(57)【要約】【課題】  偏光状態や温度環境に依存することなく、より高い信号検出感度を得る。【解決手段】  ホスト制御装置１３から光ファイバ通信網１４を介して基地局１２へ伝送したレーザ光を携帯通信機器１１からの電気信号ｆｍに基づき変調し、これをホスト制御装置１３へ伝送して検波する際に、生成したレーザ光を周波数ｆｍ２の変調信号に応じて変調してこれを基地局１２へ伝送し、また基地局１２から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、生成した電気信号から干渉信号｜ｆｍ２−ｆｍ｜を検波用に検出し、さらにこの電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて生成するレーザ光を制御する。【選択図】図１
2005151151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を、携帯通信機器から供給される周波数ｆｍの信号に基づき変調して、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する光通信システムにおいて、
上記ホスト制御装置は、
レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、周波数ｆｍ２の変調信号を発振する発振手段と、上記レーザ光生成手段において生成されたレーザ光を上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送する変調手段と、上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成する光電変換手段と、上記光電変換手段により生成された電気信号から干渉信号｜ｆｍ２±ｆｍ｜を検出する検波手段と、上記電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて上記レーザ光生成手段を制御するレーザ光制御手段とを有すること
を特徴とする光通信システム。
【請求項２】
上記基地局は、伝送されたレーザ光を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調する光変調器を有すること
を特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項３】
上記光変調器は、ファブリ−ペロー共振器であること
を特徴とする請求項２記載の光通信システム。
【請求項４】
上記発振手段は、上記基地局における光変調器の反射率特性に基づいて決定された周波数ｆｍ２の変調信号を発振すること
を特徴とする請求項２記載の光通信システム。
【請求項５】
上記発振手段は、上記変調信号の周波数を、上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差ＦＳＲに基づき、以下の式
ｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．５）
（Ｎは整数）
により決定すること
を特徴とする請求項４記載の光通信システム。
【請求項６】
上記光変調器は、伝送されたレーザ光を偏光方向に応じて分離する分離手段と、上記分離された各レーザ光の偏光方向を揃える偏光制御手段と、上記偏光制御手段から互いに異なる角度で入射された各レーザ光を対向する反射鏡間において共振させる共振手段と、上記共振手段において共振された光の位相を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調する位相変調手段とを有すること
を特徴とする請求項２記載の光通信システム。
【請求項７】
上記光変調器における上記分離手段は、複屈折素子により構成されること
を特徴とする請求項６記載の光通信システム。
【請求項８】
上記光変調器における共振手段は、上記分離された各レーザ光が互いに異なる反射鏡を介して入射されること
を特徴とする請求項６記載の光通信システム。
【請求項９】
上記位相変調手段は、電界を印加することにより屈折率が変化するバルク結晶であり、
上記偏光制御手段は、上記位相変調手段におけるバルク結晶の両端に配設された４５°偏光回転のファラデーローテータであること
を特徴とする請求項６記載の光通信システム。
【請求項１０】
上記位相変調手段は、電界を印加することにより屈折率が変化するバルク結晶であり、
上記偏光制御手段は、上記位相変調手段におけるバルク結晶の両端に配設された１／４波長板であること
を特徴とする請求項６記載の光通信システム。
【請求項１１】
ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する光通信方法において、
上記ホスト装置では、
生成したレーザ光を周波数ｆｍ２の変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送し、上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、上記生成した電気信号から干渉信号｜ｆｍ２±ｆｍ｜を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御すること
を特徴とする光通信方法。
【請求項１２】
上記基地局では、光変調器により、上記伝送されたレーザ光を変調すること
を特徴とする請求項１１記載の光通信方法。
【請求項１３】
上記基地局では、上記光変調器としてファブリ−ペロー共振器により、上記伝送されたレーザ光を変調すること
を特徴とする請求項１２記載の光通信方法。
【請求項１４】
上記基地局における光変調器の反射率特性に基づいて、発振する変調信号の周波数ｆｍ２を決定すること
を特徴とする請求項１２記載の光通信方法。
【請求項１５】
上記変調信号の周波数ｆｍ２を、上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差ＦＳＲに基づき、以下の式
ｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．５）
（Ｎは整数）
により決定すること
を特徴とする請求項１４記載の光通信方法。
【請求項１６】
上記光変調器では、伝送されたレーザ光を偏光方向に応じて分離し、上記分離した各レーザ光の偏光方向を揃え、互いに異なる角度で入射された上記各レーザ光を対向する反射鏡間において共振させ、上記共振された光の位相を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調すること
を特徴とする請求項１２記載の光通信方法。
【請求項１７】
上記光変調器では、複屈折素子により、上記伝送されたレーザ光を偏光方向に応じて分離すること
を特徴とする請求項１６記載の光通信方法。
【請求項１８】
互いに異なる反射鏡を介して入射された上記各レーザ光を共振させること
を特徴とする請求項１６記載の光通信方法。
【請求項１９】
電界を印加することにより屈折率が変化するバルク結晶により上記共振された光の位相を変調し、また上記バルク結晶の両端に配設された４５°偏光回転のファラデーローテータにより各レーザ光の偏光方向を揃えること
を特徴とする請求項１６記載の光通信方法。
【請求項２０】
電界を印加することにより屈折率が変化するバルク結晶により上記共振された光の位相を変調し、また上記バルク結晶の両端に配設された１／４波長板により各レーザ光の偏光方向を揃えること
を特徴とする請求項１６記載の光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重通信に適用される光通信システム及びその方法に関し、特に符号分割多重接続を行う移動体通信に好適な光通信システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量のデータ情報を伝送可能な光通信システムにおいて、より高速かつ高密度な情報伝送技術が従来から望まれている。その中でも特に、光ファイバの広い低損失波長領域を効果的に使用する波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing、ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）通信方式は、伝送容量を大幅に増大できる通信方式として注目されている。この波長多重通信方式は、波長の異なる多数の光を波長合成器により多重化して１本の光ファイバに結合し、長距離伝送した後に波長分波器で波長毎に分離して信号を取り出す方式である。すなわちｎ波の異なる波長の光を多重することにより、各波長の伝送容量のｎ倍の伝送容量を得ることできる。
【０００３】
また近年において、上述の如きＷＤＭ通信方式に基づいて符号分割多重接続を行う移動体通信システムも提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
この移動体通信システム７は、図１４に示すように、歩行者が携帯可能な移動体端末としての携帯通信機器７１と、携帯通信機器７１との間で無線信号を送受信を行うことにより通信を中継するための複数の基地局７２a,７２b,７２cと、接続された光ファイバ通信網７４を介して各基地局７２を含めたネットワーク全体における通信を制御するホスト制御装置７３とを備えている。
【０００５】
携帯通信機器７１は、音声による通話を行うための携帯電話やＰＨＳ（パーソナルハンディホンシステム）等であり、各地区に設けられた基地局７２との間で無線信号を送受信すべく、車載或いは携帯できるように構成されている。
【０００６】
各基地局７２には、図１５に示すように、結晶の屈折率を外部電界によって変化させることにより、導波路中を伝搬するレーザ光の光強度を変調する光変調器８１が搭載されている。この光変調器８１には、変調電界の方向がレーザ光の伝搬方向に対して直角になるように図示しない電極が形成され、この図示しない電極には、携帯通信機器７１との間で無線信号を送受信するためのアンテナ８２が接続されている。光変調器８１は、ホスト制御装置７３から光ファイバ通信網７４を介して伝送されたレーザ光をアンテナ８２を介して受信した無線信号に応じて変調する。そして、この変調したレーザ光を再び光ファイバ通信網７４を介してホスト制御装置７３へ伝送する。
【０００７】
ホスト制御装置７３は、図１５に示すように、基地局７２へ伝送するためのレーザ光を発生させるレーザ光発生部８６と、基地局７２において強度変調されたレーザ光を光電変換して検波出力を得るための光検出部８７とを備えており、各基地局７２a,７２b,７２cからの検波出力を一括管理することができる。
【０００８】
このような移動体通信システム７では、ホスト制御装置７３におけるレーザ光発生部８６から発生されたレーザ光を光ファイバ通信網７４を介して各基地局７２a,７２b,７２cへ伝送する。各基地局７２は、この伝送されたレーザ光を光変調器８１における導波路内へ伝搬させた上で、これを再びホスト制御装置７３へ伝送する。ここで、歩行者より携帯通信機器７１を介して発呼された場合において、仮に当該携帯通信機器７１が基地局７２ａの周辺にあるときには、無線信号が基地局７２ａへ送信されることになる。基地局７２ａにおける光変調器８１は、かかる無線信号をアンテナ８２を介して受信し、上述した図示しない電極へこれを供給する。光変調器８１における導波路内を伝搬するレーザ光には、図示しない電極へ供給される無線信号に応じて変調電界が印加され、所望の光強度変調が施されることになる。
【０００９】
即ち、基地局７２へ伝送されるレーザ光は、当該基地局７２周辺にある携帯通信機器７１から発呼された場合に、上述した無線信号に含まれる通話内容に応じた光強度変調が施されることになる。一方、この基地局７２へ伝送されるレーザ光は、当該基地局７２周辺にある携帯通信機器７１から発呼されなかった場合に、上述した位相変調が施されることはなくなる。ホスト制御装置７３では、基地局７２から光ファイバ通信網７４を介して伝送されるレーザ光につき光強度変調が施されていた場合には、これを光電変換することにより、通話内容に応じた検波出力を得ることが可能となる。
【００１０】
このような構成からなる移動体通信システム７では、基地局７２とホスト制御装置７３間を光ファイバで接続することができることから、低損失かつ高速なシステムを構築することができる。また基地局７２毎にレーザ光発生部８６や光検出部８７等の各構成を設ける必要がなくなることから、小型で簡易なシステムを構築することができる。
【００１１】
ところで、上述の如き移動体通信システム７において、基地局７２に搭載する光変調器８１として、マッハ−ツェンダー型光変調器（以下、ＭＺ光変調器という。）を用いる場合と、ファブリ−ペロー共振器を適用したファブリ−ペロー型光変調器（以下、ＦＰ光変調器という。）を用いる場合がある。
【００１２】
ＦＰ光変調器と比較して低変調効率であるＭＺ光変調器は、基地局７２において高感度で信号を受けるために、換言すれば高いＳＮ比で信号を受信するために、必要な電源を確保すべくＭＺ光変調器の前後にマイクロ波アンプを設けなければならなかった。このため、配電のために必要なコストやバッテリー交換等のメンテナンスに必要なコストが過大となるという問題点があり、また外部と絶縁されていない構成であるために、落雷に対する危険性を回避することができないという問題点もあった。
【００１３】
これに対してＦＰ光変調器は、図１６(a),(b)に示すようにＭＺ光変調器と比較して遙かに急峻な反射率／電圧特性を有する。このため、入力信号に応じて変調されるレーザ光の振幅を大きくすることができ、変調効率を大幅に向上させることができるため、より高感度な動作を実現することができる。
【００１４】
即ち、ＦＰ光変調器は、ＭＺ光変調器と比較して、低電圧で駆動させることができ、またＦＰ光変調器の前後にマイクロ波アンプを設ける必要がなくなることから配電コストやメンテナンスコストを大幅に削減することができる。更にこのＦＰ光変調器は、外部と完全に絶縁される構成であるために、落雷に対する保守性を向上させることも可能となる。
【００１５】
【非特許文献１】A Study of Base Station without Electrical Power Supply using an Optically-Resonant Modulator
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、このようなＦＰ光変調器において光変調を行うためには、ＦＰ光変調器に加える電圧のＤＣ成分を図１６(b)に示す動作電圧に設定するか、レーザ光発生部８６から出力するレーザ光の周波数をＦＰ光変調器に印加される動作電圧のＤＣ成分が０Ｖとなるように制御する必要がある。
【００１７】
図１７は、ＦＰ光変調器に加える電圧のＤＣ成分を０Ｖとして、レーザ光の周波数を変化させた場合における透過率の変化を示している。レーザ光発生部８６から出力するレーザ光の周波数を、この図１７に示す透過率／レーザ光周波数のスロープ位置にくるように制御する。またホスト制御装置７３は、ＦＰ光変調器を透過したレーザ光の強度を光検出部８７を介して検出し、これに基づきレーザ光発生部８６から出力するレーザ光の周波数を制御する。即ち、ＤＣ成分からバイアス成分を除いた信号を検出し、これが０となるようにレーザ光の周波数をフィードバック制御する。
【００１８】
しかしながら、移動体通信システム７において、上述の如きＦＰ光変調器を光変調器８１として適用する場合にであっても、光ファイバ通信網７４に配設される光ファイバにおける劣化や偏光方向の回転、更にはレーザ光発生部８６におけるレーザ光源自体の劣化により、レーザ光の強度が変動することになり、ひいてはＦＰ光変調器に加える電圧のＤＣ成分を０Ｖとしてロックするためのロック点が変動してしまい、検出感度を一定に制御することができないという問題点が生じる。
【００１９】
また、ＦＰ光変調器の最大変調を得るためには、レーザ光の周波数を図１７に示す透過率／レーザ光周波数の極大にロックすることにより、共振周波数に制御する必要がある。かかる場合において変調によるサイドバンド成分を最大とすることはできる。
【００２０】
しかしながら、上述の如きＦＰ光変調器を光変調器８１として適用する場合において、これを実現することができないという問題点があった。また仮に透過率／レーザ光周波数の極大にロックすることができる場合であっても、透過率／電圧特性の電圧微分は０となり、光強度変調に基づく検波を行うことができないという問題点があった。
【００２１】
また、光変調器７１としてのＦＰ光変調器における変調特性は、ホスト制御装置７３から伝送されるレーザ光の偏光方向や温度環境等に依存するが、光ファイバ通信網７４に配設される光ファイバが偏光保存ファイバであるとは限らず、また基地局７２は、必ずしも恒温環境下に設置されるとは限らないため、これらの影響を除去した高精度な変調を実現する上で何らかの制約がかかるという問題点もある。
【００２２】
更に、ホスト制御装置７３側における検波の感度は、伝搬させるレーザ光の位相雑音や強度雑音に応じて変化し、所望のＳＮ比が得られないという問題点もある。
【００２３】
そこで本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、波長多重通信に適用される光通信システム及び方法に関し、偏光状態や温度環境に依存することなく、より高い信号検出感度を得ることができる光通信システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明では、上述した問題点を解決するために、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する際に、生成したレーザ光を周波数ｆｍ２の変調信号に応じて変調してこれを基地局へ伝送し、また基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、生成した電気信号から干渉信号｜ｆｍ２±ｆｍ｜を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御する。
【００２５】
即ち、本発明を適用した光通信システムは、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を、携帯通信機器から供給される周波数ｆｍの信号に基づき変調して、これをホスト制御装置へ伝送して検波する光通信システムにおいて、ホスト制御装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、周波数ｆｍ２の変調信号を発振する発振手段と、レーザ光生成手段において生成されたレーザ光を発振手段から供給された上記変調信号に応じて変調してこれを基地局へ伝送する変調手段と、基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成する光電変換手段と、光電変換手段により生成された電気信号から干渉信号｜ｆｍ２±ｆｍ｜を検出する検波手段と、電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて上記レーザ光生成手段を制御するレーザ光制御手段とを有する。
【００２６】
また、本発明を適用した光通信方法は、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調し、これをホスト制御装置へ伝送して検波する光通信方法において、ホスト装置では、生成したレーザ光を周波数ｆｍ２の変調信号に応じて変調してこれを基地局へ伝送し、基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、生成した電気信号から干渉信号｜ｆｍ２±ｆｍ｜を検波用に検出し、さらに電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて生成するレーザ光を制御する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号ｆｍに基づき変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する際に、生成したレーザ光を周波数ｆｍ２の変調信号に応じて変調してこれを基地局へ伝送し、また基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、生成した電気信号から干渉信号｜ｆｍ２±ｆｍ｜を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数ｆｍ２の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御する。
【００２８】
これにより、光ファイバ通信網に配設される光ファイバにおける劣化や偏光方向の回転、更にはレーザ光発生部におけるレーザ光源自体の劣化により、レーザ光の強度が変動する場合であっても、検出感度を一定に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施するための最良の形態として、図１に示す移動体通信システム１を適用する場合を例にとり説明をする。
【００３０】
移動体通信システム１は、例えば、ＷＤＭ通信方式に基づいて符号分割多重接続を行うシステムとして適用され、図１に示すように、歩行者が携帯可能な移動体端末としての携帯通信機器１１と、携帯通信機器１１との間で無線信号を送受信を行うことにより通信を中継するための複数の基地局１２a,１２b,１２cと、接続された光ファイバ通信網１４を介して各基地局１２を含めたネットワーク全体における通信を制御するホスト制御装置１３とを備えている。
【００３１】
携帯通信機器１１は、各地区に設けられた基地局１２との間で無線信号を送受信すべく、車載或いは携帯できるように構成されている。即ち、この携帯通信機器１１は、例えばファクシミリ通信やパーソナルコンピュータ等に搭載されてデータ通信を行うための装置を含むものであるが、一般には音声による通話を行うための携帯電話やＰＨＳ（パーソナルハンディホンシステム）等であり、特に小型軽量で携帯性に特化した機器として構成されている。
【００３２】
各基地局１２には、図２に示すように、結晶の屈折率を外部電界によって変化させることにより、媒質中を伝搬するレーザ光の位相を変調する光変調器２１が搭載されている。光変調器２１は、ｆｍがｆＳＲの整数倍のときに変調効率が最大となる。この光変調器２１は、ファブリ−ペロー共振器を適用したいわゆるファブリ−ペロー型光変調器であり、ホスト制御装置１３から光ファイバ通信網１４を介して伝送されたレーザ光を共振させるために誘電体多層膜等で構成された第１のミラー３１並びに第２のミラー３２と、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等のバルク結晶からなり、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光位相変調部３３と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して直角になるように光位相変調部３３の上面と底面に形成された電極３４とを備えている。この電極３４には、携帯通信機器１１との間で無線信号を送受信するためのアンテナ４が接続されている。
【００３３】
このような構成からなる光変調器２１では、ホスト制御装置１３から光ファイバ通信網１４を介して伝送されたレーザ光の一部が第１のミラー３１から入射される。この入射されたレーザ光は、略平行に配設されたこの第１のミラー３１と第２のミラー３２によって共振し、また電極３４へ供給される無線信号に応じて変調電界がかかる結果、所望の位相変調が施されることになる。
【００３４】
ホスト制御装置１３は、基地局１２へ伝送するためのレーザ光を発生させ、また基地局１２において変調されたレーザ光を光電変換して検波出力を得る。即ち、このホスト制御装置１３は、各基地局１２a,１２b,１２cからの検波出力を一括管理することができる。なお、このホスト制御装置１３における構成の詳細については、後述する。
【００３５】
このような移動体通信システム１では、ホスト制御装置１３から出力されたレーザ光を光ファイバ通信網１４を介して各基地局１２a,１２b,１２cへ伝送する。各基地局１２は、この伝送されたレーザ光を光変調器２１における光位相変調部３３内を伝搬させ、更に共振させた上で、第１のミラー３１を反射したレーザ光（反射光）をホスト制御装置１３へ伝送する。
【００３６】
ここで歩行者より携帯通信機器１１を介して発呼された場合において、仮に当該携帯通信機器１１が基地局１２ａの周辺にあるときには、周波数ｆｍの無線信号が基地局１２ａへ送信されることになる。基地局１２ａにおける光変調器１１は、かかる無線信号をアンテナ４を介して受信し、これを電極３４へ供給する。光変調器２１における光位相変調部３３内を伝搬するレーザ光には、電極３４へ供給される周波数ｆｍの無線信号に応じて変調電界が印加され、所望の位相変調が施されることになる。
【００３７】
即ち、基地局１２へ伝送されるレーザ光は、当該基地局１２周辺にある携帯通信機器１１から発呼された場合に、上述した無線信号に含まれる通話内容に応じた位相変調が施されることになる。一方、この基地局１２へ伝送されるレーザ光は、当該基地局１２周辺にある携帯通信機器１１から発呼されなかった場合に、上述した位相変調が施されることはなくなる。ホスト制御装置１３では、基地局１２から光ファイバ通信網１４を介して伝送されるレーザ光につき位相変調が施されていた場合には、これを光電変換することにより、通話内容に応じた検波出力を取得することが可能となる。
【００３８】
次に、ホスト制御装置１３の構成につき、図３を用いて詳細に説明をする。
【００３９】
ホスト制御装置１３は、基地局１２へ伝送するためのレーザ光を発生させるレーザ光発生部４１と、レーザ光発生部４１から出射されたレーザ光につき位相変調を施す位相変調器４２と、位相変調器４２により位相変調されて出力されるレーザ光の光路中に配された光サーキュレータ４３と、基地局１２において変調されたレーザ光を光電変換する光検出部４４と、光検出部４４において光電変換された電気信号から各周波数成分を検出するための第１の帯域フィルタ（第１のＢＰＦ）４５並びに第２の帯域フィルタ（第２のＢＰＦ）４６と、所定の周波数の変調信号を発振する発振器４８と、上記発振器４８から出力される変調信号の位相を位相変調器４２がレーザ光に対して施すべき位相変調に応じて調整する位相調整部４９と、第１のＢＰＦ４５において検出された周波数成分の電気信号と発振器４８からの変調信号とを乗算する二重平衡変調器（ＤＢＭ）５０と、ＤＢＭ５０から出力された制御信号に応じてレーザ光発生部４１を制御する制御アンプ５１とを備えている。
【００４０】
レーザ光発生部４１は、制御アンプ５１による制御の下、所定の周波数のレーザ光を発生するための光源であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ、ＧａＡｓ等の半導体レーザ、ＡｒＦ等のガスレーザ等の各種レーザ、さらには、外部共振させることによりレーザ光を発光する半導体レーザ、ＬＥＤもしくはキセノンランプ等の光を出射する光源である。ちなみに、このレーザ光発生部４１として、半導体レーザ等を用いる場合には、係る半導体レーザに加える電流変調で位相変調を行うことにより、位相変調器４３の構成を省略するようにしてもよい。
【００４１】
位相変調器４２では、レーザ光が当該位相変調器４２内を伝搬する時間に同期した変調信号を位相調整部４９から駆動入力させることにより、かかるレーザ光につき位相変調をかけることができる。これにより、レーザ光の周波数を中心としたサイドバンドを生成することができる。また、隣接したサイドバンド間における周波数間隔は、全て入力された変調信号の周波数ｆｍ２と同等となる。周波数間隔に応じて変調信号の周波数をｆｍ２とするために、発振器４８は、周波数ｆｍ２の変調信号を生成し、また位相調整部４９では、かかる周波数ｆｍ２の電気信号の位相を調整する。
【００４２】
光サーキュレータ４３は、位相変調器４２において変調されたレーザ光を透過させて各基地局１２へ導くとともに、各基地局１２から戻ってくるレーザ光を反射させて光検出部４４へと導く。ちなみに、この光サーキュレータ４３は、無偏光ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタ等に代替してもよい。
【００４３】
光検出部４４は、この光サーキュレータ４３を反射し、更に図示しないシリンドリカルレンズ等によりビームスポットの大きさにつき調整されたレーザ光を受光して光電変換する受光素子である。
【００４４】
第１のＢＰＦ４５は、光検出部４４において生成された電気信号のうち、発振器４８において発振される周波数ｆｍ２の成分のみ検出し、これをＤＢＭ５０へ出力する。また第２のＢＰＦ４６は、光検出部４４において生成された電気信号のうち、周波数｜ｆｍ２±ｆｍ｜の成分のみ検出し、これを検波出力とする。
【００４５】
ＤＢＭ５０は、第１のＢＰＦ４５において検出された周波数ｆｍ２の電気信号と、発振器４８を介して送信される周波数ｆｍ２の変調信号とを乗算することにより、レーザ光発生部４１から発生させたレーザ光の位相変化の成分を取り出した制御信号を生成する。このＤＢＭ５０において生成された制御信号は、制御アンプ５１へ送信される。
【００４６】
制御アンプ５１は、ＤＢＭ５０から送信された制御信号に基づいて、レーザ光発生部４１が出力するレーザ光の周波数等を制御する。
【００４７】
これにより、光ファイバ通信網に配設される光ファイバにおける劣化や偏光方向の回転、更にはレーザ光発生部におけるレーザ光源自体の劣化により、レーザ光の強度が変動する場合であっても、位相変化の成分のみ取り出すことができ、光強度変化の影響が受けにくくなることから、検出感度を一定に制御することができる。
【００４８】
また、本発明を適用した移動体通信システム１では、以下に説明するバウンドドレーバ法に基づき、レーザ光発生部４１から出力されるレーザ光を制御する。このバウンドドレーバ法では、光変調器２１における反射率のボトムになるようにレーザ光の周波数を制御する方法である。一般にファブリ−ペロー共振器を利用した光変調器２１は、マッハ−ツェンダー型光変調器を利用する場合と比較して遙かに急峻な反射率／電圧特性を有するため高効率な光変調を実現させることができる。この光変調器２１において、高効率な光変調を実際にレーザ光に対して施すためには、変調信号の周波数ｆｍ２を制御することにより、光変調器２１における共振周波数に応じて決定する必要がある。このため、反射光におけるＤＣ成分のドリフトの影響を軽減すべく、バウンドドレーバ法に基づき、図４に示すように光変調器２１における位相変調が最大となるように（強度変調が０となるように）信号を生成し、０クロス点でロックするようにレーザ周波数を制御する。なお、この図４において、光位相変調部３３に加える電圧のＤＣ成分を０Ｖとしてレーザ光の周波数を変化させた場合に、光位相変調部３３における反射率の極小値に対応した周波数差をＦＳＲとする
図５は、光位相変調部３３の反射率／レーザ光周波数特性に対する各周波数ｆｍ２の関係を示している。ここで図５(a)に示すような光位相変調部３３の反射率／レーザ光周波数特性に対して、変調信号の周波数をｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．５）とした場合（図５(b)）、ｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．４）とした場合（図５(c)）、ｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．１）とした場合（図５(d)）につき、いずれにおいても、反射率／レーザ光周波数特性のボトムにおいて０クロスが生じている。これは、いずれの場合においても光位相変調部３３につき最大変調が得られる反射率／レーザ光周波数のボトムにおいてロックすることができることを示唆している。
【００４９】
特に、変調信号の周波数をｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．５）とした場合（図５(b)）において、Ｌ点が光位相変調部３３における反射率／レーザ光周波数のボトムに相当するため、Ｌ点を安定点として調整することにより、反射率／レーザ光周波数のボトムにおいてロックすることができる。またフィードバックの符号を反転することにより、Ｍ点を安定点として調整することも可能である。
【００５０】
これに対して、ｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．４）とした場合（図５(c)）、ｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．１）とした場合（図５(d)）においては、反射率／レーザ光周波数のボトムに相当しない“×”印で示される箇所においても安定点が生じてしまい、これを防ぐためには、コンピュータ等を用いた複雑な制御系が必要となる。
【００５１】
即ち、変調信号の周波数ｆｍ２を光位相変調部３３おけるＦＳＲの（Ｎ＋０．５）倍とすることにより、複雑な制御系を構築しなくても確実に反射率／レーザ光周波数のボトムにおいてロックすることができる。かかる状態で携帯通信機器１１から受信した無線信号の周波数ｆｍに基づいて、光位相変調部３３に共鳴するレーザ光をより高効率に変調することができる。
【００５２】
また、上述の如き構成からなるホスト制御装置１３を含む移動体通信システム１では、以下の動作が実現されることになる。
【００５３】
レーザ光発生部４１において発生されたレーザ光の周波数特性は、図６(a)に示すように単一のキャリア成分のみで構成されている。かかるレーザ光が位相変調器４２において周波数ｆｍ２の変調信号により変調され、図６(b)に示すように周波数間隔ｆｍ２のサイドバンドが広帯域にわたり生成された状態となる。ちなみに、この図６(b)において、位相変調の変調指数は１以下を仮定し、２次以上のサイドバンド成分は微弱であるため無視している。
【００５４】
かかるサイドバンドが生成されたレーザ光は、そのまま光サーキュレータ４３を透過し、光ファイバ通信網１４を介して各基地局１２へ伝送される。各基地局１２周辺にある携帯通信機器１１から発呼された場合には、周波数ｆｍの無線信号が当該基地局１２へ送信され、また基地局１２に搭載された光変調器２１内を伝搬するレーザ光には、周波数ｆｍの無線信号に応じて変調電界が印加されて位相変調が施される。
【００５５】
図６(c)は、光変調器２１において周波数ｆｍの無線信号に基づいて位相変調が施されたレーザ光の周波数特性を示している。この図６(c)に示すように周波数ｆｍの無線信号に基づいて変調される結果、周波数間隔ｆｍのサイドバンドが新たに生成されることになる。またこの図６(c)に示すように、周波数間隔ｆｍ２のサイドバンド間隔は、周波数ｆｍ２が光位相変調部３３におけるＦＳＲの（Ｎ＋０．５）倍に設定されているため、図６(d)に示す反射率／レーザ光周波数のボトムに一致せず減衰することはない。これに対してキャリア成分は、図６(d)に示す反射率／レーザ光周波数のボトムに一致するため、０になる。
【００５６】
このように光位相変調部３３から第２のミラー３２を介して出射されたレーザ光は、周波数ｆｍ２の変調信号によるサイドバンド成分と、携帯通信機器１１からの周波数ｆｍの無線信号によるサイドバンド成分が主たる周波数成分となる。ホスト制御装置１３において、かかる周波数成分を有するレーザ光を光検出部４４を介して光電変換することにより、検波出力は、周波数ｆｍ２のサイドバンド成分と周波数ｆｍのサイドバンド成分との干渉信号である｜ｆｍ２±ｆｍ｜成分と、２×ｆｍ２成分がメインとなる。２×ｆｍ成分も存在するが、僅かであるため無視できる。
【００５７】
ここで｜ｆｍ２−ｆｍ｜成分につき説明をする。なお、｜ｆｍ２＋ｆｍ｜成分についても同様であるため、この｜ｆｍ２−ｆｍ｜成分における説明を引用する。
【００５８】
光位相変調部３３から第２のミラー３２を介して出射されたレーザ光は、図６(c)に示すように、高周波側のサイドバンド成分並びに低周波側のサイドバンド成分が存在するが、反射率／レーザ光周波数のボトムにロックされた場合において、光位相変調部３３と位相変調器４２とは等価に働くため、ｆｍ２の変調成分とｆｍの変調成分は、高周波側及び低周波側においてそれぞれ同相となる。即ち、図６(c)に示すように、高周波側、低周波側においてそれぞれ生成されるサイドバンドの周波数成分は、互いにキャリア成分の周波数を介して対称となり、また電場の正負は互いに逆となる。その結果、ｆｍ２−ｆｍのビートから見て高周波側のサイドバンド成分と低周波側のサイドバンド成分とは、互いに同相となり、互いに強め合うため打ち消し合わない。このｆｍ２−ｆｍの成分は、携帯通信機器１１から送信された無線信号の周波数ｆｍを含んでいることから、ホスト制御装置１３は、光検出部４４を介して光電変換した電気信号からこのｆｍ２−ｆｍを第２のＢＰＦ４６を介して検出して検波出力とすることができる。
【００５９】
即ち、このような移動体通信システム１では、反射率／レーザ光周波数のボトムにキャリア成分を一致させるレーザ制御と、ｆｍ２−ｆｍの周波数成分における検波を同時に実現することができる。通常、レーザ制御に用いる位相変調と、検波に用いる位相変調を同一条件下で行う必要はないが、同じ周波数で変調することにより、システムを大幅に簡略化させることができる。
【００６０】
また雑音に関しては、ｆｍ２の±１次のサイドバンドにおける高周波成分側の｜ｆｍ２−ｆｍ｜離れた点の位相雑音が検波に影響するが、この周波数の雑音成分は、各周波数成分ｆｍが、ＦＳＲの整数倍である場合には、光位相変調部３３の反射特性がノッチフィルタとして働くため失われる。このため、本発明では、いわゆるファブリ−ペロー共振を実現するための第１のミラー３１と第２のミラー３２における最小反射率をできるだけ小さく設計することにより、レーザ雑音の影響を軽減させるようにしてもよい。
【００６１】
図７は、周波数ｆｍ２の変調信号による位相変調の変調指数β２に対するＳ／Ｎ比の関係を示している。この図７における曲線ｋは、熱雑音を含まない場合における変調指数β２に対するＳ／Ｎ比の関係を示している。また曲線ｌは、熱雑音を含む場合であって、かつ図５(b)におけるＬ点を安定点として調整した場合における変調指数β２に対するＳ／Ｎ比の関係を示している。また曲線ｍは、熱雑音を含む場合であって、かつ図５(c)におけるＬ点を安定点として調整した場合における変調指数β２に対するＳ／Ｎ比の関係を示している。
【００６２】
この図７に示すように、信号強度がｆｍ２のサイドバンド振幅とｆｍのサイドバンド振幅の積に比例することを利用することにより、光電変換した電気信号のＳ／Ｎ比の最適化を図ることが可能となる。
【００６３】
なお、本発明を適用した移動体通信システム１では、変調信号の周波数をｆｍ２＝ＦＳＲ（Ｎ＋０．５）とするとき、Ｍ点を安定点する場合においても、Ｌ点を安定点とする場合とほぼ同様に検波することができる。図５(b)に示すように、光位相変調部３３における反射率／レーザ光周波数のボトムで０クロスが生じる一方で、反射率／レーザ光周波数特性のボトムが無い中間部分にあたるＭ点においても０クロスが生じる。またＭ点を安定点として制御した場合であっても、周波数ｆｍ２の変調信号による位相変調により生じたサイドバンドＳＢ１は、反射率／レーザ光周波数のボトムと一致する。かかるサイドバンドＳＢ１は、基地局１２における光変調器２１において、携帯通信機器１１からの周波数ｆｍの無線信号により変調されることになる。
【００６４】
かかる場合において、図８(a)に示すような周波数間隔ｆｍ２のサイドバンドＳＢ１が広帯域にわたり生成されたレーザ光は、光ファイバ通信網１４を介して各基地局１２へ伝送され、また各基地局１２周辺にある携帯通信機器１１から発呼された場合には、光変調器２１において周波数ｆｍの無線信号に基づいて位相変調が施される。ここでＭ点を安定点として制御する場合において、サイドバンドＳＢ１に基づいて更に深い位相変調がかけられる。換言すれば周波数間隔ｆｍ２のサイドバンドＳＢ１は、光変調器２１内において周波数ｆｍにより変調されることになる。その結果、サイドバンドＳＢ１を中心として±ｆｍの周波数間隔で新たにサイドバンドＳＢ２が発生することになる。更にサイドバンドＳＢ３も発生する。
【００６５】
ちなみに、光位相変調部３３における反射率は、キャリア成分の帯域において高いため、キャリア成分自体が減衰することはない。そして、かかるキャリア成分とサイドバンドＳＢ２とが互いに干渉する結果、干渉信号ｆｍ２−ｆｍの成分が強め合う。即ち、Ｍ点を安定点として調整する場合においても同様に、ｆｍ２−ｆｍの周波数成分を検波することができ、更にはＬ点を安定点として調整する場合とほぼ等しい強度の干渉信号を得ることができる。
【００６６】
また雑音に関しても、通常キャリア成分から高周波側或いは低周波側においてｆｍ２−ｆｍ離れた帯域における強度雑音が検波に影響するが、かかる帯域における雑音成分は、光変調器２１の反射特性がいわゆるノッチフィルタとして働くため失われることになる。従って、光位相変調部３３における最小反射率をできるだけ小さく設計することにより、検波時における雑音の影響を軽減させることができる。
【００６７】
なお本発明を適用した移動体通信システム１では、各基地局１２へ搭載する光変調器１１として以下に説明する偏光無依存のリング型電気光学変調器を用いてもよい。
【００６８】
このリング型電気光学変調器８０は図９に示すように、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３からなる光共振器１１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された電極１１５と、上述した各構成要素が組み込まれる温度補償筐体１１６とを備えている。また、この第１のミラー１１２に対してそれぞれ入出射するための光を伝搬させる光ファイバからなる第１の光路１２１並びに第２の光路１２２と、第１の光路１２１の終端に配設された第１のコリメータ１３１と、第２の光路１２２の終端に配設された第２のコリメータ１３２と、第１の光路１２１並びに第２の光路１２２に対してそれぞれ連結されてなる偏波保存カプラ１４１とを備えている。
【００６９】
光位相変調器１１１は、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光デバイスである。光位相変調器１１１は、導波路１２と同一の材質として構成してもよい。ちなみに、この光位相変調器１１１における各側面は、入射された光を全反射するように反射率が制御される。このため、図９に示すように、第１のミラー１１２を介して斜め方向から入射された光は、それぞれ光位相変調器１１１の側面により全反射され、また第２のミラー１１３により反射されるため、あたかも光位相変調器１１１内でリングを描くような経路をとる。
【００７０】
第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３は、光共振器１１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
【００７１】
第１のミラー１１２は、光位相変調器１１１の光入射側に配され、第１のコリメータ１３１或いは第２のコリメータ１３２から光が入射される。また、この第２のミラー１１３を反射して光位相変調器１１１を通過した一部の光を反射し、また一部の光を外部へ出射する。
【００７２】
電極１１５は、無線信号を送受信するためのアンテナ４が接続されている。この電極１１５に対して、外部から供給される周波数ｆｍの無線信号により、光位相変調器１１１内を伝搬する光に位相変調がかけられる。
【００７３】
偏波保存カプラ１４１は、上記光ファイバ通信網１４に接続されてなる光ファイバ通信網４４０から伝送された光から、水平方向の直線偏光と、垂直方向の直線偏光とを分離する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第１の光路１２１を伝搬し、また垂直方向の直線偏光成分を含む光は、第２の光路１２２を伝搬する。
【００７４】
第１の光路１２１は、光ファイバを回転させて設置することにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させる。これにより、第１の光路１２１を伝搬する光と、第２の光路１２２を伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。なお、第２の光路１２２においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。
【００７５】
第１のコリメータ１３１並びに第２のコリメータ１３２は、それぞれ第１の光路１２１,第２の光路１２２を伝搬した光を平行光にして、これを光共振器１１０を構成する第１のミラー１１２へ出射する。
【００７６】
このようなリング型電気光学変調器８０では、光ファイバ通信網４４０から伝搬されてくる光が先ず偏波保存カプラ１４１に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて分離されて第１の光路１２１,第２の光路１２２を伝搬することになる。この分離された光は、それぞれ偏光方向を回転制御された後で第１のコリメータ１３１,第２のコリメータ１３２を介して平行光として出射される。この出射された各光は、それぞれＡ方向、Ｂ方向から第１のミラー１１２を通過してそのまま光位相変調器１１１の側面により全反射されつつ伝搬することになる。そして第２のミラー１１３を反射した各光は再び第１のミラー１１２へ戻り、一部は反射し、また一部は第１のミラー１１２を介して外部へ出射されることになる。
【００７７】
即ち、Ａ方向から入射された光は、図９に示すように左回りにリングを描くように光位相変調器１１１内を伝搬し、第１のミラー１１２を介してＢ方向へ出射される。そしてこのＢ方向から出射された光は、第２のコリメータ１３２を介して第２の光路を伝搬し、偏波保存カプラ１４１へ戻る。同様に、Ｂ方向から入射された光は右回りにリングを描くように伝搬し、第１のミラー１１２を介してＡ方向へ出射される。そして、このＡ方向から出射された光は、第２のコリメータ１３２を介して第２の光路を伝搬し、偏波保存カプラ１４１へ戻る。ちなみに、偏波保存カプラ１４１へ戻った各光は、互いに合成されて再び光ファイバ通信網４４０へ送信されることになる。
【００７８】
このようなリング型電気光学変調器８０では、仮に光位相変調器１１１を構成する材料の屈折率や変調効率がある特定の偏光方向に強く依存する場合に、当該偏光方向に応じて、偏波保存カプラ１４１において分離された各光の偏光方向を同一方向に制御することができる。これにより、供給される光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。
【００７９】
また、光ファイバ通信網４４０に配設される光ファイバが偏光保存ファイバでなくても、これを偏光方向を制御しつつ高効率な位相変調を施すことができる。このため、各基地局１２へ搭載する光変調器８１として、このリング型電気光学変調器８０を用いることにより、システム全体の汎用性を高めることも可能となる。
【００８０】
なお、このリング型電気光学変調器８０の温度補償筐体１１６における材質や構造を、光位相変調器１１１を構成する結晶の熱膨張率、熱屈折率の変化を補償できるようにしてもよい。これにより、基地局１２が設置される温度環境等を除去した高精度な変調を実現することができる。
【００８１】
ちなみに、本発明を適用したリング型電気光学変調器８０は上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、複屈折素子と用いて各偏波成分を分離する図１０に示すリング型電気光学変調器９０に適用してもよい。なお、この図１０に示すリング型光電気光学変調器９０においてリング型電気光学変調器８０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
このリング型電気光学変調器９０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器１１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー２１２及び第２のミラー２１３からなる光共振器２１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された電極１１５とを備えている。またリング型電気光学変調器９０は、光ファイバ通信網４４０からの光を平行光にするコリメータレンズ２３１と、コリメータレンズ２３１から出射された光を各偏光成分に応じて分離する複屈折素子２４１と、複屈折素子２４１において分離された一の偏光成分を有する光の光路（以下、第１の光路２２１という。）上に配設された１／２波長板２３２と、上記第１の光路２２１並びに複屈折素子２４１において分離された他の一の偏光成分を有する光の光路（以下、第２の光路２２２という。）上に設けられた平凸レンズ２３３とを備えている。
【００８３】
第１のミラー２１２及び第２のミラー２１３は、光共振器２１０に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器１１１を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
【００８４】
第１のミラー２１２は、光位相変調器１１１の光入射側に配され、平凸レンズ２３３から光が入射される。また第２のミラー２１３は、平凸レンズ２３３により集束光とされた光を再び平行光とすべく、いわゆる凹面鏡として構成される。
【００８５】
複屈折素子２４１は、偏光方向によって屈折率が変化する複屈折を利用して、コリメータレンズ２３１により平行光とされた光から、水平方向の直線偏光と垂直方向の直線偏光とを分離する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第１の光路２２１を伝搬し、また垂直方向の直線偏光成分を含む光は、第２の光路２２２を伝搬する。
【００８６】
１／２波長板２３２は、高速軸が光の偏光方向から４５°傾いた状態となるように、第１の光路２２１上に配設される。これにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させることができ、第１の光路２２１を伝搬する光と、第２の光路２２２を伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。なお、第２の光路２２２においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。
【００８７】
このようなリング型電気光学変調器９０では、光ファイバ通信網４４０から伝搬されてくる光がコリメータレンズ２３１を介して複屈折素子２４１に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて第１の光路２２１,第２の光路２２２に分離される。このうち第１の光路２２１へ分離された光は、１／２波長板２３２を通過することにより、偏光方向を回転制御され、第２の光路２２２を伝搬する光とともに、平凸レンズ２３３により集束光とされ、互いに異なる方向（Ａ方向、Ｂ方向）から光位相変調器１１１へ入射されることになる。
【００８８】
Ａ方向から入射された光は、図１０に示すように右回りにリングを描くように光位相変調器１１１内を伝搬し、第１のミラー２１２を介してＢ方向へ出射され、平凸レンズ２３３を通過した上で複屈折素子２４１へ戻る。同様にＢ方向から入射された光は、左回りにリングを描くように伝搬し、第１のミラー２１２を介してＡ方向へ出射され、さらに１／２波長板２３２を介して複屈折素子２４１へ戻る。
【００８９】
このようなリング型電気光学変調器９０においても、光ファイバ通信網４４０を伝搬してきた光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。
【００９０】
なお、このリング型電気光学変調器９０においても上述の如き温度補償筐体１１６に各構成要素を組み込むようにしてもよい。
【００９１】
また、本発明を適用したリング型電気光学変調器８０では、さらに図１１に示す構成に光位相変調器１１１を配設するようにしてもよい。
【００９２】
この図１１に示す構成では、第１の光路１２１から光共振器１１０並びに光位相変調器１１１を経て、第２の光路１２２へと連結する、いわゆるループ状の構成とされている。これにより、第１の光路１２１における終端近傍に上記第１のミラー１１２が、また第２の光路１２２における終端近傍に上記第２のミラー１１３が配設される構成となる。
【００９３】
偏波保存カプラ１４１において分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第１の光路１２１を伝搬し、第１のミラー１１２を介して光位相変調器１１１へ入射されて変調された後、第２の光路１２２を経て偏光保存カプラ１４１へ戻ることになる。偏波保存カプラ１４１において分離された垂直方向の直線偏光成分を含む光は第２の光路１２２を伝搬し、第２のミラー１１３を介して光位相変調器１１１へ入射されて変調された後、第１の光路１２１を経て、偏光保存カプラ１４１へ戻ることになる。ちなみに、第１の光路１２１及び第２の光路１２２から偏光保存カプラ１４１へ戻ってきた光間において同期をとりつつ合波すべく、第１の経路１２１と第２の経路１２２の距離は同一とする。
【００９４】
即ち、この図１１に示す構成においては、光位相変調器１１１への光の入力、出力を異なる光経路１２１,１２２を介して実現することができる。また、この構成では、光の入出力を光経路１２１,１２２間において入れ換えても、同様な位相変調を施すことが可能となる。
【００９５】
また、本発明を適用したリング型電気光学変調器８０は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図１２に示すような共振器内部に複屈折素子を設けたリング型電気光学変調器１０を適用してもよい。このリング型電気光学変調器１０において、上述したリング型電気光学変調器８０と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付して説明を省略する。
【００９６】
このリング型電気光学変調器１０は、光位相変調器１１１と、この光位相変調器３１１を介して互いに対向するように設置された第１のミラー１１２及び第２のミラー１１３からなる光共振器１１０と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器１１１の上面と底面に形成された図示しない電極とを備えている。またリング型電気光学変調器１０は、第１のミラー１１２と光位相変調器１１１との間に配された４５°偏光回転の第１のファラデーローテータ３２１と、第２のミラー１１３と光位相変調器１１１との間に配された第２のファラデーローテータ３２２を備えている。
【００９７】
第１のミラー１１２は、偏波保存カプラ１４１において分離された各偏光成分の光が入射される。第１のミラー１１２は、この入射された光の一部を反射し、また一部を通過させる。
【００９８】
第１のファラデーローテータ３２１は、第１のミラー１１２を通過した光の偏光方向を−４５°回転させてこれを光位相変調器１１１へ出射させる。またこの第１のファラデーローテータ３２１は、光位相変調器１１１からの光につき偏光方向を更に−４５°回転させてこれを第１のミラー１１２へ出射させる。
【００９９】
第２のファラデーローテータ３２２は、光位相変調器１１１を通過した光の偏光方向を−４５°回転させてこれを第２のミラー１１３へ出射させる。また、この第２のファラデーローテータ３２２は、第２のミラー１１３からの光につき偏光方向を−４５°回転させてこれを光位相変調器１１１へ出射させる。
【０１００】
即ち、このリング型電気光学変調器１０では、図１２ (a)に示すように垂直方向から４５°ずれた偏光成分（以下、４５°偏光という。）の光が供給された場合に、これを第１のファラデーローテータ３２１により−４５°回転させてその偏光方向を垂直方向にする。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、第２のファラデーローテータ３２２によりその偏光方向につき−４５°回転させられて垂直方向から−４５°ずれた偏光成分（以下、−４５°偏光という）となる。この−４５°偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、再び第２のファラデーローテータ３２２よりその偏光方向につき−４５°回転させられ、水平方向の偏光成分となる。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、再び第１のファラデーローテータ３２１により偏光方向につき−４５°回転させられて４５°偏光となり、第１のミラー１１２を介して出射されることになる。
【０１０１】
同様に、このリング型電気光学変調器１０では、図１２(b)に示すように−４５°偏光の光が供給された場合に、これを第１のファラデーローテータ３２１により−４５°回転させてその偏光方向を水平方向にする。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、第２のファラデーローテータ３２２によりその偏光方向につき−４５°回転させられて４５°偏光となる。この４５°偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、再び第２のファラデーローテータ３２２よりその偏光方向につき−４５°回転させられ、垂直方向の偏光成分となる。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、再び第１のファラデーローテータ３２１により偏光方向につき−４５°回転させられて−４５°偏光となり、第１のミラー１１２を介して出射されることになる。
【０１０２】
このように、リング型電気光学変調器１０では、光位相変調器１１１の前後にファラデーローテータ３２１,３２２を配設することにより、当該光位相変調器１１１内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができる。この直交する二つの偏光成分における偏光方向は、光位相変調器１１１における伝搬方向に応じて互いに異なるが、それぞれ同一の伝搬経路、光学距離をとる。このため、直交する二つの偏光成分を有する各光に対して、光共振器１１０自体が縮退している事になる。かかる場合には、入射される光の偏光方向に支配されることなく、高効率な位相変調が可能となる。
【０１０３】
さらに、本発明では、上述したリング型電気光学変調器１０に限定されるものではなく、図１３に示すように光共振器１１０内部に１／４波長板を設置したリング型電気光学変調器３００に適用するようにしてもよい。
【０１０４】
このリング型電気光学変調器３００は、光位相変調器１１１と、光共振器１１０とを備え、更に第１のミラー３１２と光位相変調器１１１との間に配された１／４波長板３３１と、第２のミラー１１３と光位相変調器１１１との間に配された１／４波長板３３２とを備えている。
【０１０５】
１／４波長板３３１，３３２は、通過する光が垂直、水平方向の偏光成分を有する場合に、それぞれに対してπ／２の位相差を与えるものである。
【０１０６】
即ち、このリング型電気光学変調器３００では、右回りの円偏光（以下、右回り円偏光という。）の光が供給された場合に、これを１／４波長板３３１により垂直方向の直線偏光とする。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、１／４波長板３３２により左回りの円偏光（以下、左回り円偏光という。）とされる。そして、この左回りの円偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、１／４波長板３２２より水平方向の直線偏光とされ、そのまま光位相変調器１１１内を通過し、更に１／４波長板により再び右回り円偏光とされて第１のミラー１１２を介して出射されることになる。
【０１０７】
また、このリング型電気光学変調器３００では、左回り円偏光の光が供給された場合に、これを１／４波長板３３１により水平方向の直線偏光とする。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器１１１内を通過した後、１／４波長板３３２により右回り円偏光とされる。そして、この右回りの円偏光の光は、第２のミラー１１３より反射された後、１／４波長板３２２より垂直方向の直線偏光とされ、そのまま光位相変調器１１１内を通過し、更に１／４波長板により再び左回り円偏光とされて第１のミラー１１２を介して出射されることになる。
【０１０８】
このように、リング型電気光学変調器３００では、光位相変調器１１１の前後に１／４波長板３３１,３３２を配設することにより、当該光位相変調器１１１内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができる。この直交する二つの偏光成分における偏光方向は、光位相変調器１１１における伝搬方向に応じて互いに異なるが、それぞれ同一の伝搬経路、光学距離をとる。このため、直交する二つの偏光成分を有する各光に対して、光共振器１１０自体が縮退している事になる。かかる場合には、入射される光の偏光方向に支配されることなく、高効率な位相変調が可能となる。
【０１０９】
特にこのリング型電気光学変調器１０,３００を、供給される光の偏光成分に応じて使い分けることにより、直線偏光の偏光方向や円偏光の向きの如何に関わらず、当該光位相変調器１１１内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができ、変調の高効率化を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明を適用した移動体通信システムの構成を示す図である。
【図２】各基地局に搭載される光変調器の構成について説明するための図である。
【図３】ホスト制御装置の構成につき説明するための図である。
【図４】光変調器におけるレーザ周波数に対する反射率の関係につき説明するための図である。
【図５】光位相変調部３３の反射率／レーザ光周波数特性に対する各周波数ｆｍ２の関係を示す図である。
【図６】レーザ光発生部４１において発生されたキャリア成分を含むレーザ光の周波数特性を示す図である。
【図７】周波数ｆｍ２の変調信号による位相変調の変調指数β２に対するＳ／Ｎ比の関係を示す図である。
【図８】Ｍ点を安定点する場合におけるレーザ光の周波数特性について示す図である。
【図９】リング型電気光学変調器の構成について示す図である。
【図１０】リング型電気光学変調器の他の構成について示す図である。
【図１１】レーザ光の入力、出力を異なる光経路を介して実現するリング型電気光学変調器の構成について示す図である。
【図１２】共振器内部にファラデーローテータを設けたリング型電気光学変調器につき示す図である。
【図１３】光共振器内部に１／４波長板を設置したリング型電気光学変調器の構成について示す図である。
【図１４】ＷＤＭ通信方式に基づいて符号分割多重接続を行う移動体通信システムにつき説明するための図である。
【図１５】ＷＤＭ通信方式に基づいて符号分割多重接続を行う移動体通信システムにつき説明するための図である。
【図１６】ＦＰ光変調器並びにＭＺ光変調器における反射率／電圧特性を示す図である。
【図１７】ＦＰ光変調器に加える電圧のＤＣ成分を０Ｖとして、レーザ光の周波数を変化させた場合における反射率の変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  移動体通信システム、４  アンテナ、８  リング型電気光学変調器、１１  携帯通信機器、１２  基地局、１３  ホスト制御装置、１４  光ファイバ通信網、２１  光変調器、３１  第１のミラー、３２  第２のミラー、３３  光位相変調部、３４  電極、１１１  光位相変調器、１１２  第１のミラー、１１３  第２のミラー、１１５  電極、１１６  温度補償筐体、１２１  第１の光路、１２２  第２の光路、１３１  第１のコリメータ、１３２  第２のコリメータ、１４１  偏波保存カプラ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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