CN113196599B - 光发送装置 - Google Patents

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Abstract

光发送装置(1)具备第1多值光相位调制部(10)和第1半导体光放大部(30)。第1半导体光放大部(30)的第1活性区域(32)包括第1多量子阱构造。在将多个第1阱层(32a)的第1层数设为n1，将第1活性区域(32)的第1长度设为L1(μm)时，(a)n1＝5并且400≤L1≤563或者(b)n1＝6并且336≤L1≤470或者(c)n1＝7并、280≤L1≤432或者(d)n1＝8并且252≤L1≤397或者(e)n1＝9并且224≤L1≤351或者(f)n1＝10并且200≤L1≤297。

Description

光发送装置
技术领域
本发明涉及光发送装置。
背景技术
日本特开2014-7642号公报(专利文献1)公开了具备光I/Q调制器和半导体光放大器(SOA)的光发送装置。半导体光放大器放大从光I/Q调制器输出的光信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-7642号公报
发明内容
在专利文献1公开的光发送装置中，在用半导体光放大器(SOA)放大从光I/Q调制器输出的光信号时，有时通过光I/Q调制器赋予的光信号的相位失真，从光发送装置输出的光信号的质量劣化。本发明是鉴于上述课题完成的，其目的在于提供能够输出具有提高的质量和强度的光信号并且降低功耗的光发送装置。
本发明的光发送装置具备第1多值光相位调制部和第1半导体光放大部。第1半导体光放大部放大从第1多值光相位调制部输出的第1信号光。第1半导体光放大部包括第1活性区域。第1活性区域包括包含多个第1阱层的第1多量子阱构造。在将多个第1阱层的第1层数设为n1，将第1活性区域的第1长度设为L1(μm)时，(a)n1＝5并且400≤L1≤563或者(b)n1＝6并且336≤L1≤470或者(c)n1＝7并且280≤L1≤432或者(d)n1＝8并且252≤L1≤397或者(e)n1＝9并且224≤L1≤351或者(f)n1＝10并且200≤L1≤297。
本发明的光发送装置能够提高从光发送装置输出的光信号的质量和强度，并且具有降低的功耗。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的光发送装置的概略图。
图2是实施方式1以及实施方式3所涉及的光发送装置的、沿图1、图13、图14以及图17所示的剖面线II-II的概略剖面图。
图3是示出通过仿真得到的、在第1半导体光放大部流过100mA的电流的情况下第1半导体光放大部的增益成为11dB的第1层数n1与第1长度L1的关系和在第1半导体光放大部流过100mA的电流的情况下第1半导体光放大部的增益成为8.8dB的第1层数n1与第1长度L1的关系的图表。
图4是示出通过仿真得到的、在第1层数n1是5并且第1半导体光放大部流过的电流是100mA的情况下的、第1长度L1与从光发送装置输出的信号光的EVM的关系的图表。
图5是示出通过仿真得到的、在第1层数n1是6并且第1半导体光放大部流过的电流是100mA的情况下的、第1长度L1与从光发送装置输出的信号光的EVM的关系的图表。
图6是示出通过仿真得到的、在第1层数n1是7并且第1半导体光放大部流过的电流是100mA的情况下的、第1长度L1与从光发送装置输出的信号光的EVM的关系的图表。
图7是示出通过仿真得到的、在第1层数n1是8并且第1半导体光放大部中流过的电流是100mA的情况下的、第1长度L1与从光发送装置输出的信号光的EVM的关系的图表。
图8是示出通过仿真得到的、在第1层数n1是9并且第1半导体光放大部中流过的电流是100mA的情况下的、第1长度L1与从光发送装置输出的信号光的EVM的关系的图表。
图9是示出通过仿真得到的、在第1层数n1是10并且第1半导体光放大部中流过的电流是100mA的情况下的、第1长度L1与从光发送装置输出的信号光的EVM的关系的图表。
图10是示出实施方式1的实施例1至实施例3以及比较例以及实施方式3中的、第1半导体光放大部的第1活性区域的第1阱层的第1层数n1与第1活性区域的第1长度L1之间的关系的图表。
图11是示出实施方式1的实施例1至实施例3以及比较例中的、第1半导体光放大部的增益以及光发送装置的误差矢量幅度(EVM)的表。
图12是示出实施方式1的实施例1至实施例3以及比较例中的、第1半导体光放大部的注入电流与增益之间的关系的图表。
图13是实施方式2所涉及的光发送装置的概略图。
图14是实施方式3所涉及的光发送装置的概略图。
图15是实施方式3所涉及的光发送装置的、沿图14以及图17所示的剖面线XV-XV的概略剖面图。
图16是示出实施方式3中的、第2半导体光放大部的第2活性区域的第2阱层的第2层数n2与第2活性区域的第2长度L2之间的关系的图表。
图17是实施方式4所涉及的光发送装置的概略图。
(符号说明)
1、1b、1c、1d：光发送装置；3：激光光源；4：CW光；5：信号光；5a：第1信号光；5b：第2信号光；8：半导体基板；10：第1多值光相位调制部；11：第1光分波部；12：第1马赫·曾德尔型光相位调制部；12a、12b：第1电极；13：第2马赫·曾德尔型光相位调制部；13a、13b：第2电极；14：第1光合波部；18：第1相位调整部；20：调制信号输出器；21：第1电放大器；23：偏置电压控制器；24：第2电放大器；26：相位调整电压控制器；30：第1半导体光放大部；31：n型半导体层；31r、61r：脊部；32：第1活性区域；32a：第1阱层；32b：第1势垒层；33a、33b、63a、63b：光封闭层；35a、35b、65a、65b：p型半导体层；36a、66a：电流阻挡层；37、67：p型接触层；38、68：n型电极；39、69：p型电极；40：光学增益控制器；41、42、76、77：区域；45：第3光分波部；46：光输入部；47：第1光输出部；48：第2光输出部；50：第2多值光相位调制部；51：第2光分波部；52：第3马赫·曾德尔型光相位调制部；52a、52b：第3电极；53：第4马赫·曾德尔型光相位调制部；53a、53b：第4电极；54：第2光合波部；58：第2相位调整部；60：第2半导体光放大部；62：第2活性区域；62a：第2阱层；62b：第2势垒层；71：偏振旋转部；72：第3光合波部。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。此外，对同一结构附加同一参照编号，不重复其说明。
实施方式1.
参照图1，说明实施方式1的光发送装置1的结构。光发送装置1主要具备第1多值光相位调制部10和第1半导体光放大部30。光发送装置1还具备激光光源3。第1多值光相位调制部10以及第1半导体光放大部30也可以形成于一张半导体基板8上。半导体基板8例如是如添加Fe的InP基板的半绝缘性半导体基板或者如n型InP基板的n型半导体基板。
激光光源3朝向第1多值光相位调制部10输出CW(Continuous Wave，连续波)光4。激光光源3例如是半导体激光器或者波长可变半导体激光器。在本说明书中，多值光相位调制部意味着输出四值以上的多值光信号的光调制部。多值光相位调制部例如是四相位偏移调制(QPSK)、偏振复用四相位偏移调制(DP-QPSK)、如4QAM、8QAM或者16QAM的正交相位振幅调制(QAM)、偏振复用正交相位振幅调制(DP-QAM)。在本实施方式中，光发送装置1(第1多值光相位调制部10)具有16QAM调制器的功能。
第1多值光相位调制部10包括第1光分波部11、第1马赫·曾德尔型光相位调制部12、第2马赫·曾德尔型光相位调制部13、第1相位调整部18、以及第1光合波部14。
第1光分波部11是将从激光光源3输出的CW光4分成2个CW光4的光分波器。第1光分波部11例如是1输入2输出(1×2)的多模干涉(MMI)光波导或者Y分支光波导。第1光分波部11是半导体光波导。第1光分波部11的一方的光输出部与第1马赫·曾德尔型光相位调制部12光学地连接。第1光分波部11的另一方的光输出部与第2马赫·曾德尔型光相位调制部13光学地连接。CW光4通过第1光分波部11入射到第1马赫·曾德尔型光相位调制部12、和第2马赫·曾德尔型光相位调制部13。
第1马赫·曾德尔型光相位调制部12是半导体马赫·曾德尔型光相位调制器。第1马赫·曾德尔型光相位调制部12包括一对第1电极12a、12b。从调制信号输出器20对一对第1电极12a、12b施加第1调制信号。第1马赫·曾德尔型光相位调制部12既可以单相驱动，也可以差动驱动。单相驱动是对一对电极的一方(例如第1电极12a)施加RF电压，将一对电极的另一方(例如第1电极12b)接地的驱动方式。差动驱动是对一对电极(例如一对第1电极12a、12b)分别施加相互反相位的差动RF电压的驱动方式。从调制信号输出器20输出的第1调制信号被第1电放大器21放大。调制信号输出器20例如由数字信号处理器(DSP)等处理器构成。
从偏置电压控制器23对一对第1电极12a、12b施加第1偏置电压。从偏置电压控制器23输出的第1偏置电压被第2电放大器24放大。第1调制信号以及第1偏置电压使在第1马赫·曾德尔型光相位调制部12中传播的CW光4的相位变化。第1马赫·曾德尔型光相位调制部12输出第1相位调制光。第1相位调制光是作为信号光5的实部的Ich(In-phase channel，同相信道)光信号。
第2马赫·曾德尔型光相位调制部13是半导体马赫·曾德尔型光相位调制器。第2马赫·曾德尔型光相位调制部13包括一对第2电极13a、13b。从调制信号输出器20对一对第2电极13a、13b施加第2调制信号。第2马赫·曾德尔型光相位调制部13既可以单相驱动，也可以差动驱动。从调制信号输出器20输出的第2调制信号被第1电放大器21放大。
从偏置电压控制器23对一对第2电极13a、13b施加第2偏置电压。从偏置电压控制器23输出的第2偏置电压被第2电放大器24放大。第2调制信号以及第2偏置电压使在第2马赫·曾德尔型光相位调制部13中传播的CW光4的相位变化。第2马赫·曾德尔型光相位调制部13输出第2相位调制光。第2相位调制光是作为信号光5的虚部的Qch(Quadrature-phasechannel，正交相位信道)光信号。
第1相位调整部18配置于第2马赫·曾德尔型光相位调制部13与第1光合波部14之间。第1相位调整部18是在第1相位调制光与第2相位调制光之间提供相位差(例如π/2)的光相位调整器。从相位调整电压控制器26对第1相位调整部18施加相位调整电压。在本实施方式中，第1相位调整部18设置于第2马赫·曾德尔型光相位调制部13与第1光合波部14之间，但第1相位调整部18也可以设置于第1马赫·曾德尔型光相位调制部12与第1光合波部14之间，还可以设置于第1马赫·曾德尔型光相位调制部12与第1光合波部14之间和第2马赫·曾德尔型光相位调制部13与第1光合波部14之间。
第1光合波部14是对第1相位调制光和第2相位调制光进行合波的光合波器。第1光合波部14例如是2输入1输出(2×1)的多模干涉(MMI)光波导或者Y合波光波导。第1马赫·曾德尔型光相位调制部12与第1光合波部14的一方的光输入部连接。第2马赫·曾德尔型光相位调制部13与第1光合波部14的另一方的光输入部连接。第1光合波部14对第1相位调制光和由第1相位调整部18调整相位后的第2相位调制光进行合波，输出信号光5。第1光合波部14是半导体光波导。
第1半导体光放大部30是放大信号光5的半导体光放大器。这样，光发送装置1输出作为光信号的信号光5。光学增益控制器40控制注入到第1半导体光放大部30的电流的大小，控制第1半导体光放大部30的增益。光学增益控制器40也可以使第1半导体光放大部30例如在第1半导体光放大部30的增益饱和区域动作。在本说明书中，增益饱和区域意味着在使注入到半导体光放大部的电流增加时半导体光放大部的增益饱和的电流区域。增益饱和区域意味着产生使注入到半导体光放大部的电流增加时的半导体光放大部的增益的最大值的90％以上的增益的电流区域。
参照图2，第1半导体光放大部30例如包括n型半导体层31、一对光封闭层33a、33b、第1活性区域32、p型半导体层35a、35b、电流阻挡层36a、p型接触层37、n型电极38以及p型电极39。n型半导体层31也可以是半导体基板8的一部分。n型半导体层31例如是n-InP层。n型半导体层31包括脊部31r。
光封闭层33a设置于脊部31r上。第1活性区域32设置于光封闭层33a上。光封闭层33b设置于第1活性区域32上。第1活性区域32被一对光封闭层33a、33b夹着。一对光封闭层33a、33b将在第1半导体光放大部30中传播的信号光5主要封闭在一对光封闭层33a、33b以及第1活性区域32。
p型半导体层35b设置于光封闭层33b上。接近n型半导体层31的脊部31r的一部分的两侧被p型半导体层35a埋入。p型半导体层35a、35b例如是p-InP层。电流阻挡层36a设置于p型半导体层35a上。脊部31r的剩余部、一对光封闭层33a、33b、第1活性区域32以及p型半导体层35b的一部分的两侧被电流阻挡层36a埋入。电流阻挡层36a使在n型电极38与p型电极39之间流过的电流集中到第1活性区域32。电流阻挡层36a是n-InP层或者添加Fe的InP层。
p型半导体层35b还设置于电流阻挡层36a上。p型接触层37设置于p型半导体层35b上。p型接触层37是p-InGaAs层。n型电极38设置于n型半导体层31的背面(远离第1活性区域32的n型半导体层31上的表面)上。p型电极39设置于p型接触层37上。p型电极39与p型接触层37欧姆接触。
第1活性区域32沿着信号光5传播的方向，具有第1长度L1(参照图1)。第1活性区域32的第1长度L1例如等于沿着信号光5传播的方向的第1半导体光放大部30的长度。第1活性区域32包括第1多量子阱(MQW)构造。第1多量子阱构造包括多个第1阱层32a和多个第1势垒层32b。第1阱层32a的材料例如是无掺杂的InGaAsP。第1势垒层32b的材料例如是无掺杂的InGaAsP。第1阱层32a的带隙能量小于第1势垒层32b的带隙能量。
用误差矢量幅度(EVM)评价从光发送装置1输出的信号光5的质量。例如，在16QAM调制中，在从光发送装置1输出的信号光5的EVM是10％以下时，评价为从光发送装置1输出的信号光5的质量良好。从光发送装置1输出的信号光5的光强度依赖于第1半导体光放大部30的增益。从光发送装置1输出的信号光5的质量以及光强度依赖于第1半导体光放大部30的多个第1阱层32a的第1层数n1和第1活性区域32的第1长度L1(μm)。
图3示出在第1半导体光放大部30流过100mA的电流的情况下第1半导体光放大部30的增益成为11dB的第1层数n1与第1长度L1的关系和在第1半导体光放大部30流过100mA的电流的情况下第1半导体光放大部30的增益成为8.8dB的第1层数n1与第1长度L1的关系。该关系是通过考虑：与第1半导体光放大部30的第1层数n1和第1长度L1对应的第1半导体光放大部30的内部损耗、针对注入电流的第1半导体光放大部30的增益以及针对光信号(例如16QAM信号)的输入的第1半导体光放大部30的增益的过渡响应的仿真得到的。一般而言，随着第1层数n1增加，第1半导体光放大部30的增益增加。一般而言，随着第1长度L1增加，第1半导体光放大部30的增益增加。如图3所示，随着第1层数n1增加，为了第1半导体光放大部30得到恒定的增益而所需的第1长度L1变短。
实际上，在第1层数n1大于10时，注入到第1半导体光放大部30的载流子在第1活性区域32的厚度方向上不均匀地分布，第1半导体光放大部30中的光损耗变大。因此，第1层数n1优选为5以上10以下。
在图4至图9中，关于第1层数n1为5至10各自示出在第1半导体光放大部30流过100mA的电流的情况下的、第1长度L1与从光发送装置1输出的信号光5的EVM的关系。这些关系是通过考虑：与第1半导体光放大部30的第1层数n1和第1长度L1对应的第1半导体光放大部30的内部损耗、针对注入电流的第1半导体光放大部30的增益以及针对光信号(例如16QAM信号)的输入的第1半导体光放大部30的增益的过渡响应的仿真得到的。
根据图4至图9，从光发送装置1输出的信号光5的EVM成为10％的第1层数n1和第1长度L1的组合如以下所述。根据图4，在第1层数n1是5的情况下，第1长度L1是320μm以上且563μm以下。根据图5，在第1层数n1是6的情况下，第1长度L1是470μm以下。根据图6，在第1层数n1是7的情况下，第1长度L1是432μm以下。根据图7，在第1层数n1是8的情况下，第1长度L1是397μm以下。根据图8，在第1层数n1是9的情况下，第1长度L1是351μm以下。根据图9，在第1层数n1是10的情况下，第1长度L1是297μm以下。
根据图3至图9，能够输出具有提高的质量和强度的光信号的第1层数n1与第1长度L1的组合通过由图10所示的条的上限和条的下限规定的范围提供。条的上限通过从第1半导体光放大部30输出的信号光5的、10％的EVM规定，条的下限通过8.8dB的第1半导体光放大部30的增益规定。
具体而言，能够输出具有提高的质量和强度的光信号的第1层数n1和第1长度L1的组合是(a)n1＝5并且400≤L1≤563或者(b)n1＝6并且336≤L1≤470或者(c)n1＝7并且280≤L1≤432或者(d)n1＝8并且252≤L1≤397或者(e)n1＝9并且224≤L1≤351或者(f)n1＝10并且200≤L1≤297。
特定而言，第1层数n1和第1长度L1的组合通过由图10所示的条的上限和黑点规定的范围提供。条的上限通过从第1半导体光放大部30输出的信号光5的、10％的EVM规定，黑点通过11dB的第1半导体光放大部30的增益规定。具体而言，(g)n1＝5并且500≤L1≤563或者(h)n1＝6并且420≤L1≤470或者(i)n1＝7并且350≤L1≤432或者(j)n1＝8并且315≤L1≤397或者(k)n1＝9并且280≤L1≤351或者(l)n1＝10并且250≤L1≤297。
第1层数n1和第1长度L1的组合也可以是n1＝5并且400≤L1≤500。第1层数n1和第1长度L1的组合既可以是n1＝6并且336≤L1≤400，也可以是n1＝6并且350≤L1≤400。第1层数n1和第1长度L1的组合也可以是n1＝7并且300≤L1≤400。第1层数n1和第1长度L1的组合也可以是n1＝8并且300≤L1≤397。
参照图10至图12，在与比较例对比的同时说明本实施方式的实施例1至实施例3，说明本实施方式的光发送装置1的作用。在实施例1至实施例3以及比较例中，第1半导体光放大部30中的第1活性区域32的第1长度L1和第1半导体光放大部30中的多个第1阱层32a的第1层数n1不同。
具体而言，如图11所示，在实施例1的光发送装置1中，第1半导体光放大部30具有7层的多个第1阱层32a的第1层数n1和350μm的第1活性区域32的第1长度L1。在实施例2的光发送装置1中，第1半导体光放大部30具有6层的多个第1阱层32a的第1层数n1和350μm的第1活性区域32的第1长度L1。在实施例3的光发送装置1中，第1半导体光放大部30具有5层的多个第1阱层32a的第1层数n1和500μm的第1活性区域32的第1长度L1。在比较例的光发送装置中，第1半导体光放大部30具有6层的多个第1阱层32a的第1层数n1和500μm的第1活性区域32的第1长度L1。
在实施例1至实施例3以及比较例中，在第1半导体光放大部30流过100mA的电流。如图12所示，在实施例1至实施例3以及比较例中，第1半导体光放大部30在增益饱和区域动作。在实施例1至实施例3以及比较例中，第1半导体光放大部30具有约8dB以上的大的增益。
使用误差矢量幅度(EVM)评价从实施例1至实施例3的光发送装置1以及比较例的光发送装置输出的信号光5的质量。此外，从第1多值光相位调制部10输出的信号光5(即由第1半导体光放大部30放大前的信号光5)具有9.5％的EVM。
如图11所示，从实施例1的光发送装置1输出的信号光5具有9.6％的EVM。在实施例1中，在第1半导体光放大部30中，EVM仅劣化0.1％。从实施例2的光发送装置1输出的信号光5具有9.8％的EVM。在实施例2中，在第1半导体光放大部30中，EVM仅劣化0.3％。从实施例3的光发送装置1输出的信号光5具有9.6％的EVM。在实施例3中，在第1半导体光放大部30中，EVM仅劣化0.1％。这样，实施例1至实施例3的光发送装置1具有相对地低的误差矢量幅度(EVM)。
相对于此，从比较例的光发送装置输出的信号光5具有11.6％的EVM。在比较例中，在第1半导体光放大部30中，EVM劣化达2.1％。比较例的光发送装置具有相对地高的EVM。
实施例1至实施例3以及比较例的上述结果与图10所示的仿真结果匹配。即，在将多个第1阱层32a的第1层数设为n1，将第1活性区域32的第1长度设为L1(μm)时，在(a)n1＝5并且400≤L1≤563或者(b)n1＝6并且336≤L1≤470或者(c)n1＝7并且280≤L1≤432或者(d)n1＝8并且252≤L1≤397或者(e)n1＝9并且224≤L1≤351或者(f)n1＝10并且200≤L1≤297的情况下，光发送装置1能够输出具有提高的质量和强度的光信号。
说明本实施方式的光发送装置1的效果。
本实施方式的光发送装置1具备第1多值光相位调制部10和第1半导体光放大部30。第1半导体光放大部30放大从第1多值光相位调制部10输出的第1信号光(信号光5)。第1半导体光放大部30包括第1活性区域32。第1活性区域32包括包含多个第1阱层32a的第1多量子阱构造。在将多个第1阱层32a的第1层数设为n1，将第1活性区域32的第1长度设为L1(μm)时，(a)n1＝5并且400≤L1≤563或者(b)n1＝6并且336≤L1≤470或者(c)n1＝7并且280≤L1≤432或者(d)n1＝8并且252≤L1≤397或者(e)n1＝9并且224≤L1≤351或者(f)n1＝10并且200≤L1≤297。因此，能够提高从光发送装置1输出的光信号的质量和强度。
第1活性区域32的第1长度L1是563μm以下，所以能够使光发送装置1小型化。光发送装置1能够低成本地制造。另外，与第1活性区域32的第1长度L1的减少相伴的第1半导体光放大部30的功耗的减少的程度大于与第1半导体光放大部30的多个第1阱层32a的第1层数n1的减少相伴的第1半导体光放大部30的功耗的减少的程度。在本实施方式中，第1半导体光放大部30例如相比于具有1mm的活性区域长度以及4层的阱层的以往的半导体光放大器，第1活性区域32的第1长度L1更短并且第1半导体光放大部30的多个第1阱层32a的第1层数n1更多。因此，能够降低光发送装置1的功耗。
多个第1阱层32a的第1层数n1是10层以下，所以能够使注入到第1半导体光放大部30的载流子在第1多量子阱构造的整体传播，防止这些载流子被消耗为热。因此，能够降低光发送装置1的功耗，并且提高第1半导体光放大部30中的增益。本实施方式的光发送装置1能够应用于适合于OIF(Optical Internetworking Forum，光互联论坛)-400ZR的光收发机，该OIF-400ZR为面向能够以400Gbit/s的数据速率动作的数据中心的光收发机的规格。
在本实施方式的光发送装置1中，(g)n1＝5并且500≤L1≤563或者(h)n1＝6并且420≤L1≤470或者(i)n1＝7并且350≤L1≤432或者(j)n1＝8并且315≤L1≤397或者(k)n1＝9并且280≤L1≤351或者(l)n1＝10并且250≤L1≤297。因此，能够进一步提高从光发送装置1输出的光信号的强度。能够使光发送装置1小型化。光发送装置1能够低成本地制造。能够降低光发送装置1的功耗。
实施方式2.
参照图13，说明实施方式2所涉及的光发送装置1b。本实施方式的光发送装置1b具备与实施方式1的光发送装置1同样的结构，但主要在以下的方面不同。在本实施方式中，除了第1多值光相位调制部10以及第1半导体光放大部30以外，作为半导体激光器的激光光源3也形成于一张半导体基板8上。
本实施方式的光发送装置1b除了实施方式1的光发送装置1的效果以外，还起到以下的效果。在本实施方式中，第1多值光相位调制部10、第1半导体光放大部30以及半导体激光器(激光光源3)形成于一张半导体基板8上。因此，光发送装置1b能够小型化。光发送装置1b能够低成本地制造。能够降低光发送装置1b的功耗。
实施方式3.
参照图14，说明实施方式3所涉及的光发送装置1c。本实施方式的光发送装置1c具备与实施方式1的光发送装置1同样的结构，但主要在以下的方面不同。
光发送装置1c还具备第2多值光相位调制部50、第2半导体光放大部60、第3光分波部45、偏振旋转部71以及第3光合波部72。第1多值光相位调制部10、第2多值光相位调制部50、第1半导体光放大部30、第2半导体光放大部60以及第3光分波部45可以形成于一张半导体基板8上。在本实施方式中，光发送装置1c具有DP-QAM调制器的功能。
第3光分波部45是将从激光光源3输出的CW光4分成2个CW光4的光分波器。第3光分波部45包括光输入部46、第1光输出部47以及第2光输出部48。第3光分波部45例如是1输入2输出(1×2)的多模干涉(MMI)光波导或者Y分支光波导。第3光分波部45是半导体光波导。从激光光源3输出的CW光4入射到第3光分波部45的光输入部46。第1多值光相位调制部10与第1光输出部47光学地连接。第2多值光相位调制部50与第2光输出部48光学地连接。CW光4经由第3光分波部45入射到第1多值光相位调制部10、和第2多值光相位调制部50。
第1多值光相位调制部10的第1光分波部11将从第3光分波部45输出的CW光4进一步分成2个CW光4。CW光4通过第1光分波部11入射到第1马赫·曾德尔型光相位调制部12和第2马赫·曾德尔型光相位调制部13。
第1马赫·曾德尔型光相位调制部12输出第1相位调制光。第1相位调制光是作为X偏振的第1信号光5a的实部的Ich光信号。第2马赫·曾德尔型光相位调制部13输出第2相位调制光。第2相位调制光是作为X偏振的第1信号光5a的虚部的Qch光信号。第1光合波部14对第1相位调制光和由第1相位调整部18调整相位后的第2相位调制光进行合波，输出X偏振的第1信号光5a。第1半导体光放大部30放大第1信号光5a。
第2多值光相位调制部50包括第2光分波部51、第3马赫·曾德尔型光相位调制部52、第4马赫·曾德尔型光相位调制部53、第2相位调整部58以及第2光合波部54。
第2光分波部51是将从第3光分波部45输出的CW光4进一步分成2个CW光4的光分波器。第2光分波部51例如是1输入2输出(1×2)的多模干涉(MMI)光波导或者Y分支光波导。第2光分波部51是半导体光波导。CW光4通过第2光分波部51入射到第3马赫·曾德尔型光相位调制部52和第4马赫·曾德尔型光相位调制部53。
第3马赫·曾德尔型光相位调制部52与第2光分波部51的一方的光输出部连接。第3马赫·曾德尔型光相位调制部52是半导体马赫·曾德尔型光相位调制器。第3马赫·曾德尔型光相位调制部52包括一对第3电极52a、52b。从调制信号输出器20对一对第3电极52a、52b施加第3调制信号。第3马赫·曾德尔型光相位调制部52既可以单相驱动，也可以差动驱动。从调制信号输出器20输出的第3调制信号被第1电放大器21放大。
从偏置电压控制器23对一对第3电极52a、52b施加第3偏置电压。从偏置电压控制器23输出的第3偏置电压被第2电放大器24放大。第3调制信号以及第3偏置电压使在第3马赫·曾德尔型光相位调制部52中传播的CW光4的相位变化。第3马赫·曾德尔型光相位调制部52输出第3相位调制光。第3相位调制光是作为Y偏振的第2信号光5b的实部的Ich光信号。Y偏振的偏振方向与X偏振相差90度。
第4马赫·曾德尔型光相位调制部53与第2光分波部51的另一方的光输出部连接。第4马赫·曾德尔型光相位调制部53是半导体马赫·曾德尔型光相位调制器。第4马赫·曾德尔型光相位调制部53包括一对第4电极53a、53b。从调制信号输出器20对一对第4电极53a、53b施加第4调制信号。第4马赫·曾德尔型光相位调制部53既可以单相驱动，也可以差动驱动。从调制信号输出器20输出的第4调制信号被第1电放大器21放大。
从偏置电压控制器23对一对第4电极53a、53b施加第4偏置电压。从偏置电压控制器23输出的第4偏置电压被第2电放大器24放大。第4调制信号以及第4偏置电压使在第4马赫·曾德尔型光相位调制部53中传播的CW光4的相位变化。第4马赫·曾德尔型光相位调制部53输出第4相位调制光。第4相位调制光是作为Y偏振的第2信号光5b的虚部的Qch光信号。
第2相位调整部58配置于第4马赫·曾德尔型光相位调制部53与第2光合波部54之间。第2相位调整部58是在第3相位调制光与第4相位调制光之间提供相位差(例如π/2)的光相位调整器。从相位调整电压控制器26对第2相位调整部58施加相位调整电压。在本实施方式中，第2相位调整部58设置于第4马赫·曾德尔型光相位调制部53与第2光合波部54之间，但第2相位调整部58也可以设置于第3马赫·曾德尔型光相位调制部52与第2光合波部54之间，第2相位调整部58也可以设置于第3马赫·曾德尔型光相位调制部52与第2光合波部54之间和第4马赫·曾德尔型光相位调制部53与第2光合波部54之间。
第2光合波部54是对第3相位调制光和第4相位调制光进行合波的光合波器。第2光合波部54例如是2输入1输出(2×1)的多模干涉(MMI)光波导或者Y合波光波导。第3马赫·曾德尔型光相位调制部52与第2光合波部54的一方的光输入部连接。第4马赫·曾德尔型光相位调制部53与第2光合波部54的另一方的光输入部连接。第2光合波部54对第3相位调制光和由第2相位调整部58调整相位后的第4相位调制光进行合波，输出Y偏振的第2信号光5b。第2光合波部54是半导体光波导。
第2半导体光放大部60是放大第2信号光5b的半导体光放大器。光学增益控制器40控制注入到第2半导体光放大部60的电流的大小，控制第2半导体光放大部60的增益。光学增益控制器40也可以使第2半导体光放大部60例如在第2半导体光放大部60的增益饱和区域动作。
参照图15，第2半导体光放大部60具有与第1半导体光放大部30同样的结构。第2半导体光放大部60例如包括n型半导体层31、一对光封闭层63a、63b、第2活性区域62、p型半导体层65a、65b、电流阻挡层66a、p型接触层67、n型电极68以及p型电极69。n型半导体层31也可以是半导体基板8的一部分。n型半导体层31例如是n-InP层。n型半导体层31包括脊部61r。
光封闭层63a设置于脊部61r上。第2活性区域62设置于光封闭层63a上。光封闭层63b设置于第2活性区域62上。第2活性区域62被一对光封闭层63a、63b夹着。一对光封闭层63a、63b将在第2半导体光放大部60中传播的第2信号光5b主要封闭在一对光封闭层63a、63b以及第2活性区域62。
p型半导体层65b设置于光封闭层63b上。接近n型半导体层31的脊部61r的一部分的两侧被p型半导体层65a埋入。p型半导体层65a、65b例如是p-InP层。电流阻挡层66a设置于p型半导体层65a上。脊部61r的剩余部、一对光封闭层63a、63b、第2活性区域62以及p型半导体层65b的一部分的两侧被电流阻挡层66a埋入。电流阻挡层66a使在n型电极68与p型电极69之间流过的电流集中到第2活性区域62。电流阻挡层66a是n-InP层或者添加Fe的InP层。
p型半导体层65b还设置于电流阻挡层66a上。p型接触层67设置于p型半导体层65b上。p型接触层67是p-InGaAs层。n型电极68设置于n型半导体层31的背面(远离第2活性区域62的n型半导体层31上的表面)上。p型电极69设置于p型接触层67上。p型电极69与p型接触层67欧姆接触。
第2活性区域62沿着第2信号光5b传播的方向，具有第2长度L2(参照图14)。第2活性区域62的第2长度L2例如等于沿着第2信号光5b传播的方向的第2半导体光放大部60的长度。第2活性区域62包括第2多量子阱(MQW)构造。第2多量子阱构造包括多个第2阱层62a和多个第2势垒层62b。第2阱层62a的材料例如是无掺杂的InGaAsP。第2势垒层62b的材料例如是无掺杂的InGaAsP。第2阱层62a的带隙能量小于第2势垒层62b的带隙能量。
从光发送装置1c输出的信号光5的质量以及光强度还依赖于第2半导体光放大部60的多个第2阱层62a的第2层数n2和第2活性区域62的第2长度L2(μm)。能够输出具有提高的质量和强度的光信号的第2层数n2和第2长度L2的组合通过由图16所示的条的上限和条的下限规定的范围提供。条的上限通过从第2半导体光放大部60输出的第2信号光5b的、10％的EVM规定，条的下限通过8.8dB的第2半导体光放大部60的增益规定。
具体而言，能够输出具有提高的质量和强度的光信号的第2层数n2和第2长度L2的组合是(m)n2＝5并且400≤L2≤563或者(n)n2＝6并且336≤L2≤470或者(o)n2＝7并且280≤L2≤432或者(p)n2＝8并且252≤L2≤397或者(q)n2＝9并且224≤L2≤351或者(r)n2＝10并且200≤L2≤297。
特定而言，第2层数n2和第2长度L2的组合通过由图16所示的条的上限和黑点规定的范围提供。条的上限通过从第2半导体光放大部60输出的第2信号光5b的、10％的EVM规定，黑点通过11dB的第2半导体光放大部60的增益规定。具体而言，(s)n2＝5并且500≤L2≤563或者(t)n2＝6并且420≤L2≤470或者(u)n2＝7并且350≤L2≤432或者(v)n2＝8并且315≤L2≤397或者(w)n2＝9并且280≤L2≤351或者(x)n2＝10并且250≤L2≤297。
第2层数n2和第2长度L2的组合也可以是n2＝5并且400≤L2≤500。第2层数n2和第2长度L2的组合既可以是n2＝6并且336≤L2≤400，也可以是n2＝6并且350≤L2≤400。第2层数n2和第2长度L2的组合也可以是n2＝7并且300≤L2≤400。第2层数n2和第2长度L2的组合也可以是n2＝8并且300≤L2≤397。
也可以第2半导体光放大部60的多个第2阱层62a的第2层数n2等于第1半导体光放大部30的多个第1阱层32a的第1层数n1并且第2半导体光放大部60的第2活性区域62的第2长度L2(μm)等于第1半导体光放大部30的第1活性区域32的第1长度L1(μm)。也可以第2半导体光放大部60的多个第2阱层62a的第2层数n2与第1半导体光放大部30的多个第1阱层32a的第1层数n1不同。也可以第2半导体光放大部60的第2活性区域62的第2长度L2(μm)与第1半导体光放大部30的第1活性区域32的第1长度L1(μm)不同。
偏振旋转部71使由第2半导体光放大部60放大的第2信号光5b的偏振方向旋转90度。偏振旋转部71例如是二分之一波长板。第3光合波部72对第1信号光5a和第2信号光5b进行合波，输出信号光5。这样，光发送装置1c输出作为光信号的信号光5。
本实施方式的光发送装置1c除了实施方式1的光发送装置1的效果以外还起到以下的效果。
本实施方式的光发送装置1c还具备光分波部(第3光分波部45)、第2多值光相位调制部50以及第2半导体光放大部60。光分波部(第3光分波部45)包括光输入部46、第1光输出部47以及第2光输出部48。第2半导体光放大部60放大从第2多值光相位调制部50输出的第2信号光5b。第1多值光相位调制部10与第1光输出部47光学地连接。第2多值光相位调制部50与第2光输出部48光学地连接。第2半导体光放大部60包括第2活性区域62。第2活性区域62包括包含多个第2阱层62a的第2多量子阱构造。在将多个第2阱层62a的第2层数设为n2，将第2活性区域62的第2长度设为L2(μm)时，(m)n2＝5并且400≤L2≤563或者(n)n2＝6并且336≤L2≤470或者(o)n2＝7并且280≤L2≤432或者(p)n2＝8并且252≤L2≤397或者(q)n2＝9并且224≤L2≤351或者(r)n2＝10并且、200≤L2≤297。因此，能够提高从光发送装置1c输出的光信号的质量和强度。
第2活性区域62的第2长度L2是563μm以下，所以能够使光发送装置1c小型化。光发送装置1c能够低成本地制造。另外，与第2活性区域62的第2长度L2的减少相伴的第2半导体光放大部60的功耗的减少的程度大于与第2半导体光放大部60的多个第2阱层62a的第2层数n2的减少相伴的第2半导体光放大部60的功耗的减少的程度。在本实施方式中，第2半导体光放大部60例如相比于具有1mm的活性区域长度以及4层的阱层的以往的半导体光放大器，第2活性区域62的第2长度L2更短并且第2半导体光放大部60的多个第2阱层62a的第2层数n2更多。因此，能够降低光发送装置1c的功耗。
多个第2阱层62a的第2层数n2是10层以下，所以能够使注入到第2半导体光放大部60的载流子在第2多量子阱构造的整体传播，防止这些载流子被消耗为热。因此，能够降低光发送装置1c的功耗，并且提高第2半导体光放大部60中的增益。光发送装置1c能够提高光信号的多值度。本实施方式的光发送装置1c能够应用于适合于OIF(OpticalInternetworking Forum，光互联论坛)-400ZR的光收发机，该OIF-400ZR为面向能够以400Gbit/s的数据速率动作的数据中心的光收发机的规格。
在本实施方式的光发送装置1c中，(s)n2＝5并且500≤L2≤563或者(t)n2＝6并且420≤L2≤470或者(u)n2＝7并且350≤L2≤432或者(v)n2＝8并且315≤L2≤397或者(w)n2＝9并且280≤L2≤351或者(x)n2＝10并且250≤L2≤297。因此，能够进一步提高从光发送装置1c输出的光信号的强度。能够使光发送装置1c小型化。光发送装置1c能够低成本地制造。能够降低光发送装置1c的功耗。
在本实施方式的光发送装置1c中，也可以第2半导体光放大部60的多个第2阱层62a的第2层数n2等于第1半导体光放大部30的多个第1阱层32a的第1层数n1并且第2半导体光放大部60的第2活性区域62的第2长度L2(μm)等于第1半导体光放大部30的第1活性区域32的第1长度L1(μm)。因此，能够使第1半导体光放大部30的第1光放大特性和第2半导体光放大部60的第2光放大特性一致。能够简化使用光学增益控制器40的第1半导体光放大部30以及第2半导体光放大部60的控制。另外，能够在同一工序中形成第1半导体光放大部30和第2半导体光放大部60。能够降低光发送装置1c的制造成本。
实施方式4.
参照图17，说明实施方式4所涉及的光发送装置1d。本实施方式的光发送装置1d具备与实施方式3的光发送装置1c同样的结构，但主要在以下的方面不同。在本实施方式中，除了第1多值光相位调制部10、第2多值光相位调制部50、第1半导体光放大部30以及第2半导体光放大部60以外，作为半导体激光器的激光光源3也形成于一张半导体基板8上。
本实施方式的光发送装置1d除了实施方式3的光发送装置1c的效果以外，还起到以下的效果。在本实施方式中，第1多值光相位调制部10、第2多值光相位调制部50、第1半导体光放大部30、第2半导体光放大部60以及半导体激光器(激光光源3)形成于一张半导体基板8上。因此，光发送装置1d能够小型化。光发送装置1d能够低成本地制造。能够降低光发送装置1d的功耗。
应认为本次公开的实施方式1-4在所有方面为例示而非限制性的。本发明的范围并非由上述说明示出而由权利要求书示出，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

Claims (11)

1.一种光发送装置，具备：
第1多值光相位调制部；以及
第1半导体光放大部，放大从所述第1多值光相位调制部输出的第1信号光，
所述第1半导体光放大部包括由n-InP构成的n型半导体层、一对光封闭层、第1活性区域、由p-InP构成的p型半导体层、由n-InP或者添加Fe的InP构成的电流阻挡层、由p-InGaAs构成的p型接触层、n型电极以及p型电极，所述第1活性区域包括第1多量子阱构造，该第1多量子阱构造包括由无掺杂的InGaAsP构成的多个第1阱层和由无掺杂的InGaAsP构成的多个势垒层，
所述第1活性区域的两侧被与所述第1活性区域相接的所述电流阻挡层埋入，
所述电流阻挡层是n-InP层或添加Fe的InP层，
在将所述多个第1阱层的第1层数设为n1，将所述第1活性区域的第1长度设为L1(μm)时，满足
n1＝5并且400≤L1≤563或者
n1＝6并且336≤L1≤470或者
n1＝7并且280≤L1≤432或者
n1＝8并且252≤L1≤397或者
n1＝9并且224≤L1≤351或者
n1＝10并且200≤L1≤297的条件，
所述第1半导体光放大部具有8dB以上的增益，
所述光发送装置输出具有10％以下的误差矢量幅度的光信号。
2.根据权利要求1所述的光发送装置，其中，
n1＝5并且500≤L1≤563或者
n1＝6并且420≤L1≤470或者
n1＝7并且350≤L1≤432或者
n1＝8并且315≤L1≤397或者
n1＝9并且280≤L1≤351或者
n1＝10并且250≤L1≤297。
3.根据权利要求1所述的光发送装置，其中，
n1＝5并且400≤L1≤500或者
n1＝6并且336≤L1≤400或者
n1＝7并且300≤L1≤400或者
n1＝8并且300≤L1≤397。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光发送装置，其中，
所述第1半导体光放大部被控制成在所述第1半导体光放大部的增益饱和区域动作。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光发送装置，其中，
还具备向所述第1多值光相位调制部输出光的半导体激光器，
所述第1多值光相位调制部、所述第1半导体光放大部以及所述半导体激光器形成于一张半导体基板上。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光发送装置，其中，还具备：
光分波部，包括光输入部、第1光输出部及第2光输出部；
第2多值光相位调制部；以及
第2半导体光放大部，放大从所述第2多值光相位调制部输出的第2信号光，
所述第1多值光相位调制部与所述第1光输出部光学地连接，
所述第2多值光相位调制部与所述第2光输出部光学地连接，
所述第2半导体光放大部包括第2活性区域，所述第2活性区域包括包含多个第2阱层的第2多量子阱构造，
在将所述多个第2阱层的第2层数设为n2，将所述第2活性区域的第2长度设为L2(μm)时，
n2＝5并且400≤L2≤563或者
n2＝6并且336≤L2≤470或者
n2＝7并且280≤L2≤432或者
n2＝8并且252≤L2≤397或者
n2＝9并且224≤L2≤351或者
n2＝10并且200≤L2≤297。
7.根据权利要求6所述的光发送装置，其中，
n2＝5并且500≤L2≤563或者
n2＝6并且420≤L2≤470或者
n2＝7并且350≤L2≤432或者
n2＝8并且315≤L2≤397或者
n2＝9并且280≤L2≤351或者
n2＝10并且250≤L2≤297。
8.根据权利要求6所述的光发送装置，其中，
n2＝5并且400≤L2≤500或者
n2＝6并且336≤L2≤400或者
n2＝7并且300≤L2≤400或者
n2＝8并且300≤L2≤397。
9.根据权利要求6所述的光发送装置，其中，
所述第2层数n2等于所述第1层数n1，
所述第2长度L2(μm)等于所述第1长度L1(μm)。
10.根据权利要求6所述的光发送装置，其中，
所述第2半导体光放大部被控制成在所述第2半导体光放大部的增益饱和区域动作。
11.根据权利要求6所述的光发送装置，其中，
还具备向所述光输入部输出光的半导体激光器，
所述第1多值光相位调制部、所述第1半导体光放大部、所述光分波部以及所述半导体激光器形成于一张半导体基板上。
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