JPH0572778B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の属する分野 本発明は光通信、特に光の位相に信号を乗せて
伝送する位相変調へヘテロダイン、ホモダイン検
波の光通信方法に属する。

(2) 従来技術とその問題点 半導体レーザの高性能化、特に単一軸モード発
振特性の改善によつて、半導体レーザを用いた光
フアイバ通信においても光波の位相や周波数に信
号を乗せて伝送するコヒーレント光通信方式、例
えば周波数シフトキーイングあるいは位相シフト
キーイングによる光ヘテロダイン検波通信方式の
実現が可能になつて来た。これらの光ヘテロダイ
ン検波通信方式は、従来からの光の強弱信号だけ
を光検出器で検知する直接検波方式に比べて10〜
100倍も光受信感度を高められるという特徴を有
しているが、中でも位相シフトキーイング方式は
光受信感度が最も高く、将来有望な通信方式と考
えられている。

ところで位相シフトキーイング方式では、位相
変調を行なうための外部位相変調器が必要である
という大きな欠点がある。これは、例えば周波数
シフトキーイング方式では半導体レーザに印加す
る電流値をわずかに変えればレーザ発振周波数の
直接変調が可能であるのに比べると、変調器の挿
入による光損失の増加、構成の複雑化の問題が生
じ、きわめて不利であつた。

周波数シフトキーイングの例としてはサイトウ
（S.Saito））氏らによつて英国の雑誌エレクトロ
ニクスレターズ誌（Electronics Letters）、第16
巻、22号、1980年10月23日号、826頁所載の論文
オプテイカル・ヘテロダイン・デイテクシヨン・
オブ・デイレクトリー・フリツケンシー・モデユ
レイテツド・セミコンダクタ・レーザ・シグナル
ズ（（Optical Heterodyne Detection of
Directly Freguency Modulatedl
Semicovductor laser Signals.）に記載された例
をあげることができるが、半導体レーザ光源を直
接信号波で駆動するだけなので構成はきわめて単
純である。一方位相シフトキーイングの例として
は、R.Wyatt氏らによつて同じくエレクトロニク
スレターズ誌（Electronics Letters）、第19巻、
14号、1983年７月７日号、550頁所載の論文、
1.52μmPSKヘテロダイン・エクスペリメント・
フリツケンシー・アン・エクスターナルキヤビテ
イダイオードレーザローカルオシレータ
1.52μmPSK Heterodyne experiment
Featuring an extenal cavity diode laser
local Oscillator）に記載された例をあげること
ができるが、レーザ光源の出力端に位相変調器を
設け、しかもその変調器を出力の大きな高周波ア
ンプで駆動している。

このため、構成が複雑化するだけでなく、消費
電力の増加、変調器挿入損失による信号レベルの
低下（通常50％以上減衰する）、さらには変調器
と入射光ビームの軸ずれによる損失増加が生じや
すいという信頼性低下の問題が生じた。

(3) 発明の目的 本発明の目的は、上述のように従来の位相変調
方式が外部変調器を必要としていた問題を解決し
て、光源の直接変調が可能な位相調方法を提供す
ることにある。

(4) 発明の構成 本発明の方法はレーザ光源出力光をパルス光位
相変調する方法において、パルス信号の符号間隔
より十分小さなパルス幅のインパルス信号を、前
記デイジタル信号の符号の変化に対応させてレー
ザ光源に直接印加し、そのレーザ光源の出力光の
周波数を一時的に変化させることによつて、前記
インバルスの印加時間をはさんだ前後で、前記レ
ーザ光源出力光の位相差を所定の値だけ変化させ
ることを特徴とする光位相変調方法である。

(5) 発明の原理、作用 次に本発明の原理、作用を第１図により説明す
る。

第１図は半導体レーザ光源に印加される変調電
流、発振周波数、位相等の時間変化を示す図であ
る。第１図ａの符号列において、例えば１→０の
変化には（−）インパルスを、０→１の変化には
（＋）インパルスを有する第１図ｂのような変調
電流波形を半導体レーザに印加する。

その場合半導導体レーザの発振周波数は第１図
ｃに示すようにインパルス印加時のみ変化する。
この時の発振周波数変化量△ｆとパルス幅△ｔと
が(1)式 2π・△ｆ・△ｔ＝π ―(1) の関係を満せば、信号光の位相は第１図ｄに示す
ように、１→０または０→１の符号変化に対応し
てπ（180゜）の位相変化を示し、位相シフトキー
イングが実現される。

この点を更に説明する。

半導体レーザからの出力光の波形Ｆ(t)は時間の
関数として Ｆ(t)＝Acos（2πft＋φ）＝AcosΦ〓…（A1） で表すことができる。ここでＡは光の電界強度を
表す定数。ｆは光の波長に対応した発振周波数。
φは位相の定数である。

ここで、第１図ｃに示すインパルスが印加され
る場合とされない場合とで信号の位相量Φの違い
を比べる。インパルス印加終了時で比較すると印
加された場合とされない場合で次のようになる。

印加された場合： Φ′＝2π（ｆ＋Δf）Δt＋φ …（A2） 印加されない場合： Φ″＝2πfΔt＋φ …（A3） ここでΔfはインパルスの印加による発振周波
数の変化量を示す。両位相量の差は次式で得られ
る。

ΔΦ＝Φ′−Φ″＝2πΔfΔt …（A4） もし位相差ΔΦがπであれば、即ち(1)式の時、
インパルスの印加により信号光の位相が180度の
位相変調を受けたことになる。

従つてΔfとΔtの設定を適切にすれば、180度の
位相変化による位相シフトキーイングが実現でき
る。

従つて光源の直接変調が可能な位相変調通信方
法を得ることができる。

(6) 実施例 １ 次に実施例を用いて本発明により詳細に説明す
る。第２図は本発明によつて得られる光位相変調
装置の構成図、第３図は同じく各部の信号波形を
示す図である。恒温槽１中に収められた単一軸モ
ード発振の半導体レーザ素子２は、直流電源３お
よび変調回路４からそれぞれ直流バイアス電流
（jb）５、変調電流（jm）６が印加されて信号光
７を出射する。変調回路４には第３図ａに示すよ
うな符号間隔10nsのパルス信号列８が入力する
が、変調回路４では第３図ｂに示すようなパルス
信号列８の符号０と符号１との間の立上り、立下
りに対応するンパルス９から成るインパルス波形
列１０を変調電流（jm）６として出力する。こ
のようなインパルス波形列１０を変調電流（jm）
６として出力する。このようなインパルス波形列
１０は簡単な微分回路によつて得ることができる
ので詳細な説明は省略する。

インバルス９はパルス幅1ns、パルス波高値＋
5mA、または−5mAである。この±5mAの電流
印加によつて、半導体レーザ素子２からの信号光
７の周波数は±500MHzほぼ変化する。

従つて(1)式に△ｆ＝500MHz、△ｔ＝1nsを代入
すれば、信号光７の位相がちようど±π（180゜）
変化して２値の位相シフトキーイングを行なうこ
とができる。実際第３図ｃに位相変調波形１２を
示すが多少の位相ドリフトを伴いながらも、イン
パルス９印加の前後で、±π（180゜）の位相変調が
なされた信号光７を得ることができた。

(7) 実施例 ２ 第４図は第２の実施例における各部の信号波形
を示す図である。光変調装置の構成は第１の実施
例の第２図の場合と同様なので省略する。

第２の実施例は３値の位相調を行なつた例を示
したものである。すなわち第４図ａに示すような
符号間隔10nsの３値のパルス信号列８が変調回路
４に力する。変調回路４ではパルス信号列８の立
上り、立下りに対応してインパルス波形列１０を
出力するが、ここで、パルス信号列８が２レベル
にわたつて化する場合には、１レベルの変化の時
の倍の長さ（２・△ｔ）のインパルス９を出力す
るよにしてある（第４図ｂ） インパルス９の波高値を±6.7mA、パルス幅を
1ns、または2nsに選ぶことにより、第４図Ｃに示
すように１レベルの変化で±2/3π、２レベルの
変化で±3/4π位相が変化する３値の位相変調が
なされた信号光７を得ることができた。

この実施例に示した変調回路４はパルス幅変調
装置のような既存の変調装置の応用で得ることが
できるので詳細な説明は省略する。

(8) 実施例の変形例 本発明に関しては上記実施例の他にもさまざま
な変形を考えることができる。まず、レーザ光源
として半導体レーザ素子２を用いた例を示した
が、その他にもレーザ共振器の内部に半導体発光
素子を組込んだ外部共振器形の半導体レーザや外
部からの基準光に注入同期した半導体レーザ等を
用いることもできる。さらにはレーザ共振器、あ
るいはレーザ共振器内部に波長制御素子を有する
レーザ光源であれば、その波長制御素子に上記イ
ンパルス波形列１０を印加することにより直接位
相変調を行なうことが可能である。

また上記実施例では信号光７の周波数が±△
ｆ、あるいは±２△ｆ変化する例を示したが、＋
△ｆ、＋２△ｆだけ、あるいは−△ｆ、−２△ｆだ
けの化、即ち一方向だけの周波数変化を与える方
式であつても良い。さらには、第２の実施例では
パルス幅が△ｔと２△ｔの２種類の例を示した
が、より多植の信号を用いて、３・△ｔ，４△ｔ
と多数を組合わせることも可能である。またイン
パルス９の波高値を２倍、３倍と変えて多植の位
相変調を行なうことも可能である。インパルス９
の波高値およびパルス幅を同時に変えることも可
能である。

(9) 発明の効果 本発明によれば、以上詳しく述べたように、レ
ーザ光源の直接位相変調が可能になり、構成が単
純で、挿入損失増加の問題がなく、そして信頼性
の高い光位相変調装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するための信号波
形図、第２図は第１の実施例を説明するための構
成図、第３図は同じく第１の実施例の信号波形
図、第４図は第２の実施例を説明するための信号
波形図である。 図において、２…半導体レーザ素子、７…信号
光、８…パルス信号列、１０…インパルス波形
列、１２…位相変調波形である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ光源出力光をパルス光位相変調する方
   法であつて、レーザ光源に印加するパルス信号の
   符号間隔より十分小さなパルス幅のインパルス信
   号を、前記パルス信号の符号の変化に対応させて
   レーザ光源に直接印加し、そのレーザ光源出力光
   の周波数を一時的に変化させることによつて、前
   記インパルスの印加時点をはさんだ前後で、前記
   レーザ光源出力光の位相差を所定の値だけ変化さ
   せることを特徴とする光位相変調方法。