CN102707385A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在与时间轴上的相邻的比特所对应的各光脉冲之间使偏振波正交的光调制器。具有：相对于出射端面倾斜地形成的第一波导，相对于第一波导和出射端面的双方倾斜地形成了第二波导的光波导元件；使从第一、第二波导出射的第一、第二调制光的光路相互平行的透镜；对第一、第二调制光中的至少一方赋予相位延迟的相位延迟元件；使第一、第二调制光的至少一方的偏振波旋转，在该两个调制光之间使偏振波正交的偏振波旋转部；以及对偏振波正交的第一、第二调制光进行偏振波合成的偏振波合成元件，相位延迟元件的光传播方向的厚度设定为根据所述相位延迟元件产生的相位差和所述偏振波合成元件产生的相位差，对所述第一调制光的光脉冲和所述第二调制光的光脉冲进行比特交织的厚度。

Description

光调制器
技术领域
本发明涉及一种光调制器。
背景技术
作为能够增大光通信系统的传输容量的传输方式，在专利文献1中公开了以下的系统：在与时间轴上的相邻的比特对应的各光脉冲之间使偏振波正交，将基于偏振波的多路复用与时分多路复用一起使用。具体地说，专利文献1的多路复用光路使独立调制后的两个调制光的偏振波正交，并且在两个调制光之间给予各调制光的脉冲间隔一半的时间延迟后，进行偏振波合成。根据该方式，在相邻的比特之间偏振波正交，由此不会产生光脉冲的干扰，所以即使光脉冲的波形在时间上有重叠，对传输特性造成的影响也较小。由此，能够不依赖使光脉冲变窄的方法，增大传输容量。
【专利文献1】日本特开2001-036505号公报
在此，在专利文献1的结构中，仅使用进行偏振波合成的双折射晶体中的两个偏振波(调制光)的光路差，在两个调制光之间产生偏振波以及时分多路复用需要的上述的时间延迟。但是，上述时间延迟由系统的比特率决定，所以无法自由地选择双折射晶体中的光路差乃至双折射晶体的长度(光传播方向的晶体的厚度)。因此，作为双折射晶体需要使用比较大的晶体，存在无法使装置小型化的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，使光调制器小型化，该光调制器在与时间轴上的相邻的比特对应的各光脉冲之间，使偏振波正交。
本发明为了解决上述课题而提出，本发明的光调制器在与时间轴上的相邻的比特对应的各光脉冲之间，使偏振波正交，其特征为具备：第一以及第二光调制部，通过同一调制频率被驱动；光波导元件，具有所述第一光调制部的第一调制光传播的第一波导以及所述第二光调制部的第二调制光传播的第二波导，相对于出射端面倾斜地形成所述第一波导，相对于所述第一波导和所述出射端面双方倾斜地形成了所述第二波导；透镜，使从所述第一波导出射的第一调制光与从所述第二波导出射的第二调制光的光路相互平行；相位延迟元件，对所述第一以及第二调制光的至少一方赋予相位延迟；偏振波旋转部，使所述第一以及第二调制光的至少一方的偏振波旋转，在该两个调制光之间使偏振波正交；以及偏振波合成元件，设置在所述透镜的后级，对所述偏振波正交的第一调制光和第二调制光进行偏振波合成，所述相位延迟元件的光传播方向的厚度设定为根据所述相位延迟元件产生的相位差和所述偏振波合成元件产生的相位差对所述第一调制光的光脉冲和所述第二调制光的光脉冲进行比特交织的厚度。
此外，本发明的光调制器的特征为在上述光调制器中，所述相位延迟元件具有平板状的形状，能够调整平板的法线相对于光传播方向的倾斜角。
此外，本发明的光调制器的特征为在上述光调制器中，上述偏振波合成元件的光传播方向的厚度设定为大于与所述偏振波合成后的第一以及第二调制光之间的偏振波串扰的允许最小值对应的厚度。
本发明的光调制器的特征为在上述光调制器中，由在第一机箱中固定了所述光波导元件和所述透镜的单元和在第二机箱中与输出用光纤一起固定了所述相位延迟元件、所述偏振波旋转部以及所述偏振波合成元件的单元构成。
本发明的光调制器的特征为在上述光调制器中，由在第一机箱中固定了所述光波导元件、所述偏振波旋转部和所述相位延迟元件的单元和在所述第二机箱中与输出用光纤一起固定了所述透镜和所述偏振波合成元件的单元构成。
根据本发明，能够使光调制器小型化，该光调制器在与时间轴上的相邻的比特对应的各光脉冲之间，使偏振波正交。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的光调制器的结构的俯视图。
图2表示从偏振波合成元件得到的、相互的偏振面正交并进行了比特交织后的调制光。
符号说明
1…光调制器；
10…调制器本体；
MA、MB、MC、101～104…马赫曾德尔波导；
106…输入波导；
108、109…马赫曾德尔波导的臂；
1081、1091…输出波导；
20、50…透镜；
30a…1/2波长板；
30b…玻璃板；
40…偏振波合成元件；
60…输出用光纤；
70、80…机箱；
90…相位延迟元件
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明一实施方式的光调制器的结构的俯视图。该光调制器1是对两个调制光进行偏振波合成的偏振波合成型调制器，具有：调制输入光的调制器本体10、使从调制器本体10输出的光准直，并变换光路以使光轴相互平行的透镜20、对从透镜20出射的两个光中的一方赋予相位延迟的相位延迟元件90、使从透镜20出射的两个光的另一方(没有通过相位延迟元件90的光)的偏振波旋转的1/2波长板30a、具有与1/2波长板30a相同的光路长的玻璃板30b、把从1/2波长板30a以及玻璃板30b出射的偏振波不同的光进行合成(偏振波合成)，使其光路一致的偏振波合成元件40、把从偏振波合成元件40出射的光会聚在输出用光纤60的入射位置的透镜50、以及用于取出偏振波合成后的光的输出用光纤60。
调制器本体10和透镜20被固定在机箱70内。把相位延迟元件90、1/2波长板30a、玻璃板30b、偏振波合成元件40、透镜50以及输出用光纤60收容在圆筒状的机箱80而单元化。
调制器本体10是在铌酸锂(LiNbO3，称为LN)基板上形成了光波导以及调制电极而成的光波导元件(LN光调制器)。
该调制器本体10的光波导具有在马赫曾德尔波导MA的两臂上设置了马赫曾德尔波导MB和MC，在马赫曾德尔波导MB的两臂上设置马赫曾德尔波导101、102，在马赫曾德尔波导MC的两臂上设置马赫曾德尔波导103、104的嵌套结构。即，向调制器本体10的输入光被导入马赫曾德尔波导MA的输入波导106，向臂上的马赫曾德尔波导MB和MC分支。此外，向马赫曾德尔波导MB输入的光向马赫曾德尔波导101和102分支，向马赫曾德尔波导MC输入的光向马赫曾德尔波导103和104分支。然后，来自马赫曾德尔波导101和102的输出光通过马赫曾德尔波导MB被合成，向马赫曾德尔波导MA的臂108导入，来自马赫曾德尔波导103和104的输出光通过马赫曾德尔波导MC被合波，向马赫曾德尔波导MA的臂109导入。
马赫曾德尔波导101～104与分别设置的未图示的调制电极一起形成LN光调制器。对各LN光调制器101～104的调制电极从未图示的驱动电路赋予例如25Gb/s的驱动信号，各LN光调制器101～104输出以25Gb/s调制后的调制光。关于马赫曾德尔波导MB的LN光调制器101和102的调制方式，在此使用DQPSK(差分四相相移调制)。马赫曾德尔波导MC的LN光调制器103和104的调制方式也相同。通过DQPSK，向马赫曾德尔波导MA的臂108、109导入的光成为50Gb/s的调制光。
马赫曾德尔波导MA的臂108中，LN基板(调制器本体10)的一端面M的附近部分(输出波导1081)以相对于端面M的法线成角度θ1的方式设置。此外，同样地，马赫曾德尔波导MA的臂109中，端面M的附近部分(输出波导1091)以相对于端面M的法线成角度θ2的方式设置。角度θ1、θ2是臂108和臂109在LN基板的内部交叉的角度。通过这样的波导配置，从输出波导1081向图1中的下方倾斜地出射光，并从输出波导1091向图中的上方倾斜地出射光。相对于端面M倾斜地设置了输出波导1081、1091，由此能够减少从端面M向输出波导1081、1091的返回光。
调整透镜20的焦点距离f1和配置(透镜20和输出波导1081、1091的出射端之间的距离以及透镜20的光轴方向)，以使从调制器本体10(输出波导1081、1091)出射的两个光准直，并且在通过透镜20后两个光的传播方向变得相互平行，因为如上所述向透镜20入射的光相对于透镜20的光轴朝向倾斜方向，所以通过调整焦点距离f1以及透镜20的配置，能够使来自透镜20的出射光相互平行。由此，不需要用于变换光路的棱镜，能够实现部件数的缩减和小型化。
设透镜20的焦点距离为f1＝1.8mm。这是因为考虑以下几点：当加大焦点距离时，(1)调制器本体10和透镜20之间的距离变长有悖于小型化；(2)因为准直后的光的光束直径变粗，所以产生后述的偏振波串扰恶化的问题；此外，当缩短焦点距离时，(3)看成准直光的有效距离比偏振波合成元件40的厚度L短，由此无法完全对来自偏振波合成元件40的出射光进行偏振波合成。
相位延迟元件90配置在通过了透镜20的两个平行光中的从输出波导1081出射的光的光路上(仅从输出波导1081出射的光通过相位延迟元件90，从输出波导1091出射的光不通过相位延迟元件90)。由此，仅对从输出波导1081输出的光赋予与相位延迟元件90的厚度(光的传播方向的长度)对应的相位延迟。
1/2波长板30a使通过了透镜20的两个平行光中的从输出波导1091出射的光的偏振面旋转90°。此外，玻璃板30b对于从输出波导1081出射的光(通过了相位延迟元件90的光)赋予与从输出波导1091出射的光从1/2波长板30a受到的相位延迟相同的相位延迟(偏振面不变化)。由此，成为从1/2波长板30a出射的光与从玻璃板30b出射的光的偏振面相互正交(倾斜90°)的状态。
偏振波合成元件40是形成为平板状的双折射介质(例如金红石或方解石)，设定其光学轴的方向，以便通过1/2波长板30a向偏振波合成元件40入射的光(来自输出波导1091的出射光)作为普通光LO在偏振波合成元件40内传播，通过玻璃板30b向偏振波合成元件40入射的光(来自输出波导1081的出射光)作为异常光LE在偏振波合成元件40内传播。由此，从1/2波长板30a以及玻璃板30b入射到偏振波合成元件40的不同入射位置的两个光出射到同一光路上。
在此，在从偏振波合成元件40出射到同一光路上的偏振波正交的两个光之间，产生将相位延迟元件90产生的相位延迟和偏振波合成元件40中的光路差产生的相位延迟合并后的相位延迟。将该相位延迟(合并两个相位延迟后的相位延迟)调整为从输出波导1081、1091出射的调制光的1比特的时间的一半相当的相位延迟。具体地说，根据如后所述决定的偏振波合成元件40的厚度，以满足上述条件(半比特的相位延迟)的方式决定相位延迟元件90的厚度即可。如此，在本实施方式的光调制器1中，通过相位延迟元件90和偏振波合成元件40两者，在从偏振波合成元件40出射的偏振波之间赋予半比特的延迟。由此，从偏振波合成元件40能够得到如图5所示对相互的偏振面正交的50Gb/s的调制光进行了比特交织而成的100Gb/s的调制光。通过该结构，通过偏振波合成元件40赋予的相位延迟少也可以，偏振波合成元件40能够采用小型部件。
透镜50具有焦点距离f2，使通过偏振波合成元件40的光(准直光)会聚在焦点位置。配置输出用光纤60，以使其入射侧的芯端面来到透镜50的焦点位置。由此，向输出用光纤60耦合来自偏振波合成元件40的光，向外部取出进行了偏振波合成以及比特交织后的100Gb/s的调制光，来作为光调制器1的输出。
然后，说明用于使上述光调制器1小型化，并且使偏振波串扰的特性良好的结构。
在图1的光调制器1中，在偏振波合成元件40内传播的异常光LE的传播方向相对于普通光LO的传播方向，倾斜了与偏振波合成元件40的双折射(相对于普通光的折射率no和相对于异常光的折射率ne的差)对应的角度θ。此时，当把从1/2波长板30a以及玻璃板30b向偏振波合成元件40入射的相互的偏振波正交的两个光(平行光)的间隔距离设为D(参照图1)时，为了使该两个光通过偏振波合成元件40出射到同一光路上(即进行偏振波合成)所需要的偏振波合成元件40的厚度L(普通光LO的传播方向的长度，参照图1)表示为L＝D/tanθ。根据上式，间隔距离D越小，越可减小偏振波合成元件40的厚度L。
在此，向偏振波合成元件40(1/2波长板30a、玻璃板30b)的入射光通过透镜20被准直，具有有限的光束直径，所以当上述的间隔距离D过小时，这两个入射光彼此重叠(两个光束重叠)。其中，将光束的中心之间的距离定义为间隔距离D。于是，向1/2波长板30a的来自输出波导1081的光的一部分，此外向玻璃板30b的来自输出波导1091的光的一部分分别作为不希望的漏光入射。因此，在向偏振波合成元件40入射的两个光的间隔距离D小时，偏振波合成元件40的出射光中的两个偏振波之间的偏振波串扰恶化。
因此，在本实施方式的光调制器1中，为了防止上述那样的偏振波串扰的恶化，对偏振波合成元件40的厚度L设置下限值，以使间隔距离D不会过小。具体地说，将偏振波合成元件40的厚度L设定在比作为光调制器1的传输特性允许偏振波串扰的最小值大的范围内。
以上参照附图对本发明的一实施方式进行了详细说明，但是具体的结构不限于上述的结构，在不超出本发明的主旨的范围内可以进行各种设计变更等。以下列举变形例。
可以使输出波导1081、1091与LN基板的端面M的法线所成的角度θ1、θ2，设为越接近端面M，臂108、109之间的距离越小(输出波导1081、1091在LN基板的内部不交叉)的角度，在调制器本体10的外部来自臂108、109的各出射光交叉。
可以将1/2波长板30a和玻璃板30b接合在调制器本体10的出射侧的端面M。
可以使1/2波长板30a产生的偏振面的旋转角度为45°，并且取代玻璃板30b，使用向与1/2波长板30a的偏振面旋转方向相反的方向使偏振面旋转45°的1/2波长板，通过该1/2波长板和1/2波长板30a使两个光的偏振面成为相对倾斜90°的状态。
图1的光调制器1通过透镜20以及50构成准直光学系统的结构，但是可以取代准直光学系统，采用聚光光学系统的结构。

Claims (5)

1.一种光调制器，在与时间轴上的相邻的比特对应的各光脉冲之间，使偏振波正交，其特征在于，具备：
第一以及第二光调制部，通过同一调制频率被驱动；
光波导元件，具有所述第一光调制部的第一调制光传播的第一波导以及所述第二光调制部的第二调制光传播的第二波导，相对于出射端面倾斜地形成所述第一波导，相对于所述第一波导和所述出射端面双方倾斜地形成了所述第二波导；
透镜，使从所述第一波导出射的第一调制光与从所述第二波导出射的第二调制光的光路相互平行；
相位延迟元件，对所述第一以及第二调制光的至少一方赋予相位延迟；
偏振波旋转部，使所述第一以及第二调制光的至少一方的偏振波旋转，在该两个调制光之间使偏振波正交；以及
偏振波合成元件，设置在所述透镜的后级，对所述偏振波正交的第一调制光和第二调制光进行偏振波合成，
所述相位延迟元件的光传播方向的厚度设定为根据所述相位延迟元件产生的相位差和所述偏振波合成元件产生的相位差对所述第一调制光的光脉冲和所述第二调制光的光脉冲进行比特交织的厚度。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
所述相位延迟元件具有平板状的形状，能够调整平板的法线相对于光传播方向的倾斜角。
3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，
所述偏振波合成元件的光传播方向的厚度设定为大于与所述偏振波合成后的第一以及第二调制光之间的偏振波串扰的允许最小值对应的厚度。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，
由在第一机箱中固定了所述光波导元件和所述透镜的单元和在第二机箱中与输出用光纤一起固定了所述相位延迟元件、所述偏振波旋转部以及所述偏振波合成元件的单元构成。
5.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，
由在第一机箱中固定了所述光波导元件、所述偏振波旋转部和所述相位延迟元件的单元和在所述第二机箱中与输出用光纤一起固定了所述透镜和所述偏振波合成元件的单元构成。
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