7710146 光送信装置及び送信方法

(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】2025-07-10

(45)【発行日】2025-07-18

(54)【発明の名称】光送信装置及び送信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/516 20130101AFI20250711BHJP

   H04B 10/64 20130101ALI20250711BHJP

【ＦＩ】

H04B10/516

H04B10/64

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024502727

(86)(22)【出願日】2022-02-28

(86)【国際出願番号】 JP2022008228

(87)【国際公開番号】W WO2023162207

(87)【国際公開日】2023-08-31

【審査請求日】2024-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】ＮＴＴ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】深田 陽一

(72)【発明者】

【氏名】下羽 利明

(72)【発明者】

【氏名】田邉 暁弘

(72)【発明者】

【氏名】宮武 遼

(72)【発明者】

【氏名】吉田 智暁

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／０１１４１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００５／０１８１１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平９－３２６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】下羽 利明 他，ＦＭ一括変換方式を用いた光映像配信技術，電子情報通信学会技術研究報告，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2019年11月28日，Vol.119, No.324，第97-101頁

【文献】五十嵐 浩司，コヒーレント光伝送システムにおけるディジタル信号処理，電子情報通信学会技術研究報告 信号処理，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2018年01月15日，Vol.117, No.395，第201-206頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／５１６

Ｈ０４Ｂ １０／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気信号入力部に入力された第１の電気信号を、第２の電気信号と第３の電気信号とに分配する分配器と、
前記第３の電気信号を１８０度移相する移相器と、
前記分配器から出力された前記第２の電気信号に基づいて、第１のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第１の光位相変調器と、
前記移相器から出力された前記第３の電気信号に基づいて、第２のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第２の光位相変調器と、
前記第１の光位相変調器からの出力光と前記第２の光位相変調器からの出力光とを合波し、合波された出力光を第１の出力光と第２の出力光とに分波する光合波器と、
前記光合波器からの前記第１の出力光を第１のヘテロダイン検波信号に変換する第１のフォトダイオードと、
前記光合波器からの前記第２の出力光を第２のヘテロダイン検波信号に変換する第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードのうち、いずれか一方のアノードと他方のカソードとの接続点から出力される前記第１のヘテロダイン検波信号と前記第２のヘテロダイン検波信号との合成成分に基づいて、第３のレーザダイオードからの出力光を強度変調する光強度変調器と、
を備える光送信装置。

【請求項2】

前記第１の光位相変調器が駆動する際に、前記第１の電気信号又は前記第２の電気信号を増幅する増幅器
をさらに備える請求項１に記載の光送信装置。

【請求項3】

前記第２の光位相変調器が駆動する際に、前記第１の電気信号又は前記第３の電気信号を増幅する増幅器
をさらに備える請求項１又は２に記載の光送信装置。

【請求項4】

前記第１の光位相変調器が駆動する際に、前記第１の電気信号又は前記第２の電気信号を減衰させる減衰器
をさらに備える請求項１から３のうちいずれか一項に記載の光送信装置。

【請求項5】

前記第２の光位相変調器が駆動する際に、前記第１の電気信号又は前記第３の電気信号を減衰させる減衰器
をさらに備える請求項１から４のうちいずれか一項に記載の光送信装置。

【請求項6】

前記第１の光位相変調器が駆動する際に、前記第１の電気信号又は前記第２の電気信号のバイアスを調整するバイアスティー
をさらに備える請求項１から５のうちいずれか一項に記載の光送信装置。

【請求項7】

前記第２の光位相変調器が駆動する際に、前記第１の電気信号又は前記第３の電気信号のバイアスを調整するバイアスティー
をさらに備える請求項１から６のうちいずれか一項に記載の光送信装置。

【請求項8】

電気信号入力部に入力された第１の電気信号を、第２の電気信号と第３の電気信号とに分配する分配ステップと、
前記第３の電気信号を１８０度移相する移相ステップと、
前記第２の電気信号に基づいて、第１のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第１の光位相変調ステップと、
１８０度移相された前記第３の電気信号に基づいて、第２のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第２の光位相変調ステップと、
前記第１の光位相変調ステップによって位相変調された出力光と前記第２の光位相変調ステップによって位相変調された出力光とを合波し、合波された出力光を第１の出力光と第２の出力光とに分波する光合波ステップと、
前記光合波ステップによって合波された前記第１の出力光を、第１のフォトダイオードにより第１のヘテロダイン検波信号に変換する第１の変換ステップと、
前記光合波ステップによって合波された前記第２の出力光を、第２のフォトダイオードにより第２のヘテロダイン検波信号に変換する第２の変換ステップと、
前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードのうち、いずれか一方のアノードと他方のカソードの接続点から出力される前記第１のヘテロダイン検波信号と前記第２のヘテロダイン検波信号との合成成分に基づいて、第３のレーザダイオードからの出力光を強度変調する光強度変調ステップと、
を有する送信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光送信装置及び送信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

加入者宅へ映像を配信するネットワークシステムとして、例えばＦＴＴＨ（Fiber to the Home）型ＣＡＴＶ（Cable Television）システムが知られている。図５に、従来のＦＴＴＨ型ＣＡＴＶシステム１のネットワーク構成の一例を示す。図５に示されるように、ＦＴＴＨ型ＣＡＴＶシステム１は、例えば、ヘッドエンド１００（Head-End）と、光送信装置２００（Tx）と、増幅器３００（V-OLT）と、各々の加入者宅等に設置される光受信装置４００（V-ONU）と、を含んで構成される。

【0003】

ヘッドエンド１００は、放送局から送信される映像信号を乗せた電波を地上の送信塔や人工衛星等を介して受信し、受信した電波に対して増幅等の調整を行う。そして、ヘッドエンド１００は、当該映像信号に基づく電気信号を光送信装置２００へ出力する。光送信装置２００は、取得した電気信号を光信号に変換し、当該光信号を光ファイバで構築された光伝送路へ送出する。光伝送路は、中継ネットワーク５００の区間とアクセスネットワーク６００の区間とに分けられる。

【0004】

中継ネットワーク５００は、光送信装置２００とアクセスネットワーク６００との間をつなぐ通信ネットワークである。中継ネットワーク５００では、伝送距離が長距離に及ぶ場合等において、中継用アンプとして機能する増幅器３００が多段構成される。各々の増幅器３００（V-OLT）は、増幅した光信号を、後段の他の増幅器３００へ送出したり、アクセスネットワーク６００の区間内の例えば光受信装置４００（V-ONU）等の機器へ送出したり、あるいは、光カプラによって光信号を分岐させて後段の他の増幅器３００及びアクセスネットワーク６００の区間内の機器の双方へ送出したりする。

【0005】

一方、アクセスネットワーク６００は、中継ネットワーク５００と光信号を終端する各光受信装置４００との間をつなぐ通信ネットワークである。アクセスネットワーク６００では、中継ネットワーク５００から出力された光信号を複数の加入者宅に設置された光受信装置４００へ分配するために、一般的に、ＰＯＮ（Passive Optical Network；受動光ネットワーク）構成が適用される。更に、図５に示されるように、ＰＯＮ構成による光信号の分配に伴う損失及び増幅器３００による光信号の分岐に伴う損失等の補償を目的として、アクセスネットワーク６００にも不図示の増幅器（アクセス用アンプ）が用いられる場合がある。

【0006】

上記のようなネットワーク構成を有する従来のＦＴＴＨ型ＣＡＴＶシステム１では、光伝送方式として、例えばＦＭ（Frequency Modulation；周波数変調）一括変換方式が用いられる（例えば、非特許文献１参照）。このＦＭ一括変換方式では、光送信装置２００は、ヘッドエンド１００から出力された、周波数多重された多チャンネル映像の電気信号を受信し、当該電気信号を一括して１チャンネルの広帯域な周波数変調（ＦＭ）信号に変換する。更に、光送信装置２００は、変換されたＦＭ信号を、強度変調によって光信号に変換し、光伝送路へ送出する。一方、光受信装置４００は、光伝送路から光信号を受光すると、当該光信号を電気的なＦＭ信号へ変換し、更に復調する。これにより、光受信装置４００は、周波数多重された多チャンネル映像の電気信号を取り出すことができる。

【0007】

ここで、従来の光送信装置２００ｂの構成の一例について説明する。図６は、非特許文献２によって開示されている光送信装置２００ｂ（Tx）の構成である。周波数多重された多チャンネルの電気信号は、帯域毎に別々に光送信装置２００ｂに入力される。ここでは、電気信号Ａが電気信号入力端子１１に入力され、電気信号Ｂが電気信号入力端子１２に入力される。電気信号Ａは、レーザダイオード２１（ＬＤ）の後段に接続された光位相変調器３１に入力され、光信号を位相変調する。一方、電気信号Ｂは、分配器８によって２分岐されたあと、レーザダイオード２１及びレーザダイオード２２にて光信号を直接変調する。光信号が入力信号によって直接変調されることによって、周波数チャーピングが生じる（すなわち、周波数変調が行われる）。このとき、図６に示されるように、分配器８によって分岐された電気信号Ｂの一方に移相器９を用いることで、互いに逆位相となる電気信号をレーザダイオード２１及びレーザダイオード２２へそれぞれ入力させるようにすることができる。これにより、残留する強度変調成分が抑圧される。

【0008】

レーザダイオード２１及びレーザダイオード２２から出力された光信号は光合波器４によって合波され、フォトダイオード５１（ＰＤ）に入力される。フォトダイオード５１では光ヘテロダイン検波が行われ、レーザダイオード２１及びレーザダイオード２２の発振周波数差に等しい周波数を中心とするＦＭ信号がフォトダイオード５から出力される。ＦＭ信号は、光強度変調器６に入力され、伝送用のレーザダイオード２３からの出力光を強度変調する。強度変調によって生成された信号光は、伝送ファイバによって光受信装置４００へ伝送される。

【0009】

ここで、電気信号Ａを変調する際のレーザダイオード２１、レーザダイオード２２の役割について説明する。図１３は、従来の光送信装置２００の構成の一例を示すブロック図である。但し、電気信号Ａの変調に直接関係しない構成要素については記載を省略している。

【0010】

フォトダイオード５１の入力端における、光位相変調器３１からの出力光の電界Ｅ_１（ｔ）、及びレーザダイオード２２からの出力光の電界Ｅ_２（ｔ）は、それぞれ以下の（１）式及び（２）式によって表すことができる。

【0011】

【数1】

【0012】

【数2】

【0013】

ここで、ｔは、時刻である。Ｅ_１（ｔ）及びＥ_２（ｔ）は、時刻ｔにおける電界の瞬間値である。Ｅ_１及びＥ_２は、電界の最大値である。ω_１及びω_２は、無変調時の電界の角周波数である。電気信号φ_１（ｔ）は、電気信号入力端子１１から入力される電気信号である（但し、この電気信号は、電気信号入力端子１１と光位相変調器３１との間において損失や移相変化がないため、光位相変調器３１に入力される電気信号と同じものである）。ｍは、光位相変調器３１の変調効率を表す定数である。

【0014】

これらの光入力に基づいて、フォトダイオード５１においてヘテロダイン検波が行われる。この結果、出力される電気信号（ヘテロダイン検波信号）の電流Ｉ（ｔ）は、以下の（３）式によって表される。

【0015】

【数3】

【0016】

ここで、“<・・・>”は、フォトダイオード５１の帯域に応じた平均化処理を行う演算子である。すなわち、この演算子は、ω_１又はω_２以上の角周波数で変動する成分に対し、平均化した値を与えるものである。

【0017】

ここで、上記の（１）式から明らかなように、レーザダイオード２１の役割は、電気信号φ_１（ｔ）重畳用のキャリア光の出力である。また、上記の（２）式から明らかなように、レーザダイオード２２の役割は、その電気信号φ_１（ｔ）をコヒーレント受信するための局発光の出力である。

【0018】

上記の（３）式に示されるように、ヘテロダイン検波の結果として出力される電流Ｉ（ｔ）においては、光位相変調器３１に入力される電気信号φ_１（ｔ）に比例する値で位相変調を行う形となっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0019】

【文献】"ITU-T J.185: Transmission equipment for transferring multi-channel television signals over optical access networks by frequency modulation conversion," International Telecommunication Union, June 2012.

【文献】下羽利明，他，「ＦＭ一括変換方式を用いた光映像配信技術」，電子情報通信学会，信学技報，CS2019-84，IE2019-64， 2019年12月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

電気信号Ｂを直接変調するための２個のレーザダイオード２１及びレーザダイオード２２には、信号のひずみ特性を向上させるという観点から、バイアス電流と発振周波数との間に非常に高い線形性が要求される。このため、各レーザダイオードの選別コストが非常に高くなるという課題がある。この課題を解決するために、レーザダイオード２１及びレーザダイオード２２における直接変調を行わず、位相変調のみで全ての電気信号を処理する方法が考えられる。

【0021】

図７は、位相変調のみで全ての電気信号を処理するように構成された光送信装置２００ｃの構成例を示す図である。光送信装置２００ｃの構成は、前述の図６に示される従来の光送信装置２００ｂの構成のうち、電気信号入力端子１２、分配器８、及び移相器９が省かれた構成である。

【0022】

ここで、電気信号入力端子１１において電気信号Ａの入力電力が小さい場合には、フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２から発生する雑音に対して信号電力が小さくなる。これにより、信号対雑音比が低下し、信号品質が劣化する（雑音特性劣化）。一方、電気信号入力端子１１において電気信号Ａの入力電力が大きい場合には、電気信号入力端子１１と光位相変調器３１との間に配置された増幅器（不図示）によってひずみが発生し、信号品質が劣化する（ひずみ特性劣化）。このような背景から、ＦＭ一括変換を行う光送信装置において、雑音特性及びひずみ特性を同時に向上させることが課題となっている。

【0023】

本発明は、上記のような技術的背景に鑑みてなされたものであり、雑音特性及びひずみ特性を同時に向上させることができる技術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】

【0024】

本発明の一態様は、電気信号入力部に入力された第１の電気信号を、第２の電気信号と第３の電気信号とに分配する分配器と、前記第３の電気信号を１８０度移相する移相器と、前記分配器から出力された前記第２の電気信号に基づいて、第１のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第１の光位相変調器と、前記移相器から出力された前記第３の電気信号に基づいて、第２のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第２の光位相変調器と、前記第１の光位相変調器からの出力光と前記第２の光位相変調器からの出力光とを合波し、合波された出力光を第１の出力光と第２の出力光とに分波する光合波器と、前記光合波器からの前記第１の出力光を第１のヘテロダイン検波信号に変換する第１のフォトダイオードと、前記光合波器からの前記第２の出力光を第２のヘテロダイン検波信号に変換する第２のフォトダイオードと、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードのうち、いずれか一方のアノードと他方のカソードとの接続点から出力される前記第１のヘテロダイン検波信号と前記第２のヘテロダイン検波信号との合成成分に基づいて、第３のレーザダイオードからの出力光を強度変調する光強度変調器と、を備える光送信装置である。

【0025】

本発明の一態様は、電気信号入力部に入力された第１の電気信号を、第２の電気信号と第３の電気信号とに分配する分配ステップと、前記第３の電気信号を１８０度移相する移相ステップと、前記第２の電気信号に基づいて、第１のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第１の光位相変調ステップと、１８０度移相された前記第３の電気信号に基づいて、第２のレーザダイオードからの出力光を位相変調する第２の光位相変調ステップと、前記第１の光位相変調ステップによって位相変調された出力光と前記第２の光位相変調ステップによって位相変調された出力光とを合波し、合波された出力光を第１の出力光と第２の出力光とに分波する光合波ステップと、前記光合波ステップによって合波された前記第１の出力光を、第１のフォトダイオードにより第１のヘテロダイン検波信号に変換する第１の変換ステップと、前記光合波ステップによって合波された前記第２の出力光を、第２のフォトダイオードにより第２のヘテロダイン検波信号に変換する第２の変換ステップと、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードのうち、いずれか一方のアノードと他方のカソードの接続点から出力される前記第１のヘテロダイン検波信号と前記第２のヘテロダイン検波信号との合成成分に基づいて、第３のレーザダイオードからの出力光を強度変調する光強度変調ステップと、を有する送信方法である。

【発明の効果】

【0026】

本発明により、ＦＭ一括変換を行う光送信装置において、雑音特性及びひずみ特性を同時に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施形態に係る光送信装置２００ａの構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係るバランスド受信器の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係る光送信装置２００ａの動作を示すフローチャートである。

【図4】２入力２出力の光合波器４１における２つの出力光の間の位相関係を説明するための図である。

【図5】ＦＴＴＨ型ＣＡＴＶシステムのネットワーク構成の一例を示すブロック図である。

【図6】従来の光送信装置２００ｂの構成の一例を示すブロック図である。

【図7】従来の光送信装置２００ｃの構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態おけるネットワークシステムのシステム構成は、前述の図５に示される従来のＦＴＴＨ型ＣＡＴＶシステム１のネットワーク構成と同様であるため、説明を省略する。

【0029】

＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0030】

［光送信装置の構成］
以下、本発明の実施形態に係る光送信装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光送信装置２００ａの構成を示すブロック図である。

【0031】

図１に示されるように、光送信装置２００ａは、電気信号入力端子１１と、分配器８と、移相器９と、３つのレーザダイオード（レーザダイオード２１～２３）（ＬＤ）と、２つの光位相変調器（光位相変調器３１～３２）と、２入力２出力の光合波器４１と、２つのフォトダイオード（フォトダイオード５１～５２）（ＰＤ）と、光強度変調器６と、光信号出力端子７と、を含んで構成される。

【0032】

電気信号Ａが、電気信号入力端子１１から光送信装置２００ａの内部に取り込まれ、分配器８の入力端子に入力される。分配器８は、入力された電気信号Ａを２分割する。分配器８によって２分割された電気信号Ａの一方は、光位相変調器３１の入力端子に入力される。また、２分割された電気信号Ａのもう一方は、移相器９の入力端子に入力される。移相器９に入力された電気信号Ａは、１８０度移相された後に、光位相変調器３２の入力端子に入力される。

【0033】

レーザダイオード２１から出力された光は、光位相変調器３１において、電気信号Ａによって位相変調される。また、レーザダイオード２２から出力された光は、光位相変調器３２において、移相された電気信号Ａによって位相変調される。これらの位相変調された光は、２入力２出力の光合波器４１によって合波された後に分波され、フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２にそれぞれ入力される。

【0034】

フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２では、ヘテロダイン検波がそれぞれ行われる。フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２からそれぞれ出力される電気信号（ヘテロダイン検波信号）は、光強度変調器６の入力端子に入力される。

【0035】

一方、レーザダイオード２３から出力された光は、光強度変調器６において、フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２からそれぞれから出力される電気信号（ヘテロダイン検波信号）の合成成分に基づいて強度変調される。強度変調された信号光は、光信号出力端子７から光送信装置２００ａの外部へ出力される。

【0036】

図２は、本発明の実施形態に係るバランスド受信器の構成を示す図である。上記の２つのフォトダイオード５１及びフォトダイオード５２は、バランスド受信器を構成している。バランスド受信器を構成する方法として、例えば図２の（ａ）に示されるように、フォトダイオード５１のアノードとフォトダイオード５２のカソードとを接続し、その接続点から電流を出力する方法がある（なお、フォトダイオード５１のカソードとフォトダイオード５２のアノードに接続される、定電圧源、あるいは、グランド等は、図１５（ａ）では不図示としている）。

【0037】

また、バランスド受信器を構成する他の方法として、例えば図１５の（ｂ）に示されるように、フォトダイオード５１のカソードとフォトダイオード５２のアノードとを接続し、その接続点から電流を出力する方法がある（なお、フォトダイオード５１のアノードとフォトダイオード５２のカソードに接続される、定電圧源、あるいは、グランド等は、図１５（ｂ）では不図示としている）。

【0038】

フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２ではヘテロダイン検波がそれぞれ行われる。フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２からそれぞれ出力される電気信号（ヘテロダイン検波信号）は、結合された後に、光強度変調器６の入力端子に入力される。一方、レーザダイオード２３から出力された光は、光強度変調器６において、フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２からそれぞれ出力される電気信号（ヘテロダイン検波信号）の合成成分に基づいて強度変調される。強度変調された信号光は、光信号出力端子７から光送信装置２００ａの外部へ出力される。

【0039】

なお、光送信装置２００ｈは、光位相変調器３１及び光位相変調器３２、あるいは、光強度変調器６が駆動する際に、各電気信号入力端子からそれぞれ入力される電気信号の振幅、あるいは、バイアスを調整し、変調量を制御することがある。そのため、光送信装置２００ｈに、増幅器、減衰器、及びバイアスティーが用いられる場合がある。

【0040】

光合波器４１の入力端における、光位相変調器３１の出力光の電界Ｅ'_１（ｔ）、及び光位相変調器３２の出力光の電界Ｅ'_２（ｔ）は、それぞれ以下の（４）式及び（５）式によって表すことができる（詳細は後述される補遺にて説明）。

【0041】

【数4】

【0042】

【数5】

【0043】

ここで、ｔは、時刻である。Ｅ'_１（ｔ）及びＥ'_２（ｔ）は、時刻ｔにおける電界の瞬間値である。（√２・Ｅ_１＋√２・ｅ_１（ｔ））及び（√２・Ｅ_２＋√２・ｅ_２（ｔ））は、電界の振幅である。このうち、√２・Ｅ_１及び√２・Ｅ_２はレーザダイオード２１及び２２の出力電界振幅を表す定数である。

【0044】

一方、√２・ｅ_１（ｔ）及び√２・ｅ_２（ｔ）は時刻ｔにおけるレーザダイオード２１及びレーザダイオード２２の出力電界振幅の揺らぎを表す変数である。

【0045】

ω_１及びω_２は、無変調時の電界の角周波数である。電気信号φ_１（ｔ）は、電気信号入力端子１１から入力される電気信号である（ここで、（４）式あるいは（５）式においてφ_１（ｔ）を含む項がそれぞれ加算あるいは減算されていることは移相器９の有無に依存している）。ｍは、光位相変調器３１及び光位相変調器３２の変調効率を表す定数である。

【0046】

光合波器４１では、一般に、端子ａ（あるいは端子ｂ）から入力された光が分波されて端子Ａ及び端子Ｂから出力される場合、出力光どうしの位相は相対的に９０度差を持つことになる。

【0047】

このため、光合波器４１を透過し端子Ａから出力される光のフォトダイオード５１の入力端における電界は、光位相変調器３１由来成分Ｅ_Ａ１（ｔ）及び光位相変調器３２由来成分Ｅ_Ａ２（ｔ）ごとに、それぞれ以下の（６）式及び（７）式によって表すことができる（詳細は後述される補遺にて説明）。

【0048】

【数6】

【0049】

【数7】

【0050】

出力光どうしの位相は相対的に９０度差を持った結果、端子ａから端子Ａに透過する光の電界の位相は変化せず（（４）式におけるｃｏｓ⇒（６）式におけるｃｏｓ）、端子ｂから端子Ａに透過する光の電界の位相は９０度変化している（（５）式における－ｓｉｎ⇒（７）式におけるｃｏｓ）。

【0051】

同様に、光合波器４１を透過し端子Ｂから出力される光のフォトダイオード５２入力端における電界は、光位相変調器３１由来成分Ｅ_Ｂ１（ｔ）、及び光位相変調器３２由来成分Ｅ_Ｂ２（ｔ）ごとに、それぞれ以下の（８）式及び（９）式によって表すことができる。

【0052】

【数8】

【0053】

【数9】

【0054】

出力光どうしの位相は相対的に９０度差を持った結果、端子ａから端子Ｂに透過する光の電界の位相は９０度変化し（（４）式におけるｃｏｓ⇒（８）式におけるｓｉｎ）、端子ｂから端子Ｂに透過する光の電界の位相は変化していない（（５）式における－ｓｉｎ⇒（９）式における－ｓｉｎ）。

【0055】

ここで、フォトダイオード５１では、（６）式及び（７）式で表される光の入力に基づいて、ヘテロダイン検波が行われる。この結果、出力されるヘテロダイン検波信号の電流Ｉ_Ａ（ｔ）は、（６）式及び（７）式を用い、以下の（１０）式によって表される。

【0056】

【数10】

【0057】

ここで、“<・・・>”は、フォトダイオード５１の帯域に応じた平均化処理を行う演算子である。すなわち、この演算子は、ω₁又はω_２以上の角周波数で変動する成分に対し、平均化した値を与えるものである。なお、ｅ_１(ｔ)及びｅ_２(ｔ)は微小であることから、ｅ_１(ｔ)²、ｅ_２(ｔ)²、及び、ｅ_１(ｔ)ｅ_２(ｔ)の値は０とした。

【0058】

同様に、フォトダイオード５２では、（８）式及び（９）式で表される光の入力に基づいて、ヘテロダイン検波が行われる。この結果、出力されるヘテロダイン検波信号の電流Ｉ_Ｂ（ｔ）は、（８）式及び（９）式を用い、以下の（１１）式によって表される。

【0059】

【数11】

【0060】

ここで、“<・・・>”は、フォトダイオード５２の帯域に応じた平均化処理を行う演算子である。すなわち、この演算子は、ω₁又はω_２以上の角周波数で変動する成分に対し、平均化した値を与えるものである。なお、ｅ_１(ｔ)及びｅ_２(ｔ)は微小であることから、ｅ_１(ｔ)²、ｅ_２(ｔ)²、及び、ｅ_１(ｔ)ｅ_２(ｔ)の値は０とした。

【0061】

フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２それぞれから出力された電流Ｉ_Ａ（ｔ）及びＩ_Ｂ（ｔ）は、上述の通り結合され電流Ｉ（ｔ）の電気信号になった後、光強度変調器６に入力される。この電流Ｉ（ｔ）（ヘテロダイン検波信号）は、以下の（１２）式によって表される。

【0062】

【数12】

【0063】

なお、ここで、Ｉ_Ａ（ｔ）とＩ_Ｂ（ｔ）とが互いに逆符号で合成されるのは、フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２がバランスド受信器構成をとっているためである。

【0064】

上記の（１０）式、（１１）式及び（１２）式の比較から明らかなように、フォトダイオードが１つだけの構成に対し、フォトダイオードが２つでバランスド受信器とする構成によって、出力電気信号から、直流成分Ｅ₁ ²、Ｅ₂ ²や揺らぎに起因する成分Ｅ₁ｅ₁（ｔ）、Ｅ₂ｅ₂（ｔ）が消失する。特に、揺らぎに起因する成分Ｅ₁ｅ₁（ｔ）、Ｅ₂ｅ₂（ｔ）は雑音として信号劣化要因となる。そのため、実施形態に係る光送信装置２００ａによれば、成分Ｅ₁ｅ₁（ｔ）及びＥ₂ｅ₂（ｔ）が消失することによって雑音特性及びひずみ特性が向上するという効果がある。

【0065】

また、上記の（３）式及び（１２）式の比較から明らかなように、フォトダイオードが１つだけの構成に対し、フォトダイオードが２つでバランスド受信器とする構成によって、実効的な変調効率が、ｍから２ｍに増加する。すなわち、従来と同じ変調を行うために必要な電気信号Ａの電力は半分になる。そのため、実施形態に係る光送信装置２００ａによれば、電気信号入力端子１１と光位相変調器３１との間に配置された増幅器（不図示）により発生するひずみは小さくなり、ひずみ特性が向上するという効果がある。

【0066】

なお、バランスド受信器を用いた先行技術として、光合分波器で１つの信号光と１つの局部発振光（無変調光）を合分波し、局部発振光から発生する雑音（相対強度雑音）を除去しながら検波する構成が知られている（参考文献：岩下克，「コヒーレント光通信技術の進展」，日本光学会会誌38巻5号，p.239，2009年5月）。しかしながら、この参考文献には、実施形態における光送信装置２００ａのように、２つの信号光を合分波し、２つの信号光双方から発生する雑音（Ｅ_１ｅ_１(ｔ)、及び、Ｅ_２ｅ_２(ｔ)）を除去しながら検波する構成は開示されておらず、当該構成や効果についての示唆もない。

【0067】

［光送信装置の動作］
以下、本発明の実施形態に係る光送信装置の動作の一例について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る光送信装置２００ａの動作を示すフローチャートである。

【0068】

本フローチャートが示す光送信装置２００ａの動作は、電気信号Ａが電気信号入力端子１１に入力された際に開始する。電気信号入力端子１１は、電気信号Ａを分配器８に入力する。分配器８は、電気信号Ａを電気信号Ａ１とＡ２とに分配した後、電気信号Ａ１を光位相変調器３１に、電気信号Ａ２を移相器９に入力する。（ステップＳ０１）。

【0069】

移相器９は、電気信号Ａ２を１８０度移相した後に、当該電気信号Ａ２を光位相変調器３２に入力する。（ステップＳ０２）。

【0070】

光位相変調器３１は、レーザダイオード２１が出力した光を電気信号Ａ１によって位相変調する（ステップＳ０３）。光位相変調器３２は、レーザダイオード２２が出力した光を電気信号Ａ２によって位相変調する（ステップＳ０４）。

【0071】

光合波器４は、光位相変調器３１からの出力光と、光位相変調器３２からの出力光とを合波する。その後、光合波器４は、合波された出力光を、第１の出力光と第２の出力光とに分波する。光合波器４は、第１の出力光をフォトダイオード５１に、第２の出力光をフォトダイオード５２に出力する（ステップＳ０５）。

【0072】

フォトダイオード５１は、光合波器４１から出力された第１の出力光に対し、ヘテロダイン検波を行う（ステップＳ０６）。また、フォトダイオード５２は、光合波器４１から出力された第２の出力光に対し、ヘテロダイン検波を行う（ステップＳ０７）。

【0073】

光強度変調器６は、レーザダイオード２３が出力した光を、フォトダイオード５１とフォトダイオード５２との接続点から出力された電気信号（ヘテロダイン検波信号）の合成成分に基づいて強度変調する（ステップＳ０８）。光信号出力端子７は、強度変調された信号光を中継ネットワーク５００へ出力する（ステップＳ０９）。以上で、図３のフローチャートが示す光送信装置２００の動作が終了する。

【0074】

＜補遺＞
以下、２入力２出力の光合波器４１における、２つの出力光の間の位相関係について、図４を参照しながら説明する。図４は、２入力２出力の光合波器４１における２つの出力光の間の位相関係を説明するための図である。

【0075】

光合波器４１の２つの入力光と２つの出力光の電界及び位相の関係を表す伝達関数をＴとする。ここで、対称性から、「端子ａから端子Ａへ」透過する際の電界及び位相の変化と、「端子ｂから端子Ｂへ」透過する際の電界及び位相の変化とは、同じとなる。同様に、「端子ａから端子Ｂへ」透過する際の電界及び位相の変化と、「端子ｂから端子Ａへ」透過する際の電界及び位相の変化とは、同じとなる。したがって、伝達関数Ｔは、以下の（１３）式によって表されるような対称性を持つ。

【0076】

【数13】

【0077】

次に、図４の左から右に向かい、光を送信することを考える。ここで、地点１において光合波器４１－１の端子ａ及び端子ｂの各々への入力光電界を１及び０とすれば、地点１における電界は、以下の（１４）式によって表される。

【0078】

【数14】

【0079】

さらに、光合波器４１－１の端子Ａ及び端子Ｂの各々からの出力光電界（地点２）、及び、光合波器４１－２の端子Ａ及び端子Ｂの各々からの出力光電界（地点３）は、上記の（１３）式及び（１４）式に基づいて、以下の（１５）式及び（１６）式のように表される。

【0080】

【数15】

【0081】

【数16】

【0082】

ここで、光合波器４１－１及び光合波器４１－２において損失が無いとすれば、（１４）～（１６）式の各々によって計算される電力は同じとなるため、以下の（１７）式及び（１８）式が成り立つ。

【0083】

【数17】

【0084】

【数18】

【0085】

上記（１７）式の両辺を二乗したものを、（１８）式から減算することにより、以下の（２０）式を得る。

【0086】

【数19】

【0087】

【数20】

【0088】

ここで、α＝｜α｜ｅｘｐ（ｉθ_α）、β＝｜β｜ｅｘｐ（ｉθ_β）と置くことにより、上記の（２０）式は以下の（２１）式のように変形される。

【0089】

【数21】

【0090】

この結果、端子Ａ及び端子Ｂからの出力光電界の位相関係が、以下の（２２）式のように導出される。

【0091】

【数22】

【0092】

以上、実施形態における光送信装置２００ａにおいて、光の位相が光合波器４１－１の入出力端に依存する理由について説明した。

【0093】

以上説明したように、上述した実施形態に係る光送信装置２００ａは、位相変調された２つの光信号を光合波器４１によって合波された後に分波し、バランスド受信器の構成によって電気信号に変換する。このような構成を備えることで、光送信装置２００ａは、レーザダイオードの出力電解振幅の揺らぎに起因する雑音を除去することができ、雑音特性及びひずみ特性を同時に向上させることができる。

【0094】

また、以上説明したように、上述した実施形態に係る光送信装置２００ａでは、レーザダイオード２１の後段に光位相変調器３１が、レーザダイオード２２の後段に光位相変調器３２がそれぞれ接続される。そして、光送信装置２００ａは、一方の光位相変調器（本実施形態では光移相変調器３２）には移相器８によって位相を反転させた入力信号を入力する。光送信装置２００ａは、光位相変調器３１及び光位相変調器３１からそれぞれ出力された光を、光合波器４１によって合波した後に分波し、フォトダイオード５１及びフォトダイオード５２によって二乗検波を行う。このような構成を備えることで、光送信装置２００ａは、光位相変調器３１及び光位相変調器３２への入力信号電圧を低くすることができる。これにより、光送信装置２００ａは、例えば入力信号のｃｈ（チャンネル）追加あるいは帯域増加等によって光位相変調器３１及び光位相変調器３２への入力信号の振幅が増大するような場合であっても、信号品質の劣化を生じ難くすることができる。

【0095】

上述した実施形態によれば、光送信装置は、分配器と、移相器と、第１の光位相変調器と、第２の光位相変調器と、光合波器と、第１のフォトダイオードと、第２のフォトダイオードと、光強度変調器とを備える。例えば、光送信装置は、実施形態における光送信装置２００ａであり、分配器は、実施形態における分配器８であり、移相器は、実施形態における移相器９であり、第１の光位相変調器は、実施形態における光位相変調器３１であり、第２の光位相変調器は、実施形態における光位相変調器３２であり、光合波器は、実施形態における光合波器４１であり、第１のフォトダイオードは、実施形態におけるフォトダイオード５１であり、第２のフォトダイオードは、実施形態におけるフォトダイオード５２であり、光強度変調器は、実施形態における光強度変調器６である。

【0096】

上記の分配器は、電気信号入力部に入力された第１の電気信号を、第２の電気信号と第３の電気信号とに分配する。例えば、電気信号入力部は、実施形態における電気信号入力端子１１であり、第１の電気信号は、実施形態における電気信号Ａであり、第２の電気信号は、実施形態における電気信号Ａ１であり、第３の電気信号は、実施形態における電気信号Ａ２である。上記の移相器は、第３の電気信号を１８０度移相する。

【0097】

上記の第１の光位相変調器は、分配器から出力された第２の電気信号に基づいて、第１のレーザダイオードからの出力光を位相変調する。例えば、第１のレーザダイオードは、実施形態におけるレーザダイオード２１である。第２の光位相変調器は、移相器から出力された第３の電気信号に基づいて、第２のレーザダイオードからの出力光を位相変調する。例えば、第２のレーザダイオードは、実施形態におけるレーザダイオード２２である。

【0098】

上記の光合波器は、第１の光位相変調器からの出力光と第２の光位相変調器からの出力光とを合波し、合波された出力光を第１の出力光と第２の出力光とに分波する。例えば、第１の出力光は、実施形態における光合波器４１の端子Ａからの出力光であり、第２の出力光は、実施形態における光合波器４１の端子Ｂからの出力光である。

【0099】

上記の第１のフォトダイオードは、光合波器からの第１の出力光を第１のヘテロダイン検波信号に変換する。上記の第２のフォトダイオードは、光合波器からの第２の出力光を第２のヘテロダイン検波信号に変換する。上記の光強度変調器は、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードのうち、いずれか一方のアノードと他方のカソードとの接続点から出力される第１のヘテロダイン検波信号と第２のヘテロダイン検波信号との合成成分に基づいて、第３のレーザダイオードからの出力光を強度変調する。例えば、第３のレーザダイオードは、実施形態におけるレーザダイオード２３である。

【0100】

なお、上記の光送信装置は、第１の光位相変調器が駆動する際に、第１の電気信号又は第２の電気信号を増幅する増幅器をさらに備えていてもよい。

【0101】

なお、上記の光送信装置は、第２の光位相変調器が駆動する際に、第１の電気信号又は第３の電気信号を増幅する増幅器をさらに備えていてもよい。

【0102】

なお、上記の光送信装置は、第１の光位相変調器が駆動する際に、第１の電気信号又は第２の電気信号を減衰させる減衰器をさらに備えていてもよい。

【0103】

なお、上記の光送信装置は、第２の光位相変調器が駆動する際に、第１の電気信号又は第３の電気信号を減衰させる減衰器をさらに備えていてもよい。

【0104】

なお、上記の光送信装置は、第１の光位相変調器が駆動する際に、第１の電気信号又は第２の電気信号のバイアスを調整するバイアスティーをさらに備えていてもよい。

【0105】

なお、上記の光送信装置は、第２の光位相変調器が駆動する際に、第１の電気信号又は第３の電気信号のバイアスを調整するバイアスティーをさらに備えていてもよい。

【0106】

上述した実施形態における光送信装置２００ａの一部又は全部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0107】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0108】

１…ＦＴＴＨ型ＣＡＴＶシステム、４１…光合波器、５１，５２…フォトダイオード、６…光強度変調器、７…光信号出力端子、８…分配器、９…移相器、１１，１２…電気信号入力端子、２１，２２，２３…レーザダイオード、３１，３２…光位相変調器、１００…ヘッドエンド、２００ａ～ｃ…光送信装置、３００…増幅器、４００…光受信装置、５００…中継ネットワーク、６００…アクセスネットワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】