JPH02184827A - 光変調波復調装置 - Google Patents

光変調波復調装置

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JPH02184827A
JPH02184827A JP1005232A JP523289A JPH02184827A JP H02184827 A JPH02184827 A JP H02184827A JP 1005232 A JP1005232 A JP 1005232A JP 523289 A JP523289 A JP 523289A JP H02184827 A JPH02184827 A JP H02184827A
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、同調精度の極めて高い光変調波復調装置に関
するもので、とくに波長多重光通信や空間的位相のそろ
った光波、すなわちコヒーレント光を利用したコヒーレ
ント光通信に有用な光変調波復調装置である。これらの
通信においては、光搬送波の波長に精度良くかつ安定に
同調できかつ安価な光変調波復調装置が必要とされてい
る。
従来の技術 従来のコヒーレント光通信における光変調波復調装置の
構成例を第4図に示す。
第4図において、401は光変調波、402は光変調波
を伝達する光ファイバー 403は光合波器、404は
局部発振用分布帰還型(DFB)半導体レーザー 40
5はPINフォトダイオードからなる光ミキサー 40
6は中間同波増幅器、407は周波数弁別器、408は
前記半導体レーザー4040制御器である。
次にこの装置の動作を説明する。伝達すべき情報を周波
数変調または位相変調の形でのせた光変調波に、光合波
器403で、局部発振用半導体レーザー404により発
振させたレーザー光と合波させる。信号光搬送波波長と
局部発振光の波長が極めて近ければ、合波によってビー
ト信号を生じ、これが適当な周波数の中間周波数になれ
ば、中間周波数増幅器406で増幅し、以後通常の周波
数変調(FM)に対応する検波を行って、光変調波を復
調することができる。同調は周波数弁別器407を通し
て得られる信号を、適当に局部発振用半導体レーザーの
制御器408に帰還し、注入電流量を制御することによ
って行う。しかし同調検波の精度を上げるためには、局
部発振光の光源となるレーザーに、極めて発振波長スペ
クトル幅の狭い、安定なレーザー・が必要とされる。
そのようなものとして、半導体レーザーの光共振反射鏡
に導波型回折格子を用いたいわゆる分布帰還型半導体レ
ーザー(DFBレーザー)が用いられている。
第5図は、従来の代表的分布帰還型半導体レーザーの構
成を示したものである。図において501はレーザー発
振部、502は光導波部、503は導波型回折格子部、
504はレーザー光出射側の光共振用反射鏡となるべき
開端面、505は基板である。
レーザー発振部501で、電気的に注入された電子と正
孔との再結合により発生した光は、光導波部502を通
って導波型回折格子部503に入る。入った光はここで
回折格子と干渉し、回折格子の周期と一定の関係のある
波長の光のみが反射される。
反射された光は再び光導波部を戻り、レーザー発振部を
通ってもう一方の端面に形成された通常の反射鏡504
によりまた反射され、結局光の導波型回折格子とこの反
射鏡により光共振器が形成される。したがって共振波長
は回折格子の周期によって固定され安定でかつ発振波長
スペクトル線幅の狭いレーザー光が得られる。この他導
波型回折格子の代りに通常の光学的回折格子を外部に設
置しこの回折格子を光共振の一方の反射鏡に用いた外部
共振器型半導体レーザーも知られている。
発明が解決しようとする課題 前記光変調波復調装置においてはいくつかの課題がある
。第1に局部発振に用いる半導体レーザーの性能が十分
でない。そのため光変調波の搬′送波波長にうまく同調
させるのが困難である。分布帰還型半導体レーザーでは
、導波型回折格子を用いているがこの波長選択性があま
りよ(ないため発振波長のスペクトル線幅がまだ子分ム
こ狭くないからである。また外部共振器型半導体レーザ
ーでは1、回折格子として波長選択性のよいものを用い
ることかできるが、空間的に隔たっているため光軸を合
せて機械的に固定することになるが、光軸合せが難しく
また一度合せて取り付けても温度変化による熱膨張や収
縮、また機械的振動による変位を受けるため実際に安定
なものを作るのは困難である。発振波長スペクトル線幅
はこの空間的隔たりを長くするほど良いが、長くするほ
ど前述の機械的変動が起り易くなる。したがってやはり
外部共振器型半導体【/−ザーにおいても十分な性能の
ものが得られていない。
第2心こ波長多重光通信やコヒーレント光通信において
は、多重化するため、光搬送波の波長の幅が広くとれる
ほうが望ましいが、上記DFB半導体レーし−ザーでは
、波長可変範囲が狭い。そのため波長の同調範囲が狭い
またうまく同調せるために周波数弁別器を用いており構
成が複雑なものとなっている。
このよう番こ従来例では、発振波長のスペクトル線幅が
狭くかつ周囲の環境条件の変化に対して安定で、波長可
変範囲の広い半導体レーザーがないため、同調精度が高
く安定で、また同調範囲が広くかつ安価な光変調波復調
装置が得られなかった。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明では、一方の光共振
用反射鏡に入射光に対し空間的位相を反転させる機能を
有する4光波部合光位相共役素子を用いたレーザーと、
第1および第2のポンプ光光源を具備し、伝達情報を含
む光変調波の一部を、前記光位相共役素子にプローブ光
として入射させ、第1および第2のポンプ光との相互作
用により、光位相共役素子より出射した位相共投光を発
生させ、この位相共投光を利用して同調および復調を行
うようにしたものである。
作用 上記のように構成することにより、同調精度が高く同調
範囲が広くかつ安定で、また安価な光変調波復調装置を
得ることができる。
実施例 以下本発明の一実施例の光変調波復調装置の構成とその
機能について、図面を参照しながら説明する。
(実施例1) 本発明の光変調波復調装置の構成の第1の実施例を第1
図に示す0図において、101は光変調波入力端子、1
02は半透明鏡、103は局部発振用半導体レーザー 
104は前記半導体レーザー光がポンプ光となって入射
する4波混合光位相共役素子、105は第1のポンプ光
を正反対の方向に反射して第2のポンプ光を形成するた
めの反射鏡、106は光合波器、107はPINフォト
ダイオードからなる光混合検波器、10Bは信号出力端
子、109は通常の反射鏡である。
ここで光位相共役について簡単に説明する。
光位相共役素子とは、任意方向に伝播する光波の方向と
その全波面を反転させる作用を有する素子のことである
。光位相共役素子による全波面反転作用を通常の鏡と対
比して示したのが第2図である。第2図(A)において
、201は通常の鏡、202は光源、203のKinは
入射光の波数ベクトル、204Koutは鏡により反射
された出射光の波数ベクトルであり、第2図(B)にお
いて、205は光位相共役素子、206は光源、207
0Kinは入射光の波数ベクトル、208のKoutは
光位相共役素子からの出射光の波数ベクトルである。第
2図(A)は通常の鏡によって反射される光の様子を示
したもので、通常の鏡では反射光は入射角と同じ反射角
をもって鏡面に垂直な面に対し反対側に出射される。第
2図(B)は光位相共役素子の場合を示したもので、こ
の場合入射光と全く同じ経路を逆方向に進む波が発生さ
せている。すなわち光位相共役素子とは波数ベクトルの
符号を反転した波、すなわちKin−−Koutの関係
の波を発生できる素子のことである。このような関係は
極めて特殊な場合にしか得られない。その一つの方法と
して4光波部合という方法が知られている。これは同じ
周波数の3つの光を特定の媒質中に入射し、3次の非線
型分極を媒質中に形成し、これを新たな波源として第4
の光波を媒質中より発生させる方法である。この場合媒
質に入射させる3つの光波のうち2つをポンプ波E P
 +、EPz、他の一つをプローブ波Eprとし、出射
する光位相共役波をEpcとし、それぞれの波数ベクト
ルをKP+ 、Kpz 、Kp r、Kp cとすると
、光位相共役波を発生させるためには、 Kp+ +KPz =Kp r+Kp cという位相整
合条件を満たす必要がある。ポンプ波間でK p I十
K P z = Oいう関係を満たせば、Kp r+K
p c=oとなり、Kpr=−Kpcの関係が常に得ら
れ、光位相共役波が発生できる。
Kp+ +KPz =Oいう関係は同一の波長の光源を
対向させれば良い。また単一の光源を用い通常の反射鏡
で正確に正反対に反射させても得られる。
したがって光位相共役素子は3次の非線型分極の大きい
材料を用いることにより実現できる。このような材料と
して、チタン酸バリウム、珪酸ビスマス、ゲルマニウム
酸ビスマス、二オフ酸カリウムの電気光学材料およびガ
リウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、インジウムア
ンチモンインジウムリンなどの■−■化合物半導体材料
が適当である。また■−■化合物半導体を用い多重量子
井戸構造を形成すると、ここに高温まで安定な励起子を
形成でき、励起子があると3次の電気分極が大きくなる
ことから、さらに効率の良い光位相共役素子が形成でき
る。
次にこのような光位相共役素子を光共振器の一方の反射
鏡として用いた本実施例の場合の動作について説明する
。第1図において、半導体レーザー103からでたレー
ザー光は第1のポンプ光として、光位相共役素子104
に入射する。入射した光は反射鏡105により正反対の
方向に反射され第2のポンプ光となる。第1および第2
のポンプ光それぞれの波数ベクトルをKPt 5KPz
とすると、それぞれの光が全く反対方向に進むように配
置しておけば KPt =  Kptとなる。この状態
で信号光101が光位相共役素子に入射すると、ポンプ
光と波長の等しい波長の波の位相共役波のみが選択的に
出射される。位相共役光はプローブ光とポンプ光の波長
が正しく一致した時にのみ発生する。信号光を位相変調
している場合、位相共役光にも正しくその位相変調信号
が反映されるので、この位相共役光と半導体レーザー光
を合波してさらにホトダイオードに入れれば変調信号を
復調することができる。すなわち本実施例の構成を用い
れば、半導体レーザー光の発振波長を掃引することによ
り、光変調波搬送波波長に正しく同調した時にのみ、信
号光検出出力が得られる。したがって複雑な回路を必要
とせずに自動的に光変調波に同調することが可能である
(実施例2) 本発明の光変調波復調装置の構成の第2の実施例を第3
図に示す。第3図において、301は光変調波入力端子
、302は半透明鏡、303は局部発振用半導体レーザ
ー 304は前記半導体レーザー光がポンプ光となって
入射する4波混合光位相共役素子、305は第1のポン
プ光を正反対の方向に反射して第2のポンプ光を形成す
るための反射鏡、306は光合波器、307はPINホ
トダイオードからなる光混合検波器、308は信号出力
端子、309は位相共役光検出用ホトダイオード、31
0は半導体レーザーの制御器である。
半導体レーザー303と光位相共役素子304の関係は
実施例1の場合と同様である。したがってやはり光変調
波と半導体レーザー光の波長が正しく一致した場合にの
み位相共役光が出射される。本実施例では、この位相共
役光の強度を、ホトダイオード309で検出し、その強
度が最大になるように制御器310によって半導体レー
ザー303の発振波長を制御固定してやる。この状態で
、光変調波と半導体レーザーの発振光を合波、混合検波
してやれば光変調波を復調することができる。このよう
に位相共役光の強度を検出することによって、局部発振
光である半導体レーザーの発振波長を光変調波搬送波波
長に同調することができる。この場合位相共役素子の位
相共役光発生効率が低くても良いという利点がある。
発明の効果 本発明は、以下説明したような構成と動作原理から成る
ので、以下に記載されるような効果を示す。
いずれの実施例においても、光変調波のけ送波波長と半
導体レーザー発振光の波長が正しく一致した場合にのみ
位相共役光が発生するので、位相共役光を検出、あるい
は位相共役光との合波を行うことにより光変調波への同
調が容易にかつ安定に行える。
実施例1においては、位相共役光と半導体レーザー光を
直接混合検波していることから、同調した時にのみ信号
出力が得られるので構成が極めて簡単となる。
また実施例2においては、光位相共役素子の位相共役光
発生効率が低くても良いことから、光位相共役素子の選
択の幅が増し実用」二有利である。
たとえば安価な材料を用いることができる。
本実施例では代表的光学系のみ示したが、この構成に限
られるものではなく、反射鏡の枚数を増したり、光ファ
イバーを用いたり、光導波路を用いて光学系を構成する
こともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光変調波復調装置の1実施例の構成図
、第2図は本発明に用いる光位相共役の説明図、第3図
は本発明の光変調波復調装置の他の実施例の構成図、第
4図は従来の光変調波復調装置の構成図、第5図は従来
の光変調波復調装置に用いられる半導体レーザーの構成
図である。 101・・・・・・光変調波入力端子、102・・・・
・・半透明鏡、103・・・・・・局部発振用半導体レ
ーザー 104・・・・・・光位相共役素子、105・
・・・・・反射鏡、106・・・・・・光合波器、10
7・・・・・・光混合検波器、108・・・・・・信号
出力端子、109・・・・・・反射鏡、201・・・・
・・鏡、202・・・・・・光源、203・・・・・・
入射光、204・・・・・・出射光、205・・・・・
・光位相共役素子、206・・・・・・光源、207・
・・・・・入射光、20B・・・・・・出射光、301
・・・・・・光変調波入力端子、302・・・・・・半
透明鏡、303・・・・・・局部発振用半導体レーザー
304・・・・・・光位相共役素子、305・・・・・
・反射鏡、306・・・・・・光合波器、307・・・
・・・光混合検波器、308・・・・・・信号出力端子
、309・・・・・・ホトダイオード、310・・・・
・・制御器。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名瘍 図 (A> (B) 図 況5

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一方の光共振用反射鏡に入射光に対し空間的位相
    を反転させる機能を有する4光波混合光位相共役素子を
    用いたレーザーと、第1および第2のポンプ光光源を具
    備し、伝達情報を含む光変調波の少なくとも一部を、前
    記光位相共役素子にプローブ光として入射させ、第1お
    よび第2のポンプ光との相互作用により、光位相共役素
    子より出射した位相共投光と、前記レーザー光とを合波
    することにより、前記光変調波を復調するようにした光
    変調波復調装置。
  2. (2)ポンプ光光源の少なくとも一つに、発振波長を可
    変にできる光源を用いた請求項(1)記載の光変調波復
    調装置。
  3. (3)一方の光共振用反射鏡に入射光に対し空間的位相
    を反転させる機能を有する4光波混合光位相共役素子を
    用いたレーザーと、第1および第2のポンプ光光源を具
    備し、伝達情報を含む光変調波の一部を、前記光位相共
    役素子にプローブ光として入射させ、第1および第2の
    ポンプ光との相互作用により、光位相共役素子より出射
    した位相共役光の強度を検出し、この強度が最大になる
    時に、前記光変調波と前記レーザー光とを合波すること
    により、前記光変調波を復調するようにした光変調波復
    調装置。
  4. (4)ポンプ光光源の少なくとも一つに、発振波長を可
    変にできる光源を用いた請求項(3)記載の光変調波復
    調装置。
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