JP2004133272A

JP2004133272A - 光変調器

Info

Publication number: JP2004133272A
Application number: JP2002298818A
Authority: JP
Inventors: Norifumi Kobayashi; 小林　憲文
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】簡単な構成で損失の少ない光変調器を提供する。
【解決手段】光変調器本体４に偏光回転素子２１と偏光子２２とを組み合わせる簡単な構成により、可変光減衰機能を付加することができるので、従来のように個別の可変光減衰器６を組み合わせた場合と比べて、光ファイバ接続が不要になり、その分だけ組み立てが容易になり、損失が少なくなる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長距離光通信用の光送信器に用いられる光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信は、光ファイバの特性である低損失特性、広帯域特性により、長距離・大容量通信システムとして広く普及している。
【０００３】
しかしながら、数十ｋｍ以上の長距離伝送では、光ファイバの有する波長分散と送信信号の発光スペクトラムの波長広がり（チャープ）の相互作用により、光信号が波長依存性の遅延を受けてパルス幅が広がり、受信信号の質が劣化するという問題がある。波長分散の影響は伝送速度の２乗に比例するため、Ｇｂｉｔ／ｓのオーダを超える高速伝送では特に大きな問題となる。送信光源として用いられるレーザダイオードの駆動電流を直接変調する場合は、駆動電流の変化がレーザダイオードの屈折率変動を引き起こし、強度変調（振幅変調）と同時に周波数変調が起こりチャープが大きくなるので、高速信号の長距離伝送には適さない。
【０００４】
チャープを小さくした送信方法として、レーザ光源を一定の光強度で発光させ、変調は光変調器と呼ばれる素子（電解吸収型半導体光変調器やＬｉＮｂＯ_３光変調器（以下「ＬＮ光変調器」という。）等）を用いる外部変調法がある。この中でもＬＮ光変調器は、特にチャープが小さい変調器として知られている。
【０００５】
また、１本の光ファイバに異なる波長の複数の光信号を多重して同時伝送する波長多重伝送（ＷＤＭ伝送）は、伝送路を変更することなく波長数を増加するだけで大幅に伝送容量を増加することができる。特に、光ファイバ増幅器を用いた中継増幅技術の実用化により、波長多重信号の一括増幅が可能となった。その結果、中継増幅コストが大幅に削減され、経済的な伝送システムとして海底光伝送システム等の長距離伝送システムを中心に実用化されている。
【０００６】
図３は従来の光変調器を用いた光送信器のブロック図である。
【０００７】
この光送信器１は、直流電圧で発光する半導体レーザ（以下「ＬＤ」という。）２と、入力ポート３に入力した送信信号でＬＮ光変調器本体４を駆動するＬＮ駆動回路５と、一方の入力ポート（図では左側）にＬＤ２からのレーザ光が入力され、他方の入力ポート（この場合下側）にＬＮ駆動回路５からの駆動信号が入力されるＬＮ光変調器本体４と、ＬＮ光変調器本体４からの変調光の光強度を減衰させる可変減衰器６と、可変減衰器６から出力した変調光を二方向に分岐する光分岐器７と、光分岐器７の一方の出力ポート（図では下側）からの変調光を受光して電気信号に変換するモニタフォトダイオード（以下「モニタＰＤ」という。）８と、モニタＰＤ８の出力が一定になるように可変光減衰器６の減衰量を制御して光分岐器７の他方の出力ポート（この場合右側）から光強度が制御された変調光を出力させる制御回路９とで構成されている。
【０００８】
なお、ＬＮ光変調器本体４と、可変減衰器６と、光分岐器７と、モニタＰＤ８と、制御回路９とで変調器が構成されている。
【０００９】
ＬＮ光変調器本体４は、その変調器特性に入力偏波依存性があり、入力するレーザ光の偏波軸はＬＮ光変調器本体４の結晶軸と一致させる必要がある。このため、ＬＤ２の出力ポートと、ＬＮ光変調器本体４の入力ポートとは偏波面保持光ファイバ１２で接続されており、偏波面保持光ファイバ１２に加わる振動、衝撃、温度変化等の環境変化によらず偏波接続状態が常に一定に保持されるようになっている。
【００１０】
ＬＤ２から出力される直流光（無変調のレーザ光）は、ＬＮ光変調器本体４において強度変調され、可変光減衰器６及び光分岐器７を介して出力される。可変光減衰器６は、光送信器の出力側に接続される光増幅器（図示せず。）において増幅特性の波長依存性が大きいため、波長ごとに利得の調整を行うために用いられる（例えば、特許文献１）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２９８４０８号公報（第１７頁、図２２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３に示した光送信器１における従来のＬＮ光変調器本体４や可変光減衰器６は、入出力ポートがそれぞれ光ファイバ１０、１１のピッグテイル構成となっているため、光送信器１を構成するには光ファイバ１０、１１同士の接続が必要になっていた。
【００１３】
このような光ファイバ接続を行う場合、光送信器１内に接続部収容スペースや光ファイバ収容スペースを確保する必要があり、光送信器１のサイズが大きくなってしまうという問題があった。
【００１４】
また、光ファイバ１０、１１の取り回しには熟練を要するため、光送信器１の組立工程が複雑になり、歩留まりが低下する要因になっており、結果的に低コスト化が困難になっていた。
【００１５】
さらに、従来の光送信器１は光分岐器７を用いているため、損失が大きくなってしまうという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な構成で損失の少ない光変調器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、一方の入力ポートに光源からの光が入力され、他方の入力ポートに送信信号が入力され、出力ポートから変調光を出力するマッハツェンダ構成の光変調器本体を有する光変調器において、出力ポートに接続され変調光の偏光状態を変化させる偏光回転素子と、偏光回転素子に接続され特定の偏光の変調光のみ通過させる偏光子とを備えたものである。
【００１８】
請求項２の発明は、一方の入力ポートに光源からの光が入力され、他方の入力ポートに送信信号が入力され、出力ポートから変調光を出力するマッハツェンダ構成の光変調器本体を有する光変調器において、光変調器本体の出力ポートに接続され変調光の偏光状態を変化させる偏光回転素子と、偏光回転素子に接続され入力した変調光を直交する二つの偏波に分離する偏波分離素子と、偏波分離素子の一方の出力ポートからの変調光を電気信号に変換するモニタ用の受光素子と、受光素子の出力が一定になるように偏光回転素子の偏光状態を制御し、出力の制御された変調光を偏波分離素子の他方の出力ポートから出力させる制御手段とを備えたものである。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、光変調器本体と偏光回転素子とが一体となって共通の筐体に実装されているのが好ましい。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、偏光回転素子として、磁気光学効果を利用して入力した光の偏光状態を任意の角度に変化させることができるファラデー回転素子を用いるのが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、光変調器本体に偏光回転素子及び偏光子を組み合わせるか、あるいは光変調器本体に偏光回転素子、偏波分離素子、モニタ用の受光素子及び制御手段を組み合わせるという簡単な構成により、可変光減衰機能を付加することができるので、従来のように個別の可変光減衰器を組み合わせた場合と比べて、光ファイバ接続が不要になり、その分だけ組み立てが容易になり、損失が少なくなる。
【００２２】
また、本発明によれば、光送信器内に光ファイバを収容するスペースを確保する必要がなくなるため、光送信器自体の大きさが小型になる。その結果、出力レベル調整機能付きの光送信器を小型かつ安価に実現することができる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、可動部分が無いため、信頼性の高い可変減衰機能付きの光変調器を実現することができ、光変調器本体から出力される変調光の光強度をモニタするための光分岐器を用いないので、過剰な出力損失を低減することができる。
【００２４】
本光変調器の組立工程においては、光変調器本体の偏光方向と偏光子の偏光方向とを一致させなくても、両者の間に接続された偏光回転素子により最適な偏光状態に調整することができるため、高精度の組立精度を必要としない。その結果、光変調器の組み立ては、光変調器本体を組み立てるときと比べて歩留まりはほとんど変わらず、可変減衰機能を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
図１は本発明の光変調器を用いた光送信器の一実施の形態を示すブロック図である。なお、図３に示した光送信器と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２７】
同図に示す光送信器２０は、直流電圧で発光するＬＤ２と、入力ポート３に入力した送信信号でＬＮ光変調器本体４を駆動するＬＮ駆動回路５と、一方の入力ポート（図では左側）にＬＤ２からのレーザ光が入力され、他方の入力ポート（この場合下側）にＬＮ駆動回路５からの駆動信号が入力されるマッハツェンダ構成のＬＮ光変調器本体４と、ＬＮ光変調器本体４に直結されＬＮ光変調器本体４により強度変調された変調光の偏光状態を変化させる偏光回転素子２１と、偏光回転素子２１に直結され特定の偏光の変調光のみ通過させる偏光子２２とで構成されている。
【００２８】
ＬＮ光変調器本体４と、偏光回転素子２１と、偏光子２２とで光変調器が構成されている。
【００２９】
偏光回転素子２１としては、ＬＮ光変調器本体４からの変調光を図示しないコイル等を用いて印加磁界強度を変化させることにより、偏光状態（回転角）を任意の角度に回転させる（磁気光学効果）ことができるファラデー回転素子が挙げられる。
【００３０】
マッハツェンダ構成のＬＮ光変調器本体４は、その変調特性に入力偏波依存性があり、ＬＮ光変調器本体４に用いられるＬＮ基板４ａのある結晶軸に一致した方向に入射する光のみ変調されるようになっている。ＬＮ基板４ａはそのＸカット軸若しくはＺカット軸が用いられるのが一般的である。
【００３１】
ＬＮ光変調器本体４に入力するレーザ光の偏波軸はＬＮ基板４ａの結晶軸と一致させる必要がある。このため、ＬＤ２の出力レーザ光とＬＮ光変調器本体４の入力とは偏波面保持光ファイバ１２で接続されている。偏波面保持光ファイバ１２に加わる振動、衝撃、温度変化等の環境変化によらず偏波接続状態が常に一定に保持されるようになっている。常に安定した変調特性を得るためには、直線偏光の光が必要である。通常の半導体レーザは、楕円偏光であるが、偏波消光比が大きいため、そのまま直線偏光として用いられる場合もある。なお、ＬＮ光変調器本体４の入力に直線偏光のみを通過させる偏光子２２を設けてもよい。
【００３２】
次に図１に示した光送信器の作用について説明する。
【００３３】
マッハツェンダ構成のＬＮ光変調器本体４は、その変調特性に入力偏波依存性があり、ＬＮ基板４ａの結晶軸に一致した方向に入射した光のみ変調するため、ＬＮ光変調器本体４で強度変調されて出力する変調光の成分は直線偏光となる。この直線偏光の変調光に偏光回転素子２１で任意の回転を加えた場合、変調光の偏光角と偏光子２２の偏光角とが一致したときが最も出力成分が大きくなり、変調光の偏光角と偏光子２２の偏光角とが直交したときが最も出力成分が小さくなる。つまり、制御信号で偏光回転素子２１の回転角を制御することにより、ＬＮ光変調器本体４と、偏光回転素子２１と、偏光子２２とがいわゆる可変光減衰器として機能することになる。従って偏光子２２から出力される変調光の光強度が制御された変調光が出力されるので、出力レベル調整機能付きの光送信器２０が得られる。しかもＬＮ光変調器本体４と偏光回転素子２１と偏光子２２とは光ファイバを用いずに直結されているので、接続損失が少ない。
【００３４】
このように、ＬＮ光変調器本体４から出力する変調光を偏光回転素子２１と偏光子２２とで光出力を制御する簡単な構成で損失の少ない光変調器が得られる。なお、ＬＮ光変調器本体４と、偏光回転素子２１と、偏光子２２とを一体とし、共通筐体に実装するのが好ましい。
【００３５】
図２は本発明の光変調器を用いた光送信器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００３６】
図２に示した光送信器３０の図１に示した光送信器２０との相違点は、偏光回転素子２１からの変調光を偏波分離素子３１で二つに分離し、分離した一方（図では下側）の変調光の光強度をモニタ用のＰＤ８でモニタし、制御手段９によりＰＤ８の出力が一定となるように偏光回転素子２１の偏光状態を制御するようにした点である。
【００３７】
図２に示す光送信器３０は、ＬＤ２と、ＬＮ光変調器本体４と、ＬＮ駆動回路５と、偏光回転素子２１と、偏光回転素子２１に接続され入力した変調光を直交する二つの偏波に分離する偏波分離素子（例えばビームスプリッタ）３１と、偏波分離素子３１のモニタポート（反射側出力ポート、図では下側）からの変調光を電気信号に変換するモニタ用のＰＤ８と、ＰＤ８の出力が一定になるように偏光回転素子２１の偏光状態を制御する制御手段（例えばマイクロコンピュータ）９とで構成されている。
【００３８】
ＬＮ光変調器本体４と、偏光回転素子２１と、偏波分離素子３１と、ＰＤ８と、制御手段９とで光変調器が構成されている。
【００３９】
偏光回転素子２１から偏波分離素子３１に入力される変調光は、偏波分離素子３１で直交する二つの成分に分離されるので、偏波分離素子３１の出力ポートに出力されなかった変調光はモニタポートから出力される。つまり、偏波分離素子３１に入力した変調光の光強度が一定ならば、偏波分離素子３１の出力ポート側の光強度が大きくなるにつれてモニタポートから出力される変調光の光強度は小さくなる。これとは逆に偏波分離素子３１の出力ポートに出力される変調光の光強度が小さくなるにつれてモニタポートから出力される変調光の光強度は大きくなる。
【００４０】
偏波分離素子３１の出力ポート（透過側出力ポート、この場合右側）からは特定の偏波成分の変調光しか透過しないため、図１に示した光送信器２０と同様に、偏光回転素子２１の回転角を制御することにより、光送信器３０から出力される変調光の光強度を制御することができる。
【００４１】
以上から、偏波分離素子３１のモニタポートから出力される変調光の光強度をＰＤ８で検出し、検出値が所望の値になるように偏光回転素子２１を制御手段９で制御することにより、ＬＮ光変調器本体４から出力する変調光の光路上に余分な光分岐器７（図３参照）等を挿入しなくても光送信器３０から出力する変調光の光強度を制御することができる。
【００４２】
なお、図２に示した実施の形態では、モニタ用の受光素子としてＰＤ８を用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フォトトランジスタを用いてもよい。
【００４３】
以上において本発明によれば、
（１）光変調器本体に偏光回転素子と偏光子とを組み合わせる簡単な構成で可変光減衰機能を有することができるので、従来のように個別の可変光減衰器を光変調器本体に組み合わせた場合と比べて、接続用の光ファイバが不要になり、光送信器の組み立てが容易になる。
【００４４】
（２）従来のような接続用の光ファイバを収容するスペースが不要になるため、光送信器自体が小型になる。
【００４５】
（３）本光変調器を用いることにより、損失が少ない出力レベル調整機能付きの光送信器が得られる。
【００４６】
（４）可動部分が無いため、信頼性の高い光送信器が得られる。
【００４７】
（５）光送信器を組み立てる際に、偏光子と光変調器本体の偏光方向を一致させなくても、両者間に直結された偏光回転素子により最適な偏光状態に調整することができるので、高い組立精度を必要としない。この結果、光変調器本体を組み立てるときと比べて光変調器の組み立ては、歩留まりはほとんど変わらずに可変光減衰機能を有する光送信器を得ることができる。
【００４８】
（６）光変調器本体から出力される変調光をモニタするための光分岐器を必要としないので、過剰な出力損失を低減することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、簡単な構成で損失の少ない光変調器の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調器を用いた光送信器の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の光変調器を用いた光送信器の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】従来の光変調器を用いた光送信器のブロック図である。
【符号の説明】
２　半導体レーザ（ＬＤ）
３　入力ポート
４　ＬＮ光変調器本体
４ａ　ＬＮ基板
５　ＬＮ駆動回路
１２　偏波面保持光ファイバ
２０　光送信器
２１　偏光回転素子（ファラデー回転素子）
２２　偏光子

Claims

一方の入力ポートに光源からの光が入力され、他方の入力ポートに送信信号が入力され、出力ポートから変調光を出力するマッハツェンダ構成の光変調器本体を有する光変調器において、上記出力ポートに接続され上記変調光の偏光状態を変化させる偏光回転素子と、該偏光回転素子に接続され特定の偏光の変調光のみ通過させる偏光子とを備えたことを特徴とする光変調器。
一方の入力ポートに光源からの光が入力され、他方の入力ポートに送信信号が入力され、出力ポートから変調光を出力するマッハツェンダ構成の光変調器本体を有する光変調器において、上記光変調器本体の出力ポートに接続され上記変調光の偏光状態を変化させる偏光回転素子と、該偏光回転素子に接続され入力した変調光を直交する二つの偏波に分離する偏波分離素子と、該偏波分離素子の一方の出力ポートからの変調光を電気信号に変換するモニタ用の受光素子と、該受光素子の出力が一定になるように上記偏光回転素子の偏光状態を制御し、出力の制御された変調光を上記偏波分離素子の他方の出力ポートから出力させる制御手段とを備えたことを特徴とする光変調器。
上記光変調器本体と上記偏光回転素子とが一体となって共通の筐体に実装されている請求項１または２に記載の光変調器。
上記偏光回転素子として、磁気光学効果を利用して入力した光の偏光状態を任意の角度に変化させることができるファラデー回転素子を用いた請求項１から３のいずれかに記載の光変調器。