JP2001264716A - 光変調器および光変調方法 - Google Patents

光変調器および光変調方法

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JP2001264716A
JP2001264716A JP2000080559A JP2000080559A JP2001264716A JP 2001264716 A JP2001264716 A JP 2001264716A JP 2000080559 A JP2000080559 A JP 2000080559A JP 2000080559 A JP2000080559 A JP 2000080559A JP 2001264716 A JP2001264716 A JP 2001264716A
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Japan
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optical
light
optical modulator
single crystal
analyzer
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English (en)
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Shinichiro Chiku
真一郎 知久
Takashi Fujii
高志 藤井
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光変調振幅が大きくかつS/Nが高い光変調
器を提供する。 【解決手段】 光変調器10の磁性ガーネット単結晶1
2上のマイクロストリップライン14の一端には、マイ
クロ波信号発生器16がマイクロ波増幅アンプ18を介
して接続される。マイクロストリップライン14の他端
には、終端抵抗器20が接続される。磁性ガーネット単
結晶12の一方の側面の外側には、レーザー光源22、
偏光子24、第1のレンズ26が設けられる。磁性ガー
ネット単結晶12の他方の側面の外側には、第2のレン
ズ28、検光子30、第3のレンズ32、フォトダイオ
ード34が設けられる。光軸回りの検光子30の回転角
度は、直流光の検光子30の透過光量が最小になる回転
角度(消光位)からさらに90度回転させて設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は光変調器および光
変調方法に関し、特に数100MHz以上のたとえばマ
イクロ波やミリ波などの高周波信号で変調された光強度
を得る光変調器および光変調方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、イットリウム鉄ガーネット(YI
G)などの磁性フェライト単結晶中に光を透過させ、こ
れに細線状のトランスデューサやマイクロストリップラ
インなどを用いてマイクロ波やミリ波を印加すること
で、マイクロ波やミリ波によって光強度を変調する光変
調器が考えられてきた(たとえば、堤誠、上田哲也;信
学技報 Vol.98 No.123 MW98-41,OPE98-33(1988) p.45参
照)。このような光変調器の構成を図1に示す。
【0003】図1はこの発明の背景となりかつこの発明
が適用される従来の光変調器の一例を示す図解図であ
る。図1に示す光変調器10は、磁性体として板状の磁
性ガーネット単結晶12を含む。磁性ガーネット単結晶
12の一つの主面の中央には、マイクロストリップライ
ン(トランスデューサ)14が設けられる。マイクロス
トリップライン14の一端には、マイクロ波信号発生器
16の出力端がマイクロ波増幅アンプ18を介して接続
される。また、マイクロストリップライン14の他端
は、終端抵抗器20に接続される。さらに、磁性ガーネ
ット単結晶12の近傍には、永久磁石(図示せず)が設
けられる。この永久磁石は、磁性ガーネット単結晶12
に平行にかつマイクロストリップライン14に直交する
方向に直流磁場を印加するためのものである。また、磁
性ガーネット単結晶12の一方の側面の外側には、レー
ザー光源22、偏光子24および第1のレンズ26が、
この順に磁性ガーネット単結晶12に近づくように設け
られる。レーザー光源22は、レーザー光を発生するた
めのものである。偏光子24は、レーザー光源22で発
生したレーザー光を特定方向の直線偏光とするためのも
のである。第1のレンズ26は、レーザー光源22で発
生したレーザー光を磁性ガーネット単結晶12中に集中
するためのものである。さらに、磁性ガーネット単結晶
12の他方の側面の外側には、第2のレンズ28、検光
子30、第3のレンズ32およびフォトダイオード34
が、この順に磁性ガーネット単結晶12から離れるよう
に設けられる。第2のレンズ28は、磁性ガーネット単
結晶12を透過したレーザー光を平行光線にするための
ものである。検光子30は、レーザー光の特定方向の直
線偏光を透過するためのものであり、偏光子24とクロ
スニコルの関係で設置される。第3のレンズ32は、検
光子30を透過したレーザー光を集光するためのもので
ある。フォトダイオード34は、レーザー光の信号を検
出するためのものである。また、フォトダイオード34
の出力端は、光電流増幅アンプ36の入力端に接続され
る。
【0004】図1に示す光変調器10では、その光学系
(磁性ガーネット単結晶12およびその両側の構成)
は、ファラデー効果などの透過型の光磁気効果の測定光
学系とほぼ同じである。すなわち、磁性ガーネット単結
晶12(マイクロストリップライン(トランスデュー
サ)14)にマイクロ波を印加することによって、磁性
ガーネット単結晶12中で光とマイクロ波とを結合さ
せ、光の偏光状態をマイクロ波によって変調する。これ
をファラデー光学系によって強度の変化に変換して検出
するものである。図2は図1に示す光変調器10におい
てマイクロ波を印加していないときに検出される光信号
出力の波形を示す図解図であり、図3は図1に示す光変
調器10においてマイクロ波を印加しているときに検出
される光信号出力の波形を示す図解図である。マイクロ
波を印加していないときには、図2に示すように磁性ガ
ーネット単結晶12の透過光も直流のままであり、検出
される光出力は一定である。それに対して、マイクロ波
を印加しているときには、図3に示すように変調された
交流成分が直流成分に重畳する。なお、図1に示す光変
調器10において、磁性ガーネット単結晶12に外部磁
場を印加しないか印加してもかなり弱いときには、マイ
クロ波はそのまま伝搬してマイクロ波による光変調がお
こなわれる。また、磁性ガーネット単結晶12に十分に
強い外部磁場を印加したときには、静磁波が励起され、
静磁波による光変調がおこなわれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来、マイ
クロ波やミリ波あるいは静磁波による光の変調現象を生
じさせることに注意が払われてきたが、大きな変調を得
ることにはあまり注意が払われていなかった。そのた
め、図1に示す構成を持った従来の光変調器では、検出
される光変調振幅が大きくなりにくく、S/Nが小さい
という問題があった。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、光
変調振幅が大きくかつS/Nが高い光変調器および光変
調方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる光変調
器は、磁性体に形成したトランスデューサに高周波信号
を印加することにより、磁性体中を透過する光を変調す
る光変調器において、光軸回りの検光子の回転角度が、
直流光の検光子の透過光量が最小になる回転角度(消光
位)からさらに90度回転させて設定されていることを
特徴とする、光変調器である。この発明にかかる光変調
方法は、磁性体に形成したトランスデューサに高周波信
号を印加することにより、磁性体中を透過する光を変調
する光変調方法において、光軸回りの検光子の回転角度
を、直流光の検光子の透過光量が最小になる回転角度
(消光位)からさらに90度回転させて設定することを
特徴とする、光変調方法である。この発明にかかる光変
調器および光変調方法では、高周波信号はたとえばマイ
クロ波またはミリ波の信号を含む。この発明にかかる光
変調器および光変調方法では、受光系の周波数帯域はた
とえばマイクロ波やミリ波の高周波信号の周波数を含
む。この発明にかかる光変調器および光変調方法では、
磁性体はたとえばフェライト単結晶であり、フェライト
単結晶はたとえば鉄イットリウムガーネットである。
【0008】この発明にかかる光変調器および光変調方
法では、光軸回りの検光子の回転角度を最適化すること
によって、具体的には、光軸回りの検光子の回転角度
を、直流光の検光子の透過光量が最小になる回転角度
(消光位)からさらに90度回転することによって、略
最大のS/Nが得られる。
【0009】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0010】
【発明の実施の形態】図4は図1に示す光変調器10の
光学系の部分だけを取り出した図解図である。磁性ガー
ネット単結晶12に入射する入射光IBの振動方向a
(電場の振動方向)は光軸回りの偏光子24の回転角度
によって決まる。ただし、光源が直線偏光を出射するレ
ーザーであれば、偏光子24を使わずにレーザーの光軸
回りの回転角度によって、入射光IBの振動方向aを決
めることも可能である。入射光IBの振動方向aは適宜
決めればよいが、磁性ガーネット単結晶12の出射光の
光変調振幅が大きくなる角度とすることが望ましい。入
射光IBの振動方向aをある方向に固定したとする。こ
のとき検光子30を光軸の回りに回転させていくと、図
3に示す直流成分DCの大きさとマイクロ波によって生
じた光変調振幅(交流成分ACの大きさ)とが、それぞ
れ変化する。本発明者らは鋭意研究を進めた結果、これ
らの直流成分DCと交流成分ACとはそれぞれ独立に変
化するのではなく、ある一定の関係をたもつことを見出
した。さて、一般に以下のことが知られている。磁性体
に直線偏光を入射させると、光磁気効果によりその出射
光の振動面が回転する。また、出射光は楕円偏光となる
こともある。後者は、たとえば、ファラデー効果におい
ては磁気円二色性(磁性体の光吸収係数が、右回りおよ
び左回り円偏光に対して異なること)によって生じる。
したがって、図4に示す検光子30を光軸回りに回転し
ていくとき、図3に示す直流成分DCの大きさが最大と
なる方向に光磁気効果により出射光の振動面が回転する
のである。また、この角度から検光子30を90度回転
した方向で直流成分DCの大きさは最小となる。すなわ
ち、この直流成分DCの大きさが最小となる角度が、消
光位である。このときの直流成分DCの大きさは、出射
光が楕円偏光となれば0とはならない。本発明者らの研
究によれば、消光位から検光子30を90度回転させた
とき、すなわち、直流成分DCが最大となるように検光
子30の回転角度を調整したとき、交流成分ACの大き
さが最大となることが判明した。すなわち、消光位から
検光子30を光軸回りに90度回転した角度に設定する
ことで、マイクロ波により変調された大きな振幅を検出
することができ、高いS/Nを実現できる。
【0011】
【実施例】磁性体として、フローティングゾーン法によ
り育成された純YIGのバルク単結晶を用いた。これを
5mm×5mm×0.8mmの大きさに切り出し各面を
鏡面研磨した。波長1.3μmの半導体レーザーを光源
とし、5mm×0.8mmの面の一つから結晶中に入射
させた。入射光の振動方向は、板状結晶の板面の法線方
向に一致するように固定した。結晶の5mm×5mmの
面には、特性インピーダンスが50Ωとなるようなマイ
クロストリップライン(トランスデューサ)を設置し
た。マイクロストリップラインには、周波数800MH
zのマイクロ波を印加した。マイクロストリップライン
の方向と光の進行方向とは直交するようにした。外部磁
場は印加していない。受光系には、図1に示すフォトダ
イオード34、光電流増幅アンプ36およびオシロスコ
ープ(図示せず)を一体化した光コミュニケーションア
ナライザを用いた。そして、検光子を回転させたときの
検出された光信号出力の直流成分の大きさおよび交流成
分の大きさ(光変調振幅)を図5のグラフに示す。な
お、ここで、θpは、消光位からの検光子の光軸回りの
回転角度であり、したがってθp=0度のときに消光位
となる。直流成分が最大となる角度θpは90度であ
り、光変調振幅が最大となる角度θpは90度であり、
このときの消光位からの角度差は90度である。
【0012】なお、磁性フェライト単結晶としては、バ
ルク単結晶以外に、液相エピタキシャル法などで育成さ
れた薄膜単結晶が使用されてもよい。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、従来の技術によって
検出される光変調振幅が0.1μW以下にもなることが
あり得るのに対して、光変調振幅を20μW以上とする
ことができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の背景となりかつこの発明が適用され
る従来の光変調器の一例を示す図解図である。
【図2】図1に示す光変調器において、マイクロ波を印
加していないときに光電流増幅アンプの出力端から出力
される光信号の波形を示す図解図である。
【図3】図1に示す光変調器において、マイクロ波を印
加しているときに光電流増幅アンプの出力端から出力さ
れる光信号の波形を示す図解図である。
【図4】図1に示す光変調器の光学系の部分だけを取り
出した図解図である。
【図5】検光子を回転させたときの検出された光出力信
号の直流成分の大きさおよび交流成分の大きさ(光変調
振幅)を示すグラフである。
【符号の説明】
10 光変調器 12 磁性ガーネット単結晶 14 マイクロストリップライン(トランスデューサ) 16 マイクロ波信号発生器 18 マイクロ波増幅アンプ 20 終端抵抗器 22 レーザー光源 24 偏光子 26 第1のレンズ 28 第2のレンズ 30 検光子 32 第3のレンズ 34 フォトダイオード 36 光電流増幅アンプ OUT 光信号出力 DC 直流成分 AC 交流成分 GRD グランドレベル IB 入射光 a 入射光の振動方向 TB 磁性ガーネット単結晶の透過光 b 検光子の透過光の振動方向 θp 消光位からの検光子の光軸回りの回転角度

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体に形成したトランスデューサに高
    周波信号を印加することにより、前記磁性体中を透過す
    る光を変調する光変調器において、 光軸回りの検光子の回転角度が、直流光の検光子の透過
    光量が最小になる回転角度(消光位)からさらに90度
    回転させて設定されていることを特徴とする、光変調
    器。
  2. 【請求項2】 前記高周波信号はマイクロ波またはミリ
    波の信号を含む、請求項1に記載の光変調器。
  3. 【請求項3】 受光系の周波数帯域は前記高周波信号の
    周波数を含む、請求項1または請求項2に記載の光変調
    器。
  4. 【請求項4】 前記磁性体はフェライト単結晶である、
    請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の光変調器。
  5. 【請求項5】 前記フェライト単結晶は鉄イットリウム
    ガーネットである、請求項4に記載の光変調器。
  6. 【請求項6】 磁性体に形成したトランスデューサに高
    周波信号を印加することにより、前記磁性体中を透過す
    る光を変調する光変調方法において、 光軸回りの検光子の回転角度を、直流光の検光子の透過
    光量が最小になる回転角度(消光位)からさらに90度
    回転させて設定することを特徴とする、光変調方法。
  7. 【請求項7】 前記高周波信号はマイクロ波またはミリ
    波の信号を含む、請求項6に記載の光変調方法。
  8. 【請求項8】 受光系の周波数帯域は前記高周波信号の
    周波数を含む、請求項6または請求項7に記載の光変調
    方法。
  9. 【請求項9】 前記磁性体はフェライト単結晶である、
    請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の光変調方
    法。
  10. 【請求項10】 前記フェライト単結晶は鉄イットリウ
    ムガーネットである、請求項9に記載の光変調器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022163753A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 株式会社フジクラ 光位相変調器、光デバイス、及び光演算装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022163753A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 株式会社フジクラ 光位相変調器、光デバイス、及び光演算装置
JP7523597B2 (ja) 2021-01-28 2024-07-26 株式会社フジクラ 光位相変調器、光デバイス、及び光演算装置

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