JP2005148389A

JP2005148389A - 光変調器

Info

Publication number: JP2005148389A
Application number: JP2003385449A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Korogi; 元伸興梠; Kazuhiro Imai; 一宏今井; Wideiyatomoko Banban; ウイディヤトモコバンバン
Original assignee: Optical Comb Institute Inc
Current assignee: Optical Comb Institute Inc
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP3891976B2

Abstract

【課題】入射される光の偏光方向に支配されることなく、変調効率を改善する。
【解決手段】入射すべき光を偏光方向に応じて分離する偏波分離合成カプラ９１と、上記分離された各光の偏光方向を同一方向へ制御する偏波コントローラ９３と、所定の周波数の変調信号を発振する発振器１６と、何れか一の端面８４，８５を介して入射された光を往路方向又は復路方向へ伝搬させる導波路１２と、上記端面８４，８５間に配され、発振器１６から供給された変調信号に応じて伝搬する光の位相を変調する光変調器８とを備えてなり、光変調器８は、上記往路方向又は復路方向へ伝搬する各光を変調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器に関し、光通信、光ＣＴ、光周波数標準器など多波長でコヒーレンス性の高い標準光源、又は、各波長間のコヒーレンス性も利用できる光源を必要とする分野に適用される。

光周波数を高精度に測定する場合には、測定する光を他の光と干渉させ、発生する光ビート周波数の電気信号を検出するヘテロダイン検波を行う。このヘテロダイン検波において測定可能な光の帯域は、検波系に使用される受光素子の帯域に制限され、概ね数十ＧＨｚ程度である。

一方、近年の光エレクトロニクスの発展に伴い、周波数多重通信のための光制御や、広範囲に分布する吸収線の周波数測定を行うため、光の測定可能帯域を更に拡大する必要がある。

かかる測定可能帯域の拡大化の要請に応えるべく、従来において光周波数コム発生器（例えば、特許文献１参照。）を用いた広帯域なヘテロダイン検波系が提案されている。この光周波数コム発生器は、周波数軸上で等間隔に配置された櫛状のサイドバンドを広帯域にわたり発生させるものであり、このサイドバンドの周波数安定度は、入射光の周波数安定度とほぼ同等である。この生成したサイドバンドと被測定光をヘテロダイン検波することにより、数ＴＨｚに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することが可能となる。

図８は、この従来における光周波数コム発生器３の原理的な構造を示している。

この光周波数コム発生器３は、光位相変調器３１と、この光位相変調器３１を介して互いに対向するように設置された反射鏡３２,３３を備える光共振器１００が使用されている。

この光共振器１００は、反射鏡３２を介して僅かな透過率で入射した光Ｌｉｎを、反射鏡３２，３３間で共振させ、その一部の光Ｌｏｕｔを反射鏡３３を介して出射させる。光位相変調器３１は、電界を印加することにより屈折率が変化する光位相変調のための電気光学結晶からなり、この光共振器１００を通過する光に対して、電極３６に印加される周波数ｆｍの電気信号に応じて位相変調をかける。

この光周波数コム発生器３において、光が光共振器１００内を往復する時間に同期した電気信号を電極３６から光位相変調器３１へ駆動入力することにより、光位相変調器３１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、高次のサイドバンドを数百本生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔ｆｍは全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等になる。

また、従来における光周波数コム発生器は、上述のバルク型に限定されるものではない。例えば図９に示すように、導波路を用いた導波路型光周波数コム発生器２００にも適用可能である。

この導波路型光周波数コム発生器２０は、導波路型光変調器２００から構成される。導波路型光変調器２００は、基板２０１と、導波路２０２と、電極２０３と、入射側反射膜２０４と、出射側反射膜２０５と、発振器２０６とを備える。

基板２０１は、例えば引き上げ法により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ_３やＧａＡｓ等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板２０１上に導波路２０２層をエピタキシャル成長させるため、通常、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。

導波路２０２は、光を伝搬させるために配されたものであり、導波路２０２を構成する層の屈折率は、基板等の他層よりも高く設定されている。導波路２０２に入射した光は、導波路２０２の境界面で全反射しながら伝搬する。

電極２０３は、例えばＡｌやＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、外部から供給された周波数ｆｍの電気信号を導波路２０２に駆動入力する。また、導波路における光の伝搬方向と変調電界の進行方向は同一となる。

入射側反射膜２０４及び出射側反射膜２０５は、導波路２０２に入射した光を共振させるため設けられたものであり、導波路２０２を通過する光を往復反射させることにより共振させる。発振器２０６は、電極２０３に接続され、周波数ｆｍの電気信号を供給する。

入射側反射膜２０４は、導波路型光変調器２００の光入射側に配され、図示しない光源から周波数ν_１の光が入射される。また、この入射側反射膜２０４は、出射側反射膜２０５により反射されて、かつ導波路２０２を通過した光を反射する。
出射側反射膜２０５は、導波路型光変調器２００の光出射側に配され、導波路２０２を通過した光を反射する。またこの出射側反射膜２０５は、導波路２０２を通過した光を一定の割合で外部に出射する。

上述の構成からなる導波路型光周波数コム発生器２０において、光が導波路２０２内を往復する時間に同期した電気信号を電極２０３から導波路型光変調器２００へ駆動入力とすることにより、光位相変調器１１１を１回だけ通過する場合に比べ、数十倍以上の深い位相変調をかけることが可能となる。これにより、バルク型光周波数コム発生器１０と同様に、広帯域にわたるサイドバンドを有する光周波数コムを生成することができ、隣接したサイドバンドの周波数間隔は、全て入力された電気信号の周波数ｆｍと同等になる。

特開２００３−２０２６０９号公報。

しかしながら、上記従来の導波路型光周波数コム発生器２０の変調効率は、導波路２０２内を伝搬する光の偏光方向に強く依存する。このため、特定の偏光方向の光のみしか変調することができないという問題点があった。

また、導波路２０２内を伝搬させる光の偏光方向を調整するために偏光保存ファイバを配設する必要があるが、労力やコストの負担が過大となるという問題点もあった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、入射される光の偏光方向に支配されることなく、変調効率を改善することができる光変調器を提供することにある。

本発明を適用した光変調器は、上述した問題点を解決するために、入射すべき光を偏光方向に応じて分離する分離手段と、上記分離された各光の偏光方向を同一方向へ制御する偏光制御手段と、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、何れか一の端面を介して入射された光を往路方向又は復路方向へ伝搬させる光伝搬手段と、上記端面間に配され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記伝搬する光の位相を変調する光変調手段とを備え、上記光変調手段は、上記往路方向又は復路方向へ伝搬する各光を変調する。

本発明を適用した光変調器は、上述した問題点を解決するために、入射すべき光を偏光方向に応じて分離する分離手段と、上記分離された各光の偏光方向を同一方向へ制御する偏光制御手段と、所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、互いに平行な反射鏡から構成され、上記偏光制御手段から互いに異なる角度で何れか一の反射鏡を介して入射された光を往路方向又は復路方向へ伝搬させることにより共振させる共振手段と、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段において共振された光の位相を変調する光変調手段とを備える。

本発明を適用した光変調器では、仮に光伝搬手段を構成する材料の屈折率や変調効率がある特定の偏光方向に強く依存する場合に、当該偏光方向に応じて光分離手段において分離された各光の偏光方向を同一方向に制御することができる。これにより、供給される光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、以下に示される偏波無依存の変調システム９に適用される。

この変調システム９は、図１に示すように、光変調器８と、光変調器８に対して供給する光を各偏光成分に分離する第１の偏波分離合成カプラ９１と、第１の偏波分離合成カプラ９１により分離された一の偏光成分につき偏光方向を回転制御する第１の偏波コントローラ９３と、光変調器８から出射された一の偏光成分につき偏光方向を回転制御する第２の偏波コントローラ９４と、第２の偏波コントローラ９４並びに光変調器８から出射された各偏光成分の光を合波して外部へ出力する第２の偏波分離合成カプラ９２とを備えている。

第１の偏波分離合成カプラ９１は、外部から供給された光から、水平方向の直線偏光と、垂直方向の直線偏光とを分離する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は、第１の偏波コントローラ９３へ供給され、垂直方向の直線偏光成分を含む光は、そのまま光変調器８へ供給されることになる。

第１の偏波コントローラ９３は、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させ、これを光変調器８へ供給する。これにより、伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。このため、仮に導波路１２を構成する材料の屈折率や変調効率がある特定の偏光方向に強く依存する場合に、当該偏光方向に応じて、各光の偏光方向を同一方向に制御することができる。

第２の偏波コントローラ９４は、光変調器８から出射された光の偏光成分を垂直方向から水平方向へ回転させ、これを第２の偏波分離合成カプラ９２へ供給する。第２の偏波分離合成カプラ９２において、この水平方向の偏光成分を含む光は、光変調器８の他端側から出射された垂直方向の偏光成分を含む光と合波され、外部へ出射されることになる。

光変調器８は、図１,２に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されてなり伝搬する光の位相を変調する導波路１２と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように導波路１２の上面に設けられた電極８３と、導波路１２を介して互いに対向するように設置された第１の端面８４並びに第２の端面８５と、電極８３の一端側に配設され、周波数ｆｍの変調信号を発振する発振器１６と、電極８３の他端側に配設されてなる移相器１８、反射器１９とを備えている。

基板１１は、例えば引き上げ法により育成された３〜４インチ径のＬｉＮｂＯ_３やＧａＡｓ等の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板１１上に導波路１２層をエピタキシャル成長させるため、通常、機械研磨や化学研磨等の処理を施す。

導波路１２は、光を伝搬させるために配されたものであり、導波路１２を構成する層の屈折率は、基板等の他層よりも高く設定されている。導波路１２に入射した光は、導波路１２の境界面で全反射しながら伝搬する。この導波路１２は、屈折率が電界に比例して変化するポッケルス効果や、屈折率が電界の自乗に比例して変化するカー効果等の物理現象を利用し、通過する光の変調を行う。

電極８３は、例えばＴｉやＰｔ、Ａｕ等の金属材料からなり、外部から供給された周波数ｆｍの変調信号を導波路１２に駆動入力する。この電極８３に対して、発振器１６から供給される周波数ｆｍの変調信号により、導波路１２内を伝搬する光に位相変調がかけられる。

第１の端面８４並びに第２の端面８５は、導波路１２に入射した光を図２に示す往路方向又は復路方向へ伝搬させることにより共振させる。

反射器１９は、発振器１６より発振された変調信号を反射させる。また移相器１８は、反射された変調信号の位相を調整する。

第１の端面８４を介して入射された光は、導波路１２を復路方向へ伝搬して第２の端面８５を介して出射される。また、第２の端面８４を介して入射された光は、導波路１２を往路方向へ伝搬して第２の端面８５を介して出射される。即ち、この光変調器８は、何れの端面８４,８５を介して光が入射されてもよく、入射された各光は、上述の如くそれぞれ変調されつつ導波路１２内を往路方向又は復路方向へ伝搬し、対向する端面８４,８５を介して外部へ出射する。このため、この光変調器８は、光が入射する端面に支配されることなく、伝搬する光を効率よく変調することが可能となる。

ちなみに、上述した例では、光の位相を変調する場合を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、あらゆる電気光学効果を利用して、光の強度、偏波等を変調するようにしてもよい。また、本発明はマッハツェンダー型の光変調器等に対しても適用可能である。

また、この光変調器８は、以下に説明するリング型電気光学変調器に応用することもできる。

このリング型電気光学変調器８０は図３に示すように、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３からなる光共振器１１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された電極１１５と、上述した各構成要素が組み込まれる温度補償筐体１１６とを備えている。また、この第１のミラー１１２に対してそれぞれ入出射するための光を伝搬させる光ファイバからなる第１の光路１２１並びに第２の光路１２２と、第１の光路１２１の終端に配設された第１のコリメータ１３１と、第２の光路１２２の終端に配設された第２のコリメータ１３２と、第１の光路１２１並びに第２の光路１２２に対してそれぞれ連結されてなる偏波分離合成カプラ１４１とを備えている。

光位相変調器１１１は、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光デバイスである。光位相変調器１１１は、導波路１２と同一の材質として構成してもよい。ちなみに、この光位相変調器１１１における各側面は、入射された光を全反射するように反射率が制御される。このため、図３に示すように、第１のミラー１１２を介して斜め方向から入射された光は、それぞれ光位相変調器１１１の側面により全反射され、また第２のミラー１１３により反射されるため、あたかも光位相変調器１１１内でリングを描くような経路をとる。

第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３は、光共振器１１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。

第１のミラー１１２は、光位相変調器１１１の光入射側に配され、第１のコリメータ１３１或いは第２のコリメータ１３２から光が入射される。また、この第２のミラー１１３を反射して光位相変調器１１１を通過した一部の光を反射し、また一部の光を外部へ出射する。

電極１１５は、無線信号を送受信するためのアンテナ４が接続されている。この電極１１５に対して、外部から供給される周波数ｆｍの無線信号により、光位相変調器１１１内を伝搬する光に位相変調がかけられる。

偏波分離合成カプラ１４１は、光ファイバ通信網４４０から伝送された光から、水平方向の直線偏光と、垂直方向の直線偏光とを分離し、或いはこれらを合成する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第１の光路１２１を伝搬し、また垂直方向の直線偏光成分を含む光は、第２の光路１２２を伝搬する。

第１の光路１２１は、光ファイバを回転させて設置することにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させる。これにより、第１の光路１２１を伝搬する光と、第２の光路１２２を伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。なお、第２の光路１２２においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。

第１のコリメータ１３１並びに第２のコリメータ１３２は、それぞれ第１の光路１２１,第２の光路１２２を伝搬した光を平行光にして、これを光共振器１１０を構成する第１のミラー１１２へ出射する。

このようなリング型電気光学変調器８０では、光ファイバ通信網４４０から伝搬されてくる光が先ず偏波分離合成カプラ１４１に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて分離されて第１の光路１２１,第２の光路１２２を伝搬することになる。この分離された光は、それぞれ偏光方向を回転制御された後で第１のコリメータ１３１,第２のコリメータ１３２を介して平行光として出射される。この出射された各光は、それぞれＡ方向、Ｂ方向から第１のミラー１１２を通過してそのまま光位相変調器１１１の側面により全反射されつつ伝搬することになる。そして第２のミラー１１３を反射した各光は再び第１のミラー１１２へ戻り、一部は反射し、また一部は第１のミラー１１２を介して外部へ出射されることになる。

即ち、Ａ方向から入射された光は、図３に示すように左回りにリングを描くように光位相変調器１１１内を伝搬し、第１のミラー１１２を介してＢ方向へ出射される。そしてこのＢ方向から出射された光は、第２のコリメータ１３２を介して第２の光路を伝搬し、偏波分離合成カプラ１４１へ戻る。同様に、Ｂ方向から入射された光は右回りにリングを描くように伝搬し、第１のミラー１１２を介してＡ方向へ出射される。そして、このＡ方向から出射された光は、第２のコリメータ１３２を介して第２の光路を伝搬し、偏波分離合成カプラ１４１へ戻る。ちなみに、偏波分離合成カプラ１４１へ戻った各光は、互いに合成されて再び光ファイバ通信網４４０へ送信されることになる。

このようなリング型電気光学変調器８０では、仮に光位相変調器１１１を構成する材料の屈折率や変調効率がある特定の偏光方向に強く依存する場合に、当該偏光方向に応じて、偏波分離合成カプラ１４１において分離された各光の偏光方向を同一方向に制御することができる。これにより、供給される光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。

また、光ファイバ通信網４４０に配設される光ファイバが偏光保存ファイバでなくても、これを偏光方向を制御しつつ高効率な位相変調を施すことができる。このため、各基地局１２へ搭載する光変調器８１として、このリング型電気光学変調器８０を用いることにより、システム全体の汎用性を高めることも可能となる。

なお、このリング型電気光学変調器８０の温度補償筐体１１６における材質や構造を、光位相変調器１１１を構成する結晶の熱膨張率、熱屈折率の変化を補償できるようにしてもよい。これにより、基地局１２が設置される温度環境等を除去した高精度な変調を実現することができる。

また、この光変調器８は、以下に説明するリング型電気光学変調器８９にも応用することもできる。

このリング型電気光学変調器８９は、図４に示すように、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３からなる光共振器１１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された電極１１５と、上述した各構成要素が組み込まれる温度補償筐体１１６とを備えている。またリング型電気光学変調器８９は、この第１のミラー１１２に対してそれぞれ入射するための光を伝搬させる光ファイバからなる第１の光路１２１並びに第２の光路１２２と、第１の光路１２１の終端に配設された第１のコリメータ１３１と、第２の光路１２２の終端に配設された第２のコリメータ１３２と、第１の光路１２１並びに第２の光路１２２に対してそれぞれ連結されてなる偏波分離合成カプラ１４１とを備えている。またリング型電気光学変調器８９は、この第２のミラー１１３からそれぞれ出射される光を伝搬させる光ファイバからなる第３の光路１２３並びに第４の光路１２４と、第３の光路１２３の終端に配設された第３のコリメータ１３３と、第４の光路１２４の終端に配設された第４のコリメータ１３４と、第３の光路１２３並びに第４の光路１２４に対してそれぞれ連結されてなる偏波分離合成カプラ１４２とを備えている。

なお、この図４に示すリング型電気光学変調器８９においてリング型電気光学変調器８０と同一の構成については、同一の番号を付することにより説明を省略する。

偏波分離合成カプラ１４２は、第３の光路１２３、第４の光路１２４を伝搬する光を合成する。

第３の光路１２３は、光ファイバを回転させて設置することにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させる。これにより、第３の光路１２３を伝搬する光と、第４の光路１２４を伝搬する光の偏光方向を直交させることができる。なお、第４の光路１２４においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。さらに、第１の光路１２１、第２の光路１２２においては、必要に応じてアイソレータを挿入するようにしてもよい。

第３のコリメータ１３３並びに第４のコリメータ１３４は、第２のミラー１１３から出射される光を、それぞれ第３の光路１２３、第４の光路１２４を構成する光ファイバへ結合させる。

図５は、このリング型電気光学変調器８９の斜視図である。第１のミラー１１２並びに第２のミラー１１３は、この図５に示すように、光位相変調器１１１の端面に直接取り付けられる場合のみならず、外付けの鏡を利用するようにしてもよい。また、この光位相変調器１１１を構成する結晶側面は、全反射面となっており、上下に設けられた電極１１５により周回する光を変調することになる。なお、第１のコリメータ１３１と第３のコリメータ１３３、又は第２のコリメータ１３２と第４のコリメータ１３４のうち何れかを撤去すると通常の光周波数コム発生器として動作することになる。

ちなみに、このリング型電気光学変調器８９では、上述した図３、図４の如く光位相変調器１１１の上下に設けられた電極１１５が設けられている側面をリングを描くように反射させる場合に限定されるものではなく、図５に示すように水平方向から互いに異なる角度で入射された光につき、横方向の側面をリングを描くように反射させるようにしてもよい。リング型電気光学変調器８９を実際の通信デバイスとして適用する場合には、むしろこの図５に示す形態の方が一般的であり、実用性の観点において優れているといえる。

このようなリング型電気光学変調器８９では、光ファイバ通信網４４０から伝搬されてくる光が先ず偏波分離合成カプラ１４１に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて分離されて第１の光路１２１,第２の光路１２２を伝搬することになる。この分離された光は、それぞれ偏光方向を回転制御された後で第１のコリメータ１３１,第２のコリメータ１３２を介して平行光として出射される。この出射された各光は、それぞれＡ方向、Ｂ方向から第１のミラー１１２を通過してそのまま光位相変調器１１１の側面により全反射されつつ伝搬することになる。そして第２のミラー１１３を出射した光は、第３のコリメータ１３３並びに第４のコリメータ１３４を経て、それぞれ第３の光路１２３、第４の光路１２４へ出射される。第３の光路１２３を伝搬する光は、偏光方向につき調整された上で、偏波分離合成カプラ１４２へ到達する。ちなみに、偏波分離合成カプラ１４１へ戻った各光は、互いに合成されて再び光ファイバ通信網４４０へ送信されることになる。

ちなみに、本発明を適用したリング型電気光学変調器８０は上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、複屈折素子と用いて各偏波成分を分離する図４に示すリング型電気光学変調器９０に適用してもよい。なお、この図６に示すリング型光電気光学変調器９０においてリング型電気光学変調器８０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

このリング型電気光学変調器９０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー２１２及び第２のミラー２１３からなる光共振器２１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された電極１１５とを備えている。またリング型電気光学変調器９０は、光ファイバ通信網４４０からの光を平行光にするコリメータレンズ２３１と、コリメータレンズ２３１から出射された光を各偏光成分に応じて分離する複屈折素子２４１と、複屈折素子２４１において分離された一の偏光成分を有する光の光路（以下、第１の光路２２１という。）上に配設された１／２波長板２３２と、上記第１の光路２２１並びに複屈折素子２４１において分離された他の一の偏光成分を有する光の光路（以下、第２の光路２２２という。）上に設けられた平凸レンズ２３３とを備えている。

第１のミラー２１２及び第２のミラー２１３は、光共振器２１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。

第１のミラー２１２は、光位相変調器１１１の光入射側に配され、平凸レンズ２３３から光が入射される。また第２のミラー２１３は、平凸レンズ２３３により集束光とされた光を再び平行光とすべく、いわゆる凹面鏡として構成される。

複屈折素子２４１は、偏光方向によって屈折率が変化する複屈折を利用して、コリメータレンズ２３１により平行光とされた光から、水平方向の直線偏光と垂直方向の直線偏光とを分離する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第１の光路２２１を伝搬し、また垂直方向の直線偏光成分を含む光は、第２の光路２２２を伝搬する。

１／２波長板２３２は、高速軸が光の偏光方向から４５°傾いた状態となるように、第１の光路２２１上に配設される。これにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させることができ、第１の光路２２１を伝搬する光と、第２の光路２２２を伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。なお、第２の光路２２２においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。

このようなリング型電気光学変調器９０では、光ファイバ通信網４４０から伝搬されてくる光がコリメータレンズ２３１を介して複屈折素子２４１に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて第１の光路２２１,第２の光路２２２に分離される。このうち第１の光路２２１へ分離された光は、１／２波長板２３２を通過することにより、偏光方向を回転制御され、第２の光路２２２を伝搬する光とともに、平凸レンズ２３３により集束光とされ、互いに異なる方向（Ａ方向、Ｂ方向）から光位相変調器１１１へ入射されることになる。

Ａ方向から入射された光は、図６に示すように右回りにリングを描くように光位相変調器１１１内を伝搬し、第１のミラー２１２を介してＢ方向へ出射され、平凸レンズ２３３を通過した上で複屈折素子２４１へ戻る。同様にＢ方向から入射された光は、左回りにリングを描くように伝搬し、第１のミラー２１２を介してＡ方向へ出射され、さらに１／２波長板２３２を介して複屈折素子２４１へ戻る。

このようなリング型電気光学変調器９０においても、光ファイバ通信網４４０を伝搬してきた光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。

なお、このリング型電気光学変調器９０においても上述の如き温度補償筐体１１６に各構成要素を組み込むようにしてもよい。

また、本発明を適用したリング型電気光学変調器８０では、さらに図７に示す構成に光位相変調器１１１を配設するようにしてもよい。

この図７に示す構成では、第１の光路１２１から光共振器１１０並びに光位相変調器１１１を経て、第２の光路１２２へと連結する、いわゆるループ状の構成とされている。これにより、第１の光路１２１における終端近傍に上記第１のミラー１１２が、また第２の光路１２２における終端近傍に上記第２のミラー１１３が配設される構成となる。

偏波分離合成カプラ１４１において分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第１の光路１２１を伝搬し、第１のミラー１１２を介して光位相変調器１１１へ入射されて変調された後、第２の光路１２２を経て偏光保存カプラ１４１へ戻ることになる。偏波分離合成カプラ１４１において分離された垂直方向の直線偏光成分を含む光は第２の光路１２２を伝搬し、第２のミラー１１３を介して光位相変調器１１１へ入射されて変調された後、第１の光路１２１を経て、偏光保存カプラ１４１へ戻ることになる。ちなみに、第１の光路１２１及び第２の光路１２２から偏光保存カプラ１４１へ戻ってきた光間において同期をとりつつ合波すべく、第１の経路１２１と第２の経路１２２の距離は同一とする。

即ち、この図７に示す構成においては、光位相変調器１１１への光の入力、出力を異なる光経路１２１,１２２を介して実現することができる。また、この構成では、光の入出力を光経路１２１,１２２間において入れ換えても、同様な位相変調を施すことが可能となる。

また、本発明を適用したリング型電気光学変調器８０は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図８に示すような共振器内部にファラデーローテータを設けたリング型電気光学変調器１０を適用してもよい。このリング型電気光学変調器１０において、上述したリング型電気光学変調器８０と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付して説明を省略する。

このリング型電気光学変調器１０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３からなる光共振器１１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された図示しない電極とを備えている。またリング型電気光学変調器１０は、第１のミラー１１２と光位相変調器１１１との間に配された４５°偏光回転の第１のファラデーローテータ３２１と、第２のミラー１１３と光位相変調器１１１との間に配された第２のファラデーローテータ３２２を備えている。

第１のミラー１１２は、任意の偏光成分が入射される。第１のミラー１１２は、この入射された光の一部を反射し、また一部を通過させる。

第１のファラデーローテータ３２１は、第１のミラー１１２を通過した光の偏光方向を−４５°回転させてこれを光位相変調器１１１へ出射させる。またこの第１のファラデーローテータ３２１は、光位相変調器１１１からの光につき偏光方向を更に−４５°回転させてこれを第１のミラー１１２へ出射させる。

第２のファラデーローテータ３２２は、光位相変調器１１１を通過した光の偏光方向を−４５°回転させてこれを第２のミラー１１３へ出射させる。また、この第２のファラデーローテータ３２２は、第２のミラー１１３からの光につき偏光方向を−４５°回転させてこれを光位相変調器１１１へ出射させる。

即ち、このリング型電気光学変調器１０では、図８(a)に示すように垂直方向から４５°ずれた偏光成分（以下、４５°偏光という。）の光が供給された場合に、これを第１のファラデーローテータ３２１により−４５°回転させてその偏光方向を垂直方向にする。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、第２のファラデーローテータ３２２によりその偏光方向につき−４５°回転させられて垂直方向から−４５°ずれた偏光成分（以下、−４５°偏光という）となる。この−４５°偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、再び第２のファラデーローテータ３２２よりその偏光方向につき−４５°回転させられ、水平方向の偏光成分となる。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、再び第１のファラデーローテータ３２１により偏光方向につき−４５°回転させられて４５°偏光となり、第１のミラー１１２を介して出射されることになる。

同様に、このリング型電気光学変調器１０では、図８ (b)に示すように−４５°偏光の光が供給された場合に、これを第１のファラデーローテータ３２１により−４５°回転させてその偏光方向を水平方向にする。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、第２のファラデーローテータ３２２によりその偏光方向につき−４５°回転させられて４５°偏光となる。この４５°偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、再び第２のファラデーローテータ３２２よりその偏光方向につき−４５°回転させられ、垂直方向の偏光成分となる。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、再び第１のファラデーローテータ３２１により偏光方向につき−４５°回転させられて−４５°偏光となり、第１のミラー１１２を介して出射されることになる。

このように、リング型電気光学変調器１０では、光位相変調器１１１の前後にファラデーローテータ３２１,３２２を配設することにより、当該光位相変調器１１１内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができる。この直交する二つの偏光成分における偏光方向は、光位相変調器１１１における伝搬方向に応じて互いに異なるが、それぞれ同一の伝搬経路、光学距離をとる。このため、直交する二つの偏光成分を有する各光に対して、光共振器１１０自体が縮退している事になる。かかる場合には、入射される光の偏光方向に支配されることなく、高効率な位相変調が可能となる。

さらに、本発明では、上述したリング型電気光学変調器１０に限定されるものではなく、図９に示すように光共振器１１０内部に１／４波長板を設置したリング型電気光学変調器３００に適用するようにしてもよい。

このリング型電気光学変調器３００は、光位相変調器１１１と、光共振器１１０とを備え、更に第１のミラー３１２と光位相変調器１１１との間に配された１／４波長板３３１と、第２のミラー１１３と光位相変調器１１１との間に配された１／４波長板３３２とを備えている。

１／４波長板３３１，３３２は、通過する光が垂直、水平方向の偏光成分を有する場合に、それぞれに対してπ／２の位相差を与えるものである。

即ち、このリング型電気光学変調器３００では、右回りの円偏光（以下、右回り円偏光という。）の光が供給された場合に、これを１／４波長板３３１により垂直方向の直線偏光とする。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、１／４波長板３３２により左回りの円偏光（以下、左回り円偏光という。）とされる。そして、この左回りの円偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、１／４波長板３２２より水平方向の直線偏光とされ、そのまま光位相変調器１１１内を通過し、更に１／４波長板により再び右回り円偏光とされて第１のミラー１１２を介して出射されることになる。

また、このリング型電気光学変調器３００では、左回り円偏光の光が供給された場合に、これを１／４波長板３３１により水平方向の直線偏光とする。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、１／４波長板３３２により右回り円偏光とされる。そして、この右回りの円偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、１／４波長板３２２より垂直方向の直線偏光とされ、そのまま光位相変調器１１１内を通過し、更に１／４波長板により再び左回り円偏光とされて第１のミラー１１２を介して出射されることになる。

このように、リング型電気光学変調器３００では、光位相変調器１１１の前後に１／４波長板３３１,３３２を配設することにより、当該光位相変調器１１１内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができる。この直交する二つの偏光成分における偏光方向は、光位相変調器１１１における伝搬方向に応じて互いに異なるが、それぞれ同一の伝搬経路、光学距離をとる。このため、直交する二つの偏光成分を有する各光に対して、光共振器１１０自体が縮退している事になる。かかる場合には、入射される光の偏光方向に支配されることなく、高効率な位相変調が可能となる。

特にこのリング型電気光学変調器１０,３００を、供給される光の偏光成分に応じて使い分けることにより、直線偏光の偏光方向や円偏光の向きの如何に関わらず、当該光位相変調器１１１内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができ、変調の高効率化を促進させることができる。

偏波無依存の変調システムにつき、説明するための図である。光変調器の詳細について説明するための図である。リング型電気光学変調器の構成について示す図である。リング型電気光学変調器の他の構成について示す図である。リング型電気光学変調器の斜視図である。リング型電気光学変調器の他の構成について示す図である。レーザ光の入力、出力を異なる光経路を介して実現するリング型電気光学変調器の構成について示す図である。共振器内部に複屈折素子を設けたリング型電気光学変調器につき示す図である。光共振器内部に１／４波長板を設置したリング型電気光学変調器の構成について示す図である。従来における光周波数コム発生器の原理的な構造を示す図である。従来における導波路型光周波数コム発生器の原理的な構造を示す図である。

符号の説明

８光変調器、９１第１の偏波分離合成カプラ、９２第２の偏波分離合成カプラ、９３第１の偏波コントローラ、９４第２の偏波コントローラ、１１基板、１２導波路、８３電極、８４第１の端面、８５第２の端面、１６発振器、１８移相器、１９反射器

Claims

入射すべき光を偏光方向に応じて分離する分離手段と、
上記分離された各光の偏光方向を同一方向へ制御する偏光制御手段と、
所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、
何れか一の端面を介して入射された光を往路方向又は復路方向へ伝搬させる光伝搬手段と、
上記端面間に配され、上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記伝搬する光の位相を変調する光変調手段とを備え、
上記光変調手段は、上記往路方向又は復路方向へ伝搬する各光を変調すること
を特徴とする光変調器。
上記光伝搬手段は、上記入射された光を、結晶内部を全反射させつつ伝搬させること
を特徴とする請求項１記載の光変調器。
入射すべき光を偏光方向に応じて分離する分離手段と、
上記分離された各光の偏光方向を同一方向へ制御する偏光制御手段と、
所定の周波数の変調信号を発振する発振手段と、
互いに平行な反射鏡から構成され、上記偏光制御手段から互いに異なる角度で何れか一の反射鏡を介して入射された光を往路方向又は復路方向へ伝搬させることにより共振させる共振手段と、
上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて上記共振手段において共振された光の位相を変調する光変調手段とを備えること
を特徴とする光変調器。
上記光変調器における上記分離手段は、複屈折材料により構成されること
を特徴とする請求項３記載の光変調器。