JPS61212932A - 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
位相変調光ヘテロダイン、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光ヘテロダイン検波通信装置等の実
現が可能に寿って来た。これらの光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
偏移変調方式の通信装置は光受信感度が最も高く、将来
有望ガ通信装置と考えられている。

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光源部と、レーザ光
源の出力光を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。ここで光変調器において位相変調を行々う方法とし
てはニオブ酸すチューム（ＬｉＮｂ０．　）等の電気光
学効果を有する結晶を利用し、た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、アール・ワイアット（Ｒ
，Ｗｙａｔｔ）氏らによるエレクトロニクスレターズ誌
（Ｂｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＋　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　、
第１９巻、１４号、１９８３年７月７日号、５５０頁所
載の論文、１．５２μｍ　Ｐ８にヘテロダインΦ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（
１，５２μｍ　ＰＳＫ　ＨｅｔｅｒｏｄｙｎｅＦｅａｔ
ｕｒｉｎｇ　ａｎ　ｅｘｔｅｎａｌ　　ｃａｖｉｔｙ　
ｄｉｏｄｅｌａｓｅｒ　　１ｏｃａｌ　０ｓｃｉｌｌａ
ｔｏｒ　）　　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。

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、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、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レーザ光を位相
変調する必要があるが、従来の装置では変調器部や、駆
動回路部にそのような制御機能はなく、位相偏移量は変
動しやすかった。

（発明の目的） 従って本発明の目的は、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、そのレーザ光源の出力光を位
相偏移変調する手段と、その手段により位相変調された
信号光の一部を分岐する光分岐回路と、この光分岐回路
により得られた２つの分岐光のうち一方の分岐光を他方
の分岐光に対して遅延させる遅延手段と、その遅延手段
を経た前記一方の分岐光と遅延されていない前記他方の
分岐光とを合波する合波回路と、その合波回路によυ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
前記位相偏移量が定められた値になるように前記位相偏
移変調手段を制御する制御手段とを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、位相偏移変調された信号光自身から、遅延自
己ホモダイン検波によって、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
位相偏移変調手段を制御するものである。

説明を簡単にするために、位相偏移変調手段によって得
られた信号光が２相位相偏移変調の場合を考え、符号の
１”ｙ“０１に対応する位相偏移量ψをそれぞれＯ’　
ｊ＋　１８０°　とする。ここで信号光の１部を分岐回
路で２分岐し、この２分岐光の一方を他方に対して例え
ば１ビット分だけ遅延手段を用いて遅延させた後、両者
を合波回路で合波すると仮定する。そこで合波光を光検
出回路で受けてベースバンド電気信号に変換する（この
ような操作を遅延自己ホモダイン検波と呼ぶことができ
る）と、隣り合うタイムスロットが同一符号の時は合波
された分岐光が打消し合う方向に干渉して電気信号出力
をほぼ０に、また異符号の時は逆に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。この電気
信号のピーク値は位相偏移量ψで決り、（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偏移手段を制御
すれば、位相偏移量を定められた一定値（この場合１８
０°）に安定化できる。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示すプロ、り図、第２
図は各部の信号出力の状態を示す図である。

単一軸モード発振する半導体レーザ光源１からのレーザ
出力光２は、光アイソレータ３を通った後ニオブ酸すチ
ーーム（Ｌ＋Ｎｂ０３）基板上に作成した導波路形の光
変調器４によって２相位相変調され信号光５となる。こ
の信号光５は光分岐回路６によって３分岐される。３分
岐された信号光５の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、他の２つは第１ｐ第２の分岐光９
．１０として長さの異なる第１ｊ第２の偏波面保存ファ
イバ１１ｊ１２にそれぞれ結合し、伝搬する。第２の偏
波面保存ファイバ１２は一部が電歪素子製の円筒１３に
かたく巻かれており、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。第１ｊ第２
の偏波面保存ファイバ１１ｔ１２を伝搬した第１ｇ第２
の分岐光９ｊ１０は合波回路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１
６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、バルクピーク値お
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２
１を動作させて、基底値が零になるように電歪素子製円
筒１３の第２の偏波面保存ファイバ１２に与える張力を
調整する。次に光変調器４の第１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５０位相偏移量を１８０°に正しく調整することがで
きる。なお電歪素子製円筒１３を用いたのは、第２図に
示すように、隣り合うタイムスロットが同一符号の時に
は合波された第１ν第２の分岐光９ｐ１０が打消し合っ
てベースバンド信号１６の出力がほ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２００Ｍｂ／Ｓに
設定した。従って第１ｊ第２の偏波面保存ファイバ１１
，１２の長さの差を約１ｍにして第１少第２の分岐光９
ｊ１０の遅延時間差が１タイムスロット分の５ｎｓにな
るようにした。

半導体レーザ光源１としてはスペクトル幅１００ＫＨｚ
、波長１，５μｍの外部共振器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（Ｌｉ
ＮｉＯｓ　）基板上へのチタニューム（ＴＩ）拡散によ
って製作した導波路形の位相変調器を用いた。

光分岐回路６と合波回路１４はいずれも第１ｐ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、それぞれ光フアイバ素線を近接し、
加熱、伸延して得たものである。光検出器１５はゲルマ
ニー−ム（Ｇｅ）製のフォトダイオードとベースバンド
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１
８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。

尚、この実施例では、位相偏移変調手段は、光変調器４
と駆動回路２０とから構成した。また、遅延手段は光フ
ァイバ１２で、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とマイクロプロセッサ１９とから構
成した。

電歪素子製円筒１３と駆動回路２１はベースバンド信号
１６０基底値を定めるために用いるものでこの装置にと
っては本質的で々い。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。

（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、第４
図は同じく各部の信号出力の状態を示す図である。第２
の実施例は直接位相変調きれる半導体レーザを用いた点
が第１の実施例とは大きく異なる点である。即と単一軸
モード発振する半導体レーザ光源１には、バイアス電源
３０およびパルス駆動回路３１からそれぞれバイアス電
流３２とインパルス電流３３が印加されて２相位相偏移
変調された信号光５が出射される。インパルス電流３３
は第４図に示すように伝送信号の各タイムスロット間の
短い時間だけ印加されるものであるが、このインパルス
電流３３の印加により信号光５の波長を瞬時に変化させ
、第４図に示すように位相を１８０°偏移させることが
できる。このような位相変調方法については本願と同一
発明者による発明特願昭５９−０９１２５１に述べられ
ているので詳細な説明は省略する。

半導体レーザ光源１の共振器面は臂開面で構成されてい
るので、信号光５が出射される臂開面とは反対側の面か
ら信号光５と同一の位相偏移変調を受けたモニタ光３４
を取出すことができる。このモニタ光３４は光分岐回路
６によって第１１第２の分岐光９ｔ１０に２分された後
、第１の実施例と同様に長さの異なる第１ｊ第２の偏波
面保存ファイバ１１．１２を伝搬して合波回路１４によ
って合波され、光検出器１５によってベースバンド信号
１６に変換される。そしてこのベースバンド信号１６は
、やはり第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ニ入力してパルスピーク値
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（Ｉ　ＫＨｚ　）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、パルス駆動回路３１のイン
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。この場合パルスピーク値出力４０や基底値出
力４１にもＩＫＨｚ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を、第１ｊ第２の同期出力検出
器３８メ３９で検出し、得られた第１ｊ第２の検出出力
４２．４３を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１ν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を読むもので、これら各出力のＩ　ＫＨｚ
変動成分が正弦波信号３６と同相であれば正の第１ｊ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。そして
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１ν第２の検出出力４２
゜４３は零を示す。従ってこの第１ｊ第２の検出出力４
２．４３をパルス駆動回路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値に、
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を変えると信号光５０波長が
僅かに変化する現象を利用したもので、第１９第２の偏
波面保存ファイバ１１１１２の光路長差が信号光５０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
同様に隣セ合うタイムスロットが同一符号の時には合波
された第１を第２の分岐光９ｊ１０が打消し合ってベー
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１は波長１．５μｍ１スペクトル幅Ｉ
ＭＨｚ１長さ１ｏｍの分布反射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
２第２の偏波面保存ファイバ１１り１２の長さの差、光
分岐回路６、合波回路１４の構成等は第１の実施例と類
似である。

この実施例では位相偏移変調手段はパルス駆動回路３１
で構成した。また、遅延手段は光ファイバ１２で、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１ツ２では２相位相
偏移変調の例を示しだが、よシ多相の変調を行なっても
良い。例えば４相位相変調の場合、光検出器１５の電気
信号１６出力は９０°ｐ１８０°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。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
要となる。

なおピークレベル検出器１７と最小レベル検出器１８は
、第１り第２の実施例ともに、入れ換えて使用しても良
い。また隣シ合うタイムスロットが同一符号の時にはベ
ースバンド符号１６がパルスピーク値を示し、異符号の
時は基底値を示すように第１ｊ第２の分岐光９．１０の
位相関係を調整して制御しても良い。

レーザ光源としては半導体レーザ光源１０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。また変調器４としてはニオブ酸すチーー
ム（ＬｉＮｂ０ａ　）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例えば注入同期された半
導体レーザ等であっても差し支えない。光分岐回路６、
合波回路１４としては光ファイバを近接、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腺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状態を示す図、第３図は第２の実
施例を示すブロック図、第４図は同じく各部の信号出力
の状態を示す図である。図において １・・・半導体レーザ光源 ４・・・光変調器 ５・・・信号光　　　　　　９ｊ１０・・・分岐光６・
・・光分岐回路 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 Ｑ７）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源と、そのレーザ光源の出力光を位相偏移変調
   する手段と、その手段により位相変調された信号光の一
   部を分岐する光分岐回路と、この光分岐回路により得ら
   れた２つの分岐光のうち一方の分岐光を他方の分岐光に
   対して遅延させる遅延手段と、その遅延手段を経た前記
   一方の分岐光と遅延されていない前記他方の分岐光とを
   合波する合波回路と、その合波回路により得られた合波
   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偏
   移変調手段を制御する制御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。