JPH117049A - 光変調器及び光変調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調器及び光変
調方法に属し、特に、非線形光学結晶の屈折率変化を利
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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【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を印加すると、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。

【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１００
Ｈｚ〜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５−１６
７１６５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
楕円偏光の第二高調波を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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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
の変調光の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】

【課題を解決するための手段】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。

【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と偏向面が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】

【発明の実施の形態】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３
２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２
２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
変調の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Ｂｉ12
ＳｉＯ20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、光出力は最大出力値で規格化してあり、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。

【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。

【発明の効果】

【００３４】本発明の光変調器によれば、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ので、光源か
らの入射光は、第２の偏光子より直線偏光として出射さ
れ、一方、反射戻り光は第１の偏光子により遮断され透
過することができない、という光変調機能と光アイソレ
ーション機能を同時に有することができ、戻り光の光強
度を抑制することができる。したがって、反射戻り光が
光源に入射するのを阻止することができ、光源を安定に
動作させ安定した変調光を得ることができる。

【００３５】さらに、制御回路や高価な光アイソレータ
を用いず、第１及び第２の偏光子を用いて戻り光の制御
をしているので、構成を簡単化することができ、製造コ
ストを低減することができる。したがって、光変調器の
低価格化を図ることができる。

【００３６】また、本発明の光変調方法によれば、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
ので、反射戻り光の光源への影響が低減され、安定した
変調光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【符号の説明】

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

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   御手段とを備えたことを特徴とする光変調器。
2. 【請求項２】 前記屈折率制御手段は、前記非線形光学
   結晶に電圧を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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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４
   ５゜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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【請求項１１】 前記ケイ酸ビスマスは、Ｂｉ12ＳｉＯ
    20であることを特徴とする請求項１０記載の光変調器。
12. 【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。
13. 【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。
14. 【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。
15. 【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を電
    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。