JP2720782B2 - 光変調方法 - Google Patents

光変調方法

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JP2720782B2
JP2720782B2 JP5337931A JP33793193A JP2720782B2 JP 2720782 B2 JP2720782 B2 JP 2720782B2 JP 5337931 A JP5337931 A JP 5337931A JP 33793193 A JP33793193 A JP 33793193A JP 2720782 B2 JP2720782 B2 JP 2720782B2
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/3515All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
    • G02F1/3517All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光変調方法に関し、特
に光ファイバ通信や光情報処理等の分野で用いられる光
変調方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信システムや光情報処理シ
ステムの高速化には、高速の光変調が必要不可欠とな
る。従来、光変調の方法としては、電気信号により光変
調(電気−光制御)を行う方法がとられてきた。この電
気−光変調の例としては、光導波路に変調電界を印加
し、電界変化に伴う吸収係数変化を利用してCW光から
パルス光を得る方法、マッハ・ツェンダー型光導波路の
一方のアームまたは両方のアームに変調電界を印加し、
電界変化に伴う屈折率変化を利用してCW光からパルス
光を得る方法などが挙げられる。しかし、電気信号を光
導波路に印加する速度は、電気回路のCR時定数によっ
て制限され、これが光変調器の高速化を妨げる大きな要
因となっている。
【0003】そこで、このCR時定数の限界を打ち破る
方法として、電気回路を光制御に使用せず、光信号によ
り光変調(光−光制御)を行う方法が注目されている。
光−光変調には、光励起によって生ずる非線形光学効果
が利用される。ここで大きな問題となるのは、高速性と
低エネルギー性の両立である。例えば、半導体に光を吸
収させると、バンドフィリング効果によって非線形屈折
率変化を生ずる。これを利用すれば、低エネルギーでの
光制御が可能となるが、実励起されたキャリアが消滅し
屈折率変化が回復するのに時間を要する。通常、例えば
GaAsに生成されたキャリアが再結合によって消滅す
るのに要する時間は数nsである。高速の光制御を実現
するためには、遅い緩和時間の問題を解決しなければな
らない。
【0004】1991年10月、アプライド・フィジク
ス・レターズ(Applied Physics Letters)、第59巻、
第18号、2222ページ〜2224ページには、半導
体のバンドフィリング効果を利用した光−光制御方式に
よる光変調の方法が記載されている。この方法では、図
3に示すように、GaAs光導波路により構成されたマ
ッハ・ツェンダー干渉計を用いる。波長1.15μmの
CW信号光が入力ポート13から入射され、一旦分岐さ
れ、一方は非線形性発現部14を通過し、再び合波され
て干渉する。干渉する二光波の位相差で出力ポート15
から出射される信号光の強度が定まる。したがって、非
線形性発現部14で屈折率を変化させることにより信号
光強度が変調されることになる。この屈折率変化は、波
長0.633μmまたは0.550μmの制御光パルス
を上方より非線形性発現部14に照射し吸収させること
によって引き起こされる。
【0005】図3に示した方法では、光変調の立ち上が
りに要する時間(オン動作)は1ps程度であるのに対
し、立ち下がりに要する時間(オフ動作)は通常数ns
となる。これは、非線形性発現部14での制御光吸収か
ら屈折率変化が立ち上がるまでに要する時間は1ps程
度であるのに対し、既に述べたように、実励起されたキ
ャリアが再結合し屈折率変化が消失するのに要する時間
が数ns程度であるためである。
【0006】ここで、半導体のバンドフィリング効果の
立ち上がりが1psと短いことに注目すれば、光変調の
立ち上がり動作(オン動作)も立ち下がり動作(オフ動
作)も屈折率変化の立ち上がりだけを利用する方法が考
えられる。特願平5−164455号明細書には、この
方法を利用して光−光制御を行う光スイッチが記載され
ている。信号光の進路の切り替えを目的としているが、
CW光をパルス光に変換する光変調器として動作させる
ことも可能である。図2に、この方法に用いられる素子
の一例を示す。3dBカプラ3、6でマッハ・ツェンダ
ー干渉計が構成されており、その両アームに光吸収によ
り非線形屈折率変化を示す素子4、5が挿入されてい
る。さらに、非線形光学素子4、5に制御光を入射する
ために波長選択カプラ10、12が備わっている。3d
Bカプラ3、6、波長選択カプラ10、12は光ファイ
バであり、非線形光学素子はGaAsをコアとしAlG
aAsをクラッドとする半導体光導波路である。(全て
のコンポーネントを半導体光導波路で構成してもよ
い。) CWの信号光は、入力ポート1より入力され、3dBカ
プラ3で分岐され、一方は非線形光学素子4を、他方は
非線形光学素子5を伝搬した後、再び3dBカプラ6で
合波され干渉する。信号光の波長は900nmであり、
非線形光学素子の光導波部を構成するGaAsでの吸収
は小さい。出力ポート7から出射される信号光出力は、
3dBカプラ6で信号光が干渉する際の位相差によって
定まる。第一の制御光パルス(パルス幅1ps)は、入
力ポート9へ入射され、波長選択カプラ10を通過した
後、非線形光学素子4へ入射される。制御光の波長は8
70nmであり、非線形光学素子4で吸収される。素子
5ではバンドフィリング効果による屈折率変化が生じ、
干渉する信号光の位相差が変化し、信号光出力強度が変
化する(オン動作)。このオン動作に要する時間は1p
s程度である。さらに、第二の制御光パルス(パルス幅
1ps)が、10psの時間差をおいて入力ポート11
へ入射され、波長選択カプラ12を通過した後、非線形
光学素子5へ入射され吸収される。素子5では、やはり
バンドフィリング効果による屈折率変化が生じる。これ
によって、第一の制御光パルスによって生じた位相差変
化はキャンセルされ、信号光出力強度は初期状態に戻る
(オフ動作)。このオフ動作に要する時間も1ps程度
である。すなわち、屈折率変化の緩和時間が遅いにもか
かわらず、10psで光変調が行われることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図2に示した素子は、
元来、信号光の進路の切り替えを行うことを目的として
おり、アームAとアームBの光路長は等しい。もし等し
くなければ、信号光パルスが一旦分岐された後再び干渉
することは不可能となり、信号光パルスの進路の切り替
えが不可能となる。したがって、非線形光学素子5およ
び6での屈折率変化はある時間差をおいて生じさせる必
要があり、素子5、6への制御光入力ポートを別々に設
けなければならず、構造が複雑となる。
【0008】本発明の目的は、オフ動作がキャリアの再
結合時間に依存しない高速の光−光制御方式の光変調
を、より簡単な構造のマッハ・ツェンダー干渉計で可能
にすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による光変調方法
は、両アームの少なくとも一部を3次の共鳴励起非線形
光学効果を示す材料で構成したマッハ・ツェンダー干渉
計を用い、該非線形光学効果発現部への制御光入射によ
り生ずる屈折率変化に基づいて行われる光変調方法にお
いて、該マッハ・ツェンダー干渉計の両アームに対して
非線形光学効果発現部の緩和時間とマッハ・ツェンダー
干渉計中の被制御光の光速との積よりも小さい光路長差
を与え、該マッハ・ツェンダー干渉計にCW被制御光を
入射し、制御光を該両アームに同時に入射することを特
徴とする。
【0010】
【実施例】図1を用いて、本発明による光変調方法の一
実施例を説明する。3dBカプラ3、6でマッハ・ツェ
ンダー干渉計が構成されており、その両アームに光吸収
により非線形屈折率変化を示す素子4、5が挿入されて
いる。3dBカプラ3、6は光ファイバであり、非線形
光学素子4、5はGaAsをコアとしAlGaAsをク
ラッドとする半導体光導波路である。(全てのコンポー
ネントを半導体光導波路で構成してもよい。)アームA
には、アームBより3mm短い光路長を与える。
【0011】CWの信号光は、入力ポート1より入力さ
れ、3dBカプラ3で分岐され、一方は非線形光学素子
4を、他方は非線形光学素子5を伝搬した後、再び3d
Bカプラ6で合波され干渉する。信号光の波長は900
nmであり、非線形光学素子の光導波部を構成するGa
Asでの吸収は小さい。出力ポート7から出射される信
号光出力は、3dBカプラ6で信号光が干渉する際の位
相差によって定まる。制御光パルス(パルス幅1ps)
は、入力ポート2へ入射され、3dBカプラ3で分岐さ
れ、非線形光学素子4および5へ入射される。制御光の
波長は870nmであり、非線形光学素子4および5で
吸収される。素子4、5では、同時にバンドフィリング
効果によって非線形屈折率変化が生ずる。しかし、アー
ムAの方が光路長が短いため、まず、非線形光学素子4
での屈折率変化に伴って干渉する信号光の位相差が変化
し、信号光出力強度が変化する(オン動作)。このオン
動作に要する時間は1ps程度である。その10ps
後、非線形光学素子5での屈折率変化に伴って、素子4
での屈折率変化によって生じた位相差変化がキャンセル
され、信号光出力強度は初期状態に戻る(オフ動作)。
このオフ動作に要する時間も1ps程度である。すなわ
ち、屈折率変化の緩和時間が遅いにもかかわらず、10
psで光変調が行われることになる。得られる変調信号
光のパルス幅は、アームAとアームBの光路長差を3m
mとしたため10psとなるが、光路長差を変化させる
ことでパルス幅を変化させることができる。また、出力
信号光波形として矩形波を得られることも大きな特徴で
ある。
【0012】本発明では、両アームの光路長は等しくな
いが、入力される信号光はCWであるため問題とはなら
ない。通常、マッハ・ツェンダー干渉計を構成する場
合、両アームの光路長を等しくする。特に、信号光の進
路切り替えを行う光スイッチとしての動作を目的とする
ならば、信号光パルスを一旦分岐させた後再び干渉させ
る必要があり、両アームの光路長が等しくなければなら
ない。その場合には、非線形光学素子4および5での屈
折率変化をある時間差をおいて生じさせる必要があり、
素子4、5への制御光入力ポートを別々に設けなければ
ならず、構造が複雑となる。本発明では、このような構
造は必要でない。
【0013】以上、光−光制御による光変調方式に関し
て、例を挙げて説明したが、本発明はこの実施例に限定
されるものではない。本例ではGaAsの非線形屈折率
変化を用いたが、InP、InGaAsPなどの半導体
材料や他の材料における非線形屈折率変化を用いた場合
も同様の効果が得られる。また、本例では、非線形光学
素子を半導体で構成し、これ以外を光ファイバで構成し
た光回路を用いたが、全てを半導体で構成した光回路を
用いても同様の効果が得られる。さらに、本例では、2
個の3dBカプラによりマッハ・ツェンダー干渉計が構
成されているが、Y分岐光回路を用いてもよい。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光変調方
法は、マッハ・ツェンダー干渉計の両アームに光路長差
を与え、制御光を両アームの非線形光学効果発現部に同
時に入射させることを特徴としたため、簡単な構造で高
速かつ低エネルギー駆動の光変調を行うことが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光変調方法の一実施例の説明図であ
る。
【図2】従来の技術による光変調方法の説明図である。
【図3】従来の技術によるマッハ・ツェンダー干渉計の
説明図である。
【符号の説明】
1 信号光入力ポート 2 制御光入力ポート 3 3dBカプラー 4 非線形光学素子 5 非線形光学素子 6 3dBカプラー 7 信号光出力ポート 8 信号光出力ポート 9 制御光入力ポート 10 波長選択カプラ 11 制御光入力ポート 12 波長選択カプラ 13 信号光入力ポート 14 非線形屈折率変化発現部 15 信号光出力ポート 16 GaAs層 17 AlGaAs層 18 GaAs基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−172825(JP,A) 特開 昭64−76012(JP,A) 特開 平7−20510(JP,A) 特開 平2−5030(JP,A) 特開 平2−126239(JP,A) 特開 昭60−68321(JP,A) 特開 平4−3125(JP,A) IEEE JOURNAL OF Q UANTUM ELECTRONIC S,VOL.QE−19 NO.11 P P.1718−1723(1983年11月)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両アームの少なくとも一部を3次の共鳴
    励起非線形光学効果を示す材料で構成したマッハ・ツェ
    ンダー干渉計を用い、該非線形光学効果発現部への制御
    光入射により生ずる屈折率変化に基づいて行われる光変
    調方法において、該マッハ・ツェンダー干渉計の両アー
    ムに対して非線形光学効果発現部の緩和時間とマッハ・
    ツェンダー干渉計中の被制御光の光速との積よりも小さ
    い光路長差を与え、該マッハ・ツェンダー干渉計にCW
    被制御光を入射し、制御光を該両アームに同時に入射す
    ることを特徴とする光変調方法。
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JPS6476012A (en) * 1987-09-18 1989-03-22 Nippon Telegraph & Telephone Periodic type optical filter
JPH03172825A (ja) * 1989-12-01 1991-07-26 Seiko Epson Corp 光演算素子及びその製造方法

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