JP2012058432A - Semiconductor gain area-integrated mach-zehnder modulator - Google Patents

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茂樹 牧野
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健 北谷
Kazunori Shinoda
和典 篠田
Aki Takei
亜紀 武居
Takafumi Taniguchi
隆文 谷口
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor gain area-integrated Mach-Zehnder (MZ) modulator module that enables stable transmission.SOLUTION: A semiconductor laser-integrated Mach-Zehnder modulator comprises a semiconductor laser and a Mach-Zehnder modulator that modulates light emitted from the semiconductor laser with AC signals and outputs the modulated light, which are integrated over a chip. When temperature variation occurs, the extinction ratio of the light outputted from the Mach-Zehnder modulator is increased by controlling the AC signals according to variations in chip temperature (including controls on the amplitude of the AC signals and the bias voltage of the AC signals).

Description

本発明は、光通信用光源として用いられる半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ(MZ)変調器に関する。   The present invention relates to a semiconductor gain region integrated Mach-Zehnder (MZ) modulator used as a light source for optical communication.

ブロードバンドネットワークの普及に伴い、都市/中継局間を結ぶメトロ系光通信網では通信速度を10Gbit/s以上へ高速化する動きが活発化している。メトロ系光通信網では、ファイバ伝送距離40km以上の長距離伝送が求められる。前記メトロ系光通信網向けの光通信システムでは、光送受信モジュールの小型化・低消費電力化が重要な課題となっている。   With the widespread use of broadband networks, movements to increase the communication speed to 10 Gbit / s or higher in metro optical communication networks connecting cities / relay stations have become active. Metro-based optical communication networks require long-distance transmission over a fiber transmission distance of 40 km or more. In the optical communication system for the metro optical communication network, downsizing and low power consumption of the optical transceiver module are important issues.

光送受信モジュールの小型化・低消費電力化には、発光装置の温度調整用機構を必要としない、いわゆる「アンクールド」化が有効である。半導体レーザに直接電気信号を印加し、光信号を生成する直接変調方式では、温度変化に強い材料の選択や、素子構造における放熱性の向上などにより、例えば、動作温度範囲100℃以上での10Gbit/sというアンクールド高速動作が実現されている。しかし、前記直接変調方式では、例えば変調速度10Gbit/s以上の高速変調動作時では信号光波長の時間変動(以下チャーピングと言う)が大きい。このため、信号光波長帯としては光ファイバの分散が小さい1300nm帯に用いられる。しかしながら、信号光波長1300nm帯では光ファイバ中の伝播損失が大きく、30km以上の長距離伝送には適さない。   In order to reduce the size and power consumption of the optical transceiver module, so-called “uncooled” which does not require a temperature adjusting mechanism of the light emitting device is effective. In the direct modulation method that generates an optical signal by directly applying an electrical signal to a semiconductor laser, for example, 10Gbit at an operating temperature range of 100 ° C or higher due to the selection of materials that are resistant to temperature changes and improved heat dissipation in the device structure. Uncooled high-speed operation of / s is realized. However, in the direct modulation method, for example, time fluctuation (hereinafter referred to as chirping) of the signal light wavelength is large during high-speed modulation operation with a modulation speed of 10 Gbit / s or more. For this reason, the signal light wavelength band is used in the 1300 nm band where the dispersion of the optical fiber is small. However, the signal light wavelength band of 1300 nm has a large propagation loss in the optical fiber and is not suitable for long-distance transmission over 30 km.

そこで、長距離伝送に適したDFBレーザ(ゲイン領域の一形態)集積EA変調器のアンクールド動作が検討されている。EA変調器の光吸収層に、井戸層がInGaAlAsあるいはInGaAsPあるいはInGaAsのいずれからなり,障壁層がInGaAlAsあるいはInAlAsのいずれからなる量子井戸構造を用い、かつ25℃における離調量および光吸収層に用いる量子井戸構造における障壁層の組成波長を適切に設定することで、-5℃から85℃の広い温度範囲にわたり、挿入損の抑制、消光比の確保、およびチャーピングの抑制を同時に実現することが可能となる。しかし、EA変調器では、特に高温において変調器部での吸収損失が大きくなるため、必要な光出力(例えばファイバ出力+1dBm)の達成は難しいことが判明した。特に、伝送距離40km、更には80kmを超える伝送が現在の技術では困難なことが予想される。そこで、DFBレーザと集積が可能で、かつ変調器部での吸収損失が少ない半導体MZ変調器の適用が考えられる。しかし、半導体MZ変調器は、温度によって特性が大きく変化するため、従来はペルチェ素子上に半導体レーザとMZ変調器とが搭載され、室温付近、高くても50℃程度に温度調整して動作させていた(例えば、特許文献1)。   Therefore, an uncooled operation of a DFB laser (one form of gain region) integrated EA modulator suitable for long-distance transmission has been studied. The light absorption layer of the EA modulator uses a quantum well structure in which the well layer is made of either InGaAlAs, InGaAsP or InGaAs, and the barrier layer is made of either InGaAlAs or InAlAs. By appropriately setting the composition wavelength of the barrier layer in the quantum well structure to be used, it is possible to simultaneously suppress insertion loss, secure extinction ratio, and suppress chirping over a wide temperature range from -5 ℃ to 85 ℃. Is possible. However, it has been found that it is difficult to achieve the required optical output (for example, fiber output + 1 dBm) in the EA modulator, since the absorption loss in the modulator portion becomes large particularly at high temperatures. In particular, transmission over a transmission distance of 40 km or even 80 km is expected to be difficult with the current technology. Therefore, it is conceivable to apply a semiconductor MZ modulator that can be integrated with the DFB laser and has a small absorption loss in the modulator section. However, since the characteristics of a semiconductor MZ modulator change greatly depending on the temperature, a semiconductor laser and an MZ modulator are conventionally mounted on a Peltier device, and the temperature is adjusted to around 50 ° C. at room temperature or higher. (For example, Patent Document 1).

図1に、ゲイン領域としてDFBレーザを用いたDFBレーザ集積MZ変調器の上面図を示す。このMZ変調器は、n型InP基板1上に半導体層、電極が積層されることで形成される。光の入力側(図1左側)から出力側(図1右側)に、DFBレーザ半導体層2とDFBレーザ電極9との積層体がある領域、分波器3、MZ光導波路電極10,11が積層されたMZ光導波路4、5、合分波光導波路6、出力光導波路7及び光検出器電極12が積層されたモニタ光導波路8とに接続されている。モニタ光導波路8には、光検出器が組み込まれている。   FIG. 1 shows a top view of a DFB laser integrated MZ modulator using a DFB laser as a gain region. This MZ modulator is formed by laminating a semiconductor layer and an electrode on an n-type InP substrate 1. From the light input side (left side of FIG. 1) to the output side (right side of FIG. 1), there is a region where a laminated body of the DFB laser semiconductor layer 2 and the DFB laser electrode 9, a duplexer 3, and MZ optical waveguide electrodes 10, 11 The laminated MZ optical waveguides 4 and 5, the multiplexing / demultiplexing optical waveguide 6, the output optical waveguide 7, and the photodetector electrode 12 are connected to the laminated monitor optical waveguide 8. The monitor optical waveguide 8 incorporates a photodetector.

DFBレーザ半導体層2から出た光は、1対2の分波器3により、MZ光導波路4とMZ光導波路5に2分岐され、2対2の合分波光導波路6に入力する。信号光は、MZ光導波路4を通る光とMZ光導波路5を通る光との干渉条件により、出力光導波路7及び/またはモニタ光導波路8に結合する。干渉条件は、MZ光導波路電極10とMZ光導波路電極11に印加される電圧によりMZ光導波路4とMZ光導波路5の屈折率を変化することにより制御される。光検出器電極12は、光検出器で検出した光強度を出力する。   The light emitted from the DFB laser semiconductor layer 2 is bifurcated into a MZ optical waveguide 4 and an MZ optical waveguide 5 by a one-to-two demultiplexer 3 and input to a two-to-two multi / demultiplexed optical waveguide 6. The signal light is coupled to the output optical waveguide 7 and / or the monitor optical waveguide 8 depending on the interference condition between the light passing through the MZ optical waveguide 4 and the light passing through the MZ optical waveguide 5. The interference condition is controlled by changing the refractive indexes of the MZ optical waveguide 4 and the MZ optical waveguide 5 according to the voltage applied to the MZ optical waveguide electrode 10 and the MZ optical waveguide electrode 11. The photodetector electrode 12 outputs the light intensity detected by the photodetector.

図2にプッシュプル駆動する場合のMZ変調器の変調動作の原理説明を示す。プッシュプル駆動とは、MZ導波路電極10とMZ導波路電極11に逆位相の高周波信号を印加する駆動方式であり、駆動電圧を半分にできることから変調器ドライバの省電力化に有効である。図2(a)は、MZ変調器の光出力の電圧依存性の例である。光出力はMZ導波路電極11への電圧V2とMZ導波路電極10への電圧V1の差の電圧に依存する。ここでは、V2-V1=0Vでは光が出力せず、V2-V1=Vmaxで光が最も強く出力される。図2(b)はプッシュプル駆動電圧の時間波形の例を示す。V2はバイアス電圧Vb2を中心に振幅Vpp2で変化し、V1はバイアス電圧Vb1を中心に振幅Vpp1で変化する。またV1とV2は逆位相となっている。図2(c)は光出力の時間波形の例を示す。V2-V1=Vmaxのときには光出力が最大で、V2-V1=0(V)のときには光出力最小となり、それらを繰り返す。   FIG. 2 shows the principle explanation of the modulation operation of the MZ modulator in the case of push-pull driving. Push-pull driving is a driving method in which high-frequency signals having opposite phases are applied to the MZ waveguide electrode 10 and the MZ waveguide electrode 11, and the driving voltage can be halved, which is effective for power saving of the modulator driver. FIG. 2A shows an example of the voltage dependence of the optical output of the MZ modulator. The optical output depends on the voltage difference between the voltage V2 applied to the MZ waveguide electrode 11 and the voltage V1 applied to the MZ waveguide electrode 10. Here, no light is output at V2-V1 = 0V, and light is output most strongly at V2-V1 = Vmax. FIG. 2B shows an example of a time waveform of the push-pull drive voltage. V2 changes with the amplitude Vpp2 around the bias voltage Vb2, and V1 changes with the amplitude Vpp1 around the bias voltage Vb1. V1 and V2 are in opposite phases. FIG. 2 (c) shows an example of the time waveform of the optical output. When V2-V1 = Vmax, the light output is maximum, and when V2-V1 = 0 (V), the light output is minimum, and these are repeated.

図3に従来例の温度調整されたDFBレーザ集積MZ変調器を用いた送信器モジュールの構成図を示す。DFBレーザ集積MZ変調器52の基本構成は図1と同じである。光送信器モジュール筐体54内に、DFBレーザ集積MZ変調器52と、温度計51と、レーザ駆動回路62と、バイアス調整つきMZ変調器駆動回路59と、終端抵抗53、58と、光ファイバ56が収納されている。レーザ電極はレーザ駆動回路端子63とワイヤ64で接続され、MZ電極10、11はMZ駆動回路端子60、61及び終端抵抗53、58とワイヤ65、66、55、57で接続されている。DFBレーザ集積MZ変調器52はペルチェ素子91上に固定されている。温度調整回路95は、温度計51とワイヤ92を通して温度計端子93で接続され、ペルチェ素子91とワイヤ96を通しペルチェ素子端子94で接続される。光検出器電極は、光検出回路82に接続された光吸収領域制御用電極81とワイヤ83で接続されている。   FIG. 3 shows a configuration diagram of a transmitter module using a conventional temperature-adjusted DFB laser integrated MZ modulator. The basic configuration of the DFB laser integrated MZ modulator 52 is the same as that shown in FIG. In an optical transmitter module housing 54, a DFB laser integrated MZ modulator 52, a thermometer 51, a laser drive circuit 62, an MZ modulator drive circuit 59 with bias adjustment, termination resistors 53 and 58, and an optical fiber 56 are stored. The laser electrode is connected to a laser drive circuit terminal 63 by a wire 64, and the MZ electrodes 10 and 11 are connected to MZ drive circuit terminals 60 and 61 and termination resistors 53 and 58 by wires 65, 66, 55 and 57. The DFB laser integrated MZ modulator 52 is fixed on the Peltier element 91. The temperature adjustment circuit 95 is connected to the thermometer 51 through a wire 92 at a thermometer terminal 93, and is connected to the Peltier element 91 and a wire 96 through a Peltier element terminal 94. The photodetector electrode is connected to the light absorption region control electrode 81 connected to the photodetector circuit 82 by a wire 83.

図4に、図1のDFBレーザ集積MZ変調器を用いた送信器モジュールのブロックダイアグラムを示す。温度調整回路95は温度計51の信号をもとに、ペルチェ素子91を駆動して、温度を一定に保つ。光検出回路82は、光検出器71の信号をもとに、レーザ駆動回路62を制御してDFBレーザ電極29に供給する信号を調整して、光出力を一定に保つ。MZ変調器駆動回路59は、モジュール作製時の設定に従ってMZ電極10、11に駆動信号を供給して高い消光比を持つ光信号を生成する。   FIG. 4 shows a block diagram of a transmitter module using the DFB laser integrated MZ modulator of FIG. The temperature adjustment circuit 95 drives the Peltier element 91 based on the signal from the thermometer 51 to keep the temperature constant. The light detection circuit 82 controls the laser drive circuit 62 based on the signal from the light detector 71 and adjusts the signal supplied to the DFB laser electrode 29 to keep the light output constant. The MZ modulator drive circuit 59 supplies a drive signal to the MZ electrodes 10 and 11 according to the setting at the time of module manufacture, and generates an optical signal having a high extinction ratio.

特開2007-93717号公報JP 2007-93717

IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 9, No.3, pp. 380-382, 1997.IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 9, No.3, pp. 380-382, 1997.

上述のように、DFBレーザ集積MZ変調器のクールド動作は検討されてきた。しかながら、DFBレーザ集積MZ変調器のアンクールド動作については、十分な検討がされてこなかった。   As described above, the cooled operation of the DFB laser integrated MZ modulator has been studied. However, the uncooled operation of the DFB laser integrated MZ modulator has not been sufficiently studied.

近年省電力光源の要請が高まったことから、本発明者らは、DFBレーザ集積MZ変調器のアンクールド動作を検討した。試作したレーザ集積MZ変調器の動作温度を変化させた場合、変調特性が大きく変化してしまった。また、レーザ発振波長λDFBとMZ変調器吸収端波長λMZの差が変化することを要因として、通常の室温付近で動作するDFBレーザ集積MZ変調器はうまく動作しない。上記2つをMZ変調器吸収端波長λMZとDFBレーザの発振波長λDFBの温度依存性とともに説明する。 Since the demand for a power-saving light source has increased in recent years, the present inventors have studied the uncooled operation of the DFB laser integrated MZ modulator. When the operating temperature of the prototype laser integrated MZ modulator was changed, the modulation characteristics changed greatly. Further, the DFB laser integrated MZ modulator operating near the normal room temperature does not operate well due to the change in the difference between the laser oscillation wavelength λ DFB and the MZ modulator absorption edge wavelength λ MZ . The above two will be described together with the temperature dependence of the MZ modulator absorption edge wavelength λ MZ and the oscillation wavelength λ DFB of the DFB laser.

半導体MZ変調器の場合は電圧印加による屈折率変化には量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)を主として利用する。また、λMZの温度係数λMZ/T=0.7nm/Kに対し、λDFBの温度係数λDFB/T=0.1nm/Kである。それらの差ΔH(λDFBMZ)の温度係数はΔH/T=-0.6nm/Kとなり、温度によってΔHは変化する。QCSEでは、屈折率変化量はΔHが大きいほど小さくなる。よって温度下降とともにΔHが大きくなると電圧印加に対する導波路の屈折率を変化量は小さくなる。図5に様々な温度の場合の消光特性を示す。温度25℃でのΔH=120nmとし、温度係数ΔH/T=-0.6nm/Kに従いΔHが変化した場合である。温度が25℃の場合はV2-V1を0Vから-1.4Vまで変化させると光出力の消光比が高くオンオフする。一方85℃では、同じ条件で駆動すると、光オフからオンとなり再びオフとなるため、適切なオンオフ特性が得られない。更に、85℃では、光出力最大でも光強度が0.4程度と光損失が発生しており、適切なオンオフ特性が得られないことも問題である。 In the case of a semiconductor MZ modulator, the quantum confined Stark effect (QCSE) is mainly used to change the refractive index due to voltage application. Further, with respect to the temperature coefficient λ MZ /T=0.7nm/K of lambda MZ, the temperature coefficient λ DFB /T=0.1nm/K of lambda DFB. The temperature coefficient of the difference ΔH (λ DFB −λ MZ ) is ΔH / T = −0.6 nm / K, and ΔH changes depending on the temperature. In QCSE, the amount of change in refractive index decreases as ΔH increases. Therefore, as ΔH increases with decreasing temperature, the amount of change in the refractive index of the waveguide with respect to voltage application decreases. FIG. 5 shows the extinction characteristics at various temperatures. This is a case where ΔH at a temperature of 25 ° C. is set to 120 nm and ΔH changes according to a temperature coefficient ΔH / T = −0.6 nm / K. If the temperature is 25 ° C and V2-V1 is changed from 0V to -1.4V, the light output extinction ratio is high and turns on and off. On the other hand, at 85 ° C., when driving under the same conditions, the light is turned off and turned off again, so that appropriate on / off characteristics cannot be obtained. Further, at 85 ° C., even when the light output is maximum, the light intensity is as low as about 0.4, and it is a problem that an appropriate on / off characteristic cannot be obtained.

更に下記の課題がある。光変調器から出力される光強度は一定である必要がある。一般に温度が低いほどDFBレーザの効率は高いことから、温度が低いほどDFBレーザの駆動電流を下げる必要がある(図6A)。一方、チップ前端面での残留反射に起因して戻り光があると、DFBの発振状態に影響を与え、その結果いわゆるチャープが発生し、伝送特性が劣化する現象が知られている(例えば、非特許文献1)。この現象は緩和振動周波数が高ければ(7GHz以上)抑制される。図6Bに、図6Aの動作電流での緩和振動周波数の温度依存性を示す。高温では緩和振動周波数は8GHzであるが、低温では駆動電流の低下に伴い緩和振動周波数が減少し、温度-5℃では緩和振動周波数は6GHzとなる。つまり、低温では伝送特性が劣化するという課題が発生する。   Furthermore, there are the following problems. The light intensity output from the optical modulator needs to be constant. In general, the lower the temperature, the higher the efficiency of the DFB laser. Therefore, the lower the temperature, the lower the driving current of the DFB laser (FIG. 6A). On the other hand, if there is return light due to residual reflection on the front end face of the chip, it is known that the DFB oscillation state is affected, and as a result, so-called chirp occurs, and transmission characteristics deteriorate (for example, Non-patent document 1). This phenomenon is suppressed if the relaxation oscillation frequency is high (7 GHz or more). FIG. 6B shows the temperature dependence of the relaxation oscillation frequency at the operating current of FIG. 6A. The relaxation oscillation frequency is 8 GHz at a high temperature, but the relaxation oscillation frequency decreases as the drive current decreases at a low temperature, and the relaxation oscillation frequency is 6 GHz at a temperature of −5 ° C. That is, the problem that transmission characteristics deteriorate at low temperatures occurs.

本発明の目的は、安定的な伝送を可能とするシングルモード発振するゲイン領域が集積されたゲイン領域集積型MZ変調器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gain region integrated MZ modulator in which a gain region for single mode oscillation that enables stable transmission is integrated.

本願は、上記目的を達成する手段を複数含むものであるが、その一例を挙げると次の通りである。   The present application includes a plurality of means for achieving the above object, and an example thereof is as follows.

単一波長光を出力するゲイン領域と、前記ゲイン領域から発せられた光を交流信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器とが集積された半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器であって、前記チップ温度に変化が生じた場合に、前記チップ温度の変化に応じて前記交流信号を制御することで、マッハツェンダ変調器から出力される光の消光比の変動を抑えることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。   A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator in which a gain region for outputting single-wavelength light and a Mach-Zehnder modulator for modulating and outputting light emitted from the gain region by an AC signal are integrated. Semiconductor gain region integration characterized by suppressing fluctuations in the extinction ratio of light output from the Mach-Zehnder modulator by controlling the AC signal according to the change in the chip temperature when the temperature changes Type Mach-Zehnder modulator.

本発明によれば、安定的な伝送を可能とするゲイン領域集積型MZ変調器モジュールが実現される。   According to the present invention, a gain region integrated MZ modulator module capable of stable transmission is realized.

従来例のDFBレーザ集積MZ変調器の上面図である。It is a top view of the DFB laser integrated MZ modulator of a prior art example. プッシュプル駆動する場合のMZ変調器の変調動作の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the modulation operation of the MZ modulator in the case of push-pull drive. 従来例の温度調整されたDFBレーザ集積MZ変調器を用いた送信器モジュールの構成図である。It is a block diagram of the transmitter module using the temperature-adjusted DFB laser integrated MZ modulator of a prior art example. 従来のDFBレーザ集積MZ変調器を用いた送信器モジュールのブロックダイアグラムである。It is a block diagram of a transmitter module using a conventional DFB laser integrated MZ modulator. 従来のMZ変調器の消光の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the quenching of the conventional MZ modulator. 従来のDFBレーザ電流の温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature characteristic of the conventional DFB laser current. 図6Aの動作電流での緩和振動周波数の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the relaxation oscillation frequency in the operating current of FIG. 6A. 実施例1のDFBレーザ集積MZ変調器の上面図である。1 is a top view of a DFB laser integrated MZ modulator of Example 1. FIG. 実施例1のDFBレーザ集積MZ変調器のA-A’断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the DFB laser integrated MZ modulator of Example 1 taken along the line A-A ′. 実施例1のDFBレーザ集積MZ変調器を用いた光送信器モジュールの構成図である。1 is a configuration diagram of an optical transmitter module using a DFB laser integrated MZ modulator of Example 1. FIG. 実施例1の光送信器モジュールの制御ブロックダイアグラムを示す。2 is a control block diagram of the optical transmitter module according to the first embodiment. 実施例1の光出力のV2-V1依存性を示すグラフである。6 is a graph showing the V2-V1 dependence of the light output of Example 1. 実施例1のMZ変調器の消光比の温度依存性を示すグラフである。6 is a graph showing the temperature dependence of the extinction ratio of the MZ modulator of Example 1. 実施例1のMZ変調器の駆動電圧の温度依存性を示すグラフである。3 is a graph showing temperature dependence of a drive voltage of the MZ modulator of Example 1. 実施例1のMZ変調器の85℃における光出力最大値のΔH@85℃依存性を示すグラフである。It is a graph which shows (DELTA) H @ 85 degreeC dependence of the optical output maximum value in 85 degreeC of the MZ modulator of Example 1. FIG. 実施例1のMZ変調器の85℃における消光比のΔH@85℃依存性を示すグラフである。6 is a graph showing the dependency of the extinction ratio at 85 ° C. of the MZ modulator of Example 1 on ΔH @ 85 ° C. FIG. 実施例2のDFBレーザ集積MZ変調器を用いた送信器モジュールの構成図である。6 is a configuration diagram of a transmitter module using the DFB laser integrated MZ modulator of Embodiment 2. FIG. 実施例2の光送信器モジュールの制御ブロックダイアグラムを示す図である。FIG. 6 is a control block diagram of the optical transmitter module according to the second embodiment. DFBレーザ集積MZ変調器の上面図である。It is a top view of a DFB laser integrated MZ modulator. DFBレーザ集積MZ変調器のB-B’断面図である。It is B-B 'sectional drawing of a DFB laser integrated MZ modulator. 実施例3のDFBレーザ集積MZ変調器を用いた光送信器モジュールの構成図である。6 is a configuration diagram of an optical transmitter module using a DFB laser integrated MZ modulator of Example 3. FIG. 光吸収領域の電極である光吸収領域制御用電極81に供給される電流・電圧の温度特性を示すグラフである。6 is a graph showing temperature characteristics of current and voltage supplied to a light absorption region control electrode 81 which is an electrode of a light absorption region. 実施例3のDFBレーザ電流の温度特性を示すグラフである。6 is a graph showing temperature characteristics of a DFB laser current of Example 3. 図18Aの動作電流での緩和振動周波数の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the relaxation oscillation frequency in the operating current of FIG. 18A. 実施例3の光送信器モジュールの制御ブロックダイアグラムを示す図である。FIG. 10 is a control block diagram of the optical transmitter module according to the third embodiment.

以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳述する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

実施例1を、図7A、図7B、図8、図9、図10A、図10B、図11、図12A、図12Bを用いて説明する。   Example 1 will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, 8, 9, 10A, 10B, 11, 12A, and 12B.

実施例1は、n型InP基板上に1.55μm帯のDFBレーザとMZ変調器を集積した光送信器モジュールである。本実施例1の特徴はチップの近傍に温度計を配置し、温度計で測定した温度をもとにMZ変調器の駆動条件を設定することである。   Example 1 is an optical transmitter module in which a 1.55 μm band DFB laser and an MZ modulator are integrated on an n-type InP substrate. The feature of the first embodiment is that a thermometer is arranged in the vicinity of the chip, and the driving condition of the MZ modulator is set based on the temperature measured by the thermometer.

図7AはDFBレーザ集積MZ変調器の上面図、図7BはDFBレーザ集積MZ変調器のA-A’断面図、図8は光送信器モジュールの構成図を示す。   7A is a top view of the DFB laser integrated MZ modulator, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the DFB laser integrated MZ modulator, and FIG. 8 is a configuration diagram of the optical transmitter module.

本実施例のDFBレーザ集積MZ変調器は、左端の高反射率コーティング32と右端の無反射コーティング33との間に挟まれた半導体積層体で構成されている。そして、左端から、ゲイン領域22と、ゲイン領域22と光結合されている1本の中継光導波路と、この1本の中継光導波路が入力で2本の中継導波路が出力であるMMI(Multi-Mode Interference)導波路で構成された分波器23と、分波器23の出力である2本の中継導波路中にあるMZ光導波路24及びMZ光導波路25と、MZ光導波路24及びMZ光導波路25の後の2本の中継導波路が入力で、2本の中継導波路が出力である2対2の合波器26と、合波器26の2本の出力導波路の一方が接続された出力導波路27及び他方に接続された光検出器71を含む検出導波路とが並んでいる。   The DFB laser integrated MZ modulator of the present embodiment is composed of a semiconductor stacked body sandwiched between a leftmost high-reflectance coating 32 and a rightmost non-reflective coating 33. From the left end, the gain region 22, one relay optical waveguide optically coupled to the gain region 22, and one MMI (Multi Relay Wave) that is the input of the one relay optical waveguide and the output of the two relay waveguides -Mode Interference) A demultiplexer 23 composed of waveguides, an MZ optical waveguide 24 and an MZ optical waveguide 25 in two relay waveguides which are outputs of the demultiplexer 23, an MZ optical waveguide 24 and an MZ The two relay waveguides after the optical waveguide 25 are the input and the two relay waveguides are the output. The two-to-two multiplexer 26 and one of the two output waveguides of the multiplexer 26 are A connected output waveguide 27 and a detection waveguide including a photodetector 71 connected to the other are arranged side by side.

図7Bに示すように、ゲイン領域は、共通電極43が裏面全面にあるInP基板21上に、活性層41、回折格子46、p型InPクラッド47、p型InGaAsコンタクト層44及びDFBレーザ電極29が順に積層されている構造である。   As shown in FIG. 7B, the gain region includes an active layer 41, a diffraction grating 46, a p-type InP cladding 47, a p-type InGaAs contact layer 44, and a DFB laser electrode 29 on an InP substrate 21 having a common electrode 43 on the entire back surface. Are stacked in order.

図7Bに示すように、MZ領域は、共通電極43が裏面全面にあるInP基板21上に、活性層42、p型InPクラッド47、p型InGaAsコンタクト層44、MZ電極24、25が順に積層されている構造である。   As shown in FIG. 7B, in the MZ region, the active layer 42, the p-type InP clad 47, the p-type InGaAs contact layer 44, and the MZ electrodes 24 and 25 are sequentially laminated on the InP substrate 21 having the common electrode 43 on the entire back surface. It is a structure that has been.

図7Bに示すように、光検出領域は、共通電極43が裏面全面にあるInP基板21上に、光吸収層InGaAs73、p型InPクラッド47、p型InGaAsコンタクト層44、光検出器電極72が順に積層され、
図7Bに示すように、InP基板21の表面側に電極が無い部分はSiO2パッシベーション膜45に覆われている。
As shown in FIG. 7B, the photodetection region includes the light absorption layer InGaAs 73, the p-type InP clad 47, the p-type InGaAs contact layer 44, and the photodetector electrode 72 on the InP substrate 21 having the common electrode 43 on the entire back surface. In order,
As shown in FIG. 7B, the portion of the InP substrate 21 where no electrode is present is covered with a SiO 2 passivation film 45.

ゲイン領域は、回折格子46があり、DFBレーザが構成されている。そして、InP基板21表面のDFBレーザ電極29とInP基板21裏面の共通電極43との間に電流を流すことでレーザ発振する。   The gain region has a diffraction grating 46, which constitutes a DFB laser. Then, laser oscillation occurs by passing a current between the DFB laser electrode 29 on the surface of the InP substrate 21 and the common electrode 43 on the back surface of the InP substrate 21.

MZ領域は、MZ電極30、31を通して逆位相の電圧を印加することで、変調動作するようになっている。   The MZ region is configured to perform a modulation operation by applying a reverse phase voltage through the MZ electrodes 30 and 31.

光検出器71を通し光吸収層InGaAsで吸収された光強度を検出している。   The light intensity absorbed by the light absorption layer InGaAs is detected through the photodetector 71.

図8に示すように、ファイバ56が挿入された光送信器モジュール筐体54内に、DFBレーザ集積MZ変調器52と、温度計51と、レーザ駆動回路62と、バイアス調整つきMZ変調器駆動回路59と、光検出回路82と、終端抵抗53、58と、光ファイバ56が収納されている。レーザ電極はレーザ駆動回路端子63とワイヤ64で接続され、MZ電極はMZ駆動回路端子60、61及び終端抵抗53、58とワイヤ65、66、55、57で接続され、光検出器電極72は光検出回路80上の光検出回路端子81とワイヤ83で接続される。本願の実施例は全て、ペルチェ素子に代表される温度調整素子は配置されていない。   As shown in FIG. 8, a DFB laser integrated MZ modulator 52, a thermometer 51, a laser drive circuit 62, and an MZ modulator with bias adjustment are driven in an optical transmitter module housing 54 into which a fiber 56 is inserted. A circuit 59, a light detection circuit 82, termination resistors 53 and 58, and an optical fiber 56 are accommodated. The laser electrode is connected to the laser drive circuit terminal 63 by the wire 64, the MZ electrode is connected to the MZ drive circuit terminals 60 and 61 and the terminating resistors 53 and 58 by the wires 65, 66, 55 and 57, and the photodetector electrode 72 is The photodetection circuit terminal 81 on the photodetection circuit 80 is connected by a wire 83. In all the embodiments of the present application, a temperature adjusting element represented by a Peltier element is not arranged.

図9にブロックダイアグラムを示す。温度調整回路95は温度計51の信号をもとに、MZ変調器駆動回路59はMZ電極30、31を制御して高い消光比を持つ光信号を生成する。光検出回路75は光検出器71の信号をもとに、レーザ駆動回路62を調整して、光出力を一定に保つ。   FIG. 9 shows a block diagram. Based on the signal from the thermometer 51, the temperature adjustment circuit 95 controls the MZ electrodes 30 and 31 to generate an optical signal having a high extinction ratio. The light detection circuit 75 adjusts the laser drive circuit 62 based on the signal from the light detector 71 to keep the light output constant.

図10Aに実施例1の光出力のV2-V1依存性を、図10Bに実施例1のMZ変調器の消光比の温度依存性を示す。図11に実施例1のMZ変調器の駆動電圧の温度依存性を示す。図10Aに示すように、温度85℃でのΔHが120nmとなるように、レーザ活性層41とMZ部活性層42を設計し、他の温度ではΔH/T=-0.6nm/Kに従ってΔHが変化するようにした。さらに、図11に示すように、温度85℃では、V2−V1=0Vで最小、V2−V1=-1.4Vで最大となることから、Vb1=-0.35V、Vb2=-1.05V、Vpp1=Vpp2=0.7Vと設定することにより12dBの高い消光比を持つ光波形を実現した。   FIG. 10A shows the V2-V1 dependency of the optical output of the first embodiment, and FIG. 10B shows the temperature dependency of the extinction ratio of the MZ modulator of the first embodiment. FIG. 11 shows the temperature dependence of the drive voltage of the MZ modulator of the first embodiment. As shown in FIG. 10A, the laser active layer 41 and the MZ part active layer 42 are designed so that ΔH at a temperature of 85 ° C. is 120 nm. At other temperatures, ΔH becomes ΔH / T = −0.6 nm / K according to ΔH / T = −0.6 nm / K. Changed. Furthermore, as shown in FIG. 11, at a temperature of 85 ° C., V2−V1 = 0V is minimum and V2−V1 = −1.4V is maximum, so Vb1 = −0.35V, Vb2 = −1.05V, Vpp1 = An optical waveform with a high extinction ratio of 12 dB was realized by setting Vpp2 = 0.7V.

次に、温度50℃の場合を考える。85℃の場合と同じ駆動条件では、光出力が最も大きい条件でも光出力は85℃の光出力が0.7倍、つまり、消光比は9.5dBと85℃の場合と比べ低くなる。そこで、Vb1=-0.5V、Vb2=-1.5V,Vpp1=Vpp2=1.0Vと設定したLUT(ルックアップテーブル)で駆動条件を制御することにより、図10Bに示すように、12dBの高い消光比を持つ光波形を実現した。   Next, consider the case of a temperature of 50 ° C. Under the same driving conditions as in the case of 85 ° C., the light output is 0.7 times the light output at 85 ° C. even when the light output is the largest, that is, the extinction ratio is 9.5 dB, which is lower than that at 85 ° C. Therefore, as shown in FIG. 10B, the extinction ratio is as high as 12 dB by controlling the driving conditions with the LUT (look-up table) set as Vb1 = −0.5V, Vb2 = −1.5V, Vpp1 = Vpp2 = 1.0V. An optical waveform with

このように本実施例の光送信器モジュールでは、温度計51で測定した温度にしたがって、図7に示すようにVb1、Vb2、Vpp1、Vpp2を設定したLUTで駆動条件を制御する。具体的には、温度が低下するほど、Vb1、Vb2、Vpp1、Vpp2はそれぞれ大きくなるように0.1℃単位で駆動条件を設定した。この結果、チップ温度が-5℃〜85℃の間で変化しても、常に12dB以上の高い消光比を実現した。なお、LUTを用いた制御でなく、関数を用いて、より正確な駆動条件の制御をしてもよい。   As described above, in the optical transmitter module of the present embodiment, the driving conditions are controlled by the LUT in which Vb1, Vb2, Vpp1, and Vpp2 are set as shown in FIG. 7 according to the temperature measured by the thermometer 51. Specifically, the drive conditions were set in units of 0.1 ° C. so that Vb1, Vb2, Vpp1, and Vpp2 each increased as the temperature decreased. As a result, a high extinction ratio of 12 dB or higher was always achieved even when the chip temperature varied between -5 ° C and 85 ° C. Note that more accurate drive condition control may be performed using a function instead of control using the LUT.

次に、ΔHの設計について述べる。図5に示すように通常の使用条件温度25℃でΔH設計した場合、使用するチップ温度の内最高温度(例えば85℃)では、光出力が最大でも0.4となり、良好な消光比が得られない。これは、QCSE効果により、電圧印加時に光吸収が発生するためである。この光吸収は温度下降とともに減少する。このことは、使用するチップ温度の内最高温度で吸収が発生しないようにΔHを設計する必要があることを示す。図12Aに85℃における光出力最大値のΔH@85℃依存性、図12Bに85℃における消光比のΔH@85℃依存性を示す。ΔH<100nmでは光吸収により消光比が劣化し、10dB以下となる。このため、10dB以上の高い消光比を得るためには、ΔH>100nmで設計する必要がある。   Next, the design of ΔH will be described. As shown in FIG. 5, when ΔH is designed at a normal operating condition temperature of 25 ° C., the light output is 0.4 at the maximum at the highest chip temperature (for example, 85 ° C.), and a good extinction ratio cannot be obtained. . This is because light absorption occurs when a voltage is applied due to the QCSE effect. This light absorption decreases with decreasing temperature. This indicates that ΔH needs to be designed so that absorption does not occur at the highest chip temperature used. FIG. 12A shows the ΔH @ 85 ° C. dependency of the maximum light output at 85 ° C., and FIG. 12B shows the ΔH @ 85 ° C. dependency of the extinction ratio at 85 ° C. When ΔH <100 nm, the extinction ratio deteriorates due to light absorption and becomes 10 dB or less. Therefore, in order to obtain a high extinction ratio of 10 dB or more, it is necessary to design with ΔH> 100 nm.

85℃におけるΔHを120nmにした場合には、図10Bに示すように、温度-5〜85℃において消光比10dBをこえる良好な光波形を得た。   When ΔH at 85 ° C. was set to 120 nm, as shown in FIG. 10B, a good optical waveform exceeding an extinction ratio of 10 dB was obtained at a temperature of −5 to 85 ° C.

実施例2を、図13、図14を用いて説明する。   A second embodiment will be described with reference to FIGS.

実施例2も、n型InP基板上に1.55μm帯のDFBレーザとMZ変調器を集積した光送信器モジュールである。   The second embodiment is also an optical transmitter module in which a 1.55 μm band DFB laser and an MZ modulator are integrated on an n-type InP substrate.

実施例1と相違する実施例2の特徴は、実施例1では、温度計51の出力でMZ変調器の駆動条件を制御していたが、実施例2では、温度計51を配置する代わりに、MZ変調器の前方(後段)に配置した光検出器71の検出信号を、DFBレーザの出力制御だけでなく、MZ変調器の駆動条件の制御にも用いている点である。   The feature of the second embodiment, which is different from the first embodiment, is that the driving condition of the MZ modulator is controlled by the output of the thermometer 51 in the first embodiment, but in the second embodiment, instead of arranging the thermometer 51, The detection signal of the photodetector 71 arranged in front of (behind) the MZ modulator is used not only for the output control of the DFB laser but also for controlling the driving conditions of the MZ modulator.

ここで、温度85℃でのΔH=120nmになるように設計した。その結果図6Aに示すような光出力特性であった。   Here, the design was such that ΔH = 120 nm at a temperature of 85 ° C. As a result, the light output characteristics as shown in FIG. 6A were obtained.

ここで、LiNbO3のMZ変調器で一般的に用いられる自動バイアス制御(Auto Bias Control :ABC)を、バイアス調整つきMZ変調器駆動回路59、光検出回路75、光検出器71を用いて制御する。 Here, automatic bias control (ABC) generally used in LiNbO 3 MZ modulators is controlled by using an MZ modulator drive circuit 59 with bias adjustment, a photodetector circuit 75, and a photodetector 71. To do.

図14にブロックダイアグラムを示す。光検出器71の信号をもとに、光検出回路75のABC回路は、MZ電極30,31へ供給する信号を制御して高い消光比を持つ光信号を生成する。同時に光検出器72の信号をもとに、レーザ駆動回路62を調整して、光出力を一定に保つ。   FIG. 14 shows a block diagram. Based on the signal from the photodetector 71, the ABC circuit of the photodetector circuit 75 controls the signal supplied to the MZ electrodes 30 and 31 to generate an optical signal having a high extinction ratio. At the same time, the laser drive circuit 62 is adjusted based on the signal from the photodetector 72 to keep the light output constant.

この結果、実施例1と同様に、温度-5℃から85℃の範囲で消光比10dBをこえる良好な光波形を得た。   As a result, as in Example 1, a good optical waveform exceeding the extinction ratio of 10 dB was obtained in the temperature range of -5 ° C to 85 ° C.

実施例3を、図15A、図15B、図16、図17、図18A、図18B、図19を用いて説明する。   A third embodiment will be described with reference to FIGS. 15A, 15B, 16, 17, 17, 18A, 18B, and 19. FIG.

実施例3も、n型InP基板上に1.55μm帯のDFBレーザとMZ変調器を集積した光送信器モジュールである。   Example 3 is also an optical transmitter module in which a 1.55 μm band DFB laser and an MZ modulator are integrated on an n-type InP substrate.

図15AはDFBレーザ集積MZ変調器の上面図を、図15BはDFBレーザ集積MZ変調器のB-B’断面図を、図16は光送信器モジュールの構成図を、図17は光吸収領域の電極である光吸収領域制御用電極91に供給される電流・電圧の温度特性を、図18Aは実施例3のDFBレーザ電流の温度特性を、図18Bは、図18Aの動作電流での緩和振動周波数の温度依存性を、図19は、実施例3の光送信器モジュールの制御ブロックダイアグラムを示す図である。   15A is a top view of the DFB laser integrated MZ modulator, FIG. 15B is a BB ′ sectional view of the DFB laser integrated MZ modulator, FIG. 16 is a configuration diagram of the optical transmitter module, and FIG. 17 is a light absorption region. FIG. 18A shows the temperature characteristics of the DFB laser current of Example 3 and FIG. 18B shows the relaxation with the operating current of FIG. 18A. FIG. 19 is a control block diagram of the optical transmitter module according to the third embodiment.

実施例3の特徴は、図15A、B、図16に示す通り、実施例1のDFBレーザ集積MZ変調器に、光吸収領域を設けている点、光吸収領域制御用電極91、光吸収領域制御端子92、及びワイヤ93を追加している点が特徴である。   The features of the third embodiment are as shown in FIGS. 15A, 15B and 16 in that the DFB laser integrated MZ modulator of the first embodiment is provided with a light absorption region, a light absorption region control electrode 91, and a light absorption region. A feature is that a control terminal 92 and a wire 93 are added.

光吸収領域の動作を説明する。図17に光吸収領域の動作条件の温度依存性を示す。高温では、電流を注入することにより透明化する。一方、低温では、マイナス電圧を印加し、DFBレーザからの光を吸収しMZ変調器への入力光、及び光ファイバへの出力光強度を一定にする。この結果、光ファイバへの出力光強度を一定にしつつ、低温でのDFBレーザの駆動電流の低下、及び緩和振動周波数の低下を抑制し、伝送特性の劣化を抑制する。この結果、図18Aに示すように、低温での駆動電流が光吸収領域が無い場合と比較して大きくなる。図18Bに示すように低温での緩和振動周波数が高くなり、伝送特性の劣化が抑制される。   The operation of the light absorption region will be described. FIG. 17 shows the temperature dependence of the operating conditions of the light absorption region. At high temperatures, it becomes transparent by injecting current. On the other hand, at a low temperature, a negative voltage is applied to absorb the light from the DFB laser and make the input light to the MZ modulator and the output light intensity to the optical fiber constant. As a result, the output light intensity to the optical fiber is kept constant, the drive current of the DFB laser at a low temperature and the relaxation oscillation frequency are suppressed from decreasing, and the transmission characteristics are prevented from deteriorating. As a result, as shown in FIG. 18A, the driving current at a low temperature becomes larger than that when there is no light absorption region. As shown in FIG. 18B, the relaxation oscillation frequency at a low temperature is increased, and deterioration of transmission characteristics is suppressed.

ここでは、DFBレーザ活性層をそのまま光吸収層として用いているが、選択成長して別の層でもよい。   Here, the DFB laser active layer is used as the light absorption layer as it is, but another layer may be formed by selective growth.

図19にブロックダイアグラムを示す。光検出器71の信号をもとに、光検出回路82はABC回路を用いて、MZ電極30,31に供給する信号を制御して高い消光比を持つ光信号を生成する。並行して、光検出器71及び温度計51の信号をもとに、レーザ駆動回路62はレーザ電極29と光吸収領域制御用電極91に供給する信号を調整して、光出力を一定に保つ。   FIG. 19 shows a block diagram. Based on the signal from the light detector 71, the light detection circuit 82 uses an ABC circuit to control the signal supplied to the MZ electrodes 30 and 31 to generate an optical signal having a high extinction ratio. In parallel, based on the signals from the photodetector 71 and the thermometer 51, the laser drive circuit 62 adjusts the signals supplied to the laser electrode 29 and the light absorption region control electrode 91 to keep the light output constant. .

この結果、温度-5℃から85℃の範囲で消光比10dBをこえる良好な光波形を得た。   As a result, a good optical waveform exceeding an extinction ratio of 10 dB was obtained in the temperature range of -5 ° C to 85 ° C.

<共通事項>
なお、実施例1乃至3では、ゲイン領域として、DFBレーザの半導体積層体構造を採用してきたが、ゲイン領域の出力が単一波長となればよいので、外部単一波長光源との組み合わせを前提として、ゲイン領域を光増幅器(SOA)に置き換えてもよい。
<Common items>
In Examples 1 to 3, the semiconductor layered structure of the DFB laser has been adopted as the gain region. However, since the output of the gain region only needs to be a single wavelength, it is assumed to be combined with an external single wavelength light source. As an alternative, the gain region may be replaced with an optical amplifier (SOA).

1:n型InP基板、2:DFBレーザ半導体層、3:分波器、4,5:MZ光導波路、6:合分波光導波路、7:出力光導波路、8:モニタ光導波路、9:DFBレーザ電極、
10,11:MZ光導波路電極、12:光検出器電極、
21:n型InP基板、22:ゲイン領域、23:分波器、24,25:MZ電極、26:合波器、27:出力導波路、29:DFBレーザ電極、
30,31:MZ電極、32:高反射率コーティング、33:無反射コーティング、
41:レーザ活性層、42:MZ部活性層、43:共通電極、44:p型InGaAsコンタクト層、45:SiOパッシベーション膜、46:回折格子、47:p型InPクラッド、
51:温度計、52:DFBレーザ集積MZ変調器、53,58:終端抵抗、54:光送信器モジュール筐体、55,57,65,66:ワイヤ、56:光ファイバ、59:MZ変調器駆動回路、
60,61:MZ駆動回路端子、62:レーザ駆動回路、63:レーザ駆動回路端子、64,65,66:ワイヤ、
71:光検出器、72:光検出器電極、73:光吸収層、75:光検出回路、80:光検出回路、81:光吸収領域制御用電極、82:光検出回路、83,96:ワイヤ、91:ペルチェ素子、92:光吸収領域制御端子、95:温度調整回路。
1: n-type InP substrate, 2: DFB laser semiconductor layer, 3: demultiplexer, 4, 5: MZ optical waveguide, 6: multiplexing / demultiplexing optical waveguide, 7: output optical waveguide, 8: monitor optical waveguide, 9: DFB laser electrode,
10, 11: MZ optical waveguide electrode, 12: photodetector electrode,
21: n-type InP substrate, 22: gain region, 23: demultiplexer, 24, 25: MZ electrode, 26: multiplexer, 27: output waveguide, 29: DFB laser electrode,
30, 31: MZ electrode, 32: High reflectivity coating, 33: Non-reflective coating,
41: laser active layer, 42: MZ part active layer, 43: common electrode, 44: p-type InGaAs contact layer, 45: SiO 2 passivation film, 46: diffraction grating, 47: p-type InP cladding,
51: Thermometer, 52: DFB laser integrated MZ modulator, 53, 58: Termination resistor, 54: Optical transmitter module housing, 55, 57, 65, 66: Wire, 56: Optical fiber, 59: MZ modulator Drive circuit,
60, 61: MZ drive circuit terminal, 62: Laser drive circuit, 63: Laser drive circuit terminal, 64, 65, 66: Wire,
71: Photodetector, 72: Photodetector electrode, 73: Light absorption layer, 75: Photodetection circuit, 80: Photodetection circuit, 81: Electrode for light absorption region control, 82: Photodetection circuit, 83, 96: Wire: 91: Peltier element, 92: Light absorption region control terminal, 95: Temperature adjustment circuit.

Claims (13)

単一波長光を出力するゲイン領域と、前記ゲイン領域から発せられた光を交流信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器とがチップ上に集積された半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器であって、
前記チップ温度に変化が生じた場合に、前記チップ温度の変化に応じて前記交流信号を制御することで、マッハツェンダ変調器から出力される光の消光比の変動を抑えることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
A semiconductor gain region integrated Mach-Zehnder modulator in which a gain region that outputs single-wavelength light and a Mach-Zehnder modulator that modulates and outputs light emitted from the gain region by an AC signal are integrated on a chip. ,
A semiconductor gain characterized by suppressing fluctuations in the extinction ratio of light output from the Mach-Zehnder modulator by controlling the AC signal in accordance with the change in the chip temperature when a change occurs in the chip temperature. Area integrated Mach-Zehnder modulator.
請求項1において、
前記ゲイン領域は、DFBレーザ又は光増幅器であることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
The gain region is a DFB laser or an optical amplifier, and a semiconductor gain region integrated Mach-Zehnder modulator.
請求項1において、
前記交流信号の制御は、前記交流信号のバイアス電圧の制御であることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
The control of the AC signal is control of a bias voltage of the AC signal. A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, wherein:
請求項1において、
前記交流信号の制御は、前記交流信号の振幅の制御であることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
The control of the AC signal is control of the amplitude of the AC signal. A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, characterized in that:
請求項3において、
前記交流信号の制御は、前記交流信号の振幅の制御であることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 3,
The control of the AC signal is control of the amplitude of the AC signal. A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, characterized in that:
請求項1において、
前記レーザ集積マッハツェンダ変調器のチップ温度を測定する温度計を備え、
前記チップ温度の変化に応じて前記交流信号を制御するに際し、前記温度計の出力に応じて前記交流信号の制御信号を定めることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
A thermometer for measuring a chip temperature of the laser integrated Mach-Zehnder modulator;
A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, wherein the control signal of the AC signal is determined according to the output of the thermometer when the AC signal is controlled according to a change in the chip temperature.
請求項4において、
前記マッハツェンダ変調器を構成する一対のマッハツェンダアームには、第1の交流信号と第2の交流信号が供給され、
前記第1及び前記第2の交流信号の振幅は、温度が低いほど大きいことを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 4,
A pair of Mach-Zehnder arms constituting the Mach-Zehnder modulator are supplied with a first AC signal and a second AC signal,
The semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, wherein the amplitude of the first and second AC signals is larger as the temperature is lower.
請求項5において、
前記マッハツェンダ変調器を構成する一対のマッハツェンダアームには、第1の交流信号と第2の交流信号が供給され、
前記第1及び前記第2の交流信号の振幅は、温度が低いほど大きいことを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 5,
A pair of Mach-Zehnder arms constituting the Mach-Zehnder modulator are supplied with a first AC signal and a second AC signal,
The semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, wherein the amplitude of the first and second AC signals is larger as the temperature is lower.
請求項1において、
前記マッハツェンダ変調器を構成する一対のマッハツェンダアームに第1の交流信号と第2の交流信号を供給することにより、前記マッハツェンダ変調器はプッシュプル動作し、
前記第1の交流信号の基準電圧と前記第2の基準電圧を、温度が低いほどマイナスに大きくすることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
By supplying a first AC signal and a second AC signal to a pair of Mach-Zehnder arms constituting the Mach-Zehnder modulator, the Mach-Zehnder modulator performs a push-pull operation.
A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, wherein the reference voltage of the first AC signal and the second reference voltage are increased negatively as the temperature decreases.
請求項1において、
前記マッハツェンダ変調器は、半導体層を備え、
室温以上のチップ温度における消光比が10dB以上となることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
The Mach-Zehnder modulator includes a semiconductor layer,
A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator characterized by having an extinction ratio of 10 dB or more at a chip temperature of room temperature or higher.
請求項1において、
前記レーザ集積マッハツェンダ変調器からの光出力を測定する光出力モニタを備え、
前記出力モニタの出力変化に応じて前記交流信号を制御するに際し、前記光出力モニタの出力に応じて前記交流信号の制御信号を定めることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
An optical output monitor for measuring optical output from the laser integrated Mach-Zehnder modulator;
A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator, wherein the control signal of the AC signal is determined according to the output of the optical output monitor when the AC signal is controlled according to the output change of the output monitor.
請求項1において、
50℃を超えるレーザ、及びマッハツェンダ変調器が動作する温度のうち最高温度において、
光出力がオン状態の駆動電圧条件において、レーザからの出力光が該半導体層を実質的に透過するような、該半導体層が材料組成を有することを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
At the highest temperature among lasers exceeding 50 ° C and the temperature at which the Mach-Zehnder modulator operates
A semiconductor gain region integrated type Mach-Zehnder modulator characterized in that the semiconductor layer has a material composition so that the output light from the laser is substantially transmitted through the semiconductor layer under a driving voltage condition in which the optical output is on. .
請求項1において、
前記チップ温度が室温以下において、前記半導体レーザと前記マッハツェンダ変調器との間に、光吸収領域を備えることを特徴とする半導体ゲイン領域集積型マッハツェンダ変調器。
In claim 1,
A semiconductor gain region integrated Mach-Zehnder modulator comprising a light absorption region between the semiconductor laser and the Mach-Zehnder modulator when the chip temperature is not more than room temperature.
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