JPH1152314A - 光信号の変調におけるチャープを制御する方法及びチャープ制御型光変調器 - Google Patents

光信号の変調におけるチャープを制御する方法及びチャープ制御型光変調器

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JPH1152314A
JPH1152314A JP10164669A JP16466998A JPH1152314A JP H1152314 A JPH1152314 A JP H1152314A JP 10164669 A JP10164669 A JP 10164669A JP 16466998 A JP16466998 A JP 16466998A JP H1152314 A JPH1152314 A JP H1152314A
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modulation
phase modulation
optical
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    • G02F2203/25—Frequency chirping of an optical modulator; Arrangements or methods for the pre-set or tuning thereof

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術の変調器によりもたらされる光の直
線性と同等の光の直線性をもたらすと同時にチャープの
発生を調節する、光信号の変調方法及び光変調器を提供
する。 【解決手段】 光信号は、光変調器１４の光信号路を通
過する際に変調される。第１の対の並列位相変調アーム
２８ａ、２８bの前後に、異なる電界を与え、これによ
り、光信号のそれぞれの部分に異なる信号位相変調を生
じさせる。また、第２の対の並列位相変調アーム３２
ａ、３２ｂの前後にも、異なる電界を与え、これによ
り、光信号のそれぞれの部分に異なる信号位相変調を生
じさせる。上記電界の大きさの差は、チャープを調節し
て変調の直線性を促進するように、予め決定される。光
変調器１４からの光信号出力のチャープは、減少あるい
は除去することができ、あるいは、伝送路に発生するチ
ャープを相殺あるいは除去するように予め決定すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チャープ制御型の
光変調器、並びに、光信号の変調においてチャープを制
御する方法に関する。本発明は、特に限定するものでは
ないが、ケーブルテレビジョン（ＣＡＴＶ）の伝送にお
いて光信号を変調するのに特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】ＣＡＴＶシステムにおいて、テレビジョ
ン信号を振幅変調された残留側波帯光信号の形態として
伝送するために光ファイバを採用することは周知であ
る。また、光信号源としてレーザ（例えば、分散フィー
ドバック型の半導体レーザ）を用いて、光信号を外部の
光変調器（例えば、ＬｉＮｂＯ3マッハ−ツェンダー変
調器）に出力することも周知である。
【０００３】二段式のマッハ−ツェンダー変調器は、電
気／光学基板を備えており、該電気／光学基板の上に
は、光信号路が設けられている。この光信号路は、入力
導波管と、スプリッタと、第１の対の並列位相変調アー
ムと、第１の結合器と、第２の対の位相変調アームと、
第２の結合器と、出力導波管とを順に備えている。上記
並列位相変調アームは、変調電極に関連して設けられて
おり、これら変調電極によって、可変電界を上記変調ア
ームの前後に与え、これに応じて、上記変調アームの電
気／光学材料の屈折率を変化させ、これにより、上記信
号路を通過する光信号を変調させる。
【０００４】
【解決すべき課題】従来技術の外部光変調器を用いた場
合には、アナログ式の光ファイバ伝送システムのファイ
バ長さが増大するに伴って、大きな複合二次（ＣＳＯ）
ひずみが生ずることが、実験により明らかになってい
る。そのような性能低下の原因は、変調器にチャープが
発生することであるということが、実験的及び理論的な
考察により確認されている。
【０００５】低チャープを有する単段式の光変調器を提
供することが従来提案されてきた。この点に関しては、
Ｄｊｕｐｓｊｏｂａｃｋａの”Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｃｈ
ｉｒｐ ｉｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ−ｏｐｔｉｃ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒ”と題する論文（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔ
ｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，
Ｖｏｌｕｍｅ ４， Ｎｏ． １， ｐｐ．４１−４
３， Ｊａｎｕａｒｙ１９９２）を参照されたい。この
論文によれば、マッハ−ツェンダー構造におけるフィー
ルドの重なりの非対称から生ずる残留チャープの分散効
果を分析及び測定し、ファイバモードの伝播に関する簡
単なモデルをＦＥＴアルゴリズムと共に用いて、マルチ
ギガビットの分散型デジタル光ファイバシステムの外部
変調器からの残留チャープの効果を計算することができ
ることを示している。
【０００６】
【目的】本発明の目的は光信号を変調する方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来技術の変調器によっ
てもたらされる光の直線性に極めて近い光の直線性を得
ると同時に、チャープの発生を制御することが可能であ
ることが判明した。
【０００８】本発明の光信号変調方法においては、予め
決定された異なる電界を、光変調器の並列位相変調アー
ムの前後に与え、また、そのような電界の大きさを予め
決定してチャープを制御する。
【０００９】上記異なる電界は、これに応じて電極の寸
法の差を予め決定することによって、すなわち、上記異
なる電界に応じて、光が光信号路に沿って伝播する方向
における変調電極の長さを、又は、位相変調アームから
の電極の間隔の差を予め決定することにより、あるい
は、予め決定された異なる変調信号を上記電極に与える
ことにより、発生させることができる。
【００１０】本発明は、例として示す好ましい実施例に
関する以下の記載を添付図面を参照して読むことにより
容易に理解されよう。
【００１１】
【実施例】図１は、分散フィードバック型の半導体レー
ザ１０の形態の光信号源を示しており、この光信号源
は、参照符号１４でその全体が示されている光変調器の
導波管１２に光信号を提供する。
【００１２】変調電圧源１６が、複数の入力ｋ
1 ．．． ｋnを介して光変調器１４に接続されてお
り、上記変調電圧源は、例えば、ケーブルテレビジョン
網の衛星ダウンリンク（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｄｏｗｎ
ｌｉｎｋ）又は他の「ヘッドエンド（ｈｅａｄ−ｅｎ
ｄ）」を備えることができる。
【００１３】変調器１４には、参照符号１８でその全体
が示されているバイアス制御装置も設けられており、こ
のバイアス制御装置は、対応する数のバイアス入力
１．．．ｎを有している。これらバイアス入力の数は、
変調電圧の入力ｋ1 ．．． ｋnの数と等しい数又は異
なる数とすることができる。バイアス制御装置１８は、
検知器２２を介して出力導波管２０から得られる変調器
の出力信号の一部を測定して、バイアス入力１ ．．．
ｎにバイアス電圧を与える。これらのバイアス電圧
は、変調器出力において最小の複合二次（ＣＳＯ）ひず
み信号を維持するように常に調節される。しかしなが
ら、当業者には分かるように、上記バイアス入力及び変
調器入力は、バイアス・チーズ（ｂｉａｓ−ｔｅｅ）に
よって組み合わせて単一の入力にし、これにより、別個
のバイアス入力及び電極の必要性を排除することができ
る。
【００１４】当業界では周知のように、バイアス制御装
置１８は、マイクロコントローラ（図示せず）を備えて
おり、このマイクロコントローラは、検知器２２を介し
て、局部的に発生するＣＳＯを監視し、これに応じて、
バイアス入力１ ．．． ｎにおけるバイアス電圧を順
次調節して、検知器２２から可能な限り最も小さい出力
を発生させる。このようにして、バイアス制御装置１８
は、総てのバイアス入力を処理して、上記局部的に発生
するＣＳＯを可能な限り小さく維持し、従って、可能な
限り最適な変調器の直線化を行う。
【００１５】図２は、図１の変調器１４の一実施例（そ
の全体が参照符号１４ａで示されている）を概略的に示
している。
【００１６】より詳細に言えば、図２は、電気／光学基
板２４に設けられた光信号路を示している。この光信号
路は、入力導波管１２と、Ｙスプリッタ２６と、並列位
相変調アーム２８ａ、２８ｂと、結合器３０と、第２の
対の並列位相変調アーム３２ａ、３２ｂと、参照符号３
４でその全体が示している第２の結合器と、導波管出力
３６ａ、３６ｂとを備えている。
【００１７】第１の対の並列位相変調アーム２８ａ、２
８ｂに関連して、導線４０に接続されたそれぞれの変調
電極３８ａ、３８ｂと、導線４４に接続された共通の中
間変調電極４２とが設けられている。
【００１８】説明の便宜上、電極３８ａ、３８ｂは、一
体型の電極を各々有するように図２に示されているが、
当業者には容易に分かるように、上記電極は各々、別個
の電極を有することができることを理解する必要があ
る。しかしながら、電極３８ａ、３８ｂの有効長さは、
後に詳細に説明する目的のために、互いに異なっている
ことに注意する必要がある。
【００１９】同様に、並列位相変調アーム３２ａ、３２
ｂに関連して、異なる有効長さを有していて共通の導線
４８に接続されている変調電極４６ａ、４６と、上記並
列位相変調アーム３２ａ、３２ｂの間に位置していて導
線５２に接続されている共通の中間変調電極５０とがそ
れぞれ設けられている。上記変調電極は、複数の別個の
電極部分から成る形態とすることができる。
【００２０】また、第１及び第２の対の位相変調アーム
２８ａ、２８ｂ、及び、３２ａ、３２ｂには、バイアス
電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃが設けられている。これら
のバイアス電極は、導線５６によって図１のバイアス制
御装置１８に接続されていて、当業界で周知の態様で変
調器１４ａをバイアスする役割を果たしている。従っ
て、本明細書においては上記バイアス電極を詳細に説明
することはしない。
【００２１】あるいは、上記バイアス電極を変調電極４
６ａ、４６ｂ、５０と組み合わせて、複合型のバイアス
／変調電極を形成することができる。該バイアス／変調
電極は、当業界で周知の態様でバイアス作用及び変調作
用の両方を行う。この場合には、上記バイアス入力及び
変調入力を上述のバイアス・チーズによって組み合わせ
て、複合型のバイアス／変調電極に供給を行うようにす
ることができる。
【００２２】本発明のこの実施例においては、無線周波
数信号源１６からの単一の無線周波数信号電圧ｖ1が、
端子４０及び４４、並びに、端子４８及び５２の前後に
接続され、これにより、第１及び第２の対の位相変調ア
ーム２８ａ、２８ｂ及び３２ａ、３２ｂの前後に電界を
与える。
【００２３】図３の実施例は、電気／光学材料の基板２
４と、光信号路とを有している。この光信号路は、図２
の光信号路と同様であり、従って、これ以上説明しな
い。
【００２４】しかしながら、図３の実施例においては、
上記信号路の第１及び第２の対の位相変調アームは各
々、一対の変調電極６０ａ、６０ｂ；６２ａ、６２ｂ；
６４ａ、６４ｂ、及び、６６ａ、６６ｂを有している。
これら各対の変調電極は、図示のように、電圧ｖ
1 ．．． ｖ4を入力ｋ1 ．．． ｋnからこれら各対
の変調電極の前後に与えるように接続されている。本発
明のこの実施例においては、入力ｋ1 ．．． ｋnは、
異なるゲインすなわち利得を有する増幅器を備えてお
り、これに応じて、変調電極に与えられる電圧ｖ
1 ．．． ｖnは異なっている。その結果、それぞれ対
応して異なる４つの電界が、４つの位相変調アーム２８
ａ、２８ｂ及び３２ａ、３２ｂの前後に与えられる。
【００２５】図２及び図３の変調器は、チャープ制御を
可能とし、例えば、直線化された小さなチャープ変調を
行う。このチャープ変調は、位相変調アーム２８ａ、２
８b及び３２ａ、３２ｂの位相変調効率を調節すること
により、又は、図２に関して上に説明したように、異な
る長さを有する電極を採用することにより、あるいは、
図３に関して上に説明したように、各々のアームを異な
る強度のＲＦ信号（無線周波数信号）で励起することに
より、達成される。各々のアームの変調効率を調節する
別の可能性は、上記変調電極と上記アームとの間の間隔
を調節し、これに応じて、与えられた励起電圧に関して
それぞれのアームに存在する電界を変化させることであ
る。
【００２６】変調器の所要の応答性は、図３に関して以
下のように計算することができる。
【００２７】Ｙスプリッタ２６の後の点から、上方及び
下方の位相変調アーム２８ａ、２８ｂに関する電界フェ
ーザＥupper及びＥlowerは、下の式（１）のベクトルで
説明される。
【数１】
【００２８】第１の位相変調器は、下の式（２）のマト
リックスによってモデル化される。
【数２】
【００２９】第２の位相変調器では、下の式（３）の同
様なマトリックスが示される。
【数３】
【００３０】下の式（４）のマトリックスが、第１の方
向性結合器３０を示す。
【数４】
【００３１】第２の方向性結合器３４は、下の式（５）
によって示される。
【数５】
【００３２】導波管の出力３６ａ、３６ｂの２つの出力
信号を示すフェーザは、下の式（６）から得ることがで
きる。
【数６】
【００３３】Ｙスプリッタの後の電界の振幅は、１／√
２に正規化される。出力３６ａに関する強度伝達関数
は、下の式（７）によって与えられる。
【数７】
【００３４】チャープは、下の式（８）を用いて電界出
力の位相から回収される。
【数８】
【００３５】上式において、｜ＥA out｜及び｜ＥB out｜
は、２つの出力電界の大きさであり、また、φＡ及びφ
Ｂは、対応する位相である。パワーの伝送と位相との間
の関係は、出力Ａに関してチャープパラメータによって
示され、これは下の式（９）によって与えられる。
【数９】
【００３６】上述の理論的な構想を用いて、与えられた
変調器の構造に関して強度及びチャープを決定すること
ができる。図２の変調器１４Ｂに関しては、ｖ1＝−ｖ2
である。
【００３７】増幅されていないＲＦ（無線周波数）入力
が、第１の変調器部分に電圧ｖ1として与えられる。
【００３８】第２の変調器部分に関しては、ｖ3＝−ｖ4
である。ここで、ある比率を有するＲＦ入力ｋｖ1＝ｖ3
＝−ｖ4を適用する。
【００３９】従って、与えられた変調効率及び結合器角
度の組に関する変調強度伝達関数及びチャープパラメー
タを計算することができる。これから、発見的な性能係
数が、強度伝達関数、三次の非直線性、及び、四次の非
直線性（三倍の複合うなりひずみすなわちＣＴＢひずみ
に寄与する）の勾配効率を組み合わせ、これにより、チ
ャープパラメータが得られる。変調器においてＣＳＯを
直接発生する二次の非直線性は、バイアス電圧１
．．． ｎがゼロの時に、ゼロである。バイアス制御
回路の唯一の機能は、構成された装置における若干の長
さの不一致、並びに、時間及び温度によるそのドリフト
を補償することである。上述の性能係数を用いて、数値
の最適化を行い、４つの変調効率及び２つの結合器角度
を調節することにより、最善の性能係数を見い出す。
【００４０】図４及び図５は、図２に示す如き低チャー
プ変調器に関する強度伝達関数及びチャープパラメータ
を示している。図６は、８０チャンネルＮＴＳＣ周波数
プランに関して計算されたシステムＣＳＯを上述の如く
計算されたファイバ長さの関数として示している（実
線）。比較として、鎖線は、通常の変調器に関する極め
て悪い同様の計算値を示している。６５ｄＢｃが性能の
基準として規定される場合には、通常の変調器は、５０
ｋｍの後には、許容できない程度に悪くなり、一方、上
記低チャープ構造は、上記仕様を３００ｋｍ以上まで満
足する。図６の白丸の記号は、実験結果を示している。
小さいファイバ長さに関するＣＳＯは、バイアス制御回
路の有限誤差、及び、ＲＦ入力増幅器に存在するＣＳＯ
ひずみに起因する寄与を含む。これらの寄与をチャープ
が発生される計算ＣＳＯに加えた結果は、図６の鎖線の
曲線である。これは、予測に極めて良く一致し、その差
は、製造プロセスにおける小さな誤差に起因する。
【００４１】実際には、高出力発信器を用いた場合に
は、非直線性の効果、特に、自己位相変調が伝送路に生
じ、これにより、信号がファイバ伝送路の中を伝播する
間に、チャープが信号に加えられることが判明した。
【００４２】例えば、図７を参照すると、図１乃至図３
を参照して上に説明したような光変調器を含む高パワー
発信器である固定チャープ発信器７０が、伝送ファイバ
７２を介して受信器７４へ出力する状態が示されてい
る。チャープは、伝送ファイバ７２の中で発生し、その
ようなチャープは、伝播される信号の強度に依存する。
【００４３】従って、伝送路７２に発生するチャープ
を、伝送ファイバ７２を通って伝播された後の発信器７
０からの信号によって相殺させるように、予め決定され
た大きさ及び符号を有するチャープを発生させる変調器
を発信器に採用することができる。
【００４４】この目的のために、自己位相変調によって
伝送ファイバ７２に発生するチャープの大きさ及び符号
は、電界包落関数に関する周知の非直線的な伝播を用
い、分割工程のフーリエ変換により数値的に、また、非
直線性及び分散が小さい場合には分析的に、式を解くこ
とにより決定される。発信器に発生するチャープは、可
能な限り最小化されるのではなく、伝送ファイバ７２に
発生するチャープを相殺するために必要な大きさ及び符
号になるように、図１乃至図６を参照して上に説明した
態様で予め決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調器を関連する光信号源及び基準
電圧源と共に示すブロック線図である。
【図２】本発明の第１の実施例の光変調器の構成要素を
詳細に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の光変調器の構成要素を
示す図２と同様の図である。
【図４】本発明を具体化する光変調器における強度伝達
関数と入力電圧との間の関係を示すグラフである。
【図５】本発明を具体化する変調器における入力電圧に
対するチャープパラメータの変動を示すグラフである。
【図６】本発明を具体化する光変調器に関する計算ＣＳ
Ｏとファイバ長さとの関係、及び、従来技術の光変調器
に関する計算ＣＳＯとファイバ長さとの関係、並びに、
本発明を具体化する光変調器に関する実験測定値を示す
グラフである。
【図７】光信号を伝送路を通して受信器へ伝送するため
の本発明を具体化する送信器を示すブロック線図であ
る。
【符号の説明】
１０ 半導体レーザ（光信号源） １２ 入力導波管 １４ 光変調器 １６ 変調電圧源 １８ バイアス制御装置 ２０ 出力導波管 ２２ 検知器 ２４ 電気／光学基板 ２６ Ｙスプリッタ ２８ａ、２８ｂ 位相変調アーム ３０ 結合器 ３２ａ、３２ｂ 位相変調アーム ３８ａ、３８ｂ 変調電極 ４６ａ、４６ｂ 変調電極 ６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ 変調電極 ６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ 変調電極

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光変調器（１４）の光信号路を通る光信
    号の変調におけるチャープを制御する方法であって、該
    光信号路は、入力導波管（１２）と、スプリッタ（２
    ６）と、第１の対の並列位相変調アーム（２８ａ、２８
    ｂ）と、第１の結合器（３０）と、第２の対の並列位相
    変調アーム（３２ａ、３２ｂ）と、第２の結合器（３
    ４）と、出力導波管（３６ａ、３６ｂ）とをこの順に備
    えており、前記第１の対の並列位相変調アーム（２８
    ａ、２８ｂ）の前後に異なる電界を与えて、前記光信号
    のそれぞれの部分に異なる信号位相変調を生じさせる工
    程と、 前記第２の組の並列位相変調アーム（３２ａ、３２ｂ）
    の前後に異なる電界を与えて、前記光信号のそれぞれの
    部分に異なる信号位相変調を生じさせる工程と、 前記光信号のチャープを調節して前記光変調器による変
    調の直線性を促進するように、前記電界の大きさを予め
    決定する工程とを備えることを特徴とする光信号の変調
    におけるチャープを制御する方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記並列
    位相変調アーム（２８ａ、２８ｂ；３２ａ、３２ｂ）に
    関連する変調電極（３８ａ、３８ｂ；４６ａ、４６ｂ；
    ６０ａ、６０ｂ；６２ａ、６２ｂ；６４ａ、６４ｂ；６
    ６ａ、６６ｂ）に異なる電気信号を与えることによって
    異なる電界を発生させることを特徴とする光信号の変調
    におけるチャープを制御する方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法において、前記並列
    位相変調アームにそれぞれ関連して異なる有効長さを有
    する電極（３８ａ、３８ｂ；４６ａ、４６ｂ）を採用す
    ることによって異なる電界を発生させることを特徴とす
    る光信号の変調におけるチャープを制御する方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の方法において、電界の大
    きさを予め決定する前記工程は、前記光信号のチャープ
    を相殺して前記光変調器の変調直線性を促進するように
    実行されることを特徴とする光信号の変調におけるチャ
    ープを制御する方法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の方法において、前記光変
    調器に接続された伝送路（７４）の光信号によって発生
    される伝送路のチャープの大きさを決定し、前記電界の
    大きさを予め決定する前記工程は、前記伝送路のチャー
    プを相殺する補正チャープを前記光変調器から前記光信
    号に出力し、これにより、前記伝送路を通って伝播した
    後の前記光信号に残留するチャープを減少させるように
    実行されることを特徴とする光信号の変調におけるチャ
    ープを制御する方法。
  6. 【請求項６】 入力導波管（１２）、スプリッタ（２
    ６）、第１の対の並列位相変調アーム（２８ａ、２８
    ｂ）、第１の結合器（３０）、第２の対の並列位相変調
    アーム（３２ａ、３２ｂ）、第２の結合器（３４）、及
    び、出力導波管（３６ａ、３６ｂ）を順に備えていて基
    板上に設けられる光信号路と、前記並列位相変調アーム
    （２８ａ、２８ｂ；３２ａ、３２ｂ）に関連して設けら
    れる位相変調電極（３８ａ、３８ｂ；４６ａ、４６ｂ；
    ６０ａ、６０ｂ；６２ａ、６２ｂ；６４ａ、６４ｂ；６
    ６ａ、６６ｂ）と、前記位相変調電極（３８ａ、３８
    ｂ；４６ａ、４６ｂ；６０ａ、６０ｂ；６２ａ、６２
    ｂ；６４ａ、６４ｂ；６６ａ、６６ｂ）に接続されてい
    て、前記並列位相変調アーム（２８ａ、２８ｂ；３２
    ａ、３２ｂ）の前後に電界を与え、これにより、光信号
    のそれぞれの部分を変調する変調信号源とを備えている
    チャープ制御型光変調器であって、 前記電界の間に予め決定された差を発生させて、前記光
    信号のチャープの大きさを制御し、これにより、前記変
    調の直線性を促進する手段を備えることを特徴とするチ
    ャープ制御型光変調器。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の光変調器において、前記
    電界の間に予め決定された差を発生させる前記手段は、
    異なる電気信号を前記変調電極（６０ａ、６０ｂ；６２
    ａ、６２ｂ；６４ａ、６４ｂ；６６ａ、６６ｂ）に与え
    る手段を備えることを特徴とするチャープ制御型光変調
    器。
  8. 【請求項８】 請求項６記載の光変調器において、前記
    電界の間に予め決定された差を発生させる前記手段は、
    前記変調電極として設けられる異なる有効長さを有する
    電極を備えることを特徴とするチャープ制御型光変調
    器。
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