专利名称：光调制装置和光调制方法
技术领域：
本发明涉及光调制装置和光调制方法。
背景技术：
现在，在高速·高密度波长多路光传送系统中，为了补偿光纤损失，实现长距离传送，在传送装置和中间中继器中设置光纤放大器。为了一面在接收侧保持适当的信噪比，一面加大中间中继器的间隔，需要使输入光纤的光功率增大。但是当增大输入光纤的光功率时，光纤的非线性光学效应将对传送特性给予很大的影响。特别是，在高密度波长多路传送中，XPM(Cross Phase Modulation(交叉相位调制)效应成为问题。XPM是当在光纤中传播波长不同的光信号时，由于色散引起群速度不同，只有很少时间同时在光纤中行进，相互之间发生相互作用，使波形恶化的效应。
现在人们正在对由于这种XPM引起的波形恶化进行研究。例如，M.Suyama等发表了与NRZ(Non Return to Zero(不归零))码比较，RZ(Return to Zero(归零))码一方由于XPM引起的恶化很少的报告(Optical Fiber Communiciation(OFC)1996 TechnicalDocument PD26-2)。如该报告所示的那样，我们看到在高速·高密度波长多路光传送系统中，为了用光纤放大器进行长距离传送，RZ码是适合的。
因此，我们采用NRZ/RZ变换器对数据信号和时钟信号进行NRZ/RZ变换，产生RZ码的输出信号，驱动电路将这个RZ码的输出信号作为驱动信号，驱动光强度调制器的光调制装置(日本专利申请公布号2001-147411)。在这种光调制装置中，光强度调制器用RZ码的驱动信号对从光源输入的光进行调制，将它调制成为RZ码的光信号。因为能够输出RZ码的光信号，所以这种已有的光调制装置作为解决XPM问题的对策是有效的。
但是，在已有的光调制装置中，光强度调制器，NRZ/RZ变换器，驱动电路，为了用RZ码进行工作，都需要具有宽频带。而且，这种宽频带的光强度调制器，为了工作，需要具有比窄频带的光强度调制器高的调制电压。进一步，驱动宽频带的光强度调制器的驱动电路也需要是高速的电路，它的输出振幅值也需要比驱动窄频带的光强度调制器的驱动电路大。即，需要高电压输出的驱动电路。可是，高速驱动电路具有使用的晶体管的尺寸小，耐压小的倾向。因此，要构成既高速又高电压输出的驱动电路在技术上是困难的。
所以，我们希望具有通过输出RZ码的光信号作为光传送信号，能够抑制XPM引起的恶化，并且相位调制器不需要具有宽频带的光调制装置和光调制方法。
发明内容
本发明发明的目的是提供通过输出RZ码的光信号作为光传送信号，能够抑制XPM引起的恶化，并且相位调制器不需要具有宽频带的光调制装置和光调制方法。
根据本发明的具体样态的光调制装置包含用NRZI码的驱动信号驱动光，进行相位调制的相位调制器，和对从该相位调制器输入的经过相位调制的NRZI码的光信号进行强度调制的强度调制器。而且，当NRZI码的光信号不变化时，使经过强度调制的光信号的输出成为消光状态那样地设定强度调制器的工作点。
这里，NRZI(Non Return to Zero Inverted(不归零反相))码是由生成多项式X+1表示的反馈移位寄存器生成的代码。又，RZ(Return to Zero(归零))码是通过送出比码的位时间长度短的脉冲，余下时间不送出脉冲，回到0状态的方式的代码。
如果根据这种光调制装置，则相位调制器通过用NRZI码的驱动信号驱动光，生成NRZI码的光信号，输入到强度调制器。而且，当输入的经过相位调制的NRZI码的光信号不变化时，强度调制器不输出经过强度调制的光信号，从强度调制器输出的光信号成为RZ码的光信号。因此，强度调制器能够输出RZ码的光信号作为输出到光传送路径的光信号，能够抑制XPM引起的恶化。进一步，因为相位调制器由NRZI码的驱动信号进行驱动，所以相位调制器要求的频带，根据Hyquist theorem(奈奎斯特定理)，可以是数据信号位速度的大致一半。因此，相位调制器不需要宽频带。
图1是表示根据本发明的第1实施形态的光调制装置的构成的方框图。
图2是表示根据本发明的第1实施形态的马赫-曾德干涉仪的构成的图。
图3是表示根据本发明的第1实施形态的马赫-曾德干涉仪的光透过率和光频率关系的曲线图。
图4是表示根据本发明的第1实施形态的NRZ/NRZI变换器的构成的图。
图5是表示根据本发明的第1实施形态的数据信号和输出信号的图。
图6是表示根据本发明的第1实施形态的相位调制器的驱动信号，相位调制器的光信号，第1光信号，第2光信号，第1光信号与第2光信号的相位差和马赫-曾德干涉仪的光信号的关系的图。
图7是表示根据本发明的第1实施形态的马赫-曾德干涉仪的光信号的频谱的曲线图。
图8是表示根据本发明的第1实施形态的眼形图的曲线图。
图9是表示根据本发明的第1实施形态的调制频带和眼开口度恶化的关系的曲线图。
图10是表示根据本发明的第2实施形态的光调制装置的构成的方框图。
图11是表示根据本发明的第2实施形态的马赫-曾德干涉仪的构成的图。
图12是表示根据本发明的第2实施形态的温度控制电路的构成的图。
图13是表示根据本发明的第3实施形态的光调制装置的构成的方框图。
图14是表示根据本发明的第4实施形态的光调制装置的构成的方框图。
具体实施例方式
下面，我们参照
本发明的实施形态。
(第1实施形态)图1是表示根据第1实施形态的光调制装置100的构成的方框图。光调制装置100包含光源101，相位调制器102，马赫-曾德干涉仪103，光带通滤波器104，NRZ/NRZI变换器105和驱动电路106。
光源101将输出光1输入到相位调制器102。光源101，例如，能够用以单纵模振荡的半导体激光器等。相位调制器102用NRZI码的驱动信号6驱动从光源101输入的光1，并进行相位调制。相位调制器102受到从驱动电路106输入到相位调制器102的驱动信号6的驱动，并进行相位调制。相位调制器102将经过相位调制得到的NRZI码的光信号7输入到马赫-曾德干涉仪103。
马赫-曾德干涉仪103是对从相位调制器102输入的经过相位调制的NRZI码的光信号7进行强度调制的强度调制器。马赫-曾德干涉仪103将从相位调制器102输入的光信号7分成第1光信号和第2光信号，将这个第1光信号和第2光信号合成起来进行输出。图2是表示马赫-曾德干涉仪103的构成的图。马赫-曾德干涉仪103包含方向性耦合器103a，方向性耦合器103b，光波导路径103c，光波导路径103d和相位调整器103f。
方向性耦合器103a将输入马赫-曾德干涉仪103的光信号7分到2条光波导路径103c，103d。即，方向性耦合器103a将光信号7分成进入光波导路径103c的第1光信号和进入光波导路径103d的第2光信号。在2条光波导路径103c，103d中，一条光波导路径103d比另一条光波导路径103c只长ΔL103e。
方向性耦合器103b将分到2条光波导路径103c，103d的第1光信号和第2光信号合成起来，输出光信号11。方向性耦合器103b，当输入方向性耦合器103b的来自2条光波导路径103c，103d的第1光信号和第2光信号的相位差为2kπ+π/2(k是整数)时，透过并输出光信号11，当相位差为2kπ-π/2(k是整数)时，截断光信号11，方向性耦合器103b的输出成为消光装状态。
令从光源101输入到马赫-曾德干涉仪103的光1的强度为A0，马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的光强度为A。马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的光强度为A能够由下列公式(1)表示。A=A01+COS(βΔL+Φ-π/2)2----(1)]]>在(1)式中，β＝(2×π×f×neff/C0)，f是光源101的频率，C0是光速，neff是光波导路径103c，103d的等效折射率。
又，在(1)式中，βΔL+Φ的值是输入方向性耦合器103b的来自2条光波导路径103c，103d的第1光信号和第2光信号的相位差。ΔL，如上所述，是为了使一条光波导路径103d的长度比另一条光波导路径103c的长度长而设定的。这里，理论上，来自2条光波导路径103c，103d的第1光信号和第2光信号的相位差表示为βΔL。但是这个ΔL实际上只能设定在数mm～数10mm量级，为了使相位差βΔL具有所要的值，不能够将ΔL预先设定在波长量级(微米单位)上。即，不能够在初期将ΔL设定在波长量级(微米单位)上。
因此，我们通过调整Φ的值，使从2条光波导路径103c，103d输出的第1光信号和第2光信号的相位差具有所要的值。结果，相位差，实际上如上所述，由βΔL+Φ表示。因此，Φ是表示由于不能够在初期将从2条光波导路径103c，103d输出的第1光信号和第2光信号的相位差ΔL设定在波长量级(微米单位)上而余留的相位的参数。
图3表示从驱动电路106输入相位调制器102的驱动相位调制器102的驱动信号6不输入相位调制器102的状态，即在来自光源101的光1原封不动地输入马赫-曾德干涉仪103的状态中马赫-曾德干涉仪103的光透过率与光频率的关系的曲线图。图3所示的曲线的纵轴表示根据(1)式求得的马赫-曾德干涉仪103的光透过率(A/A0)，横轴表示光1的频率。
图3是表示因为将来自光源101的光1原封不动地输入马赫-曾德干涉仪103，所以输入到马赫-曾德干涉仪103的光的光强度为A0，光透过率表示为A/A0。在图3中，光透过率成为最大的光频率值的间隔是马赫-曾德干涉仪103的Free Spectral Range(自由频谱范围)(以下称为“FSR”)。FSR能够从下列公式(2)的关系计算出来，并能够表示为公式(3)。2πneff(f+FSR)ΔLC0-2πnefffΔLC0=2π----(2)]]>FSR=C0neffΔL----(3)]]>相位调整器103f对来自输入到方向性耦合器103b的2条光波导路径103c，103d的第1光信号和第2光信号的相位差进行调整。相位差的调整是当NRZI码的光信号7不变化时，使输出成为消光状态那样地设定马赫-曾德干涉仪103的工作点。如上所述，方向性耦合器103b，当来自2条光波导路径103c，103d的的第1光信号和第2光信号的相位差为2kπ+π/2(k是整数)时，透过并输出光信号11，当相位差为2kπ-π/2(k是整数)时，截断光信号11，方向性耦合器103b的输出成为消光状态。因此，相位调整器103f，当NRZI码的光信号7不变化时，使相位差成为2kπ-π/2(k是整数)那样地调整相位差。
又，如上所述，将相位差表示为βΔL+φ，预先设定ΔL。因此，相位调整器103f通过调整φ，进行相位差的调整。相位调整器103f，例如，能够用加热器等，设置在光波导路径103d的途中。而且，作为这个相位调整器103f的加热器能够通过调节光波导路径103d的温度，使光波导路径103d的长度伸缩，调整Φ，进行相位差的调整。
因为输入光调制装置100的数据信号2是NRZ码，所以NRZ/NRZI变换器105是将这个NRZ码的数据信号2变换成NRZI码的输出信号5的电路。这里，NRZ(Non Return to Zero)码是在这个时间长度间隔内一直不断输出脉冲，不回到电压0的方式的代码。NRZ/NRZI变换器105将输入NRZ/NRZI变换器105的时钟信号3用于代码变换。
图4是表示NRZ/NRZI变换器105的构成的图。NRZ/NRZI变换器105包含Exclusive-OR(异-或)电路(以下称为“EX-OR”电路)105a和1位延迟电路105b。1位延迟电路105b使NRZ/NRZI变换器105输出的输出信号5延迟1位。1位延迟电路105b例如能够由将时钟信号3用作定时信号的触发器电路构成。又，在本实施形态中，1位延迟电路105b的初值为0。1位延迟电路105b将使NRZ/NRZI变换器105输出的输出信号5延迟1位的1位延迟信号4输入到EX-OR电路105a。
EX-OR电路105a计算输入光调制装置100的数据信号2和1位延迟电路105b使NRZ/NRZI变换器105输出的输出信号5延迟1位的1位延迟信号4的“异”。计算结果成为NRZ/NRZI变换器105的输出信号5。EX-OR电路105a输出数据信号2和1位延信号4的值相同时的“0”，不同时的“1”作为计算结果。又，如上所述，因为1位迟电路105b的初值为“0”，所以EX-OR电路105a计算最初时(还没有输出输出信号5时)初值“0”和数据信号2的“异”。
图5是表示输入到NRZ/NRZI变换器105的数据信号2和NRZ/NRZI变换器105输出的输出信号5的图。在本实施形态中，用“01011001”的位列作为数据信号2。当将这个数据信号2输入NRZ/NRZI变换器105时，作为输出信号5，得到NRZI码的“01101110”位列。令输入NRZ/NRZI变换器105的数据信号2的位列为x(n)和从NRZ/NRZI变换器105输出的输出信号5的位列为y(n)，NRZ/NRZI变换器105进行的计算由公式(4)表示。
y(n)＝[y(n-1)+x(n)](4)(4)式的计算是由mod2的计算进行的。mod2的计算是按照0+0＝1，1+0＝1，0+1＝1，1+1＝0的计算。
从驱动电路106输出的驱动信号6驱动相位调制器102。驱动电路106是从NRZ/NRZI变换器105输入的电信号，即是放大NRZI码的输出信号5的电路。驱动电路106用放大了输出信号5的NRZI码的驱动信号6驱动相位调制器102。如上所述，由驱动信号6驱动的相位调制器102对从光源101输入的光1进行调制，输出光信号7。通过相位调制器102调制得到的光信号7能够由下列公式(5)表示。A0cos(2πft+πVVπ+φ0)----(5)]]>在(5)式中，V是相位调制器102的驱动电压，Vπ是相位调制器102的半波长电压，φ0是初相位，t是时间。又，驱动电路106不一定需要输出直到最大的Vπ。
这样，相位调制器102由NRZI码的驱动信号6驱动。又，驱动相位调制器102的驱动电路106也放大NRZI码的输出信号5，NRZ/NRZI变换器105也输出NRZI码的输出信号5。因此，将相位调制器102，驱动电路106和NRZ/NRZI变换器105耦合起来所要求的综合频带，根据奈奎斯特频率的考虑(奈奎斯特定理)，当数据信号2的位速度为B(b/s)时，最好为B/2(Hz)。例如，为了得到40Gbit/sec的位速度的RZ码的光信号11，要求相位调制器102的频带最好在20GHz左右。
因此，相位调制器102不需要具有宽频带，不需要高的调制电压。进一步，由于相位调制器102不需要具有宽频带，结果作为驱动相位调制器102的驱动电路106也不需要高速，高电压输出。因此，在构成高速并且高电压输出的驱动电路时，也不会发生由于耐压关系引起困难那样的问题。
其次，我们用图6说明驱动电路106，相位调制器102和马赫-曾德干涉仪103对从光源101输入的光1进行调制的方法。图6是说明驱动电路106驱动相位调制器102的驱动信号6，相位调制器102输出的经过相位调制的光信号7的相位状态，马赫-曾德干涉仪103内部的2条光波导路径103c，103d输入方向性耦合器103b前的第1光信号8，第2光信号9，即光波导路径103c，103d输出的第1光信号8，第2光信号9的相位状态，第1光信号与第2光信号的相位差10，和马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的光强度的关系。
又，在用图6的说明中，为了使说明简单起见，将马赫-曾德干涉仪103的FSR设定在输入NRZ/NRZI变换器105的数据信号2的1位时隙T的倒数1/T上。又，令驱动相位调制器102的驱动信号6的波形为三角波形。进一步，使相位调制器102输出光信号7的时间与马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的时间之差为0。即，如图6所示，光信号7和光信号11是在同一个时隙中输出的。实际上，光信号7具有与传送到马赫-曾德干涉仪103的时间相当的延迟，如图6所示，不在同一个时隙中。此外，NRZ/NRZI变换器105输出的输出信号5的位列用图5所示的“01101110”。
图6所示的驱动信号6的波形是驱动相位调制器102的信号波形。驱动信号6是放大输出信号5的NRZI码的电信号。如上所述，假定驱动信号6的波形为三角波形，电压锯齿状地变化。即，从码“0”到码“1”的电压波形直线状上升，从码“1”到码“0”的电压波形直线状下降。这里，令“0”是电压0，“1”是相位调制器102的半波长电压Vπ。
图6所示的光信号7的波形为相位调制器102输出的经过相位调制的的光信号7的相位状态的波形。这个光信号7的波形是通过由图6所示的驱动信号6驱动从光源101输入相位调制器102的光1得到的。这个波形显示由上述(5)式表示的光信号7的相位状态。这里，为了说明方便起见，假定(5)式中的初相位φ0为0。光信号7的相位，如图6所示，正弦波状地从相位0迁移到π，或从π迁移到0。
图6所示的第1光信号8，第2光信号9的波形分别为表示马赫-曾德干涉仪103的2条光波导路径103c，103d输出的第1光信号8，第2光信号9的相位状态的波形。第1光信号8，第2光信号9是通过分离从相位调制器102输入的图6所示的光信号7得到的。如图6所示，光波导路径103d输出的第2光信号9，与波光波导路径103c输出的第1光信号8比较，延迟1个时隙。即，光波导路径103d输出的第2光信号9，与波光波导路径103c输出的第1光信号8比较，延迟相当于1个位。
又，波光波导路径103c输出的第1光信号8的相位状态与光信号7的相位状态相同，在相位0到π之间变化。另一方面，光波导路径103d输出的第2光信号9的相位状态，如图6所示，在π/2到3π/2之间变化。这是因为为了使光波导路径103d输出的第2光信号9的相位在π/2到3π/2之间变化，相位调整器103f调整上述的φ值。这样，为了使第1光信号8的相位在相位0到π之间变化与光信号7的相位状态相同，并且第2光信号9的相位在π/2到3π/2之间变化，调整Φ值，对第1光信号8与第2光信号9的相位差进行调整。又，假定马赫-曾德干涉仪103的光波导路径103d输出的第2光信号9的第1位的相位为π/2。
图6所示的光信号的相位差10是光波导路径103c输出的第1光信号8与光波导路径103d输出的第2光信号9的相位差。即，是表示在马赫-曾德干涉仪103的方向性耦合器103b输入的来自2条光波导路径103c，103d的第1光信号8与第2光信号9的相位差的波形。如图6所示，相位差10取以-π/2为中心，从+π/2到-3π/2的值。又，如上所述，由于第1光信号8的相位在0到π之间变化，第2光信号9的相位在π/2到3π/2之间变化，第2光信号9与第1光信号8比较，具有与1位相当的延迟，当NRZI码的光信号7不变化时，使第1光信号8与第2光信号9的相位差10成为-π/2那样地调整第1光信号8与第2光信号9的相位差10。即，当NRZI码的光信号7不变化时，例如“1”继续连续时，使相位差10成为-π/2那样地进行调整。
图6所示的光信号11的波形是表示马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的光强度的波形。马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的光强度能够从(1)式导出。结果，当第1光信号8与第2光信号9的相位差10为-π/2时，截断马赫-曾德干涉仪103的光信号11，光信号11的输出成为0(消光状态)。又，当相位差10为+π/2或-3π/2时，马赫-曾德干涉仪103透过光信号11，光信号11的输出成为1(输出状态)。因此，马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的波形成为图6所示的波形。
这里，我们比较相位调制器102输入马赫-曾德干涉仪103的NRZI码的光信号7和马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11。当NRZI码的光信号7不变化时，例如“1”继续连续时，光信号11的输出成为“0”，成为消光状态。另一方面，当光信号7变化时，即，从“0”到“1”，或从“1”到“0”变化时，光信号11的输出成为“1”，成为输出状态。
这样，当NRZI码的光信号7不变化时，通过使第1光信号8与第2光信号9的相位差10成为-π/2那样地调整相位差10，当NRZI码的光信号7不变化时，能够使马赫-曾德干涉仪103输出成为消光状态那样地设定马赫-曾德干涉仪103的工作点。这样，马赫-曾德干涉仪103在光波导路径103d中设置相位调整器103f，通过调整相位差10，能够容易地设定工作点。
又，马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的第1位，即，光信号11的位列的前头成为“0”是由于假定马赫-曾德干涉仪103的光波导路径103d输出的第2光信号9的相位为π/2。但是，马赫-曾德干涉仪103的光波导路径103d输出的第2光信号9比光波导路径103c输出的第1光信号8延迟1位。因此，光信号9的第1位不仅有是π/2的情形，而且也有是3π/2的情形。在这些情形中，马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的第1位成为“1”。
这样，当NRZI码的光信号7不变化时，使马赫-曾德干涉仪103输出成为消光状态那样地设定马赫-曾德干涉仪103的工作点，结果，马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的波形，如图6所示，成为RZ码，位列成为“01011001”。这个位列与通过图5所示的NRZ/NRZI变换器105变换代码前的NRZ码的数据信号2的位列相同。即，如果根据光调制装置100，则从输入光调制装置100的NRZ码的数据信号2，不使这个数据信号2的位列变化，照样能够得到只将代码作为RZ码的光信号11。结果，光调制装置100，因为能够输出RZ码的光信号11，所以能够抑制XPM引起的恶化。
又，在用图6的说明中，为了使说明简单起见，马赫-曾德干涉仪103将FSR设定在输入NRZ/NRZI变换器105的数据信号2的1位时隙T的倒数1/T上，使第2光信号9与第1光信号8比较受到与1位相当的延迟。但是，第2光信号9的来自第1光信号8的延迟，如果在1位以下，则不限于1位。
马赫-曾德干涉仪103，比较第2光信号9与第1光信号8，当受到与不到1位相当的延迟时，与受到与1位相当的延迟的情形比较，能够使输出的光信号11的干涉噪声变小。
其次，马赫-曾德干涉仪103将输出的光信号11输入光带通滤波器104。光带通滤波器104使从马赫-曾德干涉仪103输入的光信号11的频谱狭窄。其次通过在马赫-曾德干涉仪103中插入光带通滤波器104，能够压缩光信号11的波长，能够极大地减小由于光纤的色散产生的影响。又，当将光调制装置100用作波长多路系统的光调制装置时，光带通滤波器104能够防止对邻接的波长信道的影响。作为光带通滤波器104，能够用电介质多层膜滤波器和光纤布拉格光栅型滤波器，旋转式光栅型滤波器，法布里-珀罗干涉型滤波器等。
又，当将光调制装置100用作波长多路系统的光调制装置时，也可以将进行波长多路的多路复用器(以下称为“MUX”)用作光带通滤波器104。因为进行波长多路的MUX具有带通滤波器的特性，所以能够利用它。如果这样做，则能够将马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11直接输入进行波长多路的MUX，光调制装置100不需要设置带通滤波器。
下面，我们说明本发明者们进行的模拟。
(模拟1)我们进行在光调制装置100中输入NRZ码的64位的位列“1010010010101010000100101101110010001010111010111110011011010010”作为数据信号2的模拟。作为模拟的参数，将NRZ码的数据信号2的位速度设定为40Gbit/sec，将相位调制器102的调制度设定为50％(直到Vπ/2的驱动)，将马赫-曾德干涉仪103的FSR设定在40GHz。图7是表示作为这个模拟结果的马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11的频谱的曲线图。又，图7所示的曲线的纵轴表示光信号11的输出(dBm)，横轴表示光频率(GHz)，横轴的中心值0表示193.4THz。
如图7所示，在马赫-曾德干涉仪103输出的，输入到光带通滤波器104的光信号11的频谱中，存在着上频带和下频带。又，光信号11能够抑制光载波。这样，如果用光调制装置100，则能够得到抑制了光载波的RZ码的光信号11。将这种能够得到抑制光载波的RZ码的光信号的调制方式称为CS-RZ(Carrier Suppressed Return to Zero(抑制载波归零))调制方式。如果用CS-RZ调制方式，则即便在输入光纤的光功率高的情形中，也能够得到使由非线性光学效应引起的接收灵敏度恶化小的效果。
又，作为CS-RZ调制方式的光调制装置，至今，都是串联连接2个马赫-曾德型强度调制器的装置。在这些已有的装置中，首先，从前段的马赫-曾德型强度调制器得到NRZ码的光信号。其次，在已有的装置中，用数据信号的位速度的一半的频率的时钟信号驱动后段的马赫-曾德型强度调制器。这时，在已有的装置中，当驱动电压0时不输出光信号那样地设定马赫-曾德型强度调制器的工作点。而且，在已有的装置中，通过用马赫-曾德型强度调制器的光透过特性成为2次函数的部分，驱动后段的马赫-曾德型强度调制器，得到抑制光载波的RZ码的光信号。但是，在已有的装置中，因为2个马赫-曾德型强度调制器之间的相位必须严格一致，需要2个马赫-曾德型强度调制器，所以构成变得复杂。与此相反，如果用光调制装置100，则通过将相位调制器102和马赫-曾德干涉仪103组合起来的简单构成，就能够实现CS-RZ调制方式。而且，光调制装置100，即便当输入光纤的光功率高时，也能够容易地得到使由非线性光学效应引起的接收灵敏度恶化小的效果。
(模拟2)其次，我们用超高斯型4次滤波器作为带通滤波器104，将从光带通滤波器104输出的光信号变换成电信号，进行显示眼形图的模拟。此外，将超高斯型4次滤波器的半值全宽度设定在80GHz.。又，超高斯型4次滤波器，通过使光带通滤波器104的中心频率与光源101的振荡波长大致一致，使从光源101输出的光1的频率大致一致，使调制频谱的两个边带都能通过。图8是表示作为本模拟结果的眼形图的曲线图。又，如图8所示的曲线的纵轴是任意轴，横轴是时间(ps)。
如图8所示，如果根据光调制装置100，即便由于光带通滤波器104使频谱狭窄，也能够得到正常的眼形图，能够大致得到RZ码的电信号。又，通过使光带通滤波器104的中心频率与从光源101输出的光1的频率大致一致，使调制频谱的两个边带(上边带和下边带)都能通过，光调制装置100能够进行Double Side Band(双边带)方式(以下称为“DSB方式”)的调制。DSB方式的调制具有容易解调的优点。
(模拟3)其次，我们比较用NRZ/RZ变换器，通过用RZ码工作的驱动电路，光强度调制器，由直接得到RZ码的光信号的已有的光调制装置进行的光调制方法，和根据用NRZ/NRZI变换器105，驱动电路106，相位调制器102，马赫-曾德干涉仪103，得到RZ码的光信号11的本实施形态的光调制装置100进行的光调制方法所要求的频带。为此，我们对已有的光调制装置的光强度调制器及其驱动电路的综合调制频带(综合频带)与在接收器的眼开口度的关系，和本实施形态的相位调制器102及其驱动电路106的综合调制频带(综合频带)与在接收器的眼开口度的关系进行模拟。
图9是表示作为模拟结果的调制频带与眼开口度恶化的关系的曲线图。在如图9所示的曲线中，横轴是通过将综合调制频带(降低3dB的频率)f除以数据信号2的位速度B进行归一化得到的归一化调制频带f/B。又，纵轴是以当f/B＝1时的接收器的眼开口度为基准(0dB)，表示离开该基准的眼开口度的恶化。又，眼开口度是输出波形的最大值和最小值之差的值与眼型图的眼开口的最大值之比。
如图9所示，在用根据本实施形态的光调制装置100用的光调制方法中，相位调制器102及其驱动电路106的综合调制频带(降低3dB的频率)最好是数据信号2的位速度的大致一半的频率。另一方面，在用已有的光调制装置的已有光调制方法中，综合调制频带(降低3dB的频率)需要大致是数据信号2的位速度频率。
(第2实施形态)图10是表示根据本发明的第2实施形态的光调制装置200的构成的方框图。光调制装置200包含光源201，相位调制器202，马赫-曾德干涉仪203，光带通滤波器204，NRZ/NRZI变换器205，驱动电路206，O/E变换器207和温度控制电路208。因为在图10中，光源201，相位调制器202，光带通滤波器204，NRZ/NRZI变换器205，驱动电路206与图1所示的光源101，相位调制器102，光带通滤波器104，NRZ/NRZI变换器105，驱动电路106实质上是相同的，所以这里省略对它们的说明。
图11是表示马赫-曾德干涉仪203的构成的图。马赫-曾德干涉仪203包含方向性耦合器203a，方向性耦合器203b，光波导路径203c，光波导路径203d，第1输出端口203f，和第2输出端口203g。因为方向性耦合器203a，光波导路径203c与图2所示的马赫-曾德干涉仪103的方向性耦合器203a，光波导路径203c实质上是相同的，所以这里省略对它们的说明。
设定光波导路径203d的长度只比其它的光波导路径203c的长度长ΔL203e。方向性耦合器203b与第1输出端口203f和第2输出端口203g连接，将光信号输入这两个端口。方向性耦合器203b将分离到2条光波导路径203c，203d的第1光信号8和第2光信号9合成起来，将合成的光信号11输入第1输出端口203f。又，方向性耦合器203b将与输入到第1输出端口203f的光信号11具有相辅关系的光信号12输入到第2输出端口203g。
第1输出端口203f输出将分离到2条光波导路径203c，203d的第1光信号8和第2光信号9合成起来得到的光信号11。光信号11与图12所示的马赫-曾德干涉仪103输出的光信号11相同，它的位列成为“01011001”。第2输出端口203g输出与第1输出端口203f输出的光信号11具有相辅关系的光信号12。光信号12与光信号11形成相辅关系。又，光信号12为了控制马赫-曾德干涉仪103的温度，利用温度控制电路208。
又，第1输出端口203f输出的光信号11与第2输出端口203g输出的光信号12的功率和总是恒定的。第1输出端口203f将光信号11输入光带通滤波器204。第2输出端口203g将光信号12输入O/E变换器207。这样，马赫-曾德干涉仪203，由于备有第1输出端口203f和第2输出端口203g，能够从第1输出端口203f输出光信号11，从第2输出端口203g输出用于马赫-曾德干涉仪203的温度控制的光信号12。O/E变换器207将从第2输出端口输入的光信号12变换成电信号13。O/E变换器207将变换后的电信号13输入温度控制电路208。
温度控制电路208利用电信号13生成温度控制信号16。温度控制电路208通过将温度控制信号16输入马赫-曾德干涉仪203，对马赫-曾德干涉仪203全体的温度进行控制。温度控制电路208通过对马赫-曾德干涉仪203的温度进行控制，能够调整上述的Φ。如上所述，来自2条光波导路径203c，203d的第1光信号8和第2光信号9的相位差10表示为βΔL+Φ，ΔL是预先设定的。因此，温度控制电路208是通过对马赫-曾德干涉仪203的温度进行控制，调整Φ，对相位差10进行调整的温度控制器。
温度控制电路208，调整相位差10，当NRZI码的光信号7不变化时，使第1输出端口203f输出的光信号11的输出成为消光状态那样地设定马赫-曾德干涉仪203的工作点。如上所述，方向性耦合器203b，当来自2条光波导路径203c，203d的第1光信号8和第2光信号9的相位差为2kπ+π/2(k是整数)时，透过光信号11并将光信号11输出到第1输出端口203f，当相位差为2kπ-π/2(k是整数)时，截断光信号11，第1输出端口203f的输出成为消光状态。
因此，温度控制电路208，当NRZI码的光信号7不变化时，使相位差成为2kπ-π/2(k是整数)那样地，控制马赫-曾德干涉仪203的温度，调整Φ。这样，通过设置温度控制电路208，调整相位差10，当NRZI码的光信号7不变化时，使第1输出端口203f输出的光信号11的输出成为消光状态那样地能够容易地设定马赫-曾德干涉仪203的工作点。
又，温度控制电路208，控制马赫-曾德干涉仪203的温度，调整Φ，当NRZI码的光信号7不变化时，使成为消光状态那样地调整相位差10，使第2输出端口203g输出的光信号12的光强度成为最大。因此，温度控制电路208通过使第2输出端口203g输出的光信号12的光强度成为最大那样地，控制马赫-曾德干涉仪203的温度，当NRZI码的光信号7不变化时，使相位差10成为-π/2，成为消光状态那样地，能够设定马赫-曾德干涉仪203的工作点。
这样，通过使马赫-曾德干涉仪203的第1输出端口203f，当经过相位调制的NRZI码的光信号7不变化时，不输出光信号11那样地，使第1输出端口203f输出的光信号11成为RZ码的光信号11。因此，马赫-曾德干涉仪203能够输出RZ码的光信号11作为光传送信号，能够抑制XPM引起的恶化。又，通过将相位调制器202和马赫-曾德干涉仪203组合起来的简单构成，能够实现CS-RZ调制方式，能够得到抑制光载波的RZ码的光信号11。进一步，因为相位调制器202是由NRZI码的驱动信号驱动的，所以不需要具有宽频带，不需要高的调制电压，作为驱动电路206，不需要高速，高电压输出的驱动电路。
图12是表示温度控制电路208的构成的图。如图12所示，温度控制电路208包含相位比较器208a和Dither信号发生器208b。Dither信号发生器208b产生低频Dither信号14。Dither信号发生器208b将产生Dither信号14输入相位比较器208a。又，Dither信号发生器208b将产生的低频Dither信号14重叠在相位比较器208a输出的相位比较输出信号15上。相位比较器208a从O/E变换器207，输入变换得到的电信号13，从Dither信号发生器208b，输入低频Dither信号14。
相位比较器208a进行电信号13和低频Dither信号14的换算，输出这个换算结果作为相位比较输出信号15。而且，通过将Dither信号发生器208b产生的低频Dither信号14重叠在相位比较器208a输出的相位比较输出信号15上，产生马赫-曾德干涉仪203的温度控制信号16。这样，温度控制电路208利用由O/E变换器207将光信号12变换成的电信号13生成温度控制信号16。而且，温度控制电路208通过将温度控制信号16输入马赫-曾德干涉仪203，能够对马赫-曾德干涉仪203的温度进行控制。
又，在图11所示的马赫-曾德干涉仪203的光波导路径203d中，没有图2所示的相位调整器，温度控制电路208将马赫-曾德干涉仪203全体的温度作为控制对象。但是，在马赫-曾德干涉仪203的内部设置相位调整器，温度控制电路208也可以将相位调整器作为控制对象。例如，与图2相同，马赫-曾德干涉仪203在光波导路径203d中设置加热器作为相位调整器，温度控制电路208也可以将这个加热器的温度作为控制对象。
又，在光调制装置200中，设置包含第1输出端口203f和第2输出端口203g的马赫-曾德干涉仪203，温度控制电路208利用第2输出端口203g输出的光信号12进行温度控制。但是，光调制装置200用包含第2输出端口203g的马赫-曾德干涉仪203，温度控制电路208也可以通过不利用光信号12的方法进行温度控制。又，光调制装置200也可以用温度控制电路208以外的温度控制电器，控制马赫-曾德干涉仪203的温度。
(第3实施形态)图13是表示根据本发明的第3实施形态的光调制装置300的构成的方框图。光调制装置300包含光源301，相位调制器302，马赫-曾德干涉仪303，光带通滤波器304，NRZ/NRZI变换器305，驱动电路306，O/E变换器307和温度控制电路308。因为在图13中，光源301，相位调制器302，马赫-曾德干涉仪303，光带通滤波器304，NRZ/NRZI变换器305，驱动电路306，O/E变换器307与图10所示的光调制装置200的光源201，相位调制器202，马赫-曾德干涉仅203，光带通滤波器204，NRZ/NRZI变换器205，驱动电路206，O/E变换器207实质上是相同的，所以这里省略对它们的说明。
在图13所示的光调制装置300中，因为从第2输出端口输出的光信号12控制光源301的温度，所以用于温度控制电路308。马赫-曾德干涉仪303与图11所示的马赫-曾德干涉仪203相同，通过备有第1输出端口和第2输出端口，能够从第1输出端口输出光信号11，从第2输出端口输出用于光源301的温度控制的光信号12。
将来自O/E变换器307的光信号12变换成的电信号13输入温度控制电路308。温度控制电路308利用电信号13产生控制光源301的温度的温度控制信号17。温度控制电路308通过将温度控制信号17输入光源301，控制光源301的温度。温度控制电路308通过控制光源301的温度，能够控制从光源301的输出的光1的频率，通过控制这个光1的频率，能够调整上述的Φ。因此，温度控制电路308是通过控制光源301的温度，控制光1的频率，对相位差10进行调整的频率控制器。
温度控制电路308，当NRZI码的光信号7不变化时，使输出成为消光状态那样地设定马赫-曾德干涉仪303的工作点，对相位差10进行调整。温度控制电路308通过当NRZI码的光信号7不变化时，使相位差成为-π/2那样地控制光源301的温度，控制光源301的频率，调整Φ。这样，光调制装置300通过设置温度控制电路308，调整相位差10，当NRZI码的光信号7不变化时，使第1输出端口203f输出的光信号11的输出成为消光状态那样地，能够容易地设定马赫-曾德干涉仪303的工作点。
又，温度控制电路308通过控制光源301的温度，控制光源301的频率，当NRZI码的光信号7不变化时，使马赫-曾德干涉仪303的第1输出端口成为消光状态那样地调整相位差10，使第2输出端口输出的光信号12的光强度成为最大。因此，温度控制电路308通过使第2输出端口输出的光信号12的光强度成为最大那样地，控制光源301的温度，控制光源301的频率，当NRZI码的光信号7不变化时，能够调整相位差10使它成为-π/2。
这样，通过当经过相位调制NRZI码的光信号7不变化时，使马赫-曾德干涉仪303的第1输出端口不输出光信号11那样地，第1输出端口输出的光信号11成为RZ码的光信号11。因此，马赫-曾德干涉仪303能够输出RZ码的光信号11作为光传送信号，能够抑制XPM引起的恶化。又，通过将相位调制器302和马赫-曾德干涉仪303组合起来的简单构成，能够实现CS-RZ调制方式，能够得到抑制光载波的RZ码的光信号11。进一步，因为相位调制器302是由NRZI码的驱动信号驱动的，所以不需要具有宽频带，不需要高的调制电压，作为驱动电路306，不需要高速，高电压输出的驱动电路。
温度控制电路308的构成与图12所示的温度控制电路208的构成实质上是相同的。相位比较器208a进行电信号13和低频Dither信号14的换算，输出这个换算结果作为相位比较输出信号15。而且，通过将Dither信号发生器208b产生的低频Dither信号14重叠在相位比较器208a输出的相位比较输出信号15上，产生光源301的温度控制信号17。此外，光调制装置300也可以用温度控制电路208以外的温度控制器，控制光源301的温度。又，光调制装置300也可以用控制光源301温度以外的方法，控制光源301的频率。
(第4实施形态)图14是表示根据本发明的第4实施形态的光调制装置400的构成的方框图。光调制装置400包含多个光源401a，401b，多个相位调制器402a，402b，马赫-曾德干涉仪403，多个光带通滤波器404a，404b，多个NRZ/NRZI变换器405a，405b，多个驱动电路406a，406b和MUX407。此外，在图14中，多个光源401a，401b，多个相位调制器402a，402b，光梳状滤波器404，多个NRZ/NRZI变换器405a，405b，多个驱动电路406a，406b在图示中分别只有2个，但是实际上，可以是多个(2个以上)，也可以设置任意的许多个。
在图14中，多个光源401a，401b，多个NRZ/NRZI变换器405a，405b，多个驱动电路406a，406b分别与图1所示的光调制装置100的光源101，光带通滤波器104，NRZ/NRZI变换器105，驱动电路106实质上是相同的，所以这里省略对它们的说明。
多个相位调制器402a，402b与图1所示的光调制装置100的多个相位调制器102相同，由NRZI码的驱动信号6对光1进行相位调制。多个相位调制器402a，402b分别将通过相位调制得到的NRZI码的光信号7输入MUX407。
MUX407使从多个相位调制器402a，402b输入的多个NRZI码的光信号7波长多路化。MUX407将对多个光信号7进行波长多路化得到的光信号18输入马赫-曾德干涉仪403。
马赫-曾德干涉仪403对包含在对从MUX407输入的多个光信号7进行波长多路化得到的光信号18中的多个光信号7进行强度调制。如图3所示，马赫-曾德干涉仪403的光透过率，对于光的频率周期地变化。因此，马赫-曾德干涉仪403能够在图3所示的波形的波谷部分，周期地进行强度调制。因此，1台马赫-曾德干涉仪403在各周期分别对包含在对多个光信号7进行波长多路化得到的光信号18中的多个光信号7进行强度调制。
即，使波长多路化信号的频率间隙成为马赫-曾德干涉仪403的FER的整数倍那样地设定波长多路化信号的频率间隙。马赫-曾德干涉仪403与图1所示的光调制装置100的马赫-曾德干涉仪103相同，对各光信号7进行强度调制，输出多个RZ码的光信号11。马赫-曾德干涉仪403将通过强度调制得到的多个光信号11输入周期地通过多个波长信号的光梳状滤波器404。
但是，因为马赫-曾德干涉仪403在各个周期分别对在对包含在经过波长多路化的光信号18中的多个光信号7进行强度调制，所以需要使马赫-曾德干涉仪403的第2光信号9的来自第1光信号8的延迟在1位以下。即，马赫-曾德干涉仪403与第1光信号8比较，使第2光信号9延迟相当于1位以下。具体地说，马赫-曾德干涉仪403满足(3)式那样地设定ΔL，将FSR设定在数据信号2的1位时隙的时隙T的倒数1/T上，或者设定在不到1位时隙T的时隙T′的倒数1/T′上。因此，马赫-曾德干涉仪103能够使第2光信号9，与第1光信号8比较，延迟相当于1位以下。
这样，光调制装置400通过包含多个光源401a，401b，多个相位调制器402a，402b，光梳状滤波器404，多个NRZ/NRZI变换器405a，405b，多个驱动电路406a，406b和MUX407，能够用1台马赫-曾德干涉仪403对由MUX407波长多路化的多个光信号7进行强度调制。因此，能够达到使光调制装置400小型化，低成本化的目的。
(第5实施形态)通过用图1，图10，图13，图14所示的光调制装置100，200，300，400的光调制方法得到的光信号11的频谱，如图7所示地抑制光载波频率。利用这一点，使光带通滤波器104，204，304，404a，404b的中心频率从光源101，201，301，401a，401b输出的光1的频率挪开。因此，光带通滤波器104，204，304，404a，404b能够使调制频谱边带中的一个边带比另一个边带更多地通过并提取。
例如，光带通滤波器104，204，304，404a，404b能够使上边带比下边带多地通过并提取。如果这样做，则光调制装置100，200，300，400能够容易地进行Single Side Band(单边带)方式(以下称为“SSB方式”)的调制。光调制装置100，200，300，400，当用SSB调制方式作为高密度波长多路调制方式时，与DSB调制方式比较，因为只用一半的频带宽度，所以能够达到大致2倍的传送容量。又，因为光信号的频谱宽度变窄，使受到的光纤色散的影响变得微不足道。
以上，我们沿着各实施形态说明了根据本发明的一个实施形态的光调制装置，但是本发明不限定于这些实施形态的记载。例如，马赫-曾德干涉仪103，203，303，403包含方向性耦合器，但是代替方向性耦合器，也可以包含Y分支。此外，包含Y分支时，为了使马赫-曾德干涉仪103，203，303，403的输出成为消光状态，必须将从2条光波导路径输出的的第1光信号8和第2光信号9的相位差10调整到π，这样一来，为了使马赫-曾德干涉仪103，203，303，403的输出成为消光状态的相位差10由于马赫-曾德干涉仪103，203，303，403的构造的不同而不同。
又，光调制装置也可以用大容量光学系统的马赫-曾德干涉仪作为马赫-曾德干涉仪103，203，303，403。又，光调制装置也可以用马赫-曾德干涉仪以外的调制器作为强度调制器。又，为了说明方便起见，使相位调制器102，202，302，402的相位调制度为π，但是如果在不超过π的范围内，则即便是任何的值，同样能够得到RZ码的光信号11。又，光调制装置100，200，300，400包含NRZ/NRZI变换器105，205，305，405a，405b，但是输入光调制装置的数据信号2是NRZI码，则能够省略NRZ/NRZI变换器。
对于那些熟练的技术人员来说能够容易地知道附加的优点和修改，在它的较广泛的方面本发明不限于这里显示和描述的具体细节和各个实施形态。因此，可以实施各种不同的修改而没有偏离由附加的权利要求书和它们的等效物定义的普遍的创造性概念的精神和范围。
权利要求
1.光调制装置，它包含用NRZI码的驱动信号驱动光，进行相位调制的相位调制器，和对从该相位调制器输入的经过相位调制的NRZI码的光信号进行强度调制，当上述NRZI码的光信号不变化时，使上述经过强度调制的光信号的输出成为消光状态那样地设定工作点的强度调制器。
2.权利要求项1的装置，其中上述强度调制器将从上述相位调制器输入的光信号分成第1光信号和第2光信号，将该第1光信号和该第2光信号合成起来进行输出，通过调整上述第1光信号和上述第2光信号的相位差，设定上述强度调制器的工作点。
3.权利要求项2的装置，其中上述强度调制器包含进行上述相位差调整的相位调整器。
4.权利要求项2的装置，它进一步包含通过控制上述强度调制器的温度进行上述相位差调整的温度控制器。
5.权利要求项4的装置，其中上述强度调制器包含输出经过强度调制的光信号的第1输出端口和输出与输出到该第1输出端口的光信号具有相辅关系的光信号的第2输出端口，上述温度控制器根据从上述第2输出端口输出的光信号，生成温度控制信号，用该温度控制信号对上述强度调制器的温度进行控制。
6.权利要求项2的装置，它进一步包含通过控制输入上述相位调制器的光的频率，进行上述相位差调整的频率控制器。
7.权利要求项6的装置，其中上述频率控制器通过控制上述光的光源温度，控制上述光的频率。
8.权利要求项7的装置，其中上述强度调制器包含输出经过强度调制的光信号的第1输出端口和输出与输出到该第1输出端口的光信号具有相辅关系的光信号的第2输出端口，上述频率控制器根据从上述第2输出端口输出的光信号，生成温度控制信号，用该温度控制信号控制上述光源的温度。
9.权利要求项2的装置，其中上述强度调制器包含输出经过强度调制的光信号的第1输出端口和输出与输出到该第1输出端口的光信号具有相辅关系的光信号的第2输出端口，使输出到该第2输出端口的光信号的光强度成为最大那样地，设定上述强度调制器的工作点。
10.权利要求项1的装置，它进一步包含当输入NRZ码的信号时，将该NRZ码的信号变换成上述NRZI码的信号的NRZ/NRZI变换器。
11.权利要求项1的装置，它进一步包含使上述强度调制器输出的光信号的频谱狭窄的光带通滤波器。
12.权利要求项11的装置，其中上述光带通滤波器使上述光信号的调制频谱的两个边带都通过。
13.权利要求项11的装置，其中上述光带通滤波器使上述光信号的调制频谱边带中的一个边带比另一个边带更多地通过。
14.权利要求项1的装置，其中上述强度调制器对多个经过上述相位调制的NRZ1码的光信号进行强度调制。
15.光调制方法，它包含相位调制器通过用NRZI码的驱动信号驱动光，进行相位调制，强度调制器对从上述相位调制器输入的经过相位调制的NRZI码的光信号进行强度调制，当上述NRZI码的光信号不变化时，上述强度调制器使经过强度调制的光信号的输出成为消光状态。
16.权利要求项15的方法，其中上述强度调制器通过将经过上述相位调制的光信号分成第1光信号和第2光信号，将该第1光信号和该第2光信号合成起来进行输出，实施强度调制，通过调整上述第1光信号和上述第2光信号的相位差，形成上述光信号的输出的消光状态。
17.权利要求项16的方法，其中上述相位差的调整是用包含在上述强度调制器中的相位调整器进行的。
18.权利要求项16的方法，其中上述相位差的调整是通过控制上述强度调制器的温度进行的。
19.权利要求项16的方法，其中上述相位差的调整是通过控制输入上述相位调制器的光的频率进行的。
20.权利要求项15的方法，其上述强度调制器将经过强度调制的光信号输出到第1输出端口，将与输出到该第1输出端口光信号具有相辅关系的光信号输出到第2输出端口，通过使上述第2输出端口输出的光信号的光强度成为最大，形成上述光信号的输出的消光状态。
全文摘要
光调制装置包含通过用NRZI码的驱动信号驱动光，进行相位调制的相位调制器，和对从该相位调制器输入的经过相位调制的NRZI码的光信号进行强度调制的强度调制器。而且，当NRZI码的光信号不变化时，使经过强度调制的光信号的输出成为消光状态那样地设定强度调制器的工作点。
文档编号H04B10/548GK1410800SQ02143509
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月26日 优先权日2001年9月26日
发明者井边博之, 宫地正英 申请人:株式会社东芝