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技術 光変調器及び光変調方法

出願人 日本電気株式会社
発明者 榎谷順
出願日 1997年6月18日 (22年6ヶ月経過) 出願番号 1997-161352
公開日 1999年1月12日 (20年11ヶ月経過) 公開番号 1999-007049
状態 拒絶査定
技術分野 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子
主要キーワード 低周波変調 入射方位角 光アイソレーション ファスト軸 最大出力値 ケイ酸ビスマス レーリー散乱光 方位角度
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この項目の情報は公開日時点(1999年1月12日)のものです。
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図面 (8)

課題

1つで光変調機能光アイソレーション機能を同時に有し、戻り光の光強度を抑制することができ、したがって、光源に対しても戻り光の影響を与えることなく安定した変調光が得られ、しかも、構成が簡単で安価である光変調器及び光変調方法を提供する。

解決手段

入射光6の偏光面を回転させて出射する第1の偏光子2と、第1の偏光子2からの出射光を変調光に変えて出射する非線形光学結晶3と、非線形光学結晶3からの出射光の偏光面をそろえて出射する第2の偏光子4と、非線形光学結晶3の屈折率を変化させる屈折率制御手段5とを備えたことを特徴とする。

概要

背景

光通信を目的とした光の変調方法には、光源からの出射光を直接強度変調する直接変調法と、光源からの出射光を別に設けた光変調器により外部変調する外部変調法とがある。外部変調法としては、非線形光学結晶屈折率変化を利用した光変調器を用いて外部変調を行なう方法がある。

この場合、非線形光学結晶を透過する光は常光と異常光に分離され、それぞれ異なった速度で進む。このときに非線形光学結晶に電圧印加すると、該非線形光学結晶内に生じた電界により該非線形光学結晶の屈折率が変化し、これにより、常光、異常光それぞれの位相が変化し、常光と異常光との間に位相差が生じる。そこで、前記非線形光学結晶内の電界強度を変化させることにより、常光、異常光の位相をそろえ、強度変調を行なう。

ところで、光通信においては、光源としては、一般に半導体レーザ(LD)が用いられており、この半導体レーザに、光ファイバ中のレーリー散乱光、光ファイバ遠端からの反射光、もしくはシステムからの反射光等の外部の反射点等からの反射戻り光が戻ってきた場合には、半導体レーザの発振状態に影響を与えることが知られている。従って、光通信では反射戻り光の影響を最小限に抑制し、半導体レーザを安定に動作させるために光アイソレータを用いるのが一般的である。

非線形光学結晶を変調器として用いる技術については、各所で様々な提案がなされている。例えば、特開平6−314836号公報に開示されている波長変換装置では、発振器により非線形光学結晶に100Hz〜10MHzの振動電界を印加し、該振動電界により前記非線形光学結晶の屈折率を変化させて戻り光を減少させることにより、光変調器と光アイソレータの二つの機能を持たせている。また、例えば、特開平5−167165号公報に開示されている短波長レーザ光源では、変調波の応用性をより高めるべく非線形光学結晶の後に結晶板(1/4波長板)や偏光子を置き、発生する楕円偏光第二高調波直線偏光にすることにより、変調波の偏光の制御を行っている。但し、光アイソレータとしての機能は有していない。

概要

1つで光変調機能光アイソレーション機能を同時に有し、戻り光の光強度を抑制することができ、したがって、光源に対しても戻り光の影響を与えることなく安定した変調光が得られ、しかも、構成が簡単で安価である光変調器及び光変調方法を提供する。

入射光6の偏光面を回転させて出射する第1の偏光子2と、第1の偏光子2からの出射光を変調光に変えて出射する非線形光学結晶3と、非線形光学結晶3からの出射光の偏光面をそろえて出射する第2の偏光子4と、非線形光学結晶3の屈折率を変化させる屈折率制御手段5とを備えたことを特徴とする。

目的

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、1つで光変調機能と光アイソレーション機能を同時に有し、戻り光の光強度を抑制することができ、したがって、光源に対しても戻り光の影響を与えることなく安定した変調光が得られ、しかも、構成が簡単で安価である光変調器及び光変調方法を提供する点にある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

入射光偏光面を回転させて出射する第1の偏光子と、該第1の偏光子からの出射光変調光に変えて出射する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶からの出射光の偏光面をそろえて出射する第2の偏光子と、前記非線形光学結晶の屈折率を変化させる屈折率制御手段とを備えたことを特徴とする光変調器

請求項2

前記屈折率制御手段は、前記非線形光学結晶に電圧印加することにより、該非線形光学結晶中に電界を生じさせる電源であることを特徴とする請求項1記載の光変調器。

請求項3

前記電源は、高周波電源であることを特徴とする請求項2記載の光変調器。

請求項4

前記電界は、高周波電界であることを特徴とする請求項2記載の光変調器。

請求項5

前記高周波電界は、200MHz以上の電界であることを特徴とする請求項4記載の光変調器。

請求項6

前記変調光は、強度変調光であることを特徴とする請求項1記載の光変調器。

請求項7

前記第1及び第2の偏光子からの出射光は、直線偏光であることを特徴とする請求項1記載の光変調器。

請求項8

前記第2の偏光子の方位角は、前記第1の偏光子の方位角に対し、入射光側からみて右回りに45゜の方向に設定されていることを特徴とする請求項1記載の光変調器。

請求項9

前記非線形光学結晶は、無機酸化物を主成分とする結晶であることを特徴とする請求項1記載の光変調器。

請求項10

前記無機酸化物は、ケイ酸ビスマスであることを特徴とする請求項9記載の光変調器。

請求項11

前記ケイ酸ビスマスは、Bi12SiO20であることを特徴とする請求項10記載の光変調器。

請求項12

前記偏光子は、偏光板ポーラコアまたはルチル板のいずれか1種であることを特徴とする請求項1記載の光変調器。

請求項13

入射光の偏光面を回転させて出射光とし、この出射光を変調光に変え、この変調光の偏光面をそろえて出射光とすることを特徴とする光変調方法

請求項14

前記各出射光は、直線偏光であることを特徴とする請求項13記載の光変調方法。

請求項15

前記偏光面を回転させた出射光を、常光と異常光に分離し、これらの光間に生じる位相差電界強度により制御することにより、前記変調光に変えることを特徴とする請求項13記載の光変調方法。

技術分野

0001

本発明は、光変調器及び光変調方法に属し、特に、非線形光学結晶屈折率変化を利用することで、光源からの光を変調し、同時に光アイソレーションも行なう光変調器及び光変調方法に属する。

背景技術

0001

0002

光通信を目的とした光の変調方法には、光源からの出射光を直接強度変調する直接変調法と、光源からの出射光を別に設けた光変調器により外部変調する外部変調法とがある。外部変調法としては、非線形光学結晶の屈折率変化を利用した光変調器を用いて外部変調を行なう方法がある。

0002

0003

この場合、非線形光学結晶を透過する光は常光と異常光に分離され、それぞれ異なった速度で進む。このときに非線形光学結晶に電圧印加すると、該非線形光学結晶内に生じた電界により該非線形光学結晶の屈折率が変化し、これにより、常光、異常光それぞれの位相が変化し、常光と異常光との間に位相差が生じる。そこで、前記非線形光学結晶内の電界強度を変化させることにより、常光、異常光の位相をそろえ、強度変調を行なう。

発明が解決しようとする課題

0003

0004

ところで、光通信においては、光源としては、一般に半導体レーザ(LD)が用いられており、この半導体レーザに、光ファイバ中のレーリー散乱光、光ファイバ遠端からの反射光、もしくはシステムからの反射光等の外部の反射点等からの反射戻り光が戻ってきた場合には、半導体レーザの発振状態に影響を与えることが知られている。従って、光通信では反射戻り光の影響を最小限に抑制し、半導体レーザを安定に動作させるために光アイソレータを用いるのが一般的である。

0005

非線形光学結晶を変調器として用いる技術については、各所で様々な提案がなされている。例えば、特開平6−314836号公報に開示されている波長変換装置では、発振器により非線形光学結晶に100Hz〜10MHzの振動電界を印加し、該振動電界により前記非線形光学結晶の屈折率を変化させて戻り光を減少させることにより、光変調器と光アイソレータの二つの機能を持たせている。また、例えば、特開平5−167165号公報に開示されている短波長レーザ光源では、変調波の応用性をより高めるべく非線形光学結晶の後に結晶板(1/4波長板)や偏光子を置き、発生する楕円偏光第二高調波直線偏光にすることにより、変調波の偏光の制御を行っている。但し、光アイソレータとしての機能は有していない。

課題を解決するための手段

0006

しかしながら、従来技術には以下に掲げる問題点があった。第1の問題点は、上述した短波長レーザ光源では、非線形光学結晶を用いて外部変調させる場合に、非線形光学結晶を通過した後の変調光偏光状態を制御することで変調光の安定を保つようにしているが、光源であるレーザーへの戻り光の対策がなされていないために、光源の変調周波数の安定が保てない点である。これは反射戻り光が光源の発振状態に影響を与えるためである。

0007

第2の問題点は、上述した波長変換装置では、光源に戻り光を戻さないために、非線形光学結晶に振動電界を印加し、該非線形光学結晶に屈折率変化を起こさせることによって戻り光を減少させ、光アイソレータの機能と変調器の機能を持たせているが、振動電界を印加させるための発振器や戻り光と基本波の位相を整合させるための制御回路などが必要となり、その構成が複雑で高価なものとなるという点である。しかもこの点は、近年のサイズの小型化にとっては大きな妨げになる。

0008

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、1つで光変調機能と光アイソレーション機能を同時に有し、戻り光の光強度を抑制することができ、したがって、光源に対しても戻り光の影響を与えることなく安定した変調光が得られ、しかも、構成が簡単で安価である光変調器及び光変調方法を提供する点にある。

0009

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の光変調器及び光変調方法を提供する。

0010

本発明の光変調器は、入射光の偏光面を回転させて出射する第1の偏光子と、該第1の偏光子からの出射光を変調光に変えて出射する非線形光学結晶と、該非線形光学結晶からの出射光の偏光面をそろえて出射する第2の偏光子と、前記非線形光学結晶の屈折率を変化させる屈折率制御手段とを備えたものである。

0011

本発明の光変調方法は、入射光の偏光面を回転させて出射光とし、この出射光を変調光に変え、この変調光の偏光面をそろえて出射光とする方法である。

発明を実施するための最良の形態

0012

本発明の光変調器では、第1の偏光子により光源からの入射光の偏光面を回転させて直線偏光として出射する。この直線偏光の状態で非線形光学結晶に入射した光は、該非線形光学結晶内で常光と異常光に分離され、該非線形光学結晶内の電界強度によってそれぞれ位相変化を受け、非線形光学結晶から出射する際に常光と異常光とが結合されて前記入射光偏向面が45°スロー方位に傾いた強度変調光に変換される。その後、第2の偏光子により直線偏光成分だけが出射される。

0013

一方、第2の偏光子の出射側から入射する反射戻り光は、第2の偏光子により直線偏光成分のみが透過し、この透過した直線偏光成分は非線形光学結晶に入射する。非線形光学結晶では、この直線偏光成分の偏向面を45°スロー方位に傾けた状態、すなわち、光源からの入射光に対し偏向面を90°傾けた状態で出射する。この出射光は第1の偏光子に入射するが、偏向面が90°傾いた状態のため第1の偏光子を透過することができない。

0014

これにより、光源からの入射光は、第1の偏光子、非線形光学結晶、第2の偏光子を順次透過することにより直線偏光として出射され、一方、反射戻り光は第2の偏光子、非線形光学結晶を順次透過した後、第1の偏光子により遮られて透過することができない、という高いアイソレーションを有することが可能になる。これにより、反射戻り光が光源に入射するのが阻止され、光源を安定に動作させることが可能となる。

0015

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

0016

図1は、本発明の一実施形態の光変調器を示す概略構成図であり、図において、1は半導体レーザ(LD)等からなる光源、2は入射光の偏光面を回転させて出射する第1の偏光子、3は第1の偏光子2からの出射光を変調光に変えて出射する非線形光学結晶、4は非線形光学結晶3からの出射光の偏光面をそろえて出射する第2の偏光子、5は非線形光学結晶3の屈折率を変化させる外部電源(屈折率制御手段)である。

0017

第1の偏光子2及び第2の偏光子4は、1/4波長板等の偏光板が適しているが、その他のポーラコアルチル板等も適宜用いられる。

0018

非線形光学結晶3は、無機酸化物を主成分とする結晶、特にケイ酸ビスマスを主成分とする結晶が適しており、ケイ酸ビスマスとしてはBi12SiO20が好適に用いられる。

0019

外部電源5は、非線形光学結晶3に電圧を印加することにより、非線形光学結晶3中に電界を生じさせるもので、特に、非線形光学結晶3に高周波を印加することにより、非線形光学結晶3中に高周波電界を生じさせ、この高周波電界により非線形光学結晶3の屈折率を変化させる高周波電源が好適に用いられる。前記高周波電界としては、200MHz以上の高周波電界が好ましい。

0020

この光変調器では、非線形光学結晶3の入射面3a及び出射面3bそれぞれに透明電極を設け、外部電源5によりこれらの電極間に高周波を印加することにより、非線形光学結晶3中に光源1から出射される光6の進行方向に平行な高周波電界を生じさせている。

0021

次に、この光変調器の動作について図2ないし図5に基づき説明する。

0022

光源1から出射された入射光6は、図2に示すように、第1の偏光子2によってその偏光面が回転されて、その方位が入射光6の軸に対して垂直な直線偏光11とされ、非線形光学結晶3への入射方位角が決定されて、非線形光学結晶3に入射する。

0023

この非線形光学結晶3では、図4に示すように、直線偏光11の入射方位角を、非線形光学結晶3の入射面3aにおけるファスト軸31に対して22.5°のスロー方位に合わせる。なお、図4中、6’は入射光6の進行方向である。この入射光6は外部電源5によって電界が生じた非線形光学結晶3内で常光、異常光とに分離され、それぞれの光路差によって位相差が生じる。この位相差は外部電源5により非線形光学結晶3内に生じる電界強度によって制御可能なため、その方位がスロー軸32方向に45゜回転した強度変調光として、非線形光学結晶3から取り出すことができる。

0024

取り出した強度変調光は、第1の偏光子2の方位角に対し45°スロー方位を持つ直線偏光12となる。この強度変調光は第2の偏光子4をその方位が保持された状態で透過した後、直線偏光12’として出射される。この際に、第2の偏光子4の方位角は第1の偏光子2の方位角に対し予め45°スロー方向に設定しておくことが必要となる。これが変調器としての機能である。

0025

一方、図3に示すように、いかなる反射点からの戻り光7も、第2の偏光子4によってある方位角を有する直線偏光21となる。この方位角は、図5に示すように、非線形光学結晶3の出射面3bのスロー軸32に対し22.5°のファスト方位をもつ直線偏光21となっているため、入射光6と同様に非線形光学結晶3通過後はその入射面3aにおいて方位がスロー軸32方向に45゜回転し、第2の偏光子4にたいし45°スロー方位(図3中の紙面に垂直な方向)を持つ直線偏光22となる。なお、図5中、7’は戻り光7の進行方向である。

0026

したがって、入射光6と戻り光7では合計90°偏光面が異なることになり、戻り光7は第1の偏光子2にたいして90°の方位角を持つために第1の偏光子2を透過することができず、第1の偏光子2によって戻り光7は遮断することができる。

0027

このように、光源1に戻り光7は戻らず光アイソレータとしての機能も持つことになる。

0028

次に、本実施形態の光変調器による光強度変調測定結果について説明する。

0029

ここでは、非線形光学結晶3としてBi12SiO20を用い、電源電圧5による非線形光学結晶3への印加電圧は5Vとした。

0030

図6は、第1の偏光子2、非線形光学結晶3を経由して第2の偏光子4から出射された光の出力と第2の偏光子4の方位角度(°)との関係を示す図である。但し、光出力最大出力値規格化してあり、第2の偏光子4の方位角度は入射光の直線偏光の方位を基準にとっている。

図面の簡単な説明

0031

この図によれば、最大光出力が得られる第2の偏光子4の方位角は45°であり、電圧が印加された非線形光学結晶3によって45°直線偏光が回転していることがわかる。

--

0032

また、図7は、第2の偏光子4、非線形光学結晶3を経由して第1の偏光子2から出射された光の出力と第1の偏光子2の方位角度(°)との関係を示す図である。但し、光出力は最大出力値で規格化してあり、第1の偏光子2の方位角度は入射光の直線偏光の方位を基準にとっている。

0033

この図によれば、最大光出力が得られる第1の偏光子2の方位角は90°であり、第2の偏光子4に対しさらに45°シフトしていることがわかる。これらにより、第1の偏光子2の方位角と、戻り光7の方位角は90°異なっており、高いアイソレーションが得られ、アイソレータの機能を有していることがわかる。本実施形態の光変調器によれば、光変調器と光アイソレータの機能を同時に有する光変調器を提供することができる。したがって、光源1に戻り光7の影響を与えることなく、安定した変調光を生成する変調器を提供することができる。特に、光計測等の低周波変調光を利用する分野において有効性が期待できる。

0034

図1本発明の一実施形態の光変調器を示す概略構成図である。
図2本発明の一実施形態の入射光の偏光状態を示す説明図である。
図3本発明の一実施形態の戻り光の偏光状態を示す説明図である。
図4本発明の一実施形態の非線形光学結晶における入射光の偏光状態を示す説明図である。
図5本発明の一実施形態の非線形光学結晶における戻り光の偏光状態を示す説明図である。
図6本発明の一実施形態の光出力と第2の偏光子の方位角度との関係を示す図である。
図7本発明の一実施形態の光出力と第1の偏光子の方位角度との関係を示す図である。

0035

1光源
2 第1の偏光子
3非線形光学結晶
3a入射面
3b出射面
4 第2の偏光子
5外部電源(屈折率制御手段)
6入射光
6’ 入射光の進行方向
7戻り光
7’ 戻り光の進行方向
11、12、12’直線偏光
21、22 直線偏光
31ファスト軸
32 スロー軸

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