JP2003021817A

JP2003021817A - 光パルス発生器及び光変調器

Info

Publication number: JP2003021817A
Application number: JP2001209806A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Ooi; 寛己大井; Joji Ishikawa; 丈二石川; Yuichi Akiyama; 祐一秋山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】光位相制御を用いずに多重光信号間の光干渉を
防ぐことができる光パルス発生器と、光時分割多重光変
調器及び電子デバイスの4倍以上のビットレートの光信
号を発生する光変調器を実現する。【解決手段】光分岐された2つの信号に対して光強度変
調を与える際に、両者に異なった位相変調量を与えるこ
とにより、或いは光強度変調部自体を多段接続して互い
にクロック電気信号の位相変調量を異ならせ、さらには
光強度変調部の印加電圧と光出力特性を利用して駆動信
号に2倍の消光電圧又は消光電圧以下の値を与えること
により、デューティ比50％未満の光短パルス信号を発生
させる。また、従来と同様の光パルス発生器を多段構成
し、その多段構成された光パルス発生器からの光短パル
スに対して対応するビットレートのデータの値を与え、
且つこれらを合波することにより、データ信号のビット
レートを低くし且つ電子デバイスの4倍以上のビットレ
ートの光信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光パルス発生器及び
光変調器に関し、特に時分割多重方式による光送信機に
おけるマッハツェンダ型の光パルス発生器及び光変調器
に関する。近年、急激な情報量の増加に伴い、光通信シ
ステムの大容量化・長距離化が望まれている。現在は、
伝送ビットレート10 Gb/s の光増幅中継システムが実用
化されている。今後、更なる大容量化が必要とされ、時
分割多重(TDM) 方式・波長多重(WDM) 方式の両面からの
研究開発が進められている。

【０００２】

【従来の技術】40 Gbit/s 伝送等、時分割(TDM) 方式に
よって大容量化を実現するたの現在の技術的課題として
は、大きく分けて以下の二点がある。光送受信機における超高速動作の電子・光デバイスの
実現伝送路ファイバの伝送距離制限要因（波長分散、非線
形効果、偏波分散）の克服この内、特に課題においては、現状では光デバイスよ
りも電子デバイスの動作限界に律則されており、それを
克服するために、例えば図12に示すように時間軸上で光
多重を行うことで、20 Gbit/s 用の帯域の電子デバイス
のみを用いて40Gbit/s 光信号を生成する光時分割多重
(Optical Time Division Multiplexing)変調器が考えら
れて来た(G. Ishikawa et al., ECOC'96 Post-deadline
papers,TuC3.3, pp.37-40, 1996.)。

【０００３】この光変調器は、1段目（入力段）の1×２
マッハツェンダ型光パルス発生器（光スイッチ）1と、2
段目のマッハツェンダ型光強度変調部2と、3段目の位相
制御部3と、最終段の光多重部4と、で構成されている。
動作においては、入力連続（CW）光信号が光パルス発生
器1の光分岐部11で光導波路（アーム）12及び13に分岐
され、それぞれ互いに相補的な(位相関係が逆の)周波数
20 GHzのクロック電気信号（CLK1及びCLK2）によって電
極17及び18を介して駆動され、相補的な2系統の20 GHz
光パルス（光クロック）信号が生成され光合波部14を経
由して光導波路15及び16から出力される。なお、同図
（a）は光導波路16のみの波形を示している。

【０００４】次段のマッハツェンダ型光強度変調部2に
おいて、光導波路15及び16からの20GHz光パルス信号
は、それぞれが光導波路21,22及び23,24と電極27及び28
とで構成されるマッハツェンダ型光変調部に送られ、互
いに独立したビットレート20 Gb/sのNRZデータ電気信号
D1及びD2によって駆動されて、光導波路25及び26から20
Gb/sのRZ光信号に変換されて出力される。なお、同図
（b）は光導波路26のみの波形を示している。

【０００５】最終段の光多重部4においては、生成され
た２つの互いに独立した20 Gb/sのRZ光信号が光分波部4
1において時間軸上で光多重され、40 Gb/s 光時分割多
重(OTDM)信号として光導波路42及び43に出力される。な
お、同図（c）は光導波路42のみの波形を示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】（1）このようなOTDM
光変調器で問題になるのは、入力段の光パルス発生器で
相補的なクロック電気信号を用いても、最終段の光多重
部4において、２つの20 Gb/s RZ光信号間のパルスの裾
野が重なり合うために、その部分で光干渉を起こすこと
である。

【０００７】合波される光信号の光波の位相が一致する
ときには、光干渉によって光が強め合い、図13(1)に示
すように光信号のクロスポイント位置でのオンレベルが
持ち上がる波形となる。逆に合波される光信号の光波の
位相が逆の（πだけずれている）場合、光干渉によって
光が弱め合い、同図（3）に示すように光信号のクロス
ポイント位置でのオンレベルが下がる波形となる。

【０００８】またその中間で、合波される光信号の光波
の位相がπ/2だけずれている場合、同図(2)に示すよう
に光信号のクロスポイント位置でのオンレベルが平坦に
なる。これらの状態(1)〜(3)の中では、アイパターン中
心での開口度が最も大きく経時的に最も安定なのは同図
(3)に示すパルス裾が消し合う場合であることが知られ
ており、その状態に固定されるように制御することが必
要になる。

【０００９】このため、実験的には、図12及び13に示す
ように、光多重部4の前段に光位相制御部3を設け、例え
ばヒーター31及び32を配置し、与える熱量を変化させる
ことで両光信号間の光位相を制御している。しかしなが
ら、このような光位相制御を長時間安定かつ自動で行な
うことには困難が伴い、光干渉自体が起きない構成にす
ることが望ましい。

【００１０】（2）また、別の課題として、光時分割多
重方式においては、データ電気信号の2倍の周波数の信
号しか生成できないことが挙げられる。将来的に、電気
信号の限界を超えて一層超高速の光信号を生成する要求
が高まることが考えられる。例えば、現状で電子テ゛ハ゛イス
の高速動作の限界は40 Gb/s程度になると考えられてい
るが、近い将来には、40 Gb/sのデータ電気信号によっ
て160 Gb/sの光時分割多重信号を生成する方式が必要に
なる。

【００１１】その際、超高速の光時分割多重変調デバイ
スを平面構成のLiNbO₃（リチウムナイオベート）導波路
で小型に集積化することができれば、製造性に優れ、ま
たチャーピング特性を制御して伝送特性を最適化するこ
とができる。従って、本発明の目的は、光位相制御を用
いずに多重光信号間の光干渉を防ぐことができる光時分
割多重光変調器を提供することである。

【００１２】また、本発明の別の目的は、電子デバイス
の4倍以上のビットレートの光信号を導波路デバイスで
実現することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】(1)光短パルスを生成す
ることにより光位相制御を不要とする手段超高速の光時分割多重(OTDM)変調器において、多重光信
号間の光干渉を防ぐためには、入力段において光短パル
ス信号を生成すれば、位相制御は必要無くなる。

【００１４】一方、光短パルス信号を生成するために
は、モードロックレーザ等の短パルス光源を用いる方式
が知られているが、短パルス光源自体が非常に大掛かり
なデバイスであり、価格、サイズ、安定性の上で実用化
は非常に難しい。また、消光特性（入力電気信号対出力
光信号の特性）が指数関数的であることを利用して、電
解吸収型変調器を用いる方式も知られているが、生成さ
れる光短パルスの形状が、各変調器の特性ばらつきに従
ってばらついてしまうという問題と、出力信号の波長変
動を制御できないため、波長分散を持つファイバ伝送路
を伝送した場合の光波形劣化が大きくなるという問題と
がある。

【００１５】このような問題を回避し、設計性、製造
性、制御性に優れたマッハツェンダ変調器の基板内に集
積化した導波路デバイスによって連続光信号から光短パ
ルス信号を生成することができれば、実用上の優位性は
非常に高いと考えられる。そこで本発明では、超高速の
光時分割多重(OTDM)変調器において、多重光信号間の光
干渉を防ぐために、入力段においてデューティ比50％未
満の光パルス信号（光短パルス信号）を生成する光パル
ス発生器を提案する。

【００１６】この光パルス発生器は、連続入力光信号を
分岐する光分岐部と、該光分岐部で分岐された一方の光
信号に対して、周波数B/2 Hzのクロック電気信号で駆動
して光強度変調信号を生成する光強度変調部と、該光分
岐部で分岐された他方の光信号に対してクロック電気信
号で駆動して光位相変調信号を生成する光位相変調部
と、該光強度変調信号と該光位相変調信号とを合波する
ことにより該周波数B/2Hzでデューティ比50%未満の光短
パルス信号を生成する光合波部と、を備えている。

【００１７】すなわち、光分岐部で、分岐された一方の
光信号は、光強度変調部において周波数B/2 Hzのクロッ
ク電気信号で駆動されて光強度変調信号に変換される。
該光分岐部で分岐された他方の光信号は、光位相変調部
において、クロック電気信号で駆動され、光位相変調信
号に変換される。

【００１８】そして、これらの光強度変調信号と光位相
変調信号とを光合波部で合波することにより、光短パル
ス信号を発生することができる。この場合、この光短パ
ルス信号は、周波数B/2 Hzのクロック電気信号で駆動さ
れているので、周波数は同じB/2 Hzであり、光強度変調
信号と光位相変調信号とを合波することにより、或るデ
ューティ比の光パルス信号が得られることとなり、この
デューティ比を50％未満になるように予め設定しておけ
ば、該光短パルス信号はデューティ比50％未満となる。

【００１９】上記のクロック電気信号としては、光強度
変調部及び光位相変調部に共通のものとすることがで
き、この場合には光位相変調部の位相変調量を光強度変
調部の位相量の半分になるように電極長を設定すればよ
い。さらに、上記のクロック電気信号は、光強度変調部
と光位相変調部とにおいてそれぞれ別のものを用いるこ
とができ、この場合には、光位相変調部の位相変調量
が、該光強度変調部の位相変調量の半分になるように予
め互いに設定しておけばよい。

【００２０】さらに本発明では、周波数B/2 Hzのクロッ
ク電気信号で駆動されて光強度変調信号を発生する光強
度変調部を少なくとも2段直列に接続し、各光強度変調
部のクロック電気信号の位相を互いにずらすことにより
デューティ比50％未満の光短パルス信号を発生すること
が可能となる。

【００２１】すなわち、1段目の光パルス発生器で生成
した光短パルスを、位相が互いにずらされたクロック電
気信号により光強度変調を2段目の光パルス発生器で行
うことにより、ゲーティング作用により、1段目よりよ
り短い光パルスを発生させることができ、以って調整に
よりデューティ比50％未満の光短パルス信号を発生する
ことができる。

【００２２】上記の2段構成の光パルス発生器において
は、そのクロック電気信号を、各該光強度変調部毎に別
々に設けるか、あるいは、共通に与えてもよい。さらに
本発明に係る光パルス発生器では、上記と同様に光強度
変調部で構成されるが、この光強度変調部は、周波数B/
4 Hzで消光電圧の2倍の振幅を有するクロック電気信号
によって駆動されることにより、該光強度変調部の電圧
対光出力特性に基づき、周波数B/2 Hzでデューティ比50
％未満の光短パルス信号を発生することが可能となる。

【００２３】上記の場合には、光強度変調部に消光電圧
の2倍の振幅を有するクロック電気信号を与えたが、周
波数B/2 Hzで消光電圧以下の振幅を有するクロック電気
信号を与えることによっても、該光強度変調部の電圧対
光出力特性に基づき、デューティ比50％未満の光短パル
スを発生することが可能となる。

【００２４】この光強度変調部は、プッシュプル形式で
クロック電気信号を入力することができる。このような
光パルス発生器を用いれば、光信号間のパルスの裾野が
重ならなくなるため、光干渉が起きず、光位相制御が必
要なくなるので、光位相制御部を必要としないOTDM光変
調器を提供することができる。

【００２５】すなわち、連続入力光信号に対して周波数
B/2 Hz以下でデューティ比50％未満の相補的な2系統の
光短パルスを生成する光パルス発生器と、該２系統の光
パルス信号を各々が入力し、各光パルス信号をビットレ
ートB/2 b/s以下のデータ電気信号で駆動して該ビット
レートB/2 b/s以下の光RZ信号を生成する複数の光強度
変調部と、該複数の光RZ信号を合波してビットレートB
b/sの光時分割多重信号を生成する光多重部と、でOTDM
光変調器を構成することができる。

【００２６】この場合の光パルス発生器は、勿論、上記
の各光パルス発生器を用いることができる。従って、図
13に示したような、同相状態(1)、中間相(2)、及び逆相
状態(3)のいずれにおいても、光短パルスを用いて光変
調を行うので、アイパターン中心での開口度が最良で経
時的にも安定したパルスが出力されることとなる。(2)電子デバイスの4倍以上のビットレートの光信号を実
現するための手段本発明では、図12及び13に示したような、光パルス発生
器と光強度変調部と光位相制御部と光多重部とで構成さ
れたOTDM光変調器を応用して、光パルス発生器を多段化
し、光パルス信号の繰返し周波数をB/2ⁿ b/s (B b/sは
光時分割多重信号のビットレートでnは整数)にまで落と
し、B/2ⁿ b/s動作の電子デバイスによって生成されるデ
ータで駆動することにより、より低い周波数のデータ
で、従来と同様の光変調器を構成することができる。

【００２７】このため、本発明では、連続入力光信号に
対して周波数B/2ⁱ Hzの相補的な２系統の光パルス信号
を生成する光パルス発生器と、該２系統の光パルス信号
の各々から周波数B/2ⁱ⁺¹ Hzの2つの光パルス信号を生成
する2ⁱ個の光パルス発生器をi=1, 2,…,n (n+1は光パル
ス発生器の段数)の順にカスケード接続して2ⁱ⁺¹個の周
波数B/2ⁿ⁺¹ Hzの光パルス信号を生成する光パルス発生
器列と、該周波数B/2ⁿ⁺ ¹ Hzの各光パルス信号に対応し
てビットレートB/2ⁿ⁺¹ b/sの独立したデータ電気信号で
駆動して2ⁱ⁺¹個のビットレートB/2ⁿ⁺¹ b/sの光RZ信号を
生成する2ⁱ⁺¹個の光強度変調部と、各光強度変調部の出
力を位相制御してパルスの裾の干渉状態が最適になるよ
うにした位相制御部と、該光RZ信号を多重してビットレ
ートB b/sの光時分割多重信号を生成する光多重部と、
を備えている。

【００２８】このような変調器においてデータ信号のビ
ットレートを通常通りに設定すれば、光パルス発生器の
段数に応じて、より高いビットレートの出力光を光多重
部から発生させることが可能となる。上記の光変調器に
おいて、入力断の光パルス発生器における光入力信号に
プリチャーピングを付加することができる。

【００２９】プリチャーピングは、光信号の立上り・立
下り部分に意図的に波長変動を発生させて波長分散のあ
る伝送ファイバを伝送する際に伝送特性を改善するため
に用いられるものであるが、このプリチャーピングを与
えることにより、波長分散を有する伝送路における波長
劣化を補償することが可能となる。

【００３０】このように本発明により、低速の電気デバ
イスおよび連続光信号を入力して、入力電気信号の2倍
または4倍以上の周波数の光信号を安定して生成する光
送信機を実現することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】(1)マッハツェンダ型光パルス発
生器による光短パルス生成で光位相制御を不要とした実
施例図1に、マッハツェンダ型光パルス発生器を用いて光短
パルスを生成する実施例を示す。この光パルス発生器1
と、図12及び13に示した光ファイバパルス発生器1と
は、光導波路13が更に2つの光導波路131及び132に分岐
しており、クロック電気信号を入力する電極が電極101
のみで構成されると共に電極部102が光導波路131に対し
てクロック電気信号を与え、電極部103が光導波路12に
クロック電気信号を与えるようになっている点が異なっ
ている。

【００３２】なお、電極部102が光強度変調部100を構成
し、電極部103が光位相変調部を構成している。また、B
E1，BE2はバイアス電極を示し、この実施例のみ図示し
ており、後述する他の実施例でも必要であるが、当業者
には明らかであるので、図示を省略してある。

【００３３】動作において、連続光を光分岐部11でパワ
ー分岐した後、一方の光信号は光強度変調部100に導か
れ、同図（a-1）に実線で示す周波数B/2 Hzのクロック
電気信号によって駆動され、同図に点線で示す光強度変
調波形（入力した一定の連続光が強度変調を受けた波
形）のB/2 Hz光パルス信号(第一変調波形)を生成する。

【００３４】この光パルス信号は、光導波路131及び132
の内の光導波路131における電極部102による片側駆動の
ため、同図(a-2)で示すように実部成分（実線）だけで
なく、虚部成分（点線）をも有する。ここで、光強度＝
実部成分の二乗＋虚部成分の二乗で表わされる。

【００３５】一方、パワー分岐後の他方の連続光信号
は、光導波路12における光位相変調部103に導かれ、上
記のB/2 Hzクロック電気信号で駆動され、同図(b)に示
す実部成分（実線）および虚部成分（点線）を持つ光位
相変調を受ける。すなわち、同図(b)の実線と点線は入
力光の位相変調を受けていることを示しているが、両者
を合成すると一定となり（図示せず）、強度変調は受け
ないこととなる。

【００３６】その際、光位相変調部103で光導波路12の
光信号が受ける位相変調量は、一例として、光強度変調
部100の電極部102で与える光位相変調量の半分に設定す
る。このためには、位相変調量が駆動電圧振幅×電極長
で表されることから、駆動電圧の振幅を半分にするか、
または、位相変調部の電極長を半分にすればよい。

【００３７】この結果、光合波部14での光合波後の同図
(c)における光信号の実部成分および虚部成分は、同図
(a)および(b)の実部成分および虚部成分の和であり、そ
れぞれ同図(c-1)の点線及び実線のようになる。この結
果、光強度信号（実部成分の二乗＋虚部成分の二乗）は
同図(c-2)に示す通りの波形となり、デューティ比50％
未満の光短パルス信号が生成される。

【００３８】なお、実際の変調器においては、光強度変
調部100において安定した同図(a-1)の波形を得るための
バイアス電極BE1と、光合波部14で安定した同図(c)の波
形を得るためのバイアス電極BE2を設けて、波形の中心
電圧が、上記の位相変調量（電圧振幅×電極長）と組み
合わせて、最適になるようにそれぞれ直流電圧DC#1及び
DC#2を印加する必要がある。

【００３９】また、光強度変調部100でのクロック電気
信号と光位相変調部103でのクロック電気信号の位相は
実際には一致しないこともあるので、互いに一致するよ
うに、光強度変調部100の電極部102の長さと光位相変調
部103の電極部の長さと形状を互いに最適設計する必要
がある。

【００４０】そのような電極長による位相の最適化を行
なわずに、駆動信号を2系統用い、光パルス発生器の外
部で両信号間の位相を調節するようにした別の実施例
(2)を図2に示す。すなわち、図1の実施例(1)では電極10
1における電極部102を光強度変調のために用い、電極部
103を光位相変調のために用いたが、図2の実施例(2)で
は、電極を2つに分離し、電極111を光強度変調用とし、
電極112を光位相変調用とし、両者に与える各クロック
電気信号の関係を上記の位相変調量の差に設定してい
る。

【００４１】さらに、マッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(3)を図3に示す。この実施例では、図1及び2の
実施例とは異なり、光導波路12a，13aで構成される光強
度変調部と光導波路12b，13bで構成される光強度変調部
とを直列に配置している。

【００４２】そして、さらに、同図(1)の例では、電極1
7aを光導波路12aに設け、電極17bを光導波路12bに設け
ており、同図(2)の例では、1つの電極170を光導波路12
a，13aに共通に設けている。動作において、一段目の光
強度変調部で同図(3)に示す入力光（a）を、クロック電
気信号(b)で駆動したときに生成されるクロック光信号
(c)に対して、二段目の光強度変調部で与える駆動信号
(d)の位相を意図的にずらす。

【００４３】その結果、光パルス波形(c)の立ち上がり
部分または立ち下がり部分がゲーティング作用（ANDゲ
ート作用）を受けることになって削られ、光短パルス信
号（e）が生成される。この場合、クロック電気信号(b)
および(d)に示す2つのクロック駆動信号間の位相を調節
することで、光短パルス信号(e)のパルス幅を調節する
ことができる。すなわち、同図(1)に示す構成例では、
２つの電極17a，17bに互いに独立したB/2 Hzのクロック
電気信号を与え、両駆動信号間の位相差は外部で調整す
る。

【００４４】また、同図(2)に示す構成では、共通の電
極170を設け、一つのクロック電気信号で駆動する。構
成が簡単になる反面、両光強度変調部におけるクロック
電気信号の位相差が所要値になるように電極長を最適設
計する必要がある。さらに、マッハツェンダ型光パルス
発生器の実施例(4)を図4(1)に示す。この実施例は、図1
2及び13に示した従来の光変調器における光パルス発生
器1と同様の構成を有するが、所要の光クロック信号周
波数B/2 Hzの半分の周波数B/４ Hzで振幅Vπの正転およ
び反転の電気クロック信号を用いてプッシュプル駆動す
る光強度変調部を構成している点が異なっている。

【００４５】このプッシュプル型光パルス発生器1の光
強度特性は両駆動電圧の差に依存するので、図4(2)及び
(3)に示す如く、実効的に2倍の駆動振幅2×Vπで駆動さ
れていることになる。その結果、図示した消光特性曲線
上の谷から隣の谷の間で変調されることになり、駆動信
号の2倍の周波数のB/2 Hzの光パルス信号が生成される
ことになる。しかも、消光特性曲線上の谷の位置では、
電気波形に対して光波形の変化がゼロレベルに抑えられ
るため（波形圧縮効果または非線形効果）、結果として
出力光信号はデューティ比50％未満の幅の狭い光パルス
になる。

【００４６】ここで、光導波路12又は13に対する片側駆
動で振幅2・Vπの駆動信号で変調を行なわず、光導波路
12及び13に対する両側駆動で各駆動振幅Vπのプッシュ
プル駆動を行なっているのは、電子デバイスの負担軽減
だけではなく、片側駆動を行なった場合、出力クロック
信号のプリチャーピング（波長変動；αパラメータで表
される）が１パルス毎に逆符号となるために、波長分散
のある伝送路を伝送した場合に顕著な波形劣化を引き起
こすためである。

【００４７】さらに、マッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(5)を図5に示す。この実施例は、図4に示した
実施例(5)と構成は同じであるが、マッハツェンダ型光
パルス発生器の消光特性曲線上の消光電圧(Vπ)より小
さい電圧で、かつ谷側に近い領域で変調を行う光強度変
調部を構成している点が異なっている。

【００４８】図示の例では、周波数B/4Hz、振幅Vπ/2で
両側駆動した場合について示してある。消光特性曲線上
の谷の位置では、電気波形に対して光波形の変化がゼロ
レベルに抑えられるため（波形圧縮効果または非線形効
果）、結果として出力光信号はデューティ比50％未満の
幅の狭いパルスになる。

【００４９】駆動振幅を調整することでパルス幅を種々
調節することができる。両側駆動を行なっているのは実
施例(5)と同じ理由による。上記の光パルス発生器の実
施例(1)〜(5)を用いれば、図12及び13と同様にOTDM光変
調器を構成することができる。

【００５０】図6は、一例として図1の実施例(1)を用い
たOTDM光変調器を示しており、周波数B/2 Hzのクロック
電気信号とビットレートB/2 b/sのデータ電気駆動信号
からBb/s 光時分割多重(OTDM)信号を生成するものであ
る。すなわち、図7の波形図に示す如く、連続光(a)は、
光パルス発生器1でクロック電気信号(b)により駆動され
ることにより上述の如く光短パルス信号(c)となり、こ
の光短パルス信号(c)及びその反転信号（図示せず）が
光強度変調部2でデータ電気信号(d)及び(d)'によりそれ
ぞれ駆動されて、光RZ信号(e)及び(e)'に変換された
後、光合波部29で合波されることにより2倍のビットレ
ートB b/sのOTDM変調光信号(f)が得られる。

【００５１】このように、入力段に実施例(1)を配置す
ることによって、最終段の光強度変調部2が、光合波部2
9から合波された変調光信号を出力したとき、この変調
光信号が光短パルス信号により光干渉の無い信号である
ので、図12及び13に示した光波位相制御部が不要にな
る。(2)電子デバイスの4倍以上のビットレートの光信号を導
波路デバイスで実現するための実施例本実施例では、入力データ電気信号のビットレートの4
倍以上の光時分割多重(OTDM)信号を生成する光変調器を
提供する。基本的には光パルス発生器を多段化して光パ
ルス信号の繰り返し周波数をB/2ⁿb/s (B b/sは光時分
割多重信号の周波数、 nは整数)にまで落とし、B/2ⁿ b/
s動作の電子デバイスによって生成される電気データ信
号でゲーティングを行なった後に、光時分割多重を行な
う構成を基本とする。

【００５２】図８に、B/2 Hz以下のクロック電気信号お
よびB/4 b/sのデータ電気信号(NRZ)を用いてB b/sの光
時分割多重(OTDM)信号を生成するマッハツェンダ型光変
調器の構成例を示す。また、図9に変調器各部(a)〜(i)
における電気駆動波形および光波形を同符号で示す。

【００５３】すなわち、図12及び13に示した光パルス発
生器1に対応する１段目の１×２光パルス発生器1aにお
いては、B/2 Hzのクロック電気信号(b)で入力光(a)の変
調を行ない、光合波部14を介して光導波路15及び16に相
補的な位相の２系統のB/2 Hz光パルス信号(c)及び(c)'
をそれぞれ出力する。

【００５４】次に、各々の光信号(c)及び(c)'を２段目
の１×２光パルス発生器1bに導く。この光パルス発生器
1bはさらに2つの光パルス発生器1b1と1b2で構成されて
おり、それぞれ光導波路21，22及び23，24を有し、電極
27及び28からのB/4 Hzのクロック電気信号(d)によって
光信号(c)及び(c)'を片側駆動し、光合波部25及び26で
それぞれ合波する。

【００５５】合波された結果、光導波路211,212及び23
1,232において、計４系統のB/4 Hz光パルス信号（(e)及
び(e)'のみ図示）が与えられる。その各光パルス信号
を、3段目のマッハツェンダ型光強度変調部2a及び2bに
導く。この光強度変調部2a及び2bは、それぞれさらに光
強度変調部2a1,2a2、及び2b1,2b2を含み、光強度変調部
2a1は光導波路213,214及び電極221、光強度変調部2a2は
光導波路215,216及び電極220、光強度変調部2b1は光導
波路233,234及び電極240、そして光強度変調部2b2は光
導波路235,236及び電極241で構成されている。

【００５６】各光強度変調部2a1〜2b2では、波形(f)で
例示するようなB/4 b/s のNRZデータ電気信号で光導波
路211,212,231,232の光パルス信号を光強度変調し、光
合波部217,218,237,238及び位相制御部222,223,242及び
243を介して４系統のB/4 b/ｓ RZ光信号（(g)及び(g)'
のみ図示）を生成する。

【００５７】その後、光合波部219及び239においては、
それぞれ位相制御部222,223及び242,243の出力信号を合
波して2系統のB/2 b/ｓ RZ光信号(h)及び(h)'を生成す
る。そして、最終段の光合波部250でそれらをさらに合
波し、結果としてビットレートB b/sのOTDM光信号(i)を
生成出力する。

【００５８】ここで、位相制御部222,223及び242,243が
必要な理由は、図12及び13の従来例と同様に最終段の光
合波部250において、隣接光RZ信号間のパルスの裾が重
なり合うため、干渉によって生じる光波形が図13(3)に
示したようにパルスの裾が消し合うように光波の位相を
調節する必要があるからである。

【００５９】その際に調節すべき光位相の相対関係は、
図9に示すように、波形(h)及び(h)'での光信号の位相が
“0”及び“π”になるようにする必要があり、従って
各位相制御部222,223,242,243は、B/4 b/s 光RZ信号S1
〜S4の光位相をそれぞれ“0”,“0”,“π”,“π”に
設定する必要がある。

【００６０】なお、ここではB/4 Hzのデータ電気信号か
らB b/s OTDM信号を生成する構成について示したが、同
様にさらに前段の光パルス発生器を多段化することによ
って、データ電気信号のビットレートを下げることがで
きる。n段の１×２光パルス発生器を直列接続した場
合、データ電気信号の動作周波数はB/2ⁿ b/sとなる。

【００６１】次に、図8に示した電子デバイスの4倍以上
のビットレートの光信号を導波路デバイスで実現する実
施例をさらに変形して、光波形に所要のプリチャーピン
グ（波長変動）を与える実施例について図10及び図11を
参照して説明する。プリチャーピング（波長変動）は光
信号の立ち上がり・立ち下がり部分に意図的に波長変動
を発生させて、波長分散のある伝送ファイバを伝送する
際に伝送特性を補償するために用いる手段である。

【００６２】光信号の立ち上がり・立ち下がり部分を生
成しているのは、図8のOTDM変調器においては入力段で
最初に配置された光パルス発生器1a（図12及び13では光
パルス発生器1）であるため、この光パルス発生器の構
成を工夫することで様々なプリチャーピングを与えるこ
とができる。

【００６３】図10(1)は、図8に示したB/2 b/sクロック
信号駆動の１×２光パルス発生器1aをB/4 Hzクロック信
号駆動に変更した実施例を示す。駆動振幅に関しては、
図8の構成に対して2倍（Ｖπ）のプッシュプル駆動とな
っており、両電極電圧の差としては振幅２・Vπに相当
する。

【００６４】従って、図4の実施例と同様にマッハツェ
ンダ型光パルス発生器の消光特性曲線の谷と谷の間で変
調を行なっていることになり、結果として2倍の周期のB
/2 Hzの光パルス信号を生成する。また、この際、デュ
ーティ比50%の光パルス信号ではなく、図4実施例と同様
にデューティ比が50%より小さい光クロック信号が生成
される。

【００６５】また、プッシュプル駆動を行なっている理
由も図4の実施例と同様で、出力光信号のチャーピング
が１パルス毎に逆符号となることを防ぎ零チャーピング
にするためである。図10(2)は、図8に示したB/2 b/sク
ロック信号駆動の１×２光パルス発生器1aの電極17をB/
2 Hzクロック信号駆動の光パルス発生器＋光強度分岐部
140に変更した実施例を示す。

【００６６】この実施例のように、光パルス発生器にお
いて片側駆動にすることで、チャーピングパラメータα
〜±0.7（符号はバイアス電圧設定で切替可能）の固定
のチャーピングを得ることができる。ここで１×２光パ
ルス発生器を用いていないのは、もし、用いたとする
と、両側の光出力に逆符号のチャーピングを持つ光波形
が出力されるため、光多重を行なった後のB b/s OTDM信
号で波長分散をもつファイバ伝送を行なった場合、顕著
な波形劣化を引き起こすことになるためである。

【００６７】図10(3)には、同図(2)における信号電極17
の延長部173を光強度分岐部140に設けることで位相変調
部を付加した実施例を示す。このように位相変調量が増
大されることで、α＞±0.7の大きい固定プリチャーピ
ングを与えることができる。

【００６８】図10(4)は、同図(3)に対して、光合波後の
光位相変調部において信号電極17と接地電極GNDの位置
関係を逆にした（光導波路12,13上に接地電極GNDを配置
した）実施例を示す。この光位相変調部によって光強度
変調部において生じたチャーピングがキャンセルされ
て、α＜±0.7の小さい固定のプリチャーピングを与え
ることができる。

【００６９】図11(5)には、図10(2)に対して、チャーピ
ングパラメータを可変にした実施例を示す。両側駆動の
変調器を用い、互いに逆符号のNRZデータ信号で振幅比
をa:bで駆動することによって、α＝±(a-b)/(a+b) (符
号はバイアス電圧設定で切替え可能)のチャーピングを
与えることができる。

【００７０】図11(6)には、同様にチャーピングパラメ
ータを可変にした実施例を示す。片側駆動の変調器を用
い、光合波部14の後に、光強度分岐部140に別途設けた
電極174による光位相変調部を設けたものである。この
光位相変調部に与えるクロック駆動信号の位相と振幅を
調節することによって任意のチャーピングパラメータα
を設定することができる。

【００７１】（付記１）連続入力光信号を分岐する光分
岐部と、該光分岐部で分岐された一方の光信号に対し
て、周波数B/2 Hzのクロック電気信号で駆動して光強度
変調信号を生成する光強度変調部と、該光分岐部で分岐
された他方の光信号に対してクロック電気信号で駆動し
て光位相変調信号を生成する光位相変調部と、該光強度
変調信号と該光位相変調信号とを合波することにより該
周波数B/2 Hzでデューティ比50%未満の光短パルス信号
を生成する光合波部と、を備えたことを特徴とする光パ
ルス発生器。

【００７２】（付記２）付記１において、該光強度変調
部のクロック電気信号が、該光位相変調部のクロック電
気信号と同一のものであり、該光位相変調部の位相変調
量が該光強度変調部の位相変調量の半分になるように電
極長を設定したことを特徴とする光パルス発生器。

【００７３】（付記３）付記１において、該光強度変調
部のクロック電気信号が、該光位相変調部のクロック電
気信号とは、該光位相変調部の位相変調量が該光強度変
調部の位相変調量の半分になるように予め設定した別系
統の信号であることを特徴とした光パルス発生器。

【００７４】（付記４）周波数B/2 Hzのクロック電気信
号で駆動されて光強度変調信号を発生する光強度変調部
を少なくとも２段直列接続し、各光強度変調部のクロッ
ク電気信号の位相を互いにずらすことによりデューティ
比50%未満の光短パルス信号を発生することを特徴とし
た光パルス発生器。

【００７５】（付記５）付記４において、該クロック電
気信号が、各光強度変調部毎に別々に又は共通に与えら
れることを特徴とした光パルス発生器。（付記６）周波
数B/4 Hzで消光電圧の２倍の振幅を有するクロック電気
信号により駆動されて周波数B/2 Hzでデューティ比50％
未満の光短パルス信号を発生する光強度変調部で構成さ
れたことを特徴とする光パルス発生器。

【００７６】（付記７）周波数B/2 Hzで消光電圧以下の
振幅を有するクロック電気信号により駆動されて周波数
B/2 Hzでデューティ比50％未満の光短パルス信号を発生
する光強度変調部で構成されたことを特徴とする光パル
ス発生器。

【００７７】（付記８）付記６又は７において該光強度
変調部が、プッシュプル形式で該クロック電気信号を入
力することを特徴とした光パルス発生器。（付記９）連続入力光信号に対して周波数B/2 Hz以下で
デューティ比50％未満の相補的な2系統の光短パルスを
生成する光パルス発生器と、該２系統の光パルス信号を
各々が入力し、各光パルス信号をビットレートB/2b/s以
下のデータ電気信号で駆動して該ビットレートB/2 b/s
以下の光RZ信号を生成する複数の光強度変調部と、該複
数の光RZ信号を合波してビットレートB b/sの光時分割
多重信号を生成する光多重部と、を備えたことを特徴と
する光変調器。

【００７８】（付記１０）付記９において、該光パルス
発生器として、請求項１から８のいずれかの光パルス発
生器を用いたことを特徴とする光変調器。（付記１１）連続入力光信号に対して周波数B/2ⁱ Hzの
相補的な２系統の光パルス信号を生成する光パルス発生
器と、該２系統の光パルス信号の各々から周波数B/2ⁱ⁺¹
Hzの2つの光パルス信号を生成する2ⁱ個の光パルス発生
器をi=1, 2,…,n (n+1は光パルス発生器の段数)の順に
カスケード接続して2ⁱ⁺¹個の周波数B/2ⁿ⁺¹ Hzの光パル
ス信号を生成する光パルス発生器列と、該周波数B/2ⁿ⁺¹
Hzの各光パルス信号に対応してビットレートB/2ⁿ⁺¹ b/
sの独立したデータ電気信号で駆動して2ⁱ⁺¹個のビット
レートB/2ⁿ⁺¹ b/sの光RZ信号を生成する2ⁱ⁺¹個の光強度
変調部と、各光強度変調部の出力を位相制御してパルス
の裾の干渉状態が最適になるようにした位相制御部と、
該光RZ信号を多重してビットレートB b/sの光時分割多
重信号を生成する光多重部と、を備えたことを特徴とす
る光変調器。

【００７９】（付記１２）付記１１において、入力段の
該光パルス発生器における光入力信号にプリチャーピン
グを付加したことを特徴とする光変調器。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマッ
ハツェンダ型光パルス発生器によれば、光分岐された2
つの信号に対して光強度変調を加える際に、両者に異な
った位相変調量を与えることにより、或いは光強度変調
部自体を多段接続して互いにクロック電気信号の位相変
調量を異ならせ、さらには光強度変調部の印加電圧と光
出力特性を利用して駆動信号に2倍の消光電圧又は消光
電圧以下の値を与えることにより、デューティ比50％未
満の光短パルス信号を発生させることができ、これをOT
DM光変調器に用いた場合にはこの光短パルスにより光多
重時の光干渉を防ぐことが可能である。

【００８１】また、従来と同様の光パルス発生器を用い
ても、これを多段構成し、その多段構成された光パルス
発生器からの光短パルスに対して対応するビットレート
のデータの値を与え、且つこれらを合波することによ
り、使用するデータ信号のビットレートを低くすること
ができると共に、逆に電子デバイスの4倍以上のビット
レートの光信号を生成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係るマッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(1)を示した図である。

【図２】本発明に係るマッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(２)を示した図である。

【図３】本発明に係るマッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(３)を示した図である。

【図４】本発明に係るマッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(４)を示した図である。

【図５】本発明に係るマッハツェンダ型光パルス発生器
の実施例(５)を示した図である。

【図６】本発明に係る光パルス発生器を用いた光時分割
多重（OTDM）光変調器の構成例を示した図である。

【図７】図６に示したOTDM光変調器における各部の電気
・光波形を示した図である。

【図８】光パルス発生器を多段構成してB/4 b/sデータ
駆動信号によってB b/s信号を生成する本発明に係るOTD
M光変調器の実施例を示した図である。

【図９】図８に示したOTDM光変調器における各部の電気
・光波形を示した図である。

【図10】光パルス発生器においてプリチャーピングを付
加する場合の実施例(その1)を示した図である。

【図11】光パルス発生器においてプリチャーピングを付
加する場合の実施例(その２)を示した図である。

【図12】従来のOTDM光変調器の構成例を示した図であ
る。

【図13】従来のOTDM光変調器における光位相制御を説明
するための図である。

【符号の説明】

1, 1a, 1b, 1b1, 1b2 光パルス発生器 2, 2a, 2a1, 2a2, 2b, 2b1, 2b2 光強度変調部 3, 222, 223, 242, 243 光位相制御部 4 光多重部 11, 140 光分岐部 12, 12a, 12b, 13, 13a, 13b, 15, 16, 21〜23, 42, 4
3, 131, 132, 211〜216, 231〜236 光導波路 14, 14a, 14b, 25, 26, 41, 217, 218, 219, 237, 238,
239, 250 光合波部 17, 17a, 17b, 170, 18, 27, 28, 101, 111, 112, 220,
221, 240, 241, 電極 100 光強度変調部 102 電極部 103 電極部（光位相変調部） BE1, BE2 バイアス電極図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/152 (72)発明者秋山祐一神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA01 CA04 DA03 EA05 EB04 GA01 GA03 HA12 HA15 5K002 BA07 CA14 CA16 DA03 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続入力光信号を分岐する光分岐部と、該光分岐部で分岐された一方の光信号に対して、周波数
B/2 Hzのクロック電気信号で駆動して光強度変調信号を
生成する光強度変調部と、該光分岐部で分岐された他方の光信号に対してクロック
電気信号で駆動して光位相変調信号を生成する光位相変
調部と、該光強度変調信号と該光位相変調信号とを合波すること
により該周波数B/2 Hzでデューティ比50%未満の光短パ
ルス信号を生成する光合波部と、を備えたことを特徴とする光パルス発生器。
【請求項２】周波数B/2 Hzのクロック電気信号で駆動さ
れて光強度変調信号を発生する光強度変調部を少なくと
も２段直列接続し、各光強度変調部のクロック電気信号
の位相を互いにずらすことによりデューティ比50%未満
の光短パルス信号を発生することを特徴とした光パルス
発生器。
【請求項３】周波数B/4 Hzで消光電圧の２倍の振幅を有
するクロック電気信号により駆動されて周波数B/2 Hzで
デューティ比50％未満の光短パルス信号を発生する光強
度変調部で構成されたことを特徴とする光パルス発生
器。
【請求項４】周波数B/2 Hzで消光電圧以下の振幅を有す
るクロック電気信号により駆動されて周波数B/2 Hzでデ
ューティ比50％未満の光短パルス信号を発生する光強度
変調部で構成されたことを特徴とする光パルス発生器。
【請求項５】連続入力光信号に対して周波数B/2 Hz以下
でデューティ比50％未満の相補的な2系統の光短パルス
を生成する光パルス発生器と、該２系統の光パルス信号を各々が入力し、各光パルス信
号をビットレートB/2b/s以下のデータ電気信号で駆動し
て該ビットレートB/2 b/s以下の光RZ信号を生成する複
数の光強度変調部と、該複数の光RZ信号を合波してビットレートB b/sの光時
分割多重信号を生成する光多重部と、を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項６】連続入力光信号に対して周波数B/2ⁱ Hzの
相補的な２系統の光パルス信号を生成する光パルス発生
器と、該２系統の光パルス信号の各々から周波数B/2ⁱ⁺¹ Hzの2
つの光パルス信号を生成する2ⁱ個の光パルス発生器をi=
1, 2,…,n (n+1は光パルス発生器の段数)の順にカスケ
ード接続して2ⁱ⁺¹個の周波数B/2ⁿ⁺¹ Hzの光パルス信号
を生成する光パルス発生器列と、該周波数B/2ⁿ⁺¹ Hzの各光パルス信号に対応してビット
レートB/2ⁿ⁺¹ b/sの独立したデータ電気信号で駆動して
2ⁱ⁺¹個のビットレートB/2ⁿ⁺¹ b/sの光RZ信号を生成する
2ⁱ⁺¹個の光強度変調部と、各光強度変調部の出力を位相制御してパルスの裾の干渉
状態が最適になるようにした位相制御部と、該光RZ信号を多重してビットレートB b/sの光時分割多
重信号を生成する光多重部と、を備えたことを特徴とする光変調器。