JPH03131825A - 光周波数シフタ - Google Patents

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〕 本発明は種々の方式によって変調された光波の搬送周波
数をシフトさせ、波長交換を実現する光周波数変換光素
子に関する。

〔従来の技術〕

従来、光周波数シフタについては、プロシーディング、
オブ、アイ、オー、オー、シー　′８９゜論文１９　Ｃ
４−１（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　１００Ｃ１９
８９゜ｐａｐｅｒ　１９　Ｃ４−１）において論じられ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ＤＢＲレーザの活性領域を２分割し、
片方を光吸収領域として用いることにより、入射光波の
強度信号に応じた屈折率変動をＤＢＲレーザ内に生ぜし
ぬ、ＤＢＲレーザの発振状態を制御していた。即ち、入
射光波の波長が光吸収領域の吸収波長域内であれば、入
射光波の有無により、ＤＢＲレーザの発振条件が制御で
きるので、入射光波とは周波数の異なった光波として。

波長変換光を生せしめることができる。本従来技術は、
入射光波の強度信号に応じて、ＤＢＲレーザの発振を制
御するので、入射光波の変調方式が振幅変調方式（ＡＳ
Ｋ）である場合に対してのみしか有効でないという問題
があった。

本発明は、入射光波の変調方式に関係なく、即ち、振幅
変調方式（ＡＳＫ）、周波数変調方式（ＦＳＫ）、位相
変調方式（Ｐ　Ｓ　Ｋ）等で変調された信号光の搬送周
波数を変換するコヒーレントな光周波数シフタを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには、入射光の電界Ｅ。

Ｅ、＝Ａ（、、、ｉ（ωｏｔ＋ω（ｔ）÷ｒ　（ｔ））
　　、、、（ｇを、入射光の電界Ｅｏとして、 ・・・（２） 変換する光周波数シフタを実現すれば良い。ここでＡ（
ｔ）は振幅変調信号、Ｗ（ｔ）は周波数変調信号、ψ（
１）は位相変調信号をそれぞれ表わしている。即ち（１
）式で表わされる入射光波の変調信号Ａ（ｔ）、ω（ｔ
）、ψ（１）に影響を与えず、搬送周波数ω０をω０＋
δωに、δωだけシフトした出力光（２）式を得る光学
素子を実現すれば良い。

上記目的は、光波の電界を正弦波状に変調する光変調器
と光波の位相をπ／２だけシフトする光位相器とを組み
合わせることによって実現できる。

〔作用〕

入射光波Ｅｉを光分波器により２つに分割し、各々を光
波の電界を正弦波的に変調することが可能な光変調器に
入射する。出射した光波は、２つの光変調器に印加する
変調信号の位相及び又は光路長等を調整することにより
、以下の式で表わされる関係の光波として得ることがで
きる。

ここで、δωは変調信号の角周波数を表わしている。次
に光移相器は遅延線を用いて（３）、　（４）式で表わ
される２つの光波の間にπ／２の位相差を与える。

例えば（４） 式にπ／２の位相を付加すると、 となる。

そこで得られた５式の光波を（３） 式の光 波と合波すると（３） 式及び（５） 式の和および差で 与えられる光波を出射光波Ｅ。

として得ることが できる。

和のとき Ｅ　ｏ　＝　−Ａ　（ｔ）　（ｃｏｓδωｔ＋１ｓｉｎ
δωｔ）　ｅｉ（ｖｏｔ＋ｕ（ｔ）稈（ｔ））差のとき Ｅ　ｏ＝　−Ａ　（ｔ）　（ｃ、＋δωｔ−１ｓｉｎδ
　ｔ）ｅｉ　（ｗ　ｏｔ”　ｗ　（ｔ）”　Ｖ　（″）
〕□　　　ｉ（（・・・δ・）ｔ・・（１）・ｒ（“）
〕＝　−Ａ　（ｔ）　ｅ　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（７）上記（６） （７） 式は前記（２） 式に対応し、 入射 光波の搬送周波数ω０がδωだけシフトした出射光波と
して得ることができることを示している。

ここで、周波数シックが実用的に光交換等の分野で有効
となるためには周波数のシフト量δωがサイクロ波の領
域（δω／２π≧ＩＧＨｚ）であることが望ましい。こ
のような周波数領域の変調を実現するためには、従来の
ＬｉＮｂ０ａ等の光学結晶における電気光学効果を利用
する方法では困難である。発明者らは、この光変調器に
半導体材料の電界印加による吸収端変化を用いれば、Ｉ
ＧＨｚ以上数１０　Ｇ　Ｈｚないし１００　Ｇ　Ｈｚ程
度の変調が可能となり、充分に光周波数シフタとして有
効になることを見出した。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図に示すように、半導体基板（ＩｎＰ等）９上に合
分波器２，６として方向性結合器型光スイッチを設け、
先導波路１０．１１によりＭａｃｈ　−Ｚｃｈｎｄｅｒ
型の干渉計を構成する。干渉計を構成する２つの先導波
路１０．１１の各々に多重量子井戸構造による電界吸収
型光変調器３，４を設け、片方の先導波路１０にはさら
に光移相器５として電気光学効果を利用した光位相変調
器を集積している。

入射端１から光波を入射し、合分波器２，６の分岐比を
適当に選ぶ。この時通常は分岐比が１対１になるように
設定するが、必ずしもそうである必要はない。むしろ、
合波器６での合波により効率良く周波数シフトした光波
が得られるように先導波路１０．１１内に導波損失、光
変調器；３，４、光移相器５の挿入損失を考慮して分岐
比を設定する方が望ましい。次に光変調器３，４にπ／
２だれ位相の異なるマイクロ波（周波数δω）電気信号
を印加し、各々を通過する光波の振幅を正弦波的に変調
する。

光変調器の構成として本実施例ではＭＱＷの電界吸収型
光変調器を用いているが、フランツ・ケルデイシュ効果
等地の高速応答可能な電気光学効果を用いても良い。又
、電極への電界印加方式としては通常のＣＲ定数型だけ
でなく、進行波電極型を用いても良い。特に、一定の周
波数シフトを与えるためには、むしろ定在波型電極構成
を用いた方が高効率となることは言うまでもない。

光移相器５には２つの光波の位相差がπ／２となるよう
に定電圧を印加し、位相シフトを生じさせている。この
光移相器５の代りに、先導波路の長さを変えて遅延線に
よる位相差を用いても同様の効果があり、また、逆に光
素子作製精度のバラツキによって生じる位相差を補正し
て、正確にπ／２の位相差が与えられるように光移相器
５の位相変調器の印加電界を調節すれば一層の高効率化
を実現できる。

この結果、出射端７，８には、入射光波の搬送周波数ω
０が各々±δωだけシフトした出射光波が出力される。

本実施例では、光素子のみを半導体基板９上に集積して
いるが、駆動回路である電子回路も同様に同一基板上に
集積化することが望ましい。この結果、より高速に光変
調器を駆動することが容易となり、光周波数のシフト量
を大きくすることができるばかりでなく、信頼性、経済
性もまた向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、信号を含む入射光波の搬送周波数を信
号の変調方式に関係なく変化させることができるので、
種々の方式で変調された光波を用いた光周波数領域での
光交換が可能となり５光交換機の交換容量を飛躍的に増
大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光周波数シフタの平面図で
ある。 １・入射端、２，６・・・合分波器、３，４・・・光変
調器、５・・・光移相器、７，８・・光出射端、９・・
・半導体基板、１０．１１・・・先導波路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ほぼ正弦波的に光波の電界を変調する手段を少なく
   とも２つ有し、光波の位相を一定量だけズラす移相器と
   によつて構成されたことを特徴とする光周波数シフタ。 ２、上記、光波の電界を変調する手段の２つがほぼπ／
   ２の位相差で動作するよう構成されていることを特徴と
   する請求項第１項記載の光周波数シフタ。 ３、上記移相器によつてシフトする位相量がほぼπ／２
   の位相量であることを特徴とする請求項第１項記載の光
   周波数シフタ。 ４、上記光波の変調手段が導波路型光変調器であること
   を特徴とする請求項第２項記載の光周波数シフタ。 ５、上記移相器が導波路型光位相変調器又は、光遅延線
   で構成されていることを特徴とする請求項第３項記載の
   光周波数シフタ。 ６、上記導波路型光変調器が半導体材料に電界を印加し
   て駆動されることを特徴とする請求項第４項及び第５項
   記載の光周波数シフタ。 ７、上記光周波数シフタを構成する光変調器、移相器お
   よび光合分波回路が同一の半導体基板上に集積化されて
   いることを特徴とする請求項第６項記載の光周波数シフ
   タ。 ８、入射光波の信号変調方式の形態を変化せずに光波の
   搬送周波数のみを変化させることを特徴とする光周波数
   シフタ。 ９、上記半導体光変調器が電界吸収型光変調器であるこ
   とを特徴とした請求項第６項記載の光周波数シフタ。 １０、上記請求項第６項もしくは第９項記載の半導体光
   周波数シフタが電子回路と同一の基板上に集積化されて
   いることを特徴とする光電気集積回路。