JP4580333B2

JP4580333B2 - 光送信装置、および光位相変調器

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Publication number: JP4580333B2
Application number: JP2005365245A
Authority: JP
Inventors: 有紀人 ▲角▼田
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: US7388703B2; US20070139754A1; JP2007173968A

Description

本発明は、伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化を可能とする光送信装置および光位相変調器に関する。

近年、大容量伝送ネットワークとして光を用いたネットワークが広く用いられている。該光ネットワークを構成する光伝送システムにおいては、送信する信号の論理レベル“０”と“１”を光の非発光状態と発光状態に対応させて変調する強度変調（intensity modulation：ＩＭ）を行って送信し、変調された信号光を受信し、フォトダイオード（photo diode：ＰＤ）等にて光電気変換し直接検波（direct detection：ＤＤ）するＩＭ／ＤＤ方式が広く用いられている。そして、該光ネットワークの光伝送路としては一般的にシングルモード光ファイバが用いられている。しかし、該光ファイバの有する波長分散特性のため伝送するパルス幅が拡がり、信号光の劣化、信号間の干渉等を招き、伝送速度、伝送距離の制限要因となっている。

図１１は直接強度変調を説明する図であり、ＬＤ（レーザダイオード）駆動回路によってＬＤを直接強度変調することを示している。

図１１において、Ｉｂ制御信号によって制御されるバイアス電流（Ｉｂ）とＩｐ制御信号によって制御される変調電流（Ｉｐ）よりなるＬＤ駆動電流がＬＤ101に印加され、ＬＤ101は、送信信号に基づいて強度変調された出力光を発生する。

図１２は送信信号の強度変調された出力光を説明する図である。

（Ａ）は送信信号であり、（Ｂ）は強度変調された出力光を表している。ＬＤ101はＩｂによってバイアスされ、Ｉｐによって送信信号に基づいて変調された連続波（continuance wave：ＣＷ）を出力する。送信信号が論理レベル“０”の場合には、出力光は非発光状態となり、論理レベル“１”の場合には発光状態になる。そして、一般的に（Ｂ）の出力光はＣＷを表記しない（Ｃ）のような波形で示される。

以降、論理レベル“０”の送信信号を伝送する信号光の状態を非発光状態もしくは“Ｏｆｆ”、論理レベル“１”の送信信号を伝送する信号光の状態を発光状態もしくは“Ｏｎ”と表記する。

図１３は出力光の信号劣化を説明する図である。例えば、３タイムスロットの送信信号の論理レベルが“１０１”の場合、伝送距離が短距離の光受信装置では（Ｄ）のように論理レベル“１０１”は識別可能である。しかし、長距離伝送した光受信装置では（Ｅ）のように論理レベル“１”の振幅は小さくなり、かつパルス幅が拡がってしまい、第２タイムスロットの論理レベル“０”の信号は近くのパルス幅の拡がりによって論理レベル“１”と識別される場合が発生する。本現象は、伝送速度の高速化によって１タイムスロットの信号間隔が狭くなることによって発生頻度が増加する。また、伝送距離の長距離化によって信号光の受信レベルが低下することによって発生頻度が増加する。

上記伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化を実現させる方法として論理レベル“０”と“１”の２値信号を、論理レベル“０”と、論理レベル“１”を位相の“π”異なる２つの“１”とする３値として伝送する光デュオバイナリ方式が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。

図１４はデュオバイナリ方式を説明する図（１）、図１５はデュオバイナリ方式を説明する図（２）、図１６はデュオバイナリ方式を説明する図（３）である。

図１４において、ＬＤ101はバイアス電流（Ｉｂ）が設定されたＬＤ駆動回路102によって制御され、光搬送波となるＣＷを出力している。デュオバイナリ符号化回路104はデュオバイナリ符号を作成するためのデュオバイナリ信号１、デュオバイナリ信号２を作成する。該ＣＷは、マッハツェンダ干渉計型光強度変調器（ＭＺ）103によって、ドライバ105を介したデュオバイナリ信号１、デュオバイナリ信号２に基づいて、強度と位相に対し変調される。

図１５において、例えば、タイムスロットを認識するための信号タイミング０−９において送信信号の論理レベルは“０１０１１００１１０”である。出力光である光デュオバイナリ信号の強度は論理レベル“０１０１１００１１０”である。該光デュオバイナリ信号の位相は、該強度信号レベルが“０”の時は不定“−”である。出力光において、信号タイミング１の時の強度信号レベル“１”の位相は“０”、信号タイミング３，４，７，８の時の強度信号レベル“１”の位相は“π”である。つまり信号タイミング１の強度信号レベルが“１”の時の位相に対して反転するようデュオバイナリ信号を作成することを示している。この場合、ＭＺ103の上側導波路に電界を印加するための信号がディオバイナリ信号１であり、ＭＺ103の下側導波路に電界を印加するための信号がディオバイナリ信号２である。“−１”は“１”の位相に対して位相を反転する（位相をπだけシフトする）ことを示している。

図１６において、（Ｆ）は、送信信号の論理レベルが“０”（強度変調“Ｏｆｆ”）の場合を示している。ＭＺ103の上側導波路を通る光搬送波となるＣＷはＣＯＳ(ωｔ＋π/2)であり、下側導波路を通るＣＷはＣＯＳ(ωｔ−π/2)である。よって、ＭＺ103の出力光は、上側導波路と下側導波路のＣＷが合波されて振幅“０”のＣＷとなる。（Ｇ）は、送信信号の論理レベルが“１”（強度変調“Ｏｎ”）の場合であり、送信タイミング１について示している。ＭＺ103の上側導波路を通るＣＷはＣＯＳ(ωｔ＋π/2−π/2)となるように位相変調され、下側導波路を通るＣＷはＣＯＳ(ωｔ−π/2＋π/2)となるように位相変調される。よって、ＭＺ103の出力光は、上側導波路と下側導波路のＣＷが合波されて２ＣＯＳ(ωｔ)となる。（Ｈ）は、送信信号の論理レベル“１”（強度変調“Ｏｎ”）の場合であり、送信タイミング３，４，７，８について示している。ＭＺ103の上側導波路を通るＣＷはＣＯＳ(ωｔ＋π/2＋π/2)となるように位相変調され、下側導波路を通るＣＷはＣＯＳ(ωｔ−π/2−π/2)となるように位相変調される。よって、ＭＺ103の出力光は、上側導波路と下側導波路のＣＷが合波されて２ＣＯＳ(ωｔ＋π)となる。

上記のように、送信信号の論理レベル“０”と、送信信号の論理レベル“１”の場合に光搬送波となるＣＷの位相が“０”と“π”シフトした２種類の２ＣＯＳ(ωｔ)、２ＣＯＳ(ωｔ＋π)からなる３値の信号光を伝送する光送信装置を実現できる。

図１７は、デュオバイナリ方式の特徴を説明する図である。図１４−１５で説明したデュオバイナリ方式の信号光において、例えば、図１３と同じように３タイムスロットの送信信号の論理レベルが“１０１”の場合、（Ｉ）に示すように第１，３タイムスロットの論理レベル“１”のそれぞれの位相が反転の関係にあれば、長距離伝送した光受信装置では（Ｊ）のように論理レベル“１”の振幅は小さくなり、かつパルス幅が拡がってしまうが、（Ｋ）のように光搬送波となるＣＷの位相が反転しているため、送信信号の第２タイムスロットの論理レベル“０”のタイミングでの両隣の論理レベル“１”の干渉は相殺され、エラーなく論理レベル“０”と認識される。

上記のデュオバイナリ方式は、２値信号を３値信号に変換するための信号発生過程、つまり光変調器を駆動する３値の電気信号が必要であり、複雑な変調手段と該変調手段を駆動する手段が必要である。

上記の課題の解決策として、前段に設けた光強度変調器により信号光の強度変調を行い、後段に設けた光位相変調器により該強度変調された論理レベル“０”の信号光に対して位相を反転させるデュオバイナリ方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図１８は、デュオバイナリ方式を用いた一つの光送信装置を説明する図である。110はＬＤ駆動回路、111はＬＤ、112は光強度変調器、113は光位相変調器、115はドライバ、121は符号化回路、122は遅延回路である。ＬＤ駆動回路110はバイアス電流（Ｉｂ）が設定されたＬＤ電流をＬＤ111に印加する。ＬＤ111は誘導放出を開始するＬＤ電流の臨界レベル以上に設定されたバイアス電流によって発振し、光搬送波となる連続波（ＣＷ）を発生する。光強度変調器112はドライバ115を介した送信信号に応じてＬＤ111の発生するＣＷを強度変調する。つまり、送信信号が論理レベル“０”の場合には非発光状態になるように、“１”の場合には発光状態になるように強度変調する。光位相変調器113は、強度変調されたＣＷを位相変調信号に応じて位相変調する。符号化回路121は、送信信号の論理レベル“０”に応じて、光位相変調器においてＣＷの位相を反転（位相を“π”だけシフト）させるための制御信号（位相変調信号）を生成する。遅延回路122は、該位相変調信号のタイミングが光位相変調器113に整合するように該位相調整信号を遅延させる。

図１９は、デュオバイナリ方式の一つの符号変換を説明する図である。例えば、送信タイミング０−９において１０タイムスロットの送信信号の論理レベルは“０１０１１００１１０”である。出力光の強度は論理レベル“０１０１１００１１０”であり、“０”の場合は非発光状態、“１”の場合は発光状態である。出力光の位相は、送信信号の論理レベルが“０”の時に、光搬送波となるＣＷの位相を現状位相に対して反転（“π”だけシフト）させる符号変換について示している。つまり、信号タイミング０の場合、出力光の強度の論理レベルは“０”であり、位相は反転して“０”位相である。信号タイミング１の場合、出力光の強度の論理レベルは“１”であり、そのため位相は継続して“０”位相である。信号タイミング２の場合、出力光の強度の論理レベルは“０”であり、位相は反転して“π”位相である。信号タイミング３，４の場合、出力光の強度の論理レベルは“１”であり、そのため位相は継続して“π”位相である。信号タイミング５の場合、出力光の強度の論理レベルは“０”であり、位相は反転して“０”位相である。以降、同様に信号タイミング６，９の場合に位相は反転し、信号タイミング７，８の場合に位相は継続する。上記のようなデュオバイナリの出力光を得るために、符号化回路121は、前記送信信号の論理レベルが“０”の場合に論理レベルを反転させた位相変調信号を生成し、光位相変調器113を制御する。

図２０は、図１９のデュオバイナリ方式の信号劣化を説明する図である。図１９において、信号タイミング１，３の場合の論理レベル“１”の信号に対して、出力光の位相は“０”と“π”であり反転している。一方、送信タイミング４，７の場合の論理レベル“１”の信号に対しては、出力光の位相は共に“π”の同位相である。よって、信号タイミング１，３の場合は、図１７の（Ｋ）に示すように、光搬送波となるＣＷの位相が反転しているため、送信タイミング２の論理レベル“０”では両隣の論理レベル“１”の干渉は相殺され、エラーなく論理レベル“０”と認識される。一方、送信タイミング４，７の場合は、ＣＷの位相が同相のため信号間干渉のキャンセルが不十分となる。
K.Ｙonenaga、他3名、"Optical duobinary transmission system with no receive sensitivity degradation"、ELECTRONICS LETTERS、16th February 1995、Vol.31 No.4 特開平８−１３９６８１号公報特開平１０−１１２６８８号公報

以上記載したように、前段に設けた光強度変調器により信号光の強度変調を行い、後段に設けた光位相変調器により、該強度変調された論理レベル“０”（非発光状態）の信号光に対して位相を反転させるデュオバイナリ方式を用いた光送信装置において、４タイムスロットの送信信号の論理レベルが“１００１”の場合には、該送信信号の論理レベル“０”（非発光状態）の信号光はパルス幅の拡がりによって論理レベル“１”（発光状態）と識別される場合が発生する。本現象は伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化の制限要因の一つとなっている。つまり、伝送速度の高速化によってタイムスロット間隔が狭くなるので信号の干渉の影響を受けやすくなる。また、伝送距離の長距離化によって信号光の受光レベルが低下するために信号光の干渉の影響をより受けやすくなる。

本発明は、伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化を可能とする光送信装置、および光位相変調器を提供することを目的とする。

本発明は、強度変調された信号光の位相を変調する光位相変調器と、該強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合および該第１の発光状態から２以上の非発光状態を経て第３の発光状態に変化する場合に、該第１の発光状態の信号光の位相と該第２および該第３の発光状態の信号光の位相が反転するように、該光位相変調器に制御信号を与える信号変換回路とを備えることを特徴とする光送信装置である。

本発明によれば、発光状態の信号光が１以上の非発光状態の信号光をはさむ場合に、該１以上の非発光状態の光信号の両端に位置する発光状態の光信号の位相が互いに反転する光送信装置の提供が可能となる。

本発明の別の様態においては、強度変調された信号光の位相を変調する光位相変調器であって、該強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合および該第１の発光状態から２以上の非発光状態を経て第３の発光状態に変化する場合に、該第１の発光状態の信号光の位相と該第２および該第３の発光状態の信号光の位相が反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器である。

本様態によれば、発光状態の光信号が１以上の非発光状態の光信号をはさむ場合に、該１以上の非発光状態の光信号の両端に位置する発光状態の光信号の位相が互いに反転する光位相変調器の提供が可能となる。

本発明の光送信装置および光位相変調器は、発光状態の信号光が挟む非発光状態の信号光が２タイムスロット以上であっても、該発光状態のそれぞれの信号光の位相が互いに反転する出力光の生成が可能となる。

その結果、後で説明する図１０に示すように、従来のＩＭ／ＤＤ方式、更には特許文献２で提案している方式に比較して、更なる伝送速度の高速化と伝送距離の長距離化を実現することができる。

さらには、光位相変調器に必要とされる変調帯域は従来の方式に比較して半分の帯域でよいことになり、従来の位相変調器の特性が容易に実現することができる。

以降、図面を併用して本発明の詳細を説明する。なお、図面において同一のものまたは類似するものについては同一の符号を記載する。
（実施例１）
図１は本発明の光送信装置を説明する図（１）である。10はＬＤ駆動回路、11はＬＤ、12は光強度変調器、13は光位相変調器、14は信号変換回路、15はドライバである。ＬＤ11と光強度変調器12、光強度変調器12と光位相変調器13はそれぞれ光パスによって接続されている。ＬＤ駆動回路10はバイアス電流（Ｉｂ）が設定されたＬＤ電流をＬＤ11に印加する。ＬＤ11は誘導放出を開始するＬＤ電流の臨界レベル以上に設定されたバイアス電流によって発振し光搬送波となる連続波（ＣＷ）を発生する。光強度変調器12はドライバ15を介した送信信号に応じてＬＤ11の発生するＣＷを、送信信号が論理レベル“０”の場合に非発光状態に、送信信号が論理レベル“１”の場合に発光状態に強度変調する。光位相変調器13は、強度変調されたＣＷを、ドライバ15を介した位相変調信号に応じて位相変調する。信号変換回路14は、強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合に、第１の発光状態の信号光の位相と第２の発光状態の信号光の位相が互いに反転するよう制御するための制御信号（位相変調信号）を生成する。具体的には、信号変換回路14が受信する送信信号が論理レベル“０”から論理レベル“１”に変化した場合、該位相変調信号の論理レベルを反転する。また、信号変換回路14は、光強度変調器12の特性に応じ強度変調された信号光のタイミングに、該位相変調信号のタイミングを調整する。光強度変調器12は、非線形光学効果を利用した光変調素子であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）で作成されたマッハツェンダ光強度変調器、半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器、もしくは電界吸収型（Electro-absorption：ＥＡ）光強度変調器である。光位相変調器13は、非線形光学効果を利用した光変調素子であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）で作成されたマッハツェンダ光位相変調器もしくは半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器である。
（実施例２）
図２は本発明の光送信装置を説明する図（２）である。20はＬＤ駆動回路である。ＬＤ11と光位相変調器13はそれぞれ光パスによって接続されている。ＬＤ駆動回路20はバイアス電流（Ｉｂ）と送信信号に基づく変調電流（Ｉｐ）よりなるＬＤ駆動電流をＬＤ11に印加する。ＬＤ11は誘導放出を開始するＬＤ電流の臨界レベル以上に設定されたバイアス電流（Ｉｂ）によって発振し、送信信号に基づく変調電流（Ｉｐ）によって、送信信号の論理レベルが“０”の場合には非発光状態に、送信信号の論理レベルが“１”の場合には発光状態に直接強度変調された光搬送波となる連続波（ＣＷ）を発生する。光位相変調器13は、強度変調されたＣＷを、ドライバ15を介した位相変調信号に応じて位相変調する。信号変換回路14は、強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合に、第１の発光状態の信号光の位相と第２の発光状態の信号光の位相が互いに反転するよう制御するための制御信号（位相変調信号）を生成する。具体的には、信号変換回路14が受信する送信信号が論理レベル“０”から論理レベル“１”に変化した場合、該位相変調信号の論理レベルを反転する。光強度変調器12は、非線形光学効果を利用した光変調素子であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）で作成されたマッハツェンダ光強度変調器、半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器、もしくは電界吸収型（Electro-absorption：ＥＡ）光強度変調器である。光位相変調器13は、非線形光学効果を利用した光変調素子であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）で作成されたマッハツェンダ光位相変調器、もしくは半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器である。

実施例１，２によれば、光送信装置は発光状態の信号光が１以上の非発光状態の信号光をはさむ場合に、該１以上の非発光状態の信号光の両端に位置する発光状態の信号光の位相が互いに反転している状態の信号光を生成することを可能となる。もしくは、非発光状態の信号光が１以上の発光状態の信号光をはさむ場合に、該１以上の発光状態の信号光の両端に位置する非発光状態の信号光の位相が互いに反転している状態の信号光を生成することを可能となる。

よって、両端が発光状態の信号光によってはさまれた非発光状態の信号光においては、該非発光状態の信号光が２タイムスロットであっても、該両端の発光状態の信号光による干渉をキャンセルすることができる。それによって、光ネットワークの光伝送路として一般的に用いられているシングルモード光ファイバを介して、前記の信号光を伝送した場合には、信号間の干渉を軽減することができる。
（実施例３）
図３は光位相変調器の状態を説明する図（１）である。例えば、信号タイミング０−９において１０タイムスロットの送信信号の論理レベルが“０１０１１００１１０”である。発光状態の信号光が１以上の非発光状態の光信号をはさむ毎に、該１以上の非発光状態の信号光の両端の該発光状態の信号光を形成する光搬送波となるＣＷの位相が反転する出力光を生成する状態を示している。

信号タイミング０の場合、出力光は非発光状態であり、位相変調信号の論理レベルは“１”とするので出力光の位相は“π”となる。信号タイミング１の場合、出力光は発光状態であり、前タイミングでの出力光は非発光状態であったので位相を反転させて“０”にする。信号タイミング２の場合、出力光は非発光状態であるので、前タイミングの出力光の位相を継続して“０”にする。信号タイミング３の場合、出力光は発光状態であり、前タイミングでの出力光は非発光状態であった（つまり、非発光状態の信号光をはさんでいる。）ので位相を反転させて“π”にする。信号タイミング４の場合、出力光は発光状態であるが、前タイミングでの出力光は発光状態であった（つまり、非発光状態の信号光をはさんでいない。）ので前タイミングの出力光の位相を継続して“π”にする。信号タイミング５，６の場合、出力光は非発光状態であるので、前タイミングの出力光の位相を継続して“π”にする。信号タイミング７の場合、出力光は発光状態であり、前タイミングでの出力光は非発光状態であった（つまり、非発光状態の信号光をはさんでいる。）ので位相を反転させて“０”にする。信号タイミング８の場合、出力光は発光状態であるが、前タイミングでの出力光は発光状態であった（つまり、非発光状態の信号光をはさんでいない。）ので前タイミングの出力光の位相を継続して“０”にする。信号タイミング９は信号タイミング２に同じである。上記のような出力光の位相状態を光位相変調器13が生成するための制御信号として、出力光の位相を“０”にする場合は論理レベル“０”、光出力信号の位相を“π”にする場合は論理レベル“１”となる位相制御信号を信号変換回路14は生成する。
（実施例４）
図４は信号変換回路の論理を説明する図（１）である。前記の実施例３で説明した光位相変調器13の状態を実現するための信号変換回路14の論理について説明する。信号変換回路14の入力信号の論理レベルが“０”から“１”に変化した場合、信号変換回路14の現状出力の論理レベルが“０”の場合は“１”に変化し、信号変換回路14の現状出力の論理レベルが“１”の場合は“０”に変化する。また、信号変換回路14の入力信号の論理レベルが“１”から“０”に変化した場合、“１”から“１”、“０”から“０”と変化しない場合には、信号変換回路14の現状出力の論理レベルを維持する。つまり、信号変換回路14の現状出力の論理レベルが“１”の場合には“１”を、現状出力の論理レベルが“０”の場合には“０”を出力する。
（実施例５）
図５は光位相変調器の状態を説明する図（２）である。例えば、信号タイミング０−９において１０タイムスロットの送信信号の論理レベルは“０１０１１００１１０”である。非発光状態の信号光が１以上の発光状態の信号光をはさむ毎に、該１以上の発光状態の信号光の両端の該非発光状態の信号光を形成する光搬送波となるＣＷの位相が反転する出力光を生成する状態を示している。

信号タイミング０の場合、出力光は非発光状態であり、位相変調信号の論理レベルは“１”とするので出力光の位相は“π”となる。信号タイミング１の場合、出力光は発光状態であるので、前タイミングの出力光の位相を継続して“π”にする。信号タイミング２の場合、出力光は非発光状態であり、前タイミングでの出力光は発光状態であった（つまり、発光状態の光信号をはさんでいる。）ので位相を反転させて“０”にする。信号タイミング３，４の場合、出力光は発光状態であるので、前タイミングの出力光の位相を継続して“０”にする。信号タイミング５の場合、出力光は非発光状態であり、前タイミングでの出力光は発光状態であったので位相を反転させて“π”にする。信号タイミング６の場合、出力光は非発光状態であり、前タイミングでの出力光は論理レベル“０”であった（つまり、発光状態の光信号をはさんでいない。）ので位相を継続して“π”にする。信号タイミング７，８の場合、出力光は発光状態であるので、前タイミングの出力光の位相を継続して“π”にする。信号タイミング９は信号タイミング２に同じである。上記のような出力光の位相状態を光位相変調器13が生成するための制御信号として、出力光の位相が“０”にする場合は論理レベル“０”、出力光の位相を“π”にする場合は論理レベル“１”となる位相制御信号を信号変換回路14は生成する。
（実施例６）
図６は信号変換回路の論理を説明する図（２）である。前記の実施例５で説明した光位相変調器13の状態を実現するための信号変換回路14の論理について説明する。信号変換回路14の入力信号の論理レベルが“１”から“０”に変化した場合、信号変換回路14の現状出力の論理レベルが“０”の場合は“１”に変化し、信号変換回路14の現状出力の論理レベルが“１”の場合は“０”に変化する。また、信号変換回路14の入力信号の論理レベルが“０”から“１”に変化した場合、“１”から“１”、“０”から“０”と変化しない場合には、信号変換回路14の現状出力の論理レベルを維持する。つまり、信号変換回路14の現状出力の論理レベルが“１”の場合には“１”を、現状出力の論理レベルが“０”の場合には“０”を出力する。
（実施例７）
図７は光位相変調器を説明する図である。例えば、前記図３の光位相変調器の状態に対応している。光位相変調器13には、１０タイムスロットの論理レベル“０１０１１００１１０”の強度変調された信号光（強度変調光）を光パスを介して受光し、位相変調するための制御信号である論理レベル“１００１１１１０００”の位相変調信号を受信する。該位相変調信号は該強度変調光を変調するために適したタイミングで受信されている。光位相変調器13は、該位相変調信号の論理レベルが“１”の場合に該強度変調光の位相を反転（位相をπだけシフト）し、該位相変調信号の論理レベルが“０”の場合には該強度変調光の位相を継続させる。よって、出力光の強度の論理レベルは“０１０１１００１１０”となり位相は“π００ππππ０００”となる。また、前記図５に示す光位相変調器も同様である。なお、光位相変調器13は、非線形光学効果を利用した光変調素子であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）、もしくは半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器である。
（実施例８）
図８は信号変換回路を説明する図である。（Ｐ）は前記の実施例４で説明した信号変換回路14の構成を示す。（Ｑ）は前記の実施例６で説明した信号変換回路14の構成を示す。図４に示す論理は、（Ｐ）に示すＤ−フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）に示すように、反転出力をデータ入力Ｄに入力し、信号変換回路14の入力である送信信号をクロックＣＬＫに入力する回路構成によって実現できる。つまり、送信信号が論理レベル“０”から“１”に変化した場合に出力の論理レベルが反転する。なお、リセットＲＳＴには本回路の立上げ時の出力論理を規定するために入力する。同様に図６に示す論理は、（Ｑ）に示すＤ−ＦＦによって実現できる。つまり、送信信号が論理レベル“１”から“０”に変化した場合に出力の論理レベルが反転する。

図９は位相変調信号の周期を説明する図である。信号タイミング０−１５において、１６タイムスロットの送信信号の論理レベルが“０１０１１０１０１０１０１０１０”であり、信号変換回路14が図８の（Ｐ）に示す構成であった場合、該送信信号の論理レベルが“０”から“１”に変化した場合に、位相変調信号の論理レベルは反転する。

よって、光位相変調器13に入力される位相変調信号の周期は、送信信号の最大周期を二分周した信号となるので、光位相変調器13に必要な変調帯域は送信信号の帯域の半分でよいことになり、従来の光位相変調器の特性を容易に実現することが可能となる。

以上説明したように、発光状態の信号光が１以上の非発光状態の信号光をはさむ場合に、該１以上の非発光状態の信号光の両端に位置する発光状態の信号光の位相が互いに反転する光送信装置、および光位相変調器を用いた光伝送システム、もしくは、非発光状態の信号光が１以上の発光状態の信号光をはさむ場合に、該１以上の発光状態の信号光の両端に位置する非発光状態の信号光の位相が互いに反転する光送信装置、および光位相変調器を用いた光伝送システムにおいては、両端が発光状態の信号光によってはさまれた非発光状態の信号光における信号間干渉がキャンセルされ、伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化が可能となる。

そして、強度変調された信号光が発光状態から非発光状態に変化する場合、もしくは非発光状態から発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように位相変調するので、光位相変調器を制御する制御信号は強度変調された信号光の発光状態と非発光状態の最大周期を二分周した周期となる。よって、該位相変調器に必要とされる変調帯域は従来の方式に比較して半分の帯域でよいことになり、従来の位相変調器の特性が容易に実現することができる。

図１０は本発明の有効性を説明する図であり、（ａ）は従来のＩＭ／ＤＤ方式を用いた光伝送システムにおける伝送距離と伝送ペナルティの関係、（ｂ）は特許文献２で提案している方式を用いた光伝送システムにおける伝送距離と伝送ペナルティの関係、（ｃ）は本発明を用いた光伝送システムにおける伝送距離と伝送ペナルティの関係をシミュレーションした結果を示している。

図１０において、例えば光伝送システムにおいて許容できる伝送ペナルティが３ｄＢである場合、従来のＩＭ／ＤＤ方式を用いた光伝送システムの伝送距離は約４０ｋｍ、特許文献２で提案している方式を用いた光伝送システムの伝送距離は約６５ｋｍ、本発明を用いた光伝送システムの伝送距離は約７０ｋｍとなり、本発明を用いることにより伝送距離のさらなる長距離化が実現できる。

以上の実施例１〜８を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）強度変調された信号光の位相を変調する光位相変調器と、該強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合および該第１の発光状態から２以上の非発光状態を経て第３の発光状態に変化する場合に、該第１の発光状態の信号光の位相と該第２および該第３の発光状態の信号光の位相が反転するように、該光位相変調器に制御信号を与える信号変換回路とを備えることを特徴とする光送信装置。

（付記２）付記１において、前記の強度変調された信号光は光源からの光を光強度変調器により変調した信号光であり、前記の光位相変調器と該光強度変調器を接続する光パスを介していることを特徴とする光送信装置。

（付記３）付記１において、前記の強度変調された信号光は直接変調された光源からの信号光であり、前記の光位相変調器と該光源を接続する光パスを介していることを特徴とする光送信装置。

（付記４）付記１において、前記の信号変換回路は、前記の強度変調された信号光が非発光状態から発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように、前記の光位相変調器に制御信号を与えることを特徴とする光送信装置。

（付記５）付記１において、前記の信号変換回路は、前記の強度変調された信号光が発光状態から非発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように、前記の光位相変調器に制御信号を与えることを特徴とする光送信装置。

（付記６）強度変調された信号光の位相を変調する光位相変調器であって、該強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合および該第１の発光状態から２以上の非発光状態を経て第３の発光状態に変化する場合に、該第１の発光状態の信号光の位相と該第２および該第３の発光状態の信号光の位相が反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器。

（付記７）付記６において、前記の強度変調された信号光は光源からの光を光強度変調器により変調した信号光であり、前記の光位相変調器と該光強度変調器を接続する光パスを介していることを特徴とする光位相変調器。

（付記８）付記６において、前記の強度変調された信号光は直接変調された光源からの信号光であり、前記の光位相変調器と該光源を接続する光パスを介していることを特徴とする光位相変調器。

（付記９）付記６において、前記の強度変調された信号光が非発光状態から発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器。

（付記１０）付記６において、前記の強度変調された信号光が発光状態から非発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器。

（付記１１）付記１に記載の強度変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）で作成されたマッハツェンダ光強度変調器、半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器、もしくは電界吸収型（Electro-absorption：ＥＡ）光強度変調器であることを特徴とする光送信装置。

（付記１２）付記１，６に記載の光位相変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）で作成されたマッハツェンダ光位相変調器、もしくは半導体で作成されたマッハツェンダ光強度変調器であることを特徴とする光送信装置。

本発明の光送信装置を説明する図（１）本発明の光送信装置を説明する図（２）光位相変調器の状態を説明する図（１）信号変換回路の論理を説明する図（１）光位相変調器の状態を説明する図（２）信号変換回路の論理を説明する図（２）光位相変調器を説明する図信号変換回路を説明する図位相変調信号の周期を説明する図本発明の有効性を説明する図直接強度変調を説明する図送信信号の強度変調された出力光を説明する図出力光の信号劣化を説明する図デュオバイナリ方式を説明する図（１）デュオバイナリ方式を説明する図（２）デュオバイナリ方式を説明する図（３）デュオバイナリ方式の特徴を説明する図デュオバイナリ方式を用いた一つの光送信装置を説明する図デュオバイナリ方式の一つの符号変換を説明する図図１９のデュオバイナリ方式の信号劣化を説明する図

符号の説明

10、20、102、110 ＬＤ駆動回路
11、101、111 ＬＤ
12、112 光強度変調器
13、113 光位相変調器
14 信号変換回路
15、105、115 ドライバ
103 マッハツェンダ干渉計型光強度変調器（ＭＺ）
104 デュオバイナリ符号化回路
121 符号化回路
122 遅延回路

Claims

強度変調された信号光の位相を変調する光位相変調器と、
該強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合および該第１の発光状態から２以上の非発光状態を経て第３の発光状態に変化する場合に、該第１の発光状態の信号光の位相と該第２および該第３の発光状態の信号光の位相が反転するように、該光位相変調器に制御信号を与える信号変換回路と、
を備えることを特徴とする光送信装置。
請求項１において、
前記の強度変調された信号光は光源からの光を光強度変調器により変調した信号光であり、前記の光位相変調器と該光強度変調器を接続する光パスを介していることを特徴とする光送信装置。
請求項１において、
前記の強度変調された信号光は直接変調された光源からの信号光であり、前記の光位相変調器と該光源を接続する光パスを介していることを特徴とする光送信装置。
請求項１において、
前記の信号変換回路は、前記の強度変調された信号光が非発光状態から発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように、前記の光位相変調器に制御信号を与えることを特徴とする光送信装置。
請求項１において、
前記の信号変換回路は、前記の強度変調された信号光が発光状態から非発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように、前記の光位相変調器に制御信号を与えることを特徴とする光送信装置。
強度変調された信号光の位相を変調する光位相変調器であって、
該強度変調された信号光が第１の発光状態から非発光状態を経て第２の発光状態に変化する場合および該第１の発光状態から２以上の非発光状態を経て第３の発光状態に変化する場合に、該第１の発光状態の信号光の位相と該第２および該第３の発光状態の信号光の位相が反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器。
請求項６において、
前記の強度変調された信号光は光源からの光を光強度変調器により変調した信号光であり、前記の光位相変調器と該光強度変調器を接続する光パスを介していることを特徴とする光位相変調器。
請求項６において、
前記の強度変調された信号光は直接変調された光源からの信号光であり、前記の光位相変調器と該光源を接続する光パスを介していることを特徴とする光位相変調器。
請求項６において、
前記の強度変調された信号光が非発光状態から発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器。
請求項６において、
前記の強度変調された信号光が発光状態から非発光状態に変化する場合に、該信号光の位相を反転するように位相変調することを特徴とする光位相変調器。