駆動回路を備え、
前記第１の駆動回路および前記第２の駆動回路が、
前記ＭＺＭを駆動して、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号を使用してプッシュ・プル変調を可能にし、そして、
前記ＭＺＭを駆動して、前記追加のｋ−１個の電気的バイナリ信号を使用してプッシュ・プッシュ変調を可能にする、よう構成された、請求項３に記載の装置発明。
【請求項５】
前記ＭＺＭの外部の移相器をさらに備え、前記移相器が、前記２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えるよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項６】
前記ＭＺＭが、対応する同相／直交位相平面内で一直線上に整列された２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイントからなる中間コンステレーションに対応する中間の被変調光信号を作り出すよう構成され、
前記２ｋ−１個の異なる位相偏移を前記中間の被変調光信号に加えることが、前記中間コンステレーションの増分回転を結果としてもたらし、前記回転が前記スターＭ−ＱＡＭコンステレーションを生成する、請求項５に記載の装置発明。
【請求項７】
ｊ＝１およびｋ＝３である、請求項１に記載の装置発明。
【請求項８】
前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号のいくつかまたはすべてを処理して、前記スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの１つまたは複数の円に対する１つまたは複数の識別子を導き出すよう構成された論理回路をさらに備え、前記光デバイスがさらに、前記位相に、前記１つまたは複数の識別子に基づいて追加の位相偏移を加えるよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項９】
前記第１の駆動回路が複数の増幅器を備え、各増幅器が、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号のうちの個別の１つを増幅して、対応する増幅信号を生成するよう構成され、
前記第１の駆動回路が、前記結果として得られたｊ＋１個の増幅された電気信号を組み合わせて、前記ＭＺＭを駆動するための多段階の駆動信号を生成するよう構成され、
前記駆動回路が、さらに、
前記多段階の駆動信号を、前記ＭＺＭの光学的ヌルに対応するバイアス電圧に重ね、っそして、
前記ＭＺＭを、前記結果として得られた重ねられた信号で駆動する、ように構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項１０】
光信号を変調する方法であって、
マッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）を使用し、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて、光入力信号の位相および振幅を変調するステップを含み、前記ＭＺＭが、第１の位相偏移、または前記第１の位相と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを与え、ｊが正整数であり、さらに、
スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する被変調光出力信号を生成するために、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて、２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えることによって前記位相をさらに変調するステップであって、ｋが１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである、方法。
【請求項１】
光入力信号の位相および振幅を変調するよう構成されたマッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）と、
第１の位相偏移、または第１の位相偏移と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかをＭＺＭが与えるようにさせるように、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいてＭＺＭを駆動するよう構成された第１の駆動回路とを備え、光デバイスが、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて位相をさらに変調し、スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する被変調光出力信号を生成するように構成され、ｊは正整数であり、ｋは１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである、光デバイス。
【請求項２】
前記第１の駆動回路が、２ｊ個の異なる振幅を前記被変調光出力信号の中に生成するために、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて前記ＭＺＭを駆動するよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項３】
前記ＭＺＭが、前記２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えて、前記被変調光出力信号を生成するよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項４】
前記ＭＺＭがデュアル駆動ＭＺＭであり、
前記第１の駆動回路が、さらに、前記ＭＺＭを、前記ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて駆動するよう構成され、
前記光デバイスはさらに、前記ＭＺＭを、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号および前記ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて駆動するよう構成された第２の駆動回路を備え、
前記第１の駆動回路および前記第２の駆動回路が、
前記ＭＺＭを駆動して、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号を使用してプッシュ・プル変調を可能にし、そして、
前記ＭＺＭを駆動して、前記追加のｋ−１個の電気的バイナリ信号を使用してプッシュ・プッシュ変調を可能にする、よう構成された、請求項３に記載の装置発明。
【請求項５】
前記ＭＺＭの外部の移相器をさらに備え、前記移相器が、前記２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えるよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項６】
前記ＭＺＭが、対応する同相／直交位相平面内で一直線上に整列された２ｊ＋１個のコンステレーション・ポイントからなる中間コンステレーションに対応する中間の被変調光信号を作り出すよう構成され、
前記２ｋ−１個の異なる位相偏移を前記中間の被変調光信号に加えることが、前記中間コンステレーションの増分回転を結果としてもたらし、前記回転が前記スターＭ−ＱＡＭコンステレーションを生成する、請求項５に記載の装置発明。
【請求項７】
ｊ＝１およびｋ＝３である、請求項１に記載の装置発明。
【請求項８】
前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号のいくつかまたはすべてを処理して、前記スターＭ−ＱＡＭコンステレーションの１つまたは複数の円に対する１つまたは複数の識別子を導き出すよう構成された論理回路をさらに備え、前記光デバイスがさらに、前記位相に、前記１つまたは複数の識別子に基づいて追加の位相偏移を加えるよう構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項９】
前記第１の駆動回路が複数の増幅器を備え、各増幅器が、前記ｊ＋１個の電気的バイナリ信号のうちの個別の１つを増幅して、対応する増幅信号を生成するよう構成され、
前記第１の駆動回路が、前記結果として得られたｊ＋１個の増幅された電気信号を組み合わせて、前記ＭＺＭを駆動するための多段階の駆動信号を生成するよう構成され、
前記駆動回路が、さらに、
前記多段階の駆動信号を、前記ＭＺＭの光学的ヌルに対応するバイアス電圧に重ね、っそして、
前記ＭＺＭを、前記結果として得られた重ねられた信号で駆動する、ように構成された、請求項１に記載の装置発明。
【請求項１０】
光信号を変調する方法であって、
マッハ・ツェンダ変調器（ＭＺＭ）を使用し、ｊ＋１個の電気的バイナリ信号に基づいて、光入力信号の位相および振幅を変調するステップを含み、前記ＭＺＭが、第１の位相偏移、または前記第１の位相と約πラジアンだけ異なる第２の位相偏移のいずれかを与え、ｊが正整数であり、さらに、
スターＭ−ＱＡＭコンステレーションに対応する被変調光出力信号を生成するために、ｋ−１個の追加の電気的バイナリ信号に基づいて、２ｋ−１個の異なる位相偏移を加えることによって前記位相をさらに変調するステップであって、ｋが１より大きい整数であり、Ｍ＝２ｊ＋ｋである、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１１−５２７０２６（Ｐ２０１１−５２７０２６Ａ）
【公表日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１６３２５（Ｐ２０１１−５１６３２５）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００３８４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００５５００
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５９６０９２６９８）アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００３８４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００５５００
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５９６０９２６９８）アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
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