專利名稱：光調制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于光通信的光調制裝置，特別是涉及把半導體光放大器之類的光放大器和光強度調制器組合起來而構成的光調制裝置的構成技術。
背景技術：
以前人們一直在研究把包括用光短脈沖激光或調幅/調相產(chǎn)生的多個光載波的多波長光用于波分復用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)信號傳送的方式。這樣的多波長光的各個邊模(side mode)的譜間隔全都相等，對邊模進行波長分離所得到的信道就變成為相等的波長間隔。因此，這樣的多波長光，就波長配置來說，也比用對每一個信道準備單獨的激光并對每一個信道設定波長的方法產(chǎn)生的多波長光更為簡便。
在實現(xiàn)使用多波長光的WDM信號傳送系統(tǒng)方面，一個重要的課題是光調制電路構成的簡易化和經(jīng)濟化。圖1示出了現(xiàn)有的光調制電路的構成。從多波長光源101產(chǎn)生的多波長光，在用波長分波器103進行了波長分波后，用各個光強度調制器105進行調制，再用波長合波器107進行合波。在圖1所示的構成中，由于必須有透過中心波長的絕對值相等的2個波長合分波器103、107，故人們提出了圖2所示的那樣的用1個波長合分波器207，1個或多個光強度調制器209和與該光強度調制器的個數(shù)相等的反射鏡211構成的光調制裝置(參看特開2002-318374號公報)。
在圖2所示的光調制裝置中，從光輸入裝置201的輸入口203輸入進來的多波長光，在通過輸入輸出口205并被波長分波器207進行了波長分波后，用各個光強度調制器209進行調制，用光反射器211進行反射，而返回原來的光路，再次用波長合波器207進行合波，從輸入輸出裝置201的輸出口213輸出。倘采用該裝置構成，由于可以僅僅用1個波長合分波器207構成，故波長合分波器的透過中心波長匹配就變得容易起來，而且，還可以削減裝置成本。
在圖1和圖2的任何一者中，各個波長的光功率都將因波長合分波器等所使用的光器件的損耗而減少。此外，在多波長光源與光調制器處于物理性地分離開來的位置的系統(tǒng)中，在其間進行連接的光纖傳送路徑的損耗就變得不能忽視。由于WDM信號功率的降低，將招致信噪比(SNR)的惡化，故就必須用圖1的109或圖2的215所示的那種光放大器對功率進行放大。
在圖1和圖2中，公開了用覆蓋所有的多波長光的波段的寬帶的光放大器一起放大WDM信號功率的例子(參看特開2003-18853號公報)。在本例中，使用的是放大其光強度而不依賴于波分復用的調制光的偏振波的偏振波無依賴光放大器。這樣的光放大器一般使用摻鉺(Er)光纖放大器(EDFA)等的光纖放大器。EDFA，是采用向石英玻璃光纖的纖芯部分內摻入鉺離子Er3+的辦法用在該離子的固有的躍遷中的受激發(fā)射，放大在光纖內行進的光的光放大器。另一方面，作為用于光通信的光放大器，已經(jīng)開發(fā)出了半導體光放大器(SOA)。SOA是采用使半導體激光器的諧振器端面低反射化的辦法，借助于受激發(fā)射而放大在半導體內的活性層中行進著的光的光放大器。
上述的不論哪一種的光放大器，雖然都是增益波段大于等于30nm的寬波段，但是位于受激能級上的載流子的壽命時間差別很大。EDFA，由于借助于源于多個離散性的受激能級的躍遷而得以形成增益展寬，故載流子壽命時間長到ms(毫秒)數(shù)量級，增益展寬變成為不均勻。另一方面，SOA的載流子壽命時間短到ns(納秒)數(shù)量級，故增益展寬可以看作是均勻的。通常，為了得到高功率光放大器要在增益的飽和區(qū)工作。在增益的飽和區(qū)中，在放大多個不同信號波長情況下，在增益展寬均勻的光放大器中，由于每一個波長將進行增益的爭奪，產(chǎn)生信道間的串擾而使得信號波形劣化。因此，在一攬子地放大WDM信號的情況下，如上所述，一般的是要使用EDFA等的光纖放大器。但是，當對借助注入電流使半導體激勵的SOA，和由輸出激勵光的半導體激光器、添加進了鉺等摻雜物光纖、把激勵光耦合到摻雜物光纖上的耦合器構成的EDFA進行比較時，可以說從部件個數(shù)的觀點看SOA是經(jīng)濟的。特別是在放大1個信號波長的情況下，SOA這一方是合適的。
要想用光纖放大器一起地放大WDM信號，為了對在波長合分波器、光強度調制器等的光構成部件中所產(chǎn)生的光的損耗進行補償，光放大器的高功率化是必須的。但是，覆蓋所有的多波長光的波段的寬帶而且高功率的光放大器，例如即便是1個也是非常昂貴的。因此，取決于所要求的波段和功率，用SOA個別地放大各個波長的構成，有時可以比使用光纖放大器的構成更為廉價地實現(xiàn)光調制電路。
此外，SOA還具有以下的優(yōu)點。
·SOA可通過根據(jù)調制信號改變注入電流而用做調制器。
·SOA可以與電場吸收式調制器(EA調制器)集成化。
其次，對利用SOA的光調制裝置的典型的構成例進行說明。
(現(xiàn)有例1)做作為現(xiàn)有例1，圖3示出了可利用于圖1所示的光強度調制器105的現(xiàn)有的光調制裝置的構成?，F(xiàn)有例1的裝置，示出了設想把SOA用做調制器306，且光調制裝置303處于與光源分離開來的位置上的情況。SOA的調制器306的兩端，被耦合到要輸入光信號的輸入傳送路徑301以及要輸出光信號的輸出傳送路徑309上。但是，在這些輸入輸出傳送路徑內，還包括光濾光器、光耦合器等的各種光器件或光連接器、接頭(splice)等(未畫出來)，此外，在輸入輸出傳送路徑301與SOA的調制器306之間還插入有波長合分波器(未畫出來)，這些構成部件全部構成為反射點。由于這些反射點存在于SOA的光放大部306的兩端側，故結果就變成為用這些反射點和SOA構成光諧振器，其結果是可以認為SOA的動作會變得不穩(wěn)定。為了防范這一缺憾，如圖3所示，就要向SOA的兩端插入僅僅使單一方向的光透過的光隔離器305、306。
(現(xiàn)有例2)作為現(xiàn)有例2，圖4示出了在圖2的光調制電路中適用的現(xiàn)有的光調制裝置的構成例。在圖4中示出了2種類型的光調制裝置405、407的構成。1種類型的光調制裝置405的構成為在雙向光放大器409中放大用波長合分波器403分波后的連續(xù)光的光功率，向光強度調制器411輸入并借助于數(shù)據(jù)信號進行強度調制變成為調制光后，用光反射器413進行反射，然后再次通過光強度調制器411、雙向光放大器409。另外一種類型的光調制裝置407的構成為在雙向光放大器415中放大用波長合分波器403分波后的連續(xù)光的光功率，向用光循環(huán)器417制作的光環(huán)路輸入，在配置在該光環(huán)路內的光強度調制器419中借助于數(shù)據(jù)信號進行強度調制變成為調制光后，經(jīng)由光循環(huán)器417，再次通過雙向光放大器415。在前者的光調制裝置405中，既可以把光反射器413做成為與光強度調制器411不同的單體，也可以做成為把光反射器413粘貼到光強度調制器411的端面上一體化的構成。
在圖4的構成中使用的雙向放大器409、415，由于只要可以進行1種波長的放大即可，故SOA是適當?shù)摹５?，若把SOA用做雙向光放大器409、415，則在增益的飽和區(qū)中連續(xù)光與調制光之間的增益爭奪會引起信號劣化。即，結果變成為在光放大器409、415的內部連續(xù)光(連續(xù)波)被調制光的信號模式進行調制。
為此，如圖5所示，理想的是可以在來自雙向光放大器409、415的連續(xù)光與調制光的輸出功率之和(或輸入功率之和)小于某一輸出功率(或輸入功率)時增益保持為恒定的增益未飽和區(qū)中使用。
(要解決的課題)在圖3所示的現(xiàn)有例1的構成中，即便是向SOA306的兩端插入了光隔離器305、307，仍然會剩下在SOA元件本身的端面反射的問題。通常，通過對SOA306的端面實行無反射涂敷以使端面反射率降低，一般地說，該端面反射率的值比傳送路徑反射的反射率的值等更小。但是，當SOA306的增益大時，光調制裝置303作為諧振器的效果將變大，放大動作就變得不穩(wěn)定。即，結果就變成為端面反射率的值將限制SOA所容許的增益的大小。因此，要想借助于SOA實現(xiàn)高增益放大，例如圖6所示，就必須把SOA多級地連接起來。
作為SOA的連接成多級的構成，人們提出了把SOA+EA調制器(關于EA調制器將在后邊講述)的級聯(lián)構成連接成兩級的方式(參考文獻1Ohman，F(xiàn).；Bischoff，S.；Tromborg，B.；Mork，J.；“Noise properties andcascadability of SOA-EA regenerators”，Lasers and Electro-Optics Society，2002.LEOS 2002.The 15th Annual Meeting of the IEEE，Volume2，2002Page(s)895-896)。在把SOA設置為多級的情況下，為了使光反射的影響減少到最低限度，雖然可如圖6所示向多級連接的所有的SOA的輸入輸出端插入光隔離器，但是從成本的觀點看則不能說是理想的。此外，在參考文獻1中，根本沒有關于插入光隔離器的講述。
此外，在圖4所示的現(xiàn)有例2的構成中，存在著在雙向光放大器(SOA)409、415的兩端的反射光1和反射光2。雖然說雙向光放大器409、415的端面由無反射涂敷低反射化，但是由于在其端面反射的前后其反射光的功率被放大，故該反射光的值大，該反射光與信號光進行干涉而變成為噪聲。另外，對于反射光1、反射光2，將在后述的關于圖8的說明中詳細地說明。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是為解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種在多級連接構成光放大器的光調制裝置或作為雙向光放大器含有光放大器的光調制裝置中，借助于考慮到通過光放大器的內部的反射的影響的器件的技術規(guī)格設計、器件構成，而實現(xiàn)降低反射光的影響并實現(xiàn)穩(wěn)定的放大功能而且經(jīng)濟的光調制裝置。
本發(fā)明的第1形態(tài)(方面)通過對包括雙向光放大器的反射式的光調制器和把多個該光放大器組合起來的多波長一起光調制裝置，數(shù)值限定雙向光放大器的增益和光放大器的損耗的關系，來降低雙向光放大器的端面上的反射光的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定的放大功能。
本發(fā)明的第2形態(tài)，通過對包括雙向光放大器的反射式的光調制器和把多個該光放大器組合起來的多波長一起光調制裝置，進行偏振波旋轉裝置的插入，來降低雙向光放大器的端面上的反射光的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定的放大功能。
本發(fā)明的第3形態(tài)，通過對包括多級連接起來的半導體光放大器(SOA)的透過式的光調制裝置每隔一個地插入光隔離器，以同時實現(xiàn)因降低反射光的影響而得到的穩(wěn)定的放大功能和成本的降低。


圖1是示出了現(xiàn)有的光調制電路的構成的框圖；圖2是示出了現(xiàn)有的反射式光調制裝置的構成的框圖；圖3是示出了利用半導體光放大器的現(xiàn)有光調制裝置的構成的框圖；圖4是示出了利用雙向光放大器的現(xiàn)有光調制裝置的構成的框圖；圖5是說明半導體光放大器的未飽和區(qū)的曲線圖；圖6是示出了可看作是多級連接半導體光放大器來實現(xiàn)高增益放大的光調制裝置的構成的框圖；圖7是示出了把多個半導體光放大器多級連接起來時的反射光的狀態(tài)(行為)的概念圖；圖8是說明半導體光放大器的反射光的概念圖；圖9是示出了把2個半導體光放大器多級連接起來時的反射光的狀態(tài)的概念圖；圖10是說明圖9的反射光對信號光的比率的說明圖；圖11A-11C是分別示出了本發(fā)明的實施例1的光調制裝置的構成的框圖；圖12A-12C是分別示出了本發(fā)明的實施例2的光調制裝置的構成的框圖；圖13是說明本發(fā)明的實施例3的光調制裝置的特性的曲線圖；
圖14是示出了本發(fā)明的實施例4的光調制裝置的構成的框圖；圖15是說明本發(fā)明的實施例4的偏振波面的方向的模式圖；圖16是示出了本發(fā)明的實施例5的光調制裝置的構成的框圖。
具體實施例方式
以下，參看附圖詳細地說明本發(fā)明的最佳實施例。
(實施例1)本發(fā)明的實施例1，是采用對包括多級連接起來的半導體光放大器(SOA)的透過式的光調制裝置每隔1個地插入光隔離器的辦法，同時實現(xiàn)由降低反射光的影響而得到的穩(wěn)定的放大功能和造價的降低的實施例。在說明本實施例的具體的構成例之前，先說明其原理。
<把SOA多級連接起來時的反射光>
圖7是說明把多個SOA多級連接起來時的反射光的圖。在該多級連接構成中，為了使之起著光調制裝置的作用，雖然需要或者是把要使用的SOA中之一用做光強度調制器，或者是插入外部調制器，但是，在這里，為了簡化反射光的說明，設定為使所有的SOA僅僅起著光放大器的作用。
在圖7中，n(＞＝2)個的半導體光放大器(S1，S2，…，Si，…，Sn)借助于具備輸入輸出的n+1個的光通路(x1，x2，…，xi，…，xn+1)串聯(lián)地進行耦合，其輸入輸出分別連接到輸入一側傳送路徑301、輸出一側傳送路徑309上。如上所述，輸入輸出傳送路徑301、309成為反射點。此外，SOA(S1，S2，…，Si，…，Sn)由于在元件本身的兩端上具有反射端，故SOA自身成為反射點。
圖8是說明SOA的反射光的圖。若設SOA的增益為gi，端面反射率為r，則在光功率1的光入射到SOA上時，SOA的反射光功率就將變成為gi2r，端面反射率變成為gi2倍。該反射對于每一個SOA可在雙方向上產(chǎn)生。
在圖7中，從輸入一側按照順序把和信號光的行進方向相同的方向的反射定為Ref(0)，Ref(1)，…Ref(i)，…，Ref(n)，從輸入一側按照順序把逆方向的反射定為ref(1)，ref(2)，…ref(i)，…，ref(n+1)。Ref(0)和ref(n+1)，分別是輸入一側傳送路徑反射和輸出一側傳送路徑反射，除此之外的反射Ref(i)和ref(i)表示半導體光放大器Si的雙方向的反射。
對于反射光的影響，為了簡單起見，考慮n＝2的情況。圖9是說明n＝2的情況下的反射光的圖。Ref(0)、Ref(1)、Ref(2)表示與信號光的行進方向同一方向的反射，ref(1)、ref(2)、ref(3)表示逆方向的反射。Ref(0)和ref(3)分別是輸入一側傳送路徑反射和輸出一側傳送路徑反射，Ref(1)、ref(1)和Ref(2)、ref(2)分別是半導體光放大器S1和S2的反射。一般地說反射之所以成為問題，是因為與信號光的行進方向逆方向的反射(第1次的反射)的后邊，接著產(chǎn)生同一方向的反射(第2次的反射)，該反射與信號光進行干涉使信號光功率變成為不穩(wěn)定的緣故。在圖9中，由于包括SOA的增益，故反射光由該增益放大，其影響進一步增大。
圖10是說明設圖9的Ref(i)、ref(i)的反射率分別為R(i)、r(i)(但是，1＜＝i＜＝3)時2次反射光對信號光的比率的表。如圖10所示，在ref(i)的后邊接著產(chǎn)生了Ref(i-1)的反射的情況下，2次反射光對信號光的比率是反射點的反射率的2次方的數(shù)量級，但是在接在ref(i)的后邊產(chǎn)生了Ref(i-2)乃至Ref(i-3)的反射的情況下，2次反射光對信號光的比率，相對于反射點的反射率的2次方的數(shù)量級，就將增大要通過的SOA的增益的恰好2次方倍。
圖10雖然示出的是n＝2的情況，但是，一般地說，在把n個SOA多級連接起來時，ref(i)的后邊接著的Ref(i-2)，Ref(i-3)，……，Ref(0)的反射，與ref(i)的后邊接著的Ref(i-1)的反射相比，反射光對信號光的比率的數(shù)量級恰好分別增大Si-1，Si-1+Si-2，……，Si-1+Si-2+……+S1的增益的2次方倍(其中，1＜＝i＜＝n+1)。
因此，為了允許ref(i)的后邊接著的Ref(i-1)的反射，防止ref(i)的后邊接著的Ref(i-2)，Ref(i-3)，……，Ref(0)的反射，可以對光通路(x1，x2，……，xi，……，Xn+1)每隔一個地插入光隔離器。
<具體的構成例>
圖11A-11C是說明如上所述對于光通路每隔一個地插入了光隔離器的本發(fā)明的實施例1的光調制裝置的構成的圖。在這里，O1、O2是光隔離器。第1個光隔離器O1被插入到輸入一側傳送路徑與第1個SOA S1之間的第1個光通路x1內，第2個光隔離器O1被插入到第2個SOA S2與第3個SOA S3之間的第3個光通路x3內。如上所述，本實施例的特征在于對于光通路每隔一個地插入光隔離器。
此外，在本例中，SOA的個數(shù)為n＝3，采用使用發(fā)送信號對注入電流進行強度調制的辦法，把其中的任意一個用做光強度調制器(MOD)。就是說，在圖11A中，把第3個SOA S3用做光強度調制器，在圖11B中，把第2個SOA S2用做光強度調制器，在圖11C中，把第1個SOA S1用做光強度調制器。
對于光隔離器與光強度調制器的上述的排列關系，在SOA的個數(shù)n為2的情況或為大于等于4時是同樣的。
倘采用本實施例的構成，則可以在輸出連續(xù)光的光源與光強度調制器以傳送路徑介于之間的方式位于分離的位置的光通信系統(tǒng)中，同時實現(xiàn)傳送路徑的光功率損耗的補償和調制動作。
(實施例2)圖12A-12C是說明本發(fā)明的實施例2的光調制裝置的構成的圖。本實施例，相當于實施例1的變形例，向構成光放大器的3個SOA S1，S2，S3中的任意一個之間插入光強度調制器M。
圖12A是在未插入光隔離器O1、O2的區(qū)間內插入了光強度調制器M的構成。在這里，雖然示出的是向第1與第2SOA S1、S2間的第2光通路(光連接裝置)x2內插入了光強度調制器M的例子，但是，也可以向第3SOA S3與輸出端子之間的第4光通路x4內插入光強度調制器M。但是，在該情況下，必須使用可以應對用最后一級的SOA S3進行了放大的光功率的光強度調制器M。
在圖12A的構成中，從第1SOA S1輸出的連續(xù)光和第2SOA S2與第1SOA S1的連續(xù)光的2次反射光進行干涉之前，要用光強度調制器M接收2次的強度調制。因此，2次反射光對信號光的比率相對于未插入光強度調制器M的情況將相對地變小。
圖12B示出了把光強度調制器M插入到了已經(jīng)插入了光隔離器O2的區(qū)間內的構成。在這里，雖然示出的是向第2與第3SOA S2、S3間的第3光通路x3內插入了光強度調制器M的例子，但是，也可以向輸入端子與第1 SOA S1之間的第1光通路x1內插入光強度調制器M。但是，在后者的情況下，必須考慮向SOA S1輸入的輸入功率因光強度調制器M的損耗而降低、SNR劣化的情況。另外，如圖12B-12C所示，光隔離器O2與光強度調制器M的連接的順序是任意的。
作為在本實施例中使用的光強度調制器M，可以使用例如電場吸收式光強度調制器(EA調制器)。在上述的實施例1中，由于把SOA當作光強度調制器，故G(bps)或以上的調制動作是困難的，但是在把EA調制器用做光強度調制器的情況下，可以應對直到40G(bps)左右的調制動作。
(實施例3)本發(fā)明的實施例3的光調制裝置，是做成為使得在具有上述圖4所示的那樣的雙向光放大器的裝置構成中，可以采用如后所述進行放大器的增益的數(shù)值限定的辦法，減少雙向光放大器的端面的反射光的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定的放大功能的裝置。以下，對本發(fā)明的放大器增益的數(shù)值限定進行說明。
<使反射光的影響定量化的方法>
如圖4所示，存在著2個來自雙向光放大器409、415的兩端的反射光，一方的反射光1與調制光而另一方的反射光2與連續(xù)光向同一方向前進。該連續(xù)光因進行強度調制而變成為調制光，反射光2由于要經(jīng)歷與連續(xù)光相同的路徑，故結局把反射光1和反射光2賦予調制光。調制光與反射光1和反射光2的同一偏振方向成分進行干涉，作為差拍噪聲而產(chǎn)生強度波動。以下對定量地給出反射光1和反射光2對調制光造成的影響的方法進行說明。
在這里，可以設想以下的情況。
·在雙向光放大器409、415的一方的端面上反射后的光再次在另一方的端面上進行反射的多次反射光變成為充分小而可以忽視。
·發(fā)送信號的占空比(標空比)為1/2。(由于當在數(shù)據(jù)信號列中符號或間隔連續(xù)時，在接受信號時就難于抽出時鐘信號，故通常以SDH(synchronous digital hierarchy，同步數(shù)字體系)中的擾碼、千兆位以太網(wǎng)中的8B→10B(bel)變換等，采用使占空比變成為大體上1/2的方法)。
若把向雙向光放大器409、415輸入的連續(xù)光功率、雙向光放大器409、415的增益、調制光輸出功率相對向光強度調制器411、419輸入的連續(xù)光功率的差，雙向光放大器全體的反射率分別設為1、g、x、r’，則光調制器輸出的調制光功率、反射光1的功率、反射光2的功率就可分別用g2x、r’、g2x2r’表示。
現(xiàn)在，由于成為問題的是調制光與反射光的干涉，故只要考慮調制光符號時的反射光的影響即可。由于發(fā)送信號的占空比是1/2，光調制器輸出的調制光的符號電平功率和反射光2的符號電平功率分別為2g2x，4g2x2r’。但是，由于在光調制器輸出中調制光和反射光2同時成為符號的概率為1/2，故反射光2的影響被減半。因此，調制光符號時的調制光與全反射光之間的功率比，就可以表達為SN=2g2x(r′+2g2x2r′)---(1)]]>此外，由于對于r’當無視光纖耦合損耗時r’＝g2r的關系成立，故可以改寫為SN=2g2x(g2r+2g4x2r′)---(2)]]>若把式(2)看作是x的函數(shù)，則在x=12g---(3)]]>時，式(2)將取最大值。就是說，這時可以把反射光的影響變成為最小。若將之改寫為對數(shù)標度，使用傳送路徑損耗L[dB]、雙向光放大器增益G[dB]，則變成為L=-10log10(x)=10log10(g)+12·10log10(2)=G+1.5---(4)]]>此外，這時反射光1與反射光2的功率變成為相等。
實際上，由于反射光與調制光進行干涉，故上述僅在使SNR最佳化的上式(4)的導出中是有效的。反射光對調制光的影響的定量性的估計，可像以下那樣地進行。
考慮通過光循環(huán)器417等接收光調制器輸出的情況。設調制光的符號一側光電場為E0exp[i(ωct+φ0)]，反射光1的符號一側光電場為E1exp[i(ωct+φ1)]，反射光2的符號一側光電場為E2exp[i(ωct+φ2)]，則接收前的光電場就可以用EOUT(t)＝E0exp[i(ωct+φ0)]+E1exp[i(ωct+φ1)]+E2exp[i(ωct+φ2)](5)表示。
接收光電流，若完全無視必須的系數(shù)時，則將變成為ip＝E02+2E0E1exp[i(φ0-φ1)]+2E0E2exp[i(φ0-φ2)]+E12+E22+2E1E2exp[i(φ1-φ2)](6)在這里，第1項是調制光本身，第2項以下是噪聲。第1項到第6項分別表示調制光與反射光都處于符號一側時的調制光功率、調制光與反射光1的差拍(干涉)、調制光與反射光2的差拍(干涉)、反射光1功率、反射光2功率、反射光1和反射光2的差拍(干涉)。由于對于調制光來說反射光小，故第4項到第6項可以忽視。在這里，考慮第2項與第3項的影響，作為標準化差拍噪聲功率定義如下。
σRIN2=2(E02E12+E02E22)(E02)2---(7)]]>在多個反射點參與的情況下的差拍噪聲，可以當作方差由式(7)表示的值的高斯分布來處理。反之，在反射點少的情況下，結果就變成為過剩地估計差拍噪聲。
迄今為止的討論，雖然作為反射光考慮的是來自雙向光放大器409、415的反射光1和反射光2，但是，實際上除去雙向光放大器409、415的端面反射之外，還存在著插入到系統(tǒng)內的各種光器件的輸入輸出端反射或由光連接器產(chǎn)生的反射等，歸因于來自這些反射點的反射光也接受雙向光放大器409、415的增益，根據(jù)它們的反射率情況其影響就不能再忽視。在這樣的情況下，如果把在迄今為止的討論中使用的端面反射率r取為來自端面反射以外的反射點的反射率的合計，則可以說使用由式(7)給出的方差的反射光的影響的估計是妥當?shù)?。另一方面，在僅僅來自雙向光放大器409、415的兩端面的反射是支配性的情況下，則可以把上述估計看作是最壞的設計。
以上的討論，來自于給出了定量地估計陣列波導衍射光柵(AWG)相干串擾的影響的方法的IEEE J.lightwave Tchnol.，vol.14，no.6，pp.1097-1105，1996的論文的類推。但是，在本光調制裝置中，由于調制光符號時反射光2為同一符號的概率為1/2，故可以把式(7)改寫為σRIN2=2E02E12+E02E22(E02)2---(8)]]>該式的值，與式(2)的倒數(shù)的2倍相等。
<關于反射光的影響的計算例>
圖13示出了使用上述式(8)的計算結果。在該圖中，橫軸示出的是調制部損耗(L)[dB]，縱軸的左側示出是Q值[dB]以及右側示出的是光調制裝置增益[dB]。對于光調制裝置增益，是對不考慮調制部(光強度調制器)411、419中的3dB的調制損耗的2G-(L-3.0)[dB]和考慮3dB的調制損耗的2G-L[dB]這兩方進行了圖示。這里所說的Q值是在IEEE Photon.Technol.Lett.Vol.5，no.3，pp.304-306中提出來的，是規(guī)定調制光的信噪比(SNR)的評價參數(shù)，可由Q=S(1)-S(0)σ1+σ0---(9)]]>定義。在這里，S(1)和S(0)分別表示符號和間隔的信號電平，此外，σ1和σ0分別表示符號和間隔的噪聲量。在這里，若設S(1)＝1，則σ1＝σRIN，S(0)和σ0可以看作是大體上為0。
在計算中，假定向光調制裝置405、407輸入的連續(xù)光功率為-6dBm，雙向光放大器增益G＝10[dB]，雙向光放大器噪聲指數(shù)為7dB，雙向光放大器全體的反射率為-22dB，設直接進行光電變換后接收調制光而不進行光前置放大器接收。就如表示其計算結果的圖13所示，調制部損耗L＝11.5[dB]，即，在L＝G+1.5[dB]中Q值取最大值，表示Q值的曲線以該值為中心變成為左右對稱。圖中，(α)、(β)、(γ)、(δ)的范圍分別如下。
(α)0＜＝L＜＝2G+3.0是保障光調制器增益2G-[L-3.0]＞＝0，而且光調制器增益2G-[L-3.0]＝0(dB)的Q值的光調制部損耗區(qū)。
(β)3.0＜＝L＜＝2G是保障光調制器增益2G-L＞＝0，而且光調制器增益2G-L＝0(dB)的Q值的光調制部損耗區(qū)。
(γ)G-4.5＜＝L＜＝G+7.5是Q值相對于最大值在3dB以內的區(qū)域。
(δ)L＝G+1.5是取最大Q值的調制部損耗。
對于(δ)的區(qū)域來說，情況如上所述。此外，(α)和(β)的區(qū)域的L的上限表明光調制增益大于等于0[dB]。此外，對于調制光部損耗L的值，由于Q值曲線如上所述是左右對稱的，故可以必然地決定。
此外，Q值相對于最大值變成為3dB以內，是在5.5[dB]＜＝L＜＝17.5[dB]，即在(G+1.5)-6[dB]＜＝L＜＝(G+1.5)+6[dB]的時候。該L的范圍與G的值無關。實際上，若對把上述式(3)所示的x的值代入到上述式(1)內后所得到的值的一半(減少3dB)與式(1)相等時的x的2次方程式求解，則其解為x=(22±6)2g---(10)]]>此外，當把該解改寫成對數(shù)標度時，就變成為L=-10log10(x)=10log10(222+6)+10log10(g)≅(G+1.5)±6---(11)]]>這個結果示出了(γ)的區(qū)域的上限值和下限值。
因此，采用使光調制部損耗L處于(α)的區(qū)域之間的任意的范圍(例如(β)、(γ)、(δ))內的辦法，光調制裝置就可以在保持增益不變的狀態(tài)下，把反射光相對調制光的比率抑制得低。這時，就如由圖13可了解到的那樣，使調制部損耗L越接近(δ)的L＝G+1.5，該比率就越低。
(實施例4)圖14示出了本發(fā)明的實施例4的光調制裝置的構成。本實施例的光調制裝置，是采用插入偏振波旋轉裝置的辦法，減低雙向光放大器的端面的反射光的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定的放大功能的光調制裝置。
如圖14所示，本裝置是具備用偏振波面的不同分離輸入多波長光和輸出調制光的偏振波分離器501；對每一個規(guī)定的波長對多波長光進行分波的波長合分波器502；在雙方向上放大分波后的各個單一波長光的功率的雙向光放大器503；在雙方向上使單一波長光的偏振波面旋轉的偏振波旋轉裝置504；在雙方向上調制單一波長光的強度的光強度調制器505；使從光強度調制器505輸出的調制后的單一波長光再次返回雙向光放大器503的光反射器506的多波長一起光調制裝置。
作為偏振波分離器501，一般地說雖然可以使用經(jīng)常被人們使用的偏振波束分束器(PBS)，但是，例如也可以做成為這樣的構成輸出光通過光循環(huán)器或光耦合器從波長合分波器502輸出，用起偏器僅僅取出與輸入光進行了90度的偏振波偏移的光。
作為波長合分波器502，例如可以使用AWG。AWG根據(jù)波長而使從某一輸入波導入射進來的光從不同的輸出波導輸出。此外，AWG具有可逆性，也可以在1個輸出波導中使多個波長光進行合波。
作為雙向光放大器503，例如可以使用SOA。SOA是采用使半導體激光器的諧振端面低反射化的辦法，使得在半導體內的活性層中行進的光借助于受激發(fā)射進行放大的光放大器。作為雙向光放大器503，雖然也可以考慮摻鉺光纖(EFDA)等的光纖放大器，但是，光纖放大器由于要用輸出泵光的半導體激光器、已添加進鉺等的添加物光纖、把泵光耦合到添加物光纖內的耦合器構成，故從部件個數(shù)的觀點看可以預料將變得比SOA成本更高，從成本方面看SOA是有利的。
雖然把偏振波旋轉裝置504配置在雙向光放大器503與光強度調制器505之間，但是，作為該偏振波旋轉裝置504，可以使用1/4波長板或法拉第元件等。此外，也可以使用把反射鏡安裝到了法拉第元件的一方的輸出端上的法拉第反射鏡。
作為光強度調制器505，可以使用例如Mach Zehnder型光強度調制器、電場吸收型光強度調制器(EA調制器)等，具有用數(shù)據(jù)信號調制單一波長光的功能。倘采用這些光強度調制器，則可以在實用級別上實現(xiàn)用40G(bps)數(shù)量級調制信號進行的強度調制。
作為光反射器507，例如可以使用已涂敷上金屬膜的反射鏡、已涂敷上電介質多層膜的反射鏡等。此外，作為特定波長的反射鏡，衍射光柵或光纖布喇格光柵等也可以用做光反射器。此外，作為光纖布喇格光柵的應用例，也可以是把衍射光柵(光柵)直接寫入到光波導內的光反射器。
偏振波分離器501的一個輸出口用空間光學系統(tǒng)或光波導光學性地連接到波長合分波器502的輸入波導上。波長合分波器502的輸出波導分別用空間光學系統(tǒng)或光波導光學性地連接到雙向光放大器503的一方的口上。雙向光放大器503的另一方的口用同一空間光學系統(tǒng)或光波導光學性地連接到偏振波旋轉裝置504的一方的口上。偏振波旋轉裝置504的另一方的口用同一空間光學系統(tǒng)或光波導光學性地連接到光強度調制器505的一方的口上。光強度調制器505的另一方的口用同一空間光學系統(tǒng)或光波導光學性地連接到光反射器507上。
在本實施例中，光強度調制器505的輸入和調制光的輸出雖然用偏振波分離器501切斷開來，但是，在作為偏振波旋轉裝置504例如使用1/4波長板的情況下，輸入光和輸出光的偏振波面的角度由于進行了90度偏移，故只要用偏振波分離器501僅僅分出輸出光的特定的偏振波，輸入光和輸出光就可以分離。
從波長合分波器502的輸入波導輸入進來的多波長光，被波長合分波器502分波成各個波長，分波后的單一波長光被導往與之對應的1個雙向光放大器503以放大其功率。
對于雙向光放大器503，在增益的飽和區(qū)中連續(xù)光與調制光之間的增益爭奪將引起信號劣化。因此，如圖5所示，理想的是來自雙向光放大器503的連續(xù)光與調制光的輸出功率(橫軸)之和(或輸入功率之和)小于等于某一輸出功率(或輸入功率)時在保持增益(縱軸)恒定的增益的未飽和區(qū)中使用雙向光放大器。
在各個雙向光放大器503中已進行了功率放大的連續(xù)光(單一波長光)分別向與之對應的偏振波旋轉裝置504輸入。在偏振波旋轉裝置504中在偏振波面旋轉45度后向光強度調制器505輸入連續(xù)光，在光強度調制器505中借助于調制信號(數(shù)據(jù)信號)進行強度調制。調制后的單一波長光從光強度調制器505的光反射器一側的口輸出，被輸入至光反射器507。在被光反射器507反射后的調制光，再次通過光強度調制器505后，被輸入至偏振波旋轉裝置504。調制光在偏振波旋轉裝置504中偏振波面再次旋轉45度，并輸入到雙向光放大器503，在雙向光放大器503中再次進行光功率放大。由于雙向光放大器503的輸出調制光的偏振波面與輸入光比已經(jīng)偏移了90度，故可以借助于偏振波分離器501使輸入光和輸出光分離。因此，從雙向光放大器503出來的輸出調制光在用波長合分波器502進行了合波后，就可以從偏振波分離器501的輸出口向裝置外部輸出。
要想使光放大器進行雙向動作，由于不能在光放大器的內部插入光隔離器，故必須考慮來自光放大路徑的兩端的端面反射的影響。如圖4所示，在雙向傳送時存在著2個該反射光(反射光1和反射光2)，反射光1與調制光在同一方向上前進，反射光2和連續(xù)光在同一方向上前進，此連續(xù)光被強度調制成調制光，反射光2與連續(xù)光經(jīng)歷同一路徑，故與現(xiàn)有例同樣，如果使反射光1、2、連續(xù)光、調制光的偏振波面變成為同一方向，則可以把反射光1和反射光2賦予調制光，其結果是由于調制光與反射光1和反射光2的同一偏振方向成分進行干涉而作為差拍噪聲產(chǎn)生強度波動。
但是，在具有偏振波旋轉裝置504的本實施例的構成中，如在圖15中用表示偏振波面的方向的圓圍起來的箭頭所示，雙向光放大器503的反射光1和反射光2，與在同一方向上行進的連續(xù)光或調制光的偏振方向垂直。由于反射光1與調制光偏振方向垂直，故在輸出中在偏振波分離器501中被分離開來。此外，反射光2與連續(xù)光偏振方向垂直，在以后進行強度變換變成為調制光之后保持該偏振關系，與反射光1同樣，也可以在輸出中在偏振波分離器501中被分離開來。其結果是可以消除由雙向的光的干涉所產(chǎn)生的強度波動。
此外，倘采用本實施例的構成，如圖15所示，由于在來自偏振波旋轉裝置504的輸出被光反射器507反射并再次返回到偏振波旋轉裝置504中來之前的路徑中，光的偏振波面在雙向中是同一者，故作為光強度調制器505可以使用LiNbO3 Mach Zehnder型光強度調制器等的僅僅可對單一的輸入偏振波進行調制的光強度調制器。
(實施例5)圖16示出了本發(fā)明的實施例5的光調制裝置的構成。本實施例5的裝置，在上述實施例4多波長一起光調制裝置的光強度調制器505的前邊或后邊(本圖插入到后邊)插入有僅僅可以使單一偏振波通過的起偏器506。除此之外的構成與實施例4是同樣的，故省略其詳細的說明。
一般地說，如果把多個光器件或光纖耦合起來，則垂直的2個偏振波間的偏振波消光比將顯著劣化。倘采用圖16的構成，由于來自偏振波旋轉裝置504的輸出被光反射器507反射并再次返回到偏振波旋轉裝置504中來之前的路徑中的光的偏振波面在雙向中是同一者，故可以向光路徑內插入起偏器506。借助于該起偏器506的插入，就可恢復劣化了的偏振波消光比。
(其它的實施例)另外，雖然是以本發(fā)明的優(yōu)選實施例為例進行的說明，但是，本發(fā)明的實施例并不限于上述的例子，只要是在權利要求范圍的各個權利要求所述的范圍內，其構成構件的置換、變更、追加、個數(shù)的增減、形狀的變更等的各種變形，全都包括在本發(fā)明的實施例內。
權利要求
1.一種光調制裝置，其特征在于，具備使單一波長的連續(xù)光在雙方向上透過并把增益賦予該單一波長光的雙向光放大裝置；對用上述雙向光放大裝置放大了光功率的連續(xù)光，用占空比大體上1/2的發(fā)送信號進行強度調制的光強度調制裝置；和使被上述光強度調制裝置進行了強度調制的連續(xù)光再次返回上述光強度調制裝置或直接返回上述雙向光放大裝置的光回歸裝置；其中，用相對于上述雙向光放大裝置的增益G(dB)的輸入往上述光強度調制裝置的輸入連續(xù)光的光功率和來自上述光強度調制裝置的輸出調制光的光功率之差定義的調制部損耗L(dB)的值，被設定為從0(dB)到2G+3.0(dB)范圍內。
2.根據(jù)權利要求1所述的光調制裝置，其特征在于上述調制部損耗L(dB)的值被設定為G+1.5(dB)。
3.根據(jù)權利要求1所述的光調制裝置，其特征在于上述雙向光放大裝置在增益的未飽和區(qū)中動作。
4.根據(jù)權利要求2所述的光調制裝置，其特征在于上述雙向光放大裝置在增益的未飽和區(qū)中動作。
5.根據(jù)權利要求1到4中的任何一項所述的光調制裝置，其特征在于上述光強度調制裝置是在其后端具備構成上述光回歸裝置的光反射器的反射式的光強度調制器。
6.根據(jù)權利要求1到4中的任何一項所述的光調制裝置，其特征在于上述光強度調制裝置，是設置在構成通過光循環(huán)器形成的上述光回歸裝置的光環(huán)路內的透過式的光強度調制器。
7.根據(jù)權利要求1到4中的任何一項所述的光調制裝置，其特征在于設置有復用波長數(shù)量的所述光調制裝置，還具有對波長復用后的連續(xù)光進行分波并按每一單一波長向多個上述光調制裝置分別輸入、并且對從多個上述光調制裝置輸出的調制光進行復用并輸出的波長合分波裝置。
8.一種光調制裝置，其特征在于，與構成多波長光的多個單一波長光中的每一個單一波長光相對應地具備多個使構成包括多個光載波的所述多波長光的單一波長光在雙方向上透過并把增益賦予該單一波長光的雙向光放大裝置；使被上述雙向光放大裝置賦予了增益的單一波長光在雙方向上透過并對該單一波長光進行調制的光強度調制裝置；以及使透過了上述光強度調制裝置后的單一波長光再次回歸該光強度調制裝置的光回歸裝置；該光調制裝置，還具備把上述多波長光分波成每一個單一波長光并分別向上述雙向光放大裝置輸入，并且對從上述雙向光放大裝置輸出的多個單一波長光再次進行合波并輸出的波長合分波裝置；分別插置在上述雙向光放大裝置與上述光強度調制裝置之間使上述單一波長光的偏振波面旋轉的多個偏振波旋轉裝置；和偏振波分離裝置，該偏振波分離裝置將輸入多波長光輸入到上述波長合分波裝置，并且將由上述偏振波面旋轉裝置旋轉偏振波面而從該波長合分波裝置輸出的輸出多波長光與上述輸入多波長光分離而輸出。
9.根據(jù)權利要求8所述的光調制裝置，其特征在于還在上述光強度調制裝置之前或之后插置有起偏器。
10.一種光調制裝置，其特征在于，具備分別用獨立的注入電流產(chǎn)生反轉分布的n個(n＞＝2)半導體光放大器；依次把輸入端子與上述n個半導體光放大器與輸出端子連接起來的(n+1)個光連接裝置；依次插入到上述(n+1)個光連接裝置的第奇數(shù)號或第偶數(shù)號的位置上的光隔離器；和對連續(xù)光進行強度調制的光強度調制裝置。
11.根據(jù)權利要求10所述的光調制裝置，其特征在于該光調制裝置構成為，對上述n個半導體光放大器之中的一個半導體光放大器，施加被發(fā)送信號進行了強度調制的注入電流，而使其成為上述光強度調制裝置。
12.根據(jù)權利要求10所述的光調制裝置，其特征在于構成為向上述(n+1)個光連接裝置中的任何一個地方插入上述光強度調制裝置。
13.根據(jù)權利要求10所述的光調制裝置，其特征在于構成為在上述(n+1)個光連接裝置之中，在與上述輸入端子和上述輸出端子連接的光連接裝置以外的任何一個地方插入上述光強度調制裝置。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的光調制裝置，其特征在于其構成為把上述光強度調制裝置插入到在上述(n+1)個光連接裝置中未插入光隔離器的光連接裝置內。
全文摘要
提供通過對包括雙向光放大器的反射式的光調制器或把多個該光放大器組合起來的多波長一起光調制裝置，數(shù)值限定雙向光放大器的增益和光調制器的損耗的關系，或者插入偏振波旋轉裝置，來降低雙向光放大器的端面上的反射光的影響并實現(xiàn)穩(wěn)定的放大功能的光調制裝置。提供通過對包括多級連接的多個半導體光放大器(SOA)的透過式的光調制裝置每隔一個SOA插入光隔離器，來降低反射光的影響同時實現(xiàn)了穩(wěn)定放大功能和成本的降低的光調制裝置。
文檔編號G02F1/01GK1705905SQ200480001430
公開日2005年12月7日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權日2003年6月19日
發(fā)明者藤原正滿, 可兒淳一, 秋本浩司, 巖月勝美 申請人:日本電信電話株式會社