JP2011159752A - Optical modulation signal generation device and optical modulation signal generation method - Google Patents
Optical modulation signal generation device and optical modulation signal generation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011159752A JP2011159752A JP2010019467A JP2010019467A JP2011159752A JP 2011159752 A JP2011159752 A JP 2011159752A JP 2010019467 A JP2010019467 A JP 2010019467A JP 2010019467 A JP2010019467 A JP 2010019467A JP 2011159752 A JP2011159752 A JP 2011159752A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- modulation signal
- frequency
- modulation
- signal generation
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光変調信号生成装置および光変調信号生成方法に関し、より詳細には、光ファイバを用いた高速かつ波長分散耐性の高い伝送を行うための光変調信号生成装置および光変調信号生成方法に関する。 The present invention relates to an optical modulation signal generation apparatus and an optical modulation signal generation method, and more particularly, an optical modulation signal generation apparatus and an optical modulation signal generation method for performing high-speed and high chromatic dispersion tolerance transmission using an optical fiber. About.
近年のインターネットの普及に伴うネットワークトラフィックの爆発的な増大により、光ファイバ伝送の高速・大容量化が進められている。これまで、基幹網においては、1本の光ファイバーケーブルに複数の異なる波長の光信号を乗せる波長分割多重(WDM)技術の導入によって、Point-to-point伝送の大容量化、及び伝送装置の高速化が図られてきた。従来、10Gb/sをベースとした伝送技術が基幹網を中心に適用されてきたが、既にアクセス網及びメトロ領域網のギガビット化が進められており、今後もこの高速化の流れは継続すると考えられる。 Due to the explosive increase in network traffic accompanying the spread of the Internet in recent years, high-speed and large-capacity optical fiber transmission is being promoted. Up to now, in the backbone network, the introduction of wavelength division multiplexing (WDM) technology that places optical signals of different wavelengths on a single optical fiber cable will increase the capacity of point-to-point transmission and increase the speed of transmission equipment. Has been planned. Conventionally, transmission technology based on 10 Gb / s has been applied mainly to backbone networks. However, access networks and metro area networks have already been promoted to gigabits, and this trend toward higher speeds will continue. It is done.
従来、ノード間の伝送はPoint-to-point方式であり、ノードにおいて光−電気−光(OEO)変換が行われていた。現在は、ノードにおける光信号処理の適用が進んでおり、ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing)を中心として、WDM技術に基づいた光ルーティング処理を用いたフォトニックネットワークの構築が進められている。今後、光MPLS(Multi-Protocol Label Switching)技術などの導入により、光のままでノードをカットスルーすることが行われ、無中継伝送の長距離化はますます重要となると考えられる。このように、高速変調かつ長距離伝送を実現し得る光送信器に対する期待は大きい。 Conventionally, transmission between nodes is a point-to-point method, and optical-electrical-optical (OEO) conversion has been performed in the nodes. Currently, application of optical signal processing in nodes is progressing, and construction of a photonic network using optical routing processing based on WDM technology is being promoted centering on ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexing). In the future, with the introduction of optical MPLS (Multi-Protocol Label Switching) technology, etc., it will be possible to cut through nodes without changing the light, and it will be more important to increase the distance of repeaterless transmission. Thus, there is a great expectation for an optical transmitter that can realize high-speed modulation and long-distance transmission.
図1は、現在広く用いられている光変調信号生成装置の方式を示す図である。図1(a)はレーザを直接変調する直接変調方式を示し、図1(b)はレーザ光源から出力された連続光(CW光)を強度変調素子によって外部変調する外部変調方式を示す。 FIG. 1 is a diagram showing a method of an optical modulation signal generation apparatus widely used at present. FIG. 1A shows a direct modulation method for directly modulating a laser, and FIG. 1B shows an external modulation method for externally modulating continuous light (CW light) output from a laser light source by an intensity modulation element.
直接変調方式においては、スペクトル幅が狭く波長がそろった光を得ることができる分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD)の電流変調駆動が一般的である。 In the direct modulation method, current modulation driving of a distributed feedback laser diode (DFB-LD) that can obtain light with a narrow spectral width and a uniform wavelength is generally used.
外部変調方式においては、強度変調素子の種類を電界吸収(EA)型変調器と位相強度変調型変調器とに分類することができる。 In the external modulation system, the types of intensity modulation elements can be classified into electroabsorption (EA) type modulators and phase intensity modulation type modulators.
EA型変調器は、半導体導波路における電界印加に伴う電界吸収変化を用いて導波路に伝送する光の強度変調を行う。量子井戸構造の場合は、量子閉じ込めシュタルク効果(Quantum Confined Stark Effect:QCSE)を用い、バルク構造の場合は、フランツ・ケルディッシュ(Franz-Keldysh:FK)効果を用いるのが一般的である。この構造においては、DFB−LDとの集積が容易であることから、電界吸収変調器集積型DFB−LDとして広く用いられている。 The EA modulator modulates the intensity of light transmitted to the waveguide using a change in electroabsorption accompanying application of an electric field in the semiconductor waveguide. In the case of a quantum well structure, the quantum confined stark effect (QCSE) is generally used, and in the case of a bulk structure, the Franz-Keldysh (FK) effect is generally used. This structure is widely used as an electroabsorption modulator integrated DFB-LD because it can be easily integrated with the DFB-LD.
位相強度変調型変調器としては、主としてマッハ・ツェンダ型変調器が用いられている。この変調器は、入力光をカプラで2つの光路に分岐した後、電界印加に伴う屈折率変化により、2つの光路のそれぞれの分岐光の間に位相差を生じさせる。位相差を有する2つの分岐光を合波する際に、位相差による強度変化を用いて強度変調を行う。屈折率変化については、量子閉じ込めシュタルク効果及びフランツ・ケルディッシュ効果に加え、電気光学効果が用いられる。 As the phase intensity modulation type modulator, a Mach-Zehnder type modulator is mainly used. In this modulator, after the input light is branched into two optical paths by a coupler, a phase difference is generated between the branched lights in the two optical paths by a change in refractive index accompanying application of an electric field. When two branched lights having a phase difference are multiplexed, intensity modulation is performed using an intensity change due to the phase difference. For the refractive index change, the electro-optic effect is used in addition to the quantum confined Stark effect and the Franz-Keldish effect.
また、信号の送受信方法としては、信号の変調振幅により「1」及び「0」のビット列を表す振幅変調(OOK)を用い、フォトダイオードで直接検波し、受光電流の振幅によりビット判定を行う直接検波方式が現在主流の技術である。 Further, as a signal transmission / reception method, amplitude modulation (OOK) representing a bit string of “1” and “0” is used according to the modulation amplitude of the signal, direct detection is performed with a photodiode, and bit determination is performed based on the amplitude of the received light current. The detection method is currently the mainstream technology.
しかしながら、従来型の光源を用いた強度変調信号においては、変調時にスペクトルの広がりが生じるため、光ファイバの波長分散により、伝送距離及び伝送速度の制限の要因となる。また、従来型の光源の駆動においては、キャリア変動に伴い周波数変動(チャーピング)が発生するため、伝送可能な距離は更に制限される。 However, in the intensity-modulated signal using the conventional light source, the spectrum is broadened during the modulation, which causes the transmission distance and the transmission speed to be limited due to the chromatic dispersion of the optical fiber. Further, in the driving of a conventional light source, frequency variation (chirping) occurs with carrier variation, so the transmission distance is further limited.
図2は、直接変調方式の光源によって生成されたビットレート10Gb/sのNRZ(Non-Return-to-Zero)信号の光ファイバ伝送波形(アイパターン)を示す。光ファイバの波長分散は、使用波長1.55μmで16.3ps/nm/kmである。図2(a)は、信号の初期データの波形であり、図2(b)は20km伝送後の信号の波形であり、図2(c)は100km伝送後の信号の波形である。伝送距離の増大に伴い、大きく波形が崩れており、図2(b)に示すように、20km伝送後においても波形歪が見られる。図2(c)に示すように、100kmでは信号の判別は不可能である。 FIG. 2 shows an optical fiber transmission waveform (eye pattern) of a NRZ (Non-Return-to-Zero) signal with a bit rate of 10 Gb / s generated by a direct modulation type light source. The chromatic dispersion of the optical fiber is 16.3 ps / nm / km at a used wavelength of 1.55 μm. FIG. 2A shows the waveform of the initial data of the signal, FIG. 2B shows the waveform of the signal after 20 km transmission, and FIG. 2C shows the waveform of the signal after transmission of 100 km. As the transmission distance increases, the waveform greatly collapses, and waveform distortion is observed even after 20 km transmission as shown in FIG. As shown in FIG. 2C, it is impossible to discriminate the signal at 100 km.
一般に、伝送距離は、ビットレートの二乗に反比例して短くなるために、変調速度が速くなるに従って伝送可能な距離は急激に短くなる。前述の直接変調レーザでは10Gb/sで10km程度であり、伝送可能な距離は非常に短い。EA型変調器では変調層のチャープ制御による特性改善を行う必要があり、マッハ・ツェンダ型変調器ではゼロチャープ駆動も可能であるが、通常の振幅変調においては、EA型変調器は80km、マッハ・ツェンダ型変調器は100km程度が一般的な限界値となっている。 In general, the transmission distance is shortened in inverse proportion to the square of the bit rate, so that the distance that can be transmitted is abruptly shortened as the modulation speed is increased. The direct modulation laser described above has a transmission distance of about 10 km at 10 Gb / s, which is very short. In the EA type modulator, it is necessary to improve the characteristic by chirp control of the modulation layer. In the Mach-Zehnder type modulator, zero chirp driving is possible. However, in the normal amplitude modulation, the EA type modulator is 80 km, Mach. A zender type modulator has a general limit value of about 100 km.
この伝送特性の劣化を解決するために、例えば、非特許文献1のように、直接変調レーザと周波数フィルタとを用いて、周波数振幅と強度振幅との相互変換を行い、周波数変動を抑制する手法が提案されている。しかしながら、非特許文献1の技術は、レーザを直接変調することにより、高速動作時にレーザの緩和振動による変調帯域の制限が生じるため、動作速度が制限されるという課題がある。現在、商用化されているレーザは、緩和振動周波数が10GHz程度であり、それ以上の高速変調には対応が困難である。また、光フィルタが必要となるために、発振波長の厳密な制御が求められる。
In order to solve this deterioration of transmission characteristics, for example, as in Non-Patent
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光変調信号において狭帯域の変調スペクトルを得ることにより、波長分散耐性が高く、高速変調かつ長距離伝送を実現する光変調信号生成装置および光変調信号生成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to obtain a narrow-band modulation spectrum in an optical modulation signal, thereby having high chromatic dispersion tolerance, high-speed modulation and long-distance transmission. An object of the present invention is to provide an optical modulation signal generation apparatus and an optical modulation signal generation method that are realized.
このような目的を達成するために、請求項1に記載の光変調信号生成方法は、周波数変調信号を生成して出力する周波数変調光源と、強度変調信号を生成し、前記周波数変調信号を入力して、前記強度変調信号によって周波数変調信号に強度変調を付加する強度変調器とから構成される光変調信号生成装置を利用して光変調信号を生成する光変調信号生成方法であり、前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器とを同一のビットパターンを用いて駆動することを特徴とする。
In order to achieve such an object, an optical modulation signal generation method according to
請求項2に記載の光変調信号生成方法は、請求項1に記載の光変調信号生成方法であって、前記強度変調器は、正のチャープパラメータを有することを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項3に記載の光変調信号生成方法は、請求項1に記載の光変調信号生成方法であって、前記強度変調器は、負のチャープパラメータを有することを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項4に記載の光変調信号生成方法は、請求項1から3のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号は、前記周波数変調信号の周波数変調成分と前記強度変調の強度変調成分とが同期をとるように変調されることを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項5に記載の光変調信号生成方法は、請求項1から4のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記強度変調器は、電界吸収型変調器であることを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to claim 5 is the optical modulation signal generation method according to any one of
請求項6に記載の光変調信号生成方法は、請求項1から5に記載の光変調信号生成方法であって、前記周波数変調光源は、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項7に記載の光変調信号生成方法は、請求項6に記載の光変調信号生成方法であって、前記周波数変調光源は、前記分布ブラッグ反射型レーザの位相調整領域をバイアス変調することにより周波数変調信号を生成することを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項8に記載の光変調信号生成方法は、請求項1から5のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記周波数変調光源は、分布帰還型レーザであることを特徴とする光変調信号生成方法である。 An optical modulation signal generation method according to an eighth aspect is the optical modulation signal generation method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the frequency modulation light source is a distributed feedback laser. This is an optical modulation signal generation method.
請求項9に記載の光変調信号生成方法は、請求項1から8のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器の間に半導体光増幅器を有することを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項10に記載の光変調信号生成方法は、請求項4から9のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記光変調信号の周波数変調振幅Δf、ビットレートB、及び消光比ERとすると、
The optical modulation signal generation method according to
の関係を満たすように前記光変調信号を生成することを特徴とする光変調信号生成方法である。 The optical modulation signal generation method is characterized in that the optical modulation signal is generated so as to satisfy the relationship.
請求項11に記載の光変調信号生成方法は、請求項2又は3に記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記強度変調器で発生する周波数チャープを前記周波数変調光源の周波数変調で相殺することを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
請求項12に記載の光変調信号生成方法は、請求項2に記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記強度変調器で発生する正の周波数チャープを前記周波数変調光源の周波数変調で反転させて負の周波数チャープに変換することを特徴とする光変調信号生成方法である。
The optical modulation signal generation method according to
本発明によれば、強度変調成分と周波数変調成分とを有する光変調信号の高速伝送が可能となり、その光変調信号の振幅を調整することによりスペクトル幅を狭帯域化できるため、光変調信号の長距離伝送が可能となる。さらに、正のチャープパラメータを有する強度変調を加えることにより、伝送距離が飛躍的に増大する。また、周波数変調領域において、強度変調領域において生じる周波数チャープ成分を補償することにより、又はチャープ符号を反転することにより、伝搬特性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, an optical modulation signal having an intensity modulation component and a frequency modulation component can be transmitted at high speed, and the spectrum width can be narrowed by adjusting the amplitude of the optical modulation signal. Long distance transmission is possible. Furthermore, the transmission distance is dramatically increased by applying intensity modulation having a positive chirp parameter. Further, in the frequency modulation region, it is possible to improve the propagation characteristics by compensating the frequency chirp component generated in the intensity modulation region or by inverting the chirp code.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の光変調信号生成装置は、周波数変調信号を生成する周波数変調光源と、周波数変調信号に強度変調を付加する強度変調器とから構成されるが、その一例として、周波数変調光源として分布ブラッグ反射(DBR)型周波数変調光源を、強度変調器として電界吸収(EA)型変調器を用いた構成について説明する。ただし、本発明の構成において周波数変調光源と強度変調器とに用いられるものは、DBR型周波数変調光源とEA型変調器とに限定されるわけでは無いことは後述の説明により明らかである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. An optical modulation signal generation apparatus according to the present invention includes a frequency modulation light source that generates a frequency modulation signal and an intensity modulator that adds intensity modulation to the frequency modulation signal. A configuration using a reflection (DBR) type frequency modulation light source and an electroabsorption (EA) type modulator as an intensity modulator will be described. However, what is used for the frequency modulation light source and the intensity modulator in the configuration of the present invention is not limited to the DBR type frequency modulation light source and the EA type modulator.
図3は、本発明の光変調信号生成装置の実施形態の一例を簡略化した説明図である。本実施形態の光変調信号生成装置は、周波数変調信号を生成するDBR型周波数変調光源101と、強度変調信号を生成するEA型変調器102から構成される。DBR型周波数変調光源101から生成された周波数変調信号は、EA型変調器102に導波される。この方向を光の導波方向とする。周波数変調光源101とEA型変調器102とを同一のビットパターンを用いて駆動し、EA型変調器102にて周波数変調信号と強度変調信号とが同期をとるように駆動する。EA型変調器102において、入力した周波数変調信号は強度変調信号によって強度変調される。また、変調ビットレート、消光比、周波数変調振幅を調整することにより、狭帯域の光変調スペクトルを得ることができる。従って、波長分散耐性が高い光ファイバ伝送が実現される。以上のことを、以下に詳しく説明する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a simplified example of the embodiment of the optical modulation signal generating apparatus of the present invention. The optical modulation signal generation device of this embodiment includes a DBR type frequency
[装置の構成]
図4は、本発明の実施例1にかかる光変調信号生成装置の構成を示す。本装置は、DBR型周波数変調光源101と、EA型変調器102がモノリシックに集積された構成である。DBR型周波数変調光源101は、複数の領域で構成されている。DBR型周波数変調光源101は、長さ600μmの第1の超周期構造回折格子(SSG)−DBR型反射器領域103と、長さ200μmの周波数変調領域104と、長さ300μmの活性領域105と、長さ300μmの第2のSSG−DBR型反射器領域106とで構成される。第1のSSG−DBR型反射器領域103には直流電流源118が接続され、周波数変調領域104には変調電圧源119が接続され、活性領域105には直流電流源120が接続され、第2のSSG−DBR型反射器領域106には直流電流源121が接続されている。第1のSSG−DBR型反射器領域103及び第2のSSG−DBR型反射器領域106には、凹凸形状の超周期型回折格子が加工されており、それぞれ櫛型の反射スペクトルを有する。
[Device configuration]
FIG. 4 shows the configuration of the optical modulation signal generating apparatus according to the first embodiment of the present invention. This apparatus has a configuration in which a DBR type frequency
EA型変調器102は、長さ200μmのEA型変調器領域107で構成される。EA型変調器領域107には、変調電圧源122が接続されている。
The EA modulator 102 includes an
本発明の実施例1にかかる光変調信号生成装置は、第1のSSG−DBR型反射器領域103、周波数変調領域104と、活性領域105と、第2のSSG−DBR型反射器領域106、EA型変調器領域107の順で構成されている。
An optical modulation signal generating apparatus according to Example 1 of the present invention includes a first SSG-
第1のSSG−DBR型反射器領域103は、n型電極116と、n型電極116上に形成されたn型InPクラッド層108と、n型InPクラッド層108上に形成されたInGaAsP層109と、InGaAsP層109上の第1の回折格子112と、第1の回折格子112上に形成されたp型InPクラッド層114と、p型InPクラッド層114上に形成されたコンタクト層115と、コンタクト層115上に形成されたp型電極117とで構成される。
The first SSG-
周波数変調領域104は、n型電極116と、n型電極116上に形成されたn型InPクラッド層108と、n型InPクラッド層108上に形成されたInGaAsP層109と、InGaAsP層109上に形成されたp型InPクラッド層114と、p型InPクラッド層114上に形成されたコンタクト層115と、コンタクト層115上に形成されたp型電極117とで構成される。
The
活性領域105は、n型電極116と、n型電極116上に形成されたn型InPクラッド層108と、n型InPクラッド層108上に形成された活性層用8層InGaAsP量子井戸層110と、活性層用8層InGaAsP量子井戸層110上に形成されたp型InPクラッド層114と、p型InPクラッド層114上に形成されたコンタクト層115と、コンタクト層115上に形成されたp型電極117とで構成される。
The
第2のSSG−DBR型反射器領域106は、n型電極116と、n型電極116上に形成されたn型InPクラッド層108と、n型InPクラッド層108上に形成されたInGaAsP層109と、InGaAsP層109上の第2の回折格子113と、第2の回折格子112上に形成されたp型InPクラッド層114と、p型InPクラッド層114上に形成されたコンタクト層115と、コンタクト層115上に形成されたp型電極117とで構成される。
The second SSG-DBR
EA型変調器領域107は、n型電極116と、n型電極116上に形成されたn型InPクラッド層108と、n型InPクラッド層108上に形成された強度変調層用8層InGaAsP量子井戸層111と、強度変調層用8層InGaAsP量子井戸層111上に形成されたp型InPクラッド層114と、p型InPクラッド層114上に形成されたコンタクト層115と、コンタクト層115上に形成されたp型電極117とで構成される。
The EA-
n型電極116は接地されており、n型InPクラッド層108はドーピング濃度が1018cm-3である。InGaAsP層109は、バンドギャップ波長1.3μm、厚さ300nmである。第1のSSG−DBR型反射器領域103のInGaAsP層109は、DBR層として用いられ、周波数変調領域104のInGaAsP層109は、周波数変調層として用いられる。活性層用8層InGaAsP量子井戸層110は、バンドギャップ波長1.55μm、厚さ200nmである。強度変調層用8層InGaAsP量子井戸層111は、バンドギャップ波長1.5μm、厚さ200nmである。第1の回折格子112及び第2の回折格子113は、ブラッグ波長が1.55μm、実効結合定数が30cm-1、反射ピーク間隔が5nm、反射ピーク数が9本である。第1の回折格子112と第2の回折格子113とでは、自由スペクトル領域(FSR)が60GHz異なっている。InGaAsP層109、活性層用8層InGaAsP量子井戸層110、及び強度変調層用8層InGaAsP量子井戸層111は、それぞれ導波路のコア層(図5のコア層123に相当する)として形成される。p型InPクラッド層114はドーピング濃度1018cm-3、厚さ1.5μmである。コンタクト層115はバンドギャップ波長1.5μm、ドーピング濃度1019cm-3、厚さ300nmである。各領域の間のコンタクト層115は、100μm間隔で形成されている。また、DBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102において光の導波方向に関して対向している面には、無反射コーティングが施されている。図4に示されるように、n型電極116、n型InPクラッド層108、及びp型InPクラッド層114は、DBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102の領域にわたり、光の導波方向に対して一様に形成されている。
The n-
図5は、光の導波方向に対して垂直方向のDBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102の断面を示す。DBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102は、導波路幅1.5μmのリッジ構造である。図4にも示したように、n型電極116上には、n型InPクラッド層108が形成されている。コア層123は、n型InPクラッド層108上に形成されコンタクト層115は、p型InPクラッド層114上に形成されている。リッジの両側には、SiO2絶縁膜124が形成され、SiO2絶縁膜124上にはベンゾシクロブテン(BCB)125が形成されている。平坦化されたコンタクト層115、SiO2絶縁膜124、及びBCB125上にはp型電極117が形成されている。
FIG. 5 shows a cross section of the DBR type frequency
[光変調信号の生成方法]
本装置の動作原理について説明する。直流電流源120によって活性領域105に電流を注入することにより、自然放出光が発生する。導波モードに結合した自然放出光は、第1のSSG−DBR型反射器領域103及び第2のSSG−DBR型反射器領域106のInGaAsP層109により反射され、活性層用8層InGaAsP量子井戸層110による誘導放出が発生する。第1の回折格子112及び第2の回折格子113は共に9本の反射ピークを有しているが、反射スペクトルのFSRが僅かに異なるため、単一波長のみを選択的に反射させることが可能である。誘導放出における光利得がDBR型周波数変調光源101の光吸収による損失を上回るとレーザ発振が生ずる。このときの発振周波数は、以下のように与えられる。
[Method for generating optical modulation signal]
The operation principle of this apparatus will be described. Spontaneous emission light is generated by injecting current into the
LはDBR型周波数変調光源101の実効共振器長であり、第1のSSG−DBR型反射器領域103及び第2のSSG−DBR型反射器領域106の実効長LDBRと、周波数変調領域104の長さLpと、活性層領域105の長さLaとの和である。neqは実効屈折率であり、全て均一であると仮定する。cは真空中の光速度である。mは発振縦モードを示す整数である。
L is the effective resonator length of the DBR type frequency
本発明において周波数変調領域104に対応する領域は、一般的なDBR型周波数変調光源においては、当該領域を電流変調することによって位相調整をする領域として用いられるが、以下に説明されるように、本発明においては、周波数変調領域104をバイアス変調することにより周波数変調をする領域として用いる。
In the present invention, the region corresponding to the
式(1)より、周波数変調領域104の実効屈折率がΔneq変化すると、発振周波数は以下のように変化することがわかる。
From the equation (1), it can be seen that when the effective refractive index of the
具体的には、DBR型周波数変調光源101の発振周波数は、変調電圧源119によって周波数変調領域104に電圧印加して、周波数変調領域104の実効屈折率を変えることによって変化することができる。したがって、印加電圧に変調信号を重畳させることで、DBR型周波数変調光源101の周波数変調動作が可能となる。印加電圧に関しては、逆バイアス方向に与えて、電圧の印加に伴って屈折率が変化する電気光学効果を用いてもよいし、順方向に与えて、電流によるキャリア効果を用いてもよい。変調効率の面では、順バイアスによる電流駆動が有利であるが、高速変調の面では、逆バイアス駆動の方が有利である。
Specifically, the oscillation frequency of the DBR type frequency
一般に、電圧印加による化合物半導体の屈折率変化は、光吸収変化とクラマース・クローニッヒとの関係により結びついており、屈折率変化には光吸収変化が伴う。この光吸収変化は、レーザの閾値電流値の変化を引き起こし、不要な強度変調の原因となる。強度変調動作が加わると、レーザの緩和振動が生じるために素子応答劣化の要因となる。 In general, the change in the refractive index of a compound semiconductor due to the application of a voltage is linked by the relationship between the change in light absorption and Kramers-Kronig, and the change in refractive index is accompanied by a change in light absorption. This change in light absorption causes a change in the threshold current value of the laser and causes unnecessary intensity modulation. When an intensity modulation operation is applied, relaxation oscillation of the laser is generated, which causes a deterioration in device response.
しかしながら、例えば、逆バイアスによる屈折率変調において、周波数変調領域104のバンドギャップ波長を使用領域に対して100nm以上短い波長に設定すれば、電圧印加に伴う光吸収による伝搬損失をほとんど無視することができる。したがって、本構成においては、周波数変調領域104のバンドギャップ波長を使用領域に対して100nm以上短い波長に設定することにより、強度変調のない理想的な周波数変調信号を生成することができる。
However, for example, in the refractive index modulation by reverse bias, if the band gap wavelength of the
一方、活性領域105の電流を変調することでも、強度変調成分及び断熱チャープ成分により周波数変調信号を生成できる。しかしながら、直接変調動作においては、活性領域105の電流変調の際に、高速動作時にレーザの緩和振動による変調帯域の制限が生じ、加えて変調時に不要な周波数チャープが加わる。したがって、本発明において活性領域105を電流変調するよりも、周波数変調領域104をバイアス変調する方が高速動作面でより効果的であるため、周波数変調領域104をバイアス変調する。
On the other hand, by modulating the current in the
上述のように周波数変調領域104をバイアス変調することにより生成された強度変調のない周波数変調信号に対し、EA型変調器領域107で強度変調を付加する。図6は、電圧印加によるEA型変調器領域107の変調動作を示す。EA型変調器102においては、コア層123のバンド端波長がレーザの駆動波長1.55μmに対して短波長側に設定されているため、低バイアス電圧の場合は信号の伝搬損失が小さい。一方、逆バイアスを印加すると、量子閉じ込めシュタルク効果により電子とホールとの包絡線関数の重なりが小さくなり、励起子吸収ピークが小さくなると共に、バンドの傾きにより光吸収波長が長波長側にシフトし、伝搬損失が増大する。この動作を利用して、逆バイアス電圧に変調信号を重畳することで、強度変調信号を生成することが可能である。
Intensity modulation is added in the EA
一般に、EA型変調器においては、先述のクラマース・クローニッヒの関係により、逆バイアスによる吸収係数変化に伴う屈折率変化が生じ、周波数チャープの原因となるが、量子井戸の設計により、ゼロチャープ又は負チャープ動作を実現することも可能である。以上の特性を組み合わせることで、周波数変調及び強度変調の機能を組み合わせた光変調信号を生成することができる。 In general, in the EA type modulator, the refractive index change due to the change of the absorption coefficient due to the reverse bias occurs due to the above-mentioned Kramers-Kronig relationship, which causes the frequency chirp, but depending on the design of the quantum well, zero chirp or negative chirp It is also possible to realize the operation. By combining the above characteristics, an optical modulation signal combining the functions of frequency modulation and intensity modulation can be generated.
また、本構成は、DBR型周波数変調光源101にSSG−DBR構造を採用している。そのため、第1のSSG−DBR型反射器領域103及び第2のSSG−DBR型反射器領域106への電流注入により、バーニア効果を利用して微小な波長の変化を拡大し、波長可変領域40nmにわたる広帯域な波長切替動作が実現できる。駆動波長を変えた場合は波長依存性が問題となり、変調時の駆動条件の変化が懸念されるが、本構成のDBR型周波数変調光源101は波長依存性が小さいため、駆動条件を変えることなく同等の変調特性を得ることができる。また、EA型変調器102においては、バンド端吸収の波長依存性の問題があるが、バイアス電圧と変調振幅とを調整することで、広帯域にわたり高い消光比を確保することが可能である。
Further, this configuration employs an SSG-DBR structure for the DBR type frequency
[光ファイバ伝送方法]
本装置を用いて光ファイバ伝送を行う手法について説明する。活性領域105に電流注入を行うことに加え、第1のSSG−DBR型反射器領域103及び第2のSSG−DBR型反射器領域106に電流注入を行い、発振波長1.55μmでのレーザ発振を行う。加えて、周波数変調領域104及びEA型変調器領域107にビットレート10Gb/sのNRZ変調信号を重畳した逆バイアスを印加する。EA型変調器領域107のチャープはゼロとする。周波数変調領域104とEA型変調器102とを同一のビットパターンを用いて駆動し、EA型変調器102に入力された周波数変調信号とEA型変調器102において生成される強度変調信号との間の同期を取るためには、以下の手法を用いることが可能である。
[Optical fiber transmission method]
A method of performing optical fiber transmission using this apparatus will be described. In addition to performing current injection into the
例えば、周波数変調信号に対して強度変調の応答が遅れる場合は、周波数変調信号の入力信号を遅延するために、変調電圧源119と周波数変調領域104の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長を、変調電圧源122とEA型変調器領域107の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長に対して長くすればよい。また、周波数変調信号に対して強度変調の応答が早い場合は、強度変調信号を遅延するために、変調電圧源119と周波数変調領域104の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長を、変調電圧源122とEA型変調器領域107の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長に対して短くすればよい。遅延時間はケーブル又は配線長を調整することで、任意に調整が可能である。また、同様の機能は、メモリ等を用いても実現することが可能である。以上の手法により、EA型変調器102に入力された周波数変調信号とEA型変調器102において生成される強度変調信号とを同期させることができる。
For example, when the intensity modulation response is delayed with respect to the frequency modulation signal, the cable length for transmitting the electric signal connecting the
図7は、EA型変調器領域107のチャープがゼロの条件で本装置を駆動した場合の光変調信号の波形を示す。図7(a)は、光変調信号生成装置から出力される光変調信号の光強度−時間特性を示し、図7(b)は、光変調信号生成装置から出力される光変調信号の周波数−時間特性を示す。図7(a)、(b)に示されるように、光変調信号生成装置から出力される光変調信号は、光強度と同相の周波数変調が加わった波形となっている。強度変調と同相の周波数変調を有する光変調信号は、強度変調のみの場合と比較してスペクトル幅が狭くなり、光ファイバ伝送時の波長分散耐性が向上する。以下に、特にスペクトル幅が狭く、波長分散耐性効果が高い変調条件について説明する。
FIG. 7 shows the waveform of an optical modulation signal when this apparatus is driven under the condition that the chirp of the EA
光変調信号生成装置から出力される光変調信号において、消光比ERを1レベルの光強度I1と0レベルの光強度I0の比I1/I0により定義し、周波数変調振幅Δf(GHz)、ビットレートB(Gb/s)、および消光比ERが以下の関係となるように光変調信号生成装置を調整する。 In the optical modulation signal output from the optical modulation signal generator, the extinction ratio ER is defined by the ratio I 1 / I 0 of the light intensity I 1 of 1 level and the light intensity I 0 of 0 level, and the frequency modulation amplitude Δf (GHz) ), The bit rate B (Gb / s), and the extinction ratio ER are adjusted so that the optical modulation signal generation device is adjusted as follows.
この駆動条件は、変調信号の側波帯が消える条件となっており、スペクトル幅が狭くなることで伝送時の波長分散耐性が飛躍的に向上する。本実施例の構成においては、逆バイアス動作を用いて式(3)を満たす駆動条件を示す。ここでは、消光比を10dBとし、Δfを4GHzとなるように光変調信号生成装置の駆動を行った。本実施例の装置構成においては、式(1)に従う周波数変化量は、2GHz/Vである。従って、周波数変調領域104には、4GHzの周波数変調量を得るために、バイアス電圧−2V、変調振幅電圧2Vを印加した。活性領域105の電流は30mAである。また、EA型変調器領域107には、消光比ER=10、すなわち10dBを得るために、バイアス電圧−1V、変調振幅電圧2Vを印加した。上記のように変調ビットレート、消光比、周波数変調振幅を調整することにより、狭帯域の光変調スペクトルを得ることができる。これにより、波長分散耐性に強い光ファイバ伝送が実現される。
This driving condition is a condition in which the sideband of the modulation signal disappears, and the chromatic dispersion tolerance during transmission is drastically improved by narrowing the spectrum width. In the configuration of the present embodiment, a driving condition that satisfies the expression (3) is shown using a reverse bias operation. Here, the optical modulation signal generating device was driven so that the extinction ratio was 10 dB and Δf was 4 GHz. In the apparatus configuration of the present embodiment, the frequency change amount according to the equation (1) is 2 GHz / V. Therefore, a bias voltage of −2 V and a modulation amplitude voltage of 2 V are applied to the
図8は、光ファイバの波長分散が16.3ps/nm/kmの場合の、本発明に係る光変調信号生成装置におけるNRZ信号の伝送波形を示す。図8(a)は、信号の初期データの波形を示し、図8(b)は100km伝送後の信号の波形を示し、図8(c)は200km伝送後の信号の波形を示す。図8(b)、(c)に示すように、100km伝送時において明瞭なアイ開口が観測され、200km伝送時においてもアイ開口を保つことができた。なお、周波数変調信号の変調方向と強度変調信号の変調方向の関係を本実施例と逆相にしても同等の効果を得ることができる。 FIG. 8 shows the transmission waveform of the NRZ signal in the optical modulation signal generating apparatus according to the present invention when the chromatic dispersion of the optical fiber is 16.3 ps / nm / km. FIG. 8A shows the waveform of the initial data of the signal, FIG. 8B shows the waveform of the signal after 100 km transmission, and FIG. 8C shows the waveform of the signal after transmission of 200 km. As shown in FIGS. 8B and 8C, a clear eye opening was observed at 100 km transmission, and the eye opening could be maintained even at 200 km transmission. The same effect can be obtained even if the relationship between the modulation direction of the frequency modulation signal and the modulation direction of the intensity modulation signal is opposite to that of the present embodiment.
また、EA型変調器102の駆動に伴う周波数チャープを利用して、さらに伝送特性を改善することができる。図9は、EA型変調器102のNRZ信号駆動時の周波数チャープ特性を示す。図9(a)は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号の光強度−時間特性を示す。図9(b)は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図9(a)、(b)に示されるように、強度変調信号の周波数は、光強度のパルスの立ち上がり時に増加し、立下り時に減少する。一方、図9(c)は、負のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号の光強度−時間特性を示す。図9(d)は、負のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図9(c)、(d)に示されるように、強度変調信号の周波数は、光強度のパルスの立ち上がりに減少し、立下り時に増加する。
In addition, the transmission characteristics can be further improved by using the frequency chirp accompanying the driving of the
この周波数チャープ特性を利用することで、さらに伝送特性を向上させることができる。図10は、周波数チャープ特性を利用した変調手法を示す。図10(a)、(b)は、DBR型周波数変調光源101によって生成された、強度変調のない周波数変調信号特性を示す。また、図10(a)はDBR型周波数変調光源101の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図10(b)はDBR型周波数変調光源101の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。図10(c)、(d)は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号特性を示す。また、図10(c)はEA型変調器102の強度変調信号の光強度−時間特性を示し、図10(d)はEA型変調器102の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図10(e)、(f)は、光変調信号生成装置において、図10(a)、(b)で示される周波数変調信号に図10(c)、(d)で示される強度変調をかけた場合の光変調信号生成装置の光変調信号特性を示す。図10(e)は光変調信号生成装置の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図10(f)は光変調信号生成装置の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。
By using this frequency chirp characteristic, the transmission characteristic can be further improved. FIG. 10 shows a modulation method using frequency chirp characteristics. 10A and 10B show frequency modulation signal characteristics without intensity modulation generated by the DBR type frequency
DBR型周波数変調光源101によって生成された図10(a)、(b)で示される周波数変調信号に、図10(c)、(d)で示される変調特性を有するEA型変調器102を用いて強度変調をかける。図10(e)、(f)に示されるように、光変調信号生成装置において、光強度が変調され、同時に周波数チャープ特性が変化した光変調信号が生成される。具体的には、図10(f)に示されるように、パルスの立ち上がりが急峻になる一方で、パルスの立下りにおいては急峻なチャープ変化が生じ、負の方向に大きく偏った特性が得られる。この効果によって、信号の遷移領域における位相変化が急峻となり、不要な周波数成分が除かれることで波長分散耐性が向上し、更に波長分散耐性に強い光ファイバ伝送が実現される。
The
最適な条件の目安は、図10(e)、(f)に示したように、DBR型周波数変調光源101と同じ周波数変調振幅をEA型変調器102に与え、光変調信号の1レベルのビットに対する周波数変調量がフラットとなり、0レベルのビットに対する周波数変調量のみが大きく負のチャープ側にシフトする条件である。そのような条件を得るためには、所望の消光比を得た際の周波数変調量が得られるようにチャープパラメータを設計すればよい。
As shown in FIGS. 10 (e) and 10 (f), the optimum condition is obtained by applying the same frequency modulation amplitude as that of the DBR type frequency
図11は、EA型変調器の正の周波数チャープ特性を利用した変調手法による本発明の光変調信号生成装置から出力される光変調信号の伝送結果を示す。図11(a)は、信号の初期データの波形を示し、図11(b)は100km伝送後の信号の波形を示し、図11(c)は200km伝送後の信号の波形を示す。駆動条件は、先述の構成と同様であり、ビットレートは10Gb/sであり、動作波長は1.5μmであり、周波数変調振幅は4GHzであり、EA型変調器102のチャープパラメータは0.6である。
FIG. 11 shows a transmission result of an optical modulation signal output from the optical modulation signal generation apparatus of the present invention by a modulation technique using the positive frequency chirp characteristic of the EA type modulator. 11A shows the waveform of the initial data of the signal, FIG. 11B shows the waveform of the signal after 100 km transmission, and FIG. 11C shows the waveform of the signal after transmission of 200 km. The driving conditions are the same as in the above-described configuration, the bit rate is 10 Gb / s, the operating wavelength is 1.5 μm, the frequency modulation amplitude is 4 GHz, and the chirp parameter of the
図11(c)に示すように、200kmにわたりアイ開口が確認され、EA型変調器102のチャープパラメータを0とした図8の場合よりも、図10のようにEA型変調器102が正のチャープパラメータを有する場合の方がさらに伝送特性を向上させることができた。なお、周波数変調信号の変調方向と強度変調信号の変調方向の関係を本実施例と逆相としても、同様の効果を得ることができる。通常、EA型変調器102を用いた伝送においては、負のチャープパラメータとすることで波長分散耐性が向上するが、本発明では正のチャープパラメータを有するEA型変調器102を用いることでさらに大幅に伝送特性を改善できる点が大きな特徴である。一般的なEA型変調器は、逆バイアスの印加電圧が小さい場合、チャープパラメータが正となり、印加電圧を増加するに従ってチャープパラメータは負となる。従って、通常のEA型変調器を負チャープ領域で動作させる手法と比較して、駆動電圧を抑制できる点も特徴である。さらに、量子閉じ込めシュタルク効果の部分で説明した通り、EA型変調器においては駆動電圧が低い場合に伝播損失が小さいため、低バイアス駆動はレーザの出力強度においても有利である。
As shown in FIG. 11C, the eye opening is confirmed over 200 km, and the
なお、本実施例においては、EA型変調器102の駆動に伴う周波数チャープが正の場合に飛躍的に伝送距離が伸びる効果を示したが、EA型変調器102の周波数チャープが負の場合においても、信号の遷移領域における位相変化が急峻となり、不要な周波数成分が除かれる効果は同様である。EA型変調器102の周波数チャープが負の場合は、正チャープの場合と比較して効果の程度は小さくなるが、波長分散耐性に強い光ファイバ伝送が実現され、周波数チャープが0の場合に対して波長分散耐性が向上し、伝送特性を改善することができる。
In the present embodiment, the effect of dramatically increasing the transmission distance when the frequency chirp associated with the driving of the
また、DBR型周波数変調光源101の駆動により、EA型変調器102により生じる周波数チャープを補償することも可能である。図12は、EA型変調器102により生じる周波数チャープを補償するための周波数変調光源101の駆動の動作例を示す。図12(a)、(b)は、DBR型周波数変調光源101の周波数変調信号特性を示す図である。また、図12(a)はDBR型周波数変調光源101の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図12(b)はDBR型周波数変調光源101の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。図12(c)、(d)は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号特性を示す。また、図12(c)はEA型変調器102の強度変調信号の光強度−時間特性を示し、図12(d)はEA型変調器102の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図12(e)、(f)は、光変調信号生成装置において、図10(a)、(b)で示される周波数変調信号に図10(c)、(d)で示される強度変調をかけた場合の光変調信号生成装置の光変調信号特性を示す。図12(e)は光変調信号生成装置の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図12(f)は光変調信号生成装置の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。
Further, the frequency chirp generated by the
図12(b)、(d)に示されるように、周波数変調信号の周波数変調成分と強度変調により生成される周波数変調成分は、互いに逆相になっている。さらに、周波数変調信号の周波数変調成分の振幅の大きさと強度変調により生成される周波数変調振幅の大きさが等しくなるように、DBR型周波数変調光源101の周波数変調振幅が調整されている。信号の遷移領域においてパルス状の周波数変調信号を周波数変調領域に与えることで、EA型変調器102側の周波数チャープを相殺することができる。このとき、図12(e)、(f)に示すように、周波数変調成分のない、強度変調成分のみを有するNRZ信号を生成することができる。
As shown in FIGS. 12B and 12D, the frequency modulation component of the frequency modulation signal and the frequency modulation component generated by intensity modulation are in opposite phases to each other. Further, the frequency modulation amplitude of the DBR type frequency
図13は、図12で示される駆動動作によって光変調信号生成装置から出力される光変調信号の伝送特性を示す。図13(a)は、信号の初期データの波形を示し、図13(b)は50km伝送後の信号の波形を示し、図13(c)は100km伝送後の信号の波形を示す。EA型変調器102側の周波数チャープを相殺することにより、図13に示すように、図11(c)と比較して、100kmにわたりさらに明瞭なアイ開口を得ることができた。
FIG. 13 shows the transmission characteristics of the optical modulation signal output from the optical modulation signal generator by the driving operation shown in FIG. 13A shows the waveform of the initial data of the signal, FIG. 13B shows the waveform of the signal after 50 km transmission, and FIG. 13C shows the waveform of the signal after 100 km transmission. By canceling the frequency chirp on the
図14は、DBR型周波数変調光源101の駆動用信号の生成方法について説明する図である。図14(a)は、DBR型周波数変調光源101の元信号の電気波形と、元信号を遅延した遅延信号の電気波形とを示す。図14(b)は、元信号の電気波形と遅延信号の電気波形との差分をとったときの波形を示す。図14(a)において元信号の電気波形は実線で示され、遅延信号は点線で示される。例えば、図14(a)に示すように、信号列と、ビット間隔よりも短い遅延を与えた信号列とのビットの差分を取る。生成されるパルスは図14(b)となり、図10(d)、図12(d)と同等の、信号の遷移領域に対応する変調パルスとなっている。NRZ信号であれば、元信号に1ビットの遅延を与えて振幅の差分をとる。RZ信号であれば、1ビットよりも短い遅延時間を与えて振幅の差分をとればよい。あるいは、トランジスタの過渡応答を用いる手法等も適用可能である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a method of generating a driving signal for the DBR type frequency
また、同様の手法を用いれば、EA型変調器102により生じた周波数チャープを反転させることも可能である。図15は、EA型変調器102により生じた周波数チャープを反転させる場合のDBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102の動作例を示す。図15(a)、(b)は、DBR型周波数変調光源101の周波数変調信号特性を示す図である。図15(a)はDBR型周波数変調光源101の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図15(b)はDBR型周波数変調光源101の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。図15(c)、(d)は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器102の強度変調信号特性を示す。図15(c)はEA型変調器102の強度変調信号の光強度−時間特性を示し、図15(d)はEA型変調器102の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図15(e)、(f)は、光変調信号生成装置において、図15(a)、(b)で示される周波数変調信号に図15(c)、(d)で示される強度変調をかけた場合の光変調信号生成装置の光変調信号特性を示す。図15(e)は光変調信号生成装置の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図15(f)は光変調信号生成装置の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。
If a similar method is used, the frequency chirp generated by the EA modulator 102 can be inverted. FIG. 15 shows an operation example of the DBR type frequency
図15(b)、(d)に示すように、周波数変調光源101の周波数変調信号の周波数変調振幅が、チャープパラメータが正であるEA型変調器102の強度変調信号の周波数変調振幅よりも大きい場合、信号の遷移領域においてパルス状の周波数変調信号を周波数変調領域に与えることで、図15(f)に示すようなEA型変調器102側の周波数チャープを逆符号のチャープに変換することができる。このとき、図9(a)(b)に示すような負のチャープパラメータを有するEA型変調器の変調信号と同等のNRZ信号を生成することができる。
As shown in FIGS. 15B and 15D, the frequency modulation amplitude of the frequency modulation signal of the frequency
図16は、EA型変調器102により生じた周波数チャープを反転させる場合の光変調信号生成装置の伝送特性を示す。図16(a)は、信号の初期データの波形を示し、図16(b)は50km伝送後の信号の波形を示し、図16(c)は100km伝送後の信号の波形を示す。EA型変調器102により生じた周波数チャープを反転させることにより、図16に示すように、図13と比較して、100kmにわたりさらに明瞭なアイ開口を得ることができた。
FIG. 16 shows the transmission characteristics of the optical modulation signal generating apparatus when the frequency chirp generated by the
上記のように、強度変調信号において生ずる周波数チャープを周波数変調信号により補償する、あるいは負チャープに変換することで、EA型変調器102が正のチャープを有する場合においても、波長分散耐性が高い光ファイバ伝送を実現できる。
As described above, the frequency chirp generated in the intensity modulation signal is compensated by the frequency modulation signal or converted into a negative chirp, so that even when the
[装置の構成]
本発明の実施例2にかかる光変調信号生成装置の構成を示す。EA型変調器102においては、最適な駆動バイアスを設定する必要があるが、バンドギャップ波長と駆動波長とが近いため、図17に示したように、バイアス電圧を印加した際に伝搬損失が生じることが避けられない。図17は、その損失補償のために半導体光増幅器(SOA)を集積した構成を示す。
[Device configuration]
2 shows a configuration of an optical modulation signal generating apparatus according to
本発明の実施例2にかかる光変調信号生成装置は、DBR型周波数変調光源101と、SOA126と、EA型変調器102がモノリシックに集積された構成である。DBR型周波数変調光源101とEA型変調器102との間にSOA126が配置されている。DBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102は、実施例1と同様の構成である。
The optical modulation signal generating apparatus according to the second embodiment of the present invention has a configuration in which a DBR type frequency
本発明の実施例2にかかる光変調信号生成装置は、第1のSSG−DBR型反射器領域103、周波数変調領域104と、活性領域105と、第2のSSG−DBR型反射器領域106、SOA領域127、EA型変調器領域107の順で構成されている。
The optical modulation signal generating apparatus according to Example 2 of the present invention includes a first SSG-
SOA領域127は長さ400μmであり、光増幅用の直流電流源129が接続されている。SOA領域127は、n型電極116と、n型電極116上に形成されたn型InPクラッド層108と、n型InPクラッド層108上に形成されたSOA用8層InGaAsP量子井戸層128と、SOA用8層InGaAsP量子井戸層128上に形成されたp型InPクラッド層114と、p型InPクラッド層114上に形成されたコンタクト層115と、コンタクト層115上に形成されたp型電極117とで構成される。SOA用8層InGaAsP量子井戸層128は、活性層用8層InGaAsP量子井戸層110と同一構造で形成しているが、別構成でも構わない。
The
n型電極116は接地されており、n型InPクラッド層108はドーピング濃度が1018cm-3である。SOA用8層InGaAsP量子井戸層128は、バンドギャップ波長1.55μm、厚さ200nmである。p型InPクラッド層114はドーピング濃度1018cm-3、厚さ1.5μmである。コンタクト層115はバンドギャップ波長1.5μm、ドーピング濃度1019cm-3、厚さ300nmである。各領域の間のコンタクト層115は、100μm間隔で形成されている。また、DBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102において光の導波方向に関して対向している面には、無反射コーティングが施されている。図17に示されるように、n型電極116、n型InPクラッド層108、及びp型InPクラッド層114は、DBR型周波数変調光源101、EA型変調器102及びSOA126の領域にわたり、光の導波方向に対して一様に形成されている。InGaAsP層109、活性層用8層InGaAsP量子井戸層110、強度変調層用8層InGaAsP量子井戸層111、及びSOA用8層InGaAsP量子井戸層128は、それぞれ導波路のコア層(図5のコア層123に相当する)として形成される。
The n-
光の導波方向に対して垂直方向のDBR型周波数変調光源101又はEA型変調器102の断面図は、実施例1に示した図5と同様である。
A cross-sectional view of the DBR type frequency
[光変調信号の生成方法と光ファイバ伝送方法]
本装置においては、実施例1と同様の周波数変調と強度変調とを組み合わせた変調動作に加え、SOA領域128への電流注入により、SOA用8層InGaAsP量子井戸層128の誘導放出による光増幅動作が実現できる。このことにより、レーザの高出力動作が実現できる。実施例2の特徴は、DBR型周波数変調光源101とEA型変調器102との間にSOA123を配置していることにある。
[Generation method of optical modulation signal and optical fiber transmission method]
In this apparatus, in addition to the modulation operation combining the frequency modulation and the intensity modulation as in the first embodiment, the optical amplification operation by the stimulated emission of the eight-layer InGaAsP quantum well layer 128 for SOA by the current injection into the
従来例として、例えば、電界吸収変調器集積型DFB−LDの後段にSOAを集積する場合を考える。このとき、強度変調信号がSOAにおいて増幅されるが、SOA内で光強度の変化に伴うキャリア数の変化による応答劣化、いわゆるパターン効果が生じるため、高速変調信号時に波形劣化が生じる。一方、実施例1で述べたように、本構成のDBR型周波数変調光源101からは、強度変調成分のない周波数変調信号が生成されるため、SOA123における光増幅においてはパターン効果が発生しない。したがって、周波数変調、強度変調の信号劣化を行うことなく、高出力化を行うことができる。実施例2に係る構成を用いて、実施例1に示した駆動条件の下で光ファイバ伝送を行うことで、更なる長距離伝送化が可能となる。実施例2に係る装置構成においては、光変調信号生成装置がDBR型周波数変調光源101とEA型変調器102の間にSOA123を有することで、パターン効果に強い、高速かつ高出力な変調動作を実現することが可能となる。
As a conventional example, for example, a case where SOA is integrated in the subsequent stage of an electroabsorption modulator integrated DFB-LD is considered. At this time, the intensity-modulated signal is amplified in the SOA, but a response deterioration due to a change in the number of carriers accompanying a change in the light intensity, that is, a so-called pattern effect occurs in the SOA. On the other hand, as described in the first embodiment, a frequency modulation signal without an intensity modulation component is generated from the DBR type frequency
[その他の構成]
以上の実施例においては、InGaAsP材料系におけるDBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102の構造を示したが、本構成が材料に限定されるものでなく、InAlGaAs系等、他の化合物半導体デバイスに適用できることは明らかである。また、本構成は、周波数変調光源と強度変調器とを組み合わせることにより実現されるものである。そのため、周波数変調光源は、本実施例で例に挙げたSSG−DBRレーザのみならず、通常のDBRレーザ、SG−DBRレーザ、二重共振器型リング型レーザ、DFB(Distributed Feedback)レーザなどの構成に適用することが可能であるし、強度変調器に関しては、マッハ・ツェンダ型変調器を適用することも可能である。
[Other configurations]
In the above embodiments, the structures of the DBR type frequency
特に、DFBレーザの直接変調を周波数変調光源として適用する場合は、DFBレーザの共振器長を一般的なものよりも短くした上で、DFBレーザと変調器との間にSOAを加えた構成とするのがよい。これは、本発明をDFBレーザに適用する場合にはDFBレーザの共振器長を一般的な長さ(典型的には450μm以上)より短くする必要があり、それによりレーザの出力光強度が低下する分をSOAによって補う必要があるためである。 In particular, when direct modulation of the DFB laser is applied as a frequency modulation light source, the cavity length of the DFB laser is made shorter than a general one, and SOA is added between the DFB laser and the modulator. It is good to do. This is because when the present invention is applied to a DFB laser, the resonator length of the DFB laser needs to be shorter than a general length (typically 450 μm or more), thereby reducing the output light intensity of the laser. This is because it is necessary to make up for what is done with SOA.
DFBレーザを周波数変調光源として用いると、周波数変調と同時に強度変調を生じることが知られている。これは、周波数変調の変調強度はΔn/n(nは変調器の活性層の屈折率、Δnは変調電流による屈折率の変化)で決まり、Δnは変調電流の電流密度の平方根に比例するため、レーザの共振器が長くなるに従い変調に要する電流値が大きくなるが、この電流により出力光強度に意図しない強度変調が加わってしまうためである。レーザの共振器が一般的な長さ程度の場合でも、周波数変調に伴う強度変調が無視できない大きさで表れ、チャープが大きくなって伝送距離が理論通りに長くならない。また、DFBレーザの出力を補うためにSOAを設ける場合においても、先に述べた通り、一般にSOAは強度変調を伴う光を入力するとパターン効果がでて出力光強度が不安定になるという問題があることから、意図しない強度変調は避けたい。このような、DFBレーザで周波数変調したときの意図しない強度変調を避けるためには、共振器長を300μm以下まで短くし、周波数変調に必要な電流量を小さくする構成がよい。短くすればするほど、強度変調がチャープの影響があまり無い十分小さなところで有効な周波数変調量が得られるようになり、かつ強度変調が小さいのでSOA集積しても影響がなく、共振器長を短くしたことによる出力光強度の低下分をSOAで補うことが可能である。ただし、共振器長を短くしすぎると、出力光強度が小さくなりすぎてSOAでの増幅時にノイズが乗りやすくなるほか、レーザ発振自体が不安定になる。そのような問題を生じさせないため、共振器長は30μm以上あることが望ましい。上記の理由から、DFBレーザの共振器長を一般的なものよりも短くした上で、DFBレーザと変調器との間にSOAを加えた構成とすることが望ましい。 It is known that when a DFB laser is used as a frequency modulation light source, intensity modulation occurs simultaneously with frequency modulation. This is because the modulation intensity of frequency modulation is determined by Δn / n (where n is the refractive index of the active layer of the modulator, Δn is the change in refractive index due to the modulation current), and Δn is proportional to the square root of the current density of the modulation current. This is because the current value required for modulation increases as the laser resonator lengthens, but this current causes unintentional intensity modulation to be added to the output light intensity. Even when the laser resonator has a general length, the intensity modulation accompanying the frequency modulation appears in a non-negligible size, the chirp becomes large, and the transmission distance does not become as theoretically long. In addition, even when an SOA is provided to supplement the output of the DFB laser, as described above, the SOA generally has a problem that when the light with intensity modulation is input, a pattern effect appears and the output light intensity becomes unstable. For this reason, we want to avoid unintentional intensity modulation. In order to avoid such unintended intensity modulation when frequency modulation is performed with the DFB laser, it is preferable to shorten the resonator length to 300 μm or less and to reduce the amount of current necessary for frequency modulation. The shorter it is, the more effective frequency modulation can be obtained where the intensity modulation is not sufficiently affected by the chirp, and since the intensity modulation is small, there is no effect even if SOA is integrated, and the resonator length is shortened. It is possible to compensate for the decrease in the output light intensity caused by the SOA. However, if the resonator length is made too short, the output light intensity becomes too small, making it easier to ride noise during amplification with the SOA and making the laser oscillation itself unstable. In order not to cause such a problem, the resonator length is desirably 30 μm or more. For the above reasons, it is desirable that the DFB laser has a resonator length shorter than that of a general one and that SOA is added between the DFB laser and the modulator.
また、DBR型周波数変調光源101及びEA型変調器102の駆動条件における周波数変調と強度変調との関係は、式(3)で厳密に限定されるものではない。強度変調信号に対して周波数変調を与えることができれば、効果の度合いは異なるが、波長分散耐性を上げることが得ることができる。また、異なるビットレートに対しても、式(3)を目安として駆動条件を設定すればよい。例えば、40Gb/s動作の場合は、消光比10dBにおける周波数変調量を16GHzとすれば同様の効果が得られる。
Further, the relationship between the frequency modulation and the intensity modulation under the driving conditions of the DBR type frequency
101 SSG−DBR型周波数変調光源
102 EA型変調器
103 第1のSSG−DBR型反射器領域
104 周波数変調領域
105 活性領域
106 第2のSSG−DBR型反射器領域
107 EA型変調器領域
108 n型InPクラッド層
109 InGaAsP層
110 InGaAsP量子井戸層
111 InGaAsP量子井戸層
112 第1の回折格子
113 第2の回折格子
114 p型InPクラッド層
115 コンタクト層
116 n型電極
117 p型電極
118 直流電流源
119 変調電圧源
120 直流電流源
121 直流電流源
122 変調電圧源
123 コア層
124 SiO2絶縁膜
125 BCB
126 SOA
127 SOA領域
128 InGaAsP量子井戸層
129 直流電流源
101 SSG-DBR type frequency
126 SOA
127
Claims (12)
前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器とを同一のビットパターンを用いて駆動することを特徴とする光変調信号生成方法。 A frequency modulation light source that generates and outputs a frequency modulation signal, and an intensity modulator that generates an intensity modulation signal, inputs the frequency modulation signal, and adds intensity modulation to the frequency modulation signal by the intensity modulation signal An optical modulation signal generation method for generating an optical modulation signal using an optical modulation signal generation device to be used,
The optical modulation signal generation device drives the frequency modulation light source and the intensity modulator using the same bit pattern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010019467A JP5373653B2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Optical modulation signal generation apparatus and optical modulation signal generation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010019467A JP5373653B2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Optical modulation signal generation apparatus and optical modulation signal generation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011159752A true JP2011159752A (en) | 2011-08-18 |
JP5373653B2 JP5373653B2 (en) | 2013-12-18 |
Family
ID=44591463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010019467A Expired - Fee Related JP5373653B2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Optical modulation signal generation apparatus and optical modulation signal generation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5373653B2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013046475A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-04-04 | Renesas Electronics Corporation | Apparatus and method of a concurrent data transfer of multiple regions of interest (roi) in an simd processor system |
JP2013197815A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Modulation light source and method of generating modulation signal |
JP2013219600A (en) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical transmission system |
KR20150135521A (en) * | 2013-03-29 | 2015-12-02 | 린텍 가부시키가이샤 | Gas barrier laminate, member for electronic device, and electronic device |
JP2017011177A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 日本電信電話株式会社 | Optical modulation signal generation device and optical modulation signal generation method |
WO2018146749A1 (en) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 古河電気工業株式会社 | Wavelength variable laser device |
JPWO2020240794A1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | ||
JP2021033250A (en) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 日本ルメンタム株式会社 | Electric field absorption optical modulator and manufacturing method of the same |
WO2023228403A1 (en) * | 2022-05-27 | 2023-11-30 | 日本電信電話株式会社 | Optical device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09246633A (en) * | 1996-03-06 | 1997-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | Light source for optical communication |
JP2003322830A (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Toshiba Corp | Optical modulator and optical modulation method |
-
2010
- 2010-01-29 JP JP2010019467A patent/JP5373653B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09246633A (en) * | 1996-03-06 | 1997-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | Light source for optical communication |
JP2003322830A (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Toshiba Corp | Optical modulator and optical modulation method |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013046475A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-04-04 | Renesas Electronics Corporation | Apparatus and method of a concurrent data transfer of multiple regions of interest (roi) in an simd processor system |
JP2013197815A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Modulation light source and method of generating modulation signal |
JP2013219600A (en) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical transmission system |
KR20150135521A (en) * | 2013-03-29 | 2015-12-02 | 린텍 가부시키가이샤 | Gas barrier laminate, member for electronic device, and electronic device |
KR102267093B1 (en) | 2013-03-29 | 2021-06-18 | 린텍 가부시키가이샤 | Gas barrier laminate, member for electronic device, and electronic device |
JP2017011177A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 日本電信電話株式会社 | Optical modulation signal generation device and optical modulation signal generation method |
US10965094B2 (en) | 2017-02-08 | 2021-03-30 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Wavelength-tunable laser device |
WO2018146749A1 (en) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | 古河電気工業株式会社 | Wavelength variable laser device |
JPWO2018146749A1 (en) * | 2017-02-08 | 2019-12-12 | 古河電気工業株式会社 | Tunable laser device |
WO2020240794A1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | 日本電信電話株式会社 | Wavelength-variable dbr semiconductor laser |
JPWO2020240794A1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | ||
JP7265198B2 (en) | 2019-05-30 | 2023-04-26 | 日本電信電話株式会社 | Tunable DBR semiconductor laser |
US11862935B2 (en) | 2019-05-30 | 2024-01-02 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Tunable DBR semiconductor laser |
JP2021033250A (en) * | 2019-08-19 | 2021-03-01 | 日本ルメンタム株式会社 | Electric field absorption optical modulator and manufacturing method of the same |
JP7301709B2 (en) | 2019-08-19 | 2023-07-03 | 日本ルメンタム株式会社 | Electro-absorption optical modulator and manufacturing method thereof |
WO2023228403A1 (en) * | 2022-05-27 | 2023-11-30 | 日本電信電話株式会社 | Optical device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5373653B2 (en) | 2013-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5373653B2 (en) | Optical modulation signal generation apparatus and optical modulation signal generation method | |
JP5823920B2 (en) | Semiconductor optical integrated device | |
CN101682166B (en) | Optical modulation signal generation device and optical modulation signal generation method | |
US20080025358A1 (en) | Carrier-suppressed optical pulse train generation method and mode-locked semiconductor laser diode for realizing this method | |
US8420993B2 (en) | Optical signal generator and method for adjusting the same having a reflecting mirror to define another cavity different from the cavity of a single mode laser | |
JPH11195844A (en) | Laser transmitter for reduced signal distortion | |
KR100566195B1 (en) | Duo-binary optical transmitter using semiconductor optical amplifier | |
de Valicourt et al. | Photonic integrated circuit based on hybrid III–V/silicon integration | |
JP2013168500A (en) | Optical semiconductor device | |
JP5189956B2 (en) | Optical signal processing device | |
KR100520648B1 (en) | Duo-binary optical transmitter using semiconductor optical amplifier | |
JP6454256B2 (en) | Wavelength multiplexed optical transmitter | |
JP6034811B2 (en) | Wavelength multiplexing transmitter | |
US20220360038A1 (en) | Systems and methods for external modulation of a laser | |
JP2010050135A (en) | Semiconductor optical integrated device and optical communication apparatus | |
JP2011181789A (en) | Semiconductor light source | |
Abejide et al. | Hybrid modulation approach for next generation optical access networks | |
JP6093312B2 (en) | Wavelength multiplexing transmitter | |
EP2062381B1 (en) | Optical transmission using semiconductor optical amplifier (soa) | |
JP6076921B2 (en) | Wavelength multiplexing transmitter | |
JP5997713B2 (en) | Wavelength multiplexing transmitter | |
US20220320821A1 (en) | Semiconductor optical amplifier with enhanced chromatic dispersion | |
JP2013197815A (en) | Modulation light source and method of generating modulation signal | |
JP5823921B2 (en) | Semiconductor optical integrated device | |
Aoki et al. | Ultra-Fast Semiconductor Laser Sources |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120116 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130326 |
|
RD13 | Notification of appointment of power of sub attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433 Effective date: 20130403 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130403 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130523 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130917 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5373653 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |