JPH08146366A

JPH08146366A - 光変調装置

Info

Publication number: JPH08146366A
Application number: JP29092294A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Inaba; 良仁伊名波; Masakazu Sagawa; 雅一佐川; Masato Isogai; 正人磯貝; Atsushi Tsunoda; 角田　　敦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の光変調装置よりも、高速な光信号の変調
を可能にする光変調装置を提供する。【構成】光源を同じくする二つの分岐された光路を通過
した光波の位相差を屈折率可変媒体の屈折率変化によっ
て変調し、その結果生じる光波の干渉効果による光強度
変化を利用する光変調装置において、光強度変調部と光
増幅部の両方を備えており、前記位相差を、πとある値
のθの間で変調し、前記θは０.５πと０.９８πの間で
あり、前記光増幅部で、前記光強度変調部からの出力光
を、前記位相差をδφとしたとき１／［１０sin²(δφ
／２)］倍以上，１０／［sin²(δφ／２)］倍以下に光
増幅する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信，光演算等の各
種装置に必要な光変調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率可変媒体の屈折率変化を利用した
従来の光変調装置では、以下の（１),（２）に示すδφ
あるいはδψを０とπの間で変化させることにより、光
強度を変調していた。（１）二つの分岐された光路を通
過した光波の干渉効果を利用する場合には、二つの光波
の合波時における位相差δφ。（２）単一の偏光成分か
らなる（偏光方向について純粋状態にある）光の、互い
に直交する二つの偏光成分の位相差の変調による特定直
線偏光成分の強度変化を利用する場合には、その位相差
δψ。（１）の場合、δφがπであれば、干渉効果によ
って二つの光波は打ち消しあい出力光強度は０であっ
て、たとえば信号としてはオフ状態となる。逆にδφが
０であればオン状態となる。（２）の場合にはδψが０
であれば出力光は直線偏光となり、δψがπであればそ
れと直交する方向の直線偏光となる。後者の直線偏光と
直交するように設置した偏光子を用いて、偏光変調を光
強度変調に変換すると、δψがπであれば偏光子の透過
光強度は０となり、信号はオフ状態となる。δψが０で
あればオン状態となる。

【０００３】δφあるいはδψは、必ずしも０とπの間
で変化させる必要はなく、アプライドフィジクスレター
ズ(Applied Physics Letters）５９巻２１号２６５１頁
（１９９１年）あるいは特開平4−264746 号公報に記載
されているようにδφあるいはδψを１mrad以下で微小
変化し、光強度変調を行う方法もある。この場合、δφ
あるいはδψの変調を０とπの間に限定する方法に比
べ、高速な変調が可能になるものの、光強度変調幅は非
常に小さく、信号のオン状態とオフ状態の識別が困難に
なるため、光変調器として機能しなかった。一般的には
オン状態とオフ状態のクロストークをできる限り小さく
するため、δφあるいはδψを、オフ状態においてでき
る限り０に、オン状態でできる限りπに、近づけるよう
に工夫がなされてきた。

【０００４】ここで屈折率可変媒体とは、電界，磁界，
光，圧力，熱などにより、屈折率が変化するものであ
る。例えば、電界によって屈折率が変化する現象である
ポッケルス効果を利用した光変調器では、同一光源の光
を二つに分割し、二つの光路のうちの一方の光路に設置
したポッケルス効果を発現する媒体に電界を印加するこ
とによって、その屈折率を変化させ、それぞれの光路を
通過した二つの光波を再び合波することによって生じ
る、合流地点における光の干渉効果を利用する。ＧＨｚ
オーダの高速変調を実現するにあたっては、ポッケルス
効果を誘起する屈折率可変媒体に沿った電極に、超短電
気信号パルスを光の進行方向と同一方向に伝搬させ、進
行波動作を行うことにより、二つの光路を伝搬する光波
の位相差を０とπの間で変調する方法が一般的に採用さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】屈折率可変媒体の屈折
率変化を利用した従来の光変調装置では、δφあるいは
δψを０とπの間で変化させるために、次のような理由
で光変調速度がある一定値以下に制限されるという問題
があった。

【０００６】例えば、電界によって屈折率が変化する現
象であるポッケルス効果を利用した光変調器では、一般
に、変調速度の最高値ｆ_mと屈折率可変媒体における光
路長Ｌ，屈折率可変媒体に印加する電界強度Ｅの間には
次のような関係がある。

【０００７】ｆ_mＬ＝２ｃ／(π〔ｎ_m−ｎ_o〕）Ｌ＝３λ／(ｎ_o ³ｒＥ）ここで、ｃは光速、ｎ_mはマイクロ波の等価屈折率、ｎ
_oは光波の等価屈折率、λは入力光の波長、ｒはポッケ
ルス定数である。電界強度Ｅを低減するために屈折率可
変媒体の光路長Ｌを大きくとると、マイクロ波の速度
（変調電気信号伝達速度）が光波より遅いという位相速
度の不整合のために、最高変調速度ｆ_mが制限される。
また、最高変調速度ｆ_mを高めるために光路長Ｌを短く
とると、電界強度Ｅを高める必要があるが、ギガヘルツ
オーダの高帯域では、現在の変調電気信号発生技術では
発生可能な電圧強度に限界がある。以上のようなトレー
ドオフの関係のために、従来のポッケルス効果を利用し
た光変調装置では、実現可能な最高変調速度ｆ_mに物理
的な限界が存在していた。ｆ_mＬの値は、インテグレイ
テッドオプティカルサーキットアンドコンポーネンツ(I
ntegrated OpticalCircuit and Components；S. K. Kor
otkyとR. C. Alferness，Marcel Dekker社,１９８７
年）の２０３頁に示されているように屈折率可変媒体と
してＬiＮbＯ₃を用いた場合には９.６ＧＨｚcm 程度、
また有機高分子を用いた場合には１５０ＧＨｚcm程度で
ある。

【０００８】温度変化によって屈折率が変化する現象を
利用した光変調器では、変調速度を高めるためには、屈
折率可変媒体における光路長あるいは温度変化幅を小さ
くする必要がある。しかし位相変調範囲を決定するのは
屈折率可変媒体における光路長と温度変化幅の積である
ため、位相差δφあるいはδψを０とπの間で変調する
ためには、一方のパラメータを小さく設定すると、もう
一方は大きくなるという関係になる。その結果、実現可
能な変調最高速度に限界が存在していた。

【０００９】前述のように、δφあるいはδψの１mrad
以下の微小変化を屈折率可変媒体の屈折率変化によって
誘起し、δφあるいはδψの変調範囲を０とπの間に限
定する方法に比べ、高速な光強度変調を行う方法もあ
る。しかし、この方法ではクロストークが非常に大きく
なる、または、出力光強度が非常に小さくなるという問
題があるため光変調装置として利用するのは困難であっ
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、従来の
光変調装置よりも、高速な光信号の変調を可能にする光
変調装置を提供することにある。

【００１１】上記目的を達成するために、本発明の光変
調装置は、光強度変調機能と光増幅機能の両方を備えて
いることを特徴としている。さらに、光強度変調部で
は、屈折率可変媒体の屈折率変化を用い、(１)光源を同
じくする二つの分岐された光路を通過した位相差δφの
光波の干渉効果による光強度変化、(２)単一の偏光成分
からなる(偏光方向について純粋状態にある)光の、互い
に直交する二つの偏光成分の位相差δψの変調による特
定直線偏光成分の強度変化、の（１)，(２）のうちいず
れかを利用する光強度変調方式で、δφまたはδψを、
πとθ(０.５π＜θ＜０.９８π)の間で変化させ、か
つ、光増幅部で、光強度変調部からの出力光を、上記方
法(１)による光強度変調方式の場合には１／［１０sin²
(δφ／２)］倍以上，１０／［sin²(δφ／２)］倍以
下、上記方法(２)による光強度変調方式の場合には１／
［１０sin²(δψ／２)］倍以上，１０／［sin²(δψ／
２)］倍以下に光増幅することを特徴としている。

【００１２】前項に記載したように、δφあるいはδψ
の変調範囲を０とπの間に限定せず、変調速度を高める
方法はこれまでにもあった（アプライドフィジクスレタ
ーズ（Applied Physics Letters)５９巻２１号２６５１
頁（１９９１年）あるいは特開平4−264746 号公報）
が、クロストークの悪化、あるいは出力光強度の微弱化
などの問題のため、光変調装置として利用することは困
難であった。われわれは、光変調装置で光強度変調機能
とは別に光増幅機能をつけ加えることによって、かつ、
１μＷ以上，２０μＷ以下の光を入力し、上記の位相変
調範囲および光増幅範囲で本装置を作動することによっ
て、ａ）δφあるいはδψを０とπの間で変調する方式
に比べ、２〜５０倍程度の高速変調、ｂ）−２０ｄＢ以
下のクロストーク、ｃ）入力光とほぼ等しいレベルの出
力光強度、の３点を同時に実現できることを見いだし
た。これまでに、この３点を同時に満たす光変調装置は
なく、光変調装置として、光強度変調機能だけでなく、
光増幅機能も有し、さらに上記条件下で作動することに
よってはじめてこの３点を満たす光変調装置を実現でき
た。ｂ，ｃは、本発明の装置が光変調装置として良好に
動作することを示唆し、ａは、本発明の装置が従来の変
調装置では不可能な大容量の情報伝達を可能にすること
を示している。

【００１３】位相変調範囲および光増幅倍率範囲は実験
的に定めたものであり、理論的根拠は未だにはっきりと
はしていない。この条件外で作動すると、たとえば、光
強度変調部から光増幅部への入力光強度が小さくなり、
光増幅倍率を増大する必要が生じるが、これは光増幅媒
体の自然放出による発光（Amplified StimulatedEmissi
on；ＡＳＥ）の増大を招き、その結果、本装置のクロス
トークが劣化するものと推測される。

【００１４】ここで屈折率可変媒体とは、電界，磁界，
光，圧力，熱などにより、屈折率が変化するものであ
る。たとえば、電界により屈折率が変化する現象は、ポ
ッケルス効果と呼ばれており、屈折率可変媒体は二次の
非線形光学効果を示す電気光学（Electro−Optic；Ｅ
Ｏ）材料であって、ＬｉＮｂＯ₃，ＫＴｉＯＰＯ₄などの
無機強誘電性物質，ＧａＡｓなどの半導体、２−メチル
−４−ニトロアニリンなどの有機結晶，配向したディス
パースレッド１を含んだポリイミドなど超分極率の大き
な分子を含んだ高分子あるいは溶液など、ポッケルス効
果を発現する物質であれば良い。光の伝搬経路は、光導
波路などの固体，エチレングリコールなどの溶液，空気
などの気体，真空、あるいはそれらの組み合わせなどが
ある。

【００１５】上記方法（１）による光強度変調を行う場
合には、同一光源の光を二つに分割し、二つの光路のう
ちの一方の光路に設置した屈折率可変媒体の屈折率を変
化させ、それぞれの光路を通過した位相差δφの二つの
光波を再び合波することによって生じる、合流地点にお
ける光の干渉効果を利用する。光路の構成は、マッハツ
ェンダ光干渉計型，マイケルソン光干渉計型を問わず、
同一光源から二つに分割された光の干渉効果を利用する
ものであれば良い。δφの制御は、屈折率可変媒体の屈
折率を電界，磁界，光，圧力，熱などにより変化させる
ことによる。δφがπであるとき、出力光強度は０とな
り、光信号としてはオフ状態になる。δφをπからずら
すと、出力光が０ではなくなり、光信号はオン状態とな
る。

【００１６】オフ状態の設定は、二つの光路長差を精密
に光波の位相差π相当分にすることによって行ってもよ
いし、また光路の一方に設けた屈折率可変媒体の屈折率
を電界，磁界，光，圧力，熱などによって調整すること
によってもよい。このオフ状態設定用の屈折率可変媒体
として、光変調用屈折率可変媒体とは別の屈折率可変媒
体を設けてもよいし、光変調用屈折率可変媒体をオフ状
態設定用として共用してもよい。後者の場合には２種類
の屈折率変調信号を同一の屈折率可変媒体に送る。温度
変化など本装置の作動環境変化により、二つの光路の屈
折率が変化し、屈折率変調信号以外の原因で二つの光路
からの光波の位相差が変動する場合には、このオフ状態
設定用の屈折率可変媒体をオフセット設定用として調整
する。

【００１７】電気，光などの光変調用の信号が光信号変
調用屈折率可変媒体に入力されているときに光強度変調
部の出力光が０になっても、光変調用入力信号がオフ状
態のときに光強度変調部の出力光が０になっても、どち
らでもよい。前者の場合、光変調用信号が入力されてい
るときに、二つの光波の位相差がπになるように前記オ
フセットを調整し、また後者の場合、光変調用信号が入
力されていないときに、二つの光波の位相差がπになる
ように前記オフセットを調整する。

【００１８】前記方法（２）による光強度変調を行う場
合には、単一の偏光成分からなる（偏光方向について純
粋状態にある）光の、互いに直交する二つの偏光成分の
位相差を変調し、これにともなう特定直線偏光成分の強
度変化を利用する。例えば、直線偏光の光を屈折率可変
媒体に通す。ここで直線偏光の光は、この偏光方向と４
５度の角度をなし、互いに直交する二つの偏光成分の強
度比１：１，位相差０の合成光であると考えることがで
きる。互いに直交する二つの偏光成分に対するそれぞれ
の屈折率の差を屈折率可変媒体によって変化させると、
二つの偏光成分に位相差δψが生じ、その結果、直線偏
光の入射光は屈折率可変媒体によって一般的には楕円偏
光に、位相差がπになる特殊な場合には直線偏光に変換
される。このような偏光変調された光を偏光子に通すこ
とによって、強度変調された光を得ることができる。

【００１９】偏光変調を、楕円偏光と直線偏光の間でお
こなう。屈折率可変媒体からの出力光は、屈折率可変媒
体の屈折率異方性などにより一般的には直線偏光にはな
らないので、場合に応じてソレイユーバビネ位相補償板
あるいはファラデーセルなどの互いに直交する二つの偏
光成分の位相差調整素子を偏光子入射前に挿入し、δψ
のオフセット調整を行う必要がある。オフセットの調整
は、電気，光などの光変調用の信号が屈折率可変媒体に
対して入力されているとき、あるいは入力されていない
ときのどちらか一方の場合に屈折率可変媒体からの出力
光が直線偏光になるように設定する。この直線偏光の偏
光方向と直交する方向にセットされた偏光子によって、
直線偏光を強度０（オフ状態）に、楕円偏光を０でない
強度（オン状態）をもつ光に変換する。以上の方法で、
屈折率可変媒体の屈折率を変化させることにより光強度
変調を行う。

【００２０】光増幅器の発光媒体は、エルビウムイオン
をドープした光ファイバ，GaInAsPなどの半導体，Ｎ
ｄ：ＹＡＧなどの固体，ローダミン６Ｇなどの色素を含
んだ溶液など、信号光の波長で発光を示す物質であれば
よい。光増幅部は、光強度変調部からの出力光を発光媒
体に通す構成をとり、光の誘導放出により増幅を行う。
本発明の光変調装置のクロストークを悪化させる原因と
して、１）オフ状態における光強度変調部からの漏れ
光、２）光増幅媒体の自発放出による光増幅部からの発
光（ＡＳＥ）が挙げられる。出力光のクロストークを向
上させるために、場合によっては、光増幅部からの出力
光を可飽和吸収色素を含んだ媒質（ガラスなどの固体，
エチレングリコールなどの液体等）に通す。この場合、
ノイズ光を除き、信号光を透過させるようにするため
の、最も効率の良い可飽和吸収色素の濃度を設定する必
要がある。

【００２１】前述の各種光強度変調部及び光増幅部のう
ち、光導波路を用いたマッハツェンダ型のポッケルス効
果による屈折率変化を利用した光強度変調部と電圧を印
加したGaInAsP 等の半導体による光増幅機能発現部を用
いることにより本発明の光変調装置をコンパクトな１チ
ップの素子とすることができる。光変調機能発現部はマ
ッハツェンダ型の光導波路を用いることにより、かつ、
光増幅機能発現部は半導体を用いることにより小型化を
実現する。半導体を用いた光増幅には他の光源を必要と
しないという利点もある。ポッケルス効果を利用した光
強度変調は、圧力，熱による屈折率変化を利用する光強
度変調よりも高速変調が可能であり、また光を利用する
光強度変調よりもコンパクトな装置で実現可能である。
ポッケルス効果を利用した光強度変調部を高速変調する
ためには前記進行波動作を行う必要がある。前述のよう
に従来の方法ではこの進行波動作の為に変調速度が制限
されてしまうという問題があったが、本発明の装置によ
って従来の方法の変調最高速度の２〜５０倍程度の高速
変調が実現される。

【００２２】

【作用】以上説明したように、本発明の光変調装置で、
（１）光源を同じくする二つの分岐された光路を通過し
た位相差δφの光波の干渉効果による光強度変化、(２)
単一の偏光成分からなる（偏光方向について純粋状態に
ある）光の、互いに直交する二つの偏光成分の位相差δ
ψの変調による特定直線偏光成分の強度変化、の
（１)，(２）のうちいずれかを利用する光強度変調方式
で、δφまたはδψを、πとθ（０.５π＜θ＜０.９８
π）の間で変化させ、かつ、光増幅部で、光強度変調部
からの出力光を、方法（１）による光強度変調方式の場
合には１／［１０sin²(δφ／２)］倍以上，１０／［si
n²(δφ／２)］倍以下、上記方法(２)による光強度変調
方式の場合には１／［１０sin²(δψ／２)］倍以上，１
０／［sin²(δψ／２)］倍以下に光増幅することによっ
て、以下のａ，ｂ，ｃの３点を同時に実現した。ａ）δ
φあるいはδψを０とπの間で変調する方式に比べ、２
〜５０倍程度の高速変調、ｂ）−２０ｄＢ以下のクロス
トーク、ｃ）入力光とほぼ等しいレベルの出力光強度。
従来の方式の光変調装置では、３点を同時に満たすこと
ができなかったが、光変調装置として、光強度変調機能
だけでなく、光増幅機能も有し、さらに上記条件下で作
動することによってはじめて３点を満たす光変調装置を
実現できた。ａに記載されているように、本発明の装置
は従来の変調装置では不可能な大容量の情報伝達を可能
にする。

【００２３】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説
明する。

【００２４】（実施例１）図１〜図２に本実施例の光変
調装置の構成を示す。図１に、ポッケルス効果を利用し
たマッハツェンダ光干渉計型の光強度変調部、およびGa
InAsP への電流注入による発光を利用した光増幅部を備
えた光変調装置の模式図を表す。図２は、図１の破線部
分における断面図である。本装置は、光源（ダイオード
レーザ：GaInAsP)１，単一モードの光導波路２，分岐路
３，分岐路４，変調電気信号伝搬用電極５，変調電気信
号源６，バイアス電圧印加用電極７，バイアス電圧源
８，Ｙ形分岐路９，光検出器（ホトダイオード)１０，
光増幅媒体GaInAsP１１，発光ダイオード電源１２，信
号光出射光１３，光変調用屈折率可変媒体(ＬiＮbＯ₃)
１４，バイアス用屈折率可変媒体(ＬｉＮｂＯ₃）１５，
クラッド層１６，接地電極１７，基板１８からなる。信
号光はGaInAsP を光源とする波長１.５μｍの光であ
る。

【００２５】分岐路３と分岐路４の光路長差は、分岐路
３と分岐路４を通過する光波の位相差δφがほぼπにな
るように設定してある。分岐路４に設置したＬｉＮｂＯ
₃１５にバイアス電圧印加用電極７を用いて電界を印加
し、ＬｉＮｂＯ₃１５の屈折率を変化することによっ
て、変調電気信号がオフ状態のときに、δφがπになる
ように微調整をおこなう。温度の変動など、本装置作動
環境の変化によって分岐路３および分岐路４の屈折率が
変化するために、変調電気信号がオフ状態のときのδφ
がπからずれる場合がある。これを常にπに保つため
に、Ｙ形分岐路９によって分岐した光強度変調部からの
出力光の一部を光検出器１０によってモニタし、変調電
気信号がオフ状態のときは常に光検出器１０に検出され
る光強度が０になるように分岐路４のＬｉＮｂＯ₃１５
に印加する電圧をバイアス電源によって調整する。分岐
路３は、変調電気信号の伝搬によって分岐路３に設置し
たＬｉＮｂＯ₃１４の屈折率を変調するための部分であ
る。分岐路３に設置した変調電気信号伝搬用電極５およ
びＬｉＮｂＯ₃１４の長さは１mmである。

【００２６】分岐路３における電場と光の相互作用長を
変えた以外は同一構造の導波路を別途作成して調べた結
果、分岐路３と分岐路４からの光波の位相差δφを０と
πの間で変調するためには５mm程度の相互作用長を必要
とすることがわかった。この際、印加した電界強度は高
速電気信号発生源の特性を考慮し１Ｖ／μｍとした。変
調電気信号と入力光を同一方向に伝搬させる進行波動作
によって、高速変調電気信号による光変調を行う際に、
変調電気信号と入力光との位相速度整合をとる必要があ
るため、変調電気信号の変調速度が制限される。最高変
調速度と相互作用長の積はＬｉＮｂＯ₃の場合、インテ
グレイテッドオプティカルサーキットアンドコンポーネ
ンツ（Integrated Optical Circuit and Components；
S. K. Korotky とR. C. Alferness，Marcel Dekker
社，１９８７年）の２０３ページに示されているよう
に、９.６ＧＨｚcm 以下であるので、δφを０とπの間
で変調する従来の方法では、変調電気信号の最高変調周
波数は約２０ＧＨｚであると推測される。

【００２７】本発明の光変調装置に対して９０ＧＨｚの
正弦電気信号を変調電気信号として入力し、９０ＧＨｚ
での変調が可能であるか否かを調べた。光源からの０.
５ｍＷのｃｗ入力光を光強度変調部に入力し、９０Ｇ
Ｈｚの正弦波変調電気信号を分岐路３の電極５に伝搬し
た。光変調部からの出力光のピーク強度は２０μＷであ
った。これは分岐路３と分岐路４からの光波の位相差δ
φが０.４radであることを示唆している。光強度変調部
からの出力光を光増幅部に送り、光増幅した結果、検出
した光信号の波形は入力電気信号の波形を反映した歪み
の無いものであった。これは、従来の光変調方式では実
現不可能な９０ＧＨｚの高速変調が本装置で可能である
ことを示している。出力光のピーク強度は約０.５ｍＷ
であり、増幅率は約２５倍である。このとき、ＡＳＥ強
度は１μＷ以下であり、クロストークは−２０ｄＢ以下
であった。以上の結果は、本装置がａ）δφを０とπの
間で変調する方式に比べ、２〜５０倍程度の高速変調、
ｂ）−２０ｄＢ以下のクロストーク、ｃ）入力光とほぼ
等しいレベルの出力光強度、の３点を同時に実現するこ
とを示している。

【００２８】（実施例２）図３に別の構成の光変調装置
を示す。本装置では、単一の偏光成分からなる光の、互
いに直交する二つの偏光成分の位相差δψを利用し、光
強度変調を行う。本装置は、光源（ｃｗＮｄ：ＹＡＧレ
ーザ）１９，偏光子２０，偏光変調器２１〜２５，ソレ
イユーバビネ補償板２６，偏光子２７，増幅媒体（Ｎ
ｄ：ＹＡＧ）２８，増幅光源２９，可飽和吸収色素３０
からなる。図４に偏光変調器２１〜２５の詳細図を示
す。偏光変調器２１〜２５は、変調電気信号伝搬用電極
３１，接地電極３２，変調電気信号源３３，ＥＯポリマ
３４，表面が鏡面状の絶縁物基板３５からなる。変調電
気信号伝搬用電極３１に変調電気信号が流れると、図４
の上下方向に電界が印加される。ＥＯポリマ３４はディ
スパースレッド１を側鎖としてもつ高分子を用い、電極
付絶縁物基板３５上に厚さ１５０μｍのポリマとして形
成した。図４の上下方向について非線形分子の電界配向
を行って得た１５ｐｍ／ＶのＥＯ定数を示す高分子を用
いた。

【００２９】信号光はＮｄ：ＹＡＧレーザを光源１９と
する１０６４ｎｍのｃｗ光である。光源１９からの光は
偏光子２０を通過し、直線偏光となる。この直線偏光の
平均出力は１０ｍＷである。このとき直線偏光の偏光方
向がＥＯポリマ３４において生じる電界方向に対して４
５度の角度をなすようにする。入力光は偏光変調器２
１，２２，２３，２４，２５で反射され、ソレイユーバ
ビネ位相補償板２６，偏光子２７を経て、光増幅部２８
で増幅され、出力される。変調電気信号がオン状態のと
きだけでなく、オフ状態でも、直線偏光である入力光
は、偏光変調器２１〜２５において反射を繰り返すうち
に反射の偏光特性などにより、楕円偏光に変化する。次
に示す方法によって、変調電気信号がオフ状態のとき偏
光子を通過する出力光強度が入力光の百万分の一以下に
なるようにした。偏光変調器２１〜２５との反射によっ
て生じた楕円偏光を、ソレイユ−バビネ位相補償板２６
によって直線偏光に変換する。この直線偏光の偏光方向
に直交する方向に偏光子２７をセットする。

【００３０】ＥＯポリマ３４に印加される電界を変調す
ると、ＥＯ効果によって入力光の互いに直交する二つの
偏光成分の位相差δψが変調されるため、レーザ光の偏
光状態が変化する。５つの偏光変調器２１〜２５のう
ち、一つの偏光変調器のみを作動した結果、偏光変調器
がオン状態のときに偏光子２７を通過するレーザ光のピ
ーク強度は２.５μＷであった。これは一つの偏光変調
器との反射によって、δψは変調電気信号で０.０３rad
の変調を受けることを示している。偏光子２７からの出
力光をダイオードレーザ励起のＮｄ：ＹＡＧのロッド２
８に通し、約四千倍増幅し、入力光とほぼ同じ強度レベ
ルの光信号を得た。

【００３１】五つの偏光変調器における変調電気信号
は、図５に示すように同期しており、それぞれの変調電
気パルスには一定の遅延時間が設けている。レーザ光が
五つの変調電気信号３６〜４０と相互作用した結果、偏
光子２７を通過する出力光４１は図５に示したようにな
る。これらのパルスはＮｄ：ＹＡＧのロッド２８におい
て光増幅され、入力光とほぼ同じピーク強度をもつにな
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば従来の光変調装置より
も、高速な光信号の変調を可能にする光変調装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光変調装置の構成例を示す説明図。

【図２】本発明の光変調装置の構成例を示す説明図。

【図３】本発明の光変調装置の構成例を示す説明図。

【図４】本発明の光変調装置の構成例を示す説明図。

【図５】本発明の光変調装置における変調電気信号の時
間的関係と変調された光信号を表すタイミングチャー
ト。

【符号の説明】

１…光源、２…単一モードの光導波路、３，４…分岐
路、５…変調電気信号伝搬用電極、６…変調電気信号
源、７…バイアス電圧印加用電極、８…バイアス電圧
源、９…Ｙ形分岐路、１０…光検出器、１１…光増幅媒
体GaInAsP 、１２…発光ダイオード電源、１３…信号光
出射光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角田敦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源を同じくする二つの分岐された光路を
通過した光波の位相差を屈折率可変媒体の屈折率変化に
よって変調し、その結果生じる光波の干渉効果による光
強度変化を利用する光変調装置において、光強度変調部
と光増幅部の両方を備えており、前記位相差を、πとあ
る値のθの間で変調し、θは０.５πと０.９８πの間で
あり、前記光増幅部で、前記光強度変調部からの出力光
を、前記位相差をδφとしたとき１／［１０sin²(δφ
／２)］倍以上，１０／［sin²(δφ／２)］倍以下に光
増幅することを特徴とする光変調装置。
【請求項２】単一の偏光成分からなる光の、互いに直交
する二つの偏光成分の位相差を屈折率可変媒体の屈折率
変化によって変調し、その結果生じる特定直線偏光成分
の強度変化を利用する光変調装置において、光強度変調
部と光増幅部の両方を備えており、前記位相差を、πと
ある値のθの間で変調し、θは０.５πと０.９８πの間
であり、かつ、前記光増幅部で、前記光強度変調部から
の出力光を、前記位相差をδψとしたとき１／［１０si
n²(δψ／２)］倍以上，１０／［sin²(δψ／２)］倍
以下に光増幅することを特徴とする光変調装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記屈折率可
変媒体の屈折率変化を、電界，磁界，光，圧力，熱によ
り誘起する光変調装置。
【請求項４】請求項１において、前記屈折率可変媒体の
屈折率変化を、前記屈折率可変媒体に電界を印加するこ
とによって生じるポッケルス効果によって誘起し、電界
を、ポッケルス効果を誘起する前記屈折率可変媒体に沿
った電極に、超短電気信号パルスを光の進行方向と同一
方向に伝搬させる進行波動作により印加するマッハツェ
ンダ型光導波路の光強度変調機能発現部と、電圧印加に
より発光する半導体からなる光増幅機能発現部を１チッ
プ上に備えた光変調装置。