JPS6159573B2

JPS6159573B2 -

Info

Publication number: JPS6159573B2
Application number: JP54028440A
Authority: JP
Inventors: Mitsukazu Kondo
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1986-12-17
Also published as: JPS55121753A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光通信システムに関し、特にそのうち
で複数の波長の光波と単一の光フアイバを用いた
双方向光通信装置に関する。

光通信システム、光データ伝送システムでは１
伝送路当りの伝送容量を拡大するために種々の方
式が試みられている。高速化や波長の多重化、双
方向伝送などがその例である。特に、複数の波長
を用いた双方向通信方式は往路と復路での光波の
波長を変え、またそれぞれ複数の波長を用いるこ
とにより、１本の光伝送体で非常に多くの情報の
伝送が可能である。この方式は必要な光伝送体を
最も少なくできる方式である。

従来、光通信装置では光源として半導体レーザ
がよく用いられている。しかし、長距離伝送を行
なう場合には強い光エネルギーの得られる固体レ
ーザやガスレーザ等を用いる方が有利である。ま
た、より安価な装置を得ようとする場合には光源
として発光ダイオードが用いられる。

固体レーザやガスレーザを使つた双方向通信装
置の従来の一例を第１図に示す。第１図において
８０，９０は固体レーザ又はガスレーザ等の光源
８１，９１は光変調器であり、８２，９２はハー
フミラー、８３，９３はフオトダイオード等の光
検出器、９は光フアイバである。第１図において
光フアイバ９の１端に配置された光源８０から出
射した光波１０１は光変調器８１によつて変調光
１０２となり、ハーフミラー８２を通過した光波
１０３が光フアイバ９に入射する。このとき変調
光１０２の半分はハーフミラーにより反射され、
光波１０４となる。光フアイバ９を通過した光波
１０５は他端のハーフミラー９２によつて反射さ
れ光検出器９３に入射する。このとき光波１０２
の半分はハーフミラーを通過し光波１０７とな
る。上述の如くこの通信装置では、光フアイバ９
に損失がないと仮定しても、変調光１０２のエネ
ルギーの1/4しか他端の光検出器に入射しない。
同様に破線で示した逆方向に進む光波も1/4しか
他端の光検出器８３に入射しない。すなわち6dB
のエネルギー損失が生ずる。この損失を除く手段
としては光源８０と９０の波長を変え、ハーフミ
ラー８２のかわりに光波１０２の波長だけ通過
し、他の波長を反射するような干渉フイルターを
用い、ハーフミラー９２のかわりに光源９０の波
長だけ通過するような干渉フイルターを用いれば
よい。しかし、通常干渉フイルターは挿入損失が
大きく、湿気等の影響をうけやすいという欠点を
もつている。通過波長幅の狭い干渉フイルターは
製作が困難である。

一方、発光ダイオードを光源として用いた双方
向光通信装置は、直接変調を行なえるので光変調
器を用いなくてもよいという利点がある。一方、
発光波長の半値幅が広いので波長の異なる情報光
の種類を多くできないという欠点がある。また波
長の半値幅が広いとパルス光を伝送した場合にパ
ルス幅の広がりを生じ、変調帯域を広くできない
という欠点がある。

また発光ダイオードの直接変調が可能な周波数
は通常100MH_z以下である。そこで発光ダイオー
ドを光源とし、かつ広帯域の多くの情報光を伝送
しようとする場合には、前述のガスレーザ、固体
レーザ等を用いた双方向光通信装置と同様に高速
の光変調器と干渉フイルターを用いなければなら
ない。しかし、干渉フイルターを用いると前述の
如き欠点がある。

本発明の目的は固体レーザ、ガスレーザ等の高
出力光源を利用でき、さらに発光ダイオード等の
ように広い波長領域にわたり発光する光源を用い
ても干渉フイルターが不要で、構造が簡単で、損
失が小く、広帯域な双方向光通信装置を提供する
ことにある。

本発明の双方向光伝送体装置は光伝送体と、こ
の光伝送体の両端部に設置され、偏光分離手段と
光変調器とから成る分離・変調部と、この分離・
変調部の一端に設置され、光源と光検出器とから
成る送・受信部とから構成され、特に光変調器と
して、結晶の屈折率楕円体の主軸の回転を生じさ
せる電気光学効果を示す結晶上に、光の透過方向
に周期を有するインターデイジタル電極を形成し
た光変調器を用いた点に特徴がある。

本発明による光伝送装置において、光源から発
生し、光変調器に入射した光波は該光変調器のイ
ンターデイジタル電極に信号発生器によつて電圧
が印加されたとき、光波中の狭い波長領域の成分
のみが偏光状態が変調され、その後偏光分離手段
を通過することによつて強度変調された光波に変
換されて光伝送体に入射する。また上記の波長と
異なつた波長をもち逆方向から光変調器に入射す
る光波は前記電極への信号を印加の有無によらず
偏光状態が保存される。この進行方向及び偏光状
態が異なる２つの光波の光路は偏光分離手段によ
つて空間的に分離される。また、本発明に用いる
光変調器は結晶の電気光学効果を用いているので
広帯域である。そこで、本発明による双方向光伝
送装置では、光伝送体の第１の側に設けた第１の
光源から発生した第１の光波は、第１の偏光分離
手段、第１の光変調器を通過することにより、第
１の波長成分の光波だけ第１の信号発生器により
高速に変調されて光伝送体に入射し、光伝送体の
第２の側に設けた第２の光変調器、第２の偏光分
離手段を通過して第２の光検出器に入射する。ま
た、光伝送体の第２の側の光源から出射した光波
は、第２の偏光分離手段、第２の光変調器を通過
して第２の信号発生器により高速に変調された第
１の波長成分とは異なる第２の波長成分の光波の
みが光伝送体に入射し、第１の側の光変調器、偏
光分離手段を通過して第１の光検出器に入射す
る。ここで、光源が直接偏光の場合には光変調器
の挿入損失は０であるが無偏光の場合には偏光分
離手段によつて3dBの損失が生ずる。

本発明によれば、上記の如く、直線偏光で発振
する固体又はガスレーザ等を光源として用いると
簡単な構成で損失が小さく、干渉フイルターの不
要な双方向光通信装置が得られ、また発光ダイオ
ードを光源として用いると、広帯域で干渉フイル
ターの不要な双方向光通信装置が得られる。また
本発明によれば、光源として発光ダイオードを用
い、光変調器に異なる周期をもつ複数の電極を設
置することにより単一の発光源から波長の異なる
複数の情報光を得ることが可能である。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第２図は本発明に用いることができる光変調器
の一例を示す斜視図である。１はＸ軸に垂直に切
り出し、Ｙ軸方向に光波を透過せしめるように成
形したタンタル酸リチウム結晶板である。２はそ
のタンタル酸リチウム結晶板１の上面に設置され
周期Λが(1)式を満足するように選ばれたインター
デイジタル電極である。ここで、２π／Λ＝２π／λ（ｎ_l−ｎ_p）…………(1
) λはタンタル酸リチウム結晶板１への第１の入射
光５の真空中の波長であり、ｎ_p，ｎ_lはそれぞれ
タンタル酸リチウム結晶板１の常光、異常光に対
する屈折率である。なお、第２図において７は第
１の入射光５と波長が異なり、逆方行に行進し、
タンタル酸リチウム結晶板１へ入射する第２の入
射光を示す。また、入射光５と７はｘ軸方向の直
線偏光である。３はタンタル酸リチウム結晶板の
下面全体に設置された電極であり接地されてい
る。４はインターデイジタル電極２に接続された
信号発生器である。６，８はそれぞれ入射光５，
７に対するタンタル酸リチウム結晶板１からの出
射を示す。

次にこの光変調器の動作を説明する。信号発生
器４によりタンタル酸リチウム結晶板１のＸ軸方
向に電界が印加されると、電気光学定数V₅₁によ
つてＸ軸又はＺ軸方向の偏光成分はそれぞれ直交
する偏光成分にわずかに変換される。このとき光
波の進行方向に対して電界が(1)式を満足する周期
Λで反転されると波長λの光波に対して上記の変
換は加算され、結晶全体を通過したときに大きな
変換効率が得られる。一方、光波の波長と電界の
周期の関係が(1)式を満たさない場合は、変換効率
はほとんど無視出来る程小さい。第２図において
入射光５の波長は(1)式を満たすので、その入射光
６は信号発生器４によつて変調されたＺ軸方向の
偏光成分を有する。一方、入射光７の波長は(1)式
を満たさないので、その出射光８の偏光状態は入
射光７と同じである。

次に上記光変調器を用いた本発明の実施例を説
明する。

第３図は本発明による双方向光伝送装置の一実
施例を示す図である。第３図において、９は光伝
送体である光フアイバであり、その一端にはレン
ズ１７、偏光子１５、光変調器１１と偏光分離器
１６、固体レーザ又は発光ダイオードからなる光
源１３とフオトダイオードからなる光検出器１４
が光透過方向に順次設置され、光変調器１１には
信号発生器１２が接続されている。光フアイバ９
の他端には同様にレンズ２７、偏光子２５、光変
調器２１、偏光分離器２６、光源２３と光検出器
２４が順次設置され、光変調器２１には信号発生
器が接続されている。光変調器１１と２１は共に
第２図に示したものと同じ原理の光変調器であ
り、光変調器１１のインターデイジタル電極の周
期Λ_１と光変調器２１のインターデイジタル電極
の周期Λ_２は互いに異り、それぞれ波長λ_１とλ
_２の光波に対して(1)式を満たしている。偏光分離
器１６，２６はYZ面内でＹ軸とθ（０゜＜θ＜
90゜）の角度をなす光軸をもち、Ｙ方向に光波を
透過するように成形した方解石、ルチル等の複屈
折性物質である。偏光子１５は種々のものがある
が本実施例ではグラントムソンプリズム、また
は、ロウシヨンプリズムを使用している。次に本
実施例の動作について説明する。光源１３より発
生した光波１８のＺ方向の偏光成分は偏光分離器
１６を通過することにより光路を曲げられて光変
調器１１に入射する。光源１３は固体レーザの場
合光波１８はＺ方向の直線偏光であるが、光源１
３が発光ダイオードの場合は光波１８は無偏光で
ある。このとき光波１８のＸ方向成分は偏光分離
器１６をそのまま直進して通過する不要な光波で
あり、光変調器１１に入射しない。光変調器１１
に入射した光波は信号発生器１２により光変調器
に電圧が印加されたとき波長λ_１の光波成分のみ
偏光方向がＸ方向に変換され、Ｘ方向の偏光のみ
を通す偏光子１５を通過してレンズ１７により集
光され光フアイバ９に入射する。上記の信号発生
器１２により変調されて光フアイバ９を通過した
波長λ_１の光波はレンズ２７によりコリメートさ
れ、Ｘ方向の偏光成分のみを通過する偏光子２
５、光変調器２１を通過し、１６と同じ構造の偏
光分離器２６に入射する。上記の波長λ_１の光波
は周期Λ_２に対しては(1)式を満たさないので光変
調器２１への電圧の印加の有無にかかわらず常に
偏光方向はＸ方向であり、偏光分離器２６中をそ
のまま直進して出射し、光波２９となつて光検出
器２４に入射する。一方、光源２３から発生した
光波２８は、前記の光波１８と同様に、Ｚ方向の
偏光成分中の波長λ_２の光波成分のみ信号発生器
２２により変調されて偏光子２５、レンズ２７を
通過して光フアイバ９に入射する。さらに光フア
イバ９を通過後、レンズ１７、偏光子１５、光変
調器１１を通過し、偏光分離器１６中を直進して
出射し、光波１９となつて光検出器１４に入射す
る。なお、本実施例においては、偏光分離器１
６，２６のＹ方向の長さを適当に選ぶことにより
光波１８と１９及び光波２８と２９の伝播光路を
光変調器１１または光変調器２１中においてほぼ
一致させている。通常光フアイバを通過した光は
無偏光となるので、本実施例においては、光フア
イバ９の出射端に置かれた偏光子１５又は２５に
より3dBの損失が生ずる。

第４図は本発明による双方向光伝送装置の他の
実施例の一部を示す平面図である。第４図におい
て、３１は第２図に示した光変調器であり、その
電極周期Λ_１は波長λ_１の光波に対して(1)式を満
たすように作られている。３２は光変調器３１に
接続された信号発生器である。光変調器３１の両
側にはYZ面内でＹ軸とθ（０゜＜θ＜90゜）の
角度をなす光軸をもち、Ｙ方向の長さが等しい方
解石、ルチル等の複屈折性物質からなる偏光分離
合成器３５，３６が設置されている。なお偏光分
離合成器３５と３６では光軸がＹ軸に対して対称
な方向にある。偏光分離合成器３６の外側にはレ
ンズ４９、固体レーザ又は発光ダイオードからな
る光源３３、フオトダイオードからなる光検出器
３４が設置され、３５の外側にはレンズ３７、光
フアイバ９が設置されている。第４図は、本発明
による双方向光伝送装置のうちの光伝送体の一端
に設けた光送受信部のみを示し、光フアイバ９の
他端に、第４図と同様な光送受信部を設けること
により本発明は構成される。但し、他端での光変
調器の電極周期Λ_２はΛ_１と異なつている。次に
本実施例の動作を説明する。波長λ_１の光波成分
を含む光源３３から発生する第１の光波３８はレ
ンズ４９を通過してコリメートされた後、偏光分
離合成器３６に入射し、Ｚ方向の偏光成分４１と
Ｘ軸方向の偏光成分４２に分離される。偏光成分
４２は光変調器と偏光分離合成器との間に設置さ
れた遮光板５０によつてカツトされる。偏光成分
４１は光変調器３１に入射し、信号発生器３２に
よつて光変調器３１に電圧が印加されたときＸ軸
方向の偏光に変換されて光波４３となる。このと
き、Ｚ方向の偏光成分は偏光分離合成器３５に入
射し、光波４３と空間的に分離された光波４４と
なつて偏光分離合成器３５とレンズ３７との間に
設置された遮光板５１によつてカツトされる。よ
つて光波４３即ち光フアイバへの入射光４５は光
変調器によつて変調された光波である。一方、他
端の光送受信部から送られ、波長λ_２をもち、光
フアイバを光波４５と逆方向から進行し出射した
受信光４６は、偏光分離合成器３５によつて一担
Ｘ方向偏光成分４７とＺ方向偏光成分４８に分離
されるが、波長λ_２は光変調器３２中においては
(1)式を満たさないので光変調器３１を通過しても
偏光状態は変化しない。偏光成分４７，４８は偏
光分離合成器３５とＹ方向の長さが等しい偏光分
離合成器３６によつて再び合成され光波３９とな
りレンズ４９により集光され光検出器３４に入射
する。ここで、偏光分離合成器３６，３５のＹ方
向の長さは光波３８のＺ方向偏光成分と光波３９
のＸ方向偏光成分の伝搬光路が光変調器３１の中
で一致するように選ばれている。また、本実施例
において光源３３を固体レーザとし、光波３８を
Ｚ方向の直線偏光とすると光波４２は存在しない
が、光源３３を発光ダイオードとした場合光波４
２を光源３３の特性を監視するためのモニター光
として用いることができる。また、光波４４を変
調信号をチエツクするためのモニター光として検
出することにより、光エネルギーを有効に利用す
ることができる。また、光変調器３１に設けられ
た電極の周期を光透過方向に変化させることによ
り送信光４５の波長領域を広くすることができ
る。逆に電極の周期を固定し、電極本数を増すこ
とによつて非常に狭い波長半値幅をもつた送信光
４５を得ることができる。上述のように本実施例
の双方向光伝送装置では、同一の発光ダイオード
を用いても狭い半値幅をもつた異なつた波長の情
報光に変換することにより単一の伝送体で双方向
に独立に変調、伝送、受信することが可能であ
る。また、本実施例の装置では受信光がいかなる
偏光状態にあつてもエネルギーを損失することな
く光検出器に導かれるので光源として固体レーザ
を用いると損失は非常に小さくなる効果がある。

第５図は本発明による双方向光伝送装置の他の
実施例平面図である。第５図において、９は光フ
アイバであり、その両側にＸ軸に垂直に切り出し
たＬ_iＮ_bO₃結晶基板６１，７１が設けられている
本実施例においてはＬ_iＮ_bO₃結晶基板６１と７１
の上に偏光分離手段と光変調器が一体に設置され
ている。Ｌ_iＮ_bO₃結晶基板６１，７１の表面には
それぞれＴ_iを拡散して形成された光導波路６
２，７２が設けられ、それらの導波路と周期状電
極６３，７３により光変調器が構成されている。
周期状電極６３，７３の周期Λ_３，Λ_４はそれぞ
れＬ_iＮ_bO₃結晶基板に対し、光波長λ_３，λ_４の
とき(1)式を満たすように選ばれている。本実施例
に用いる光変調器の動作原理は第２図の光変調器
とほぼ同じであるが、本実施例においては光波が
光導波路中に閉じ込められるので光変調器の効率
が高い。またＸ軸方向の偏光成分はTM波となり
Ｚ方向の偏光成分はTE波となつて導波路中を進
行する。周期状電極６３，７３にはそれぞれ信号
発生器６４，７４が接続されている。光フアイバ
９の両端面はそれぞれ光導波路６２，７２の端面
に近接して置かれている。導波路６２，７２の光
フアイバ９への入射端近くにはTE波のみを通過
させるために金属膜６５，７５を設け、導波路の
他の端にはTE波とTM波を空間的に分離する手
段６６，７６がそれぞれ設けられ、さらにＸ方向
の偏光のみを通過する偏光板５５，５６を出射口
に設けた発光ダイオードからなる光源６７，７７
と光検出器６８，７８が基板の外側に設置されて
いる。本実施例に用いるTE波とTM波の分離手
段６６，７６は方向性結合器で実現される。例え
ば、導波路６９と７０又は７９と８０の結合部の
長ちをTM波に対しては完全結合長に、TE波に
対しては完全結合長の２倍となるように導波路の
形状や屈折率を設定すればよい。このとき導波路
６２中の光波のTE波のみ結合しないで導波路７
０へ伝搬し、TM波が結合して導波路６９を伝搬
する。

本実施例の動作を簡単に説明する。光源６７か
ら出射した光波は偏光板５５によりＺ方向の偏光
成分が除去され光導波路６９に入射しTM波とな
る。さらに偏光分離手段６６により光導波路６２
に結合して光変調器に入射する。さらに信号発生
器６４により光変調器に電圧が印加されたとき波
長λ_３の光波成分のみTE波に変換され、光フア
イバ９に入射する。このときTM成分は金属膜６
５により除去される。同様な方法で光変調器７１
により変調され光フアイバ９を進行し、Ｌ_iＮ_bO₃
結晶基板６１に入射する波長λ_４の光波は金属膜
６５によりTE波となり、光変調器を通過して光
導波路７０を伝搬し、光検出器６８に入射する。

以上述べたように本発明によれば、固体レーザ
ガスレーザ等の高出力光源を用いた干渉フイルタ
ーが不要で構造が簡単で、損失の小さい双方向光
通信装置や発光ダイオード等の広い波長半値幅を
もつた光源を用いても干渉フイルターが不要な広
帯域な双方向光通信装置を得ることができる。

なお、本発明において発光波長が広い発光ダイ
オードと、異なつた周期をもつた複数のインター
デイジタル電極を設置した光変調器及びそれぞれ
のインターデイジタル電極に接続された信号発生
器を光伝送体の両側にそれぞれ用いることにより
一本の光伝送体と１組の発光ダイオードを用いて
双方向にそれぞれ複数個の異なつた情報光を送信
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の双方向光通信装置の一例を示す
図、第２図は本発明に用いられる光変調器の一例
を示す図、第３図、第４図、第５図は本発明の実
施例を示す図である。図において１１，２１，３
１は光変調器、４，１２，２２，３２，６４，７
４は信号発生器、１５，２５，１６，２６，３
５，３６，６５，７５，６６，７６は偏光分離手
段、１３，２３，３３，６７，７７は光源、１
４，２４，３４，６８，７８は光検出器、９は光
フアイバである。

Claims

【特許請求の範囲】

１光伝送体の両端に偏光分離手段と光変調器か
ら成る分離・変調部を備え、さらに、この分離・
変調部の一端に光源と光検出器とから成る送受信
部を備えた双方向光伝送装置において、前記光変
調器は、結晶の屈折率楕円体の主軸の回転を生じ
させる電気光学効果を示す結晶上に光の透過方向
に周期を有するインターデイジタル電極を設置し
た光変調器とし、さらに前記光伝送体の一端にお
ける送（受）信側と光伝送体のもう一方の端部に
おける受（送）信側とで前記インターデイジタル
電極の周期が互いに異つていることを特徴とした
双方向光伝送装置。