JP4946833B2 - 光変調装置 - Google Patents

Description

本発明は、光変調装置に関し、特に光信号の変調を行う光変調装置に関する。

近年、光伝送システムの大容量化と長距離化が進められている。大容量化、長距離化を進める上で有利な伝送方式として、DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying）などに代表される多値位相変調方式を用いたシステムの導入が注目されている。

図２３は一般的な多値光位相変調器を示す図である。多値光位相変調器５０は、ＬＤ（Laser Diode）５１、分岐部５２、位相変調部５３ａ、５３ｂ、２×１光合波部５４、π／２位相シフト部５５、ＰＤ（Photo Diode）５６、位相シフト制御部５７から構成され、DQPSK信号を生成する位相変調器である。

ＬＤ５１は、ＣＷ光（連続光、ＣＷ：Continuous Wave）を出射する。分岐部５２は、ＣＷ光を２分岐して、分岐された一方の光を位相変調部５３ａの光導波路へ入力し、他方の光をπ／２位相シフト部５５へ入力する。π／２位相シフト部５５は、光の電界の位相をπ／２位相シフトして、位相シフト後の光を位相変調部５３ｂの光導波路へ入力する。

位相変調部５３ａ、５３ｂは共に、マッハ・ツェンダ型遅延干渉計（Mach-Zehnder Interferometer）で構成される。位相変調部５３ａの平行導波路５３ａ−１、５３ａ−２の近傍には、信号電極５ａ−１、５ａ−２がそれぞれ設けられ、位相変調部５３ｂの平行導波路５３ｂ−１、５３ｂ−２の近傍には、信号電極５ｂ−１、５ｂ−２がそれぞれ設けられる。信号電極５ａ−１、５ａ−２には、相補関係にあるＩ信号のｉ１、ｉ１ｎ（ｉ１ｎはｉ１の反転信号）が入力し、信号電極５ｂ−１、５ｂ−２には、相補関係にあるＱ信号のｑ１、ｑ１ｎ（ｑ１ｎはｑ１の反転信号）が入力する。

位相変調部５３ａは、Ｉ信号の０、１に対応させて、入力光の位相を変化させ、位相変調部５３ｂは、Ｑ信号の０、１に対応させて、π／２位相シフトされた入力光の位相を変化させる。２×１光合波部５４は、位相変調部５３ａから出力された変調光ｓ１と、位相変調部５３ｂから出力された変調光ｓ２とを合波してDQPSK信号ｄ１を生成する。

ＰＤ５６は、DQPSK信号ｄ１を受光して、光パワーに応じた電気信号を出力する。位相シフト制御部５７は、この電気信号にもとづいて、位相制御信号を生成して、π／２位相シフト部５５の位相シフト量を調整制御する。

ここで、位相変調部５３ａにおいて、光導波路に与えられる電界によって、平行導波路５３ａ−１、５３ａ−２の位相差が０°ならば光は強め合い、位相差がπならば光が弱め合うように強度変調された変調光ｓ１が出射導波路から出力される。

同様にして、位相変調部５３ｂにおいては、光導波路に与えられる電界によって、平行導波路５３ｂ−１、５３ｂ−２の屈折率が変化するが、位相変調部５３ｂでは、前段でπ／２位相シフトされた光信号が入力するので、結局、平行導波路５３ｂ−１、５３ｂ−２の位相差がπ／２ならば光は強め合い、位相差が３π／２ならば光は弱め合うように強度変調された変調光ｓ２が出射導波路から出力されることになる。

図２４は直交位相変調のフェーズダイアグラムを示す図である。横軸は実部Ｒｅ、縦軸は虚部Ｉｍである。位相変調部５３ａがＩ信号で変調すると、実軸上方向に０（Ｉ＝０）になるか、π（Ｉ＝１）になるかが決まり、位相変調部５３ｂがＱ信号で変調すると、Ｉ信号に対しπ／２回転しているので、虚軸上方向にπ／２（Ｑ＝０）になるか、３π／２（Ｑ＝１）になるかが決まる。

そして、これらの変調信号が２×１光合波部５４で合波されるので、フェーズダイアグラム上では、実軸と虚軸上での直交加算に対応することになり、DQPSK信号ｄ１の位相状態は、π／４（０、０）、３π／４（１、０）、５π／４（１、１）、７π／４（０、１）のそれぞれの位相状態となる（隣接する位相はすべて直交する）。

図２５は多値光位相変調器５０から出力されるDQPSK信号ｄ１の位相状態の一例を示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。位相変調部５３ａから、位相状態が０、π、０、π、０、０、０、・・・といった位相で、変調光ｓ１が出力し、位相変調部５３ｂから、位相状態がπ／２、π／２、３π／２、３π／２、π／２、π／２、３π／２、・・・といった位相で、変調光ｓ２が出力したとする。

なお、変調光ｓ１は、位相が０、πと異なるだけで、位相が０のときの信号強度と、位相がπのときの信号強度は同じで（図２４において、座標原点から実軸上の０までの距離と、座標原点から実軸上のπまでの距離とは同じである）、位相が０、πそれぞれの波形に違いはない。

また、変調光ｓ２は、位相がπ／２、３π／２と異なるだけで、位相がπ／２のときの信号強度と、位相が３π／２のときの信号強度は同じで（図２４において、座標原点から虚軸上のπ／２までの距離と、座標原点から虚軸上の３π／２までの距離とは同じある）、位相がπ／２、３π／２それぞれの波形に違いはない。

そして、これらの変調光ｓ１、ｓ２が２×１光合波部５４で合波されると、フェーズダイアグラム上では、実軸と虚軸上での直交加算に対応するので、DQPSK信号ｄ１の位相状態は、π／４、３π／４、７π／４、５π／４、π／４、π／４、７π／４、・・・となる。

このように、多値光位相変調器５０では、Ｉ信号、Ｑ信号によってそれぞれ別々に位相変調を施し、位相変調した成分を光の電界の位相でπ／２ずらして合波することで、４値の直交位相変調を行っている。

また、多値光位相変調器５０では、DQPSK信号ｄ１の光パワーのモニタ結果のフィードバック制御を行うことで、位相変調部５３ａへ与える光信号と、位相変調部５３ｂへ与える光信号との間の位相差がπ／２となるように常に位相差を調整している。

位相変調器の出力光にもとづき、位相差を安定化させる従来技術としては、特許文献１、２が開示されている。
特開２００７−４３６３８号公報（段落番号〔００１９〕〜〔００２１〕、第４図） 特開２００７−８２０９４号公報（段落番号〔００１６〕〜〔００３２〕、第４図）

上述したようなDQPSK信号ｄ１を出力するには、２×１光合波部５４に入力する変調光ｓ１と変調光ｓ２との互いの位相差が正確にπ／２であることが必要である。
図２６は位相差ずれの概念を示す図である。変調光ｓ１、ｓ２の位相差がπ／２よりも大きい場合には、実軸に対して、虚軸が左に傾いた状態となり、位相差がπ／２よりも小さい場合は、虚軸が右に傾いた状態となる。

したがって、変調光ｓ１と変調光ｓ２とのπ／２の位相差を常に保持しないと、すなわち、位相シフト制御部５７を介して、精度よくπ／２位相シフトさせないと、正確なDQPSK信号ｄ１を生成することができなくなる。

ここで、Ｅ₀を振幅として、ＣＷ光は式（１）で表せる。また、変調光ｓ１は式（２）、変調光ｓ２は式（３）、DQPSK信号ｄ１は式（４）で表せる。ここで位相変調の信号成分は省略してある。

図２７はDQPSK信号ｄ１を示す図である。横軸は位相、縦軸は光強度であり、式（４）のDQPSK信号ｄ１の関数曲線を示したものである（式（４）中のcos（φ／２）・Ｅ₀は強度を示す）。また、変調光ｓ１と変調光ｓ２との互いの位相差が、φ＝π／２のときに生成されるDQPSK信号ｄ１の出力パワーをｐｗとする（すなわち、cos（π／２／２）・Ｅ₀なので、ｐｗ＝（２^1/2／２）・Ｅ₀）。

多値光位相変調器５０において、位相シフト制御部５７では、DQPSK信号ｄ１の出力パワーがｐｗとなるように、π／２位相シフト部５５に位相制御信号を与えてフィードバック制御を行うことになる。

しかし、出力パワーｐｗは、図からわかるように、ＰＤ５６の受光強度が最大強度となる条件と、最小強度となる条件との中間の値であるため、DQPSK信号ｄ１に対する最適ポイントである出力強度の中間値を、運用中に常時検出して、出力強度がこの中間値となるように位相シフト制御することは困難であった。このため、π／２の位相差を安定化させるには、上記の従来技術（特開２００７−４３６３８号公報、特開２００７−８２０９４号公報）のように、複雑な構成、制御が必要になるといった問題があった。

一方、DQPSK信号ｄ１の最大強度および最小強度をあらかじめ測定しておいて、中間値を計算して装置に設定しておき、この中間値となるように制御することも考えられるが、この場合、ＬＤ５１の経年劣化等により最大強度および最小強度は変化するので、実際の中間値も変化してしまい、設定時の中間値と実際の中間値とに大きな誤差が生じてしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、位相変調時に可変設定する位相を簡易な構成、制御により安定化させて、光通信品質の向上を図った光変調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、光信号の変調を行う光変調装置が提供される。この光変調装置は、複数の入力光のそれぞれに対して設けられ、前記入力光の位相変調を行う位相変調部と、少なくとも１つの前記位相変調部の前段または後段に設けられ、前記入力光または位相変調後の光の位相をシフトする位相シフト部と、から構成される光変調部と、前記光変調部からの複数の出力光を干渉させる光干渉部と、を備える。

ここで、光干渉部は、出力光を干渉させて、多値位相変調信号と、多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ干渉光とを生成する。

本発明の光変調装置は、位相変調時に設定すべき位相を安定化させて光通信品質の向上を図る。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光変調装置の原理図である。光変調装置１ａは、光変調部１０、光干渉部２０、モニタ部３１、位相シフト制御部３２から構成される。光変調部１０は、位相変調部１ａ−１、１ａ−２、位相シフト部１ａ−３を含む。

位相変調部１ａ−１、１ａ−２は、分岐した複数の入力光のそれぞれに対して設けられ、入力光の位相変調を行う。位相シフト部１ａ−３は、位相変調部１ａ−１、１ａ−２の前段（または後段）に設けられ、印加される位相制御信号にもとづいて、入力光（または位相変調後の光信号）の位相を可変的にシフトする。

光干渉部２０は、光変調部１０から出力される複数の出力光を干渉させて、多値位相変調信号と、多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ干渉光とを生成する。
ここで、“多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ干渉光を生成する”とは、例えば、位相がφのときの多値位相変調信号の強度がｐｗ１であった場合、自己の位相（干渉光自身の位相）がφのときには、強度がｐｗ１以外の強度をとるような信号光である干渉光を生成するということである。

具体的には光干渉部２０において、位相シフト部１ａ−３で設定される位相がφのときに多値位相変調信号を生成する場合、自己の位相がφのときには（干渉光自身の位相がφのときには）、強度が最大または最小となるような干渉光を生成する。

モニタ部３１は、干渉光を受光して強度に応じた電気信号を出力する。位相シフト制御部３２は、電気信号にもとづいて位相制御信号を生成し、位相制御信号を位相シフト部１ａ−３に与えて、位相シフト部１ａ−３で設定すべき位相シフト量を制御する。

次に多値位相変調の一例としてDQPSKの光変調を行う光位相変調器に対して、光変調装置１ａを適用した場合について以降詳しく説明する。図２は光変調装置の構成を示す図である。

光変調装置１は、ＬＤ１ｂ、光変調部１０、光干渉部２０、ＰＤ３１、位相シフト制御部３２から構成され、多値位相変調信号としてDQPSK信号を生成する光位相変調器である。

また、光変調部１０は、分岐部１１、位相変調部１２ａ、１２ｂ（位相変調部１ａ−１、１ａ−２に該当）、位相シフト部１３（位相シフト部１ａ−３に該当）を含む。
ＬＤ１ｂは、ＣＷ光を出射する。分岐部１１は、ＣＷ光を２分岐して、分岐された一方の光を位相変調器１２ａの光導波路に入力し、他方の光を位相シフト部１３に入力する。位相シフト部１３は、印加される位相制御信号にもとづいて、光の電界の位相をφだけシフトして（この例ではφ＝π／２）、位相シフト後の光を位相変調部１２ｂの光導波路へ入力する。

位相変調部１２ａ、１２ｂは共に、マッハ・ツェンダ型遅延干渉計で構成され、位相変調部１２ａの平行導波路１２ａ−１、１２ａ−２の近傍には、信号電極５ａ−１、５ａ−２が設けられ、位相変調部１２ｂの平行導波路１２ｂ−１、１２ｂ−２の近傍には、信号電極５ｂ−１、５ｂ−２が設けられる。

位相変調部１２ａは、Ｉ信号の０、１に対応させて、入力光の位相を変化させ、位相変調部１２ｂは、Ｑ信号の０、１に対応させて、π／２位相シフトされた入力光の位相を変化させる。

ここで、位相変調部１２ａにおいて、信号電極５ａ−１にはＩ信号ｉ１が入力され、信号電極５ａ−２にはＩ信号のｉ１ｎ（Ｉ信号ｉ１の反転信号）が入力される。このとき、位相変調部１２ａの光導波路に与えられる電界によって、平行導波路１２ａ−１、１２ａ−２の屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化し、平行導波路１２ａ−１、１２ａ−２間の位相差が変化する。このため、平行導波路１２ａ−１、１２ａ−２の位相差が０°ならば光は強め合い、位相差がπならば光が弱め合うように強度変調された出力光が、光干渉部２０へ向かって出力される。

同様にして、位相変調部１２ｂにおいては、信号電極５ｂ−１にはＱ信号ｑ１が入力され、信号電極５ｂ−２にはＱ信号のｑ１ｎ（Ｑ信号ｑ１の反転信号）が入力される。このとき、位相変調部１２ｂの光導波路に与えられる電界によって、平行導波路１２ｂ−１、１２ｂ−２の屈折率が変化するが、位相変調部１２ｂでは、前段でπ／２位相シフトされた光信号が入力するので、結局、平行導波路１２ｂ−１、１２ｂ−２の位相差がπ／２ならば光は強め合い、位相差が３π／２ならば光は弱め合うように強度変調された出力光が、光干渉部２０へ向かって出力されることになる。

一方、光干渉部２０は、光変調部１０から出力される複数の出力光を干渉させて、DQPSK信号ｄ１と、DQPSK信号ｄ１の位相状態とは異なる位相状態を持つ、モニタ用の干渉光であるモニタ干渉光ｄ２０、ｄ３０を生成する。

この場合、光干渉部２０は、互いに位相がπ／２（＝φ）ずれた、光変調部１０からの２つの出力光を干渉させて、自己の位相がπ／２のときに強度が最大となるような位相をあらたに生じさせて、DQPSK信号ｄ１とは位相状態が異なる位相状態を持つモニタ干渉光ｄ２０を生成する。

または位相がπ／２のときに強度が最小となるような位相をあらたに生じさせて、DQPSK信号ｄ１とは位相状態が異なる位相状態を持つモニタ干渉光ｄ３０を生成する（モニタ干渉光ｄ２０、ｄ３０の具体的な関係式については後述する）。

ＰＤ３１は、モニタ干渉光を受光して（モニタ干渉光ｄ２０、ｄ３０のどちらを選択してもよい）、モニタ干渉光のパワーに応じた電気信号を出力する。位相シフト制御部３２は、この電気信号にもとづいて、位相制御信号を生成して、位相シフト部１３の位相シフト量を制御する。

モニタ干渉光ｄ２０を選択した場合は、ＰＤ３１での受光強度が最大となるように、位相シフト部１３の位相シフト量を制御し、モニタ干渉光ｄ３０を選択した場合は、ＰＤ３１での受光強度が最小となるように、位相シフト部１３の位相シフト量を制御する。

なお、位相シフト部１３は、具体的には、光導波路ｒ１の近傍に設けられた電極であって、この電極に位相制御信号が印加されることで、光導波路ｒ１を流れる光の電界の位相が制御されるものである。

ここで、Ｅ₀を振幅、φを位相シフト部１３で設定する位相シフト量とすると、DQPSK信号ｄ１は上述の式（４）であり、また、モニタ干渉光ｄ２０は式（５）、モニタ干渉光ｄ３０は式（６）で表せる。

図３はDQPSK信号ｄ１とモニタ干渉光ｄ２０、ｄ３０との波形の一例を示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。光干渉部２０は、DQPSK信号ｄ１とモニタ干渉光ｄ２０、ｄ３０を出力する。図の場合、DQPSK信号ｄ１は、π／４、３π／４、７π／４、５π／４、π／４、π／４、・・・といった位相で出力されている。

一方、式（５）より、φ＝π／２のとき、モニタ干渉光ｄ２０の出力強度は１（＝cos（π／４−φ／２）＝cos０°）となるので、モニタ干渉光ｄ２０は、φ＝π／２のときには最大強度を持つ波形として出力される。

また、モニタ干渉光ｄ３０は、式（６）よりφ＝π／２のとき、出力強度は０（cos（π／４＋φ／２）＝cosπ／２）となるので、モニタ干渉光ｄ３０は、φ＝π／２のときには最小強度を持つ波形として出力される。

図４はモニタ干渉光ｄ２０の光強度を示すシミュレーション結果を示す図であり、図５はモニタ干渉光ｄ３０の光強度を示すシミュレーション結果を示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である（ＰＤ３１で受光したときの光強度を示す）。

モニタ干渉光ｄ２０は、φ＝π／２のときに光強度は最大値となることを示している。また、モニタ干渉光ｄ３０は、φ＝π／２のときに光強度は最小値をとなることを示している。

図６はモニタ干渉光ｄ２０、ｄ３０の関数曲線を示す図である。横軸は位相φ、縦軸は光強度である。式（５）、式（６）の関数曲線を示したものである。光変調装置１において、DQPSK信号ｄ１を生成する場合には、位相シフト部１３に設定すべき位相φとしてπ／２を設定することになるが、図６からわかるように、φ＝π／２のとき、光干渉部２０で生成するモニタ干渉光ｄ２０の光強度は最大強度となっている。

したがって、位相シフト制御部３２では、ＰＤ３１でのモニタ干渉光ｄ２０の光強度が最大強度となることを目標に、位相シフト部１３に対して位相制御信号を印加して位相調整を行えば、位相変調部１２ａで変調された変調光と、位相変調部１２ｂで変調された変調光との位相差がπ／２に常に安定して保持するように制御することができる。

従来の位相シフト部に対する位相制御では、ＰＤ受光強度が最大強度となる条件と、最小強度となる条件との中間値となるように制御していたが、このような制御と比べて、光変調装置１の構成では、はるかに最適ポイントを検出しやすく、また容易に設定が可能であるため、π／２の位相差を精度よく安定化させることが可能になる。

また、光変調装置１において、DQPSK信号ｄ１を生成する場合には、位相シフト部１３に設定すべき位相φとしてπ／２を設定することになるが、図６からわかるように、φ＝π／２のとき、光干渉部２０で生成するモニタ干渉光ｄ３０の光強度は最小強度となっている。

したがって、モニタ干渉光ｄ３０を使用することもでき、この場合は、位相シフト制御部３２では、ＰＤ３１でのモニタ干渉光ｄ３０の光強度が最小強度となることを目標に、位相シフト部１３に対して位相調整を行えば、位相変調部１２ａで変調された変調光と、位相変調部１２ｂで変調された変調光との位相差がπ／２に常に安定して保持することができる。

次に光変調装置１の具体的な構成について説明する。図７は光変調装置１−１の構成を示す図である。第１の実施の形態の光変調装置１−１は、ＬＤ１ｂ、分岐部１１、位相変調部１２ａ、１２ｂ、位相シフト部１３、光干渉部２０−１、ＰＤ３１、位相シフト制御部３２から構成される。なお、以降では、上述した構成要素については同じ符号を付けて同一構成要素の説明は省略する。

図８は光干渉部２０−１の内部構成および接続関係を説明するための図である。光干渉部２０−１は、２×２光カプラ２１ａ（第１の出力干渉部）、２×２光カプラ２２ａ（第２の出力干渉部）、２×１光合波部２３ａ（多値位相変調信号生成部）、２×２光カプラ２４ａ（モニタ干渉光生成部）から構成される。

位相変調部１２ａのアーム（arm：出射導波路）ａ１は、２×２光カプラ２１ａの入力ポートｐ１１に接続し、位相変調部１２ａのアームａ３は、入力ポートｐ１２に接続する。位相変調部１２ｂのアームａ２は、２×２光カプラ２２ａの入力ポートｐ１５に接続し、位相変調部１２ｂのアームａ４は、入力ポートｐ１６に接続する。

２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３は、２×１光合波部２３ａの入力ポートｐ１９に接続し、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１４は、２×２光カプラ２４ａの入力ポートｐ２２に接続する。

２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７は、２×１光合波部２３ａの入力ポートｐ２０に接続し、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１８は、２×２光カプラ２４ａの入力ポートｐ２３に接続する。２×２光カプラ２４ａの出力ポートｐ２４は、ＰＤ３１と接続する（２×２光カプラ２４ａの出力ポートｐ２５とＰＤ３１を接続してもよい）。

ここで、位相変調部１２ａのアームａ１、ａ３から出力される変調光は、２×２光カプラ２１ａに入力して干渉することで、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３から変調光ｓ１（第１の変調光）が出力し、出力ポートｐ１４から放射光ｓ３（第１の放射光）が出力する。

また、位相変調部１２ｂのアームａ２、ａ４から出力される変調光は、２×２光カプラ２２ａに入力して干渉することで、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７から変調光ｓ２（第２の変調光）が出力し、出力ポートｐ１８から放射光ｓ４（第２の放射光）が出力する。

変調光ｓ１、ｓ２は、２×１光合波部２３ａに入力して合波されて、２×１光合波部２３ａの出力ポートｐ２１からDQPSK信号ｄ１が生成されて出力する。放射光ｓ３、ｓ４は、２×２光カプラ２４ａに入力して干渉されて、２×２光カプラ２４ａの出力ポートｐ２４からモニタ干渉光ｄ３が出力し、出力ポートｐ２５からモニタ干渉光ｄ２が出力する。

次に２×１光合波部の特性について説明する。図９は２×１光合波部の特性を示す図であり、図１０は２×１光合波部の入力光と出力光との位相関係を示す図である。
２×１光合波部の位相特性として、ポートｐ１から光信号が入力してポートｐ３から出力しても位相差はゼロとなる。例えば、ポートｐ１から入力光（Ｅ₁expｊ（ωｔ＋φ₁））が入力すると、ポートｐ３から出力光（（１／２^1/2）・Ｅ₁expｊ（ωｔ＋φ₁））が出力し、２×１光合波部の通過前後で位相差は生じない。

また、２×１光合波部のポートｐ２から光信号が入力してポートｐ３から出力しても位相差はゼロである。例えば、ポートｐ２から入力光（Ｅ₂expｊ（ωｔ＋φ₂））が入力すると、ポートｐ３から出力光（（１／２^1/2）・Ｅ₂expｊ（ωｔ＋φ₂））が出力し、２×１光合波部の通過前後で位相差は生じない。

次に２×２光カプラの特性について説明する。図１１は２×２光カプラの特性を示す図であり、図１２は２×２光カプラの入力光と出力光との位相関係を示す図である。
２×２光カプラの位相特性として、ポートｐ４から光信号が入力してポートｐ６から出力すると＋π／４の位相差が生じる。例えば、ポートｐ４から入力光（Ｅ₁expｊ（ωｔ＋φ₁））が入力すると、ポートｐ６から出力光（（１／２^1/2）・Ｅ₁expｊ（ωｔ＋φ₁＋π／４））が出力する。

また、ポートｐ５から光信号が入力してポートｐ６から出力すると−π／４の位相差が生じる。例えば、ポートｐ５から入力光（Ｅ₂expｊ（ωｔ＋φ₂））が入力すると、ポートｐ６から出力光（（１／２^1/2）・Ｅ₂expｊ（ωｔ＋φ₂−π／４））が出力する。したがって、ポートｐ４からポートｐ６への通過光と、ポートｐ５からポートｐ６への通過光との間にはπ／２の位相差（（＋π／４）〜（−π／４）間の位相量はπ／２）が存在する。

一方、２×２光カプラのポートｐ４から光信号が入力してポートｐ７から出力すると−π／４の位相差が生じる。例えば、ポートｐ４から入力光（Ｅ₁expｊ（ωｔ＋φ₁））が入力すると、ポートｐ７から出力光（（１／２^1/2）・Ｅ₁expｊ（ωｔ＋φ₁−π／４））が出力する。

また、ポートｐ５から光信号が入力してポートｐ７から出力すると＋π／４の位相差が生じる。例えば、ポートｐ５から入力光（Ｅ₂expｊ（ωｔ＋φ₂））が入力すると、ポートｐ７から出力光（（１／２^1/2）・Ｅ₂expｊ（ωｔ＋φ₂＋π／４））が出力する。したがって、ポートｐ４からポートｐ７への通過光と、ポートｐ５からポートｐ７への通過光との間にはπ／２の位相差が存在する。

次に光干渉部２０−１の内部における光信号の流れと位相の変化について説明する。２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３から出力する変調光ｓ１は、２×１光合波部２３ａの入力ポートｐ１９に入力し、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７から出力する変調光ｓ２は、２×１光合波部２３ａの入力ポートｐ２０に入力する。そして、互いにπ／２位相がずれている変調光ｓ１、ｓ２が（このπ／２のずれは位相シフト部１３で付与されたもの）、２×１光合波部２３ａによって合波され、出力ポートｐ２１からDQPSK信号ｄ１が出力する。

一方、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１４から出力する放射光ｓ３は、２×２光カプラ２４ａの入力ポートｐ２２に入力し、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１８から出力する放射光ｓ４は、２×２光カプラ２４ａの入力ポートｐ２３に入力する。

そして、互いにπ／２位相がずれている放射光ｓ３、ｓ４が（このπ／２のずれは位相シフト部１３で付与されたもの）、２×２光カプラ２４ａによって干渉され、出力ポートｐ２４から、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれたモニタ干渉光ｄ３が出力する。DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれているのは、２×２光カプラ２４ａで干渉することによって、π／２の位相差があらたに生じるからである。

また、出力ポートｐ２５からも、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれたモニタ干渉光ｄ２が出力する。DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれているのは、２×２光カプラ２４ａで干渉することによって、π／２の位相差があらたに生じるからである。なお、モニタ干渉光ｄ２がDQPSK信号ｄ１に対して、例えば、プラス方向にπ／２位相がずれるのであれば、モニタ干渉光ｄ３は、DQPSK信号ｄ１に対してマイナス方向にπ／２位相ずれることになり、モニタ干渉光ｄ２、ｄ３の位相は、互いに逆方向にずれる関係になる。

ここで、Ｅ₀を振幅、φを位相シフト部１３で設定する位相シフト量とすると、放射光ｓ３は式（７）、放射光ｓ４は式（８）で表せ、また、モニタ干渉光ｄ２は式（９）、モニタ干渉光ｄ３は式（１０）で表せる。なお、変調光ｓ１、ｓ２は上述した式（２）、式（３）であり、DQPSK信号ｄ１は上述した式（４）である。

なお、式（９）の第１項の中の＋π／４および第２項の中の−π／４は、２×２光カプラ２４ａを通過することによって生じた位相変化である。また、式（１０）の第１項の中の＋π／４および第２項の中の−π／４は、２×２光カプラ２４ａを通過することによって生じた位相変化である。

図１３はモニタ干渉光ｄ２、ｄ３の関数曲線を示す図である。横軸は位相（位相付与量）φ、縦軸は光強度である。式（９）のモニタ干渉光ｄ２および式（１０）のモニタ干渉光ｄ３の関数曲線を示したものである。

モニタ干渉光ｄ２は、DQPSK信号ｄ１に対してπ／２位相がずれている。したがって、上述の図２７と比較すればわかるように、モニタ干渉光ｄ２の波形は、位相がπ／２のときにDQPSK信号ｄ１の強度が最大となる波形と等しくなる。すなわち、モニタ干渉光ｄ２は、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれて、かつ自己の位相がπ／２のときには強度が最大となる信号光である。

一方、モニタ干渉光ｄ３は、DQPSK信号ｄ１に対して逆方向にπ／２位相がずれている。モニタ干渉光ｄ３は、モニタ干渉光ｄ２の位相がDQPSK信号ｄ１の位相に対してプラス側にπ／２シフトした状態のときは、マイナス側にπ／２シフトした状態となる。

したがって、上述の図２７と比較すればわかるように、モニタ干渉光ｄ３の波形は、位相がπ／２のときにDQPSK信号ｄ１の強度が最小となる波形と等しくなる。すなわち、モニタ干渉光ｄ３は、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれて、かつ自己の位相がπ／２のときには強度が最小となる信号光である。

図１４はDQPSK信号ｄ１とモニタ干渉光ｄ２、ｄ３との波形の一例を示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。式（９）よりφ＝π／２のとき出力強度（cos（π／４−φ／２））は１となるので、モニタ干渉光ｄ２はφ＝π／２のとき、最大強度を持つ波形として出力される。

また、式（１０）よりφ＝π／２のとき、出力強度（cos（π／４＋φ／２））は０となるので、モニタ干渉光ｄ３はφ＝π／２のとき最小強度を持つ波形として出力される（図１４中の符号ｎ１については後述する）。

次に第２の実施の形態の光変調装置について説明する。図１５は光変調装置の構成を示す図である。第２の実施の形態の光変調装置１−２は、ＬＤ１ｂ、分岐部１１、位相変調部１２ａ、１２ｂ、位相シフト部１３、光干渉部２０−２、ＰＤ３１、位相シフト制御部３２から構成される。

図１６は光干渉部２０−２の内部構成および接続関係を説明するための図である。光干渉部２０−２は、２×２光カプラ２１ａ（第１の出力干渉部）、２×２光カプラ２２ａ（第２の出力干渉部）、２×１光合波部２３ａ（多値位相変調信号生成部）、π／２移相部２４ｂ（φ移相部）、２×１光合波部２５ｂ（π／２移相部２４ｂおよび２×１光合波部２５ｂはモニタ干渉光生成部に該当）から構成される。

位相変調部１２ａのアームａ１は、２×２光カプラ２１ａの入力ポートｐ１１に接続し、位相変調部１２ａのアームａ３は、入力ポートｐ１２に接続する。位相変調部１２ｂのアームａ２は、２×２光カプラ２２ａの入力ポートｐ１５に接続し、位相変調部１２ｂのアームａ４は、入力ポートｐ１６に接続する。

２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３は、２×１光合波部２３ａの入力ポートｐ１９に接続し、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１４は、π／２移相部２４ｂの入力端に接続し、π／２移相部２４ｂの出力端は、２×１光合波部２５ｂの入力ポートｐ３１に接続する。

２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７は、２×１光合波部２３ａの入力ポートｐ２０に接続し、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１８は、２×１光合波部２５ｂの入力ポートｐ３２に接続する。２×１光合波部２５ｂの出力ポートｐ３３は、ＰＤ３１と接続する。

ここで、位相変調部１２ａのアームａ１、ａ３から出力される変調光は、２×２光カプラ２１ａに入力して干渉することで、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３から変調光ｓ１が出力し、出力ポートｐ１４から放射光ｓ３が出力する。

また、位相変調部１２ｂのアームａ２、ａ４から出力される変調光は、２×２光カプラ２２ａに入力して干渉することで、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７から変調光ｓ２が出力し、出力ポートｐ１８から放射光ｓ４が出力する。変調光ｓ１、ｓ２は、２×１光合波部２３ａに入力して合波されて、２×１光合波部２３ａの出力ポートｐ２１からDQPSK信号ｄ１が出力する。

また、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１４から出力される放射光ｓ３は、π／２移相部２４ｂで位相がπ／２ずれて、２×１光合波部２５ｂに入力する。２×１光合波部２５ｂでは、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１８から出力された放射光ｓ４と、放射光ｓ４に対してπ／２位相がずれているπ／２移相部２４ｂからの出力光ｓ５とを合波して、出力ポートｐ３３から、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれたモニタ干渉光ｄ３を出力する。

このように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態で示した２×２光カプラ２４ａを、π／２移相部２４ｂと２×１光合波部２５ｂで構成することにより、同様の機能を実現するものである。

すなわち、第１の実施の形態の２×２光カプラ２４ａの代わりにπ／２移相部２４ｂを用いてπ／２の位相差をつくり、モニタ干渉光の出力段を、位相差が生じない２×１光合波部２５ｂで構成している。

次に第３の実施の形態の光変調装置について説明する。図１７は光変調装置の構成を示す図である。第３の実施の形態の光変調装置１−３は、ＬＤ１ｂ、分岐部１１、位相変調部１２ａ、１２ｂ、位相シフト部１３、光干渉部２０−３、ＰＤ３１、位相シフト制御部３２から構成される。

図１８は光干渉部２０−３の内部構成および接続関係を説明するための図である。光干渉部２０−３は、２×２光カプラ２１ａ（第１の出力干渉部）、２×２光カプラ２２ａ（第２の出力干渉部）、２×２光カプラ２３ｃ（多値位相変調信号生成部）、２×２光カプラ２４ｃ、２×１光合波部２５ｃ（２×２光カプラ２４ｃおよび２×１光合波部２５ｃはモニタモニタ干渉光生成部に該当）から構成される。

位相変調部１２ａのアームａ１は、２×２光カプラ２１ａの入力ポートｐ１１に接続し、位相変調部１２ａのアームａ３は、入力ポートｐ１２に接続する。位相変調部１２ｂのアームａ２は、２×２光カプラ２２ａの入力ポートｐ１５に接続し、位相変調部１２ｂのアームａ４は、入力ポートｐ１６に接続する。

２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３は、２×２光カプラ２３ｃの入力ポートｐ４１に接続し、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１４は、２×２光カプラ２４ｃの入力ポートｐ４４に接続する。２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７は、２×２光カプラ２３ｃの入力ポートｐ４２に接続し、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１８は、２×２光カプラ２４ｃの入力ポートｐ４５に接続する。

２×２光カプラ２４ｃの出力ポートｐ４６は、２×１光合波部２５ｃの入力ポートｐ４８に接続し、２×２光カプラ２４ｃの出力ポートｐ４７は、２×１光合波部２５ｃの入力ポートｐ４９に接続する。２×１光合波部２５ｃの出力ポートｐ５０は、ＰＤ３１と接続する。

ここで、位相変調部１２ａのアームａ１、ａ３から出力される変調光は、２×２光カプラ２１ａに入力して干渉することで、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１３から変調光ｓ１が出力し、出力ポートｐ１４から放射光ｓ３が出力する。

また、位相変調部１２ｂのアームａ２、ａ４から出力される変調光は、２×２光カプラ２２ａに入力して干渉することで、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１７から変調光ｓ２が出力し、出力ポートｐ１８から放射光ｓ４が出力する。変調光ｓ１、ｓ２は、２×２光カプラ２３ｃに入力して干渉されて、２×２光カプラ２３ｃの出力ポートｐ４３からDQPSK信号ｄ１が出力する。

一方、２×２光カプラ２１ａの出力ポートｐ１４から出力する放射光ｓ３は、２×２光カプラ２４ｃの入力ポートｐ４４に入力し、２×２光カプラ２２ａの出力ポートｐ１８から出力する放射光ｓ４は、２×２光カプラ２４ｃの入力ポートｐ４５に入力する。

そして、互いにπ／２位相がずれている放射光ｓ３、ｓ４は、２×２光カプラ２４ｃによって干渉され、出力ポートｐ４６から信号光ｓ６が出力し、出力ポートｐ４７から信号光ｓ７が出力する。

さらに、信号光ｓ６は、２×１光合波部２５ｃの入力ポートｐ４８に入力し、信号光ｓ７は、２×１光合波部２５ｃの入力ポートｐ４９に入力して、出力ポートｐ５０から、DQPSK信号ｄ１に対してπ／２位相がずれたモニタ干渉光ｄ３が出力される。DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれているのは、２×２光カプラ２４ｃで干渉することによって、π／２の位相差があらたに生じるからである。

このように、第３の実施の形態では、DQPSK信号ｄ１の出力段に２×２光カプラを用い、モニタ干渉光生成部を２×２光カプラおよび２×１光合波部で構成することにより、第１の実施の形態と同様の機能を実現するものである。

次に光変調装置の変形例について説明する。図１９は光変調装置の構成を示す図である。光変調装置１−４は、ＬＤ１ｂ、分岐部１１、位相変調部１２ａ、１２ｂ、位相シフト部１３、２×１光合波部１４、２×２光カプラ１５、ＰＤ３１、位相シフト制御部３２から構成される。

２×１光合波部１４は、位相シフト部１３でπ／２の位相差が設定されることによって、互いにπ／２位相がずれている変調光ｓ１および変調光ｓ２を合波して、DQPSK信号ｄ１を生成する。

２×２光カプラ１５は、一方の入力ポートｐ６１に位相シフト部１３からの出力光が入力し、他方の入力ポートｐ６２に、分岐された他方の入力光が入力して合波されて、出力ポートｐ６３から、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれて、かつ自己の位相がπ／２のときには強度が最小となるモニタ干渉光を出力する。また、出力ポートｐ６４から、DQPSK信号ｄ１に対して位相がπ／２ずれて、かつ自己の位相がπ／２のときには強度が最大となるモニタ干渉光を出力する。

ＰＤ３１は、２つのモニタ干渉光の内のいずれかを受光して、強度に応じた電気信号を出力する。位相シフト制御部３２は、電気信号にもとづいて位相制御信号を生成し、ＰＤ３１の受光強度が最大または最小となるように、位相シフト部１３に位相制御信号を与えて位相シフト量を制御する。

このように、位相変調処理される前段で、位相がπ／２のときに強度が最大または最小となるモニタ干渉光を生成して、これをモニタして位相調整する構成によっても同等の機能を実現することができる。

次にｎ×ｍ（ｎ、ｍは２以上の整数）の光干渉導波路（以下、スターカプラ）を適用した光変調装置について説明する。図２０はスターカプラを適用した光変調装置の構成を示す図である。光変調装置１−５は、ＬＤ１ｂ、分岐部１１、位相変調部１２ａ、１２ｂ、位相シフト部１３ａ、４×４のスターカプラ１６、ＰＤ３１、位相シフト制御部３２から構成される。なお、ここでの位相シフト部１３ａは、π／４の位相を設定する。

位相変調部１２ａのアームａ１は、スターカプラ１６の入力ポートｐ７１と接続し、位相変調部１２ｂのアームａ２は、スターカプラ１６の入力ポートｐ７２と接続し、位相変調部１２ａのアームａ３は、スターカプラ１６の入力ポートｐ７３と接続し、位相変調部１２ｂのアームａ４は、スターカプラ１６の入力ポートｐ７４と接続する。また、スターカプラ１６の出力ポートｐ７５は、ＰＤ３１と接続している。

出力ポートｐ７６からDQPSK信号Ｄ１が出力し、出力ポートｐ７５からDQPSK信号Ｄ１に対して位相がπ／４ずれて、かつ自己の位相がπ／４のときには強度が最小となるモニタ干渉光Ｄ３を出力する。また、出力ポートｐ７７からDQPSK信号Ｄ１に対して位相がπ／４ずれて、かつ自己の位相がπ／４のときには強度が最大となるモニタ干渉光Ｄ２を出力する。

図２１は４×４スターカプラの入力光と出力光との位相関係を示す図である。例えば、４×４スターカプラに対して、ポートｐ１からポートｐ５へ光が通過すると、通過の前後で９π／８の位相差が生じることを示している。

ここで、Ｅ₀を振幅、φを位相シフト部１３ａで設定する位相シフト量とすると、アームａ４を流れる信号光は式（１１）、アームａ３を流れる信号光は式（１２）、アームａ２を流れる信号光は式（１３）、アームａ１を流れる信号光は式（１４）、DQPSK信号Ｄ１は式（１５）、モニタ干渉光Ｄ２は式（１６）、モニタ干渉光Ｄ３は式（１７）となる。

なお、式（１５）の第１項の中の＋３π／８、第２項の中の＋π／８、第３項の中の−π／８、第４項の中の−３π／８は、スターカプラ１６を通過することによって生じた位相変化である。

また、式（１６）の第１項の中の−３π／８、第２項の中の−π／８、第３項の中の＋π／８、第４項の中の＋３π／８は、スターカプラ１６を通過することによって生じた位相変化である。

さらに、式（１７）の第１項の中の＋９π／８、第２項の中の＋３π／８、第３項の中の−３π／８、第４項の中の−９π／８は、スターカプラ１６を通過することによって生じた位相変化である。

図２２はDQPSK信号とモニタ干渉光との波形の一例を示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。式（１６）よりφ＝π／４のとき、モニタ干渉光Ｄ２の出力強度（cos（φ／２−π／８））は１となるので、モニタ干渉光Ｄ２はφ＝π／４のとき、最大強度を持つ波形として出力される。また、式（１７）よりφ＝π／４のとき、モニタ干渉光Ｄ３の出力強度（cos（φ／２＋３π／８））は０となるので、モニタ干渉光Ｄ３はφ＝π／４のとき最小強度を持つ波形として出力される。

なお、スターカプラの特性としては、入力光と出力光の位相関係は、式（１８）で示される（J. Lightwave Tech. Vol.24, No.１, P.１7１, January 2006）。φM：入力に対する出力光の位相変化量、m_left：入力ポート番号、m_right：出力ポート番号である。

したがって、図２１で示すように、通過の前後で位相差を発生するので、位相変化条件を考慮して、スターカプラを通過させる際の光干渉を最適に設計することにより、所望のモニタ干渉光を取り出すことが可能である。

なお、上述してきた光変調装置の構成において、ＰＤ３１の出力段に特定の周波数成分のみを取り出すフィルタを設けてもよい。例えば、図１４のモニタ干渉光の波長図に対して、強度が最大または最小となる箇所以外に現れる信号振幅（図１４の符号ｎ１の波形など）はノイズ成分となる。したがって、ＰＤ３１で光／電気変換された後の電気信号に含まれるこれらノイズ成分を、ＰＤ３１の出力段にフィルタを設置することで除去するような構成にすることも可能である。

以上説明したように、光変調装置１ａの構成により、最適位相差を得るための位相シフト部の制御を容易に行うことが可能になる。なお、上記では、DQPSK変調器の例を用いたが、８値位相変調など他の多値位相変調器とその位相シフト制御を行う場合でも、光変調装置１ａの構成を適用することが可能である。

（付記１） 光信号の変調を行う光変調装置において、
複数の入力光のそれぞれに対して設けられ、前記入力光の位相変調を行う位相変調部と、少なくとも１つの前記位相変調部の前段または後段に設けられ、前記入力光または位相変調後の光の位相をシフトする位相シフト部と、から構成される光変調部と、
前記光変調部からの複数の出力光を干渉させる光干渉部と、
を備え、
前記光干渉部は、前記出力光を干渉させて、多値位相変調信号と、前記多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つモニタ干渉光とを生成する、
ことを特徴とする光変調装置。

（付記２） 前記モニタ干渉光を受光して強度に応じた電気信号を出力するモニタ部と、前記電気信号にもとづいて位相制御信号を生成し、前記位相制御信号を前記位相シフト部に与えて、設定すべき位相シフト量を制御する位相シフト制御部と、をさらに有することを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記３） 前記光干渉部は、前記位相シフト部で設定される位相がφのときに前記多値位相変調信号を生成する場合、位相がφのときには強度が最大または最小となる位相状態を持つ前記干渉光を生成することを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記４） 入力光を複数に分岐する分岐部を備え、
前記分岐した光を、前記複数の入力光とする、
ことを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記５） 前記光干渉部は、
前記第１から第ｍまでの位相変調部を持ち（ｍは２以上の整数）、
第ｎの位相変調部（ｎは１からｍまでの整数）からの出力光を干渉させて、第ｎの変調光と第ｎの非位相変調光とを出力する第ｎの出力干渉部と、
前記第１の変調光から前記第ｎまでの変調光を合波して、前記多値位相変調信号を生成する多値位相変調信号生成部と、
前記第１の非位相変調光から前記第ｎまでの非位相変調光を干渉させて、前記多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ前記モニタ干渉光を生成するモニタ干渉光生成部と、
から構成されることを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記６） 前記第ｎの出力干渉部（ｎは１からｍまでの整数）は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第ｎの２×２光カプラで構成し、前記第ｎの位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第ｎの変調光を出力し、他方の前記出力ポートから前記第ｎの非位相変調光を出力する、
ことを特徴とする付記５記載の光変調装置。

（付記７） 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ２×１光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第３の２×２光カプラで構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の非位相変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の非位相変調光と接続して、前記第１の非位相変調光および前記第２の非位相変調光を干渉させる、
ことを特徴とする付記５記載の光変調装置。

（付記８） 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ２×２光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ第３の２×１光カプラで構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の非位相変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の非位相変調光と接続して、前記第１の非位相変調光および前記第２の非位相変調光を干渉させる、
ことを特徴とする付記５記載の光変調装置。

（付記９） 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
前記多値位相変調信号生成部は、ｎ個の入力ポート（ｎは２以上の整数）とｍ個の出力ポート（ｍは１以上の整数）を持つ第１のｎ×ｍ光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、少なくとも一方に設けたφ位相差を発生させるφ移相部と、ｐ個の入力ポート（ｐは２以上の整数）とｑ個の出力ポート（ｑは１以上の整数）を持つ第２のｐ×ｑ光合波部とから構成され、
前記φ移相部は、前記第１の非位相変調光と前記第２の非位相変調光の間の位相差をφとし、
前記第２のｐ×ｑ光合波部は、位相差φを持つ、前記第１の非位相変調光と、前記第２の非位相変調光が入力する、
ことを特徴とする付記５記載の光変調装置。

（付記１０） 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第３の２×２光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、一方の前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第４の２×２光カプラと、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ２×１光合波部とから構成され、
前記第４の２×２光カプラに対して、
一方の前記入力ポートに前記第１の非位相変調光が入力し、他方の入力ポートに前記第２の非位相変調光が入力して干渉されて、一方の前記出力ポートから第１の信号光を出力し、他方の前記出力ポートから第２の信号光を出力し、
前記２×１光合波部に対して、
一方の前記入力ポートに前記第１の信号光が入力し、他方の入力ポートに前記第２の信号光が入力して合波される、
ことを特徴とする付記５記載の光変調装置。

（付記１１） 前記第１から第ｍまでの位相変調部を持ち（ｍは２以上の整数）、
前記光干渉部は、前記第ｎの位相変調部（ｎは１からｍまでの整数）の２つの出射導波路すべてを入力ポートに接続したｐ×ｑ光カプラ（ｐは２ｍ以上の整数、ｑは２以上の整数）で構成し、前記出力ポートのひとつから前記多値位相変調信号を出力し、他の前記出力ポートから非位相変調光を出力する、
ことを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記１２） 光信号の変調を行う光変調装置において、
複数の入力光のそれぞれに対して設けられ、前記入力光の位相変調を行う位相変調部と、少なくとも１つの前記位相変調部の前段または後段に設けられ、前記入力光または位相変調後の光の位相をシフトする位相シフト部と、から構成される光変調部と、
前記光変調部からの複数の出力光を干渉させる光干渉部と、
を備え、
前記光干渉部は、前記出力光を干渉させて、多値位相変調信号を生成し、
少なくとも一つの位相シフト部を通過した光を分岐した、複数の非位相変調光を干渉させて、前記多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ前記モニタ干渉光を生成するモニタ干渉光生成部と、
から構成されることを特徴とする付記１記載の光変調装置。

（付記１３） 多値位相変調を行う光変調装置において、
入力光を複数に分岐する分岐部と、
位相制御信号にもとづき、分岐された少なくとも１つの入力光の位相をφにシフトする位相シフト部と、
前記位相シフト部からの出力光の位相変調および分岐された前記入力光の位相変調を行う位相変調部と、
前記位相変調部から出力される位相変調後の出力光を干渉させて、多値位相変調信号と、モニタ用の干渉光であるモニタ干渉光とを生成する光干渉部と、
前記モニタ干渉光を受光して強度に応じた電気信号を出力するモニタ部と、
前記電気信号にもとづいて位相制御信号を生成し、前記位相制御信号を前記位相シフト部に与えて、設定すべき位相φを制御する位相シフト制御部と、
を備え、
前記光干渉部は、自己の位相がφのときは、強度が最大または最小となる前記モニタ干渉光を生成し、
前記位相制御部は、前記モニタ部での前記モニタ干渉光の受光強度が最大または最小となるように、前記位相シフト部に前記位相制御信号を与えて位相シフト量を制御する、
ことを特徴とする光変調装置。

（付記１４） 前記光干渉部は、前記位相変調部からｎ本の出力光がある場合、ｎ本以上の入力ポートとｍ本の出力ポートを持つ光干渉導波路で構成することを特徴とする付記１３記載の光変調装置。

（付記１５） 前記分岐部は、入力光を２分岐し、
前記位相シフト部は、前記位相制御信号にもとづき、分岐された２つの入力光の位相差をφとし、
前記位相変調部は、第１の位相変調部と第２の位相変調部から構成され、前記第１の位相変調部は、分岐された一方の出力光の位相変調を行い、
前記第２の位相変調部は、分岐された他方の入力光の位相変調を行い、
前記光干渉部は、前記第１の位相変調部および前記第２の位相変調部からの出力光を干渉させ、
前記光干渉部は、
前記第１の位相変調部からの出力光を干渉させて、第１の変調光と第１の放射光とを出力する第１の出力干渉部と、
前記第２の位相変調部からの出力光を干渉させて、第２の変調光と第２の放射光とを出力する第２の出力干渉部と、
前記位相シフト部でφの位相差が設定されることによって、互いにφ位相がずれている前記第１の変調光および前記第２の変調光を合波して、前記多値位相変調信号を生成する多値位相変調信号生成部と、
前記第１の放射光と前記第２の放射光とを干渉させて、前記多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ前記モニタ干渉光を生成するモニタ干渉光生成部と、
から構成されることを特徴とする付記１３記載の光変調装置。

（付記１６） 前記第１の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第１の２×２光カプラで構成し、前記第１の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第１の変調光を出力し、他方の前記出力ポートから前記第１の放射光を出力し、
前記第２の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第２の２×２光カプラで構成し、前記第２の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第２の変調光を出力し、他方の出力ポートから前記第２の放射光を出力し、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ２×１光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光が出力される前記第１の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光が出力される前記第２の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第３の２×２光カプラで構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の放射光が出力される前記第１の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の放射光が出力される前記第２の２×２光カプラの前記出力ポートと接続して、前記第１の放射光および前記第２の放射光を干渉させ、
一方の前記出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最大となる第１のモニタ干渉光を出力し、
他方の前記出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最小となる第２のモニタ干渉光を出力する、
ことを特徴とする付記１５記載の光変調装置。

（付記１７） 前記第１の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第１の２×２光カプラで構成し、前記第１の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第１の変調光を出力し、他方の前記出力ポートから前記第１の放射光を出力し、
前記第２の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第２の２×２光カプラで構成し、前記第２の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第２の変調光を出力し、他方の出力ポートから前記第２の放射光を出力し、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ２×２光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光が出力される前記第１の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光が出力される前記第２の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ第３の２×１光カプラで構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の放射光が出力される前記第１の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の放射光が出力される前記第２の２×２光カプラの前記出力ポートと接続して、前記第１の放射光および前記第２の放射光を干渉させ、
前記出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最大となる、ないし最小となるモニタ干渉光を出力する、
ことを特徴とする付記１５記載の光変調装置。

（付記１８） 前記第１の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第１の２×２光カプラで構成し、前記第１の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第１の変調光を出力し、他方の前記出力ポートから前記第１の放射光を出力し、
前記第２の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第２の２×２光カプラで構成し、前記第２の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第２の変調光を出力し、他方の出力ポートから前記第２の放射光を出力し、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ第１の２×１光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光が出力される前記第１の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光が出力される前記第２の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、少なくとも一方に設けたφ位相差を発生させるφ移相部と、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ第２の２×１光合波部とから構成され、
前記第２の２×１光合波部は、位相差φを持つ、前記第１の２×２光カプラから出力される放射光と、前記第２の２×２光カプラから出力される前記第２の放射光が入力して、
前記出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最大または最小となる前記モニタ干渉光を出力する、
ことを特徴とする付記１５記載の光変調装置。

（付記１９） 前記第１の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第１の２×２光カプラで構成し、前記第１の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第１の変調光を出力し、他方の前記出力ポートから前記第１の放射光を出力し、
前記第２の出力干渉部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第２の２×２光カプラで構成し、前記第２の位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第２の変調光を出力し、他方の出力ポートから前記第２の放射光を出力し、
前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第３の２×２光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光が出力される前記第１の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光が出力される前記第２の２×２光カプラの前記出力ポートと接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、一方の前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第４の２×２光カプラと、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ２×１光合波部とから構成され、
前記第４の２×２光カプラに対して、
一方の前記入力ポートに前記第１の放射光が入力し、他方の入力ポートに前記第２の放射光が入力して干渉されて、一方の前記出力ポートから第１の信号光を出力し、他方の前記出力ポートから第２の信号光を出力し、
前記２×１光合波部に対して、
一方の前記入力ポートに前記第１の信号光が入力し、他方の入力ポートに前記第２の信号光が入力して合波されて、
前記出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最大または最小となる前記モニタ干渉光を出力する、
ことを特徴とする付記１５記載の光変調装置。

（付記２０） 多値位相変調を行う光変調装置において、
入力光を２分岐する分岐部と、
分岐された少なくとも一方に設けた位相シフト部により、入力光の位相差をφとする位相シフト部と、
前記位相シフト部からの出力光の位相変調を行って第１の変調光を生成する第１の位相変調部と、
分岐された他方の入力光の位相変調を行って第２の変調光を生成する第２の位相変調部と、
前記位相シフト部でφの位相差が設定されることによって、互いにφ位相がずれている前記第１の変調光および前記第２の変調光を合波して、前記多値位相変調信号を生成する２×１光合波部と、
２つに分岐された位相差φを持つ光を入力して干渉されて、一方の出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最大となる第１のモニタ干渉光を出力し、他方の出力ポートから、前記多値位相変調信号に対して位相がφずれて、かつ自己の位相がφのときには強度が最小となる第２のモニタ干渉光を出力する２×２光合波部と、
前記第１のモニタ干渉光または前記第２のモニタ干渉光のいずれかを受光して、強度に応じた電気信号を出力するモニタ部と、
前記電気信号にもとづいて位相制御信号を生成し、前記モニタ部での受光強度が最大または最小となるように、前記位相シフト部に前記位相制御信号を与えて、設定すべき位相シフト量を制御する位相シフト制御部と、
を有することを特徴とする光変調装置。

光変調装置の原理図である。 光変調装置の構成を示す図である。 DQPSK信号とモニタ干渉光との波形の一例を示す図である。 モニタ干渉光の光強度を示すシミュレーション結果を示す図である。 モニタ干渉光の光強度を示すシミュレーション結果を示す図である。 モニタ干渉光の関数曲線を示す図である。 光変調装置の構成を示す図である。 光干渉部の内部構成および接続関係を説明するための図である。 ２×１光合波部の特性を示す図である。 ２×１光合波部の入力光と出力光との位相関係を示す図である。 ２×２光カプラの特性を示す図である。 ２×２光カプラの入力光と出力光との位相関係を示す図である。 モニタ干渉光の関数曲線を示す図である。 DQPSK信号とモニタ干渉光との波形の一例を示す図である。 光変調装置の構成を示す図である。 光干渉部の内部構成および接続関係を説明するための図である。 光変調装置の構成を示す図である。 光干渉部の内部構成および接続関係を説明するための図である。 光変調装置の構成を示す図である。 スターカプラを適用した光変調装置の構成を示す図である。 ４×４スターカプラの入力光と出力光との位相関係を示す図である。 DQPSK信号とモニタ干渉光との波形の一例を示す図である。 一般的な多値光位相変調器を示す図である。 直交位相変調のフェーズダイアグラムを示す図である。 多値光位相変調器から出力される光合波信号の位相状態の一例を示す図である。 位相差ずれの概念を示す図である。 DQPSK信号を示す図である。

符号の説明

１ａ 光変調装置
１０ 光変調部
１ａ−１、１ａ−２ 位相変調部
１ａ−３ 位相シフト部
２０ 光干渉部
３１ モニタ部
３２ 位相シフト制御部

Claims (10)

1. 光信号の変調を行う光変調装置において、
   複数の入力光のそれぞれに対して設けられ、前記入力光の位相変調を行う位相変調部と、少なくとも１つの前記位相変調部の前段または後段に設けられ、前記入力光または位相変調後の光の位相をシフトする位相シフト部と、から構成される光変調部と、
   前記光変調部からの複数の出力光を干渉させる光干渉部と、
   を備え、
   前記光干渉部は、前記出力光を干渉させて、多値位相変調信号と、前記多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つモニタ干渉光とを生成する、
   ことを特徴とする光変調装置。
2. 前記モニタ干渉光を受光して強度に応じた電気信号を出力するモニタ部と、前記電気信号にもとづいて位相制御信号を生成し、前記位相制御信号を前記位相シフト部に与えて、設定すべき位相シフト量を制御する位相シフト制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
3. 前記光干渉部は、前記位相シフト部で設定される位相がφのときに前記多値位相変調信号を生成する場合、位相がφのときには強度が最大または最小となる位相状態を持つ前記干渉光を生成することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
4. 入力光を複数に分岐する分岐部を備え、
   前記分岐した光を、前記複数の入力光とする、
   ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
5. 前記位相変調部は、第１から第ｍまでの位相変調部を有し（ｍは２以上の整数）、
   前記光干渉部は、第１から第ｍまでの出力干渉部と、多値位相変調信号生成部と、モニタ干渉光生成部とを有し、
   前記第ｎの出力干渉部（ｎは１からｍまでの整数）は、前記第ｎの位相変調部からの出力光を干渉させて、第ｎの変調光と第ｎの非位相変調光とを出力し、
   前記多値位相変調信号生成部は、前記第１の変調光から前記第ｍまでの変調光を合波して、前記多値位相変調信号を生成し、
   前記モニタ干渉光生成部は、前記第１の非位相変調光から前記第ｍまでの非位相変調光を干渉させて、前記多値位相変調信号の位相状態とは異なる位相状態を持つ前記モニタ干渉光を生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
6. 前記第ｎの出力干渉部（ｎは１からｍまでの整数）は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第ｎの２×２光カプラで構成し、前記第ｎの位相変調部の２つの出射導波路と２つの前記入力ポートがそれぞれ接続して、一方の前記出力ポートから前記第ｎの変調光を出力し、他方の前記出力ポートから前記第ｎの非位相変調光を出力する、
   ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
7. 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
   前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ２×１光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
   前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第３の２×２光カプラで構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の非位相変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の非位相変調光と接続して、前記第１の非位相変調光および前記第２の非位相変調光を干渉させる、
   ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
8. 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
   前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ２×２光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
   前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ第３の２×１光カプラで構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の非位相変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の非位相変調光と接続して、前記第１の非位相変調光および前記第２の非位相変調光を干渉させる、
   ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
9. 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
   前記多値位相変調信号生成部は、ｒ個の入力ポート（ｒは２以上の整数）とｓ個の出力ポート（ｓは１以上の整数）を持つ第１のｒ×ｓ光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
   前記モニタ干渉光生成部は、少なくとも一方に設けたφ位相差を発生させるφ移相部と、ｐ個の入力ポート（ｐは２以上の整数）とｑ個の出力ポート（ｑは１以上の整数）を持つ第２のｐ×ｑ光合波部とから構成され、
   前記φ移相部は、前記第１の非位相変調光と前記第２の非位相変調光の間の位相差をφとし、
   前記第２のｐ×ｑ光合波部は、位相差φを持つ、前記第１の非位相変調光と、前記第２の非位相変調光が入力する、
   ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。
   
10. 前記第１から第２までの位相変調部を持ち、
    前記多値位相変調信号生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第３の２×２光合波部で構成し、一方の前記入力ポートは、前記第１の変調光と接続し、他方の前記入力ポートは、前記第２の変調光と接続し、前記第１の変調光と前記第２の変調光を合波して、一方の前記出力ポートから前記多値位相変調信号を出力し、
    前記モニタ干渉光生成部は、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ第４の２×２光カプラと、２つの入力ポートと１つの出力ポートを持つ２×１光合波部とから構成され、
    前記第４の２×２光カプラに対して、
    一方の前記入力ポートに前記第１の非位相変調光が入力し、他方の入力ポートに前記第２の非位相変調光が入力して干渉されて、一方の前記出力ポートから第１の信号光を出力し、他方の前記出力ポートから第２の信号光を出力し、
    前記２×１光合波部に対して、
    一方の前記入力ポートに前記第１の信号光が入力し、他方の入力ポートに前記第２の信号光が入力して合波される、
    ことを特徴とする請求項５記載の光変調装置。

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