JP2001174767A - 高速でポーラリゼーション非依存性のニオブ酸リチウム変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 挿入損失が少なく、駆動電圧が低く、高速な
ポーラリゼーション非依存型のニオブ酸リチウム変調器
を提供する。 【解決手段】光変調器には少なくとも三つの電極と、電
極相互間に配した第一および第二のニオブ酸リチウム光
導波路が含まれる。第一の光導波路は光通信路信号を受
信し、第二の光導波路は光出力通信路信号を出力する。
クロス接続／遅延線路は第一の光導波路の第二端と第二
の光導波路の第一端をそれぞれ偏光維持光ファイバで相
互接続し、ＴＥモードとＴＭモードの所定の回転を導入
する。その結果、第二の光導波路の第二端における偏光
成分は同量の位相変調を受ける。変調器には第一および
第二の光導波路を持つ別の形式で配される三つの電極が
含まれまた一方五つの電極が含まれ、第一および第二の
光導波路は単独一組、五つの電極相互間に位置決めされ
る二つの平行な枝路に分割される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、高速、長
距離送信、特に高速ソリトン送信における全光学再生中
継器に用いるニオブ酸リチウム導波路を使用したポーラ
リゼーション非依存性変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】電
気光学変調器は高速光送信システムの主要構成要素の一
つになった。広く用いられる電気光学変調器は大きな電
気光学係数と高品質結晶ゆえに一般的にはニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）から製作される。さらにその上、
ニオブ酸リチウム結晶を使用し集積化した光学変調器を
製作することもできる。しかし、ニオブ酸リチウム変調
器は、本質的には、ポーラリゼーション依存性であり、
これは用途を大幅に制限する。例えば、インライン・ビ
ット同期化位相変調はシステム性能を改善する上で非常
に有効であることが確認されている。しかし、送信線路
の中間部における偏光の状態は期間を通じて変化し、そ
れが何らかの自動偏光追跡技法が採用されなければニオ
ブ酸リチウム変調器の適用を難しくする。これまで、ニ
オブ酸リチウム変調器はレーザ・ソースが依然として直
線的に偏光されるときの送信サイトに限って使用されて
いる。ポーラリゼーション依存性はニオブ酸リチウム結
晶の非対称的な電気光学応答に由来する。１０Gbit／秒
〜４０Gbit／秒システムの場合、送信線路の中間部また
は受信機の前のいずれかに位相変調器を使用することが
望ましい。しかし、ニオブ酸リチウム変調器はコストを
引き上げる自動偏光追跡技法の採用なしにはポーラリゼ
ーション依存性ゆえに使用され得ることはなかった。

【０００３】全光学再生中継器は電子再生中継器と比較
し多くの利点をもつため、将来の大容量光回路網におけ
る主要な要素になることが期待されている。全光学再生
中継器から得られる利点とは、例えば、ビット速度非依
存性と、高速であることおよびコストの低さである。近
年、数種の全光学再生中継器、例えば、半導体光増幅器
（ＳＯＡ）をベースとする再生中継器、非直線光ループ
・ミラー（ＮＯＬＭ）をベースとする再生中継器および
同期変調をベースとする再生中継器が提案されてきた。

【０００４】高ビット速度（＞１０Gbit／秒）での本質
的に制限を受けない伝搬距離が同期変調の技法を用い論
証されてきた。これに関し、例えば、M.Nakazawa他によ
るもので、（ａ）１９９１年７月４日にElectronic Let
ters、第２７巻、No．１４、ページ１２８９〜１２９１
に記載され、“１０００ｋｍに亘る１０Gbit／秒、単パ
ス・ソリトン送信（10 Gbit/s Single-Pass Soliton Tr
ansmission Over 1000km）”なる表題の論文と、（ｂ）
１９９３年７月ＩＥＥＥ量子電子工学ジャーナル（IEEE
Journal of Quantum Electronics）、第２９巻、Ｎ
ｏ．７、ページ２１８９〜２１９７に記載され、「時間
と周波数領域でのソリトン送信制御（Soliton Transmis
sion Control In Time And Frequency Domains）」なる
表題の論文と、（ｃ）１９９３年４月２９日 Electron
ic Letters、第２９巻、Ｎｏ．９、ページ７２９〜７３
０に記載され、「無制限距離に亘るソリトン・データ送
信の実験的証明（Experimental Demonstration Of Soli
ton Data Transmission OverUnlimited Distances）」
なる表題の論文を参照する。使用されている同期変調器
の不利な点は限り無き偏光の追跡が求められようため、
偏光の依存性が恐らく集積化した高速送信機以外の実際
の用途に対し非常に有害な制約となることである。

【０００５】P. Brindel他によるもので、１９９８年９
月にＢＣＯＣ’９８、ページ６８５と６８６に記載さ
れ、「４０Ｍｍをベースとするポーラリゼーション非依
存性、プッシュプルＩｎＰマッハ・ツェーンダー変調器
を介して行われた２０Gbit／秒の光学的再生方式送信」
なる表題の論文にはポーラリゼーション依存性のないよ
り新型の変調器が開示されている。その変調器はＩｎＰ
から製作されるマッハ・ツェーンダー変調器である。し
かし、このタイプの変調器には大きな挿入損失（＞２０
ｄＢ）があり、これは実用途への適用を困難にする。

【０００６】有利なことに挿入損失が少なく（例えば、
＜８ｄＢ）、駆動電圧が低く、高速の送信に広く利用で
きる、例えば、全光学再生中継器に使用するポーラリゼ
ーション非依存性のニオブ酸リチウム変調器を提供する
ことが望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、同期
ポーラリゼーション非依存性の全光学再生中継器に使用
ができるポーラリゼーション非依存性のニオブ酸リチウ
ム変調器に関する。

【０００８】一つの観点から見れば、本発明は少なくと
も三つの電極と、第一および第二のニオブ酸リチウム光
導波路と、クロス接続／遅延線路手段とを備える光変調
器に関する。電極の少なくとも一つはその内部に進行波
を生成するための駆動電圧信号を受信するために結合さ
れる。第一および第二のニオブ酸リチウム光導波路はそ
の少なくとも三つの電極の間に配される。第一のニオブ
酸リチウム光導波路はその第一端で結合され、遠隔ソー
スからの光チャネル信号を受信する。第二のニオブ酸リ
チウム光導波路はその第二端で結合され、ポーラリゼー
ション非依存性の変調器からの光出力信号を出力する。
クロス接続／遅延線路手段はＴＥモードとＴＭモードの
所定の回転を光チャネル信号に導入するため第一のニオ
ブ酸リチウム光導波路の第二端と第二のニオブ酸リチウ
ム光導波路の第一端を相互接続する。これで第二のニオ
ブ酸リチウム光導波路の第二端における偏光成分が同量
の位相変調を受けることになる。

【０００９】他の観点から見れば、本発明は基板と、第
一、第二、および第三の導電性を有する電極と、第一お
よび第二のニオブ酸リチウム光導波路と、クロス接続／
遅延線路手段とを備える光変調器に関する。第一、第
二、および第三の導電性を有する電極は基板上に互いに
実質的に平行に形成される。第一および第三の電極は所
定の固定電位に結合され、第二の電極はそれに沿い進行
波を形成するための電気的駆動電圧信号を受信するため
に結合される。第一および第二のニオブ酸リチウム光導
波路は基板上に形成され、互いに実質的に平行に方向設
定され、第一および第二の電極間に第一のニオブ酸リチ
ウム光導波路は配され、その第一端で結合し遠隔ソース
からの光チャネル信号を受信するようにする。第二のニ
オブ酸リチウム光導波路は第二および第三の電極の間に
配され、その第二端で結合し、変調器からの出力信号の
形成に用いられる。クロス接続／遅延線路手段は所定の
ＴＥモードとＴＭモードの回転を光チャネル信号に導入
するため第一のニオブ酸リチウム光導波路の第二端と第
二のニオブ酸リチウム光導波路の第一端を相互接続す
る。これで第二のニオブ酸リチウム光導波路の第二端に
おける偏光成分が同量の位相変調を受けることになる。

【００１０】さらに他の観点から見れば、本発明は基板
と、第一、第二、第三、第四、および第五の導電性を有
する電極と、第一および第二のニオブ酸リチウム光導波
路と、クロス接続／遅延線路手段とを備える光変調器に
関する。第一、第二、第三、第四、および第五の電導電
性を有する電極は基板上に互いに実質的に平行に形成さ
れる。第二および第四の電極は所定の固定電位に結合さ
れ、第一および第五の電極はそれに沿い進行波を形成す
るための第一の電気的駆動電圧信号を受信するために結
合され、第三の電極はこれに沿い進行波を形成するため
の第二の電気的駆動電圧信号を受信するために結合され
る。第一および第二のニオブ酸リチウム光導波路は基板
上に形成され、互いに実質的に平行に方向設定される。
第一のニオブ酸リチウム光導波路はその第一端に遠隔ソ
ースからの光チャネル信号を受信するために結合され、
次いで、その第二端で一体に結合され前に第一および第
二の電極間と第二および第三の電極間にそれぞれ伸びる
第一および第二の光路に分割される。第二のニオブ酸リ
チウム光導波路はその第二端で一体に結合され変調器か
らの出力チャネル信号を形成する前に第三および第四の
電極間と、第四および第五の電極間にそれぞれ伸びる第
一および第二の光路にその第一端で分割される。クロス
接続／遅延線路手段はＴＥモードとＴＭモードの所定の
回転を光チャネル信号に導入するため第一のニオブ酸リ
チウム光導波路の第二端と第二のニオブ酸リチウム光導
波路の第一端を相互接続する。これで第二のニオブ酸リ
チウム光導波路の第二端の偏光成分が同量の位相変調を
受けることになる。

【００１１】本発明は、添付の図面および特許請求の範
囲に関する以下のさらに詳しい説明からよりよく理解す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明による
同期全光学再生中継器１０（破線で囲んだ矩形部内に示
す）のブロック図が示されている。再生中継器１０は光
波長分割多重化分離装置（wavelength division demu
ltiplexer：ＷＤＤ）１２と、再生装置１３ａと１３ｎ
のみの素子をブロック図の形で示される複数Ｎ個の光信
号再生装置１３ａ〜１３ｎ（破線で囲む矩形部内に示
す）と、光波長分割多重化装置（wavelength division
multiplexer：ＷＤＭ）３０とを備える。光信号再生
装置１３ａ〜１３ｎの各々は光パワー・タップ１６と、
光フィルタ１８と、電気光学変調器２０と、高速光検出
装置（PHOTODET）２２と、クロック信号復元回路（ＣＲ
Ｃ）２４と、増幅器２６と、駆動電圧回路（DRIVE V.）
２８とを備える。

【００１３】再生装置１３ａ〜１３ｎの各々では、ＷＤ
Ｄ１２からの単独の光路（例えば、１４ａ、１４ｂ、１
４ｃ、１４ｄ、・・・または１４ｎ）は関連する光タッ
プ１６の入力部に結合される。光タップ１６には第一お
よび第二の光ファイバ１７、２１にそれぞれ結合する第
一および第二の光出力部がある。光タップ１６からの第
一の光ファイバ１７は光フィルタ１８を介し電気光学変
調器２０の第一の入力部に結合される。光タップ１６か
らの第二の光ファイバ２１は光検出装置２２の入力部に
結合される。光検出装置２２の出力はクロック信号復元
回路２４の入力部に結合され、クロック信号復元回路２
４の出力は増幅器２６の入力部に結合される。増幅器２
６の出力は駆動電圧回路２８の入力部に結合され、駆動
電圧回路２８の出力は変調器２０の第二の入力部に結合
される。変調器２０の出力はＷＤＭ３０へのＮ個の光入
力部の内の単独の一つに結合される。電気光学変調器２
０は復元したクロック信号に同期するため、変調器２０
とクロック信号復元回路２４を複合すると変調器２０は
同期変調器になる。

【００１４】再生中継器１０の動作時、Ｎ個の波長分割
多重化チャネルを含む光入力信号がＷＤＤ１２への入力
として単一モード光ファイバ１１から供給されるが、こ
こで、Ｎは≧２なる整数で構成することができる。ＷＤ
Ｄ２０はＮ個の波長分割多重化チャネル信号をＮ個の個
別出力光路１４ａ〜１４ｎに沿って振り向ける波長分割
多重化分離装置である。受信した波長分割多重化光信号
の第一のチャネル信号は第一の再生装置１３ａの光タッ
プ１６の入力部への光路１４ａに振り向けられる。同様
に、受信した波長分割多重化光信号の第二、第三、第
四、および第Ｎ番目のチャネル信号は第二、第三、第
四、および第Ｎ番目の再生装置１３ｂ、１３ｃ、１３
ｄ、および１３ｎの関連する光タップ１６の入力部への
光路１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、および１４ｎにそれぞれ
振り向けられる。以下の説明は再生装置１３ａに限った
動作に関する。これ以外の再生装置１３ｂ〜１３ｎの各
々は光路１４ｂ〜１４ｎにそれぞれ振り向けられる受信
した波長分割多重化光チャネル信号の関連チャネル信号
に対して、相応の仕方で動作する。

【００１５】再生装置１３ａにおいて、光タップ１６の
第一の出力は受信した入力光チャネル信号の所定の一部
を再生装置１３ａで処理しようとする チャネル信号に
限ってパスバンドを与える光フィルタ１８の入力部への
光ファイバ１７に振り向ける。例えば、再生装置１３ａ
にあって、フィルタ１８は光路１４ａに向けてＷＤＤ１
２が振り向けたＮ個の波長分割多重化チャネル信号の内
の第一のチャネル信号の光信号を通過させ、何等かのノ
イズの光信号と、他のＮ−１個のチャネル信号の総てを
受け入れない構成である。フィルタ１８からの光出力信
号は変調器２０への第一の入力として出力される。

【００１６】光タップ１６の第二の出力は光路１４ａの
入力光チャネル信号の残る部分を高速光検出装置２２の
入力部への光ファイバ２１に振り向ける。光検出装置２
２はタップ１６からの光入力信号をクロック信号復元回
路２４の入力部に結合される対応の電気的チャネル信号
に変換する。クロック信号復元回路２４はＷＤＤ１２が
光路１４ａに振り向けた光チャネル信号のビット速度周
波数に対応する周波数を有する電気的クロック信号を生
成するために光検出装置２２からの電気的チャネル信号
に応動する。クロック信号復元回路２４は変調器２０で
受信するクロック信号が光フィルタ１８から変調器２０
が受信する光チャネル信号と同相になるようクロック信
号の位相を調整するようにも機能する。これは本質的に
は増幅器２６、駆動電圧回路１８、フィルタ１８の内の
一つまたはそれ以上および光タップ１６から変調器２０
までの光路１７、２１の長さの差によって導入される遅
延を補正する一回限りの位相調整である。

【００１７】クロック信号復元回路２４で生成されたク
ロック信号は所定の振幅に合わせ増幅器２４で増幅さ
れ、駆動電圧回路２８の入力部に結合される。駆動電圧
回路２８は増幅したクロック信号に応動し、本発明によ
る変調器２０を駆動する一つまたはそれ以上の駆動電圧
信号を生成する。変調器２０はフィルタ１８で受信した
光 チャネルパルス・ストリームの振幅および／または
位相を変調し、ＷＤＭ３０の単独入力部に結合される再
生された光出力信号を生成する。ＷＤＭ３０では、再生
装置１３ａ〜１３ｎにおける関連の変調器２０から光路
１４ａ〜１４ｎに沿い伝搬する複数Ｎ個の再生された光
チャネル信号は多重化され、Ｎ波長分割多重化光出力信
号として光ファイバ３４から送信される。光ファイバ３
４上のＮ波長分割多重化光出力信号は一般的には光増幅
器（図示せず）への入力として出力される。光増幅器は
エルビウムをドーピングしたファイバ増幅器（ＥＤＦ
Ａ）で、遠隔地への送信前に所定の振幅レベルに合わせ
Ｎ個の多重化光チャネル信号を増幅する。

【００１８】図２を参照すると、例示としてのポーラリ
ゼーション非依存性位相変調器１２０の概略図が示され
ており、その位相変調器は本発明の第一の実施形態によ
る図１のポーラリゼーション非依存性全光学再生中継器
１０における変調器２０として使用ができる。ポーラリ
ゼーション非依存性位相変調器１２０はクロス接続／遅
延線路装置１４０と、導電性を有する第一の電極１３
２、導電性を有する第二の電極１３３、導電性を有する
第三の電極１３４、第一のニオブ酸リチウム導波路１３
６（斜線矩形部として示される）、第二のニオブ酸リチ
ウム導波路１３８（斜線矩形部として示される）を含む
ニオブ酸リチウム基板１３０と、を含む。第一のニオブ
酸リチウム導波路１３６は第一および第二の電極１３
２、１３３間に、しかも平行に配され、一方、第二のニ
オブ酸リチウム導波路１３８は第二および第三の電極１
３３、１３４間に、しかも平行に配される。第一および
第三の電極１３２、１３４は説明上接地電位とした基準
電位に結合される。第二の電極１３３はその第一端で図
１の駆動電圧回路２８からの入力電圧（Ｖｉｎ）を受電
するために電気的に結合され、その反対側の第二端で何
等かの方法に従い駆動電圧回路２８に戻し結合しその回
路を完成させる。第一のニオブ酸リチウム導波路１３６
はその第一端で図１のフィルタ１８からの光チャネル信
号を受信するために結合され、その反対側の第二端で偏
光維持光ファイバ１４２を介しクロス接続／遅延線路装
置１４０の入力部に結合される。クロス接続／遅延線路
装置１４０の出力は偏光維持光ファイバ１４４を介し第
二のニオブ酸リチウム導波路１３８の第一端に結合され
る。第二のニオブ酸リチウム導波路１３８の反対側の第
二端は光ファイバ１４６を介しＷＤＭ３０の所定の光入
力部に結合される。

【００１９】第一および第二のニオブ酸リチウム導波路
１３６、１３８はニオブ酸リチウム基板１３０上に形成
され、意図する用途に従いｘカットまたはｚカットのい
ずれかにすることができる。電極１３２、１３３、１３
４の位置はｘカットとｚカットの光導波路１３６、１３
８では異なることになる。変調器１２０内部の電極１３
２、１３３、１３４の配置はｘカットの光導波路１３
６、１３８に対し示されており、ここで光導波路１３
６、１３８は電極１３２、１３３、１３４の間に配され
る。ｚカットの光導波路１３６、１３８の場合、第二
（中間）の電極１３３は十分な幅をもち光導波路１３
６、１３８の双方の上部に広がる。

【００２０】動作時、第一の光導波路１３６の入力は図
１の光フィルタ１８から単一モードの光ファイバに結合
されるため、ＴＥモードとＴＭモードの双方をモード結
合を導入することなく第一の光導波路１３６内に結合す
ることができる。第一および第三の電極１３２、１３４
は接地電位に設定され、他方、第二の電極１３３は図１
の駆動電圧回路２８からの駆動電圧（Ｖｉｎ）がもたら
す左から右へ走る進行波を印加される。駆動電圧（Ｖｉ
ｎ）は本質的にはクロック信号復元回路２４で適切に位
相調整されたもので、図１のクロック信号復元回路２４
からの復元されたクロック信号のパルス・ストリームで
ある。第二の電極１３３の駆動電圧（Ｖｉｎ）が発生す
る進行波は第一および第二の光導波路１３６、１３８内
部の光信号と共に伝搬し、ニオブ酸リチウム結晶の電気
・光学応答により光学場の位相を修正する。さらに詳し
くは、第二の電極１３３内に生じる進行波は光導波路１
３６、１３８の内部に若干の光学的変化を誘導し、光信
号に所定の位相の調整をする電界を提供する。一般に、
第一および第二の光導波路１３６、１３８への入力光学
場は二つの直交する偏光（ＴＥモードとＴＭモード）に
一致する。二つの直交する偏光（ポーラリゼーション）
の両成分は第二の電極１３３内の進行電気波が発生させ
る位相変調を受けるが、ＴＥモードとＴＭモードの変調
深度にはニオブ酸リチウム結晶の非対象的な電気・光学
応答のために大きな差がある。

【００２１】ポーラリゼーション依存性を補正するた
め、第一および第二の偏光維持光ファイバ１４２、１４
４を用い、クロス接続／遅延線路装置１４０から第二の
光導波路１３８の入力部への第一の光導波路１３６の出
力のルート設定をする。クロス接続／遅延線路装置１４
０において、第一および第二の偏光維持光ファイバ１４
２、１４４は軸を相互に９０度回転させて一体に結合さ
れる。その結果、ＴＥモードとＴＭモードは第二の光導
波路１３８の入力部で９０度回転する。第二の電極１３
３に生じる同じ進行電磁波によって駆動される第二の光
導波路１３８を通過した後、二つの偏光成分（ＴＥモー
ドとＴＭモード）は同量の位相変調を受ける。第二の光
導波路１３８の出力は図１のＷＤＭ３０の所定の入力部
に結合した信号モード光ファイバ１４６に結合される。

【００２２】変調器１２０の変調速度が光信号の横通過
時間（transverse time）よりも小さいとき、第一およ
び第二の偏光維持光ファイバ１４２、１４４は単純に一
体添え接ぎ（スプライス）ができる。さもなければ、同
調調節自在の遅延線路を使用し光学場と駆動電気信号
（Ｖｉｎ）の位相を整合させるべきである。これは高速
周期位相変調器にとって非常に大切なことである。第一
および第二の偏光維持光ファイバ１４２、１４４の長さ
はＴＥ成分とＴＭ成分相互間に有意の群遅延が生じない
よう、できる限り一致させるべきである。クロス接続／
遅延線路装置１４０における遅延線路（図示せず）は光
学場が第二の光導波路１３８の入力部における電界と同
位相になるような方法で調整される。クロス接続／遅延
線路装置１４０の遅延線路はファイバを上面に巻き付け
た周知のピエゾ・ドラムで制御するファイバ・ストレッ
チャのような、例えば、全ファイバ・タイプ、あるいは
自由空間にあって単に機械的なものにすることができ
る。ニオブ酸リチウム結晶は群遅延のみならず、位相歪
みの原因となる大きな複屈折性であることは周知であ
る。第一および第二の光導波路１３６、１３８は同一で
あり、入力光学場は９０度だけ回転させるため、変調器
１２０は複屈折の完全な補正を可能にする。

【００２３】図３を参照すると、本発明の第二の実施形
態による、図１のポーラリゼーション非依存性全光学再
生中継器１０における変調器２０として使用ができる例
示としてのポーラリゼーション非依存性振幅／位相変調
器２２０の概略図が示されている。ポーラリゼーション
非依存性振幅／位相変調器２２０はクロス接続／遅延線
路装置２４０と、導電性の第一の電極２３２、導電性の
第二の電極２３３、導電性の第三の電極２３４、導電性
の第四の電極２３５、導電性の第五の電極２３６、二つ
の平行な枝路２３７ａ、２３７ｂを持つ第一のニオブ酸
リチウム導波路２３７、二つに平行な枝路２３８ａ、２
３８ｂを持つ第二のニオブ酸リチウム導波路２３８を含
むニオブ酸リチウム基板２３０とを含む。第一のニオブ
酸リチウム導波路２３７は一端で図１の光フィルタ１８
の出力部に結合され、その第一の枝路２３７ａは第一と
第四の電極２３２、２３５との間に平行に配され、一
方、第二の枝路２３７ｂは第二と第四の電極２３３、２
３５との間に平行に配される。第一および第二の枝路２
３７ａ、２３７ｂの各々は隣接電極２３２、２３３、２
３５の端部を通り過ぎた後、結合されて単一の光導波路
となる。その単一の光導波路２３７は次いで、第一の偏
光光ファイバ２４２を介しクロス接続／遅延線路装置２
４０の入力部に結合される。

【００２４】第二のニオブ酸リチウム導波路２３８は第
二の偏光維持光ファイバ２４４を介しクロス接続／遅延
線路装置２４０からの出力に一端で結合させる。第二の
導波路２３８はその第一の枝路２３８ａを第二と第五の
電極２３３、２３６との間に平行に配し、他方、その第
二の枝路２３８ｂを第三と第五の電極２３４、２３６と
の間に平行に配している。第一および第二の枝路２３８
ａ、２３８ｂの各々は隣接電極２３３、２３４、２３６
の端部を通り過ぎた後、結合されて単一の光導波路とな
る。次いで、その単一の光導波路２３８は図１のＷＤＭ
３０の所定の入力部に光ファイバ２４６を介し結合され
る。第四および第五の電極２３５、２３６は接地電位に
結合される。第一および第三の電極２３２、２３４はそ
の一端で電気的に結合され、図１に示す駆動電圧回路２
８からの第一の入力電圧（Ｖ１）を受電する。第二の電
極２３３はその一端で電気的に結合され、図１に示す駆
動電圧回路２８からの第二の入力電圧（Ｖ２）を受電す
る。第一、第二、および第三の電極２３２、２３３、２
３４の他端は駆動電圧回路への戻りリードに結合し、回
路を完成させる。偏光維持光入力ファイバ２４２および
偏光維持光出力ファイバ２４４に対するクロス接続／遅
延線路装置２４０の動作はクロス接続／遅延線路装置１
４０と、図２の変調器１２０における入力と出力偏光維
持光ファイバ１４２、１４４に関し前に解説したものと
同じである。異なる条件に対しては本発明の基本概念を
変えずに電極（例えば、２３２、２３３、２３４、２３
５、２３６）の異なる配列ができることを理解する必要
がある。

【００２５】ニオブ酸リチウム導波路２３７の枝路２３
７ａ、２３７ｂに関係する電極２３２、２３３、２３５
と、ニオブ酸リチウム導波路２３８の枝路２３８ａ、２
３８ｂに関係する電極２３３、２３４、２３６は電極１
３２、１３３、１３４と、図２の光導波路１３６、１３
８に関し前文に説明したものと同じような方法で動作す
る。さらに詳しくは、駆動電圧回路２８からのＶ１入力
は電極２３２、２３４の内部に進行波を伝搬させ、これ
がニオブ酸リチウム結晶内部での電気・光学応答によっ
て光導波路枝路２３７ａ、２３８ｂ内部に伝搬する光信
号に所定の位相と振幅の両変化をもたらす。同様に、駆
動電圧回路２８からのＶ２入力は電極２３３の内部に進
行波を伝搬させ、これがニオブ酸リチウム結晶内部での
電気・光学応答によって光導波路枝路２３７ｂ、２３８
ａの内部に伝搬する光信号に所定の位相と振幅の両変化
をもたらす。枝路２３７ａ、２３７ｂと枝路２３８ａ、
２３８ｂが結合され、それぞれ光導波路２３７、２３８
からの出力が形成されると、フィルタ１８（図１に示
す）からの入力光信号は振幅と位相が共に変調され、Ｗ
ＤＤ３０（図１に示す）への出力として供給される。

【００２６】同期全光学再生中継器に変調器２２０の構
成を利用するにはプッシュプル構造の採用が優る。振幅
と位相の変調が同時に実行できるため、振幅変調器の後
に単独の位相変調器をカスケード配列する必要はない。
プッシュプル構造を達成するため、入力電圧Ｖ１、Ｖ２
は下式で与えられる値にすべきである。

【００２７】Ｖ１，２＝Ｖ０（ｔ）±Ｖ（ｔ） ここで、ｔは時間であり、Ｖ０、Ｖは共に図１のクロッ
ク信号復元回路２４からのクロック信号と同一波形であ
る。電圧Ｖ０は位相変調の役割を担い、一方、電圧Ｖは
振幅変調の役割を担うもので、プッシュプル振幅であ
る。Ｖ０とＶとの間の位相差は「チャープ」（chirp）
の望ましい符合に従いゼロ度または１８０度にすること
ができる。「チャープ」とはパルスの期間を通じた周波
数変化のため、パルス全幅に亘る周波数が均一でないこ
とを示す。例えば、光ファイバのような色分散素子の内
部にパルスを発射すると、高周波部分と比較し低周波部
分は速く進行するため、パルスにチャープが発生する。
従って、パルス前縁の周波数はパルス後縁よりも低くな
り、「チャープ」と言われるものが生じる。

【００２８】図４を参照すると、本発明によるもので図
３の振幅／位相変調器２２０を使用したときにプッシュ
プル変調を達成するため、図１の再生中継器10の駆動電
圧回路２８として使用ができる駆動電圧回路３２８（破
線で囲む矩形内に示す）の概略図が示されている。駆動
電圧回路３２８は、振幅減衰器（AMPLITUDE ATTEN.）３
３０と、加算器回路（＋）３３２と、減算器回路（−）
３３４とを含む。駆動電圧回路３２８にあって、増幅し
た電気的クロック信号は増幅器２６（図１に示す）から
受信され、第一および第二の電気路３４０、３４２に分
割される。第一の電気路３４０におけるクロック信号の
一部は振幅減衰器３３０によってその振幅が減衰されて
出力信号電圧Ｖ０を生成し、一方、第二の電気路３４２
のクロック信号の一部は信号電圧Ｖを有する。信号電圧
Ｖ０は加算器回路３３２と減算器回路３３４の各々への
第一の入力として出力され、他方、信号電圧Ｖは加算器
回路３３２と減算器回路３３４の各々への第二の入力と
して出力される。加算器回路３３２はＶとＶ０の信号を
加算し図３の変調器２２０結合されるＶ１出力信号を生
成し、一方、減算器回路はＶとＶ０の減算をして図３の
変調器２２０に結合されるＶ２出力信号を生成する。加
算器回路３３２と減算器回路３３４によってそれぞれ生
成されるＶ１、Ｖ２信号の各々には図３の変調器２２０
のプッシュプル操作に必要な所定の位相の遅延が含まれ
る。

【００２９】図４の駆動電圧回路３２８にあって、復元
したクロック信号は二つの枝路３４０、３４２に分割さ
れる。枝路３４０の振幅減衰器３３０は出力信号Ｖ０を
生成するが、これは復元したクロック信号を減衰させた
ものであり、最終的には図３の変調器２２０位相変調の
役割を担う。枝路３４２の内部を伝搬する信号Ｖは復元
したクロック信号に対応し、最終的には図３の変調器２
２０でのプッシュプル振幅変調の役割を担う。加算器回
路３３２はクロック信号Ｖ、Ｖ０の双方を受信し、受信
した二つの信号を加算して図３の変調器２２０に出力さ
れる出力信号Ｖ１＝Ｖ０＋Ｖを生成する。減算器回路３
３４は枝路３４２の信号Ｖを振幅減衰器３３０の出力部
におけるＶ０信号から減算し、図３の変調器２２０に出
力される信号Ｖ２＝Ｖ０−Ｖを生成する。信号Ｖ、Ｖ
０、Ｖ１、Ｖ２は総て波形が同じで同相であるが、振幅
減衰器３３０、加算器回路３３２および減算器回路３３
４の動作のために振幅が異なる。

【００３０】Ｖ０、Ｖ信号に対し示した役割を理解する
ため、例えば、振幅減衰器３３０からの信号Ｖ０のみが
加算器回路３３２と減算器回路３３４への入力として出
力されるのであれば、加算器回路３３２と減算器回路３
３４の出力は厳密に同一信号（＋Ｖ０）になり、Ｖ１、
Ｖ２信号として出力されよう。この同じ信号が図３の変
調器２２０の第一、第二、および第三の電極２３２、２
３３、２３４に印加されることになり、導波路枝路２３
７ａ、２３７ｂ、２３８ａ、２３８ｂに位相変調のみを
発生させることになる。しかし、例えば枝路３４２の信
号のみが加算器回路３３２と減算器回路３３４への入力
として出力されるならば、加算器回路３３２からの出力
信号Ｖ１はプラスＶ信号（＋Ｖ）に対応することにな
り、一方、減算器回路３３４からの出力信号Ｖ２はマイ
ナス信号（−Ｖ）に対応することになる。この状態のも
とで、＋Ｖおよび−Ｖ信号は位相外れであり、加算器回
路３３２と減算器回路３３４の各自でＶ０と複合する
と、信号Ｖ１とＶ２の一部をそれぞれ形成する。従っ
て、Ｖ１信号（＋Ｖ部分）を図３の変調器２２０の電極
２３２、２３４に印加し、Ｖ２信号（−Ｖ部分）を図３
の変調器２２０の電極２３３に印加すると、二つの信号
（＋Ｖおよび−Ｖ）はニオブ酸リチウム光導波路枝路２
３７ａ、２３７ｂとニオブ酸リチウム光導波路枝路２３
８ａ、２３８ｂにプッシュプル変調を生じさせる。さら
に詳しくは、図３に示すニオブ酸リチウム光導波路２３
７において、第一の枝路２３７ａは第一の電極２３２に
印加され＋Ｖ部分を内部に含むＶ１信号の影響を受け、
一方、第二の電極２３７ｂは第二の電極２３３に印加さ
れ−Ｖ部分を内部に含むＶ２信号の影響を受ける。Ｖ
１、Ｖ２の両信号には導波路２３７、２３８を通過時に
図１のフィルタ１８から受信する光 チャネル信号の所
定の位相変調をもたらす役割を担う共通電圧Ｖ０を含
む。しかし、Ｖ１とＶ２との間の差にはプッシュプル装
置としての変調器２２０をそれぞれ駆動する＋Ｖと−Ｖ
が含まれるが、枝路２３７ａはＶ１信号の＋Ｖ部分でプ
ッシュされ、枝路２３７ｂはＶ１信号の−Ｖ部分でプル
される。

【００３１】図２および図３の変調器１２０、２２０は
ポーラリゼーション非依存性、高速、低挿入損失、低駆
動電圧、良好な信頼性、および製造の容易さを供与して
くれるため、ポーラリゼーション非依存性変調器は図１
の同期全光学再生中継器１０の主要構成要素である。変
調器１２０、２２０は入力信号パルスの再波形整形を実
行するが、クロック・パルスの範囲を超えるパルス歪み
は切り取られるため、光パルスは周期的振幅変調により
再波形整形される。変調器１２０、２２０はタイミング
の再調整をも実行するが、ここでタイミング・ジッタは
周期的振幅変調で補正される。さらにその上、パルス相
互間に存在するノイズは実質的には排除されるから、同
期振幅変調は信号対雑音比の改善に有効である。パルス
歪みのみならずタイミング・ジッタの制御にも利用でき
る周波数チャープの生成は位相変調によって行われる。

【００３２】本発明の上記特定の実施形態は本発明の一
般原理を説明しているにすぎないことを理解されたい。
上記原理に一致する種々の変更は当業技術分野に熟達し
た者であれば、実行が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による同期全光学再生中継器のブロック
図を示す。

【図２】本発明の第一の実施形態による図１の再生中継
器に使用する例示としてのポーラリゼーション非依存性
位相変調器の概略図である。

【図３】本発明の第二の実施形態による図１の再生中継
器に使用する例示としてのポーラリゼーション非依存性
振幅／位相変調器の概略図である。

【図４】本発明による図３の振幅／位相変調器を用い図
１の再生中継器でのプッシュプル変調を達成する駆動電
圧複合回路の概略図である。

フロントページの続き (72)発明者 デヴィッド カーク ルイス アメリカ合衆国．33445 フロリダ，デル レイ ビーチ，ナンバー202，サウス サ イテイション ドライヴ 4795 Ｆターム(参考） 2H047 LA12 NA02 QA03 RA08 TA22 2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 CA05 DA03 EA05 EB15 GA01

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光変調器であって、 少なくとも一つの電極がその内部に進行波を生成するた
   め駆動電圧信号を受信するように結合されている少なく
   とも三つの電極と、 前記少なくとも三つの電極の間に配され、第一のニオブ
   酸リチウム光導波路が遠隔ソースからの光チャネル信号
   を受信するために第一端で結合され、第二のニオブ酸リ
   チウム光導波路がポーラリゼーション非依存性の前記変
   調器からの光出力信号を出力するために第二端で結合さ
   れる前記第一および第二のニオブ酸リチウム光導波路
   と、 前記第二のニオブ酸リチウム光導波路の第二端の偏光成
   分が同量の位相変調を受けるよう前記光チャネル信号に
   ＴＥモードとＴＭモードの所定の回転を導入するため、
   前記第一のニオブ酸リチウム光導波路の第二端と前記第
   二のニオブ酸リチウム光導波路の第一端を相互接続する
   クロス接続／遅延線路手段とを備える光変調器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光変調器において、前
   記クロス接続／遅延線路手段が前記第一のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第二端と前記第二のニオブ酸リチウ
   ム光導波路の前記第一端に第一および第二の偏光維持光
   ファイバで結合される光変調器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光変調器において、前
   記変調器が、 基板と、 前記基板上に互いに実質的に平行に形成される導電性を
   有する第一、第二、および第三の電極を含み、前記第一
   および第三の電極が所定の固定電位に結合され、前記第
   二の電極がそれに沿い進行波を形成するためクロック信
   号復元手段からの電気的駆動電圧信号を受信するために
   結合される前記少なくとも三つの電極と、 前記第１および第２のニオブ酸リチウム光導波線は前記
   基板上に形成され、互いに実質的に平行に方向設定さ
   れ、前記第一のニオブ酸リチウム光導波路が前記第一と
   第二の電極との間に配され、関連する前記光チャネル信
   号を受信するために第一端で結合され、前記第二のニオ
   ブ酸リチウム光導波路が前記第二と第三の電極との間に
   配され、前記変調器からの出力信号の形成に使用するた
   め第二端で結合される光変調器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の光変調器において、前
   記クロス接続／遅延線路手段が前記第一のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第二端と、前記第二のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第一端に第一および第二の偏光維持
   光ファイバでそれぞれ接続される光変調器。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の光変調器において、前
   記変調器が、 基板と、 前記少なくとも三つの電極は前記基板上に互いに実質的
   に平行に形成される導電性を有する第一、第二、第三、
   第四、および第五の電極を含み、前記第二および第四の
   電極が所定の固定電位に結合され、前記第一および第五
   の電極がそれに沿い進行波を形成するため前記クロック
   信号復元手段からの第一の電気的駆動電圧信号を受信す
   るように結合され、前記第三の電極がそれに沿い進行波
   を形成するため前記クロック信号復元手段からの第二の
   電気的駆動電圧信号を受信するために結合され、 前記第一および第二のニオブ酸リチウム導波線は前記基
   板上に形成され、互いに実質的に平行に方向設定され、
   前記第一のニオブ酸リチウム光導波路がその第一端で結
   合され関連の前記光チャネル信号を受信し、その第二端
   で一体に結合される前に前記第一および第二の電極と前
   記第二と第三の電極との間にそれぞれ伸びる第一および
   第二の光路に分割され、前記第二のニオブ酸リチウム光
   導波路がその第二端で一体に結合され前記変調器からの
   出力チャネル信号を形成する前に前記第三および第四の
   電極と前記第四と第五の電極との間にそれぞれ伸びる第
   一および第二の光路にその第一端で分割される。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の光変調器において、前
   記クロス接続／遅延線路手段が前記第一のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第二端と、前記第二のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第一端に第一および第二の偏光維持
   光ファイバで結合される光変調器。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の光変調器において、さ
   らに、駆動電圧手段を備え、該駆動電圧手段が、 復元したクロック信号の振幅を所定の量だけ減衰させ、
   前記変調器での位相変調を担う出力信号を生成する振幅
   減衰手段と、 前記振幅減衰手段からの出力信号と、前記変調器でのプ
   ッシュプル振幅を担う受信した復元クロック信号とを加
   算し、前記変調器が使用する第一の電気的駆動電圧信号
   を生成する加算器と、 前記振幅減衰手段からの前記出力信号と、前記受信した
   復元クロック信号相互の減算をして前記変調器が使用す
   る第二の電気的駆動電圧信号を生成する減算手段とを備
   える光変調器。
8. 【請求項８】 光変調器であって、 基板と、 前記基板上に互いに実質的に平行に形成され、第一の、
   第三の電極が所定の固定電位に結合され、第二の電極が
   それに沿い進行波を形成するため電気的駆動電圧信号を
   受信するために結合される導電性を有する前記第一、第
   二、および第三の電極と、 前記基板上に形成され、互いに実質的に平行に方向設定
   され、第一のニオブ酸リチウム光導波路が前記第一およ
   び第二の電極間に配され、遠隔ソースからの光チャネル
   信号を受信するために第一端で結合され、第二のニオブ
   酸リチウム光導波路が前記第二および第三の電極間に配
   され、前記変調器からの出力信号の形成に使用するため
   第二端で結合される前記第一および第二のニオブ酸リチ
   ウム光導波路と、 前記第二のニオブ酸リチウム光導波路の第二端の偏光成
   分が同量の位相変調を受けるよう前記光チャネル信号に
   ＴＥモードとＴＭモードの所定の回転を導入するため前
   記第一のニオブ酸リチウム光導波路の第二端と前記第二
   のニオブ酸リチウム光導波路の第一端を相互接続するク
   ロス接続／遅延線路手段とを備える光変調器。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の光変調器において、前
   記クロス接続／遅延線路手段が前記第一のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第二端と、前記第二のニオブ酸リチ
   ウム光導波路の前記第一端に第一および第二の偏光維持
   光ファイバでそれぞれ結合される光変調器。
10. 【請求項１０】 光変調器であって、 基板と、 前記基板上に互いに実質的に平行に形成され、第二およ
    び第四の電極が所定の固定電位に結合され、第一および
    第五の電極がそれに沿い進行波を形成するため第一の電
    気的駆動電圧信号を受信するために結合され、第三の電
    極がそれに沿い進行波を形成するため第二の電気的駆動
    電圧信号を受信するために結合される導電性を有する前
    記第一、第二、第三、第四、および第五の電極と、 前記基板上に形成され、互いに実質的に平行に方向設定
    され、前記第一のニオブ酸リチウム光導波路が遠隔ソー
    スからの光チャネル信号を受信するために第一端で結合
    され、次いで、第二端で一体に結合される前に前記第一
    および第二の電極間と前記第二および第三の電極間にそ
    れぞれ伸びる第一および第二の光路に分割され、前記第
    二のニオブ酸リチウム光導波路が前記変調器からの出力
    チャネル信号を形成するために第二端で一体に結合され
    る前に前記第三および第四の電極間と前記第四および第
    五の電極間にそれぞれ伸びる第一および第二の光路に分
    割される前記第一および第二のニオブ酸リチウム光導波
    路と、 前記第二のニオブ酸リチウム光導波路の第二端の偏光成
    分が同量の位相変調を受けるよう前記光チャネル信号に
    ＴＥモードとＴＭモードの所定の回転を導入するため前
    記第一のニオブ酸リチウム光導波路の第二端と前記第二
    のニオブ酸リチウム光導波路の第一端とを相互接続する
    クロス接続／遅延線路手段とを備える光変調器。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の光変調器におい
    て、前記クロス接続／遅延線路手段が前記第一のニオブ
    酸リチウム光導波路の前記第二端と前記第二のニオブ酸
    リチウム光導波路の前記第一端に第一および第二の偏光
    維持光ファイバでそれぞれ接続される光変調器。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の光変調器におい
    て、さらに、駆動電圧手段を備え、該駆動電圧手段が、 復元したクロック信号の振幅を所定の量だけ減衰させ、
    前記変調器での位相変調を担う出力信号を生成する振幅
    減衰手段と、 前記振幅減衰手段からの出力信号と、前記変調器でのプ
    ッシュプル振幅変調を担う受信した復元クロック信号を
    加算し前記変調器が使用する前記第一の電気的駆動電圧
    信号を生成する加算器と、 前記振幅減衰手段からの出力信号と前記受信した復元ク
    ロック信号相互の減算をし前記変調器が使用する前記第
    二の電気的駆動電圧信号を生成する減算手段とを備える
    光変調器。