特許 7467398 光変調器及び光送信装置

(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】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】光変調器及び光送信装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20240408BHJP

   H04B 10/548 20130101ALI20240408BHJP

   G02F 1/365 20060101ALN20240408BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 F

H04B10/548

G02F1/365

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021144925

(22)【出願日】2021-09-06

(65)【公開番号】P2023038036

(43)【公開日】2023-03-16

【審査請求日】2023-07-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石村 昇太

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第９４／００９４０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／１１７４６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０２３２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２９２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０２６３２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／２５４８５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】S. Ishimura, et al.，"High-Fidelity and High-Capacity Analog Radio-over-Fiber Transmission"，2022 27th OptoElectronics and Communications Conference (OECC) and 2022 International Conference on Photonics in Switching and Computing (PSC)，2022年，pp. 1-3，doi: 10.23919/OECC/PSC53152.2022.9850068

【文献】S. Ishimura, et al.，"Enabling Technology for 9.5-dB SNR Enhancement Utilizing Four-Wave Mixing Between a Conjugate Pair of Angle Modulation for Analog Radio-over-Fiber Links"，2021 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC)，2021年06月，F3C.3，pp. 1-3

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－３／００

Ｈ０４Ｂ １０／５４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気信号により連続光を位相変調した第１位相変調光、第２位相変調光、第３位相変調光及び第４位相変調光を生成する第１生成手段であって、前記電気信号の振幅による前記第１位相変調光と前記第２位相変調光の位相の変化方向は同じであり、前記電気信号の振幅による前記第３位相変調光と前記第４位相変調光の位相の変化方向は同じであり、前記電気信号の振幅による前記第１位相変調光と前記第３位相変調光の位相の変化方向は互いに逆方向である、前記第１生成手段と、
前記第１位相変調光と前記第３位相変調光との一部縮退四光波混合により第５位相変調光を生成し、前記第２位相変調光と前記第４位相変調光との一部縮退四光波混合により第６位相変調光を生成し、前記第５位相変調光と前記第６位相変調光を合波する第２生成手段と、
を備え、
前記第５位相変調光の中心周波数及び帯域幅は、前記第６位相変調光の中心周波数及び帯域幅に等しいことを特徴とする光変調器。

【請求項2】

前記第１位相変調光の帯域幅と前記第４位相変調光の帯域幅は等しく、前記第２位相変調光の帯域幅と前記第３位相変調光の帯域幅は等しいことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。

【請求項3】

前記第１位相変調光の中心周波数と前記第４位相変調光の中心周波数は等しく、前記第２位相変調光の中心周波数と前記第３位相変調光の中心周波数は等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器。

【請求項4】

前記第１生成手段は、
第１周波数の連続光と第２周波数の連続光を前記電気信号により位相変調することで前記第１周波数の前記第１位相変調光及び前記第２周波数の前記第２位相変調光を含む第１信号光を出力する第１位相変調手段と、
前記第１周波数の連続光と前記第２周波数の連続光を前記電気信号により位相変調することで前記第１周波数の前記第４位相変調光及び前記第２周波数の前記第３位相変調光を含む第２信号光を出力する第２位相変調手段と、
前記第１信号光に含まれる前記第１位相変調光及び前記第２信号光に含まれる前記第３位相変調光を含む第３信号光を出力し、前記第１信号光に含まれる前記第２位相変調光及び前記第２信号光に含まれる前記第４位相変調光を含む第４信号光を出力する出力手段と、
を備え、
前記第２生成手段は、
前記第３信号光に含まれる前記第１位相変調光と前記第３位相変調光との一部縮退四光波混合により前記第５位相変調光を生成する第１混合手段と、
前記第４信号光に含まれる前記第２位相変調光と前記第４位相変調光との一部縮退四光波混合により前記第６位相変調光を生成する第２混合手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。

【請求項5】

前記第１混合手段及び前記第２混合手段は、それぞれ、光ファイバ及び半導体光増幅器のいずれかを有することを特徴とする請求項４に記載の光変調器。

【請求項6】

前記第１混合手段及び前記第２混合手段は、それぞれ、光ファイバを有し、
前記第１混合手段に含まれる光ファイバの分散値が０となる周波数は、前記第１位相変調光の帯域内、前記第３位相変調光の帯域内、或いは、前記第１位相変調光の帯域と前記第３位相変調光の帯域との間の帯域内に有り、
前記第２混合手段に含まれる光ファイバの分散値が０となる周波数は、前記第２位相変調光の帯域内、前記第４位相変調光の帯域内、或いは、前記第２位相変調光の帯域と前記第４位相変調光の帯域との間の帯域内に有ることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。

【請求項7】

前記第１位相変調光の帯域幅と、前記第２位相変調光の帯域幅と、前記第３位相変調光の帯域幅と、前記第４位相変調光の帯域幅は等しく、
前記第１周波数と前記第２周波数との周波数差は、前記第１位相変調光の帯域幅の２倍より大きいことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の光変調器。

【請求項8】

前記第１位相変調光、前記第２位相変調光、前記第３位相変調光及び前記第４位相変調光は、周波数軸上において重複しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器。

【請求項9】

前記第１位相変調光の中心周波数と前記第３位相変調光の中心周波数との周波数差は、前記第２位相変調光の中心周波数と前記第４位相変調光の中心周波数との周波数差に等しいことを特徴とする請求項８に記載の光変調器。

【請求項10】

前記第１位相変調光の中心周波数と前記第４位相変調光の中心周波数との中心周波数は、前記第２位相変調光の中心周波数と前記第３位相変調光の中心周波数との中心周波数に等しいことを特徴とする請求項８又は９に記載の光変調器。

【請求項11】

前記第１生成手段は、
第１周波数の連続光と第２周波数の連続光を前記電気信号により位相変調することで前記第１周波数の前記第１位相変調光及び前記第２周波数の前記第２位相変調光を含む第１信号光を出力する第１位相変調手段と、
第３周波数の連続光と第４周波数の連続光を前記電気信号により位相変調することで前記第３周波数の前記第３位相変調光及び前記第４周波数の前記第４位相変調光を含む第２信号光を出力する第２位相変調手段と、
前記第１信号光及び前記第２信号光を合波して、前記第１位相変調光、前記第２位相変調光、前記第３位相変調光及び前記第４位相変調光を含む第３信号光を出力する出力手段と、
を備え、
前記第１周波数と前記第４周波数との中心周波数は、前記第２周波数と前記第３周波数との中心周波数に等しいことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の光変調器。

【請求項12】

前記第２生成手段は、光ファイバ及び半導体増幅器のいずれかを有することを特徴とする請求項１１に記載の光変調器。

【請求項13】

前記第２生成手段は、光ファイバを有し、
前記光ファイバの分散値が０となる周波数は、前記第１周波数と前記第４周波数の中心周波数に等しいことを特徴とする請求項１２に記載の光変調器。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか１項に記載の光変調器を備えることを特徴とする光送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光変調技術に関する。

【背景技術】

【0002】

光変調器は、情報を搬送する電気信号に基づき連続光の振幅や、振幅及び位相の両方を変調することで変調光を生成する。ここで、光変調器の動作電力を低減させるためには光変調器に入力する電気信号の振幅レベルを小さくすれば良い。しかしながら、単に、電気信号の振幅レベルを小さくすると、変調光の振幅の変化量も小さくなり変調光の品質が劣化する。したがって、光変調器の動作電力を低減させるためには、所定の品質を満たすのに必要な変調光の振幅の変化量を維持しつつ、光変調器に入力する電気信号の振幅レベルを小さくする必要がある。

【0003】

非特許文献１及び非特許文献２は、いずれも光変調器に入力する電気信号の振幅レベルを小さくするための構成を開示している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ｙｏｓｈｉｈｉｒｏ Ｏｇｉｓｏ，ｅｔ．ａｌ．，"８０－ＧＨｚ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ａｎｄ １．５－Ｖ Ｖπ ＩｎＰ－Ｂａｓｅｄ ＩＱ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ"，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．３８，２４９－２５５ （２０２０）

【文献】Ｍ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｕｌｔｒａ－Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ Ｒｅｃｏｒｄ－Ｌｏｗ Ｖπ"， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ，ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （ｏｎｌｉｎｅ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１８），ｐａｐｅｒ Ｔｈ４Ａ．５．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１及び非特許文献２は、いずれも、特定の性質を有する材料を光変調器に使用し、当該特定の性質を利用して電気信号の振幅レベルを小さくするものである。しかしながら、特定の性質を有する材料に依存することなく、電気信号の振幅レベルを小さくすることが望まれている。

【0006】

本発明は、光変調器に入力する必要がある電気信号の振幅レベルを小さくすることができる技術を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によると、光変調器は、電気信号により連続光を位相変調した第１位相変調光、第２位相変調光、第３位相変調光及び第４位相変調光を生成する第１生成手段であって、前記電気信号の振幅による前記第１位相変調光と前記第２位相変調光の位相の変化方向は同じであり、前記電気信号の振幅による前記第３位相変調光と前記第４位相変調光の位相の変化方向は同じであり、前記電気信号の振幅による前記第１位相変調光と前記第３位相変調光の位相の変化方向は互いに逆方向である、前記第１生成手段と、前記第１位相変調光と前記第３位相変調光との一部縮退四光波混合により第５位相変調光を生成し、前記第２位相変調光と前記第４位相変調光との一部縮退四光波混合により第６位相変調光を生成し、前記第５位相変調光と前記第６位相変調光を合波する第２生成手段と、を備え、前記第５位相変調光の中心周波数及び帯域幅は、前記第６位相変調光の中心周波数及び帯域幅に等しいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、光変調器に入力する必要がある電気信号の振幅レベルを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態による光変調器の構成図。

【図2】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【図3】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【図4】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【図5】振幅変調光が生成されることの説明図。

【図6】一実施形態による光変調器の構成図。

【図7】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【図8】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【図9】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【図10】一実施形態による光変調器の内部で生成される信号を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうちの二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0011】

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光変調器の構成図である。光変調器は、第１生成部１００と、第２生成部２００と、を有する。まず、第１生成部１００について説明する。光源１１は、周波数ｆ_１の連続光を生成し、生成した連続光を２×２カップラ２０に出力する。光源１２は、周波数ｆ_２の連続光を生成し、生成した連続光を２×２カップラ２０に出力する。なお、本実施形態では、周波数ｆ_２が周波数ｆ_１より高く、周波数ｆ_２と周波数ｆ_１との周波数差をＸとする。２×２カップラ２０は、周波数ｆ_１の連続光を位相変調部３１及び３２に出力し、かつ、周波数ｆ_２の連続光を位相変調部３１及び３２に出力する。つまり、位相変調部３１及び３２それぞれには、周波数ｆ_１の連続光及び周波数ｆ_２の連続光が入力される。

【0012】

位相変調部３１は、情報を搬送する電気信号により周波数ｆ_１の連続光及び周波数ｆ_２の連続光の位相変調を行う。図２（Ａ）は、位相変調部３１が出力する信号光の周波数成分を示している。位相変調光９１は、周波数ｆ_１の連続光を電気信号により位相変調したものであり、位相変調光９２は、周波数ｆ_２の連続光を電気信号により位相変調したものである。なお、位相変調光９１の電界成分Ｅ_１及び位相変調光９２の電界成分Ｅ_２は、それぞれ、

【0013】

【数1】

で表される。ここで、ω_１＝２πｆ_１であり、ω_２＝２πｆ_２であり、Ｓ（ｔ）は位相変化量である。位相変調光９１及び位相変調光９２の帯域幅は、位相変化量Ｓ（ｔ）の最大値に依存し、ここでは、位相変調光９１及び位相変調光９２の帯域幅をＢ_１としている。

【0014】

位相変調部３２は、位相変調部３１に入力される電気信号の振幅を反転させた反転電気信号により周波数ｆ_１の連続光及び周波数ｆ_２の連続光の位相変調を行う。図２（Ｂ）は、位相変調部３２が出力する信号光の周波数成分を示している。位相変調光９３は、周波数ｆ_１の連続光を反転電気信号により位相変調したものであり、位相変調光９４は、周波数ｆ_２の連続光を反転電気信号により位相変調したものである。位相変調部３２は、反転電気信号で位相変調を行うため、位相変調光９３及び位相変調光９４の位相変化の方向と、位相変調光９１及び位相変調光９２の位相変化の方向とは、互いに逆方向となる。したがって、位相変調光９３の電界成分Ｅ_３及び位相変調光９４の電界成分Ｅ_４は、それぞれ、

【0015】

【数2】

となる。なお、位相変調光９３及び位相変調光９４の帯域幅は、位相変調光９１及び位相変調光９２の帯域幅と同じＢ_１である。

【0016】

なお、本実施形態では、位相変調部３１が入力信号の振幅に応じて連続光の位相を変化（増減）させる方向と、位相変調部３２が入力信号の振幅に応じて連続光の位相を変化（増減）させる方向とが同じであるものとし、よって、位相変調部３２には電気信号の振幅レベルを反転させた反転電気信号を入力していた。しかしながら、位相変調部３１が出力する位相変調光の位相の変化方向と、位相変調部３２が出力する位相変調光の位相の変化方向が異なれば良く、位相変調部３２に電気信号を入力する構成とすることもできる。例えば、位相変調部３２に電気信号の振幅（正負）を反転させる回路を設ける構成とすることもできる。

【0017】

分離部４１は、位相変調部３１からの信号光の波長分離を行い、位相変調光９１を合波部５１に出力し、位相変調光９２を合波部５２に出力する。分離部４２は、位相変調部３２からの信号光の波長分離を行い、位相変調光９３を合波部５２に出力し、位相変調光９４を合波部５１に出力する。合波部５１は、位相変調光９１及び位相変調光９４を含む信号光を、第２生成部２００の四光波混合（ＦＷＭ）部６１に出力し、合波部５２は、位相変調光９３及び位相変調光９２を含む信号光を、第２生成部２００のＦＷＭ部６２に出力する。図３（Ａ）は、ＦＷＭ部６１に入力される信号光を示し、図３（Ｂ）は、ＦＷＭ部６２に入力される信号光を示している。

【0018】

ＦＷＭ部６１は、位相変調光９１と、位相変調光９４との一部縮退四光波混合を生じさせる。一部縮退四光波混合とは、四光波混合の一態様であり、周波数ｆ_ｘ及び周波数ｆ_ｙの２つの光から、周波数２ｆ_ｘ－ｆ_ｙ（又は、２ｆ_ｙ－ｆ_ｘ）の新たな光が発生する現象を意味する。周波数ｆ_ｘの光の電界成分をＥ_ｘとし、周波数ｆ_ｙの光の電界成分をＥ_ｙとすると、一部縮退四光波混合により生じる周波数２ｆ_ｘ－ｆ_ｙの光の電界成分は、Ｅ_ｘＥ_ｘＥ^* _ｙとなる。なお、Ｅ^* _ｙは、Ｅ_ｙの複素共役である。同様に、一部縮退四光波混合により生じる周波数２ｆ_ｙ－ｆ_ｘの光の電界成分は、Ｅ_ｙＥ_ｙＥ^* _ｘとなる。

【0019】

したがって、ＦＷＭ部６１における一部縮退四光波混合により、図４（Ａ）に示す、中心周波数が２ｆ_１－ｆ_２の位相変調光９５と、中心周波数が２ｆ_２－ｆ_１の位相変調光９６が生成される。ここで、位相変調光９５の電界成分Ｅ_５及び位相変調光９６の電界成分Ｅ_６は、それぞれ、

【0020】

【数3】

となる。式（５）及び式（６）より、位相変調光９５の電界成分Ｅ_５及び位相変調光９６の電界成分Ｅ_６は、それぞれ、位相変調光９１と位相変調光９４の帯域幅の３倍、つまり、３Ｂ_１になる。

【0021】

同様に、ＦＷＭ部６２における一部縮退四光波混合により、図４（Ｂ）に示す、中心周波数が２ｆ_１－ｆ_２の位相変調光９７と、中心周波数が２ｆ_２－ｆ_１の位相変調光９８が生成される。ここで、位相変調光９７の電界成分Ｅ_７及び位相変調光９８の電界成分Ｅ_８は、それぞれ、

【0022】

【数4】

となる。式（７）及び式（８）より、位相変調光９７の電界成分Ｅ_７及び位相変調光９８の電界成分Ｅ_８は、それぞれ、位相変調光９３と位相変調光９２の帯域幅の３倍、つまり、３Ｂ_１になる。

【0023】

合波部７０は、図４（Ａ）に示すＦＷＭ部６１からの信号光と、図４（Ｂ）に示すＦＷＭ部６２からの信号光と、を合波して出力する。位相変調光９５と位相変調光９７の周波数帯域は等しいため、位相変調光９５と位相変調光９７が合波されるが、式（５）及び式（７）から明らかな様に、位相変調光９５と位相変調光９７の位相変化量の絶対値は等しく、その方向（正負）のみが異なる。したがって、位相変調光９５と位相変調光９７を合波することで得られる信号光は、振幅のみが変化する振幅変調光となる。この様子を図５に示す。図５から明らかな様に、位相変調光９５と位相変調光９７を合波することで得られる信号光は、位相変化量Ｓ（ｔ）の値に拘わらず、その位相は、基準位相（図５のベクトル９９の位相）で一定であり、位相変化量Ｓ（ｔ）の値に応じて振幅のみが異なる振幅変調光９９となる。位相変調光９６と位相変調光９８とを合波して得られる信号光も同様に振幅変調光となる。

【0024】

フィルタ部８０は、位相変調光９５と位相変調光９７の合波により得られる振幅変調光又は位相変調光９６と位相変調光９８の合波により得られる振幅変調光を通過させ、残りの変調光を抑圧することで振幅変調光を出力する。

【0025】

例えば、通常の振幅変調においては、図２に示す位相変調光９１と位相変調光９３を合波することで振幅変調光を生成する。一方、本実施形態では、一部縮退四光波混合により位相変調光の位相変化量（帯域幅）を３倍にした後に合波する。２つの位相変調光を合波して得られる振幅変調光の振幅の変化量は、位相変調光の位相変化量が大きい程、大きくなる。したがって、電気信号の振幅レベルが同じであっても、位相変調光９１と位相変調光９３を合波することで振幅変調光を生成する場合と比較して、生成される振幅変調光の振幅の変化量は大きくなる。

【0026】

ＦＷＭ部６１及び６２は、例えば、分散シフトファイバ等の光ファイバにより構成することができる。四光波混合は、光ファイバに入力される光の周波数（波長）が、当該光ファイバの波長分散値が零となる周波数（波長）に近い場合に強く発生する。例えば、ＦＷＭ部６１の場合、位相変調光９１の周波数における光ファイバの波長分散値が零近傍である場合、周波数２ｆ_１－ｆ_２の位相変調光９５が強く生じる。

【0027】

したがって、光ファイバの分散が０となる周波数（波長）が位相変調光９１の帯域内、位相変調光９４の帯域内、或いは、位相変調光９１と位相変調光９４との間の帯域内に位置する様に周波数ｆ_１及び周波数ｆ_２を決定することで、位相変調光９５～９８を効率的に生成することができる。例えば、位相変調光９５と位相変調光９７の合波により得られる振幅変調光を出力する場合、ＦＷＭ部６１及びＦＷＭ部６２の光ファイバの分散が０となる周波数（波長）が位相変調光９１及び９３の帯域内となる様に周波数ｆ_１及び周波数ｆ_２を決定することで、位相変調光９５と位相変調光９７を効率的に生成することができる。また、例えば、位相変調光９６と位相変調光９８の合波により得られる振幅変調光を出力する場合、ＦＷＭ部６１及びＦＷＭ部６２の光ファイバの分散が０となる周波数（波長）が位相変調光９４及び９８の帯域内となる様に周波数ｆ_１及び周波数ｆ_２を決定することで、位相変調光９６と位相変調光９８を効率的に生成することができる。

【0028】

なお、光ファイバの分散が０となる周波数が位相変調光９１の帯域より低くても、位相変調光９４の帯域より高くても一部縮退四光波混合は生じるため、光ファイバの分散が０となる周波数は上述したものに限定されない。

【0029】

また、ＦＷＭ部６１及び６２は、半導体光増幅器で構成することができる。半導体光増幅器の非線形性により、四光波混合を生じさせることができる。

【0030】

なお、位相変調光９５及び位相変調光９６が位相変調光９１及び９４と干渉しない様にするには、図４から明らかな様に、Ｘ＞２Ｂ_１とする。

【0031】

以上の構成により、振幅変調光の振幅の変化量を維持しながら、入力する電気信号の振幅レベルを小さくすることができる。なお、図１の構成では、フィルタ部８０を合波部７０の下流側に設けていたが、フィルタ部８０を合波部７０の上流側に設ける構成とすることもできる。

【0032】

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態の構成において光変調器は、２つのＦＷＭ部を必要としていた。本実施形態では、光変調器に必要なＦＷＭ部の数を１つにする。

【0033】

図６は、本実施形態による光変調器の構成図である。第１生成部１００のコム光源１０は、図７（Ａ）に示す５つの連続光８１～８５を含む複数の連続光を生成する。複数の連続光の周波数の間隔はＸである。なお、連続光８１～８５の周波数をそれぞれ周波数ｆ_１～ｆ_５とする。分離部４０は、連続光８１及び８４を位相変調部３１に出力し、連続光８２及び８５を位相変調部３２に出力する。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、それぞれ、位相変調部３１及び位相変調部３２に入力される連続光を示している。

【0034】

第一実施形態と同様に、位相変調部３１は電気信号で連続光８１及び８４を位相変調し、位相変調部３２は反転電気信号で連続光８２及び８５を位相変調する。図８（Ａ）は、位相変調部３１が出力する信号光の周波数成分を示している。位相変調光７１は、周波数ｆ_１の連続光を電気信号により位相変調したものであり、位相変調光７２は、周波数ｆ_４の連続光を電気信号により位相変調したものである。なお、位相変調光７１の電界成分Ｅ_１及び位相変調光７２の電界成分Ｅ_２は、それぞれ、

【0035】

【数5】

で表される。ここで、ω_１＝２πｆ_１であり、ω_４＝２πｆ_４であり、Ｓ（ｔ）は位相変化量である。

【0036】

図８（Ｂ）は、位相変調部３２が出力する信号光の周波数成分を示している。位相変調光７３は、周波数ｆ_２の連続光を反転電気信号により位相変調したものであり、位相変調光７４は、周波数ｆ_５の連続光を反転電気信号により位相変調したものである。なお、位相変調光７３の電界成分Ｅ_３及び位相変調光７４の電界成分Ｅ_４は、それぞれ、

【0037】

【数6】

で表される。ここで、ω_２＝２πｆ_２であり、ω_５＝２πｆ_５である。

【0038】

合波部７０は、位相変調部３１からの信号光と位相変調部３２からの信号光を合波して得られた信号光を第２生成部２００のＦＷＭ部６０に出力する。図９は、ＦＷＭ部６０に入力される信号光を示している。ＦＷＭ部６０は、入力される信号光の一部縮退四光波混合を生じさせる。図１０（Ａ）は、位相変調光７１と位相変調光７３との一部縮退四光波混合により生じる周波数ｆ_３＝２ｆ_２－ｆ_１の位相変調光７５を示している。また、図１０（Ｂ）は、位相変調光７２と位相変調光７４との一部縮退四光波混合により生じる周波数ｆ_３＝２ｆ_４－ｆ_５の位相変調光７６を示している。ここで、位相変調光７５の電界成分Ｅ_５及び位相変調光７６の電界成分Ｅ_６は、それぞれ、

【0039】

【数7】

となる。位相変調光７５及び位相変調光７６の中心周波数及び周波数帯域は同じであるため、ＦＷＭ部６０での一部縮退四光波混合により位相変調光７５及び位相変調光７６を合波した信号光が生じる。式（１３）及び式（１４）から明らかな様に、この信号光は、振幅変調光となる。

【0040】

本実施形態においてもＸ＞２Ｂ_１とする。なお、ＦＷＭ部６０に分散シフトファイバを使用する場合、例えば、光ファイバの分散が０となる周波数（波長）を周波数ｆ_３とすることができる。

【0041】

＜まとめ＞
上記各実施形態で説明した様に、第１生成部１００は、情報を搬送する電気信号に基づき連続光を位相変調することで、第１位相変調光、第２位相変調光、第３位相変調光及び第４位相変調光の４つの位相変調光を生成する。ここで、電気信号の振幅による第１位相変調光と第２位相変調光の位相の変化方向は同じであり、電気信号の振幅による第３位相変調光と第４位相変調光の位相の変化方向は同じであるが、電気信号の振幅による第１位相変調光と第３位相変調光の位相の変化方向は互いに逆方向である。

【0042】

例えば、第一実施形態においては、位相変調光９１が第１位相変調光に対応し、位相変調光９２が第２位相変調光に対応し、位相変調光９４が第３位相変調光に対応し、位相変調光９３が第４位相変調光に対応する。また、例えば、第二実施形態においては、位相変調光７１が第１位相変調光に対応し、位相変調光７２が第２位相変調光に対応し、位相変調光７３が第３位相変調光に対応し、位相変調光７４が第４位相変調光に対応する。

【0043】

第２生成部２００は、第１位相変調光と第３位相変調光との一部縮退四光波混合により、第５位相変調光を生成し、第２位相変調光と第４位相変調光との一部縮退四光波混合により、第６位相変調光を生成し、第５位相変調光と第６位相変調光を合波する。なお、第５位相変調光の中心周波数及び帯域幅は、第６位相変調光の中心周波数及び帯域幅に等しい。また、図５を用いて説明した様に、第５位相変調光と第６位相変調光の振幅及び位相の絶対値は等しく、かつ、第５位相変調光と第６位相変調光の位相の正負は互いに異なる。

【0044】

一部縮退四光波混合により生じる位相変調光の帯域幅は、元の２つの位相変調光の帯域幅より大きくなるため、第５位相変調光と第６位相変調光を合波して得られる振幅変調光の振幅の変化量は、第１生成部１００の位相変調器が生成した位相変調光を合波して得られる振幅変調光の振幅の変化量より大きくなる。

【0045】

なお、上記各実施形態において、第１位相変調光から第４位相変調光の帯域幅は同じであったが、第１位相変調光から第４位相変調光の帯域幅を同じとすることに本発明は限定されない。例えば、第一実施形態において、位相変調光９１の帯域幅をＢ_１とし、位相変調光９４の帯域幅を０．５Ｂ_１とする。この場合、式（５）及び式（６）から明らかな様に、位相変調光９５の帯域幅は２．５Ｂ_１となり、位相変調光９６の帯域幅は２Ｂ_１となる。同様に、位相変調光９３の帯域幅をＢ_１とし、位相変調光９２の帯域幅を０．５Ｂ_１とする。この場合、式（７）及び式（８）から明らかな様に、位相変調光９７の帯域幅は２．５Ｂ_１となり、位相変調光９８の帯域幅は２Ｂ_１となる。したがって、位相変調光９５と位相変調光９７を合波しても、位相変調光９６と位相変調光９８を合波しても振幅変調光が得られる。したがって、第１位相変調光と第４位相変調光の帯域幅が等しく、かつ、第２位相変調光と第３位相変調光の帯域幅が等しければ良い。

【0046】

なお、第一実施形態においては、第１位相変調光の中心周波数と第４位相変調光の中心周波数は等しく、第２位相変調光の中心周波数と第３位相変調光の中心周波数は等しい。また、第二実施形態において、第１位相変調光から第４位相変調光は、周波数軸上において重複しない。また、第二実施形態において、第１位相変調光の中心周波数ｆ_１と第３位相変調光の中心周波数ｆ_３との周波数差Ｘは、第２位相変調光の中心周波数ｆ_２と第４位相変調光の中心周波数ｆ_４との周波数差Ｘに等しい。さらに、第二実施形態においては、第１位相変調光の中心周波数ｆ_１と第４位相変調光の中心周波数ｆ_４の中心周波数は周波数ｆ_３であり、第２位相変調光の中心周波数ｆ_２と第３位相変調光の中心周波数ｆ_３の中心周波数は周波数ｆ_３であり、等しい。

【0047】

しかしながら、第１位相変調光と第３位相変調光との一部縮退四光波混合により第５位相変調光を生成し、第２位相変調光と第４位相変調光との一部縮退四光波混合により第６位相変調光を生成し、第５位相変調光と第６位相変調光を合波することで振幅変調光を生成すれば良く、本発明は上述した実施形態の具体的な構成に限定されない。

【0048】

また、本発明による光変調器は、振幅のみを変化させる光振幅変調器や、振幅及び位相の両方を変化させる光直交振幅変調器を含み得る。

【0049】

さらに、本発明によると、上記光変調器を含む光送信装置が提供される。

【0050】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【0051】

以上の構成により、光変調器に入力する必要がある電気信号の振幅レベルを小さくすることができる。したがって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

【符号の説明】

【0052】

１００：第１生成部、２００：第２生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】