JP2006203886A - オフセット直交位相偏移変調方法とこれを用いる光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＱＰＳＫ方法の利点を活かしつつ、光信号が狭い帯域幅を有する光学フィルターを通過しても性能の劣化が少ない変調方法及びこれを用いる光送信器を提供する。
【解決手段】入力された光を第１のデータに基づいて位相変調することにより生成された第１の光信号を出力するための第１の位相変調器と、入力された光を第２のデータに基づいて位相変調することにより生成された第２の光信号を出力するための第２の位相変調器と、第１の光信号と第２の光信号との間に所定の位相差を与えるための位相遅延器と、互いに位相差を有する第１の光信号及び第２の光信号を結合するための光カプラーとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信システム(ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ)に使用される光送信器に関し、特に、オフセット直交位相偏移変調(Ｏｆｆｓｅｔ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＱＰＳＫ)方法を用いる光送信器に関するものである。

バックボーンネットワーク（基幹ネットワーク）で要求される伝送速度が増加するに従って、単一光ファイバー当たり伝送容量を増加させるための研究が進んでいる。このために、波長分割多重(Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ)方法の光通信システムでは、チャンネル数を増加させ、システムの伝送容量を増加させることができる。また、他の方法としてチャンネル帯域幅が狭い変調方法を使用して周波数の利用効率を高める方法があり、チャンネル間隔を狭めることによって与えられた帯域幅により多くのチャンネルが伝送可能である。

しかしながら、２進信号(ｂｉｎａｒｙ ｓｉｇｎａｌ；二値信号）の場合には、Ｓｈａｎｎｏｎ理論により、単位周波数に１ビット以上の信号伝送が不可能である。したがって、光通信システムの伝送容量拡大のためには、２進変調方法の代りに非２進(ｎｏｎ−ｂｉｎａｒｙ)変調方法を使用して単位周波数当たりのビット数を増加させることが求められる。

光通信システムでの一般的な非２進変調方法は、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫ(Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ)、ＱＰＳＫ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ)、ＱＡＭ(Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)などがある。このような変調方法の中で、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫ及びＱＡＭ方法は、送受信機の複雑性によって光通信システムに適用するのに難しさがある。特に、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫ及びＱＡＭ方法は、単位周波数当たりのビット数が増加するにつれて受信感度が大きく劣化してしまう。その反面、ＱＰＳＫ方法は、単位周波数当たり２ビットを伝送させることが可能であり、比較的高い受信感度を提供することもできる。

ＱＰＳＫ光送信器は、平衡受信器(ｂａｌａｎｃｅｄ ｒｅｃｅｉｖｅｒ)と共に使用した場合に、既存（従来）のＮＲＺ(Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ)光通信システムに比べて、約２倍の周波数利用効率を提供し、さらに１.５ｄＢ程度の高い受信感度を提供することが可能であること知られている。

しかしながら、光通信システムにおいて広く知られているように、ＱＰＳＫ光信号は、１８０゜位相遷移を有するため、狭い帯域幅の光学フィルターによって簡単に劣化する可能性がある。すなわち、全光伝送網(ａｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｎｅｔｗｏｒｋ）では、多数の光学フィルターを備えているため、ＱＰＳＫ方法を使用した光通信システムの性能は、全光伝送網で制限されてしまうという問題点があった。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、ＱＰＳＫ方法の利点（長所）を活かしつつ、帯域幅が狭い光学フィルターを通過しても性能の劣化が少ない変調方法及びこれを用いる光送信器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、入力された光を第１のデータに基づいて位相変調することにより生成された第１の光信号を出力するための第１の位相変調器と、入力された光を第２のデータに基づいて位相変調することにより生成された第２の光信号を出力するための第２の位相変調器と、前記第１の光信号と第２の光信号との間に所定の位相差を与えるための位相遅延器と、位相差を有する前記第１及び第２の光信号を結合するための光カプラーとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を提供する。

また、本発明は、入力された光を第１のデータに基づいて位相変調することにより生成された第１の光信号を出力するための第１の位相変調器と、入力された光を第２のデータに基づいて位相変調することにより生成された第２の光信号を出力するための第２の位相変調器と、前記第１及び第２の光信号間に所定の時間差を与えるためのビット遅延器と、前記第１及び第２の光信号間に所定の位相差を与えるための位相遅延器と、時間差及び位相差を有する前記第１及び第２の光信号を結合して出力するための光カプラーとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を提供する。

さらに、本発明は、第１のデータに基づいて第１の光を位相変調することにより第１の光信号を生成するステップと、第２のデータに基づいて第２の光を位相変調することにより第２の光信号を生成するステップと、前記第１の光信号及び第２の光信号間に所定の位相差を与えるステップと、位相差を有する前記第１の光信号及び第２の光信号を結合するステップとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を提供する。

また、本発明は、第１のデータに基づいて第１の光を位相変調することにより第１の光信号を生成するステップと、第２のデータに基づいて第２の光を位相変調することにより第２の光信号を生成するステップと、前記第１の光信号及び第２の光信号間に所定の時間差を与えるステップと、前記第１の光信号及び第２の光信号間に所定の位相差を与えるステップと、時間差及び位相差を有する前記第１及び第２の光信号を結合するステップとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を提供する。

本発明のオフセット直交位相偏移変調方法とこれを用いる光送信器は、通常のＱＰＳＫ信号とは異なって、“０”から“π”に、又は“π”から“０”に位相遷移のない光信号を出力することが可能になる。したがって、相殺干渉により発生する強さの変化が相対的に小さく、単位周波数当たり２ビットを伝送させつつ、比較的高い受信感度を提供することができる効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に関連した公知の機能や構成に関する説明が、本発明の要旨を不明瞭にすると判断された場合には、その詳細な説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いた光送信器１００を示す図である。図２は、光送信器１００が処理する光信号のタイミング図である。図１に示すように、本実施形態の光送信器１００は、光源(Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ：ＬＳ)１１０と、オフセット直交位相偏移変調器(ＯＱＰＳＫ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＯＱＰＳＫＭ)１２０とを含んでいる。そして、このＯＱＰＳＫ変調器１２０は、第１及び第２の光カプラー(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ：ＯＣ)１３０，１８０と、第１及び第２の位相変調器(Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＰＭ）１４０，１５０と、位相遅延器(Ｐｈａｓｅ Ｄｅｌａｙ：Ｄ_Ｐ)１７０と、ビット遅延器(Ｂｉｔ Ｄｅｌａｙ：Ｄ_Ｂ）１６０とを含むように構成されている。

光源(ＬＳ)１１０は、予め定められた所定の波長を有する連続波形の光Ｓ_０１を出力する。光源１１０は、連続波形の光Ｓ_０１を出力する連続波(Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：ＣＷ)レーザを含むように構成することができる。

第１の光カプラー１３０は、第１〜第３のポートを備え、ルート導波路(ｒｏｏｔ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ)１３２と、このルート導波路１３２から２分岐された第１及び第２の分岐導波路(ｂｒａｎｃｈ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）１３４，１３６とを含んでいる。第１のポートは光源１１０と接続され、第２のポートは第１の位相変調器１４０と接続され、第３のポートは第２の位相変調器１５０と接続される。第１の光カプラー１３０は、第１のポートに入力された光を２等分にパワー分割(第１及び第２の分割光Ｓ_０２，Ｓ_０３を生成)して、第１及び第２の分割光Ｓ_０２，Ｓ_０３を各々第２及び第３のポートに出力する。なお、第１及び第２の光カプラー１３０，１８０の各々は、通常のＹ−分岐導波路又は方向性光カプラー(ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ)を含むように構成することができる。

図２において、横軸は時間（time）、縦軸は強さ（indensity）をそれぞれ示している。例えば、第１の光カプラー１３０の第１のポートを通じて入力された光Ｓ_０１が、４の強さ(便宜上、仮定した値)を有し、かつ０の位相を有する。すなわち、この光は、均一の強さを有し、位相変化はない。また、第１及び第２の分割光Ｓ_０２，Ｓ_０３は、各々２の強さを有し、０の位相を有する（光Ｓ_０２及び光Ｓ_０３は、光Ｓ_０１を２等分した分割光であるため、０の位相で、かつ１／２の強さを有することになる）。

第１の位相変調器１４０は、両端が相互に接続された第１及び第２のアーム(ａｒｍ)１４２，１４４と、データを印加するための電極１４６とを備えている。第１の位相変調器１４０は、第１の端が第１の光カプラー１３０の第２のポートと接続され、第２の端は第２の光カプラー１８０の第２のポートと接続されている。第１の位相変調器１４０は、第１の光カプラー１３０から第１の分割光Ｓ_０２を受信し、受信した（入力された）第１のデータＤ_１に基づいて当該第１の分割光Ｓ_０２を位相変調することにより第１の光信号Ｓ_１１を生成して出力する。この第１のデータＤ_１は、非ゼロ復帰(Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ：ＮＲＺ)電気信号であり、本実施形態における第１のデータＤ_１は、“０１０００１”のビットストリームを指し示す。

第１及び第２の位相変調器１４０，１５０は、各々２種類の位相を出力する。本実施形態で、第１及び第２の位相変調器１４０，１５０は、各々０の位相とπの位相を出力する。すなわち、“０”ビットは０の位相として出力し、“１”ビットはπの位相として出力する。第１の位相変調器１４０は、入力された“０１００１”のビットストリームに基づいて第１の分割光Ｓ_０２を位相変調して“０，π，０，０，π”の位相ストリームを示す第１の光信号Ｓ_１１を出力する。第１及び第２の位相変調器１４０，１５０は、各々周波数チャーピング(ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈｉｒｐｉｎｇ）の無いｘ−カット(ｘ−ｃｕｔ)マッハツェンダ変調器(Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＭＺＭ)又は領域置換(ｄｏｍａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ)方式のｚ−カット(ｚ−ｃｕｔ)マッハツェンダ変調器を含むように構成することができる。

第１及び第２の位相変調器１４０，１５０は、各々一つの導波路を有する位相変調器を含むように構成することが可能であるが、０及びπの位相遷移(ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）の正確度（精度）を高めるために、第１及び第２の位相変調器１４０，１５０のそれぞれが、マッハツェンダ変調器を含むように構成することが好ましい。なお、第１及び第２の位相変調器１４０，１５０の各々のバイアス(ｂｉａｓ)位置が、伝達曲線(ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｕｒｖｅ）の最小点に位置し、駆動電圧がそのスイッチング電圧の２倍である。

ビット遅延器Ｄ_Ｂ１６０は、第２の位相変調器１５０の電極１５６と接続され、入力された第２のデータＤ_２を１／２ビット遅延して出力する電気素子である。第２のデータＤ_２は、非ゼロ復帰（NRZ）電気信号であり、本実施形態における第２のデータＤ_２は、“００１１０”のビットストリームを示す。第２のデータＤ_２は、ビット遅延器Ｄ_Ｂ１６０に入力される前に、第１のデータＤ_１の波形とは異なる他の波形を有しており、第１のデータＤ_１と遅延された第２のデータＤ_２との間の時間差は、１／２ビットである。

第２の位相変調器１５０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム１５２，１５４と、データの印加のための電極１５６とを備えている。第２の位相変調器１５０は、その第１の端が第１の光カプラー１３０の第３のポートと接続され、第２の端が位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０と接続されている。第２の位相変調器１５０は、第１の光カプラー１３０からの第２の分割光Ｓ_０３を受信し、遅延された第２のデータに基づいて第２の分割光Ｓ_０３を位相変調することにより第２の光信号を生成して出力する。すなわち、第２の位相変調器１５０は、１／２ビット遅れた“００１１０”のビットストリームに基づいて第２の分割光Ｓ_０３を位相変調することにより、１／２ビット遅れた“０，０，π，π，０”の位相ストリームを示す第２の光信号を出力する。

第１及び第２の光信号は、各々０からπに、又はπから０に位相遷移する瞬間に相殺（オフセット）干渉が生じ、当該第１及び第２の光信号の強さが瞬間的に０に低下する。

位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０は、第２の位相変調器１５０と第２の光カプラー１８０の第３のポートとの間に配置され、第２の位相変調器１５０から入力された第２の光信号をπ／２位相で遅延して出力する。位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０は、第１の位相変調器１４０から出力された第１の光信号Ｓ_１１と第２の位相変調器１５０から出力された第２の光信号Ｓ_１２との間の相対的な位相差を調節（制御）する。具体的には、第１の光信号と遅延された第２の光信号Ｓ_１２とが互いに同位相(ｉｎ−ｐｈａｓｅ)又は直交位相(ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ)となるように制御する。

第２の光カプラー１８０は、第１〜第３のポートを備えている。第１のポートは光送信器１００の出力端１０５と接続され、第２のポートは第１の位相変調器１４０の第２の端と接続され、第３のポートは位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０と接続される。第２の光カプラー１８０は、第２のポートに入力された第１の光信号Ｓ_１１と第３のポートに入力される遅延された第２の光信号Ｓ_１２を結合(ＯＱＰＳＫ光信号Ｓ_１３を生成)して第１のポートに出力する。

このＯＱＰＳＫ光信号Ｓ_１３は、第１のデータ及び第２のデータのビット周期の１／２に相当するビット周期を有し、０，π／２，−π／２，及びπの４つの位相を有している。すなわち、ＯＱＰＳＫ光信号Ｓ_１３は、第１のデータ及び第２のデータのクロック周波数の２倍に相当するクロック周波数を有している。このため、通常のＱＰＳＫ信号とは異なり、本実施形態のＯＱＰＳＫ信号は、０からπに、又はπから０に位相遷移がないため、相殺干渉によって発生する強さの変化が相対的に小さい。このような特性は、ＯＱＰＳＫ信号が非線形光学素子を通過するときに、非線形効果を最小化する。

また、本実施形態では、位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０が第２の位相変調器１５０側に配置されているが、当該位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０は、第１の光信号と第２の光信号との間の相対的な位相差を調節（制御）するためのものであるから、位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０を第１の位相変調器１４０側に配置することも可能である。また、ビット遅延器Ｄ_Ｂ１６０は、電気素子の代わりに光学素子でも実現可能である。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器２００を示す図である。図４は、図３に示した本実施形態の光送信器２００によって処理される光信号のタイミング図である。光送信器２００は、図１に示した上記第１の実施形態の光送信器１００と類似した構成を有している上記第１の実施形態の光送信器１００と本実施形態の光送信器２００との相違点は、ビット遅延器の種類及び位置と位相遅延器の位置であり、重複される説明は省略する。本実施形態の光送信器２００は、光源(ＬＳ)２１０と、ＯＱＰＳＫ変調器２２０とを含んでいる。このＯＱＰＳＫ変調器２２０は、第１及び第２の光カプラー２３０，２８０と、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０と、位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と、ビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０とを含むように構成されている。

光源２１０は、予め定められた波長を有する連続波形の光Ｓ_２１を出力する。

第１の光カプラー２３０は、第１〜第３のポートを備え、ルート導波路２３２と、ルート導波路２３２から２等分された第１及び第２の分岐２３４，２３６とを含む。第１のポートは光源２１０と接続され、第２のポートは第１の位相変調器２４０と接続され、第３のポートは第２の位相変調器２５０と接続される。第１の光カプラー２３０は、第１のポートを通じて入力された光を２等分にパワー分割(第１及び第２の分割光Ｓ_２２，Ｓ_２３を生成)し、第１の分割光Ｓ_２２を第２のポートに、第２の分割光Ｓ_２３を第３のポートにそれぞれ出力する。

図４において、横軸は時間を、縦軸は強さをそれぞれ示している。例えば、第１の光カプラー２３０の第１のポートに入力された光が４の強さ(便宜上、仮定した値)を有し、０の位相を有する。すなわち、この光は、均一の強さを有し、位相変化はない。また、第１及び第２の分割光Ｓ_２２，Ｓ_２３は、各々２の強さを有し、０の位相を有する。

第１の位相変調器２４０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム２４２，２４４と、データを印加するための電極２４６とを含んでいる。第１の位相変調器２４０は、その第１の端が第１の光カプラー２３０の第２のポートと接続され、第２の端が位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と接続される。第１の位相変調器２４０は、第１の光カプラー２３０からの第１の分割光Ｓ_２２を受信し、受信した（入力された）第１のデータＤ_１に基づいて当該第１の分割光Ｓ_２２を位相変調し、第１の光信号Ｓ_２４を生成して出力する。なお、第１のデータＤ_１は、非ゼロ復帰(ＮＲＺ)電気信号である。第１の位相変調器及び第２の位相変調器２４０，２５０の各々は、２種類の位相を出力する。

本実施形態における第１及び第２の位相変調器２４０，２５０は、各々０の位相とπの位相を出力する。すなわち、“０”ビットは０の位相として出力し、“１”ビットはπの位相として出力する。ここで、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０の各々のバイアス(ｂｉａｓ)位置は、伝達曲線(ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｕｒｖｅ）の最小点に位置し、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０の各々の駆動電圧は、そのスイッチング電圧の２倍とする。

第２の位相変調器２５０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム２５２，２５４と、データの印加のための電極２５６とを含んでいる。この第２の位相変調器２５０は、その第１の端が第１の光カプラー２３０の第３のポートと接続され、第２の端がビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０と接続される。第２の位相変調器２５０は、第１の光カプラー２３０からの第２の分割光Ｓ_２３を受信し、受信した第２のデータＤ_２に基づいて当該第２の分割光Ｓ_２３を位相変調して第２の光信号Ｓ_２５を生成し出力する。この第２のデータＤ_２は、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）電気信号である。

ビット遅延器２６０は、第２の位相変調器２５０の第２の端と第２の光カプラー２８０の第３のポートとの間に配置され、第２の位相変調器２５０から入力された第２の光信号Ｓ_２５を１／２ビット遅延させて出力する光学素子である。このビット遅延器２６０は、１／２ビットに相当する長さを有する導波路によって実現可能である。

位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０は、第１の位相変調器２４０の第２の端と第２の光カプラー２８０の第２のポートとの間に配置され、第１の位相変調器２４０から入力された第１の光信号Ｓ_２４をπ／２位相遅延させて出力する。位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０は、第１の位相変調器２４０から出力された第１の光信号Ｓ_２４とビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０から出力される遅延された第２の光信号Ｓ_２６との間の相対的な位相差を調節（制御）するための素子であり、第１の光信号Ｓ_２４と遅延された第２の光信号Ｓ_２６とが互いに同位相又は直交位相をなすように制御する。

第２の光カプラー２８０は、第１〜第３のポートを備える。第１のポートは光送信器２００の出力端２０５と接続され、第２のポートは位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と接続され、第３のポートはビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０と接続される。第２の光カプラー２８０は、第２のポートに入力される遅延された第１の光信号と第３のポートに入力される遅延された第２の光信号Ｓ_２６を結合(ＯＱＰＳＫ光信号Ｓ_２７を生成)して第１のポートに出力する。

このＯＱＰＳＫ光信号Ｓ_２７は、第１のデータＤ_１及び第２のデータＤ_２のビット周期の１／２に相当するビット周期を有し、かつ０，π／２，−π／２，及びπの４つの位相を有する。このように本実施形態のＯＱＰＳＫ光信号Ｓ_２７は、通常のＱＰＳＫ信号とは異なって、０からπに、又はπから０に位相遷移がないため、相殺干渉によって発生する強さの変化が相対的に小さい。このような特性は、ＯＱＰＳＫ信号が非線形光学素子を通過するときに、非線形効果を最小化する。

なお、上述した第１の実施形態及び本実施形態は、ＯＱＰＳＫ光信号が非ゼロ復帰信号である。しかしながら、本発明の光送信器は、ゼロ復帰ＯＱＰＳＫ(ＲＺ−ＯＱＰＳＫ)光信号を出力するように構成することも可能である。ＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号は、より高い受信感度を有し、光ファイバーの非線形又は偏光モード分散に大きな影響を受けることがないという利点がある。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器３００を示す図である。本実施形態の光送信器３００は、図１に示した上述の第１の実施形態のＯＱＰＳＫ変調器１２０をそのまま用いており、同一の構成要素に対しては、図１に示した参照番号（符号）と同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。本実施形態の光送信器３００は、光源(ＬＳ)３１０と、ＯＱＰＳＫ変調器１２０と、ゼロ復帰（ＲＺ）変換器３２０とを含むように構成されている。ＯＱＰＳＫ変調器１２０は、第１及び第２の光カプラー１３０，１８０と、第１及び第２の位相変調器１４０，１５０と、位相遅延器Ｄ_Ｐ１７０と、ビット遅延器Ｄ_Ｂ１６０とを含んでいる。

光源３１０は、予め定められた波長を有する連続波形の光を出力する。この光源３１０は、連続波形の光を出力する連続波レーザ（ＣＷレーザ）を含むことができる。

ＯＱＰＳＫ変調器１２０は、上記第１の実施形態で説明したように、光源３１０から光を受信し、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）信号である第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のビット周期の１／２ビット周期を有し、かつ０，π／２，−π／２，及びπの４つの位相を有するＯＱＰＳＫ光信号を生成して出力する。

ゼロ復帰変換器３２０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム３２２，３２４と、データの印加のための電極３２６とを含んでいる。このゼロ復帰変換器３２０は、その第１の端がＯＱＰＳＫ変調器１２０と接続され、第２の端が光送信器３００の出力端３０５と接続されている。ゼロ復帰変換器３２０は、ＯＱＰＳＫ変調器１２０から入力されたＯＱＰＳＫ光信号を、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のクロック周波数の２倍に該当する周波数を有する正弦波クロック信号に基づいて変調してＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号を生成し出力する。

例えば、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２の伝送速度が２０Ｇｂｐｓである場合に、正弦波のクロック信号は４０ＧＨｚの周波数を有する。ＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号は、ゼロ復帰(ＲＺ)信号と同様に、１ビット又は０ビットを示すために、光信号のエネルギーが０レベルから１レベルに移動してから、再び０レベルに戻ってくる。このＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号は、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のビット周期の１／２ビット周期を有し、かつ０，π／２，−π／２、及びπの４つの位相を有する。ゼロ復帰変換器３２０は、周波数チャーピングのないｘ−カットマッハツェンダ変調器又は領域置換方式のｚ−カットマッハツェンダ変調器を含むように構成することができる。なお、当該ゼロ復帰変換器３２０は、そのバイアス位置が伝達曲線の最小点に位置し、その駆動電圧はスイッチング電圧の２倍である。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器４００を示す図である。本実施形態の光送信器４００は、上記第２の実施形態の図３に示したＯＱＰＳＫ変調器２２０をそのまま用いており、同一の構成要素に対しては、図３に示した参照番号と同一の符号を使用し、重複する説明については省略する。本実施形態の光送信器４００は、光源(ＬＳ)４１０と、ＯＱＰＳＫ変調器２２０と、ゼロ復帰変換器４２０と、を含む。ＯＱＰＳＫ変調器２２０は、上記第２の実施形態で説明したように、第１及び第２の光カプラー２３０，２８０と、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０と、位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と、ビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０と、を含んでいる。

光源４１０は、予め定められた波長を有する連続波形の光を出力する。光源４１０は、連続波形の光を出力する連続波レーザ（ＣＷレーザ）を含むことができる。

ＯＱＰＳＫ変調器２２０は、上述のように、光源４１０から光を受信し、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）信号である第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のビット周期の１／２ビット周期を有し、かつ０，π／２，−π／２，及びπの４つの位相を有するＯＱＰＳＫ光信号を生成して出力する。

ゼロ復帰変換器４２０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム４２２，４２４と、データの印加のための電極４２６とを含んでいる。このゼロ復帰変換器４２０は、その第１の端がＯＱＰＳＫ変調器２２０と接続され、第２の端が光送信器４００の出力端４０５と接続される。ゼロ復帰変換器４２０は、ＯＱＰＳＫ変調器２２０から入力されたＯＱＰＳＫ光信号を、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のクロック周波数の２倍に相当する周波数を有する正弦波クロック信号に基づいて変調し、ＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号を生成して出力する。

例えば、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２の伝送速度が２０Ｇｂｐｓである場合に、正弦波のクロック信号は４０ＧＨｚの周波数を有する。ＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号は、ゼロ復帰(ＲＺ)信号と同様に、１又は０ビットを示すために、光信号のエネルギーが０レベルから１レベルに移動してから、再び０レベルに戻ってくる。このＲＺ−ＯＱＰＳＫ光信号は、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のビット周期の１／２ビット周期を有し、かつ０，π／２，−π／２、及びπの４つの位相を有する。また、ゼロ復帰変換器４２０は、周波数チャーピングのないｘ−カットマッハツェンダ変調器又は領域置換方式のｚ−カットマッハツェンダ変調器を含むように構成することができる。なお、ゼロ復帰変換器４２０は、そのバイアス位置が伝達曲線の最小点に位置し、その駆動電圧は、スイッチング電圧の２倍である。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器５００を示す図である。図８は、図７に示した光送信器５００が処理する光信号のタイミング図である。本実施形態の光送信器５００は、上述の第２の実施形態の図３に示したＯＱＰＳＫ変調器２２０をそのまま用いており、同一の構成要素に対しては図３に示した参照番号と同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。本実施形態の光送信器５００は、光源５１０と、ゼロ復帰変換器５２０と、ＯＱＰＳＫ変調器２２０と、を含んでいる。また、ＯＱＰＳＫ変調器２２０は、上記第２の実施形態で説明したように、第１及び第２の光カプラー２３０，２８０と、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０と、位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と、ビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０と、含んでいる。

光源５１０は、予め定められた波長を有する連続波形の光Ｓ_３１を出力する。光源５１０は、連続波形の光を出力する連続波レーザ（ＣＷレーザ）を含むことができる。

図８において、横軸は時間を、縦軸は強さを、それぞれ示している。例えば、光源５１０から出力された光Ｓ_３１が４の強さ(便宜上、仮定した値)を有し、０の位相を有する場合を示している。すなわち、この光は均一の強さを有し、位相変化がない。

ゼロ復帰変換器５２０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム５２２，５２４と、データの印加のための電極５２６とを含んでいる。ゼロ復帰変換器５２０は、その第１の端が光源５１０と接続され、第２の端がＯＱＰＳＫ変調器２２０と接続される。ゼロ復帰変換器５２０は、光源５１０から入力された光Ｓ_３１を第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のクロック周波数に相当する周波数を有する正弦波クロック信号よって変調し、ゼロ復帰光信号Ｓ_３２を生成して出力する。例えば、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２の伝送速度が２０Ｇｂｐｓである場合に、正弦波クロック信号は２０ＧＨｚの周波数を有する。また、ゼロ復帰光信号は、ゼロ復帰信号と同様に、１又は０ビットを示すために光信号のエネルギーが０レベルから１レベルに移動してから、再び０レベルに戻ってくる。

第１の光カプラー２３０は、第１〜第３のポートを備え、ルート導波路２３２と、ルート導波路２３２から２分岐された第１及び第２の分岐導波路２３４，２３６と、を含む。第１のポートはゼロ復帰変換器５２０と接続され、第２のポートは第１の位相変調器２４０と接続され、第３のポートは第２の位相変調器２５０と接続される。第１の光カプラー２３０は、第１のポートに入力された光Ｓ_３２を２等分にパワー分割(第１及び第２の分割光を生成)して各々を第２及び第３のポートに出力する。

第１の位相変調器２４０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム２４２，２４４と、データを印加するための電極２４６とを含んでいる。第１の位相変調器２４０は、その第１の端が第１の光カプラー２３０の第２のポートと接続され、第２の端は位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と接続されている。第１の位相変調器２４０は、第１の光カプラー２３０からの第１の分割光を受信し、受信した（入力された）第１のデータＤ_１によって第１の分割光を位相変調し、第１の光信号Ｓ_３３を生成して出力する。なお、第１のデータＤ_１は、非ゼロ復帰(ＮＲＺ)電気信号である。また、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０は、各々２種類の位相を出力する。本実施形態では、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０は、各々０の位相とπの位相を出力する。すなわち、０ビットは０の位相として出力し、１ビットはπの位相として出力する。ここで、第１及び第２の位相変調器２４０，２５０は、各々そのバイアス位置が伝達曲線の最小点に位置し、その駆動電圧はスイッチング電圧の２倍である。

第２の位相変調器２５０は、両端が互いに接続された第１及び第２のアーム２５２，２５４と、データの印加のための電極２５６とを含んでいる。第２の位相変調器２５０は、その第１の端が第１の光カプラー２３０の第３のポートと接続され、第２の端がビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０と接続されている。第２の位相変調器２５０は、第１の光カプラー２３０からの第２の分割光を受信し、第２のデータＤ_２に基づいて第２の分割光を位相変調し、第２の光信号を生成して出力する。

ビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０は、第２の位相変調器２５０の第２の端と第２の光カプラー２８０の第３のポートとの間に配置され、第２の位相変調器２５０から入力された第２の光信号を１／２ビット遅延して出力する光学素子である。ビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０は、１／２ビットに相当する長さを有する導波路によって実現可能である。

位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０は、第１の位相変調器２４０の第２の端と第２の光カプラー２８０の第２のポートとの間に配置される。位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０は、第１の位相変調器２４０から入力された第１の光信号をπ／２位相遅延して出力する。位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０は、第１の位相変調器２４０から出力される第１の光信号Ｓ_３３と、ビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０から出力される遅延された第２の光信号Ｓ_３４との間の相対的な位相差を調節（制御）するための素子であり、第１の光信号Ｓ_３３と遅延された第２の光信号Ｓ_３４が相互に同位相又は直交位相をなすよう調節する。

第２の光カプラー２８０は、第１〜第３のポートを備える。第１のポートは光送信器５００の出力端５０５と接続され、第２のポートは位相遅延器Ｄ_Ｐ２７０と接続され、第３のポートはビット遅延器Ｄ_Ｂ２６０と接続されている。第２の光カプラー２８０は、第２のポートに入力される遅延された第１の光信号と第３のポートに入力される遅延された第２の光信号Ｓ_３４とを結合(最小偏移変調(Ｍｉｎｉｍｕｍ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ：ＭＳＫ)光信号Ｓ_３５を生成)して第１のポートに出力する。

このＭＳＫ光信号Ｓ_３５は、第１及び第２のデータＤ_１，Ｄ_２のビット周期の１／２ビット周期を有し、−３π／４，−π／４，π／４、及び３π／４の４つの位相を有する。ＭＳＫ光信号Ｓ_３５は強さの変化がないため、入力光の強さによって非線形性が変化する半導体光増幅器のような素子に変調パターンによる非線形性の変化なしに適用することができる。また、ＭＳＫ光信号Ｓ_３５の位相は、π／４の整数倍で示し、これはビットの中心で光信号の位相を示す。ＭＳＫ光信号の特性上、位相は連続的に変化するため、ビット間の位相は急激に変化することはない。

なお、本実施形態では、上記第２の実施形態の図３に示したＯＱＰＳＫ変調器２２０を使用しているが、上記第１の実施形態の図１に示したＯＱＰＳＫ変調器１２０も使用可能である。

以上、具体的な実施形態に則して本発明を説明したが、形式や細部についての様々な変更が、特許請求の範囲の記載により規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

本発明の第１の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を示す図である。 図１に示した光送信器によって処理される光信号のタイミング図である。 本発明の第２の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を示す図である。 図３に示した光送信器によって処理される光信号のタイミング図である。 本発明の第３の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を示す図である。 本発明の第５の実施形態におけるオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器を示す図である。 図７に示した光送信器によって処理される光信号のタイミング図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００ 光送信器
１１０ 光源
１２０ オフセット直交位相偏移変調器
１３０ 第１の光カプラー
１４０ 第１の位相変調器
１５０ 第２の位相変調器
１６０ 位相遅延器
１７０ ビット遅延器
１８０ 第２の光カプラー

Claims (14)

1. 入力された光を第１のデータに基づいて位相変調することにより生成された第１の光信号を出力するための第１の位相変調器と、
   入力された光を第２のデータに基づいて位相変調することにより生成された第２の光信号を出力するための第２の位相変調器と、
   前記第１の光信号と第２の光信号との間に所定の位相差を与えるための位相遅延器と、
   位相差を有する前記第１及び第２の光信号を結合するための光カプラーとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
2. 前記第１のデータ及び第２のデータ間の時間差は１／２ビットであり、前記第１の信号及び第２の光信号間に与えられた前記位相差はπ／２であることを特徴とする請求項１に記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
3. 連続波形の光を出力するための光源と、
   前記光源から入力された光を２等分にパワー分割し、前記各第１の位相変調器及び第２の位相変調器に前記パワー分割された光を提供するための光カプラーとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
4. 前記第１及び第２のデータのクロック周波数の２倍に相当する周波数を有する正弦波クロック信号に基づいて前記光カプラーから入力された光信号を変調するためのゼロ復帰変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
5. 連続波形の光を出力するための光源と、
   前記第１及び第２のデータのクロック周波数に相当する周波数を有する正弦波クロック信号に基づいて前記光源から入力された光を変調するためのゼロ復帰変換器と、
   前記ゼロ復帰変換器から入力された光を２等分にパワー分割して前記各第１の位相変調器及び第２の位相変調器に前記パワー分割された光を提供するための光カプラーとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
6. 入力された光を第１のデータに基づいて位相変調することにより生成された第１の光信号を出力するための第１の位相変調器と、
   入力された光を第２のデータに基づいて位相変調することにより生成された第２の光信号を出力するための第２の位相変調器と、
   前記第１及び第２の光信号間に所定の時間差を与えるためのビット遅延器と、
   前記第１及び第２の光信号間に所定の位相差を与えるための位相遅延器と、
   互いに時間差及び位相差を有する前記第１及び第２の光信号を結合して出力するための光カプラーとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
7. 前記第１及び第２の光信号間の前記時間差は１／２ビットであり、前記第１及び第２の光信号間に与えられた前記位相差は、π／２であることを特徴とする請求項６に記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
8. 連続波形の光を出力するための光源と、
   前記光源から入力された光を２等分にパワー分割して前記各第１及び第２の位相変調器に前記パワー分割された光を提供するための光カプラーとをさらに含むことを特徴とする請求項６記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
9. 前記第１及び第２のデータのクロック周波数の２倍に相当する周波数を有する正弦波クロック信号に基づいて前記光カプラーから入力された光信号を変調するためのゼロ復帰変換器をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
10. 連続波形の光を出力するための光源と、
    前記第１及び第２のデータのクロック周波数に相当する周波数を有する正弦波クロック信号に基づいて前記光源から入力された光を変調するためのゼロ復帰変換器と、
    前記ゼロ復帰変換器から入力された光を２等分にパワー分割して前記各第１及び第２の位相変調器に前記パワー分割された光を提供するための光カプラーとをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のオフセット直交位相偏移変調方法を用いる光送信器。
11. 第１のデータに基づいて第１の光を位相変調することにより第１の光信号を生成するステップと、
    第２のデータに基づいて第２の光を位相変調することにより第２の光信号を生成するステップと、
    前記第１の光信号及び第２の光信号間に所定の位相差を与えるステップと、
    位相差を有する前記第１の光信号及び第２の光信号を結合するステップとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法。
12. 前記第１及び第２のデータ間の時間差は１／２ビットであり、前記第１及び第２の光信号間に与えられた前記位相差はπ／２であることを特徴とする請求項１１に記載のオフセット直交位相偏移変調方法。
13. 第１のデータに基づいて第１の光を位相変調することにより第１の光信号を生成するステップと、
    第２のデータに基づいて第２の光を位相変調することにより第２の光信号を生成するステップと、
    前記第１の光信号及び第２の光信号間に予め定められた時間差を与えるステップと、
    前記第１及び第２の光信号間に予め定められた位相差を与えるステップと、
    時間差及び位相差を有する前記第１及び第２の光信号を結合するステップとを含むことを特徴とするオフセット直交位相偏移変調方法。
14. 前記第１及び第２のデータ間に与えられた前記時間差は１／２ビットであり、前記第１及び第２の光信号間に与えられた前記位相差はπ／２であることを特徴とする請求項１３に記載のオフセット直交位相偏移変調方法。

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