JP2008004633A - 光モジュール及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 LN変調器などの高価で大型な光デバイスを使うことなく、より簡易な構成で光送信を実現できる。
【解決手段】 単一波長光源と光フィルタとの組み合わせから構成されている。前記単一波長光源は、単一波長による周波数変調の信号を出力し、前記光フィルタは、前記単一波長光源による周波数変調を振幅変調に変換する。前記単一波長光源と前記光フィルタとは、同一基板上に無調芯実装されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高速大容量光通信システムに最適な光モジュール及びその実装方法に関する。

インターネットの普及に伴い、高速大容量光通信システムの開発・実用化が進展している。特に、長距離大容量通信システムにおいては、変調時の波長変動（以下、波長チャーピングという。）が伝送距離を制限するため、これを低減するための取り組みが行われてきた。短距離・小容量の通信では、端面発光型のＦＰレーザが用いられ、数Ｇｂ／ｓの通信では、単一波長で発振するＤＦＢ(Distributed Feed Back) レーザが用いられる。さらに１０Ｇｂ／ｓの伝送速度で、数十kmの伝送には、レーザには変調を加えず、連続発振させて外部変調器を用いた変調が行われる。

従来、光モジュールは、特許文献１，２及び非特許文献１，２に示されている。
米国特許明細書第６９６３６８５号 米国公開公報第２００５／０１７５３５６号 Chirp-manageddirectly modulated laser Error-free250 Km transmission in standard fiber using compct 10 Gbit/s chirp directly

特許文献１では、直接変調したＤＦＢレーザからの光を光フィルタに通過させ、周波数変調成分を振幅変調成分に変換するものであって、フィルタの波長分散も用いて波形等化を行うものである。

しかしながら、特許文献１では、ＤＦＢレーザと光フィルタを実装する際に、光軸調整が必要となり、パッシブアライメントを適用できない構造であった。

特許文献２では、光フィルタとして導波路リング共振器を用いることが提案されている。

しかしながら、特許文献２では、特許文献１と同様に、ＤＦＢレーザと光フィルタの実装構造を改善する必要がある。

非特許文献１では、多重エタロンを用いて周期的な波長特性をもつ光フィルタを構成し、この光フィルタのスロープを用いて周波数変調信号を振幅変調信号に変換している。また、非特許文献２では、非特許文献１での伝送の長距離化を進め、２５０Ｋｍ伝送を実現したものである。

しかしながら、非特許文献１では、フィルタにエタロンを用いているため、実装の際に、光軸調整が必要となり、パッシブアライメントを適用できない構造であった。また、非特許文献２では、同様にフィルタにエタロンを用いているため、サイズが大きく、モジューラの小型化に整合しないものであった。

本発明の目的は、これら従来例の短所を克服し、簡易な構成で長距離大容量通信を可能とする光モジュール及びその実装方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る光モジュールは、単一波長光源と光フィルタとの組み合わせから構成され、
前記単一波長光源は、単一波長による周波数変調の信号を出力し、
前記光フィルタは、前記単一波長光源による周波数変調を振幅変調に変換し、
前記単一波長光源と前記光フィルタとは、同一基板上に無調芯実装されたことを特徴とするものである。

前記単一波長光源と前記光フィルタとは、パッシブアライメントで無調芯実装されたものであってもよい。また、前記単一波長光源と前記光フィルタとは、直接光結合された、或いはレンズを介して光結合されたものであってもよい。

また、前記単一波長光源は、ＤＦＢレーザであり、前記ＤＦＢレーザは、閾値以上の電流値にバイアスされ、変調信号に応じた電流変調を行い、前記光フィルタは、導波路リング共振器であり、前記導波路リング共振器は、前記ＤＦＢレーザによる発振波長シフトを強度変調するものであってもよい。

また、前記導波路リング共振器は、ノッチフィルタ若しくはバンドパスフィルタの波長特性を有するスルーポートで、発振波長シフトの強度変調への変化を行うものであってもよい。また、複数の前記導波路リング共振器を光結合したものであってもよい。また、前記光フィルタとして、非対称ＭＺＩの光回路構成を用いたものであってもよい。

本発明に係る光モジュールの実装方法は、単一波長による周波数変調の信号を出力する単一波長光源と、前記単一波長光源による周波数変調を振幅変調に変換する光フィルタとを、同一基板上に無調芯実装することを特徴とするものである。

また、前記単一波長光源と前記光フィルタとを、パッシブアライメントで無調芯実装するものであってもよい。

本発明によれば、導波路リング共振器等の光フィルタを用いて、半導体レーザの周波数変調を振幅変調に変換し、長距離・大容量に適した低波長チャーピングの光信号を生成するため、ＬＮ変調器などの高価で大型な光デバイスを使うことなく、より簡易な構成で光モジュールを実現できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（実施形態１）

図１に示すように、単一波長光源としての高速変調可能なＤＦＢレーザ１と、光フィルタとしての導波路リング共振器２とは、同一の基板３上に無調芯実装されている。

図１では、ＤＦＢレーザ１と導波路リング共振器２とを、同一の基板３上にパッシブアライメント（フリップチップ実装とも言う。）で無調芯実装している。パッシブアライメント技術は、基板３及びＤＦＢレーザ１に、それぞれ実装用マーク４ａ、４ｂを設け、基板３の下面から赤外光などのアライメント用の光を基板３に透過して、実装用マーク４ａ，４ｂにより、基板３上でのＤＦＢレーザ１の位置合わせを行い、基板３上にＤＦＢレーザ１及び導波路リング共振器２を無調芯実装する。なお、基板３としては、透明又は半透明のような光透過性を有する石英導波路素子等を用いる。また、ＤＦＢレーザ１と導波路リング共振器２とは、ペルチェ素子により温度制御が行われ、動作が安定化される。

導波路リング共振器２は図１に示すように、２本の直線状導波路２ａ、２ｂとリング状導波路２ｃとから構成され、２本の直線状導波路２ａ，２ｂとリング状導波路２ｃとが光結合されている。導波路リング共振器２は、１本の直線状導波路２ａの一端に入力端２ｄが形成され、前記直線状導波路２ａの他端に出力用のスルーポート（Thru port）２ｅが形成され、リング状導波路２ｃを挟んで直線状導波路２ａと対峙する直線状導波路２ｂの端部に出力用のドロップポート（Drop port）２ｆが形成されている。

ＤＦＢレーザ１の出力端１ａと導波路リング共振器２の入力端２ｄとは図２（ａ）に示すように直接光結合する、或いは図２（ｂ）に示すようにレンズ５を介して光結合する。

次に、実施形態１に係る光モジュールの動作原理について説明する。

ＤＦＢレーザ１は、閾値電流よりも十分高い電流値にバイアスし、変調信号に応じた電流変調を行う。このときの電流振幅は最小でも閾値を割らず、ＤＦＢレーザ１からの光出力が十分に得られている状態で行う。

ＤＦＢレーザ１を電流変調する変調信号Ｈは図３（ａ）に示すように、矩形状の波形に整形されており、ＤＦＢレーザ１は、前記変調信号Ｈに基づいて電流変調を行い、発振波長がシフトする。発振波長がシフトされたＤＦＢレーザ１からの出力信号Ｏは図３（ｂ）に示すように、矩形状に整形されている。

ＤＦＢレーザ１による発振波長シストを導波路リング共振器２で強度振幅に変換し、長距離伝送を行う。本方式の特長は、最も簡便な電流変調を行っているにもかかわらず、波長チャーピングは小さいため、長距離大容量光通信が可能な点である。

導波路リング共振器２は図１に示すように、入力に対して、Thru port２ｅ、Drop port２ｆの二つから光信号を取り出すことができる。それぞれのポート２ｅ，２ｆからの波長特性は異なっており、Thru port２ｅからの出力は周期的なノッチフィルタの波長特性、Drop port２ｆからの出力は周期的なバンドパスフィルタの波長特性をもつ。発振波長シフトの強度振幅への変換（以下、ＦＭ-ＡＭ変換と言う。）は、どちらのポートのスロープを使用しても可能である。しかし、本発明の実施形態では、ノッチフィルタの波長特性をもつThru port２ｅに注目し、これを用いることで、発振波長シフトの強度振幅への高速変換が可能にしている。これを以下に述べる。

図５に、導波路リング共振器２のThru port２ｅの有するノッチフィルタ（Ｎｏｔｃｈフィルタ）特性を示す。本発明の実施形態では図５に示す、導波路リング共振器２のThru port２ｅの有するノッチフィルタの波長特性のうち、ノッチフィルタ特性の透過率が最大値の場合にＯＮ状態とし、その最大値から最小値に向けて急峻に変化するスロープ部分を用いて、ＤＦＢレーザ発振波長を変化させて波長変化（周波数変調）を振幅変化（強度変調）に変換する。図５において、透過率が低下した部分でＯＦＦ状態となる。周波数変調は、これまで述べてきたのと同様、電流変調により行う。これにより、長距離・大容量通信に適した低波長チャーピングの光信号Ｌが生成される（図３（ｃ））。
なお、図４に示す、導波路リング共振器２のDrop port２ｆの有するバンドパスフィルタ（Ｄｒｏｐフィルタ）特性を利用して、周波数変調を強度変調に変換してもよい。図４に示すＤｒｏｐフィルタ特性は、図５に示すＮｏｔｃｈフィルタ特性と逆の関係にあり、透過率が最大値をＯＮ状態とし、最大値から最小値からＶ状に落ち込んで急峻に変化するスロープ部分を用いて、ＤＦＢレーザ発振波長を変化させて波長変化（周波数変調）を振幅変化（強度変調）に変換する。

実施形態１によれば、導波路リング共振器（光フィルタ）２を用いて、半導体レーザ１の周波数変調を振幅変調に変換し、長距離・大容量に適した低波長チャーピングの光信号を生成するため、ＬＮ変調器などの高価で大型な光デバイスを使うことなく、より簡易な構成で光モジュールを実現できる。

また、実施形態１によれば、導波路リング共振器２のThru port２ｅの有するノッチフィルタの波長特性を利用するため、より簡易な構成で光モジュールを実現できる。
（実施形態２）

図６は、本発明の実施形態２に係る光モジュールを示す構成図である。

実施形態２では、対峙する直線状導波路２ａと２ｂとの間に、２つのリング状共振器２ｃを光結合したものである。その他の構成は実施形態１と同様である。

実施形態２によれば、リング状共振器２ｃが複数光結合されているため、リング状導波路２ｃでのパラメータを制御することにより、導波路リング共振器２から出力される光信号Ｌの波形のエッジ部分を急峻に整形でき、その光信号Ｌをパルス状に整形できる。
（実施形態３）

図７は、本発明の実施形態３に係る光モジュールを示す構成図である。

実施形態３では、マッハツェンダー干渉計５の片アームにリング共振器６を形成して、非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）の光回路構成としたものである。

実施形態３によれば、低損失で平坦通過帯域特性が得られるため、図５の光回路構成を用いて変換を行うと、図３（ｃ）では得られない変調サイドバンド片側の除去が可能となる。これにより、変調スペクトルが狭窄され、波長分散に対して耐性のある光信号Ｌが生成できる。この光信号Ｌは、図６に示すような光学スペクトル計算で求めた理想的な結果に極めて近似した信号となる。

以上説明したように本発明によれば、導波路リング共振器等の光フィルタを用いて、半導体レーザの周波数変調を振幅変調に変換し、長距離・大容量に適した光モジュールを提供できる。

本発明の実施形態１に係る光モジュールを示す斜視図である。 単一波長光源と光フィルタとの結合状態を示す図である。 信号の波形を示す特性図である。 Ｄｒｏｐフィルタ特性での変調原理を示す図である。 Ｎｏｔｃｈフィルタ特性での変調原理を示す図である。 本発明の実施形態２に係る光モジュールを示す図である。 本発明の実施形態３に係る光モジュールを示す図である。 実施形態３で出力される光信号を示す特性図である。 光学スペクトル計算結果に基づく光信号を示す特性図である。

符号の説明

１ 単一波長光源
２ 光フィルタ
３ 基板
４ａ，４ｂ 実装用マーク
５ レンズ

Claims (10)

1. 単一波長光源と光フィルタとの組み合わせから構成され、
   前記単一波長光源は、単一波長による周波数変調の信号を出力し、
   前記光フィルタは、前記単一波長光源による周波数変調を振幅変調に変換し、
   前記単一波長光源と前記光フィルタとは、同一基板上に無調芯実装されたことを特徴とする光モジュール。
2. 前記単一波長光源と前記光フィルタとは、パッシブアライメントで無調芯実装された、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記単一波長光源と前記光フィルタとは、直接光結合された、請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記単一波長光源と前記光フィルタとは、レンズを介して光結合された、請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記単一波長光源は、ＤＦＢレーザであり、
   前記ＤＦＢレーザは、閾値以上の電流値にバイアスされ、変調信号に応じた電流変調を行い、
   前記光フィルタは、導波路リング共振器であり、
   前記導波路リング共振器は、前記ＤＦＢレーザによる発振波長シフトを強度変調する、請求項１に記載の光モジュール。
6. 前記導波路リング共振器は、ノッチフィルタ若しくはバンドパスフィルタの波長特性を有し、発振波長シフトの強度変調への変化を行う、請求項１に記載の光モジュール。
7. 複数の前記導波路リング共振器を光結合した、請求項１に記載の光モジュール。
8. 前記光フィルタとして、非対称ＭＺＩの光回路構成を用いた、請求項１に記載の光モジュール。
9. 単一波長による周波数変調の信号を出力する単一波長光源と、前記単一波長光源による周波数変調を振幅変調に変換する光フィルタとを、同一基板上に無調芯実装することを特徴とする光モジュールの実装方法。
10. 前記単一波長光源と前記光フィルタとを、パッシブアライメントで無調芯実装する、請求項９に記載の光モジュールの実装方法。

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