(57)【要約】【課題】広い帯域幅の変調信号で変調することができるにもかかわらず、変調信号の周波数よりも狭帯域幅の給電線でその変調信号を供給することができる往復逓倍光変調器を提案する。【解決手段】単数あるいは複数の光学結晶に設けられて連続した光路上にあって、（１）増幅作用のある光路３と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部４と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器２と第２光濾波器６と、（４）前記の増幅作用のある光路３を励起する励起光を導入するための構成（合波器８）と、を備え、また、（５）第１光濾波器は、入射光を入力し、入射光を変調した光を反射する構成であり、（６）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数あるいは複数の光学結晶に設けられて連続した光路上にあって、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を備え、また、（５）第１光濾波器は、入射光を入力し、入射光を変調した光を反射する構成であり、（６）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成であることを特徴とする往復逓倍光変調器。
【請求項２】
単数あるいは複数の光学結晶に設けられて連続した光路上にあって、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）上記の光変調部と第２光濾波器との間に設けられ、入射光を除去する第３光濾波器と、（５）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を、備え、（６）第１光濾波器は、入射光を入力し、入射光を変調した光を反射する構成であり、（７）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成であることを特徴とする往復逓倍光変調器。
【請求項３】
（１）光学結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であり、（２）光変調部は、不純物を拡散して設けられた光路上の電極に印加される電圧に従って誘起される電気光学効果を用いた光変調器を用いたものであり、（３）増幅作用のある光路は前記の光学結晶にエルビウム（Ｅｒ）をドープして形成されたものであり、（４）第１光濾波器と第２光濾波器、あるいは、第１光濾波器と第２光濾波器と第３光濾波器は、上記の光学結晶上に設けられた周期的なパタンを用いた光濾波器を用いたものであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の往復逓倍光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単純な構成で高周波信号による光の変調を行うことができ、しかも小型化することのできる往復逓倍光変調器に関している。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を一種の光反射共振器に導入し、その中を光が往復する間に光を複数回変調することによって高次の側帯波を得る構成と、そのなかから希望の側帯波の次数以上の側帯波を通過させる帯域フィルタとを持った装置で、入力した高周波電気信号の周波数の整数倍の周波数で強度変調された光が得られる逓倍光変調装置が、特許文献１に開示されている。この特許文献１には、その反射共振器内に光増幅器を設けた構成も開示されている。
【０００３】
また、エルビウム（Ｅｒ）を混入させたリチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）結晶に、光路と反射層と反射用の格子領域とを設けた図６に示すレーザ装置が、非特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、上記の反射層の代わりに、図７に示すように、反射用の格子領域を設けて、２つの反射用の格子領域で挟まれた領域を光共振器とするレーザ装置が、非特許文献２に記載されている。
【０００５】
また、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）結晶上にマッハツェンダ型の光干渉計を形成した光変調器は、既によく知られている。
【０００６】
本発明は、特許文献１に記載の発明よりも、入力した高周波電気信号の周波数の整数倍の周波数で強度変調された出力光について、容易に、より強度の大きい光が得られるものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−６２７５号公報
【０００８】
【非特許文献１】
Ｃｈ．  Ｂｅｃｋｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌＴｉ：Ｅｒ：ＬｉＮｂＯ３  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｆｉｘｅｄｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｇｒａｔｉｎｇ”，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｖｏｌ．２３，  Ｎｏ．１５，  １１９４−１１９６，  Ａｕｇｕｓｔ  １，１９９８．
【非特許文献２】
Ｂ．  Ｋ．  Ｄａｓ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｓｉｎｇｌｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｔｉ：Ｅｒ：ＬｉＮｂＯ３  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｆｉｘｅｄ  ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｃａｖｉｔｙ”，Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  Ｂ７３，  ４３９−４４２  （２００１）．
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示された逓倍光変調装置では、高次の側帯波を含む変調光を得ることができるが、より高次になるにしたがって、得られる出力強度は急速に低下する傾向にある。このため、その出力強度を増大するために、光増幅器を用いる構成が開示されている。一般に、応答速度を向上させるためには、その往復する光路長を短くする必要がある。しかし、小型化できる構成は開示されておらず、広い帯域幅の変調信号で変調することができない。また、非特許文献１あるいは２に記載されたレーザ装置は、発振器あるいは増幅器として用いることはできるが、光変調器として用いることはできない。また、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）結晶上に形成したマッハツェンダ型の光変調器では、振幅の小さい高周波電気信号で高次の側帯波を得ることが困難である。
【００１０】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、広い帯域幅の変調信号で変調することができるにもかかわらず、単純な構成で高周波信号による光の変調を容易に行うことができ、しかも小型化することのできる往復逓倍光変調器に関している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、単数の光学結晶に形成されて設けられているか、あるいは、複数の光学結晶に分けて形成され設けられているかを問わないが、以下のそれぞれは、連続した光路上に形成されたものであり、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を備え、また、（５）第１光濾波器は、入射光を入力し、入射光を変調した光を反射する構成であり、（６）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力すること、を、備えることである。
【００１２】
また、第２の特徴は、特に第３光濾波器を設けることにあるが、全体としては、単数の光学結晶に形成されて設けられているか、あるいは、複数の光学結晶に分けて形成され設けられているかを問わないが、以下のそれぞれは、連続した光路上に形成されたものであり、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）上記の光変調部と第２光濾波器との間に設けられ、入射光を除去する第３光濾波器と、（５）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を、備え、（６）第１光濾波器は、入射光を入力し入射光を変調した光を反射する構成であり、（７）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成をもつことである。
【００１３】
また、第３の特徴は、（１）光学結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であり、（２）光変調部は、不純物を拡散して設けられた光路上の電極に印加される電圧に従って誘起される電気光学効果を用いた光変調器を用いたものであり、（３）増幅作用のある光路は前記の光学結晶にエルビウム（Ｅｒ）をドープして形成されたものであり、（４）第１光濾波器と第２光濾波器、あるいは、第１光濾波器と第２光濾波器と第３光濾波器は、上記の光学結晶上に設けられた周期的なパタンを用いた光濾波器を用いたものであることである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図面に用いる符号は、特別な理由が無い限り、同様の構成要素、あるいは同様の機能を有する構成要素については、同じ符号を用いるものとする。
【００１５】
この発明の実施の形態を図１のブロック図に示す。図１の入力光は、単一の周波数ｆ０を持った光であるが、図１の構成は、後に説明する増幅作用のある光路を励起するために、これを励起光と合波部８で合波して第１光濾波器２に入射するものである。第１光濾波器２は、狭帯域フィルタである。これは、周波数ｆ０の入力光は透過するが、その周波数から僅かにずれた光は反射する、という特性をもったフィルタである。増幅作用のある光路３は、Ｅｒ（エルビウム）がドープされた領域１２に形成され、励起光源７により励起されるものである。また、光変調器４は、第１光濾波器２から第２光濾波器６への向きあるいはその逆向きのどちら向きの光についても変調周波数ｆｍの同じ特性で変調することができる光強度変調器である。また、第２光濾波器６は帯域制限フィルタであるが、これは、ｎ次（ｎ≧３の整数で、例えばｎ＝３）の側帯波までは反射するが、それ以外の光は透過する特性をもっている。第３光濾波器５は、増幅作用のある光路３で励起媒体に蓄えられた励起エネルギーを無駄に使うことを防止するために、周波数ｆ０の入力光を防止するものである。この第３光濾波器５が無い場合でも、本発明の往復逓倍光変調器は動作するが、無駄な増幅を防止するためには設けることが望ましい。また、増幅作用のある光路３は、上記の第１、第２、あるいは第３光濾波器や光変調部でおこる光強度の減衰を補償するものであるので、この増幅作用のある光路３がなくても動作させることは可能である。
【００１６】
以上の構成の時、図２に示すように、第１光濾波器を通して入力された周波数ｆ０の入射光は、増幅作用のある光路で増幅され、変調されて、図１（ｂ）に示す側帯波が生じるが、簡単のため線形の変調が行なわれるものとし、従って、搬送波と第１次両側帯波のみが発生するものとする。この光は、第３光濾波器に入力され、入射光が抑圧される。第３光濾波器で周波数ｆ０を持った入力光が除去されるので、第１光濾波器に再び戻って、さらに反射された光は、側帯波のみとなり、入力光を増幅することがなく、そのためのエネルギーを消費することを防止できる。
【００１７】
その一度変調され第２光濾波器で反射された光は、再び光強度変調器を通過する。この際、両側帯波が変調を受け、図１（ｃ）に示すスペクトルとなる。これらの光のうち、搬送波は第３光濾波器で抑圧されるので、図１（ｄ）の様にほぼ側帯波のみとなる。この光が光路３で増幅されることにより、損失分を回復し、再び反射され、さらに変調を受け、図１（ｅ）のスペクトルとなる。この変調により、第１次と３次の側帯波が発生するが、図１（ｇ）に示す第３次の側帯波が、第２光濾波器の帯域制限フィルタを通過するように、その帯域制限特性をもたせておく。この設定により、図１（ｆ）に示す第１次の側帯波は反射される。この様に、帯域制限フィルタからは、第３次の側帯波が出力される。
【００１８】
上記の説明においては、光変調器は強度変調器としたが、位相変調器や、単側波帯変調器であっても同様の効果が得られることは容易に理解できる。また、本発明に適用できる変調器としては、共振型の変調器と、進行波型の変調器がある。共振型の変調器では当然であるが、進行波型の変調器においても、両端に電極を設けて、それらから変調信号を入力することによって、どちら向きの光についても同じ特性で変調することができる。
【００１９】
図１の増幅作用のある光路３、変調部４、第１光濾波器２、第２光濾波器６、第３光濾波器５は、例えば図３に示すように、一つのＬｉＮｂＯ３結晶の上に形成したものである。そのそれぞれの部分の形成方法は既によく知られており、例えば、以下のようにして形成することができる。まず、ＸカットＬｉＮｂＯ３結晶２０を用意して、その長手方向が結晶のＣ軸となるようにする。次に増幅作用のある光路の形成には、Ｅｒ（エルビウム）のドーピングを行い、第１、第２、第３光濾波器を形成する部分にはＦｅ（鉄）のドーピングを行う。次に、光路となる導波路は、Ｔｉ（チタン）を拡散して形成する。図３に示す光変調器はマッハツェンダ型である。次に、回折格子を、ＬｉＮｂＯ３結晶を加熱した状態でアルゴンイオンレーザを用いたホログラフィーで形成する。さらに、ＬｉＮｂＯ３結晶上に酸化ケイ素の膜をつけ、光変調器を形成するために金の電極を形成する。
【００２０】
図１の構成においては、励起光は第１光濾波器２の方から入射するものであったが、図４に示すように、第２光濾波器６側から入射することも有効であり、これらの両方から入射することによって、より効果的な励起が行われる。
【００２１】
図１あるいは図４に示すそれぞれの部分は、図３に示す様に、必ずしも一つのＬｉＮｂＯ３結晶上２０に形成する必要はなく、例えば、図５に示す様に、回折格子を形成しやすい結晶方向のＬｉＮｂＯ３結晶２１あるいはＬｉＮｂＯ３結晶２３と、変調部を形成しやすい結晶方向のＬｉＮｂＯ３結晶２２とが一致しない場合には、それぞれを異なる結晶上に形成したのち、接着剤で接合して、図１と同様の形状とすることができる。このようにそれぞれの部分をそれぞれに製造してから接合する方法は、それぞれの部分を最適化して製造できるという利点がある。
【００２２】
また、図１、３、４あるいは５の入力光は、波長１，５５０ｎｍのレーザ光である。また、光変調器４の励起光源７は、波長９８０ｎｍ、出力２００ｍＷの半導体レーザであり、これから出力されるレーザ光は、合波器８により光路に導入される。この際、反射される光で励起光源が不安定になるのを防止するために、アイソレータ９を用いることが望ましい。励起光源７からのレーザ光により、Ｅｒイオンが励起され、この励起により入力光あるいはその変調光が増幅される。この増幅は、光路、光変調器、第１光濾波器、第２光濾波器、あるいは第３光濾波器で起こる光の減衰を補償することが目的であり、増幅度が大きすぎ、かつ、第１光濾波器で起こる反射と第２光濾波器でおこる反射で光共振器が形成される場合は、ここでレーザ発振が起こる場合がある。このため、この増幅作用のある光路の増幅度としては、最適な領域があることが分かる。
【００２３】
光変調器には、変調信号を供給するが、この変調信号は、例えば３（あるいはｎ）次の側帯波を用いる場合は、目的とする変調周波数の１／３（あるいは１／ｎ）の周波数の信号を供給すればよい。このため、３次の側帯波を用いる場合は、変調周波数を、例えば３ＧＨｚ付近の信号とする場合でも、変調信号として１ＧＨｚ付近の信号を用いればよいことになり、変調信号の増幅や伝送における困難さが大幅に緩和される。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は、単数あるいは複数の光学結晶に設けられて連続した光路上にあって、（１）増幅作用のある光路と、（２）前記の増幅作用のある光路上に形成された光変調部と、（３）前記の光変調部を挟み込むように設けられた第１光濾波器と第２光濾波器と、（４）前記の増幅作用のある光路を励起する励起光を導入するための構成と、を備え、また、（５）第１光濾波器は、入射光を入力し入射光を変調した光を反射する構成であり、（６）第２光濾波器は、入射光を反射し、入射光を変調した光を出力する構成とし、変調信号の自然数倍の光側帯波を出力するようにしたので、構成が単純で小型であり、変調信号を比較的狭い帯域幅の増幅器や給電線を用いて供給できる様になり、変調信号の取り扱いが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】往復逓倍光変調の動作を示すブロック図である。
【図３】単一の結晶を用いた本発明の実施の形態を示す俯瞰図である。
【図４】２つの励起光源を用いた本発明の実施の形態を示す俯瞰図である。
【図５】複数の結晶を用いた本発明の実施の形態を示す俯瞰図である。
【図６】第１の従来例である、ＬｉＮｂＯ３結晶を用いたレーザを示す俯瞰図である。
【図７】第２の従来例である、ＬｉＮｂＯ３結晶を用いたレーザを示す俯瞰図である。
【符号の説明】
１  往復逓倍光変調器
２  第１濾波器
３  増幅作用のある光路
４  光変調器
５  第３濾波器
６  第２濾波器
７  励起光源
８  合波器
９  増幅器
１０  導波路
１１  変調電極
１２  Ｅｒがドープされた領域
２０、２１、２２、２３  ＬｉＮｂＯ３結晶
【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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