专利名称：光调制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光通信的光调制装置，特别是涉及把半导体光放大器之类的光放大器和光强度调制器组合起来而构成的光调制装置的构成技术。
背景技术：
以前人们一直在研究把包括用光短脉冲激光或调幅/调相产生的多个光载波的多波长光用于波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)信号传送的方式。这样的多波长光的各个边模(side mode)的谱间隔全都相等，对边模进行波长分离所得到的信道就变成为相等的波长间隔。因此，这样的多波长光，就波长配置来说，也比用对每一个信道准备单独的激光并对每一个信道设定波长的方法产生的多波长光更为简便。
在实现使用多波长光的WDM信号传送系统方面，一个重要的课题是光调制电路构成的简易化和经济化。图1示出了现有的光调制电路的构成。从多波长光源101产生的多波长光，在用波长分波器103进行了波长分波后，用各个光强度调制器105进行调制，再用波长合波器107进行合波。在图1所示的构成中，由于必须有透过中心波长的绝对值相等的2个波长合分波器103、107，故人们提出了图2所示的那样的用1个波长合分波器207，1个或多个光强度调制器209和与该光强度调制器的个数相等的反射镜211构成的光调制装置(参看特开2002-318374号公报)。
在图2所示的光调制装置中，从光输入装置201的输入口203输入进来的多波长光，在通过输入输出口205并被波长分波器207进行了波长分波后，用各个光强度调制器209进行调制，用光反射器211进行反射，而返回原来的光路，再次用波长合波器207进行合波，从输入输出装置201的输出口213输出。倘采用该装置构成，由于可以仅仅用1个波长合分波器207构成，故波长合分波器的透过中心波长匹配就变得容易起来，而且，还可以削减装置成本。
在图1和图2的任何一者中，各个波长的光功率都将因波长合分波器等所使用的光器件的损耗而减少。此外，在多波长光源与光调制器处于物理性地分离开来的位置的系统中，在其间进行连接的光纤传送路径的损耗就变得不能忽视。由于WDM信号功率的降低，将招致信噪比(SNR)的恶化，故就必须用图1的109或图2的215所示的那种光放大器对功率进行放大。
在图1和图2中，公开了用覆盖所有的多波长光的波段的宽带的光放大器一起放大WDM信号功率的例子(参看特开2003-18853号公报)。在本例中，使用的是放大其光强度而不依赖于波分复用的调制光的偏振波的偏振波无依赖光放大器。这样的光放大器一般使用掺铒(Er)光纤放大器(EDFA)等的光纤放大器。EDFA，是采用向石英玻璃光纤的纤芯部分内掺入铒离子Er3+的办法用在该离子的固有的跃迁中的受激发射，放大在光纤内行进的光的光放大器。另一方面，作为用于光通信的光放大器，已经开发出了半导体光放大器(SOA)。SOA是采用使半导体激光器的谐振器端面低反射化的办法，借助于受激发射而放大在半导体内的活性层中行进着的光的光放大器。
上述的不论哪一种的光放大器，虽然都是增益波段大于等于30nm的宽波段，但是位于受激能级上的载流子的寿命时间差别很大。EDFA，由于借助于源于多个离散性的受激能级的跃迁而得以形成增益展宽，故载流子寿命时间长到ms(毫秒)数量级，增益展宽变成为不均匀。另一方面，SOA的载流子寿命时间短到ns(纳秒)数量级，故增益展宽可以看作是均匀的。通常，为了得到高功率光放大器要在增益的饱和区工作。在增益的饱和区中，在放大多个不同信号波长情况下，在增益展宽均匀的光放大器中，由于每一个波长将进行增益的争夺，产生信道间的串扰而使得信号波形劣化。因此，在一揽子地放大WDM信号的情况下，如上所述，一般的是要使用EDFA等的光纤放大器。但是，当对借助注入电流使半导体激励的SOA，和由输出激励光的半导体激光器、添加进了铒等掺杂物光纤、把激励光耦合到掺杂物光纤上的耦合器构成的EDFA进行比较时，可以说从部件个数的观点看SOA是经济的。特别是在放大1个信号波长的情况下，SOA这一方是合适的。
要想用光纤放大器一起地放大WDM信号，为了对在波长合分波器、光强度调制器等的光构成部件中所产生的光的损耗进行补偿，光放大器的高功率化是必须的。但是，覆盖所有的多波长光的波段的宽带而且高功率的光放大器，例如即便是1个也是非常昂贵的。因此，取决于所要求的波段和功率，用SOA个别地放大各个波长的构成，有时可以比使用光纤放大器的构成更为廉价地实现光调制电路。
此外，SOA还具有以下的优点。
·SOA可通过根据调制信号改变注入电流而用做调制器。
·SOA可以与电场吸收式调制器(EA调制器)集成化。
其次，对利用SOA的光调制装置的典型的构成例进行说明。
(现有例1)做作为现有例1，图3示出了可利用于图1所示的光强度调制器105的现有的光调制装置的构成。现有例1的装置，示出了设想把SOA用做调制器306，且光调制装置303处于与光源分离开来的位置上的情况。SOA的调制器306的两端，被耦合到要输入光信号的输入传送路径301以及要输出光信号的输出传送路径309上。但是，在这些输入输出传送路径内，还包括光滤光器、光耦合器等的各种光器件或光连接器、接头(splice)等(未画出来)，此外，在输入输出传送路径301与SOA的调制器306之间还插入有波长合分波器(未画出来)，这些构成部件全部构成为反射点。由于这些反射点存在于SOA的光放大部306的两端侧，故结果就变成为用这些反射点和SOA构成光谐振器，其结果是可以认为SOA的动作会变得不稳定。为了防范这一缺憾，如图3所示，就要向SOA的两端插入仅仅使单一方向的光透过的光隔离器305、306。
(现有例2)作为现有例2，图4示出了在图2的光调制电路中适用的现有的光调制装置的构成例。在图4中示出了2种类型的光调制装置405、407的构成。1种类型的光调制装置405的构成为在双向光放大器409中放大用波长合分波器403分波后的连续光的光功率，向光强度调制器411输入并借助于数据信号进行强度调制变成为调制光后，用光反射器413进行反射，然后再次通过光强度调制器411、双向光放大器409。另外一种类型的光调制装置407的构成为在双向光放大器415中放大用波长合分波器403分波后的连续光的光功率，向用光循环器417制作的光环路输入，在配置在该光环路内的光强度调制器419中借助于数据信号进行强度调制变成为调制光后，经由光循环器417，再次通过双向光放大器415。在前者的光调制装置405中，既可以把光反射器413做成为与光强度调制器411不同的单体，也可以做成为把光反射器413粘贴到光强度调制器411的端面上一体化的构成。
在图4的构成中使用的双向放大器409、415，由于只要可以进行1种波长的放大即可，故SOA是适当的。但是，若把SOA用做双向光放大器409、415，则在增益的饱和区中连续光与调制光之间的增益争夺会引起信号劣化。即，结果变成为在光放大器409、415的内部连续光(连续波)被调制光的信号模式进行调制。
为此，如图5所示，理想的是可以在来自双向光放大器409、415的连续光与调制光的输出功率之和(或输入功率之和)小于某一输出功率(或输入功率)时增益保持为恒定的增益未饱和区中使用。
(要解决的课题)在图3所示的现有例1的构成中，即便是向SOA306的两端插入了光隔离器305、307，仍然会剩下在SOA元件本身的端面反射的问题。通常，通过对SOA306的端面实行无反射涂敷以使端面反射率降低，一般地说，该端面反射率的值比传送路径反射的反射率的值等更小。但是，当SOA306的增益大时，光调制装置303作为谐振器的效果将变大，放大动作就变得不稳定。即，结果就变成为端面反射率的值将限制SOA所容许的增益的大小。因此，要想借助于SOA实现高增益放大，例如图6所示，就必须把SOA多级地连接起来。
作为SOA的连接成多级的构成，人们提出了把SOA+EA调制器(关于EA调制器将在后边讲述)的级联构成连接成两级的方式(参考文献1Ohman，F.；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设置为多级的情况下，为了使光反射的影响减少到最低限度，虽然可如图6所示向多级连接的所有的SOA的输入输出端插入光隔离器，但是从成本的观点看则不能说是理想的。此外，在参考文献1中，根本没有关于插入光隔离器的讲述。
此外，在图4所示的现有例2的构成中，存在着在双向光放大器(SOA)409、415的两端的反射光1和反射光2。虽然说双向光放大器409、415的端面由无反射涂敷低反射化，但是由于在其端面反射的前后其反射光的功率被放大，故该反射光的值大，该反射光与信号光进行干涉而变成为噪声。另外，对于反射光1、反射光2，将在后述的关于图8的说明中详细地说明。
发明内容
本发明就是为解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种在多级连接构成光放大器的光调制装置或作为双向光放大器含有光放大器的光调制装置中，借助于考虑到通过光放大器的内部的反射的影响的器件的技术规格设计、器件构成，而实现降低反射光的影响并实现稳定的放大功能而且经济的光调制装置。
本发明的第1形态(方面)通过对包括双向光放大器的反射式的光调制器和把多个该光放大器组合起来的多波长一起光调制装置，数值限定双向光放大器的增益和光放大器的损耗的关系，来降低双向光放大器的端面上的反射光的影响，实现稳定的放大功能。
本发明的第2形态，通过对包括双向光放大器的反射式的光调制器和把多个该光放大器组合起来的多波长一起光调制装置，进行偏振波旋转装置的插入，来降低双向光放大器的端面上的反射光的影响，实现稳定的放大功能。
本发明的第3形态，通过对包括多级连接起来的半导体光放大器(SOA)的透过式的光调制装置每隔一个地插入光隔离器，以同时实现因降低反射光的影响而得到的稳定的放大功能和成本的降低。
图1是示出了现有的光调制电路的构成的框图；图2是示出了现有的反射式光调制装置的构成的框图；图3是示出了利用半导体光放大器的现有光调制装置的构成的框图；图4是示出了利用双向光放大器的现有光调制装置的构成的框图；图5是说明半导体光放大器的未饱和区的曲线图；图6是示出了可看作是多级连接半导体光放大器来实现高增益放大的光调制装置的构成的框图；图7是示出了把多个半导体光放大器多级连接起来时的反射光的状态(行为)的概念图；图8是说明半导体光放大器的反射光的概念图；图9是示出了把2个半导体光放大器多级连接起来时的反射光的状态的概念图；图10是说明图9的反射光对信号光的比率的说明图；图11A-11C是分别示出了本发明的实施例1的光调制装置的构成的框图；图12A-12C是分别示出了本发明的实施例2的光调制装置的构成的框图；图13是说明本发明的实施例3的光调制装置的特性的曲线图；
图14是示出了本发明的实施例4的光调制装置的构成的框图；图15是说明本发明的实施例4的偏振波面的方向的模式图；图16是示出了本发明的实施例5的光调制装置的构成的框图。
具体实施例方式
以下，参看附图详细地说明本发明的最佳实施例。
(实施例1)本发明的实施例1，是采用对包括多级连接起来的半导体光放大器(SOA)的透过式的光调制装置每隔1个地插入光隔离器的办法，同时实现由降低反射光的影响而得到的稳定的放大功能和造价的降低的实施例。在说明本实施例的具体的构成例之前，先说明其原理。
<把SOA多级连接起来时的反射光>
图7是说明把多个SOA多级连接起来时的反射光的图。在该多级连接构成中，为了使之起着光调制装置的作用，虽然需要或者是把要使用的SOA中之一用做光强度调制器，或者是插入外部调制器，但是，在这里，为了简化反射光的说明，设定为使所有的SOA仅仅起着光放大器的作用。
在图7中，n(＞＝2)个的半导体光放大器(S1，S2，…，Si，…，Sn)借助于具备输入输出的n+1个的光通路(x1，x2，…，xi，…，xn+1)串联地进行耦合，其输入输出分别连接到输入一侧传送路径301、输出一侧传送路径309上。如上所述，输入输出传送路径301、309成为反射点。此外，SOA(S1，S2，…，Si，…，Sn)由于在元件本身的两端上具有反射端，故SOA自身成为反射点。
图8是说明SOA的反射光的图。若设SOA的增益为gi，端面反射率为r，则在光功率1的光入射到SOA上时，SOA的反射光功率就将变成为gi2r，端面反射率变成为gi2倍。该反射对于每一个SOA可在双方向上产生。
在图7中，从输入一侧按照顺序把和信号光的行进方向相同的方向的反射定为Ref(0)，Ref(1)，…Ref(i)，…，Ref(n)，从输入一侧按照顺序把逆方向的反射定为ref(1)，ref(2)，…ref(i)，…，ref(n+1)。Ref(0)和ref(n+1)，分别是输入一侧传送路径反射和输出一侧传送路径反射，除此之外的反射Ref(i)和ref(i)表示半导体光放大器Si的双方向的反射。
对于反射光的影响，为了简单起见，考虑n＝2的情况。图9是说明n＝2的情况下的反射光的图。Ref(0)、Ref(1)、Ref(2)表示与信号光的行进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)分别是输入一侧传送路径反射和输出一侧传送路径反射，Ref(1)、ref(1)和Ref(2)、ref(2)分别是半导体光放大器S1和S2的反射。一般地说反射之所以成为问题，是因为与信号光的行进方向逆方向的反射(第1次的反射)的后边，接着产生同一方向的反射(第2次的反射)，该反射与信号光进行干涉使信号光功率变成为不稳定的缘故。在图9中，由于包括SOA的增益，故反射光由该增益放大，其影响进一步增大。
图10是说明设图9的Ref(i)、ref(i)的反射率分别为R(i)、r(i)(但是，1＜＝i＜＝3)时2次反射光对信号光的比率的表。如图10所示，在ref(i)的后边接着产生了Ref(i-1)的反射的情况下，2次反射光对信号光的比率是反射点的反射率的2次方的数量级，但是在接在ref(i)的后边产生了Ref(i-2)乃至Ref(i-3)的反射的情况下，2次反射光对信号光的比率，相对于反射点的反射率的2次方的数量级，就将增大要通过的SOA的增益的恰好2次方倍。
图10虽然示出的是n＝2的情况，但是，一般地说，在把n个SOA多级连接起来时，ref(i)的后边接着的Ref(i-2)，Ref(i-3)，……，Ref(0)的反射，与ref(i)的后边接着的Ref(i-1)的反射相比，反射光对信号光的比率的数量级恰好分别增大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，为了允许ref(i)的后边接着的Ref(i-1)的反射，防止ref(i)的后边接着的Ref(i-2)，Ref(i-3)，……，Ref(0)的反射，可以对光通路(x1，x2，……，xi，……，Xn+1)每隔一个地插入光隔离器。
<具体的构成例>
图11A-11C是说明如上所述对于光通路每隔一个地插入了光隔离器的本发明的实施例1的光调制装置的构成的图。在这里，O1、O2是光隔离器。第1个光隔离器O1被插入到输入一侧传送路径与第1个SOA S1之间的第1个光通路x1内，第2个光隔离器O1被插入到第2个SOA S2与第3个SOA S3之间的第3个光通路x3内。如上所述，本实施例的特征在于对于光通路每隔一个地插入光隔离器。
此外，在本例中，SOA的个数为n＝3，采用使用发送信号对注入电流进行强度调制的办法，把其中的任意一个用做光强度调制器(MOD)。就是说，在图11A中，把第3个SOA S3用做光强度调制器，在图11B中，把第2个SOA S2用做光强度调制器，在图11C中，把第1个SOA S1用做光强度调制器。
对于光隔离器与光强度调制器的上述的排列关系，在SOA的个数n为2的情况或为大于等于4时是同样的。
倘采用本实施例的构成，则可以在输出连续光的光源与光强度调制器以传送路径介于之间的方式位于分离的位置的光通信系统中，同时实现传送路径的光功率损耗的补偿和调制动作。
(实施例2)图12A-12C是说明本发明的实施例2的光调制装置的构成的图。本实施例，相当于实施例1的变形例，向构成光放大器的3个SOA S1，S2，S3中的任意一个之间插入光强度调制器M。
图12A是在未插入光隔离器O1、O2的区间内插入了光强度调制器M的构成。在这里，虽然示出的是向第1与第2SOA S1、S2间的第2光通路(光连接装置)x2内插入了光强度调制器M的例子，但是，也可以向第3SOA S3与输出端子之间的第4光通路x4内插入光强度调制器M。但是，在该情况下，必须使用可以应对用最后一级的SOA S3进行了放大的光功率的光强度调制器M。
在图12A的构成中，从第1SOA S1输出的连续光和第2SOA S2与第1SOA S1的连续光的2次反射光进行干涉之前，要用光强度调制器M接收2次的强度调制。因此，2次反射光对信号光的比率相对于未插入光强度调制器M的情况将相对地变小。
图12B示出了把光强度调制器M插入到了已经插入了光隔离器O2的区间内的构成。在这里，虽然示出的是向第2与第3SOA S2、S3间的第3光通路x3内插入了光强度调制器M的例子，但是，也可以向输入端子与第1 SOA S1之间的第1光通路x1内插入光强度调制器M。但是，在后者的情况下，必须考虑向SOA S1输入的输入功率因光强度调制器M的损耗而降低、SNR劣化的情况。另外，如图12B-12C所示，光隔离器O2与光强度调制器M的连接的顺序是任意的。
作为在本实施例中使用的光强度调制器M，可以使用例如电场吸收式光强度调制器(EA调制器)。在上述的实施例1中，由于把SOA当作光强度调制器，故G(bps)或以上的调制动作是困难的，但是在把EA调制器用做光强度调制器的情况下，可以应对直到40G(bps)左右的调制动作。
(实施例3)本发明的实施例3的光调制装置，是做成为使得在具有上述图4所示的那样的双向光放大器的装置构成中，可以采用如后所述进行放大器的增益的数值限定的办法，减少双向光放大器的端面的反射光的影响，实现稳定的放大功能的装置。以下，对本发明的放大器增益的数值限定进行说明。
<使反射光的影响定量化的方法>
如图4所示，存在着2个来自双向光放大器409、415的两端的反射光，一方的反射光1与调制光而另一方的反射光2与连续光向同一方向前进。该连续光因进行强度调制而变成为调制光，反射光2由于要经历与连续光相同的路径，故结局把反射光1和反射光2赋予调制光。调制光与反射光1和反射光2的同一偏振方向成分进行干涉，作为差拍噪声而产生强度波动。以下对定量地给出反射光1和反射光2对调制光造成的影响的方法进行说明。
在这里，可以设想以下的情况。
·在双向光放大器409、415的一方的端面上反射后的光再次在另一方的端面上进行反射的多次反射光变成为充分小而可以忽视。
·发送信号的占空比(标空比)为1/2。(由于当在数据信号列中符号或间隔连续时，在接受信号时就难于抽出时钟信号，故通常以SDH(synchronous digital hierarchy，同步数字体系)中的扰码、千兆位以太网中的8B→10B(bel)变换等，采用使占空比变成为大体上1/2的方法)。
若把向双向光放大器409、415输入的连续光功率、双向光放大器409、415的增益、调制光输出功率相对向光强度调制器411、419输入的连续光功率的差，双向光放大器全体的反射率分别设为1、g、x、r’，则光调制器输出的调制光功率、反射光1的功率、反射光2的功率就可分别用g2x、r’、g2x2r’表示。
现在，由于成为问题的是调制光与反射光的干涉，故只要考虑调制光符号时的反射光的影响即可。由于发送信号的占空比是1/2，光调制器输出的调制光的符号电平功率和反射光2的符号电平功率分别为2g2x，4g2x2r’。但是，由于在光调制器输出中调制光和反射光2同时成为符号的概率为1/2，故反射光2的影响被减半。因此，调制光符号时的调制光与全反射光之间的功率比，就可以表达为SN=2g2x(r′+2g2x2r′)---(1)]]>此外，由于对于r’当无视光纤耦合损耗时r’＝g2r的关系成立，故可以改写为SN=2g2x(g2r+2g4x2r′)---(2)]]>若把式(2)看作是x的函数，则在x=12g---(3)]]>时，式(2)将取最大值。就是说，这时可以把反射光的影响变成为最小。若将之改写为对数标度，使用传送路径损耗L[dB]、双向光放大器增益G[dB]，则变成为L=-10log10(x)=10log10(g)+12·10log10(2)=G+1.5---(4)]]>此外，这时反射光1与反射光2的功率变成为相等。
实际上，由于反射光与调制光进行干涉，故上述仅在使SNR最佳化的上式(4)的导出中是有效的。反射光对调制光的影响的定量性的估计，可像以下那样地进行。
考虑通过光循环器417等接收光调制器输出的情况。设调制光的符号一侧光电场为E0exp[i(ωct+φ0)]，反射光1的符号一侧光电场为E1exp[i(ωct+φ1)]，反射光2的符号一侧光电场为E2exp[i(ωct+φ2)]，则接收前的光电场就可以用EOUT(t)＝E0exp[i(ωct+φ0)]+E1exp[i(ωct+φ1)]+E2exp[i(ωct+φ2)](5)表示。
接收光电流，若完全无视必须的系数时，则将变成为ip＝E02+2E0E1exp[i(φ0-φ1)]+2E0E2exp[i(φ0-φ2)]+E12+E22+2E1E2exp[i(φ1-φ2)](6)在这里，第1项是调制光本身，第2项以下是噪声。第1项到第6项分别表示调制光与反射光都处于符号一侧时的调制光功率、调制光与反射光1的差拍(干涉)、调制光与反射光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)。由于对于调制光来说反射光小，故第4项到第6项可以忽视。在这里，考虑第2项与第3项的影响，作为标准化差拍噪声功率定义如下。
σRIN2=2(E02E12+E02E22)(E02)2---(7)]]>在多个反射点参与的情况下的差拍噪声，可以当作方差由式(7)表示的值的高斯分布来处理。反之，在反射点少的情况下，结果就变成为过剩地估计差拍噪声。
迄今为止的讨论，虽然作为反射光考虑的是来自双向光放大器409、415的反射光1和反射光2，但是，实际上除去双向光放大器409、415的端面反射之外，还存在着插入到系统内的各种光器件的输入输出端反射或由光连接器产生的反射等，归因于来自这些反射点的反射光也接受双向光放大器409、415的增益，根据它们的反射率情况其影响就不能再忽视。在这样的情况下，如果把在迄今为止的讨论中使用的端面反射率r取为来自端面反射以外的反射点的反射率的合计，则可以说使用由式(7)给出的方差的反射光的影响的估计是妥当的。另一方面，在仅仅来自双向光放大器409、415的两端面的反射是支配性的情况下，则可以把上述估计看作是最坏的设计。
以上的讨论，来自于给出了定量地估计阵列波导衍射光栅(AWG)相干串扰的影响的方法的IEEE J.lightwave Tchnol.，vol.14，no.6，pp.1097-1105，1996的论文的类推。但是，在本光调制装置中，由于调制光符号时反射光2为同一符号的概率为1/2，故可以把式(7)改写为σRIN2=2E02E12+E02E22(E02)2---(8)]]>该式的值，与式(2)的倒数的2倍相等。
<关于反射光的影响的计算例>
图13示出了使用上述式(8)的计算结果。在该图中，横轴示出的是调制部损耗(L)[dB]，纵轴的左侧示出是Q值[dB]以及右侧示出的是光调制装置增益[dB]。对于光调制装置增益，是对不考虑调制部(光强度调制器)411、419中的3dB的调制损耗的2G-(L-3.0)[dB]和考虑3dB的调制损耗的2G-L[dB]这两方进行了图示。这里所说的Q值是在IEEE Photon.Technol.Lett.Vol.5，no.3，pp.304-306中提出来的，是规定调制光的信噪比(SNR)的评价参数，可由Q=S(1)-S(0)σ1+σ0---(9)]]>定义。在这里，S(1)和S(0)分别表示符号和间隔的信号电平，此外，σ1和σ0分别表示符号和间隔的噪声量。在这里，若设S(1)＝1，则σ1＝σRIN，S(0)和σ0可以看作是大体上为0。
在计算中，假定向光调制装置405、407输入的连续光功率为-6dBm，双向光放大器增益G＝10[dB]，双向光放大器噪声指数为7dB，双向光放大器全体的反射率为-22dB，设直接进行光电变换后接收调制光而不进行光前置放大器接收。就如表示其计算结果的图13所示，调制部损耗L＝11.5[dB]，即，在L＝G+1.5[dB]中Q值取最大值，表示Q值的曲线以该值为中心变成为左右对称。图中，(α)、(β)、(γ)、(δ)的范围分别如下。
(α)0＜＝L＜＝2G+3.0是保障光调制器增益2G-[L-3.0]＞＝0，而且光调制器增益2G-[L-3.0]＝0(dB)的Q值的光调制部损耗区。
(β)3.0＜＝L＜＝2G是保障光调制器增益2G-L＞＝0，而且光调制器增益2G-L＝0(dB)的Q值的光调制部损耗区。
(γ)G-4.5＜＝L＜＝G+7.5是Q值相对于最大值在3dB以内的区域。
(δ)L＝G+1.5是取最大Q值的调制部损耗。
对于(δ)的区域来说，情况如上所述。此外，(α)和(β)的区域的L的上限表明光调制增益大于等于0[dB]。此外，对于调制光部损耗L的值，由于Q值曲线如上所述是左右对称的，故可以必然地决定。
此外，Q值相对于最大值变成为3dB以内，是在5.5[dB]＜＝L＜＝17.5[dB]，即在(G+1.5)-6[dB]＜＝L＜＝(G+1.5)+6[dB]的时候。该L的范围与G的值无关。实际上，若对把上述式(3)所示的x的值代入到上述式(1)内后所得到的值的一半(减少3dB)与式(1)相等时的x的2次方程式求解，则其解为x=(22±6)2g---(10)]]>此外，当把该解改写成对数标度时，就变成为L=-10log10(x)=10log10(222+6)+10log10(g)≅(G+1.5)±6---(11)]]>这个结果示出了(γ)的区域的上限值和下限值。
因此，采用使光调制部损耗L处于(α)的区域之间的任意的范围(例如(β)、(γ)、(δ))内的办法，光调制装置就可以在保持增益不变的状态下，把反射光相对调制光的比率抑制得低。这时，就如由图13可了解到的那样，使调制部损耗L越接近(δ)的L＝G+1.5，该比率就越低。
(实施例4)图14示出了本发明的实施例4的光调制装置的构成。本实施例的光调制装置，是采用插入偏振波旋转装置的办法，减低双向光放大器的端面的反射光的影响，实现稳定的放大功能的光调制装置。
如图14所示，本装置是具备用偏振波面的不同分离输入多波长光和输出调制光的偏振波分离器501；对每一个规定的波长对多波长光进行分波的波长合分波器502；在双方向上放大分波后的各个单一波长光的功率的双向光放大器503；在双方向上使单一波长光的偏振波面旋转的偏振波旋转装置504；在双方向上调制单一波长光的强度的光强度调制器505；使从光强度调制器505输出的调制后的单一波长光再次返回双向光放大器503的光反射器506的多波长一起光调制装置。
作为偏振波分离器501，一般地说虽然可以使用经常被人们使用的偏振波束分束器(PBS)，但是，例如也可以做成为这样的构成输出光通过光循环器或光耦合器从波长合分波器502输出，用起偏器仅仅取出与输入光进行了90度的偏振波偏移的光。
作为波长合分波器502，例如可以使用AWG。AWG根据波长而使从某一输入波导入射进来的光从不同的输出波导输出。此外，AWG具有可逆性，也可以在1个输出波导中使多个波长光进行合波。
作为双向光放大器503，例如可以使用SOA。SOA是采用使半导体激光器的谐振端面低反射化的办法，使得在半导体内的活性层中行进的光借助于受激发射进行放大的光放大器。作为双向光放大器503，虽然也可以考虑掺铒光纤(EFDA)等的光纤放大器，但是，光纤放大器由于要用输出泵光的半导体激光器、已添加进铒等的添加物光纤、把泵光耦合到添加物光纤内的耦合器构成，故从部件个数的观点看可以预料将变得比SOA成本更高，从成本方面看SOA是有利的。
虽然把偏振波旋转装置504配置在双向光放大器503与光强度调制器505之间，但是，作为该偏振波旋转装置504，可以使用1/4波长板或法拉第元件等。此外，也可以使用把反射镜安装到了法拉第元件的一方的输出端上的法拉第反射镜。
作为光强度调制器505，可以使用例如Mach Zehnder型光强度调制器、电场吸收型光强度调制器(EA调制器)等，具有用数据信号调制单一波长光的功能。倘采用这些光强度调制器，则可以在实用级别上实现用40G(bps)数量级调制信号进行的强度调制。
作为光反射器507，例如可以使用已涂敷上金属膜的反射镜、已涂敷上电介质多层膜的反射镜等。此外，作为特定波长的反射镜，衍射光栅或光纤布喇格光栅等也可以用做光反射器。此外，作为光纤布喇格光栅的应用例，也可以是把衍射光栅(光栅)直接写入到光波导内的光反射器。
偏振波分离器501的一个输出口用空间光学系统或光波导光学性地连接到波长合分波器502的输入波导上。波长合分波器502的输出波导分别用空间光学系统或光波导光学性地连接到双向光放大器503的一方的口上。双向光放大器503的另一方的口用同一空间光学系统或光波导光学性地连接到偏振波旋转装置504的一方的口上。偏振波旋转装置504的另一方的口用同一空间光学系统或光波导光学性地连接到光强度调制器505的一方的口上。光强度调制器505的另一方的口用同一空间光学系统或光波导光学性地连接到光反射器507上。
在本实施例中，光强度调制器505的输入和调制光的输出虽然用偏振波分离器501切断开来，但是，在作为偏振波旋转装置504例如使用1/4波长板的情况下，输入光和输出光的偏振波面的角度由于进行了90度偏移，故只要用偏振波分离器501仅仅分出输出光的特定的偏振波，输入光和输出光就可以分离。
从波长合分波器502的输入波导输入进来的多波长光，被波长合分波器502分波成各个波长，分波后的单一波长光被导往与之对应的1个双向光放大器503以放大其功率。
对于双向光放大器503，在增益的饱和区中连续光与调制光之间的增益争夺将引起信号劣化。因此，如图5所示，理想的是来自双向光放大器503的连续光与调制光的输出功率(横轴)之和(或输入功率之和)小于等于某一输出功率(或输入功率)时在保持增益(纵轴)恒定的增益的未饱和区中使用双向光放大器。
在各个双向光放大器503中已进行了功率放大的连续光(单一波长光)分别向与之对应的偏振波旋转装置504输入。在偏振波旋转装置504中在偏振波面旋转45度后向光强度调制器505输入连续光，在光强度调制器505中借助于调制信号(数据信号)进行强度调制。调制后的单一波长光从光强度调制器505的光反射器一侧的口输出，被输入至光反射器507。在被光反射器507反射后的调制光，再次通过光强度调制器505后，被输入至偏振波旋转装置504。调制光在偏振波旋转装置504中偏振波面再次旋转45度，并输入到双向光放大器503，在双向光放大器503中再次进行光功率放大。由于双向光放大器503的输出调制光的偏振波面与输入光比已经偏移了90度，故可以借助于偏振波分离器501使输入光和输出光分离。因此，从双向光放大器503出来的输出调制光在用波长合分波器502进行了合波后，就可以从偏振波分离器501的输出口向装置外部输出。
要想使光放大器进行双向动作，由于不能在光放大器的内部插入光隔离器，故必须考虑来自光放大路径的两端的端面反射的影响。如图4所示，在双向传送时存在着2个该反射光(反射光1和反射光2)，反射光1与调制光在同一方向上前进，反射光2和连续光在同一方向上前进，此连续光被强度调制成调制光，反射光2与连续光经历同一路径，故与现有例同样，如果使反射光1、2、连续光、调制光的偏振波面变成为同一方向，则可以把反射光1和反射光2赋予调制光，其结果是由于调制光与反射光1和反射光2的同一偏振方向成分进行干涉而作为差拍噪声产生强度波动。
但是，在具有偏振波旋转装置504的本实施例的构成中，如在图15中用表示偏振波面的方向的圆围起来的箭头所示，双向光放大器503的反射光1和反射光2，与在同一方向上行进的连续光或调制光的偏振方向垂直。由于反射光1与调制光偏振方向垂直，故在输出中在偏振波分离器501中被分离开来。此外，反射光2与连续光偏振方向垂直，在以后进行强度变换变成为调制光之后保持该偏振关系，与反射光1同样，也可以在输出中在偏振波分离器501中被分离开来。其结果是可以消除由双向的光的干涉所产生的强度波动。
此外，倘采用本实施例的构成，如图15所示，由于在来自偏振波旋转装置504的输出被光反射器507反射并再次返回到偏振波旋转装置504中来之前的路径中，光的偏振波面在双向中是同一者，故作为光强度调制器505可以使用LiNbO3 Mach Zehnder型光强度调制器等的仅仅可对单一的输入偏振波进行调制的光强度调制器。
(实施例5)图16示出了本发明的实施例5的光调制装置的构成。本实施例5的装置，在上述实施例4多波长一起光调制装置的光强度调制器505的前边或后边(本图插入到后边)插入有仅仅可以使单一偏振波通过的起偏器506。除此之外的构成与实施例4是同样的，故省略其详细的说明。
一般地说，如果把多个光器件或光纤耦合起来，则垂直的2个偏振波间的偏振波消光比将显著劣化。倘采用图16的构成，由于来自偏振波旋转装置504的输出被光反射器507反射并再次返回到偏振波旋转装置504中来之前的路径中的光的偏振波面在双向中是同一者，故可以向光路径内插入起偏器506。借助于该起偏器506的插入，就可恢复劣化了的偏振波消光比。
(其它的实施例)另外，虽然是以本发明的优选实施例为例进行的说明，但是，本发明的实施例并不限于上述的例子，只要是在权利要求范围的各个权利要求所述的范围内，其构成构件的置换、变更、追加、个数的增减、形状的变更等的各种变形，全都包括在本发明的实施例内。
权利要求
1.一种光调制装置，其特征在于，具备使单一波长的连续光在双方向上透过并把增益赋予该单一波长光的双向光放大装置；对用上述双向光放大装置放大了光功率的连续光，用占空比大体上1/2的发送信号进行强度调制的光强度调制装置；和使被上述光强度调制装置进行了强度调制的连续光再次返回上述光强度调制装置或直接返回上述双向光放大装置的光回归装置；其中，用相对于上述双向光放大装置的增益G(dB)的输入往上述光强度调制装置的输入连续光的光功率和来自上述光强度调制装置的输出调制光的光功率之差定义的调制部损耗L(dB)的值，被设定为从0(dB)到2G+3.0(dB)范围内。
2.根据权利要求1所述的光调制装置，其特征在于上述调制部损耗L(dB)的值被设定为G+1.5(dB)。
3.根据权利要求1所述的光调制装置，其特征在于上述双向光放大装置在增益的未饱和区中动作。
4.根据权利要求2所述的光调制装置，其特征在于上述双向光放大装置在增益的未饱和区中动作。
5.根据权利要求1到4中的任何一项所述的光调制装置，其特征在于上述光强度调制装置是在其后端具备构成上述光回归装置的光反射器的反射式的光强度调制器。
6.根据权利要求1到4中的任何一项所述的光调制装置，其特征在于上述光强度调制装置，是设置在构成通过光循环器形成的上述光回归装置的光环路内的透过式的光强度调制器。
7.根据权利要求1到4中的任何一项所述的光调制装置，其特征在于设置有复用波长数量的所述光调制装置，还具有对波长复用后的连续光进行分波并按每一单一波长向多个上述光调制装置分别输入、并且对从多个上述光调制装置输出的调制光进行复用并输出的波长合分波装置。
8.一种光调制装置，其特征在于，与构成多波长光的多个单一波长光中的每一个单一波长光相对应地具备多个使构成包括多个光载波的所述多波长光的单一波长光在双方向上透过并把增益赋予该单一波长光的双向光放大装置；使被上述双向光放大装置赋予了增益的单一波长光在双方向上透过并对该单一波长光进行调制的光强度调制装置；以及使透过了上述光强度调制装置后的单一波长光再次回归该光强度调制装置的光回归装置；该光调制装置，还具备把上述多波长光分波成每一个单一波长光并分别向上述双向光放大装置输入，并且对从上述双向光放大装置输出的多个单一波长光再次进行合波并输出的波长合分波装置；分别插置在上述双向光放大装置与上述光强度调制装置之间使上述单一波长光的偏振波面旋转的多个偏振波旋转装置；和偏振波分离装置，该偏振波分离装置将输入多波长光输入到上述波长合分波装置，并且将由上述偏振波面旋转装置旋转偏振波面而从该波长合分波装置输出的输出多波长光与上述输入多波长光分离而输出。
9.根据权利要求8所述的光调制装置，其特征在于还在上述光强度调制装置之前或之后插置有起偏器。
10.一种光调制装置，其特征在于，具备分别用独立的注入电流产生反转分布的n个(n＞＝2)半导体光放大器；依次把输入端子与上述n个半导体光放大器与输出端子连接起来的(n+1)个光连接装置；依次插入到上述(n+1)个光连接装置的第奇数号或第偶数号的位置上的光隔离器；和对连续光进行强度调制的光强度调制装置。
11.根据权利要求10所述的光调制装置，其特征在于该光调制装置构成为，对上述n个半导体光放大器之中的一个半导体光放大器，施加被发送信号进行了强度调制的注入电流，而使其成为上述光强度调制装置。
12.根据权利要求10所述的光调制装置，其特征在于构成为向上述(n+1)个光连接装置中的任何一个地方插入上述光强度调制装置。
13.根据权利要求10所述的光调制装置，其特征在于构成为在上述(n+1)个光连接装置之中，在与上述输入端子和上述输出端子连接的光连接装置以外的任何一个地方插入上述光强度调制装置。
14.根据权利要求12或13所述的光调制装置，其特征在于其构成为把上述光强度调制装置插入到在上述(n+1)个光连接装置中未插入光隔离器的光连接装置内。
全文摘要
提供通过对包括双向光放大器的反射式的光调制器或把多个该光放大器组合起来的多波长一起光调制装置，数值限定双向光放大器的增益和光调制器的损耗的关系，或者插入偏振波旋转装置，来降低双向光放大器的端面上的反射光的影响并实现稳定的放大功能的光调制装置。提供通过对包括多级连接的多个半导体光放大器(SOA)的透过式的光调制装置每隔一个SOA插入光隔离器，来降低反射光的影响同时实现了稳定放大功能和成本的降低的光调制装置。
文档编号G02F1/01GK1705905SQ200480001430
公开日2005年12月7日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月19日
发明者藤原正满, 可儿淳一, 秋本浩司, 岩月胜美 申请人:日本电信电话株式会社