JPH06118460A - Optical phase modulation circuit - Google Patents

Optical phase modulation circuit

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JPH06118460A
JPH06118460A JP28358592A JP28358592A JPH06118460A JP H06118460 A JPH06118460 A JP H06118460A JP 28358592 A JP28358592 A JP 28358592A JP 28358592 A JP28358592 A JP 28358592A JP H06118460 A JPH06118460 A JP H06118460A
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JP
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optical
signal
circuit
light
phase modulation
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Application number
JP28358592A
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Japanese (ja)
Inventor
Seishi Yoshida
誠史 吉田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To generate a remarkably fast optical phase modulation signal not being controlled by the operating speed of an optical phase modulator by utilizing a mutual phase modulation effect in a nonlinear optical medium. CONSTITUTION:This circuit is equipped with a light circuit which generates a light intensity modulation signal, a light source circuit 2 which emits coherent light, two deflection control circuits 4, 5 which control an optical signal outputted from the light source 2 and the deflected state of the light intensity modulation signal outputted from a light amplifier 3, respectively, a light coupling circuit 6 which synthesizes the output signals of the deflection control circuits 4, 5, a transmission line made of a nonlinear optical medium to input the output optical signal of the light coupling circuit 6, and a polarizer 8 to which the optical signal transmitting the medium is inputted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコヒーレント光通信等に
用いられる光位相変調回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical phase modulation circuit used for coherent optical communication or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光位相変復調方式はコヒーレント光通信
に用いられる変復調方式であり、最も高い受信感度を与
える変復調方式として近年盛んに研究が行われている。
1Gb/s以上の変調速度の高速光位相変調回路に用い
られる光位相変調器としては従来、ニオブ酸リチウム等
の強誘電体結晶を材料とし、電界を印加した際に1次の
電気光学効果によって生じる屈折率の変化を利用した位
相変調器が用いられている。光位相変調信号の変調速度
の上限は位相変調回路の変調帯域と変調器を駆動する駆
動回路の動作速度によって与えられる。一般に駆動電気
回路の出力信号振幅は変調器の動作速度が速くなるに従
い小さくなるという傾向があるため、光位相変調器とし
ては低駆動電圧で動作することが望ましい。上記のタイ
プの位相変調器においては通常、低駆動電圧化を図る目
的で光信号の導波方向と電気信号の伝播方向を一致させ
た進行波型の電極構造が設けられている。この場合、変
調器の変調帯域は電気信号と光信号の位相整合の度合い
によって制限され、素子長が長くなるに従い変調帯域は
狭くなるという傾向がある。一方、駆動電圧は素子長に
反比例するため、低駆動電圧動作をさせることと変調帯
域を拡大することとは互いに相反する関係にあるといえ
る。波長1.55μm帯で動作するニオブ酸リチウム位
相変調器として、現在までに変調帯域20GHz,π駆
動電圧5V程度のものが実現されている。
2. Description of the Related Art An optical phase modulation / demodulation system is a modulation / demodulation system used in coherent optical communication and has been actively researched in recent years as a modulation / demodulation system which gives the highest reception sensitivity.
As an optical phase modulator used in a high-speed optical phase modulation circuit with a modulation speed of 1 Gb / s or more, a ferroelectric crystal such as lithium niobate has been used as a material, and when an electric field is applied, a primary electro-optical effect is produced. A phase modulator that utilizes the resulting change in the refractive index is used. The upper limit of the modulation speed of the optical phase modulation signal is given by the modulation band of the phase modulation circuit and the operating speed of the drive circuit that drives the modulator. In general, the output signal amplitude of the drive electric circuit tends to decrease as the operation speed of the modulator increases, so that it is desirable that the optical phase modulator operates at a low drive voltage. The phase modulator of the above type is usually provided with a traveling wave type electrode structure in which the waveguide direction of the optical signal and the propagation direction of the electric signal are aligned with each other for the purpose of lowering the driving voltage. In this case, the modulation band of the modulator is limited by the degree of phase matching between the electrical signal and the optical signal, and the modulation band tends to narrow as the element length increases. On the other hand, since the driving voltage is inversely proportional to the element length, it can be said that the low driving voltage operation and the expansion of the modulation band are in a mutually contradictory relationship. As a lithium niobate phase modulator operating in the wavelength 1.55 μm band, a modulation band of 20 GHz and a π driving voltage of about 5 V have been realized to date.

【0003】ニオブ酸リチウム位相変調器に代わる高速
の外部変調器として近年、半導体電界吸収型変調器を位
相変調器として用いる研究が活発に行われている。半導
体電界吸収型変調器とはPN接合された半導体で構成さ
れ、逆バイアス電圧を印加した際の吸収係数の変化を利
用して変調を行う光変調器である。この電界印加に伴う
吸収係数の変化は、バルクの結晶を用いた場合にフラン
ツケルデッシュ効果と呼ばれる。このタイプの変調器に
おいて活性層に多重量子井戸構造を用いた場合、吸収端
波長よりもやや短波長に励起子吸収に相当するピークが
室温においても観測され、このピークは電界を印加した
際にも存在することから、バルク結晶を用いる場合と比
較して大きな吸収変化が得られる。この効果は特に量子
閉じ込めシュタルク効果と呼ばれる。吸収変化に伴い、
クラマースクローニッヒの関係によって屈折率も変化す
ることから、このタイプの変調器を位相変調器として使
用することも可能となる。このタイプの変調器の応答速
度は極めて高速であり、実際の変調帯域は素子の構造と
実装によってきまる時定数によって与えられる。波長
1.55μm帯で動作する半導体電界吸収型変調器とし
て変調帯域20GHz,π駆動電圧3V程度のものが実
現されている。
As a high-speed external modulator that replaces the lithium niobate phase modulator, research using a semiconductor electro-absorption modulator as a phase modulator has been actively conducted in recent years. The semiconductor electro-absorption modulator is an optical modulator which is composed of a PN-junction semiconductor and performs modulation by utilizing a change in absorption coefficient when a reverse bias voltage is applied. The change in the absorption coefficient due to the application of the electric field is called the Franz-Keldeche effect when a bulk crystal is used. When a multiple quantum well structure is used for the active layer in this type of modulator, a peak corresponding to exciton absorption is observed at a wavelength slightly shorter than the absorption edge wavelength even at room temperature, and this peak is observed when an electric field is applied. Also exists, a large absorption change can be obtained as compared with the case of using a bulk crystal. This effect is called the quantum confined Stark effect. With absorption changes,
Since the refractive index also changes due to the Kramers-Kronig relationship, it is possible to use this type of modulator as a phase modulator. The response speed of this type of modulator is extremely high, and the actual modulation band is given by the time constant determined by the structure and mounting of the device. A semiconductor electro-absorption modulator operating in the wavelength band of 1.55 μm has been realized with a modulation band of 20 GHz and a π drive voltage of about 3V.

【0004】以上、外部変調器を用いる位相変調方式を
外部位相変調方式と呼ぶが、この他に光源である半導体
レーザに直接信号電流を印加する直接位相変調方式があ
る。この方法では半導体レーザに注入するバイアス電流
に信号電流を重畳し、活性層のキャリア密度の変化に伴
う周波数変化が所要の位相変化をもたらすように信号振
幅および信号のデューティ比を調節する。この場合の変
調帯域はキャリア寿命で制限され,活性層に信号電流を
注入した場合の変調帯域は20GHz程度であり、一方
活性層以外の導波領域に信号電流を注入した場合の変調
帯域は1GHz以下に制限される。半導体レーザ光増幅
器を用いて位相変調を行う場合も同様の制限を受ける。
Although the phase modulation method using the external modulator is called the external phase modulation method, there is a direct phase modulation method in which a signal current is directly applied to the semiconductor laser which is the light source. In this method, a signal current is superimposed on a bias current injected into a semiconductor laser, and a signal amplitude and a signal duty ratio are adjusted so that a frequency change associated with a change in carrier density of an active layer causes a required phase change. The modulation band in this case is limited by the carrier life, and the modulation band when the signal current is injected into the active layer is about 20 GHz, while the modulation band when the signal current is injected into the waveguide region other than the active layer is 1 GHz. Limited to: The same limitation is imposed when performing phase modulation using a semiconductor laser optical amplifier.

【0005】一方、強度変調信号に関しては、パルス幅
の短い光パルスを発生させるのは比較的容易であること
から、このパルス信号列を変調して時間軸上で多重化す
ることによって変調器の動作速度に支配されない極めて
高速の強度変調信号を得ることが可能となる。図9を用
いてこの方法の原理を説明する。光源29から発生した
繰り返し周期Tのパルス(図9a)は光分岐回路31に
よってn個の光路に分岐される。図9ではn=2の場合
について示している。分岐されたパルスはそれぞれ強度
変調器32,33によって強度変調され(図9b,
c)、T/nの遅延を与えられて合波される。こうして
変調器の動作速度のn倍の強度変調信号(図9d)が得
られる。このような方法を用いて既に100Gb/sの
強度変調信号が得られている。(A.Takada a
nd M.Saruwatari,Electroni
cs Letters vol.24,p.1406
(1988))
On the other hand, with respect to the intensity-modulated signal, since it is relatively easy to generate an optical pulse having a short pulse width, this pulse signal train is modulated and multiplexed on the time axis, so that It is possible to obtain an extremely high-speed intensity modulation signal that is not governed by the operating speed. The principle of this method will be described with reference to FIG. A pulse having a repeating period T (FIG. 9A) generated from the light source 29 is branched into n optical paths by the optical branching circuit 31. FIG. 9 shows the case where n = 2. The branched pulses are intensity-modulated by intensity modulators 32 and 33, respectively (FIG. 9b,
c), T / n delay is given and they are multiplexed. In this way, an intensity modulation signal (FIG. 9d) that is n times the operating speed of the modulator is obtained. An intensity modulation signal of 100 Gb / s has already been obtained using such a method. (A. Takada a
nd M. Sarauwari, Electroni
cs Letters vol. 24, p. 1406
(1988))

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】現在、実現されている
光位相変調回路には、大きく分けて外部位相変調器を用
いる外部位相変調方式と、光源である半導体レーザに直
接信号電流を注入する直接位相変調方式がある。いずれ
の場合も、変調速度は位相変調器もしくは半導体レーザ
等の位相変調素子の動作速度、およびこれらを駆動する
駆動回路の動作速度によって制限され、光通信システム
に用いられる波長1.55μmで動作する光位相変調回
路の動作速度は20Gb/s程度に制限されている。
Currently implemented optical phase modulation circuits are roughly classified into an external phase modulation method using an external phase modulator, and a direct current injection method for directly injecting a signal current into a semiconductor laser which is a light source. There is a phase modulation method. In either case, the modulation speed is limited by the operation speed of the phase modulator or the phase modulation element such as a semiconductor laser and the operation speed of the drive circuit that drives them, and operates at the wavelength of 1.55 μm used in the optical communication system. The operation speed of the optical phase modulation circuit is limited to about 20 Gb / s.

【0007】本発明は、上記従来技術に鑑みなされたも
のであり、非線形光学媒質中の相互位相変調効果を利用
することにより、光位相変調器の動作速度に支配されな
い極めて高速の光位相変調信号を発生させることが可能
な光位相変調回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and by utilizing the cross-phase modulation effect in the nonlinear optical medium, an extremely high-speed optical phase-modulated signal which is not controlled by the operating speed of the optical phase modulator. An object of the present invention is to provide an optical phase modulation circuit capable of generating

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、請求項1に記載の光位相変調回路は、光
強度変調信号を発生する光回路と、コヒーレントな光を
発する光源と、該光源から出力された光信号と前記光増
幅器から出力される光強度変調信号の偏波状態をそれぞ
れ制御する2個の偏波制御回路と、該偏波制御回路の出
力光信号を合成する光結合回路と、該光結合回路の出力
光信号を入力すべき非線形光学媒質を材料とする伝送路
と、前記媒質を透過した光信号入力すべき偏光子とを具
備してなることを特徴とする。請求項2に記載の光位相
変調回路は、光強度変調信号を発生する光回路と、前記
光強度変調信号とは波長の異なるコヒーレントな光を発
する光源と、該光源から出力された光信号と前記光増幅
器から出力される光強度変調信号とを合成する光結合回
路と、該光結合回路の出力光信号を入力すべき非線形光
学媒質を材料とする伝送路と、前記媒質を透過した光信
号を入力すべき光フィルタとを具備してなることを特徴
とする。請求項3に記載の光位相変調回路は、請求項1
に記載の光位相変調回路において、非線形光学媒質を材
料とする伝送路として光ファイバを用いたことを特徴と
する。請求項4に記載の光位相変調回路は、請求項2に
記載の光位相変調回路において非線形光学媒質を材料と
する伝送路として光ファイバを用いたことを特徴とす
る。
In order to solve the above problems in the present invention, an optical phase modulation circuit according to claim 1 comprises an optical circuit for generating a light intensity modulation signal and a light source for emitting coherent light. , Two polarization control circuits for respectively controlling the polarization states of the optical signal output from the light source and the optical intensity modulation signal output from the optical amplifier, and the output optical signal of the polarization control circuit are combined. An optical coupling circuit, a transmission line made of a nonlinear optical medium to which an output optical signal of the optical coupling circuit is to be input, and a polarizer to which an optical signal transmitted through the medium is to be input. To do. The optical phase modulation circuit according to claim 2, wherein an optical circuit that generates a light intensity modulation signal, a light source that emits coherent light having a different wavelength from the light intensity modulation signal, and an optical signal that is output from the light source. An optical coupling circuit for synthesizing a light intensity modulated signal output from the optical amplifier, a transmission line made of a nonlinear optical medium to which an output optical signal of the optical coupling circuit is input, and an optical signal transmitted through the medium. And an optical filter to which is input. The optical phase modulation circuit according to claim 3 is the optical phase modulation circuit according to claim 1.
In the optical phase modulation circuit described in (1), an optical fiber is used as a transmission line made of a nonlinear optical medium. An optical phase modulation circuit according to a fourth aspect is characterized in that, in the optical phase modulation circuit according to the second aspect, an optical fiber is used as a transmission line made of a nonlinear optical medium.

【0009】[0009]

【作用】このような本発明の光位相変調回路によれば、
高速強度変調光信号を必要ならば光増幅器によって増幅
し、十分に高い光強度とした後、コヒーレントな無変調
光と合波し、非線形光学媒質を材料とする伝送路に入力
する。非線形光学媒質はその屈折率が光強度の変化に応
じて変化するため、図5のように、相互位相変調効果か
ら、強度変調信号による屈折率の変化によってコヒーレ
ントな無変調光が位相変調を受けることになる。この相
互位相変調効果は、10-15 秒のオーダーで反応するの
で、本発明による光位相変調回路は、1THz以上の動
作帯域を有している。強度変調信号に関しては時間領域
で多重化することにより容易に強度変調器の動作速度に
制限されない高速の強度変調信号を発生することができ
る。従って、本発明の位相変調回路によれば、このよう
な高速強度変調信号から光段で位相変調信号を発生させ
ることにより、変調器の動作速度に支配されない高速位
相変調信号を得ることができる。得られた位相変調信号
と強度変調信号は分離する必要があるが、請求項1,3
に記載の光位相変調回路においては、非線形光学媒質に
入力する前に強度変調信号と位相変調信号の偏光状態を
互いに直交する直線偏波となるように入力し、伝送路の
後段に配置された偏光子によって両者を分離する。一
方、請求項2,4に記載の光位相変調回路においては、
強度変調信号とコヒーレントなCW信号の波長を異なる
ように設定し、伝送路の後段に配置した光フィルタによ
って両者を分離する。波長の配置は図6に示す通りであ
る。以上述べたように、本発明の光位相変調回路におい
ては、光位相変調器を用いる従来の光位相変調回路と比
較して極めて高速の位相変調信号を発生させることが可
能となる。本発明の位相変調回路は、非線形光学媒質中
の相互位相変調効果を利用して光強度変調信号から位相
変調信号を光段で発生させることに特徴がある。
According to such an optical phase modulation circuit of the present invention,
The high-speed intensity-modulated optical signal is amplified by an optical amplifier, if necessary, to have a sufficiently high optical intensity, then multiplexed with coherent unmodulated light, and input to a transmission line made of a nonlinear optical medium. Since the refractive index of the nonlinear optical medium changes according to the change of the light intensity, as shown in FIG. 5, the coherent unmodulated light is phase-modulated by the change of the refractive index by the intensity modulation signal due to the cross phase modulation effect. It will be. Since this mutual phase modulation effect reacts in the order of 10 −15 seconds, the optical phase modulation circuit according to the present invention has an operation band of 1 THz or higher. By multiplexing the intensity modulation signal in the time domain, it is possible to easily generate a high-speed intensity modulation signal which is not limited by the operation speed of the intensity modulator. Therefore, according to the phase modulation circuit of the present invention, by generating the phase modulation signal in the optical stage from such a high speed intensity modulation signal, it is possible to obtain a high speed phase modulation signal which is not controlled by the operation speed of the modulator. The phase-modulated signal and the intensity-modulated signal obtained need to be separated.
In the optical phase modulation circuit described in (1), the polarization states of the intensity modulation signal and the phase modulation signal are input so as to be linearly polarized waves orthogonal to each other before being input to the nonlinear optical medium, and they are arranged in the subsequent stage of the transmission line. The polarizer separates the two. On the other hand, in the optical phase modulation circuit according to claims 2 and 4,
The wavelengths of the intensity-modulated signal and the coherent CW signal are set to be different, and the two are separated by an optical filter arranged in the latter stage of the transmission line. The arrangement of wavelengths is as shown in FIG. As described above, in the optical phase modulation circuit of the present invention, it is possible to generate an extremely high-speed phase modulation signal as compared with the conventional optical phase modulation circuit using the optical phase modulator. The phase modulation circuit of the present invention is characterized in that the phase modulation signal is generated at the optical stage from the light intensity modulation signal by utilizing the mutual phase modulation effect in the nonlinear optical medium.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図1は、本発明の第1の実施例を示す構成図
である。即ち、1は光強度変調回路であり、光強度変調
信号を発生する。2はコヒーレントな光を発生する光源
であり、分布帰還型(DFB)半導体レーザ,分布反射
型(DBR)半導体レーザ,色素レーザ,固体レーザ等
が好適に用いられる。3は光増幅器であり、光ファイバ
型光増幅器および半導体光増幅器等が好適に用いられ
る。4,5は偏波制御回路であり、光ファイバ型,バル
ク型の偏波制御器が好適に用いられる。6は光結合回路
であり、光分岐回路,方向性結合器等が好適に用いられ
る。7は非線形光学媒質であり、その屈折率が光強度に
応じて変化するものをいう。8は偏光子である。光強度
変調回路1から出力された高速強度変調信号は必要なら
ば光増幅器3によって増幅された後、光結合回路6によ
って光源2より発せられたコヒーレントな無変調光と合
波される。合波された光信号は非線形型光学媒質7に入
力されることになる。この際強度変調信号と無変調光の
偏波状態を互いに直交した直線偏波となるように偏波制
御回路4,5によって各々調節される。非線形光学媒質
中では光強度変化に応じた屈折率変化を生じることか
ら、CW光が強度変調信号によって位相変調され、位相
変調信号が得られる。不要な強度変調信号は、非線形光
学媒質の後段に配置された偏光子8によって除去され
る。非線形光学媒質中での屈折率変化は1/10ps以
下の時間で生じるので、1THz以上の光強度変調信号
から同じ速度の位相変調信号を得ることができる。光パ
ルス幅の短い即ちデューティ比の小さいパルスを光段で
発生させるのは電気段で発生させるのに比較して容易で
あることから、高速の強度変調信号を生成するのに光段
で多重化する方法は極めて有効である。このような方法
を用いて既に100Gb/sの強度変調信号列の生成が
実現されている。ところが位相変調信号に対してはデュ
ーティ比の小さな信号を発生させることができないた
め、高速位相変調信号の信号速度は位相変調器の応答速
度に制限されていた。本発明の位相変調回路によれば、
光段で発生した高速強度変調信号を用いて相互位相変調
効果により位相変調を行うため、位相変調器の応答速度
に制限されない高速位相変調が実現される。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. That is, 1 is a light intensity modulation circuit, which generates a light intensity modulation signal. Reference numeral 2 denotes a light source that generates coherent light, and a distributed feedback (DFB) semiconductor laser, a distributed reflection (DBR) semiconductor laser, a dye laser, a solid-state laser, or the like is preferably used. An optical amplifier 3 is preferably an optical fiber type optical amplifier, a semiconductor optical amplifier, or the like. Reference numerals 4 and 5 denote polarization control circuits, and optical fiber type and bulk type polarization controllers are preferably used. Reference numeral 6 is an optical coupling circuit, and an optical branching circuit, a directional coupler or the like is preferably used. Reference numeral 7 denotes a non-linear optical medium whose refractive index changes according to light intensity. 8 is a polarizer. The high-speed intensity modulation signal output from the light intensity modulation circuit 1 is amplified by the optical amplifier 3 if necessary, and then multiplexed by the optical coupling circuit 6 with the coherent unmodulated light emitted from the light source 2. The multiplexed optical signal is input to the nonlinear optical medium 7. At this time, the polarization states of the intensity-modulated signal and the unmodulated light are adjusted by the polarization control circuits 4 and 5 so as to be linearly polarized waves orthogonal to each other. Since the refractive index changes according to the light intensity change in the nonlinear optical medium, the CW light is phase-modulated by the intensity modulation signal, and the phase modulation signal is obtained. Unwanted intensity-modulated signals are removed by the polarizer 8 arranged after the nonlinear optical medium. Since the refractive index change in the nonlinear optical medium occurs in a time of 1/10 ps or less, it is possible to obtain the phase modulation signal of the same speed from the light intensity modulation signal of 1 THz or more. Since it is easier to generate a pulse with a short optical pulse width, that is, a pulse with a small duty ratio in the optical stage compared to the electric stage, it is possible to multiplex in the optical stage to generate a high-speed intensity modulation signal. The method of doing is extremely effective. Generation of an intensity-modulated signal train of 100 Gb / s has already been realized using such a method. However, since a signal with a small duty ratio cannot be generated for the phase modulation signal, the signal speed of the high speed phase modulation signal is limited to the response speed of the phase modulator. According to the phase modulation circuit of the present invention,
Since the phase modulation is performed by the cross phase modulation effect using the high speed intensity modulation signal generated in the optical stage, the high speed phase modulation which is not limited by the response speed of the phase modulator is realized.

【0011】本発明の第2の実施例では、図2のよう
に、偏光子によって強度変調信号光と位相変調信号光を
分離する代わりに、強度変調信号光と位相変調信号光の
波長とを互いに異なるように設定し、非線形媒質の後段
に配置された光フィルタ9で分離するものである。非線
形光学媒質が波長分散、即ち信号の波長によって素子中
の伝搬速度が異なるという特性を有する場合、強度変調
信号とCW信号の波長が異なると伝搬するに従い両者に
位相差を生じ、その結果位相変調信号が劣化することが
考えられる。そこで強度変調信号と位相変調信号の波長
差はできるだけ小さく設定することが好ましい。波長分
散による信号の伝搬速度差を克服し、なおかつ光フィル
タによる分離を十分に行うには図6に示すように強度変
調信号光の波長λ1 、位相変調信号光の波長λ2 を非線
形媒質(光ファイバ)の零分散波長λ0 を挟んで強度変
調信号光と位相変調信号光の相対遅延が等しくなるよう
に設定することが有効となる。
In the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, instead of separating the intensity modulated signal light and the phase modulated signal light by a polarizer, the wavelengths of the intensity modulated signal light and the phase modulated signal light are changed. The optical filters 9 are set so as to be different from each other, and are separated by the optical filter 9 arranged in the subsequent stage of the nonlinear medium. When the nonlinear optical medium has a chromatic dispersion, that is, the propagation speed in the element varies depending on the wavelength of the signal, a phase difference occurs between the intensity modulation signal and the CW signal as they propagate, resulting in phase modulation. The signal may be degraded. Therefore, it is preferable to set the wavelength difference between the intensity modulation signal and the phase modulation signal as small as possible. To overcome the propagation speed difference of the signal due to chromatic dispersion, yet wavelength lambda 1 of the intensity-modulated signal light to sufficiently perform separation by optical filter shown in FIG. 6, the phase nonlinear medium wavelength lambda 2 of the modulated signal light ( It is effective to set the relative delays of the intensity-modulated signal light and the phase-modulated signal light to be equal across the zero-dispersion wavelength λ 0 of the optical fiber).

【0012】また、本発明の第3,第4の実施例では、
図3,図4に示すように、非線形媒質として光ファイバ
10を用いることにより伝送路そのものを位相変調素子
として利用することができる。
In the third and fourth embodiments of the present invention,
As shown in FIGS. 3 and 4, by using the optical fiber 10 as the nonlinear medium, the transmission line itself can be used as a phase modulation element.

【0013】次に、本発明の位相変調回路の有効性を示
すため原理確認のための実験を、図7に示すような実験
系により行った。半導体レーザ11,12はそれぞれ波
長1.551μm,1.553μmのDFB(分布帰還
型)レーザである。強度変調器としてLiNbO3 マッ
ハツェンダー強度変調器16を用いた。変調は信号源1
5から発せられた10GHzの正弦波長信号によって行
なった。強度変調信号とCW信号はそれぞれ偏波制御回
路17,18によって偏波状態を制御された後、1:1
方向性結合器19によって合波される。合波された光信
号はエルビウムドープファイバ光増幅器20によって+
12dBmの強度に増幅され、80kmの分散シフトフ
ァイバ21に入力される。分散シフトファイバ21の出
力光信号は続いて偏光子22に入力される。強度変調信
号のファイバ出力端で偏光子22の主軸と直交した直線
偏波状態になるように偏波制御回路17によって制御さ
れた。一方、位相変調信号は偏光子22の主軸と方向が
一致した直線偏波状態になるように偏波制御回路18に
よって制御された。得られた位相変調信号はFSR10
GHzの掃引型ファブリーペローエタロン24によって
その光スペクトルが観測された。
Next, an experiment for confirming the principle in order to show the effectiveness of the phase modulation circuit of the present invention was conducted by an experimental system as shown in FIG. The semiconductor lasers 11 and 12 are DFB (distributed feedback type) lasers having wavelengths of 1.551 μm and 1.553 μm, respectively. A LiNbO 3 Mach-Zehnder intensity modulator 16 was used as the intensity modulator. Modulation is signal source 1
5 with a 10 GHz sinusoidal wavelength signal. The intensity modulation signal and the CW signal have their polarization states controlled by the polarization control circuits 17 and 18, respectively, and then 1: 1.
It is multiplexed by the directional coupler 19. The combined optical signal is added by the erbium-doped fiber optical amplifier 20.
It is amplified to an intensity of 12 dBm and input to the dispersion-shifted fiber 21 of 80 km. The output optical signal of the dispersion shift fiber 21 is subsequently input to the polarizer 22. It was controlled by the polarization control circuit 17 so that the fiber output end of the intensity-modulated signal was in a linear polarization state orthogonal to the main axis of the polarizer 22. On the other hand, the phase modulation signal was controlled by the polarization control circuit 18 so as to be in a linearly polarized state in which the direction of the principal axis of the polarizer 22 coincided. The obtained phase modulation signal is FSR10.
The optical spectrum was observed by a sweeping Fabry-Perot etalon 24 at GHz.

【0014】図8(a)は偏光子入力前のスペクトル、
(b)は入力後のスペクトルである。偏光子によって強
度変調信号光のみが20dB以上低減されているのがわ
かる。
FIG. 8 (a) is a spectrum before inputting the polarizer,
(B) is the spectrum after input. It can be seen that only the intensity-modulated signal light is reduced by 20 dB or more by the polarizer.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、光段で多重化した強度変調信号パルスを用いて信
号光を非線形光学媒質中で相互位相変調をすることによ
り、変調器の動作速度に制限されない高速位相変調信号
を得ることが可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, a modulator is provided by performing cross-phase modulation of signal light in a nonlinear optical medium using intensity-modulated signal pulses multiplexed in an optical stage. It is possible to obtain a high-speed phase modulation signal that is not limited to the operating speed of.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の位相変調回路の動作原理を説明する模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the operation principle of the phase modulation circuit of the present invention.

【図6】本発明の第2,第4の実施例における2つの光
源の波長の関係を説明する模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a relationship between wavelengths of two light sources in second and fourth embodiments of the present invention.

【図7】本発明の位相変調回路を含む実験系を示す模式
図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an experimental system including the phase modulation circuit of the present invention.

【図8】偏光子入力前の信号スペクトル(a)と、偏光
子透過後のスペクトル(b)である。
FIG. 8 shows a signal spectrum (a) before inputting a polarizer and a spectrum (b) after passing through the polarizer.

【図9】従来の強度変調回路を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional intensity modulation circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光強度変調器 2 光源 3 光増幅器 4 偏波制御回路 5 偏波制御回路 6 光結合回路 7 非線形型光学媒質 8 偏光子 9 光フィルタ 10 光ファイバ 11 半導体レーザ 12 半導体レーザ 13 光アイソレータ 14 光アイソレータ 15 信号源 16 LiNbO3 マッハツェンダー強度変調器 17 偏波制御回路 18 偏波制御回路 19 1:1方向性結合器 20 エルビウムドープファイバ光増幅器 21 分散シフトファイバ 22 偏光子 23 1:1方向性結合器 24 掃引型ファブリーペローエタロン 25 PINフォトダイオード 26 増幅器 27 オシロスコープ 28 光スペクトラムアナライザー 29 光源 30 信号源 31 光分岐回路 32 光強度変調器 33 光強度変調器 34 光結合回路1 Optical Intensity Modulator 2 Light Source 3 Optical Amplifier 4 Polarization Control Circuit 5 Polarization Control Circuit 6 Optical Coupling Circuit 7 Nonlinear Optical Medium 8 Polarizer 9 Optical Filter 10 Optical Fiber 11 Semiconductor Laser 12 Semiconductor Laser 13 Optical Isolator 14 Optical Isolator 15 signal source 16 LiNbO 3 Mach-Zehnder intensity modulator 17 polarization control circuit 18 polarization control circuit 19 1: 1 directional coupler 20 erbium-doped fiber optical amplifier 21 dispersion shift fiber 22 polarizer 23 1: 1 directional coupler 24 Sweeping type Fabry-Perot etalon 25 PIN photodiode 26 Amplifier 27 Oscilloscope 28 Optical spectrum analyzer 29 Light source 30 Signal source 31 Optical branch circuit 32 Optical intensity modulator 33 Optical intensity modulator 34 Optical coupling circuit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光強度変調信号を発生する光回路と、 コヒーレントな光を発生する光源と、 前記光源から出力された光信号と前記光強度変調信号の
偏波状態をそれぞれ制御する2個の偏波制御回路と、 前記偏波制御回路の出力光信号を合成する光結合回路
と、 前記光結合回路の出力光信号を入力すべき非線形光学媒
質を材料とする伝送路と、 前記媒質を透過した光信号を入力すべき偏光子とを備え
た光位相変調回路。
1. An optical circuit for generating a light intensity modulated signal, a light source for generating coherent light, and two optical signals for controlling the polarization state of the optical signal output from the light source and the light intensity modulated signal, respectively. A polarization control circuit, an optical coupling circuit that combines the output optical signals of the polarization control circuit, a transmission line made of a nonlinear optical medium to which the output optical signal of the optical coupling circuit is to be input, and a transmission through the medium. Optical phase modulation circuit having a polarizer to which the input optical signal is input.
【請求項2】 光強度変調信号を発生する光回路と、 前記光強度変調信号とは波長の異なるコヒーレントな光
を発生する光源と、 前記光源から出力された光信号と前記光強度変調信号と
を合成する光結合回路と、 前記光結合回路の出力光信号を入力すべき非線形光学媒
質を材料とする伝送路と、 前記媒質を透過した光信号を入力すべき光フィルタとを
備えた光位相変調回路。
2. An optical circuit for generating a light intensity modulation signal, a light source for generating coherent light having a wavelength different from that of the light intensity modulation signal, an optical signal output from the light source, and the light intensity modulation signal. An optical phase including an optical coupling circuit for synthesizing the optical coupling circuit, a transmission line made of a nonlinear optical medium to which an output optical signal of the optical coupling circuit is to be input, and an optical filter to which an optical signal transmitted through the medium is to be input. Modulation circuit.
【請求項3】 前記非線形光学媒質を材料とする伝送路
として光ファイバを用いたことを特徴とする請求項1に
記載の光位相変調回路。
3. The optical phase modulation circuit according to claim 1, wherein an optical fiber is used as a transmission line made of the nonlinear optical medium.
【請求項4】 前記非線形光学媒質を材料とする伝送路
として光ファイバを用いたことを特徴とする請求項2に
記載の光位相変調回路。
4. The optical phase modulation circuit according to claim 2, wherein an optical fiber is used as a transmission line made of the nonlinear optical medium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9803080B2 (en) 2009-03-11 2017-10-31 Onbone Oy Orthopaedic splinting system

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