JP2559496B2 - Light modulator - Google Patents

Light modulator

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JP2559496B2 JP20745189A JP20745189A JP2559496B2 JP 2559496 B2 JP2559496 B2 JP 2559496B2 JP 20745189 A JP20745189 A JP 20745189A JP 20745189 A JP20745189 A JP 20745189A JP 2559496 B2 JP2559496 B2 JP 2559496B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光ファイバの外部より、光ファイバ内を伝
搬する光に対して強度変調を行う光変調装置に関するも
のである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical modulator for performing intensity modulation on light propagating in an optical fiber from the outside of the optical fiber.

(従来の技術) 光通信を実現するうえで、光変調技術は不可欠な技術
であり、現在の光通信方式においては、光強度変調(I
M:Intensity Modulation)が主流となっている。代表的
な光の強度変調方法としては、大別して直接変調と外部
変調とが知られている。
(Prior Art) Optical modulation technology is an indispensable technology for realizing optical communication. In the current optical communication system, optical intensity modulation (I
M: Intensity Modulation) is the mainstream. As typical light intensity modulation methods, direct modulation and external modulation are known.

直接変調方法とは、半導体レーザや発光ダイオード等
の光源への印加電流を変えることによりその出力光を直
接、強度変調するものである。
The direct modulation method is to directly modulate the intensity of the output light by changing the current applied to a light source such as a semiconductor laser or a light emitting diode.

外部変調方法とは、光ファイバを伝搬する光を外部か
ら強度変調するものである。この外部変調方法におい
て、光ファイバを切断したりすることなく、光ファイバ
中の伝搬光に対して強度変調を行うことができる光変調
方法が特願平1−109205号に提案されている。この光変
調方法は、光ファイバに変調信号に従う歪を与えること
により、光ファイバ中を伝搬する光を強度変調するもの
である。この光変調方法の一例として次の様な方法があ
る。即ち、光ファイバに変調信号に基づく振動を加える
ことにより、該振動の振幅にほぼ比例した大きさの半径
の曲げを与えることにより強度変調を行う方法である。
The external modulation method is to externally intensity-modulate the light propagating through the optical fiber. In this external modulation method, Japanese Patent Application No. 1-109205 proposes an optical modulation method capable of performing intensity modulation on the propagation light in the optical fiber without cutting the optical fiber. In this optical modulation method, the light propagating in the optical fiber is intensity-modulated by giving a distortion according to the modulation signal to the optical fiber. The following method is an example of this light modulation method. That is, this is a method of performing intensity modulation by applying a vibration based on a modulation signal to an optical fiber to give a bend having a radius substantially proportional to the amplitude of the vibration.

第2図は、前述した光変調方法の説明図である。図に
おいて、1は光ファイバで、その一部が直径2Rのループ
コイル状のファイバコイル1aを形成している。ファイバ
コイル1aの一端側のA点において光ファイバ1を把持
し、他端側のB点に適当な振動、即ち、光ファイバ1の
長手方向への振動を加えると、振動の振幅に比例してフ
ァイバコイル1aの直径2Rが変化し、これによりファイバ
コイル1aの挿入光損失が変化する。前記挿入光損失とB
点における振動の振幅が比例することから、光ファイバ
1の一端側から一定強度の光を入射すると、他端側から
前記振動に比例して強度変調された出射光を得ることが
できる。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the above-described optical modulation method. In the figure, 1 is an optical fiber, a part of which forms a loop coil-shaped fiber coil 1a having a diameter of 2R. When the optical fiber 1 is gripped at the point A on one end side of the fiber coil 1a and an appropriate vibration is applied to the point B on the other end, that is, vibration in the longitudinal direction of the optical fiber 1 is applied, it is proportional to the amplitude of the vibration. The diameter 2R of the fiber coil 1a changes, which changes the insertion light loss of the fiber coil 1a. The insertion loss and B
Since the amplitude of the vibration at the point is proportional, when light with a constant intensity is incident from one end side of the optical fiber 1, it is possible to obtain emission light whose intensity is modulated from the other end side in proportion to the vibration.

(発明が解決しようとする課題) 前述した光変調方法を電気−光変換器に応用する場
合、電気的な変調信号の周波数に依存せず、電圧のみに
比例した振動振幅が得られる光変調装置が必要となる。
しかしながら、これまでにこのような光変調装置は存在
しなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) When the above-described optical modulation method is applied to an electro-optical converter, an optical modulator that does not depend on the frequency of an electrical modulation signal and can obtain a vibration amplitude proportional to only a voltage Is required.
However, such an optical modulator has not existed until now.

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、変調信号の周波
数に依存せず、電圧のみに比例した振幅を光ファイバに
与える光変調装置を提供することにある。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an optical modulator that gives an optical fiber an amplitude that is not dependent on the frequency of the modulation signal but is proportional to only the voltage.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記の目的を達成するために、光ファイバを
ループ状に曲げてなるファイバコイルの曲げの半径が微
少に変化するように該光ファイバの長手方向への振動を
与えることにより、該光ファイバ中を伝搬する光に強度
変調を与える光変調装置において、前記ファイバコイル
の少なくとも一端側を前記光ファイバの長手方向に移動
させる可動コイル動電振動器と、前記光の変調信号を入
力し、前記可動コイル動電振動器に振動信号を出力す
る、所定の周波数特性の伝搬定数を有する低域遮断フィ
ルタを設けた光変調装置を提案する。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a fiber coil formed by bending an optical fiber in a loop shape in the longitudinal direction of the optical fiber so that the bending radius slightly changes. In the optical modulator for applying intensity modulation to the light propagating in the optical fiber by applying the vibration of, a movable coil electrodynamic vibrator that moves at least one end side of the fiber coil in the longitudinal direction of the optical fiber, An optical modulator provided with a low-frequency cutoff filter having a propagation constant of a predetermined frequency characteristic, which inputs the light modulation signal and outputs the vibration signal to the movable coil electrodynamic vibrator, is proposed.

(作 用) 本発明によれば、低域遮断フィルタに、光ファイバ中
を伝搬する光を変調するための変調信号が入力される。
低域遮断フィルタに入力された変調信号は、該低域遮断
フィルタの伝搬定数に応じて、遮断され、或いは減衰さ
れ又は減衰することなく通過し、振動信号として、可動
コイル動電振動器に入力される。可動コイル動電振動器
は前記光ファイバを、その長手方向に振幅移動させる。
これに伴ない、ファイバコイルの曲げの半径が微少に変
化し、該ファイバコイルの挿入光損失が変化する。これ
により、前記光ファイバ中を伝搬する光が強度変調され
る。一般に前記可動コイルの振幅運動における振幅は、
前記振動信号の周波数の二乗に反比例し、電圧に比例し
たものとなる。ここで、前記低域遮断フィルタの伝搬定
数の周波数特性を、前記変調信号の周波数帯域におい
て、伝搬定数が周波数の二乗に比例する関数にて表わさ
れる特性に設定すれば、前記可動コイルの振幅運動にお
ける振幅は前記変調信号の電圧のみに依存したものにさ
れる。
(Operation) According to the present invention, the modulation signal for modulating the light propagating in the optical fiber is input to the low-frequency cutoff filter.
The modulation signal input to the low-frequency cutoff filter is cut off, or passes through without being attenuated or attenuated according to the propagation constant of the low-frequency cutoff filter, and is input to the moving coil electrodynamic vibrator as a vibration signal. To be done. The moving coil electrokinetic vibrator amplitude-moves the optical fiber in the longitudinal direction.
Along with this, the bending radius of the fiber coil changes slightly, and the insertion light loss of the fiber coil changes. Thereby, the intensity of the light propagating through the optical fiber is modulated. Generally, the amplitude in the amplitude motion of the moving coil is
It is inversely proportional to the square of the frequency of the vibration signal and proportional to the voltage. Here, if the frequency characteristic of the propagation constant of the low-frequency cutoff filter is set to a characteristic represented by a function in which the propagation constant is proportional to the square of the frequency in the frequency band of the modulation signal, the amplitude motion of the moving coil is set. The amplitude at is dependent only on the voltage of the modulating signal.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第3図は一
実施例の電気回路のブロック図である。図において、1
は光ファイバで、その一部に光ファイバ1を一巻のルー
プ状に曲げることにより直径2Rのファイバコイル1aが形
成されている。ファイバコイル1aの一端側は固定具2に
よって取付けベース3の一端側3aに固定されている。ま
た、ファイバコイル1aの他端側は、取付ベース3の他端
側3bに設けられた可動コイル動電振動器(以下、振動器
と称す)10の振動板11に固定されている。さらに、ファ
イバコイル1aは可動自在に取付けベース3の中央に備わ
るファイバ支持部3cによって支持されている。
(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of an electric circuit of the embodiment. In the figure, 1
Is an optical fiber, and a fiber coil 1a having a diameter of 2R is formed by bending the optical fiber 1 in a part of a loop shape. One end of the fiber coil 1a is fixed to one end 3a of the mounting base 3 by a fixture 2. The other end of the fiber coil 1a is fixed to a diaphragm 11 of a moving coil electrodynamic vibrator (hereinafter referred to as a vibrator) 10 provided on the other end 3b of the mounting base 3. Further, the fiber coil 1a is movably supported by a fiber support portion 3c provided at the center of the mounting base 3.

振動器10は、振動板11、可動コイル部12及び永久磁石
(図示せず)を収納した磁石収納部13から構成され、一
般の直接放射形スピーカと同様の構造をなしている。即
ち、可動コイル部12は磁石収納部13内の磁石の間に摺動
可能な状態で支持されている。
The vibrator 10 is composed of a diaphragm 11, a movable coil unit 12, and a magnet housing unit 13 housing a permanent magnet (not shown), and has a structure similar to that of a general direct-radiation speaker. That is, the movable coil unit 12 is slidably supported between the magnets in the magnet housing unit 13.

磁石収納部13は、可動コイル部12が光ファイバ1の長
手方向に摺動可能なように取付けベース3の他端側3bに
固定されている。さらに、振動板11が可動コイル部12の
先端に固定されている。
The magnet housing portion 13 is fixed to the other end side 3b of the mounting base 3 so that the movable coil portion 12 can slide in the longitudinal direction of the optical fiber 1. Further, the diaphragm 11 is fixed to the tip of the movable coil unit 12.

また、可動コイル部12のコイル12aには第3図に示す
ように低域遮断フィルタ20と増幅器30とを介して変調信
号I0が入力されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 3, the modulation signal I0 is input to the coil 12a of the movable coil unit 12 via the low frequency cutoff filter 20 and the amplifier 30.

低域遮断フィルタ20は第4図に示すような周波数特性
を有する伝搬定数T(ω)を有している。ここで、ωは
角速度である。
The low cutoff filter 20 has a propagation constant T (ω) having a frequency characteristic as shown in FIG. Here, ω is the angular velocity.

第4図において、縦軸は伝搬定数T(ω)を、横軸は
周波数fを表わしている。即ち、周波数f1よりも高い周
波数では伝搬定数T(ω)は1となり、入力した変調信
号I0は減衰することなく出力される。また、周波数f1よ
りも低い周波数f2と周波数f1との間では、伝搬定数T
(ω)は、周波数fの二乗に比例するように設定され、
周波数f2よりも低い周波数では伝搬定数T(ω)は0と
なるように設定されている。さらに、周波数f1は変調信
号I0の周波数帯域の上限の周波数よりも高い周波数に、
周波数f2は変調信号I0の周波数帯域の下限の周波数より
も低い周波数にそれぞれ設定されている。
In FIG. 4, the vertical axis represents the propagation constant T (ω) and the horizontal axis represents the frequency f. That is, at a frequency higher than the frequency f1, the propagation constant T (ω) becomes 1, and the input modulation signal I0 is output without being attenuated. Further, between the frequency f2 and the frequency f1 lower than the frequency f1, the propagation constant T
(Ω) is set to be proportional to the square of the frequency f,
The propagation constant T (ω) is set to 0 at a frequency lower than the frequency f2. Further, the frequency f1 is higher than the upper limit frequency of the frequency band of the modulation signal I0,
The frequency f2 is set to a frequency lower than the lower limit frequency of the frequency band of the modulated signal I0.

また、増幅器30の利得は、所定の利得Gに設定され、
可動コイル12aのインピーダンスZは、周波数f1と周波
数f2との間の周波数において一定となるように設定され
ている。
Further, the gain of the amplifier 30 is set to a predetermined gain G,
The impedance Z of the moving coil 12a is set to be constant at a frequency between the frequencies f1 and f2.

次に前述の構成よりなる本実施例の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment having the above configuration will be described.

前述した周波数帯域の周波数を有する変調信号I0の電
圧をEとすると、可動コイル12aに印加される振動信号I
1の電圧Ezは(1)式にて表わされる。
Assuming that the voltage of the modulation signal I0 having the frequency in the above-mentioned frequency band is E, the vibration signal I applied to the moving coil 12a
The voltage Ez of 1 is represented by the equation (1).

Ez=G・T(ω)・E ……(1) 即ち、変調信号I0の電圧Eに対して、低域遮断フィル
タ20の伝搬定数T(ω)と増幅器30の利得Gとを乗じた
値となる。
Ez = G · T (ω) · E (1) That is, a value obtained by multiplying the voltage E of the modulation signal I0 by the propagation constant T (ω) of the low-frequency cutoff filter 20 and the gain G of the amplifier 30. Becomes

振動信号I1が可動コイル12aに印加されると、可動コ
イル12aに磁界が発生する。また、この磁界は(1)式
からもわかるように、振動信号I1の周波数f及び電圧Ez
に応じて変化する。このため、磁石収納部13の磁石との
間に力が働き、可動コイル部12が振動する。この振動に
伴ない、光ファイバ1は、その長手方向に振幅運動す
る。
When the vibration signal I1 is applied to the movable coil 12a, a magnetic field is generated in the movable coil 12a. Further, as can be seen from the equation (1), this magnetic field has a frequency f of the vibration signal I1 and a voltage Ez
Change according to. Therefore, a force acts on the magnet in the magnet housing portion 13 and the movable coil portion 12 vibrates. Along with this vibration, the optical fiber 1 makes an amplitude motion in its longitudinal direction.

振動板11に定在波が発生しない状態においては、振動
板11の振幅Xは一般に(2)式にて近似される。
When the standing wave is not generated on the diaphragm 11, the amplitude X of the diaphragm 11 is generally approximated by the equation (2).

X=K・(Ez/f2) =K・G(T(ω)/f2)・E ……(2) ここで、Kは振動板11の機械構造によって決まる定数
である。
X = K · (Ez / f 2 ) = K · G (T (ω) / f 2 ) · E (2) where K is a constant determined by the mechanical structure of the diaphragm 11.

また、このときの伝搬定数T(ω)は、前述したよう
に周波数fの二乗に比例するように設定されているの
で、このときの比例定数をCとすると、振幅Xは(3)
式に示すように変調信号I0の電圧Eにのみ比例したもの
となる。
Further, since the propagation constant T (ω) at this time is set to be proportional to the square of the frequency f as described above, when the proportional constant at this time is C, the amplitude X is (3).
As shown in the equation, it is proportional only to the voltage E of the modulation signal I0.

X=K・G・C・E ……(3) これにより、変調信号I0の周波数fに依存せず、変調
信号I0の電圧Eに比例した光強度変調を得ることができ
る。
X = K · G · C · E (3) As a result, light intensity modulation proportional to the voltage E of the modulation signal I0 can be obtained without depending on the frequency f of the modulation signal I0.

即ち、変調信号I0=A・sinωtを供給すると、振動
器10の可動コイル部1は光ファイバ1の長手方向(矢印
P方向)に振幅X=A1・sinωtの振動を発生する。こ
こで、ωは角速度、tは時間である。
That is, when the modulation signal I0 = A.sin.omega.t is supplied, the movable coil unit 1 of the vibrator 10 generates vibration of amplitude X = A1.sin.omega.t in the longitudinal direction of the optical fiber 1 (direction of arrow P). Here, ω is the angular velocity and t is the time.

この際、ファイバコイル1aの半径Rは近似的に(4)
式にて表わされる。
At this time, the radius R of the fiber coil 1a is approximately (4)
It is represented by a formula.

R=R0+A1・sinωt/2π ……(4) なお、ここでR0は静止時のファイバコイル1aの半径で
ある。
R = R0 + A1 · sin ωt / 2π (4) Here, R0 is the radius of the fiber coil 1a at rest.

また、一巻きのループコイルにおける曲げの半径と挿
入光損失との間の関係は反比例関係にあることが知られ
ている。さらに、前記曲げの半径と出力光の強度とはほ
ぼ比例することも知られている(特願平1−109205号参
照)。
Further, it is known that the relationship between the bending radius and the insertion light loss in the one-turn loop coil is inversely proportional. Further, it is known that the bending radius and the intensity of output light are substantially proportional (see Japanese Patent Application No. 1-109205).

従って、変調信号I0の周波数fに依存せず、変調信号
I0の電圧Eに比例した光強度変調を得ることができる。
Therefore, it does not depend on the frequency f of the modulation signal I0,
A light intensity modulation proportional to the voltage E of I0 can be obtained.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、所定の周波数特
性の伝搬定数を有する低域遮断フィルタに変調信号を入
力し、該低域遮断フィルタから出力される振動信号を可
動コイル動伝振動器に入力して、該振動信号に基づく振
動を光ファイバのファイバコイルに与える。これによ
り、該振動の振幅にほぼ比例した大きさの半径の曲げを
前記ファイバコイルに与えるようにしたので、前記振幅
は前記変調信号の周波数に依存せず電圧にのみに比例し
たものとなると共に、前記振幅にほぼ比例した挿入光損
失が前記光ファイバに生じる。これにより、前記光ファ
イバ内を伝搬する光を強度変調することできる。さら
に、前記変調信号の周波数に依存せず、電圧に比例した
光強度変調を行うことが可能となり、前記ファイバコイ
ルを電気−光変換器として用いる場合に優れた効果を発
揮するものである。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a modulation signal is input to a low-frequency cutoff filter having a propagation constant having a predetermined frequency characteristic, and a vibration signal output from the low-frequency cutoff filter is output to a movable coil. The vibration based on the vibration signal is input to the dynamic vibration vibrator and applied to the fiber coil of the optical fiber. As a result, the bending of the radius having a magnitude substantially proportional to the amplitude of the vibration is applied to the fiber coil, so that the amplitude does not depend on the frequency of the modulation signal and is proportional to only the voltage. , An insertion optical loss occurs in the optical fiber, which is almost proportional to the amplitude. Thereby, the intensity of the light propagating in the optical fiber can be modulated. Further, it becomes possible to perform the light intensity modulation in proportion to the voltage without depending on the frequency of the modulation signal, and to exert an excellent effect when the fiber coil is used as an electro-optical converter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は光変
調方法の説明図、第3図は一実施例の電気回路のブロッ
ク図、第4図は低域遮断フィルタの特性図である。 1……光ファイバ、1a……ファイバコイル、2……固定
具、3……取付けベース、10……可動コイル動電振動
器、11……振動板、12……可動コイル部、12a……可動
コイル、13……磁石収納部、20……低域遮断フィルタ、
30……増幅器。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of an optical modulation method, FIG. 3 is a block diagram of an electric circuit of one embodiment, and FIG. 4 is a characteristic of a low-pass cutoff filter. It is a figure. 1 ... Optical fiber, 1a ... Fiber coil, 2 ... Fixing tool, 3 ... Mounting base, 10 ... Movable coil electrodynamic vibrator, 11 ... Vibrator, 12 ... Movable coil section, 12a .... Moving coil, 13 ... Magnet housing, 20 ... Low-frequency cutoff filter,
30 ... Amplifier.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光ファイバをループ状に曲げてなるファイ
バコイルの曲げの半径が微少に変化するように該光ファ
イバの長手方向への振動を与えることにより、該光ファ
イバ中を伝搬する光に強度変調を与える光変調装置にお
いて、 前記ファイバコイルの少なくとも一端側を前記光ファイ
バの長手方向に移動させる可動コイル動電振動器と、 前記光の変調信号を入力し、前記可動コイル動電振動器
に振動信号を出力する、所定の周波数特性の伝搬定数を
有する低域遮断フィルタを設けた、 ことを特徴とする光変調装置。
1. A light propagating in an optical fiber is provided by vibrating the optical fiber in a longitudinal direction so that the bending radius of a fiber coil formed by bending the optical fiber in a loop shape changes slightly. In an optical modulator for applying intensity modulation, a movable coil electrodynamic vibrator that moves at least one end side of the fiber coil in the longitudinal direction of the optical fiber, and the movable coil electrokinetic vibrator that inputs the optical modulation signal. An optical modulator comprising: a low-frequency cutoff filter having a propagation constant with a predetermined frequency characteristic, which outputs a vibration signal.
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