JP3850866B2 - 光変調装置 - Google Patents
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Description
・SOAは注入電流を変調信号に応じて変化させることにより、変調器として利用可能である。
・SOAは電界吸収型変調器(EA変調器:Electro Absorption変調器)などと集積化が可能である。
図1に示す光強度変調器105に利用可能な従来の光変調装置の構成例を従来例1として図3に示す。従来例1の装置は、SOAを変調器306として利用し、光変調装置303が光源と離れた位置にある場合を想定して図示されている。SOAの変調器306の両端は、光信号が入力される入力伝送路301、および、光信号が出力される出力伝送路309に結合される。しかしながら、これら入出力伝送路内には、図示していないが、光フィルタ、光カプラなどの各種光デバイスや、光コネクタ、スプライス(splice)などが含まれ、またこの図では省略されているが、入出力伝送路301とSOAの変調器306の間には波長合分波器が挿入されており、それら構成部品はすべて反射点となる。これらの反射点がSOAの光増幅部306の両端側に存在するわけであるから、これらの反射点とSOAで光共振器を成すことになり、その結果SOAの動作が不安定になることもあると考えられる。この不都合を防ぐためには、図3に示すように、SOAの両端には単一方向の光のみを透過させる光アイソレータ305、306が挿入される。
図2の光変調回路に適用される従来の光変調装置の構成例を従来例2として図4に示す。図4には2つのタイプの光変調装置405,407の構成が示されている。一つのタイプの光変調装置405は、波長合分波器403で分波された連続光の光パワーを双方向光増幅器409において増幅し、光強度変調器411に入力してデータ信号により強度変調して変調光とした後、光反射器413により反射させて、光強度変調器411、双方向光増幅器409を再度通過させる構成である。もう一つのタイプの光変調装置407は、波長合分波器403で分波された連続光の光パワーを双方向光増幅器415において増幅し、光サーキュレータ417を用いてつくられた光ループに入力して、この光ループ内に配置された光強度変調器419においてデータ信号により強度変調して変調光とした後、光サーキュレータ417を経て、双方向光増幅器415を再度通過する構成である。前者の光変調装置405においては、光反射器413を、光強度変調器411とは別体の単品としてもよいし、光強度変調器411の端面に貼り付けて一体化した構成のものとしてもよい。
本発明の第1の参考例は、多段に接続した半導体光増幅器(SOA) を含む透過型の光変調装置に対して、1つおきに光アイソレータを挿入することにより、反射光の影響を低減することによる安定した増幅機能とコストの低減とを同時に実現するものである。本参考例の具体的な構成例を説明する前に、その原理を説明する。
<SOAを多段接続した時の反射光>
図7は、複数のSOAを多段接続した時の反射光を説明する図である。この多段接続構成において、光変調装置として機能するためには、使用するSOAのうちの1つを光強度変調器として使用するか、もしくは外部変調器を挿入する必要があるが、ここでは反射光の説明を簡単化するために、すべてのSOAを単に光増幅器として機能させることとする。
図11(A)〜図11(C)は、上記のように光パスに対して一つおきに光アイソレータを挿入した本発明の第1の参考例の光変調装置の構成を説明する図である。ここで、O1,O2は光アイソレータである。第1番目の光アイソレータO1は入力側伝送路と第1番目のSOA S1間の第1番目の光パスx1に挿入され、第2番目の光アイソレータO1は第2番目のSOA S2と第3番目のSOA S3間の第3番目の光パスx3に挿入されている。このように、本参考例では、光パスに対して一つおきに光アイソレータを挿入することを特徴としている。
図12(A)−図12(C)は、本発明の第2の参考例の光変調装置の構成を説明する図である。本参考例は、第1の参考例の変形例に相当し、光増幅器を構成する3個のSOA S1,S2,S3の任意のいずれかの間に光強度変調器Mを挿入する。
本発明の第1の実施形態の光変調装置は、前述の図4に示すような双方向光増幅器を有する装置構成において、増幅器の利得の数値限定を後述のように行なうことにより、双方向光増幅器の端面における反射光の影響を低減し、安定した増幅機能を達成することができるようにした装置である。以下に、本発明による増幅器利得の数値限定について説明する。
図4に示すように、双方向光増幅器409,415の両端からの反射光は2つ存在し、一方の反射光1は変調光と、もう一方の反射光2は連続光と同一方向に進む。この連続光は強度変調されて変調光となり、反射光2は連続光と同じ経路を辿るため、結局、変調光には反射光1および反射光2が付与される。変調光は反射光1および反射光2の同一偏波方向成分と干渉し、ビート雑音として強度揺らぎが生じる。以下に、反射光1と反射光2が変調光に与える影響を定量的に示す手法について説明する。
・ 双方向光増幅器409,415の一方の端面で反射された光が再度もう一方の端面で反射される多重反射光は十分小さいとして無視する。
・ 送信信号のマーク率は1/2である。(データ信号列にマークまたはスペースが連続すると、信号を受信する際にクロック信号を抽出することが困難になるため、通常、SDH(synchronous digital hierarchy;同期ディジタルハイアラーキー)におけるスクランブル(scramble)、ギガビットイーサ(giga bit ether)における8B→10B(bel)変換などで、マーク率をほぼ1/2にする手法が講じられる。)
実際には、反射光は変調光と干渉するので、上記はあくまでもSNRを最適化する上式(4)の導出において有効である。変調光に対する反射光の影響の定量的な見積もりは以下のように行うことができる。
図13は、上記の式(8)を用いた計算結果を示す。同図において、横軸は変調部損失(L)[dB]、縦軸は左側がQ値[dB]および右側が光変調装置利得[dB]を示す。光変調装置利得は、変調部(光強度変調器)411,419における3dBの変調損失を考慮しない2G−(L−3.0)[dB]、および、3dBの変調損失を考慮する2G−L[dB]の両方について図示している。ここでいうQ値とは、IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 5, no.3, pp.304-306において提案されている、変調光の信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)を規定する評価パラメータであり、
光変調器利得2G−[L−3.0]>=0、かつ、光変調器利得2G−[L−3.0]=0 (dB)のQ値が保障される光変調部損失領域。
(β)3.0<=L<=2G
光変調器利得2G−L>=0、かつ、光変調器利得2G−L=0 (dB)のQ値が保障される光変調部損失領域。
(γ)G−4.5<=L<=G+7.5
Q値が最大値に対して3dB以内となる領域。
(δ)L=G+1.5
最大Q値をとる変調部損失。
本発明の第2の実施形態の光変調装置の構成を図14に示す。本実施形態の光変調装置は、偏波回転手段を挿入することにより、双方向光増幅器の端面における反射光の影響を低減し、安定した増幅機能を実現するものである。
本発明の第3の実施形態の光変調装置の構成を図16に示す。本第3の実施形態の装置は上述の第2の実施形態における多波長一括光変調装置の光強度変調器505の前または後に(本図では後に挿入)、単一偏波のみを通過させることのできる偏光子506を挿入している。その他の構成は第2の実施形態と同様なのでその詳細説明は省略する。
なお、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
Claims (9)
- 単一波長の連続光を双方向に透過させ該単一波長光に利得を与える双方向光増幅手段と、
前記双方向光増幅手段で光パワーを増幅された連続光に対してマーク率がほぼ1/2の送信信号で強度変調を施す光強度変調手段と、
前記光強度変調手段で強度変調された連続光を再び前記光強度変調手段へ、または直接に前記双方向光増幅手段へ戻す光回帰手段とを具備し、
前記双方向光増幅手段の利得G(dB)に対する前記光強度変調手段への入力連続光の光パワーと前記光強度変調手段からの出力変調光の光パワーとの差で定義される変調部損失L(dB)の値が、
0(dB)から2G+3.0(dB)
の範囲内となるように設定されていることを特徴とする光変調装置。 - 前記変調部損失L(dB)の値が、
G+1.5(dB)
となるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 - 前記双方向光増幅手段が利得の未飽和領域において動作されることを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。
- 前記双方向光増幅手段が利得の未飽和領域において動作されることを特徴とする請求項2に記載の光変調装置。
- 前記光強度変調手段はその後端に前記光回帰手段を構成する光反射器を備えた反射型の光強度変調器であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光変調装置。
- 前記光強度変調手段は光サーキュレータを介して形成される前記光回帰手段を構成する光ループ内に設けられた透過型の光強度変調器であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光変調装置。
- 前記光変調装置が多重波長数分設けられ、波長多重された連続光を分波して単一波長毎に複数の前記光変調装置にそれぞれ入力すると共に、複数の前記光変調装置から出力された変調光を多重して出力する波長合分波手段をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光変調装置。
- 複数の光搬送波を含む多波長光を構成する単一波長光を双方向に透過させ該単一波長光に利得を与える双方向光増幅手段と、
前記双方向光増幅手段で利得を与えられた単一波長光を双方向に透過させ該単一波長光に変調を施す光強度変調手段と、
前記光強度変調手段を透過した単一波長光を再び該光強度変調手段に回帰させる光回帰手段とを、前記多波長光を構成する複数の単一波長光のそれぞれに対応して複数備え、および
前記多波長光を単一波長光毎に分波して前記双方向光増幅手段にそれぞれ入力し、前記双方向光増幅手段から出力する複数の単一波長光を再び合波して出力する波長合分波手段と、
前記双方向光増幅手段と前記光強度変調手段との間にそれぞれ介装されて前記単一波長光の偏波面を回転させる複数の偏波回転手段と、
入力多波長光を前記波長合分波手段に入力し、前記偏波回転手段で偏波面が回転されて該波長合分波手段から出力する出力多波長光を前記入力多波長光と分離して出力する偏波分離手段とを具備することを特徴とする光変調装置。 - さらに、前記光強度変調手段の前または後に偏光子が介挿されていることを特徴とする請求項8に記載の光変調装置。
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