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特開2023-172092マッハツェンダ型光変調器、光トランシーバ及び分散補償方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172092

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】マッハツェンダ型光変調器、光トランシーバ及び分散補償方法

(51)【国際特許分類】

G02F 1/01 20060101AFI20231129BHJP

H04B 10/50 20130101ALI20231129BHJP

H04B 10/2513 20130101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 C

H04B10/50

H04B10/2513 170

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083664

(22)【出願日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入健

(72)【発明者】

【氏名】倉橋諒

【テーマコード（参考）】

2K102

5K102

【Ｆターム（参考）】

2K102BA02

2K102BA40

2K102BB01

2K102BB04

2K102BD02

2K102CA15

2K102DB04

2K102EB20

5K102AA01

5K102AA10

5K102KA02

5K102KA36

5K102PH02

(57)【要約】

【課題】好適な受信感度にて長距離伝送を実現できる、光トランシーバへ適用可能なマッハツェンダ型光変調器、光トランシーバ及び波長分散補償方法を提供する。
【解決手段】入力側分岐部２０は、入力される光を、分岐比ηのクロスポート経路と、分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐する。アーム３１は、入力側分岐部２０のクロスポート経路からの光が伝搬する。アーム３２は、入力側分岐部２０のバーポート経路からの光が伝搬する。出力側分岐部５０は、クロスポート分岐比γ、バーポート分岐比１－γにて、アーム３１から入力する光とアーム３２から入力する光とを結合した出力光を出力する。位相変調部４１及び４２は、アーム３１を伝搬する光とアーム３２を伝搬する光との間で位相差を与える。η及び１－ηと、γ及び１－γとは、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される光を、クロスポート分岐比ηのクロスポート経路と、バーポート分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器の前記クロスポート経路からの光が伝搬する第１のアームと、
前記第１の方向性結合器の前記バーポート経路からの光が伝搬する第２のアームと、
一方の入力に前記第１のアームからの光が入力され、他方の入力に前記第２のアームからの光が入力され、クロスポート分岐比がγ、バーポート分岐比が１－γの２入力２出力の第２の方向性結合器と、
前記第１のアームを伝搬する前記光と前記第２のアームを伝搬する前記光との間で位相差を与える位相変調部と、を備え、
前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηと、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとは、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定される、
マッハツェンダ型光変調器。

【請求項2】

前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηとが同じ値とならないように、又は、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとが同じ値にならないように、前記クロスポート分岐比η、前記バーポート分岐比１－η、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γが決定される、
請求項１に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項3】

前記第１のアームを通過する前記光と、前記第２のアームを通過する前記光との位相差がπ／２である場合に、前記位相変調部によって、前記第１及び第２のアームのそれぞれに正相の変調信号を与え、
前記入力される光に対してクロスポートとなる前記第２の方向性結合器の出力から、出力光を出力する、
請求項２に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項4】

前記クロスポート分岐比ηは、前記クロスポート分岐比γよりも大きい、
請求項３に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項5】

前記出力光の伝送経路がシングルモード光ファイバで構成され、伝送速度を２５Ｇｂｐｓ、γ＝０．５、波長分散の上限値がＴＴＣ標準のＪＴ－Ｇ６５２の波長１５５０ｎｍにおける波長分散の上限値１８．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである場合、前記出力光の伝送距離Ｄ［ｋｍ］と、消光比の上限値ＥＲ_ＭＡＸとの関係は、以下の式［１］で表される、

【数1】

請求項４に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項6】

前記出力光の消光比が、前記出力光の伝送距離が１５ｋｍである場合の前記消光比の上限値１７．５ｄＢ以下となるように、前記クロスポート分岐比ηは０．６６以上に設定される、
請求項５に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項7】

前記出力光の消光比が、前記出力光の受信側の感度を担保するための消光比の下限値７．５ｄＢ以上となるように、前記クロスポート分岐比は０．８０以下に設定される、
請求項５又は６に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項8】

前記第１のアームを通過する前記光と、前記第２のアームを通過する前記光との位相差がπ／２である場合に、前記位相変調部によって、前記第１及び第２のアームのそれぞれに正相の変調信号を与え、
前記入力される光に対してバーポートとなる前記第２の方向性結合器の出力から、出力光を出力する、
請求項２に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項9】

前記第１のアームを通過する前記光と、前記第２のアームを通過する前記光との位相差が－π／２である場合に、前記位相変調部によって、前記第１及び第２のアームのそれぞれに逆相の変調信号を与え、
前記入力される光に対してクロスポートとなる前記第２の方向性結合器の出力から、出力光を出力する、
請求項２に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項10】

前記出力光の消光比が、前記出力光の伝送距離が１５ｋｍである場合の前記消光比の上限値１７．５ｄＢ以下となるように、前記クロスポート分岐比ηは０．３６以下に設定される、
請求項９に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項11】

前記出力光の消光比が、前記出力光の受信側の感度を担保するための消光比の下限値７．５ｄＢ以上となるように、前記クロスポート分岐比は０．１以上に設定される、
請求項９又は１０に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項12】

前記第１のアームを通過する前記光と、前記第２のアームを通過する前記光との位相差が－π／２である場合に、前記位相変調部によって、前記第１及び第２のアームのそれぞれに逆相の変調信号を与え、
前記入力される光に対してバーポートとなる前記第２の方向性結合器の出力から、出力光を出力する、
請求項２に記載のマッハツェンダ型光変調器。

【請求項13】

光源と、光源からの光を変調するマッハツェンダ型光変調器と、を有する光信号を送信する送信器と、
入力する光信号を受信する受信器と、
前記送信器及び前記受信器を制御する制御部と、を備え、
前記マッハツェンダ型光変調器は、
前記光源から入力される光を、クロスポート分岐比ηのクロスポート経路と、バーポート分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器の前記クロスポート経路からの光が伝搬する第１のアームと、
前記第１の方向性結合器の前記バーポート経路からの光が伝搬する第２のアームと、
一方の入力に前記第１のアームからの光が入力され、他方の入力に前記第２のアームからの光が入力され、クロスポート分岐比がγ、バーポート分岐比が１－γの２入力２出力の第２の方向性結合器と、
前記第１のアームを伝搬する前記光と前記第２のアームを伝搬する前記光との間で位相差を与える位相変調部と、を備え、
前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηと、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとは、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定される、
光トランシーバ。

【請求項14】

入力される光を、第１の方向性結合器によって、クロスポート分岐比ηのクロスポート経路と、バーポート分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐し、
前記第１の方向性結合器の前記クロスポート経路からの光を第１のアームに入力し、
前記第１の方向性結合器の前記バーポート経路からの光を第２のアームに入力し、
クロスポート分岐比がγ、バーポート分岐比が１－γの２入力２出力の第２の方向性結合器の一方の入力に前記第１のアームからの光を入力し、他方の入力に前記第２のアームからの光が入力し、
前記第１のアームを伝搬する前記光と前記第２のアームを伝搬する前記光との間で位相差を与え、
前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηと、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとを、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定する、
分散補償方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マッハツェンダ型光変調器、光トランシーバ及び分散補償方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一定の符号誤り率 (ＢＥＲ：Bit Error Rate) 以下での光通信を実現するためには、一定以上の受光パワーが要求され、これは最小受信感度と呼ばれる。光信号が光ファイバなどの伝送媒体を伝わる場合、伝送距離に応じて光パワーが次第に小さくなると、主信号に対して統計的な揺らぎを持つノイズ成分が相対的に大きくなり、ＢＥＲが上昇する。

【0003】

一方で、変調時の時間軸上のパルス形状に着目すると、伝送媒体である光ファイバを伝搬することで、パルスは時間軸上で広がってしまう。これは、波長によって光の伝搬速度が異なることで生じる波長分散と呼ばれる光ファイバの特性に起因している。パルスが広がるとノイズ成分が大きくなってＢＥＲが上昇するため、最小受信感度が劣化してしまう。また、伝送距離が長くなるほど分散の影響が大きくなる。そのため、最小受信感度を満たすためには、規格やシステム要件などで決定される、波長分散、変調速度及び伝送距離が影響する。

【0004】

波長分散の影響を低減するには、分散補償ファイバの適用、光ファイバのゼロ分散波長 (汎用シングルモードファイバの場合は波長１．３μｍ付近) での通信規格の適用、デジタルコヒーレント技術による波形補償や送信波形のプリチャープの導入などが行われる。

【0005】

モバイルフロントホール等に使用されるＳＦＰ(Small Form-factor Pluggable) 光トランシーバは、光信号と電気信号とを相互変換する光モジュールであり、通信容量拡大や長距離伝送化が求められている。これに応じて、ＳＦＰ光トランシーバには、小型パッケージ内部に多種多様な電気回路及び光回路、例えば、光信号を変調するマッハツェンダ型光変調器（特許文献１～４）が高密度に集積、実装されている。このような小型光モジュールにおいては、物理的なサイズだけではなく、消費電力とそれに伴う発熱、低コスト化といった制約がある。また、５Ｇや６Ｇなどのモバイル通信技術の進展によって伝送容量の拡大が求められている中で、既設の光ファイバ網を有効活用するために、波長多重伝送(ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex)技術を適用していくことが考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２００６／１００７１９号

【特許文献2】特開２０１７－３８１３号公報

【特許文献3】特開２０１０－２０６７６８号公報

【特許文献4】特開２０１５－９４８１２号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】F. Koyama and K. Iga, “Frequency Chirping in External Modulators”, Jan. 1998, J. Light. Technol., vol. 6, no. 1, pp. 87-93.

【非特許文献2】T. Kawanishi, K. Kogo, S. Oikawa, M. Izutsu, “Direct measurement of chirp parameters of high-speed Mach-Zehnder-type optical modulators”, Aug. 2001, Optics Communications, vol. 195, pp399-404.

【非特許文献3】H. Kim and A. Gnauck, “Chirp Characteristics of Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator With a Finite DC Extinction Ratio”, Mar. 2002, IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 14, no. 3, pp. 298-300.

【非特許文献4】Y. Yamaguchi, A. Kanno, T. Kawanishi, M. Izutsu and H. Nakajima, “Precise Optical Modulation Using Extinction-Ratio and Chirp Tunable Single-Drive Mach-Zehnder Modulator”, Nov. 1998, J. Light. Technol., vol. 35, no. 21, pp. 4781-4788.

【非特許文献5】Y. Yamaguchi, “Advanced Optical Modulator Based on Integrated Mach-Zehnder Interferometer”, 2017, Doctral Dissertation, Waseda University.

【非特許文献6】「JT-G652 シングルモード光ファイバ及びケーブルの諸特性」、一般社団法人情報通信技術委員会、２０１８年５月２４日、第１．１版

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述のような技術が適用されたネットワークにおいて伝送経路を通じて光信号を伝送する場合、伝送によって生じる波長分散を補償することが求められる。しかしながら、ＳＦＰ光トランシーバは汎用シングルモードファイバ (ＳＭＦ：Single Mode Fiber) と接続されるため、基幹ネットワークで培われたＷＤＭ技術が使用できる波長１．５μｍ帯では、ゼロ分散波長を使用することができない。また、分散補償ファイバは、伝送距離に応じて個別に長さを調整する必要があり、価格制約の強いモバイル網での使用は困難である。さらに、デジタルコヒーレント技術では、高価かつ消費電力の大きいデジタルシグナルプロセッサ (ＤＳＰ：Digital Signal Processor) が必要となるため、モバイルフロントホール向けであるＳＦＰ光トランシーバへの使用はやはり難しい。

【0009】

上述した送信信号のプリチャープは、通常、変調器に印加する高周波 (ＲＦ：Radio Frequency) 信号によって実現されるが、変調器ドライバにプリチャープ機能を付与することになるため、消費電力や価格の観点でデメリットが生じる。

【0010】

一方で、ＳＦＰ光トランシーバは安価で大量生産が可能であり、低消費電力かつ小型といった特徴を持つシリコン（Ｓｉ）フォトニクス技術と相性がよく、送信用の光回路部分をＳｉフォトニクスチップに集積することができる。この場合、光変調器として、高速変調可能、低損失、高消光比といった良好な特性を有するマッハツェンダ型光変調器が採用されることがある。そこで、マッハツェンダ型光変調器によって、送出する光信号に対して、波長分散を補償するためのプリチャープを行うことが考え得る。しかし、マッハツェンダ型光変調器は、一般に、周波数チャープが生じない。厳密には、周波数チャープは０ではないものの、小さな値である。そのため、送出する光信号に対して波長分散を補償するためにマッハツェンダ型光変調器によってプリチャープを行う手法の確立が求められている。

【0011】

本開示は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、好適な受信感度にて長距離伝送を実現できる、光トランシーバへ適用可能なマッハツェンダ型光変調器、光トランシーバ及び波長分散補償方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示の一態様であるマッハツェンダ型光変調器は、入力される光を、クロスポート分岐比ηのクロスポート経路と、バーポート分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐する第１の方向性結合器と、前記第１の方向性結合器の前記クロスポート経路からの光が伝搬する第１のアームと、前記第１の方向性結合器の前記バーポート経路からの光が伝搬する第２のアームと、一方の入力に前記第１のアームからの光が入力され、他方の入力に前記第２のアームからの光が入力され、クロスポート分岐比がγ、バーポート分岐比が１－γの２入力２出力の第２の方向性結合器と、前記第１のアームを伝搬する前記光と前記第２のアームを伝搬する前記光との間で位相差を与える位相変調部と、を備え、前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηと、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとは、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定されるものである。

【0013】

本開示の一態様である光トランシーバは、光源と、光源からの光を変調するマッハツェンダ型光変調器と、を有する光信号を送信する送信器と、入力する光信号を受信する受信器と、前記送信器及び前記受信器を制御する制御部と、を備え、前記マッハツェンダ型光変調器は、前記光源から入力される光を、クロスポート分岐比ηのクロスポート経路と、バーポート分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐する第１の方向性結合器と、前記第１の方向性結合器の前記クロスポート経路からの光が伝搬する第１のアームと、前記第１の方向性結合器の前記バーポート経路からの光が伝搬する第２のアームと、方の入力に前記第１のアームからの光が入力され、他方の入力に前記第２のアームからの光が入力され、クロスポート分岐比がγ、バーポート分岐比が１－γの２入力２出力の第２の方向性結合器と、前記第１のアームを伝搬する前記光と前記第２のアームを伝搬する前記光との間で位相差を与える位相変調部と、を備え、前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηと、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとは、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定されるものである。

【0014】

本開示の一態様である分散補償方法は、入力される光を、第１の方向性結合器によって、クロスポート分岐比ηのクロスポート経路と、バーポート分岐比１－ηのバーポート経路と、に分岐し、前記第１の方向性結合器の前記クロスポート経路からの光を第１のアームに入力し、前記第１の方向性結合器の前記バーポート経路からの光を第２のアームに入力し、クロスポート分岐比がγ、バーポート分岐比が１－γの２入力２出力の第２の方向性結合器の一方の入力に前記第１のアームからの光を入力し、他方の入力に前記第２のアームからの光が入力し、前記第１のアームを伝搬する前記光と前記第２のアームを伝搬する前記光との間で位相差を与え、前記クロスポート分岐比ηと前記バーポート分岐比１－ηと、前記クロスポート分岐比γ及び前記バーポート分岐比１－γとを、チャープパラメータであるαパラメータが負の値となるように決定するものである。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、好適な受信感度にて長距離伝送を実現できる、光トランシーバへ適用可能なマッハツェンダ型光変調器、光トランシーバ及び波長分散補償方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器の構成を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器が組み込まれた光トランシーバの構成を模式的に示す図である。

【図3】波長１５５０ｎｍにおけるαパラメータと正分散耐力の関係の実測例を示す図である。

【図4】異なるηの値に対するγ＝０．５での消光比ＥＲとαパラメータの変化を示す図である。

【図5】入力側分岐部２０及び出力側分岐部を共に方向性結合器で構成し、かつ、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定した場合の、入力側分岐部２０の分岐比ηに対するαパラメータの依存性の計算結果を示す図である。

【図6】消光比に対して実測した正分散耐力との関係を示す図である。

【図7】波長が１５２５ｎｍ～１５７０ｎｍの光に対する結合長と分岐比ηとの関係の実測値を示す図である。

【図8】伝送距離１５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～２５ｄＢの範囲で、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定して、入力側分岐部２０の分岐比ηを変化させた場合の消光比の波長依存性を示す図である。

【図9】伝送距離１５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～２５ｄＢの範囲で、出力側分岐部５０を２×２ＭＭＩカプラ（γ＝０．５）で構成した場合の消光比の波長依存性を示す図である。

【図10】式［１５］の消光比条件を満たす場合の消光比の波長依存性を示す図である。

【図11】伝送条件２における伝送距離と消光比の上限との関係を示す図である。

【図12】マッハツェンダ型光変調器１００のトランスファカーブにおいてスロープを反転させた場合の出力光を示す図である。

【図13】実施の形態２において、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を共に方向性結合器で構成し、かつ、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定した場合の、入力側分岐部２０の分岐比ηに対するαパラメータの依存性の計算結果を示す図である。

【図14】変調信号を反転させた場合の出力光を示す図である。

【図15】トランスファカーブのスロープの反転と変調信号の反転とを組み合わせて適用した場合の出力光を示す図である。

【図16】実施の形態２において入力側分岐部２０の分岐比ηを変化させた場合の消光比の波長依存性を示す図である。

【図17】出力側分岐部を２×２のＭＭＩカプラとして構成した場合の、消光比の波長依存性を示す図である。

【図18】伝送距離１２．５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～３０ｄＢの範囲において、出力側分岐部の分岐比γを０．５とした場合の消光比の波長依存性を示す図である。

【図19】伝送距離１２．５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～３０ｄＢの範囲において、出力側分岐部の分岐比γを０．４に変更した場合の消光比の波長依存性を示す図である。

【図20】実施の形態４にかかるマッハツェンダ型光変調器４００の構成を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

【0018】

実施の形態１
実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器について説明する。実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器は、入力側分岐部の光の分岐比と出力側分岐部の光の分岐比とを好適に設計することで、正分散耐力の付与と所望の消光比の実現とを両立するものとして構成される。以下、その構成及びメカニズムについて説明する。

【0019】

まず、実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器１００の構成について説明する。図１に、実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器１００の構成を模式的に示す。マッハツェンダ型光変調器１００は、入力導波路１１及び１２、入力側分岐部２０、アーム３１及び３２、位相変調部４１及び４２出力側分岐部５０、出力導波路６１及び６２を有する。

【0020】

入力側分岐部２０は、２つの入力ポート２１及び２２と２つの出力ポート２３及び２４とを有する２入力２出力の光分岐部である。本構成においては、入力側分岐部２０は方向性結合器として構成され、第１の方向性結合器とも称する。入力導波路１１及び１２は、それぞれ、入力ポート２１及び２２と接続される。ここでは、入力導波路１２から入力ポート２２に、光信号が入力されるものとする。入力導波路１１と接続される入力ポート２１に対してバーポートとなる出力ポート２３には、アーム３１の一端が出力される。入力導波路１２と接続される入力ポート２２に対してバーポートとなる出力ポート２４には、アーム３２の一端が出力される。

【0021】

アーム３１及び３２（それぞれ、第１及び第２のアームとも称する）には、それぞれ、通過する光信号の位相を調整可能な位相変調部４１及び４２（単に、位相変調部とも称する）が設けられる。

【0022】

出力側分岐部５０は、２つの入力ポート５１及び５２と２つの出力ポート５３及び５４とを有する２入力２出力の光分岐部である。本構成においては、入力側分岐部５０は方向性結合器として構成され、第２の方向性結合器とも称する。出力導波路６１及び６２は、それぞれ、出力ポート５３及び５４と接続される。アーム３１の他端は、出力導波路６１が接続される出力ポート５３に対してバーポートとなる入力ポート５１と接続される。アーム３２の他端は、出力導波路６２が接続される出力ポート５４対してバーポートとなる入力ポート５２と接続される。

【0023】

マッハツェンダ型光変調器１００では、光信号が入力される入力側分岐部２０の入力ポート２２に対して、クロスポートとなる、出力側分岐部５０の出力ポート５３から、変調後の変調光信号が出力される。

【0024】

続いて、マッハツェンダ型光変調器１００の適用例について説明する。図２に、実施の形態１にかかるマッハツェンダ型光変調器１００が組み込まれた光トランシーバ１０の構成を模式的に示す。図２に示すように、光トランシーバ１０は、ＳＦＰ光トランシーバなどのプラガブル光モジュールとして構成される。

【0025】

光トランシーバ１０は、光送信器１、光受信器２及び制御部３を有する。制御部３は、光送信器１及び光受信器２の動作を制御可能に構成される。光送信器１は、外部の光通信装置などから入力される電気信号Ｓ＿Ｔに基づいて変調した光信号Ｌ＿Ｔを出力する。光受信器２は、光ケーブルなどを介して光トランシーバ１０に入力する光信号Ｌ＿Ｒを受信し、光信号を復号した電気信号Ｓ＿Ｒを光通信装置に出力する。

【0026】

光送信器１は、光源１Ａと光変調器１Ｂとを有する。光源１Ａは、例えば、一定の範囲の波長のレーザ光を出力可能な波長可変レーザモジュールとして構成される。光変調器１Ｂは、光源１Ａから入力するレーザ光Ｌを、電気信号Ｓ＿Ｔに基づいて変調した光信号Ｌ＿Ｔを出力する。

【0027】

本実施の形態にかかるマッハツェンダ型光変調器１００は、この光変調器１Ｂとして用いられるものであり、電気信号Ｓ＿Ｔ又は信号Ｓ＿Ｔに基づいた信号が位相変調部４１及び４２に印加されることで、入力ポート２２に入力されたレーザ光ＩＮ（図２のレーザ光Ｌに対応）が変調され、変調後の光信号ＯＵＴ（図２の光信号Ｌ＿Ｔに対応）が出力ポート５３から出力される。

【0028】

本実施の形態では、上述した構成において、伝送経路により伝送される光信号に対して、波長分散に対する耐力（以下、正分散耐力と称する）を付与するため、予めプリチャープを付与した光信号を送出するものである。以下、マッハツェンダ型光変調器１００における正分散耐力の付与について説明する。本実施の形態では、マッハツェンダ型光変調器１００の伝送特性、具体的には、いわゆるチャープパラメータを調整することで、所望の正分散耐力を実現することができる。チャープパラメータはαパラメータとも呼ばれる値であり、以下αパラメータと表記する場合にはチャープパラメータを指すものとする。

【0029】

［αパラメータと正分散耐力との関係］
まず、マッハツェンダ型光変調器１００におけるαパラメータと正分散耐力との関係について説明する。αパラメータとは、強度変調に付随する位相変調効果を表し、電界の位相Φの時間変化を電界振幅Ｅの時間変化で除算しものとして、式［１］のように記述される（非特許文献１）。式［１］のＰは、電界Ｅを２乗した値であり、電界Ｅのパワーを示す。

【数1】

【0030】

図３に、波長１５５０ｎｍにおけるαパラメータと正分散耐力の関係の実測例を示す。図３に示すように、正分散耐力を得るためには、αパラメータを負の値とし、かつ、その絶対値を大きくすればよいことがわかる。なお、使用する波長によってＳＭＦの波長分散の符号は異なるものの、波長１５５０ｎｍにおいて正分散耐力を得るためには、図３より、αパラメータの値を負にすればよいことがわかる。

【0031】

［αパラメータと分岐比との関係］
このαパラメータを調整するには、マッハツェンダ型光変調器の入力側分岐部及び出力側分岐部の一方又は両方の分岐比を変更すればよい。しかしながら、入力側分岐部の分岐比及び出力側分岐部の分岐比を変更すればマッハツェンダ型光変調器の消光比も変化するため、αパラメータに対する要求と消光比に対する要求とを共に満たす分岐比を採用することが求められる。

【0032】

マッハツェンダ型光変調器の入力側分岐部の分岐比及び出力側分岐部の分岐比と、αパラメータ及び消光比との関係について説明する。図１に示すように、マッハツェンダ型光変調器１００では、入力側分岐部２０のクロスポートパワー分岐比をη（０≦η≦１)、出力側分岐部５０のクロスポートパワー分岐比をγ（０≦γ≦１）としている。具体的には、入力側分岐部２０では、入力ポート２２から出力ポート２３への信号通過率がη、入力ポート２２から出力ポート２４への信号通過率が１－ηである。また、出力側分岐部５０では、入力ポート５１から出力ポート５３への信号通過率が１－γ、入力ポート５２から出力ポート５３への信号通過率がγである。なお、以下で単に分岐比と表記する場合には、パワー分岐比を示すものとする。以下では、クロスポートパワー分岐比は単にクロスポート分岐比、バーポートパワー分岐比は単にバーポート分岐比とも称する。

【0033】

マッハツェンダ型光変調器のクロスポート出力の出力電界Ｅ_ＯＵＴは、以下の式［２］～［４］のように記述される。式［１］において、Φ_１とΦ_２は、それぞれアーム３１及び３２による位相変化量である。式［２］において、ａ_１及びａ_２は、それぞれ位相変調部４１及び４２での時間変化するバイアス電圧の係数であり、この係数が乗じられたバイアス電圧の項は、位相変化量のうちで時間変化する成分を示している。Φ_Ｂ１及びΦ_Ｂ２は、それぞれ位相変調部４１及び４２でのバイアス電圧による位相変化量のうち、時間変化しない成分を示している。また、Ｅ_ＩＮは、マッハツェンダ型光変調器に入力する光信号の電界を示している（非特許文献２～５）。

【数2】

【数3】

【数4】

【0034】

式［２］より、出力電界Ｅ_ＯＵＴのパワーＰ及び電界の位相Φは、それぞれ、以下の式［５］及び［６］のように記述できる。

【数5】

【数6】

【0035】

式［５］及び式［６］を式［１］に代入すると、αパラメータは式［７］のように記述される。

【数7】

【0036】

ここでは、マッハツェンダ型光変調器１００をトランスファカーブのＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｏｉｎｔ（四分位点）で動作させるものとし、小信号入力を考えると各アームの位相変化量について、式［８］の関係が成り立つものとする。

【数8】

式［７］に式［８］を代入することで、パラメータαは以下の式［９］で記述できる。

【数9】

【0037】

ここでは、マッハツェンダ型光変調器１００は、完全なプッシュプル動作を行うものとする。この場合、各アームのバイアス電圧に対する位相変化量は符号が異なるものの、絶対値は等しくなるので、式［１０］の関係が成り立つ。

【数10】

よって、αパラメータは、式［１０］を式［９］に代入することで、以下の式［１１］のように記述される。

【数11】

この場合、式［１１］から明らかなように、αパラメータは、入力側分岐部２０の分岐比ηと出力側分岐部５０の分岐比γのみで決定されることが分かる。特に、入力側分岐部２０の分岐比ηと出力側分岐部５０の分岐比γとを適宜設定することで、αパラメータの符号を決定できることが理解できる。

【0038】

［消光比と分岐比との関係］
次いで、消光比と分岐比との関係について説明する。消光比ＥＲは、パワーＰの最大値Ｐ_ｍａｘと最小値Ｐ_ｍｉｎとの比で決定されるため、式［５］より、以下の式［１２］のように記述される。なお、式［５］において、ｃｏｓ（Φ_１－Φ_２）＝１の場合に最大値Ｐ_ｍａｘが得られ、ｃｏｓ（Φ_１－Φ_２）＝－１の場合に最小値Ｐ_ｍｉｎが得られる。

【数12】

式［１２］からわかるように、消光比ＥＲは、入力側分岐部２０の分岐比ηと出力側分岐部５０の分岐比γのみで決定されることが分かる。

【0039】

［αパラメータと消光比との関係］
式［１１］及び式［１２］から、αパラメータと消光比との間には、以下の式［１３］の関係が成り立つ。

【数13】

【0040】

以下、分岐比を変化させた場合の消光比ＥＲとαパラメータの挙動について検討する。ここでは、まず、簡略化のため、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定して、入力側分岐部２０の分岐比ηを変化させた場合の、消光比ＥＲとαパラメータの挙動について説明する。図４に、γを０．５に固定してηのみを変化させた場合の消光比ＥＲとαパラメータとを示す。図４から、ηの値によって消光比ＥＲ及びαパラメータが変化することと、αパラメータは、同一の消光比に対して正及び負の２つの値が存在することがわかる。

【0041】

また、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定した場合のαパラメータと入力側分岐部２０の分岐比ηとの関係についてさらに説明する。図５に、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を共に方向性結合器で構成し、かつ、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定した場合の、入力側分岐部２０の分岐比ηに対するαパラメータの依存性の計算結果を示す。この場合、図５に示すように、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．５よりも大きな場合（η＞０．５）にαパラメータは負の値（α＜０）となり、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．５よりも小さな場合（η＜０．５）にαパラメータは正の値（α＞０）となることがわかる。言うまでもないが、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．５の場合、αパラメータは０（α＝０）となる。

【0042】

上述の通り、正分散耐力はαパラメータにより決定されるため、消光比ＥＲの値とαパラメータの符号とを適切に調整して、好適な分散耐性を付与することで、長距離伝送が可能になる。図３の例において、ＣバンドにおいてＳＭＦの分散に対して耐力を付与する場合を想定すると、αパラメータの符号は負であることが求められる。これによりαパラメータの符号が決まるので、分岐比η及びγの組み合わせ、消光比及びαパラメータの間には、１対１の対応関係が成り立つ。したがって、所望の消光比、付与すべき正分散耐力（すなわちαパラメータの値）に基づいて、分岐比η及びγの組み合わせを決定することが可能となる。以下、具体的に説明する。

【0043】

［消光比及び分岐比の決定］
所望の伝送特性を実現するには、光受信器で信号を受信するときのノイズ耐性が満たされなければならないため、消光比ＥＲには満たすべき値の範囲が存在する。そのため、分岐比η及びγを適切に設計して、所望の伝送特性を実現するための消光比ＥＲとαパラメータとを両立する必要がある。

【0044】

なお、マッハツェンダ型光変調器１００の構成として、入出力それぞれに２入力２出力の分岐構造を想定しているが、入力側が１入力２出力の分岐構造であっても、また、出力側が２入力１出力の分岐構造であっても、αパラメータ及び消光比は同様に決定される。つまり、上記の議論は、入出力の分岐構造の入出力数に依存しない。また、上述では、変調器のクロスポート出力に着目したが、バーポート出力においても分岐比η及びγの値によりαパラメータは一意に決定される。バーポート出力を用いる場合の消光比、αパラメータ、分岐比η及びγの関係については後述する。

【0045】

以下、付与すべき正分散耐力に対する、消光比及び分岐比の決定について説明する。ここでは、以下の伝送条件を想定した場合について説明する。なお、以下で説明する伝送条件１及び２においては、正分散耐力の付与が可能な、αパラメータが負の値となる範囲における入力側分岐部２０の分岐比ηについて検討する。

【0046】

伝送条件１：ＳＦＰ光トランシーバ（ＳＦＰ２８）での平均条件
以下、マッハツェンダ型光変調器１００がＳＦＰ光トランシーバに搭載されるものとして説明する。ＳＦＰ光トランシーバとして要求される伝送距離は状況に応じて異なるものの、ここでは、ＳＦＰ２８のモバイルフロントホール使用を想定する。このときの要求仕様は、伝送距離が１５ｋｍ、伝送速度が２５Ｇｂｐｓ、消光比下限が５ｄＢとなる。また、ＳＭＦの波長分散Ｄ（λ）は、波長１５５０ｎｍにおけるＴＴＣ標準のＪＴ－Ｇ６５２（非特許文献６）の平均値として、１６．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを用いる。

【0047】

図６に、消光比に対して実測した正分散耐力との関係を示す。分散が１６．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのＳＭＦにて光信号を１５ｋｍ伝送したときに必要な正分散耐力は１６．０×１５＝２４０ｐｓ／ｎｍとなるので、実験結果より、消光比は２６ｄＢ以下とする必要がある。よって、要求される消光比ＥＲの条件は、図６と消光比自身の条件から式［１４］で記述される。

【数14】

【0048】

よって、伝送条件１の下では、式［１４］の消光比ＥＲの条件を満たすように分岐比η及びγを決定すればよいことがわかる。ここでは、入力側分岐部２０として、設計によって分岐比ηを自由に変更可能な方向性結合器を用いるものとする。出力側分岐部５０については、簡略化のため、分岐比γを０．５とする。出力側分岐部５０は、例えば、２×２多モード干渉計(ＭＭＩ：Multi-Mode Interferometer) カプラや方向性結合器などで構成してもよい。なお、以下では、特に断らない限り、出力側分岐部５０は方向性結合器として構成されるものとする。

【0049】

消光比の条件を満たす分岐比ηを決定するにあたり、方向性結合器の分岐比の波長依存性について説明する。図７に、波長が１５２５ｎｍ～１５７０ｎｍの光に対する方向性結合器の結合長と分岐比ηとの関係の実測値を示す。図７において、ある結合長に着目すると、分岐比ηは波長によって変化するので、これに連動して消光比も変化する。したがって、波長可変デバイスに正分散耐力を付与するには、使用波長範囲（ここでは、例えば１５２５ｎｍ～１５７０ｎｍ）の全範囲、式［１４］の消光比条件を満たす必要がある。

【0050】

そこで、１５２５ｎｍ～１５７０ｎｍの使用波長範囲において分岐比ηを変化させた場合の消光比の波長依存性について検討する。ここでは、図７に示した分岐比ηの波長依存性を用いて、消光比の波長依存性を計算した。図８に、伝送距離１５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～２５ｄＢの範囲で、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定して、入力側分岐部２０の分岐比ηを変化させた場合の消光比の波長依存性を示す。図８においては、出力側分岐部５０についても波長１５５０ｎｍでの分岐比γが０．５となる方向性結合器で構成している。波長１５５０ｎｍにおける出力側分岐部５０の分岐比γを０．５とした場合に、太線で囲んだ消光比が５ｄＢ～２５ｄＢの範囲（式［１４］）を満たす入力側分岐部２０の分岐比ηの範囲は、０．５７～０．８７と計算される。

【0051】

上述では、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を共に方向性結合器で構成した場合について説明したが、比較のため、出力側分岐部５０をγ＝０．５の２×２ＭＭＩカプラで構成した場合について検討する。図９に、伝送距離１５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～２５ｄＢの範囲で、出力側分岐部５０を２×２ＭＭＩカプラ（γ＝０．５）で構成した場合の消光比の波長依存性を示す。ＭＭＩカプラは、理想的には分岐比に対する波長依存性が小さいため、ここでは波長特性を考慮していない。図９に示す様に、方向性結合器として構成した入力側分岐部２０の波長特性の影響を受け、波長に対して消光比は大きく変動する。これにより、出力側分岐部５０としてＭＭＩカプラを用いた場合には、出力側分岐部５０を方向性結合器として構成した場合（図８）と比べて、波長依存性によって式［１４］の範囲を満たすことができない程度に、消光比の波長依存性が劣化することがわかる。

【0052】

これに対し、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を共に方向性結合器として構成した場合には、波長変化に対して分岐比が同じ方向に変動するため、消光比に対する波長特性が相殺される。したがって、消光比の波長依存性を小さくするためには、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を、共に方向性結合器として構成するのが望ましい。よって、上述したように、本実施の形態では、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０として方向性結合器を用いている。

【0053】

伝送条件２：ＳＦＰ光トランシーバ（ＳＦＰ２８）での最悪条件
次に、伝送距離が１５ｋｍ、伝送速度が２５Ｇｂｐｓ、消光比が７．５ｄＢ、波長分散がＴＴＣ標準のＪＴ－Ｇ６５２の波長１５５０ｎｍにおける最悪値１８．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとしたときの、必要な正分散耐力と分岐比ηの値の範囲とを計算する。１５ｋｍ伝送後の分散は１８．６×１５＝２７９ｐｓである。図６に基づけば、この分散に対して要求される消光比は１７．５４２［ｄＢ］となるので、消光比の条件は以下の式［１５］のように記述される。

【数15】

【0054】

伝送条件１の場合と同様に、方向性結合器である出力側分岐部５０の分岐比γを０．５として、方向性結合器である入力側分岐部２０の入力側の分岐比ηを決定する。図１０に、式［１５］の消光比条件を満たす場合の消光比の波長依存性を示す。式［１５］の消光比条件を満たす入力側分岐部２０の分岐比ηの範囲は、０．６６～０．８０となる。この範囲においてもαパラメータは負であり、正分散耐力を付与でき、同じ変調速度に対して伝送距離を延伸することができる。

【0055】

次いで、伝送条件２における伝送距離と消光比の上限との関係について説明する。図１１に、伝送条件２における伝送距離と消光比の上限との関係を示す。伝送距離にともなって消光比の上限は変化し、図１１では、伝送距離１５ｋｍのときの消光比の上限は１７．５ｄＢ、伝送距離１２．５ｋｍのときの消光比の上限は３０ｄＢ、伝送距離１０ｋｍのときの消光比の上限は５０ｄＢとなっている。なお、このとき、伝送距離Ｄと消光比の上限値ＥＲ_ＭＡＸとの関係を示す、最小自乗法による有効数字３桁の近似曲線は以下の式で表される。

【数16】

よって、言うまでも無いが、伝送距離が短縮されるに従って、分岐比ηの許容範囲は拡大することになる。

【0056】

以上、本構成によれば、αパラメータの調整によって正分散耐力を付与するとともに、所望の消光比を実現できるように、入力側分岐部２０の分岐比ηを好適に設計できることがわかる。

【0057】

実施の形態２
実施の形態１では、式［１１］で表されるαパラメータが負の値となるときに正分散耐力に付与が可能になるため、入力側分岐部２０の分岐比ηは、０．５よりも大きく１よりも小さい範囲（０．５＜η＜１．０）の中で定まる。しかし、以下で説明するようにマッハツェンダ型光変調器１００を用いることで、０よりも大きく０．５よりも小さい範囲（０＜η＜０．５）の中で、入力側分岐部２０の分岐比ηを定めることが可能となる。以下、具体的に説明する。

【0058】

実施の形態で説明した式［１１］で表されるαパラメータは、入力側分岐部２０の分岐比ηが０よりも大きく０．５よりも小さい範囲（０＜η＜０．５）では、上述の通り正の値となる。そのため、このままでは、正分散耐力を付与することはできない。

【0059】

これに対し、本実施の形態では、マッハツェンダ型光変調器１００において、トランスファカーブのスロープの反転と、各アームに与える変調信号の反転と、を組み合わせて適用する。これにより、入力側分岐部２０の分岐比ηが０よりも大きく０．５よりも小さい範囲（０＜η＜０．５）においても、αパラメータを負の値とすることができ、その結果、正分散耐力を付与することが可能となる。以下、具体的に説明する。

【0060】

［トランスファカーブのスロープの反転］
図１２に、マッハツェンダ型光変調器１００のトランスファカーブにおいてスロープを反転させた場合の出力光を示す。図１２において、破線で示す変調信号Ｓ１は、実施の形態１においてαパラメータが負の値である場合の変調信号を示している。実線で示す変調信号Ｓ２は、トランスファカーブのスロープを反転させた場合の変調信号を示している。スロープが反転するということは、実施の形態１の場合（すなわち、非反転の場合）と比べて位相がπだけ変化することになるので、図１２では、変調信号Ｓ２は、変調信号Ｓ１に対して位相がπだけずれている。

【0061】

スロープの反転は、例えば、アーム３１及び３２のそれぞれを構成する光導波路にヒータを設けることで実現することができる。ヒータによって光導波路を加熱し、熱光学効果によって光導波路の屈折率を制御することで、アーム３１及び３２のそれぞれにおいて、光の位相を独立して制御することができる。よって、アーム３１及び３２を好適に加熱することで、適宜、スロープを反転させることができる。なお、スロープの反転方法はこれに限られるものではなく、アーム３１及び３２のそれぞれにおいて、光の位相を独立して制御できるならば、他の手法を用いてもよい。

【0062】

この場合、位相が反転しているので、実施の形態で説明した式［８］は、以下の式に書き換えられる。

【数17】

式［７］に式［１７］を代入することで、パラメータαは以下の式［１８］で記述できる。

【数18】

つまり、スロープを反転させた場合、換言すれば位相差を反転させた場合（式［１８］）には、スロープを反転させない場合（実施の形態１の式［９］）と比べて、αパラメータの符号が逆転することが理解できる。

【0063】

式［１０］の完全なプッシュプル動作は同様であるものとすると、式［１１］は、以下の式［１９］に書き換えられる。

【数19】

式［１９］についても、式［１８］と同様に、αパラメータの符号が逆転する。つまり、本実施の形態におけるようにスロープを反転させると、実施の形態１の場合と比較して、入力側分岐部２０の分岐比ηを同じ値としても、αパラメータの符号が反転することとなる。

【0064】

図１３に、実施の形態２において、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を共に方向性結合器で構成し、かつ、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定した場合の、入力側分岐部２０の分岐比ηに対するαパラメータの依存性の計算結果を示す。スロープを反転させた場合には、図１３に示すように、図５に示す実施の形態１と比べて、入力側分岐部２０の分岐比ηに対するαの値が反転することがわかる。よって、分岐比ηが０よりも大きく０．５よりも小さい場合（０＜η＜０．５）に、αパラメータは負の値となる。

【0065】

しかし、スロープを反転させると、図１２に示すように、変調信号のレベルに対して出力される光信号のレベルが反転してしまう。つまり、実施の形態１においては、変調信号がＨＩＧＨ及びＬＯＷのときに出力される光信号のレベルは、それぞれＨＩＧＨ及びＬＯＷとなる。一方で、本実施の形態におけるようにスロープを反転させた場合には、変調信号がＨＩＧＨ及びＬＯＷのときに出力される光信号のレベルは、それぞれＬＯＷ及びＨＩＧＨとなる。

【0066】

したがって、スロープを反転させただけでは、光信号のレベルが反転してしまうため、受信器はマッハツェンダ型光変調器１００から出力された光信号を正常にデコードすることができなくなってしまう。そこで、本実施の形態では、光信号のレベルが実施の形態１における場合と同様となるように、マッハツェンダ型光変調器１００の各アームに与える変調信号を反転させることで、光信号のレベルをさらに反転させている。

【0067】

［変調信号の反転］
図１４に、変調信号を反転させた場合の光信号を示す。図１４において、破線で示す変調信号Ｓ１は図１２と同様であり、実線で示す変調信号Ｓ３は、変調信号Ｓ１を反転させた変調信号を示す。なお、ここでは、反転されていない変調信号は正相の変調信号とも称し、反転された変調信号Ｓ１は逆相の変調信号とも称する。この場合、当然のことながら、変調信号を反転させた場合には、非反転の場合と比べて、変調信号のレベルに対して出力される光信号のレベルが反転することとなる。つまり、非反転の場合には、変調信号がＨＩＧＨ及びＬＯＷのときに出力される光信号のレベルは、それぞれＨＩＧＨ及びＬＯＷとなる。一方で、変調信号を反転させた場合、変調信号がＨＩＧＨ及びＬＯＷのときに出力される光信号のレベルは、それぞれＬＯＷ及びＨＩＧＨとなる。

【0068】

各アームに与える変調信号を反転させることで、変調信号のレベルに対して出力される光信号のレベルは１回反転し、各アームに与える変調信号を反転させることで、変調信号のレベルに対して出力される光信号のレベルは更に１回反転し、元に戻ることとなる。図１５に、トランスファカーブのスロープの反転と変調信号の反転とを組み合わせて適用した場合の出力光を示す。破線で示す変調信号Ｓ１は図１２と同様であり、実線で示す変調信号Ｓ４は、スロープを反転させ、かつ、変調信号Ｓ１を反転させた変調信号を示す。この場合には、変調信号Ｓ１のレベルに対して出力される光信号のレベルは２度反転することとなるので、結果として、出力される光信号のレベルは、実施の形態１と同様となる。

【0069】

よって、本実施の形態におけるように、スロープを反転させ、かつ、マッハツェンダ型光変調器１００の各アームに与える変調信号を反転させることで、０よりも大きく０．５よりも小さい（０＜η＜０．５）範囲の中で分岐比ηを設計することが可能となる。

【0070】

次いで、伝送条件２の下で、実施の形態２において入力側分岐部２０の分岐比ηを変化させた場合の消光比の波長依存性について検討する。図１６に、実施の形態２において入力側分岐部２０の分岐比ηを変化させた場合の消光比の波長依存性を示す。この場合でも、図１６に示すように、分岐比ηが０．３６～０．１５の範囲では、所望の消光比を実現できることがわかる。

【0071】

なお、図１６では、比較のため、図１０に示した、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．６６～０．８０の範囲における消光比の波長依存性を併せて表示した。当然のことながら、分岐比ηが０．６６～０．８０の範囲における消光比の波長依存性は実施の形態１におけるものなので、スロープの反転及び変調信号の反転は行われていない。

【0072】

図１６からわかるように、所望の分散補償を実現するには、分岐比ηを、０．５よりも小さな範囲、及び、０．５よりも大きな範囲、の両方の中で設計できることが理解できる。

【0073】

また、分岐比ηが０．６６～０．８０の範囲となる実施の形態１と、分岐比ηが０．３６～０．１５の範囲となる実施の形態２と、を比較すると、実施の形態２の方が、消光比の波長依存性が低いことがわかる。

【0074】

次いで、比較例として、出力側分岐部５０を２×２のＭＭＩカプラとして構成した場合の消光比の波長依存性についても検討した。図１７に、出力側分岐部５０を２×２のＭＭＩカプラとして構成した場合の、消光比の波長依存性を示す。出力側分岐部５０を２×２のＭＭＩカプラとして構成した場合には、図９の場合と同様に、分岐比ηの値にかかわりなく、消光比の波長依存性が大きくなることがわかる。したがって、消光比の波長依存性を小さくするためには、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を、共に方向性結合器として構成するのが望ましいことが、改めて確認できる。

【0075】

実施の形態３
上述の実施の形態では、簡略化のため、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５に固定した場合について説明した。しかしながら、出力側分岐部５０の分岐比γを、０．５以外の値とすることも可能である。ここでは、出力側分岐部５０の分岐比γを０．５以外の値とした場合について説明する。

【0076】

［伝送条件３］
ここでは、伝送条件３として、伝送距離を１２．５ｋｍ、すなわち消光比の上限を３０ｄＢ、下限を伝送条件１と同じ５ｄＢとした場合について説明する。なお、ここでも、入力側分岐部２０及び出力側分岐部５０を方向性結合器として構成している。

【0077】

［比較例：出力側分岐部５０の分岐比γを０．５とした場合］
図１８に、伝送距離１２．５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～３０ｄＢの範囲において、出力側分岐部５０の分岐比γを上述と同様に０．５とした場合の消光比の波長依存性を示す。この場合、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．４６～０．１０及び０．５４～０．８７の範囲で、所望の消光比が実現できる。

【0078】

［変更例：出力側分岐部５０の分岐比γを０．４とした場合］

【0079】

図１９に、伝送距離１２．５ｋｍ、すなわち消光比が５ｄＢ～３０ｄＢの範囲において、出力側分岐部５０の分岐比γを０．４に変更した場合の消光比の波長依存性を示す。この場合、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．３７～０．０５及び０．４４～０．８４の範囲で、所望の消光比が実現できる。なお、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．３７～０．０５の範囲となるときが、スロープの反転及び変調信号の反転を行っていない状態に対応する。また、入力側分岐部２０の分岐比ηが０．４４～０．８４の範囲となるときが、スロープの反転及び変調信号の反転を行っている状態に対応する。

【0080】

以上より、入力側分岐部２０の分岐比η及び出力側分岐部５０の分岐比γを、共に０．５以外の値とした場合でも、所望の正分散耐力を付与し、かつ、所望の消光比を実現できる分岐比η及びγを適切に設計できることが理解できる。

【0081】

実施の形態４
上述の実施の形態では、マッハツェンダ型光変調器１００の出力はクロスポート出力である場合について説明した。しかし、出力はこれに限られるものでなく、バーポート出力としてもよい。以下では、バーポート出力の場合について説明する。

【0082】

図２０に、実施の形態４にかかるマッハツェンダ型光変調器４００の構成を模式的に示す。マッハツェンダ型光変調器４００は、図１のマッハツェンダ型光変調器１００と比べて、出力光の出力元が、クロスポート経路の出力ポート５３からバーボート経路の出力ポート５４に変更されている。

【0083】

マッハツェンダ型光変調器においてバーポート出力を用いる場合、マッハツェンダ型光変調器のバーポート出力の出力電界Ｅ_ＯＵＴは、以下の式［２０］で表される。なお、式［２０］は、マッハツェンダ型光変調器のクロスポート出力の出力電界の式［２］において、出力側分岐部５０のクロスポート分岐比γとバーポート分岐比（１－γ）とを入れ替えたものなる。

【数20】