JP2007264313A - 電界吸収型光変調器、半導体レーザ、トランシーバ、駆動方法、プログラム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を最小にし、装置部門もしくは顧客環境における汎用性の向上、そして、消費電力の低減化を実現する電界吸収型光変調器等を提供する。
【解決手段】発光部１０１と変調部１０２を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり中間電位を有する電界吸収型光変調器１００において、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部１０１に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部１０１を駆動してＬＤ素子１０３よりレーザ発光し、前記変調部１０２に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部１０２を駆動して変調素子１０４の変調により光の吸収率を変化させ光信号の出力のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電界吸収型光変調器集積化半導体レーザ（以下、「ＥＭＬ」という。）に関する発明である。

トランシーバ製品の仕様において、世界的な標準化となる規定が進められ、その規定の中でも低消費電力化への要求が厳しくなってきている。また、装置部門もしくは顧客環境における汎用性を求められることに起因する単一電源化、負電源削除の要望も強くなっている。

トランシーバのうち、光通信において電気−光変換及び光−電気変換による信号処理を行う機能を有するものは光トランシーバと呼ばれる。その信号処理を実現するために、マイコン、駆動回路、電源回路、温度調整回路等を構成する半導体電気部品や光送信器、光受信器といった光素子が搭載される。その中でも、光送信器にＥＭＬを搭載した光トランシーバにおける上記要望について詳細に説明する。

図４は、光トランシーバに用いられる電界吸収型光変調器１００の従来の構成を図示したものである。電界吸収型光変調器１００はＬＤ素子１０３を有する発光部１０１と変調素子１０４を有する変調部１０２を有して構成されている。発光部１０１では、正電圧よりＬＤ電流をＬＤ素子１０３に流すことでレーザ発光がなされる。変調部１０２では、入力された電気信号が変調素子１０４に入力される際に、負電圧をかけ逆バイアスで印加することにより光の吸収率を変化させ光信号の出力のＯＮ／ＯＦＦを制御する。なお、入力された電気信号は駆動ＩＣ１０５により増幅される。

信号処理の観点で見た場合、電気信号の入力に従って変調部１０２に印加される逆バイアスを変化させることで、発光部１０１からのレーザ発光を消光制御し、ＥＭＬとしての光出力を制御することで電気信号をＥＭＬの光信号へ変換する。

レーザ発光は、中間電位に対しＬＤ電流が流れることで実現する。また、電界吸収型変調素子１００の駆動は、グランドレベルである中間電位から負電圧をかけ逆バイアスを印加することで実現する。

上記構成において、ＬＤ電流を流すため正電圧をかけるために正電源を用いなければならない一方で、中間電位がグランドレベルであるため上記のように負電圧をかける必要があるが、負電圧をかけるためには、負電源を用いなければならない。ただ、このように負電源を用いることは単一電源化、負電源削除といった上記要望に応えることができなくなってしまう。さらに、負電源を用いることは、負電源に起因する電源ノイズの発生及び光トランシーバの特性低下につながってしまう。そして、負電源用の電源配線の引き回しや負電源用部品も必要となってしまい、装置部門もしくは顧客環境における汎用性は低下してしまう。

これに対し、特許文献１のように、発光部及び変調部ともに正電圧をかける回路構成が開示されているものの、各正電圧を実現するために別個に電源を用い、さらに、その電源用の部品も必要とし、部品点数が増えてしまい、上記汎用性が低下してしまうおそれがある。また、消費電力の増大のおそれもある。
特開平０５−１２９６９７号公報

上記事情を鑑みて、本発明は、部品点数を最小にし、装置部門もしくは顧客環境における汎用性の向上、そして、消費電力の低減化を実現する電界吸収型光変調器等を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器において、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動することを特徴とする電界吸収型光変調器に関するものである。
また、他の態様として、発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器において、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い正電源電圧により第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動することを特徴とする電界吸収型光変調器もある。

ここで、前記第２の正電圧は前記発光部が所望の特性を得るのに必要最低限の電圧であり、前記第３の正電圧は前記変調部が所望の特性を得るのに必要最低限の電圧であることを特徴とする。さらに、前記正電源から昇圧して前記第２の正電圧を生成し、当該正電源から降圧して前記第３の正電圧を生成することを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記電界吸収型光変調器を集積化した半導体レーザに関するものである。

また、本発明の他の態様は、上記半導体レーザを搭載したトランシーバに関するものである。

また、本発明の他の態様は、発光部と変調部を有する電界吸収型光変調器の駆動方法において、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより前記電界吸収型光変調器に第１の正電圧がかかり所定の電位を与える工程と、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動する工程と、前記正電源のうちの１つにより、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動する工程を有することを特徴とする駆動方法に関するものである。
また、他の態様として、発光部と変調部を有する電界吸収型光変調器の駆動方法において、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより前記電界吸収型光変調器に第１の正電圧がかかり所定の電位を与える工程と、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動する工程と、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い正電源電圧により第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動する工程を有することを特徴とする駆動方法もある。

また、本発明の他の態様は、コンピュータに、発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器を集積化した半導体レーザを搭載したトランシーバとして機能させるプログラムにおいて、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動するように実行させることを特徴とするプログラムに関するものである。
また、他の態様として、コンピュータに、発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器を集積化した半導体レーザを搭載したトランシーバとして機能させるプログラムにおいて、前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い正電源電圧により第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動するように実行させることを特徴とするプログラムもある。

また、本発明の他の態様は、上記プログラムを記録した記録媒体に関するものである。

本発明により、電界吸収型光変調器にかける電圧は全て正電圧で行い、当該正電圧をかける正電源のみで電界吸収型光変調器の駆動制御を行うことができるので、部品点数を最小にし、装置部門もしくは顧客環境における汎用性の向上、そして、消費電力の低減化を実現することができる。

以下、本発明の電界吸収型光変調器等を実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照する。

図１は、光トランシーバに用いられる電界吸収型光変調器１００の本形態の構成を図示したものである。電界吸収型光変調器１００はＬＤ素子１０３を有する発光部１０１と変調素子１０４を有する変調部１０２を有して構成されている。電界吸収型光変調器１００を駆動する正電源より、変調素子１０４とＬＤ素子１０３の中間電位に第１の正電圧を加え、また、第２の正電圧を加えて発光部１０１に順バイアスで印加してＬＤ電流をＬＤ素子１０３に流すことでレーザ発光がなされる。さらに、変調部１０２では、入力された電気信号が変調素子１０４に入力される際に、第３の正電圧を加えて逆バイアスで印加することにより光の吸収率を変化させ光信号の出力のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

なお、入力された電気信号は駆動ＩＣ１０５により増幅される。このとき、正電源より加える正電圧は、
第２の正電圧 ＞ 第１の正電圧 ＞ 第３の正電圧・・・（＊）
といった関係が成り立つように調整される。これにより、ＬＤ素子１０３にＬＤ電流を中間電位の方向に電流を流すことでＬＤ素子１０３を発光させ、変調部１０２では、電気信号の入力に従って電界吸収型変調素子１００に対し逆バイアスを変化させることで電気信号が光信号に変換して出力される。

本回路構成にすることで、従来のように負電源を用いる構成であったのに対し、ＥＭＬの駆動に必要な電源全てを正電源にて供給することが可能となる。また、本構成により、ＥＭＬを搭載するトランシーバの電源構成においても負電源削除や単電源動作といった効果を奏し、加えて、仕様化された負電源を使用せず最適化した上記３つの正電圧にてＥＭＬを駆動することによる低消費電力化を実現するといった機能向上への貢献が可能となる。

図２は、本形態の電界吸収型光変調器のＥＭＬを搭載した光トランシーバ１０の構成を図示したものである。光トランシーバ１０は図１の電界吸収型光変調器１００を集積化したＥＭＬ２００を搭載している。

トランシーバ１０の電源回路構成において、ＥＭＬ２００へのＬＤ電流、中間電位、逆バイアスへ供給する全ての電源を正電源から供給する。レーザ発光のためには、ＬＤ電流側から対中間電位に対し電流を流すことで実現する。電界吸収型変調器の駆動のためには、
中間電位 ＞ 逆バイアス
といった関係にて中間電位から逆バイアスへ電圧を印加することで実現する。このとき、全ての電源を正電源にて行うために、
ＬＤ電流のための電位 ＞ 中間電位 ＞ 逆バイアス
といった関係を満たす電源を与える。

駆動ＩＣ１０５により入力した電気信号を増幅し、電界吸収型変調器の光の吸収特性に基づき最適動作を行うレベルの電圧を印加する。このとき、
中間電位 ＞ 逆バイアス
といった関係が成り立ちその差が大きいほど光の吸収率が高くなる。つまり、駆動ＩＣ１０５に入力された電気信号に従った信号を逆バイアスとして印加することで光信号の出力がＯＮまたはＯＦＦされる。このしくみが電気信号から光信号への変換を実現している。

従来の構成では、中間電位がグランドレベルであるため、電界吸収変調器１００への逆バイアスは、グランドレベルの中間電位に対して、負電圧にて印加する必要があった。つまり、ＬＤ電流は正電圧からグランドレベルの中間電位に対して電流を流し、変調素子１０４へは負電圧から中間電位に対して逆バイアスを印加する必要があった。本形態の構成は従来の構成に対し、全て正電源で電位を与える構成であり、（＊）の関係を条件として、それぞれの電位差を同等に設定することで同等の動作を実現することが可能である。

さらには、図２を参照すると、単一正電源３００があって、ＬＤ電流側の電源を昇圧回路４００にて供給し、対中間電位に流す電流を考慮した値に昇圧回路４００の電圧出力を最適化する。そして、変調信号としての逆バイアス側の電源を降圧回路５００にて供給し、対中間電位に流す電流を考慮した値に降圧回路５００の電圧出力を最適化する。このようにすることで、光トランシーバ１０回路における低消費電力化も実現できる。また、光トランシーバ１０を単一正電源３００にて動作させることにより部品点数を少なくし、更なる汎用性の向上につながる。

なお、図２において、光トランシーバ１０を構成する各部は、当該光トランシーバ１０に搭載されたＣＰＵ(Central Processing Unit)により中央処理制御され、当該ＣＰＵは中央処理制御を行うのに必要なプログラムを、記録媒体として当該プログラムを格納したＲＯＭ(Read Only Memory)より読み出している。

本形態の電界吸収型光変調器を実施することにより以下の効果を奏する。つまり、ＥＭＬを駆動するために負電源が不要になるので、部品点数の削減や汎用性の向上につながる。このことは、負電源に起因する電源ノイズの削減およびトランシーバの特性向上につながる。これまで必要であった負電源用の電源配線の引き回しや負電源用部品が不要となり、正電源のみで動作することで必要電源数が減ることによる汎用性の向上に加え、光トランシーバを搭載する装置部門においても負電源用回路を構成する必要もなく汎用性の高い正電源の構成で光トランシーバの駆動が可能となる。

また、消費電力を低減化することができる。その理由は、例えば、中間電位に対し適切な電位まで昇圧または降圧する回路を構成するなどして、電流駆動に要する電位を適切な値に合わせ込むことにより、従来の、電源対グランドレベルにて発生する消費電力に比べ、低消費電力に優位性を持つためである。

また、１つまたは複数の任意の電圧の正電源から、ＬＤ素子１０３および変調素子１０４に必要な電圧を作ることができ、装置が供給を受ける電源の種類に対する制約を取り去ることができる。これにより、ＬＤ素子１０３および変調素子１０４へ最適電圧を供給することが可能になる。最適電圧とは、ＬＤ素子１０３および変調素子１０４が所望特性（ＬＤ素子１０３の光出力や波形等、変調素子１０４の消光比等）を得るのに必要最低限の電圧をいう。単一正電源３００から、昇圧回路４００や降圧回路５００をもちいて最適電圧を生成し、供給することができる。また、最適電圧の供給は、従来の正電源、負電源を用いた電圧の供給よりも、最適電圧と比べた電圧差分のロスを抑えることになるので、消費電力を低減化することができる。

なお、上述した形態は本発明の電界吸収型光変調器等を実施するための最良のものであるが、かかる実施形式に限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲内においてその実施形式を種々変形することが可能である。

例えば、その変形例として、図３において光トランシーバ１０の他の構成を図示した。この構成では、電源電圧として、２種の正電源（５Ｖのものである第１正電源３０１、３．３Ｖのものである第２正電源３０２（いずれも規格準拠電圧））の供給を受けることができる場合があり、以下のようなものが考えられる。
第１正電圧（中間電位）・・・５Ｖ（第１規格準拠電圧）
第２正電圧（ＬＤ電流のための電位）・・・第１正電圧から昇圧回路４００により生成
第３正電圧（逆バイアスの電位）・・・３．３Ｖ（第２規格準拠電圧）

すなわち、第３正電圧として第２規格準拠電圧（３．３Ｖ）を用いて別の正電源から供給する構成をとることができる。もちろん、第３正電圧は、第２規格準拠電圧から降圧回路５００を用いて生成してもよく、降圧回路５００にレギュレータを用いても電圧降下ロスを抑えることができる。なぜなら、５Ｖからドロップさせるより、３．３Ｖからドロップさせるほうが、ロスが少ないからである。実際には、逆バイアスの電位は、第２規格準拠電圧（＋３．３Ｖ）にて駆動ＩＣ１０５を駆動し、その駆動ＩＣ１０５が逆バイアス電位（＋３．３Ｖ以下の最適値）を供給することが多い。

光トランシーバに用いられる電界吸収型光変調器１００の本形態の構成を図示したものである。 本形態の電界吸収型光変調器のＥＭＬを搭載した光トランシーバ１０の構成を図示したものである。 本形態の電界吸収型光変調器のＥＭＬを搭載した光トランシーバ１０の他の構成を図示したものである。 光トランシーバに用いられる電界吸収型光変調器１００の従来の構成を図示したものである。

符号の説明

１０ 光トランシーバ
１００ 電界吸収型光変調器
１０１ 発光部
１０２ 変調部
１０３ ＬＤ素子
１０４ 変調素子
１０５ 駆動ＩＣ
２００ ＥＭＬ
３００ 単一正電源
４００ 昇圧回路
５００ 降圧回路

Claims (11)

1. 発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器において、
   前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動することを特徴とする電界吸収型光変調器。
2. 発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器において、
   前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い正電源電圧により第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動することを特徴とする電界吸収型光変調器。
3. 前記第２の正電圧は前記発光部が所望の特性を得るのに必要最低限の電圧であり、前記第３の正電圧は前記変調部が所望の特性を得るのに必要最低限の電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の電界吸収型光変調器。
4. 前記正電源から昇圧して前記第２の正電圧を生成し、当該正電源から降圧して前記第３の正電圧を生成することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電界吸収型光変調器。
5. 請求項１から４の何れかに記載の電界吸収型光変調器を集積化した半導体レーザ。
6. 請求項５に記載の半導体レーザを搭載したトランシーバ。
7. 発光部と変調部を有する電界吸収型光変調器の駆動方法において、
   １つまたは複数有する正電源のうちの１つにより前記電界吸収型光変調器に第１の正電圧がかかり所定の電位を与える工程と、
   前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動する工程と、
   前記正電源のうちの１つにより、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動する工程を有することを特徴とする駆動方法。
8. 発光部と変調部を有する電界吸収型光変調器の駆動方法において、
   １つまたは複数有する正電源のうちの１つにより前記電界吸収型光変調器に第１の正電圧がかかり所定の電位を与える工程と、
   前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動する工程と、
   前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い正電源電圧により第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動する工程を有することを特徴とする駆動方法。
9. コンピュータに、
   発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器を集積化した半導体レーザを搭載したトランシーバとして機能させるプログラムにおいて、
   前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動するように実行させることを特徴とするプログラム。
10. コンピュータに、
    発光部と変調部を有し、１つまたは複数有する正電源のうちの１つにより第１の正電圧がかかり所定の電位を有する電界吸収型光変調器を集積化した半導体レーザを搭載したトランシーバとして機能させるプログラムにおいて、
    前記正電源のうちの１つにより、前記発光部に対して前記第１の正電圧よりも高い第２の正電圧がかかり順バイアスで印加して当該発光部を駆動し、前記変調部に対して前記第１の正電圧よりも低い正電源電圧により第３の正電圧がかかり逆バイアスで印加して当該変調部を駆動するように実行させることを特徴とするプログラム。
11. 請求項９または１０に記載のプログラムを記録した記録媒体。

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