特許 7163666 光デジタル・アナログ変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-24

(45)【発行日】2022-11-01

(54)【発明の名称】光デジタル・アナログ変換器

(51)【国際特許分類】

   G02F 7/00 20060101AFI20221025BHJP

【ＦＩ】

G02F7/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018155199

(22)【出願日】2018-08-22

(65)【公開番号】P2020030294

(43)【公開日】2020-02-27

【審査請求日】2020-12-02

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、新たな光機能や光物性の発現・利活用を基軸とする次世代フォトニクスの基盤技術、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】北 翔太

(72)【発明者】

【氏名】新家 昭彦

(72)【発明者】

【氏名】納富 雅也

(72)【発明者】

【氏名】野崎 謙悟

【審査官】坂上 大貴

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５０３９９８８（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８２２１０８（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１５９３６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－１６０６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５４４０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２６２１７６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２６１３４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】北翔太ほか，低レイテンシ光デジタル／アナログ変換器の提案，第65回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，18a-B201-1，2018年03月05日

【文献】北翔太ほか，損失がスケールに対して減少する光デジタル／アナログ変換器の提案，第79回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集，18p-212A-12，2018年09月05日

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

１／２１－７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｈ０３Ｍ １／００－１／８８

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単一の光を、バイナリデータであるＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の光に分岐させると共に、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して所定倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与する第１のスプリッタと、
この第１のスプリッタによって光強度差が付与されたＮ個の光を、それぞれ前記Ｎビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器と、
この光強度変調器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナとを備え、
前記第１のスプリッタは、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して４倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与することを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【請求項2】

請求項１記載の光デジタル・アナログ変換器において、
前記第１のスプリッタは、１：３の分岐比を有する（Ｎ－１）個のＹ分岐光導波路からなり、
各Ｙ分岐光導波路は、最上流のＹ分岐光導波路を除く各Ｙ分岐光導波路が、上流のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートから出力される光を入力とするように縦続接続され、
前記Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビットから数えてｊ番目（ｊは１～Ｎ－１の整数）のビットに対応する光が、最上流からｊ番目のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が高い方の光出力ポートから出力され、前記最下位ビットに対応する光が、最下流のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートから出力されることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【請求項3】

請求項１または２記載の光デジタル・アナログ変換器において、
さらに、前記コンバイナによって合流する光の位相が同相となるように調整可能な第１の移相器を備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光デジタル・アナログ変換器において、
前記コンバイナは、２入力１出力の複数のＹ合流光導波路を階層的に縦続接続した構成からなることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光デジタル・アナログ変換器において、
さらに、前記コンバイナの出力光を電気信号に変換する光検出器を備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【請求項6】

単一の光を、バイナリデータであるＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の光に分岐させると共に、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して所定倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与する第１のスプリッタと、
この第１のスプリッタによって光強度差が付与されたＮ個の光を、それぞれ前記Ｎビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器と、
この光強度変調器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナと、
単一の光を２等分して、一方の出力光を前記第１のスプリッタに入力する第２のスプリッタと、
前記コンバイナの出力光と前記第２のスプリッタの他方の出力光とを合流させて出力するＹ合流光導波路と、
このＹ合流光導波路の出力光を電気信号に変換する光検出器と、
前記Ｙ合流光導波路によって合流する光の位相が同相となるように調整可能な第２の移相器とを備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【請求項7】

単一の光を、バイナリデータであるＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の光に分岐させると共に、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して所定倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与する第１のスプリッタと、
この第１のスプリッタによって光強度差が付与されたＮ個の光を、それぞれ前記Ｎビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器と、
この光強度変調器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナと、
単一の光を２等分して、一方の出力光を前記第１のスプリッタに入力する第２のスプリッタと、
前記コンバイナの出力光と前記第２のスプリッタの他方の出力光とを合流させ２等分して出力するカプラと、
このカプラの一方の出力光を電気信号に変換する第１の光検出器と、
前記カプラの他方の出力光を電気信号に変換する第２の光検出器と、
前記第１、第２の光検出器から出力された２つの電気信号の差分を求める減算器と、
前記コンバイナの出力光と、前記第２のスプリッタの他方の出力光との位相差がπ／２となるように調整可能な第２の移相器とを備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光回路を用いた光デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電気回路を用いたデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ：Digital to Analog converter）は、既に様々な方式のものが提案されており、サンプリングレート、分解能、消費電力、サイズといった性能がそれぞれ異なる。つまり、適用対象によって異なる方式のＤＡＣを使い分けているのが現状である。例えば現状の市販品でサンプリングレートは１ＧＳ／ｓ程度が高速とされており、分解能は１６ビット以上が高分解能とされている。今後の通信または映像技術等の発展により、さらに高速かつ高分解能、低消費電力、小型なＤＡＣが要求されると考えられる。また高分解能なＤＡＣに要するレイテンシ（遅延）も今後のボトルネックになっていくことが予想される。

【0003】

以上のような要求に応え得るＤＡＣとして、光回路を用いた光ＤＡＣが提案されている（非特許文献１参照）。
しかしながら、従来の光ＤＡＣは、一部が電気回路で動いているため、速度が電気回路に律速されてしまうという問題点があり、また膨大な素子や回路規模が必要になるという問題点があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】L.Yang et al.，“Demonstration of a 3-bit optical digital-to-analog converter based on silicon microring resonators”，OPTICS LETTERS，Vol.39，No.19，pp.5736-5739，2014

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高速かつ高密度に実装可能な光ＤＡＣ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】

【0006】

本発明の光デジタル・アナログ変換器は、単一の光を、バイナリデータであるＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の光に分岐させると共に、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して所定倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与する第１のスプリッタと、この第１のスプリッタによって光強度差が付与されたＮ個の光を、それぞれ前記Ｎビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器と、この光強度変調器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナとを備え、前記第１のスプリッタは、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して４倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与することを特徴とするものである。

【0007】

また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例において、前記第１のスプリッタは、１：３の分岐比を有する（Ｎ－１）個のＹ分岐光導波路からなり、各Ｙ分岐光導波路は、最上流のＹ分岐光導波路を除く各Ｙ分岐光導波路が、上流のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートから出力される光を入力とするように縦続接続され、前記Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビットから数えてｊ番目（ｊは１～Ｎ－１の整数）のビットに対応する光が、最上流からｊ番目のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が高い方の光出力ポートから出力され、前記最下位ビットに対応する光が、最下流のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートから出力されることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例は、さらに、前記コンバイナによって合流する光の位相が同相となるように調整可能な第１の移相器を備えることを特徴とするものである。

【0008】

また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例において、前記コンバイナは、２入力１出力の複数のＹ合流光導波路を階層的に縦続接続した構成からなることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例は、さらに、前記コンバイナの出力光を電気信号に変換する光検出器を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器は、単一の光を、バイナリデータであるＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の光に分岐させると共に、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して所定倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与する第１のスプリッタと、この第１のスプリッタによって光強度差が付与されたＮ個の光を、それぞれ前記Ｎビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器と、この光強度変調器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナと、単一の光を２等分して、一方の出力光を前記第１のスプリッタに入力する第２のスプリッタと、前記コンバイナの出力光と前記第２のスプリッタの他方の出力光とを合流させて出力するＹ合流光導波路と、このＹ合流光導波路の出力光を電気信号に変換する光検出器と、前記Ｙ合流光導波路によって合流する光の位相が同相となるように調整可能な第２の移相器とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器は、単一の光を、バイナリデータであるＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の光に分岐させると共に、前記Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する光に対して所定倍の光強度を有するように、前記Ｎ個の光に光強度差を付与する第１のスプリッタと、この第１のスプリッタによって光強度差が付与されたＮ個の光を、それぞれ前記Ｎビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器と、この光強度変調器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナと、単一の光を２等分して、一方の出力光を前記第１のスプリッタに入力する第２のスプリッタと、前記コンバイナの出力光と前記第２のスプリッタの他方の出力光とを合流させ２等分して出力するカプラと、このカプラの一方の出力光を電気信号に変換する第１の光検出器と、前記カプラの他方の出力光を電気信号に変換する第２の光検出器と、前記第１、第２の光検出器から出力された２つの電気信号の差分を求める減算器と、前記コンバイナの出力光と、前記第２のスプリッタの他方の出力光との位相差がπ／２となるように調整可能な第２の移相器とを備えることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、第１のスプリッタと光強度変調器とコンバイナとから光デジタル・アナログ変換器を構成することにより、低損失化と低レイテンシ化の両立を図ることができ、高速かつ高密度に実装可能な光デジタル・アナログ変換器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施例に係る光ＤＡＣの構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、ビット数と光ＤＡＣの演算損失との関係を示す図である。

【図3】図３は、図１の光ＤＡＣを実際に運用する具体的な構成のパターンを示す図である。

【図4】図４は、シミュレーションの対象となる光ＤＡＣの構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、図４の構成について各ビットの光信号強度の時間変化をシミュレーションで求めた結果を示す図である。

【図6】図６は、図４の構成について光検出器で検出される電気信号強度の時間変化をシミュレーションで求めた結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るＮビット光ＤＡＣの構成を示すブロック図である。Ｎビット光ＤＡＣ１００は、単一の連続レーザ光源（不図示）からの連続レーザ光をＮビット電気デジタル信号（Ｎは２以上の整数）の各ビットに対応するＮ個の連続光に分岐させると共に、Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビットを除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の連続光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する連続光に対して所定倍（本実施例では４倍）の光強度を有するように、各連続光に光強度差を付与する１：Ｎスプリッタ１と、１：Ｎスプリッタ１によって光強度差が付与されたＮ個の連続光をそれぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する光強度変調器２と、光強度変調器２によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するＮ：１コンバイナ３と、Ｎ：１コンバイナ３によって合流する光の位相が同相となるように調整可能な移相器４とから構成される。図１の例では、Ｎ＝４としている。

【0012】

１：Ｎスプリッタ１は、１：３の分岐比を有するＹ分岐光導波路１０－１と、光入力ポートがＹ分岐光導波路１０－１の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートに接続された、１：３の分岐比を有するＹ分岐光導波路１０－２と、光入力ポートがＹ分岐光導波路１０－２の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートに接続された、１：３の分岐比を有するＹ分岐光導波路１０－３とから構成される。各Ｙ分岐光導波路１０－１～１０－３の光入力ポートから入力された光の、２つの光出力ポートへの透過率Ｔは０．２５／０．７５である。

【0013】

このように、１：Ｎスプリッタ１は、最上流のＹ分岐光導波路を除く各Ｙ分岐光導波路が、上流のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートから出力される光を入力とするように、１：３の分岐比を有する１入力２出力の（Ｎ－１）個のＹ分岐光導波路を縦続接続したものである。これにより、Ｎビット電気デジタル信号の最下位ビット（ＬＳＢ：Least Significant Bit）を除く各ビットに対応する（Ｎ－１）個の連続光がそれぞれ隣接する下位ビットに対応する連続光に対して４倍の光強度を有するように、各連続光に光強度差を付与することができる。

【0014】

Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビット（ＭＳＢ：Most Significant Bit）から数えてｊ番目（ｊは１～Ｎ－１の整数）のビットに対応する光は、最上流からｊ番目のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が高い方の光出力ポートから出力される。ＬＳＢに対応する光は、最下流のＹ分岐光導波路の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートから出力される。

【0015】

光強度変調器２は、Ｎビット電気デジタル信号のビット毎に設けられるＮ個の可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）２０－１～２０－４から構成される。可変光減衰器２０－１～２０－４は、対応する電気デジタル信号のビット入力が“０”の場合は入力光を遮断し、ビット入力が“１”の場合は入力光を通過させる。これにより、Ｎ個の連続光が、それぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別にオン／オフされる。

【0016】

可変光減衰器２０－１は、Ｙ分岐光導波路１０－３の２つの光出力ポートのうち出力強度が低い方の光出力ポートに接続された光導波路５に設けられ、光導波路５を伝播する、ＬＳＢに対応する光を、８ビット電気デジタル信号のＬＳＢに応じてオン／オフする。可変光減衰器２０－２は、Ｙ分岐光導波路１０－３の２つの光出力ポートのうち出力強度が高い方の光出力ポートに接続された光導波路６に設けられ、光導波路６を伝播する、ＬＳＢから２番目のビットに対応する光を、８ビット電気デジタル信号の２番目のビットに応じてオン／オフする。

【0017】

可変光減衰器２０－３は、Ｙ分岐光導波路１０－２の２つの光出力ポートのうち出力強度が高い方の光出力ポートに接続された光導波路７に設けられ、光導波路７を伝播する、ＬＳＢから３番目のビットに対応する光を、８ビット電気デジタル信号の３番目のビットに応じてオン／オフする。可変光減衰器２０－４は、Ｙ分岐光導波路１０－１の２つの光出力ポートのうち出力強度が高い方の光出力ポートに接続された光導波路８に設けられ、光導波路８を伝播する、ＭＳＢに対応する光を、８ビット電気デジタル信号のＭＳＢに応じてオン／オフする。

【0018】

Ｎ：１コンバイナ３は、２入力１出力の複数のＹ合流光導波路を階層的に縦続接続した構成からなる。具体的には、Ｎ：１コンバイナ３は、光導波路５と光導波路６のそれぞれの伝播光を等しい比率（合流比１：１）で合流させて出力するＹ合流光導波路３０－１と、光導波路７と光導波路８のそれぞれの伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路３０－２と、Ｙ合流光導波路３０－１とＹ合流光導波路３０－２のそれぞれの出力光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路３０－３とから構成される。各Ｙ合流光導波路３０－１～３０－３の２つの光入力ポートそれぞれから入力された光の、光出力ポートへの透過率Ｔは０．５である。

【0019】

移相器４は、光強度変調器２（可変光減衰器２０－１～２０－４）が通過状態のときに、Ｎ：１コンバイナ３の光出力強度が最大となるように（各Ｙ合流光導波路３０－１～３０－３によって合流する光の位相が同相となるように）予め位相調整された複数の移相器４０－１～４０－５から構成される。具体的には、移相器４０－１，４０－２は、可変光減衰器２０－１，２０－２が通過状態のときに、Ｙ合流光導波路３０－１の光出力強度が最大となるように予め位相調整されている。移相器４０－３，４０－４は、可変光減衰器２０－３，２０－４が通過状態のときに、Ｙ合流光導波路３０－２の光出力強度が最大となるように予め位相調整されている。移相器４０－５は、可変光減衰器２０－１～２０－４が通過状態のときに、Ｙ合流光導波路３０－３の光出力強度が最大となるように予め位相調整されている。

【0020】

このような移相器４０－１～４０－５の例としては、例えば熱光学効果により光導波路の屈折率を変化させて導波光の位相を制御するヒーター型の移相器、電気光学効果により光導波路の屈折率を変化させて導波光の位相を制御する移相器などがある。

【0021】

本実施例における演算損失Ｌｏｓｓは次式のように定義することができる。

【0022】

【数1】

【0023】

式（１）において、Ｐ_out＿_maxはＮビット電気デジタル信号の入力が全て“１”であった場合の最大光出力強度、Ｐ_inは光入力強度（本実施例ではＰ_in＝１に固定）、Ａ_out＿_maxは光出力振幅であり，Ｐ_out＿_maxの２乗根である。

【0024】

上記のとおりＮビット光ＤＡＣ１００への入力光（optical input）の強度をＰ_in＝１としたとき、Ｎビット光ＤＡＣ１００の光出力（optical output）の振幅Ａ_out＿_maxは次式のようになる。

【0025】

【数2】

【0026】

ここで、ＴはＹ合流光導波路３０－１～３０－３の光強度透過率（理想的には０．５）である。式（２）を式（１）に代入して求めた、ビット数ＮとＮビット光ＤＡＣの演算損失Ｌｏｓｓとの関係は図２のようになる。図２の２００は本実施例のＮビット光ＤＡＣ１００の演算損失Ｌｏｓｓを示し、２０１は本実施例の１：Ｎスプリッタ１の代わりに、入力光をＮ等分する１：Ｎスプリッタと（Ｎ－１）個の固定光減衰器とを用いた場合のＮビット光ＤＡＣの演算損失Ｌｏｓｓを示している。

【0027】

（Ｎ－１）個の固定光減衰器は、１：ＮスプリッタによってＮ等分された連続光のうち、Ｎビット電気デジタル信号のＭＳＢ以外のビットに対応する連続光に、ビット位置に応じた固定量の損失を付加する。具体的には、（Ｎ－１）個の固定光減衰器は、ＭＳＢから数えてｉ番目（ｉ＝２～Ｎの整数）のビットに対応する連続光に６×（ｉ－１）［ｄＢ］の損失を付加する。
本実施例では、図２から明らかなように、１：Ｎスプリッタ１の代わりに、入力光をＮ等分する１：Ｎスプリッタと（Ｎ－１）個の固定光減衰器とを用いた場合のＮビット光ＤＡＣと比較して低損失であることが分かる。

【0028】

以上のように、本実施例では、低損失化と低レイテンシ化（合流側の光路長の最短化）の両立を実現することができ、高速かつ高密度に実装可能な光ＤＡＣを実現することができる。

【0029】

図１の光ＤＡＣを実際に運用する具体的な構成のパターンを図３（Ａ）～図３（Ｄ）に示す。図３（Ａ）は光出力のまま取り出す場合を示している。この場合、連続レーザ光源１０１からの連続レーザ光をＮビット光ＤＡＣ１００に入力する。

【0030】

図３（Ｂ）はＮビット光ＤＡＣ１００の光出力を単一の光検出器１０２で直接検波する場合を示している。この場合、Ｎビット光ＤＡＣ１００の光出力を光検出器１０２で光電変換することにより電気信号を得ることができる。

【0031】

図３（Ｃ）は特定振幅および位相の連続光をＹ合流光導波路１０５で足し合わせてから単一の光検出器１０６で直接検波する場合を示している。図３（Ｃ）の例では、連続レーザ光源１０１からの連続レーザ光を１：２スプリッタ１０３によって２等分して、一方の連続光をＮビット光ＤＡＣ１００に入力し、他方の連続光をＹ合流光導波路１０５によってＮビット光ＤＡＣ１００の出力光と合波する。このとき、移相器１０４については、Ｙ合流光導波路１０５の光出力強度が最大となるように予め位相調整されている。

【0032】

図３（Ｄ）はいわゆるコヒーレント検波をする場合を示している。図３（Ｄ）の例では、連続レーザ光源１０１からの連続レーザ光を１：２スプリッタ１０７によって２等分して、一方の連続光をＮビット光ＤＡＣ１００に入力し、他方の連続光を３ｄＢカプラ（ＭＭＩカプラ）１０９によってＮビット光ＤＡＣ１００の出力光と合流させる。移相器１０８については、Ｎビット光ＤＡＣ１００から３ｄＢカプラ１０９に入力される出力光と、１：２スプリッタ１０７によって分岐された他方の連続光（参照光）との位相差がπ／２となるように予め調整しておけばよい。

【0033】

３ｄＢカプラ１０９は、Ｎビット光ＤＡＣ１００の出力光と移相器１０８によって位相調整された参照光とを等しい比率で合流させ２等分して出力する。光検出器１１０，１１１は、それぞれ３ｄＢカプラ１０９の２つの出力光を電気信号に変換する。減算器１１２は、光検出器１１０，１１１から出力された２つの電気信号の差分を求める。
図３（Ｂ）、図３（Ｃ）の直接検波の場合は二次関数の非線形な出力となるが、コヒーレント検波の場合は線形な出力となる。

【0034】

以下、本実施例の構成についてＯｐｔｉｗａｖｅ社製のＯｐｔｉＳｙｓｔｅｍを用いたシミュレーション結果を示す。ここでは、図４の構成、すなわち図１と図３（Ｂ）を組み合わせた構成についてのシミュレーション結果を示す。シミュレーションの共通条件は以下のとおりである。

【0035】

（I）レーザ光源１０１については、波長を１５５０ｎｍ、光強度を１ｍＷ、線幅を１０ＭＨｚ、初期位相を－９０°とする。
（II）可変光減衰器２０－１～２０－４については、損失無しとし、ＬＳＢのビットレートを１０Ｇｂｐｓ、消光比無限大、立ち上がり時間および立ち下がり時間を０．０５ビット（８ｐｓ）とする。各ビットの可変光減衰器２０－１～２０－４に電気デジタル信号“００００”から“１１１１”までを順次入力する。
（III）図４の構成で用いる光導波路およびカプラについては、損失無しとし、さらに光路長差による各ビットの光信号の伝搬遅延差および位相ずれも無しとする。したがって、常に同相で光が合流するため、図４の構成では、調整用の移相器４０－１～４０－５を省いている。
（IV）光検出器１０２については、変換効率を１Ａ／Ｗとし、ノイズ無し、帯域無制限とする。

【0036】

図４の構成について、各ビットの光信号強度の時間変化をシミュレーションで求めた結果を図５に示す。図５の縦軸は各ビットの光信号強度、横軸は時間である。図５によれば、Ｎ：１コンバイナ３による合流の前に各ビット間で既に４倍（６ｄＢ）ずつ強度差がついていることが分かる。

【0037】

光検出器１０２で検出される電気信号強度Ｐ_outの時間変化をシミュレーションで求めた結果を図６に示す。図６によれば、可変光減衰器２０－１～２０－４に電気デジタル信号“００００”から“１１１１”までを順次入力することにより、Ｐ_outが徐々に増大することが分かる。ただし、前述したとおり直接検波なので２次関数状の出力となり、電気デジタル信号が“１１１１”のとき，Ｐ_out～６７３μＷなので演算損失Ｌｏｓｓ～１．７２ｄＢであった。この電気信号強度Ｐ_outの値は、式（２）で得られる値と一致する。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明は、電気デジタル信号を光回路を用いてアナログ信号に変換する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１…１：Ｎスプリッタ、２…光強度変調器、３…Ｎ：１コンバイナ、４，４０－１～４０－５…移相器、５～８…光導波路、１０－１～１０－３…Ｙ分岐光導波路、２０－１～２０－４…可変光減衰器、３０－１～３０－３…Ｙ合流光導波路、１００…Ｎビット光ＤＡＣ、１０１…連続レーザ光源、１０２，１０６，１１０，１１１…光検出器、１０３，１０７…１：２スプリッタ、１０４，１０８…移相器、１０５…Ｙ合流光導波路、１１２…減算器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】