JP2004172860A - 位相同期型光変調システムおよび光変調素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光時分割多重通信におけるコーディングあるいはゲーティングする際の光変調信号の位相と、コーディングするための基本となる光短パルス列の位相あるいはゲーティングする多数チャンネルの信号が重ね合わさった光パルス信号との位相を自動的に合致させること。
【解決手段】光短パルス列生成器１０で生成された光短パルス列を光変調器１２に入射する直前に分波器７０で分岐する。分波器７０から分波された光の一方を光変調器１２に入射させ、もう一方はフォトディテクタ７６で受けて電気信号に変換する。フォトディテクタ７６で変換した電気信号を位相比較器７４に入力する。位相比較器７４では、基準クロック信号発生器 ３４ から供給される基準クロック信号とフォトディテクタ７６で変換された電気信号の位相とを比較する。その差分を元に生成器１０に入力するクロック信号の位相を可変位相遅延器７２によって調整し、光変調器１２に入射する直前の光短パルス列２４の位相と変調信号生成器３２から光変調器１２に供給される電気信号２８の位相とを合致させる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光時分割多重通信の分野で用いられる光変調システム、およびこの光変調システムに用いられる光変調素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光時分割多重通信（ＯＴＤＭ： Ｏｐｔｉｃａｌ ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とは、並列に光パルス信号（光短パルス列を光変調して電気パルス信号を光パルス信号に変換したもの）を生成（以後「コーディング」ともいう。）し、それをビットインターリーブすることにより多重化して（光ＭＵＸ）送信し、受信側で送信側とは逆操作であるゲート信号によって光信号を分離（以後「ゲーティング）ともいう。）することにより元の並列光パルス信号に戻す（光ＤＥＭＵＸ）方式を採る通信である。
【０００３】
光変調システムは、ＯＴＤＭにおいて、基準クロック信号に従って光パルス信号を生成したり（送信側）、光パルス信号を電気信号に復調したり（受信側）するために使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、基準クロック信号発生器によって供給される電気信号と変調信号生成器によって供給される電気変調信号との位相差を自動的に調整する機能が具わっていない。そのため両者信号の位相関係がずれ、通信エラー等の障害の原因となる。
【０００５】
そこで、光変調器へ入力される直前のパルス光を分岐（以後「タップする」ということもある。）してその位相情報を抽出し、この位相情報に基づいて変調信号生成器によって供給される電気変調信号の位相を自動的に調整するフィードバック機能が必要となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
＜位相同期型光変調システム＞
この発明の位相同期型光変調システムは、光短パルス列生成器、光変調器、基準クロック信号発生器、変調信号生成器および位相遅延器を具え、光短パルス列生成器でＣＷ光を光短パルス列として生成する。こうして生成された光短パルス列を光変調器に入射する直前に自動位相調整装置の分波器で分岐する。分波器で分波した光の一方を光変調器に入射させ、もう一方はフォトディテクタで受け電気信号に変換する。フォトディテクタから出力された電気信号は位相比較器に入力される。位相比較器では、基準クロック信号発生器から供給される基準クロック信号とフォトディテクタで変換された電気信号の位相を比較する。その位相差に基づいて光短パルス列生成器に入力する電気パルス信号の位相を、フォトディテクタで変換された電気信号の位相（光短パルス列の位相に等しい。）と合致するように変化させる。このような位相制御によって、通信エラー等の障害の発生を防止することができる。
【０００７】
＜複合型光変調素子＞
複合型光変調素子は、相異なる導電型のクラッド層で活性層を挟んだダブルへテロ接合構造を有する半導体素子であって、活性層は光導波路としての機能も有する。この素子の基本構造は、第１の電極のためのオーミックコンタクト層、第１のバッファ層、第１の導電型のクラッド層、活性層（光導波路）、第２の導電型のクラッド層、第２の導電型のキャップ層および第２の電極のためのオーミックコンタクト層を順次に積層させた構造を有している。特に、ダブルへテロ接合構造を２つの領域に分割してある。分割された一方の領域（第１活性層領域という。） を光変調素子として機能させ、かつ、他方の領域（第２活性層領域という。）をフォトディテクタとして機能させることができる。
【０００８】
上述した構造を有する複合型光変調素子によれば、先ず、第１活性層領域において順方向に電圧を印加することで、活性層領域を伝播する光の強度を変化させるという光変調機能を達成できる。第２に、第２活性層領域において活性層領域を伝播する光の強度の変化に呼応する電気信号を取り出せるので、いわゆるフォトディテクタとしての機能を達成できる。この複合型光変調素子を、この発明の位相同期型光変調システムに適用すれば、同システムの小型コンパクト化が図られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図１３を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００１０】
以下に示す図において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。またこれら太線および細線に付された番号および記号は、それぞれ光信号あるいは電気信号を意味する。
【００１１】
図１（Ａ）はこの発明の適用が可能な送信側装置の概略的な構成を示す図であり、図１（Ｂ）はその内の１チャンネル分（チャンネルを区別するために図中番号にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを付する。）を抜き出して示したブロック図である。図１（Ｂ）には、光変調素子の動作を説明するために、主要な構成要素を加え、それらの関係を単純化して示してあり、簡単化のために、各チャンネルに光短パルス列を分離するための、すなわち光強度分割するための、分波器３８を省略して示してある。
【００１２】
光短パルス列生成器１０に入ったＣＷ光（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ光）２２は、後述する光変調方式により、パルス光２４に変換され、光変調器１２によって光パルス信号２６に変換される。こうして得られた光パルス信号２６は、一定の条件で遅延の長さを調整された光ファイバ１８ａ，１８ｂ，…１８ｅからなる光遅延調整部１８を通り、合波器１４に送られる。この合波器１４で各チャンネルからの光パルス信号が合波され、合波された光パルス信号２０（多重化された光パルス信号）となって伝送用の光ファイバに送られ、受信側に向けて送信される。
【００１３】
図２は、この発明の適用が可能な受信側装置の概略的な構成を示す図である。送られてきた多重化された光パルス信号２０の一部が分波器５０で取り出されて、すなわち光強度分割され、フォトディテクタ５１によって電気信号に変換されてクロック信号抽出器５６に送られる。クロック信号抽出器５６では、この受信光２０によって送られてきたクロック信号が抽出される。このクロック信号が電気信号として電気信号遅延回路６２に供給される。また送られてきた信号光は分波器５０を通過して分波器５２で各チャンネルに分配される。
【００１４】
分配された信号光は、光変調器６０（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ）に入り、ここでクロック信号抽出器５６から電気信号遅延回路６２を介して供給される電気パルス信号により、各チャンネルに対応した光パルス信号に切り分けられる。このようにして得られた各チャンネルの光パルス信号は、光電変換器６４によって電気パルス信号に変換される。
【００１５】
以上がＯＴＤＭの概略である。ここで再び、図１（Ｂ）を参照してＯＴＤＭの光変調方式につき、その概略を説明する。
【００１６】
光短パルス列生成器１０に半導体レーザ等の光源からＣＷ光を入射させる。図中、ＣＷ光２２、パルス光２４および光パルス信号２６のそれぞれにつき、光の強度を時間の関数として波形図２２ｆ、２４ｆおよび２６ｆで示してある。波形図２２ｆに示すように、光短パルス列生成器１０に入る前の光の強度は時間によらず一定値である。光短パルス列生成器１０には、基準クロック信号発生器（ｃｌｏｃｋ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３４から、電気パルス信号２７が加えられる。光短パルス列生成器１０に加わる電気パルス信号２７は、一定時間間隔で並んだ規則正しいパルス列からなる電気パルス列である。
【００１７】
光短パルス列生成器１０は、この電気パルス信号２７に呼応して、入力光であるＣＷ光をパルス光２４に変換する。したがって光変調器１２ａに入る前のパルス光２４は、図中２４ｆで示すように、一定時間間隔で並んだ規則正しい光パルス列となる。パルス光２４は、必要に応じて光増幅器（図示せず）を介して、光変調器１２ａに入力される。
【００１８】
光変調器１２ａには、基準クロック信号発生器３４、位相遅延器（Ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ）３０および変調信号生成器（ｐｌｕｓ ｐａｔｔｅｒｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３２を介して電気変調信号２８（この信号は、「０」又は「１」 の２値デジタル信号値が電圧の高低に反映されたパルス信号である。）が加えられる。すなわちこの電気変調信号２８は、送信側の送りたい情報がデジタル２値信号に変換された信号である。この電気変調信号２８の位相は入力するパルス光２４の位相と同位相である必要がある。
【００１９】
光変調器１２ａにパルス光２４が入ると、電気変調信号２８の２値デジタル信号値のうちのいずれか一方の値（高電位あるいは低電位のいずれか一方として人工的に取り決める。）に一致したパルス光のみが透過される。このように電気変調信号２８でパルス光を通す時間帯は窓のような役割でもあるので、この時間帯を窓の開いている部分あるいは単に窓の部分ということもある。
【００２０】
このようにして、２値デジタル電気信号が２値デジタル光信号に変換される。すなわち、図中２６ｆで示すように、光変調器１２ａを出た後の光２６は、送信側の送りたい情報が反映された光パルス信号２６となっている。
【００２１】
実際のＯＴＤＭにおける光短パルス列生成器１０と光変調器１２の間には光増幅器（図示せず）が挿入される。この光増幅器を挿入する理由は、パルス光２４の元となるＣＷ光２２が光短パルス列生成器１０を通過する段階で減衰し、さらに分波器３８によってチャンネル数分に分配されることにより、さらに弱まってしまうため、この素子によりその強度を高める必要があるからである。この光増幅器の挿入や各種素子の周辺温度の変動等は、パルス光２４の位相に変化を与えるため、基準クロック信号発生器３４ によって供給される電気パルス信号２７と変調信号生成器３２ によって供給される電気変調信号２８の位相との関係を、光増幅器の挿入等による位相の変化に応じて調整することが必要となる。
【００２２】
上述した光変調方式では、光短パルス列生成器１０に加えられる電気パルス信号２７の位相と光変調器１２に加えられる電気変調信号２８の位相との関係を、自動的に調整させる機構が具わっていない。
【００２３】
このことは伝送容量が小さい場合、すなわち単位時間当たりに送ることができる情報の量が少ない場合には、問題が起こらないが、大きくなると以下に説明する問題が生ずる。以下、この点について説明する。
【００２４】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、光短パルス列２４（すなわち光短パルス列生成器１０を出たパルス光）と電気変調信号２８（すなわち光変調器１２に加わる電気変調信号）および光出力波形２６（すなわち光変調器１２を出た直後の光パルス信号）の関係を表す。それぞれの波形は、横軸に時間、縦軸に強度（光短パルス列２４の波形２４ｆと光パルス信号２６の光出力波形２６ｆにあっては光強度、電気変調信号２８の波形にあっては電圧）をとって示してある。図３（Ａ）は基準クロック信号発生器３４ によって供給される電気パルス信号２７と変調信号生成器３２ によって供給される電気変調信号２８との位相差がない場合、および図３（Ｂ）はその位相差がある場合を示す。図３では判別しやすくするためにパルス光２４ｆは三角形、および電気変調信号２８の波形は台形で示してあるが、実際には、いずれも立上り、立下りおよび頂点の部分は滑らかにつながる曲線から成っている。
【００２５】
ここで、伝送容量が４０ Ｇｂｉｔ／ｓ （すなわち１秒間に送る情報量が４０ Ｇｂｉｔであること）である場合を一例として説明する。伝送容量は、後に説明する際に必要となる、クロック周波数と関連する値である。
【００２６】
図３（Ａ）の中段に示した電気変調信号２８の波形の周期は２５ ｐｓ であり、電圧が最大電圧の２０％から８０％の値になるまでに要する時間（立ち上がり時間）は通常１０ｐｓ である。電圧が最高電圧の８０％から２０％の値に下がるまでの時間（立ち下がり時間）も同じく１０ｐｓ である。この場合、電気変調信号波形の頂点の平らな部分は１５ ｐｓ となる。伝送容量をこれより大きくするためには、この電気変調信号波形の周期を短くする必要がある。立ち上がりあるいは立下り時間は電気工学的にこれ以上短くはできないので、電気変調信号波形の頂点の平らな部分、すなわち最大電圧の持続時間を短くすることになる。逆に伝送容量を小さくすれば、この頂点の平らな部分は長くできることになる。
【００２７】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）の上段に示したのが、すでに説明したとおり、光短パルス列生成器１０を出た直後の光短パルス列２４の波形２４ｆである。この周期も電気変調信号波形の周期と同じである。ただし図３（Ａ）は、光短パルス列と電気変調信号の両波形の位相が一致しているが、図３（Ｂ）は、これら両波形の位相がずれている（この例では電気変調信号の位相が光短パルス列の位相より遅れている。）。
【００２８】
光変調器１２ａを出た直後の光パルス信号２６の出力の光出力波形２６ｆは、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のそれぞれの下段に描かれた波形になる。出力される光パルス信号を構成している各光短パルス（図では三角形の形に描かれた一つ一つを指す。）は、光短パルス列２４ｆの中の一つの光短パルスと電気変調信号２８の高電位部分（図では台形の形に描かれた部分で「１」が付された部分）が重なった部分のみである。電気変調信号２８が低電位部分（図で「０」が付された部分）と重なった光短パルスは、出力されない。
【００２９】
図３では電気変調信号として［１００１０１］という信号を仮定している。この信号［１００１０１］を光出力信号２６に変換する場合である。基準クロック信号発生器３４ によって供給される電気パルス信号２７と変調信号生成器３２ によって供給される電気変調信号２８との位相が合っている場合（図３（Ａ））は、光パルス信号２６が、送信側が送りたいデジタル情報を正しく反映した光出力波形［１００１０１］となっている。一方この位相が合っていない場合（図３（Ｂ））は 、光パルス信号２６が送信側が送りたいデジタル情報を正しく反映した光出力波形［１００１０１］となっていない。
【００３０】
図３（Ｂ）では、光パルス信号２６を構成する光短パルスとして存在すべき時刻（電気変調信号２８では「１」が与えられている時刻）に光短パルスが出ているが、この光短パルスの右側が削られて歪められている。一方、光パルス信号２６を構成する光短パルスとして存在すべきでない時刻においても小さいながら光パルス信号が出ている（図では２箇所）。
【００３１】
このように、電気変調信号２８が正しく光パルス信号２６の光出力波形に反映されないと、通信エラー等、障害を引き起こす原因となる。
【００３２】
もちろん以上論じたことは、伝送容量が小ければ、問題とならない。光短パルス列の波形２４ｆのパルス間隔が広い上、電気変調信号２８の窓も広く取れるからである。窓が広く取れるとは、電気変調信号２８の頂点の平らな部分の長さが長くなることを意味する。したがって基準クロック信号発生器３４によって供給される電気パルス信号２７と変調信号生成器３２ によって供給される電気変調信号２８との位相差は、伝送容量が大きくなるほど小さくする必要がある。
【００３３】
ここで説明した伝送容量４０ Ｇｂｉｔ／ｓ は、光を使わない時分割多重（ＴＤＭ）通信の限界といわれている。したがってこれ以上の伝送容量のＴＤＭを実現するためには、光を使う必要がある。言い換えると、光を使う利点は伝送容量を大きくできる点にあり、光をもってしなければ実現できない伝送容量のＴＤＭを実現するためには、基準クロック信号発生器３４ によって供給される電気パルス信号２７と変調信号生成器３２ によって供給される電気変調信号２８との位相が合っていることが必要といえる。
【００３４】
＜位相同期型光変調システムの第１の実施形態＞
この発明の位相同期型光変調システムの第１の実施形態につき図４を参照して説明する。この発明の位相同期型光変調システムは、光短パルス列生成器、光変調器、基準クロック信号発生器、変調信号生成器および位相遅延器を具え、以下に説明するように動作する。
【００３５】
光短パルス列生成器１０でＣＷ光を光短パルス列２４として生成する。こうして生成された光短パルス列２４を光変調器１２に入射する直前に、自動位相調整装置７８の分波器７０で分岐する。
【００３６】
分波器７０には例えば光カプラを用いる。分波器７０から分波された光の一方は光変調器１２に入射し、もう一方はフォトディテクタ７６で受けられ電気信号７７に変換される。フォトディテクタ７６から出力された電気信号７７は位相比較器７４に入力される。
【００３７】
位相比較器７４では、基準クロック信号発生器３４ から供給される電気パルス信号２７とフォトディテクタ７６で変換された電気信号７７の位相が比較される。その位相差すなわち差分を可変位相遅延器７２に供給する。可変位相遅延器７２は、この差分を元に、変調信号生成器３２が光変調器１２に供給する電気変調信号２８の位相と光変調器１２に入射する直前の光短パルス列２４の位相とが合致するように調整された電気パルス信号７３を発生させ、光短パルス列生成器１０に供給する。
【００３８】
この結果、自動位相調整装置７８によれば送信側の送りたい情報を反映する２値デジタル電気変調信号２８（変調信号生成器３２から光変調器１２に入力される。）の位相と光変調器１２に入力する光短パルス列２４の位相とを合致させることができる。
【００３９】
上述した分波器７０、フォトディテクタ７６、可変位相遅延器７２および位相比較器７４は自動位相調整装置７８を構成している。すなわちこの自動位相調整装置７８によって、上述した電気変調信号２８の位相と光短パルス列２４の位相とのずれが原因で発生する通信エラー等の障害の発生を防止することができる。
【００４０】
＜複合型光変調素子の第１の実施形態＞
上述した自動位相調整装置７８によって、送信側の送りたい情報を反映する２値デジタル電気変調信号２８の位相と光変調器１２に入力する光短パルス列２４の位相とを合致させるという課題は解決するが、光短パルス列生成器１０と光変調器１２との間に分波器７０、フォトディテクタ７６等を挿入しなければならないので、ＯＴＤＭの送信側装置全体の規模が大きくなってしまう。また分波器７０により光短パルス列２４をタップするために、光変調器１２に入力させる光短パルス列２４の強度を小さくしてしまう。
【００４１】
そこで本願発明者は、上記ＯＴＤＭの送信側装置全体の規模が大きくなること、および光短パルス列２４をタップすることによる光強度の減少という問題を解決するのに好適な、図５に示す構造の複合型光変調素子を創作した。
【００４２】
複合型光変調素子は、相異なる導電型のクラッド層で活性層を挟んだダブルへテロ接合構造を有する半導体素子であって、活性層は光導波路としての機能も有する。
【００４３】
この素子の基本構造は、第１の電極のためのオーミックコンタクト層１８０、第１のバッファ層１８２、第１の導電型のクラッド層１８４、活性層（光導波路）１８６、第２の導電型のクラッド層１８８、第２の導電型のキャップ層１９０および第２の電極のためのオーミックコンタクト層１９２を順次に積層させた構造を有している。特に、ダブルへテロ接合構造を２つの領域に分割してある。分割された一方の領域（第１活性層領域Ｉという。）を光変調素子として機能させ、かつ、他方の領域（第２活性層領域ＩＩという。）をフォトディテクタとして機能させることができる。
【００４４】
第１活性層領域Ｉと第２活性層領域ＩＩの間には、導波路領域ＷＧが設けられている。導波路領域ＷＧは、光を導波するだけの機能を持ち、光変調機能やフォトディテクタとしての機能を有していない。この第１活性層領域Ｉ、導波路領域ＷＧおよび第２活性層領域ＩＩは、積層方向と直交する光の導波方向に沿って順次に配置されている。この導波路領域ＷＧの構造は、第２の導電型のキャップ層１９０の代わりに、第１の導電型の半導体層１９６が真性半導体層１９８の上に形成された２層の積層からなる構造とする。
【００４５】
また複合型光変調素子の光の導波方向の両端は、それぞれ光の入射端および出射端を構成しており、これら入射端および出射端には、それぞれ誘電体膜（それぞれ２１０，２１２）が形成されており、第１活性層領域Ｉと第２活性層領域ＩＩとに対して電気信号を印加したり、あるいはこれら領域から電気信号を取り出したりするために、これら領域にはキャップ層１９０を介して、それぞれ電極２１８、２１６が形成されている。
【００４６】
上記構造を有する複合型光変調素子によれば、先ず、第１活性層領域Ｉにおいて順方向に電圧を印加することで、活性層１８６を伝播する光の強度を変化させるという光変調機能を達成できる。第２に、第２活性層領域ＩＩにおいて活性層１８６を伝播する光の強度の変化に呼応する電気信号を取り出せるので、いわゆるフォトディテクタとしての機能を達成できる。
【００４７】
＜位相同期型光変調システムの第２の実施形態＞
次に、図６を参照して位相同期型光変調システムの第２の実施形態を説明する。位相同期型光変調システムの第２の実施形態は、複合型光変調素子を用いて構成される。この発明の位相同期型光変調システムの構成要素である、光変調器１２、分波器７０およびフォトディテクタ７６を具える自動位相調整装置１７８を、複合型光変調素子１００を用いて構成することができる。図６は、複合型光変調素子１００を用いて構成した、位相同期型光変調システムの第２の実施形態を簡略化して示してある。図６中、符号Ｉで示した部分は光変調機能を有する第１活性層領域、符号ＩＩで示した部分はフォトディテクタとしての機能を有する第２活性層領域を意味している（後述する図７、図８、図１０においても、ＩおよびＩＩと表記した部分は、同じ意味を示す。）。
【００４８】
光短パルス列生成器１０により生成された光短パルス列２４は、この複合型光変調素子１００の第２活性層領域ＩＩに入射し、この第２活性層領域ＩＩで光短パルス列の繰返し周波数が電気信号７７として検出される。検出された電気信号７７は増幅器４２で増幅され位相比較器７４に送られる。増幅器４２は必ずしも必要ではないが、これを挿入することで位相比較器７４に送られる電気信号７７の強度が強められ、位相比較器７４での処理に確実性が増す。位相比較器７４では、第２活性層領域ＩＩにおいて検出された電気信号７７の位相と基準クロック信号発生器３４の電気パルス信号２７の位相とが比較される。その比較情報を基に、可変位相遅延器７２が複合型光変調素子の第２活性層領域ＩＩで観測された光短パルス列２４の位相と同位相の電気パルス信号７３を光短パルス列生成器１０に供給する。第２活性層領域ＩＩを通過した光短パルス列２４は第１活性層領域Ｉに入射し、この第１活性層領域Ｉに変調信号生成器３２から供給される電気変調信号２８により変調され、この複合型光変調素子から光パルス信号２６として出力される。
【００４９】
このように一体化することで、部品のコンパクト化が図れるほか、図４に示された分波器７０等が不要となるので、光短パルス列２４の分波器７０で発生する強度の減衰を回避できる。
【００５０】
＜位相同期型光変調システムの第３の実施形態＞
位相同期型光変調システムの第３の実施形態は、図１（Ａ）説明したＯＴＤＭの送信部に複合型光変調素子を多数（チャンネルの数分）採用するシステムである。図７を参照して位相同期型光変調システムの第３の実施形態を説明する。ここでは記述を単純にするためにチャンネル数を２とするが、原理的にはチャンネル数はＮ（ただし、Ｎ≧３の整数）チャンネルに拡張できる。
【００５１】
光短パルス列生成器１０から出力された光短パルス列２４は分波器３８によって２分割され複合型光変調素子（１００ａ、１００ｂ）に導入される。各々の複合型光変調素子（１００ａ、１００ｂ）の第１活性層領域Ｉには、基準クロック信号発生器３４から位相遅延器（３０ａ、３０ｂ）および変調信号生成器（３２ａ、３２ｂ）を介して電気変調信号（２８ａ、２８ｂ）が供給される。
【００５２】
多数のチャンネル中において、出力される光パルス信号（図７では２６ａおよび２６ｂ）強度が最も小さいチャンネルがある。２チャンネルの例において、最小強度のチャンネルをチャンネルｂとする。この場合、チャンネルｂに設けられている複合型光変調素子（以後「第１の素子」ということもある。）の第２活性層領域ＩＩから第１活性層領域Ｉを通って出力される光パルス信号２６ｂの強度を基準として光パルス信号強度を調整する。この調整は、他のチャンネル（ここでは、チャンネルａとする。）に含まれる複合型光変調素子１００ａに、バイアス電圧２９を印加する直流バイアス電源１４２の供給電圧を調整し、チャンネルｂの光パルス信号２６ｂの強度と一致するようにチャンネルａの光パルス信号２６ａの強度を下げることにより行なう。直流バイアス電源１４２と第２活性層領域ＩＩとはコイル１４４を介してつながっている。一方、第２活性層領域ＩＩからはコンデンサ１４６を介することにより、直流バイアスを除いた電気信号成分のみを端子１４８から取り出すことができる。上述した直流バイアス電源１４２の供給電圧を調整操作する際には、この端子１４８から取り出される電気信号の強度をモニタしながら、この調整作業を行なうことになる。
【００５３】
このような構成とすれば第１の素子の出力光パルス信号の強度を基準にして他のチャンネルの出力光パルス信号の強度を調整することができる。すなわち複合型光変調素子の第２活性層領域ＩＩを可変光減衰器として用いることにより、すべてのチャンネルの光パルス信号の強度が第１の素子の出力光パルス信号の強度に等しくなるように調整することができる。
【００５４】
ＯＴＤＭの送信側を想定すると、位相同期型光変調システムがチャンネルの数だけ必要となり、各チャンネルから並列に光パルス信号が生成される。この生成される光パルス信号の強度はチャンネル毎に異なることは、通信エラー等の原因となり、好ましくないので、すべてのチャンネルの光パルス信号の強度が等しくなるように調整することができる機能は重要である。
【００５５】
以上説明したように位相同期型光変調システムの第３の実施形態によれば、ＯＴＤＭにおける送信側においてすべてのチャンネルの光パルス信号の位相自動調整機能の実現に加えて、光パルス信号強度を等しくすることも実現できる。また従来の方法に比べて部品点数が削減できるので、装置の製造コストの低減を図ることができる。
【００５６】
＜位相同期型光変調システムの第４の実施の形態＞
位相同期型光変調システムの第４の実施形態は、複合型光変調素子であって、第１活性層領域Ｉの側の出力側端面に高反射コーティング１７０を施した複合型光変調素子（以後「反射型の複合型光変調素子」ということもある。）を用い、この複合型光変調素子の第２活性層領域ＩＩから出力される電気信号を狭帯域フィルタを通して取り出す構成とした、位相同期型光変調システムである。
【００５７】
図８を参照して、位相同期型光変調システムの第４の実施形態を説明する。光短パルス列生成器１０から出力された光短パルス列２４は分波器（図１（Ａ）で３８に相当する分波器であるが簡単のためこの図では図示してない。）を通り、分波器（光サーキュレータ）４６を通って、反射型の複合型光変調素子１３０に入射する。この反射型の複合型光変調素子１３０の第２活性層領域ＩＩで光短パルス列２４のパルス繰返し周波数に関する情報を電気信号７７として取り出す。この電気信号７７は狭帯域フィルタ４４を介して電気信号７９となり、増幅器４２により増幅されて電気信号８１となって位相比較器７４に入る。
【００５８】
一方、位相比較器７４へは基準クロック信号発生器３４から電気パルス信号２７が入り、この電気パルス信号２７の位相と、電気信号８１の位相が比較される。この比較結果に基づき前述したように位相比較器７４から、電気パルス信号２７の位相と電気信号８１の位相との差分情報が可変位相遅延器７２に送られる。可変位相遅延器７２では、この差分情報を電気パルス信号２７の位相に付加して電気パルス信号７５を生成して、光短パルス列生成器１０に電気パルス信号７５を印加する。
【００５９】
一方、反射型の複合光変調素子１３０の第１活性層領域Ｉでは光パルス信号２６が生成され、第２活性層領域ＩＩを通過して分波器（光サーキュレータ）４６で分波され外部に取り出される。位相同期型光変調システムの第４の実施形態における自動位相調整装置１７９の機能は、位相同期型光変調システムの第２の実施形態の自動位相調整装置１７８の機能と同じ原理で実現される。
【００６０】
第２活性層領域ＩＩには、入力される光短パルス列２４の繰返し周波数成分だけでなく、第１活性層領域Ｉで変調された光パルス信号２６成分が重ね合わされた信号が出力される。したがって、光パルス信号２６成分である低周波数成分を狭帯域フィルタ４４により除外することにより、自動位相調整機能を実現させるための信号を得ることができる。
【００６１】
位相同期型光変調システムの第４の実施の形態によれば、複合型光変調素子を反射型としてあるので、光変調領域である第１活性層領域Ｉを光は往復する間に変調される。すなわち透過型の複合型光変調素子に比べて第１活性層領域Ｉの長さが半分でよいことになる。このため光変調素子の静電容量を半分に低減でき、光変調動作をより高速化できる。
【００６２】
＜位相同期型光変調システムの第５の実施の形態＞
以上において説明してきたのは、位相同期型光変調システムおよび複合型光変調素子を、ＯＴＤＭの送信側に適用した場合についてである。本願発明の位相同期型光変調システムおよび複合型光変調素子は、ＯＴＤＭの受信側における光ゲーティングシステムにも応用できる。
【００６３】
ここでは図９を参照して、位相同期型光変調システムの第５の実施の形態として、ＯＴＤＭの受信側システムを説明する。簡単のためにＯＴＤＭの１チャンネル分だけを取り出して説明する。図９では、ここで説明する１チャンネル分以外のチャンネルは「略」と表示して、これら省略したチャンネルの光ゲーティングを行なう部分を省いて図示してある。
【００６４】
ＯＴＤＭの受信側では既に概略説明したように、また送られてきた合波された光パルス信号２０Ｒは第２段目の分波器５２Ｒを通過して各チャンネルに分配される。また送られてきた合波された光パルス信号（すなわち受信光である。）２０Ｒの一部２０’Ｒが第１段目の分波器５０Ｒで取り出されて（タップされて）第１のフォトディテクタ２００で第１の電気信号６７Ｒに変換される。第１のフォトディテクタ２００から出力された第１の電気信号６７Ｒは、クロック信号抽出器５６Ｒに送られ、これによって送られてきた光パルス信号のクロック信号が抽出される。このクロック信号が電気信号５７Ｒとして位相比較器７４Ｒに供給される。
【００６５】
光ゲーティングに必要な基準クロック信号３１Ｒは変調信号生成器３２Ｒで生成され、またこの基準クロック信号３１Ｒに位相比較器７４Ｒから供給される差分７５Ｒが付加されて電気信号遅延回路６２Ｒに供給される。光ゲーティングを行なう光変調器６０Ｒには、電気信号遅延回路６２Ｒから、この電気信号遅延回路６２Ｒにおいて一定の位相遅延７５Ｒ（位相比較器７４Ｒから供給される差分７５Ｒである。）が変調信号生成器３２Ｒで生成された基準クロック信号３１Ｒに付加されて得られる電気変調信号２８Ｒが供給される。
【００６６】
以上説明した光ゲーティングシステムにおける動作をより詳細に説明する。第２段目の分波器５２Ｒでチャンネルごとに分配された光パルス信号２５Ｒを、光ゲーティングを行なう光変調器６０Ｒに入射する直前に分波器７０Ｒでタップして第２のフォトディテクタ７６Ｒで第２の電気信号７７Ｒに変換して位相比較器７４Ｒに送る。また前述したとおり、クロック信号抽出器５６Ｒで抽出された電気信号５７Ｒが位相比較器７４Ｒに送られるので、この位相比較器７４Ｒにおいては、この電気信号５７Ｒの位相と第２のフォトディテクタ７６Ｒで検出された第２の電気信号７７Ｒの位相とが比較される。この結果（差分７５Ｒ）を電気信号遅延回路６２Ｒに供給する。電気信号遅延回路６２Ｒでは、変調信号生成器３２Ｒから供給されたゲーティング基準変調信号３１Ｒの位相に上述した差分を付加して、変調信号生成器３２Ｒから供給されるゲーティング基準変調信号３１Ｒに対して必要量の位相遅延を行ない、電気変調信号２８Ｒを生成する。光変調器６０Ｒ（光ゲーティング部）は、これにこの電気変調信号２８Ｒが供給されることで光ゲーティングを行ない、チャンネル毎の光パルス信号２６Ｒを取り出す。この光パルス信号２６Ｒは光電変換器６４Ｒ で電気信号２６Ｅとして最終的に受信される。
【００６７】
この光ゲーティングシステムにおいて、光ゲーティング部直前の光パルス信号の位相情報を抽出し、この位相と電気変調信号２８Ｒの位相とが合うように自動調整するためのフィードバック機能を有する回路構成部分、すなわち分波器７０Ｒ、フォトディテクタ７６Ｒおよび位相比較器７４Ｒで構成される部分を、第１の発明において定義したと同様に、自動位相調整装置７８Ｒと称する。
【００６８】
上述したように、位相同期型光変調システムの第５の実施の形態によれば光変調器６０Ｒに供給される電気変調信号２８Ｒの位相と光ゲーティング部直前の光パルス信号の位相とを合致させることができる。このことによって、第２の分波器５２Ｒ、光増幅器（図示せず）やそれらをつなぐ光ファイバ等の温度変化等の周辺環境の影響をこれら素子が受けることにより生ずる、光の位相の変化による通信エラー等の、ＯＴＤＲにおける受信側における障害の発生を除去できる。
【００６９】
しかし、以上説明した位相同期型光変調システムの第５の実施の形態では、複数の情報が重ね合わせられた光パルス信号を分波する第２段目の分波器５２Ｒと光ゲーティングを行なう光変調器６０Ｒとの間に、光ゲーティングを行なう光変調器に入射する直前の光パルス信号をタップするための分波器７０Ｒやフォトディテクタ７６Ｒ等を挿入しなければならないので、光ゲーティングシステムを構成する装置の規模が大きくなってしまう。また分波器７０Ｒによりタップするために、光ゲーティングを行なう光変調器６０Ｒに入力させる光短パルス列の強度を小さくしてしまう。
【００７０】
＜位相同期型光変調システムの第６の実施の形態＞
そこで、上述の点を考慮して更なる改良を図った構成を、位相同期型光変調システムの第６の実施の形態として、図１０を参照して説明する。
【００７１】
第１段目の分波器５０Ｒでタップされた光パルス信号２０’Ｒは、フォトディテクタ２００で電気パルス信号６７Ｒに変換されて、クロック信号抽出器５６Ｒに入力される。ここで検出されたクロック信号は、位相比較器７４Ｒに供給される。
【００７２】
一方、第２段目の分波器５２Ｒと光電変換器６４Ｒとの間に複合型光変調素子１００Ｒを設置し、第２活性層領域ＩＩで第１活性層領域Ｉ直前の光パルス信号の位相情報を抽出する。クロック信号抽出器５６Ｒから供給される光パルス信号２０Ｒ（受信信号である。）のクロック信号の位相と第２活性層領域ＩＩで検出された光パルス信号７７Ｒの位相とを位相比較器７４Ｒによって比較して、この結果を電気的差分情報７５Ｒとして、電気信号遅延回路６２Ｒに供給する。電気信号遅延回路６２Ｒでは、変調信号生成器 ３２Ｒから供給されるゲーティング基準変調信号３１Ｒにチャンネル毎に必要量の位相遅延がなされて、第１活性層領域Ｉに電気変調信号２８Ｒとして供給することで光ゲーティングを行ない、チャンネル毎の光パルス信号２６Ｒを取り出し、この光パルス信号２６Ｒは光電変換器６４Ｒ で電気信号２６Ｅとして最終的に受信される。
【００７３】
このような構成とすれば、送信側から多数チャンネルの信号が合波されて（ＭＵＸ）送られてくる複合型光変調素子１００Ｒに入射する直前の光パルス信号２０Ｒの位相と受信側の光ゲーティングの位相（電気変調信号２８Ｒの位相）とを合致させることができる。自動位相調整装置７８Ｒの機能を複合型光変調素子１００Ｒで構成することで、小型化が図られ、前述した位相同期型光変調システムの第５の実施の形態における分波器７０Ｒによる光タッピングによる光短パルスの強度を弱めてしまうという問題も解決する。その上で、分波器５０Ｒで分波された時点での光パルス信号２０の位相と光変調器（第１活性層領域Ｉ）に入射する直前における同光パルス信号の位相とのずれを自動的に調整できるシステムが実現でき、ＯＴＤＭの通信の信頼性が向上する。
【００７４】
受信側の光ゲーティングにおいても、前述した位相同期型光変調システムの第４の実施形態と同様に、第１活性層領域の側の出力端面に高反射コーティングを施した複合型光変調素子を用いた構成とすることができることは明らかである。この場合も当然に、位相同期型光変調システムの第４の実施形態と同様に、光変調動作が高速化される。
【００７５】
＜複合型光変調素子の第２の実施形態＞
図１１によって、複合型光変調素子の第２の実施形態を説明する。ｎ型ＩｎＰ単結晶基板を用いて複合型光変調素子を構成する。ｎ型ＩｎＰ（以後ｎ−ＩｎＰと略記する。この他の半導体についても同様に略記する。）基板２３０、基板側のオーミックコンタクト２４４にはＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを用いる。ｎ−ＩｎＰ基板２３０上にｎ⁻−ＩｎＰクラッド層２３２、ｎ^＋−ＩｎＧａＡｓＰ活性層２３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層２３６、ｐ^＋−ＩｎＰキャップ層２３８、がこの順に形成されている。ｐ^＋−ＩｎＰキャップ層側のオーミックコンタクト２４６、２５０はＡｕ／ＡｕＺｎを用いる。導波路領域ＷＧは、ｐ^＋−ＩｎＰキャップ層２３８の代わりにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２４０およびｉ−ＩｎＰ層２４２（ｉは真性半導体を意味する。）の２層構造とする。
【００７６】
ｎ⁻−ＩｎＰクラッド層２３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層２３６、ｐ^＋−ＩｎＰキャップ層２３８の厚さはいずれも１μｍから４μｍとするのが好ましい。ｎ^＋−ＩｎＧａＡｓＰ活性層２３４の厚さは０．５μｍ程度とするのが好ましい。また、ｎ−ＩｎＰ基板２３０、ｎ⁻−ＩｎＰクラッド層２３２、ｎ^＋−ＩｎＧａＡｓＰ活性層２３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層２３６、ｐ^＋−ＩｎＰキャップ層２３８、のキャリヤー濃度は、それぞれ、２×１０^１８ ｃｍ^−３ 、１×１０^１７ ｃｍ^−３ 、５×１０^１８ ｃｍ^−３ 、１×１０^１８ ｃｍ^−３、５×１０^１８ ｃｍ^−３ 、程度とするのが好ましい。ドナー不純物としてはＶＩ族のＳ、Ｓｅ、Ｔｅ等の元素、アクセプター不純物としてはＩＩ族のＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ等の元素を用いればよい。
【００７７】
第１活性層領域Ｉと第２活性層領域ＩＩおよび導波路領域ＷＧの長さは、それぞれ５０μｍから２５０μｍ程度とするのが望ましい。
【００７８】
モニタ出力と変調信号との絶縁をさらに完全にするためにｉ−ＩｎＰ層２４２の上面部にＡｕ／ＡｕＺｎでオーミックコンタクト２４８を形成し、接地２６２することが好ましい。
【００７９】
変調信号入力端子２５４あるいはモニタ出力端子２５２の円形に破線で囲った部分は、図１１（Ｂ）に示すようにコンデンサー２８６で複合型光変調素子と接続される。また第１活性層領域Ｉおよび第２活性層領域ＩＩにバイアス電圧を印加するためにコイル２８２を介して直流（ＤＣ）バイアス電源２８０が接続される。また、変調信号入力端子２５４あるいはモニタ出力端子２５２に対する共通電極として接地電極２６２が設けられている。
【００８０】
第１活性層領域Ｉには変調信号入力端子２５４から変調信号電圧が印加される。またＤＣバイアス電源により負の電位（−１．５ Ｖから−２．０ Ｖ程度の範囲）が与えられる。変調信号電圧の最大最小値は、ＤＣバイアス電源から−１．５ Ｖの電位が与えられているとすれば、それぞれ１．５ Ｖおよび−１．５ Ｖとすればよい。この場合第１活性層領域Ｉには０ Ｖ から−３．０ Ｖの範囲の電圧が加わることになる。−３．０ Ｖの電圧が加わっているときはこの領域が不透明になり（窓が閉まっている状態となり光短パルスを通さない。）、０ Ｖの電圧が加わっているときにはこの領域は透明になる（窓が開いている状態となり光短パルスを通す。）。このようにして光変調機能又は光ゲーティング機能が果たされる。
【００８１】
第２活性層領域ＩＩには、原則電圧は印加されていない。この領域を光が通過すると、活性層内で電子−ホールの対が生成される。この電子−ホールの対のために結果として入射光量に比例する光電流が発生する。この光電流を外部回路にモニタ出力端子２５２から取り出して、第２活性層領域ＩＩを通過した光の強度を割り出すことができる。第２活性層領域ＩＩを光が通過すると、以上説明したように一部が電力に変換されるので、光強度が弱まるが、光カプラでタップする場合に比べるとこの光強度の減少は十分に小さい。さらにＤＣバイアス電源から逆バイアス電圧を印加すれば、この第２活性層領域ＩＩを通過する光の強度を調整することができる。
【００８２】
このことにより、位相同期型光変調システムの第３の実施形態において、第１の素子の第２活性層領域ＩＩから出力される信号強度を基準として、他のチャンネルの複合型光変調素子１００のＤＣバイアス電源を調整し、第１の素子の変調出力信号の強度と一致するように光出力を下げることができる。
【００８３】
＜位相同期型光変調システムの第７の実施の形態＞
図１２によって、位相同期型光変調システムの第７の実施の形態として位相同期型光変調システムを説明する。
【００８４】
なお図１２においては、簡単のために、光短パルス列生成器１０１および複合型光変調素子１００の光の入射端および出射端に施される誘電体膜（図５および図１１の２１０および２１２）は図示されていない。また、複合型光変調器１００の導波路領域ＷＧおよびそれに関連する電極等の構成要素も省略して示してある。なお後述する図１３においても同様にこれらの構成要素を省略して示してある。
【００８５】
電極端子と可変位相遅延器７２、増幅器４２、変調信号生成器３２とは、図１２（Ｂ）に示すように、コンデンサー２８６を介して接続されており、これにコイル２８２を介してＤＣバイアスが直流電源装置２８０から加えられる構造となっている。
【００８６】
複合型光変調素子１００は例えばｎ型半導体単結晶基板８０上に形成する。８２は活性層領域Ｉクラッド層、８４は活性層領域ＩＩクラッド層である。一方８６は光短パルス列生成器１０のクラッド層である。８８、８９、９０、９１、９２は可変位相遅延器７２、位相比較器７４、変調信号生成器３２等と接続するためのオーミックコンタクト層である。９６は光短パルス列生成器１０１の活性層である。１１０および１２０はそれぞれ、複合型光変調素子の第２活性層領域ＩＩおよび第１活性層領域Ｉを示す。１１２および１２２はそれぞれ、第１活性層領域Ｉおよび第２活性層領域ＩＩの活性層を表している。
【００８７】
光短パルス列生成器１０１を構成する素子の構造は、複合型光変調素子の第１活性層領域Ｉおよび第２活性層領域ＩＩの部分の構成と同じであり、単独のダブルへテロ接合構造の接合素子であって、光変調素子としての機能を持つ。駆動方法は、すでに説明した第１活性層領域Ｉの部分の駆動方法と同じである。この電極には基準クロック信号発生器３４から可変位相遅延器７２を介して周期的な電気パルス信号が加わっている。電気パルス信号の先頭値である０ Ｖの電圧が加わっているときにはこの領域は透明になり、この瞬間に光パルスの１つが生成される。このあと電圧が−３．０ Ｖとなり不透明になる。この繰返しにより、規則正しい光パルス列が生成される。
【００８８】
このようにして生成された規則正しい光パルス列は、分波器１５０によりチャンネル数分に分割される。分波器１５０はスターカプラー等の光デバイスを用いれば、チャンネル数分に光短パルス列を分波することができる。分割されたうちの一つ一つがチャンネルごとに設けられている複合型光変調素子１００に入射する。実際には、チャンネルの数分、複合型光変調調素子１００が並列して配置されるが、簡単のために、図１２（Ａ）では、１チャンネル部分だけを抜き出して描いてある。複合型光変調素子１００の動作については既に説明したとおりである。
【００８９】
図１２（Ａ）に示すような構成とすれば、位相同期型光変調システムの第７の実施形態の構成が実現することは明らかである。すなわち、ＣＷ光を基準クロック信号の周波数に等しい繰返し周期をもつパルス列からなるパルス光に変換する光短パルス列生成器１０は、上記に説明した光短パルス列生成器１０１を構成する素子によって実現する。
【００９０】
光短パルス列生成器１０１、第１活性層領域１２０、第２活性層領域１１０と可変位相遅延器７２、増幅器４２、変調信号生成器３２との電気的な接続は、いずれも図１２（Ｂ）に示すようにコンデンサー２８６、コイル２８２を介してそれぞれ行なわれるように設置する。
【００９１】
光短パルス列生成器１０１と光変調器との間に、光変調器へ入射する直前の光短パルス列を分岐してそのクロック信号の位相を抽出し、その位相と、基準クロック信号発生器から位相遅延器を介して供給される電気信号の基準クロック信号の位相とを比較して、位相遅延器の位相を調整するフィードバック機能は、すでに説明したところから、複合型光変調素子１００において実現できることは明らかである。
【００９２】
＜位相同期型光変調システムの第８の実施の形態＞
図１３を参照して位相同期型光変調システムの第８の実施の形態を説明する。この図は基本的に図１２とほとんど同じであり、ここでも簡単のために、光の入射端および出射端に施される全反射膜１７０以外の誘電体膜は、図示されていない。異なる点は、複合型光変調素子１００に第１活性層領域Ｉの出力側に誘電体膜で高反射コーティング１７０が施されている点と、光短パルス列生成器１０１の後方に設けられた分波器１５０と複合型光変調素子１００の間に分波器（光サーキュレータ）１６０が挿入されていることである。
【００９３】
高反射コーティング１７０は、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を１／４波長の厚みで交互に積層する構造をもってすれば実現する。
【００９４】
以上の構成とすれば、既に説明したように、複合型光変調素子を反射型としてあるので、光変調領域である第１活性層領域Ｉを光は往復する間に変調される。すなわち透過型の複合型光変調素子に比べて第１活性層領域Ｉの長さが半分でよいことになる。このため光変調素子の静電容量を半分に低減でき、光変調素子の動作をより高速化できる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明の位相同期型光変調システムによってコーディング時およびゲーティング時のいずれの場合においても必要とされる自動的位相同期が実現できることになる。
【００９６】
また本願発明の複合型光変調素子は、ＯＴＤＭの送信側のコーディングや受信側の光ゲーティングにおいて、有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、光時分割多重通信の送信側の装置構成を説明する図であり、（Ｂ）は、光時分割多重通信の送信側の装置構成の１チャンネル分を抜き出して説明する図である。
【図２】光時分割多重通信の受信側の装置構成を説明する図である。
【図３】光短パルス列と電気変調信号と光出力波形との関係を説明する図である。
【図４】位相同期型光変調システムの第１の実施の形態を説明する図である。
【図５】複合型光変調素子の第１の実施の形態を説明する図である。
【図６】位相同期型光変調システムの第２の実施の形態を説明する図である。
【図７】位相同期型光変調システムの第３の実施の形態を説明する図である。
【図８】位相同期型光変調システムの第４の実施の形態を説明する図である。
【図９】位相同期型光変調システムの第５の実施の形態を説明する図である。
【図１０】位相同期型光変調システムの第６の実の施形態を説明する図である。
【図１１】（Ａ）は、複合型光変調素子の第２の実施の形態を説明する図であり、（Ｂ）は、複合型光変調素子と可変位相遅延器等との電気的な接続を説明する図である。
【図１２】（Ａ）は、位相同期型光変調システムの第７の実施の形態を説明する図であり、 （Ｂ）は、光短パルス列生成器１０１、複合型光変調素子と可変位相遅延器等との電気的な接続を説明する図である。
【図１３】位相同期型光変調システムの第８の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１０、１０１：光短パルス列生成器
１２、６０、６０Ｒ：光変調器
１４：合波器
１８：光遅延調整部
１８ａ〜１８ｅ：一定の条件で遅延の長さを調整された光ファイバ
２２：ＣＷ 光
２４：パルス光
２６：光パルス信号
３０：位相遅延器
３２、３２Ｒ：変調信号生成器
３４：基準クロック信号発生器
３８、４６、５０、５０Ｒ、５２、５２Ｒ、７０、７０Ｒ、１５０、１６０：分波器
４２：増幅器
４４：狭帯域フィルタ
５１、７６、７６Ｒ、２００：フォトディテクタ
５６、５６Ｒ：クロック信号抽出器
６２、６２Ｒ：電気信号遅延回路
６４、６４Ｒ：光電変換器
７２：可変位相遅延器
７４、７４Ｒ：位相比較器
７８、７８Ｒ、１７８，１７９：自動位相調整装置
８０：ｎ型半導体単結晶基板
８２：活性層領域Ｉクラッド層
８４：活性層領域ＩＩクラッド層
８６：光短パルス列生成器クラッド層
８８、８９、９０、９１、９２：オーミックコンタクト層
９６、１１２、１２２：活性層
１００、１００Ｒ：複合型光変調素子
１１０：活性層領域ＩＩ
１２０：活性層領域Ｉ
１３０：反射型の複合型光変調素子
１４２：直流バイアス電源
１４４：コイル
１４６：コンデンサ
１４８：端子
１７０：高反射コーティング
１８０：第１の電極のためのオーミックコンタクト層
１８２：第１のバッファ層
１８４：第１の導電型のクラッド層
１８６：活性層（光導波路）
１８８：第２の導電型のクラッド層
１９０：第２の導電型のキャップ層
１９２：第２の電極のためのオーミックコンタクト層
１９６：第１の導電型の半導体層
１９８：真性半導体層
２１０、２１２：誘電体膜
２１６、２１８：電極
２３０：ｎ−ＩｎＰ
２３２：ｎ⁻−ＩｎＰ
２３４：ｎ^＋−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
２３６：ｐ−Ｉｎｐ
２３８：ｐ^＋−Ｉｎｐ
２４０：ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
２４２：ｉ−ＩｎＰ
２４４：ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
２４６、２４８、２５０：Ａｕ／ＡｕＺｎ
２５２：モニタ出力端子
２５４：変調信号入力端子
２８０：ＤＣバイアス
２８２：コイル
２８６：コンデンサ

Claims (8)

1. ＣＷ光を、基準クロック信号に同期して形成された光短パルスからなる光短パルス列に変換して出力する光短パルス列生成器と、
   該光短パルス列をコーディングするための、電気変調信号を発生する変調信号生成器および該光短パルス列を光パルス信号に変換する光変調器と、
   前記光短パルス列と前記基準クロック信号とが供給され、該光短パルス列の位相と前記基準クロック信号の位相との位相差を検出し、及び前記光短パルス列生成器に供給する前記基準クロック信号に対して前記位相差の分だけ位相調整を行なう自動位相調整装置とを具え、
   該自動位相調整装置は、光変調器へ入射する直前の光短パルス列を分岐して該光短パルス列の位相を検出し、該位相と前記基準クロック信号発生器から供給される電気信号の位相とを比較して差分を検出し、前記光短パルス列生成器に供給する前記基準クロック信号の位相に該差分を付加し、変調信号生成器から供給される電気変調信号の位相と前記光変調器への入射直前での光短パルス列の位相とが合致するように調整する機能を有することを特徴とする位相同期型光変調システム。
2. 相異なる導電型の半導体から成るクラッド層で活性層を挟んだダブルへテロ接合構造を有し、第１の電極、バッファ層、第１の導電型のクラッド層、活性層（光導波路）、第２の導電型のクラッド層、第２の導電型のキャップ層および第２の電極を含み、ダブルへテロ接合構造は、第１活性層領域および第２活性層領域の２つの領域に分割されており、該第１活性層領域と該第２活性層領域の間には、光を導波するだけの機能を持つ導波路領域が設けられており、該第１活性層領域、該導波路領域および該第２活性層領域は、積層方向と直交する光の導波方向に沿って順次に配置されており、前記第２の導電型のクラッド層の上に前記第１の導電型の半導体と真性半導体の２層を含む積層構造が設けられた構造となっていることを特徴とする複合型光変調素子。
3. 請求項２に記載の複合型光変調素子において、
   第１活性層領域の側の出力端面に高反射コーティングを施したことを特徴とする複合型光変調素子。
4. ＣＷ光を、基準クロック信号の周波数に等しい繰返し周波数をもつパルス列からなる光短パルス列に変換する光短パルス列生成器と、該光短パルス列生成器に基準クロック信号を供給する可変位相遅延器と、前記光短パルス列を受けて電気変調信号に同期して光パルス信号を生成する光変調器と、該光変調器に電気変調信号を供給する変調信号生成器、および該変調信号生成器と位相遅延器に基準クロック信号を供給する基準クロック信号発生器とを具え、
   前記光短パルス列生成器の後段に請求項２に記載の複合型光変調素子を配して、該複合型光変調素子の前記第１活性層領域は光変調器として機能させ、前記第２活性層領域では前記光短パルス列の位相を検出すべく機能させ、位相比較器には該光短パルス列の位相と前記基準クロック信号発生器から供給される電気信号の位相とを比較して差分を検出させ、前記光短パルス列生成器に変調信号を供給する可変位相変調器の生成する変調信号の位相に該差分を付加し、光短パルス列の光短パルス列生成器からの出射直後と該複合型光変調素子への入射直前での位相との関係を調整する機能を有することを特徴とする位相同期型光変調システム。
5. 請求項４に記載の位相同期型光変調システムにおいて、
   前記複合型光変調素子の第２活性層領域にバイアス電圧を印加することによって光パルス信号強度の調整が行なえるようにしたことを特徴とする位相同期型光変調システム。
6. 請求項４に記載の位相同期型光変調システムにおいて、
   前記複合型光変調素子は、前記第１活性層領域の側の出力端に高反射コーティングが施されており、
   さらに該複合型光変調素子の第２活性層領域から検出された電気信号をフィルタリングする狭帯域フィルタを具え、該複合型光変調素子の第２活性層領域において検出された電気信号を該狭帯域フィルタを介して位相比較器に送ることを特徴とする位相同期型光変調システム。
7. 複数のチャンネルの情報が重ね合わせられた光パルス信号を分岐する第１段目の分波器と、該光パルス信号をチャンネル毎に分割する第２段目の分波器と、該第１段目の分波器でタップされた該光パルス信号を第１の電気パルス信号に変換する第１のフォトディテクタと、該第１の電気パルス信号の基準クロック信号を抽出するクロック信号抽出器と、基準変調信号を生成する変調信号生成器と、光ゲーティングを行なう光変調器と、該光変調器に一定の位相遅延を与えた変調信号を供給する位相遅延器とを具え、
   第２段目の分波器でチャンネル毎に分割された前記光パルス信号を、光ゲーティングを行なう光変調器に入射する直前に第３段目の分波器で分岐して第２のフォトディテクタで電気信号に変換して位相比較器に送り、該位相比較器において、前記第１の電気パルス信号の位相と第２のフォトディテクタで検出された電気信号の位相とを比較して差分を求め、該差分を位相遅延器に供給し、該位相遅延器では前記変調信号生成器から供給されたゲーティング基準変調信号の位相に前記差分を付加することによって変調信号生成器から供給されるゲーティング基準変調信号に対して必要量の位相遅延を行なった電気変調信号を生成し、該電気変調信号を光変調器（光ゲーティング部）に供給することで光ゲーティングを行ない、チャンネル毎の光パルス信号を取り出すことを特徴とする位相同期型光変調システム。
8. 請求項７に記載の位相同期型光変調システムにおいて、
   前記第２段目の分波器の後段に請求項２に記載の複合型光変調素子を配置し、
   前記第２活性層領域で 光パルス信号を分岐して電気信号に変換して位相比較器に送り、
   該位相比較器において、前記第１段目の分波器で分岐された該光パルス信号の基準クロック信号の位相と該電気信号の位相とを比較して差分を求め、該差分を位相遅延器に供給することを特徴とする位相同期型光変調システム。

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