JP2011112873A - 多値光位相変調器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力された光を分岐する光分岐器と、前記光分岐器に接続し、位相変調部を有する2つのアーム部を備え、前記分岐された光を強度変調して光信号として出力する2つ以上のマッハツェンダ型強度変調器と、前記各マッハツェンダ型強度変調器に接続し、該マッハツェンダ型強度変調器から出力した各光信号を合成して多値光信号として出力する光合成器と、前記光分岐器と、前記マッハツェンダ型強度変調器の少なくともいずれか1つの各位相変調部との間に設けられ、利得媒質を有し、該利得媒質の利得飽和特性を利用して、入力された光の強度を所定強度に調整して出力する少なくとも1つの光強度調整器と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明の実施の形態1として、波長1.55μmの連続光に対してQAMの変調を行なう多値光位相変調器について説明する。以下では、本実施の形態1の多値光位相変調器の構成、動作、製造方法の順に説明する。
図1は、本実施の形態1に係る多値光位相変調器の模式的な平面図である。図1に示すように、この多値光位相変調器100は、光分岐器1と、光分岐器1に接続する2つのマッハツェンダ型強度変調器3、4と、マッハツェンダ型強度変調器3、4に接続する光合成器5と、光分岐器1とマッハツェンダ型強度変調器4との間に設けられた位相シフト器2とを備えている。また、この多値光位相変調器100は、石英系材料からなるPLCで形成されたPLC部P1、P2と、PLC部P1、P2の間に配置された、半導体導波路で形成された半導体光導波路部S1とが集積されたハイブリッド集積構造のものである。なお、光分岐器1と位相シフト器2はPLC部P1に形成され、光合成器5はPLC部P2に形成され、マッハツェンダ型強度変調器3、4はPLC部P1から半導体光導波路部S1、さらにPLC部P2にわたって形成されている。
つぎに、この多値光位相変調器100の動作について説明する。まず、電極および電極パッドを介して、各半導体光増幅部3ba、3ca、4ba、4caに順方向バイアス電圧にて駆動電流を注入し、位相変調部3bb、3cb、4bb、4cbに逆方向バイアス電圧と変調電圧信号とを印加した状態で、図1に示すように光分岐器1の光入力部1aに連続光ILを入力する。すると、光分岐器1は入力された連続光ILを2分岐し、光出力部1b、1cから出力する。光出力部1bから出力された連続光はマッハツェンダ型強度変調器3に入力する。また、光出力部1cから出力された連続光は、位相シフト器2によってπ/2だけ位相をシフトされた後にマッハツェンダ型強度変調器4に入力する。
なお、式(1)において、hはプランク定数、Γは活性コア層の閉じ込め係数、Agは微分利得係数、τは光の減衰時間、Wは活性コア層の幅、dは活性コア層の厚さを示す。
なお、式(2)において、n0は透明キャリア密度、Iは入力光の強度密度を示す。
なお、式(3)において、αは挿入損失、Lは利得長を示す。また、「exp」は自然対数の底の指数関数を示す記号である。
つぎに、本実施の形態1に係る多値光位相変調器100の製造方法の一例について説明する。はじめに、PLC部P1、P2の製造方法の一例について説明する。はじめに、光ファイバ製造技術の応用である火炎直接堆積(FHD:Flame Hydrolysis Deposition)法により、PLC作製用基板(例えばシリコン基板)上に、下部クラッド層およびコア層となるガラス粒子を堆積し、その後加熱してガラス微粒子を溶融透明化する。その後、半導体集積回路製造技術であるフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)で、光分岐器1、光合成器5、およびマッハツェンダ型強度変調器3、4の一部に対応する光導波路パターンを形成し、再びFHD法により上部クラッド層を形成する。これによって、同一のPLC作製用基板上に、PLC部P1、P2が形成される。なお、PLC部P1、P2は別々の基板上に形成してもよい。
その後、図7(d)に示すようにマスクM2を除去する。このようにして、SSC領域R1、R4、半導体光増幅器領域R2、位相変調器領域R3が形成される。
つぎに、本発明の実施の形態2について説明する。図10は、本実施の形態2に係る多値光位相変調器の模式的な平面図である。図10に示すように、この多値光位相変調器200は、光分岐器1と、位相シフト器2と、2つのマッハツェンダ型強度変調器3、4と、光合成器5とが、1つの半導体基板上に集積されたモノリシック集積構造を有する。なお、光分岐器1、位相シフト器2、および光合成器5は、多値光位相変調器100のSSC領域R1と同様の埋め込みメサ構造を有するが、そのメサ幅は等幅であり、波長1.55μmの光を単一横モードかつ偏波無依存で導波することができるように、たとえば2μmの幅とされている。
つぎに、本発明の実施の形態3について説明する。図11は、本実施の形態3に係る多値光位相変調器の模式的な平面図である。図11に示すように、この多値光位相変調器300は、PLC部P3、P4、P5と、これらの間に配置された半導体光導波路部S2、S3とが集積されたハイブリッド集積タイプのものである。なお、光分岐器1と位相シフト器2はPLC部P3に形成され、光合成器5はPLC部P5に形成され、マッハツェンダ型強度変調器3、4はPLC部P4から半導体光導波路部S3、さらにPLC部P5にわたって形成されている。
つぎに、本発明の実施の形態4に係る多値光位相変調器について説明する。本実施の形態4に係る多値光位相変調器は、光強度の制御機構を備えたものである。図12は、実施の形態4に係る多値光位相変調器の模式的な構成図である。
1a、3a、4a、5b、5c、22b、22c 光入力部
1b、1c、3d、4d、5a、22a 光出力部
2 位相シフト器
3、4 マッハツェンダ型強度変調器
3b、3c、4b、4c アーム部
3ba、3ca、4ba、4ca 半導体光増幅部
3bb、3cb、4bb、4cb 位相変調部
3bc、3bd SSC部
5、22 光合成器
6a、13 下部クラッド層
6b、14、15、17 上部クラッド層
7、9 p側電極
8、10 電極パッド
11 n側電極
12 基板
16 埋め込み半導体層
16a 下部電流阻止半導体層
16b 上部電流阻止半導体層
18 コンタクト層
19 誘電体保護膜
20、21 半導体光増幅器
22d、22e モニタ光出力部
23、28 光接続端子
24、29 光電変換素子
25、30 基準レベル電圧端子
26、31 信号レベル検出回路
27、32 電流変換回路
100〜400 多値光位相変調器
Cap キャップ層
E1 AuZ膜
E2 Ti/Pt膜
IL 連続光
M1〜M3 マスク
OSL 光信号
P1〜P5 PLC部
R 領域
r1〜r3 レジスト
R1、R4 SSC領域
R2 半導体光増幅器領域
R3 位相変調器領域
S1〜S3 半導体光導波路部
W1〜W4 メサ幅
Claims (4)
- 入力された光を分岐する光分岐器と、
前記光分岐器に接続し、位相変調部を有する2つのアーム部を備え、前記分岐された光を強度変調して光信号として出力する2つ以上のマッハツェンダ型強度変調器と、
前記各マッハツェンダ型強度変調器に接続し、該マッハツェンダ型強度変調器から出力した各光信号を合成して多値光信号として出力する光合成器と、
前記光分岐器と、前記マッハツェンダ型強度変調器の少なくともいずれか1つの各位相変調部との間に設けられ、利得媒質を有し、該利得媒質の利得飽和特性を利用して、入力された光の強度を所定強度に調整して出力する少なくとも1つの光強度調整器と、
を備えることを特徴とする多値光位相変調器。 - 前記光強度調整器は、前記利得媒質が半導体活性層である半導体光増幅器を備えることを特徴とする請求項1記載の多値光位相変調器。
- 前記半導体活性層はバルク構造を有することを特徴とする請求項2に記載の多値光位相変調器。
- 前記光強度調整器は、当該光強度調整器に入力された光の強度が−10dBm〜10dBmの範囲のときに、当該入力された光の強度の10dBの変化に対して、前記出力する光の強度の変化量が0.01dB以下となるように、少なくとも前記利得媒質の利得長、断面積および閉じ込め係数が設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の多値光位相変調器。
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