JP3831393B2 - Optical transmitter - Google Patents

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本発明は、ミリ波等の高周波信号を光ファイバで送信する光送信器に関する。   The present invention relates to an optical transmitter that transmits a high-frequency signal such as a millimeter wave through an optical fiber.

無線通信では伝送容量の大きいミリ波帯が期待されている。しかしながら、ミリ波帯は空気中での減衰が大きいことが欠点であり、通信エリア拡大の妨げとなっている。通信エリア拡大は今後の通信需要増大や緻密な通信サービス提供といった観点から、避けて通れない課題である。   In wireless communication, a millimeter wave band with a large transmission capacity is expected. However, the millimeter-wave band has a drawback that the attenuation in the air is large, which hinders the expansion of the communication area. Expansion of the communication area is an unavoidable issue from the viewpoint of increasing future communication demand and providing precise communication services.

そこで、ミリ波帯通信での通信エリア拡大のための技術開発が種々試みられている。その一つに、伝送すべきミリ波帯の信号を、光信号に変換し、光ファイバで遠方に伝送すると云ったシステムが提案されている。   Accordingly, various attempts have been made to develop technology for expanding the communication area in millimeter wave band communication. For example, a system has been proposed in which a millimeter-wave band signal to be transmitted is converted into an optical signal and transmitted far away by an optical fiber.

ミリ波のような高周波信号を光ファイバで伝送するには種々の方法があるが、その一つに光ヘテロダインがある。   There are various methods for transmitting high-frequency signals such as millimeter waves through optical fibers, one of which is optical heterodyne.

この光ヘテロダインと云うのは、図30の如きの系で、ベースバンド、あるいはベースバンドに近い低い周波数の信号によって光周波数f0にデータを載せた信号光と、この信号光とは光周波数のやや離れた周波数fLなる無変調の局発光とを偏光を合わせて混合して送信し、受信側ではこれをフォトダイオードにて受信すると云う方式である。   This optical heterodyne is a system as shown in FIG. 30. In the system shown in FIG. 30, the signal light in which data is placed on the optical frequency f0 by a low-frequency signal close to the baseband, and this signal light has a slight optical frequency. This is a system in which unmodulated local light having a frequency of fL is mixed and transmitted after being combined with polarized light, and this is received by a photodiode on the receiving side.

光ヘテロダインでの送信側での光スペクトルを図31(a)に、また、受信光のスペクトルを図31(b)に示す。光信号の受信に用いるフォトダイオードは理想的な二乗検波器であるので、信号光と局発光のビートが受信される。受信された電気信号では、信号光に乗っていたベースバンド付近のデータが、信号光と局発光の光周波数差の周波数近辺に周波数変換される。このとき、周波数差がミリ波帯の周波数であれば、ミリ波の周波数に変換される。このようにして、ミリ波信号によって光を直接変調しなくとも、受信器でミリ波を発生できる。   The optical spectrum on the transmission side in the optical heterodyne is shown in FIG. 31 (a), and the spectrum of the received light is shown in FIG. 31 (b). Since the photodiode used for receiving the optical signal is an ideal square detector, the signal light and the local light beat are received. In the received electrical signal, data near the baseband that was on the signal light is frequency-converted to the vicinity of the frequency of the optical frequency difference between the signal light and the local light. At this time, if the frequency difference is a millimeter-wave band frequency, it is converted to a millimeter-wave frequency. In this way, a millimeter wave can be generated at the receiver without directly modulating the light with the millimeter wave signal.

しかし、光通信の光源として一般的に使用される半導体レーザ素子は、位相雑音が大きく、それは発振線幅で通常、数[MHz]、外部共振器を使用しても数10[kHz]程度はある。そして、これらを光へテロダインして得られたミリ波では光位相雑音がダウンコンバートされて、雑音の大きい信号しか得られない。   However, a semiconductor laser element generally used as a light source for optical communication has a large phase noise, which is usually several [MHz] in terms of oscillation line width, and several tens [kHz] even if an external resonator is used. is there. Then, in the millimeter wave obtained by optically heterodyning these, the optical phase noise is down-converted, and only a signal with a large noise can be obtained.

これを回避するため、局発光と信号光の光位相にPLL(位相同期ループ制御)をかける方法が提案されている。これは、図32に示すように、局発光源49からの局発光と信号光源50からの信号光の光周波数差のビート信号をフォトダイオード53で検出し、これをアンプ54で増幅してミキサ56で基準信号発生器55からの基準信号とを混合し、これを低域通過フィルタ57を介して低域成分を抽出し、局発光源49の出力波長を調整すると云ったことを行うことで、ビート信号の位相雑音がなくなるよう、局発光または信号光の光位相に対してPLLをかけるようにするものである。   In order to avoid this, a method of applying PLL (phase-locked loop control) to the optical phases of the local light and the signal light has been proposed. As shown in FIG. 32, the beat signal of the optical frequency difference between the local light from the local light source 49 and the signal light from the signal light source 50 is detected by a photodiode 53, and this is amplified by an amplifier 54 and mixed. 56, the reference signal from the reference signal generator 55 is mixed, the low-pass component is extracted through the low-pass filter 57, and the output wavelength of the local light source 49 is adjusted. The PLL is applied to the optical phase of the local light or signal light so that the phase noise of the beat signal is eliminated.

そして、信号光源50からの光をデータ変調器51によりデータ対応に変調し、これを光分岐結合器52で局発光源49からの局発光と結合して混合し、光ファイバへと送信するようにする。   Then, the light from the signal light source 50 is modulated in correspondence with the data by the data modulator 51, and this is combined with the local light from the local light source 49 by the optical branching coupler 52, mixed, and transmitted to the optical fiber. To.

しかし、このように局発光と信号光の光位相にPLLをかける方式の場合、光周波数差がミリ波のような高い周波数ではビート信号が扱いにくく、また、高い周波数を扱わなければならないのでアンプやミキサ、フィルタなどは高周波特性良いものを使用せねばならず、コストアップを招く。   However, in the case of a method in which a PLL is applied to the optical phase of local light and signal light in this way, the beat signal is difficult to handle at a high frequency such as a millimeter wave and the amplifier must be handled at a high frequency. In addition, a mixer, a filter, etc. that have good high frequency characteristics must be used, resulting in an increase in cost.

ミリ波のような高周波信号を光ファイバで伝送する方法の一つに光ヘテロダインがある。これはベースバンド、あるいはベースバンドに近い低い周波数の信号によって光周波数f0にデータを載せた信号光と、この信号光とは光周波数のやや離れた周波数fLなる無変調の局発光とを偏光を合わせて混合して送信し、受信側ではこれをフォトダイオードにて受信すると云う方式である。光通信の光源としては低価格な半導体レーザ素子を用いる。   One method for transmitting high-frequency signals such as millimeter waves through optical fibers is optical heterodyne. This is a signal light in which data is placed at the optical frequency f0 by a signal having a low frequency close to the baseband or the baseband, and this signal light is polarized with unmodulated local light having a frequency fL slightly separated from the optical frequency. In this method, the signals are mixed and transmitted, and the receiving side receives them with a photodiode. A low-cost semiconductor laser element is used as a light source for optical communication.

しかし、半導体レーザ素子は、位相雑音が大きく、これを光へテロダインして得られるミリ波では光位相雑音がダウンコンバートされて、雑音の大きい信号となってS/N(信号/雑音比)が悪くなる。   However, the semiconductor laser element has a large phase noise, and the optical phase noise is down-converted in the millimeter wave obtained by optical heterodyne, resulting in a noisy signal and an S / N (signal / noise ratio). Deteriorate.

これを回避するため、局発光と信号光の光位相にPLLをかける方法が提案されているが、光周波数差がミリ波のような高い周波数ではビート信号が扱いにくく、装置のコストアップを避けられなかった。   In order to avoid this, a method of applying a PLL to the optical phase of local light and signal light has been proposed, but beat signals are difficult to handle at high frequencies such as millimeter waves, avoiding an increase in device cost. I couldn't.

そこで、光通信において、光ヘテロダインによってミリ波のような高周波を発生させる場合においても光源としての半導体レーザ素子の光位相雑音の問題を回避でき、しかも、コストダウンを可能にする簡易な技術の早急な開発が嘱望されている。   Therefore, in optical communication, even when high frequencies such as millimeter waves are generated by optical heterodyne, the problem of optical phase noise of a semiconductor laser element as a light source can be avoided, and a simple technique that enables cost reduction is urgently required. Development is envied.

従って、本発明の目的とするところは、光通信において、光ヘテロダインによってミリ波のような高周波を発生させる場合においても光源としての半導体レーザ素子の光位相雑音の影響を簡易に回避することができ、安価でS/Nの良い光通信を可能にする光送信器を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to easily avoid the influence of the optical phase noise of the semiconductor laser element as the light source even in the case where a high frequency such as millimeter wave is generated by optical heterodyne in optical communication. It is an object of the present invention to provide an optical transmitter that enables inexpensive and good S / N optical communication.

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。すなわち、[1]本願第1の発明では、単一縦モード光源と、前記光源から出力された光を分岐する分岐器と、分岐した光の一つにデータ信号によって変調をかけるデータ変調器と、分岐した光の他の一つを加工して前記光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、前記光源の光スペクトルをシフトした光スペクトル線を発生させる発生手段と、前記データ変調器の出力光と前記発生手段の出力光を結合する結合器からなることを特徴とする光送信器を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, [1] In the first invention of the present application, a single longitudinal mode light source, a branching device for branching the light output from the light source, a data modulator for modulating one of the branched lights with a data signal, Generating means for processing the other of the branched light to generate an optical spectrum line obtained by shifting the optical spectrum of the light source to an optical frequency separated from the optical frequency of the light source by a predetermined frequency; and the data modulation An optical transmitter comprising a coupler for combining the output light of the transmitter and the output light of the generating means is provided.

このような構成の光送信器は、光源から単一縦モードの光を発光させ、この光は分岐器で二系統に分岐させると共に、片方はデータ変調器でデータ対応に比較的低い周波数の変調を与えるようにし、もう片方は光スペクトル線発生手段により、所定の周波数だけ離れた光周波数に光スペクトルをシフトしたかたちの光スペクトル線にする。   The optical transmitter having such a configuration emits light in a single longitudinal mode from a light source, and this light is split into two systems by a branching device, and one of them is a data modulator and a modulation of a relatively low frequency corresponding to data. The other is made into an optical spectrum line in the form of an optical spectrum shifted to an optical frequency separated by a predetermined frequency by the optical spectrum line generating means.

そして、データ変調器の出力と光スペクトル線発生手段の出力光とを結合器で結合し、光伝送路である光ファイバに送り出すようにする。   Then, the output of the data modulator and the output light of the optical spectrum line generating means are coupled by a coupler and sent out to an optical fiber which is an optical transmission path.

光スペクトル線発生手段で発生した光スペクトルは、データ変調器でデータ変調されて出力された光信号と所望の光周波数f1だけ離れており、かつ、光源と同じ光位相雑音を持っており、また、データ変調された光も光源と同じ光位相雑音を持っている。そのため、結合器によりこれらを合流させ、干渉させると、光位相雑音は自動的にキャンセルされ、受信信号に影響が現れない。   The optical spectrum generated by the optical spectrum line generating means is separated from the optical signal that is data-modulated by the data modulator and output by a desired optical frequency f1, and has the same optical phase noise as the light source, and Data modulated light also has the same optical phase noise as the light source. For this reason, when they are combined and interfered by the coupler, the optical phase noise is automatically canceled and the received signal is not affected.

このように、光源を共通化した形態では、二分岐された双方の光が共通の光源の光位相雑音を受け継いでいるため、同じ光位相雑音が乗っており、二分岐された光のうち、一方の光は、光スペクトルを所望周波数f1だけシフトさせたうえで、前記二分岐させた光のうちの他方の光と合流させ、干渉させると光位相雑音の影響をキャンセルさせることができる。   In this way, in the form in which the light source is made common, both of the two branched lights inherit the optical phase noise of the common light source, so the same optical phase noise is on, and among the two branched lights, One light can cancel the influence of the optical phase noise when the light spectrum is shifted by the desired frequency f1 and then merged with the other light of the two branched lights.

故に本発明によれば、光へテロダインと同等の方法を用いながら、光位相雑音の影響が全くない受信信号を得ることができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a received signal that is not affected by optical phase noise at all while using a method equivalent to optical heterodyne.

[2]本願第2の発明では、単一縦モード光源と、前記光源から出力された光を分岐する分岐器と、分岐した光の一つにデータ信号によって変調をかけるデータ変調器と、分岐した光の他の一つに周期信号によって位相変調をかける位相変調器と、前記位相変調器の出力光を濾波する光フィルタと、前記データ変調器の出力光と前記光フィルタの出力光を結合する結合器からなり、前記周期信号の周波数は、前記データ変調器の出力光の光周波数と前記位相変調器の出力光の特定の側波帯の光周波数との周波数差が所望の値となるように定められ、前記光フィルタは、前記側波帯と、前記側波帯の前記光源の光周波数に関して対称な光周波数にある側波帯に関しては、どちらか一方を通過させることを特徴とする光送信器を提供する。   [2] In the second invention of the present application, a single longitudinal mode light source, a branching device that branches the light output from the light source, a data modulator that modulates one of the branched lights with a data signal, and a branch A phase modulator that modulates the phase of the other modulated light by a periodic signal, an optical filter that filters the output light of the phase modulator, and the output light of the data modulator and the output light of the optical filter The frequency of the periodic signal has a desired frequency difference between the optical frequency of the output light of the data modulator and the optical frequency of a specific sideband of the output light of the phase modulator. The optical filter is configured to pass either one of the sidebands and sidebands having optical frequencies that are symmetrical with respect to the optical frequency of the light source of the sidebands. An optical transmitter is provided.

単一縦モード光源から出力された光を二分岐して、一方はベースバンドに近い低いサブキャリア周波数fsでデータ変調する。データ変調された光スペクトルは図4(a)の如きである。他方の光は周波数f1の周期信号によって位相変調する。位相変調された光スペクトルは図4(b)の如きである。すなわち、図4において、f0は光源の光周波数であり、両側に周波数f1おきに側波帯が発生している。また、データ変調された光にはf0±fsにデータの乗っている側波帯が発生している。本発明においては、周波数f1−fsが所望の周波数となるように、f1とfsを定める。   The light output from the single longitudinal mode light source is bifurcated, and one of the light is modulated at a subcarrier frequency fs close to the baseband. The data-modulated light spectrum is as shown in FIG. The other light is phase-modulated by a periodic signal having a frequency f1. The phase-modulated optical spectrum is as shown in FIG. That is, in FIG. 4, f0 is the optical frequency of the light source, and sidebands are generated on both sides at every frequency f1. Further, sidebands in which data is carried at f0 ± fs are generated in the data-modulated light. In the present invention, f1 and fs are determined so that the frequency f1-fs becomes a desired frequency.

ここに示した光送信器は、光源を共通にし、該光源の出力する光から周期信号による変調により位相変調光を得ると共に、データ信号による変調によりデータ変調光を得るようにしている。位相変調は高調波成分を得るために行うものであって、位相変調を用いたとしても周期信号による位相変調であれば、強度変調を用いた場合と同様の側波帯、すなわち、高調波成分が生成されることを本発明では利用している。そして、位相変調器は強度変調を利用する場合に比べて、装置のコストが安価であることに着目している。   The optical transmitter shown here uses a common light source, obtains phase-modulated light from light output from the light source by modulation with a periodic signal, and obtains data-modulated light by modulation with a data signal. Phase modulation is performed to obtain harmonic components, and even if phase modulation is used, if it is phase modulation using a periodic signal, the same sidebands as when intensity modulation is used, that is, harmonic components Is used in the present invention. The phase modulator pays attention to the fact that the cost of the apparatus is lower than that in the case of using intensity modulation.

こうして得られた位相変調光とデータ変調光は、合波することで干渉させる。すなわち、同一の光源のデータ変調された光(図4(a))と位相変調した光(図4((b))を干渉させると位相変調した光の各々のスペクトル線とデータ変調した光が干渉する。位相変調光も、また、データ変調光も、同一の光源の光を使用しており、従って、両者いずれにも同じ位相雑音がのっているため、両者を干渉させると位相雑音の影響はキャンセルされて消失する。それ故、この構成により、位相雑音の無い光信号が得られることとなる。   The phase-modulated light and the data-modulated light thus obtained are combined to interfere with each other. That is, when data-modulated light (FIG. 4 (a)) and phase-modulated light (FIG. 4 (b)) of the same light source interfere with each other, spectral lines of the phase-modulated light and data-modulated light are generated. Since both phase-modulated light and data-modulated light use light from the same light source, and both have the same phase noise, interference between the two causes phase noise. Since the influence is canceled and disappears, an optical signal having no phase noise can be obtained by this configuration.

位相変調した光には光キャリアf0の両側に対称に側波帯が形成される。これをデータ変調した光と干渉させて、二乗検波特性のあるフォトディテクタで検波するが、このままでは同一の受信周波数に、両側の側波帯からの干渉波が検出される。そして、両側の側波帯の位相関係によって、検出されるデータの大きさが変化し、場合によっては全く信号が検出されなくなる。そのため、側波帯を調整する必要があるが、側波帯間の位相関係は伝送中に光ファイバの波長分散によって変化し、容易に制御できない。   In the phase-modulated light, sidebands are formed symmetrically on both sides of the optical carrier f0. This is interfered with the data-modulated light and detected by a photodetector having a square detection characteristic, but interference waves from the sidebands on both sides are detected at the same reception frequency as it is. The size of the detected data changes depending on the phase relationship between the sidebands on both sides, and in some cases, no signal is detected. Therefore, it is necessary to adjust the sidebands, but the phase relationship between the sidebands changes due to the chromatic dispersion of the optical fiber during transmission and cannot be easily controlled.

そこで本発明では、所望の受信周波数を与える2つの側波帯のうち、一方を光フィルタで阻止するようにする。   Therefore, in the present invention, one of the two sidebands giving a desired reception frequency is blocked by an optical filter.

本発明では、ミリ波伝送のような高周波システムを想定しており、所望の側波帯と光キャリアを挟んで対称位置にある側波帯(イメージ成分)の間の光周波数間隔は比較的広い。所望の側波帯とそのイメージ以外の成分に関する制約がなくなると、光フィルタの透過光周波数の安定精度が低くて良く、システムが簡素にできる。   In the present invention, a high frequency system such as millimeter wave transmission is assumed, and the optical frequency interval between a desired sideband and a sideband (image component) at a symmetrical position across the optical carrier is relatively wide. . If there are no restrictions on components other than the desired sideband and its image, the stability accuracy of the transmitted light frequency of the optical filter may be low, and the system can be simplified.

このように本発明システムは光変調器を用いることに特徴がある。そして、光変調器として一般的なものは、ニオブ酸リチウム変調器であり、当該ニオブ酸リチウム変調器の場合、印加電圧による屈折率変化を利用して光に位相変調をかける形態を基本として、それらの組み合わせや変形で様々な変調器が構成できる。   Thus, the system of the present invention is characterized by using an optical modulator. Then, a general light modulator is a lithium niobate modulator, and in the case of the lithium niobate modulator, based on a form in which phase modulation is applied to light using a change in refractive index due to an applied voltage, Various modulators can be configured by combinations and modifications thereof.

位相変調器そのものは光通信の世界ではほとんど用いられないが、位相変調器は構成が最もシンプルであり、バイアス電圧制御が不要で、低コストなデバイスである。そして、この点に着目して本発明では同一光源からの光を二分岐させ、一方はデータ変調し、他方は位相変調させてから互いを合波することで、光源の位相雑音をキャンセルさせるようにした。   Although the phase modulator itself is rarely used in the world of optical communication, the phase modulator has the simplest configuration, does not require bias voltage control, and is a low-cost device. Then, paying attention to this point, in the present invention, the light from the same light source is bifurcated, one is data-modulated, the other is phase-modulated and then combined to cancel the phase noise of the light source. I made it.

このように、本願第2の発明では、同一光源からビートを作り出すことによって、光位相雑音の影響を無くすと共に、干渉波の一つを光位相変調器により位相変調して生成することによって、変調器が低コスト化できる。   As described above, in the second invention of the present application, by generating a beat from the same light source, the influence of the optical phase noise is eliminated, and one of the interference waves is generated by phase modulation by the optical phase modulator. The cost can be reduced.

[3]さらに、本願第3の発明では、前記[2]項の構成において、前記周期信号を正弦波とし、その周波数は前記所望の値を与える側帯波と前記光源の光周波数との周波数差のn分の1(nは2以上の整数)とすることを特徴とする。   [3] Further, in the third invention of the present application, in the configuration of [2], the periodic signal is a sine wave, and the frequency is a frequency difference between the sideband wave that gives the desired value and the optical frequency of the light source. 1 / n (n is an integer of 2 or more).

上述の[2]項に示した発明では、位相変調によって発生した側波帯のうち、光キャリアf0に最も近い側波帯を使用する例で説明した。   In the invention shown in the above item [2], the example in which the sideband closest to the optical carrier f0 is used among the sidebands generated by the phase modulation has been described.

しかし、本発明ではミリ波のような高周波を想定しており、図4の例では、位相変調をミリ波の周波数で行わねばならず、コストが増大する。位相変調では、変調度を深くすると変調周波数の高調波成分の側波帯のパワーが強くなる。   However, in the present invention, a high frequency such as a millimeter wave is assumed, and in the example of FIG. 4, phase modulation must be performed at a millimeter wave frequency, which increases costs. In phase modulation, the power of the sideband of the harmonic component of the modulation frequency increases as the modulation depth is increased.

本願第3の発明では、そのような高調波成分を使用する方法を提案する。   The third invention of the present application proposes a method using such a harmonic component.

図4の例では、f0+2f1やf0+3f1,…とデータ変調光との干渉によって生じる干渉波を受信したときに、所望の周波数になっているように、位相変調の周波数f1を決定する。   In the example of FIG. 4, the phase modulation frequency f1 is determined so that the desired frequency is obtained when an interference wave generated by interference between f0 + 2f1, f0 + 3f1,.

その結果、f1が小さくなり、位相変調器まわりが低コスト化できる。   As a result, f1 becomes small, and the cost around the phase modulator can be reduced.

[4]次に、本願第4の発明では、信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御し、合波して送信する光送信器において、前記局発光を分岐して周期信号にて変調し生成された複数の側波帯の内の一つと、前記信号光を分岐したものとの干渉波をフォトディテクタにて検出し、検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光あるいは前記局発光の光周波数および光位相を制御することを特徴とする光送信器を提供する。   [4] Next, in the fourth invention of the present application, in the optical transmitter for controlling the optical frequency so that the signal light and the local light have a desired optical frequency difference, and combining and transmitting, the local light is branched. An interference wave between one of a plurality of sidebands modulated and generated by a periodic signal and the signal light branched is detected by a photodetector, and the detected error signal has a constant DC value. An optical transmitter characterized by controlling an optical frequency and an optical phase of the signal light or the local light so as to keep the signal light.

データ変調光の光源(信号光源)と、干渉光の光源(局発光源)を別にして、それらのビートにPLLをかける方式の場合、ビートがミリ波のような高周波のであると、高周波特性の良い素子を使用せねばならず、コストが高くなる。   In the case of a system in which a data modulation light source (signal light source) and an interference light source (local light source) are separated and a PLL is applied to those beats, if the beat is a high frequency such as a millimeter wave, the high frequency characteristics A good element must be used, which increases the cost.

そこで本願第4の発明では、PLLを高周波帯で行うのは避け、低周波帯で行うようにする。つまり、PLLをかけるためのエラー信号が直流近辺の低周波で検出されるようにする。図22に示すように、信号光源8および局発光源7から出力された光をそれぞれ分岐させ、局発光には正弦波等の繰り返し信号で位相変調をかける。分岐させた光を再び合波してフォトディテクタ10で検波し、低域通過フィルタ11を通過したエラー信号によって、フィルタ出力が直流の一定値になるように、局発光あるいは信号光の光周波数および光位相を制御する。局発光には位相変調を受けて側波帯が発生しており、位相変調信号の周期に当たる周波数の側波帯の他に、高調波に当たる周波数の側波帯が多数発生している。そして、側波帯には光源の光位相雑音と同じ光位相雑音がのっている。   Therefore, in the fourth invention of the present application, the PLL is not performed in the high frequency band, but is performed in the low frequency band. That is, an error signal for applying the PLL is detected at a low frequency near the direct current. As shown in FIG. 22, the lights output from the signal light source 8 and the local light source 7 are branched, and the local light is phase-modulated with a repetitive signal such as a sine wave. The branched light is recombined and detected by the photodetector 10, and the optical frequency and light of the local light or signal light are adjusted so that the filter output becomes a constant DC value by the error signal that has passed through the low-pass filter 11. Control the phase. The local light is subjected to phase modulation to generate sidebands, and in addition to the sidebands having the frequency corresponding to the period of the phase modulation signal, many sidebands having the frequencies corresponding to the harmonics are generated. The sideband has the same optical phase noise as the optical phase noise of the light source.

そこで本発明では、高調波にあたる側波帯に対して信号光をPLLでロックする。あらかじめ、局発光の所望の側波帯と信号光がおよそ重なり合うような状態で干渉させると、フォトディテクタで検出される信号の直流近辺の成分がPLLのエラー信号となって、同期が可能となる。   Therefore, in the present invention, the signal light is locked to the sideband corresponding to the harmonic by the PLL. If interference is performed in a state where the desired sideband of the local light and the signal light are approximately overlapped in advance, the component near the direct current of the signal detected by the photodetector becomes an error signal of the PLL, and synchronization becomes possible.

一方、分岐元の信号光と局発光は別の光分岐結合器6で合波され伝送される。こちらの局発光は位相変調を受けていないので局発光の光周波数fLの成分のみが送られる。信号光はf0の近傍にあり、伝送された先の受信器では、信号光の光キャリア周波数f0と局発光の光周波数fLのビートが検出される。本願第4の発明によれば、PLLで用いるエラー信号が直流近傍の低周波で検出されるため、低コストな素子でループを組み立てることができる。また、位相変調の周波数が所望のミリ波帯の周波数の数分の1程度で済むため、位相変調器まわりが低コスト化できる。   On the other hand, the signal light of the branch source and the local light are combined and transmitted by another optical branching coupler 6. Since this local light is not subjected to phase modulation, only the component of the optical frequency fL of the local light is transmitted. The signal light is in the vicinity of f0, and the beat of the optical carrier frequency f0 of the signal light and the optical frequency fL of the local light is detected in the transmitted receiver. According to the fourth aspect of the present invention, since the error signal used in the PLL is detected at a low frequency near the direct current, a loop can be assembled with low-cost elements. In addition, since the phase modulation frequency is about a fraction of the desired millimeter wave band frequency, the cost around the phase modulator can be reduced.

[5]さらに、本願第5の発明では、信号光と局発光を光分岐結合器にて合波して送信する光送信器において、前記信号光はサブキャリア信号で変調されており、前記局発光は周期信号にて変調されており、前記光分岐結合器の複数の出力の一つは、前記光送信器の出力として伝送され、別の一つはフォトディテクタで検出され、前記局発光に発生した複数の側波帯の一つと前記信号光の光搬送波成分との干渉によるエラー信号が一定の直流値を保つよう前記信号光あるいは前記局発光の光周波数および光位相を制御することを特徴とする光送信器を提供する。   [5] Further, in the fifth invention of the present application, in the optical transmitter for combining the signal light and the local light with an optical branching coupler and transmitting the optical signal, the signal light is modulated with a subcarrier signal, The light emission is modulated by a periodic signal, one of a plurality of outputs of the optical branching coupler is transmitted as the output of the optical transmitter, and the other one is detected by a photodetector and generated in the local light. Controlling the optical frequency and optical phase of the signal light or the local light so that an error signal due to interference between one of the plurality of sidebands and the optical carrier component of the signal light maintains a constant DC value. An optical transmitter is provided.

本願第4の発明では、局発光と信号光を本線(本流)から分岐してエラー信号を生成したが本願第5の発明では分岐せず、局発光の本線に位相変調をかけ、データ変調した信号光と合波する。合波に用いる光分岐結合器は複数の出力ポートを有する。光分岐結合器としてよく用いられる方向性結合器(カップラ)では、2つの入力を合流する場合の基本形は2出力である。1出力も製作可能であるが、これは2出力のうちの1つを捨てた形態と見なすことができ、1出力ポートの場合でも2つの出力ポートがある場合と同様の損失を受ける。   In the fourth invention of the present application, the local light and the signal light are branched from the main line (main stream) to generate an error signal, but in the fifth invention of the present application, it is not branched, and the main line of the local light is subjected to phase modulation and data modulation is performed. Combines with signal light. An optical branching coupler used for multiplexing has a plurality of output ports. In a directional coupler (coupler) often used as an optical branching coupler, the basic form when two inputs are merged is two outputs. One output can also be produced, but this can be regarded as a form in which one of the two outputs is discarded, and even with one output port, it suffers the same loss as when there are two output ports.

そこで本発明では2×2のカップラを使用し、出力の1つは受信器に向けて送り出し、もう一方の出力を用いて、局発光と信号光の光位相を同期させるPLLをかける。ここで用いられる信号光は、光キャリアに帯域信号によってサブキャリア変調を施したものであり、光キャリア成分とデータの乗っている側波帯があって、光キャリアの光周波数と側波帯の光周波数はPLLの引き込み範囲以上に離れるようにしている。   Therefore, in the present invention, a 2 × 2 coupler is used, one of the outputs is sent to the receiver, and the other output is used to apply a PLL that synchronizes the local light and the optical phase of the signal light. The signal light used here is an optical carrier that has been subjected to subcarrier modulation by a band signal, and has optical carrier components and sidebands carrying data, and the optical frequency and sidebands of the optical carrier. The optical frequency is set to be more than the PLL pull-in range.

第5の発明は、局発光の位相変調したものと信号光を、そのまま送信するものである。局発光のどれか1つの側波帯と信号光の光キャリア成分を同期させるが、信号光の光キャリアが同期する局発光の側波帯はどれでも良い。第4の発明の場合のように、局発光の光周波数fLと信号光の光キャリア周波数f0とが要求された値だけ離れるような側波帯を選択する必要はない。このようにすると、受信したときにどこかの側波帯との干渉波が所望の周波数帯に落ちてくる。信号光を中心として、要求された周波数差だけプラスとマイナスに離れた2つの側波帯が同時に所望の周波数に落ちてくる。しかし、光キャリアに位相変調を施すと、変調度にもよるが、一般に、図28のような包絡線が山形のスペクトルとなる。従って、局発光の光周波数fLと信号光の光キャリア周波数f0とを適度に離しておけば、プラスに離れた側波帯とマイナスに離れた側波帯の大きさには著しい差があり、信号光との干渉波が受信されたとき、大きい方の側波帯との干渉波が支配的になる。   According to a fifth aspect of the invention, the local light phase-modulated light and the signal light are transmitted as they are. Any one sideband of the local light and the optical carrier component of the signal light are synchronized, but any local band of the local light to which the optical carrier of the signal light is synchronized may be used. As in the case of the fourth invention, it is not necessary to select a sideband in which the optical frequency fL of local light and the optical carrier frequency f0 of signal light are separated by a required value. If it does in this way, when it receives, the interference wave with a certain sideband will fall in a desired frequency band. Centering on the signal light, two sidebands separated by plus and minus by the required frequency difference simultaneously drop to the desired frequency. However, when phase modulation is performed on an optical carrier, an envelope as shown in FIG. 28 generally forms a mountain-shaped spectrum, depending on the degree of modulation. Therefore, if the local light frequency fL and the optical carrier frequency f0 of the signal light are appropriately separated, there is a significant difference in the size of the sidebands that are separated positively and the sidebands that are separated negatively, When an interference wave with the signal light is received, the interference wave with the larger sideband becomes dominant.

本願第5の発明では、信号光および局発光の波長制御が厳密である必要がなく、低コスト化できる。また、系内の分岐が少ないため、損失が少なく、より高品質の送信が可能となる。   In the fifth invention of the present application, it is not necessary to strictly control the wavelength of the signal light and the local light, and the cost can be reduced. Further, since there are few branches in the system, there is little loss and higher quality transmission is possible.

本発明では、ミリ波のような高周波信号を光へテロダインで生成する際に、問題となる光源の位相雑音による影響を低コストに回避する方法を提案した。   The present invention has proposed a method for avoiding the influence of the phase noise of the light source, which is a problem, at low cost when generating a high-frequency signal such as a millimeter wave by optical heterodyne.

第1の発明では、同一光源を二分岐し、一方にデータ変調をかけ、他方は光周波数が所定の値だけシフトしたところに光スペクトル線を発生させる。両者を合流すると、元が同一の光源であるため、位相雑音が自動的にキャンセルされる。   In the first invention, the same light source is bifurcated, data modulation is applied to one, and the other generates an optical spectral line where the optical frequency is shifted by a predetermined value. When both are merged, the phase noise is automatically canceled because the source is the same light source.

第2及び第3の発明では、同一光源からデー夕変調光と、ビートを発生させるための位相変調側波帯を発生させるため、位相雑音は常に同期しており、位相雑音の影響は自動的にキャンセルされる。また、位相変調を用いるため、変調系が簡易になる。   In the second and third inventions, the phase noise is always synchronized to generate the data modulation light from the same light source and the phase modulation sideband for generating the beat, and the influence of the phase noise is automatically Canceled by Further, since phase modulation is used, the modulation system is simplified.

第4、第5の発明では、信号光源と局発光源を別々に用意するが、局発光を受信所望周波数の整数分の1の周波数で位相変調し、発生した側波帯に信号光をロックする。位相変調の周波数が低くてすむため、位相変調器まわりの低コスト化が可能となる。また、PLLを必要とするが、そのためのエラー信号が直流に近い低周波で受光されるため系が低コスト化できる。   In the fourth and fifth inventions, the signal light source and the local light source are prepared separately, but the local light is phase-modulated at a frequency that is a fraction of the desired reception frequency, and the signal light is locked to the generated sideband. To do. Since the phase modulation frequency can be low, the cost around the phase modulator can be reduced. Further, although a PLL is required, an error signal for that purpose is received at a low frequency close to direct current, so that the cost of the system can be reduced.

以下、図面を参照しながら本発明の各種実施の形態を説明する。   Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は本願第1の発明の実施形態を示した光送信器のブロック図である。すなわち、図1において、1は光源、4はデータ変調器、5および6は光分岐結合器、70は光スペクトル線発生手段である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of an optical transmitter showing an embodiment of the first invention of the present application. That is, in FIG. 1, 1 is a light source, 4 is a data modulator, 5 and 6 are optical branching couplers, and 70 is an optical spectral line generating means.

上記光源1は単一縦モードの光を発生するものであり、例えば、半導体レーザ素子を用いて構成している。光分岐結合器5は、前記光源1から出力された光を分岐するためのものであり、データ変調器4は、この光分岐結合器5により分岐された光の一つにデータ信号によって変調をかけるためのものである。   The light source 1 generates light in a single longitudinal mode, and is configured using, for example, a semiconductor laser element. The optical branching coupler 5 is for branching the light output from the light source 1, and the data modulator 4 modulates one of the lights branched by the optical branching coupler 5 with a data signal. It is meant to be applied.

また、光スペクトル線発生手段70は、光分岐結合器5により分岐させた光のうちの他の一つを加工して前記光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、前記光源の光スペクトルをシフトした光スペクトル線を発生させるものである。また、光分岐結合器6は、前記データ変調器4の出力光と前記光スペクトル線発生手段70の出力光を結合するものであり、光分岐結合器6を介して結合された光が最終的な出力光となる。   Further, the optical spectral line generating means 70 processes the other one of the lights branched by the optical branching coupler 5 and changes the optical frequency of the light source to an optical frequency separated from the optical frequency of the light source by a predetermined frequency. An optical spectrum line with a shifted optical spectrum is generated. The optical branching coupler 6 combines the output light of the data modulator 4 and the output light of the optical spectral line generating means 70. The light coupled through the optical branching coupler 6 is finally obtained. Output light.

このような構成の光送信器は、光源1から単一縦モードの光が発光される。この光源1から出力された光は光分岐結合器5で二系統に分岐される。そして、一方はデータ変調器4で比較的低い周波数の変調を受ける。データ変調器4でのデータ変調形式はサブキャリア信号によるAM変調などである。光分岐結合器5で二系統に分岐されたうちの他方は、光スペクトル線発生手段70に入力され、ここで所定の周波数だけ離れた光周波数に光源1の光スペクトルをシフトしたかたちの光スペクトル線となる。   The optical transmitter configured as described above emits light in a single longitudinal mode from the light source 1. The light output from the light source 1 is branched into two systems by the optical branching coupler 5. One is subjected to modulation at a relatively low frequency by the data modulator 4. The data modulation format in the data modulator 4 is AM modulation using a subcarrier signal. The other of the two branches branched by the optical branching coupler 5 is input to the optical spectral line generating means 70, where the optical spectrum of the light source 1 is shifted to the optical frequency separated by a predetermined frequency. Become a line.

このようなスペクトルシフト機能を持つ光スペクトル線発生器70としては、例えば、光周波数シフタや光位相変調器、光強度変調器、さらに場合によっては、それらの出力光スペクトルを整形するデバイスを用いることで実現できる。   As the optical spectrum line generator 70 having such a spectrum shift function, for example, an optical frequency shifter, an optical phase modulator, an optical intensity modulator, and, in some cases, a device that shapes the output optical spectrum thereof is used. Can be realized.

データ変調器4の出力と光スペクトル線発生手段70の出力光とを光分岐結合器6で結合し、光伝送路である光ファイバに送り出す。但し、光分岐結合器6で結合する際には、両者の遅延差を光源1のコヒーレンス長以内にするように両枝の光路長を調整し、また、同偏波で合流するように、偏波保持するケーブルやデバイスで全体を構成すると良い。   The output of the data modulator 4 and the output light of the optical spectrum line generating means 70 are combined by the optical branching coupler 6 and sent out to an optical fiber which is an optical transmission line. However, when coupling is performed by the optical branching coupler 6, the optical path lengths of both branches are adjusted so that the delay difference between them is within the coherence length of the light source 1, and the polarization is combined so as to be merged with the same polarization. It is better to compose the whole with cables and devices that hold waves.

すなわち、光分岐結合器5からデータ変調器4を経由して光分岐結合器6に至る間の光路長と光分岐結合器5から光スペクトル線発生手段70を経由して光分岐結合器6に至る間での光路長は、両者の遅延差が光源1のコヒーレンス長以内になるように調整する。   That is, the optical path length from the optical branching coupler 5 to the optical branching coupler 6 via the data modulator 4 and the optical branching coupler 5 to the optical branching coupler 6 via the optical spectral line generating means 70. The optical path length is adjusted so that the delay difference between the two is within the coherence length of the light source 1.

光スペクトル線発生手段70で発生した光スペクトルは、データ変調器4でデータ変調されて出力された光信号と所望の光周波数だけ離れており、かつ、光源1と同じ光位相雑音を持っている。   The optical spectrum generated by the optical spectral line generating means 70 is separated from the optical signal that is data-modulated by the data modulator 4 and output by a desired optical frequency, and has the same optical phase noise as the light source 1. .

そして、データ変調された光も光源1と同じ光位相雑音を持っているため、光分岐結合器6によりこれらを合流させ、干渉させると、光位相雑音は自動的にキャンセルされ、受信信号に影響が現れない。   Since the data-modulated light also has the same optical phase noise as that of the light source 1, if the optical branching coupler 6 joins and interferes the optical phase noise, the optical phase noise is automatically canceled and affects the received signal. Does not appear.

図1及び図2を用いて作用を具体的に説明する。図2(a)に示すように、光源1はその出力光として光周波数f0なる光を発光するものとする。このf0なる周波数の光を二分岐する。そして、二分岐したうちの一方の光にはデータ変調器4によりデータ変調をかける。このデータ変調を受けた光スペクトルは例えば、図2(b)の如きとなる。   The operation will be specifically described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, the light source 1 emits light having an optical frequency f0 as its output light. The light having a frequency of f0 is bifurcated. Then, data modulation is performed by the data modulator 4 on one of the two branched lights. The optical spectrum subjected to this data modulation is, for example, as shown in FIG.

二分岐した他方の光は、光スペクトル線発生手段70に与える。すると、この光スペクトル線発生手段70は、入力光を所定の周波数f1分、シフトさせる。その結果、図2(c)に示すように、f0周波数からf1だけ離れた周波数位置に光源1の光スペクトルがシフトした光スペクトルが生じる。データ変調器4の出力光と光スペクトル線発生手段70の出力光を光分岐結合器6で結合し、送信すると、受信器ではこれらの干渉によって図29に示すように、f1にデータ変調された信号が受信される。   The other branched light is applied to the optical spectral line generating means 70. Then, the optical spectrum line generating means 70 shifts the input light by a predetermined frequency f1. As a result, as shown in FIG. 2C, an optical spectrum in which the optical spectrum of the light source 1 is shifted to a frequency position separated from the f0 frequency by f1 is generated. When the output light of the data modulator 4 and the output light of the optical spectrum line generating means 70 are combined by the optical branching coupler 6 and transmitted, the receiver modulates the data to f1 by these interferences as shown in FIG. A signal is received.

このように、光源を共通化した形態では、二分岐された双方の光が共通の光源1の光位相雑音を受け継いでいるため、同じ光位相雑音が乗っており、二分岐された一方の光を、光スペクトルを所望周波数f1だけシフトさせたかたちで合流させて干渉させると光位相雑音の影響をキャンセルさせることができる。   As described above, in the form in which the light source is shared, both of the two branched lights inherit the optical phase noise of the common light source 1, so the same optical phase noise is on the one of the two branched lights. Can be made to interfere with each other by causing the optical spectrums to be shifted by the desired frequency f1, thereby canceling the influence of the optical phase noise.

従って、本発明によれば、光へテロダインと同等の方法を用いながら、光位相雑音の影響が全くない受信信号を得ることができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a received signal that is not affected by optical phase noise at all while using a method equivalent to optical heterodyne.

このように、この第1の実施形態の光送信器によれば、単一縦モード光源すなわちレーザ素子と、前記光源から出力された光を分岐する分岐器と、分岐した光の一つにデータ信号によって変調をかけるデータ変調器と、分岐した光の他の一つを加工して前記光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、前記光源の光スペクトルをシフトした光スペクトル線を発生させる発生手段と、前記データ変調器の出力光と前記発生手段の出力光を結合する結合器とから構成したものであり、一つの光源からの光を二分岐させて一方を光スペクトル線発生手段にそして他方をデータ変調器に与え、光スペクトル線発生手段においては光源からの光を、当該光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、当該光源の光スペクトルをシフトさせた光スペクトル線を発生させ、また、二分岐された他方の光はデータ変調器でデータ変調されて出力され、これらデータ変調された光信号と光スペクトル線は合波器で合波されて最終出力となるようにしたものである。   As described above, according to the optical transmitter of the first embodiment, a single longitudinal mode light source, that is, a laser element, a branching device that branches the light output from the light source, and data in one of the branched lights. A data modulator that modulates according to a signal, and an optical spectrum line obtained by shifting the optical spectrum of the light source to an optical frequency that is processed by processing one of the branched lights and is separated from the optical frequency of the light source by a predetermined frequency. Generating means, and a coupler that combines the output light of the data modulator and the output light of the generating means, and splits the light from one light source to generate one optical spectrum line The optical spectrum line generating means shifts the light spectrum of the light source to an optical frequency separated by a predetermined frequency from the optical frequency of the light source. And the other branched light is data-modulated by a data modulator and output, and the data-modulated optical signal and the optical spectrum line are combined by a multiplexer. Is the final output.

前述したように、光スペクトル線発生手段で発生された光スペクトルは、データ変調器でデータ変調されて出力された光信号と所望の光周波数だけ離れており、かつ、光源と同じ光位相雑音を持っている。   As described above, the optical spectrum generated by the optical spectral line generating means is separated from the optical signal output by data modulation by the data modulator by a desired optical frequency, and has the same optical phase noise as the light source. have.

そして、データ変調された光も光源と同じ光位相雑音を持っているため、結合器によりこれらを合流させ、干渉させると、光位相雑音は自動的にキャンセルされ、受信信号に影響が現れない。故に、この実施形態の光送信器によれば、光ヘテロダインにおいて、送信側に光スペクトル線発生手段を用いる簡単な構成で、光源の持つ光位相雑音に影響されない従ってS/Nの良い、安価な光通信装置を提供できる。   Since the data-modulated light also has the same optical phase noise as the light source, the optical phase noise is automatically canceled when they are combined and interfered by the coupler, and the received signal is not affected. Therefore, according to the optical transmitter of this embodiment, in the optical heterodyne, the optical spectral line generating means is used on the transmission side, and it is not affected by the optical phase noise of the light source. Therefore, the S / N is good and inexpensive. An optical communication device can be provided.

次に、同一光源からビートを作り出すことによって、光位相雑音の影響がなくし、干渉波の一つを位相変調によって生成することによって、変調器を低コスト化するようにした具体例を第2の実施形態として説明する。   Next, a specific example in which the beat is generated from the same light source to eliminate the influence of optical phase noise and one of the interference waves is generated by phase modulation, thereby reducing the cost of the modulator. This will be described as an embodiment.

(第2の実施形態)
図3は本願第2の発明に該当する第2の実施形態としてのブロック図である。図において、1は光源、2は位相変調器、3は光フィルタ、4はデータ変調器、5および6は光分岐結合器である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram as a second embodiment corresponding to the second invention of the present application. In the figure, 1 is a light source, 2 is a phase modulator, 3 is an optical filter, 4 is a data modulator, and 5 and 6 are optical branching couplers.

光源1は単一縦モードの光を発生するものであり、例えば、半導体レーザ素子などにより構成される。また、光分岐結合器5は、前記光源1から出力された光を二分岐するためのものであり、データ変調器4はこの二分岐させた光の一つにデータ信号によって変調をかけるためのものである。   The light source 1 generates light in a single longitudinal mode, and is composed of, for example, a semiconductor laser element. The optical branching / coupling device 5 is for bifurcating the light output from the light source 1, and the data modulator 4 is for modulating one of the bifurcated light by a data signal. Is.

また、位相変調器2は、二分岐した光の他の一つに周期信号によって位相変調をかけるためのものであり、光フィルタ3は、前記位相変調器2からの出力光を所定の帯域の成分についてのみ、抽出すべく濾波するものである。   The phase modulator 2 is for applying phase modulation to another one of the branched light by a periodic signal, and the optical filter 3 converts the output light from the phase modulator 2 into a predetermined band. Only the components are filtered to be extracted.

また、光分岐結合器6は、前記データ変調器4の出力光と前記光フィルタ3を介して得られる位相変調器2からの出力光とを結合して合波し、伝送路である光ファイバに出力するためのものである。   The optical branching coupler 6 couples and combines the output light from the data modulator 4 and the output light from the phase modulator 2 obtained via the optical filter 3, and an optical fiber as a transmission path. It is for output to.

前記周期信号の周波数は、前記データ変調器4の出力光の光周波数と前記位相変調器2の出力光の特定の側波帯の光周波数との周波数差が所望の値となるように定められ、前記光フィルタ3は、前記側波帯と、前記側波帯の前記光源の光周波数に関して対称な光周波数にある側波帯に関しては、どちらか一方を通過させるように設定している。   The frequency of the periodic signal is determined so that the frequency difference between the optical frequency of the output light of the data modulator 4 and the optical frequency of a specific sideband of the output light of the phase modulator 2 becomes a desired value. The optical filter 3 is set so as to pass either the sideband or the sideband that is at a symmetric optical frequency with respect to the optical frequency of the light source in the sideband.

このような構成の第2の実施形態における光送信器において、その光源1から出力された単一縦モード光は光分岐結合器5で二分岐され、二分岐された一方の光はデータ変調器4でデータ信号対応にデータ変調を受け、二分岐された他方の光は位相変調器2で位相変調制御信号対応に位相変調を受ける。   In the optical transmitter of the second embodiment having such a configuration, the single longitudinal mode light output from the light source 1 is bifurcated by the optical branching coupler 5, and one of the two branched lights is the data modulator. 4 is subjected to data modulation corresponding to the data signal, and the other branched light is subjected to phase modulation corresponding to the phase modulation control signal in the phase modulator 2.

データ変調器4に入力されるデータ信号は伝送すべきデータの信号であり、ベースバンド、あるいは中間周波等の比較的低い周波数の信号である。また、位相変調器2に入力される位相変調制御信号は周期信号であって、受信側で要求される周波数帯がミリ波であるならば、例えば、60[GHz]近辺の正弦波信号である。   The data signal input to the data modulator 4 is a data signal to be transmitted, and is a signal having a relatively low frequency such as a baseband or an intermediate frequency. Further, the phase modulation control signal input to the phase modulator 2 is a periodic signal, and if the frequency band required on the receiving side is a millimeter wave, for example, it is a sine wave signal around 60 [GHz]. .

光源1に用いられるものは、単一縦モード光源であるが、具体的にはDFBレーザ素子、DBRレーザ素子などの半導体レーザ素子、あるいはNd:YAGレーザなどの固体レーザ素子が使用可能である。光変調器ではニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いた変調器が比較的低損失で良く用いられる。   What is used for the light source 1 is a single longitudinal mode light source. Specifically, a semiconductor laser element such as a DFB laser element and a DBR laser element, or a solid-state laser element such as an Nd: YAG laser can be used. As the optical modulator, a modulator using the electro-optic effect of lithium niobate is often used with relatively low loss.

本発明の形態では、光に位相変調をかけたり、光フィルタを通過させたりするなど、様々なコンポーネントが入ることから、光損失が多くなる傾向が少なからずある。送信時は極力良好な信号対雑音比が要求されるため、損失は極力小さい方が良く、従って、ニオブ酸リチウムの変調器は本発明装置を構成する上で、適している。   In the embodiment of the present invention, various components are included such as applying phase modulation to light or passing through an optical filter, so that there is a considerable tendency to increase optical loss. Since a good signal-to-noise ratio is required at the time of transmission, the loss should be as small as possible. Therefore, a lithium niobate modulator is suitable for constructing the device of the present invention.

データ変調器4でのデータ変調方式がデータ信号をサブキャリア周波数fsに乗せた信号によるAM変調(振幅変調)方式である場合、データ変調を受けた光は図4(a)のようになる。すなわち、サブキャリア周波数fsによりAM変調をかけると、f0なる周波数の光キャリアの両側のf0−fs,f0+fs近辺にデータ成分の乗った側波帯が生じる。ここで、周波数がf0−fsの成分はf0+fsの成分のイメージ成分である。   When the data modulation method in the data modulator 4 is an AM modulation (amplitude modulation) method using a signal obtained by placing a data signal on the subcarrier frequency fs, the light subjected to the data modulation is as shown in FIG. That is, when AM modulation is applied with the subcarrier frequency fs, sidebands with data components are generated near f0−fs and f0 + fs on both sides of the optical carrier having the frequency f0. Here, the component whose frequency is f0-fs is an image component of the component of f0 + fs.

このとき、f0+fsにある側波帯が受信側で所望の周波数frにダウンコンバートされるようにするには、サブキャリア周波数fsあるいは位相変調器に入力される正弦波信号の周波数f1を、f1−fs=frとなるように定めればよい。   At this time, in order to downconvert the sideband at f0 + fs to the desired frequency fr at the receiving side, the subcarrier frequency fs or the frequency f1 of the sine wave signal input to the phase modulator is changed to f1− What is necessary is just to determine so that it may become fs = fr.

位相変調器2において、周波数f1の正弦波信号によって位相変調された光は、図4(b)に示す如く、f0を中心として両側に周波数f1おきに側波帯が立つような光スペクトルとなる。これらの側波帯は光源1が持つ位相雑音と全く同じ位相雑音を持つ。   In the phase modulator 2, the light phase-modulated by the sine wave signal having the frequency f1 has an optical spectrum in which sidebands appear on both sides of the frequency f1 around f0 as shown in FIG. 4B. . These sidebands have exactly the same phase noise as that of the light source 1.

上述したように、サブキャリア周波数fsでデータ変調されてデータ変調器4から出力される光にはf0±fsにデータの乗っている側波帯が発生している。本発明システムにおいては、周波数f1−fsが所望の周波数となるように、f1とfsを定める。
“f0+f1”と“f0−f1”の側波帯のうち、どちらか一方を光フィルタ3によって除去する。“f0+f1”と“f0−f1”以外の成分に関してはフィルタを通過しても、あるいは、通過しなくともどちらでも良い。
使用できるフィルタとしては、帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタ、低域通過フィルタ、高域通過フィルタのいずれでも良い。
As described above, the sideband in which data is carried at f0 ± fs is generated in the light that is data-modulated at the subcarrier frequency fs and output from the data modulator 4. In the system of the present invention, f1 and fs are determined so that the frequency f1-fs is a desired frequency.
One of the sidebands “f0 + f1” and “f0−f1” is removed by the optical filter 3. Components other than “f0 + f1” and “f0−f1” may or may not pass through the filter.
As a filter that can be used, any of a band-pass filter, a band rejection filter, a low-pass filter, and a high-pass filter may be used.

一般に、光フィルタでは周期透過型フィルタ、周期阻止型フィルタが良く用いられるが、周期型のフィルタも、使用する透過域(あるいは阻止域)以外の透過域(阻止域)によって、上述した『“f0+f1”または“f0−f1”のうち、いずれか一方を透過させ、他方は阻止する』という機能が損なわれなければ使用可能である。   In general, a periodic transmission type filter and a periodic blocking type filter are often used as optical filters. However, the periodic type filter also has the above-described ““ f0 + f1 ”depending on a transmission band (blocking band) other than the transmission band (or blocking band) to be used. It can be used as long as the function of “transmitting one of“ f0-f1 ”and blocking the other” is not impaired.

図5(b)に光フィルタを通過した位相変調光のスペクトルを示す。これは、帯域通過フィルタを使用した例であり、“f0−f1”と“f0+f1”の間にフィルタの通過帯域の端があり、“f0+f1”成分を通過させている。
図5(b)の光を、図5(a)のような信号光とカップラなどを用いて、干渉が最も大きくなるように偏波を一致させて、合波する。そのためには、偏波コントローラを使用したり、あるいは、系の中をすべて偏波保持するコンポーネントで構成するとよい。
FIG. 5B shows the spectrum of the phase-modulated light that has passed through the optical filter. This is an example using a band pass filter, and there is an end of the pass band of the filter between “f0−f1” and “f0 + f1”, and the “f0 + f1” component is passed.
The light shown in FIG. 5B is combined by using the signal light as shown in FIG. 5A and a coupler so that the polarizations are matched so that the interference is maximized. For this purpose, a polarization controller may be used, or it may be configured with components that maintain polarization in the entire system.

合流するときには、光分岐結合器5で分岐してから、光分岐結合器6で合流するまで、位相変調する枝(位相変調系統側の経路)とデータ変調する枝(データ変調系統側の経路)の遅延差を十分小さくする。なぜならば、干渉したときに位相雑音の影響がキャンセルされるようにするためには、遅延差がコヒーレンスの保たれている範囲で合波する必要があるためである。   When merging, a branch for phase modulation (path on the phase modulation system side) and a branch for data modulation (path on the data modulation system side) from branching at the optical branching coupler 5 to joining at the optical branching coupler 6 The delay difference is made sufficiently small. This is because, in order to cancel the influence of phase noise when interference occurs, it is necessary to multiplex within a range in which the delay difference maintains coherence.

コヒーレンス長は光源の位相雑音で決定される。光源1に単一縦モードの半導体レーザを用いるならば、コヒーレンス長で数メートル程度である。2つのパス(経路)の遅延差がこの範囲に入っていれば、ほぼ問題ないが、できるだけ位相雑音の影響を小さくするためには、コヒーレンス長の1/10程度以下の範囲に入っているのが望ましい。   The coherence length is determined by the phase noise of the light source. If a single longitudinal mode semiconductor laser is used as the light source 1, the coherence length is about several meters. If the delay difference between the two paths (routes) is within this range, there is almost no problem, but in order to reduce the influence of phase noise as much as possible, it is within the range of about 1/10 or less of the coherence length. Is desirable.

大抵の場合は、コンポーネン卜間を接続する光ファイバコードの長さを調節する程度でよい。しかし、図6に示す構成のように、一方の枝に光ファイバ増幅器24が挿入された構成をとる場合、この光ファイバ増幅器24によって遅延が著しく増大する。その様な場合は図6のように、もう一方の枝に遅延調整用のファイバ23等を挿入して調整すると良い。   In most cases, it is only necessary to adjust the length of the optical fiber cord connecting the components. However, when the optical fiber amplifier 24 is inserted into one of the branches as in the configuration shown in FIG. 6, the optical fiber amplifier 24 significantly increases the delay. In such a case, as shown in FIG. 6, it may be adjusted by inserting a delay adjusting fiber 23 or the like in the other branch.

このようにして合波されたものを光ファイバで伝送し、フォトダイオードのような二乗検波特性を持つフォトディテクタを用いて検波すると、受信された電気信号のスペクトルは図7のようになる。
すなわち、データ変調光と、光フィルタを通過した位相変調光の各々の成分が干渉することによって、f1,2f1,3f1を中心としてデータ成分が受信されている。そして、受信側において、f1−fsにある信号を取り出すには、図8のように当該所要の周波数成分のみを通す電気信号用の帯域通過フィルタ14を用いて受信信号を濾波すればよい。データ変調光の位相雑音は、光源の位相雑音と全く同じであるため、同様の位相雑音を有する位相変調光の側波帯と干渉すると、位相雑音同士が互いに打ち消し合うこととなり、当該位相雑音はキャンセルされることとなる。その結果、受信された電気信号では光源の線幅による位相雑音は検出されず、良好な受信が可能となる。
When the combined signal is transmitted through an optical fiber and detected using a photodetector having a square detection characteristic such as a photodiode, the spectrum of the received electric signal is as shown in FIG.
That is, the data components are received around f1, 2f1, and 3f1 due to interference between the data-modulated light and the respective components of the phase-modulated light that has passed through the optical filter. In order to extract the signal at f1-fs on the receiving side, it is only necessary to filter the received signal using a bandpass filter 14 for electric signals that passes only the required frequency component as shown in FIG. Since the phase noise of the data modulated light is exactly the same as the phase noise of the light source, when it interferes with the sidebands of the phase modulated light having the same phase noise, the phase noises cancel each other, and the phase noise is It will be cancelled. As a result, phase noise due to the line width of the light source is not detected in the received electrical signal, and good reception is possible.

本実施形態の要点と理由を纏めてみると次の如きである。すなわち、本実施形態においては、一つの光源をデータ変調用および位相変調用とに共用化するようにし、当該共用の光源である単一縦モード光源1から出力された光を二分岐して、一方はベースバンドに近い低いサブキャリア周波数fsでデータ変調し、他方の光は周波数f1の周期信号(正弦波信号)によって位相変調するようにした。   The main points and reasons of this embodiment are summarized as follows. That is, in this embodiment, one light source is shared for data modulation and phase modulation, and the light output from the single longitudinal mode light source 1 which is the shared light source is bifurcated. One is data-modulated at a low subcarrier frequency fs close to the baseband, and the other light is phase-modulated by a periodic signal (sine wave signal) having a frequency f1.

データ変調された光スペクトルは図4(a)の如きであり、また、位相変調された光スペクトルは図4(b)の如きである。すなわち、図4において、f0は光源の光周波数であり、両側に周波数f1おきに側波帯が発生している。また、データ変調された光にはf0±fsにデータの乗っている側波帯が発生している。本発明においては、周波数f1−fsが所望の周波数となるように、f1とfsを定める。   The data-modulated optical spectrum is as shown in FIG. 4 (a), and the phase-modulated optical spectrum is as shown in FIG. 4 (b). That is, in FIG. 4, f0 is the optical frequency of the light source, and sidebands are generated on both sides at every frequency f1. Further, sidebands in which data is carried at f0 ± fs are generated in the data-modulated light. In the present invention, f1 and fs are determined so that the frequency f1-fs becomes a desired frequency.

ここで、この実施形態においては、光源を共通にし、該光源の出力する光から周期信号による変調により位相変調光を得ると共に、データ信号による変調によりデータ変調光を得るようにしているが、それは、次の理由による。
すなわち、位相変調は高調波成分を得るために行うが、位相変調を用いたとしても周期信号による位相変調であれば、強度変調を用いた場合と同様の側波帯すなわち、高調波成分が生成されることを利用している。そして、位相変調器は強度変調を利用する場合に比べて、装置のコストが安価であることに着目している。
Here, in this embodiment, the light source is shared, and phase-modulated light is obtained from light output from the light source by modulation with a periodic signal, and data-modulated light is obtained by modulation with a data signal. For the following reason.
In other words, phase modulation is performed in order to obtain harmonic components, but even if phase modulation is used, if the phase modulation is based on a periodic signal, sidebands similar to those in the case of using intensity modulation, that is, harmonic components are generated. Is being used. The phase modulator pays attention to the fact that the cost of the apparatus is lower than that in the case of using intensity modulation.

そして、このようにして得た位相変調光とデータ変調光は、合波することで干渉させ、これにより光源の持つ位相雑音をキャンセルさせるようにした。すなわち、図4のように、同一の光源のデータ変調された光(図4(a))と位相変調した光(図4(b))を干渉させると位相変調した光の各々のスペクトル線とデータ変調した光が干渉する。位相変調光も、また、データ変調光も、元が同一の光源の光を使用しており、従って、同じ位相雑音がのっているため、両者を干渉させると位相雑音の影響はキャンセルされて消失する。それ故、この構成により、位相雑音の無い受信信号が得られることとなる。   The phase-modulated light and the data-modulated light thus obtained are combined to interfere with each other, thereby canceling phase noise of the light source. That is, as shown in FIG. 4, when the data-modulated light (FIG. 4 (a)) and the phase-modulated light (FIG. 4 (b)) of the same light source interfere with each other, Data modulated light interferes. Both the phase-modulated light and the data-modulated light use the light of the same light source, and therefore the same phase noise is present, so if they interfere with each other, the influence of the phase noise is cancelled. Disappear. Therefore, with this configuration, a received signal without phase noise can be obtained.

ここで、位相変調した光には光キャリアf0の両側に対称に側波帯が形成されることになり、このままではこのことが問題となる。つまり、光キャリアf0の両側に対象に側帯波を持つ位相変調光をデータ変調光と干渉させて、二乗検波特性のあるフォトディテクタで検波すると、同一の受信周波数に、両側の側波帯からの干渉波が検出される。そして、両側の側波帯の位相関係によって、検出されるデータの大きさが変化し、場合によっては全く信号が検出されなくなる。そのため、側波帯を調整する必要があるが、側波帯間の位相関係は伝送中に光ファイバの波長分散によって変化し、容易に制御できない。   Here, side-bands are formed symmetrically on both sides of the optical carrier f0 in the phase-modulated light, and this is a problem if it remains as it is. That is, if phase modulated light having sidebands on both sides of the optical carrier f0 is interfered with the data modulated light and detected by a photodetector having a square detection characteristic, interference from both sidebands at the same reception frequency occurs. A wave is detected. The size of the detected data changes depending on the phase relationship between the sidebands on both sides, and in some cases, no signal is detected. Therefore, it is necessary to adjust the sidebands, but the phase relationship between the sidebands changes due to the chromatic dispersion of the optical fiber during transmission and cannot be easily controlled.

そこで本発明では、所望の受信周波数を与える2つの側波帯のうち、一方を光フィルタで阻止するようにした。例えば、図4のように、側帯波はf0なる周波数の光キャリアを中心に、f0−f1およびf0+f1なる対称な2つの成分が表れているが、これら2つの側帯波f0±f1のうち一方のみを通過させる濾波特性を有する光フィルタを用いて一方の側帯波を通過させるようにしている。この2つの側波帯以外の成分、例えば光キャリアf0やf0±2f1、f0±3f1、… にある側波帯などは光フィルタで阻止されるようにしても、あるいは通過させるようにしてもどちらでも良い。このような成分が残っている場合、例えば、f0の成分が残っていたとすると、この場合には当該f0の成分とf0+f1とが干渉し、受信したときに所望帯域にビートが発生する。しかし、図4(a)のように、データが直流成分を含まないならば問題はない。   Therefore, in the present invention, one of the two sidebands giving a desired reception frequency is blocked by the optical filter. For example, as shown in FIG. 4, the sideband wave has two symmetrical components f0−f1 and f0 + f1 centered on the optical carrier having the frequency of f0, but only one of these two sideband waves f0 ± f1. One sideband wave is allowed to pass through using an optical filter having a filtering characteristic that passes the light. Components other than these two sidebands, such as sidebands in the optical carriers f0, f0 ± 2f1, f0 ± 3f1,..., Are either blocked by the optical filter or allowed to pass through. But it ’s okay. When such a component remains, for example, if a component of f0 remains, in this case, the component of f0 interferes with f0 + f1, and a beat is generated in a desired band when received. However, there is no problem if the data does not contain a DC component as shown in FIG.

一方、図9のようにデータが直流近傍の成分を持つ場合は、受信した所望周波数のキャリア成分が干渉の状態で変化する。変化の要因は、干渉を起こす成分間の位相変動、成分のパワー変動などであり、光ファイバ長の変化、光フィルタの波長特性の変動などによって発生する。しかし、その際の変動の速さは日単位、月単位といった非常にゆっくりしたものである。そして、通常、ベースバンド信号では純粋な直流、帯域信号では純粋なキャリア成分が情報を持っていることはほとんど無く、キャリアそのもののレベルや位相が日単位、月単位で変化したとしても情報の伝達には影響しない。従って、得たい所望の側波帯以外のf0やf0±2f1、…といった成分が光フィルタを透過して送信されたとしても全く問題はない。   On the other hand, when the data has a component near DC as shown in FIG. 9, the received carrier component of the desired frequency changes in an interference state. Factors of change include phase fluctuations between components causing interference, power fluctuations of components, and the like, which are caused by changes in optical fiber length, fluctuations in wavelength characteristics of optical filters, and the like. However, the rate of change at that time is very slow, such as daily or monthly. In general, pure DC in baseband signals and pure carrier components in band signals rarely have information, and even if the level or phase of the carrier itself changes from day to day or from month to month, information is transmitted. Does not affect. Therefore, there is no problem even if components other than the desired sideband to be obtained, such as f0, f0 ± 2f1,... Are transmitted through the optical filter.

本発明では、ミリ波伝送のような高周波システムを想定しており、所望の側波帯と光キャリアを挟んで対称位置にある側波帯(イメージ成分)の間の光周波数間隔は比較的広い。所望の側波帯とそのイメージ以外の成分に関する制約がなくなると、光フィルタの透過光周波数の安定精度が低くて良く、システムが簡素にできる。   In the present invention, a high frequency system such as millimeter wave transmission is assumed, and the optical frequency interval between a desired sideband and a sideband (image component) at a symmetrical position across the optical carrier is relatively wide. . If there are no restrictions on components other than the desired sideband and its image, the stability accuracy of the transmitted light frequency of the optical filter may be low, and the system can be simplified.

このように本発明システムはコストダウンのために、光変調器を用いることに特徴がある。そして、光変調器として一般的なものは、ニオブ酸リチウム変調器であり、当該ニオブ酸リチウム変調器の場合、印加電圧による屈折率変化を利用して光に位相変調をかける形態を基本として、それらの組み合わせや変形で様々な変調器が構成される。   As described above, the system of the present invention is characterized by using an optical modulator for cost reduction. Then, a general light modulator is a lithium niobate modulator, and in the case of the lithium niobate modulator, based on a form in which phase modulation is applied to light using a change in refractive index due to an applied voltage, Various modulators are configured by combinations and modifications thereof.

位相変調器そのものは光通信の世界ではほとんど用いられないが、位相変調器は構成が最もシンプルであり、バイアス電圧制御が不要で、低コストなデバイスである。そして、この点に着目して本発明では同一光源からの光を二分岐させ、一方はデータ変調し、他方は位相変調させてから互いを合波することで、光源の位相雑音をキャンセルさせるようにした。   Although the phase modulator itself is rarely used in the world of optical communication, the phase modulator has the simplest configuration, does not require bias voltage control, and is a low-cost device. Then, paying attention to this point, in the present invention, the light from the same light source is bifurcated, one is data-modulated, the other is phase-modulated and then combined to cancel the phase noise of the light source. I made it.

このように、第2の実施形態に示した光送信器においては、同一光源からビートを作り出すことによって、光位相雑音の影響がなくすようにし、また、干渉波の一つを光位相変調器により位相変調にて生成するようにしたことによって、変調器が低コスト化できる。   Thus, in the optical transmitter shown in the second embodiment, the influence of the optical phase noise is eliminated by creating a beat from the same light source, and one of the interference waves is eliminated by the optical phase modulator. By generating by phase modulation, the cost of the modulator can be reduced.

なお、実施の形態の説明は本発明に本質的に関連する要素のみを示している。例えば、実際には本発明の光送信器内に適宜、光増幅器が挿入されることがあるが、そのようなコンポーネン卜に関しては図示していない。   Note that the description of the embodiment shows only elements that are essentially related to the present invention. For example, in practice, an optical amplifier may be appropriately inserted in the optical transmitter of the present invention, but such a component is not shown.

本発明の目的は、安価な構成で、しかも、品質の良い高周波を受信側で容易に得ることができるようにすることである。そして、上述の実施形態では、位相変調器を周波数f1の正弦波で位相変調し、受信側の所望周波数はf1−fsを中心とするようにしたものであった。この方法では位相雑音を回避するという目的は達成できるが、f1がミリ波のような高い周波数の場合、送信側でも変調するのは簡単ではない。   An object of the present invention is to make it possible to easily obtain a high-quality high-frequency signal on the receiving side with an inexpensive configuration. In the above-described embodiment, the phase modulator is phase-modulated with a sine wave having the frequency f1, and the desired frequency on the reception side is centered on f1-fs. This method can achieve the purpose of avoiding phase noise, but when f1 is a high frequency such as a millimeter wave, it is not easy to modulate even on the transmission side.

図7からもわかるように、光フィルタでの側波帯の切り出し方によっては、2f1、3f1といったf1の高調波に当たる周波数のまわりにも信号が検出される。そこで、本発明では、nを任意の整数とすると“n×f1−fs”が受信側の所望周波数となるように、位相変調の変調周波数f1を定め、光フィルタでは“f0−n×f1”と“f0+n×f1”のいずれか一方が通過するようにその透過光波長を調整する。   As can be seen from FIG. 7, depending on how the sidebands are cut out by the optical filter, signals are also detected around frequencies corresponding to harmonics of f1, such as 2f1 and 3f1. Therefore, in the present invention, when n is an arbitrary integer, the modulation frequency f1 of the phase modulation is determined so that “n × f1−fs” becomes the desired frequency on the receiving side, and “f0−n × f1” in the optical filter. And the transmitted light wavelength is adjusted so that either one of “f0 + n × f1” passes.

図10(b)に、n=3の場合のスペクトルを示す。光フィルタで“f0+3×f1”の成分を透過させ、“f0−3×f1”の成分は阻止するようにする。そして、この透過させた“f0+3×f1”の成分の位相変調光と、図10(a)のようなデータ変調光とを干渉させて伝送すると、これを受信側でフォトダイオードのような二乗検波特性を持つフォトディテクタにて検波すれば、得られる受信電気信号のスペクトルは図11のようになる。   FIG. 10B shows a spectrum when n = 3. The optical filter transmits the “f0 + 3 × f1” component and blocks the “f0-3 × f1” component. Then, when the transmitted phase-modulated light of the component “f0 + 3 × f1” and the data-modulated light as shown in FIG. 10A are interfered and transmitted, this is square-detected like a photodiode on the receiving side. If detection is performed by a photodetector having characteristics, the spectrum of the received electric signal obtained is as shown in FIG.

すなわち、図11に示すように、各側波帯とデータ変調光の干渉波が受信されている。受信側が所望する周波数が“3×f1−fs”であれば、当該周波数域を通過帯域として含み、他は通過させない図11の点線で示したようなバンドパス特性を有する電気信号用の帯域通過フィルタを通して、その成分のみを抽出すれば良いことになる。なお、位相変調時には、高調波成分が十分に発生する変調度で変調すると良い。このようにすることによって、位相変調の周波数を下げることができ、位相変調器まわりの構成が低コスト化できる。   That is, as shown in FIG. 11, interference waves of each sideband and data modulated light are received. If the frequency desired by the receiving side is “3 × f1-fs”, the frequency band is included as a pass band, and the others are not allowed to pass through. The band pass for electrical signals having the band pass characteristics as shown by the dotted line in FIG. Only that component needs to be extracted through the filter. At the time of phase modulation, it is preferable to modulate with a modulation degree that sufficiently generates harmonic components. By doing so, the frequency of the phase modulation can be lowered, and the configuration around the phase modulator can be reduced.

[本実施形態の光送信器で使用する光フィルタ]
本発明では、所望の受信周波数を与える二つの側波帯のうち、一方の側波帯のみを残すように光フィルタ3の透過光周波数を調整制御する。そのため透過光周波数が可変な光フィルタを使用するとよい。
[Optical filter used in optical transmitter of this embodiment]
In the present invention, the transmitted light frequency of the optical filter 3 is adjusted and controlled so that only one of the two sidebands giving a desired reception frequency remains. Therefore, it is preferable to use an optical filter having a variable transmitted light frequency.

光フィルタの制御法として、図12のように光フィルタの透過帯域13の端が位相変調光のキャリア成分f0を約半分程度透過する位置にロックさせる方法を述べる。この場合、光フィルタ3には、光キャリアf0が約半分透過している状態で所望の側波帯の一方を透過し、もう一方を阻止できる十分な帯域幅および十分鋭い立ち上がりを持っているものを使用する。   As a method of controlling the optical filter, a method of locking the end of the transmission band 13 of the optical filter at a position where the end of the carrier component f0 of the phase modulated light is transmitted by about half as shown in FIG. In this case, the optical filter 3 has a sufficient bandwidth and a sufficiently sharp rise so that one of the desired sidebands can be transmitted while the other half of the optical carrier f0 is transmitted. Is used.

例えば、フィルタの立ち上がりが“2×f1”よりも小さくフィルタ帯域の半値全幅が“2×f1”程度の帯域通過フィルタ(あるいは周期透過型フィルタ)や、フィルタの立ち上がりが“2×f1”よりも小さく、阻止帯域の半値全幅が“2×f1”程度の帯域阻止フィルタ(あるいは周期阻止型フィルタ)、あるいは、フィルタの立ち上がりが“2×f1”よりも小さい高域通過フィルタまたは低域通過フィルタを用いればよい。   For example, the rise of the filter is smaller than “2 × f1” and the full width at half maximum of the filter band is about “2 × f1”, or the rise of the filter is higher than “2 × f1”. A band-stop filter (or a period-stop filter) having a small full width at half maximum of the stop band of about “2 × f1”, or a high-pass filter or a low-pass filter whose rise of the filter is smaller than “2 × f1”. Use it.

帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタに関しては、通過帯域特性あるいは阻止帯域特性の形状は、ガウス型の如く頂上の丸い形状ではなく、チェビシェフ型、バターワース型といった頂上が平らな形状を呈するものが良く、しかも、透過させる側波帯、あるいは阻止させる側波帯が、頂上の平らな部分にかかっているような帯域にあるようにするとよい。   Regarding the band-pass filter and band-stop filter, the shape of the pass-band characteristic or stop-band characteristic is not a round shape like a Gaussian shape, but is preferably a Chebyshev type or a Butterworth type that has a flat top shape. It is preferable that the sideband to be transmitted or the sideband to be blocked is in a band that lies on a flat portion of the top.

光キャリアf0のパワーの約半分が光フィルタ3のエッジで阻止されるようにするには、次のようにする。光フィルタ3の立ち上がり特性、立ち下がり特性の形状は図13(a)のようになだらかなS字形斜面になっていることが多い。すなわち、はじめは緩やかに立ち上がり、途中急峻に立ち上がり、終わりは再び緩やかに立ち上がる。これを、微分係数で表すと図13(b)のようになる。図13(b)からわかるように、立ち上がりの途中が最も傾きが大きい。通常の光フィルタでは、この傾きが最も大きい部分は、光透過率が最大値の約半分の点(半値点)の近くにあることが多い。   In order to stop about half of the power of the optical carrier f0 at the edge of the optical filter 3, the following is performed. The shape of the rising and falling characteristics of the optical filter 3 is often a gentle S-shaped slope as shown in FIG. That is, at the beginning, it rises gently, rises abruptly, and rises slowly at the end. This is expressed as a differential coefficient as shown in FIG. As can be seen from FIG. 13B, the slope is the largest during the rise. In a normal optical filter, the portion with the largest inclination is often near a point where the light transmittance is about half of the maximum value (half-value point).

本発明では、光フィルタの透過光周波数を、ある特定周波数F1の低周波信号でほんの少し左右に振動させる。すると、光フィルタの透過帯域の端にかかっている周波数成分の光はその強度が当該F1の周波数で変化する。   In the present invention, the transmitted light frequency of the optical filter is vibrated slightly to the left and right with a low frequency signal having a specific frequency F1. Then, the intensity of the frequency component light applied to the end of the transmission band of the optical filter changes at the frequency of F1.

光フィルタを通過した位相変調光とデータ変調光の干渉波をフォトディテクタで受信したときのスペクトルは、光キャリアf0が光フィルタで約半分阻止されている状態では、図14の如きである。すなわち、周波数fsのデータ成分15は、データ変調光が直接検波されたものと、位相変調光の光キャリア成分f0とデータ変調光の干渉波を合成したものとなる。   The spectrum when the photodetector receives the interference wave of the phase-modulated light and the data-modulated light that has passed through the optical filter is as shown in FIG. 14 in a state where the optical carrier f0 is blocked about half by the optical filter. That is, the data component 15 of the frequency fs is obtained by directly detecting the data modulated light, and is obtained by combining the optical carrier component f0 of the phase modulated light and the interference wave of the data modulated light.

位相変調光のf0の成分の大きさが周波数F1で変化していると、データ成分15のパワーがF1の周波数で変化する。位相変調光とデータ変調光の干渉波を受信した信号からデータ成分15のみをフィルタ等で取り出し、そのパワーを検出する。そのパワーはF1の周波数で変動しているが、位相変調光の光キャリアf0が図13(b)の微分係数が最大になっている点にあると、検出されたデータ成分15のパワーの変動の割合が最大になる。そこで、その割合を検出し、最大となる点に光フィルタをロックすればよい。最大点を探すには山登り法などを用いると良い。   When the magnitude of the f0 component of the phase-modulated light changes at the frequency F1, the power of the data component 15 changes at the frequency of F1. Only the data component 15 is extracted from the signal that received the interference wave of the phase-modulated light and the data-modulated light by a filter or the like, and its power is detected. The power fluctuates at the frequency of F1, but when the optical carrier f0 of the phase-modulated light is at the point where the differential coefficient of FIG. 13B is maximized, the power fluctuation of the detected data component 15 is fluctuated. The ratio of becomes the maximum. Therefore, it is only necessary to detect the ratio and lock the optical filter at the point where it becomes the maximum. To find the maximum point, you can use the hill climbing method.

なお、光フィルタの阻止域には、局部的に微分係数が大きくなっている点が存在する可能性があり、光送信器の立ち上げ時などのような過渡期においては、場合によりそのような点にロックしてしまう可能性もある。そこで、これを防ぐには、送信器の出荷調整時に、理想的にロックしているときのF1で振動する成分の振幅の絶対値を記憶しておき、立ち上げ時にデータ成分15のパワーの変動の割合が最大になる点に光フィルタをロックさせるに当たり、データ成分のパワー変動の割合が最大と認識した点の値を、前記記憶した値と比較し、その結果、記憶した値よりあまり小さいようであれば、正しい光周波数にロックしていないと判断して別の点を探すようにする構成とすると良い。   Note that there may be a point where the differential coefficient is locally increased in the stop band of the optical filter. In a transition period such as when the optical transmitter is started up, such a case may occur. There is also the possibility of locking to a point. Therefore, to prevent this, the absolute value of the amplitude of the component that vibrates at F1 when ideally locked is stored at the time of shipment adjustment of the transmitter, and the power fluctuation of the data component 15 at startup When the optical filter is locked to the point where the ratio of the maximum is the maximum, the value at the point where the ratio of the power fluctuation of the data component is recognized as the maximum is compared with the stored value, and as a result, it is likely to be much smaller than the stored value. If so, it may be configured to search for another point by determining that the optical frequency is not locked.

但し、上述のような光フィルタを使用しない場合、例えば、側波帯一つを通過するだけの帯域幅しか持たない帯域通過フィルタや、側波帯一つを阻止する阻止帯域しか持たない帯域阻止フィルタを使用する場合は、上述の方法は使用できない。それは、帯域が狭すぎて、所望の側波帯が十分に通過できないか、阻止すべき側波帯を十分に阻止できないためである。このようなフィルタに対しては次のようにすると良い。   However, when the optical filter as described above is not used, for example, a bandpass filter having only a bandwidth for passing one sideband or a bandstop having only a stopband for blocking one sideband. If a filter is used, the above method cannot be used. This is because the band is too narrow for the desired sidebands to pass sufficiently or to block the sidebands to be blocked sufficiently. For such a filter, the following is preferable.

すなわち、帯域が狭すぎる帯域通過フィルタの場合には、データ変調光と合流した光を分岐受信して、所望周波数のデータ信号のパワーが最も大きくなるように、光フィルタを制御する。また、阻止帯域の狭い帯域阻止フィルタの場合には、阻止される光が反射するように光フィルタを構成し、図15のように光フィルタの前にサーキュレータを挿入して反射した光を分離し、分岐されたデータ変調光と合波する。これをフォトディテクタで受信し、所望周波数のデータ信号が最大になるように光フィルタの阻止周波数を制御すればよい。   That is, in the case of a band pass filter whose band is too narrow, the optical filter is controlled so that the light combined with the data modulated light is branched and received, and the power of the data signal of the desired frequency is maximized. In the case of a band stop filter with a narrow stop band, an optical filter is configured to reflect the blocked light, and a circulator is inserted in front of the optical filter to separate the reflected light as shown in FIG. And multiplexed with the branched data modulated light. This may be received by a photodetector and the stop frequency of the optical filter may be controlled so that the data signal of the desired frequency is maximized.

[光集積回路素子化する例]
ところで、光送信器として図3に示した如きの構成を採用した場合、光源を除いて他の要素を1つの光集積回路にまとめることができる。その例を図16に示す。図16はニオブ酸リチウム基板上に図3における構成要素である位相変調器2、光フィルタ3、データ変調器4、光分岐結合器5,6、光路等を集積化した例を示す。
[Example of optical integrated circuit device]
By the way, when the configuration as shown in FIG. 3 is adopted as the optical transmitter, other elements can be combined into one optical integrated circuit except for the light source. An example is shown in FIG. FIG. 16 shows an example in which the phase modulator 2, the optical filter 3, the data modulator 4, the optical branching couplers 5 and 6, the optical path, etc., which are the components in FIG. 3, are integrated on the lithium niobate substrate.

図16において、29が位相変調部、30がAM変調部、31が光フィルタ部であり、それぞれ、図3での位相変調器2,データ変調器4,光フィルタ3に該当する。また、26は光導波路、34,35,36は光導波路のY分岐(光分岐結合器)であり、当該Y分岐34,35,36は光分岐結合器を構成する。   In FIG. 16, reference numeral 29 denotes a phase modulation unit, 30 denotes an AM modulation unit, and 31 denotes an optical filter unit, which correspond to the phase modulator 2, the data modulator 4, and the optical filter 3 in FIG. Reference numeral 26 denotes an optical waveguide, and reference numerals 34, 35, and 36 denote Y branches (optical branch couplers) of the optical waveguide. The Y branches 34, 35, and 36 constitute an optical branch coupler.

図16の構成の場合、ニオブ酸リチウムの基板上にチタン拡散などで光路となる光導波路26を形成し、その上に電極をつける。電極は進行波型電極である。(但し、図では信号電極のみを図示しグラウンド電極は省略している。)光フィルタ31は光導波路26の一部にブラッグ・グレーティング33を形成することで構成しており、光導波路26の一部にブラッグ・グレーティング33を形成し、このブラッグ・グレーティング33に電極32がつけられることにより、阻止帯域が可変となる構成となっている。   In the case of the configuration of FIG. 16, an optical waveguide 26 serving as an optical path is formed on a lithium niobate substrate by titanium diffusion or the like, and an electrode is attached thereon. The electrode is a traveling wave electrode. (However, in the figure, only the signal electrode is shown and the ground electrode is omitted.) The optical filter 31 is configured by forming a Bragg grating 33 in a part of the optical waveguide 26, and one of the optical waveguides 26. A Bragg grating 33 is formed in the portion, and an electrode 32 is attached to the Bragg grating 33, so that the stop band is variable.

また、光導波路26外部の光源から光を導く入力部と干渉後の光を導出する出力部とがあり、これらの間はY分岐34を介して光路を二分岐し、二分岐した各光路はY分岐35で一つに纏められて出力部に至る構成としてある。   In addition, there is an input unit for guiding light from a light source outside the optical waveguide 26 and an output unit for deriving light after interference. Between these, the optical path is bifurcated via the Y branch 34, and each of the bifurcated optical paths is The Y branch 35 is combined into one to reach the output unit.

入力部側から二分岐された光導波路26の一方に位相変調器29と光フィルタ31が形成され、入力部側から二分岐された光導波路26の他方にはY分岐36を介して更に光路を二分岐した上でそれぞれの光路に電極28を形成してデータ信号により光路中の光に振幅変調をかけることができるように構成し、AM変調器30を形成する。AM変調器30の二分岐されている光路は再び別のY分岐36により光路が一つに纏められてからY分岐35に至る光路構成としてある。   A phase modulator 29 and an optical filter 31 are formed on one of the optical waveguides 26 branched from the input unit side, and an optical path is further provided to the other of the optical waveguides 26 branched from the input unit side via the Y branch 36. After bifurcating, an electrode 28 is formed in each optical path so that amplitude modulation can be applied to light in the optical path by a data signal, and an AM modulator 30 is formed. The optical path that is bifurcated by the AM modulator 30 is configured such that the optical path is brought together by another Y branch 36 to reach the Y branch 35 again.

位相変調器29はY分岐34により二分岐された光導波路26の一部に電極27を形成してここに位相変調信号を与えることにより光導波路中の光に位相変調を与える構成とである。ニオブ酸リチウムの基板上に、このように各要素を集積化することによって素子間の接続が不要になり、光送信器の低損失、小型化が可能となる。   The phase modulator 29 is configured to apply phase modulation to light in the optical waveguide by forming an electrode 27 on a part of the optical waveguide 26 that is bifurcated by the Y branch 34 and giving a phase modulation signal thereto. By integrating each element on the lithium niobate substrate in this manner, connection between elements becomes unnecessary, and the optical transmitter can be reduced in loss and reduced in size.

[第2の実施形態の変形例(1)]
図3に示した本発明による光送信器の変形例を図17に示す。図17において、1は光源、2は位相変調器、4はデータ変調器、5および6はY分岐(光分岐結合器)、25は半導体レーザ素子である。
[Modification (2) of the second embodiment]
FIG. 17 shows a modification of the optical transmitter according to the present invention shown in FIG. In FIG. 17, 1 is a light source, 2 is a phase modulator, 4 is a data modulator, 5 and 6 are Y branches (optical branching couplers), and 25 is a semiconductor laser element.

ここではデータ変調器4、位相変調器2は図3の構成と同様であるが、図3の構成における光フィルタ3の代わりに、この図17の構成においては半導体レーザ素子25が挿入されている。半導体レーザ素子25は、λ(波長)/4シフトDFBレーザやDBRレーザのような、単一縦モードで発振するもので、その反射構造が発振波長を透過する光フィルタとしても使用できる形のものを使用する。   Here, the data modulator 4 and the phase modulator 2 are the same as in the configuration of FIG. 3, but instead of the optical filter 3 in the configuration of FIG. 3, a semiconductor laser element 25 is inserted in the configuration of FIG. . The semiconductor laser element 25 oscillates in a single longitudinal mode, such as a λ (wavelength) / 4 shift DFB laser or a DBR laser, and its reflection structure can be used as an optical filter that transmits the oscillation wavelength. Is used.

半導体レーザ素子25は、透過させる所望の側波帯の波長に近い波長の光が発振するように、駆動電流を予め調整しておく。半導体レーザ素子は単独で発振している時(フリーラン)の発振波長に近い光が外部から注入されると、注入された光の波長に同期した波長で発振すると云う特徴を持つ。このとき、発振光は注入された光の位相雑音と同じ位相雑音を持つ。また、単一縦モード発振するための構造は波長選択性を有する。   In the semiconductor laser element 25, the drive current is adjusted in advance so that light having a wavelength close to the wavelength of a desired sideband to be transmitted oscillates. The semiconductor laser element has a feature that when light close to the oscillation wavelength when oscillating alone (free run) is injected from the outside, it oscillates at a wavelength synchronized with the wavelength of the injected light. At this time, the oscillation light has the same phase noise as that of the injected light. The structure for oscillating in a single longitudinal mode has wavelength selectivity.

従って、図4(b)のように位相変調を受けた光を注入し、半導体レーザ25のフリーランの発振波長をf0+f1の近辺に調節しておけば、波長選択性によってf0+f1の光を発振するようになる。発振波長を所望の側波帯の波長に近づけておくには、光分岐結合器6で合波された出力を一部分岐して受信し、データ変調光との干渉波が所望の周波数になるように、半導体レーザ素子25のフリーラン波長を調整すればよい。このような形態では、所望の側波帯に同期したパワーの強い光が容易に得られる。   Therefore, if light subjected to phase modulation is injected as shown in FIG. 4B and the free-run oscillation wavelength of the semiconductor laser 25 is adjusted in the vicinity of f0 + f1, light of f0 + f1 is oscillated by wavelength selectivity. It becomes like this. In order to make the oscillation wavelength close to a desired sideband wavelength, the output combined by the optical branching coupler 6 is partially branched and received so that the interference wave with the data modulated light has a desired frequency. In addition, the free run wavelength of the semiconductor laser element 25 may be adjusted. In such a form, light with strong power synchronized with a desired sideband can be easily obtained.

本発明の光送信器は波長多重して用いることができる。その場合、図18に示すように、本発明の光送信器(例えば、図3の構成の光送信器)を複数用意し、それぞれの光送信器37a,37b,〜37nには各々重なり合わない波長の光源を用意する。なお、38a,〜38n-1は光分岐結合器であり、また、39はこれら光分岐結合器38a,〜38n-1によって結合された光送信器37a,37b,〜37nからの光信号を受信する光受信器である。   The optical transmitter of the present invention can be used by wavelength multiplexing. In that case, as shown in FIG. 18, a plurality of optical transmitters of the present invention (for example, the optical transmitter having the configuration of FIG. 3) are prepared, and the optical transmitters 37a, 37b,. Prepare a light source of wavelength. Reference numerals 38a and 38n-1 denote optical branching couplers, and 39 receives optical signals from the optical transmitters 37a, 37b and 37n coupled by the optical branching couplers 38a and 38n-1. It is an optical receiver.

このような構成において、各送信側では、図19(a)のように、各光送信器37a,37b,〜37nでそれぞれ周波数を異ならせたサブキャリア周波数fs1,fs2,〜,fsnのサブキャリア信号によるAM変調でデータ変調する。このように各々のサブキャリアを送信器毎に変える。これを図18のように光分岐結合器38a,38b,〜38n-1で結合し、伝送して、受信器39で受信する。
受信器39では波長を分離せず、そのまま纏めて一つのフォトディテクタで受信する。すると、図19(b)のように、同じ帯域で、かつ、重ならないデータ信号を受信することができる。
In such a configuration, on each transmitting side, as shown in FIG. 19 (a), subcarriers of subcarrier frequencies fs1, fs2,..., Fsn having different frequencies in the optical transmitters 37a, 37b,. Data modulation is performed by AM modulation using a signal. In this way, each subcarrier is changed for each transmitter. This is coupled by optical branching couplers 38a, 38b, .about.38n-1 as shown in FIG. 18, transmitted, and received by receiver 39.
The receiver 39 does not separate the wavelengths but collects the signals as they are and receives them with a single photodetector. Then, as shown in FIG. 19B, it is possible to receive data signals that are in the same band and do not overlap.

[第2の実施形態の変形例(2)]
また、図20に別の変形例を示す。図20において、40は櫛状波発生器、41-1,41-2,〜,41-nはデータ送信器、42は受信器、67は幹線ファイバ(光ファイバ)である。
[Modification (2) of the second embodiment]
FIG. 20 shows another modification. In FIG. 20, 40 is a comb wave generator, 41-1, 41-2,..., 41-n are data transmitters, 42 is a receiver, and 67 is a trunk fiber (optical fiber).

図20の構成は、各データ送信器41-1,41-2,〜,41-nは光源を持たず、幹線となる光ファイバ67の端に光源と位相変調器からなる櫛状波発生器40がある。光源は単一縦モード光源であり、これを位相変調することにより複数の側波帯f0,f0±f1,f0±2f1,f0±3f1,f0±4f1,…,f0±nf1を発生する。櫛状波発生器40は光源からの単一縦モード光に対して、その位相変調は変調度を深くすることで、図21のように複数の側波帯f0,f0±f1,f0±2f1,f0±3f1,f0±4f1,…,f0±nf1の光パワーが比較的均一になるようにする。   In the configuration of FIG. 20, each of the data transmitters 41-1, 41-2,..., 41-n does not have a light source, and a comb wave generator including a light source and a phase modulator at the end of an optical fiber 67 serving as a trunk line. There are 40. The light source is a single longitudinal mode light source, and a plurality of sidebands f0, f0 ± f1, f0 ± 2f1, f0 ± 3f1, f0 ± 4f1,..., F0 ± nf1 are generated by phase modulation. Comb wave generator 40 has a plurality of sidebands f0, f0 ± f1, f0 ± 2f1 as shown in FIG. 21 by deepening the degree of modulation of the single longitudinal mode light from the light source. , F0 ± 3f1, f0 ± 4f1,..., F0 ± nf1 are made relatively uniform.

このような位相変調光を櫛状波発生器40は発生し、これを幹線ファイバ67に流す。データ送信器41-1,41-2,〜,41-nは光信号の入力側と出力側を有しており、データ送信器41-1,41-2,〜,41-nの順で直列に繋がるようにして幹線ファイバ67の線路中に接続される。   Comb wave generator 40 generates such phase-modulated light and passes it through trunk fiber 67. The data transmitters 41-1, 41-2,..., 41-n have an optical signal input side and an output side, and the data transmitters 41-1, 41-2,. They are connected in the main fiber 67 so as to be connected in series.

各データ送信器41-1,41-2,〜,41-nでは櫛状波発生器40から送られてきた図21の如き光パワーが比較的均一化された複数の側波帯のうち、それぞれ異なる一つの側波帯を抜き出して特定のサブキャリア周波数によるAM変調を施し、その隣の側波帯を終端する。例えば、初段のデータ送信器41-1はf0−f1なる側波帯をデータ変調し、f0−2f1については透過させ、f0については終端し、二段目のデータ送信器41-2はf0+2f1なる側波帯をデータ変調し、f0+f1については透過させ、f0+3f1については終端すると云った具合である。   In each of the data transmitters 41-1, 41-2,..., 41-n, among the plurality of sidebands having relatively uniform optical power as shown in FIG. One different sideband is extracted and AM modulation is performed with a specific subcarrier frequency, and the adjacent sideband is terminated. For example, the first-stage data transmitter 41-1 modulates the sideband f0-f1, transmits f0-2f1, transmits f0, and terminates the second-stage data transmitter 41-2 by f0 + 2f1. The sideband is data modulated, f0 + f1 is transmitted, and f0 + 3f1 is terminated.

各データ送信器41-1,41-2,〜,41-nではAM変調を施した光を再び幹線ファイバ67に加える。このように、変調を加える側波帯とその両隣の合わせて3本の隣接する側波帯を1セットとし、異なるデータ送信器では、異なる側波帯のセットに対して同様の操作を行う。また、AM変調のサブキャリア周波数はデータ送信器ごとに変えるようにする。   In each of the data transmitters 41-1, 41-2,..., 41-n, AM-modulated light is again applied to the trunk fiber 67. In this way, the sideband to be modulated and the adjacent three sidebands on both sides are set as one set, and different data transmitters perform the same operation on different sets of sidebands. Further, the AM modulation subcarrier frequency is changed for each data transmitter.

図20の受信器42でこれらを分離せずにまるごと受信すると、側波帯の間隔である周波数f1のまわりに図19(b)のように、サブキャリア多重された複数のデータ送信器からの信号が受信される。この形態では、各データ送信器に光源を置かずに済み、また、データ送信器間の光源の波長制御が不要となり、データ送信器が簡素化できる。   When the receiver 42 in FIG. 20 receives all of them without separating them, the frequency from a plurality of subcarrier-multiplexed data transmitters as shown in FIG. A signal is received. In this embodiment, it is not necessary to place a light source on each data transmitter, and it is not necessary to control the wavelength of the light source between the data transmitters, thereby simplifying the data transmitter.

上述の第1および第2の実施形態では、位相変調によって発生した側波帯のうち、光キャリアf0に最も近い側波帯を使用する例で説明した。   In the first and second embodiments described above, the example in which the sideband closest to the optical carrier f0 is used among the sidebands generated by the phase modulation has been described.

しかし、本発明ではミリ波のような高周波を想定しており、図4の例では、位相変調をミリ波の周波数で行わねばならず、コストが増大する。位相変調では、変調度を深くすると変調周波数の高調波成分の側波帯のパワーが強くなる。そのような高調波成分を使用する方法を次に第3の実施形態として説明する。   However, in the present invention, a high frequency such as a millimeter wave is assumed, and in the example of FIG. 4, phase modulation must be performed at a millimeter wave frequency, which increases costs. In phase modulation, the power of the sideband of the harmonic component of the modulation frequency increases as the modulation depth is increased. Next, a method using such harmonic components will be described as a third embodiment.

(第3の実施形態)
第2実施形態の構成における位相変調器において位相変調に用いている周期信号を、第3の実施形態においては正弦波とし、その周波数は前記所望の値を与える側帯波と前記光源の光周波数との周波数差のn分の1(nは2以上の整数)とする。
(Third embodiment)
The periodic signal used for phase modulation in the phase modulator in the configuration of the second embodiment is a sine wave in the third embodiment, and the frequency is a sideband wave that gives the desired value and the optical frequency of the light source. 1 / n (n is an integer of 2 or more).

このような高調波成分としての側帯波を使用するようにした光送信器の具体例を説明する。ここでは、図3,図6,図15,図17,図22における位相変調器2、図20における櫛状波発生器40の位相変調器は、位相変調に用いる周期信号を正弦波とし、その周波数は所望の値を与える側帯波と前記光源の光周波数との周波数差のn分の1(nは2以上の整数)とする。   A specific example of an optical transmitter that uses such sideband waves as harmonic components will be described. Here, the phase modulator 2 in FIG. 3, FIG. 6, FIG. 15, FIG. 17, and FIG. 22, and the phase modulator of the comb wave generator 40 in FIG. The frequency is 1 / n (n is an integer of 2 or more) of the frequency difference between the sideband wave that gives a desired value and the optical frequency of the light source.

図4の例では、f0+2f1やf0+3f1,…とデータ変調光との干渉によって生じる干渉波を、受信器側でフォトディテクタにて受信したときに、所望の周波数となっているように、位相変調の周波数f1を決定する。その結果、f1が小さくなり、位相変調器まわりのハードウエアが低コスト化できる。   In the example of FIG. 4, the phase modulation frequency is set such that the interference wave generated by the interference between f0 + 2f1, f0 + 3f1,... And the data modulated light is a desired frequency when received by the photodetector on the receiver side. Determine f1. As a result, f1 becomes small, and the hardware around the phase modulator can be reduced in cost.

(第4の実施形態)
次に、本願第4の発明についてその実施の形態を第4の実施形態として説明する。
図23はそのブロック図である。図中、2は位相変調器、4はデータ変調器、7は局発光源、8は信号光源、9a,9bは光分岐結合器、10および44はフォトダイオード、11は低域通過フィルタ、12および43は光分岐結合器、45は帯域通過フィルタ、46は制御装置、68はPLLループ、69は周波数制御ループである。
(Fourth embodiment)
Next, the fourth embodiment of the present invention will be described as a fourth embodiment.
FIG. 23 is a block diagram thereof. In the figure, 2 is a phase modulator, 4 is a data modulator, 7 is a local light source, 8 is a signal light source, 9a and 9b are optical branching couplers, 10 and 44 are photodiodes, 11 is a low-pass filter, 12 And 43 are optical branching couplers, 45 is a band pass filter, 46 is a control device, 68 is a PLL loop, and 69 is a frequency control loop.

信号光源8は、データ変調をかける対象となるおおもとの光源であり、例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。
局発光源7は、位相変調をかける対象となるおおもとの光源であり、これも信号光源と同様に例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。光分岐結合器9aは、局発光源7の出力光を二分岐させる1入力ポート2出力ポート構成の結合器であり、光分岐結合器9bは、信号光源8からの出力光を二分岐させる1入力ポート2出力ポート構成の結合器である。
The signal light source 8 is an original light source to be subjected to data modulation, and is composed of, for example, a single longitudinal mode semiconductor laser element.
The local light source 7 is an original light source to be subjected to phase modulation, and is also composed of, for example, a single longitudinal mode semiconductor laser element, like the signal light source. The optical branching coupler 9a is a coupler having a 1 input port 2 output port configuration for bifurcating the output light of the local light source 7, and the optical branching coupler 9b 1 is for bifurcating the output light from the signal light source 8. It is a coupler having an input port 2 output port configuration.

位相変調器2は光分岐結合器9aを介して導かれた前記局発光源7からの光を位相変調して出力するものである。また、データ変調器4は、光分岐結合器9bを介して導かれた信号光源8からの出力光に対して例えば、データ対応のサブキャリア信号fsにより、AM変調を施してデータ変調光として出力するものである。   The phase modulator 2 phase-modulates and outputs the light from the local light source 7 guided through the optical branching coupler 9a. Further, the data modulator 4 performs AM modulation on the output light from the signal light source 8 guided through the optical branching coupler 9b, for example, by a data-corresponding subcarrier signal fs, and outputs it as data modulated light. To do.

光分岐結合器43は、光分岐結合器9aにて二分岐された局発光源7の出力光の一方とデータ変調器4の出力するデータ変調光とを結合する2入力ポート2出力ポート構成の結合器であって、2出力ポートのうち、一つはフォトダイオード44への出力ポートとなり、もう一つは伝送路への出力ポートとなる。   The optical branch coupler 43 has a 2-input port 2-output port configuration for coupling one of the output lights of the local light source 7 branched into two by the optical branch coupler 9 a and the data modulated light output from the data modulator 4. Of the two output ports, one is an output port to the photodiode 44, and the other is an output port to the transmission line.

光分岐結合器12は、位相変調器2の出力と信号光源8の出力光とを結合して合波するものであり、フォトダイオード10はこの合波出力を検出するためのフォトディテクタであり、低域通過フィルタ11はこのフォトダイオード10の検出出力のうち、低周波成分を抽出するためのものであり、制御装置46はこの低周波成分対応に局発光源7の出力光の周波数および光位相をシフトさせるべく、当該局発光源7を制御するものである。   The optical branching coupler 12 combines the output of the phase modulator 2 and the output light of the signal light source 8 and combines them. The photodiode 10 is a photodetector for detecting this combined output, The band-pass filter 11 is for extracting a low frequency component from the detection output of the photodiode 10, and the control device 46 sets the frequency and optical phase of the output light of the local light source 7 in correspondence with the low frequency component. In order to shift, the local light source 7 is controlled.

フォトダイオード10,低域通過フィルタ11および制御装置46により光分岐結合器12による光結合した出力を参照して局発光源7の光周波数および光位相を制御するPLL制御系を構成している。   A PLL control system that controls the optical frequency and optical phase of the local light source 7 with reference to the optically coupled output from the optical branching coupler 12 by the photodiode 10, the low-pass filter 11, and the control device 46 is configured.

フォトダイオード44は光分岐結合器43にて二分岐された送信光を検出するためのフォトディテクタであり、帯域通過フィルタ45はこのフォトダイオード44の検出出力のうち、所定の帯域成分を抽出するためのものであり、制御装置46はこの抽出した周波成分対応に局発光源7の出力光の周波数をシフトさせるべく当該局発光源7を制御する機能も兼ね備えている。   The photodiode 44 is a photodetector for detecting the transmission light bifurcated by the optical branching coupler 43, and the band pass filter 45 is for extracting a predetermined band component from the detection output of the photodiode 44. The control device 46 also has a function of controlling the local light source 7 so as to shift the frequency of the output light of the local light source 7 in correspondence with the extracted frequency component.

フォトダイオード44、帯域通過フィルタ45および制御装置46により送信光出力を参照して局発光源7の光周波数を制御する周波数制御系を構成している。   The photodiode 44, the band pass filter 45, and the control device 46 constitute a frequency control system that controls the optical frequency of the local light source 7 with reference to the transmitted light output.

ここで説明する光送信器は、信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御し、合波して送信するにあたり、前記局発光を分岐して周期信号にて変調し生成された複数の側波帯の内の一つと、前記信号光を分岐したものとの干渉波をフォトディテクタにて検出し、検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光あるいは前記局発光の光位相を制御するようにしたことを特徴とする。   The optical transmitter described here controls the optical frequency so that the signal light and the local light have a desired optical frequency difference, and when the light is combined and transmitted, the local light is branched and modulated by a periodic signal. An interference wave between one of a plurality of generated sidebands and a branch of the signal light is detected by a photodetector, and the signal light is maintained so that the detected error signal maintains a constant DC value. Alternatively, the optical phase of the local light is controlled.

この図23に示す構成の場合、信号光源8と、局発光源7が別々にある。そして、信号光源8からの光はデータ変調器4で変調されてデータ変調光となり、光分岐結合器43方向へと送り出され、また、局発光源7からの光も光分岐結合器43方向へと送られて両者は、ここで合波された後、送信出力(送信光)として伝送路へと送り出される。
このように、信号光と局発光は光分岐結合器43で偏波と遅延を合わせて合波され、送り出される。偏波と遅延の調整、およびデータ変調の形態については上述した第2及び第3の実施形態での発明と同様である。
In the case of the configuration shown in FIG. 23, the signal light source 8 and the local light source 7 are provided separately. Then, the light from the signal light source 8 is modulated by the data modulator 4 to become data-modulated light, which is sent out toward the optical branching coupler 43, and the light from the local light source 7 is also directed toward the optical branching coupler 43. After being combined here, both are sent to the transmission line as transmission output (transmission light).
In this way, the signal light and the local light are combined by the optical branching / combining device 43 with the polarization and the delay combined, and sent out. The forms of polarization and delay adjustment and data modulation are the same as those in the second and third embodiments described above.

図23の例では局発光及び、変調を受ける前の信号をそれぞれ分岐する。局発光には位相変調器2によって位相変調を施し、分岐した信号光と偏波と遅延を合わせて合流し、フォトダイオード10で受信する。信号光の光キャリア周波数f0と局発光の光周波数fLの差をfrにしたい場合は、分岐した局発光を変調する周波数は、例えば、fr/n(ただしnは2以上の整数)にする。   In the example of FIG. 23, the local light and the signal before being modulated are branched. The local light is phase-modulated by the phase modulator 2, and the branched signal light, polarization and delay are combined and received by the photodiode 10. If the difference between the optical carrier frequency f0 of the signal light and the optical frequency fL of the local light is to be fr, the frequency for modulating the branched local light is, for example, fr / n (where n is an integer of 2 or more).

位相変調によって発生したn番目の側波帯(あるいは−n番目の側波帯)と信号光の光周波数および光位相が一致するようにPLLをかける。“2×2”の光分岐結合器43の出力の一つは送信光として送信するが、もう一つの出力をフォトダイオード44で受信し、f0とfLの差fdとfrの差fc=fr−fdの絶対値が、PLLループ68の引き込み範囲周波数fi内に入っているように局発光または信号光(図では局発光)の光周波数を制御する。例えば、フォトダイオード44の後段に中心周波数がfrで帯域が2fiの帯域通過フィルタを配置し、フィルタを通過する受信信号のパワーが最大になるように光周波数を制御するなどの方法を用いる。   The PLL is applied so that the nth sideband (or -nth sideband) generated by the phase modulation matches the optical frequency and optical phase of the signal light. One of the outputs of the “2 × 2” optical splitter / coupler 43 is transmitted as transmitted light, but the other output is received by the photodiode 44, and the difference between f0 and fL, the difference between fd and fr fc = fr− The optical frequency of the local light or signal light (local light in the figure) is controlled so that the absolute value of fd is within the pull-in range frequency fi of the PLL loop 68. For example, a method is used in which a band-pass filter having a center frequency fr and a band 2 fi is disposed downstream of the photodiode 44 and the optical frequency is controlled so that the power of the received signal passing through the filter is maximized.

ここでの目的は、信号光を所望の側波帯以外の側波帯にロックさせないことにあるので、次のような系にしても良い。まず、フォトダイオード44で検出した干渉波信号の周波数fdが周波数fr−fr/2n<fd<fr+fr/2n(但し、nは任意の整数)の範囲に入るようにする。例えば、帯域通過フィルタ45の帯域をそのようにして、透過する電気信号の電力が最大になるように局発光(または信号光)の光周波数を制御する。   The purpose here is not to lock the signal light to a sideband other than the desired sideband, so the following system may be used. First, the frequency fd of the interference wave signal detected by the photodiode 44 is set within the range of frequency fr−fr / 2n <fd <fr + fr / 2n (where n is an arbitrary integer). For example, the optical frequency of the local light (or signal light) is controlled so that the power of the transmitted electric signal is maximized in the band of the band pass filter 45.

フィルタ45の帯域内に信号がある状態を保ったまま、フォトダイオード10で検出された信号がPLLの引き込み範囲周波数に入るように、局発光(または信号光)の光周波数を制御する。例えば、フィルタ45の帯域内を信号が通過している状態で光周波数を振ってみればよい。PLLの引き込み範囲内の信号が検出されたら、ループ69による光周波数の制御を中止し、PLLループをオンにして自動的に制御されるようにする。   The optical frequency of the local light (or signal light) is controlled so that the signal detected by the photodiode 10 falls within the pull-in range frequency of the PLL while keeping the signal in the band of the filter 45. For example, the optical frequency may be varied while a signal is passing through the band of the filter 45. When a signal within the PLL pull-in range is detected, the control of the optical frequency by the loop 69 is stopped, and the PLL loop is turned on so that it is automatically controlled.

光源として用いる半導体レーザは注入電流に従って発振波長が変化する性質を持っている。直流状の駆動電流に加えて、非常に微少なパルス状の電流を流すと、一瞬だけ光周波数が変化して元に戻り、光位相が若干変化する。このようにして、半導体レーザの光位相を制御することができる。なお、固体レーザ素子を光源として使用する場合には、外付けの光無限位相変調器を使用すると良い。   A semiconductor laser used as a light source has a property that an oscillation wavelength changes according to an injection current. When a very small pulse current is supplied in addition to the direct current drive current, the optical frequency changes momentarily and returns to the original state, and the optical phase changes slightly. In this way, the optical phase of the semiconductor laser can be controlled. When a solid-state laser element is used as a light source, an external optical infinite phase modulator may be used.

信号光を変調する枝ではデータ変調器は分岐の後ろに配置する。しかし、データ変調によって得られる信号光の光スペクトルが、光キャリア成分と光キャリアからやや離れた(PLLの引き込み範囲外に離れた)周波数のサブキャリアデータ成分からなるならば、光キャリア成分を用いてPLLをかけることが可能なので、データ変調器は分岐の前にあっても良い。   In the branch that modulates the signal light, the data modulator is arranged behind the branch. However, if the optical spectrum of the signal light obtained by data modulation is composed of the optical carrier component and the subcarrier data component having a frequency slightly separated from the optical carrier (away from the PLL pull-in range), the optical carrier component is used. The data modulator may be in front of the branch.

このような本願第4の発明の実施形態によると、信号光と局発光の光周波数間隔を所望の値に保ちながら位相を同期させるためのPLLに用いられるエラー信号が、直流近辺の低周波で検出されるため系が低コスト化できる。また、位相変調の周波数が小さいため位相変調器まわりの構成が楽になり、低コスト化できる。   According to the fourth embodiment of the present invention, the error signal used in the PLL for synchronizing the phase while maintaining the optical frequency interval between the signal light and the local light at a desired value is a low frequency near DC. The cost of the system can be reduced because it is detected. Further, since the frequency of phase modulation is small, the configuration around the phase modulator becomes easy and the cost can be reduced.

このように、この実施形態の光送信器は、信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御し、合波して送信する光送信器において、前記局発光を分岐して周期信号にて変調し生成された複数の側波帯の内の一つと、前記信号光を分岐したものとの干渉波をフォトディテクタにて検出し、検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光あるいは前記局発光の光位相を制御することに特徴がある。   As described above, the optical transmitter according to this embodiment controls the optical frequency so that the signal light and the local light have a desired optical frequency difference, and branches the local light in the optical transmitter that transmits the combined light. An interference wave between one of a plurality of sidebands modulated and generated by a periodic signal and the signal light branched is detected by a photodetector, and the detected error signal has a constant DC value. It is characterized in that the optical phase of the signal light or the local light is controlled so as to maintain.

データ変調光の光源(信号光源)と、干渉光の光源(局発光源)を別にして、それらのビートにPLLをかけるのは、ビートがミリ波のような高周波の場合、高周波特性の良い素子を使用せねばならず、非常にコストが高くなる。そこでここでは、PLLを高周波帯で行うのは避け、低周波帯で行うようにした。つまり、PLLをかけるためのエラー信号が直流近辺の低周波で検出されるようにした。   Separately applying a data modulated light source (signal light source) and an interference light source (local light source) and applying a PLL to those beats has good high frequency characteristics when the beat has a high frequency such as a millimeter wave. The element must be used, which is very expensive. Therefore, here, PLL is not performed in the high frequency band, but is performed in the low frequency band. In other words, the error signal for applying the PLL is detected at a low frequency around the direct current.

図22に示すように、信号光源8および局発光源7から出力された光をそれぞれ分岐し、局発光に正弦波等の繰り返し信号で位相変調をかける。分岐した光を再び合波してフォトディテクタ10で検波し、低域通過フィルタ11を通過したエラー信号によって、フィルタ出力が直流の一定値になるように、局発光あるいは信号光の位相を制御する。   As shown in FIG. 22, the lights output from the signal light source 8 and the local light source 7 are branched, and the local light is phase-modulated with a repetitive signal such as a sine wave. The branched light is recombined and detected by the photodetector 10, and the phase of the local light or signal light is controlled so that the filter output becomes a constant DC value by the error signal that has passed through the low-pass filter 11.

図24(a)に分岐した後の信号光、図24(b)に分岐後の局発光の光スペクトルを示す。局発光には位相変調を受けて側波帯が発生している。位相変調信号の周期に当たる周波数の側波帯の他に、高調波に当たる周波数の側波帯が多数発生している。側波帯には光源の光位相雑音と同じ光位相雑音がのっている。そこでここでは、高調波にあたる側波帯に対して信号光をPLLでロックするようにした。
あらかじめ、局発光の所望の側波帯と信号光がおよそ重なり合うような状態で干渉させると、フォトディテクタで検出される信号の直流近辺の成分がPLLのエラー信号となって、同期が可能となる。
FIG. 24A shows the signal light after branching, and FIG. 24B shows the optical spectrum of the local light after branching. The local light is subjected to phase modulation and sidebands are generated. In addition to the sidebands having a frequency corresponding to the period of the phase modulation signal, many sidebands having a frequency corresponding to the harmonics are generated. The sideband carries the same optical phase noise as that of the light source. Therefore, here, the signal light is locked by the PLL with respect to the sideband corresponding to the harmonic.
If interference is performed in a state where the desired sideband of the local light and the signal light are approximately overlapped in advance, the component near the direct current of the signal detected by the photodetector becomes an error signal of the PLL, and synchronization becomes possible.

一方、分岐元の信号光と局発光は別の光分岐結合器6で合波され伝送される。こちらの局発光は位相変調を受けていないのでfLの成分のみが送られる。信号光はf0の近傍にあり、伝送された先の受信器では、f0とfLのビートが検出される。従って、第4の実施形態としてここに示した本願第4の発明によれば、PLLで用いるエラー信号が直流近傍の低周波で検出されるため、低コストな素子でループを組み立てることができる。また、位相変調の周波数が所望のミリ波帯の周波数の数分の1程度ですむため、位相変調器まわりが低コスト化できる。   On the other hand, the signal light of the branch source and the local light are combined and transmitted by another optical branching coupler 6. Since this local light is not subjected to phase modulation, only the fL component is transmitted. The signal light is in the vicinity of f0, and the beats of f0 and fL are detected in the transmitted receiver. Therefore, according to the fourth aspect of the present invention shown here as the fourth embodiment, since the error signal used in the PLL is detected at a low frequency near the direct current, a loop can be assembled with low-cost elements. Further, since the phase modulation frequency is about a fraction of the desired millimeter-wave band frequency, the cost around the phase modulator can be reduced.

(第5の実施形態)
次に本願第5の発明の実施形態について第5の実施形態として説明する。
図25はそのブロック図である。図中、58は局発光源、59は信号光源、60はデータ変調器、61は位相変調器、62は光分岐結合器、63はフォトダイオード、64は低域通過フィルタ、65は制御装置である。
(Fifth embodiment)
Next, an embodiment of the fifth invention of the present application will be described as a fifth embodiment.
FIG. 25 is a block diagram thereof. In the figure, 58 is a local light source, 59 is a signal light source, 60 is a data modulator, 61 is a phase modulator, 62 is an optical branching coupler, 63 is a photodiode, 64 is a low-pass filter, and 65 is a control device. is there.

信号光源59は、データ変調をかける対象となるおおもとの光源であり、例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。データ変調器60は、この信号光源59からの出力光に対して例えば、データ対応のサブキャリア信号fsにより、AM変調を施してデータ変調光として出力するものである。   The signal light source 59 is an original light source to be subjected to data modulation, and is composed of, for example, a single longitudinal mode semiconductor laser element. The data modulator 60 subjects the output light from the signal light source 59 to AM modulation by, for example, a data-corresponding subcarrier signal fs, and outputs the result as data modulated light.

局発光源58は、位相変調をかける対象となるおおもとの光源であり、これも信号光源と同様に例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。位相変調器61はこの局発光源58からの光を位相変調して出力するものである。   The local light source 58 is an original light source to be subjected to phase modulation, and is also composed of, for example, a single longitudinal mode semiconductor laser element like the signal light source. The phase modulator 61 phase-modulates the light from the local light source 58 and outputs it.

光分岐結合器62は、位相変調器61の出力とデータ変調器60の出力を結合して合波するものであり、フォトダイオード63はこの合波出力を検出するためのフォトディテクタであり、低域通過フィルタ64はこのフォトダイオード63の検出出力のうち、低周波成分を抽出するためのものであり、制御装置65はこの低周波成分対応に局発光源58の出力光の周波数をシフトさせるべく当該局発光源58を制御するものである。フォトダイオード63,低域通過フィルタ64および制御装置65により光分岐結合器62による光結合した出力を参照して局発光源58の光周波数を制御するPLLを構成している。   The optical branching / combining unit 62 combines the output of the phase modulator 61 and the output of the data modulator 60 and combines them, and the photodiode 63 is a photo detector for detecting the combined output. The pass filter 64 is for extracting a low frequency component from the detection output of the photodiode 63, and the control device 65 is adapted to shift the frequency of the output light of the local light source 58 corresponding to the low frequency component. The local light source 58 is controlled. A PLL that controls the optical frequency of the local light source 58 with reference to the optically coupled output from the optical branching coupler 62 by the photodiode 63, the low-pass filter 64, and the controller 65 is configured.

このような構成において、信号光源59、例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子から出力された光はデータ変調器60に入射され、ここで例えば、サブキャリア信号fsによるAM変調を受ける。サブキャリア周波数fsは、受信所望帯域内に光キャリアがダウンコンバートされるときの周波数fpよりもはるかに低い、例えば、fp/100程度の周波数である。   In such a configuration, light output from the signal light source 59, for example, a single longitudinal mode semiconductor laser element, is incident on the data modulator 60, where it is subjected to AM modulation by, for example, the subcarrier signal fs. The subcarrier frequency fs is a frequency that is much lower than the frequency fp when the optical carrier is down-converted within the desired reception band, for example, about fp / 100.

一方、局発光源58から出力された光は所定の正弦波信号により位相変調器61で光位相変調を受ける。位相変調の周波数は具体的には例えば、fp/nである。なお、nは2以上の整数、例えば、“4”、“6”、“10”などである。   On the other hand, the light output from the local light source 58 is subjected to optical phase modulation by the phase modulator 61 by a predetermined sine wave signal. Specifically, the frequency of the phase modulation is, for example, fp / n. Note that n is an integer of 2 or more, for example, “4”, “6”, “10”, and the like.

このシステムでは局発光源58も信号光源59と同様に、単一縦モードの半導体レーザ素子で構成してあり、半導体レーザ素子は電流や温度により発振光周波数が変化する特性を有している。そこで、このシステムではこのことを利用して光源の出力光の周波数を制御するようにしている。すなわち、局発光源58と信号光源59は予め電流、温度対発振光周波数の特性を測定して、その特性を把握し、その特性対応に制御装置65には信号光の光キャリアが、局発光の(光キャリアにではなく、)側波帯にロックするように合波出力に基づいて局発光源58の光周波数制御をかけるような機能を持たせてあるものとする。   In this system, similarly to the signal light source 59, the local light source 58 is formed of a single longitudinal mode semiconductor laser element, and the semiconductor laser element has a characteristic that the oscillation light frequency changes depending on current and temperature. Therefore, this system uses this fact to control the frequency of the output light of the light source. That is, the local light source 58 and the signal light source 59 measure the characteristics of current and temperature versus the oscillation optical frequency in advance and grasp the characteristics, and the optical carrier of the signal light is transmitted to the control device 65 in response to the characteristics. It is assumed that the optical frequency control of the local light source 58 is applied based on the combined output so as to lock to the sideband (not to the optical carrier).

従って、前記PLLは信号光の光キャリアが、局発光の(光キャリアにではなく、)側波帯にロックするように合波出力対応に局発光源58の光周波数制御をかける制御ループを構成していることになる。   Therefore, the PLL constitutes a control loop for performing the optical frequency control of the local light source 58 corresponding to the combined output so that the optical carrier of the signal light is locked to the sideband of the local light (not the optical carrier). Will be.

PLL制御ループによる制御対象は、信号光源であっても良く、このPLL制御ループは、局発光源あるいは信号光源に光周波数および光位相の制御をかけ、信号光の光キャリアが、局発光の(光キャリアにではなく、)側波帯にロックする役割を担っている。すなわち、電流制御装置65は、まず、局発光源58(または信号光源59)の光周波数を振って局発光の側波帯のどれか一つと信号光の光周波数差がPLLの引き込み範囲内に来る点を探す。   The signal to be controlled by the PLL control loop may be a signal light source. This PLL control loop applies optical frequency and optical phase control to the local light source or signal light source, and the optical carrier of the signal light is local light ( It plays the role of locking to the sidebands (not to the optical carrier). That is, the current control device 65 first oscillates the optical frequency of the local light source 58 (or the signal light source 59), and the optical frequency difference between one of the local light sidebands and the signal light is within the pull-in range of the PLL. Find a point to come.

PLLの引き込み範囲内に入ったならば、電流制御装置65は、PLLを作動させて信号光を局発光の側波帯の一つにロックする。
また、当該PLLによる制御によってロックする信号光の光キャリア周波数がもしも、信号光の局発光の光キャリア周波数に一致してしまいそうになったならば、制御装置65は強制的にPLLを切り、側波帯にロックできる程度に光周波数を離すように光源に対する注入電流を制御する。
If the PLL is within the pull-in range, the current control device 65 activates the PLL to lock the signal light to one of the local light sidebands.
Further, if the optical carrier frequency of the signal light locked by the control by the PLL is likely to coincide with the optical carrier frequency of the local light of the signal light, the control device 65 forcibly turns off the PLL, The injection current to the light source is controlled so that the optical frequency is separated to such an extent that it can be locked to the sideband.

このようなPLLによる光源の制御によって、光源の位相雑音の影響が回避できるようになる。
このようにして光源制御して得られた局発光に対し、位相変調器61により位相変調した後の局発光と、データ変調器60によりデータ変調した信号光源59からの信号光は光分岐結合器62において合波する。そして、合波された光信号が一部は伝送路へと送出され、送信出力となり、一部はフォトダイオード63へと送られて上記PLLによる光源制御に用いられることになる。
By controlling the light source using such a PLL, the influence of the phase noise of the light source can be avoided.
With respect to the local light obtained by controlling the light source in this way, the local light after phase modulation by the phase modulator 61 and the signal light from the signal light source 59 data-modulated by the data modulator 60 are divided into optical branching couplers. Combine at 62. A part of the combined optical signal is sent out to the transmission path to become a transmission output, and a part is sent to the photodiode 63 to be used for light source control by the PLL.

光分岐結合器62は2×2の方向性結合器、すなわち、2つの入力ポートと2つの出力ポートを持つ方向性結合器であり、一方の出力ポートからの出力光は光伝送路である光ファイバに送り出し、他方の出力ポートからの出力光はフォトディテクタ63で検出する。   The optical branching coupler 62 is a 2 × 2 directional coupler, that is, a directional coupler having two input ports and two output ports, and output light from one output port is light that is an optical transmission line. The light is sent to the fiber, and the output light from the other output port is detected by the photodetector 63.

電流制御装置65は、まず、局発光源58(または信号光源59)の光周波数を振って局発光の側波帯のどれか一つと信号光の光周波数差がPLLの引き込み範囲内に来る点を探し、PLLの引き込み範囲内に入ったならば、電流制御装置65は、PLLを作動させて信号光を局発光の側波帯の一つにロックすると云ったPLL制御により、光源の位相雑音の影響が回避できるようになると共に、PLLに使用するエラー信号は直流近辺の低周波信号であるため、動作速度の遅い素子を使用した制御系ハードウエアで実現することができ、従って、制御系のハードウエアの低コスト化が可能となる。   First, the current controller 65 oscillates the optical frequency of the local light source 58 (or the signal light source 59), and the optical frequency difference between one of the local light sidebands and the signal light comes within the pull-in range of the PLL. If the current control device 65 enters the PLL pull-in range, the current control device 65 operates the PLL and locks the signal light to one of the sidebands of the local light. The error signal used in the PLL is a low-frequency signal in the vicinity of DC, so that it can be realized by control system hardware using an element having a low operating speed. The cost of hardware can be reduced.

また、この実施形態によれば、信号光に乗ったデータ成分と局発光のどれかの側波帯が受信側で必ず所望の周波数帯域に落ちてくる。その結果、信号光と局発光の周波数間隔を厳密に所望の周波数間隔にする必要がなく、制御が簡単になるメリットがある。   Further, according to this embodiment, one of the sidebands of the data component on the signal light and the local light always falls in a desired frequency band on the receiving side. As a result, there is an advantage that the control can be simplified because the frequency interval between the signal light and the local light does not need to be strictly set to a desired frequency interval.

なお、図23や図25で説明した実施形態では光分岐結合器として“2×2”の光方向性結合器(カップラ)を用いるように記述したが、例えば、図26のように一旦“2×1”のカップラ(2入力ポート1出力ポート構成のカップラ)で合流させたのち、改めて“1×2”のカップラ(1入力ポート2出力ポート構成のカップラ)で分岐してもよい。   In the embodiment described with reference to FIGS. 23 and 25, it is described that a “2 × 2” optical directional coupler (coupler) is used as the optical branching coupler. However, for example, as shown in FIG. After merging with a × 1 ”coupler (coupler having a configuration of two input ports and one output port), branching may be performed again with a coupler of“ 1 × 2 ”(coupler having a configuration of one input port and two output ports).

以上、第5の発明における第5の実施形態では、信号光と局発光を光分岐結合器にて合波して送信する光送信器において、前記信号光はサブキャリア信号で変調されており、前記局発光は周期信号にて変調されており、前記光分岐結合器の複数の出力の一つは、前記光送信器の出力として伝送され、別の一つはフォトディテクタで検出され、前記局発光に発生した複数の側波帯の一つと前記信号光の光搬送波成分との干渉によるエラー信号が一定の直流値を保つよう前記信号光あるいは前記局発光の光位相を制御する構成としたことを特徴とする。   As described above, in the fifth embodiment of the fifth invention, in the optical transmitter that combines and transmits the signal light and the local light with the optical branching coupler, the signal light is modulated with the subcarrier signal, The local light is modulated by a periodic signal, one of a plurality of outputs of the optical branching coupler is transmitted as an output of the optical transmitter, and another one is detected by a photodetector, and the local light is detected. The optical phase of the signal light or the local light is controlled so that an error signal due to interference between one of the plurality of sidebands generated in the optical signal and the optical carrier component of the signal light has a constant DC value. Features.

すなわち、第4の実施形態で説明した本願第4の発明では、局発光と信号光を本線から分岐してエラー信号を生成するようにしたが本願第5の発明では分岐はさせず、局発光の本線に位相変調をかけ、データ変調した信号光と合波するようにした。   That is, in the fourth invention of the present application described in the fourth embodiment, the local light and the signal light are branched from the main line to generate an error signal, but in the fifth invention of the present application, the branch light is not branched and the local light is emitted. The main line was phase-modulated and multiplexed with the data-modulated signal light.

合波に用いる光分岐結合器は複数の出力ポートを有するものを用いている。これは次の理由による。すなわち、光分岐結合器としてよく用いられる方向性結合器(カップラ)では、2つの入力を合流する場合の基本形は2出力である。勿論、1出力構造のものも製作可能であるが、これは2出力のうちの1つを捨てた形態と見なすことができ、1出力ポートの場合でも2つの出力ポートがある場合と同様の損失を受ける。   An optical branching coupler used for multiplexing has a plurality of output ports. This is due to the following reason. That is, in a directional coupler (coupler) often used as an optical branching coupler, the basic form when two inputs are merged is two outputs. Of course, a one-output structure can also be manufactured, but this can be regarded as a form in which one of the two outputs is discarded, and even in the case of one output port, the loss is the same as in the case of having two output ports. Receive.

そこで、本発明では2×2のカップラを使用し、出力の1つは受信器に向けて送り出し、もう一方の出力を用いて、局発光と信号光の光位相を同期させるPLLをかける。ここで用いられる信号光は、図27のように光キャリアに帯域信号によってサブキャリア変調を施したものである。光キャリア成分とデータの乗っている側波帯があり、光キャリアの光周波数と側波帯の光周波数はPLLの引き込み範囲以上に離れている。   Therefore, in the present invention, a 2 × 2 coupler is used, one of the outputs is sent to the receiver, and the other output is used to apply a PLL that synchronizes the local light and the optical phase of the signal light. The signal light used here is obtained by subjecting an optical carrier to subcarrier modulation by a band signal as shown in FIG. There are sidebands carrying the optical carrier component and data, and the optical frequency of the optical carrier and the optical frequency of the sideband are more than the pull-in range of the PLL.

第5の発明は、図24の(a)、(b)をそのまま送信する。局発光のどれか1つの側波帯と信号光の光キャリア成分を同期させるが、信号光の光キャリアが同期する局発光の側波帯はどれでも良い。第4の発明の場合のようにfLとf0が要求された値だけ離れるような側波帯を選択する必要はない。このようにすると、受信したときにどこかの側波帯との干渉波が所望の周波数帯に落ちてくる。信号光を中心として、要求された周波数差だけプラスとマイナスに離れた2つの側波帯が同時に所望の周波数に落ちてくる。   The fifth invention transmits (a) and (b) of FIG. 24 as they are. Any one sideband of the local light and the optical carrier component of the signal light are synchronized, but any local band of the local light to which the optical carrier of the signal light is synchronized may be used. There is no need to select sidebands such that fL and f0 are separated by the required values as in the case of the fourth invention. If it does in this way, when it receives, the interference wave with a certain sideband will fall in a desired frequency band. Centering on the signal light, two sidebands separated by plus and minus by the required frequency difference simultaneously drop to the desired frequency.

しかし、光キャリアに位相変調を施すと、変調度にもよるが、一般に、図28のような包絡線が山形のスペクトルとなる。従って、fLとf0を適度に離しておけば、プラスに離れた側波帯とマイナスに離れた側波帯の大きさには著しい差があり、信号光との干渉波が受信されたとき、大きい方の側波帯との干渉波が支配的になる。プラス側の側帯波とマイナス側の側帯波の位相差の変化によって干渉波のレベルは若干変化するが、プラス側の側帯波とマイナス側の側帯波のレベル差が大きければ、変化量は小さく問題にならない。   However, when phase modulation is performed on an optical carrier, an envelope as shown in FIG. 28 generally forms a mountain-shaped spectrum, depending on the degree of modulation. Therefore, if fL and f0 are appropriately separated, there is a significant difference between the sidebands that are separated positively and the sidebands that are separated negatively, and when an interference wave with the signal light is received, The interference wave with the larger sideband becomes dominant. The level of the interference wave changes slightly due to the change in the phase difference between the plus sideband and the minus sideband. do not become.

本願第5の発明では、信号光および局発光の波長制御が厳密である必要がなく、低コスト化できる。また、系内の分岐が少ないため、損失が少なく、従って、より高品質の送信が可能なシステムとなる。   In the fifth invention of the present application, it is not necessary to strictly control the wavelength of the signal light and the local light, and the cost can be reduced. In addition, since there are few branches in the system, there is little loss, so that a system capable of higher quality transmission is obtained.

本発明を説明するための図であって、本発明の第1の実施形態を説明するためのブロック図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a block diagram for demonstrating the 1st Embodiment of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第1の実施形態を説明するための波形図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a wave form diagram for demonstrating the 1st Embodiment of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第2の実施形態を説明するためのブロック図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a block diagram for demonstrating the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第2の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a block diagram for demonstrating the modification in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第2の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a block diagram for demonstrating the modification in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第2の実施形態における装置構成を集積回路化した場合の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the structural example at the time of integrating the apparatus structure in the 2nd Embodiment of this invention into an integrated circuit. 本発明を説明するための図であって、本発明の第2の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a block diagram for demonstrating the modification in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第2の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a block diagram for demonstrating the modification in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の実施の形態の一つを示す図である。It is a figure which shows one of the embodiment of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第4の実施形態における装置構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the example of an apparatus structure in the 4th Embodiment of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第4の実施形態における装置構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the example of an apparatus structure in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第5の実施形態における装置構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the example of an apparatus structure in the 5th Embodiment of this invention. 本発明を説明するための図であって、本発明の第4の実施形態における装置の一部要素の構成例を示す図である。It is a figure for demonstrating this invention, Comprising: It is a figure which shows the structural example of the one part element of the apparatus in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of this invention. 本発明の作用を説明するための図であって、データ変調された受信信号例を示す波形図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of this invention, Comprising: It is a wave form diagram which shows the example of a received signal modulated by data. 従来例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art example. 従来例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art example. 従来例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、2…位相変調器、3,18,31…光フィルタ、4…データ変調器、5,9a,9b,12,21,22,38,43,47,48,52,58,62…光分岐結合器、7…局発光源、8…信号光源、10,20…フォトダイオード、11…低域通過フィルタ、13…光フィルタ透過特性、14,16…フィルタ透過特性、15…制御用に検出される成分、17…光サーキュレータ、19,46,65…制御装置、23…光遅延線、24…光ファイバ増幅器、25…半導体レーザ、26…光導波路、27,28,33…電極、29,61…位相変調器、30…AM変調器、33…グレーティング、34,35,36…Y分岐、37…光送信器、39…光受信器、40…櫛状波発生器、41…データ送信器、42…受信器、44,53,63,66…フォトダイオード、45…帯域通過フィルタ、49…局発光源、50,59…信号光源、51,60…データ変調器、54…アンプ、55…基準信号発生器、56…ミキサ、57、64…低域通過フィルタ、67…幹線ファイバ、68…PLLループ、69…周波数制御ループ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Phase modulator, 3, 18, 31 ... Optical filter, 4 ... Data modulator, 5, 9a, 9b, 12, 21, 22, 38, 43, 47, 48, 52, 58, 62 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Optical branch coupler, 7 ... Local light source, 8 ... Signal light source, 10, 20 ... Photodiode, 11 ... Low pass filter, 13 ... Optical filter transmission characteristic, 14, 16 ... Filter transmission characteristic, 15 ... For control , 17 ... optical circulator, 19, 46, 65 ... control device, 23 ... optical delay line, 24 ... optical fiber amplifier, 25 ... semiconductor laser, 26 ... optical waveguide, 27, 28, 33 ... electrode, 29, 61 ... Phase modulator, 30 ... AM modulator, 33 ... Grating, 34, 35, 36 ... Y branch, 37 ... Optical transmitter, 39 ... Optical receiver, 40 ... Comb wave generator, 41 ... Data Transmitter, 42 ... Receiver, 44, 5 , 63, 66 ... photodiode, 45 ... band pass filter, 49 ... local light source, 50, 59 ... signal light source, 51,60 ... data modulator, 54 ... amplifier, 55 ... reference signal generator, 56 ... mixer, 57, 64 ... low-pass filter, 67 ... trunk fiber, 68 ... PLL loop, 69 ... frequency control loop

Claims (2)

それぞれ半導体レーザを光源とする信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御すると共に、これら信号光と局発光は合波して送信するようにした光送信器において、前記局発光の一部を取り込んでこれを周期信号にて変調し生成された複数の側波帯のうちの一つと、前記信号光とにより得られる干渉波をフォトディテクタにて検出し、この検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光または前記局発光の光源である半導体レーザの温度あるいは電流、あるいは双方を変化させることによって前記信号光または前記局発光の光周波数および光位相を制御する位相同期ループ制御手段を備えたことを特徴とする光送信器。 In each of the optical transmitters that control the optical frequency so that the signal light and the local light using the semiconductor laser as the light source have a desired optical frequency difference, and the signal light and the local light are combined and transmitted, An interference wave obtained from one of a plurality of sidebands generated by capturing a part of local light and modulating it with a periodic signal and the signal light is detected by a photodetector, and this detection is performed. The optical frequency and optical phase of the signal light or local light are changed by changing the temperature or current of the signal light or the semiconductor laser that is the light source of local light, or both, so that the error signal maintains a constant DC value. An optical transmitter comprising phase-locked loop control means for controlling. 半導体レーザによる信号光源と局発光源とを持ち、前記信号光源からの光を変調手段にて変調して信号光とすると共に、前記局発光源からの光と光分岐結合器にて合波して送信する光送信器において、前記光分岐結合器は複数の出力ポートを持ち、前記変調手段は、前記信号光源からの光をサブキャリア信号で変調して出力するものであり、また、位相変調手段を設けて前記局発光源からの光は周期信号にて位相変調して前記光分岐結合器に与える構成とし、また、前記光分岐結合器の複数の出力の一つを、フォトディテクタで検出してその検出出力を用い、前記局発光に発生した複数の側波帯の一つと前記信号光の光搬送波成分との干渉によるエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光源または前記局発光源である半導体レーザの温度あるいは電流、あるいは双方を変化させることによって前記信号光あるいは前記局発光の光周波数および光位相を制御する位相同期ループ制御手段を備える構成とすることを特徴とする光送信器。 Having a signal light source and the local light source according to the semiconductor laser, with an optical signal by modulating light from said signal light source at the modulating means, multiplexes in light and optical branching coupler from the local light source in the optical transmitter for transmitting Te, the optical branching coupler has a plurality of output ports, the modulating means is one and outputs the modulated light from said signal light source in the sub-carrier signal, the phase modulation The light from the local light source is phase-modulated by a periodic signal to be supplied to the optical branching coupler, and one of a plurality of outputs of the optical branching coupler is detected by a photodetector. The signal light source or the station is used so that an error signal due to interference between one of a plurality of sidebands generated in the local light and an optical carrier component of the signal light maintains a constant DC value. Semiconductor laser as light source Optical transmitter, characterized by a structure comprising a phase-locked loop control means for controlling the signal light or the local light optical frequency and optical phase by changing the temperature or current or both.
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