CN102159985A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于在DQPSK调制器或FSK调制器等生成多级的相位调制信号的光调制器中，能够提供一种信号品质高的光调制器，尤其是提供一种能够抑制由于光调制器的制造偏差等引起的信号成分的强度差造成的调制特性劣化，且不需要复杂的制造工序就能够提高特性的高性能的光调制器。光调制器(1)包括：基板(4)，具有电光效应；光波导(5)，形成在该基板上；以及控制电极(61～65)，用于控制在该光波导中传播的光波，所述光调制器(1)的特征在于，该光波导(5)由具有两个分支波导的主马赫-曾德尔(MZ)型波导(50)和设置在该分支波导上的副马赫-曾德尔(MZ)型波导(51、52)构成，在各分支波导上，以与该副马赫-曾德尔型波导(51、52)串联的状态设置有光强度调整机构(例如由光波导(53、54)及控制电极(63、64)构成)，且具备电压控制回路，监控在该分支波导中传播的光波的一部分，调整施加给该光强度调整机构的电压。

Description

光调制器
技术领域
本发明涉及一种光调制器，尤其是涉及DQPSK调制器或FSK调制器等生成多级的相位调制信号的光调制器。
背景技术
伴随通信流量的增大，在需求高速、大容量化的第二代长距离大容量光通信系统中，讨论了多值调制解调编码技术的导入。其代表性的方式之一是差动四相相移键控(DQPSK，Differential Quadrature Phase Shift keying)方式。在该方式中，与以往的2值强度调制(OOK)方式相比，信号频带窄，除了能够实现频率利用效率的提高及传送距离的扩大之外，还能够期待高灵敏度。
如专利文献1记载所示，DQPSK调制器包括在马赫-曾德尔(MZ)型干涉计的两个分支波导的光路上分别集成的I(In-phase：同步)信号生成用及Q(Quadrature：正交)信号生成用的MZ调制器和用于使两个光信号的相位正交的π/2相位移相器。
专利文献1：美国专利7116460号说明书
专利文献2：日本特开2006-242975号公报
非专利文献1：Masataka Nakazawa，Jumpei Hongo，Keisuke Kasai，Masato Yoshida；Res.Inst.of Electrical Communication，Tohoku Univ.，Japan.″Polarization-Multiplexed 1 Gsymbol/s，64QAM(12Gbit/s)Coherent Optical Transmission over 150km with an Optical Bandwidth of2GHz″，OFC07 PDP26
另外，在利用频率调制的移频键控(FSK)调制方式中，如专利文献2所示，在构成主马赫-曾德尔(主MZ)型波导的两个分支波导上设置各副马赫-曾德尔(副MZ)型波导，在各副MZ型波导上施加有直流偏压和RF信号，在主MZ型波导上施加有与调制数据相对应的信号。
此外，利用在主MZ型波导的分支波导上组合有副MZ型波导的光调制器而提供有SSB(Single Side-Band：单边带)调制器等。而且，如非专利文献1公开所示，还提出有QAM(Quadrature Amplitude Modulation：正交调幅)调制器等。
然而，在DQPSK调制器的情况下，由于入射到MZ型干涉计的两个分支波导的光波的波长变动及成为MZ型干涉计的光波导的图案错误或调制信号的放大器的个体差等次要因素等，在I信号成分与Q信号成分之间产生强度差，无法进行高性能的DQPSK调制。
另外，在FSK调制中，主MZ型波导的分支波导间的形状不平衡时，射出的光谱中残留有不需要的频率成分，会产生信号品质劣化的问题。
鉴于这种问题，在专利文献2中，公开有通过调整施加给光调制器的电极的偏压而提高消光比的调制方法，该光调制器具有设置在主MZ型波导或副MZ型波导的各臂(分支波导)上的光强度修正机构。尤其是通过利用副MZ型波导来修正主MZ型波导的臂间的不平衡，能够得到最佳的偏压。
然而在DQPSK调制器及FSK调制器中，通过专利文献2那样的方法无法调整偏压。即，在DQPSK调制器的情况下，副MZ型波导的干涉计是用于施加数据信号的部件，因此并不是使用于平衡调整。而且，在FSK调制器的情况下，为了发生两个频移键控而对副MZ型波导的干涉计施加正弦波，因此与DQPSK同样地，难以利用于消除不平衡自身。
发明内容
本发明的课题在于，解决上述的问题，在DQPSK调制器或FSK调制器等生成多级的相位调制信号的光调制器中，能够提供一种信号品质高的光调制器。尤其是提供一种能够抑制由于光调制器的制造偏差等引起的信号成分的强度差造成的调制特性劣化，且不需要复杂的制造工序就能够提高特性的高性能的光调制器。
为了解决上述课题，本发明的技术方案1的光调制器，包括：基板，具有电光效应；光波导，形成在该基板上；以及控制电极，用于控制在该光波导中传播的光波，所述光调制器的特征在于，该光波导由具有两个分支波导的主马赫-曾德尔型波导和设置在该分支波导上的副马赫-曾德尔型波导构成，在各分支波导上，以与该副马赫-曾德尔型波导串联的状态设置有光强度调整机构，具备电压控制回路，监控在该分支波导中传播的光波的一部分，调整施加给该光强度调整机构的电压。
本发明的技术方案2的特征在于，在技术方案1记载的光调制器中，该光强度调整机构由具有马赫-曾德尔型波导的强度调制器构成。
本发明的技术方案3的特征在于，在技术方案1或2记载的光调制器中，该光调制器被用作SSB调制器、DQPSK调制器、FSK调制器或QAM调制器中的任一种。
发明效果
根据技术方案1的发明，包括：基板，具有电光效应；光波导，形成在该基板上；以及控制电极，用于控制在该光波导中传播的光波，该光波导由具有两个分支波导的主马赫-曾德尔(MZ)型波导和设置在该分支波导上的副马赫-曾德尔(MZ)型波导构成，在各分支波导上，以与该副马赫-曾德尔型波导串联的状态设置有光强度调整机构，具备电压控制回路，监控在该分支波导中传播的光波的一部分，调整施加给该光强度调整机构的电压，因此，能够将在主MZ型波导的各分支波导中传播的光波的强度调整成最佳，抑制信号成分的强度差引起的调制特性劣化，从而能够提供一种高性能的光调制器。
而且，光强度调整机构分别设置在构成主MZ型波导的两个分支波导上，因此对于任一分支波导中传播的光波都能够调整光强度，从而能够提供具有更优良的调制特性的光调制器。
此外，由于具备监控在分支波导中传播的光波的一部分而调整施加给光强度调整机构的电压的电压控制回路，因此能够根据光调制器的动作状况而始终实现适当的光强度调整，从而能够提供高性能的光调制器。
根据技术方案2的发明，光强度调整机构由具有马赫-曾德尔型波导的强度调制器构成，因此例如在构成光调制器的光波导或控制电极的制造工序中，能够同时形成光强度调制机构并预先组装到光调制器中。
根据技术方案3的发明，光调制器被用作SSB调制器、DQPSK调制器、FSK调制器或QAM调制器中的任一种，因此尤其是对于在构成主MZ型波导的两个分支波导中传播的光波的强度差影响光调制器的调制特性的品质的光调制器即SSB调制器、DQPSK调制器、FSK调制器或QAM调制器，能够实现高性能的光调制器。
附图说明
图1是示出本发明的光调制器，尤其是DQPSK调制器的例子的概略图。
图2是示出由Z切型基板构成图1的光调制器时的情况的概略图。
图3是示出由X切型基板构成图1的光调制器时的情况的概略图。
图4是示出本发明的光调制器，尤其是SSB调制器的例子的概略图。
图5是示出本发明的光调制器，尤其是FSK调制器的例子的概略图。
图6是示出本发明的光调制器，尤其是设有光强度调整机构的电压控制回路的例子的概略图。
图7是说明监控机构的例子的图。
标号说明：
1  光调制器
2、3  光纤
4  基板
5  光波导
10、11  DC偏压
50  主马赫-曾德尔型波导
51、52  副马赫-曾德尔型波导
53、54  马赫-曾德尔型波导
61～65  控制电极
70、71  监控机构
72  辅助波导
73、75  受光元件
74  反射机构
80～83  检测信号
具体实施方式
以下，使用优选例详细说明图1至5所示的本发明。
本发明的一种光调制器1，包括：基板4，具有电光效应；光波导5，形成在该基板上；以及控制电极61～65，用于控制在该光波导中传播的光波，所述光调制器1的特征在于，该光波导5由具有两个分支波导的主马赫-曾德尔(MZ)型波导50和设置在该分支波导上的副马赫-曾德尔(MZ)型波导51、52构成，在各分支波导上，以与该副MZ型波导51、52串联的状态设置有光强度调整机构(例如由光波导53、54及控制电极63、64构成)。
作为具有电光效应的基板4，例如能够利用铌酸锂、钽酸锂、PLZT(锆钛酸铅镧)及石英类的材料等。光波导5可通过利用热扩散法或质子更换法等使Ti等向基板表面扩散而形成。此外，控制电极、调制电极61～65及接地电极(未图示)等能够通过Ti·Au的电极图案的形成及镀金方法等形成。此外，也可以根据需要在光波导形成后的基板表面设置电介质SiO2等缓冲层，能够抑制如图2所示形成在光波导的上侧的电极所引起的光波吸收或散射。
图1是示出DQPSK调制器的例子的图，光波导5在构成主MZ型波导50的两个分支波导上形成副MZ型波导51、52。在由副MZ型波导51构成的干涉计上由控制电极(未图示接地电极)61施加有Q(Quadrature)信号生成用的调制信号，在由副MZ型波导52构成的干涉计上由控制电极62施加有I(In-phase)信号生成用的调制信号。此外，在主MZ型波导50上由控制电极65施加有偏移π/2相位的DC偏压。
在光调制器1上连接有用于导入光波的输入光纤2和用于导出光波的输出光纤3。
导入到主MZ型波导50中的光波分支到两个分支波导而进行传播。在该分支时，由于光波的波长变动或光波导的图案形状的不平衡等而在各分支波导中传播的光波的强度产生偏差。而且，由于副MZ型波导51、52与控制电极61、62的相对位置关系的偏差或施加给控制电极的调制信号的强度差等原因，在具有I信号成分的光波与具有Q信号成分的光波之间产生强度差。
为了调整所述强度差，在本发明的光调制器中，在构成主MZ型波导的分支波导上配置光强度调整机构。
作为光强度调整机构，能够利用各种光衰减器或光放大器，但由于部件个数的抑制、制造工序的简便性以及调整的容易性等，与主MZ型波导或副MZ型波导等同样地，优选由具有图1所示的马赫-曾德尔型波导53、54的强度调制器构成。当然，对于光强度调整机构中利用的控制电极63、64，也优选与DQPSK调制中利用的控制电极61、62及65同样地形成。
另外，光强度调整机构设置在构成主MZ型波导的两个分支波导双方的情况下能够对在各分支波导中传播的光波进行更高精度的强度调整。光强度调整机构以串联状态配置在副MZ型波导的前或后。
构成光强度调整机构的控制电极63、64上施加有DC偏压。如图6所示，为了使该DC偏压的值成为更适当的值，优选设置控制DC偏压10、11的电压控制回路9，以监控在构成主MZ型波导的分支波导中传播的光波的一部分，使该监控的光波的消光比或光强度等成为最佳值。作为在本发明中监控的对象的光波，不仅可以观测在分支波导自身中传播的光波，还可以观测从副MZ型波导或由MZ型干涉计构成的光强度调整机构的合波点放出的放射模式光。图6的标号70、71表示监控机构，标号80、81表示从各监控机构70、71输出的检测信号。
作为监控输出光的方法，有如下方法：如图7(a)所示，形成接近主MZ型波导50的分支波导的辅助波导72，使信号光a的一部分向波导71引导，以用于检测，将检测光b导入到配置在基板4外的受光元件73。而且，还能够利用如下方法等：如图7(b)所示，在分支波导的局部形成倾斜的切口74，使信号光a的一部分向基板4的上方反射，通过受光元件75检测该反射光c。如本发明的光调制器那样在不仅具有主MZ型波导而且还具有多个MZ型波导的情况下，包含放射模式光的多种多样的光波在基板4内传播。因此，为了更可靠地检测所关注的光波，优选利用图7所示的辅助波导及反射机构或光折射率膜等对所关注的光波的一部分进行直接监控。
作为电压控制回路9中的控制光强度调制机构的方法，有如下方法：设定为施加给副MZ型波导的控制电极的调制信号例如Q信号或I信号的调制信号未被共同施加的状态、或对各副MZ型波导施加相同的调制信号的状态等在各分支波导中传播的光波的光强度相同的调制状态，以使监控的各信号输出相同的方式设定调整各光强度调制机构的DC偏压。当然，在预先判别施加给各副MZ型波导的调制信号的状态下，能够以使施加该调制信号时的理想的光波的光强度与实际监控的光强度相同的方式调整各光强度调整机构。
此外，在副MZ型波导的前方配置光强度调整机构，例如，虽然如光强度调制机构的输出光或放射模式光那样，受到该光强度调整机构的影响，但也能够监控未受到该副MZ型波导的调制的影响的光波。这种情况下，与副MZ型波导的调制状态无关地，能够将在主MZ型波导的分支波导中传播的光波的光强度设定成最佳。
图2是使用Z切型基板的光调制器的例子，在副MZ型波导中传播的光波由构成副MZ型波导的分支波导的上侧所形成的控制电极(调制电极)61a及61b调制。关于副MZ型波导52也同样，此外，对在主MZ型波导中传播的光波进行调制的控制电极(调制电极)65a及65b也同样形成在各分支波导的上侧。
在图2中，光强度调制机构利用马赫-曾德尔型波导53、54，在各马赫-曾德尔型波导的各分支波导配置控制电极63a、63b及64a、64b。
图3是使用X切型基板的例子，基本上与图1所示的例子同样地，利用控制电极(调制电极)61～65。
此外，图4示出利用光调制器作为SSB调制器(SSB-SC调制)的情况，在具有副MZ型波导51的干涉计上施加有调制信号“Φsin2πft+DC”(Φ是调制信号的振幅电压，f是调制频率，DC是预定偏压)，在具有副MZ型波导52的干涉计上施加有调制信号“Φcos2πft+DC”。
另外，在主MZ型波导上对控制电极65施加有相当于Vπ/2的DC偏压。与图1同样地，图4的SSB调制器也设有由光波导53、54及控制电极63、64构成的光强度调整机构。
图5是FSK调制器的例子，除了对主MZ型波导设置的控制电极65上施加的调制信号为±Vπ/2的调制数据信号之外，具有基本上与图4的SSB调制器同样的结构。
如上所述，本发明的光调制器尤其优选适用于在构成主MZ型波导的两个分支波导中传播的光波的强度差影响光调制器的调制特性的品质的光调制器，具体来说，对于SSB调制器、DQPSK调制器、或FSK调制器、以及QAM调制器，通过利用本发明都能够实现高性能的光调制器。
工业实用性
如以上说明所示，根据本发明，在DQPSK调制器或FSK调制器等生成多级的相位调制信号的光调制器中，能够提供一种信号品质高的光调制器。尤其是能够提供一种抑制光调制器的制造偏差等引起的信号成分的强度差造成的调制特性劣化，且不需要复杂的制造工序就能够提高特性的高性能的光调制器。

Claims (3)

1.一种光调制器，包括：基板，具有电光效应；光波导，形成在该基板上；以及控制电极，用于控制在该光波导中传播的光波，所述光调制器的特征在于，
该光波导由具有两个分支波导的主马赫-曾德尔型波导和设置在该分支波导上的副马赫-曾德尔型波导构成，
在各分支波导上，以与该副马赫-曾德尔型波导串联的状态设置有光强度调整机构，
具备电压控制回路，监控在该分支波导中传播的光波的一部分，调整施加给该光强度调整机构的电压。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
该光强度调整机构由具有马赫-曾德尔型波导的强度调制器构成。
3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，
该光调制器被用作SSB调制器、DQPSK调制器、FSK调制器或QAM调制器中的任一种。
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