JP2719397B2 - 超短光パルス変調回路 - Google Patents

超短光パルス変調回路

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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光パルスの高多重化が可能な超短光パルス変
調回路に関し、光パワー損失を減少させると共に装置的
構成を削減するように改良したものである。
〈従来の技術〉 高速、広帯域通信の実現には高速で繰り返す超短光パ
ルスの変調及び多重化技術が重要な問題である。現在用
いられている半導体レーザの直接強度変調では、変調時
に発振周波数の変動(チャーピング)が大きい。従って
強度変調には外部変調器が必要である。ここで外部変調
器により光パルスを変調する場合、装置の応答特性によ
り変調速度が制限されるという問題点があった。
この問題点を解決するために従来第6図に示す構成が
提案されている。この装置では、レーザ発振器から出射
した光パルス列を光分岐器02によってN本並列に分岐
し、それぞれを外部変調器03で変調した後、光ファイバ
04で相対的な時間遅延を与え、更に光力プラ05で合流
し、N多重された光パルスビット列をしている。各外部
変調器03は入力された電気信号に基づきシフトレジス06
により制御され、1パルスごと変調する。N本の光ファ
イバ(遅延線)04の遅延量はそれぞれΔτ・c/n,2Δτ
・c/n,…NΔτ・c/nと設定する。ここでΔτは光パル
ス幅、cは高速,nはコアの屈折率である。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この従来の構成では、以下に示す問題
点があった。
外部変調器の数が光パルスを多重する数だけ必要とな
る。
光ファイバ(遅延線)の数が光パルスを多重する数だ
け必要となる。
電気信号から光パルスへ変調を行う際、シフトレジス
タによるタイミング抽出回路が必要となる。
光分岐器と光カップラの組み合わせからなるために、
光パワーの損失が大きい。
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
光パルスの高多重化技術において、光ファイバ(遅延
線),外部変調器などの装置的構成を削減することがで
きると共に光パワーの損失を減少させることのできる超
短光パルス変調回路を提供することを目的とするもので
ある。
〈課題を解決するための手段〉 斬かる目的を達成する本発明の超短光パルス変調回路
にかかる構成は周期Tの矩形波電気信号を出力するパル
スパタン発生器と、該発生器からの電気信号により周期
Tの光パルス列を出力するレーザ発振器と、該レーザ発
振器から出射された光パルス列を外部入力の電気信号に
よりオンオフする外部変調器とを備え、入力された光パ
ルス列を制御信号により2本の光ファイバに振り分ける
光スイッチ,該光スイッチの出力に相対的な時間遅延を
持たせる2本の光ファイバ及び該光ファイバの出力を合
流させる光カプラから成るマルチプレクサモジュールを
N個直列に前記外部変調器に接続する一方、周期を倍に
伸長する(1/2)分周器をN個直列に前記パルスパタン
発生器に接続し、更に、これら各(1/2)分周器の周期
(2×T),周期(22×T)…周期(2N×T)の各信号
を遅延させて前記光スイッチに対する制御信号として入
力させる回路を前記(1/2)分周器と前記マルチプレク
サモジュールの間にそれぞれ、順に設けたことを特徴と
する。
〈作用〉 パルスパタン発生器から出力された周期Tの矩形波電
気信号がレーザ発振器入力されると、レーザ発振器から
周期Tの光パルス列が発生し、この光パルス列は外部変
調器において外部入力の電気信号により変調された後、
N(Nは自然数)段直列に接続されたマルチプレクサモ
ジュールを順に通過する。
一方、パルスパタン発生器から出された周期Tの矩形
波電気信号はN段直列に接続された(1/2)分周器を順
に通過する際に、それぞれにおいて周期が倍に伸長され
るため、各(1/2)分周器における矩形波電気信号はそ
れぞれ周期(2×T),周期(22×T)…周期(2N×
T)となる。これら矩形波電気信号はそれぞれ遅延され
た後、各マルチプレクサモジュールの光スイッチに制御
信号として入力される。このため、まず、第1段目のマ
ルチプレクサモジュールにおいては、入力された光パル
ス列が各パルスごとに周期(2×T)の制御信号によ
り、2本の光ファイバに交互に振り分けられ、これらの
パルスは光ファイバを通過する際に相対的な時間遅延を
生じ、光カプラで合流すると、2本毎にまとまった周期
(2×T)の光パルス列となる。更に、第2段目のマル
チプレクサモジュールにおいては、光スイッチに周期
(22×T)の制御信号が入力されるため、光カプラで合
流されると22本毎にまとまった周期(22×T)の光パル
ス列となる。第3段目,第4段目,…第N段目のマルチ
プレクサモジュールにおいても同様であり、第N段目の
マルチプレクサモジュールを出射した光パルス列は周期
(2N×T)で2N本毎にまとまったものとなる。
〈実施例〉 以下、本発明について、図面に示す実施例を参照とし
て詳細に説明する。
第1図に本発明の一実施例の超短光パルス変調回路を
示す。同図に示すように、本実施例の超短光パルス変調
回路は、パルスパタン発生器1、半導体レーザ2、外部
変調器3、マルチプレクサモジュール4−1,4−2,…4
−N、(1/2)分周器5−1,5−2,…5−N及び遅延回路
6−1,6−2,…6−Nから構成されている。パルスパタ
ン発生器1、半導体レーザ2、外部変調器は順に接続さ
れ、外部変調器3に対しマルチプレクサモジュール4−
1,4−2,…4−N段直列に接続されている。また、パル
スパタン発生器1には(1/2)分周器5−1,5−2,…5−
NがN段直列に接続され、これら(1/2)分周器5−1,5
−2,…5−Nとマルチプレクサモジュール4−1,4−2
…4−Nとの間にはそれぞれ遅延回路6−1,6−2…6
−Nが介装されている。各マルチプレクサモジュール4
−1,4−2,…4−Nはいずれも、第2図に光スイッチ
7、2本の光ファイバ8−1,8−2及び光カプラ9から
構成されている。
従って、上記超短光パルス変調回路によれば第3図に
示すように変調されることになる。
即ち、パルスパタン発生器1から出力された周期Tの
矩形電気信号11を半導体レーザ2に与え直接変調する
と、半導体レーザ2から周期Tの超短光パルス列12が生
成され、この光パルス列12は外部変調器3に入力され
る。外部変調器3は入力電気信号に基づき変調可能な帯
域(GHZ)で光パルス列12を変調する。ここでは、光パ
ルス列の変調以降の変化を見やすくするため、すべてパ
イレベル(1,1,…1)の信号で変調を行ったものとして
いる。従って、外部変調器3に入力される光パルス列12
と、これから出力される光パルス列とは結果的に同一と
なる。この後、光パルス列12はマルチプレクサモジュー
ル4−1に入力され、いわゆる1×2型光スイッチ7に
より光ファイバ8−1,8−2に振り分けられることにな
る。1×2型光スイッチ7には制御信号として、(1/
2)分周器5−1により倍に周期が伸長され周期(22×
T)となり、遅延回路6−1により遅延された矩形波信
号13が入力する。このため、矩形波信号13のハイ,ロー
に応じて光ファイバ8−1,8−2を選択して接続する。
つまり、光パルス列12は、周期(2×T)で位相Tだけ
異なる光ファイバ列14,15に分離されて光ファイバ8−
1,8−2に入力する。光ファイバ8−1は光ファイバ8
−2に比べ相対的な時間遅延を持つ遅延線である。この
ため、光ファイバ8−1,8−2の出力の合流する光カプ
ラ9での光パルス列16は、その遅延量を適当に定めるこ
とにより、周期(2×T)で、パルスが2本毎にまとま
ったものとなる。
この光パルス列16は第1段目のマルチサモジュール4
−1を出射し、更に第2段目のマルチプレクサモジュー
ル4−2に入力される。一方、(1/2)分周器5−1に
より周期が倍に伸長された矩形波電気信号は更に(1/
2)分周器5−2により周期が倍に伸長され、周期(22
×T)となり、この後遅延回路6−2により遅延され制
御信号17として、マルチプレクサモジュール4−2の1
×2型光スイッチに入力される。このため、マルチプレ
クサモジュール4−2から出射される光パルス列18は周
期(22×T)で、パルスが4本毎にまとまったものとな
る。第3段目,第4段目,…第N段目のマルチプレクサ
モジュール4−Nについても、上記と同様である。従っ
てマルチプレクサモジュール4−Nの1×2型光スイッ
チに入力される制御信号19は遅延回路6−Nにより遅延
させられた周期(2N×T)の矩形波信号であり、マルチ
プレクサモジュール4−Nから出射される光パルス列20
はパルスが2N本毎にまとまったものとなる。
このような本実施例と従来の技術とを、光ファイバ
(遅延線)の数、外部変調器+光スイッチの数及び光パ
ワー損失の点で比較した結果を表−1に示す。ここで
は、両者の比較のため、多重度(光パルス列中のパルス
のまとまりの数)を2nとした場合を示している。但し、
nは自然数である。尚、光パワー損失は光カプラでの損
失を3dBと仮定したものである。
この結果から明らかなように、1パルスづつ多重化す
る従来の技術に比べ、2n個づつ光パルスを多重化する本
発明では光ファイバ(遅延線)、外部変調器及び光スイ
ッチ等の装置的構成を大幅に削減することができる。更
に、光パルスを光分岐器で2つの光路に分岐させる従来
の技術に比べ、光パルスを交互に2つの光路に振り分け
る1×2型光スイッチを用いる本発明は原理的に光パワ
ーの損失を軽減することができる。
次に本発明の他の実施例について第4図を参照して説
明する。本実施例は、前述した第1図に示す超短光パル
ス変調回路を複数使用するものである。即ち、第4図に
示すように超短光パルス変調回路21−1,21−2,21−3…
21−Nはそれぞれ相対的な時間遅延を有する光ファイバ
22−1,22−2,22−3…22−Nを介して並列にm×1型光
カプラ23に接続されている。各超短光パルス変調回路21
−1,21−2,21−3,…21−Nはいずれも第3図に示す光パ
ルス列20を出射するものである。光ファイバ22−2,22−
3,…22−Nはそれぞれ2NΔτ×1,2NΔτ×2,…2NΔτ
(m−1)の遅延量を有している。ただし、2NΔτは2N
本まとめられた光パルスの集合の時間的幅である。
従って、各超短光パルス変調器21−1,21−2,21−3…
21−Nから出射した光パルス列は、各光ファイバ22−1,
22−2,22−3…22−Nを通過する際に遅延し、第5図に
示す時経列な光パルス列24,25,26……27となり、m×1
型光カプラ23で合流して出射すると同図中に示す連続的
な光パルス列28となる。つまり、本実施例では、光パル
ス列の空白な時間幅に他の超短光パルス列を多重するこ
とにより、原理的には光パルス幅の逆数程度の情報速度
を持つ超高速光ハイウェーが可能となる。
尚、多重度は、各光パルス列が重畳しないよう、遅延
量、超短光パルス変調器の数などを調整することによ
り、決定すると良い。
〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発
明では、マルチプレクサモジュールをN段直列に接続し
て、これに光パルス列を通過させることにより、各マル
チプレクサモジュールにより多重化を累積的に行うよう
にしているので、従来の並列的処理型の多重化に比べ
て、装置的構成を大幅に削減して、全体の小型化を図る
ことができる。更に、1×2型光スイッチを用いて光パ
ルス列を交互に振り分けるので、原理的には光パワー損
失を生じさせることがないので極めて効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例にかかる超短光パルス変調回
路の回路図、第2図はマルチプレクサモジュールの構成
図、第3図は多重化する各光パルス列と各マルチプレク
サモジュールに入力する光スイッチ制御信号との関係説
明図、第4図は本発明の他の実施例の説明図、第5図は
各超短光パルス変調回路出射後の光パルス列及びm×1
型光カプラ出射後の光パルス列の関係図、第6図は従来
考えられていた超短光パルス変調回路の構成図である。 図面中、 1はパルスパタン発生器、2は半導体レーザ、3は外部
変調器、4−1,4−2,…4−Nはマルチプレクサモジュ
ール、5−1,5−2,…5−Nは(1/2)分周器、6−1,6
−2,…6−Nは遅延回路、7は1×2型光スイッチ、8
−1,8−2は光ファイバ、9は光カプラ、21−1,21−2,2
1−3,…21−Nは超短光パルス変調回路、22−1,22−2,2
2−3,…22−Nは光ファイバ、23はm×1型光カプラで
ある。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周期Tの矩形波電気信号を出力するパルス
    パタン発生器と、該発生器からの電気信号により周期T
    の光パルス列を出力するレーザ発振器と、該レーザ発振
    器から出射された光パルス列を外部入力の電気信号によ
    りオンオフする外部変調器とを備え、入力された光パル
    ス列を制御信号により2本の光ファイバに振り分ける光
    スイッチ、該光スイッチの出力に相対的な時間遅延を持
    たせる2本の光ファイバ及び該光ファイバの出力を合流
    させる光カプラから成るマルチプレクサモジュールをN
    個直列に前記外部変調器に接続する一方、周期を倍に伸
    長する(1/2)分周器をN個直列に前記パルスパタン発
    生器に接続し、更に、これら各(1/2)分周器の周期
    (2×T),周期(22×T)…周期(2N×T)の各信号
    を遅延させて前記光スイッチに対する制御信号として入
    力させる回路を前記(1/2)分周器と前記マルチプレク
    サモジュールの間にそれぞれ、順に設けたことを特徴と
    する超短光パルス変調回路。
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