JP2569314B2 - High-speed optical modulator - Google Patents
High-speed optical modulatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は光変調器において、光双安定素子の並列性及
び高速リミッタ特性と、光パルスの遅延及び合成技術と
を利用することにより、従来の半導体レーザ或いは光変
調器における個有の変調速度と比較して実効的に一層の
高速化を可能にしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention provides a conventional semiconductor laser or an optical modulator by utilizing the parallelism and high-speed limiter characteristics of an optical bistable element and the technique of delaying and synthesizing an optical pulse. It is possible to further increase the speed effectively as compared with the modulation speed inherent in the optical modulator.
本発明は光変調器に係り、特には高速度の光変調が可
能な高速光変調器に関する。The present invention relates to an optical modulator, and more particularly, to a high-speed optical modulator capable of performing high-speed optical modulation.
従来の光変調器としては、半導体レーザを直接に変調
して変調光を得るようにしたものや、或いはLiNbO3等の
電気光学材料を用いた電気光学光スイッチによって変調
を行うようにしたもの等が知られている。The conventional optical modulator, that to obtain directly modulated to modulated light semiconductor laser and, or those that have been by electro-optical switches using the electro-optical material such as LiNbO 3 to perform modulation etc. It has been known.
上述した従来の光変調器では、高々10GHz程度の変調
の限界があり、それ以上の変調速度は現状では困難であ
る。The above-mentioned conventional optical modulator has a modulation limit of at most about 10 GHz, and a modulation speed higher than that is difficult at present.
本発明は、上記問題点に鑑み、従来の光変調器におけ
る個有の変調速度よりも実効的に速い変調速度の得られ
る光変調器を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an optical modulator that can obtain a modulation speed that is effectively higher than a unique modulation speed of a conventional optical modulator.
本発明の高速光変調器は、それぞれ独立に変調された
複数の光信号を作成する光変調手段と、ここで得られた
光信号にそれぞれ互いに異なる遅延をかける遅延手段
と、これによって遅延された複数の信号を合成して時経
列信号を出力する合成手段とを備えるとともに、光路上
において上記光変調手段よりも後段に光双安定素子を配
置したものである。The high-speed optical modulator according to the present invention includes: an optical modulation unit that generates a plurality of optical signals that are independently modulated; a delay unit that applies different delays to the obtained optical signals; Synthesizing means for synthesizing a plurality of signals and outputting a time-lapse signal, and an optical bistable element arranged on the optical path at a stage subsequent to the optical modulation means.
上記光変調手段において出来るだけ高速度の変調を行
えば、ここで得られる複数の光信号はいずれもなまった
波形となる。そこで、この光変調手段と遅延手段との間
に光双安定素子を配置すれば、その並列性及び高速リミ
ッタ特性により、上記のなまった波形はいずれも幅の狭
いシャープなパルスに整形される。次に、このような光
双安定素子の複数の出力パルスを遅延手段でそれぞれ異
なる遅延をかけた後、合成手段で合成すれば、上記光変
調手段による変調速度の１周期内に上記複数のパルスを
全て含んだ時経列信号が出力される。従って、上記光変
調手段の変調速度が遅くても、最終的にはそこで用いた
光信号の数だけ倍増された変調速度が得られることにな
る。If the light modulator modulates the light at the highest possible speed, each of the plurality of light signals obtained here has a blunt waveform. Therefore, if an optical bistable element is arranged between the light modulating means and the delay means, all of the blunt waveforms are shaped into sharp pulses having a narrow width due to their parallelism and high-speed limiter characteristics. Next, after a plurality of output pulses of such an optical bistable element are respectively delayed by delay means and then synthesized by synthesizing means, the plurality of pulses are generated within one cycle of the modulation speed by the optical modulation means. Is output. Therefore, even if the modulation speed of the light modulating means is low, a modulation speed doubled by the number of optical signals used there is finally obtained.
なお、光双安定素子を遅延手段と合成手段の間、或い
は合成手段の後に配置した場合であっても、上記と同様
になまった波形がシャープなパルスに整形されるので、
最終的には高速度に変調された時経列信号が得られる。Even if the optical bistable element is arranged between the delay means and the synthesizing means or after the synthesizing means, the waveform which has become similar to the above is shaped into a sharp pulse,
Finally, a time-lapse signal modulated at a high speed is obtained.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、本発明の一実施例を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
同図においては、光変調手段として、連続発振の半導
体レーザ１と、その出力光を複数（同図では８個）の光
に分岐する分岐導波路２と、その分岐光を並列してそれ
ぞれ独立に変調する８個の電気光学変調器（例えばLiNb
O3変調器）31〜38とを備えている。また、これら電気光
学変調器31〜38の次には、光双安定素子４を介してパル
ス遅延及び合成部５が設けられている。In the figure, as a light modulating means, a continuous wave semiconductor laser 1, a branch waveguide 2 for branching the output light into a plurality of (eight in the figure) lights, and the branch lights are arranged in parallel and independently. Eight electro-optic modulators (eg, LiNb
O 3 modulator) 31 to 38. Next to these electro-optic modulators 31 to 38, a pulse delay and synthesis unit 5 is provided via an optical bistable element 4.
上記光双安定素子４は、入力信号が所定の閾値を越え
るとオンし、上記閾値以下になるとオフする素子であ
り、並列性及び高速リミッタ特性を有している。光双安
定素子４としては、例えばポリジアセチレン等の有機物
を非線形光学材料として用いたものや、III−Ｖ及びII
−IV化合物の多重量子井戸の飽和吸収を利用したもの等
が知られている。The optical bistable element 4 is an element that turns on when an input signal exceeds a predetermined threshold and turns off when the input signal falls below the threshold, and has parallelism and high-speed limiter characteristics. As the optical bistable element 4, for example, an element using an organic substance such as polydiacetylene as a nonlinear optical material, III-V and II
A device utilizing the saturation absorption of a multiple quantum well of a -IV compound is known.
上記パルス遅延及び合成部５の具体的な構成は、例え
ば第２図（ａ）もしくは（ｂ）のようになっている。同
図（ａ）では、互いに長さが少しずつ異なる８本の導波
路51〜58からなる遅延部5aと、これらの導波路が１本の
導波路50に合流する合成部5bとからなっている。また同
図（ｂ）では、互いに長さが少しずつ異なる８本の光フ
ァイバ51′〜58′からなる遅延部5a′と、これらの光フ
ァイバが１本の光フアイバ50′に合流する合成部5b′と
からなっている。ここで、上記導波路51〜58もしくは光
ファイバ51′〜58′に、互いに約1mmの光路差を設けて
おけば、これに対応して約10psの遅延を生じさせること
ができる。The specific configuration of the pulse delay and synthesis unit 5 is, for example, as shown in FIG. 2 (a) or (b). In FIG. 6A, a delay unit 5a composed of eight waveguides 51 to 58 having slightly different lengths from each other, and a combining unit 5b in which these waveguides merge into one waveguide 50 are shown. I have. Also, in FIG. 3B, a delay section 5a 'composed of eight optical fibers 51' to 58 'having slightly different lengths from each other, and a combining section in which these optical fibers join one optical fiber 50'. 5b '. If an optical path difference of about 1 mm is provided between the waveguides 51 to 58 or the optical fibers 51 'to 58', a delay of about 10 ps can be generated correspondingly.
上記構成において、各電気光学変調器31〜38で出来る
だけ高速度の変調を行うことによって得られる変調光
は、例えば第３図（ａ）に示すようななまった波形とな
る。同図には、周期100ps（動作周波数10GHz）で変調し
た場合における、例えば１つの電気光学変調器31から順
次得られる光信号S1,S1′,S1″，・・・について示し
た。このようになまった波形の光信号S1,S1′,S1″，・
・・を光双安定素子４に入射させると、そのリミッタ特
性により、第３図（ｂ）に示すような幅の狭いシャープ
なパルスに整形される。すなわち、上記光信号S1,S1′,
S1″，・・・が閾値（第３図（ａ）中の破線）を越える
と光双安定素子４がオンし、パルスP1,P1′,P1″，・・
・が得られる。これと同様にして、他の電気光学変調器
32〜38から出力された光信号も光双安定素子４に入射す
ると、その並列性及び上記リミッタ特性により、上記の
ようなシャープな複数のパルスが並列して同時に得られ
る。In the above configuration, the modulated light obtained by performing the modulation at the highest possible speed in each of the electro-optic modulators 31 to 38 has a blunt waveform as shown in FIG. 3A, for example. This figure shows, for example, optical signals S 1 , S 1 ′, S 1 ″,... Sequentially obtained from one electro-optic modulator 31 when modulated at a period of 100 ps (operating frequency 10 GHz). The optical signals S 1 , S 1 ′, S 1 ″ having such a blunted waveform,.
Is input to the optical bistable element 4, the pulse is shaped into a narrow and sharp pulse as shown in FIG. 3 (b) by its limiter characteristic. That is, the optical signals S 1 , S 1 ′,
When S 1 ″,... Exceeds a threshold (broken line in FIG. 3 (a)), the optical bistable element 4 is turned on, and pulses P 1 , P 1 ′, P 1 ″,.
・ Is obtained. Similarly, other electro-optic modulators
When the optical signals output from 32 to 38 also enter the optical bistable element 4, a plurality of sharp pulses as described above are simultaneously obtained in parallel due to the parallelism and the limiter characteristics.
光双安定素子４から出力された上記複数のパルスはパ
ルス遅延及び合成部５に入射する。すると、このパルス
遅延及び合成部５は第２図（ａ）もしくは（ｂ）に示し
たように導波路長もしくは光ファイバ長が51,52,53,・
・・58もしくは51′,52′,53′，・・・58′の順に約1m
m程度ずつ長くなっているので、入射した各パルス（P1,
P2,P3,・・・P8とする）は第３図（ｃ）に示すように
P1,P2,P3,・・・P8の順に約10ps毎に時経列に並んで出
力される。すなわち、電気光学変調器31〜38による変調
速度の１周期（第３図では100ps）内に８個のパルス,P1
〜P8を全て含んだ時経列信号が得られる。The plurality of pulses output from the optical bistable element 4 enter the pulse delay and synthesis unit 5. Then, as shown in FIG. 2 (a) or (b), the pulse delay / combination unit 5 has a waveguide length or an optical fiber length of 51, 52, 53,.
..Approximately 1 m in the order of 58 or 51 ', 52', 53 ', ... 58'
m, each pulse (P 1 ,
P 2 , P 3 ,..., P 8 ) as shown in FIG.
P 1, P 2, P 3 , are output aligned in time via column about every 10ps in the order of · · · P 8. That is, eight pulses, P 1 , within one cycle (100 ps in FIG. 3) of the modulation speed by the electro-optic modulators 31 to 38.
After column signals are obtained when including all to P 8.
従って本実施例では、電気光学変調器31〜38の動作周
波数が10GHzであるにもかかわらず、最終的にはその８
倍の80GHzの変調を行うことができる。Therefore, in the present embodiment, although the operating frequency of the electro-optic modulators 31 to 38 is 10 GHz, the operating frequency finally becomes 8 GHz.
Double the 80 GHz modulation.
次に、本発明の他の実施例を第４図に示す。本実施例
は、光変調手段として、それぞれ変調可能な複数（同図
では９個）の半導体レーザ11〜19を一列に配置した半導
体レーザアレイ10を用いたものであり、他の構成は第１
図に示したものと同様である（ただし、信号の数が１個
多くなっており、これに対応した構成となっている）。
このような構成であっても半導体レーザアレイ10の動作
周波数が10GHz程度にしかならないにもかかわらず、光
双安定素子４に並列性及びリミッタ特性とパルス遅延及
び合成部５の作用により、最終的には上記実施例と同様
に９倍の90GHzの変調を行うことができる。Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment uses a semiconductor laser array 10 in which a plurality of (in the figure, nine) semiconductor lasers 11 to 19, each of which can be modulated, are arranged in a line as an optical modulation means.
This is the same as that shown in the figure (however, the number of signals is increased by one, and the configuration is corresponding to this).
Even with such a configuration, despite the fact that the operating frequency of the semiconductor laser array 10 is only about 10 GHz, the optical bistable element 4 has a final property due to the parallelism and limiter characteristics and the action of the pulse delay and synthesizing unit 5. In the same manner as in the above embodiment, nine-times 90 GHz modulation can be performed.
なお、光双安定素子４の配置位置は、光路上において
上記光変調手段よりも後段であればどこでもよく、上記
と同様な効果が得られる。例えばパルス遅延及び合成部
５を遅延部5aもしくは5a′と合成部5bもしくは5b′とに
分離し、その間に光双安定素子４を配置することによ
り、遅延部5aもしくは5a′で得られた複数の信号を並列
に光双安定素子４に入射させ、その出力パルスを合成部
5bもしくは5b′で合成するようにしても良い。また、パ
ルス遅延及び合成部５の後段に光双安定素子４を配置す
ることにより、パルス遅延及び合成部５で順次得られる
なまった波形の出力信号を光双安定素子４でシャープな
パルスに整形し、これを最終的に時経列信号として用い
るようにしてもよい。The position of the optical bistable element 4 may be anywhere on the optical path after the optical modulation means, and the same effect as described above can be obtained. For example, by separating the pulse delay / combining unit 5 into a delay unit 5a or 5a 'and a combining unit 5b or 5b' and disposing the optical bistable element 4 between them, a plurality of signals obtained by the delay unit 5a or 5a ' Are input to the optical bistable element 4 in parallel, and the output pulse is
The composition may be performed by 5b or 5b '. In addition, by disposing the optical bistable element 4 after the pulse delay / combining section 5, the output signal having a blunt waveform sequentially obtained by the pulse delay / combining section 5 is shaped into a sharp pulse by the optical bistable element 4. Then, this may be finally used as a time-lapse sequence signal.
また、光変調手段で並列に作成する光信号の数は上述
した８個や９個に限定されることはなく、例えばたった
２個であっても従来の２倍の変調速度が得られ、更に最
終的に時経列に得られる個々のパルスが互いに分離可能
な範囲内で光信号の数をもっと増加すれば、より一層の
高速度変調が可能になる。The number of optical signals generated in parallel by the optical modulation means is not limited to eight or nine as described above. For example, even if only two optical signals are used, a modulation speed twice that of the conventional one can be obtained. If the number of optical signals is further increased within a range in which individual pulses finally obtained in a time series can be separated from each other, higher speed modulation becomes possible.
本発明の光変調器によれば、光双安定素子の並列性及
び高速リミッタ特性、それに光パルスの遅延及び合成技
術とを利用することにより、光変調の一層の高速化が可
能になった。According to the optical modulator of the present invention, it is possible to further increase the speed of optical modulation by utilizing the parallelism and the high-speed limiter characteristics of the optical bistable element, and the delay and synthesis techniques of the optical pulse.
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は同実施例に係るパルス遅延及
び合成部５の具体的な構成の一例を示す図、 第３図（ａ）〜（ｃ）は同実施例の各箇所における信号
波形を示す波形図、 第４図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 １……半導体レーザ、 ２……分岐導波路、 31〜38……電気光学変調器、 ４……光双安定素子、 ５……パルス遅延及び合成部、 5a,5a′……遅延部、 5b,5b′……合成部、 51〜58……導波路、 51′〜58′……光ファイバ、 10……半導体レーザアレイ、 11〜19……半導体レーザ．FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and (b) are diagrams showing an example of a specific configuration of a pulse delay and synthesis section 5 according to the embodiment. 4A to 4C are waveform diagrams showing signal waveforms at respective points in the embodiment, and FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Branch waveguide, 31-38 ... Electro-optic modulator, 4 ... Optical bistable element, 5 ... Pulse delay and synthesis part, 5a, 5a '... Delay part, 5b , 5b '... combining section, 51-58 ... waveguide, 51'-58' ... optical fiber, 10 ... semiconductor laser array, 11-19 ... semiconductor laser.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−107704（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．37，Ｎｏ．３, Ｐ．260〜262Continuation of the front page (56) References JP-A-52-107704 (JP, A) Applied Physics Letters Vol. 37, No. 3, p. 260-262
Claims (11)
並列に出力する光変調手段（1,2,31〜38;10）と、 該光変調手段から出力された前記複数の光信号にそれぞ
れ互いに異なる遅延をかける遅延手段（5a,5a′）と、 該遅延手段で得られた複数の信号を合成して時経列信号
を出力する合成手段（5b,5b′）とを備えるとともに、 光路上において前記光変調手段よりも後段に光双安定素
子（４）を配置したことを特徴とする高速光変調器。An optical modulator for outputting a plurality of optical signals modulated independently of each other in parallel; and a plurality of optical signals output from the optical modulator. A delay means (5a, 5a ') for applying a different delay to each other; and a combining means (5b, 5b') for combining a plurality of signals obtained by the delay means and outputting a time-series signal, A high-speed optical modulator, wherein an optical bistable element (4) is arranged on the optical path at a stage subsequent to the optical modulator.
光信号を並列に前記光双安定素子に入射させ、その出力
パルスのそれぞれに前記遅延手段に互いに異なる遅延を
かかけることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
高速光変調器。2. The method according to claim 1, wherein the plurality of optical signals output from the optical modulator are incident on the optical bistable element in parallel, and different delays are applied to the respective output pulses by the delay. 2. The high-speed optical modulator according to claim 1, wherein:
並列に前記光双安定素子に入射させ、その出力パルスを
前記合成手段で合成することを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の高速光変調器。3. The apparatus according to claim 1, wherein said plurality of signals obtained by said delay means are incident on said optical bistable element in parallel, and output pulses thereof are synthesized by said synthesizing means. A high-speed optical modulator as described.
子に入射させ、その出力パルスを前記時経列信号とする
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速光変
調器。4. The high-speed optical modulator according to claim 1, wherein an output signal of said synthesizing means is incident on said optical bistable element, and an output pulse thereof is used as said time-lapse signal. .
ザ（１）と、該半導体レーザの出力光を複数の光に分岐
する分岐導波路（２）と、該分岐導波路で分岐された光
を並列してそれぞれ独立に変調する複数の電気光学変調
器（31〜38）とからなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至第４項のいずれか１つに記載の高速光変調
器。5. The light modulating means comprises: a continuous wave semiconductor laser (1); a branch waveguide (2) for branching output light of the semiconductor laser into a plurality of lights; and a branch waveguide. The high-speed light according to any one of claims 1 to 4, comprising a plurality of electro-optic modulators (31 to 38) for modulating light independently in parallel. Modulator.
数の半導体レーザ（11〜19）を一列に配置した半導体レ
ーザアレイ（10）であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至第４項のいずれか１つに記載の高速光変調
器。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said light modulating means is a semiconductor laser array in which a plurality of modulatable semiconductor lasers are arranged in a line. 5. The high-speed optical modulator according to claim 4.
る複数の導波路（51〜58）からなり、該導波路長に応じ
た遅延を生じさせることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第６項のいずれか１つに記載の高速光変調器。7. The delay means (5a) comprises a plurality of waveguides (51 to 58) having different lengths from each other, and causes a delay according to the waveguide length. 7. A high-speed optical modulator according to any one of items 1 to 6.
なる複数の光ファイバ（51′〜58′）からなり、該光フ
ァイバ長に応じた遅延を生じさせることを特徴とする特
許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１つに記載の
高速光変調器。8. The patent, wherein the delay means (5a ') comprises a plurality of optical fibers (51' to 58 ') having different lengths from each other, and causes a delay according to the optical fiber length. The high-speed optical modulator according to claim 1.
材料を用いたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至第８項のいずれか１つに記載の高速光変調
器。9. The high-speed optical modulation device according to claim 1, wherein said optical bistable element uses an organic nonlinear optical material. vessel.
とを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の高速光変調
器。10. The high-speed optical modulator according to claim 9, wherein said organic substance is polydiacetylene.
V化合物の多重量子井戸の飽和吸収を利用したものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の
いずれか１つに記載の高速光変調器。11. The optical bistable element according to claim 11, wherein said optical bistable element comprises III-V and II-I.
The high-speed optical modulator according to any one of claims 1 to 8, wherein the high-speed optical modulator utilizes saturation absorption of a multiple quantum well of a V compound.
Priority Applications (1)
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| JPS63129326A JPS63129326A (en) | 1988-06-01 |
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| JPS52107704A (en) * | 1976-03-06 | 1977-09-09 | Fujitsu Ltd | Time division multiple system of light pulse |
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1986
- 1986-11-20 JP JP61275386A patent/JP2569314B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
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