JPH04290940A - 光変調器の特性測定方法及び装置 - Google Patents

光変調器の特性測定方法及び装置

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JPH04290940A
JPH04290940A JP7827191A JP7827191A JPH04290940A JP H04290940 A JPH04290940 A JP H04290940A JP 7827191 A JP7827191 A JP 7827191A JP 7827191 A JP7827191 A JP 7827191A JP H04290940 A JPH04290940 A JP H04290940A
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JP
Japan
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optical modulator
light
optical
modulator
measuring
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JP7827191A
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Hironao Hakogi
箱木 浩尚
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Fujitsu Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光変調器の特性測定方法
及び装置に関する。
【0002】光通信システムにおける変調方式としては
、半導体レーザに流れる電流をデータ信号により変調す
る直接変調方式が一般的である。しかし、直接変調方式
によると、伝送速度が速くなるのに従って出力される光
信号の波長変動(チャーピング)の影響が大きくなり、
伝送路として使用される光ファイバ内の波長分散により
長距離伝送が困難となってきた。
【0003】このような点に鑑み、原理的にチャーピン
グを生じないマッハツェンダ型光変調器等の光変調器を
用いた外部変調方式が検討されている。外部変調方式に
おいては、駆動電圧の増減に対応して出力光強度が周期
的に増減するという光変調器の特性を利用して、一定強
度の光が入力している光変調器の駆動電圧をデータ信号
により変調して変調光を得るようにしている。このよう
な外部変調方式を実施するに際しては、光変調器の特性
を把握しておくことが必要であり、特性測定の容易化が
要望されている。
【0004】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
光変調器の特性評価方法としては、実際の動作周波数よ
りもはるかに低い周波数で変調を行い、その変調波形か
ら変調特性を求める方法が一般によく用いられている。 ところが、LiNbO3 からなる導波路基板を用いた
マッハツェンダ型光変調器等のように入力光の偏光状態
により変調特性が異なる光変調器においては、上記方法
により変調特性を評価することができない。何故ならば
、この種の偏光依存性を有している光変調器にあっては
、特定の偏光状態の光、例えばTM光を入力して使用さ
れるようになっており、測定時に入力光にTE光が混入
していると実際の使用状態における変調特性を正確に評
価し得ないからである。従って、従来、偏光依存性のあ
る光変調器の特性を評価するに際しては、特定の偏光状
態の光が正確に光変調器に入力するようにしておく必要
があり、煩雑な光学調整作業等が要求されるという問題
があった。特に長時間にわたる経時的な光変調器の特性
変化を評価しようとする場合には、特定の偏光状態の光
を安定して光変調器に入力させておくのには困難性を伴
う。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みて創作され
たもので、偏光依存性のある光変調器の特性評価の容易
化を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の光変調器
の特性測定装置の構成を示す原理ブロック図である。
【0007】本発明の光変調器の特性測定装置は、光源
2と、該光源2からの光が入力し、駆動電圧の増減に対
応して出力光強度が周期的に増減する被測定用の光変調
器4と、上記駆動電圧を一定周期の繰り返し波形により
変調する変調手段6と、上記光変調器4から出力された
光信号を電気信号に変換する光−電気変換手段8と、該
電気信号をフーリエ変換により互いに直交する偏光面を
有する偏光成分に対応する周波数成分に分離する分離手
段10と、該周波数成分に基づいて所定偏光成分に対す
る上記光変調器4の特性を測定する測定手段12とを備
えて構成される。
【0008】また、本発明の光変調器の特性測定方法は
、駆動電圧の増減に対応して出力光強度が周期的に増減
する被測定用の光変調器4の上記駆動電圧を一定周期の
繰り返し波形により変調するステップと、該光変調器4
から出力された光信号を電気信号に変換するステップと
、該電気信号をフーリエ変換により互いに直交する偏光
面を有する偏光成分に対応する周波数成分に分離するス
テップと、該周波数成分に基づいて所定偏光成分に対応
する上記光変調器4の特性を測定するステップとを含ん
で構成される。
【0009】
【作用】本発明によると、光変調器の駆動電圧を一定周
期の繰り返し波形により変調し、変調光を変換して得ら
れる電気信号をフーリエ変換して、互いに直交する偏光
面を有する偏光成分(TE光及びTM光で説明を進める
)に対応する周波数成分に分離するようにしているので
、特性測定に際しては、TE光又はTM光のいずれか一
方のみが光変調器に入力するように光学的な調整を行う
ことなしに、TE光或いはTM光に対する光変調器の特
性を評価し得るようになる。
【0010】本発明において、変調光から得られた電気
信号をフーリエ変換するステップ又は手段を採用してい
るのは、駆動電圧を一定周期の繰り返し波形により変調
したときに得られる変調波形の周期が、光変調器にTE
光が入力しているときとTM光が入力しているときとで
異なり、これを周波数領域で分離するのに上記ステップ
又は手段が有効だからである。
【0011】尚、分離された周波数成分の少なくとも一
方を逆フーリエ変換することによって、TE光、TM光
のいずれか一方についての光変調器の特性曲線(光出力
強度と駆動電圧の関係を表す曲線)を得ることができる
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0013】図2は本発明の実施に使用することができ
るマッハツェンダ型光変調器の斜視図である。このマッ
ハツェンダ型光変調器13は、例えばLiNbO3 (
ニオブ酸リチウム)からなる平板状の導波路基板14に
Ti(チタン)を熱拡散させることによってY分岐導波
路を2つ組み合わせた形状の光導波部16を形成し、こ
の光導波部16の分岐部分16a,16bにそれぞれ接
地用の電極18及び進行波用の電極20を装荷して構成
されている。実用時における変調動作に際しては、進行
波用の電極20の入力側部分20aには高周波の変調信
号が入力され、出力側部分20bは終端処理されている
【0014】尚、光ファイバとの結合損失を低く抑える
ために、基板の光学軸(z軸)は電極形成面に対して垂
直な方向に設定されており、且つ、実用時にはz軸と平
行な偏波面を有するTM光が光導波部16に入力するよ
うにされている。
【0015】この構成によると、変調信号を入力したと
きに、同位相で分岐された分岐光に異なる位相変化を与
えることができる。光導波部16は、Y分岐部分を除い
て基本モード光のみを伝搬する単一モード光導波路にさ
れているので、分岐光の位相差が零であるときには出力
される干渉光の強度は最大となり、分岐光の位相差がπ
であるときには、干渉光の強度は最小となる。また、位
相差が零とπの間であるときには、位相差に応じた干渉
光強度となる。従って、変調信号に応じた光強度変調を
行うことができる。
【0016】いま、図2に示されたようなマッハツェン
ダ型光変調器において、入力光がTE光である場合及び
入力光がTM光である場合における光出力強度と駆動電
圧の関係を考察する。入力光がTE光である場合の光出
力強度をITEとし、入力光がTM光である場合の光出
力強度をITMとすると、これらは次の式で表される。 ITE=ATE cos2 {(π/λ)r13nO 
3 ΓE}ITM=ATM cos2 {(π/λ)r
33ne 3 ΓE}ここで、ATEはTE光の強度振
幅、ATMはTM光の強度振幅、λは光波長、r13,
r33はLiNbO3 の電気光学定数、nO はTE
光に対する波長λでの屈折率、ne はTM光に対する
波長λでの屈折率、Γは印加電界のうち有効に変調に寄
与する電界の割合、Eは印加された電界強度(駆動電圧
に相当)をそれぞれ表している。
【0017】従って、マッハツェンダ型光変調器のTE
光及びTM光に対する特性曲線はそれぞれ図3(a)及
び図3(b)に示すようになる。尚、両グラフにおいて
縦軸及び横軸は同じ目盛尺度で表されている。最大光出
力強度を与える駆動電圧と、これと隣り合う最小光出力
強度を与える駆動電圧との差を半波長電圧というものと
すると、LiNbO3 の電気光学定数r13とr33
がそれぞれ8.6と30.8であることから、TM光を
入力したときの半波長電圧はTE光を入力したときの半
波長電圧の約1/3である。従って、マッハツェンダ型
光変調器の実用時に低電圧駆動を可能にするためには、
前述のように結晶のz軸に平行な偏波面を有するTM光
を入力するのである。
【0018】もし、入力光の偏光状態を特定しないで光
出力強度と駆動電圧の関係を求めると、図4に示すよう
になる。即ち、TE光に対する特性とTM光に対する特
性とが足し合わされた形の特性曲線が得られ、実際に必
要となるTM光に対するマッハツェンダ型光変調器の特
性は得られないことになる。測定に際して入力光がTM
光になるように光学的調整を長時間安定に維持すること
の困難性は前に指摘した通りである。
【0019】入力光の偏光状態を特定しておくことを必
要とせずにマッハツェンダ型光変調器における所要の特
性を評価するための装置の構成の実施例を図5に示す。
【0020】図5において、22は光源として使用され
る半導体レーザであり、この半導体レーザ22からの光
はマッハツェンダ型光変調器24に入力する。マッハツ
ェンダ型光変調器24の駆動電圧(バイアス電圧)は、
一定周期の繰り返し波形を発生する信号発生器28から
の信号により掃引されている。この繰り返し波形の周波
数はマッハツェンダ型光変調器を実用するときの変調周
波数よりも充分低い周波数であり、また、該繰り返し波
形の振幅はTM光についての半波長電圧よりも大きく設
定される。繰り返し波形としては三角波や正弦波を使用
することができる。
【0021】掃引により低周波変調されたマッハツェン
ダ型光変調器24からの光信号は、アバランシェフォト
ダイオード、PINフォトダイオード等のフォトダイオ
ード26により電気信号に変換され、この電気信号及び
信号発生器28からの掃引信号はオシロスコープ30に
入力する。本実施例においては、半導体レーザ22から
マッハツェンダ型光変調器24に入力する光の偏光状態
が特定されていないので、オシロスコープ30で観測さ
れる波形は、図4に示されたように、TM光に対する特
性とTE光に対する特性とが加え合わされた波形になっ
ている。オシロスコープ30に入力したフォトダイオー
ド26からの信号は、適当な振幅に増幅された後マイク
ロコンピュータ32に入力する。
【0022】マイクロコンピュータ32は図1に示され
た分離手段10及び測定手段12の機能をなし、即ち、
入力信号をフーリエ変換により互いに直交する偏光面を
有する偏光成分に対応する周波数成分に分離して、この
周波数に基づいて所定偏光成分に対するマッハツェンダ
型光変調器24の特性を測定する。
【0023】本実施例によると、分離された周波数成分
のレベルや周波数に基づいて半波長電圧や最大出力強度
等の特性を得ることができる。この場合、半導体レーザ
22からマッハツェンダ型光変調器24に入力する光の
偏光状態を特定しておく必要がないので、測定が極めて
容易である。
【0024】分岐された周波数成分を逆フーリエ変換す
るようなプログラムを組んでおくことによって、半導体
レーザ22からマッハツェンダ型光変調器24に入力す
る光の偏光状態を特定していないにもかかわらず、TE
光に対する特性曲線(光出力強度と駆動電圧の関係を表
す曲線)とTM光に対する特性曲線をそれぞれ独立に得
ることができる。上述のフーリエ変換及び逆フーリエ変
換をリアルタイムで実行するためには、計算機を用いた
高速フーリエ変換、高速フーリエ逆変換を採用すると良
い。
【0025】図6はオシロスコープ30により観測され
る波形の例を示す図である。(a)は駆動電圧の掃引が
三角波によりなされた場合、(b)は駆動電圧の掃引が
正弦波によりなされた場合についてのものである。尚こ
の例では、たまたまTM光のみがマッハツェンダ型光変
調器24に入力している。繰り返し波形により駆動電圧
を変調する場合、繰り返し波形による掃引の幅が図3に
示された半波長電圧の整数倍でないと、図6からも明ら
かなように、光出力強度波形に折り返しが生じる。この
ように波形に折り返しが生じている信号をフーリエ変換
すると、所要な周波数成分以外の余分な成分が生じる。 そこで、このような場合には、この余分な周波数成分を
抑制するために、フーリエ変換する波形にある補正用の
関数を掛け合わせるような処理を行うと良い。このよう
な処理に適した関数としては、例えばハニング関数(H
anning function)がある。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
偏光依存性のある光変調器の特性評価を容易に行うこと
ができるようになるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の構成を示す原理ブロック図である
【図2】本発明の実施に使用することができるマッハツ
ェンダ型光変調器の斜視図である。
【図3】マッハツェンダ型光変調器のTE光及びTM光
に対する特性曲線を示す図である。
【図4】偏光を特定しない場合の特性曲線の例を示す図
である。
【図5】本発明の実施例を示す光変調器の特性測定装置
のブロック図である。
【図6】繰り返し波形(三角波、正弦波)により変調さ
れた駆動電圧波形と光出力強度波形の関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
2  光源 4  光変調器 6  変調手段 8  光−電気変換手段 10  分離手段12  測定手段

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  駆動電圧の増減に対応して出力光強度
    が周期的に増減する被測定用の光変調器(4) の上記
    駆動電圧を一定周期の繰り返し波形により変調するステ
    ップと、該光変調器(4) から出力された光信号を電
    気信号に変換するステップと、該電気信号をフーリエ変
    換により互いに直交する偏光面を有する偏光成分に対応
    する周波数成分に分離するステップと、該周波数成分に
    基づいて所定偏光成分に対応する上記光変調器(4) 
    の特性を測定するステップとを含むことを特徴とする光
    変調器の特性測定方法。
  2. 【請求項2】  光源(2) と、該光源(2) から
    の光が入力し、駆動電圧の増減に対応して出力光強度が
    周期的に増減する被測定用の光変調器(4) と、上記
    駆動電圧を一定周期の繰り返し波形により変調する変調
    手段(6) と、上記光変調器(4) から出力された
    光信号を電気信号に変換する光−電気変換手段(8) 
    と、該電気信号をフーリエ変換により互いに直交する偏
    光面を有する偏光成分に対応する周波数成分に分離する
    分離手段(10)と、該周波数成分に基づいて所定偏光
    成分に対する上記光変調器(4) の特性を測定する測
    定手段(12)とを備えたことを特徴とする光変調器の
    特性測定装置。
  3. 【請求項3】  上記分離された周波数成分の少なくと
    も一方を逆フーリエ変換する手段が上記測定手段(12
    )に含まれていることを特徴とする請求項2に記載の光
    変調器の特性測定装置。
  4. 【請求項4】  上記光変調器(4) がマッハツェン
    ダ型光変調器であることを特徴とする請求項1に記載の
    方法又は請求項2若しくは3に記載の装置。
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