JPH07104223A - Optical signal modulation method - Google Patents

Optical signal modulation method

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JPH07104223A
JPH07104223A JP24432893A JP24432893A JPH07104223A JP H07104223 A JPH07104223 A JP H07104223A JP 24432893 A JP24432893 A JP 24432893A JP 24432893 A JP24432893 A JP 24432893A JP H07104223 A JPH07104223 A JP H07104223A
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JP
Japan
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optical
voltage
signal
modulation
modulator
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JP24432893A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsushi Yamada
光志 山田
Hitoshi Murai
仁 村井
Hiroshi Ogawa
洋 小川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To modulate the frequency of ultra high speed repetitive optical pulses without being limited by the modulation frequency by making the DC bias voltage to be an integer multiple of a half wavelength bias voltage. CONSTITUTION:Make the relationship between a DC bias voltage Vb and a half wavelength voltage Vpi to be Vb=mXVpi (where m is zero or a positive or a negative integer). When m is set to an integer, the voltage Vb applied to a branch type or a directional coupling type modulator becomes an integer multiple voltage of the voltage Vpi and this makes it F' coincidence with the peak of a relative light intensity (Pout/Pin) curve. Thus, the amplitude of the modulation signals are made coincident with the peak of the relative light intensity of a reference level corresponding to zero. When the optical input signals, which are made incident to a modulator from a semiconductor laser, are modulated by the modulation signals using the relative light intensity under this condition, the signals are modulated to optical output signals of high speed repetitive pulses.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光信号変調方法、特
に、超高速繰り返しパルスを発生する光集積装置による
光信号変調方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical signal modulation method, and more particularly to an optical signal modulation method by an optical integrated device which generates ultra-high speed repetitive pulses.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超高速変調された光変調信号を得
る装置として、文献I(「40GHzactive m
ode locking in a 1.5μm mo
nolithic exteded−cavity l
aser」、Electronics Letters
,Vol.10、1989、PP621〜622)に
開示されたものがある。
2. Description of the Related Art As a conventional device for obtaining an ultra-high speed modulated optical modulation signal, reference I ("40 GHz active m
ode locking in a 1.5 μm mo
nolithic extended-cavity l
aser ", Electronics Letters
, Vol. 10, 1989, PP 621-622).

【0003】図8は、この文献に開示されている従来の
能動モードロック法を用いた超高速繰り返しパルス発生
装置(以下、能動モードロック型半導体レーザと称す
る。)を示している。
FIG. 8 shows an ultrahigh-speed repetitive pulse generator (hereinafter referred to as an active mode-locking semiconductor laser) using the conventional active mode-locking method disclosed in this document.

【0004】先ず、図8を参照して能動モードロック型
半導体レーザの構造につき簡単に説明する。この能動モ
ードロック型半導体レーザは、大別して利得領域114
と受動的光導波領域116とから構成されている。そし
て、利得領域114を構成する部分は、1.3μmの光
導波層100上に1.5μmの活性層102を設けてあ
る。更に、この活性層102の上面にはp−InP上側
クラッド層104が設けてあり、光導波層100の下面
にはn−InP下側クラッド層106が設けてある。こ
のように光導波層100及び活性層102を上側クラッ
ド層104と下側クラッド層106で挟んだ構造をダブ
ルヘテロ構造と称する。
First, the structure of an active mode-locked semiconductor laser will be briefly described with reference to FIG. This active mode-locked semiconductor laser is roughly classified into a gain region 114.
And a passive optical waveguide region 116. The gain region 114 is formed by providing a 1.5 μm active layer 102 on a 1.3 μm optical waveguide layer 100. Further, a p-InP upper clad layer 104 is provided on the upper surface of the active layer 102, and an n-InP lower clad layer 106 is provided on the lower surface of the optical waveguide layer 100. A structure in which the optical waveguide layer 100 and the active layer 102 are sandwiched between the upper clad layer 104 and the lower clad layer 106 in this way is called a double hetero structure.

【0005】また、光導波層100及び活性層102を
挟んで両側に半絶縁層107を具えており、下側クラッ
ド層106にn−InP基板108を具えている。
A semi-insulating layer 107 is provided on both sides of the optical waveguide layer 100 and the active layer 102, and an n-InP substrate 108 is provided on the lower cladding layer 106.

【0006】また、上側クラッド層104上にp−Ga
InAs層109及び上部電極110を順次、積層させ
てあり、一方、基板108の下面には、下部電極112
を設けている。また、活性層102の終端部を103で
示している。
Further, p-Ga is formed on the upper cladding layer 104.
The InAs layer 109 and the upper electrode 110 are sequentially stacked, while the lower electrode 112 is formed on the lower surface of the substrate 108.
Is provided. Further, the end portion of the active layer 102 is indicated by 103.

【0007】他方、受動的光導波領域116を構成する
部分は、同一基板108上に下側クラッド層106、光
導波層100、半絶縁層107及び上側クラッド層10
4を順次積層して構成してある。そして、基板108の
下面には利得領域と共通の下部電極112を具えてい
る。このように、利得領域114と受動的光導波領域1
16の横方向部分は、半絶縁層107によって埋め込ま
れているため、電流狭窄と電気的容量の低減化を実現し
ている。
On the other hand, the portion forming the passive optical waveguide region 116 is provided on the same substrate 108 with the lower clad layer 106, the optical waveguide layer 100, the semi-insulating layer 107 and the upper clad layer 10.
4 are sequentially laminated and configured. The lower surface of the substrate 108 is provided with a lower electrode 112 which is common to the gain region. Thus, the gain region 114 and the passive optical waveguide region 1 are
Since the lateral portion of 16 is filled with the semi-insulating layer 107, current confinement and reduction of electric capacity are realized.

【0008】次に、上述した従来の能動モードロック型
半導体レーザ装置を用いて光パルスを得る方法につき簡
単に説明する。
Next, a method of obtaining an optical pulse using the above-mentioned conventional active mode-locked semiconductor laser device will be briefly described.

【0009】能動モードロック法では、縦モード間隔
(Δν)の整数倍の周波数をもった交流電圧を利得領域
114に印加することによってその周波数に等しい繰り
返しの光パルスを得ることができる。すなわち、光パル
スの繰り返し周波数fとモード間隔の関係は、次式で与
えられる。
In the active mode-locking method, an alternating voltage having a frequency that is an integral multiple of the longitudinal mode interval (Δν) is applied to the gain region 114, so that repetitive optical pulses equal to that frequency can be obtained. That is, the relationship between the repetition frequency f of the optical pulse and the mode interval is given by the following equation.

【0010】 f=mΔν=mc0 /(2nL) ・・・・ (1) ただし、m=1、2、3・・・、c0 :真空中の光の速
度、n:媒質の屈折率 L:共振器長(mm)とする。
F = mΔν = mc 0 / (2nL) (1) where m = 1, 2, 3, ..., C 0 : speed of light in vacuum, n: refractive index of medium L : Resonator length (mm).

【0011】文献Iで開示されている装置は、共振器長
が2.07mmであり、これに相当する縦モード間隔の
周波数は約20GHzとなる。実際には、縦モード間隔
の周波数の2倍にあたる40GHzの交流電圧を印加し
て繰り返し周波数40GHzの光パルスを得ている。
In the device disclosed in Document I, the resonator length is 2.07 mm, and the frequency of the longitudinal mode interval corresponding to this is about 20 GHz. Actually, an AC voltage of 40 GHz, which is twice the frequency of the longitudinal mode interval, is applied to obtain an optical pulse having a repetition frequency of 40 GHz.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の能動モードロック型半導体レーザは、超高速繰
り返し周波数をもった光パルスを発生させたとき以下の
ような制限があった。 (1)光パルスの繰り返し周波数が、半導体レーザ素子
の変調帯域によって制限される。 (2)光パルスの繰り返し周波数が、高周波変調電圧を
発生させる装置の最大変調周波数の値に制限される。 (3)また、レーザでモードロックをかけようとした場
合、上述した(1)式より、屈折率が一定であれば共振
長(L)の長さで繰り返し周波数が一義的に決定される
ため、任意に繰り返し周波数を変えることができないな
ど種々の問題があった。
However, the above-mentioned conventional active mode-locked semiconductor laser has the following limitations when an optical pulse having an ultrafast repetition frequency is generated. (1) The repetition frequency of the light pulse is limited by the modulation band of the semiconductor laser device. (2) The repetition frequency of the light pulse is limited to the value of the maximum modulation frequency of the device that generates the high frequency modulation voltage. (3) Further, when it is attempted to perform mode-locking with a laser, the repetitive frequency is uniquely determined by the length of the resonance length (L) if the refractive index is constant from the above-mentioned equation (1). However, there are various problems such that the repetition frequency cannot be changed arbitrarily.

【0013】一方、ハイブリッド型半導体レーザの干渉
或は結合を用いた光変調器がある。この変調器の例とし
て分岐干渉型変調器又は方向性結合型変調器などが、文
献IIに開示されている(文献II:「光集積回路」、
オーム社、昭和60年、PP300〜312)。
On the other hand, there is an optical modulator using the interference or coupling of a hybrid type semiconductor laser. As an example of this modulator, a branching interferometric modulator or a directional coupling modulator is disclosed in Document II (Document II: "Optical integrated circuit",
Ohmsha, 1985, PP300-312).

【0014】この文献IIに開示されている半導体レー
ザ光及び分岐干渉型変調器を用いて変調した光出力信号
を得る従来の方法につき図9を参照して説明する。
A conventional method for obtaining an optical output signal modulated by using the semiconductor laser light and the branching interferometric modulator disclosed in Document II will be described with reference to FIG.

【0015】図9は、直流の一定レベルにある入力信号
のパワーI1 (t)と、相対光強度分布曲線Fと、変調
用信号A1 (t)と、光出力信号I2 のパワーとし、か
つ、変調用信号A1 (t)をA1 (t)=sin(2π
ft)(ただし、fは周波数、tは時間)としたときの
各信号の時間波形をそれぞれ示している。
FIG. 9 shows the power I 1 (t) of the input signal at a constant DC level, the relative light intensity distribution curve F, the modulation signal A 1 (t), and the power of the optical output signal I 2. , And the modulation signal A 1 (t) is A 1 (t) = sin (2π
ft) (where f is frequency and t is time).

【0016】文献IIの方法では、バイアス電圧Vb
相対光強度(Pout /Pin:ただし、Pinは変調器への
光入力信号のパワー及びPout は変調器からの光出力信
号パワー)の1/2付近、すなわち、相対光強度Pout
/Pinが最小になる電圧(半波長電圧とも称する。)を
piとしたとき、Vb =Vpi/2付近とし、かつ、変調
用信号A(t)の最大値がVpi/2以下になるように設
定して調整を行っている。尚、相対光強度分布曲線及び
バイアス電圧の印加方法についての詳細な説明は後述す
る。従って、この従来の方法では、歪みが発生しないよ
うに調整を行うことが最優先であるため、相対光強度分
布曲線Fのできるだけ直線的な線分部分を用いて変調を
行っており、その結果、入力信号I1 (t)は変調用信
号A1 (t)と曲線Fとによって振幅変調されるととも
に周波数は変調用信号A1 (t)と同じ周波数の光出力
信号I2 (t)となる。しかしながら、従来の文献II
には、変調用信号の周波数よりも高い周波数の光出力信
号、すなわち、高速繰り返し光パルスを光出力信号をし
て発生させる例については何ら言及されていない。
In the method of Document II, the bias voltage V b is set to the relative light intensity (P out / P in : where P in is the power of the optical input signal to the modulator and P out is the power of the optical output signal from the modulator. ) Around 1/2, that is, relative light intensity P out
When the voltage (also referred to as a half-wavelength voltage) that minimizes / P in is V pi , V b is near V pi / 2, and the maximum value of the modulation signal A (t) is V pi / 2. The following settings are set and adjusted. A detailed description of the relative light intensity distribution curve and the bias voltage application method will be given later. Therefore, in this conventional method, since the highest priority is to make adjustments so that distortion does not occur, modulation is performed using the linear segment of the relative light intensity distribution curve F as much as possible. , The input signal I 1 (t) is amplitude-modulated by the modulating signal A 1 (t) and the curve F, and the frequency is the same as the optical output signal I 2 (t) having the same frequency as the modulating signal A 1 (t). Become. However, conventional literature II
Does not mention any example of generating an optical output signal having a frequency higher than the frequency of the modulation signal, that is, generating a high-speed repetitive optical pulse as the optical output signal.

【0017】また、従来のハイブリッド型半導体レーザ
は、上述した能動モードロック型半導体レーザと同様、
周波数変調に対して上述した(1)及び(2)の制限を
受けるという問題もあった。
Further, the conventional hybrid semiconductor laser is similar to the active mode-locked semiconductor laser described above.
There is also a problem that the above-mentioned restrictions (1) and (2) are applied to the frequency modulation.

【0018】この発明は、上述した問題点に鑑み行われ
たものであり、すなわち、この発明の目的は、ハイブリ
ッド型半導体レーザの変調器において、変調周波数に制
限を受けずに超高速繰り返し光パルスの周波数を変調で
きる光信号変調方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, that is, an object of the present invention is to provide a modulator of a hybrid semiconductor laser in which an ultrahigh-speed repetitive optical pulse is not limited by a modulation frequency. An object of the present invention is to provide an optical signal modulation method capable of modulating the frequency of.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の光信号変調方法によれば、分岐干渉型又
は方向性結合型変調器への光入力信号のパワーをPin
し、該変調器からの光出力信号のパワーをPout とし、
該変調器に外部から印加する変調用入力電圧Vを直流バ
イアス電圧Vb と変調用信号A(t)との重畳電圧と
し、更に、前記光入力信号のパワーPinと光出力信号の
パワーPout との比で与えられる相対光強度(Pout
in)が最小になる電圧を半波長電圧Vpiとし、前記光
出力信号を、前記相対光強度を利用して前記変調用入力
電圧Vで変調して光出力信号を発生させる光変調方法に
おいて、前記直流バイアス電圧Vb と前記半波長電圧V
piとの関係を Vb =m×Vpi (ただし、mは、0又は正或は負の
整数とする。) としたことを特徴とする。
To achieve this object, according to the optical signal modulation method of the present invention, the power of the optical input signal to the branching interference type or directional coupling type modulator is set to P in , Let P out be the power of the optical output signal from the modulator,
A modulation input voltage V externally applied to the modulator is a superposed voltage of a DC bias voltage Vb and a modulation signal A (t), and further, the power P in of the optical input signal and the power P of the optical output signal. relative light intensity given by the ratio of the out (P out /
In the optical modulation method, the voltage that minimizes P in ) is a half-wave voltage V pi , and the optical output signal is modulated by the modulation input voltage V using the relative light intensity to generate an optical output signal. , The DC bias voltage V b and the half-wave voltage V
The relation with pi is V b = m × V pi (where m is 0 or a positive or negative integer).

【0020】[0020]

【作用】上述したこの光信号変調方法によれば、直流バ
イアス電圧Vb と半波長電圧Vpiとの関係をVb =m×
piとしてある。このようにすると、mをある整数に設
定したとき、分岐型又は方向性結合型変調器に印加され
る直流バイアス電圧Vb は、半波長電圧Vpiの整数倍の
電圧となり、これは丁度、相対光強度(Pout/Pin
曲線のピークと一致する。従って、変調用信号の振幅が
ゼロに対応する基準レベルが相対光強度のピークと一致
する。このような状態にして半導体レーザから変調器に
入射された光入力信号をこの相対光強度を利用して変調
用信号で変調すると、後述する実験結果から明らかなよ
うに、超高速繰り返しパルスの光出力信号に変調でき
る。
According to this optical signal modulation method described above, the relationship between the DC bias voltage V b and the half-wave voltage V pi is V b = m ×
It is as V pi . By doing so, when m is set to a certain integer, the DC bias voltage V b applied to the branched or directional coupling modulator becomes a voltage that is an integral multiple of the half-wave voltage V pi , which is just Relative light intensity (P out / P in )
It coincides with the peak of the curve. Therefore, the reference level corresponding to the amplitude of the modulation signal of zero coincides with the peak of the relative light intensity. In such a state, when the optical input signal incident on the modulator from the semiconductor laser is modulated by the modulating signal by using this relative light intensity, as is clear from the experimental results described later, the Can be modulated into output signal.

【0021】更に、分岐干渉型変調器や方向性結合型変
調器によって変調された超高速繰り返しパルスの光出力
信号を強度変調器を用いてコード化することによってパ
ルス光出力信号をパルス信号に変換することができる。
Further, the pulsed optical output signal is converted into a pulse signal by coding the optical output signal of the ultra-high speed repetitive pulse modulated by the branching interferometric modulator or the directional coupling modulator by using the intensity modulator. can do.

【0022】[0022]

【実施例】以下、各図面を参照してこの発明の実施例に
つき説明する。尚、この発明の構成を説明するために用
いる各図は、この発明が理解できる程度に各構成成分、
大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるにすぎな
い。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, each drawing used for explaining the configuration of the present invention, each constituent component, to the extent that the present invention can be understood,
The size and the positional relationship are only schematically shown.

【0023】図1は、この発明の第1実施例の光信号発
生装置の構成を説明するためのブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the optical signal generator according to the first embodiment of the present invention.

【0024】この発明の第1実施例の光信号発生装置
は、大別するとシングルモードを発振させる半導体レー
ザ15の部分と屈折率変調可能な2本の光導波路を有す
る変調器18の部分から構成されている。尚、この発明
の実施例では、半導体レーザ15と変調器18をハイブ
リットに構成してある。
The optical signal generator according to the first embodiment of the present invention is roughly composed of a semiconductor laser 15 part for oscillating a single mode and a modulator 18 part having two optical waveguides capable of refractive index modulation. Has been done. In the embodiment of the present invention, the semiconductor laser 15 and the modulator 18 are hybrid.

【0025】そして、半導体レーザ15は、シングルモ
ード半導体レーザ素子10、直流電源12及びアース1
4を具えている。また、シングルモード半導体レーザ1
0から得られたレーザ光を光入力信号(入射光とも称す
る。)16とし、変調器18によって変調されて取り出
される光を光出力信号(出射光とも称する。)20とす
る。
The semiconductor laser 15 comprises a single mode semiconductor laser device 10, a DC power supply 12 and a ground 1.
It has 4. Also, a single mode semiconductor laser 1
The laser light obtained from 0 is used as an optical input signal (also referred to as incident light) 16, and the light modulated and extracted by the modulator 18 is used as an optical output signal (also referred to as emitted light) 20.

【0026】また、図2は、この発明の第1実施例に用
いた変調器18の一例として分岐干渉型変調器の要部断
面を示している。
FIG. 2 shows a cross section of the main part of a branching interferometric modulator as an example of the modulator 18 used in the first embodiment of the present invention.

【0027】この分岐干渉型変調器は、基板22として
ZカットLiNbO3 を用いる。そして、この基板22
上に設けられた光導波路は横軸方向に沿って一本の光導
波路が設けられ、途中で2本の光導波路に分岐して延在
し、更に、一本の光導波路に合致する。ここでは、光導
波路の最初の分岐点を第1分岐点24と称し、この第1
分岐点24から分かれた一方の光導波路を第1光導波路
27と称する。また、第1分岐点24から分岐した他方
の光導波路を第2光導波路28と称する。また、合致す
る分岐点を第2分岐点26と称する。
This branch interferometric modulator uses Z-cut LiNbO 3 as the substrate 22. And this substrate 22
The optical waveguide provided above is provided with one optical waveguide along the horizontal axis direction, and branches into two optical waveguides on the way to extend, and further matches one optical waveguide. Here, the first branch point of the optical waveguide is referred to as the first branch point 24, and
One optical waveguide branched from the branch point 24 is referred to as a first optical waveguide 27. The other optical waveguide branched from the first branch point 24 is referred to as a second optical waveguide 28. The matching branch point is referred to as a second branch point 26.

【0028】また、2本の導波路27、28には、それ
ぞれの導波路を覆うように第1及び第2電極30、32
が設けられている。そして、第1電極30とアース36
は、電源34を介して接続されている。一方、第2電極
32はアース38と接続されている。
The two waveguides 27 and 28 are covered with the first and second electrodes 30 and 32 so as to cover the respective waveguides.
Is provided. Then, the first electrode 30 and the ground 36
Are connected via a power supply 34. On the other hand, the second electrode 32 is connected to the earth 38.

【0029】次に、図2及び図3を参照して半導体レー
ザの光入力信号16のパワー(Pin)と光出力信号20
のパワー(Pout )との関係につき説明する。図3は、
図9を参照しての従来方式をしたと同様に、変調器に入
力する光入力信号16のパワーI1 (t)、光変調器の
相対光強度分布曲線F、変調用信号A(t)及び変調器
からの光出力信号20のパワーI2 をそれぞれ示すこの
発明の第1実施例の説明図である。尚、光入力信号16
のパワー(Pin)と光出力信号20のパワー(Pout
との関係は、文献IIに詳細に開示されているので、こ
こでは詳細な説明は省略し、その要点のみを簡単に説明
する。
2 and 3, the power (P in ) of the optical input signal 16 and the optical output signal 20 of the semiconductor laser will be described.
The relationship with the power (P out ) will be described. Figure 3
As in the conventional method with reference to FIG. 9, the power I 1 (t) of the optical input signal 16 input to the modulator, the relative light intensity distribution curve F of the optical modulator, and the modulation signal A (t) FIG. 3 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention showing the power I 2 of the optical output signal 20 from the optical modulator and the modulator, respectively. The optical input signal 16
Power (P in ) and the power of the optical output signal 20 (P out )
Since the relationship between and is disclosed in detail in Document II, detailed description thereof will be omitted here, and only the main points will be briefly described.

【0030】光入力信号パワー16をTMモードで導波
させたとき第1導波路27に分岐して伝搬する導波光
は、外部電源34によって印加される電圧によって位相
変化を受ける。一方、第2導波路28に分岐して伝搬す
る導波光は逆の位相(例えば負位相)変化を受ける。従
って、第1及び第2導波路を伝搬する導波光を出力側の
分岐点26で合波、干渉させることによってそれぞれの
導波光の位相差に対応して光出力信号20の光強度が変
化する。この関係につき以下、説明する。
When the optical input signal power 16 is guided in the TM mode, the guided light branched and propagated in the first waveguide 27 undergoes a phase change due to the voltage applied by the external power supply 34. On the other hand, the guided light branched and propagated in the second waveguide 28 undergoes an opposite phase (for example, negative phase) change. Therefore, by combining and interfering the guided light propagating through the first and second waveguides at the branch point 26 on the output side, the light intensity of the optical output signal 20 changes corresponding to the phase difference between the respective guided lights. . This relationship will be described below.

【0031】光入力信号16の光強度(パワー)
(Pin)が分岐点24において散乱損失するが、ここで
は、この散乱損失を無視するものとする。さらに、入力
側の分岐点24のパワー分割比(rp ={[EA ]/
[EB ]}2 )を1:1とする。この場合、光入力信号
16の光強度(Pin)と光出力信号20の光強度(P
out )関係は、次式で与えられる(文献IIのP301
参照)。
Light intensity (power) of the optical input signal 16
Although (P in ) causes scattering loss at the branch point 24, this scattering loss is ignored here. Further, the power division ratio of the branch point 24 on the input side (r p = {[E A ] /
Let [E B ]} 2 ) be 1: 1. In this case, the light intensity of the optical input signal 16 (P in ) and the light intensity of the optical output signal 20 (P in )
out ) relation is given by the following equation (P301 of Document II)
reference).

【0032】 Pout =Pincos2 {(π/2)(V/Vpi)}・・・ (2) ただし、Pin:光入力信号の光強度 Pout :光出力信号の光強度 V:電源34からの印加電圧(V) Vpi:半波長電圧(V) である。尚、半波長電圧Vpiは、変調器の素子によって
決まる電圧である。また、一般的に第1及び第2導波路
27及び28に印加される変調用入力電圧(印加電圧と
も称する。)Vは、次式によって与えられる。
P out = P in cos 2 {(π / 2) (V / V pi )} (2) where P in : optical intensity of optical input signal P out : optical intensity of optical output signal V : Voltage applied from power source 34 (V) V pi : Half wavelength voltage (V). The half-wave voltage Vpi is a voltage determined by the element of the modulator. A modulation input voltage (also referred to as an applied voltage) V that is generally applied to the first and second waveguides 27 and 28 is given by the following equation.

【0033】 V=Vb +A(t) ・・・・ (3) ただし、Vb :直流バイアス電圧(V) A(t):変調用信号(V) である。V = V b + A (t) (3) where V b is a DC bias voltage (V) A (t) is a modulation signal (V).

【0034】(3)式の関係式を用いて、変調用信号を
A(t)=sin(2πft)とし、また、直流バイア
ス電圧Vb をVb =0(V)としたときの相対光強度
(Pout /Pin)の関係を図3に示す。図中、横軸に電
圧(V)を取り、縦軸に相対光強度(Pout /Pin)を
取って表す。尚、直流バイアス電圧Vb を半波長電圧V
piの整数倍とし、変調用信号A(t)を正弦波としとき
の光出力信号を表している。ここで、この発明の直流バ
イアス電圧Vb と半波長電圧Vpiとの関係を Vb =mVpi ただし、m=0、±1、±2、±3・
・・ とする。
Using the relational expression (3), the relative light when the modulation signal is A (t) = sin (2πft) and the DC bias voltage V b is V b = 0 (V) The relationship between the intensities (P out / P in ) is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents voltage (V) and the vertical axis represents relative light intensity (P out / P in ). In addition, the DC bias voltage V b is a half-wave voltage V
It represents an optical output signal when the modulation signal A (t) is a sine wave and is an integral multiple of pi . Here, the relationship between the DC bias voltage V b and the half-wave voltage V pi of the present invention, however V b = mV pi, m = 0, ± 1, ± 2, ± 3 ·
・ ・

【0035】また、変調用信号を、A(t)=Vrfsi
n(2πft)とする。
The modulation signal is A (t) = V rf si
n (2πft).

【0036】ただし、f:変調周波数(Hz) t:時間(秒) Vrf:変調用信号の振幅(V) とする。However, f: modulation frequency (Hz) t: time (second) V rf : amplitude of modulation signal (V).

【0037】図3に示す実施例では、m=0とする。ま
た、変調用信号の振幅Vrfを半波長電圧Vpiの整数倍と
したがこのときのVrfとVpiとの関係は、次式のように
表される。
In the embodiment shown in FIG. 3, m = 0. Further, the amplitude V rf of the modulation signal is set to an integral multiple of the half-wave voltage V pi , but the relationship between V rf and V pi at this time is expressed by the following equation.

【0038】Vrf=kVpi ただし、k>0、かつ、
k>1の場合は整数 とする。すなわち、変調用信号A(t)の振幅Vrfを半
波長電圧Vpiの2倍より小さくなるようにした例であ
る。この場合には、図3の実験結果からも理解できるよ
うに、変調用信号A(t)は相対光強度分布曲線Fの最
大ピーク値を中心としてその両側の半波長電圧Vpi内で
変化しているので、光出力信号20のパワーPout は変
調用信号A(t)の2倍の周波数で出力していることが
わかる。
V rf = kV pi , where k> 0, and
When k> 1, it is an integer. That is, this is an example in which the amplitude V rf of the modulation signal A (t) is made smaller than twice the half-wave voltage V pi . In this case, as can be understood from the experimental result of FIG. 3, the modulation signal A (t) changes within the half-wave voltage V pi on both sides of the maximum peak value of the relative light intensity distribution curve F as a center. Therefore, it can be seen that the power P out of the optical output signal 20 is output at a frequency twice that of the modulation signal A (t).

【0039】また、図4は、図3の変調光用信号と光出
力信号とを重ね合わせてプロットした波形特性図であ
る。図中、横軸に時間(ps)を取り、縦軸に相対光強
度及び電圧(V)を取ってあらわしている。
FIG. 4 is a waveform characteristic diagram in which the modulated light signal and the optical output signal of FIG. 3 are superimposed and plotted. In the figure, the horizontal axis represents time (ps) and the vertical axis represents relative light intensity and voltage (V).

【0040】図4は、上述した(2)と(3)式に、m
=0、Vpi=1V、Vrf=1V、f=20GHzの値と
したときの変調用信号A(t)(曲線Iが対応する。)
と光出力信号20(曲線IIが対応する。)との関係を
示している。この図4からも理解できるように、光出力
信号20の周波数は、変調用信号A(t)の2倍になっ
ている。
FIG. 4 shows m in the above equations (2) and (3).
= 0, V pi = 1V, V rf = 1V, f = 20 GHz, the modulation signal A (t) (curve I corresponds).
And the optical output signal 20 (curve II corresponds). As can be understood from FIG. 4, the frequency of the optical output signal 20 is twice that of the modulation signal A (t).

【0041】以上の実験結果から、光入力信号16のパ
ワー(Pin)は変調器18によって変調されて変調用信
号A(t)の周波数の2倍の周波数の光出力信号20の
パワー(Pout )となって出力することがわかる。従っ
て、この発明の実施例によれば図3及び図4から理解で
きるように、変調用信号A(t)として周波数20GH
zを与えると光出力信号20として40GHzの変調周
波数を得ることができる。
From the above experimental results, the power (P in ) of the optical input signal 16 is modulated by the modulator 18 and the power (P in ) of the optical output signal 20 having a frequency twice that of the modulation signal A (t). it can be seen that out) and made to output. Therefore, according to the embodiment of the present invention, as can be understood from FIGS. 3 and 4, the frequency of 20 GHz is used as the modulation signal A (t).
When z is given, a modulation frequency of 40 GHz can be obtained as the optical output signal 20.

【0042】次に、図5を参照して、この発明の第2実
施例である変調用信号A(t)として三角波形を与えた
場合の光出力信号20につき説明する。
Next, the optical output signal 20 when a triangular waveform is given as the modulation signal A (t) according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0043】この第2実施例は、第1実施例の場合と同
様にVb =mVpiとし、これに加えて、例えば、上述し
た変調用信号A(t)として三角波形を与える。
In the second embodiment, V b = mV pi as in the case of the first embodiment, and in addition to this, for example, a triangular waveform is given as the above-mentioned modulation signal A (t).

【0044】図5は、図3と同様な説明図であり、三角
波形の変調用信号A(t)を用いた場合、の光出力信号
20のパワー(Pout )がどう変調されているかを示し
ている。この第2実施例では、m=0、及びk=3とし
た場合の変調用信号A(t)と光出力信号I2 (t)を
模式的にしめしてある。
FIG. 5 is an explanatory diagram similar to FIG. 3, and shows how the power (P out ) of the optical output signal 20 is modulated when the modulation signal A (t) having a triangular waveform is used. Shows. In the second embodiment, the modulation signal A (t) and the optical output signal I 2 (t) when m = 0 and k = 3 are schematically shown.

【0045】図5から理解できるように、半波長電圧V
piの3倍の振幅(Vrf)の変調用信号A(t)として与
えることによって6倍の変調周波数の光出力信号20の
パワー(Pout )が得られる。このように、第1及び第
2実施例の実験結果から明らかなようにこの発明の光信
号変調方式によれば、光出力信号20の周波数は、一般
的には、変調用信号A(t)の周波数の2k倍の周波数
となる。
As can be seen from FIG. 5, the half-wave voltage V
The power (P out ) of the optical output signal 20 having a modulation frequency of 6 times can be obtained by applying the modulation signal A (t) having an amplitude (V rf ) three times pi . Thus, according to the optical signal modulation method of the present invention, as is clear from the experimental results of the first and second embodiments, the frequency of the optical output signal 20 is generally the modulation signal A (t). 2k times the frequency of.

【0046】また、この発明の第1及び第2実施例で
は、正弦波及び三角波の例について述べたが、例えば矩
形波を変調用信号A(t)として与えても良い。次に、
この発明の応用例につき第3実施例として説明する。こ
の第3実施例では、第1実施例の変調器18からの光出
力信号(I2 )20を再度、強度変調器40に導波させ
てコード化し、光信号として取り出す方法につき説明す
る。
Further, in the first and second embodiments of the present invention, the example of the sine wave and the triangular wave is described, but for example, a rectangular wave may be given as the modulation signal A (t). next,
An application example of the present invention will be described as a third embodiment. In the third embodiment, a method will be described in which the optical output signal (I 2 ) 20 from the modulator 18 of the first embodiment is again guided to the intensity modulator 40 to be coded and taken out as an optical signal.

【0047】図6は、この発明の第3実施例の説明図で
あって、光信号発生装置のブロック構成図を示す。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention and is a block diagram of the optical signal generator.

【0048】この第3実施例に使用する強度変調器40
は、従来公知の半導体を用いた電界吸収効果型の変調器
であり、この装置の一例が、文献III(文献III:
「超格子構造の光物性と応用」、コロナ社、昭和63
年、P159)に開示されている。
Intensity modulator 40 used in the third embodiment
Is an electric field absorption effect modulator using a conventionally known semiconductor, and an example of this device is disclosed in Document III (Document III:
"Optical properties and applications of superlattice structure", Corona Publishing Co., 1988
, P159).

【0049】この発明の第3実施例の変調方法によれ
ば、シングルモード発振する半導体レーザからレーザ発
振された光入力信号(入射光)16は、分岐干渉型変調
器18を経て、変調された光出力信号(出射光)20と
なり、更に、この出射光20を用いて強度変調器40に
よってコード化した信号として取り出される。このとき
強度変調器40から取り出された信号を出射光42とす
る。
According to the modulation method of the third embodiment of the present invention, the optical input signal (incident light) 16 oscillated from the semiconductor laser that oscillates in single mode is modulated through the branch interferometric modulator 18. It becomes an optical output signal (emitted light) 20, and is further extracted as a signal encoded by the intensity modulator 40 using this emitted light 20. At this time, the signal extracted from the intensity modulator 40 is used as outgoing light 42.

【0050】次に、図7の(A)、(B)及び(C)を
参照して強度変調器40の光出力信号をコード化する方
法につき説明する。
Next, a method of encoding the optical output signal of the intensity modulator 40 will be described with reference to FIGS. 7A, 7B and 7C.

【0051】図7の(A)は、分岐干渉型変調器18か
ら出射された光出力信号20の一例を示している。そし
て、この出力光信号20を強度変調器40に入射させ、
この信号20が変調器40の光出力信号I3 (t)とし
てコード化されたパルス信号に変換することができる。
このとき、強度変調器40に外部電圧として0、−1V
のパルス電圧を印加する。このとき0Vレベルの電圧を
“1”とし、−1Vレベルの電圧を“0”とする。この
とき例えば“0”、“1”、“1”、“0”、“1”、
“0”の順次のパルス信号となる(図7の(B))。
FIG. 7A shows an example of the optical output signal 20 emitted from the branch interferometric modulator 18. Then, the output optical signal 20 is made incident on the intensity modulator 40,
This signal 20 can be converted into a pulse signal encoded as the optical output signal I 3 (t) of the modulator 40.
At this time, 0, -1V as an external voltage to the intensity modulator 40
Pulse voltage is applied. At this time, the 0V level voltage is "1" and the -1V level voltage is "0". At this time, for example, "0", "1", "1", "0", "1",
It becomes a sequential pulse signal of "0" ((B) of FIG. 7).

【0052】この時、強度変調器40から取り出された
出射した光出力信号42は、強度変調器40によって変
調されており、従って、この光出力信号(I3 )42
は、コード信号パルス“0”、“1”、“1”、
“0”、“1”、“0”に対応して電圧レベルが“1”
のとき光強度が実際的にゼロであり、電圧レベルが
“0”のときある値の光強度となっている出力光信号
“0”、“1”、“1”、“0”、“1”、“0”の信
号となる(図7の(C))。
At this time, the emitted optical output signal 42 extracted from the intensity modulator 40 is modulated by the intensity modulator 40. Therefore, this optical output signal (I 3 ) 42
Are code signal pulses “0”, “1”, “1”,
The voltage level is "1" corresponding to "0", "1", and "0"
When the voltage level is "0", the light intensity is practically zero, and when the voltage level is "0", the output light signals are "0", "1", "1", "0", "1". , And "0" signals ((C) of FIG. 7).

【0053】上述した各実施例では、分岐干渉型変調器
を用いた例につき説明したが、なんらこれに限定される
ものではなく、例えば方向性結合型変調器を用いても良
い。
In each of the above-described embodiments, an example using the branch interferometric modulator has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, a directional coupling modulator may be used.

【0054】また、上述した第1及び第2実施例で説明
した光信号発生装置は、ハイブリットに構成したが、同
一基板上にモノシリックに集積させて構成しても良い。
Although the optical signal generators described in the first and second embodiments are hybrid, they may be monolithically integrated on the same substrate.

【0055】また、分岐干渉型変調器の基板材料にLi
b 3 を用いたが、何らこの材料に限定されるもので
はなく、例えばInP系やGaAs系の半導体材料を用
いても良い。
Li is used as the substrate material of the branch interferometric modulator.
Although N b O 3 is used, the material is not limited to this material and, for example, an InP-based or GaAs-based semiconductor material may be used.

【0056】[0056]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光信号変調方法によれば、直流バイアス電圧V
b と、半波長電圧VpiとをVb =m×Vpiとした。この
ように直流バイアス電圧を半波長電圧の整数倍にするこ
とによって従来のレーザや能動モードロック半導体レー
ザで実現できなかった超高速繰り返し変調パルスを任意
に得ることができる。従って、従来のように超高速繰り
返しパルスを発生させる場合、半導体レーザ素子に高周
波変調電圧を印加する必要がなくなるため、電源の負担
は軽減される。また、半導体レーザ素子の高周波実装に
かかる負担も合わせて軽減されるため、安価な電源で光
信号発生装置を作製できる。
As is apparent from the above description, according to the optical signal modulation method of the present invention, the DC bias voltage V
b and the half-wave voltage V pi were set to V b = m × V pi . Thus, by setting the DC bias voltage to be an integral multiple of the half-wave voltage, it is possible to arbitrarily obtain ultrahigh-speed repetitive modulation pulses that cannot be realized by the conventional laser or the active mode-locked semiconductor laser. Therefore, when the ultra-high speed repetitive pulse is generated as in the conventional case, it is not necessary to apply the high frequency modulation voltage to the semiconductor laser element, and the load on the power source is reduced. In addition, since the burden on the high frequency mounting of the semiconductor laser element is also reduced, the optical signal generator can be manufactured with an inexpensive power supply.

【0057】更に、分岐干渉型変調器の光出力信号を強
度変調器を用いてコード化させたパルス光出力信号に変
調することによって高速光伝送が可能となる。
Further, by modulating the optical output signal of the branch interferometric modulator into a pulsed optical output signal coded by using an intensity modulator, high speed optical transmission becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例の光信号発生装置の説明に供
する構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an optical signal generator according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例に供する分岐干渉型変調器で
ある。
FIG. 2 is a branching interferometric modulator used in an embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1実施例の説明図であって、主と
して正弦波を変調用信号A(t)として与えたときの変
調光出力信号波形を説明するための図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention and is a diagram mainly for explaining a modulated light output signal waveform when a sine wave is given as a modulation signal A (t).

【図4】光入力信号波形と光出力信号波形の関係を説明
するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a relationship between an optical input signal waveform and an optical output signal waveform.

【図5】この発明の第2実施例の説明図であって、三角
波を変調用信号をしたときの変調光出力信号波形を説明
するための図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the second embodiment of the present invention and is a diagram for explaining a modulated light output signal waveform when a triangular wave is used as a modulation signal.

【図6】この発明の応用例を第3実施例として説明する
ための図であって、第3実施例の光信号発生装置の説明
に供するするための構成図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an application example of the present invention as a third embodiment, and is a configuration diagram for explaining an optical signal generator according to the third embodiment.

【図7】この発明の第3実施例における出力波形をコー
ド化方法を説明するためのコード化出力信号波形を説明
するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a coded output signal waveform for explaining a method for coding an output waveform in the third embodiment of the present invention.

【図8】従来の能動モードロック型半導体レーザの構造
を説明するための概略的な斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining the structure of a conventional active mode-locked semiconductor laser.

【図9】従来のハイブリッド型の分岐干渉変調器を用い
て変調された光出力波形を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining an optical output waveform modulated by using a conventional hybrid type interferometric modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:シングルモード半導体レーザ素子 12:直流電源 14:アース 15:半導体レーザ 16:入射光 18:分岐干渉型変調器 20:出射光 22:ZカットLiNb 3 基板 24、26:分岐点 27:第1導波路 28:第2導波路 30:第1電極 32:第2電極 34:電圧源 36、38:アース 40:強度変調器 42:出射光10: Single-mode semiconductor laser device 12: DC power supply 14: Ground 15: Semiconductor laser 16: Incident light 18: Branching interferometric modulator 20: Emitting light 22: Z-cut LiN b O 3 substrate 24, 26: Branching point 27: First waveguide 28: Second waveguide 30: First electrode 32: Second electrode 34: Voltage source 36, 38: Ground 40: Intensity modulator 42: Emitted light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分岐干渉型又は方向性結合型変調器への
光入力信号のパワーをPinとし、該変調器からの光出力
信号のパワーをPout とし、該変調器に外部から印加す
る変調用入力電圧Vを直流バイアス電圧Vb と変調用信
号A(t)との重畳電圧とし、更に、前記光入力信号の
パワーPinと光出力信号のパワーPout との比で与えら
れる相対光強度(Pout /Pin)が最小になる電圧を半
波長電圧Vpiとし、前記光出力信号を、前記相対光強度
を利用して前記変調用入力電圧Vで変調して光出力信号
を発生させる光変調方法において、 前記直流バイアス電圧Vb と前記半波長電圧Vpiとの関
係を Vb =m×Vpi (ただし、mは、0又は正或は負の
整数とする。) としたことを特徴とする光信号変調方法。
1. A power of an optical input signal to a branch interference type or directional coupling type modulator is P in , a power of an optical output signal from the modulator is P out, and the power is externally applied to the modulator. The modulation input voltage V is a superimposed voltage of the DC bias voltage Vb and the modulation signal A (t), and the relative value is given by the ratio of the power P in of the optical input signal and the power P out of the optical output signal. The voltage at which the light intensity (P out / P in ) is minimized is defined as the half-wave voltage V pi , and the light output signal is modulated by the modulation input voltage V using the relative light intensity to obtain the light output signal. In the generated optical modulation method, the relationship between the DC bias voltage V b and the half-wave voltage V pi is V b = m × V pi (where m is 0 or a positive or negative integer). An optical signal modulation method characterized by the above.
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