(57)【要約】【課題】  レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化を抑え、高いＣＮＲ特性を実現するとともに、ＦＭ信号の中心周波数を一定にするＡＦＣ回路を必要としないＦＭ変調器および光伝送装置を提供する。【解決手段】  電気信号をＦＭ信号に変換するＦＭ変調器１であって、ノコギリ波信号発生手段１１と、ノコギリ波信号発生手段１１が出力するノコギリ波信号によってその出力波長に変調を施される半導体レーザ１２と、半導体レーザ１２の出力光に対し電気信号で位相変調を行う光位相変調器１４と、半導体レーザ１２の出力光と光位相変調器１４の出力光とを合わせて受光し、半導体レーザ１２の出力光と光位相変調器１４の出力光との光周波数差に応じた電気信号を出力する受光素子１６とを備えている。【選択図】  図１
2005340893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号をＦＭ信号に変換するＦＭ変調器であって、
ノコギリ波信号発生手段と、
前記ノコギリ波信号発生手段から出力するノコギリ波信号によって出力波長に変調が施される半導体レーザと、
この半導体レーザの出力光に対し、前記電気信号で位相変調を行う光位相変調器と、
前記半導体レーザの出力光と前記光位相変調器の出力光とを合わせて受光し、前記半導体レーザの出力光と前記光位相変調器の出力光との光周波数差に応じた電気信号を出力する受光素子とを備えているＦＭ変調器。
【請求項２】
前記光位相変調器は、前記半導体レーザの出力光に対し、前記電気信号で位相変調を行う第１の光位相変調器と、前記半導体レーザの出力光に対し、前記電気信号の逆相信号で位相変調を行う第２の光位相変調器とを備えるとともに、
前記第１の位相変調器と前記第２の光位相変調器との出力光を合波して前記受光素子へ受光させる光合波手段を備える請求項１に記載のＦＭ変調器。
【請求項３】
前記光位相変調器は、前記半導体レーザの出力光が受光素子に入射する光路上において、それぞれ互いに異なる電気信号で位相変調を行う複数の前記光位相変調器が、直列に設けてある請求項１または２に記載のＦＭ変調器。
【請求項４】
前記半導体レーザの出力光が受光素子に入射する光路を複数に分岐する光分岐手段を備えるとともに、
前記分岐された各光路に、互いに異なる電気信号で位相変調を行う前記光位相変調器が１つもしくは複数設けてある請求項１〜３のいずれか１項に記載のＦＭ変調器。
【請求項５】
前記半導体レーザと前記光位相変調器の間、前記光位相変調器と前記受光素子の間、前記半導体レーザと前記受光素子の間、もしくは複数個直列に接続された前記光位相変調器間のいずれか１箇所又は複数箇所に、光遅延部を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載のＦＭ変調器。
【請求項６】
前記半導体レーザの出力光を分岐する前記光分岐手段と、
前記光位相変調器からの出力光および前記分岐機能部からの出力光を合波する前記光合波手段と、
前記位相変調器と
を同一基板上に設けた請求項１〜５のいずれかに記載のＦＭ変調器。
【請求項７】
前記基板は、ＬｉＮｂＯ３である請求項６に記載のＦＭ変調器。
【請求項８】
入力された電気信号をＦＭ信号に変換するとともに、前記ＦＭ信号をさらに光信号に変換して出力する光送信器において、
請求項１〜７のいずれかに記載のＦＭ変調器と、
前記ＦＭ変調器出力を電気信号に変換するＥＯ変換部と
を備えた光送信器。
【請求項９】
請求項８に記載の光送信器と、この光送信器からの光信号を受信する光受信器とで構成され、前記光送信器に入力した電気信号を前記光受信器へ伝送する光伝送装置であって、
前記光受信器は、前記光信号を電気信号に変換するＯＥ変換部と、
このＯＥ変換部が出力した信号をＦＭ復調するＦＭ復調器とを備えている光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送において多チャンネル映像信号等を一括してＦＭ信号に変換することができるＦＭ変調器、及び多チャンネルの映像信号等を伝送するための光伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多チャンネル映像信号を光ファイバで伝送する光伝送装置としては、例えば、多チャンネルの映像信号で半導体レーザの光強度を直接変調し、光伝送を行うものが知られている。しかしながら、このような方法では雑音耐力が脆弱で、伝送距離等が制限され、また光反射にも弱いという問題があった。そこで、このような問題を克服するものとして、光ヘテロダイン検波方式を用いたＡＭ／ＦＭ一括変換による多チャンネル映像伝送装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図９を参照しながら従来の光伝送装置を説明する。
図９（Ａ）に示すように、この光伝送装置の光送信器１００は、ＦＭ変調器１１０と電気／光変換部(以下、ＥＯ変換部とよぶ)１２０で構成されている。光送信器１００では、多チャンネル映像信号をＦＭ変調器１１０でＦＭ信号に変換し、ＥＯ変換部１２０で光信号に変換して光ファイバ３００ヘと送出する。一方、この光ファイバ３００で伝送された光信号は、途中のスターカプラ４００によって分岐され、それぞれが光受信器２００で伝送される。光受信器２００では、入力された光信号を光／電気変換部（以下、これをＯＥ変換部とよぶ）２１０で電気信号に変換し、さらにその電気信号をＦＭ復調器２２０によってＦＭ復調することで元の多チャンネル映像信号を出力として得ることができる。
【０００４】
次に、従来のＦＭ変調器１１０について、図９（Ｂ）を参照しながら説明する。
ＦＭ変調器１１０は、入力信号を半導体レーザ１１１に入力し、半導体レーザ１１１の出力光の光周波数をＦＭ変調器入力信号で変調する。一方、局発レーザ１１２は一定の光周波数をもつ光信号を出力する。次に、半導体レーザ１１１が出力する光信号と局発レーザ１１２が出力する光信号を光合波部１１３で合波し、受光素子１１４へ出力する。受光素子１１４では、光ヘテロダイン検波によって、半導体レーザ１１１が出力する光信号の光周波数と、局発レーザ１１２が出力する光信号の周波数との差に相当する電気ＦＭ信号が出力される。
また、半導体レーザ１１１の光周波数と局発レーザ１１２の光周波数の間隔を一定にするため、受光素子出力の一部を入力する中心周波数検出機能部１１５によってＦＭ信号の中心周波数を検出する。そして、その中心周波数に応じて、電流制御回路１１６によって半導体レーザ１１１のバイアス電流を制御することで、ＦＭ信号の中心周波数を一定にできるようにしている。
【０００５】
次に、従来のＦＭ変調器１１０の原理について、図１０を参照しながら説明する。
（Ａ）に示すような多チャンネル映像信号が半導体レーザに入力すると、半導体レーザの光出力スペクトラムは（Ｂ）のようになる。半導体レーザに入力される信号によって、半導体レーザの光周波数は約２００ＴＨｚ（＝２００×１０１２Ｈｚ）付近でＦＭ変調される（ＦＭ変調を施されることで、図に示すようにスペクトラムが広がっている）。一方、局発レーザ出力の光周波数は一定であり、（Ｃ）のようなスペクトラムとなる。（Ｄ）に示すグラフは、半導体レーザ出力（（Ｂ）参照）と局発レーザ出力（（Ｃ）参照）を光合波器によって合波した後の光スペクトラムである。この（Ｄ）の光スペクトラム信号を受光素子に入力することで、入力される２つの光信号での光ヘテロダイン検波により、その２つの光周波数の差の電気ＦＭ信号が得られる（（Ｅ）参照）。この電気ＦＭ信号の中心周波数は、半導体レーザの出力光周波数の中心値と局発レーザの出力光周波数の差で決まり、電気ＦＭ信号のＦＭ変調は、半導体レーザに入力された信号（（Ａ）参照）をＦＭ変調させたものとなる。そのため、（Ｅ）の信号をＦＭ復調することで、（Ｆ）のような元の多チャンネル映像信号を得ることができる。
このように、図９に示す光伝送装置では、多チャンネル映像信号をＦＭ信号に変換し光伝送を行い、光伝送後ＦＭ信号をＦＭ復調することで再び元の多チャンネル映像信号を得ることで、雑音耐力、光反射耐力を得ている。
【非特許文献１】Ｋ．キクシマ、他著、「超広帯域光学ＦＭ変調機構と、これを応用した多チャンネンＡＭビデオ伝送システム機構」、ＩＥＥＥ光学技術報告、第８３９〜８４１頁、１９９６年（K.Kikushima,et a1.:Super-wide-bandoptica1 FM modulation scheme and its application to multi,channe1 AM video transmission systems,IEEE Photonics Technology Letters,pp.839-841,1996）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の光伝送装置のＦＭ変調器では、以下のような２つの問題が生じている。
（１）レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化；
一般に、レーザは単一光周波数で発振しているものにおいても、一定のスペクトラムの拡がり（これを「位相雑音」とよぶ）を有している。そのため、半導体レーザと局発レーザのスペクトラムにも位相雑音があり、それがＦＭ復調後の雑音となる。
これについて、図１１を用いて説明する。（Ａ）は半導体レーザ出力のスペクトラムを示している。そのスペクトラムの拡がりの一部は、図内に示したように位相雑音であり、周波数軸方向での雑音が存在する。一方、局発レーザにおいても（Ｂ）に示すように位相雑音が存在する。（Ｃ）に示すような光合波後の出力を受光素子でヘテロダイン検波すると、（Ｄ）に示すように受光素子出力、すなわち生成されたＦＭ信号にも位相雑音が発生し、その雑音量は半導体レーザの位相雑音と局発レーザの位相雑音の和となる。（Ｄ）のようなＦＭ信号をＦＭ復調器でＦＭ復調すると、（Ｅ）に示すように、多チャンネル映像信号とともに、位相雑音をもとにＦＭ復調された雑音が発生する。そのため、多チャンネル映像信号の各キャリアと雑音の比（CNR＝Carrier to Noise Ratio）が劣化するという問題がある。
【０００７】
（２）ＦＭ信号の中心周波数を一定にする機能が必要；
一般的に、レーザの光周波数は、環境温度、電流、経年劣化等で変動する。そのため、図１１（Ｂ）にも示したように、従来のＦＭ変調器では、ＦＭ変調器出力を中心周波数検出機能によってそのＦＭ信号の中心周波数を検出し、電流制御回路によって半導体レーザの電流を制御し、ＦＭ信号の中心周波数が一定になるようにする回路（ＡＦＣ回路；Auto Frequency Contro1 回路）を備えていた。また、図には記載していないが、それぞれの半導体レーザおよび局発レーザの環境温度も一定にしないと、安定した中心周波数のＦＭ信号は得られない。そのため、従来のＦＭ変調器では、ＦＭ信号の中心周波数を一定にする機能が必要となっている。このように機能がないと、ＦＭ信号の中心周波数がＥＯ変換部やＯＥ変換部、ＦＭ復調部の許容帯域から外れてしまい、良好な信号伝送を実現できないおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記した２つの課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化を抑え、高いＣＮＲ特性を実現するとともに、ＦＭ信号の中心周波数を一定にするＡＦＣ回路を必要としないＦＭ変調器および光伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＦＭ変調器は、電気信号をＦＭ信号に変換するＦＭ変調器であって、ノコギリ波信号発生手段と、前記ノコギリ波信号発生手段から出力するノコギリ波信号によって出力波長に変調が施される半導体レーザと、この半導体レーザの出力光に対し、前記電気信号で位相変調を行う光位相変調器と、前記半導体レーザの出力光と前記光位相変調器の出力光とを合わせて受光し、前記半導体レーザの出力光と前記光位相変調器の出力光との光周波数差に応じた電気信号を出力する受光素子とを備えた構成となっている。この構成により、レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化を抑え、高いＣＮＲ特性を実現するとともに、ＦＭ信号の中心周波数を一定にするＡＦＣ回路を不要にすることができる。
【００１０】
また、本発明のＦＭ変調器は、前記光位相変調器が、前記半導体レーザの出力光に対し、前記電気信号で位相変調を行う第１の光位相変調器と、前記半導体レーザの出力光に対し、前記電気信号の逆相信号で位相変調を行う第２の光位相変調器とを備えるとともに、前記第１の位相変調器と前記第２の光位相変調器との出力光を合波して前記受光素子へ受光させる光合波手段を備える構成となっている。この構成により、２つの位相変調器を差動で駆動することでＦＭ変調振幅をかせぐことができ、光位相変調器の２次線形電圧から位相の変換リニアリティを補償することができる。
【００１１】
本発明のＦＭ変調器は、前記光位相変調器が、前記半導体レーザの出力光が受光素子に入射する光路上において、それぞれ互いに異なる電気信号で位相変調を行う複数の前記光位相変調器が、直列に設けてある構成となっている。この構成により、別の電気信号をも合わせてＦＭ信号に変換することができる。
【００１２】
本発明のＦＭ変調器は、前記半導体レーザの出力光が受光素子に入射する光路を複数に分岐する光分岐手段を備えるとともに、前記分岐された各光路に、互いに異なる電気信号で位相変調を行う前記光位相変調器が１つもしくは複数設けてある構成となっている。この構成により、パラレルに接続した光位相変調器でも同様に別の電気信号をも合わせてＦＭ信号に変換することができる。
【００１３】
本発明のＦＭ変調器は、前記半導体レーザと前記光位相変調器の間、前記光位相変調器と前記受光素子の間、前記半導体レーザと前記受光素子の間、もしくは複数個直列に接続された前記光位相変調器間のいずれか１箇所又は複数箇所に、光遅延部を設けた構成となっている。この構成により、遅延を設けることで光周波数の差を設定できるため、遅延量に応じて出力されるＦＭ信号の中心周波数を設定できる。
【００１４】
本発明のＦＭ変調器は、前記半導体レーザの出力光を分岐する光分岐手段と、前記光位相変調器からの出力光および前記分岐機能部からの出力光を合波する光合波手段と、前記位相変調器とを同一基板上に設けた構成となっている。この構成により、同一基板上で作製することで光の遅延を安定にでき、ＦＭ信号の中心周波数やそのゆらぎを安定にすることができる。
【００１５】
本発明のＦＭ変調器は、前記基板がＬｉＮｂＯ３である。
【００１６】
本発明の光送信器は、入力された電気信号をＦＭ信号に変換するとともに、前記ＦＭ信号をさらに光信号に変換して出力する光送信器において、上記のいずれかに記載のＦＭ変調器と、前記ＦＭ変調器出力を電気信号に変換するＥＯ変換部とを備えた構成となっている。この構成により、光送信器に適用すれば、位相雑音がなく、中心周波数の安定した良好なＦＭ信号を光信号に変換した出力が得られる。
【００１７】
本発明の光伝送装置は、上記に記載の光送信器と、この光送信器からの光信号を受信する光受信器とで構成され、前記光送信器に入力した電気信号を前記光受信器へ伝送する光伝送装置であって、前記光受信器は、前記光信号を電気信号に変換するＯＥ変換部と、このＯＥ変換部が出力した信号をＦＭ復調するＦＭ復調器とを備えた構成となっている。この構成により、位相雑音がなく、中心周波数の安定した良好なＦＭ信号で伝達することで、良好な（低雑音な）伝送が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のＦＭ変調器によれば、ノコギリ波によって光周波数が変化する半導体レーザの光出力の一方を、光位相変調器を通した光信号と光位相変調器を通さない光信号とを合波してその光周波数差でＦＭ信号を得ることで、レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化をなくすとともに、外部制御回路等を用いずにＦＭ信号の中心周波数を一定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＦＭ変調器１の構成を示すものであり、このＦＭ変調器１は、ノコギリ波信号発生源１１と、ノコギリ波信号発生源１１が出力するノコギリ波信号によってその出力波長が変調される半導体レーザ１２と、光分岐部１３と、半導体レーザ１２の出力光に対し、電気信号で位相変調を行う光位相変調器１４と、光合波部１５と、光合波部１５により半導体レーザ１２の出力光と光位相変調器１３の出力光とを合波した光を受光し、これらの出力光の光周波数差に応じた電気信号を出力する受光素子１６とを備えている。
【００２０】
ノコギリ波信号発生源１１は、ノコギリ波状に電圧もしくは電流が変化する信号を出力するものであり、半導体レーザ１２は入力されたノコギリ波に応じてその出力光の光周波数を変調する。光分岐部１３では、半導体レーザ１２の出力光を２つに分岐し、その一方は光位相変調器１４に入力させる。光位相変調器１４にはＦＭ変調を施す元信号となるＦＭ変調器入力信号が入力され、そのＦＭ変調器入力信号に応じて入力された光信号の位相を変調する。光合波部１５では、光位相変調器出力と光分岐部１３からの光信号とを合波する。合波された光信号は受光素子１６でヘテロダイン検波を行い、２つの光信号の周波数差に相当する電気信号を出力する。
【００２１】
次に、図２を参照しながら、ＦＭ変調器１を構成する各部の動作を説明するとともに、本実施形態のＦＭ変調器１の原理を説明する。なお、各部の波形を示すグラフにおいて、横軸は共通で時間軸であり、縦軸は一部は電圧、一部は周波数を示している。
ＦＭ変調器入力信号を（Ａ）に示す。また、（Ｂ）に半導体レーザ出力（光分岐部出力）の時間による光周波数の変化を示しており、ノコギリ波で光周波数が変調されている。
一方、（Ｃ）に光位相変調器１４の出力（光位相変調器出力）を示している。この光位相変調器出力の信号は、光位相変調器１４へ入力されるＦＭ変調器入力信号がない場合は一点鎖線、ＦＭ変調器入力信号がある場合は実線で示している。即ち、ＦＭ変調器入力信号がない場合は、一定周期のノコギリ波状に光周波数が変化しているが、（Ａ）のようなＦＭ変調器入力信号がある場合は、光位相変調によって、（Ａ）の電圧が大きい場合には位相が遅れ、（Ａ）の電圧が小さい場合には位相が進む。
（Ｄ）に（Ｂ）の破線で示す光分岐部出力と（Ｃ）の実線で示す光位相変調器出力を合波した光信号を示す。２つの光信号には適切な光路差を設けて若干位相をずらしている。
【００２２】
さらに光位相変調器１４からの光信号は、ＦＭ変調器入力信号によって光位相変調が施されている。そのため、（Ｄ）に示す２つの波形の縦方向の差、つまりこの２つの光信号の光周波数の差は、時間によって変化している。この２つの光信号を受光素子１６でヘテロダイン検波することで、２つの光信号の光周波数の差に相当する電気信号（受光素子出力信号）が得られる。この受光素子出力信号の周波数の変化を（Ｅ）に示す。この受光素子出力信号は、（Ａ）で示したＦＭ変調器入力信号と同様な変化で出力周波数が変化している。ただし、２つの光信号の周波数差が反転する期間には出力周波数が局所的に大きくなっていることがわかる。これは原理的に発生するものである。図２では、波形の変化を図示するにあたり、わかりやすくするため２つの光信号の遅延差を大きくしており、この期間が大きくなっている。なお、この遅延差を小さくした場合、図中（Ｆ）に示すように、局所的に周波数が大きくなる期間が非常に小さくできるとともに、必要な出力周波数に対して、局所的に大きくなる周波数は非常に大きいため、受光素子等のフィルタ効果で無視できるようになる。このような構成、原理のＦＭ変調器１により、ＦＭ変調器入力信号に応じてその出力周波数を変化させている。
【００２３】
上記のような構成、原理によってＦＭ変調器入力信号をＦＭ信号に変換するＦＭ変調器１によれば、以下のような効果がある。
（１）レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化がない。
本実施形態のＦＭ変調器１では、ノコギリ波によって光周波数が変化する半導体レーザ１２の光出力の一方を、光位相変調器１４を通した光信号と光位相変調器１４を通さない光信号とを合波してその光周波数差でＦＭ信号を得ている。つまり、同一のレーザ光の光周波数の差によってＦＭ信号を得ている。そのため、位相雑音も同―位相であり、ヘテロダイン検波にてその差を検出した場合、半導体レーザ１２の位相雑音に起因するＦＭ信号出力の位相雑音はキャンセルされ、位相雑音は存在しなくなる。従って、光伝送装置に本ＦＭ変調器１を適用した場合、伝送後のＦＭ復調された信号のＣＮＲは大きく改善する。
【００２４】
（２）ＦＭ信号の中心周波数を一定にする機能が不要。
（１）での効果と同様に、同一の半導体レーザ１２から一方を光位相変調器１４によって位相変調し、その信号と元信号とからヘテロダイン検波を行うため、波長のゆらぎ、温度による波長変化、波長の経年劣化等による変化など波長の変化による影響もキャンセルされる。また、ＦＭ信号の中心周波数はヘテロダイン検波を行う２つの光信号の遅延差によって決定されるため、安定した中心周波数が得られる。
以上のように、本実施形態によるＦＭ変調器１では、ノコギリ波によって光周波数が変化する半導体レーザ１２の光出力の一方を、光位相変調器１４を通した光信号と光位相変調器１４を通さない光信号とを合波してその光周波数差でＦＭ信号を得ている。従って、レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化をなくすことができるとともに、ＦＭ信号の中心周波数を外部制御回路等を用いずに一定にできる。
【００２５】
［第２の実施形態］
次に、図３を参照しながら、第２の実施形態に係るＦＭ変調器２について説明する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
本実施形態のＦＭ変調器２が第１の実施形態のＦＭ変調器１と異なる点は、ＦＭ変調器入力信号を分岐する分岐回路２１を備えるとともに、この分岐回路２１で分岐された各ＦＭ変調器入力信号を入力する光位相変調器が２つのもの、つまり、第１、第２の光位相変調器２２Ａ、２２Ｂで構成されている点である。この分岐回路２１では、それぞれ、位相が１８０度異なるように信号が出力される。
【００２６】
次に、本実施形態の動作を説明する。
初めに、ＦＭ変調器入力信号は分岐回路２１にて分岐される。この分岐回路２１からは、それぞれ位相が１８０度異なるように分岐された信号が出力される。これらの信号は、それぞれ第１、第２の位相変調器２２Ａ、２２Ｂに入力される。即ち、光分岐部２１からの光信号は２分岐され、一方は第１光位相変調器２２Ａへ、もう一方は第２光位相変調器２２Ｂへ出力される。そして、第１、第２の位相変調器２２Ａ、２２Ｂの出力を光合波部１５で合波する。ここで、２つの光位相変調器２２Ａ、２２Ｂでは、互いに位相反転したＦＭ変調器入力信号によって入力光を位相変調する。そのため、光合波部１５に入力される光信号の位相差は第１の実施形態の２倍となる。従って、ＦＭ変調器の出力周波数も２倍となる。
【００２７】
図４にＦＭ変調器２の各部での動作を示す。なお、（Ａ）は第１、第２の位相変調器２２Ａ、２２Ｂに入力される２つの電気信号を示すものであり、ともに位相が反転している。第１、第２の光位相変調器２２Ａ、２２Ｂは、それぞれの電気信号に応じて光信号の位相を変化させる。第１、第２の光位相変調器２２Ａ、２２Ｂに入力される光信号は、共通であり、第１の実施形態と同様に、（Ｂ）に示すように光周波数がノコギリ波状に変化した光信号である。第１、第２の光位相変調器２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ入力電気信号の電圧に応じて、入力光信号である（Ｂ）の光信号の位相を変調するが、第１、第２の光位相変調器２２Ａ、２２Ｂのうちの一方の光出力の位相が進んだとき、他方の光出力の位相が遅れるようになる。（Ｃ）にその２つの光出力の時間変化による光周波数の変化を示す。
【００２８】
このような２つの光信号を合波し、第１の実施形態と同様、受光素子１６で光ヘテロダイン検波を行うことで、２つの光出力の光周波数の差に相当する周波数を持った電気信号が得られる。ここで、第１の実施形態では１つであった光位相変調器を追加することで、発生する周波数変化は２倍となってＦＭ変調器出力として得られる。また、第１の実施形態において光位相変調器の位相変化幅が不十分で所望のＦＭ信号周波数偏移が得られない場合、上記のような構成とすることでＦＭ信号の周波数偏移を拡大することができる。また、光位相変調器の入力電圧対光位相変化特性に非線形がある場合、２つの光位相変調器２２Ａ、２２Ｂが互いにプッシュプルとなる構成であるため、２次の非線形を補償することができる。なお、分岐回路２１のかわりに入力信号に対し差動信号を出力する差動アンプ等の差動回路を用いても構わない。
【００２９】
［第３の発明実施の形態］
次に、図５を参照しながら、第３の実施形態に係るＦＭ変調器３について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
第３の実施形態のＦＭ変調器３では、第１の実施形態のＦＭ変調器１において、光位相変調器１４とは別の光位相変調器３１を位相変調器１４と合波部１５との間に設けたものである。この光位相変調器３１には、光位相変調器１４へ入力するＦＭ変調器入力信号Ｓ１とは異なるＦＭ変調器入力信号Ｓ２を入力している。
これにより、半導体レーザ１２から出力されたノコギリ波で光周波数変調された光信号を光位相変調器１４と第２光位相変調器３１とで合わせて位相変調することで、ＦＭ変調器入力信号Ｓ１とＦＭ変調器入力信号Ｓ２とが重畳された信号をＦＭ信号に変換することができる。
また、追加する光位相変調器３１は光分岐部１３で分岐した２つの光路（以下、パスとよぶ）のうち位相変調器１４を設けていない方のパスに追加しても構わないし、両方のパスに追加しても良い。追加する光位相変調器の数も制限はない。追加する光位相変調器は、第２の実施形態におけるＦＭ変調器２２Ａ、２２Ｂにおいても同様に適用可能であり、光位相変調器をいずれのパスに追加しても良いし、その数も制限はない。
【００３０】
［第４の発明実施の形態］
次に、図６を参照しながら、第４の実施形態に係るＦＭ変調器４について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
第４の実施形態のＦＭ変調器４は、第１の実施形態のＦＭ変調器１において、光分岐部１３と光合波部１５との間に、光遅延部４１を設けたものである。
ＦＭ変調器の出力するＦＭ信号の中心周波数は、光分岐部１３から２分岐され、光合波部１５で再び合波される２つのパスの遅延差によって決まる。そのため、光遅延部４１を設けることで、ＦＭ信号の中心周波数を調整できる。光遅延部４１は、光ファイバや光導波路でも良いし、光位相変調器も遅延を可変できるため、光位相変調器で代用しても良い。
【００３１】
［第５の発明実施の形態］
次に、図７を参照しながら、第５の実施形態に係るＦＭ変調器５について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
第５の実施形態のＦＭ変調器５は、図７に構造を示すように、第１の実施形態における光分岐部１３、光合波部１５、光位相変調器１４を１つの基板上に集積したものであり、光導波路基板５０に実装させた構成となっている。
光導波路基板５０は、ＬｉＮｂ３基板であり、この光導波路基板５０には、同図に示すような形状の光導波路５１と、電極５２と、電極５３とが形成されている。電極５２はグランドで接続されている。電極５３はＦＭ変調器入力信号が入力される。電極５２と電極５３とは終端抵抗５４で終端されている。
【００３２】
本実施形態のＦＭ変調器５は、上記のような構成であり、光導波路５１には光分岐部１３と光合波部１５が形成してあり、さらに分岐した一方の光導波路５１Ａのパスの両端に電極５２、電極５３を配置しており、ここで光位相変調器１４を形成している。電極５２と５３との間の電位差によって、その間の光導波路パスの遅延量が変化し、光位相変調が可能となる。そのため、ＦＭ変調器入力信号を（信号）電極５２、（グランド）電極５３間に入力することで、光位相変調を施すことができる。
本実施形態では、上記の構成を第１の実施形態に係るＦＭ変調器に適用することで、光分岐部１３から光合波部１５の間の２つの光パスの遅延を安定させることが可能となり、ＦＭ変調器出力のＦＭ信号中心周波数を安定にすることができる。さらに２つのパスの光偏波も安定するため、受光素子でヘテロダイン検波した際の出力のレベルを安定させることができる。これは、光偏波が同一であればヘテロダイン検波出力は最大となり、偏波がずれると出力は小さくなるためである。また、この構造は第２〜４の実施形態でも適用可能であり、図７中の光位相変調器を直列につないだり、並列につないだりすることで、同様の効果が得られる。
【００３３】
［第６の発明実施の形態］
次に、図８を参照しながら、第６の実施形態に係るＦＭ変調器１を備えた光伝送装置６について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
本実施形態では、第１の実施形態に係るＦＭ変調器１を用いた光伝送装置６について示しており、この光伝送装置６は、光送信器６Ａと、光ファイバ６Ｂと、スターカプラ６Ｃと、光受信器６Ｄとを備えている。このうち、ＦＭ変調器については、第１〜５の実施形態に係るＦＭ変調器１〜５のいずれかを用いることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の動作について説明示する。
図８に示すように、伝送する多チャンネル映像信号は、光送信器６のＦＭ変調器１に入力され、ＦＭ信号に変換される。ここでＦＭ変調器１は、本発明の第１の実施形態１に係るＦＭ変調器１である。光送信器６Ａにおいて、ＦＭ信号がＥＯ変換部６１によって光信号に変換(電気／光変換)され、光ファイバ６Ｂを通じて伝送される。光ファイバ６Ｂ上ではスターカプラ６Ｃによって光分岐されており、分岐されたそれぞれの光ファイバ６Ｂは光受信器６Ｄに接続され、光信号が光受信器６Ｄに伝送される。光受信器６Ｄでは、ＯＥ変換部６２によって変換（光／電気変換）され、再びＦＭ信号へと変換され、ＦＭ復調器６３でＦＭ復調することで元の多チャンネル映像信号を出力する。
以上のような本実施形態の光伝送装置６において、本発明の第１〜５の実施形態に記載されたＦＭ変調器１〜５のいずれかを用いることで、位相雑音がなく、中心周波数の安定した良好なＦＭ信号が伝達可能となり、良好な（低雑音な）伝送が可能となる。
なお、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ノコギリ波によって光周波数が変化する半導体レーザの光出力の一方を、光位相変調器を通した光信号と光位相変調器を通さない光信号とを合波してその光周波数差でＦＭ信号を得るように構成しており、レーザの位相雑音によるＦＭ復調後の雑音劣化をなくすとともに、外部制御回路等を用いずにＦＭ信号の中心周波数を一定にすることができるようになり、光ファイバ伝送において、多チャンネルの映像信号等を伝送するための光伝送装置などに用いるＦＭ変調器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＦＭ変調器の構成を示すブロック図
【図２】（Ａ）から（Ｆ）は本発明第１の実施形態に係るＦＭ変調器の原理を示す各出力スペクトラム
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＦＭ変調器の構成を示すブロック図
【図４】（Ａ）から（Ｄ）は本発明の第２の実施形態に係るＦＭ変調器の原理を示す各各出力スペクトラム
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＦＭ変調器の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第４の実施形態に係るＦＭ変調器の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第５の実施形態に係るＦＭ変調器の要部構成を示す平面図
【図８】本発明の第６の実施形態に係る光伝送装置の構成を示すブロック図
【図９】（Ａ）は従来の多チャンネル映像伝送装置を示す構成ブロック図、（Ｂ）は従来のＦＭ変調器の構成を示すブロック図
【図１０】（Ａ）から（Ｆ）は従来のＦＭ変調器における各出力スペクトラム
【図１１】（Ａ）から（Ｅ）は従来のＦＭ変調器における位相雑音発生を示す各出力スペクトラム
【符号の説明】
【００３７】
１、２、３、４、５  ＦＭ変調器
１１  ノコギリ波信号発生源
１２  半導体レーザ
１３  光分岐部
１４  光位相変調器
１５  光合波部
１６  受光素子
２１  分岐回路
２２Ａ、２２Ｂ  第１、第２の光位相変調器
３１  位相変調器
４１  光遅延部
５０  光導波路基板（ＬｉＮｂ３基板）
５１  光導波路
５２、５３  電極
５４  終端抵抗
６  光伝送装置
６Ａ  光送信器
６Ｂ  光ファイバ
６Ｃ  スターカプラ
６Ｄ  光受信器
６１  ＥＯ変換部
６２  ＯＥ変換部
６３  ＦＭ復調器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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