JP2823872B2 - 光送信装置 - Google Patents

光送信装置

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JP2823872B2 JP63323158A JP32315888A JP2823872B2 JP 2823872 B2 JP2823872 B2 JP 2823872B2 JP 63323158 A JP63323158 A JP 63323158A JP 32315888 A JP32315888 A JP 32315888A JP 2823872 B2 JP2823872 B2 JP 2823872B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [概要] ディジタル光ファイバ通信等に用いられる光変調装置
に関し、 デバイスの高速特性の著しい向上を必要とせずに、高
速変調で良好な変調波形を出力することができ、しか
も、光ファイバによる長距離伝送にも適した特性を有す
ることを目的とし、 単一縦モード発振する光源と、その光源からの出力
を、所要のデータレートの2分の1の周波数のクロック
信号によって変調して、極性のあい反する一対のクロッ
クパルスを出力する第1の光変調手段と、その第1の光
変調手段からの一対の光出力を、互いの位相が180度相
違し且上記クロック信号に同期する一対のデータ信号に
よって変調して、第1の光変調手段から入力されるクロ
ックパルスのうち上記データ信号と一致するパルスだけ
を出力する第2及び第3の光変調手段と、上記第2及び
第3の光変調手段からの各光出力を合成する光結合手段
とにより構成する。
[産業上の利用分野] この発明は、ディジタル光ファイバ通信等に用いられ
る光変調装置に関するもので、特に、高速の光変調を行
うのに適した光変調装置に関する。
近年、光ファイバ通信の大容量化が求められ、それに
伴って、光変調の高速化が必要となっている。そこで、
電子デバイスや光デバイスの高速化が図られているが、
デバイスの高速特性を著しく向上させるのは困難であ
り、デバイス自体の高速化によって、光変調を要求レベ
ルまで高速化することは難しい。
したがって、デバイスの高速特性の著しい向上を必要
とせずに、光変調を高速で行うことができる光変調装置
が求められている。
[従来の技術] 従来の一般的な光変調装置としては、駆動回路から半
導体レーザ光源に入力する電流を、所要のデータレート
でオン−オフして直接変調を行うものと、半導体レーザ
光源などから発振された一様な光出力を、所要のデータ
レートで光変調器によって光パルスに変調する、外部変
調を行うものがあった。
また、デバイスの高速特性を緩和するために、モード
ロックされた光源からの光パルスをN分岐して、各パル
スを所要のN分の1のデータレートで変調した後、位相
をずらして足し合わせて、光領域で時分割多重を行うも
のがあった(TRACY S.KINSEL,PROCEEDINGS OF IEEE,VO
L.58,No.10,1970,pp.1666−1683)。
[発明が解決しようとする課題] しかし、直接及び間接いずれの変調を行うものも、変
調速度が高速になると、電子デバイスの回路の高速波特
性の限界および光デバイスの高周波特性の限界によって
生じる符号間干渉等により、光変調波形が著しく劣化す
る欠点がある。
また、光領域での時分割多重を行うものは、モードロ
ックされた光源を用いるため、波形のパルス幅の制御が
できず、必要以上に狭いパルス幅で伝送されることにな
る。しかし、狭いパルスは広いスペクトルを含むので、
伝送用の光ファイバ内で波長分散が生じ、長距離の伝送
によって著しい波形歪みが発生する欠点があった。
この発明は、そのような従来の欠点を解消し、デバイ
スの高速特性の著しい向上を必要とせずに、高速変調で
良好な変調波形を出力することができ、しかも、光ファ
イバによる長距離伝送で波形劣化が小さい光変調装置を
提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明の光変調装置
は、第1図に示されるように、単一縦モード発振する光
源1と、その光源1からの出力を、所要のデータレート
の2分の1の周波数のクロック信号によって変調して、
極性のあい反する一対のクロックパルスを出力する第1
の光変調手段2と、その第1の光変調手段2からの一対
の光出力を、互いの位相が180度相違し且上記クロック
信号に同期する一対のデータ信号によって変調して、第
1の光変調手段2から入力されるクロックパルスのうち
上記データ信号と一致するパルスだけを出力する第2及
び第3の光変調手段3,4と、上記第2の光変調手段3か
らの光出力と第3の光変調手段4からの光出力を合成す
る光結合手段5とを有することを特徴とする。
[作用] 光源1から出力された単一縦モード光は、第1の光変
調手段2で、所要データレートの2分の1の周波数のク
ロック信号によって変調され、極性のあい反する一対の
クロックパルスが出力される。このようなクロックによ
る変調では、パターン効果による波形劣化は生じない。
そして、その一対の出力が、第2及び第3の光変調手
段3,4で変調されて、データ信号と一致するパルスだけ
が、第2及び第3の光変調手段3,4から出力される。こ
の変調は所要データレートの2分の1のデータレートで
変調すればよい。そして、その2つの光パルス出力が、
光結合手段5によって合成される。
この、出力波形のジッタは、クロック信号のジッタで
決定されるので、ジッタをほとんど含んでいない。そし
て、本発明の構成は基本的には外部変調であり、用いる
光変調手段の非線形の応答特性によって、データ駆動波
形に含まれる振幅方向の符号間干渉も大幅に小さくする
ことができる。
また、スペクトルの広がりは、変調側帯波によるもの
だけとなって狭いので、光ファイバによって伝送する際
に、波長分散による波形劣化が小さい。
[実施例] 図面を参照して実施例を説明する。
第2図は本発明の一実施例の構成を示している。
1は、単一縦モード発振する、例えば分布帰還型半導
体レーザ光源であり、定電流電源6によってコイル7を
通して駆動される。
2は第1の光変調手段、3及び4は第2及び第3の光
変調手段である。この実施例においては、第2及び第3
の光変調手段3,4としてマッハツェンダ型の光変調器が
用いられている。また、第1の光変調手段2も基本的に
マッハツェンダ型の光変調器と同じ構造であり、出力部
が方向性結合器になっている点だけが異なる。
マッハツェンダ型の光変調器自体は公知なので、その
構成については簡単に説明をする。3つの光変調器2,3,
4は、1つの基板8に設けられている。光導波路9は、
電界によって屈折率が変化する電気光学効果を有する材
質で形成されており、各光変調器2,3,4内で、各々2つ
のブランチ9a,9bに分かれている。そしてその各ブラン
チ9a,9bには、特性インピーダンスが一定に形成された
ストリップライン10とアース電極11とによって逆極性の
電界がかかり、各々の屈折率が逆に変化して、各ブラン
チ9a,9b内を通過する光の位相がずれるようになってい
る。
その結果、第1の光変調器2においては、印加電圧に
応じて各ブランチ9a,9bから、位相がずれた光が得ら
れ、出力部の方向性結合器で各ブランチの光が干渉し、
互いの極性があい反する出力が得られる。また、第2及
び第3の光変調器3,4においては、各ブランチ9a,9bから
の通過光が各々の出力端で合成されて干渉が生じ、合成
光の強度が変化するので、印加電圧によって光変調を行
うことができる。
12は、電極間に接続された終端抵抗である。各光変調
器2,3,4のストリップライン10には、第1ないし第3の
駆動回路13,14,15が各々接続されている。これら駆動回
路13,14,15には、例えば電界効果トランジスタ(FET)
が用いられており、そのドレーンがストリップライン10
に接続され、その電流が、ゲートに加えられる電界で制
御されるものである。
本発明においては、第1の駆動回路13からは所要のデ
ータレートの2分の1の周波数のクロック信号が出力さ
れる。そして、第2及び第3の駆動回路14,15からは、
例えばノンリターンツーゼロ(NRZ)の一対のデータ信
号が、互いの位相を180度ずらして、かつ第1の駆動回
路13のクロック信号と同期をとって出力される。したが
って、第2及び第3の光変調器3,4においても、所要の
データレートの2分の1のデータレートで変調すればよ
く、デバイスの高速特性が大幅に緩和されている。
第2の光変調器3の出力端と第3の光変調器の出力端
は光結合器5に接続されている。光結合器5としては種
々のものを用いることができるが、例えば入力光の偏波
を直交させて結合する偏波結合器などを用いると、光量
ロスが非常に少ない。そして、光結合器5の出力端は光
ファイバ16に接続されている。
次に、上記実施例の動作を、第3図のタイムチャート
をも参照しつつ説明する。
光源1からの出力光aは均一の強度であり、第1の光
変調器2に入力する電気信号bは所要のデータレートの
2分の1の周波数のクロック信号である。クロックによ
る変調では、パターン効果による波形劣化がなく、また
ジッタもほとんど含まれない。そして、第1の光変調器
2によって、入力光aが変調されて、その2つの出力端
から、極性のあい反する一対のクロックパルスc,dが出
力され、第2及び第3の光変調器3,4に入力する。
第2及び第3の光変調器3,4に入力する電気信号e,f
は、データ信号であり、それらにはジッタ及び符号間干
渉が含まれている。第3図にはデータ信号e,fのアイパ
ターンe′,f′が示されている。
第1の光変調器2からの一方のクロックパルスcの出
力は、第2の光変調器3で変調されて、クロックパルス
cのうち、データ信号eと一致するパルスgだけが出力
される。また、第1の光変調器2からの他方のクロック
パルスdの出力は、第3の光変調器4で変調されて、ク
ロックパルスdのうちデータ信号fと一致するパルスh
だけが出力される。g′,h′は、それら出力パルスg,h
のアイパターンである。このパルスの波形は、もともと
クロック信号によって形成されたものなので、そのジッ
タはクロック信号のジッタで決定され、出力波形にはジ
ッタがほとんど含まれていない。
そして、第2の光変調器3からの出力g(光パルス)
と第3の光変調器4からの出力h(光パルス)とが光結
合器5で合成されて、伝送用光ファイバ16内に送られ
る。i′は光結合器5からの出力iのアイパターンを示
している。マッハツェンダ型の光変調器では過剰の波長
変動を生じないので、この出力波形に含まれるスペクト
ルは、変調側帯波によるものだけとなっている。
またデータ駆動波形に含まれる振幅方向の符号間干渉
は、本実施例で用いたマッハツェンダ型の光変調器3,4
の非線形の応答特性によって、大幅にカットされてい
る。第4図は、振幅方向の符号間干渉をカットするマッ
ハツェンダ型光変調器の入出力特性を示したものであ
る。
印加電圧をV、光出力がゼロになる印加電圧をVDとす
ると、出力Lは で表わされる。したがって、この非線形の特性によっ
て、第4図からも明らかなように、入力信号に含まれて
いる振幅方向の符号間干渉21が、出力側では大幅に減少
している。
尚、光変調器としては、必ずしもマッハツェンダ型光
変調器を用いる必要はなく、方向性結合型など他の型の
光変調器を用いてもよい。
[発明の効果] 本発明の光変調装置によれば、所要のデータレートの
2分の1のデータレートで変調すればよいので、電子デ
バイス及び光デバイスの高速特性を大幅に緩和すること
ができる。しかも出力パルスから、ジッタをほとんど無
くし、符号間干渉も大幅に減少させることが可能なの
で、良好な出力波形を得ることができる。さらに、スペ
クトルの広がりが変調側帯波によるものだけとなるの
で、光ファイバの波長分散の影響が小さく、長距離の伝
送を行っても波形劣化が小さくて、優れた伝送特性を有
する等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の原理を示すブロック図、 第2図は本発明の一実施例の構成図、 第3図は実施例の動作を示すタイムチャート図、 第4図は実施例の光変調器の入出力特性を示す線図であ
る。 図中、1……光源、 2……第1の光変調手段、 3……第2の光変調手段、 4……第3の光変調手段、 5……光結合手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−183406(JP,A) 特開 平2−107034(JP,A) 特公 昭45−25412(JP,B2) 特公 昭45−6765(JP,B2) IEEE JOURNAL OF Q UANTUM ELECTRONIC S,VOL.QE−22,NO.6,JU NE(1986)P.902−906 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04B 10/00 - 10/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気光学効果を有する基板上に光クロック
    作成用の第1光変調器と,送信データ変調用の第2,第3
    光変調器を設け、 該第1光変調器は第1光導波路と、該第1光導波路を分
    岐した第2,第3の光導波路と、周期的に変化する電気信
    号により該第2,第3光導波路の屈折率を変化させる第1
    屈折率変化手段と、該第2,第3光導波路の光を干渉させ
    る方向性結合器からなる第1干渉手段を有し、光源から
    の光を第2,第3光導波路の出力として互いの極性があい
    反する光を出力し、 該第2光変調器は該第2光導波路を分岐した第4,第5の
    光導波路と、送信データ信号により該第4,第5光導波路
    の屈折率を変化させる第2屈折率変化手段と、該第4,第
    5光導波路の光を干渉させる第2干渉手段とを有し、 該第3光変調器は該第3光導波路を分岐した第6,第7の
    光導波路と、送信データ信号により該第6,第7光導波路
    の屈折率を変化させる第3屈折率変化手段と、該第4,第
    5光導波路の蜜を干渉させる第3干渉手段とを有し、 該第2,第3光変調器の第2,第3干渉手段の出力を光結合
    する光結合器を設けたことを特徴とする光送信装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、該第1光変調器に加え
    る該電気信号は送信データレートの2分の1の周波数の
    クロック信号であり、該光源からの光を変調して該第2,
    第3光導波路に対し互いに極性が反転する光クロックパ
    ルスを出力し、 該第2,第3光変調器は該クロック信号に同期している該
    送信データ信号で該第1光変調器出力を変調するように
    構成したことを特徴とする光送信装置。
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