JPH1010480A - 光変調装置 - Google Patents

光変調装置

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JPH1010480A
JPH1010480A JP8164475A JP16447596A JPH1010480A JP H1010480 A JPH1010480 A JP H1010480A JP 8164475 A JP8164475 A JP 8164475A JP 16447596 A JP16447596 A JP 16447596A JP H1010480 A JPH1010480 A JP H1010480A
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bias
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博史 川村
Keizo Inagaki
惠三 稲垣
Nobuaki Imai
伸明 今井
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ATR KANKYO TEKIOU TSUSHIN KENK
ATR KANKYO TEKIOU TSUSHIN KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置構成が簡単であって、3次相互変調歪成
分を実質的に除去することができる光変調装置を提供す
る。 【解決手段】 入力される光信号を所定の分波比で2分
波して第1と第2の光信号とし、第1の光信号を分波比
1で2分波して第3と第4の光信号とする。プッシュ・
プル型位相変調器は、第3の光信号を入力される電気信
号に従って所定の位相変調指数及び所定のバイアス位相
で光位相変調を行って出力するとともに、第4の光信号
を上記入力される電気信号に従って上記位相変調指数及
び上記バイアス位相でかつ上記光位相変調と逆相で光位
相変調を行って出力し、これら2つの光信号を合波して
出力して第5の光信号とする。さらに、第2の光信号
と、第5の光信号とを逆相で合波して出力して第6の光
信号とする。分波比と変調指数とバイアス位相とは第6
の光信号における3次相互変調歪が実質的に除去される
ように調整されて設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マッハ・ツェンダ
(Mach−Zehnder)型光変調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年CATVなどに代表される光ファイ
バを用いたサブキャリア伝送の研究が盛んになってき
た。現状の変調周波数は1GHz程度と低いが、将来は
高速伝送や大容量伝送などを実現するためにミリ波など
の高い変調周波数が用いられると考えられる。このよう
な高い周波数ではLiNbO3基板を用いたマッハ・ツ
ェンダ型外部光変調器(MZ−EOM)を用いて光変調
を行う。サブキャリア伝送で多チャンネルの信号伝送を
行う場合には、3次相互変調歪(以下、IM3とい
う。)により発生する信号成分がチャンネル帯域内に入
るため、伝送路でのIM3成分の抑制が極めて重要であ
る。従って、光ファイバケーブルを用いたサブキャリア
伝送では、光変調器の歪を低減することが重要になる。
マッハ・ツェンダ型外部光変調器は、変調特性がコサイ
ン2乗特性なので、IM3成分は詳細後述するように位
相変調指数mにより一意的に決定され、位相変調指数が
大きくするとIM3成分は大きくなる。一方で、受光器
での受信信号強度は光信号の変調度の2乗に比例するた
め、受信信号強度を大きくするためには、位相変調指数
はあまり小さくすることができない。
【0003】このような問題を解決するために次に示す
いくつかの方法が提案されてきた。 (1)増幅器の非線形を補正するために行なわれている
方法を用いて入力信号にプリディストーション(前置補
償)を行う方法(以下、第1の方法という。)。 (2)2つの光変調器を並列に接続してIM3成分をキ
ャンセルする方法(例えば、従来技術文献1「J.J.Pan
et al.,“Ultra-linear electro-optic modulators for
microwave fiber optic communications",Proceedings
of SPIE,OpticalTechnology for Microwave Applicati
ons V,Vol.1476,pp.32-43,1991年」参照。)(以下、第
2の方法という。)。 (3)2つの光変調器を直列に接続してIM3成分をキ
ャンセルする方法(例えば、従来技術文献2「H. Skeie
et al.,“Linearization of Electro-optic Modulator
s by a Cascade Coupling of Phase Modulating Electr
odes,"Proceedings of SPIE,Integrated Optical Circu
its,Vol.1583,pp.153-164,1991年」参照。)(以下、第
3の方法という。)。
【0004】図2は、従来例のマッハ・ツェンダ型光変
調装置の平面図及びブロック図である。図2において、
電気光学効果を有するLiNbO3基板10上に、光導
波路21,22,23,30と、光導波路を用いて構成
された光分波器11と光合波器14と、光位相変調器7
とが形成される。ここで、光位相変調器7は、公知の光
位相変調器であって、光導波路22を、例えばコプレー
ナ線路の中心導体と接地導体である2つの電極で挟設し
て構成され、2つの電極間に印加する電界を変化するこ
とにより、当該光導波路22を進行する光信号に対して
位相変調を行う。この従来例では、信号発生器2によっ
て発生される変調信号である電気信号S 0=sinωm
に、可変直流電圧源8によって発生された直流バイアス
電圧を重畳させた信号に比例する位相偏移p=msin
ωmt+pbiasに従って光信号を位相変調する。ここ
で、pbiasは直流バイアス電圧によって定まるバイアス
位相である。以下、本明細書において、光信号に対して
付したEという符号はその電界値を示す。
【0005】レーザダイオード1は所定の波長の無変調
光信号E10=exp(jωt)(ここで、電界の振幅を
1としている。)を発生して、光ファイバケーブル5及
び光導波路21を介して光分波器11に入力される。光
分波器11は入力された光信号を分波比1:1で2分波
して、一方の光信号E21={1/√(2)}・exp
(jωt)を光導波路22を介して光位相変調器7に出
力する一方、他方の光信号E22={1/√(2)}・e
xp(jωt)を光導波路23を介して光合波器14に
出力する。光位相変調器7は、入力される光信号E
21を、電気信号S0=sinωmtに、可変直流電圧源8
によって発生された直流バイアス電圧を重畳させた信号
に従って所定の位相偏移pで位相変調して、位相変調後
の光信号E40={1/√(2)}・exp{j(ωt+
p)}を光導波路22を介して光合波器14に出力す
る。さらに、光合波器14は入力された2つの光信号E
22,E40を同相で合波して、同相合波後の光信号E60
MZ-EOM=cos(p/2)exp{j(ωt+p/
2)}を光導波路30及び光ファイバケーブル6を介し
て、例えばフォトダイオードである光電変換器3に出力
する。光電変換器3は入力される光信号を光電変換して
電気信号である光電変換出力信号Ipd=EMZ-EOM・E
MZ-EOM*を出力する。ここで、EMZ-EOM*は光信号の電
界EMZ-EOMの複素共役である。
【0006】以下、当該光変調装置から出力される光信
号E60=EMZ-EOMの各次数の信号成分を計算する。な
お、光信号の電界E60=EMZ-EOMの2乗が光強度とな
る。当該計算は、実施の形態の最後の部分に、<電界E
MZ-EOMの式の展開>の項として示す。
【0007】IM3成分は、増幅器のように伝達関数が
xのべき乗の多項式で表される場合には、3次高調波成
分とIM3成分はともに3次の項により生じ、IM3成分
は3次高調波成分の3倍の強度を持つ。しかしながら、
従来例のマッハ・ツェンダ型光変調装置では、伝達関数
がベッセル関数となるため、3次高調波の強度とIM3
の強度が単純な比例関係は成立しない。そのため、位相
偏移p=m(sinωm1t+sinωm2t+pbias)の
ように、周波数f1,f2(f1=ω1/2π,f2=ω2
2π)を有する2つの信号を変調信号として入力して、
先に示した式を展開する必要がある(ここで、mは位相
変調指数である。)。ここで、展開の部分は省略して、
光信号の無変調成分PoptDCと、光信号の基本信号成分
opt1stと、周波数(2f1−f2)を有する光信号のI
3信号成分Popt1-2との結果だけを以下に示す。詳細
計算は、実施の形態の最後の部分に、<電界EMZ-EOM
式の展開>の項として示す。
【0008】
【数1】光信号の無変調成分 PoptDC=1+cos(pbias)・J0(m)2
【数2】光信号の基本信号成分 Popt1st=2sin(pbias)・J0(m)・J1(m)
【数3】光信号のIM3信号成分 Popt2-1=2sin(pbias)・J2(m)・J1(m)
【0009】ここで、Jn(・)はn次のベッセル関数
である。この結果より、基本波成分と、周波数(2f1
−f2)を有するIM3信号成分の比は、J0(m)/J2
(m)となり、バイアス位相pbiasによらず、光位相変
調器7の位相変調指数mのみにより一意的に決定され
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記第1の方法を用い
た装置は既に商品化もされているが、ダイオードなどの
非線形素子を用いた回路によりプリディストーションを
発生させるため、動作周波数に応じて各種パラメータの
最適化が不可欠であり、また、ミリ波などの高い周波数
では装置を実現することがやや困難である。さらに、第
2及び第3の方法では、2つの変調器を接続することが
必要で、高い変調周波数に対応するためには電極配置等
に工夫が必要であり、また、ミリ波などの高い周波数で
は高周波信号の位相を正確に制御して分配することが困
難であるなどの問題点がある。
【0011】図2に示した従来例のマッハ・ツェンダ型
光変調装置では、上述のように、基本波成分と、周波数
(2f1−f2)を有するIM3信号成分の比は、光位相
変調器7の位相変調指数mのみにより一意的に決定され
るために、IM3信号成分を除去することはできない。
【0012】本発明の目的は以上の問題点を解決し、装
置構成が簡単であって、3次相互変調歪成分を実質的に
除去することができる光変調装置を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の光変調装置は、入力される光信号を所定の分波比で
2分波する第1の光分波手段と、上記第1の光分波手段
から出力される一方の光信号を分波比1で2分波する第
2の光分波手段と、上記第2の光分波手段から出力され
る一方の光信号を、入力される電気信号に従って所定の
位相変調指数及び所定のバイアス位相で光位相変調を行
って出力するとともに、上記第2の光分波手段から出力
される他方の光信号を、上記入力される電気信号に従っ
て上記位相変調指数及び上記バイアス位相でかつ上記光
位相変調と逆相で光位相変調を行って出力する光位相変
調手段と、上記光位相変調手段から出力される2つの光
信号を合波して出力する第1の光合波手段と、上記第1
の光分波手段から出力される他方の光信号を所定の移相
値だけ移相する光移相手段と、上記第1の光合波手段か
ら出力される光信号と、上記光移相手段から出力される
光信号とを合波して出力する第2の光合波手段とを備
え、上記光移相手段の移相値は、上記第2の光合波手段
において、上記第1の光合波手段から出力される光信号
と、上記光移相手段から出力される光信号とが逆相で合
波されるような値に設定され、上記分波比と、上記変調
指数と、上記バイアス位相とは、上記第2の光合波手段
から出力される光信号の3次相互変調歪が実質的に除去
されるように調整されて設定されることを特徴とする。
【0014】また、本発明に係る請求項2記載の光変調
装置は、入力される光信号を所定の分波比で2分波する
第1の光分波手段と、上記第1の光分波手段から出力さ
れる一方の光信号を分波比1で2分波する第2の光分波
手段と、上記第2の光分波手段から出力される一方の光
信号を、入力される電気信号に従って所定の位相変調指
数及び所定のバイアス位相で光位相変調を行って出力す
るとともに、上記第2の光分波手段から出力される他方
の光信号を、上記入力される電気信号に従って上記位相
変調指数及び上記バイアス位相でかつ上記光位相変調と
逆相で光位相変調を行って出力する光位相変調手段と、
上記光位相変調手段から出力される2つの光信号を合波
して出力する第1の光合波手段と、上記第1の光合波手
段から出力される光信号と、上記第1の光分波手段から
出力される他方の光信号とを合波して出力する第2の光
合波手段とを備え、上記第2の光合波手段において、上
記第1の光合波手段から出力される光信号と、上記光移
相手段から出力される光信号とが逆相で合波されるよう
に設定され、上記分波比と、上記変調指数と、上記バイ
アス位相とは、上記第2の光合波手段から出力される光
信号の3次相互変調歪が実質的に除去されるように調整
されて設定されることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。図1は、本発明に係る一
実施形態であるマッハ・ツェンダ型光変調装置の平面図
及びブロック図である。この実施形態の光変調装置は、
図2の従来例に比較して、互いに逆相で光位相変調する
2つの光位相変調器7a,7bを備えて図7に示すごと
く構成されるプッシュ・プル型光位相変調器50を用い
たことを特徴とする。
【0016】図1において、電気光学効果を有するLi
NbO3基板10上に、光導波路21,22,23,2
4,25,28,29,30と、光導波路を用いて構成
された光分波器11,12と光合波器13,14と、光
位相変調器7a,7bからなるプッシュ・プル型光位相
変調器50とが形成される。ここで、光導波路21,2
2,23,24,25,28,29,30の形成は、L
iNbO3基板10上に公知の通りTiを熱拡散させる
ことによりTi:LiNbO3にてなる楕円断面形状の
薄膜光導波路を形成することにより行われる。
【0017】図7は、光位相変調器7a,7bを備えて
構成されるプッシュ・プル型光位相変調器50の構成を
示す断面図である。図7において、LiNbO3基板1
0上に互いに平行な2本の光導波路24,25が形成さ
れた後、中心導体とそれと所定の間隔だけそれぞれ離れ
てかつ互いに平行に形成された2つの接地導体42,4
3とを備えたコプレーナ線路40が形成される。ここ
で、光導波路24と25の間のLiNbO3基板10上
に、中心導体41が形成され、光導波路24の図上左側
の外側のLiNbO3基板10上に接地導体42が形成
され、光導波路25の図上右側の外側のLiNbO3
板10上に接地導体43が形成される。ここで、信号発
生器2によって発生される変調信号である電気信号S0
=sinωmtに、可変直流電圧源8aによって発生さ
れた直流バイアス電圧を重畳させた信号(以下、印加信
号という。)が中心導体41と接地導体42,43間に
印加され、当該印加信号によって、図7において矢印5
1,52で示すように、光導波路24,25に対して互
いに逆相でかつ2分配されて電界が生じる。
【0018】従って、図1において、光位相変調器7a
は、上記印加信号に比例する位相偏移p=msinωm
t+pbiasの1/2に従って光信号を位相変調する一
方、光位相変調器7bは、上記印加信号の反転信号に比
例する位相偏移−p=msinωmt+pbiasの1/2
に従って光信号を位相変調する。すなわち、光位相変調
器7bは、光位相変調器7aとは逆相で位相変調する。
ここで、光位相変調器7a,7bからなるプッシュ・プ
ル型光位相変調器50において、可変直流電圧源8の直
流バイアス電圧を変化することにより、バイアス位相p
biasを変化することができる。
【0019】図1において、レーザダイオード1は所定
の波長の無変調光信号E10=exp(jωt)(ここ
で、電界の振幅を規格化して1としている。)を発生し
て、光ファイバケーブル5及び光導波路21を介して光
分波器11に入力される。光分波器11は入力された光
信号を電力分波比r:(1−r)(以下、当該光分波器
11の電力分波比をrという。)(ここで、0<r<1
である。)で2分波して、一方の光信号E21={√
(r)}・exp(jωt)を光導波路22を介して光
分波器12に出力する一方、他方の光信号E22={√
(1−r)}・exp(jωt)を光導波路22、移相
値φ(rad)だけ移相する光移相器9、光導波路29
を介して光信号E23={√(1−r)}・exp(jω
t+φ)として光合波器14に出力する。一方、光分波
器12は入力された光信号を電力分波比1:1で2分波
して、一方の光信号E31={√(r/2)}・exp
(jωt)を光導波路24を介して光位相変調器7aに
出力するとともに、他方の光信号E32={√(r/
2)}・exp(jωt)を光導波路25を介して光位
相変調器7bに出力する。
【0020】光位相変調器7aは、入力される光信号E
31を、電気信号S0=sinωmtに、可変直流電圧源8
aによって発生された直流バイアス電圧を重畳させた信
号に従って所定の位相偏移p/2で位相変調して、位相
変調後の光信号E41={√(r/2)}・exp{j
(ωt+p/2)}を光導波路24を介して光合波器1
3に出力する。一方、光位相変調器7bは、入力される
光信号E32を、電気信号S0=sinωmtの反転信号
に、可変直流電圧源8bによって発生された直流バイア
ス電圧を重畳させた信号の反転信号に従って所定の位相
偏移p/2で、光位相変調器7aと比較して逆相で位相
変調して、位相変調後の光信号E42={√(r/2)}
・exp{j(ωt−p/2)}を光導波路25を介し
て光合波器13に出力する。次いで、光合波器13は入
力された2つの光信号E41,E42を同相で合波して、同
相合波後の光信号E50=EMZ-EOM=√(r)cos(p
/2)exp(jωt)を光導波路28を介して光合波
器14に出力する。さらに、光合波器14は入力された
2つの光信号E50,E23を合波して、合波後の光信号E
60=(E50+E23)/√(2)を光導波路30及び光フ
ァイバケーブル6を介して、例えばフォトダイオードで
構成されて例えば2乗検波特性を有する光電変換器3に
出力する。光電変換器3は入力される光信号を光電変換
して電気信号である光電変換出力信号Ipd=E60・E
60*を出力する。ここで、E60*は光信号の電界E60
複素共役である。
【0021】以上の実施形態において、光分波器11の
電力分波比rは、予め決められて設定されるが、電力分
波比rを可変としてもよい。その場合、互いに平行配置
された2本の光導波路を備え2本の光導波路を伝搬する
2つの導波光の伝搬位相差Δβを変化することにより結
合量を変化して電力分波比rを変化することができる公
知の光方向性結合器を用いることができる。
【0022】ところで、無線装置において、一般的な電
界の振幅変調+整流検波の場合には、逆相の無変調波を
加えることにより、図3に示すように、単純に変調信号
の無変調成分が取り除かれることになるが、光装置の場
合には、強度変調+2乗検波となるため電界の振幅は入
力信号の平方根に比例するため非線形性が表われ、単純
に無変調成分を取り除くことはできない。しかしなが
ら、この非線形性を利用することにより、本実施形態の
プッシュプル型光位相変調器50に無変調の光信号を加
えるだけで、詳細後述するように、入射光信号を分波す
る光分波器11の電力分波比rと、光位相変調器7a,
7bのバイアス位相pbiasと、位相変調指数mとを調整
することにより、IM3成分を除去することが可能とな
る。
【0023】以上の実施形態において、光移相器9を用
いて、光合波器14において、入力される2つの光信号
50,E23が互いに逆相(φ=π)で合波されるように
光移相器9の移相値が設定されるが、本発明はこれに限
らず、光移相器9を設けず、光導波路23と光導波路2
9とを直結し、光合波器14において、入力される2つ
の光信号E50,E23が互いに逆相(φ=π)で合波され
るように、光導波路23と光導波路29又は光導波路2
8の線路長を調整して設定してもよい。また、上記逆相
の合波又は逆相の合波のための線路調整に代えて、プッ
シュプル型光位相変調器50の2つの光位相変調器7
a,7bに対して同相で直流バイアス電圧を印加するこ
とにより、プッシュプル型光位相変調器50の合波器1
3の出力位相を変化させて、光合波器14において、入
力される2つの光信号E50,E23が互いに逆相で合波さ
せてもよい。
【0024】以下、以上のように構成された光変調装置
について、光信号の電界の簡単計算より各周波数成分の
信号強度の計算を行い、その結果を用いて、各パラメー
タを変化させた場合の相互変調歪、変調効率の計算を行
うことにする。図2の従来例においては、2つの光導波
路の一方のみに位相変調を行っている。この場合、上述
のように、位相変調を行うことにより強度だけでなく位
相も変調される。一方、本実施形態の光変調装置では、
同相分波された2つの光信号E31,E32に対して互いに
逆相で位相変調を行って合波することにより、強度のみ
の変調となるように、上記プッシュ・プル型光位相変調
器50を用いた。このプッシュ・プル型光位相変調装置
50の出力部(すなわち、光合波器13の出力)での電
界値E50=EMZ-EOMは、次式で表される。
【0025】
【数4】 EMZ-EOM =(1/2){exp(jωt−p/2)+exp(jωt+p/2)} =cos(p/2)exp(jωt)
【0026】数4から明らかなように、従来例とは異な
り、変調信号により電界強度のみが変調され、位相変調
は生じないことがわかる。当該光変調装置の出力、すな
わち光合波器14の出力Eout=E60では、上記電界E
MZ-EOMに逆相の光信号E23が加えられて合成する。ここ
で、光分波器11の電力分波比(又は光強度分波比)を
rとすると、電界Eoutは、次式で表される。
【0027】
【数5】 Eout =√(r)EMZ-EOM+√(1−r)exp(j(ωt+π))
【0028】ここで、位相偏移p=msinωmt+p
biasとすると、電界Eoutとその複素共役の積である光
強度(光電力)Poptは、次式で表される。
【0029】
【数6】
【0030】IM3成分の計算は従来例と同様に、2つ
の周波数f1,f2を有する変調信号を入力することを仮
定し、位相偏移p=m(sinωm1t+sinωm2t+
bias)を代入して計算すると、光信号の無変調成分P
optDCと、光信号の基本信号成分Popt1stと、周波数
(2f1−f2)を有する光信号のIM3信号成分P
opt1-2は、次式のようになる。
【0031】
【数7】PoptDC=1−2√(r(1−r))cos(pbias
2)・J0 2(m/2)+r・cos(pbias)・J0 2(m)
【数8】Popt1st=4√(2r(1−r))sin(pbias
2)・J0(m/2)・J1(m/2)−2r・sin(pbias)・
0(m)・J1(m)
【数9】Popt2-1=4√(2r(1−r))sin(pbias
2)・J1(m/2)・J2(m/2)−2rsin(pbias)・
1(m)・J2(m)
【0032】上記数9で、Popt2-1=0を満たす光分波
器11の電力分波比r、変調指数m及び位相バイアスp
biasを設定することにより、IM3成分信号を除去する
ことができる。
【0033】
【実施例】本発明者は、上記の式に基づいて、位相変調
指数mと、光分波器11の電力分波比rと、バイアス位
相pbiasの3つを変数として、諸特性の計算を行った。
以下その結果について説明する。
【0034】図4は、従来例(pbias=π/2)に対す
る実施形態における3次相互変調歪(IM3)成分と基
本波成分の比の改善度IPD1(dB)を、光分波器1
1の電力分波比rとバイアス位相pbiasをパラメータと
して2次元の等高線図として示すグラフである。ここ
で、位相変調指数m=0.3(rad)とした。図4か
ら明らかなように、バイアス位相pbiasと電力分波比r
の変数領域の中で、電力分波比rが小さいか、バイアス
位相pbiasがπに近くて電力分波比rが大きい領域にお
いて、帯状にIM3成分が除去されている領域が存在
し、その付近では、40dB以上のかなり高い改善度が
得られる。この領域では出力される光強度の絶対値は小
さくなっているが、光強度の不足分は光増幅器などによ
り容易に補うことができる。
【0035】図5は、従来例(pbias=π/2)に対す
る実施形態における光変調度の改善度IPD2(dB)
を、光分波器11の電力分波比rとバイアス位相pbias
をパラメータとして2次元の等高線図として示すグラフ
である。ここで、光変調度MODは、位相変調指数とは
異なり、光信号に含まれる基本波信号成分の割合を示
す。ここで、光変調度MODの計算では位相変調指数m
を0.1(rad)とかなり小さな値で計算を行った。
位相変調指数mを変化させた場合には、グラフの形状は
あまり変化しないが、位相変調指数mが大きくなるに従
って、光変調度MODの改善度は小さくなっていった。
図5から明らかなように、電力分波比rが大きく、バイ
アス位相pbiasがπ付近で、6dB以上の光変調度MO
Dの改善が見られた。この光変調度MODの6dBの改
善量は、電気信号での搬送波電力対雑音電力比(C/
N)に換算にすれば、12dBの改善量に相当する(な
お、レーザの相対強度雑音(RIN)が一番大きな主要
な雑音成分のとき)。
【0036】図6は、実施形態の光変調度MOD(%)
を、光分波器11の電力分波比rとバイアス位相pbias
をパラメータとして2次元の等高線図として示すグラフ
である。図6から明らかなように、位相変調指数mとし
てはわずか0.1radであるにもかかわらず、光変調
度MODとしては10乃至50%と極めて高い値を得る
ことができる。これは、ミリ波など高出力高線形増幅器
の製造が困難な周波数でも低い位相変調指数mで高い光
変調度を得ることができることを示している。単に変調
効率を改善する方法としては、従来例においてバイアス
位相pbiasを大きくする方法が提案されている(例え
ば、従来技術文献3「M.L.Farwell,et al.,“Increased
Linear Dynamic Range by Low Biasing the Mach-Zehe
nder Modulator",IEEE Photonics Technology Letters,
Vol.5,No.7,pp.779-782,1993年」参照。)。しかしな
がら、この方法ではIM3成分が発生するのに対して、
本実施形態の光変調装置では高効率変調のできる領域に
おいても、IM3成分が実質的に除去できる領域が存在
し、図6に示すように、基本波成分/IM3成分>80
dBc(キャリア信号比)の領域を容易に達成できる。
【0037】なお、本実施形態の光変調装置において
は、従来例(バイアス位相pbias=π/2)において見
られない2次相互変調歪IM2が発生し、ここで、最も
強度が高いのは、周波数(f1+f2)成分である。本発
明者の計算(図示せず。)によれば、バイアス位相p
bias=π/2のとき、2次相互変調歪IM2成分は最小
となる。また、電力分波比rが小さくなるにつれて、I
2成分の強度が弱い領域が広くなっている。なお、ミ
リ波帯でのサブキャリア伝送のように、1オクターブ以
下の伝送帯域であれば、IM2成分を無視することがで
きると考えられる。
【0038】以上説明したように、光位相変調器7a,
7bからなるプッシュ・プル型光位相変調器50にバイ
パス用光導波路23,29を付加した導波路付加型光変
調装置の構成及びその動作について種々の計算を行っ
た。その結果、従来例に比較して簡単な構成でIM3
分を実質的に除去できることが計算により示された。ま
た、低い高周波入力電力でも(すなわち、位相変調指数
mが小さくても)高い光変調度を得ることができ、従っ
て、従来例に比較して線形性と変調効率を大幅に改善す
ることができる。これにより、従来必要であった高出力
高線形の増幅器が不要となり、当該光変調装置は、ミリ
波などの高い周波数を用いたサブキャリア伝送に極めて
有効であるという利点がある。
【0039】以上の実施形態において、光位相変調器7
a,7bからなるプッシュ・プル型光位相変調器50を
用いているが、本発明はこれに限らず、公知の2つの光
位相変調器7を備え、一方の光位相変調器7に対して信
号S0に直流バイアス電圧を重畳させた電圧信号を印加
する一方、他方の一方の光位相変調器7に対して信号S
0を反転増幅器で反転させた信号に直流バイアス電圧を
重畳させた電圧信号を印加するように構成してもよい。
【0040】<電界EMZ-EOMの式の展開>マッハ・ツェ
ンダ型外部光変調装置から出力される電界EMZ-EOMの式
の展開を以下に示す。分岐部では光強度が等分配されて
1/2となるので、電界は1/√(2)となる。また、
合波部では導波路に結合する同相モードと導波路に結合
しない異相モードの2つが存在し、等強度分配されるた
め電界としては1/√(2)となるため、最終的に合波
された電界EMZ-EOMは、次式で表される。
【0041】
【数10】 電界EMZ-EOM =(1/2){exp(jωt)+exp(j(ωt+p))} =cos(p/2)・exp{j(ωt+p/2)}
【0042】上記数10より電界は変調信号により強度
だけでなく位相も変調されていることがわかる。光強度
optは電界EMZ-EOMとその複素共役EMZ-EOM*の積と
なり、次式で表される。
【0043】
【数11】 Popt =EMZ-EOM・EMZ-EOM* =cos2(p/2) =(1/2)(1+cosp)
【0044】ここで、位相偏移p=msinωmt+p
bias(ここで、mは位相変調指数である。)として、式
を変形すると、次式を得る。
【0045】
【数12】 Popt =(1/2){1+cos(m・sinωmt+pbias)} =(1/2){1+cos(pbias)・cos(m・sinωmt) −sin(pbias)・sin(m・sinωmt)
【0046】さらに、次式を用いて展開する。
【0047】
【数13】
【数14】
【0048】ここで、Jn(・)はn次のベッセル関数
である。上記数12の光強度Poptを上記数13及び数
14を用いて展開すると、次式のようになる。
【0049】
【数15】
【0050】数15から明らかなように、一般的に用い
られるバイアス位相pbias=π/2では偶数次の項が無
くなり、奇数次項のみが残り、マッハ・ツェンダ型光変
調装置でよく見られる数式となる。
【0051】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
1記載の光変調装置においては、入力される光信号を所
定の分波比で2分波する第1の光分波手段と、上記第1
の光分波手段から出力される一方の光信号を分波比1で
2分波する第2の光分波手段と、上記第2の光分波手段
から出力される一方の光信号を、入力される電気信号に
従って所定の位相変調指数及び所定のバイアス位相で光
位相変調を行って出力するとともに、上記第2の光分波
手段から出力される他方の光信号を、上記入力される電
気信号に従って上記位相変調指数及び上記バイアス位相
でかつ上記光位相変調と逆相で光位相変調を行って出力
する光位相変調手段と、上記光位相変調手段から出力さ
れる2つの光信号を合波して出力する第1の光合波手段
と、上記第1の光分波手段から出力される他方の光信号
を所定の移相値だけ移相する光移相手段と、上記第1の
光合波手段から出力される光信号と、上記光移相手段か
ら出力される光信号とを合波して出力する第2の光合波
手段とを備え、上記光移相手段の移相値は、上記第2の
光合波手段において、上記第1の光合波手段から出力さ
れる光信号と、上記光移相手段から出力される光信号と
が逆相で合波されるような値に設定され、上記分波比
と、上記変調指数と、上記バイアス位相とは、上記第2
の光合波手段から出力される光信号の3次相互変調歪が
実質的に除去されるように調整されて設定される。
【0052】従って、従来例に比較して簡単な構成でI
3成分を実質的に除去できることが計算により示され
た。また、低い高周波入力電力でも(すなわち、位相変
調指数mが小さくても)高い光変調度を得ることがで
き、従って、従来例に比較して線形性と変調効率を大幅
に改善することができる。これにより、従来必要であっ
た高出力高線形の増幅器が不要となり、当該光変調装置
は、ミリ波などの高い周波数を用いたサブキャリア伝送
に極めて有効であるという利点がある。
【0053】また、本発明に係る請求項2記載の光変調
装置においては、入力される光信号を所定の分波比で2
分波する第1の光分波手段と、上記第1の光分波手段か
ら出力される一方の光信号を分波比1で2分波する第2
の光分波手段と、上記第2の光分波手段から出力される
一方の光信号を、入力される電気信号に従って所定の位
相変調指数及び所定のバイアス位相で光位相変調を行っ
て出力するとともに、上記第2の光分波手段から出力さ
れる他方の光信号を、上記入力される電気信号に従って
上記位相変調指数及び上記バイアス位相でかつ上記光位
相変調と逆相で光位相変調を行って出力する光位相変調
手段と、上記光位相変調手段から出力される2つの光信
号を合波して出力する第1の光合波手段と、上記第1の
光合波手段から出力される光信号と、上記第1の光分波
手段から出力される他方の光信号とを合波して出力する
第2の光合波手段とを備え、上記第2の光合波手段にお
いて、上記第1の光合波手段から出力される光信号と、
上記光移相手段から出力される光信号とが逆相で合波さ
れるように設定され、上記分波比と、上記変調指数と、
上記バイアス位相とは、上記第2の光合波手段から出力
される光信号の3次相互変調歪が実質的に除去されるよ
うに調整されて設定される。
【0054】従って、従来例に比較して簡単な構成でI
3成分を実質的に除去できることが計算により示され
た。また、低い高周波入力電力でも(すなわち、位相変
調指数mが小さくても)高い光変調度を得ることがで
き、従って、従来例に比較して線形性と変調効率を大幅
に改善することができる。これにより、従来必要であっ
た高出力高線形の増幅器が不要となり、当該光変調装置
は、ミリ波などの高い周波数を用いたサブキャリア伝送
に極めて有効であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る一実施形態であるマッハ・ツェ
ンダ型光変調装置の平面図及びブロック図である。
【図2】 従来例のマッハ・ツェンダ型光変調装置の平
面図及びブロック図である。
【図3】 無線装置において一般的な電界の振幅変調と
整流検波との組み合わせた場合における無変調成分の除
去を示す波形図であって、(a)は一般的な電界の振幅
変調信号の光強度を示す波形図であり、(b)は(a)
の振幅変調信号を整流検波したときの信号の光強度を示
す波形図である。
【図4】 従来例(pbias=π/2)に対する実施形態
における3次相互変調歪(IM3)成分と基本波成分の
比の改善度IPD1(dB)を、光分波器11の電力分
波比rとバイアス位相pbiasをパラメータとして2次元
の等高線図として示すグラフである。
【図5】 従来例(pbias=π/2)に対する実施形態
における光変調度の改善度IPD2(dB)を、光分波
器11の電力分波比rとバイアス位相pbiasをパラメー
タとして2次元の等高線図として示すグラフである。
【図6】 実施形態の光変調度MOD(%)を、光分波
器11の電力分波比rとバイアス位相pbiasをパラメー
タとして2次元の等高線図として示すグラフである。
【図7】 図1のプッシュ・プル型光位相変調器の構成
を示す断面図である。
【符号の説明】
1…レーザーダイオード、 2…信号発生器、 3…光電変換器、 5,6…光ファイバケーブル、 7a,7b…光位相変調器、 8…可変直流電圧源、 9…光移相器、 10…LiNbO3基板、 11,12…光分波器、 13,14…光合波器、 21,22,23,24,25,28,29,30…光
導波路、 40…コプレーナ線路、 41…中心導体、 42,43…接地導体、 50…プッシュ・プル型光位相変調器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 惠三 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール環境適 応通信研究所内 (72)発明者 今井 伸明 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール環境適 応通信研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力される光信号を所定の分波比で2分
    波する第1の光分波手段と、 上記第1の光分波手段から出力される一方の光信号を分
    波比1で2分波する第2の光分波手段と、 上記第2の光分波手段から出力される一方の光信号を、
    入力される電気信号に従って所定の位相変調指数及び所
    定のバイアス位相で光位相変調を行って出力するととも
    に、上記第2の光分波手段から出力される他方の光信号
    を、上記入力される電気信号に従って上記位相変調指数
    及び上記バイアス位相でかつ上記光位相変調と逆相で光
    位相変調を行って出力する光位相変調手段と、 上記光位相変調手段から出力される2つの光信号を合波
    して出力する第1の光合波手段と、 上記第1の光分波手段から出力される他方の光信号を所
    定の移相値だけ移相する光移相手段と、 上記第1の光合波手段から出力される光信号と、上記光
    移相手段から出力される光信号とを合波して出力する第
    2の光合波手段とを備え、 上記光移相手段の移相値は、上記第2の光合波手段にお
    いて、上記第1の光合波手段から出力される光信号と、
    上記光移相手段から出力される光信号とが逆相で合波さ
    れるような値に設定され、 上記分波比と、上記変調指数と、上記バイアス位相と
    は、上記第2の光合波手段から出力される光信号の3次
    相互変調歪が実質的に除去されるように調整されて設定
    されることを特徴とする光変調装置。
  2. 【請求項2】 入力される光信号を所定の分波比で2分
    波する第1の光分波手段と、 上記第1の光分波手段から出力される一方の光信号を分
    波比1で2分波する第2の光分波手段と、 上記第2の光分波手段から出力される一方の光信号を、
    入力される電気信号に従って所定の位相変調指数及び所
    定のバイアス位相で光位相変調を行って出力するととも
    に、上記第2の光分波手段から出力される他方の光信号
    を、上記入力される電気信号に従って上記位相変調指数
    及び上記バイアス位相でかつ上記光位相変調と逆相で光
    位相変調を行って出力する光位相変調手段と、 上記光位相変調手段から出力される2つの光信号を合波
    して出力する第1の光合波手段と、 上記第1の光合波手段から出力される光信号と、上記第
    1の光分波手段から出力される他方の光信号とを合波し
    て出力する第2の光合波手段とを備え、 上記第2の光合波手段において、上記第1の光合波手段
    から出力される光信号と、上記光移相手段から出力され
    る光信号とが逆相で合波されるように設定され、 上記分波比と、上記変調指数と、上記バイアス位相と
    は、上記第2の光合波手段から出力される光信号の3次
    相互変調歪が実質的に除去されるように調整されて設定
    されることを特徴とする光変調装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010008763A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Mitsubishi Electric Corp 光変調デバイス及び光半導体装置
JP2010501892A (ja) * 2006-08-24 2010-01-21 イーオースペース,インコーポレイテッド 位相変調と同調可能な光学フィルターを用いる高いダイナミックレンジのアナログ光ファイバーリンク
US7869668B2 (en) 2004-03-22 2011-01-11 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Method for generating carrier residual signal and its device

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