(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の半導体レーザと、前記２台の半導体レーザの出力光周波数を検知し、その周波数差を一定に制御する周波数安定化回路と、入力信号を２分岐する分岐回路と、前記分岐回路出力の一方の信号に基づき前記第１の半導体レーザの出力光の位相を変調する第１の光位相変調器と、前記分岐回路出力の他方の信号の位相を反転する位相反転回路と、前記位相反転回路の出力信号に基づき前記第２の半導体レーザの出力光の位相を変調する第２の光位相変調器と、位相変調された前記第１及び第２の半導体レーザの出力光を合波し光ヘテロダイン検波する検波器とからなることを特徴とする位相変調器。
【請求項２】
第１及び第２の半導体レーザと、前記２台の半導体レーザの出力光周波数を検知し、その周波数差を一定に制御する周波数安定化回路と、入力信号に基づき第１及び第２の光導波路に入力された前記第１及び第２の半導体レーザの出力光の位相を変調する光位相変調器と、位相変調された前記第１及び第２の半導体レーザの出力光を合波し光ヘテロダイン検波する検波器とからなり、
前記光位相変調器は光学結晶内に設けられ、異なる２つの光信号をそれぞれ入力する第１及び第２の光導波路と、前記２本の光導波路に前記光学結晶の電気光学効果の大きい結晶軸に沿って逆向きの電界が生じるように設置された２電極と、前記電極間に入力信号に応じた電界をかける駆動部とからなることを特徴とする位相変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘテロダイン方式による位相変調器及び位相変調器を構成するための光位相変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波信号に対して、変調度の大きい位相変調を行う場合、従来の位相変調器としては、例えば以下の２つを挙げることができる。
【０００３】
従来の第１の方法としては、微分器と光へテロダイン方式を用いた周波数変調器を利用することによって位相変調器を実現することであり、第２の方法としては、光位相変調と光へテロダイン方式を用いて位相変調器を実現することである。
【０００４】
従来の第１の方法は、例えば、Ｋ．Ｋｉｋｕｓｈｉｍａ，ｅｔ  ａｌ，”Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｐｅｒ  Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ  ＦＭ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ  ＡＭ  Ｖｉｄｅｏ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＯＯＣ’９５  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，  Ｖｏｌ．５，ＰＤ２−７，ｐｐ．３３−３４に示されている周波数変調器と微分器とを組み合わせて構成される。
【０００５】
図５は、この従来の第１の方法による位相変調器の構成を示すブロック図であり、１１は入力信号、５０１は微分器、５０２は周波数変調用レーザ、５０３は局部発振レーザ、５２は前記周波数変調用レーザ５０２の出力である位相変調光、５３は前記局部発振レーザ５０３の出力である局部発振光、５０４は前記位相変調光５２と前記局部発振光５３とを光ヘテロダイン検波してビート信号を出力する検波器、５４は前記検波器５０４の出力であり、位相変調器の出力信号である。
【０００６】
以上のように構成された従来の位相変調器においては、周波数変調用レーザ５０２は入力信号１１で変調され、出力光は強度変調されるが、同時に出力光の周波数も変調される。いわゆる周波数チャープを生じる。周波数変調用レーザ５０２へ入力される信号は入力信号１１を微分したものであるから、この出力光が位相変調光５２である。線幅の狭い局部発振光５３と前記位相変調光５２を合波して光ヘテロダイン検波をすれば、出力信号として２つの光信号の周波数差のビート信号５４が検波器５０４の出力として得られるが、前記位相変調光５２は光の位相変調を受けているので、ビート信号５４も光の位相変調分だけ位相変調されている。ビート信号５４の位相変調指数は、周波数変調用レーザ５０２の周波数チャープ量で決まるので、電気回路による位相変調では実現できないような非常に変調度が大きい位相変調信号が出力信号として得られる。
【０００７】
図６は、従来の第２の方法による位相変調器の構成を示すブロック図である。１１は入力信号、６０１は半導体レーザ、１０４は光位相変調器、６２は前記光位相変調器１０４の出力である位相変調光、５０３は局部発振レーザ、５３は前記局部発振レーザ５０３の出力である局部発振光、１０５は前記位相変調光６２と前記局部発振光５３とを光へテロダイン検波してビート信号を出力する検波器である。６４は前記検波器の出力であり、位相変調器の出力信号である。
【０００８】
以上のように構成された従来の位相変調器においては、電気光学効果を用いて光位相変調器１０４において高周波信号の振幅変化を半導体レーザの出力光の位相変化に変換し、位相変調光６２を作る。線幅の狭い局部発振光５３と前記位相変調光６２とを合波して光ヘテロダイン検波すれば、出力信号として２つの光信号の周波数差のビート信号６４が検波器１０５の出力として得られるが、前記位相変調光６２は光の位相変調を受けているのでビート信号６４も光の位相変調分だけ位相変調されている。光位相変調器１０４における位相変調量は入力される高周波信号の電力で決定され、電力を増加させるに従い位相変調量は増加する。
【０００９】
図７は、前記光位相変調器１０４の構造を示す模式図である。３０１は光学結晶、７０２は前記光学結晶３０１内に設けられた光導波路、７０３及び７１３は前記光導波路７０２の両側に設置された第１及び第２の電極、３０４は前記第１及び第２の電極７０３、７１３間に電界をかける駆動部である。
【００１０】
以上のように構成された従来の光位相変調器においては、駆動部３０４によって第１及び第２の電極７０３、７１３間にかけられた電界によって、光学結晶３０１内に屈折率変化が生じる。光導波路７０２に導かれた光信号は、この屈折率変化に伴って位相変調を受けることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の第１の構成では、半導体レーザを直接変調するために、光周波数の制御が困難であるという課題を有しており、従来の第２の構成では、光位相変調器に入力する高周波信号を数ボルト程度まで増幅する必要があり、そのために増幅器に非常に高い線形性が必要となる課題を有していた。
【００１２】
請求項１記載の発明はかかる点に鑑みなされたもので、２つの光信号を一方は高周波信号でもう一方は位相を反転した高周波信号で位相変調を行い、それらを光へテロダイン検波することによって、ＣＮＲ性能を改善できるを位相変調器を提供することを目的とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成を簡略化することを目的としてなされたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、第１及び第２の半導体レーザと、前記２台の半導体レーザの出力光周波数を検知し、その周波数差を一定に制御する周波数安定化回路と、入力信号を２分岐する分岐回路と、前記分岐回路出力の一方の信号に基づき前記第１の半導体レーザの出力光の位相を変調する第１の光位相変調器と、前記分岐回路出力の他方の信号の位相を反転する位相反転回路と、前記位相反転回路の出力信号に基づき前記第２の半導体レーザの出力光の位相を変調する第２の光位相変調器と、位相変調された前記第１及び第２の半導体レーザの出力光を合波し光ヘテロダイン検波する検波器とからなることを特徴とする位相変調器であり、
請求項２記載の発明は、第１及び第２の半導体レーザと、前記２台の半導体レーザの出力光周波数を検知し、その周波数差を一定に制御する周波数安定化回路と、入力信号に基づき第１及び第２の光導波路に入力された前記第１及び第２の半導体レーザの出力光の位相を変調する光位相変調器と、位相変調された前記第１及び第２の半導体レーザの出力光を合波し光ヘテロダイン検波する検波器とからなり、前記光位相変調器は、光学結晶内に設けられ、異なる２つの光信号をそれぞれ入力する第１及び第２の光導波路と、前記２本の光導波路に前記光学結晶の電気光学効果の大きい結晶軸に沿って逆向きの電界が生じるように設置された２電極と、前記電極間に入力信号に応じた電界をかける駆動部とからなることを特徴とする位相変調器である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
前記構成により、請求項１記載の発明では、入力信号を２分岐して一方は、分岐された信号に基づき第１の光位相変調器において第１の半導体レーザ光を位相変調し、他方は分岐された信号の位相反転信号に基づき第２の光位相変調器において第２の半導体レーザ光を位相変調し、検波器で前記２つの位相変調光を光へテロダイン検波してビート信号を出力する。
【００１６】
請求項２記載の発明では、光学結晶上に設置された２つの電極間に入力信号に応じた電界をかけることによって、第１及び第２の光導波路に逆向きの電界が生じるため、電気光学効果により変調される位相量が逆向きとなる２つの位相変調光を出力する光位相変調器を有する。
【００１７】
そして、前記光位相変調器を用いて、入力信号に基づき２本の光導波路中の光信号をそれぞれ極性が逆向きに位相変調し、検波器で前記２つの位相変調光を光へテロダイン検波してビート信号を出力する。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施例における位相変調器の構成を示すブロック図である。１０１は入力信号１１を２分岐する分岐回路、１０２は前記分岐回路の一方の出力信号の位相を反転する位相反転回路、１０３、１１３は第１及び第２の半導体レーザ、１０４、１１４は前記分岐回路１０１の出力信号及び前記位相反転回路１０２の出力信号に基づき前記２台の半導体レーザ１０３、１１３の出力信号を位相変調する第１及び第２の光位相変調器、１０５は前記第１及び第２の光位相変調器の出力信号１２、１３を光へテロダイン検波してビート信号を出力する検波器、１０６は前記第１及び第２の半導体レーザ１０３、１１３の出力信号の周波数差を一定に制御する周波数安定化回路である。
【００２０】
以上のように構成された本実施例の位相変調器について、以下その動作を説明する。
【００２１】
分岐回路１０１は入力信号１１を２分岐して出力し、出力信号のうち一方は位相反転回路１０２に入力され位相反転信号が出力される。第１及び第２の光位相変調器１０４、１１４にはそれぞれ第１、第２の半導体レーザ１０３、１１３の出力光が入力され、前記分岐回路１０１の出力信号及び前記位相反転回路１０２の出力信号に基づきそれぞれ位相変調される。従って第１及び第２の位相変調器の出力信号である位相変調光１２、１３はそれぞれ逆相の位相変調がかかっていることになる。前記２つの位相変調光１２、１３は、検波器１０５で混合され、光へテロダイン検波された後、ビート信号１４を出力する。このビート信号１４の周波数は、前記位相変調光１２、１３の差の周波数である。周波数安定化回路１０６は、前記第１及び第２の半導体レーザの１０３、１１３の出力光の光周波数をそれぞれ検知し、制御するので、前記ビート信号１４の周波数を制御することが可能となる。
【００２２】
図２は本実施例の位相変調器の各部における周波数スペクトラムの模式図である。
【００２３】
図２において、それぞれ（ａ）は位相変調光１２、（ｂ）は位相変調光１３、（ｃ）はビート信号１４の周波数スペクトラムを示している。
【００２４】
図２（ａ）、（ｂ）に示す位相変調光１２、１３の周波数スペクトラムの中心周波数をそれぞれν１、ν２とする。
【００２５】
検出部１０５は、位相変調光１２、１３を混合して光電気変換することにより、光へテロダイン検波し、２つの光信号の差の周波数成分のビート信号１４を出力する。一般に前記ビート信号以外の成分、例えば和の周波数成分のビート信号はフィルタで除去される。従って、ビート信号１４の周波数スペクトラムは図２（ｃ）のようになり、その中心周波数はｆ１＝｜ν１−ν２｜となる。周波数安定化回路１０６において｜ν１−ν２｜を制御することによって、中心周波数ｆ１を制御可能としている。
【００２６】
第１及び第２の光位相変調器１０４、１１４は、互いに位相が反転した信号である非反転信号と位相反転信号に基づき、半導体レーザ１０３、１１３の出力光を位相変調するため、位相変調光１２、１３の位相変位の極性は互いに逆の関係にある。従って、ビート信号１４の位相変位は、位相変調光１２、１３の位相変位の和となる。位相変調光１２と位相変調光１３の位相変位が同じであれば、ビート信号１４の位相変位は、位相変調光１２、１３の位相変位の２倍となる。
【００２７】
以上のように、本実施例によれば、光位相変調器を２台使用することによって、１つの場合では性能改善が困難な場合でも、出力信号の位相変位を２倍にでき、ＣＮＲ特性を改善できる。さらに、半導体レーザの出力信号の周波数を制御することによって、位相変調信号の周波数を制御可能としている。
【００２８】
（実施例２）
以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図３は本発明の第２の実施例における光位相変調器の構造を示す模式図である。３０１は光学結晶、３０２、３１２は前記光学結晶３０１中に設けられた第１及び第２の光導波路、３０３、３１３は、前記光学結晶３０１の屈折率を変化させ前記２本の光導波路３０２、３１２中を伝搬する光信号の位相変調を行う電界を与えるための第１及び第２の電極、３０４は前記第１及び第２の電極３０３、３１３間に電界をかける駆動部、３１は前記第１及び第２の電極３０３、３１３間に電界をかけたときに前記光学結晶３０１に生じる電界の流れの一例を示したものである。但し、図３（ａ）は斜めから見た図、図３（ｂ）は横から見た図である。
【００３０】
以上のように構成された本実施例の光位相変調器について、以下その動作を説明する。
【００３１】
光学結晶３０１中に設けられた２本の光導波路３０２、３１２にそれぞれ光信号が導かれる。光学結晶３０１としては、ＬｉＮｂＯ３のような電気光学定数が大きい結晶が適している。本実施例では１例として、係数の大きい方向を図３に示すように、垂直方向（ｚ軸方向）に取っている。第１及び第２の電極３０３、３１３はそれぞれ前記第１及び第２の光導波路３０２、３１２に前記光学結晶３０１の電気光学効果の大きい結晶軸に沿って逆向きの電界がかかるように設置される。駆動部３０４が前記第１及び第２の電極３０３、３１３間に電圧をかけると、図３（ｂ）に示すような電界３１が生じる。この電界によって、光学結晶３０１は屈折率変化を生じ、第１及び第２の光導波路３０２、３１２を伝搬する光信号は位相変調を受けることになる。このとき、第１の光導波路３０２と第２の光導波路３１２を横切る電界方向はｚ軸方向に関して逆向きであるため、前記第及び第２の光導波路をそれぞれ伝搬する光信号には極性が互いに逆の位相変調が生じる。
【００３２】
以上のように、本実施例によれば、１つの光学結晶内に第１及び第２の光導波路を形成し、前記第１及び第２の光導波路にそれぞれ電気光学効果の大きい結晶軸に沿って逆向きの電界を生じさせることによって、前記第１及び第２の光導波路を伝搬する光信号に対して同時に且つ極性が逆の位相変調をかけることが可能となる。
【００３３】
（実施例３）
以下本発明の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図４は本発明の第３の実施例における位相変調器の構成を示すブロック図である。
【００３５】
第３の実施例は第１の実施例とは光位相変調器の部分が異なっている。第１の実施例では、入力信号を２分岐し、一方の出力を位相反転し、その２信号によって、それぞれ２つの光信号を位相変調しているが、この部分の機能を第３の実施例では、第２の実施例に示した光位相変調器４０１を用いることによって実現している。その他の部分は機能的に図１と同じであり、同じ番号を付してある。
【００３６】
以上のように構成された本実施例の位相変調器について、以下その動作を説明する。
【００３７】
第１の実施例の動作とほとんど同じであり、簡単に説明する。周波数安定化回路１０６によって周波数制御された第１及び第２の半導体レーザ１０３、１１３の２つの出力光は、光位相変調器４０１に入力される。前記光位相変調器４０１は図３に示したような構造であり、前記２つの出力光にそれぞれ極性が逆向きの位相変調をかけ、位相変調光１２、１３を出力する。検出器１０５は第１の実施例同様前記位相変調光１２、１３を混合し、光へテロダイン検波してビート信号１４を出力する。
【００３８】
この場合、本実施例の位相変調器の各部における周波数スペクトルは図２に示したものと同じになり、位相変調光１２と位相変調光１３の位相変位が同じであれば、ビート信号１４の位相変位は、位相変調光１２、１３の位相変位の２倍となる。
【００３９】
以上のように、本実施例によれば、第２の実施例に示した光位相変調器を使用することによって、従来の光位相変調器を使用した場合に比べて、出力信号の位相変位を２倍にでき、ＣＮＲ特性を改善できる。さらに、半導体レーザの出力信号の周波数を制御することによって、位相変調信号の周波数を制御可能としている。また、第１の実施例の分岐回路１０１及び位相反転回路１０２が不要となるため、構成がより簡易になる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明、及び請求項２記載の発明によれば、光位相変調器を用いて２つの光信号をそれぞれ極性が逆の位相変調を行い、光へテロダイン検波することによって、従来の構成に比べて位相変調量を２倍にすることができる。また、２台の半導体レーザの周波数を制御することによって、位相変調信号の周波数が制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の位相変調器の構成を示すブロック図
【図２】第１の実施例の位相変調器の各部における周波数スペクトラムの模式図
【図３】本発明の第２の実施例の光位相変調器の構成を示す模式図
【図４】本発明の第３の実施例の位相変調器の構成を示すブロック図
【図５】従来の第１の位相変調器の構成を示すブロック図
【図６】従来の第２の位相変調器の構成を示すブロック図
【図７】従来の光位相変調器の構成を示す模式図
【符号の説明】
１０１  分岐回路
１０２  位相反転回路
１０３  第１の半導体レーザ
１１３  第２の半導体レーザ
１０４  第１の光位相変調器
１１４  第２の光位相変調器
１０５  検出器
１０６  周波数安定化回路
３０１  光学結晶
３０２  第１の光導波路
３１２  第２の光導波路
３０３  第１の電極
３１３  第２の電極
４０１  光位相変調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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