JP2006337728A

JP2006337728A - 光変調器・ドライバ回路一体型モジュール

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Publication number: JP2006337728A
Application number: JP2005162505A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sano; 公一佐野; Takeshi Tsuzuki; 健都築; Hidekazu Yamada; 英一山田; Nobuhiro Kikuchi; 順裕菊池; Hiroshi Yasaka; 洋八坂; Masami Tokumitsu; 雅美徳光; Hirohiko Sugawara; 裕彦菅原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: JP4574452B2

Abstract

【課題】モジュールへの入力電気信号は単相信号でありながら、マッハ-ツェンダ型光強度変調器を差動信号で駆動可能であり、更に小型に実現可能な光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを提供すること。
【解決手段】マッハ-ツェンダ(Mach-Zender)型光強度変調器３、単相入力差動出力型のドライバ回路４、光スプリッタ５、フォトダイオード６、平均値検出回路７及びスライスレベル発生回路８を１つのモジュール筐体内に具備し、光強度変調器３から出力され、光スプリッタ５で分岐された変調光の一方を、フォトダイオード６で電気信号に変換し、平均値検出回路７で平均値化し、その平均値を入力とするスライスレベル発生回路８において、光強度変調器３が出力する変調光の強度平均値が所定の値になるように帰還を掛けるべくドライバ回路４の入力であるスライスレベルを発生する、光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は光変調器・ドライバ回路一体型モジュール関し、特に、光伝送システムの送信器等に用いられる光変調器・ドライバ回路一体型モジュールに関するものである。

光変調器・ドライバ回路一体型モジュールの従来例として、図６に示すような構成が知られている（下記非特許文献１参照）。この従来例では、z-cut ＬｉＮｂＯ_３基板によるマッハ-ツェンダ(Mach-Zender)型光強度変調器、ＧａＡｓからなるｐ-ＨＥＭＴを用いたプリドライバ回路及びドライバ回路が１つの筐体に収められている。

図６の構成での動作を簡単に説明する。モジュールに入力された単相電気信号はプリドライバ回路１及びドライバ回路２に導かれ、マッハ-ツェンダ型光強度変調器３を駆動するのに十分な電圧まで増幅される。ここでドライバ部分がプリドライバ回路１とドライバ回路２の２つのチップに分かれているのは、両回路共に広帯域化は可能なものの、高利得化が難しい分布定数型の回路構成を採用しており、２つのチップを使用して利得を高めるためである。ドライバ部分で増幅された単相電気信号は光強度変調器３に入力され、同じく光強度変調器３に入力されたＣＷ光を強度変調する。ここで、マッハ-ツェンダ型光強度変調器３に与えられているＤＣ動作点バイアスは、ドライバ出力がハイレベル（またはローレベル）のときに光強度変調器３の光出力がｏｎ状態に、ドライバ出力がローレベル（またはハイレベル）のときに光強度変調器３の光出力がｏｆｆ状態になるように設定されている。その結果、モジュールの出力として単相電気信号と同じデータパターンを有する強度変調光が得られる。

H．Porte，J．Hauden，P．Mollier，N．Grossard，F．Jorge，R．Lefevre，S．Vuye，D．Baillargeat，and R．Valois，"A 40Gb/s In-line Co-Packaged Driver-Modulator"，Optical Fiber Conference 2005，OWE2(2005)．

従来例では、マッハ-ツェンダ型光強度変調器を単相信号で駆動している。単相信号による駆動では、出力の強度変調光に周波数チャープが発生し、光伝送に適用した場合、光ファイバの波長分散による伝送距離制限を受けやすくなる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、モジュールへの入力電気信号は単相信号でありながら、マッハ-ツェンダ型光強度変調器を差動信号で駆動可能であり、更に小型に実現可能な光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
入力された光信号を変調し出力する光変調器と、単相電気信号とスライスレベルとを入力として差動電気信号を出力し該差動電気信号によって前記光変調器を駆動するドライバ回路と、前記光変調器が出力する変調光を分岐する光スプリッタと、該光スプリッタによって分岐された変調光の一方を受光し電気信号に変換して出力する受光素子と、該受光素子が出力する電気信号または該電気信号の平均値を入力として、前記光変調器が出力する変調光の強度平均値が所定の値になるように帰還を掛けるべく前記ドライバ回路の入力である前記スライスレベルを発生するスライスレベル発生回路とを有することを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項２に記載のように、
入力された光信号を変調し出力する光変調器と、単相電気信号とスライスレベルとを入力として差動電気信号を出力し該差動電気信号によって前記光変調器を駆動するドライバ回路と、前記光変調器が出力する変調光を分岐する光スプリッタと、該光スプリッタによって分岐された変調光の一方を受光し電気信号に変換して出力する受光素子と、該受光素子が出力する電気信号のハイレベルのピーク値を検出するハイレベル・ピーク検出回路と、該電気信号のローレベルのピーク値を検出するローレベル・ピーク検出回路と、該ハイレベルのピーク値及びローレベルのピーク値の２つを入力として、前記光変調器が出力する変調光の強度消光比が最大となるように帰還を掛けるべく前記ドライバ回路の入力である前記スライスレベルを発生するスライスレベル発生回路とを有することを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記受光素子が出力する電気信号の平均値を検出し出力する平均値検出回路が具備され、該平均値検出回路の出力が、前記受光素子が出力する電気信号の平均値として前記スライスレベル発生回路に入力されることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項１に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記スライスレベル発生回路及びドライバ回路がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項３に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記平均値検出回路、スライスレベル発生回路及びドライバ回路がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項２に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記ハイレベル・ピーク検出回路、ローレベル・ピーク検出回路、スライスレベル発生回路及びドライバ回路がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項７に記載のように、
請求項１、２、３、４、５または６に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記光変調器、光スプリッタ及び受光素子がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

また、本発明においては、請求項８に記載のように、
請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、全ての構成要素が１つの筐体に収められていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを構成する。

本発明の実施により、光変調器を駆動するドライバ回路として、単電気信号を入力とし差動電気信号を出力するドライバ回路を用い、モジュールへの入力電気信号は単相信号でありながらマッハ-ツェンダ型光強度変調器を差動信号で駆動可能であり、更に小型に実現可能な光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを提供することが可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施の形態例によって、詳細に説明する。なお、以下の説明においては、受光素子としてフォトダイオードを用いる場合について説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、受光素子として、例えば、金属−半導体−金属（ＭＳＭ）光検出素子、フォトトランジスタ等を用いてもよい。

［第一の実施の形態例］
図１に、本発明による光変調器・ドライバ回路一体型モジュールの第一の実施の形態例を示す。

本実施の形態例において、図１に示したように、ＩｎＰ基板を用いたマッハ-ツェンダ(Mach-Zender)型光強度変調器３（光変調器に該当）、ＩｎＰＨＢＴを用いた単相入力差動出力型のドライバ回路４、光スプリッタ５、受光素子であるフォトダイオード６、平均値検出回路７及びスライスレベル発生回路８が１つのモジュール筐体に収められている。すなわち、この光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、全ての構成要素が１つの筐体に収められている。

本実施の形態例での動作を簡単に説明する。モジュールに入力された単相電気信号は、単相入力差動出力型のドライバ回路４に導かれ、スライスレベル発生回路８から供給されたスライスレベルを参照しつつ、光強度変調器３を駆動するのに十分な振幅を有した差動信号に変換される。本実施の形態例では、このドライバ回路４は１チップで構成されているが、これはドライバ回路４の構成が高利得化が可能な集中定数型であるためである。集中定数型では高利得化が可能な反面、帯域が劣化しやすいが、高速性能に優れたＩｎＰＨＢＴのトランジスタを用いることで必要な帯域は確保されている。

単相入力差動出力型のドライバ回路４で生成された差動信号によりマッハ-ツェンダ型光強度変調器３が駆動される一方、マッハ-ツェンダ型光強度変調器３に与えられているＤＣ動作点バイアスが、ドライバ差動出力がハイレベル（ローレベル）のときに光強度変調器３の光出力がｏｎ状態に、ドライバ差動出力がローレベル（ハイレベル）のときに光強度変調器３の光出力がｏｆｆ状態になるように設定されていることから、入力のＣＷ光が差動電気信号と同じデータパターンで強度変調される。尚、光強度変調器３は差動信号で変調されていることから、出力の強度変調光の周波数チャープは単相信号で駆動されているときよりも抑えられている。

周波数チャープが抑えられた強度変調光は、大部分がモジュールの外へ出力される一方、光スプリッタ５によりその一部がフォトダイオード６に入力される。ここで、光スプリッタ５とフォトダイオード６は、光強度変調器３と同一のＩｎＰ基板上に作り込まれている。フォトダイオード６ヘ入力された強度変調光は電気信号に変換され、平均値検出回路７へ入力される。

平均値検出回路７は、強度変調光の変調ビットレートよりも十分に応答速度の遅いローパスフィルタで実現される。よって平均値検出回路７前段のフォトダイオード６の応答速度が強度変調光の変調ビットレートよりも十分に遅ければ、この平均値検出回路７を省略し、フォトダイオード６の出力を、電気信号の平均値として、スライスレベル発生回路８へ直接入力することが可能である。

スライスレベル発生回路８は、平均値検出回路７の出力平均値に応じ、変調光の強度平均値が所定の値になるように最適なスライスレベルを発生、ドライバ回路４へ帰還を掛ける。このスライスレベル発生回路８の帰還動作について、図２と図３を用いつつ説明する。尚、ここでは、光強度変調器３は図２に示した状態で駆動されているとする。また、スライスレベル発生回路８は、出力強度変調光のマークとスペースの平均値が、図２の駆動電圧-出力強度光特性曲線での出力強度光の最大値と最小値の中間値に一致するように帰還を掛けるとする。

図２と図３の“１”のように光強度変調光がマーク側に寄っている時、ドライバ回路４の差動出力の平均値はローレベルに寄っている。これは、図３で示されているように、ドライバ回路４の入力において、スライスレベルがハイレベル側に寄っていることに起因する。そこでスライスレベル発生回路８はスライスレベルを下げて、ドライバ回路４の差動出力の平均値を上げ、光強度変調光の状態を図２と図３の“２”のような最適なものにしようとする。図２と図３の“２”のように光強度変調光が最適な時、この状態が制御目標であることから、スライスレベル発生回路８はスライスレベルを維持する。

図２と図３の“３”ように光強度変調光の平均値がスペース側に寄っている時、スライスレベル発生回路８は図３の“１”の時と逆の振る舞いをする。つまり、スライスレベルを上げて、ドライバ回路４の差動出力の平均値を下げ、光強度変調光の状態を図２と図３の“２”のような最適なものにしようとする。以上の動作を行うスライスレベル発生回路８は、常に強度変調光の平均値を図２と図３の“２”のような最適なもの（所定の値）にしようとする。

尚、平均値検出回路７、スライスレベル発生回路８及びドライバ回路４はモノリシック集積することも可能である。この場合、光スプリッタ５とフォトダイオード６が集積された光強度変調器３のチップと、平均値検出回路７と、スライスレベル発生回路８が集積されたドライバ回路４のチップのわずか２チツプで構成可能であることから、本発明による光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを、省サイズで実現することが可能となる。

［第二の実施の形態例］
図４に、本発明による光変調器・ドライバ回路一体型モジュールの第二の実施の形態例を示す。

本実施の形態例では、図４に示したように、ＩｎＰ基板を用いたマッハ-ツェンダ型光強度変調器３、ＩｎＰＨＢＴを用いた単相入力差動出力型のドライバ回路４、光スプリッタ５、フォトダイオード６、ハイレベル・ピーク検出回路９、ローレベル・ピーク検出回路１０及びスライスレベル発生回路８が１つのモジュール筐体に収められている。すなわち、この光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、全ての構成要素が１つの筐体に収められている。

本実施の形態例での動作を簡単に説明する。モジュールに入力されたＣＷ光と単相電気信号から強度変調光が出力として得られる一連の動作は第一の実施の形態例と同様である。本実施の形態例でもマッハ-ツェンダ型光強度変調器３は差動信号で駆動されていることから、周波数チャープの少ない強度変調光が出力として得られる。

強度変調光の一部が光スプリッタ５で分岐されてフォトダイオード６ヘ入力され、フォトダイオード６が強度変調光を電気信号に変換する動作も第一の実施の形態例と同様である。しかしながら、フォトダイオード６の出力電気信号が分配されるハイレベル・ピーク検出回路９及びローレベル・ピーク検出回路１０及びスライスレベル発生回路８については、第一の実施の形態例とその動作は異なっている。この部分の動作について、図５を用いつつ説明する。ここでも、第一の実施の形態例での説明と同様、光強度変調器３は図２に示した状態で駆動されているとする。またスライスレベル発生回路８は、出力強度変調光が図５の“２”の状態（光強度変調器３が出力する変調光の強度消光比が最大となる状態）になるようにドライバ回路４へ帰還をかけるものとする。

図５の“１”のように、強度変調光がマーク側に寄っているとき、ハイレベル・ローレベルそれぞれのピーク検出回路を通して（ハイレベルのピーク値）＞（ローレベルのピーク値）であることが判別される。これを受けて、スライスレベル発生回路８は、スライスレベルを下げて、ドライバ回路４の差動出力の平均値を上げ、強度変調光の状態を図５の“２”のような最適なものにしようとする。図５の“２”のように光強度変調光が最適な時、この状態が制御目標そのものであることから、スライスレベル発生回路８はスライスレベルを維持する。

図５の“３”のように、強度変調光がスペース側に寄っているとき、２つのピーク検出回路９、１０を介して（ハイレベルのピーク値）＜（ローレベルのピーク値）であることが判別される。この場合、スライスレベル発生回路８は“１”の場合と逆にスライスレベルを上げて、ドライバ差動出力の平均値を減少させ、強度変調光を最適な“２”の状態にしようとする。以上のようにして、光強度変調器３が出力する変調光の強度消光比が最大となるように帰還が掛けられる。

また、第一の実施の形態例に類似して、ハイレベル・ピーク検出回路９、ローレベル・ピーク検出回路１０、スライスレベル発生回路８及びドライバ回路はモノリシック集積することも可能である。この場合、光スプリッタ５とフォトダイオード６が集積された光強度変調器３のチップと、ピーク検出回路９、１０とスライスレベル発生回路８が集積されたドライバ回路４のチップのわずか２チップで構成可能であることから、本発明による光変調器・ドライバ回路一体型モジュールを、省サイズで実現することが可能となる。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態例では、光強度変調器の基板としてＩｎＰ基板からなるものを用いているが、ＬｉＮｂＯ_３等からなるマッハ-ツェンダ型光強度変調器を用いてもよい。

また、上記実施の形態例では、ドライバ回路の構成トランジスタとしてＩｎＰＨＢＴを用いているが、スライスレベル入力端子が付いた単相入力型・差動出力型のドライバが構成可能であれば、その種類は問わない。

以上の説明から明らかなように、
本発明によれば、モジュールヘの入力電気信号は単相信号でありながら、マッハ-ツェンダ型光強度変調器を差動信号で駆動可能であり、更に小型に実現可能な光変調器・ドライバ回路一体型モジュールが提供可能となる。

本発明の第一の実施の形態例を示す図である。強度変調光の波形がドライバ出力波形の平均値によって変化する様子を示した図である。本発明の第一の実施の形態例におけるスライスレベル発生回路８の帰還動作を示した図である。本発明の第二の実施の形態例を示す図である。本発明の第二の実施の形態例におけるスライスレベル発生回路８の帰還動作を示した図である。従来の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールの構成を示す図である。

符号の説明

１：プリドライバ回路、２：ドライバ回路、３：マッハ-ツェンダ型光強度変調器、４：単相入力差動出力型ドライバ回路、５：光スプリッタ、６：フォトダイオード、７：平均値検出回路、８：スライスレベル発生回路、９：ハイレベル・ピーク検出回路、１０：ローレベル・ピーク検出回路。

Claims

入力された光信号を変調し出力する光変調器と、単相電気信号とスライスレベルとを入力として差動電気信号を出力し該差動電気信号によって前記光変調器を駆動するドライバ回路と、前記光変調器が出力する変調光を分岐する光スプリッタと、該光スプリッタによって分岐された変調光の一方を受光し電気信号に変換して出力する受光素子と、該受光素子が出力する電気信号または該電気信号の平均値を入力として、前記光変調器が出力する変調光の強度平均値が所定の値になるように帰還を掛けるべく前記ドライバ回路の入力である前記スライスレベルを発生するスライスレベル発生回路とを有することを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
入力された光信号を変調し出力する光変調器と、単相電気信号とスライスレベルとを入力として差動電気信号を出力し該差動電気信号によって前記光変調器を駆動するドライバ回路と、前記光変調器が出力する変調光を分岐する光スプリッタと、該光スプリッタによって分岐された変調光の一方を受光し電気信号に変換して出力する受光素子と、該受光素子が出力する電気信号のハイレベルのピーク値を検出するハイレベル・ピーク検出回路と、該電気信号のローレベルのピーク値を検出するローレベル・ピーク検出回路と、該ハイレベルのピーク値及びローレベルのピーク値の２つを入力として、前記光変調器が出力する変調光の強度消光比が最大となるように帰還を掛けるべく前記ドライバ回路の入力である前記スライスレベルを発生するスライスレベル発生回路とを有することを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
請求項１に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記受光素子が出力する電気信号の平均値を検出し出力する平均値検出回路が具備され、該平均値検出回路の出力が、前記受光素子が出力する電気信号の平均値として前記スライスレベル発生回路に入力されることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
請求項１に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記スライスレベル発生回路及びドライバ回路がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
請求項３に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記平均値検出回路、スライスレベル発生回路及びドライバ回路がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
請求項２に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記ハイレベル・ピーク検出回路、ローレベル・ピーク検出回路、スライスレベル発生回路及びドライバ回路がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
請求項１、２、３、４、５または６に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、前記光変調器、光スプリッタ及び受光素子がモノリシック集積されていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。
請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の光変調器・ドライバ回路一体型モジュールにおいて、全ての構成要素が１つの筐体に収められていることを特徴とする光変調器・ドライバ回路一体型モジュール。