JP3433753B2 - 単一の変調ソースを用いた可変チャープ光変調器 - Google Patents

単一の変調ソースを用いた可変チャープ光変調器

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JP3433753B2 JP51942098A JP51942098A JP3433753B2 JP 3433753 B2 JP3433753 B2 JP 3433753B2 JP 51942098 A JP51942098 A JP 51942098A JP 51942098 A JP51942098 A JP 51942098A JP 3433753 B2 JP3433753 B2 JP 3433753B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、電気光学装置の分野に関するもので、より
詳細には、単一の変調ソースを用いた可変チャープ光変
調器に関する。
発明の背景 電気光学光変調器は、電気光学効果を利用した装置
（電気光学装置）の一種であり、光ファイバー伝送シス
テムの重要な構成要素である。電気光学光変調器は、無
線周波数（RF）帯における電磁信号（RF信号）を用いて
光ビームを変調する。RF信号は、光変調器の構造によっ
てあらかじめ定まった間隔に亘って、光波と相互に作用
（影響）し合い、電界は、その相互に作用し合う間隔に
応じて光波を変調させる。
マッハ−ツェンダー配置は、既知の光変調器設計の一
例である。マッハ−ツェンダー型光変調器は、光波を振
幅変調させるために干渉計技術を用いる。要するに、マ
ッハ−ツェンダー型光変調器は入ってくる光ビームを二
分し、これら二分されたビームは、別々の光導波路内を
個別の進路に沿って伝達される。光導波路の一方または
両方における光波を変調するために、無線周波数（RF）
信号が利用される。その後、二つの光波は結合されて単
一のビームとされ、光ファイバー伝送システムに送られ
る。
エルビウムでドープ処理されたファイバー増幅器の出
現により、信号の強度以外のシステム問題、主として分
散によって生み出されるシステム問題が浮上した。たい
ていの光通信リンクにおいて使用されている光ファイバ
ー伝送媒質は分散性媒質であり、よって異なる波長（ま
たは周波数）の光は、わずかに異なる速度で移動する。
この効果により、変調器からの光学パルスは、光ファイ
バーケーブルを通過するにつれて広がってしまい、この
ために、受信した光パルスから電気パルスを再構成する
際に、受信機において大きな困難が生じる。
分散によって課される制限に関する研究は広く行われ
てきた。伝送周波帯内における分散損失は、分散シフト
ファイバーによって最小限にすることができる。あるい
は、本文中で定義されるようなゼロ−チャープ変調器
が、一定の波長を維持するために提案されている。分散
均一化の技術は、伝送されるパルスに分散が与える効果
を補正するために開発されてきた。一般的に、送信機に
おけるパワーは、分散によって生じる減損を克服するよ
うに強化されなくてはならない。誤作動のない作動を維
持するために必要とされるこのパワーの強化は、通信リ
ンクの分散ペナルティーと称される。
変調された光信号を発生させるために光源の直流変調
器が用いられるとき、大きな無制御の波長変化即ちチャ
ープ（チャーピング）を伴ったパルスが生み出される。
チャープを伴ったパルスは、光ファイバーを通って伝達
された後に大きく歪む。光ファイバー伝送システムにお
いて発生する歪みの量は、現在のデータ速度においては
許容されうるものであるが、OC−192伝送基準の特色で
ある10ギガ／ビットのデータ速度においては、なんらか
の手法によりチャープを補正しない限り現在の変調器は
役に立たない。
もし光変調器が適切な大きさと符号を有する少量のチ
ャープしか生み出さなければ、すなわち、もし光の周波
数が光パルスの上行稜と下行稜の間で変化するならば、
パルス圧縮によって分散ペナルティーをかなり減らすこ
とが可能である。変調器が生み出すチャープ（変調器チ
ャープ）の最適な量は光ファイバーケーブルの長さによ
るので、一つの変調器がどんな長さの光ファイバーケー
ブルにも使用できるように、変調器チャープは可変であ
ることが望ましい。
従来の解決法、例えば米国特許第5,303,079号に開示
されている解決法は、一つの回路基盤上で独立に稼働す
る二つの電極に適用されるような、独立に制御される二
つの変調ソースを用いる、可調チャープを供給しようと
するものである。変調器チャープパラメータを前もって
選ばれたゼロ以外の値に調整するために、制御信号が各
導波路に伝えられる。その後、変調された光ビームは、
結合されて単一の出力光信号を形成し、光学伝送システ
ムへ送られる。
しかしながら、上記米国特許に開示される変調器の二
つの電極は、距離が近接しすぎているために、異なる振
幅を持つことが多い二つのマイクロ波の場の間で干渉効
果を引き起こす。さらに、変調ソースが二つ必要である
ということは、変調器の電子回路に必要なものが実質的
に二倍になるということであり、また、変調パルスが電
極を同時に通過することを保証するために、慎重に時間
的に同期させる必要があるということである。二つの変
調ソースの複雑さを持つことのない可変チャープ変調を
提供する、光ファイバー伝送システムに利用できる光変
調器があれば好都合である。本発明の装置は、この考え
に基づいて成されたものである。
発明の概要 本発明は、単一の変調ソースを用いた可変チャープ光
変調器を備えた、光通信用の電気光学光変調器を提供す
ることを目的とする。
また本発明は、変調器チャープを光学的に調整可能
な、上記タイプの電気光学光変調器を提供することを目
的とする。
また本発明は、高速光通信用システムの特色である非
常に高速のデータ速度で機能しうる、上記タイプの電気
光学光変調器を提供することを目的とする。
また本発明は、異なる光路へ光を分配することによっ
て変調器チャープを制御する、上記タイプの電気光学光
変調器を提供することを目的とする。
また本発明は、装置のバイアス点をシフトすることな
くチャープを補正できるような広域周波帯を持つ、単一
ソースの可変チャープ光変調器を有する、上記タイプの
電気光学光変調器を提供することを目的とする。
本発明によれば、電気光学光変調器は、入力した光信
号から、コマンド信号に応じた光パワーを持った第１光
信号および第２光信号を発生させる第１方向性結合器
と；上記第１光信号を受ける第１干渉計と；上記第２光
信号を受ける第２干渉計と；変調制御信号に応じて、上
記第１干渉計および上記第２干渉計の各変調導波路内で
伝播する光信号に単一の変調信号を与える変調手段と；
上記第１干渉計および上記第２干渉計の各々から変調さ
れた光信号を入力し、この入力した各光信号から、コマ
ンド信号に応じた光パワーを持った変調光信号を発生さ
せる第２方向性結合器と；を有し、 上記第１干渉計は、入力した第１光信号を、第１参照
光信号と第１変調光信号に分ける第１分波器と；上記第
１参照光信号を伝送する第１干渉計第１導波路と；上記
第１変調光信号を伝送する第１干渉計第２導波路と；上
記第１干渉計第１導波路から出力された上記第１参照光
信号と、上記第１干渉計第２導波路に出力された上記第
１変調光信号とを結合する第１合波器と；を有し、 上記第２干渉計は、入力した第２光信号を、第２参照
光信号と第２変調光信号に分ける第２分波器と；上記第
２参照光信号を伝送する第２干渉計第１導波路と；上記
第２変調光信号を伝送する第２干渉計第２導波路と；上
記第２干渉計第１導波路から出力された上記第２参照光
信号と、上記第２干渉計第２導波路に出力された上記第
２変調光信号とを結合する第２合波器と；を有している
ことを特徴としている。
本発明の別の態様によれば、光ビームを変調するため
の電気光学回路において、この電気光学回路は、光ビー
ムを発生させる光源と；前記光ビームを伝送する光ファ
イバー伝送手段と；電気光学装置と；制御装置と；を有
し、 上記電気光学装置は、入力した光信号から、コマンド
信号に応じた光パワーを持った第１光信号および第２光
信号を発生させる第１方向性結合器と；上記第１光信号
を受ける第１干渉計と；上記第２光信号を受ける第２干
渉計と；変調制御信号に応じて、上記第１干渉計および
上記第２干渉計の各変調導波路内で伝播する光信号に単
一の変調信号を与える変調手段と；上記第１干渉計およ
び上記第２干渉計の各々から変調された光信号を入力
し、この入力した各光信号から、コマンド信号に応じた
光パワーを持った変調光信号を発生させる第２方向性結
合器と；を有し、 上記第１干渉計は、入力した第１光信号を、第１参照
光信号と第１変調光信号に分ける第１分波器と；上記第
１参照光信号を伝送する第１干渉計第１導波路と；上記
第１変調光信号を伝送する第１干渉計第２導波路と；上
記第１干渉計第１導波路から出力された上記第１参照光
信号と、上記第１干渉計第２導波路に出力された上記第
１変調光信号とを結合する第１合波器と；を有し、 上記第２干渉計は、入力した第２光信号を、第２参照
光信号と第２変調光信号に分ける第２分波器と；上記第
２参照光信号を伝送する第２干渉計第１導波路と；上記
第２変調光信号を伝送する第２干渉計第２導波路と；上
記第２干渉計第１導波路から出力された上記第２参照光
信号と、上記第２干渉計第２導波路に出力された上記第
２変調光信号とを結合する第２合波器と；を有し 上記制御装置は、入力した変調データ信号に応じて上
記変調手段に上記変調制御信号を供給し、且つ、上記第
１方向性結合器および上記第２方向性結合器によって生
成されるパワー分割率を選定するために、上記第１方向
性結合器および上記第２方向性結合器に上記コマンド信
号をそれぞれ供給することを特徴としている。
図面の簡単な説明 図１は、本発明を適用した可変チャープ光変調器を有
する電気光学光変調器を示す簡略化された概略図であ
る。
図２は、図１に示す可変チャープ光変調器を拡大して
示す概略図である。
図３は、図１に示す光変調器の複数ある光導波路の相
対位置を示す断面図である。
図４は、チャープがゼロの場合における図２の光変調
器からの光出力の強度を示すグラフである。
図５は、チャープがゼロの場合における図２の光変調
器からの光出力の位相を示すグラフである。
図６は、小さなチャープがある場合における図２の光
変調器からの光出力の強度を示すグラフである。
図７は、小さなチャープがある場合における図２の光
変調器からの光出力の位相を示すグラフである。
図８は、第１の中程度のチャープがある場合における
図２の光変調器からの光出力の強度を示すグラフであ
る。
図９は、第１の中程度のチャープがある場合における
図２の光変調器からの光出力の位相を示すグラフであ
る。
図10は、第２の中程度のチャープがある場合における
図２の光変調器からの光出力の強度を示すグラフであ
る。
図11は、第２の中程度のチャープがある場合における
図２の光変調器からの光出力の位相を示すグラフであ
る。
図12は、大きなチャープがある場合における図２の光
変調器からの光出力の強度を示すグラフである。
図13は、大きなチャープがある場合における図２の光
変調器からの光出力の位相を示すグラフである。
図14は、第３の中程度のチャープがある場合における
図２の光変調器からの光出力の強度を示すグラフであ
る。
図15は、第３の中程度のチャープがある場合における
図２の光変調器からの光出力の位相を示すグラフであ
る。
図16は、本発明をカスケード型光変調器に適用した別
の実施例を示す簡略化された概略図である。
図17は、本発明を適用した、チャープ補正可能な拡張
周波帯によって特徴づけられる光変調器の別の実施例を
示す簡略化された概略図である。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明は、装置内を通過する光ビームを変調するため
に単一の変調信号を利用する、可変チャープ光変調器を
提供するものである。単一の変調電圧が、実質的に等し
い振幅で、本実施例における一つまたはそれ以上の電極
に印加される。単一の変調信号を用いることにより、一
つの変調器に二つの独立した変調電圧を有することによ
る諸問題（例えば、光ビームの伝達に対して、異なる振
幅のマイクロ波の場から生じる干渉効果）が排除され
る。さらに、従来装置に見られるような、等しくない振
幅を有する二つの時間的に同期された変調信号の代わり
に、一つの変調電圧のみを印加させる必要があるだけな
ので、駆動用電子回路の複雑さが大きく緩和される。
従来技術とは対照的に、本発明の可変チャープ光変調
器用のチャープパラメータは、チャープ制御信号として
適用される一つまたはそれ以上の直流電圧によって調整
される。チャープ制御信号は、変調器の干渉計の異なる
導波路に伝達される光の大きさを選択する。変調器用の
チャープパラメータは、本実施例における二つのマッハ
−ツェンダー型干渉計用の個々のチャープパラメータに
よって決定される範囲内で調整可能である。当業者は、
通常はより小さな大きさで且つ／または反対の符号の変
調であるが、変調導波路（光位相変調器として動作する
側の分枝導波路）と比較すると、参照導波路（他方の側
の分岐導波路）があるレベルの変調を受けとりうること
に気付くであろう。
図１は、本発明を適用した電気光学装置としての光変
調器（可変チャープ光変調器）12を有する光ファイバー
伝送システム10を示す概略図であり、図２は、図１に示
す光変調器12の内部構造を示す概略図である。光源14
は、光ファイバーケーブル16を介して光変調器12の入力
に接続されており、該光ファイバーケーブル16を介して
光変調器12に光ビームを入力する。光変調器12に入力さ
れた光ビームは、入力側方向性結合器18によって二つの
光信号に分けられ、内部の分岐路に二つの副干渉計22と
24を有する主干渉計20に伝達される。これら各干渉計
は、この技術において既知のタイプのものであるが、マ
ッハ−ツェンダー型のものが好適である。
無線周波数（RF）変調信号は、変調データソース28か
らの変調コマンド信号に応じて、制御装置26に接続され
た単一の信号発生器によって供給される。光変調器12か
らのRFパワーは、変調電極30によって光変調器12内で処
理される。出力側方向性結合器32は、互いに相対的に移
相された二つの光信号を結合し、単一の、振幅変調され
た光信号を出力する。入力側方向性結合器18および出力
側方向性結合器32は、それぞれライン33を介して受け取
った対応するコマンド信号に応じて光を分岐および結合
させる。光ファイバーケーブル34は、光変調器12の光出
力に接続されており、変調された光信号を、光ファイバ
伝送システム36内の所定の装置へ伝送する。
光波は、光変調器12内に形成された光導波路を通過す
る。この通過中に、RF信号の電界が光波を変調させる。
RF波が光波と相互作用する、あるいは光波を変調させる
際の距離（間隔）は、相互作用距離と呼ばれ、主として
変調器の設計によって決定される。
光変調器12は、厚さ約1000マイクロメーターの回路基
盤38を含む。回路基盤38の長さと幅は、光変調器12の設
計に依存するが、光導波路およびRF電極を支持するのに
十分な大きさであるべきである。この回路基盤38によっ
て生み出される電気光学効果は、適用される電界の大き
さと比較すると、回路基盤の素材の屈折率変化と関連が
ある。この効果は、本実施例にふさわしい回路基盤には
小さくて線形のものである。回路基盤の素材には、相対
的に高い電気光学係数を持ったものを選ぶことが望まし
い。それゆえ本実施例では、回路基盤の素材にLiNbO
3（リチウムニオブ酸塩）が用いられている。しかし、G
aAs（ガリウム砒化物）のような他の光学素材を用いて
もよい。
LiNbO3の電気光学効果は、回路基盤の結晶構造の方位
（光波はこの方位に沿って伝達される）に対する電界の
方向に依存する。実用的なものとして二つの選択肢があ
る。一つ目は、光軸が回路基盤平面に平行で、光波の伝
達方向に直角である結晶方位であり、これはＸカットと
呼ばれる。二つ目は、光軸が回路基盤に垂直である場合
であり、これはＺカットと呼ばれる。本実施例では、Ｚ
カットされたLiNbO3を用いる。いずれにせよ、最大の電
気光学相互作用のための適用される電界は、光軸の方向
に沿って存在する。
本文中ですでに述べられたように、本実施例の光変調
器12は、主マッハ−ツェンダー型干渉計20の各導波路40
と42における光導波路によって形成される、第１副マッ
ハ−ツェンダー型干渉計22および第２副マッハ−ツェン
ダー型干渉計24を含む。第１副干渉計22は２つの光導波
路44、46を有し、第２副干渉計24は２つの光導波路48、
50を有する。光導波路44、50はそれぞれ参照導波路であ
り、光導波路46、48はそれぞれ変調導波路である。すべ
ての光導波路は、回路基盤38上に形成されているが、リ
ッジ型光導波路を用いた別の実施例によって置き換える
こともできる。
光導波路は、チタンを回路基盤に拡散させることによ
って作られるのが望ましい。従来の実践に従って、チタ
ンは、結晶の表面上に、ストリップとして置かれる。そ
の後、回路基盤の温度が高められることによって、チタ
ンは回路基盤に拡散し、光導波路として機能するチャネ
ルが形成される。光導波路は、幅約７ミクロン、深さ約
３ミクロンである。
たいていの光通信リンクにおいて用いられている光フ
ァイバー伝送媒質は分散的であり、よって異なる波長
（または周波数）の光は、わずかに異なる速度で移動す
る。この効果により、光変調器からの光パルスは、光フ
ァイバーケーブルを通過するにつれて広がってしまい、
このため、受けとった光パルスから電気パルスを再構成
する際に、受信機においてより大きな困難が生じる。一
般的に、送信機におけるパワーは、分散によって生じる
減損を克服するように、増強されなくてはならない。誤
りのない作動を維持するために必要とされるこのパワー
の増強は、通信リンクの分散ペナルティーと称される。
もし光変調器が適切な大きさと符号を有する少量のチ
ャープしか生み出さなければ、すなわち、もし光の周波
数が光パルスの上行稜と下行稜の間で変化するならば、
パルス圧縮によって分散ペナルティーをかなり減らすこ
とが可能である。変調器が生み出すチャープ（変調器チ
ャープ）の最適な量は光ファイバーケーブルの長さによ
るので、一つの変調器がどんな長さの光ファイバーケー
ブルにも使用できるように、変調器チャープは可変であ
ることが望ましい。
本発明による可変チャープ光変調器は、副干渉計の光
導波路によって具体化されるような、いくつかの光路を
含む。これらの光導波路は、単一の変調ソースによって
駆動される一つまたは２つ以上の変調電極に近接させて
形成される。異なる光路における光の光学的振幅または
位相を変化させることにより、変調器のチャープは変化
させられる。このことは、ライン51を通じて光変調器12
に供給される、方向性結合器コマンド信号によってなさ
れるのが望ましい。当業者は、通常はより小さな大きさ
で且つ／または反対の符号の変調であるが、変調導波路
（光位相変調器として動作する側の分枝導波路）と比較
すると、参照導波路（他方の側の分枝導波路）があるレ
ベルの変調を受けとりうることに気付くであろう。
本実施例の電極付近における四つの光路は、変調信号
を伝達し、可調チャープを提供する。他の実施例におい
ては、光路の数は四つ以外でもよい。しかしながら、本
実施例は、変調電圧とほぼ線形的であるような、ネット
の光位相変換を生み出す。この特徴により、可変チャー
プ光変調器は、チャープが固定であるマッハ−ツェンダ
ー型光変調器と同じように機能する。
第１及び第２副干渉計22、24の四つの光導波路は、す
べてシングルモード光導波路として形成されることが望
ましい。同じタスクを行なうために、シングルまたはマ
ルチモード光導波路の組合せか、さらには別々の光学系
を用いることも可能である。しかし、製作の観点からす
ると図１に示す実施例が望ましい。
各副干渉計22、24は、Ｙ接合部52、54、56、58を用い
て、主干渉計20に関連して本文中で上述したように、受
けとった光ビームを分割、結合する。他のパワー分割／
結合要素は、同等のものに置き変えることは可能であ
る。各入力側Ｙ接合部52、56のパワー分割率F2および各
出力側Ｙ接合部54、58のパワー分割率F3はそれぞれ約50
％である。
光変調器を流れる全光パワーは、電気光学的に制御さ
れる二つの入力側および出力側方向性結合器18、32それ
ぞれのパワー分割率F1およびF4を調整することにより、
副干渉計22、24の間で分割される。なお、図２に示す実
施例にある、従来より使用されてきた２×２方向性結合
器の代わりに、１×２結合器のような他のタイプの可調
パワー分割／結合要素を使用するとも可能である。
本実施例においては、第２副干渉計24の後にバイアス
電極60が設置されている。バイアス電極60は、各方向性
結合器18、32による移相を補正し、また、第１および第
２副干渉計22、24の各導波路間の光路長の不均衡を補正
する。バイアス電極60を設置するのは、方向性結合器を
通って結合される際に起きるπ/2移相を打ち消すため
に、主干渉計20の図２中の下側のアームを通過する光
が、同図の上側のアームに対してπ移相分だけ余分に受
けるようにするためである。
変調信号電圧は、コプレーナ型導波路（CPW）構造67
を形成するために、その一方の側と他方の側の各々（図
３での左右各側）に接地電極62、64を有する変調電極30
に印加される。CPW構造によって生み出される電界は、
副干渉計の光導波路にオーバーラップし、電圧に比例し
た移相を生み出す。光導波路の相対位置および電極の位
置は、いくつかの移相が各光導波路において異なるよう
に選択される。変調電極30、接地電極62および接地電極
64に対する光導波路44、46、48、50の位置は、図３に示
す断面図から分かる。
図２中のV1、V2、V3、V4は、副干渉計アーム内の各光
導波路における移相値を表わし、変調電極での駆動電圧
に関連して単位πで表わされる。導波路の位置は、「オ
フ」から「オン」状態への電圧変化（Ｖπ）が各副干渉
計で同一になり、さらに各副干渉計の出力側における光
のチャープパラメータが異なるものになるように選択さ
れる。
チャープパラメータαは、次式によって定義される。
α＝（ｄφ/dt）／（dI/dt）/2I 但し、Ｉは変調器によって出力される光の瞬間の強度
であり、φは変調器によって出力される光の瞬間の位相
である。このパラメータは、通常、小さい信号の場合に
定義される。たとえば、もしV1＝−0.05,V2＝0.95,V3＝
0.5,V4＝−0.5ならば、Ｖπは同じであり、他方、第１
および第２副干渉計22、24のチャープパラメータ（α１
及びα２）は、それぞれ−0.9と0.0である。
変調器全体のチャープパラメータαは、パワー分割率
F1およびF4を調整することにより、−0.9から0.0まで調
整可能である。パワー分割率F1は、入力側方向性結合器
18によって選択され、パワー分割率F4は、出力側方向性
結合器32によって選択される。副干渉計に対するバイア
ス点をπだけシフトすることにより、αを0.0から0.9ま
で調整することができる。バイアス点におけるそのよう
なシフトは、“強度”対“加えた変調信号”の伝達関数
上のバイアス点が、等しい大きさの強度を持つが反対の
傾きを有する曲線部分上のバイアス点へと変化すること
に相当する。
たとえば図４において、点71と点73はπだけシフトさ
れている。ここで当業者は、図４におけるバイアス点71
と73は、チャープパラメータ測定のために用いられてい
ることに気付くであろう。チャープパラメータ測定は、
通常、小さな振幅の変調信号を用いてなされる。大きな
振幅のデジタル変調信号が変調器に加えられるとき、変
調器は他の点においてもバイアスされうる。なお、チャ
ープの符号を変えるために、バイアス点をシフトする
際、デジタル信号は反転される必要がある。たとえば、
もし、正のチャープのために、デジタルパルスの上行稜
の間に、変調電圧において正の変化が必要とされるなら
ば、変調器が負のチャープのためにバイアスされる際、
負の電圧変化が必要になる。
副干渉計は、それらのバイアス点が合致するように製
作される必要がある。すなわち、副干渉計は、同一の変
調電圧において、完全にオンであるか、完全にオフであ
るかのいずれかである。作動中チャープパラメータは、
“強度”対“加えた変調信号”の伝達関数の傾きが符号
を変えないように、あるレンジを持つように選択され
る。たとえば、図６において見られるように、バイアス
点77は、伝達関数ピーク81の、選択された曲線部分79に
とどめられる。
本実施例においては、只一つの電極が変調信号を搬送
する。しかし、二つ以上の電極を変調信号を伝達するた
めに用いることも、それら電極がすべて同一の変調信号
を用いて駆動されるのであれば可能である。RF干渉効果
によって変調器の性能が減損しないようにするために、
変調電圧を伝達する電極では、等しい信号振幅が維持さ
れる。
図４から図13は、パワー分割率F1とF4の異なる値に関
して、光変調器12から出力された光の算定された強度と
位相を示している。強度と位相は、変調信号と関連させ
て示されている。もしF1＝F4＝０で、かつ、入力ビーム
が入力側方向性結合器18のポート70を介して光変調器12
に入力されるのであれば、光変調器12内の光はすべて第
２副干渉計24を通過する。この理由は、第２副干渉計24
のアームは、等しいが反対の位相変調を持つからであ
り、ゆえにα＝０となる。
これとは正反対に、もしF1＝F4＝1.0であれば、光変
調器12内の光はすべて第１副干渉計22を通過する。この
理由は、第１副干渉計22のアームは、等しくない位相変
調を持ち、変調器チャープパラメータ値α＝−0.9を生
み出すからである。その他のパワー分割率では、チャー
プパラメータは0.0から−0.9の間で調整される。なお、
吸光による過度の光の損失や減損は、本発明によっては
一切もたらされない。また、出力ビームの位相は、すべ
てのパワー分割率で、印加される電圧と線形的である。
図４及び図５に示す曲線72および曲線74は、チャープ
がゼロ、パワー分割率がゼロ（F1＝F4＝０）、さらにde
lk＝π/2のときにαがゼロ（α＝０）の場合における、
“強度（P1KK）”対“加えた変調信号（delk）”の伝達
関数、および位相（Phaselk）”対“加えた変調信号（d
elk）”の伝達関数にそれぞれ相当する。
図６及び図７に示す曲線76および曲線78は、微小なチ
ャープが存在し、パワー分割率が0.25（F1＝F4＝0.25）
の場合における、“強度（P1KK）”対“加えた変調信号
（delk）”の伝達関数、および位相（Phaselk）”対
“加えた変調信号（delk）”の伝達関数にそれぞれ相当
する。変調器チャープパラメータαの値は、delk＝π/2
のときに−0.2である。
中程度のチャープがある場合には、パワー分割率は、
F1＝F4＝0.5に設定される。この場合の伝達関数は、図
８および図９に曲線80および曲線82によって示される。
曲線80は“強度（P1KK）”対“加えた変調信号（de
lk）”の伝達関数に相当し、曲線82は位相（Phase
lk）”対“加えた変調信号（delk）”の伝達関数に相当
する。変調器チャープパラメータαの値は、delk＝π/2
のときに−0.4である。
図12および図13は、大きいチャープがある場合の光変
調器の応答を示しており、パワー分割率はF1＝F4＝1.0
に、変調器チャープパラメータαの値はdelk＝π/2のと
きに−0.9に設定される。曲線は88は“強度（P1KK）”
対“加えた変調信号（delk）”の伝達関数に相当し、曲
線90は位相（Phaselk）”対“加えた変調信号（de
lk）”の伝達関数に相当する。
本実施例の変調器においては、変調器全体に対するチ
ャープパラメータαは、V1からV4までの値に対して極度
に敏感であるわけではない。図14および図15においてそ
れぞれ示されている曲線92および曲線94は、中程度のチ
ャープがある場合における別の例を示しており、この場
合、パワー分割率は0.5に設定され、変調器チャープパ
ラメータαは、delk＝π/2のときに−0.5である。曲線9
2は“強度（P1KK）”対“加えた変調信号（delk）”の
伝達関数に相当し、曲線94位相（Phaselk）”対“加え
た変調信号（delk）”の伝達関数に相当する。
図14および図15に示されている例においては、V3は従
前の値である0.5から0.6に変更され、V4は−0.5から−
0.4に変化している。チャープパラメータαは、従前の
値である−0.4から−0.5に変化する。これらのV3とV4の
値によって、チャープパラメータαの範囲は、図４から
図13までに示された諸例の範囲である0.0から−0.9の代
わりに、−0.2から−0.9までという、より小さな範囲で
調整可能である。
図16は、カスケード型の干渉計構造に特徴を有する、
本発明の別の実施例を示す概略図である。カスケード型
変調器96は、図２の実施例と似ているが、主干渉計を用
いることなくして、光信号の変調をチャープ補正から分
離する。
入力された光ビーム97は、第１干渉計98に伝えられ、
Ｙ接合部100によって二つの等しい信号に分割される。
外部信号発生器からのRF変調信号は、中央変調電極102
に送られる。外部接地電極104と106は、光導波路108と1
10に近傍にそれぞれ設けられる。変調信号からのエネル
ギーは、これら両方の光導波路を用いて伝達される。第
2Y接合部112は、変調された信号を、第１方向性結合器1
14に伝達する前に再結合させる。
第１方向性結合器114は、選定された大きさの光パワ
ーを、第２干渉計120の導波路116と118に伝える。第１
および第２干渉計98、120は、この技術分野において既
知のものであるが、マッハ−ツェンダー型のものが好ま
しい。導波路116と118を含む光導波路は、変調電極102
が受けとるのと同一の変調信号を受けとる変調電極122
の回りを取り囲む。また第１干渉計98と同様に、第２干
渉計120は、外部接地電極104と106の間に配置されてい
る。
出力側（第２）方向性結合器124は、互いに相対的に
移相される２つの光信号を結合して、単一の、振幅変調
された光信号へ変換した後に光ファイバーケーブル126
に出力する。変調器チャープパラメータαは、先の実施
例の場合と同様に、入力側および出力側方向性結合器の
間のパワー分割率を変化させることにより選定される。
装置のバイアス点をシフトさせることなくチャープを
補正できるような周波数帯を拡張するために、三つの
（またはそれより多い）干渉計を、本発明によって提供
される単一ソースの可変チャープ光変調器に組み込むこ
とができる。図17は、本発明によるさらに別の実施例、
即ち光変調器（可変チャープ光変調器）128の概略図を
示している。
光変調器128は、破線で描かれた大きい方のボックス
で回りを取り囲まれているサブアセンブリ130を有して
いる。このサブアセンブリ130は、本文中で上述された
ような単一ソースを用いた可変チャープ光変調器と実質
的に同等である。サブアセンブリ130は、入力側および
出力側方向性結合器146、148および二つの干渉計142、1
44を有している。干渉計142は参照導波路162と変調導波
路164を有し、干渉計144は変調導波路166と参照導波路1
68を有している。
光変調器128はさらに、破線で描かれた小さい方のボ
ックスで回りを取り囲まれた補助干渉計132を有してい
る。補助干渉計132もまた、本文中で上述されたような
タイプのものである。また補助干渉計132は、参照導波
路としての光導波路170と、変調導波路としての光導波
路172を有している。入力側方向性結合器134に入力され
た光は、所要のパワー分割率F1bに応じて分割されて、
サブアセンブリ130と補助干渉計132の両方に伝送され
る。
出力側方向性結合器136は、サブアセンブリ130と補助
干渉計132から光を受けとり、パワー分割率F4bに応じて
その光を結合する。光変調器128はさらに、バイアス電
極138と140を有し、これらは上述したバイアス電極60の
ように、各結合器による移相と、干渉計の導波路間のパ
ス長の不均衡を補正するために、バイアス制御信号を受
けとる。
図２の実施例の場合と同様に、値V1からV6は、干渉計
アーム内の各光導波路におけるそれぞれの移相値を表わ
し、変調電極での駆動電圧に関連して単位ｐで表わされ
る。導波路の位置は、「オフ」から「オン」状態への電
圧変化（Ｖπ）が各副干渉計で同一になり、さらに各副
干渉計の出力側における光のチャープパラメータが異な
るものになるように選択される。
もしパワー分割率F1bとF4bが1.0に設定されるなら
ば、光パワーの全てはサブアセンブリ130を通過し、本
装置の動作は、図２の実施例に関して述べたものと同様
になる。たとえば、もしV1＝−0.05,V2＝0.95,V3＝0.5,
V4＝−0.5ならば、チャープパラメータαは、パワー分
割率F1aとF4aを1.0から0.0までで選定することにより、
−0.9から0.0までのいずれかの値に調整することができ
る。
光パワーのいくつかまたはすべてを補助干渉計132へ
転じることによって、バイアス点を変えたり変調信号を
インバートしたりすることなくして、反対の符号を持っ
たチャープパラメータαの値を選択することができる。
たとえば、もしV5＝0.05,V6＝−0.95ならば、パワー分
割率F1bとF4bを1.0から0.0の間で選択することにより、
チャープパラメータαの値を0.0から0.9の間で選択する
ことができる。パワー分割率F1bとF4bが1.0よりも小さ
いときは、パワー分割率F1aとF4aは0.0に設定される。
すなわち、“光位相”対“変調器信号”の伝達関数の線
形性を維持するために、サブアセンブリ130は、光パワ
ーが補助干渉計132に転じられたとき、チャープパラメ
ータαの値が0.0なるように設定される。
ソース150からの変調信号Vmodは、図２の実施例にあ
るような一つの電極ではなく、二つの電極152、154に印
加される。しかしながら、干渉効果を妨ぐために、これ
らの電極での電圧は振幅が等しい。図17中の符号156、1
58および160はそれぞれ接地電極である。
本発明は、以上の各実施例に関して示されまた述べら
れてきたが、本発明は、これら実施例に限定されるもの
ではない。
以上のように、本発明を適用した電気光学光変調器に
よれば、一つの変調器に二つの独立した変調電圧を有す
ることによる諸問題が排除され、さらに、一つの変調電
圧のみを印加せさる必要があるだけなので、駆動用電子
回路の複雑さが大きく緩和される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック リン アメリカ合衆国 コネチカット州 06107 ウエスト ハートフォードセッ ジビック ロード 207 (56)参考文献 特開 平５−264935（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−260722（ＪＰ，Ａ) 米国特許5168534（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/125

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力した光信号から、コマンド信号に応じ
    た光パワーを持った第１光信号および第２光信号を発生
    させる第１方向性結合器（18）と； 上記第１光信号を受ける第１干渉計（22）と； 上記第２光信号を受ける第２干渉計（24）と； 変調制御信号に応じて、上記第１干渉計および上記第２
    干渉計の各変調導波路内で伝播する光信号に単一の変調
    信号を与える変調手段（12）と； 上記第１干渉計および上記第２干渉計の各々から変調さ
    れた光信号を入力し、この入力した各光信号から、コマ
    ンド信号に応じた光パワーを持った変調光信号を発生さ
    せる第２方向性結合器（32）と；を有し、 上記第１干渉計（22）は、 入力した第１光信号を、第１参照光信号と第１変調光信
    号に分ける第１分波器（52）と； 上記第１参照光信号を伝送する第１干渉計第１導波路
    （44）と； 上記第１変調光信号を伝送する第１干渉計第２導波路
    （46）と； 上記第１干渉計第１導波路から出力された上記第１参照
    光信号と、上記第１干渉計第２導波路に出力された上記
    第１変調光信号とを結合する第１合波器（54）と；を有
    し、 上記第２干渉計（24）は、 入力した第２光信号を、第２参照光信号と第２変調光信
    号に分ける第２分波器（56）と； 上記第２参照光信号を伝送する第２干渉計第１導波路
    （50）と； 上記第２変調光信号を伝送する第２干渉計第２導波路
    （48）と； 上記第２干渉計第１導波路から出力された上記第２参照
    光信号と、上記第２干渉計第２導波路に出力された上記
    第２変調光信号とを結合する第２合波器（58）と；を有
    していることを特徴とする電気光学光変調器。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の電気光学光変調器におい
    て、変調手段（12）は、 上記第１干渉計第２導波路（46）および上記第２干渉計
    第２導波路（48）の夫々と相互作用する中央電極（30）
    と； 第１干渉計第１導波路（44）と相互作用する第１接地電
    極（62）と；第２干渉計第１導波路（50）と相互作用す
    る第２接地電極（64）と；を有している電気光学光変調
    器。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の電気光学光変調器におい
    て、さらに、第１干渉計および第２干渉計の間の光路長
    の差を補正するための移相を与えるバイアス電極（60）
    を有している電気光学光変調器。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の電気光学光変調器におい
    て、第１分波器（52）、第１合波器（54）、第２分波器
    （56）および第２合波器（58）の各々は、パワー分割率
    が約50％のＹ接合部からなっている電気光学光変調器。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の電気光学光変調器におい
    て、さらに、第１干渉計および第２干渉計が実装された
    回路基盤（38）を有している電気光学光変調器。
  6. 【請求項６】請求項２に記載の電気光学光変調器におい
    て、上記第１干渉計第２導波路（46）、上記第２干渉計
    第２導波路（48）、上記第１干渉計第１導波路（44）及
    び上記第２干渉計第１導波路（50）が同一平面上に配置
    された電気光学光変調器。
  7. 【請求項７】請求項５に記載の電気光学光変調器におい
    て、回路基盤（38）の素材はLiNbO3である電気光学光変
    調器。
  8. 【請求項８】請求項１に記載の電気光学光変調器におい
    て、さらに、第１干渉計と第２干渉計に第１光信号と第
    ２光信号をそれぞれ入力させるための主干渉計（20）を
    有している電気光学光変調器。
  9. 【請求項９】所定輝度の光学信号を受ける第１干渉計
    と； 変調された第１干渉計出力信号を受け、該信号から、コ
    マンド信号に応じて選択されたパワーを持つ、第１及び
    第２光信号を発生させる第１方向性結合器と； 上記第１方向性結合器からの光信号を受ける第２干渉計
    と； 上記第１及び第２干渉計の各干渉計導波路内で伝播する
    光信号に、変調制御信号に応じて、単一の変調信号を与
    える変調手段と； 変調された光信号を第２干渉計から受け、該光信号か
    ら、コマンド信号に応じて選択されたパワーを持つ、合
    成変調光信号を発生させる第２方向性結合器と；を有
    し、 上記第１干渉計は、 第１干渉計参照光信号と第１変調光信号を発生させる第
    １分波器と； 上記第１干渉計参照光信号及び上記第１変調光信号をそ
    れぞれ伝送する第１及び第２干渉計導波路と； 上記第１干渉計参照光信号と第１変調光信号とを結合す
    る第１合波器と；を備え、 上記第２干渉計は、 第２干渉計参照光信号と第２変調光信号を発生させる第
    ２分波器と； 上記第２干渉計参照光信号及び上記第２変調光信号をそ
    れぞれ伝送する第３及び第４干渉計導波路と； 上記第２干渉計参照光信号と第２変調光信号とを結合す
    る第２合波器と；を備え、 上記第１干渉計、上記第１方向性結合器、上記第２干渉
    計、上記第２方向性結合器は、この順序で光信号の伝送
    方向に沿って配置され、 上記変調手段が発生する上記単一の変調信号は、上記第
    １及び第２の各干渉計導波路に関して非対称位相変調と
    なることを特徴とする電気光学光変調器。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載の電気光学光変調器にお
    いて、第２方向性結合器は、第１干渉計および第２干渉
    計により変調された上記各光信号を第２干渉計から受け
    取る電気光学光変調器。
  11. 【請求項１１】請求項１に記載の電気光学光変調器にお
    いて、第１干渉計第１導波路、第１干渉計第２導波路、
    第２干渉計第１導波路および第２干渉計第２導波路の各
    々はシングルモード導波路である電気光学光変調器。
  12. 【請求項１２】光ビームを変調するための電気光学回路
    において、この電気光学回路は、 光ビームを発生させる光源（14）と； 前記光ビームを伝送する光ファイバー伝送手段（16、3
    4）と； 電気光学装置と； 制御装置（26）と； を有し、 上記電気光学装置は、 入力した光信号から、コマンド信号に応じた光パワーを
    持った第１光信号および第２光信号を発生させる第１方
    向性結合器（18）と； 上記第１光信号を受ける第１干渉計（22）と； 上記第２光信号を受ける第２干渉計（24）と； 変調制御信号に応じて、上記第１干渉計および上記第２
    干渉計の各変調導波路内で伝播する光信号に単一の変調
    信号を与える変調手段（12）と； 上記第１干渉計および上記第２干渉計の各々から変調さ
    れた光信号を入力し、この入力した各光信号から、コマ
    ンド信号に応じた光パワーを持った変調光信号を発生さ
    せる第２方向性結合器（32）と；を有し、 上記第１干渉計（22）は、 入力した第１光信号を、第１参照光信号と第１変調光信
    号に分ける第１分波器（52）と； 上記第１参照光信号を伝送する第１干渉計第１導波路
    （44）と； 上記第１変調光信号を伝送する第１干渉計第２導波路
    （46）と； 上記第１干渉計第１導波路から出力された上記第１参照
    光信号と、上記第１干渉計第２導波路に出力された上記
    第１変調器光信号とを結合する第１合波器（54）と；を
    有し、 上記第２干渉計（24）は、 入力した第２光信号を、第２参照光信号と第２変調光信
    号に分ける第２分波器（56）と； 上記第２参照光信号を伝送する第２干渉計第１導波路
    （50）と； 上記第２変調光信号を伝送する第２干渉計第２導波路
    （48）と； 上記第２干渉計第１導波路から出力された上記第２参照
    光信号と、上記第２干渉計第２導波路に出力された上記
    第２変調光信号とを結合する第２合波器（58）と；を有
    し、 上記制御装置（26）は、入力した変調データ信号に応じ
    て上記変調手段（12）に上記変調制御信号を供給し、且
    つ、上記第１方向性結合器（18）および上記第２方向性
    結合器（32）によって生成されるパワー分割率を選定す
    るために、上記第１方向性結合器（18）および上記第２
    方向性結合器（32）に上記コマンド信号をそれぞれ供給
    することを特徴とする電気光学回路。
  13. 【請求項１３】光ビームを変調するための電気光学回路
    において、この電気回路は、 光ビームを発生させる光源と； 前記光ビームを伝送する光ファイバー伝送手段と； 電気光学装置と； を有し、 上記電気光学装置は、 所定輝度の光信号を受ける第１干渉計と； 変調された第１干渉計出力信号を受け、該信号から、コ
    マンド信号に応じて選択されたパワーを持つ、第１及び
    第２光信号を発生させる第１方向性結合器と； 上記第１方向性結合器からの光信号を受ける第２干渉計
    と； 上記第１及び第２干渉計の各干渉計導波路内で伝播する
    光信号に、変調制御信号に応じて、単一の変調信号を与
    える変調手段と； 変調された光信号を第２干渉計から受け、該光信号か
    ら、コマンド信号に応じて選択されたパワーを持つ、合
    成変調光信号を発生させる第２方向性結合器と；を有
    し、 上記第１干渉計は、 第１干渉計参照光信号と第１変調光信号を発生させる第
    １分波器と； 上記第１干渉計参照光信号及び上記第１変調光信号をそ
    れぞれ伝送する第１及び第２干渉計導波路と； 上記第１干渉計参照光信号と第１変調光信号とを結合す
    る第１合波器と；を備え、 上記第２干渉計は、 第２干渉計参照光信号と第２変調光信号を発生させる第
    ２分波器と； 上記第２干渉計参照光信号及び上記第２変調光信号をそ
    れぞれ伝送する第３及び第４干渉計導波路と； 上記第２干渉計参照光信号と第２変調光信号とを結合す
    る第２合波器と；を備え、 上記第１干渉計、上記第１方向性結合器、上記第２干渉
    計、上記第２方向性結合器は、この順序で光信号の伝送
    方向に沿って配置され、 上記変調手段が発生する上記単一の変調信号は、上記第
    １及び第２の各干渉計導波路に関して非対称位相変調と
    なることを特徴とする光ビームを変調するための電気光
    学回路。
  14. 【請求項１４】請求項13に記載の電気光学回路におい
    て、第２方向性結合器は、第１干渉計および第２干渉計
    により変調された上記各光信号を第２干渉計から受け取
    る電気光学回路。
  15. 【請求項１５】請求項12に記載の電気光学回路におい
    て、さらに、制御装置に上記変調データ信号を供給する
    変調データソース（28）を有している電気光学回路。
  16. 【請求項１６】請求項５に記載の電気光学光変調器にお
    いて、回路基盤（38）の素材はGaAsである電気光学光変
    調器。
  17. 【請求項１７】請求項１に記載の電気光学光変調器にお
    いて、第１干渉計第１導波路、第１干渉計第２導波路、
    第２干渉計第１導波路および第２干渉計第２導波路の各
    々はマルチモード導波路である電気光学光変調器。
  18. 【請求項１８】請求項12に記載の電気光学回路におい
    て、さらに、第１方向性結合器および第２方向性結合器
    の各々による移相を補正し、且つ、第１干渉計および第
    ２干渉計の各導波路間の光路長の不均衡を補正する移相
    補正手段を有している電気光学回路。
  19. 【請求項１９】請求項１に記載の電気光学光変調器にお
    いて、さらに、 第１方向性結合器に入力されるべき上記光信号が該第１
    方向性結合器に入力される前に入力され、且つ、一次コ
    マンド信号に応じた光パワーを持った第１一次光信号お
    よび第２一次光信号を発生させる一次入力側方向性結合
    器と； 補助干渉計と； 上記第２方向性結合器および上記補助干渉計の各々から
    変調された光信号を入力し、この入力した各光信号か
    ら、一次コマンド信号に応じた光パワーを持った変調光
    信号を発生させる一次出力側方向性結合器と；を有し、 上記一次入力側方向性結合器から出力された上記第１一
    次光信号と上記第２一次光信号は、第１方向性結合器と
    上記補助干渉計にそれぞれ入力される電気光学光変調
    器。
  20. 【請求項２０】請求項１に記載の電気光学光変調器にお
    いて、変調手段は、さらに、上記単一の変調信号を、第
    １干渉計および第２干渉計の各変調導波路内で伝播する
    光信号に与える第１電極および第２電極を有する電気光
    学光変調器。
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