JPH02167524A - Optical modulation device - Google Patents
Optical modulation deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、ディジタル光フアイバ通信等に用いられる
光変調装置に関するもので、特に、高速の光変調を行う
のに適した光変調装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical modulation device used in digital optical fiber communications and the like, and particularly relates to an optical modulation device suitable for performing high-speed optical modulation.
近年、光フアイバ通信の大容量化が求められ、それに伴
って、光変調の高速化が必要となっている。そこで、電
子デバイスや光デバイスの高速化が図られているが、デ
バイスの高速特性を著しく向上させるのは困難であり、
デバイス自体の高速化によって、光変調を要求レベルま
で高速化することは難しい。In recent years, there has been a demand for higher capacity optical fiber communications, and along with this, there has been a need for faster optical modulation. Therefore, efforts are being made to increase the speed of electronic devices and optical devices, but it is difficult to significantly improve the high-speed characteristics of devices.
It is difficult to increase the speed of optical modulation to the required level by increasing the speed of the device itself.
したがって、デバイスの高速特性の著しい向上を必要と
せずに、光変調を高速で行うことができる光変調装置が
求められている。Therefore, there is a need for an optical modulation device that can perform optical modulation at high speed without requiring significant improvements in the high-speed characteristics of the device.
［従来の技術］
従来の一般的な光変調装置としては、駆動回路から半導
体レーザ光源に入力する電流を、所要のデータレートで
オン−オフして直接変調を行うものと、半導体レーザ光
源などから発振された−様な光出力を、所要のデータレ
ートで光変調器によって光パルスに変調する、外部変調
を行うものがあった。[Prior Art] Conventional general optical modulators include those that directly modulate the current input from a drive circuit to a semiconductor laser light source by turning it on and off at a required data rate, and those that directly modulate the current input from a semiconductor laser light source, etc. Some devices perform external modulation, in which the oscillated optical output is modulated into optical pulses by an optical modulator at a required data rate.
また、デバイスの高速特性を緩和するために、モートロ
ックされた光源からの光パルスをＮ分岐して、各パルス
を所要のＮ分の１のデータレートで変調した後、位相を
ずらして足し合わせて、光領域で時分割多重を行うもの
があった（ＴＲＡＣＹ Ｓ。In addition, in order to alleviate the high-speed characteristics of the device, the optical pulses from the mote-locked light source are split into N branches, each pulse is modulated at a data rate of 1/N of the required number, and then added with a phase shift. There was one that performed time division multiplexing in the optical domain (TRACYS).
ＫＩＮＳＥＬ、 ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＩＥ
ＥＥ、 ＶＯＬ、５８． Ｎｏ、＋０゜１９７０、 ｐ
ｐ、＋８６６−１６８３）。KINSEL, PROCEEDINGS OF IE
EE, VOL, 58. No, +0°1970, p
p, +866-1683).
［発明が解決しようとする課題］
しかし、直接及び間接いずれの変調を行うものも、変調
速度が高速になると、電子デフへイスの回路の高周波特
性の限界および光デバイスの高周波特性の限界によって
生じる符号間干渉等により光変調波形が著しく劣化する
欠点がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, when the modulation speed increases in both direct and indirect modulation, problems arise due to the limits of the high frequency characteristics of the electronic differential gear circuit and the limits of the high frequency characteristics of the optical device. There is a drawback that the optical modulation waveform is significantly degraded due to intersymbol interference and the like.
また、光領域での時分割多重を行うものは、モートロッ
クされた光源を用いるため、波形のパルス幅の制御がで
きず、必要以上に狭いパルス幅で伝送されることになる
。しかし、狭いパルスは広いスペクトルを含むので、伝
送用の光フアイバ内で波長分散が生じ、長距離の伝送に
よって著しい波形歪みが発生する欠点があった。Furthermore, since time-division multiplexing in the optical domain uses a mote-locked light source, the pulse width of the waveform cannot be controlled, resulting in transmission with a narrower pulse width than necessary. However, since the narrow pulse includes a wide spectrum, chromatic dispersion occurs within the transmission optical fiber, resulting in significant waveform distortion due to long-distance transmission.
この発明は、そのような従来の欠点を解消し、デバイス
の高速特性の著しい向上を必要とせずに、高速変調で良
好な変調波形を出力することができ、しかも、光ファイ
バによる長距離伝送で波形劣化が小さい光変調装置を提
供することを目的とする。This invention eliminates such conventional drawbacks, makes it possible to output a good modulation waveform with high-speed modulation without requiring any significant improvement in the high-speed characteristics of the device, and also enables long-distance transmission using optical fiber. It is an object of the present invention to provide an optical modulation device with little waveform deterioration.
［課題を解決するための手段］
上記の目的を達成するために、本発明の光変調装置は、
第１図に示されるように、単一縦モード発振する光源１
と、その光源１からの出力を、所要のデータレートの２
分の１の周波数のクロック信号によって変調して、極性
のあい反する一対のクロックパルスを出力する第１の光
変調手段２と、その第１の光変調手段２からの一対の光
出力を、互いの位相が１８０度相違し且上記クロック信
号に同期する一対のデータ信号によって変調して、第１
の光変調手段２から入力されるクロックパルスのうち上
記データ信号と一致するパルスだけを出力するｆＲ２及
び第３の光変調手段３，４と、上記第２の光変調手段３
からの光出力と第３の光変調手段４からの光出力を合成
する光結合手段５とを有することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the light modulation device of the present invention has the following features:
As shown in FIG. 1, a light source 1 that oscillates in a single longitudinal mode
and the output from light source 1 to 2 of the required data rate.
A first optical modulating means 2 that outputs a pair of clock pulses with opposite polarities by modulating a clock signal with a frequency that is one-half the frequency of the first optical modulating means 2; The first
fR2 and third optical modulating means 3, 4 which output only the pulse that matches the data signal among the clock pulses inputted from the optical modulating means 2, and the second optical modulating means 3;
It is characterized by having an optical coupling means 5 for combining the optical output from the third optical modulating means 4 and the optical output from the third optical modulating means 4.
［作用］
光源１から出力された単一縦モード光は、第１の光変調
手段２で、所要データレートの２分の１の周波数のクロ
ック信号によって変調され、極性のあい反する一対のク
ロックパルスが出力される。このようなりロックによる
変調では、パターン効果による波形劣化は生じない。[Operation] The single longitudinal mode light output from the light source 1 is modulated by the first optical modulation means 2 with a clock signal having a frequency of half the required data rate, and is converted into a pair of clock pulses with opposite polarities. is output. In modulation using such locking, waveform deterioration due to pattern effects does not occur.
そして、その一対の出力が、第２及び第３の光変調手段
３．４で変調されて、データ信号と一致するパルスだけ
が、第２及び第３の光変調手段３．４から出力される。The pair of outputs are then modulated by the second and third optical modulation means 3.4, and only pulses that match the data signal are output from the second and third optical modulation means 3.4. .
この変調は所要データレートの２分の１のデータレート
で変調すればよい。そして、その２つの光パルス出力が
、光結合手段５によって合成される。This modulation may be performed at a data rate that is half the required data rate. Then, the two optical pulse outputs are combined by the optical coupling means 5.
この、出力波形のジッタは、クロック信号のジッタで決
定されるので、ジッタをほとんど含んでいない。そして
、本発明の構成は基本的には外部変調であり、用いる光
変調手段の非線形の応答特性によって、データ駆動波形
に含まれる振幅方向の符号量干渉も大幅に小さくするこ
とができる。This jitter of the output waveform is determined by the jitter of the clock signal, and therefore contains almost no jitter. The configuration of the present invention is basically external modulation, and the nonlinear response characteristics of the optical modulation means used can significantly reduce code amount interference in the amplitude direction included in the data drive waveform.
また、スペクトルの広がりは、変調側帯波によるものだ
けとなって狭いので、光ファイバによって伝送する際に
、波長分散による波形劣化が小さい。Furthermore, since the spectrum spread is narrow and is caused only by modulation sideband waves, waveform deterioration due to chromatic dispersion is small when transmitted through an optical fiber.
［実施例］ 図面を参照して実施例を説明する。[Example] Examples will be described with reference to the drawings.
第２図は本発明の一実施例の構成を示している。FIG. 2 shows the configuration of an embodiment of the present invention.
１は、単一縦モード発振する、例えば分布帰還型半導体
レーザ光源であり、定電流電源６によってコイル７を通
して駆動される。Reference numeral 1 denotes, for example, a distributed feedback semiconductor laser light source that oscillates in a single longitudinal mode, and is driven through a coil 7 by a constant current power supply 6.
２は第１の光変調手段、３及び４は第２及び第３の光変
調手段である。この実施例においては、第２及び第３の
光変調手段３，４としてマツハツエンダ型の光変調器が
用いられている。また、第１の光変調手段２も基本的に
マツハツエンダ型の光変調器と同じ構造であり、出力部
が方向性結合器になっている点だけが異なる。2 is a first light modulation means, and 3 and 4 are second and third light modulation means. In this embodiment, Matsuhatsu Enda type optical modulators are used as the second and third optical modulation means 3 and 4. The first optical modulating means 2 also basically has the same structure as the Matsuhatsu Enda type optical modulator, and the only difference is that the output section is a directional coupler.
マツハツエンダをの光変調器自体は公知なので、その構
成については簡単に説明をする。３つの光変調器２，３
．４は、１つの基板８に設けられている。光導波路９は
、電界によって屈折率が変化する電気光学効果を有する
材質で形成されており、各光変調器２，３．４内で、各
々２つのブランチ９ａ、９ｂに分かれている。そしてそ
の各ブランチ９ａ、９ｂには、特性インピーダンスが一
定に形成されたストリップライン１０とアース電極１１
とによって逆極性の電界がかかり、各々の屈折率が逆に
変化して、各ブランチ９ａ、９ｂ内を通過する光の位相
がずれるようになっている。Since the Matsuhatsu Enda optical modulator itself is well known, its configuration will be briefly explained. Three optical modulators 2, 3
．． 4 is provided on one substrate 8. The optical waveguide 9 is formed of a material having an electro-optic effect whose refractive index changes depending on an electric field, and is divided into two branches 9a and 9b in each optical modulator 2, 3.4. Each branch 9a, 9b has a strip line 10 formed with a constant characteristic impedance and a ground electrode 11.
An electric field of opposite polarity is applied thereto, the refractive index of each branch changes in the opposite direction, and the phase of light passing through each branch 9a, 9b is shifted.
その結果、第１の光変調器２においては、印加電圧に応
じて各ブランチ９ａ、９ｂから、位相がずれた光が得ら
れ、出力部の方向性結合器で各ブランチの光が干渉し、
互いの極性があい反する出力が得られる。また、第２及
び第３の光変調器３．４においては、各ブランチ９ａ、
９ｂからの通過光が各々の出力端で合成されて干渉が生
じ、合成光の強度が変化するので、印加電圧によって光
変調を行うことができる。As a result, in the first optical modulator 2, phase-shifted light is obtained from each branch 9a, 9b according to the applied voltage, and the light of each branch interferes in the directional coupler at the output section.
Outputs with opposite polarities can be obtained. Furthermore, in the second and third optical modulators 3.4, each branch 9a,
The transmitted light from 9b is combined at each output end, interference occurs, and the intensity of the combined light changes, so that optical modulation can be performed depending on the applied voltage.
１２は、電極間に接続された終端抵抗である。12 is a terminating resistor connected between the electrodes.
芥光変調器２，３．４のストリップライン１０には、第
１ないし第３の駆動回路１３，１４．１５が各々接続さ
れている。これら駆動回路１３．１４．１５には、例え
ば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられており、
そのドレーンがストリップライン１０に接続され、その
電流が、ゲートに加えられる電界で制御されるものであ
る。First to third drive circuits 13, 14.15 are connected to the strip lines 10 of the optical modulators 2, 3.4, respectively. For example, field effect transistors (FETs) are used in these drive circuits 13, 14, and 15.
Its drain is connected to the stripline 10, and its current is controlled by an electric field applied to its gate.
本発明においては、第１の駆動回路１３からは所要のデ
ータレートの２分の１の周波数のクロック信号が出力さ
れる。そして、第２及び第３の駆動回路１４．１５から
は、例えばノンリターンツーゼロ（Ｎ ＲＺ）の一対の
データ信号が、互いの位相を１８０度ずらして、かつ第
１の駆動回路１３のクロック信号と同期をとって出力さ
れる。In the present invention, the first drive circuit 13 outputs a clock signal having a frequency that is half the required data rate. Then, from the second and third drive circuits 14.15, a pair of data signals, for example, non-return-to-zero (N Output in synchronization with the signal.
したがって、第２及び第３の光変調器３，４においても
、所要のデータレートの２分の１のデータレートで変調
すればよく、デバイスの高速特性が大幅に緩和されてい
る。Therefore, the second and third optical modulators 3 and 4 only need to perform modulation at a data rate that is half the required data rate, and the high-speed characteristics of the device are significantly relaxed.
第２の光変調器３の出力端と第３の光変調器の出力端は
光結合器５に接続されている。光結合器５としては種々
のものを用いることができるが、例えば入力光の偏波を
直交させて結合する偏波結合器などを用いると、光量ロ
スが非常に少ない。The output end of the second optical modulator 3 and the output end of the third optical modulator are connected to an optical coupler 5. Although various types of optical coupler 5 can be used, for example, if a polarization coupler that couples the polarized waves of input light orthogonally is used, the loss in the amount of light is extremely small.
そして、光結合器５の出力端は光ファイバ１６に接続さ
れている。The output end of the optical coupler 5 is connected to an optical fiber 16.
次に、上記実施例の動作を、第３図のタイムチャートを
も参照しつつ説明する。Next, the operation of the above embodiment will be explained with reference to the time chart of FIG.
光源１からの出力光ａは均一の強度であり、第１の光変
調器２に入力する電気信号すは所要のデータレートの２
分の１の周波数のクロック信号である。クロックによる
変調では、パターン効果による波形劣化がなく、またジ
ッタもほとんど含まれない。そして、第１の光変調器２
によって、入力光ａが変調されて、その２つの出力端か
ら、極性のあい反する一対のクロックパルスｃ、ｄが出
力され、第２及び第３の光変調器３，４に入力する。The output light a from the light source 1 has a uniform intensity, and the electrical signal input to the first optical modulator 2 has a required data rate of 2
This is a clock signal with a frequency of 1/1. Modulation using a clock does not cause waveform deterioration due to pattern effects and contains almost no jitter. And the first optical modulator 2
The input light a is modulated by the modulator, and a pair of clock pulses c and d with opposite polarities are output from its two output ends and input to the second and third optical modulators 3 and 4.
第２及び第３の光変調器３，４に入力する電気信号ｅ、
ｆは、データ信号であり、それらにはジッタ及び符号量
干渉が含まれている。第３図にはデータ信号ｅ、ｆのア
イパターンｅｌ 、ｆＪ が示されている。an electrical signal e input to the second and third optical modulators 3 and 4;
f is a data signal, which includes jitter and code amount interference. FIG. 3 shows eye patterns el and fJ of data signals e and f.
第１の光変調器２からの一方のクロックパルスＣの出力
は、第２の光変調器３で変調されて、クロックパルスＣ
のうち、データ信号ｅと一致するパルスｇだけが出力さ
れる。また、第１の光変調器２からの他方のクロックパ
ルスｄの出力は、第３の光変調器４で変調されて、クロ
ックパルスｄのうちデータ信号ｆと一致するパルスｈだ
けが出力される。ｇ’、ｈ’ は、それら出力パルスｇ
。The output of one clock pulse C from the first optical modulator 2 is modulated by the second optical modulator 3, and the clock pulse C
Among them, only the pulse g that matches the data signal e is output. Further, the output of the other clock pulse d from the first optical modulator 2 is modulated by the third optical modulator 4, and only the pulse h that matches the data signal f out of the clock pulse d is output. . g', h' are the output pulses g
.
ｈのアイパターンである。このパルスの波形は、もとも
とクロック信号によって形成されたものなので、そのジ
ッタはクロック信号のジッタで決定され、出力波形には
ジッタがほとんど含まれていない。This is the eye pattern of h. Since the waveform of this pulse was originally formed by the clock signal, its jitter is determined by the jitter of the clock signal, and the output waveform contains almost no jitter.
そして、第２の光変調器３からの出力ｇ（光パルス）と
第３の光変調器４からの出力ｈ（光パルス）とが光結合
器５で合成されて、伝送用光ファイ／へ１６内に送られ
る。ｉ′は光結合器５からの出力ｉのアイパターンを示
している。マツハツエンダ型の光変調器では過剰の波長
変動を生じないので、この出力波形に含まれるスペクト
ルは、変調側帯波によるものだけとなっている。Then, the output g (optical pulse) from the second optical modulator 3 and the output h (optical pulse) from the third optical modulator 4 are combined by the optical coupler 5 and sent to the transmission optical fiber. Sent within 16 days. i' indicates the eye pattern of the output i from the optical coupler 5. Since the Matsuhatsu Enda type optical modulator does not produce excessive wavelength fluctuations, the spectrum included in this output waveform is only due to modulation sidebands.
またデータ駆動波形に含まれる振幅方向の符号量干渉は
、本実施例で用いたマツハツエンダ型の光変調器３．４
の非線形の応答特性によって、大幅にカントされている
。第４図は、振幅方向の符号量干渉をカットするマツハ
ツエンダ型光変調器の入出力特性を示したものである。Furthermore, the code amount interference in the amplitude direction included in the data drive waveform is caused by the Matsuhatsu Enda type optical modulator 3.4 used in this example.
is significantly canted due to its nonlinear response characteristics. FIG. 4 shows the input/output characteristics of a Matsuhatsu Enda type optical modulator that cuts code amount interference in the amplitude direction.
印加電圧をＶ、光出力がゼロになる印加電圧をＶＤとす
ると、出力りは
Ｌｏｃ Ｃ（＋３’ （ｔ ＶＹ、）
で表わされる。したがって、この非線形の特性によって
、第４図からも明らかなように、入力信号に含まれてい
る振幅方向の符号量干渉２１が、出力側では大幅に減少
している。When the applied voltage is V and the applied voltage at which the optical output becomes zero is VD, the output power is expressed as Loc C(+3' (t VY, ). Therefore, due to this nonlinear characteristic, as is clear from Fig. 4, As shown, the code amount interference 21 in the amplitude direction included in the input signal is significantly reduced on the output side.
尚、光変調器としては、必ずしもマツハツエンダを光変
調器を用いる必要はなく、方向性結合をなど他の５の光
変調器を用いてもよい。Incidentally, it is not necessary to use the Matsuhatsu Enda optical modulator as the optical modulator, and other optical modulators such as a directional coupling type may be used.
［発明の効果］
本発明の光変調装置によれば、所要のデータレートの２
分の１のデータレ−１・で変調すればよいので、電子デ
バイス及び光デバイスの高速特性を大幅に緩和すること
ができる。しかも出力パルスから、ジッタをほとんど無
くし、符号量干渉も大幅に減少させることが可能なので
、良好な出力波形を得ることができる。さらに、スペク
トルの広がりが変調側帯波によるものだけとなるので、
光ファイバの波長分散の影響が小さく、長距離の伝送を
行っても波形劣化が小さくて、優れた伝送特性を有する
等の優れた効果を有する。[Effects of the Invention] According to the optical modulation device of the present invention, the required data rate is 2
Since it is only necessary to modulate data at 1/1/2, the high-speed characteristics of electronic devices and optical devices can be significantly relaxed. Moreover, it is possible to almost eliminate jitter from the output pulse and to significantly reduce code amount interference, so that a good output waveform can be obtained. Furthermore, since the spectrum broadening is only due to modulation sidebands,
It has excellent effects such as being less affected by the wavelength dispersion of the optical fiber, causing less waveform deterioration even during long-distance transmission, and having excellent transmission characteristics.
第１図は本発明の原理を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例の構成国、
第３図は実施例の動作を示すタイムチャート図
第４図は実施例の光変調器の入出力特性を示す線図であ
る。
図中、１・・・光源、
２・・・第１の光変調手段、
３・・・第２の光変調手段、
４・・・第３の光変調手段、
５・・・光結合手段。Fig. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention, Fig. 2 is a constituent country of an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a time chart showing the operation of the embodiment, and Fig. 4 is an optical modulator of the embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the input/output characteristics of In the figure, 1... light source, 2... first light modulation means, 3... second light modulation means, 4... third light modulation means, 5... optical coupling means.
Claims (1)
分の１の周波数のクロック信号によって変調して、極性
のあい反する一対のクロックパルスを出力する第１の光
変調手段（２）と、その第１の光変調手段（２）からの
一対の光出力を、互いの位相が１８０度相違し且上記ク
ロック信号に同期する一対のデータ信号によって変調し
て、第１の光変調手段（２）から入力されるクロックパ
ルスのうち上記データ信号と一致するパルスだけを出力
する第２及び第３の光変調手段（３）、（４）と、 上記第２の光変調手段（３）からの光出力と第３の光変
調手段（４）からの光出力を合成する光結合手段（５）
とを有することを 特徴とする光変調装置。[Claims] A light source (1) that oscillates in a single longitudinal mode;
A first optical modulation means (2) that outputs a pair of clock pulses with opposite polarities by modulating the clock signal with a frequency of 1/2, and a pair of light from the first optical modulation means (2). The output is modulated by a pair of data signals having a phase difference of 180 degrees and synchronized with the clock signal, so that the output coincides with the data signal among the clock pulses input from the first optical modulation means (2). second and third light modulation means (3), (4) that output only pulses; light output from the second light modulation means (3) and light from the third light modulation means (4); Optical coupling means (5) for combining outputs
A light modulation device comprising:
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| JP63323158A JP2823872B2 (en) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | Optical transmitter |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2823872B2 (en) |
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