図1は、本発明の第1実施例として、4値光振� ��変調器100の構成を示す。
  入力光経路102から供給された入力光101は� �光分岐器103で第1光経路104-1、第2光経路104-2� �第3光経路104-3に分岐される。これらの光経� �のうち、第2光経路104-2と第3光経路104-3には� �それぞれ単相MZ型の2値光位相変調器105-1、105 -2が配置され、第1光経路104-1と第3光経路104-3� ��は、それぞれ光位相調整器106-1、106-2が設け てられている。

 2値光位相変調器105-1、105-2の変調信号入� �端子112-1、112-2には、それぞれ個別の2値電気 デジタル信号が印加されている。これらの電 気信号は、ビットレートが等しく、互いにビ ットタイミングが合致するように、信号遅延 量が調整されている。これによって、第2光� �路104-2と第3光経路104-3を通過する光には、そ れぞれ変調度πの2値位相変調が加えられる。

 光位相調整器106-1、106-2には、それぞれバ イアス端子113-1、113-2を介して、外部からバ� �アス信号を印加され、これによって、各光� �路から出力される光信号の位相状態が調整� �れる。本実施例では、上記バイアス信号に� �って、それぞれ光経路104-1、104-2、104-3を通� �した3つの光信号、すなわち、無変調光108と2 値位相変調信号107-1、107-2の位相が互いに完� �に一致する(位相差がゼロとなる)ように調整 される。

 位相が揃った状態で、上記光信号108、107- 1、107-2を光結合器109で相互干渉させることに よって、出力光経路110に出力される出力光111 に4値振幅変調を生じさせることができる。� �の時、光信号108、107-1、107-2は、電界振幅比� ��が「1:a:b」となっている。尚、各光信号の� �時光強度は、電界振幅の二乗となるため、� �時光強度の比率は「1:a^2:b^2」となる。

 図2を参照して、上記4値光振幅変調器100に� �ける4値光振幅変調の生成原理を説明する。
  図2(A)、(B)、(C)は、それぞれ無変調光108、2 値位相変調光107-1、2値位相変調光107-2の位相� ��配置を示している。これらの光信号は、そ� ��ぞれの光位相が互いに一致するように位相� ��整されている。基準位相をI軸とすると、無 変調光108の位相点は、図2(A)に示すように座� �(1,0)、2値位相変調光107-1の位相点は、図2(B)� �示すように(-a,0)または(a,0)、2値位相変調光10 7-2の位相点は、図2(C)に示すように(-b,0)また� �(b,0)となる。従って、これら3つの光信号を� �成(干渉)して得られる出力光111の位相点配置 は、(1-a-b,0)、(1-a+b,0)、(1+a-b,0)、または(1+a+b,0) の4点となる。

 ここで、振幅比a、bを0<b<a<1とする� ��、出力光111の位相点配置は、、図2(D)に黒丸 で示すように、I軸上の原点からの距離(電界� ��幅)が異なる4点となり、出力光信号111は、� �なる4つの強度レベル(1-a-b)^2、(1-a+b)^2、(1+a-b) ^2、(1+a+b)^2を持つ4値振幅変調光となる。

 光結合器109に入力される光信号は、無変� ��光108と、符号間干渉(位相点の拡がり)の無� �理想的な2値位相変調光107-1、107-2となってい るため、これらの光信号をベクトル加算して 得られる出力光信号(4値振幅変調光)111も、符 号間干渉が抑圧された理想的な波形となる。 また、出力光信号111は、全ての位相点がI軸� �に配置されているため、変調時に位相揺ら� �が発生しない。

 本実施例によれば、変調器100から出力さ� ��る4値振幅変調光の信号レベルは、上述した ように、電界振幅比a、bによって決まるため� ��これらの強度を適切に設定することにより� ��所望のレベル比の光信号を得ることができ� ��。例えば、a=2/3、b=1/3とすると、出力信号の 4つの強度レベルは、電界比で、下から順に0: 2/3:4/3:2=0:1:2:3となり、最低レベル(電界振幅1-a -b)の光強度を0として、各レベルの光電界の� �隔を一定にすることができる。

 このように電界を等間隔に配置すると、� ��レベルの光強度比は、0:1:4:9のように、二乗 ルールで上のレベルほど間隔が広がっていく 。光増幅器を用いた光伝送システムでは、光 増幅器からの雑音光が受信感度の制限要因と なるため、光強度レベルをこのように二乗ル ールに従って配置すると、受信感度の面で最 も理想的となる。

 本実施例で得られた4値強度変調光は、無 チャープであるため、これを利用して、光位 相変調を加えた多値振幅・位相変調光を生成 することが可能となる。この場合、最低レベ ルの光強度がゼロにならないように、例えば 、a=0.4,b=0.2とする。このとき、出力光信号の4 つのレベルは、電界比で下から順に0.4:0.8:1.2: 1.6=1:2:3:4となり、最低レベルを含めて、上述� ��た二乗ルールを実現できる。但し、下側の� ��イ開口が小さくなり過ぎると、受信特性が� ��化するため、実際の応用においては、光強� ��レベルが等間隔配置と二乗ルール配置との� ��間ぐらいになるように、レベル設定するの� ��望ましい。

 図3は、本実施例の変調方法で実験により生 成された4値強度変調光の信号波形を示して� �る。
  実験系は、図1と同じように、光信号を3つ に分岐した後に、第2、第3の光経路に、それ� ��れ単相MZ型光変調器を配置し、無変調光と� �単相MZ型光変調器を通過した2つの2値位相変� ��光を再び光結合する構成となっている。こ� ��らの部品は、略同一長さの光ファイバで結� ��され、単相MZ型光変調器に印加するデータ� �号のビットレートは、10Gbit/sとし、その振幅 は、理想的な振幅値2Vπのおよそ90%としてあ� �。また、干渉計で結合された3つの光経路に� ��、それぞれ光アッテネータを挿入し、3つの 光信号108、107-1、107-2の強度比を凡そ「1:-11.4d B:-16.5dB」とし、電界比で「1:0.26:0.15」とした� ��4値光信号の各レベルの強度比は、計算上で は、L0:L1:L2:L3=1:2.2:3.53:5.66となる。

 図3(A)が、実際に生成された4値強度変調� �のアイパターンを示す。電圧振幅の不足の� �め、ビットの前半などで、各レベルに多少� �拡がりが見られるものの、どのレベルも略� �一の太さの良好なアイ開口が得られており� �符号間干渉の抑圧効果が確認できる。

 図3(B)は、この4値強度変調光をパルス化� �た光波形、図3(C)は、従来の電気信号の合成� ��生成した4値光波形を示している。後者は、 符号間干渉による波形劣化のために、各光強 度レベルの幅が増大し、アイ開口幅が縮小し ているが、前者は、符号間干渉が抑圧されて 、各レベルの幅が十分狭くなっており、極め て良好なアイ開口が得られることが確認でき る。このように、本実施例によれば、符号間 干渉を抑圧した理想的な光強度変調波形を生 成することができる。

 本実施例は、実装において、各経路の光� ��号をコヒーレントに干渉させ、且つ、光位� ��雑音が光強度雑音に変換されることを防ぐ� ��めに、各光経路長の差をできるだけ短く(レ ーザ光源の線幅にもよるが、通常は数10cm以� �)保つ必要がある。また、3つの光信号を効率 よく干渉させるため、光信号の偏波状態を一 定に保つ必要である。これらの条件は、偏波 保持光ファイバ干渉系を用いて実現可能であ るが、装置をより小型化するためには、空間 光学系を用いた干渉系を使用し、複数の光部 品を集積化して導波路で結合する構成とすれ ばよい。

 図1に示した4値光振幅変調器100の構成は� �既に、LN結晶や半導体チップ上で集積化され ている図9に示した直交4値位相変調器と略同� ��規模の光回路であり、製品を実現上での問� ��はない。小型の集積回路構造とすることに� ��って、温度の変化等による干渉系の位相ず� ��を小さくし、安定に動作する光振幅変調器� ��実現できる。これは、後述する本発明によ� ��光多値振幅・位相変調器においても同様で� ��る。

 図1において、位相調整器106(106-1、106-2)は 、光信号の位相を波長以下のレベルで微調整 する部分であり、その機能は、電気光学効果 やシュタルク効果などを利用した光位相変調 器の採用、遅延線または光導波路の一部に高 屈折領域を設けたりレーザトリミング技術な ど、種々の手法で実現できる。また、本実施 例では、光経路104-1と104-3に位相調整器106を� �置しているが、結果的に3本の光経路の位相� ��を相対的に調整できればよいため、位相調� ��器106は、実施例とは異なった位置に配置し� ��もよい。

 尚、4値光振幅変調器100の製造時点で、例え ば、経路長の高精度管理、温度依存性の排除 技術などによって、3本の光経路に位相差が� �じない構造となっていれば、位相調整器106� �配置は不要となる。従って、位相調整器106� �、本実施例における必須の構成要件ではな� �。
  単相MZ型2値光位相変調器105の代わりに、� �来技術として説明した両相MZ型2値位相変調� �を適用してもよい。但し、後者は、2系統の� ��いに反転した2値電気デジタル信号を必要と しているため、これらのデジタル信号間で振 幅差が発生すると、前者に比較して、符号間 干渉の抑制効果が低下する可能性がある。

 本実施例では、4値振幅変調信号を生成し ているが、並列に配置される光経路の本数と 変調器の個数を増やすことによって、例えば 、8値、16値など、多値数の高い光振幅変調を 実現できる。電界振幅比a、bの値は、生成す� ��き光信号の位相点配置に応じて、広い範囲� ��変更可能であり、例えば、aとbの大小関係� �逆転したり、aとbの値を等しくてもよい。ま た、基準となる電界振幅の値を1より大きく� �ても構わない。

 これらの電界振幅比の大きさは、例えば� ��光分岐器103の分岐比、光結合器109の結合比� ��変えることによって、所望の値に設定でき� ��。電界振幅比の調整には、光経路104-1~104-3� �2値光変調器105-1~105-2、光位相調整部106-1~106-2 における損失差や、後述するように、光強度 調節に専用の光アッテネータや光増幅器を利 用してもよい。光経路にMZ型や電界吸収型な� ��の光変調器を配置し、電極に直流電圧を印� ��することによって光損失を制御する構造を� ��用してもよい。

 尚、本実施例の構成では、位相ずれが丁度� �となっても、符号間干渉の無い4値振幅変調� ��形を生成できるが、この場合、伝送される2 値デジタル信号の極性が反転するという問題 がある。
  しかしながら、このような符号反転は、� �信側で検出できるため、例えば、受信器側� �復号器に符号補正回路を設けることによっ� �、符号反転を自動的に補正することができ� �。別の方法として、送信器側に、4値光振幅� ��調器100で生成した光信号から符号反転を検� ��する光検出器を設けておき、符号反転を送� ��側で修正するようにしてもよい。

 符号反転の発生は、例えば、各光位相変� ��器に印加するバイアス信号に低周波のディ� ��リング信号を重畳しておき、出力光の一部� ��送信器内に設けた低速光受信器で受信して� ��ディザリング信号の位相を調べることによ� ��て検出するようにしてもよい。

 図13は、本発明の第2実施例として、自動位� ��調整機能を備えた4値光振幅変調器100Aを示� �。
  光結合器109に接続される各光経路の長さ� �、例えば、環境温度の変化や経年変化によ� �て変動すると、光結合器109から出力される� �多値強度変調波形のアイ開口の大きさが変� �し、伝送特性が劣化する。アイ開口が大き� �変化すると、デジタル信号の論理値が反転� �、信号伝送が不能となる可能性がある。こ� �場合、各位相点が位相方向にも変化し、波� �のチャープによる伝送劣化や、位相変調結� �にも大きな劣化が生じる可能性がある。

 第2実施例では、これらの現象を防止する ため、光結合器109の出力光111の一部を光経路 110-2を介して光検出器(PD)142に導き、出力光111 の振幅変調成分を電気信号に変換する。光検 出器142の出力信号は、高周波検出器143に入力 され、振幅を示す直流電気信号に変換される 。この信号は、A/D変換器144でディジタル信号 に変換した後、最大値制御部145に入力される 。

 最大値制御部145は、A/D変換器144の出力が� ��す振幅値が最大となるように、1対の制御信 号Vp1、Vp2を生成する。制御信号Vp1、Vp2は、そ れぞれD/A変換器146-1、146-2でアナログ信号に� �換した後、光位相調整器106-1、106-2のバイア� ��端子113-1、113-2に印加される。

 図14は、最大値制御部145が実行する制御ア� �ゴリズムを示すフローチャートである。
  最大値制御部145は、高周波検出器143で観� �される1つの検出信号に基いて、2つの光位相 調整器106-1、106-2を制御する必要があり、こ� �では、変数iの値を判定して(ステップ1401)、2 つ光位相調整器を時分割で制御している。

 すなわち、変数iが奇数の場合は、ステッ プ1402~1406からなる制御シーケンスで、光位相 調整器106-1の制御信号Vp1を調整し、変数iが偶 数の場合は、ステップ1412~1416からなる制御シ ーケンスで、光位相調整器106-2の制御信号Vp1� ��調整している。変数iの値は、各制御シーケ ンスの実行の都度、インクリメント(i=i+1)さ� �る。

 例えば、変数iが奇数の場合、制御信号Vp1 を一定値δVだけ増加して(1402)、高周波検出器 143の出力(A/D変換器144の出力)が増加したか否� ��を判定する(1403)。検出器出力が増加してい� ��ば、変数iをインクリメントして、他方の制 御シーケンスに移行する。逆に、検出器出力 が減少した場合は、制御信号Vp1を元の値から δVだけ減少させ(1404)、高周波検出器143の出力 が増加したか否かを判定する(1405)。検出器出 力が増加していれば、変数iをインクリメン� �して、他方の制御シーケンスに移行する。� �出器出力が減少した場合は、制御信号Vp1の� �を元に戻して(1406)、他方の制御シーケンス� �移行する。

 変数iが偶数の場合、ステップ1412~1416からな る制御シーケンスが実行される。ステップ141 2~1416は、制御信号がVp2に変わっただけで、ス テップ1402~1406と対応している。
  上記最大値制御によれば、例えば、各光� �路での光位相が温度変化によって変化した� �合でも、光強度変調成分が最大となるよう� �光位相調整器106-1、106-2の状態が自動的に調� ��されるため、4値光強度変調波形の劣化を最 小限に抑えられる。

 光位相調整器106-1、106-2の制御には、例え ば、最大傾斜法を利用した制御アルゴリズム のように、本例以外の他の制御アルゴリズム を適用してもよい。実施例では、1つの検出� �号に基いて、2つの制御信号Vp1とVp2を生成し� ��が、例えば、制御信号Vp1とVp2に周波数の異� ��るディザリングをかけておき、これらのデ� ��ザリング成分を別々に抽出することによっ� ��、独立した検出信号を得るようにしてもよ� ��。ここでは、2変数制御の例を示しているが 、光経路や変調器の個数を増加した場合でも 、同様の制御アルゴリズムを適用可能である 。

 上述した最大振幅制御に用いる光検出器1 42は、光信号の強度変調成分を或る程度受信� ��きれば十分であり、各変調器105に印加され� ��電気2値デジタル信号のビットレートよりも 帯域の狭い廉価な検出器を適用できる。その 理由は。通信に用いる2値デジタル信号のデ� �タパターンは略ランダムであり、電気2値デ� ��タル信号には、高周波から低周波までの広� ��周波数成分が含まれているためである。例� ��ば、図3の実験例では、帯域1.5GHz程度の光検 出器を用いて、図14のアルゴリズムによる自� ��制御を行い、問題なく動作することを確認� ��ている。

 光強度検出器142、高周波検出器143、A/D変� ��機144からなる回路部は、光信号の持つ振幅� ��調成分を抽出するためのものであり、他の� ��路構成に置き換え可能である。例えば、光� ��出器142の直後にDフリップフロップを設け、 出力電気信号を非同期でサンプリングするこ とによって、出力データの分布幅や最大・最 小レベルを調べ、これらが最大・最小となる ように制御してもよい。また、光スペクトル 成分を観測し、変調に対応したスペクトル成 分が最大となるように制御してもよい。

 本実施例では、結果的に出力光の振幅変� ��成分が最大にできればよいため、最大値制� ��部145の代わりに、例えば、最小値制御回路� ��、一定値制御回路など、他の機能回路が使� ��されてもよい。

 尚、図13では、光信号経路104-2、104-3に光� ��ッテネータ140-1、140-2を配置し、制御端子141 -1、141-2に外部から減衰量制御信号を与える� �とによって、光信号の振幅を調整できるよ� �にしている。光アッテネータ140-1、140-2での� ��幅減衰量は、光振幅変調器100を装備した送� ��器の出荷時に、所望の出力波形が得られる� ��うに調整し、最適減衰量に固定してもよい� ��、例えば、光結合器109の直前で各光経路の� ��信号の強度を観測し、それぞれの信号強度� ��常に所定値になるように減衰量を自動制御� ��るようにしてもよい。更には、光検出器142� ��、多値振幅変調光の強度レベルを直接観察� ��、それぞれの強度レベルが所定値になるよ� ��に光アッテネータ140-1、140-2をフィードバッ ク制御するようにしてもよい。

 上記光アッテネータによって、例えば、� ��造誤差や経時劣化によって、各光経路の信� ��強度が変動した場合でも、合成時の光振幅� ��を一定の値に維持し、所定の振幅比を持っ� ��多値振幅変調波形を得ることが可能となる� ��また、用途に応じて光信号の振幅を可変し� ��最適な多値振幅変調波形を得ることが可能� ��なる。

 図15は、本発明の第3実施例として、8値光 振幅・位相変調器(振幅2値、位相4値)200の構� �例を示す。本実施例では、本発明の基本的� �形態である2値光振幅変調器153が使用されて� ��る。

 半導体レーザ光源150から出力された無変� ��光151は、公知の直交4値光位相変調器(QPSK)133 に入力され、直交4値の位相変調光152-1に変換 される。直交4値位相変調光152-1は、2値光振� �変調器153に入力され、無チャープの2値振幅� ��調を受ける。2値光振幅変調器153の内部では 、入力された直交4値光位相変調光152-1が、第 1光経路104-1と第2光経路104-2に分岐される。第 1光経路104-1の入力光は、無変調のまま光結合 器109に入力される。一方、第2光経路104-2の入 力光は、単相MZ型2値光位相変調器105で2値位� �変調を受けた後、可変減衰器140、位相調整� �106によって振幅をa、位相差を0に調整した光 信号135となって、光結合器109に入力される。

 ここでは、理解を容易にするため、2値光 振幅変調器153への入力光152-1が無変調であっ� ��と仮定する。この場合の2値光振幅変調器153 の出力光を2値強度変調光111と呼ぶ。このと� �、第2光経路の出力光信号135は、2値の位相変 調光となり、位相ずれがなければ、その位相 点配置は、図16(A)に示す黒丸の2点(半径:a、位 相:0またはπ)となる。もし、光位相が所定値� ��りθだけずれた場合、位相点配置は、図16(A) に示す白丸の2点(半径:a、位相:θまたはπ+θ)� �なる。

 位相ずれが無い場合、第1光経路104-1を通� ��した振幅1の無変調光152-2と、第2光経路の出 力光信号135を光結合器109で合成すると、2値� �度変調光111の位相点は、図16(B)の左図に示す ように(1-a,0)、(1+a,0)の2点となる。このとき、 2値強度変調光111は、図16(B)の右図に示すよう に、符号間干渉が抑圧された理想的な2値振� �変調光となる。

 本実施例では、振幅比aによってスペース レベルL0の消光比を自由に設定可能であり、� ��えば、a=1のときは完全消光(L0=0)、a=0.5にす� �と消光比1/3となる。通常のMZ型光振幅変調器 を用いた場合、消光を劣化させるに伴ってス ペースレベルでの波形整形効果が失われてし まうが、本実施例では、符号間干渉を常に抑 圧した良好な波形を生成できる。

 図16(C)の左図は、位相ずれθがあった場合 の2値強度変調光111の位相点を示す。この場� �、2つの位相点は、白丸で示すように、(1,0)� �中心に角度θだけ回転してしまう。2値強度� �調光111の強度波形は、図16(C)の右図に示すよ うに、角度θの位相回転によって、内側の位� ��点(座標:「1-a,0」、強度:L0)が原点から遠ざ� �り、外側の位相点(座標:「1+a,0」、強度:L1)が 原点に近づく。その結果、それぞれの強度レ ベルが「L0’」、「L1’」となって、強度波� �の振幅が減少するため、この振幅を常に最� �に保つことによって、常に最適の2値光振幅� ��調波形を保つことができる。これが本発明� ��おいて光振幅変調波形の生成に用いる最大� ��制御の原理であり、この制御は2値を越える 振幅変調の際にも同様に適用できる。

 また、上記制御は、入力光152-1に他の変調� �例えば、図15に示したように、直交4値位相� �調が加えられていた場合にも有効となる。� �力光152-1が4値位相変調光の場合、位相ずれ� �無ければ、出力光157は、正しい8値振幅・位� ��変調となる。
  8値振幅・位相変調光の位相点配置は、図1 6(D)に8つの黒丸で示すように、放射状2重の同 心円配置(位相4値、振幅2値)となる。また、2� ��光振幅変調器153で位相ずれθがあった場合� �内側円上と外側円上の2個の位相点が対にな� ��て、位相点配置は、図10(B)に示した元の4値� ��相変調の位相点を中心にθだけ回転し、図16 (D)に白丸で示すような不完全な配置に遷移す る。この遷移によって、内側円上と外側円上 の位相点の距離が縮まり、振幅変調成分が小 さくなる。

 この場合、上述したように振幅変調成分� ��最大となるように制御すれば、位相ずれの� ��響を抑圧できる。上記最大値制御は、入力� ��に4値位相変調以外の他の複雑な変調が加え られていた場合でも有効であり、これによっ て常に良好な位相点配置を維持できる。

 図17は、本発明の第4実施例として、振幅2値 、位相2値に変調された4値光振幅・位相変調� ��154の構成例を示す。
  本実施例では、入力光101が、光分岐器103� �第1光経路104-1と第2光経路104-2に分岐されて� �る。第1、第2光経路104-1、104-2には、それぞ� �単相MZ型2値光位相変調器(BPSK)105-1、105-2と、� ��変光減衰器140-1、140-2とが配置されている。 第2光経路103-2には、更に、光位相調整器106が 配置され、第1、第2光経路から出力される2値 位相変調光107-1、107-2が、光結合器109で合成� �れている。また、光位相調整器106は、図13に 示した第2実施例と同様、最大値制御部145に� �って、制御されている。

 上記構成は、一見すると、図9に示した従 来の直交4値光位相変調器と類似している。� �かしながら、本実施例は、光結合器109が、� �1、第2光経路の出力光信号を位相差0で合成(� ��渉)し、この状態を維持するように光位相調 整器106が自動制御されている点で、従来の直 交4値光位相変調器と相違している。また、� �実施例は、光結合器109に入力される2つの光� ��号(2値位相変調光)の一方、この例では第2光 経路の光信号を可変減衰器140-2で意図的に減� ��することによって、光結合器109が2つの光信 号を異なった振幅比a:bで合成している点で、 従来の直交4値光位相変調器と相違している� �

 ここで、図18を参照して、4値振幅・位相変� ��の原理について説明する。
  第1光経路の2値位相変調光107-1の位相点配� ��は、図2(B)と同一であり、第2光経路の2値変� ��光107-2の位相点配置は、図18(A)の黒丸のよう になる。

 図18(A)で、白丸は、光信号の位相がθだけず れた場合の位相点を示している。
  ここで、振幅b<aと仮定すると、光信号10 7-1と107-2を合成して得られた光信号156の位相� ��は、座標(-a-b,0)、(-a+b,0)、(a-b,0)、(a+b,0)の4点 となる。

 これらの位相点は、図18(B)の左図に示す� �うに、実軸上に配置された振幅位相変調光(� ��幅は、a-b、a+bの2値、位相は、0またはπ)と� �る。図18(B)の右図は、上記振幅位相変調光の 強度波形であり、レベルL0が振幅a-bの位相点� ��対応し、レベルL1が振幅a+bの位相点に対応� �ている。

 図18(C)の左図は、光信号の位相がθだけず れた場合の位相点配置を示す。前述したよう に、位相ずれθ分だけ、各位相点が、元の2値 位相変調光107-1の位相点の周りに回転した形� ��なっている。この結果、強度波形は、図18(C )の右図に示すように、上側の開口が縮小す� �。従って、本実施例でも、出力波形の振幅� �調成分を高周波検出器143で検出し、これが� �大となるように、最大値制御回路145で光位� �調整器106を制御することによって、図18(B)に 示すように位相歪の無い最良の位相点配置を 維持することができる。

 本実施例では、比率a:bを調整することに� ��って、任意の消光比(L0/L1)を持った光多値振 幅・位相変調光156を生成できる。尚、ここで は、振幅値a、bを異なる値としたが、仮に、� ��来の直交4値光位相変調器のようにa=bであっ たと仮定すると、合成された出力光信号156の 位相点配置は、原点に近い2つの位相点が互� �に重なって、図18(D)に示すように3値になり� �所望の変調光が得られない。

 図19は、本発明の第5実施例として、3値の 光多値振幅・位相変調器の一種である光デュ オバイナリ変調器155の構成を示す。本実施例 では、第4実施例で振幅値がa=bの時に縮退し� �3点の位相点配置を積極的に利用している。� ��のため、ここに示した光デュオバイナリ変� ��器155の構成は、図17に示した4値光振幅・位� ��変調器154と類似している。本実施例では、� ��相MZ型2値光位相変調器105-1、105-2の変調信号 入力端子112-1、112-2に、デュオバイナリ符号� �161の出力D0、D1が供給されている。

 図20(A)は、光デュオバイナリ変調信号の� �相点配置を示す。これは、図18(D)に示した位 相点配置と一致している。光デュオバイナリ 変調信号は、光多値信号の位相、振幅の冗長 性を利用したパーシャルレスポンス符号であ り、データ信号入力端子160に入力された2値� �ジタル信号Dをデュオバイナリ符号器161で符� ��化することによって、単相MZ型2値光位相変� ��器105-1、105-2に供給すべき2値の電気デジタ� �信号D0、D1が生成される。

 図20(B)は、デュオバイナリ符号器161の符号� �規則を示している。ここで、nは、入力デー� ��のビット番号を示しており、第nビットのデ ジタル値をD(n)=0またはD(n)=1で表す。デュオバ イナリ符号DB(n)の符号化規則は、
       DB(n)=D(n)+D(n-1)
である。

 上記符号化規則から、DB(n)の値は、入力� �ジタル値D(n)、D(n-1)の組み合わせに対応して� ��図20(B)が示すように、0、1、2の3値となる。� ��れらの3つの状態は、図20(A)が示す3つの位相 点(-2a,0)、(0,0)、(2a,0)に順に割り当てることが できる。

 この場合、各位相点を生成するために単� ��MZ型2値位相変調器105-1、105-2に実際に印加す べきデジタル信号D0(n)、D1(n)の組み合わせは� �D(n)、D(n-1)の組み合わせから逆算して、D0(n)=D (n-1)、D1(n)=D(n)にすればよい。従って、デュオ バイナリ符号器161は、図20(C)に示すように、� ��力デジタルD(n)をそのままD1(n)として出力し� ��D(n)の1ビット遅延信号をD0(n)として出力する 構成にすればよい。

 本実施例は、4値光振幅・位相変調器の変 形(3値の光多値振幅・位相変調器)によって、 光デュオバイナリ信号162を生成できる。本実 施例によれば、従来技術のようにローパスフ ィルタ、電気信号の加算器のような特別なデ ュオバイナリエンコーダが不要になる。また 、図20(A)の右図に示すように、光波形が矩形� ��近くなるため、従来技術で生成される光デ� ��オバイナリ波形に比べて、受信感度の劣化� ��少ない。

 尚、光信号の波形が矩形に近づき過ぎる� ��、光信号のスペクトル帯域幅が拡がる可能� ��があるが、この問題は、変調信号入力線112� ��途中に帯域制限用の低域透過フィルタを配� ��するか、狭帯域光バンドパスフィルタで出� ��光信号から余分な帯域を削減することによ� ��て解消できる。

 図19の実施例では、2値デジタル信号から3 つの光位相点をもつ光デュオバイナリ波形を 生成したが、同一ルールで更に複雑な光デュ オバイナリ波形(例えば、振幅3値、位相点5値 )を生成することも可能である。従って、本� �施例によれば、より伝送効率の高い符号を� �用した通信が可能となる。

 図21は、本発明の第6実施例として、第1実 施例における光結合器109を複数のサブ光結合 器109-1、109-2に分割し、異なる光経路を通過� �た光信号をこれらのサブ光結合器で逐次に� �渉させ、各サブ光結合器の出力から抽出し� �個別の検出信号に基づいて、光位相調整器� �与える制御信号を生成するようにした多値� �振幅変調器100Bを示す。

 ここでは、第1実施例と同様、入力光を第 1、第2、第3の光経路104-1、104-2、104-3に分岐し 、第1、第3光経路104-1、104-3には光位相調整器 106-1、106-2を配置し、第2、第3光経路104-2、104- 3に単相MZ型2値位相変調器105-1、105-2を配置し� ��いる。第2、第3光経路は、第5実施例と同様� ��構成となっている。従って、第2、第3光経� �を結合するサブ光結合器109-2からは、消光度 の高い3値の振幅・位相変調光162が出力され� �。

 サブ光結合器109-2の出力光162は、サブ光� �合器109-1によって、第1光経路104-1の出力光と 合成され、多値光振幅変調器100Bの出力光165� �なる。尚、第1光経路104-1の出力光信号の振� �を1としたとき、第2、第3光経路104-2、104-3の� ��力光信号の振幅a、bは、可変減衰器141-1、141 -2によって、それぞれ0.5に調整され、光位相� ��互いに合致させてある。

 本実施例では、第2、第3光経路104-2、104-3� ��出力光をサブ光結合器109-2で合成する。サ� �光結合器109-2の出力光162は、図20(A)に示した� ��相点配置を持つ3値の振幅・位相変調光であ り、その一部が光検出器142-2に入力され、高� ��波検出器143-2、A/D変換器144-2、最大値制御部 145-2、D/A変換器146-2によって、位相調整器106-2 に印加すべきバイアス電圧Vp2に変換される。

 サブ光結合器109-2から出力された3値の振� ��・位相変調光162は、サブ光結合器109-1で、� �1光経路を通過した無変調光108と合成(干渉)� �れ、出力光165となる。出力光165の位相点配� �は、図22(A)の左図に示す黒丸のようになる。

 本実施例では、振幅a=0.5、b=0.5とすること によって、振幅最小の位相点を原点に合致さ せ、変調光の消光度を高めている。出力光165 の強度波形は、図22(A)の右図に示すように、� ��低レベルの強度L0が0となり、3つの信号レベ ルL0、L1、L2の間に、上下2つのアイ開口をも� �ている。

 出力光165の一部は、光検出器142-1に入力� �れ、高周波検出器143-1、A/D変換器144-1、最大� ��制御回路145-1、D/A変換器146-1によって、位相 調整器106-1に印加すべきバイアス電圧Vp1に変� ��される。

 本実施例では、サブ光結合器を多段に接� ��することによって、位相調整器106-1、106-2の 制御系を独立させている。この構成によれば 、各位相調整器が、個別の観測量(検出量)に� ��づいて制御されるため、位相ずれの制御精� ��が向上し、制御誤差の少ない、劣化の小さ� ��波形を生成することが可能となる。

 尚、図22(A)の左図に示した3つの位相点は、� ��来は、図18(B)に示すように、4個ある位相点� ��うちの2つの位相点が同じ位置に重なったも のであり、見かけ上で3値の光信号となって� �るに過ぎない。そこで、本実施例では、伝� �すべき3値の電気データ信号163を符号器164に� ��力し、この符号器164で、2つの単相MZ型光位� ��変調器105-1、105-2に入力すべき2値の電気デ� �タル信号D0とD1を生成している。符号器164は� ��図22(B)の真理値表に従って、真の3値光振幅� ��調信号を生成する。
  本実施例は、上述したように、光信号の� �相点の一部を互いに重ね合わせ縮退させ、� �号器によって適切な多値符号化を行うこと� �よって、2のべき乗に限らない任意の多値数� ��持った光多値信号伝送にも適用できる。

 次に、上記図21に示した変調器構成で、グ� �イ符号化を適用した4値の振幅多値信号を伝� ��する例について説明する。
  図21の回路構成において、第2、第3光経路� ��光信号振幅比がb<a<0となるように可変� �衰器140-1、140-2を調整すると、多値振幅・位� ��変調光156の位相点配置は、図23(A)に示すよ� �に、4値の振幅・位相変調光となる。これに� ��1光経路を通過した振幅1の無変調光108を加� �すると、生成された出力光165の位相点配置� �、図23(B)に示すように、4値の振幅変調光と� �る。

 上記出力光165は、4値の多値信号伝送に使 用可能であるが、このままでは、例えば、雑 音によって受信側で光信号の判定を誤り、隣 接する位相点を正しく判定できなかった場合 に、2ビット分の誤りが発生する可能性があ� �。この場合、符号器164としてグレイ符号器� �使用し、入力データを図23(C)に示す真理値表 に従ってグレイ符号に変換するとよい。グレ イ符号器を使用すると、2ビット単位の4値の� ��力信号163を、4つの位相点「1-a-b」、「1-a+b� �、「1+a-b」、「1+a+b」に割り当てることがで� ��、位相点(レベル)の判定ミスによって生じ� �ビット誤りを1ビットに制限することが可能� ��なる。入力信号のこのような符号化は、本� ��施例に限らず、本発明の他の実施例が示す� ��値振幅・位相変調に全般的に適用できる。

 図24は、本発明の第7実施例として、4値振幅 ・位相変調器を使用した16QAM光送信器201を示� ��。光16QAM信号は、位相と振幅を複雑に組み� �わせたものであり、本実施例では、中心4回� ��対称性を利用して16QAM信号を生成する。
  16QAM光送信器201は、半導体レーザ光源150と 、4値振幅・位相変調器171と、直交4値位相変� ��器(QPSK)133-2とからなる。

 半導体レーザ光源150から出力された無変調� ��151は、4値振幅・位相変調器171に入力され、 その出力光172が直交4値位相変調器(QPSK)133-2に 入力され、16QAM変調の光信号173として出力さ� ��る。
  4値振幅・位相変調器171に入力された無変� ��光151は、光分岐器103で第1、第2の光経路104-1 、104-2に分岐される。第1光経路104-1に分岐し� ��無変調光は、可変光減衰器140-1を通って、� �幅1の無変調光108となって光結合器109に入力� ��れる。第2光経路104-2に分岐した無変調光は� ��直交4値位相変調器(QPSK)133-1で4値位相変調光 に変換され、可変光減衰器140-1と光位相調整� ��106を通して、振幅aの4値位相変調光134とな� �て、光結合器109に入力さる。

 図25(A)は、無変調光108の位相点配置を示� �、図25(B)は、電界振幅をa=0.5とした場合の4値 位相変調光134の位相点配置を示している。光 結合器109で上記2つの光信号を同相で干渉さ� �ると、出力光172は、図25(C)に示すように、4� �振幅・位相変調光となる。また、この4値振� ��・位相変調光172に、直交4値位相変調器133-2� ��4値の直交位相変調をかけると、出力光173は 、図25(D)に示すように、16個の位相点が格子� �に配置された16QAM信号となる。

 このように、本発明の多値振幅・位相変� ��器171に位相変調器133-2を縦続接続すること� �よって、原点中心にN回の回転対称性を持つ� ��雑な位相点配置を生成することが可能とな� ��。尚、多値振幅・位相変調器171に縦続接続� ��れる位相変調器133-2として、例えば、従来� �で示した単相MZ型2値位相変調器、直交4値位� ��変調器、任意変調量の位相変調器のように� ��符号間干渉を抑圧した位相変調器を適用す� ��ことによって、符号間干渉を完全に抑圧し� ��理想的な多値変調光を生成することが可能� ��なる。

 図26は、上記第7実施例における出力光(第2� �光多値信号)173の生成原理の説明図である。
  図24において、位相調整器106で入力光信号 の位相をπ/2だけずらし、電界振幅をa=0.3程度 に設定すると、4値位相変調光134の位相点配� �は、図26(B)のようになる。4値位相変調光134� �図26(A)に示す位相点配置をもつ無変調光108と 干渉させると、光結合器109の出力光172の位相 点配置は、図26(C)に示すようにI軸に沿ってシ フトする。この出力光172に、直交4値位相変� �器133-2で4値の直交位相変調を加えると、直� �4値位相変調器133-2の出力光173の位相点配置� �、図26(D)のようになり、図25(D)とは異なった� ��相点配置となる。

 このように、本実施例では、光位相調整� ��106による位相のシフト量や、可変光減衰器1 40による減衰量を変えることによって、異な� ��位相点配置を持った光多値振幅・位相変調� ��を生成できるため、柔軟性のある光送信器� ��実現できる。

 図27は、本発明の第8実施例として、同心円� ��の位相点配置をもつ8値の光振幅・位相変調 信号157を生成する8値光振幅・位相変調器156� �構成を示す。
  8値光振幅・位相変調器156の左半分は、図9 に示した従来の直交位相変調器と類似してい るが、本実施例では、2値光位相変調器(BPSK)10 5-1、105-2から出力された2値位相変調光107-1、1 07-2が、図28(A)に示すように、位相を意図的に 一定値角度θだけずらして合成されている点� ��、従来例とは異なっている。この結果、出� ��光172は、振幅と位相の両方が変調された光� ��号となり、その位相点配置は、図28(B)に示� �ように、原点を中心とした菱形配置となる� �

 本実施例では、上記出力光172が、変調量� ��90度に設定された変調度可変の2値位相変調� ��(BPSK)130に入力される。この結果、BPSK130の出 力光157は、図28(C)に黒丸と白丸で表される8つ の位相点が同心円状に配置された8値の振幅� �相変調光(振幅2値、位相4値)となる。振幅変� ��の大きさは、合成角θを変えることによっ� �調整できる。

 本実施例のような8値位相変調光の生成は 、例えば、最初に、図17の構成によって、図1 8(B)に示す原点を中心に4つ位相点を全てI軸上 に配置した振幅・位相変調光を生成しておき 、次に、変調度可変の2値位相変調器で90度の 位相変調を加えるようにしてもよい。このよ うに、本発明の光振幅変調器や多値光振幅・ 位相変調器は、従来の位相変調器、特に符号 間干渉を抑圧する特性をもった位相変調器と 縦続接続することによって、符号間干渉を抑 圧した複雑な多値振幅・位相変調光の生成に 適用できる。

 尚、従来の多値位相変調器は、位相変調� ��しか生成できないため、本実施例のように� ��相変調器と縦続接続した場合でも、出力光� ��しては位相変調光しか得られず、本発明と� ��等の効果を得ることはできない。また、従� ��の光振幅変調器や多値光振幅・位相変調器� ��、本発明とは異なって、符号間干渉を完全� ��抑圧することができないため、これを従来� ��位相変調器と組み合わせたとしても、波形� ��劣化が大きく、不完全な多値信号しか生成� ��きない。

 図29は、本発明の第9実施例として、図24に� �した光送信器201を使用した可変多値光送信� �180を示す。
  図24と同様、レーザ光源150から出力された 無変調光151は、4値光振幅・位相変調器(MOD4)17 1に入力され、変調器171から出力された多値� �信号182が、後続の直交4値位相変調器(QPSK)133� ��入力され、光出力経路110に多値光信号183が� ��力される。可変多値光送信器180は、CPU181と� ��可変符号器186を備えており、CPU181が、通信� ��路187を介して外部からの受けた指令に応じ� ��、送信多値信号の位相点配置を変更する。

 具体的には、CPU181は、制御信号184-1、184-2 によって、4値光振幅・位相変調器171に内蔵� �れる可変光減衰器または位相調整器の設定� �を変更し、所望の位相点配置を生成する。� �記設定値の変更に伴って、CPU181は、可変符� �器186における電気データ信号188の符号化処� �が位相点配置に適合するように、符号切替� �号185によって可変符号器186の動作モードを� �更する。これによって、可変符号器186から� �適切に符号化処理されたデータ信号がデー� �信号入力端子160-1~4に供給される。

 図30は、第9実施例における位相点配置の変� ��例を示す。
  ここでは、CPU181は、図24に示した4値光振� �・位相変調器171の可変光減衰器141-2の設定を 変更することによって、直交4値位相変調光� �振幅aを変更している。a=0.5の場合、出力光18 3は、図30(A)に示す位相点配置をもった16QAM変� ��光となる。a=1.0に変更すると、出力光183は� �例えば、図30(B)に示すように、一部の位相点 が互いに重なって9つの位相点が格子状に配� �された9QAM変調光となる。逆に、a=0にすると� ��4値光振幅・位相変調器171の出力182が無変調 光となり、出力光183は、図30(C)に示す位相点� ��置をもった直交4値位相変調光となる。

 多値光信号は、多値数が少ないほど伝送� ��きる情報量は小さくなるが、反面、受信感� ��が高くなり、光ファイバの波長分散や非線� ��効果などの伝送劣化に強くなる。従って、� ��送路のSN比や伝送距離に応じて、最適の位� �点配置を選択することが望ましい。本実施� �によれば、例えば、伝送距離が長く、SNや波 形劣化が大きい場合は、4値位相変調を選択� �、伝送距離が短い区間では、例えば、16値位 相変調のように2倍の情報伝送が可能な位相� �配置を選択することが可能となる。

 図31は、本発明の第10実施例として、上記可 変多値光送信器180を適用した波長多重光伝送 装置190-1、190-2からなる波長多重光伝送系の� �成例を示す。
  光伝送装置190-1は、波長合波器192-1に接続� ��れた可変多値光送信器180-1~180-3と、波長分� �器195-2に接続された可変多値光受信器196-4~196 -6とを備え、光伝送装置190-2は、波長合波器19 2-2に接続された可変多値光送信器180-4~180-6と� ��波長分波器195-1に接続された可変多値光受� �器196-1~196-3を備えている。波長合波器192-1と� ��長分波器195-1、波長合波器192-2と波長分波器 195-2は、それぞれ上り下り2組の光ファイバ伝 送路194-1~194-2、および194-3~194-4によって、対� �接続されている。また各光ファイバ伝送路� �途中には、光信号の損失を補償する光増幅� �193-1~193-4が配置されている。

 各光ファイバ伝送路には、異なる3波長λ1 ~λ3、およびλ4~λ6がそれぞれ波長多重されて� ��る。各送信器180(180-1~180-3、180-4~180-6)の出力� ��は、波長合波器192-1または192-2で合波された 後、光ファイバ伝送路に入力され、対向する 波長多重伝送装置内で、波長分波器195-1また� ��195-2によって、波長毎に分離して可変多値� �受信器196(196-1~196-3、196-4~196-6)で受信される� �波長多重伝送装置190-1、190-2には、それぞれ� ��波長多重端局制御部191-1、191-2が設けられて いる。

 例えば、波長多重光伝送装置190-1(190-2)に� ��いて、光波長多重端局制御部191-1(191-2)は、� ��受信器196-4~196-6(196-1~196-3)の直後に設けられ� ��伝送品質抽出装置197-4~197-6(197-1~197-3)が出力� ��る伝送品質信号198によって、受信信号の品� ��劣化を監視する。監視結果は、破線で示す� ��信回線199を介して、対向する光波長多重端� ��制御部191-2(191-1)に通知される。光波長多重� ��局制御部191-2(191-1)は、上記監視結果に基い� ��、伝送品質劣化の少ない波長でデータ送信� ��の光送信器における多値数を増やすことに� ��って、より多くの情報伝送を可能にする。

 伝送品質抽出回路装置197としては、例え� ��、Q値や波形のモニタ、SNモニタなどの専用� ��検出回路、または伝送信号の誤り率算出部� ��どを利用してもよい。また、通信回線199は� ��光ファイバ伝送路とは別の通信回線であっ� ��もよいし、光ファイバ伝送路で通信される� ��信号のオーバーヘッド部や監視パケットを� ��いたインチャネル形式としてもよい。

 図32は、光波長多重端局制御部191(191-1、191-2 )の起動時に実行される多値数設定ルーチン� �フローチャート例を示す。
  制御部191は、全ての可変多値光送信器180� �多値数を最小状態にして(ステップ301)、通信 を開始する。その後、チャネル(可変多値光� �信器180)を特定するためのパラメータiを初期 値「1」に設定し、パラメータiの値がチャネ� ��数N(図31ではN=3)を超えたか否かを判定する(3 02)。iの値がNを超えた場合は、このルーチン� ��終了する。

 iの値がNを超えていなければ、制御部191� �、第iチャネルの送信器180-iの多値数を1ステ� ��プ増加し、対向伝送装置に対して第iチャネ ルの多値数の設定状態を通知する(303)。制御� ��191は、対向伝送装置が検出した伝送品質情� ��を受信すると(304)、伝送品質が十分か否か� �判定する(305)。伝送品質が十分であれば、制 御部191は、ステップ303と304を繰り返し、第i� �ャネルの伝送品質が許容限度を超えた時点� �、多値数の増加を停止する。この時、制御� �191は、第iチャネルの送信器180-iの多値数を� �送品質が許容限度を超える直前の値に戻し� �これを対向伝送装置に通知して(306)、パラメ ータiの値をインクリメントしてステップ302� �実行する。

 上記実施例では、波長多重伝送装置が、� ��送品質の検出機能と送信器の多値数変更機� ��を備える場合について示したが、同様の機� ��は、1対の可変多値光送信器と可変多値光受 信器からなる可変多値光トランスポンダに実 装することみできる。この場合、各トランス ポンダは、対向する可変多値光トランスポン ダとの間で、互いに伝送品質情報を交換しな がら、それぞれが最適な多値数をもつ変調器 を構成するようにすればよい。

 以上の複数の実施例から明らかなように� ��本発明では、複数光経路の出力光を同一位� ��、または、±π/2以外の任意位相角で干渉さ� ��ることによって、位相変調器を適用して、� ��幅変調光、または振幅と位相の両方が変調� ��れた3値以上の多値振幅・位相変調光を生成 できる。

 実施例で示したように、位相変調器とし� ��波形歪抑制型のものを適用した場合、位相� ��向の揺らぎを抑圧できるので、位相変調と� ��幅変調とを組み合わせて、多値数が大きく� ��伝送効率の高い多値光振幅・位相変調が可� ��になる。また、多値光強度変調の位相揺ら� ��(チャープ)と、位相方向の符号間干渉を抑� �することによって、光ファイバで光信号を� �送したときに生じる波長分散による波形劣� �を最小にとどめ、伝送距離を拡大できる。