JPS61212931A - 位相偏移変調光送信装置 - 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） 本発明は光通信％特に光の位相に信号を乗せて伝送する
位相変調光５テロダイン・ホモダイン検波の光通信装置
に属する。

（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
改善によって、半導体レーザを用いた元ファイバ通信に
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
ヒーレント光通信装置、例えば周波数偏移変調あるいは
位相偏移変調による元ヘテロダイン検波通信装置等の実
現かり能になって来た。これらの元ヘテロダイン検波通
信装置は、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
偏移変調方式の装置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、位相偏移変調方式の光通信装置の信号送信部
は、従来波長を安定化したレーザ元源部と、レーザ光源
の出力光全位相変調する光変調器部と、送信したい信号
に即して光変調器を駆動する駆動回路部からできている
。ここで光変調器部において位相変調を行なう方法とし
ては、ＬｉＮｂＯ５等の電気光学効果を有する結晶を利
用し負変調器を用いることや、注入同期された半導体レ
ーザを用いること等が報告されている。前者の例として
は、Ｒ０Ｗｙａｔｔ氏らによる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、
１．５２μｍＰ８にヘテロダイン・エクスペリメント・
フィーチャーリング・アン・エクスターナルキャビィテ
ィダイオードレーザローカルオシレータ１．５２μｍＰ
８Ｋ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＦ
ｅａｔｕｒｉｎｇ　ａｎ　ｅｘｔｅｎａｌ　ｃａｖｉｔ
ｙ　ｄムｏｄｅｌａｓｅｒ　１ｏｃａｌ　０ｓｃｉｌｌ
ａｔｏｒ　）に記載された例をあげることができるし、
また後者の例としては岩下氏らによる昭和５９年度電子
通信学会通信部門全国大会講演論文集、７４０番、３−
１３５頁所載の論文“コヒーレント伝送用光位相変調回
路の検討”に記載された例をあげることができる０これ
らの変調器はいずれも、変調器への印加電圧あるいは印
加電流の大きさを変えることによって位相変調度を制御
するものである。

しかしこれらの変調器においては１周囲温度。

バイアスレベルの変化や、経時変化のために位相変調度
が変動しやすい。従って信号送信部において１位相偏移
量が予め定められた一定値になるように制御して半導体
レーザを位相変調する必要があるが、従来の装置ではそ
のような制御部がなかっだ０そのため位相偏移量が安定
な光送信装置を得ることができなかった。

（発明の目的） 従って本発明の目的は１位相偏移量が定められた一定値
に制御された位相変調波を信号光として出力できる光送
信装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明は、レーザ光源と、そのレーザ光源から第１．第
２の少なくとも２元出力を取出すための手段と、前記第
１の光出力を位相偏移変調するための位相変調器と、そ
の位相変調器を駆動する手段と、前記位相変調器によっ
て変調されて得られた信号光を少なくとも２分岐する分
岐回路と、その分岐回路によって得られた分岐光のうち
の一方の分岐光と前記第２の光出力とを合波する合波回
路と、その合波回路によって得られた合波光全電気信号
に変換する光検出回路と、この光検出回路の電気信号出
力から前記信号光の位相偏移ｔ’を検出しこの位相偏移
量が定められた値になるように前記位相変調器の駆動手
段を制御する手段と金少なくとも備えていることを特徴
とする。

（発明の原理） 本発明は、レーザ光源からの変調されていない出力光の
一部を基準光とし、この基準光と、変調器で変調された
信号光の一部とを合波し、光自己ホモダイン検波するこ
とによって１位相偏移量に対応した電気信号出力を得、
その電気信号出力が一定値になるように位相変調器の変
調度を制御するものである。

睨明金簡単にするために信号光が２相位相偏移変調の場
合を考え、符号の＠１”、′０′に対応する位相偏移量
ψをそれぞれ０°＋１８０°とする。ここでは位相変調
される前のレーザ出力光の一部（位相の基準とみなすこ
とができる）と変調された後の信号光の１部とを合波回
路で合波し、光検出回路で受けてベースバンドの電気信
号に変換する（このような操作を光自己ホモダイン検波
と呼ぶことができる）が、この場合例えば位相偏移量が
００の時は合波された２光ビームが打消し合う方向に干
渉して電気信号出力をほぼＯに、また１８０゜の時は強
め合う方向に干渉してパルス状の電気信号を出すように
できる。このパルス電気信号のピーク値は位相偏移量ψ
と決り、（１−ｃｏｓψ）に比例する。従って、パルス
電気信号のピーク値を検出し、そのピーク値を最大によ
るように位相変調器の駆動手段を制御すれば、位相偏移
量を定められた一定値（この場合１８０°）に安定化で
きる。

（実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は各部の信号の状態を示す図であるＯ単−軸モード発
振する半導体レーザ光源ｌからのレーザ出力光２は１元
アイソレータ３を通りた後ニオブ酸すチーーム（ＬｉＮ
ｂ０．　）基板上に作成した導波路形の光変調器４によ
って２相位相変調されて信号光５となる。、この信号光
５は光分岐回路６によって２分岐される。２分岐された
信号光５のうちひとつは送信信１号光７となって元伝送
路８に結合し、もう一方は分岐光９として第１の偏波面
保存ファイバ１１に結合して伝搬する。一方、半導体レ
ーザ光源１の別の共振器面から出射されるモニタ光２３
は第２の光アイソレータ２４を通った後、第２の偏波面
保存ファイバ１２に結合して伝搬する。なお第１の偏波
面保存７アイパ１１は一部が電歪素子製の円筒１３にか
たく巻かれてお９、円筒の膨張、収縮によってファイバ
長を微細に調整できるようになっている〇 第１．第２の偏波面保存ファイバ１１．１２’に伝搬し
た分岐光９およびモニタ光２３は１合波回路１４によっ
て合波され、光検出器１５に入射して第２図に示すよう
な波形のベースバンド信号１６に変換される。このベー
スバンド信号１６は２分岐されてそれぞれピークレベル
検出器１７および最小レベル検出器１８に入力して、パ
ルスピーク値および基底値（直流オフセット値）が測定
される。これらの測定値はマイクロプロセッサ１９に入
力されるが、このマイクロプロセッサ１９では、まず第
２の駆動回路２１を動作させて、基底値が零（または最
小値）になるように電歪素子製円筒１３の第１の偏波面
保存ファイバ１１に与える張力全調整する。次に光変調
器４の＃１１の駆動回路２０の変調信号２２の電圧を微
小に変えてパルスピーク値が最大値を示す変調電圧値に
保持する。

このようにすれば、信号光５の位相偏移量ｔ　１８０゜
に正しく調整することができる。なお電歪素子製円筒１
３を用いたのは、第２区に示すように、信号光５の位相
が１８０°の時には合波され友分岐光９、モニタ光２３
が打消し合ってベースバンド信号１６の出力が＃ｌぼ零
になるように光路長を微小に調整するためである。

実施例では送信信号のビットレートは２００　Ｍｂ、４
に設定した。また、第１．第２の偏波面保存ファイバ１
１．１２の長さはほぼ同程度にした。

半導体レーザ光源ｌとしては波長１．５μｍ、スペクト
ル幅Ｉ　ＭＨｚ　、長さ１０ｍｍの分布反射形半導体レ
ーザを用いた。また光変調器４としては、ニオブ酸すチ
ューム（ＬｉＮｂＯ５）基板上へのチタン（Ｔ＋）拡散
によって製作した導波路形の位相変調器を用い九〇 光分岐回路６と合波回路１４はいずれも第１゜第２の偏
波面保存ファイバ１１．１２と同様の偏波面保存ファイ
バを用いたもので、それぞれ元ファイバ素線を近接し、
加熱、伸延して得たものである。光検出器１５はＧｅ製
のフォトダイオードと直流増幅器から成る。またピーク
レベル検出器１７および最小レベル検出器１８はいずれ
も通常側われている電気回路で構成したものである。こ
のレベル検出器１７．１８とマイクロプロセッサ１９と
で制御手段が構成されている。

電歪素子製円筒１３と駆動回路２１はベースバンド信号
１６の基底値を定めるために用いるものでこの装置にと
っては本質的でない。発光波長の安定した光源が得られ
れば不用のものであるが、この実施例に用いた光源は安
定度が悪いために実施例では付加しであるΩ （実施例２） 第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。第２実施例が第１の実施例と異なる点は半導体レーザ
光源ｌのレーザ出力光２をまず２分岐し、一方ｔ−元変
調器４に結合させ、本う一方全モニタ光２３として使用
し７た点、光変調器４として外部光注入同期の半導体レ
ーザ素子を用いた点および分岐光９とモニタ光の位相関
係を調整するのに電歪素子製の円筒１３への電圧調整で
はなく半導体レーザ光源ｌの波長を微小に調整した点で
ある。即ち半導体レーザ光源ｌからのレーザ出力光２は
、元アイソレーク３を通り九後、第１の光分岐回路２５
によって主ビーム２６とモニタ光２３に分岐される。主
ビーム２６は外部光注入同期形の半導体レーザ全周いた
光変調器４によって２相位相変調されて信号光５となる
０この信号光５は第２の光分岐回路２７によって２分岐
される。

２分岐された信号光Ｏ）うちひとつは送信信号光７とな
って光伝送路８に結合し、もう一方は分岐光９として第
１の偏波面保存ファイバ１１に結合して伝搬する。一方
モニタ元２３は第２の偏波面保存ファイバ１２に結合し
て伝搬した後、合波回路１４によりて分岐光９と合波さ
れる。合波光２８は光検…器１５によってベースバンド
信号１６に変換された後、第１の実施例と同様にピーク
レベル検出器１７および最小レベル検出器１８によって
パルスピーク値および基底値が測定される。

ところで第２の実施例では低速（ｌｋＨｚ）の正弦波信
号源３５が配置されているが、この信号源３５からの正
弦波信号３６によって、パルス駆動回Ｍ３１のパルス電
流３３のピーク値が微少に変調されるようになっている
０この場合パルスピーク値出力４０や基底値出力４１に
も１　ｋＨｚの変動成分が現われる。そこでこの変動成
分の大きさと極性ｔ％第１．第２の同期出力検出器３８
．３９で検出し、得られた第１．第２の検出出力４２゜
４３ｔそれぞれパルス駆動回路３１とバイアス電源３０
に帰還させると、第１の実施例の場合と同様に基底値が
最小値を、またパルスピーク値が極大値を示すように自
動的に制御できる。

第１．第２の同期出力検出器３８．３９は正弦波信号３
６の特定の位相の時点でのパルスピーク値出力４０や基
底値出力４１盆読むもので、これら各出力の１ｋＨｚ変
動成変動圧弦波信号３６と同相であれば正の第１．第２
の検出出力４２．４３を、逆相であれば負の第１．第２
の検出出力４２゜４３を出すよう動作する。ぞしてパル
スピーク値出力４０や基底出力４１がそれぞれ極大値お
よび極小値を示した時は第１．第２の検出出力４２゜４
３は零を示す０従ってこの第１．第２の検出出力４２．
４３ｔ−パルス駆動回路３１・とバイアス電源３０に帰
還すれば、上述のように、パルスピーク値を極大直に、
基底値を極小値に安定化する制御が可能となる。

なお、第２の検出出力４３をバイアス電源３０に帰還し
た点も第１の実施例と異なる点である。

これは、バイアス電流３２’を変えるとレーザ出力光２
および信号光５の波長が僅かに変化する現象を利用した
もので、第１．第２の偏波面保存ファイバ１１．１２の
光路長差が信号光５の波長のちょうど整数倍になるよう
に波長の方を微調整する点に特徴がある。こうすること
により、第１の実施例と同様に信号光５の位相が１８０
°の時には合波された分岐光９とモニタ光２３が打消し
合うてベースバンド信号１６の基底値を極小値に制御で
きる。

半導体レーザ光源ｌは波長１．５μｍ、スペクトル幅１
００　ｋＨｚの外部共振器型半導体レーザを用いた。□
送信信号のビットレートは２００　Ｍｂ／ｓで、第１、
第２の偏波面保存ファイバ１１．１２の長さの差、第１
．第２の光分岐回路２５，２７．合波回路１４の構成等
は第１の実施例と類似である。

この実施例では制御手段はピークレベル検出器１７と最
小レベル検出器１８と正弦波信号源３５と同期出力検出
器３８．３９とから構成した。

同期出力３９からバイアス電源３０に制御信号が入力さ
れているが、これは実施例１の駆動回路２１電歪素子製
円筒と同様に機能するもので、実施例１と同様この発明
にとっては本質的ではない。

安定度の良い光源が得られれば不用である。

本発明に関しては上記の実施例の他にもさまざまな変形
を考えることができる。まず実施例では２相位相偏移変
調の例を示したが、よシ多相の変調を行表うても良い。

例えば４相位相変調の場合、光検出器１５の電気信号１
６出力は９０°、１８０’の位相差に対応してパルスピ
ーク値が２レベルになるが、この場合例えば高レベル側
のピーク値を一定にする等の制御を行なえば良い。

ベースバンド信号１６に関してはパルスピーク値、基底
値の検出を行なった例を示したが、平均値を検出して制
御することも可能である０ただしこの場合は符号パター
ンから電気信号１６のパルスのマーク率等を予め求めて
得られる平均値を補正することや、電歪素子製円筒１３
．駆動回路２０を交互に制御する等いろいろな工夫が必
要と表るＯまた。ピークレベル検出器１７と最小レベル
検出器１８は、第１．第２の実施例ともに、入れ換えて
使用しても良い。そ′０）場合、例えば第１の実施例で
は、まずパルスピーク値が最大値を示すように電歪素子
製円筒１３ｆｆｉ制御し、次に基底値が零（または最小
値）になるように光変調器４への褒詞信号２２の電圧を
制御すれば良い。

レーザ元源としては半導体レーザ光源ｌの例を示したが
、単一軸モード動作するレーザ光源であればどのような
ものでも良い。壕だ変調器４としてはＬｔＮｂＯ，の導
波路形の例を示したが、位相変調器であれば上記以外の
ものであっても差し支えない。光分岐回路６、合波回路
１４としては元ファイバを近接、融着、伸延したタイプ
のものを示したが、それ以外のもの、例えばレンズや干
渉フィルタ膜を用いて構成した回路であっても良い。

また電歪素子製の円筒１３を使用したが、微少な光路長
の制御ができるものであればどのようなものを使用して
も良い。

（発明の効果） 以上詳しく述べたように本発明によれば位相偏移量が定
められた一定値に制御された位相変調波を信号光として
出力できる光送信装置を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック部、第２
図は各部の信号出力の性能を示す図％第３図は第２の実
施例を示すブロック図である。 図において。 ｌｏ・°半導体レーザ光源、４・・・光変調器、５・・
・信号光、　６．２５．　２７・・・光分岐回路％９・
・・分岐光。 ２３・・・モニタ元、１１．１２・・・偏波面保存ファ
イバ、１４・・・合波回路、１５・・・光検出器、１７
・・・ピークレベル検出器、１８・・・最小レベル検出
器である。 ■ ｐミ５ミジ詫夕さ 陵 ｙ　ＮＮ鴫喝ト竪ミ陵ミ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源と、そのレーザ光源から第１、第２の少なく
   とも２つの光出力を取出すための手段と、前記、第１の
   光出力を位相偏移変調するための位相変調器と、その位
   相変調器を駆動する手段と、前記位相変調器によって変
   調されて得られた信号光を少なくとも２分岐する分岐回
   路と、その分岐回路によって分岐された分岐光のうちの
   一方の分岐光と前記第２の光出力とを合波する合波回路
   と、その合波回路によって得られた合波光を電気信号に
   変換する光検出回路と、この光検出回路の電気信号出力
   から前記信号光の位相偏移量を検出しこの位相偏移量が
   定められた値になるように前記位相変調器の駆動手段を
   制御する手段とを少なくとも備えていることを特徴とす
   る位相偏移変調光送信装置。