JPH02291517A

JPH02291517A - 光変調方法

Info

Publication number: JPH02291517A
Application number: JP10920589A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Kuwaki; 伸夫桑木; Masataka Hirai; 正孝平井; Koji Yoshida; 幸司吉田; Koji Arakawa; 孝二荒川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-05-01
Filing date: 1989-05-01
Publication date: 1990-12-03

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、光ファイバ内を伝搬する光に対して変調を行
なう光変調方法に関するものである。

（従来の技術）光通信等を目的とした光の変調方式は現在、光強度変調
方式が主流となっており、さらにその変調方法としては
直接変調方法と外部変調方法とがある。

直接変調方法とは、半導体レーザや発光ダイオード等の
光源への印加電流を変えることによりその出力光を直接
、強度変調するもので、第２図に半導体レーザにおける
動作原理を示す。同図において横軸は印加電流、縦軸は
光強度を示しているが、ある電流値以上では両者の関係
がほぼ直線となることがわかる。従って、半導体レーザ
に変調用電流信号１−１ｂ＋ａｏＳｉｏω１　（但し、
Ｉｂは所定のバイアス電流）を加えれば、該半導体レー
ザより光強度Ｐ　−　Ｐ　ｂ　十ａ　ｒ　Ｓｉｏｕｌ　
　（但し、ｐｂはバイアス電流１ｂのみの時の光強度）
の光が出力される、即ち光強度変調が行なわれることに
なる。

第３図は外部変調方法による光変調器の一例を示すもの
で、図中、１は光源、２は偏光子、３は変調素子、４は
ｌ／４波長板、５は検光子である。

レーザ等の光源１より射出された光は偏光子２によって
直線偏波光６とされ、変調素子３に入射する。変調素子
３は電気光学効果を示す結晶であり、該素子中を進む光
は偏光面の方向によって常光線及び異常光線に分かれ、
それぞれ異なった速度で進む。この時、該変調素子３に
変調電圧Ｅｚを印加すると、これらの光線の速度が変わ
り、位相差を生ずるため、前記直線偏波光６はだ円偏波
光７となって出力される。このだ円偏波光７はｌ／４波
長板４及び検光子５を通して直線偏波光８に戻されるが
、その偏波方向は前記変調電圧Ｅｚにより変化するので
、検光子５を通して出力される光８は強度変調された光
となる。

ところで、光ファイバケーブルの工事は電話局とマンホ
ールのように互いに離れた場所で同時に作業を行なうこ
とが多いが、作業を円滑に進めるには該作業中の作業者
間の打ち合せが必要となる。

光ファイバケーブルには予め打ち合せ専用の光ファイバ
が収容されているため、これを用いた光通信による打ち
合せ方式の検討が進められているが、この際、光ファイ
バの任意の部分から光変調信号を入力する方法が求めら
れている。

（発明が解決しようとする課題）前記方法の一つとして、光ファイバの曲がり部分を利用
して前述した直接変調方法又は外部変．週方法で変調さ
れた光を入射する方法が考えられているが、この方法で
は光ファイバ内に入射する光のパワーを大きくすること
が困難であり、実用的でなかった。また、光ファイバの
途中に第３図のような変調器や光分岐を設置して光信号
を入射する方法も考えられているが、この方法では光フ
ァイバをその部分で切断しなければならない上、コスト
が増加するとともに挿入損失が発生するという問題点が
あった。

本発明は前記問題点に鑑み、光ファイバを切断したりす
ることなく、その伝搬光に対して変調を加えることので
きる光変調方法を提洪することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明では前記目的を達成するため、光ファイバ内を伝
搬する光に変調を加える光変調方法であって、光ファイ
バに変調信号に従う歪を与えるようになした第１の光変
調方法と、該第１の光変調方法において歪として所定の
半径の曲げを用い、光ファイバに変調信号に基づく振動
を加えることにより、該振動の振幅にほぼ比例した長さ
の曲げを与えるようになした第２の光変調方法と、前記
第１の光変調方法において歪として伸縮を用い、光ファ
イバに変調信号に基づく振動を加えることにより、該振
動の振幅にほぼ比例した量の伸縮を与えるようになした
第３の光変調方法と、前記第１の光変調方法において歪
として曲げの半径を用い、光ファイバに変調信号に基づ
く振動を加えることにより、該振動の振幅にほぼ比例し
た大きさの半径の曲げを与えるようになした第４の光変
調方法とを提案する。

（作　用）第１の光変調方法によれば、光ファイバに変調信号に従
う歪が与えられると該光ファイバの特性が変化し、これ
によって光ファイバ内を伝搬する光に変調が加えられる
。

また、第２の先変調方法によれば、光ファイバに変調信
号に基づく振動が加えられ、該振動の振幅にほぼ比例し
た長さの所定の半径の曲げが与えられると、該振幅にほ
ぼ比例した損失が光ファイバに生じ、これによって強度
変調される。

また、第３の光変調方法によれば、光ファイバに変調信
号に基づく振動が加えられ、該振動の振幅にほぼ比例し
た量の伸縮が与えられると、該伸縮にほぼ比例した光路
長や屈折率の変化が生じ、これによって位相変調される
。

また、第４の光変調方法によれば、光ファイバに変調信
号に基づく振動が加えられ、該振動の振幅にほぼ比例し
た大きさの半径の曲げが与えられると、該振幅にほぼ比
例した損失が光ファイバに生じ、これによって強度変調
される。

（実施例）第１図は本発明の光変調方法を用いた光変調器の一実施
例を示すもので、図中、１０は光ファイバ、１１は振動
装置、１２はマンドレル、１３，１４，１５．１６は可
動ローラである。

振動装置１１は、例えばスピーカのようなコイル及びマ
グネットを備え、その間の電磁誘導作用により外部より
供給される電気信号に従う振動を発生する。

マンドレル１２は硬い素材、例えば金属を半径Ｒｏの略
半円柱形状に形成してなるもので、振動装置１１の図示
しない可動部分の延長部１１ａにその振動方向と径方向
とが一致する如く取付けられている。該マンドレル１２
はその軸方向及び振動装置１１による振動方向（図中、
矢印Ａ方向）がともに直交する如く光ファイバ１０に接
し且つこれに曲げを与える如く配置されている。

可動ローラ１３，１４並びに１５．１６はそれぞれ光フ
ァイバ１０の振動装置１１及びマンドレル１２による曲
げが加えられる部分の両側に、該光ファイバ１０の外形
にほぼ等しい間隙を隔てて互いに平行で且つその軸が該
光ファイバ１０と直交するように配置されており、その
間に光ファイバ１０を移動自在に扶持する如くなってい
る。

なお、光ファイバ１０には予めわずかに張力がかけられ
ているものとする。

前記構成において、振動装置１１に外部より変調信号■
。−ＡｏＳｉｎ１を供給すると、該振動装置１１の可動
部分は変位Ｓ−Ａ，３ｉｎωｌの振動を矢印八方向に発
生するが、この振動は延長部１１ａを介してマンドレル
１２にそのまま伝えられる。

この際、マンドレル１２によって光ファイバ１０に与え
られた半径Ｒ。の曲がり部分１０ａの長さｇは近似的に
次のように表わされる。

ｆｌ　−１　ｏ　＋ｋ−Ａ．　Ｓｉｏ＃ｌ　　　　　　
　・・・・・・（１）なお、ここでｇ。は静止時の曲が
り部分１０ａの長さ、ｋは所定の係数である。

一方、半径Ｒで一様に曲げられた光ファイバの損失は曲
がり部分の長さに比例して増大することが知られている
。即ち、単位長当りの曲げ損失をα（Ｒ）と仮定し、光
ファイバの曲がり部分の長さにΔｇの変化が発生した場
合、その曲げ損失の変化量Δαは次のようになる。

Δα一α（Ｒ）Δｇ　　　　　　　　・・・・・・（２
）前記構成ではＲ−Ｒ．，Δｇ一ｋ　−　Ａ　，　Ｓｉ
ｎ１であるから、光ファイバ１０の曲がり部分１０ａに
は振動の振幅にほぼ比例した損失の変化が発生すること
になり、光ファイバ１０を伝搬する光には変調信号に比
例した強度変調が加えられることになる。

第４図は本発明の他の実施例を示すもので、図中、２０
は光ファイバ、２１は振動装置、２２は固定装置、２３
は取付けベースである。

振動装置２１は可動部２１ａと固定部２ｌｂとからなっ
ており、該可動部２１ａはその略中央部に光ファイバ２
０をほぼ直線状態にて固定的に保持している。また、可
動部２１ａ及び固定部２ｌｂはそれぞれ、例えばスビー
カのようなコイル及びマグネットを備え、その間の電磁
誘導作用により外部より供給される電気信号に従って可
動部２１ａが矢印Ｂ方向、即ち光ファイバ２０の長さ方
向に振動する如くなっている。

固定装置２２は接着等の周知の手段により光ファイバ２
０をほぼ直線状態にて固定するものである。

また、前記振動装置２１の固定部２ｌｂ及び固定装置２
２はそれぞれ取付けベース２３の一端及び他端に光ファ
イバ２０が一直線となる如く固定的に取付けられている
。なお、入力光としては時間コヒーレント性が良好なレ
ーザ光を用いるものとする。

前記構成において、振動装置２１に外部より前記同様の
変調信号Ｉ。−Ａ　（，　Ｓｉｎｍｌを洪給すると、該
振動装置２１の可動部２１ａは矢印Ｂ方向に変位Ｓ　−
　Ａ　，　５ｉｎ１の振動を発生する。

ここで、光ファイバ２０の可動部２１ａ及び固定装置２
２間に挾まれた伸縮部分２０ａに予め所定の張力がかけ
られ、ｆｌｅ　　（≧ＡＩ）の伸びが与えられているも
のとすると、該伸縮部分２０ａの長さしは次のように表
わされる。

Ｌ−Ｌ６　＋（ｌ　ｅ　＋Ａ，　Ｓ＋ｎｗｌ　　　　　
・−−−−・（ａ）なお、ここでＬ。は張力が全くない
状態における伸縮部分２０ａの長さである。

一方、光ファイバの光路長や屈折率は該光ファイバの伸
縮にほぼ比例して変化し、これに伴なって光ファイバ中
を伝搬する光の位相も変化することが知られている。即
ち、光ファイバにΔｇの伸縮が発生した場合、その位相
の変化量Δθは近似的に次のようになる。

Δθ−２πΔΩ／λ　　　　　　　　・・・・・・（４
）なお、ここでλは光の波長である。

前記構成ではΔＤ　−　Ａ　＋　Ｓｉｎ＃ｌであるから
、光ファイバ２０の伸縮部分２０ａにおいて該光ファイ
バ２０内を伝搬する光には振動の振幅にほぼ比例した位
相の変化、即ち変調信号に比例した位相変調が加えられ
ることになる。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、図中
、３０は光ファイバ、３１は振動装置、３２は固定装置
、３３は取付けベースである。

振動装置３１及び固定装置３２はそれぞれ第４図の実施
例中の振動装置２１及び固定装置２２と同一であって、
振動装置３１は可動部３１ａ及び固定部３ｌｂからなっ
ている。

取付けベース３３は略中央付近にファイバ支持部３３ａ
を有し、その一端及び他端には振動装置３１の固定部３
ｌｂ及び固定装置３２が固定的に取付けられている。

ここで、光ファイバ３０は振動装置３１の可動部３１ａ
及び固定装置３２によりほぼ直線状態にて固定的に保持
されるとともに、そのほぼ中間点において一巻きのルー
プによる曲がり部分３０ａを形成し、該曲がり部分３０
ａがファイバ支持部３３ａにより移動自在に保持される
如くなっている。

前記構成において、振動装置３１に外部より前記同様の
変調信号Ｉ。−ＡｏＳ＋ｎω１を供給すると、該振動装
置３１の可動部３１ａは光ファイバ３０の長手力向（矢
印Ｃ方向）に変位Ｓ−Ａ，３ｉＩｌω１の振動を発生す
る。この際、曲がり部分３０ａの半径Ｒは近似的に次の
ように表わされる。

Ｒ　−　Ｒ　ｏ＋Ａ　．　Ｓｉｎω１／２π　　　　−
−−　−・−　（５）なお、ここでＲ。は静止時の曲が
り部分３０ａの半径である。

次に、一巻きのループによる曲がり部分を有する光ファ
イバにおける曲げの半径と挿入損失との関係を第６図に
示す。ここでは実効力ットオフ波長ｌ，２９μｍ１比屈
折率差０．３％の単純ステップ形単一モードファイバに
波長１．５５μｍの光を入射した時の計算結果を示して
いるが、曲げの半径と挿入損失の対数値との間にはほぼ
比例関係があることがわかる。なお、この計算には特開
昭６２５２５０８号公報に開示されている方法を用いて
いる。

また、一巻きのループによる曲がり部分を有する光ファ
イバにおける曲げの半径と出力光の強度の変化（以下、
これを出力光強度比と称す。）との関係を第７図に示す
。ここでは第６図の場合と同様な単一モードファイバに
波長１．５５μｍの光を入射した時の計算結果を示して
いるが、同図より曲げの半径と光出力強度比との間には
ほぼ比例関係があることがわかる。

前記構成では曲がり部分３０ａにおける曲げの半径の変
化量ΔＲはＡ＋Ｓｉｎωｌ／２πであって振動の振幅に
ほぼ比例するから、光ファイバ３０を伝搬する光には曲
げの半径の変化に基づく挿入損失の変化によって、変調
信号に比例した強度変調が加えられることになる。

具体的にはＲ。−１０關、Ａ＋＝０．３ｍｍとした場合
、第７図より波長１．５５μｍの光に対して約２０％の
強度変調が加えられることがわかる。また、この場合の
挿入損失は第６図より約５　ｄＢと小さいことがわかる
。

なお、これまでの説明では光ファイバに変調信号に従う
振動を加えて変調するようになしたが、変調信号に従っ
て熱を発生する素子を光ファイバに取付け、該熱によっ
て光ファイバに歪を生じさせて変調を加えることもでき
る。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、光ファイバに変調
信号に従う小さな歪を与えて光ファイバ内を伝搬する光
に変調を加えるようになしたため、光ファイバを切断し
たりすることなく任意の箇所で光変調を行なうことがで
き、しかも大きなコストがかかったり、挿入損失が発生
するような恐れもない。

また、本発明によれば、光ファイバに変調信号に基づく
振動を加えて該振動の振幅にほぼ比例した長さの所定の
半径の曲げを与えるようになしたため、該振幅にほぼ比
例した損失が光ファイバに生じ、該光ファイバ内を伝搬
する光に強度変調を加えることができる。

また、本発明によれば、光ファイバに変調信号に基づく
振動を加えて該振動の振幅にほぼ比例した量の伸縮を与
えるようになしたため、該伸縮にほぼ比例した光路長や
屈折率の変化が光ファイバに生じ、該光ファイバ内を伝
搬する光に位相変調を加えることができる。

また、本発明によれば、光ファイバに変調信号に基づく
振動を加えて該振動の振幅にほぼ比例した大きさの半径
の曲げを与えるようになしたため、該振幅にほぼ比例し
た損失が光ファイバに生じ、該光ファイバ内を伝搬する
光に強度変調を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光変調方法を用いた光変調器の一実施
例を示す構成図、第２図は直接変調方法の動作原理を示
す説明図、第３図は外部変調方法による光変調器の一例
を示す構成図、第４図は本発明方法を用いた光変調器の
他の実施例を示す構成図、第５図は本発明方法を用いた
光変調器のさらに他の実施例を示す構成図、第６図は光
ファイバにおける曲げの半径と挿入損失との関係を示す
グラフ、第７図は光ファイバにおける曲げの半径と出力
光強度比との関係を示すグラフである。１０．２０．３０・・・光ファイバ、１０ａ，３０ａ・
・・曲がり部分、２０ａ・・・伸縮部分、１１，２１，
３１・・・振動装置、１２・・・マンドレル、１３〜１
６・・・可動ローラ、２２．３２・・・固定装置、２３
，３３・・・取付けベース。特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ファイバ内を伝搬する光に変調を加える光変調
方法であって、光ファイバに変調信号に従う歪を与えるようになしたことを特徴とする光変調方法。
（２）歪として所定の半径の曲げを用い、光ファイバに
変調信号に基づく振動を加えることにより、該振動の振
幅にほぼ比例した長さの曲げを与えるようになしたこと
を特徴とする請求項（１）記載の光変調方法。
（３）歪として伸縮を用い、光ファイバに変調信号に基
づく振動を加えることにより、該振動の振幅にほぼ比例
した量の伸縮を与えるようになしたことを特徴とする請
求項（１）記載の光変調方法。
（４）歪として曲げの半径を用い、光ファイバに変調信
号に基づく振動を加えることにより、該振動の振幅にほ
ぼ比例した大きさの半径の曲げを与えるようになしたこ
とを特徴とする請求項（１）記載の光変調方法。