JP2012088348A

JP2012088348A - 光変調装置

Info

Publication number: JP2012088348A
Application number: JP2010232207A
Authority: JP
Inventors: Norio Okada; 規男岡田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: US8547620B2; JP5664108B2; US20120092743A1; CN102455524A; CN102455524B

Abstract

【課題】高周波特性の劣化を防ぎ、消費電力を低減し、光変調素子の故障を防ぐことができる光変調装置を得る。
【解決手段】入力端子ＩＮに変調信号が入力される。光変調素子１０のアノードは入力端子ＩＮに接続され、光変調素子１０のカソードは接地されている。光変調素子１０に並列に整合抵抗Ｒ１及び整合コンデンサＣ１が接続されている。整合コンデンサＣ１は整合抵抗Ｒ１に直列に接続されている。保護抵抗Ｒ２が、光変調素子１０、整合抵抗Ｒ１、及び整合コンデンサＣ１に並列に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波特性の劣化を防ぎ、消費電力を低減し、光変調素子の故障を防ぐことができる光変調装置に関する。

従来の光変調装置では、光変調素子に並列に抵抗を接続していた。この抵抗が高周波で整合を取るための整合抵抗となるため、高周波特性の劣化を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２２５９０４号公報

従来の光変調装置では、光変調素子のアノードにＤＣバイアスがかかると、整合抵抗にもＤＣバイアスがかかるため、発熱量が上がり、消費電力が増大する。これを防ぐために整合抵抗とＧＮＤの間にコンデンサを接続すると、光変調素子が帯電しやすくなるため、光変調素子の故障が起こりやすくなる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、高周波特性の劣化を防ぎ、消費電力を低減し、光変調素子の故障を防ぐことができる光変調装置を得るものである。

本発明に係る光変調装置は、変調信号が入力される入力端子と、前記入力端子に接続されたアノードと、接地されたカソードとを持つ光変調素子と、前記光変調素子に並列に接続された整合抵抗と、前記光変調素子に並列に接続され、前記整合抵抗に直列に接続された整合コンデンサと、前記光変調素子、前記整合抵抗、及び前記整合コンデンサに並列に接続された保護抵抗とを備えることを特徴とする。

本発明により、高周波特性の劣化を防ぎ、消費電力を低減し、光変調素子の故障を防ぐことができる。

実施の形態１に係る光変調装置を示す図である。実施の形態２に係る光変調装置を示す図である。実施の形態３に係る光変調装置を示す図である。実施の形態４に係る光変調装置を示す図である。実施の形態５に係る光変調装置を示す図である。実施の形態６に係る光変調装置を示す図である。

本発明の実施の形態に係る光変調装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光変調装置を示す図である。入力端子ＩＮに変調信号が入力される。光変調素子１０のアノードは入力端子ＩＮに接続され、光変調素子１０のカソードは接地されている。光変調素子１０に並列に整合抵抗Ｒ１及び整合コンデンサＣ１が接続されている。整合コンデンサＣ１は整合抵抗Ｒ１に直列に接続されている。保護抵抗Ｒ２が、光変調素子１０、整合抵抗Ｒ１、及び整合コンデンサＣ１に並列に接続されている。この保護抵抗Ｒ２は、整合抵抗Ｒ１の抵抗値よりも十分に大きい抵抗値を持つ。

光変調素子１０は、入力端子ＩＮに入力された変調信号により駆動される。変調信号は、０Ｖを中心としたＡＣ成分だけでなく、ＤＣ成分を含んでいる。ここで、整合コンデンサＣ１が整合抵抗Ｒ１に直列に接続されているので、整合抵抗Ｒ１に変調信号のＤＣ成分はかからずＡＣ成分のみかかる。

整合抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、保護抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２とし、整合コンデンサＣ１のインピーダンスが１０ｋＨｚ以上の周波数でほぼ無視できるとすると、１０ｋＨｚ以上の周波数での合成インピーダンスＺｏはＺｏ＝（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）と表せる。

変調信号のＡＣ成分に対してインピーダンスがＺｏとなり、高周波で整合を取るための整合抵抗となる。従って、伝送線路のインピーダンスがＺｏであれば、整合が取れるため、高周波特性の劣化を防ぐことができる。一方、変調信号のＤＣ成分に対してインピーダンスがＲ２となり、Ｚｏ＜Ｒ２であるため、整合抵抗Ｒ１がＧＮＤに直接に接続され同じＤＣバイアスを光変調素子１０にかけた場合と比較して発熱量が下がり、消費電力を低減することができる。

また、光変調素子１０は容量性を持ったダイオードとして動作するが、光変調素子１０のアノードとＧＮＤの間に接続された保護抵抗Ｒ２により光変調素子１０のアノードが帯電することはない。そして、サージが入力されても、保護抵抗Ｒ２の方に電流が流れるため、光変調素子１０の故障を防ぐことができる。

また、整合抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ１と保護抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ２が、Ｒ１×０．９５＜（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）の関係を満たすことが好ましい。この関係は、Ｒ２がＲ１より極めて大きい場合に成立する。例えば、Ｒ１＝５０Ω、Ｒ２＝１ｋΩの場合、（Ｒ１ｘＲ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＝４７．６１Ωとなる。この関係を満たす場合、Ｒ１とＲ２の合成抵抗はＲ１に近似できる。従って、線路インピーダンスをＲ１に合わせても整合が取れるため、高周波特性の劣化を防ぐことができる。また、Ｒ２は線路インピーダンスに比べて十分に大きいため、保護抵抗Ｒ２を線路のどこに接続してもインピーダンス整合の観点では無視できる。よって、構成の自由度が上がる。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る光変調装置を示す図である。実施の形態１の構成にペルチェモジュール１２（冷却器）が追加されている。ペルチェモジュール１２は、温度制御が必要な光変調素子１０を冷却する。光変調素子１０、整合抵抗Ｒ１及び整合コンデンサＣ１はペルチェモジュール１２上に配置され、保護抵抗Ｒ２はペルチェモジュール１２の外に配置されている。

保護抵抗Ｒ２には変調信号のＤＣ成分がかかるため、保護抵抗Ｒ２の発熱量は多い。従って、この保護抵抗Ｒ２をペルチェモジュール１２の外に配置することで、ペルチェモジュール１２が吸収する発熱量を低減でき、ペルチェモジュール１２の消費電力を下げることができる。

実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係る光変調装置を示す図である。実施の形態２とは異なり、整合抵抗Ｒ１及び整合コンデンサＣ１もペルチェモジュール１２の外に配置されている。

整合抵抗Ｒ１には変調信号のＡＣ成分しかかかっていないが、例えば±１．０Ｖの電圧信号がかかっていて、整合抵抗Ｒ１の抵抗値が５０Ωの場合の発熱量は、（１／√２）^２／５０＝１０（ｍＷ）となる。この整合抵抗Ｒ１をペルチェモジュール１２の外に配置することで、ペルチェモジュール１２が吸収する発熱量を更に低減でき、ペルチェモジュール１２の消費電力を更に下げることができる。

実施の形態４．
図４は、実施の形態４に係る光変調装置を示す図である。実施の形態１の構成に、コンデンサＣ２とコイルＬ１からなるバイアスＴ回路と、電流吸い込み型の電流源回路１４とが追加されている。コンデンサＣ２は、入力端子ＩＮと光変調素子１０のアノードとの間に接続されている。コイルＬ１の一端が光変調素子１０のアノードに接続されている。電流源回路１４は、光変調素子１０のアノードにコイルＬ１を介して接続されている。

バイアスＴ回路を接続した場合、一般的に−１．２Ｖ〜−０．４Ｖ程度のＤＣオフセット電圧を与える。バイアスＴのコイルＬ１に電流吸い込み型の電流源回路１４を接続した場合、電流は整合抵抗Ｒ１には流れず、保護抵抗Ｒ２にのみ流れる。

バイアス電圧は保護抵抗Ｒ２と電流の積によって決まるため、整合コンデンサＣ１が無く整合抵抗Ｒ１がＧＮＤに直接に接続されている場合と比較して、少ない電流で同じバイアスを作ることができ、消費電力を下げることができる。

また、整合コンデンサＣ１が有り保護抵抗Ｒ２が無い場合は、光変調素子１０から電流を引き抜くことになり、光変調素子１０が故障しやすくなる。保護抵抗Ｒ２はその保護の役割も果たす。

実施の形態５．
図５は、実施の形態５に係る光変調装置を示す図である。実施の形態１の保護抵抗Ｒ２の代わりに、極性の異なる第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２が設けられている。第１の保護ダイオードＤ１のアノードは入力端子ＩＮに接続され、カソードは接地されている。第２の保護ダイオードＤ２のアノードは接地され、カソードは入力端子ＩＮに接続されている。第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２は、光変調素子１０、整合抵抗Ｒ１、及び整合コンデンサＣ１に並列に接続されている。

上記の通り、整合抵抗Ｒ１とＧＮＤの間に整合コンデンサＣ１を接続すると、光変調素子１０が帯電しやすくなるため、光変調素子１０の故障が起こりやすくなる。そこで、本実施の形態では、光変調素子１０に並列に第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２を接続している。これにより、サージが入力されても、第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２の方に電流が流れるため、光変調素子１０の故障を防ぐことができる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、光変調素子１０と第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２の合成容量と、整合抵抗Ｒ１と保護抵抗Ｒ２の合成抵抗で通過帯域が決まる。このため、第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２の合成容量が小さいほど通過帯域が劣化しない。従って、光変調素子１０の容量Ｃａと第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２の合成容量Ｃｂが、Ｃｂ＜Ｃａ×０．２５の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たせば、帯域劣化は無視できるレベルになる。

実施の形態６．
図６は、実施の形態６に係る光変調装置を示す図である。実施の形態５の構成に、第１及び第２のインダクタＬ２，Ｌ３が追加されている。第１のインダクタＬ２は、第１の保護ダイオードＤ１のアノードと入力端子ＩＮとの間に接続されている。第２のインダクタＬ３は、第１の保護ダイオードＤ１のアノードと光変調素子１０のアノードとの間に接続されている。

第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２は容量成分を持っているため、第１及び第２のインダクタＬ２，Ｌ３で接続することで伝送線路とのインピーダンス整合がとりやすくなる。線路インピーダンスをＺ、第１及び第２の保護ダイオードＤ１，Ｄ２の合成容量をＣｂとして、Ｚ＝（Ｌ／Ｃｂ）^０．５となるように第１及び第２のインダクタＬ２，Ｌ３のインダクタンスＬを設定すると、インピーダンス整合が取れる。

１０光変調素子
１２ペルチェモジュール（冷却器）
１４電流源回路
Ｃ１整合コンデンサ
Ｃ２コンデンサ
Ｄ１第１の保護ダイオード
Ｄ２第２の保護ダイオード
ＩＮ入力端子
Ｌ１コイル
Ｌ２第１のインダクタ
Ｌ３第２のインダクタ
Ｒ１整合抵抗
Ｒ２保護抵抗

Claims

変調信号が入力される入力端子と、
前記入力端子に接続されたアノードと、接地されたカソードとを持つ光変調素子と、
前記光変調素子に並列に接続された整合抵抗と、
前記光変調素子に並列に接続され、前記整合抵抗に直列に接続された整合コンデンサと、
前記光変調素子、前記整合抵抗、及び前記整合コンデンサに並列に接続された保護抵抗とを備えることを特徴とする光変調装置。
前記光変調素子を冷却する冷却器を更に備え、
前記光変調素子は前記冷却器上に配置され、前記保護抵抗は前記冷却器の外に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
前記整合抵抗及び前記整合コンデンサは前記冷却器の外に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光変調装置。
前記入力端子と前記光変調素子の前記アノードとの間に接続されたコンデンサと、
前記光変調素子の前記アノードに接続されたコイルと、
前記光変調素子の前記アノードに前記コイルを介して接続された電流吸い込み型の電流源回路とを更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光変調装置。
前記整合抵抗の抵抗値Ｒ１と前記保護抵抗の抵抗値Ｒ２が、Ｒ１×０．９５＜（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光変調装置。
変調信号が入力される入力端子と、
前記入力端子に接続されたアノードと、接地されたカソードとを持つ光変調素子と、
前記光変調素子に並列に接続された整合抵抗と、
前記光変調素子に並列に接続され、前記整合抵抗に直列に接続された整合コンデンサと、
前記入力端子に接続されたアノードと、接地されたカソードとを持ち、前記光変調素子、前記整合抵抗、及び前記整合コンデンサに並列に接続された第１の保護ダイオードと、
接地されたアノードと、前記入力端子に接続されたカソードとを持ち、前記光変調素子、前記整合抵抗、及び前記整合コンデンサに並列に接続された第２の保護ダイオードとを備えることを特徴とする光変調装置。
前記光変調素子の容量Ｃａと前記第１及び第２の保護ダイオードの合成容量Ｃｂが、Ｃｂ＜Ｃａ×０．２５の関係を満たすことを特徴とする請求項６に記載の光変調装置。
前記第１の保護ダイオードの前記アノードと前記入力端子との間に接続された第１のインダクタと、
前記第１の保護ダイオードの前記アノードと前記光変調素子の前記アノードとの間に接続された第２のインダクタとを更に備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の光変調装置。