JP2010262299A - 非偏向光の変調システム - Google Patents

Abstract

【課題】非偏向光の実質的に一様な変調を行えるようにする。
【解決手段】光源１２からサーキュレータ１６を介して変調部３２に入力した非偏向光は、偏向ビームスプリッタ／コンバイナ（ＰＢＳＣ）２０において、直交するＴＥモードとＴＭモードの２つのビームに分解される。ＴＥモードのビームは光学経路２２を介して変調器２８で変調され、光学経路２４を介してスプライス３０においてモード変更され、光学経路２６を介してＰＢＳＣに戻る。ＴＭモードのビームは、光学経路２６を介してスプライスでモード変更されてから、光学経路２４を介して変調器で変調され、光学経路２２を介してＰＢＳＣに戻される。ＰＢＳＣは、戻された２つのビームをコンバインしてマルチモードビームを生成し、サーキュレータを介して出力３６から出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非偏向光の変調システムに関する。

光応用例によっては、非偏向の光が必要とされている。このような応用例の多くにおいて、非偏向光の変調が求められる。しかしながら、非偏向光の一様な変調は、過度のロス及び／又はチャープ（すなわち、寄生位相変調）なしに達成することが困難である。

光増幅型又は光減衰型の変調器は、一様な強度の変調を提供できるが、その代償としてチャープ（漏洩）が大きくなってしまう。ニオブ酸リチウム等の電気光学材料で形成される、干渉計型の強度変調器（例：マッハジェンダ変調器）は、チャープのない変調を提供できるが、電気光学（ＥＯ）係数がＴＭ及びＴＥ偏向で異なる。言い換えると、電極に加えられた所与の電圧によって、ＴＥモードに印加された位相遅延がＴＭモードに印加された位相遅延と約３倍異なるが、これは、２つの偏向に対するＥＯ係数の違いによる。このＥＯ係数の相違によって、２つの偏向に対して非一様な強度の変調を生じさせる結果となる。ニオブ酸リチウムの導波路変調器を用いて構成される位相変調器もまた、ＴＥ及びＴＭ偏光に対する非一様な位相変調を生じさせてしまう。このような制限により、ニオブ酸リチウムの変調器は、偏向すなわち単一偏向光装置として用いられるのが通常である。これらのニオブ酸リチウムの変調装置は、ＴＭ偏向光を消去し、かつＴＥ偏向部分のみを利用するように構成されるのが通常である。ＴＭ偏向光を消去することで、変調器の多用途性が制限され、かつ、無駄すなわち利用されない電力を消費してしまう。
上記の問題点に鑑み、本発明は、非偏向光を変調するシステム及び方法を提供する。

本発明のシステムは、非偏向光（又は任意の偏向光）を出力するよう構成される光源、光源と光通信するサーキュレータ、及びサーキュレータと光通信する変調部を備えている。非偏向光は、実質的に直交する偏向の２つの単一モードビームを含む。変調部は、光源から発光されたマルチモードの非偏向光と関連する２つの単一モードの単一偏向光ビームを変調する。２つの単一モードビームは両方とも、ＴＥモード又はＴＭモード等、２つの直交モードの一方に偏向される。変調された信号は、サーキュレータに出力される。

一実施形態では、変調部は、変調器と光通信する第１の光路、スプライス（ｓｐｌｉｃｅ）と光通信する第２の光路、スプライス及び変調器と光通信する第３の光路を備えている。変調器は、位相及び強度のいずれかを変調する。変調部における光路は、単一モードの偏向保持ファイバ（ＰＭＦ）を備えている。マルチモード光は分割され、且つ該ビームは１又は複数の市販の光学部品によって結合される。

本発明のさらなる様態によれば、該方法は、マルチモード光を受信し、マルチモードに関連する２つの単一モードのビームを変調して、２つの変調された単一モードビームに基づいて変調した信号を出力する。
本発明の別の様態によれば、マルチモード光は、２つの単一モードビームに分割される。第１の単一モードビームのモードは変調前に変更され、第２の単一モードビームのモードは変調後に変更される。２つの変調された単一モードビームは、変調信号を形成するために結合される。
上記の発明の概要から容易に理解できるように、本発明は、非偏向光の変調のためのシステム及び方法を提供する。

本発明による非偏向光の変調のためのシステムの概略図である。 本発明による変調システムにおいて進行する光ビームの移動の特定方向を示す、本発明の概略図である。 本発明の実施形態による強度変調器の概略図である。

図１は、変調システム１０を示しており、光源１２、サーキュレータ１６、及び変調部３２を備えている。第１の光学経路は、光源１２及びサーキュレータ１６間の光通信のためのものである。第２の光学経路は、サーキュレータ１６及び変調部３２間の光通信のためのものである。サーキュレータ１６もまた、出力３６に光通信する。

変調部３２は、偏向ビームスプリッタ／コンバイナ（ＰＢＳＣ）２０、変調器２８、及び光スプライス３０を備えている。第３の光学経路２２は、偏向ビームスプリッタ／コンバイナ（ＰＢＳＣ）２０及び変調器２８の間の光通信用のものである。第４の光学経路２４は、変調器２８及びスプライス３０間の光通信用のものである。第５の光学経路２６は、光スプライス３０及びＰＢＳＣ２０間の光通信用である。変調部３２により、光ビームが時計回り（ＣＷ）及び反時計回り（ＣＣＷ）の両方向に伝播する。

変調部３２における光学経路の長さは、通常、最短にすることが望まれるが、それは長すぎると変調信号を伝送する際に不所望の遅延を招くからである。長すぎると、ＰＢＳＣ２０及び変調器２８間のＣＷ及びＣＣＷビームに関する伝播時間を一致させることが、より困難にもなる。変調器２８への到達時間が異なることは、ビームが異なる変調度で変調されてしまう原因となり、その結果として、信号歪み及び使用できる変調レートに対する制限が生じてしまう。変調部３２の動作速度に対する制限は、設計に制約を課すことになる。

第１及び第２の光学経路は、標準的な単一モードファイバ（ＳＭＦ）を備えており、該ファイバを介して非偏向光が伝播される。標準的な単一モードファイバは、偏向状態を制御しないので、これを介して光が伝播する時には、偏向光がふらつく（又は変化する）場合もある。これとは対照的に、第３、第４、及び第５の光学経路２２、２４、２６を介して、未制御の偏向モードを有する光を伝播するのは望ましくない。従って、第３、第４、及び第５の光学経路２２、２４、２６に対しては、単一モード偏向保持光ファイバ（ＰＭＦ）が用いられる。ＰＭＦでは、光は入射した偏向モードにおいてのみ伝播できる。

光源１２は、標準的な市販の光学部品であり、非偏向光すなわち任意の偏向光（すなわち、マルチモード光ビーム）を出力するよう構成されている。光源１２の例は、エルビウム添加ファイバ光源、又は標準的なＳＭＦファイバと結合される波長可変レーザを含むが、これに限定するものではない。

サーキュレータ１６は、標準的な市販の光学部品である。サーキュレータ１６は信号ルータとして機能し、マルチモード光ビームを光源１２から変調部３２に伝送する。また、サーキュレータ１６は、変調された非偏向光信号を、変調部３２から出力３６に誘導する。サーキュレータ１６はさらに、変調部３２からの光出力（すなわちパワー出力）から、光源１２を保護する。サーキュレータとして、オズオプティクス（Oz Optics）が製造する品番ＦＯＣ−１２Ｐ−１１１−８／１２５−ＰＰＰ−４８０−６０−ＸＸＸ−１−１を使用可能である。

ＰＢＳＣ２０は、２つの主たる機能を有している。マルチモード光ビームを分割して別個の偏向ビームにすること、及び、２つの変調単一モードビームを結合して変調非偏向光信号を形成することである。具体的には、ＰＢＳＣ２０は、サーキュレータ１６から受信したマルチモードビームを分割して、実質的に異なる直交モードを有する２つの別個のビームにする。偏向モードはＴＥ及びＴＭモードである。モードは、ＰＢＳＣ２０に関するモードの向きに基づいて決定される。ＴＥモード及びＴＭモードは、互いに直交している。ＰＢＳＣ２０は第１のビームを第３の光学経路２２に誘導し、第２のビームを第５の光学経路２６に誘導する。この実施形態では、ＴＥビームが第１のビームであり、ＴＭビームが第２のビームである。ＰＢＳＣ２０は、標準的な市販の光学部品である。

非偏向光を分割することに加えて、ＰＢＳＣ２０はまた、異なるモードの偏向ビーム（例えば、ＴＥ及びＴＭ）を結合して１つのマルチモード信号にする。具体的には、ＰＢＳＣ２０は、第３の光学経路２２からの変調単一モードビームを光学経路２６からの変調単一モードビームと結合して、結合マルチモード変調ビームを形成し、該ビームはサーキュレータ１６に向かう第２の光学経路に出力される。一実施形態では、ビーム分割及びビーム結合の機能は、１つの集積装置において実行可能である。ＰＢＳＣ例は、オズオプティクス（Oz Optics）が製造する品番ＦＯＢＳ−１２Ｎ−１１１−９／１２５−ＳＰＰ−１５５０−ＰＢＳ−５０−ＸＸＸ−１−１である。

変調器２８は、第３の光学経路２２及び第４の光学経路２４の両方からのビームを変調する。一実施形態では、変調器２８は、ニオブ酸リチウム又は別のガラス材質等で形成された導波路を備えており、サブギガヘルツの周波数で変調する。変調器２８は、強度及び／又は位相を変調する。以下で詳細に論述されるように、強度変調には、変調器２８における電圧差を提供するための電極を追加する必要がある。変調器として、マッハジェンダ変調器を使用することができる。マッハジェンダ変調器の例が米国特許番号６，１９８，８５４に記述されており、これを参照によって本明細書に援用する。

光スプライス３０は、光を９０度回転して異なるモードにする。より詳細には、光スプライス３０は、偏向回転をもたらすために、互いに関連したファイバ端を回転する。簡単に述べると、スプライスは、ビームのモードをＴＭからＴＥに及びその逆に偏向する光学デバイスである。光スプライス３０は、標準的な、市販の光学装置及び行程を用いて実現される。

図２は、動作中の変調システム１０におけるビームの方向を示している。光源１２からの非偏向光は、サーキュレータ１６から、第１の方向５８へ伝播しＰＢＳＣ２０に至り、そこで非偏向光は２つのビームに分割される。２つのビームは、それぞれ異なるモード（ＴＭ及びＴＥのいずれか）を有している。第１のビームは、はじめはＴＥモードである。ＰＢＳＣ２０によって、第１のビームは第１のＣＷ方向６０に誘導されて変調器２８に至り、そこで変調される。変調器２８からの変調された第１のビームは、第２のＣＷ方向６２に伝播しスプライス３０に至る。スプライス３０は、第１のビームの向きを９０度回転させる、すなわち、変調された第１のビームのモードを、ＴＥモードからＴＭモードに変更する。スプライス３０から、ＴＭモードの変調された第１のビームは、第３のＣＷ方向６４に伝播しＰＢＳＣ２０に至る。

第２のビームは、ＰＢＳＣ２０からＣＣＷ方向７０に誘導されてスプライス３０に至る。第２のビームは、はじめはＴＭモードである。スプライス３０は第２のビームの向きを９０度回転させる、すなわち、第２のビームのモードをＴＭモードからＴＥモードに変更する。ＴＥモードの第２のビームは、第２のＣＣＷ方向７２に伝播して変調器２８に至り、そこで変調される。変調されたＴＥモードの第２のビームは、第３のＣＣＷ方向７４に伝播しＰＢＳＣ２０に至る。ＰＢＳＣ２０において、変調された第１のビーム及び変調された第２のビームは結合されて、変調されたマルチモード信号を形成する。ＰＢＳＣ２０から、変調マルチモード信号は、第２の方向８０に伝播してサーキュレータ１６に至る。サーキュレータ１６は、変調マルチモード信号を出力３６に誘導する。変調されたマルチモード信号は、ＴＭモード及びＴＥモードの両方において、実質的に一様な変調を含んでいる。

図３は、本発明の別の実施形態による、強度変調器１２０を示している。電極１２２及び１２４は、変調器１２０を通過する光の位相変調のために備えられている。変調器を通過する光の強度は、位相変調光を合成することによって変調される。変調器１２０は、ニオブ酸リチウム等のガラス状材質の基板１２６に形成される。

本発明の好適な実施形態が説明及び記載されたが、上述のように、本発明の技術的思想及び範囲を逸脱しない限り、多くの変更が可能である。円偏向又は空間モードが用いられて、ＰＢＳＣ２０においてＴＥ及びＴＭ以外の直交モードを実質的に有するビームに分割されてもよい。また、非偏向光を伝送できる別のタイプの光学経路が、第１及び第２の光学経路に使用されてもよい。２×２のヒューズ−テイパーファイバコンバイナ等の方向性結合装置が、サーキュレータ１６の代わりに用いられてもよい。代替的なタイプの単一モードファイバ、偏向保持ファイバ、又は別の光学経路も使用可能である。多種多様な変調器が変調器２８として使用できる。部品は異なる構成で用いられてもよい。例を挙げると、ＣＣＷ及びＣＷ経路を逆にして、部品のいくつかを再配置することもできる。また、別個のビームスプリッタ及びビームコンバイナの部品を利用してもよい。すなわち、本発明の範囲は好適な実施形態の開示によって制限されるものではない。本発明は、以下に記載の特許請求の範囲を参照することによってのみ規定されるべきである。

Claims (3)

1. システムであって、
   マルチモードビームを発生する光源と、
   該光源と光学的に接続されたサーキュレータと、
   該サーキュレータと光学的に接続されたコンポーネントであって、サーキュレータを介して光源からマルチモードビームを受信し、受信したマルチモードビームに関連する２つの直交する単一モードビームを、両方とも２つの直交モードの一つに変調し、かつ、２つの変調された単一モードビームに基づいて変調された信号を、サーキュレータに出力するコンポーネントと
   を備えることを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、コンポーネントは、
   ２つの単一モードビームのモードをＴＭモードからＴＥモードへ、又はＴＥモードからＴＭモードへ変更するスプライスと、
   ２つの単一モードビームを変調する変調器と
   を備えることを特徴とするシステム。
3. 請求項２記載のシステムにおいて、該システムはさらに、スプライス、変調器、ビームスプリッタ、及びビームコンバイナの間で２つの単一モードビームの光伝搬を行う単一モードの偏向保持ファイバを備えることを特徴とするシステム。

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