DE69630750T2

DE69630750T2 - Mach-Zehnder-Modulator und Verfahren zum Treiben desselben

Info

Publication number: DE69630750T2
Application number: DE69630750T
Authority: DE
Inventors: Masashige Ishizaka; Junichi Shimizu
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH0990301A; DE69630750D1; US5655034A; EP0766122B1; EP0766122A2; EP0766122A3; JP2792482B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mach-Zehnder-Modulator, der eine wichtige Vorrichtung in einem optischen Übertragungssystem und in einem optischen Informationsverarbeitungssystem ist, und ein Verfahren zum Treiben des Modulators. Genauer gesagt, betrifft diese Erfindung einen Mach-Zehnder-Modulator, der die Erzeugung von positivem Wellenlängenzirpen selbst dann verhindern kann, wenn nur an einen Phasenmodulatorabschnitt ein elektrisches Modulationssignal angelegt wird, und ein Verfahren zum Treiben dieses Modulators.
Herkömmlicherweise wird eine optische Vorrichtung vom Wellenleitertyp, wie beispielsweise ein Halbleiterlaser oder ein optischer Modulator, als eine der wichtigen Vorrichtungen in einem schnellen optischen Übertragungssystem und optischen Informationsbearbeitungssystem betrachtet, und Forschung und Entwicklung bezüglich derartiger optischer Vorrichtungen sind aktiv geworden.
In Übereinstimmung mit der jüngsten Verbesserung an der Geschwindigkeit und der Übertragungslänge von optischen Übertragungssystemen ist jedoch das Problem des herkömmlichen direkten Modulationssystems durch einen Halbleiterlaser aufgetaucht. In dem direkten Modulationssystem durch einen Halbleiterlaser tritt das Wellenlängenzirpen zum Zeitpunkt der Modulation auf, wodurch die Signalform nach der Fiberübertragung verschlechtert wird. Je schneller die Signalübertragungsgeschwindigkeit ist und je länger die Signalübertragungslänge wird, umso markanter wird diese Signalformverschlechterung.
Die Signalformverschlechterung ist ein signifikantes Problem insbesondere in einem System, welches eine 1,3 μm-Dispersionsfiber verwendet. Dies ist selbst dann der Fall, wenn eine Lichtquelle mit einem niedrigen Fiberübertragungsverlust, das heißt eine Lichtquelle, deren Wellenlänge in einem 1,55 μm-Band liegt, verwendet wird, um die Übertragungslänge auszuweiten, dass die Übertragungslänge durch die vom Zirpen herrührende Dispersionsbeschränkung begrenzt ist. Dieses Problem kann durch Verwenden eines externen Modulationssystems überwunden werden, welches bewirkt, dass ein Halbleiterlaser einen konstanten optischen Ausgang emittiert und das von dem Halbleiterlaser emittierte Licht mit einem anderen optischem Modulator als dem Halbleiterlaser moduliert wird. Diesbezüglich ist die Entwicklung an externen optischen Modulatoren, die von einem Halbleiterlaser emittiertes Licht extern modulieren, in jüngster Zeit ein Fortschritt.
Solche externen optischen Modulatoren umfassen eine Bauart, die ein Dielektrikum wie beispielsweise LiNbO₃ verwendet und eine Bauart, die einen Halbleiter wie beispielsweise InP oder GaAs verwendet. Unter diesen unterschiedlichen Bauarten von externen optischen Modulatoren wird in die optischen Halbleitermodulatoren eine erhöhte Hoffnung gesetzt, die in einer integrierten Schaltung mit einer anderen optischen Vorrichtung, wie beispielsweise einem optischen Verstärker oder einer elektronischen Schaltung, wie beispielsweise einem FET, konstruiert werden können und deren Miniaturisierung und Stromverbrauchsminderung leicht bewerkstelligt werden kann. Eine typische Bauart von optischen Halbleitermodulatoren sind ein optischer Modulator vom Absorptionstyp und ein Mach-Zehnder-(MZ)-Modulator. Der optische Absorptionsmodulator verwendet den Effekt der Verschiebung des Lichtabsorptionsendes in Richtung auf die Seite der langen Wellenlänge durch Anlegen eines elektrischen Feldes an den Halbleiter, wie beim Franz-Keldish-Effekt eines Volumenhalbleiters oder eines Quantum-Confined-Stark-Effektes einer Mehrfachquantenwannen-(MQW)-Struktur. Der MZ-Modulator verwendet den Effekt der Veränderung des Brechungsindex durch Anlegen eines elektrischen Feldes an einen Halbleiter wie bei dem elektrooptischen Effekt (Pockels-Effekt) eines Volumenhalbleiters oder den Quantum-Confined-Stark-Effekt einer MQW-Struktur.
Der optische Absorptionsmodulator, der einer der optischen Halbleitermodulatoren vom externen Modulationstyp ist, kann verglichen mit dem Halbleiterlaser vom direkten Modulationstyp ein signifikant kleines Wellenlängenzirpen erzielen, kann jedoch nicht null Wellenlängenzirpen erzielen. Der MZ-Modulator kann im Prinzip null oder negatives Wellenlängenzirpen erzielen und es wird daher erwartet, dass er der Modulator für die zukünftige optische superschnelle Langstreckenübertragung ist. Als ein Beispiel eines Halbleiter-MZ-Modulators ist ein Hoch-Mesa-MZ-Modulator vorgeschlagen worden, der als Wellenleiterschicht InGaAs/InAlAs-Mehrfachquantenwannen hat (siehe Sano und andere, Proceedings of the 1993 IEICE (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers), Spring Converence, Book 4, S. 4–187 (Lecture Nr. C-151), und Sano und andere, OFC/IOOC '93 Technical Digest, Thursday Afternoon, S. 215–217, 1993).
Bei diesem Hoch-Mesa-MZ-Modulator bilden beispielsweise eine 6,5 nm-InGaAs-Wannenschicht und eine 6,0 nm-InAlAs-Sperrschicht mit Bezug auf die auftreffende Lichtwellenlänge von 1,55 μm MQW und die Bandlückenwellenlänge ist auf 1,45 μm gesetzt. Die Wellenleiterschicht hat 30-Perioden-MQW's von InGaAs/InAlAs und hat eine Vorrichtungslänge von 1,2 mm und zwei Phasenmodulatorabschnitte, an welche ein elektrisches Feld angelegt wird, das die gleiche Wellenlänge (beispielsweise 0,5 mm) und die gleiche Struktur hat. Für diese Vorrichtung ist die Modulationsspannung (Spannung der halben Wellenlänge) mit Bezug auf das auftreffende Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 μm 4,2 V, ein Auslösführungsverhältnis ist 13 dB und der Fibereinsetzverlust ist 12 dB.
Ein MZ-Modulator, der unter Verwendung eines Halbleitermaterials, insbesondere eines Materials, das eine MQW-Struktur hat, wie beispielsweise ein Medium mit einem variablen Brechungsindex, hergestellt worden ist, hat eine Größe von ungefähr 1 mm, was extrem klein ist, verglichen mit der Größe eines MZ-Modulators (10 mm), der ein dielektrisches Material wie beispielsweise LiNbO₃ verwendet.
Als ein Verfahren zum Treiben eines Halbleiter-MZ-Modulators wurde über ein Treibverfahren berichtet, das einen MZ-Modulator der Steghohlleiterbauart aufweist, der InGaAs/InP-MQW's als eine Wellenleiterschicht hat (Ishizaka und andere, Proceedings of the 1994 IEICE (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers), Autumn Conference, Book 1, S. 173 (Lecture Nr. C-173)). Dieser Bericht beschreibt die Ergebnisse der Analyse von Wellenlängenzirpen unter Verwendung eines MZ-Modulators der Steghohlleiterbauart zum Modulieren von Licht durch ein Halbmodulationssystem (Einzelelektroden-Treibsystem) oder ein Gegentakt-Modulationssystem.
Das Halbmodulationssystem wird als Erstes beschrieben. 1 zeigt das Beispiel in schematischer Darstellung eines Modulationsverfahrens, das auf dem Halbmodulationssystem basiert, bei dem ein Steghohlleiter-MZ-Modulator verwendet wird. Diese Modulatorvorrichtung hat einen Auftrefflicht-Wellenleiterpfad 31 zum Wellenleiten des auftreffenden Lichtes, einen Splitter 32 zum Aufspalten des wellengeleiteten Lichtes in zwei Wellenleiterpfade (den ersten Wellenleiterpfad 33a und den zweiten Wellenleiterpfad 33b), die vom Splitter 32 aus verzweigt sind, eine Mischeinrichtung 34 zum Synthetisieren des Ausgangslichtes aus den zwei Wellenleiterpfaden und einen Ausgangslicht-Wellenleiterpfad 35, der das synthetisierte Licht wellenleitet. Ein erster Phasenmodulatorabschnitt 21 und ein zweiter Phasenmodulatorabschnitt 22 sind jeweils in dem ersten Wellenleiterpfad 33a und dem zweiten Wellenleiterpfad 33b ausgebildet. Der zweite Phasenmodulatorabschnitt 22 in dem zweiten Wellenleiterpfad 33b ist elektrisch an Masse gelegt, während der ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 in dem ersten Wellenleiterpfad 33a an eine Signalquelle 23 angeschlossen ist, so dass eine Spannung entsprechend einem elektrischen Signal von der Signalquelle 23 an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 angelegt werden kann.
2A ist eine grafische Darstellung, die ein elektrisches Modulationssignal zeigt, das an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 durch das Halbmodulationssystem angelegt wird, indem die Eingangssignalspannung an der vertikalen Skala und die Zeit an der horizontalen Skala aufgetragen ist, 2B ist eine grafische Darstellung, die die Intensität des Ausgangslichtes durch Auftragen der Ausgangslichtintensität an der vertikalen Skala und der Zeit an der horizontalen Skala zeigt und 2C ist eine grafische Darstellung, die eine Frequenzänderung des Ausgangslichtes durch Auftragen einer Frequenzänderung an der vertikalen Skala und der Zeit an der horizontal Skala zeigt. Um Licht durch das Halbmodulationssystem unter Verwendung des Modulators, der, wie in der 1 gezeigt, gestaltet ist, zu modulieren, wird eine Spannung von Vπ(0–t₁, t₄–t₅) oder eine Spannung von 0(t₂–t₃) von der Signalquelle 23 als ein Modulationseingangssignal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 in dem ersten Wellenleiterpfad 33a angelegt wird, wie dies in der 2A gezeigt ist. Aus der 2B ist zu ersehen, dass, wenn die Spannung Vπ an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 angelegt ist, der Lichtausschaltzustand erzielt wird, und wenn die Spannung von 0 an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 angelegt wird, der Lichteinschaltzustand erzielt wird. Während das Licht, welches auf den Auftrefflicht-Wellenleiterpfad 31 auftrifft, durch den Splitter 32, die ersten und zweiten Wellenleiterpfade 33a und 33b und die Mischvorrichtung 34 wellengeleitet wird, wird das Licht durch das Modulationseingangssignal moduliert und das modulierte Licht kommt aus dem Ausgangslicht-Wellenleiterpfad 35 heraus.
Wie in der 2C gezeigt, erzeugt jedoch dieses Halbmodulationssystem eine positive Zirpkomponente 24 an dem Punkt von Licht EIN (t₁–t₂) oder Licht AUS (t₃– t₄). Das positive Zirpen ist eine zeitabhängige Frequenzänderung der Gestalt, dass die Frequenzänderung einer Lichtwelle einen positiven Wert zeigt, wenn die Lichtausgangsintensität steigt (Zeitpunkt von Licht EIN), und diese Frequenzänderung zeigt einen negativen Wert, wenn die Lichtausgangsintensität sinkt (Zeitpunkt von Licht AUS). Wenn ein derartiges positives Zirpen auftritt, wird die Signalform des Lichtausgangssignals gespreizt und verschlechtert, wenn es sich ausbreitet.
Nun wird das Gegentakt-Modulationssystem beschrieben. 3 ist ein Beispiel in schematischer Darstellung eines Modulationsverfahrens, basierend auf dem Gegentakt-Modulationssystem, bei dem ein Steghohlleiter-MZ-Modulator verwendet wird. Die in der 3 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in der 1 ge zeigten nur dadurch, dass an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 bzw. den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 22 eine erste Signalquelle 23a bzw. eine zweite Signalquelle 23b angeschlossen sind. Um die redundante Beschreibung zu vermeiden, sind daher diejenigen Bauteile in der 3, die die gleichen wie die entsprechenden Bauteile, die in 1 gezeigt sind, mit ähnlichen oder gleichen Bezugsziffern bezeichnet. 4A ist eine grafische Darstellung, die ein elektrisches Modulationssignal zeigt, das an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 22 in dem Gegentakt-Modulationsmodus angelegt wird, indem die Eingangssignalspannung an der vertikalen Skala und die Zeit an der horizontalen Skala aufgetragen ist, 4B ist eine grafische Darstellung, die die Intensität des Ausgangslichtes durch Auftragen der Ausgangslichtintensität an der vertikalen Skala und der Zeit an der horizontalen Skala zeigt, und 4C ist eine grafische Darstellung, die eine Frequenzänderung des Ausgangslichtes zeigt, indem die Frequenzänderung an der vertikalen Skala und die Zeit an der horizontal Skala aufgetragen ist.
Um Licht durch das Gegentakt-Modulationssystem unter Verwendung des Modulators, der, wie in der 3 gezeigt, gestaltet ist, zu modulieren, werden Signalspannungen mit zueinander entgegengesetzten Phasen als Modulationseingangssignale an die beiden Phasenmodulatorabschnitte 21 und 22 angelegt. Wie in der 4A gezeigt, wird beispielsweise eine Spannung von Vπ(0–t₁, t₄–t₅) oder eine Spannung von (Vπ/2) 36 (t₂–t₃) von der ersten Signalquelle 23a an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 in dem ersten Wellenleiterpfad 33a angelegt. Eine Spannung von 0 (0–t₁, t₄–t₅) oder eine Spannung von (Vπ/2) 37 (t₂–t₃) von der zweiten Signalquelle 23b wird an den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 22 in dem zweiten Wellenleiterpfad 33b angelegt. Aus der 4B ist zu ersehen, dass, wenn die Spannung Vπ und die Spannung von 0 jeweils an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 22 angelegt werden, dass der Licht-AUS-Zustand erzielt ist, und wenn die Spannung von (Vπ/2) sowohl an den ersten als auch zweiten Phasenmodulatorabschnitt 21 und 22 angelegt wird, ist der Licht-EIN-Zustand erzielt. Während das Licht, das auf den Auftrefflicht-Wellenleiterpfad 31 auftrifft, durch den Splitter 32, die ersten und zweiten Wellenleiterpfade 33a und 33b und die Mischvorrichtung 34 geleitet wird, wird das Licht durch das Modulationseingangssignal moduliert und das modulierte Licht tritt aus dem Ausgangslicht-Wellenleiterpfad 35 aus.
Wie in der 4C gezeigt, erzeugt dieses Gegentakt-Modulationssystem eine negative Zirpkomponente 25 am EIN-Punkt des Lichtes (t₁–t₂) oder am AUS-Punkt des Lichts (t₃–t₄). Das negative Zirpen ist eine zeitabhängige Frequenzänderung, dergestalt, dass die Frequenzänderung einer Lichtwelle einen negativen Wert zeigt, wenn die Lichtausgangsintensität erhöht wird (Licht-EIN-Zeit) und diese Frequenzänderung zeigt einen positiven Wert, wenn die Lichtausgangsintensität sinkt (Licht-AUS-Zeit). Wenn ein derartiges negatives Zirpen auftritt, kann die Verschlechterung einer Signalform, die durch die Streuung der optischen Faser verursacht wird, durch die Signalformkompression unterdrückt werden.
Da dieses Gegentakt-Modulationssystem unterschiedliche Spannungen benötigt, die an die beiden Phasenmodulatorabschnitte 21 und 22 angelegt werden, wird jedoch das Treibsystem für die elektrische Schaltung, den Signalübertragungspfad und dergleichen, der ein elektrisches Signal überträgt, kompliziert. Es ist daher schwierig, den Gegentakt-MZ-Modulator für die Verwendung an ein tatsächliches optisches Übertragungssystem anzupassen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen MZ-Modulator zu schaffen, der ein einziges Elektrodentreibsystem verwendet und der eine negative Zirpkomponente erzeugen kann und ein Verfahren zum Treiben desselben zu schaffen.
Ein MZ-Modulator gemäß dieser Erfindung hat ein Substrat und eine Vorrichtung, die auf dem Substrat ausgebildet ist. Diese Vorrichtung hat einen Wellenleiterpfad für auftreffendes Licht zur Wellenleitung des auftreffenden Lichtes, einen Splitter zum Aufspalten von Licht, das durch den Auftrefflicht-Wellenleiterpfad geleitet worden ist, erste und zweite Wellenleiter zur Wellenleitung von Lichtstrahlen, die durch den Splitter aufgeteilt worden sind, eine Mischeinrichtung zum Synthetisieren des von dem ersten Wellenleiterpfad ausgegebenen Lichtes mit dem von dem zweiten Wellenleiterpfad ausgegeben Licht, und einen Lichtausgangs-Wellenleiterpfad zum Leiten des synthetisierten Lichtes von der Mischeinrichtung.
Der erste Wellenleiterpfad und der zweite Wellenleiterpfad haben unterschiedliche Äquivalent-Brechungsindizes, so dass, wenn kein elektrisches moduliertes Signal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt angelegt ist, Lichtstrahlen, die durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt wellengeleitet sind, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) haben.
In diesem Mach-Zehnder-Modulator besteht jeder der ersten und zweiten Wellenleiterpfade aus einer Halbleiterschicht und auf der Halbleiterschicht ist eine Ummantelungsschicht ausgebildet, wobei die Ummantelungsschicht, welche den ersten Wellenleiterpfad bildet, eine andere Dicke als diejenige der Ummantelungsschicht hat, welche den zweiten Wellenleiterpfad bildet, so dass sich die äquivalenten Brechungsindizes der ersten und zweiten Wellenleiterpfade voneinander unterscheiden, und wenn kein elektrisches Modulationssignal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt angelegt ist, haben die Lichtstrahlen, welche durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt geleitet werden, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) für den Fall, dass an den ersten Phasenmodulatorabschnitt kein elektrisches Modulationssignal angelegt ist.
Alternativ besteht jeder der ersten und zweiten Wellenleiterpfade aus einer Halbleiterschicht, wobei die Halbleiterschicht, die den ersten Wellenleiterpfad bildet, einen Brechungsindex hat, der sich von demjenigen der Halbleiterschicht, welche den zweiten Wellenleiterpfad bildet, unterscheidet, so dass die äquivalenten Brechungsindizes der ersten und zweiten Wellenleiterpfade sich voneinander unterscheiden, Lichtstrahlen, welche durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt geleitet werden, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) für den Fall haben, bei dem an den ersten Phasenmodulatorabschnitt kein elektrisches Modulationssignal angelegt ist.
Ein anderer MZ-Modulator gemäß dieser Erfindung hat ein Substrat und eine Vorrichtung, die auf dem Substrat ausgebildet ist. Diese Vorrichtung hat einen Wellenleiterpfad für auftreffendes Licht für die Wellenleitung des auftreffenden Lichtes, einen Splitter zum Aufspalten des Lichtes, welches durch den Wellenleiterpfad für das auftreffende Licht geleitet worden ist, auf einen ersten und zweiten Wellenleiterpfad für die Wellenleitung des vom Splitter aufgespaltenen Lichtes, eine Mischeinrichtung zum Synthetisieren des Lichtes, das am ersten Wellenleiterpfad ausgegeben worden ist, und des Lichtes, das am zweiten Wellenleiterpfad ausgegeben worden ist, und einen Ausgangslicht-Wellenleiterpfad zum Leiten des Lichtes, das von der Mischeinrichtung synthetisiert worden ist. Der erste Wellenleiterpfad hat einen ersten Phasenmodulatorabschnitt, an welchen ein elektrisches Modulationssignal angelegt wird, und der zweite Wellenleiterpfad hat einen zweiten Phasenmodulatorabschnitt.
Der erste Wellenleiterpfad und der zweite Wellenleiterpfad haben unterschiedliche äquivalente Brechungsindizes und an wenigstens einem der ersten und zweiten Wellenleiterpfade ist eine Phaseneinstellelektrode vorgesehen, um das Licht, welches durch wenigstens einen der ersten und zweiten Wellenleiterpfade wellengeleitet wird, mit einer Spannung zu beaufschlagen, um die Phase des Wellenleiterlichtes einzustellen, so dass ohne Anlegen eines elektrisch modulierten Signals an den ersten Phasenmodulatorabschnitt die Lichtstrahlen, welche durch die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte geleitet werden, eine unterschiedliche Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) haben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Treiben eines Mach-Zehnder-Modulators geschaffen, der ein Substrat und eine auf dem Substrat ausge bildete Vorrichtung hat. Diese Vorrichtung hat einen Wellenleiterpfad für auftreffendes Licht für die Wellenleitung von auftreffendem Licht, einen Splitter zum Aufspalten des Lichtes, welches durch den Wellenleiterpfad für auftreffendes Licht geleitet worden ist, auf zwei, einen ersten und einen zweiten Wellenleiterpfad, für die Wellenleitung des durch den Splitter aufgespaltenen Lichtes, eine Mischeinrichtung zum Synthetisieren des Lichtes, das an dem ersten Wellenleiterpfad und des Lichtes, das an dem zweiten Wellenleiterpfad ausgegeben worden ist, und einen Ausgangslicht-Wellenleiterpfad für das Leiten des synthetisierten Lichtes von der Mischeinrichtung. Der ersten Wellenleiterpfad hat einen ersten Phasenmodulatorabschnitt, an den ein elektrisches Modulationssignal angelegt wird, der zweite Wellenleiterpfad hat einen zweiten Phasenmodulatorabschnitt.
Gemäß diesem MZ-Modulator-Treibverfahren wird an den zweiten Phasenmodulatorabschnitt eine konstante Spannung angelegt und an den ersten Phasenmodulatorabschnitt wird ein elektrisches Modulationssignal angelegt, dergestalt, dass, wenn kein elektrisches Modulationssignal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt angelegt wird, Licht, das durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt geleitet wird, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) hat, wodurch ein negatives Zirpen an einem Signal des an dem Ausgangslicht-Wellenleiterpfad ausgehenden Lichtes erzeugt wird.
Gemäß dieser Erfindung ist ein weiteres Verfahren zum Treiben eines Mach-Zehnder-Modulators geschaffen, der ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete Vorrichtung hat. Die Vorrichtung hat einen Wellenleiterpfad für auftreffendes Licht zur Wellenleitung des auftreffenden Lichts, einen Splitter zum Aufspalten des Lichtes, das durch den Wellenleiterpfad für auftreffendes Licht geleitet worden ist, auf zwei, einen ersten und zweiten Wellenleiterpfad, zur Wellenleitung des Lichts, das durch den Splitter aufgespalten ist, eine Mischeinrichtung zum Synthetisieren des Lichtes, das vom ersten Wellenleiterpfad und vom zweiten Wellenleiterpfad ausgegeben worden ist, und einen Ausgangslicht-Wellenleiterpfad, um das synthetisierte Licht von der Mischeinrichtung zu leiten. Der erste Wellenleiterpfad hat einen ersten Phasenmodulatorabschnitt, an welchen ein elektrisches Modulationssignal angelegt wird, der zweite Wellenleiterpfad hat einen zweiten Phasenmodulatorabschnitt und Lichtstrahlen, die durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt geleitet worden sind, haben eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) für den Fall, dass an den ersten Phasenmodulatorabschnitt kein elektrisches Modulationssignal angelegt worden ist.
Bei diesem MZ-Modulator-Treibverfahren wird ein elektrisches Modulationssignal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt angelegt, ohne dass an den zweiten Phasenmodulatorabschnitt eine Spannung angelegt wird, wodurch an dem Signal des am Ausgangslicht-Wellenleiterpfad ausgehenden Lichts ein negatives Zirpen erzeugt wird.
Weil die Strukturen der Phasenmodulatorabschnitte in einem Halbleiter-MZ-Modulator oder das Verfahren zum Treiben der Phasenmodulatorabschnitte so gewählt sind, dass Lichtstrahlen, welche durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt geleitet worden sind, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) haben, kann durch das System, bei dem eine Signalspannung nur an die Elektrode eines der Phasenmodulatorabschnitte angelegt worden ist, eine negative Zirp-Charakteristik erzielt werden, die für eine Langstreckenübertragung geeignet ist. Diese Struktur kann das Treibsystem für die elektrische Schaltung, den Signalübertragungspfad und dergleichen, der ein elektrisches Signal überträgt, vereinfachen und so kann somit die Last bei der Gestaltung eines optischen Langstreckenübertragungssystems verringert.
1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines Modulationsverfahrens, basierend auf dem Halbmodulationssystem, das einen MZ-Modulator der Steghohlleiterbauart verwendet;
2A ist eine grafische Darstellung eines elektrischen Modulationssignals, das an einen ersten Phasenmodulatorabschnitt in einem Halbmodulationsmodus angelegt wird, 2B ist eine grafische Darstellung der Intensität des Aus gangslichtes und 2C ist eine grafische Darstellung einer Frequenzänderung des Ausgangslichtes;
3 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines Modulationsverfahrens basierend auf einem Gegentakt-Modulationssystem, welches einen MZ-Modulator der Steghohlleiterbauart verwendet;
4A ist eine grafische Darstellung eines elektrischen Modulationssignals, das an die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte in einem Gegentakt-Modulationsmodus angelegt wird, 4B ist eine grafische Darstellung der Intensität des Ausgangslichtes und 4C ist eine grafische Darstellung der Frequenzänderung des Ausgangslichtes;
5 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines MZ-Modulators, der die vorliegende Erfindung verkörpert;
6A ist eine grafische Darstellung des elektrischen Modulationssignals, das an eine Elektrode angelegt wird, 6B ist eine grafische Darstellung der Intensität des Ausgangslichtes und 6C ist eine grafische Darstellung einer Frequenzänderung des Ausgangslichtes;
7A ist eine Draufsicht der Struktur eines MZ-Modulators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 7B ist eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie VII-VII in 7A;
8A ist eine Draufsicht auf die Struktur eines MZ-Modulators gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 8B ist eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in 8A;
9 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines MZ-Modulators gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines MZ-Modulators gemäß der vierten Ausführungsform dieser Erfindung.
Nun werden im Einzelnen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines MZ-Modulators, der diese Erfindung verkörpert. Eine Vorrichtung in dem MZ-Modulator hat einen Wellenleiterpfad 1 für auftreffendes Licht zur Wellenleitung des auftreffenden Lichtes, einen Splitter 5 zum Aufspalten des geleiteten Lichtes in einen ersten Wellenleiterpfad 6a und einen zweiten Wellenleiterpfad 6b, die vom Splitter 5 aus verzweigt sind, eine Mischeinrichtung 7 zum Synthetisieren der an den zwei Wellenleiterpfaden 6a und 6b ausgehenden Lichtstrahlen und einen Ausgangslicht-Wellenleiterpfad 2, der das synthetisierte Licht leitet. Ein erster Phasenmodulatorabschnitt 3 und ein zweiter Phasenmodulatorabschnitt 4 sind in dem ersten Wellenleiterpfad 6a bzw. dem zweiten Wellenleiterpfad 6b ausgebildet. Die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 sind mit Elektroden versehen, die weggelassen werden können, wenn an diese keine Spannung angelegt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die zwei Wellenleiterpfade 6a und 6b, welche die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 bilden, so gestaltet, dass sie unterschiedliche äquivalente Brechungsindizes haben. Die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 sind so gestaltet, dass, wenn an die Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 kein elektrisch moduliertes Signal (Signalspannung) angelegt wird, die Lichtstrahlen, welche durch die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 geleitet worden sind, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) haben. Die zwei Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 können die gleiche Struktur haben. In diesem Fall wird, wenn an einen der Phasenmodulatorabschnitte kein elektrisch moduliertes Signal (Signalspannung) angelegt wird, an die Elektrode des anderen Phasenmodulatorabschnittes eine konstante Spannung (Vπ) angelegt, so dass die Lichtstrahlen, welche durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt geleitet worden sind, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π (N: 0 oder eine positive ganze Zahl) haben.
6A ist eine grafische Darstellung eines elektrischen Modulationssignals, das an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 21 angelegt wird, wobei die Eingangssignalspannung an der vertikalen Achse und die Zeit an der horizontalen Achse aufgetra gen ist, 6B ist eine grafische Darstellung der Intensität des Ausgangslichtes, wobei die Ausgangslichtintensität an der vertikalen Achse und die Zeit an der horizontalen Achse aufgetragen ist, und 6C ist eine grafische Darstellung einer Frequenzänderung des Ausgangslichtes, wobei die Frequenzänderung an der vertikalen Achse und die Zeit an der horizontalen Achse aufgetragen ist. Für den Fall, dass dieser MZ-Modulator verwendet wird, um Licht zu modulieren, wird beispielsweise keine Spannung (Spannung 0) oder eine konstante Spannung (Spannung Vπ) an die Elektrode des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4 angelegt. Die in der 6A gezeigte Signalspannung wird als ein elektrisches Modulationssignal an die Elektrode des ersten Phasenmodulatorabschnittes 3 angelegt. Als ein Ergebnis wird der Licht-AUS-Zustand erzielt, wenn die Spannung 0 an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 angelegt wird (0–t₁₁, t₁₂–t₁₃) und wenn die Spannung Vπ an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 (t₁₁–t₁₂) angelegt wird, wird der Licht-EIN-Zustand erzielt.
Wenn gegeben ist, dass E₁exp(–α₁L/2)expj(ωt – β_iL) die Phase der Lichtwelle ist, die durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 läuft, dann ist E₂exp(–α₂L/2)expj(ωt – β₂L) die Phase der Lichtwelle, die durch den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 4 läuft und Cexpj(ωt – Φ) repräsentiert die synthetisierte Welle, wobei die Phasenänderung Φ des synthetisierten Lichtes durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist: Φ = (β) + tan–1[{(A – B)/(A + B)}tan(ΔβL/2)] (1)wobei (β) = (β₁ + β₂)/2
Δβ = β₁ – β₂
A = E₁exp(–α₁L/2)
B = E₂exp(–α₂L/2)
α₁: Lichtabsorptionskoeffizient des ersten Phasenmodulatorabschnittes 3
α₂: Lichtabsorptionskoeffizient des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4
β₁: Ausbreitungskoeffizient des ersten Phasenmodulatorabschnittes 3
β₂: Ausbreitungskoeffizient des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4, und
L: Länge jedes Phasenmodulatorabschnittes.
Eine Änderung Δω der Winkelfrequenz des Ausgangslichtes, die zu dem Zeitpunkt der Modulation auftritt, ist durch das Differenzial der Phasenänderung Φ bezogen auf die Zeit t, wie durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt, gegeben. Δω(t) = –dΦ 7dt (2)
Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie vorstehend ausgeführt, sind die Strukturen der Wellenleiterpfade oder das Treibverfahren so ausgebildet, dass, wenn kein Modulationseingangssignal angelegt wird, die Phasendifferenz zwischen den Lichtstrahlen direkt nach dem Passieren der zwei Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 zu (2N + 1)π wird. Die zeitabhängige Änderung Δω(t) der Winkelfrequenz, wenn eine Spannung entsprechend einem elektrischen Signal nur beispielsweise an den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 angelegt wird, kann leicht aus den Gleichungen (1) und (2) berechnet werden. Wie in der 6C gezeigt, zeigt die zeitabhängige Änderung Δω(t) der erzielten Winkelfrequenz einen negativen Wert am Übergangspunkt (t₁₁) vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand des elektrischen Signals. Diese zeitabhängige Änderung Δω(t) zeigt am Übergangspunkt (t₁₂) vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand des elektrischen Signals einen positiven Wert an. Daher tendiert die Winkelfrequenz zu einer Erhöhung vom Beginn des Ausgebens des Lichtimpulses bis zu dessen Ende, wodurch im Allgemeinen ein negatives Zirpen erzeugt wird.
Der Grad dieses negativen Zirpens hängt von den Lichtabsorptionskoeffizienten α₁ und α₂ und dem Verhältnis der Intensitäten (oder des Amplitudenverhältnisses) der Lichtstrahlen, die durch die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 gehen, ab. Der Grad dieses negativen Zirpens kann daher frei durch Einstellen dieser Werte geändert werden. Dieses Merkmal dieser Erfindung ermöglicht es, dass ein negatives Zirpen, das für eine Langstreckenübertragung geeignet ist, durch das System erzeugt werden kann, welches nur einen der Phasenmodulatorabschnitte treibt.
Einige Ausführungsformen dieser Erfindung werden nun im Einzelnen beschrieben. 7A ist eine Draufsicht, die die Struktur eines MZ-Modulators gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt und 7B ist eine Ansicht im Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII in 7A. Der in der 7 gezeigte MZ-Modulator unterscheidet sich von dem in der 5 gezeigten nur dadurch, dass der zweite Phasenmodulatorabschnitt 4 ohne Elektrode ausgebildet ist. Um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, sind diejenigen Komponenten in der 7, die die gleichen wie die in der 5 gezeigten entsprechenden Komponenten sind, mit gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Vorrichtung des MZ-Modulators ist auf einem Substrat 8 ausgebildet, das eine n-InP-Pufferschicht 12 (beispielsweise mit einer Trägerkonzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3 und einer Filmdicke von 0,5 μm), eine i-InGaAsP/InP-MQW-Schicht 13 (die InGaAsP-Wanne: Wellenlänge 1,52 μm und Dicke 10 nm, die InP-Sperrschicht: Dicke 10 nm und Absorptionsende-Wellenlänge als MQW: 1,45 μm) und eine i-InP-Hüllschicht 14 (mit einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm) hat, die in der genannten Reihenfolge auf einem n-InP-Substrat 11 (mit einer Trägerkonzentration von beispielsweise 2 × 10¹⁶ cm^–3) übereinander gestapelt sind. Der erste Phasenmodulatorabschnitt 3 hat eine p-InP-Hüllschicht 15 (mit beispielsweise einer Trägerkonzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3 und einer Dicke von 1,0 μm) und eine p-InGaAs-Abdeckschicht 16 (mit beispielsweise einer Trägerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 und einer Dicke von 0,2 μm) darauf ausgebildet. Der zweite Phasenmodulatorabschnitt 4 besteht aus einer i-InP-Hüllschicht 15a (mit einer Dicke von beispielsweise 0,6 μm). Auf der Abdeckschicht 16 ist eine p-Elektrode 18, bestehend aus Ti/Au, ausgebildet und auf der Rückseite des Substrats 8 ist eine n-Elektrode 17 aus Ti/Au ausgebildet. Die zwei Wellenleiterpfade 6a und 6b, die die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 bilden, haben eine Breite von 2,5 μm und eine Länge von 540 μm. Bei dieser Ausführungsform haben die Differenz ΔNeff zwischen den äquivalenten Brechungsindizes des ersten Phasenmodulatorabschnittes 3 und des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4 in der Lichtausbreitrichtung, die Länge L der Pha senmodulatorabschnitte 3 und 4 und die Wellenlänge λ₀ des auftreffenden Lichtes (beispielsweise 1,55 μm) eine Beziehung, die durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt ist. ΔNeff = λ0/2L (3)
Diese Beziehung ist die Bedingung zum Schaffen einer Phasendifferenz π zwischen der Lichtwelle, die durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 hindurch geht, und der Lichtwelle, die durch den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 4 hindurch geht, wenn an die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 keine Spannung angelegt wird.
Im folgenden wird anhand der 6 und 7 die Funktionsweise des MZ-Modulators gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung erörtert. Die Lichtwelle (Wellenlänge von 1,55 μm), die in dem Wellenleiterpfad 1 für auftreffendes Licht geleitet wird, wird durch den Splitter 5 aufgeteilt, um in den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt 4 geschickt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die n-Elektrode 17 an Masse gelegt und an die p-Elektrode 18, die auf dem ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 ausgebildet ist, ist eine umgekehrte Vorspannung entsprechend dem in der 6A gezeigten elektrischen Modulationssignal angelegt.
Daraus folgt, dass, wenn das elektrische Modulationssignal (die Signalspannung) in dem AUS-Zustand ist, das, wie in der 6B gezeigt, die Phasen des ausgehenden Lichtes von den zwei Phasenmodulatorabschnitten zueinander um π verschoben sind und, wenn sie kombiniert werden, einander auslöschen, so dass der Licht-AUS-Zustand erzielt ist. Wenn das elektrische Modulationssignal (die Signalspannung) in dem EIN-Zustand ist, wird andererseits die Phase der Lichtwelle, die durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 läuft, verglichen mit dem Fall, wo das elektrische Modulationssignal im AUS-Zustand ist, um π weiter verschoben. Daher wird die Phasendifferenz zwischen den Lichtwellen, die die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 passiert haben, gleich 2π, was den Licht-EIN-Zustand sicherstellt. Die Änderung Δω(t) der spontanen Winkelfrequenz des Lichtausgangs zu diesem Zeitpunkt zeigt einen negativen Wert bzw. einen positiven Wert am Anfang und am Ende des Signalimpulses, wie dies in der 6C gezeigt ist. Das heißt, zu dem Licht-EIN-Zeitpunkt (t₁₁) und dem Licht-AUS-Zeitpunkt (t₁₂) kann ein negatives Zirpen erzeugt werden.
8A ist eine Draufsicht, die die Struktur eines MZ-Modulators gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8B ist eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in 8A. Um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, sind daher diejenigen Komponenten in der 8, die die gleichen wie die entsprechenden Komponenten in der 7 sind, mit den gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist jedoch anzumerken, dass der in der 8 gezeigte MZ-Modulator auf den ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitten 3 und 4 jeweils p-Elektroden 18a und 18b ausgebildet hat. Zwischen diesen Phasenmodulatorabschnitten 3 und 4 ist eine Aussparung 9 vorgesehen und auf der ersten Phasenmodulatorabschnittsseite 3 ist eine i-InGaAsP/InP-MQW-Schicht 13a und auf der zweiten Phasenmodulatorabschnittsseite 4 ist eine i-InGaAsP/InP-MQW-Schicht 13b ausgebildet, die unterschiedliche Wellenlängen haben. Ferner ist auf der Oberfläche des n-InP-Substrats 11 ein SiO₂-Film 19 ausgebildet, der durch die Ausbildung der Aussparung 9 freigelegt ist.
Da sich die Wellenlängen der MQW-Schicht 13a und der MQW-Schicht 13b voneinander unterscheiden, werden die äquivalenten Brechungsindizes des ersten Wellenleiterpfades 6a und des zweiten Wellenleiterpfades 6b unterschiedlich. Bei dieser Ausführungsform ist wie bei der ersten Ausführungsform die Differenz ΔNeff zwischen den äquivalenten Brechungsindizes so bemessen, dass sie die vorstehend gegebene Gleichung (3) erfüllt, wobei L die Länge der Phasenmodulatorabschnitte und λ₀ die Wellenlänge des auftreffenden Lichtes ist.
Die Funktionsweise der so gebildeten zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform. Die p-Elektrode 18b des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4 und die n-Elektrode 17 sind an Masse gelegt und an die p-Elektrode 18a des ersten Phasenmodulatorabschnittes 3 ist durch die Signalquelle 20 eine umgekehrte Vorspannung entsprechend dem elektrischen Modulationssignal, wie in der 6A gezeigt, angelegt. Als ein Ergebnis erfüllt, wie in der 6B gezeigt, wenn das elektrische Modulationssignal in dem AUS-Zustand ist oder die Signalspannung von der Signalquelle 20 gleich 0 (V) ist, die Differenz ΔNeff zwischen den äquivalenten Brechungsindizes die Gleichung (3), so dass die Phasen der ausgehenden Lichtstrahlen von den zwei Phasenmodulatorabschnitten zueinander um π verschoben sind. Da sich die Phasen der ausgehenden Lichtstrahlen bei Synthetisierung einander auslöschen, wird der Licht-AUS-Zustand erzielt.
Wenn das elektrische Modulationssignal in dem EIN-Zustand ist oder wenn die Signalspannung von der Signalquelle 20 gleich Vπ (V) ist, ist, verglichen mit dem Fall, bei dem das elektrische Modulationssignal in dem AUS-Zustand ist, andererseits die Phase der Lichtwelle, die durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 läuft, um ein weiteres π verschoben. Daher wird die Phasendifferenz zwischen den Lichtwellen, die die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 passiert haben, 2π und es wird der Licht-EIN-Zustand erzielt. Die Änderung Δω(t) der spontanen Winkelfrequenz des Lichtausgangs zeigt dann einen negativen Wert bzw. einen positiven Wert jeweils am Anfang bzw. am Ende des Signalimpulses, wie dies in der 6C gezeigt ist. Das heißt, zum Licht-EIN-Zeitpunkt und dem Licht-AUS-Zeitpunkt kann ein negatives Zirpen erzeugt werden.
9 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines MZ-Modulators gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung. Um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, sind daher diejenigen Komponenten in der 9, die die gleichen wie die entsprechenden Komponenten gemäß 8 sind, mit gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Dicken der Hüllschicht 15 und der Hüllschicht 15a sind gegenüber der ersten Ausführungsform geändert, während die Wellenlängen der Halbleitermaterialien (i-InGaAsP/InP-MQW-Schichten 13a und 13b) in der zweiten Ausführungsform geändert sind, um die Phasendifferenz der Lichtstrahlen, die sich in den zwei Wellenleiterpfaden 6a und 6b ausbreiten auf (2N + 1)π einzustellen. Bei dem tatsächlichen Herstellungsvorgang ist es jedoch schwierig, diese Faktoren einzustellen, um die Phasendifferenz der Lichtstrahlen auf genau (2N + 1)π zu setzen. Gemäß dieser Ausführungsform sind daher neben den p-Elektroden 18a und 18b in den jeweiligen Wellenleiterpfaden 6a und 6b Phaseneinstellelektroden 18c und 18d vorgesehen. Die Phasendifferenz der Lichtstrahlen wird auf (2N + 1)π gesetzt, indem an diese Elektroden 18c und 18d eine exakt konstante Spannung angelegt wird.
Da der Betrieb der so gebildeten dritten Ausführungsform der gleiche wie derjenige der ersten und zweiten Ausführungsformen ist, kann zu den Licht-EIN- oder -AUS-Zeitpunkten durch einen einfachen Herstellungsvorgang ein negatives Zirpen erzeugt werden. Obwohl die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 bei dieser Ausführungsform jeweils mit den Phaseneinstellelektroden 18c und 18d ausgebildet sind, sollten solche Phaseneinstellelektroden nicht notwendigerweise in beiden Wellenleiterpfaden vorgesehen sein und können auch nur in einem der Wellenleiterpfade vorgesehen sein.
10 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Struktur eines MZ-Modulators gemäß der vierten Ausführungsform dieser Erfindung. Um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, sind daher diejenigen Komponenten in der 10, die die gleichen wie die entsprechenden Komponenten gemäß der 7 und 8 sind, mit gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet. Die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4, die die gleiche Struktur und die gleiche Form haben, sind jeweils in den ersten und zweiten Wellenleiterpfaden 6a und 6b vorgesehen. An die Elektrode eines der Phasenmodulatorabschnitte, beispielsweise die Elektrode 18b des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4, wird eine konstante umgekehrte Vorspannung Vπ mit halber Wellenlänge angelegt und an die Elektrode 18a des ersten Phasenmodulatorabschnittes 3 wird durch die Signalquelle 20 eine umgekehrte Vorspannung entsprechend dem in der 6A gezeigten elektrischen Modulationssignal angelegt.
Daraus folgt, wie in der 6B gezeigt, dass, wenn das elektrische Modulationssignal in dem AUS-Zustand ist oder die Signalspannung von der Signalquelle 20 gleich 0 (V) ist, dass die Spannung Vπ an die Elektrode 18b des zweiten Phasenmodulatorabschnittes 4 angelegt ist, so dass die Phasen der ausgehenden Lichtstrahlen von den beiden Phasenmodulatorabschnitten um π verschoben sind. Daher löschen sich die Phasen dieser ausgehenden Lichtstrahlen beim Synthetisieren aus, wodurch der Licht-AUS-Zustand sichergestellt wird. Wenn das elektrische Modulationssignal in dem EIN-Zustand ist oder die Signalspannung von der Signalquelle 20 gleich Vπ (V) ist, wird andererseits die Phase der Lichtwelle, welche durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt 3 läuft, weiter um π verschoben, verglichen mit dem Fall, bei dem das elektrische Modulationssignal in dem AUS-Zustand ist. Daher wird die Phasendifferenz zwischen den Lichtwellen, die die ersten und zweiten Phasenmodulatorabschnitte 3 und 4 passiert haben, gleich 2π und es wird der Licht-EIN-Zustand erzielt. Wie in der 6C gezeigt, zeigt die Änderung Δω(t) der spontanen Winkelfrequenz des Lichtausgangs dann einen negativen Wert bzw. einen positiven Wert jeweils am Anfang und am Ende des Signalimpulses. Das heißt, zum Licht-EIN-Zeitpunkt und zum Licht-AUS-Zeitpunkt kann ein negatives Zirpen erzeugt werden.
Wie in den vorstehenden Beschreibungen der ersten bis vierten Ausführungsformen erörtert, kann eine negative Zirp-Charakteristik, die für die Langstreckenübertragung geeignet ist, durch das eine Elektrodentreibsystem erzielt werden, die bei dem aktuellen optischen Übertragungssystem erforderlich ist, indem die exakten Strukturen der Phasenmodulatorabschnitte eines Halbleiter-MZ-Modulators oder das exakte Verfahren zum Treiben der Phasenmodulatorabschnitte gewählt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Obwohl diese Ausführungsformen MZ-Modulatoren mit einer InP- Basis-MQW-Struktur sind, kann diese Erfindung auch bei InGaAs/InP-MQW's, InGaAs/InGaAsP-MQW's, InAlAs/InGaAs-MQW's oder einem Volumen-Wellenleiterpfad verwendet werden. Diese Erfindung kann auch an einen MZ-Modulator angepasst werden, der ein dielektrisches Material aus Lithiumniobat oder dergleichen verwendet. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die Formen der in den Ausführungsformen dargestellten Vorrichtungen begrenzt, das heißt die Dicken der einzelnen Schichten, die Zusammensetzungen, die Größen der Wellenleiterpfade.

Claims

Mach-Zehnder-Modulator mit: einem Substrat (8); und einer Vorrichtung, die auf dem Substrat (8) ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung aufweist, einen Wellenleiterpfad (1) für auftreffendes Licht zur Wellenleitung des auftreffenden Lichtes; einen Splitter (5) zum Aufspalten von Licht, das durch den Auftrefflicht-Wellenleiterpfad (1) geleitet wird in zwei erste und zweite Wellenleiterpfade (6a), (6b) zur Wellenleitung von Lichtstrahlen, die durch den Splitter (5) aufgeteilt worden sind, wobei der erste Wellenleiterpfad (6a) einen ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) hat, an welchen ein elektrisches Modulationssignal angelegt ist, und der zweite Wellenleiterpfad (6b) einen zweiten Phasenmodulatorabschnitt (4) hat, einer Mischeinrichtung (7) zum Synthetisieren des von dem ersten Wellenleiterpfad (6a) ausgegebenen Lichtes mit dem von dem zweiten Wellenleiterpfad (6b) ausgegebenen Licht, und einen Lichtausgangs-Wellenleiterpfad (2) zum Leiten des synthetisierten Lichtes von der Mischeinrichtung (7); dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Wellenleiterpfad (6a), (6b) unterschiedliche Äquivalent-Brechungs-Indizes haben, wenn kein elektrisches Modulationssignal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) angelegt ist, wobei das Licht, welches durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) und den zweiten Phasenmodulatorabschnitt (4) wellengeleitet ist, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π hat und N = 0 oder eine positive ganze Zahl ist.
Mach-Zehnder-Modulator nach Anspruch 1, wobei sowohl der erste Wellenleiterpfad (6a) als auch der zweite Wellenleiterpfad (6b) aus einer Halbleiterschicht bestehen und auf der Halbleiterschicht eine Plattierschicht ausgebildet ist, wobei die Plattierschicht (15) des ersten Wellenleiterpfades (6a) eine andere Dicke als diejenige der Plattierschicht (15a) des zweiten Wellenleiterpfades (6b) hat, so daß sich die äquivalenten Brechungsindizes des ersten und zweiten Wellenleiterpfads voneinander unterscheiden.
Mach-Zehnder-Modulator nach Anspruch 1, wobei jeder der ersten und zweiten Wellenleiterpfade (6a) bzw. (6b) aus einer Halbleiterschicht besteht, wobei die Halbleiterschicht (13a) des ersten Wellenleiterpfades (6a) einen anderen Brechungsindex als denjenigen der zweiten Halbleiterschicht (13b) des zweiten Wellenleiterpfades (6b) hat, so daß sich die äquivalenten Brechungsindizes des ersten und zweiten Wellenleiterpfades voneinander unterscheiden.
Mach-Zehnder-Modulator nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Phaseneinstellelektrode (18c), (18d), die an wenigstens einem der ersten und zweiten Wellenleiterpfade (6a) bzw. (6b) ausgebildet ist, um an das Licht, welches durch wenigstens einen der ersten und zweiten Wellenleiterpfade (6a), (6b) geleitet wird, eine Spannung anzulegen, um die Phase des Wellenleiterlichtes einzustellen.
Verfahren zum Treiben eines Mach-Zehnder-Modulators mit einem Substrat (8) und einer Vorrichtung, die auf den Substrat (8) ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung aufweist, einen Wellenleiterpfad (1) für auftreffendes Licht zur Wellenleitung des auftreffenden Lichtes, einen Splitter (5) zum Aufspalten des Lichtes, welches durch den Wellenleiterpfad (1) für das auftreffende Licht geleitet worden ist, in zwei Pfade, einen ersten und zweiten Wellenleiterpfad (6a), (6b) zur Wellenleitung von Licht, das durch den Splitter (5) aufgespalten ist, wobei der erste Wellenleiterpfad (6a) einen ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) hat, an welchen ein elektrisches Modulationssignal angelegt ist und der zweite Wellenleiterpfad (6b) einen zweiten Phasenmodulatorabschnitt (4) hat, einer Mischeinrichtung (7) zum Synthetisieren des vom ersten Wellenleiterpfad (6a) ausgegebenen Lichtes mit dem vom zweiten Wellenleiterpfad (6b) ausgegebenen Licht, und einen nach außen führenden Licht-Wellenleiterpfad (2) zum Leiten des synthetisierten Lichtes von der Mischeinrichtung (7); dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren einen Schritt Anlegen einer konstanten Spannung (Vn) an den zweiten Phasenmodulatorabschnitt (4) hat, und ein elektrisches Modulationssignal an den ersten Phasenmodulationsabschnitt (3) so angelegt wird, daß dieses nicht als elektrisches Modulationssignal an den ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) angelegt wird, wobei Licht, welches durch den ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) den zweiten Phasenmodulatorabschnittes (4) geleitet worden ist, eine Phasendifferenz von (2N + 1)π hat und N = 0 oder eine positive ganze Zahl ist, wodurch an einem Signal des von dem Wellenleiterpfad (2) ausgehenden Lichts ein negatives Zirpen erzeugt wird.
Verfahren zum Treiben eines Mach-Zehnder-Modulators nach Anspruch 5, wobei das Verfahren den Schritt Anlegen eines elektrischen Modulationssignals an den ersten Phasenmodulatorabschnitt (3) ohne Anlegen einer Spannung an den zweiten Phasenmodulatorabschnitt (4) aufweist, wodurch an einem Signal des von dem Wellenleiterpfad (2) ausgehenden Lichts ein negatives Zirpen erzeugt wird.