JP2012252260A - Optical modulation circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調回路に関する。 The present invention relates to an optical modulation circuit.
光スペクトルの利用効率を向上させるため、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)等の多値変調の検討が盛んに行われている。 In order to improve the utilization efficiency of the optical spectrum, multi-level modulation such as QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) has been actively studied.
多値光信号を得る方法の1つとして、駆動電圧を逆相で印加するプッシュプル駆動型のマッハツェンダ変調器(MZM)を多値電気信号で駆動する方法がある。図1に従来のMZMを示す。入力光信号が、方向性結合器、MMI、Y字型1×2カプラ等の光分岐回路101により第1の光導波路102及び第2の光導波路103に分岐される。φ=(π/Vπ)・Vとして、第1の電極104及び第2の電極105により、各光導波路に+φ/2及び−φ/2の位相変化が与えられる。ここで、Vは駆動電圧、Vπは光導波路中を伝搬する光信号の位相を半波長変化させる印加電圧である。各光導波路で変調を受けた光信号は、光結合回路106により結合され、出力光信号として出力される。このとき、出力光信号の電界Eはcos(φ/2)で表される。
One method for obtaining a multilevel optical signal is to drive a push-pull drive type Mach-Zehnder modulator (MZM) that applies a drive voltage in reverse phase with a multilevel electrical signal. FIG. 1 shows a conventional MZM. An input optical signal is branched into a first
図2に、駆動電圧に対する出力光信号の応答曲線を示す。駆動電圧に対する応答曲線が非線形であるため、多値電気信号による駆動時に、応答曲線が線形の三角波である場合に得られる理想的な等間隔の出力光信号からのズレが生じる。 FIG. 2 shows a response curve of the output optical signal with respect to the drive voltage. Since the response curve with respect to the drive voltage is non-linear, a deviation from the ideal equally spaced output optical signal obtained when the response curve is a linear triangular wave occurs when driving with a multi-valued electrical signal.
一方、この信号歪みを抑えるために駆動電圧の振幅を光損失が最小となる2Vπから絞ると、図3に示すように光損失が生じてしまう(非特許文献1参照)。 On the other hand, squeeze the amplitude of the drive voltage in order to suppress the signal distortion from 2V [pi optical loss is minimized, (see Non-Patent Document 1) that occur loss of light as shown in FIG.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力光信号の非線形性が抑制された光変調回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an optical modulation circuit in which nonlinearity of an output optical signal is suppressed.
このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、入力光信号を分岐する光分岐回路と、前記光分岐回路に並列に接続されたN個(Nは2以上の整数)の光変調部と、各光変調部で変調を受けた光信号を結合する光結合回路とを備え、第1番目の光変調部と第n番目(nは2以上N以下の任意の整数)の光変調部の応答周期比は、1:1/(2n−1)であり、前記光分岐回路は、第1番目の光変調部と第n番目の光変調部に、前記入力光信号を電界強度比1:1/(2n−1)2で分岐し、前記光結合回路は、第1番目の光変調部と第n番目の光変調部からの光信号を電界強度比1:1/(2n−1)2で結合することを特徴とする光変調回路である。 In order to achieve such an object, according to a first aspect of the present invention, there is provided an optical branch circuit for branching an input optical signal and N pieces (N is an integer of 2 or more) connected in parallel to the optical branch circuit. And an optical coupling circuit that combines the optical signals modulated by the respective optical modulation units, the first optical modulation unit and the nth (n is an arbitrary integer between 2 and N) The response period ratio of the optical modulation unit is 1: 1 / (2n−1), and the optical branching circuit supplies the input optical signal to the first optical modulation unit and the nth optical modulation unit. The optical coupling circuit branches at an electric field intensity ratio of 1: 1 / (2n−1) 2 , and the optical coupling circuit converts the optical signals from the first and nth optical modulators into an electric field intensity ratio of 1: 1 /. (2n-1) 2 is an optical modulation circuit characterized by coupling.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、各光変調部がプッシュプル駆動型のマッハツェンダ変調器であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, each optical modulator is a push-pull drive type Mach-Zehnder modulator.
また、本発明の第3の態様は、第2の態様において、各マッハツェンダ変調器が変調電極を有し、各変調電極が縦続に接続されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, each Mach-Zehnder modulator has a modulation electrode, and each modulation electrode is connected in cascade.
また、本発明の第4の態様は、第1から第3のいずれかの態様の光変調回路が並列に2個接続され、各光変調回路からの光信号に光位相差π/2を付与する光位相差付与部を有することを特徴とするベクトル変調器である。 In the fourth aspect of the present invention, two optical modulation circuits according to any of the first to third aspects are connected in parallel, and an optical phase difference π / 2 is given to the optical signal from each optical modulation circuit. The vector modulator includes an optical phase difference providing unit.
本発明によれば、高次のフーリエ成分を生成して一次のフーリエ成分に加えることにより、出力光信号の非線形性が抑制された光変調回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical modulation circuit in which nonlinearity of an output optical signal is suppressed by generating a high-order Fourier component and adding it to the primary Fourier component.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、本発明の基本的考え方について説明する。その後、具体的実施例について説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the basic concept of the present invention will be described. Thereafter, specific examples will be described.
(本発明の基本的考え方)
図4を参照して、本発明の基本的考え方を説明する。本発明の一実施形態に係る光変調回路は、入力光信号を分岐する光分岐回路401と、光分岐回路に並列に接続された第1の光変調部410及び第2の光変調部420と、各光変調部で変調を受けた光信号を結合する光結合回路402とを備える。第1の光変調部410と第2の光変調部420の応答周期比を1:1/3とし、かつ、光分岐回路401による第1の光変調部410と第2の光変調部420への分岐の電界強度比を1:1/32=9:1とする。そして、光結合回路402による結合の電界強度比を1:1/32=9:1とする。当該応答周期比および電界強度比は三角波のフーリエ展開である次式による。
(Basic concept of the present invention)
The basic concept of the present invention will be described with reference to FIG. An optical modulation circuit according to an embodiment of the present invention includes an
このように、二次のフーリエ成分を加えることで、駆動電圧に対する応答曲線の非線形性を抑えることができる。図5に示すように、線形性が改善されている。 In this way, by adding a second-order Fourier component, nonlinearity of the response curve with respect to the drive voltage can be suppressed. As shown in FIG. 5, the linearity is improved.
上記の説明では二次の成分のみを検討して説明したが、同様に高次のフーリエ成分を一次の成分に加えていくことによって、駆動電圧に対する応答曲線の非線形性を抑えることができる。一般化すると、本発明による光変調回路は、N個(Nは2以上の整数)の並列に接続された光変調部を有する。第n番目の光変調部は、駆動電圧Vに対して当該光変調部に光分岐回路により分岐された光信号の電界E0を以下のように変化させる。 In the above description, only the second-order component has been examined and described, but similarly, by adding a higher-order Fourier component to the first-order component, nonlinearity of the response curve with respect to the drive voltage can be suppressed. When generalized, the optical modulation circuit according to the present invention has N (N is an integer of 2 or more) optical modulation units connected in parallel. The nth optical modulation unit changes the electric field E 0 of the optical signal branched to the optical modulation unit by the optical branch circuit with respect to the driving voltage V as follows.
そして、光結合回路により、各光変調部で変調された光信号を結合する。ここで、第1番目と第n番目の光変調部に、光信号が電界強度比1:1/(2n−1)2で分岐されるように光分岐回路を設計し、第1番目と第n番目の光変調部からの光信号が電界強度比1:1/(2n−1)2で結合されるように光結合回路を設計する。式(2)から分かるように、第1番目と第n番目の光変調部の応答周期比は1:1/(2n−1)である。 Then, the optical signals modulated by the respective optical modulation units are coupled by the optical coupling circuit. Here, an optical branch circuit is designed in the first and n-th optical modulators so that the optical signal is branched at an electric field strength ratio of 1: 1 / (2n-1) 2 . The optical coupling circuit is designed so that the optical signals from the nth optical modulation unit are coupled at an electric field intensity ratio of 1: 1 / (2n-1) 2 . As can be seen from Equation (2), the response period ratio of the first and nth light modulation units is 1: 1 / (2n−1).
なお、本発明は、基板材料の選択(XカットLNもしくはZカットLN、または、EO効果を有する酸化物結晶、半導体もしくはポリマ等)や、シングル駆動またはデュアル駆動の選択には依存せず同様の効果を奏することに留意されたい。 Note that the present invention does not depend on the selection of the substrate material (X-cut LN or Z-cut LN, or an oxide crystal having an EO effect, a semiconductor, a polymer, or the like), or the selection of single drive or dual drive. Note that it is effective.
ここで、信号レベルの理想点からのズレの評価値について説明する。ズレの評価値を以下のように定義する。 Here, the evaluation value of the deviation from the ideal point of the signal level will be described. The evaluation value of deviation is defined as follows.
ここで、Mは変調多値数、Ekは実際の出力光信号レベル、Ek,idealは理想レベル、EMAXは最大信号レベルである。EMAXは本明細書では1.00に規格化している(図6参照)。 Here, M modulation level, E k the actual output optical signal level, E k, ideal is the ideal level, E MAX is the maximum signal level. E MAX is normalized to 1.00 in this specification (see FIG. 6).
変調多値数M=4、8、16について、光変調部の並列数Nに対する評価値Dの変化をプロットしたものが図7である。基本的には、並列数N増加に伴い評価値Dは減少。つまり、並列数Nを増やすことで線形性が向上し、レベルズレが減少する。 FIG. 7 is a plot of changes in the evaluation value D against the parallel number N of the light modulation units for the modulation multi-level number M = 4, 8, and 16. Basically, the evaluation value D decreases as the parallel number N increases. That is, increasing the parallel number N improves the linearity and reduces the level shift.
ただし、変調多値数が小さい場合、必ずしも単調減少にならない。例えばM=4の場合、D(N=2)=0.8%に対し、D(N=3)=1.1%となる。すなわち、4値変調に対してはN=2が最適なのである。8値変調、16値変調に対しては、並列数N増加によるレベルズレ減少と構成複雑化のトレードオフを勘案して構成を選択する必要がある。 However, when the modulation multi-level number is small, it does not necessarily decrease monotonously. For example, when M = 4, D (N = 2) = 0.8%, whereas D (N = 3) = 1.1%. That is, N = 2 is optimal for quaternary modulation. For 8-level modulation and 16-level modulation, it is necessary to select a configuration in consideration of a trade-off between a level shift decrease due to an increase in the parallel number N and a configuration complexity.
以下、実施例を説明する。 Examples will be described below.
実施例1
XカットLN基板上に図8の光変調回路を形成した。第1の光変調部及び第2の光変調部は、それぞれシングル電極型のMZMである。第2の変調電極は、第1の変調電極の約3倍の長さとし、第1の光変調部の応答E1、第2の光変調部の応答E2が以下を満たすように設計した。
Example 1
The light modulation circuit shown in FIG. 8 was formed on an X-cut LN substrate. The first light modulation unit and the second light modulation unit are each a single electrode type MZM. The second modulation electrode was designed to be about three times as long as the first modulation electrode, so that the response E 1 of the first light modulation unit and the response E 2 of the second light modulation unit satisfy the following.
第1の光変調部と第2の光変調部は、強度分岐比9:1の光カプラを光分岐回路、強度結合比9:1の光カプラを光結合回路として用いて接続した。実施例1に係る光変調回路全体の応答はE=0.9E1+0.1E2となる。位相調整部は、2つの光変調部の位相差をゼロにするために設けた。 The first optical modulator and the second optical modulator were connected using an optical coupler with an intensity branching ratio of 9: 1 as an optical branch circuit and an optical coupler with an intensity coupling ratio of 9: 1 as an optical coupling circuit. The response of the entire optical modulation circuit according to the first embodiment is E = 0.9E 1 + 0.1E 2 . The phase adjustment unit was provided in order to make the phase difference between the two light modulation units zero.
駆動電圧を等間隔、振幅2Vπの4値で駆動した場合、理想的な出力光信号レベル−1.00、−0.33、+0.33、+1.00に対し、従来の単独MZMでは、−1.00、−0.50、+0.50、+1.00となる一方、本実施例では、−1.00、−0.35、+0.35、+1.00となり、応答の線形性が向上し、より理想に近い信号レベルが得られた(図9参照)。 Equally spaced drive voltage, when driven in the four-level amplitude 2V [pi, ideal output optical signal level -1.00, -0.33, + 0.33, to + 1.00, in the conventional single MZM, -1.00, -0.50, +0.50, +1.00, while in this example, -1.00, -0.35, +0.35, +1.00, and the response linearity is The signal level was improved and a signal level closer to the ideal was obtained (see FIG. 9).
実施例2
実施例1との違いは、変調電極を縦続に接続して一本とした点である(図10参照)。これにより、駆動系を一系統化することができる。当然、第2の変調電極に多値電気信号が先に入力される構成としてもよい。また、第2の変調電極の長さが第1の変調電極の約3倍であれば、分割して配置してもよい。
Example 2
The difference from the first embodiment is that the modulation electrodes are connected in cascade to form one (see FIG. 10). As a result, the drive system can be integrated. Of course, a configuration may be adopted in which a multi-valued electrical signal is first input to the second modulation electrode. Further, if the length of the second modulation electrode is about three times that of the first modulation electrode, they may be arranged separately.
実施例3
N=3の例として、図11に示す光変調回路を作製した。第1、第2、第3の光変調部の変調電極長の比を約1:3:5とし、応答が以下を満たすように設計した。
Example 3
As an example of N = 3, the light modulation circuit shown in FIG. 11 was manufactured. The ratio of the modulation electrode lengths of the first, second, and third light modulation units was set to about 1: 3: 5, and the response was designed to satisfy the following.
強度分岐比225:25:9(=1:1/9:1/25)の光カプラを光分岐回路、強度結合比225:25:9の光カプラを光結合回路として用いて接続した。実施例3に係る光変調回路全体の応答はE=(225E1+25E2+9E3)/259となり、実施例1、2よりもさらに線形に近い応答が得られた(図12参照)。 An optical coupler having an intensity branching ratio of 225: 25: 9 (= 1: 1/9: 1/25) was connected as an optical branching circuit, and an optical coupler having an intensity coupling ratio of 225: 25: 9 was used as an optical coupling circuit. The response of the entire optical modulation circuit according to Example 3 was E = (225E 1 + 25E 2 + 9E 3 ) / 259, and a response closer to linear than those of Examples 1 and 2 was obtained (see FIG. 12).
実施例4
実施例2の光変調回路を2並列とし、図13に示すベクトル変調器(IQ変調器)を構成した。比較のため、従来の2並列MZMを用いたベクトル変調器を図14に示す。
Example 4
A vector modulator (IQ modulator) shown in FIG. 13 was configured by arranging two optical modulation circuits of Example 2 in parallel. For comparison, FIG. 14 shows a vector modulator using a conventional two-parallel MZM.
従来のベクトル変調器に比べ、図15に示すように、多値駆動時の信号点の理想点からのズレが少ない。 Compared with the conventional vector modulator, as shown in FIG. 15, there is little deviation from the ideal point of the signal point at the time of multilevel driving.
例えば、各々4値のI、Qチャネル信号(振幅2Vπ)で駆動すると、図15の○で示す16QAMの信号ダイアグラムが得られる。線形性向上により、従来のベクトル変調器で得られる結果(△)に比べて理想点(◆)に近い。 For example, when driven by four-valued I and Q channel signals (amplitude 2V π ), a 16QAM signal diagram indicated by ◯ in FIG. 15 is obtained. Due to the improved linearity, it is closer to the ideal point (♦) than the result (Δ) obtained with the conventional vector modulator.
401 光分岐回路
402 光結合回路
410 第1の光変調部
420 第2の光変調部
401 optical branching
Claims (4)
前記光分岐回路に並列に接続されたN個(Nは2以上の整数)の光変調部と、
各光変調部で変調を受けた光信号を結合する光結合回路と
を備え、
第1番目の光変調部と第n番目(nは2以上N以下の任意の整数)の光変調部の応答周期比は、1:1/(2n−1)であり、
前記光分岐回路は、第1番目の光変調部と第n番目の光変調部に、前記入力光信号を電界強度比1:1/(2n−1)2で分岐し、
前記光結合回路は、第1番目の光変調部と第n番目の光変調部からの光信号を電界強度比1:1/(2n−1)2で結合することを特徴とする光変調回路。 An optical branch circuit for branching an input optical signal;
N optical modulation units (N is an integer of 2 or more) connected in parallel to the optical branch circuit;
An optical coupling circuit for coupling optical signals modulated by each optical modulation unit,
The response period ratio of the first light modulation unit and the nth light modulation unit (n is an arbitrary integer of 2 or more and N or less) is 1: 1 / (2n−1),
The optical branching circuit branches the input optical signal into a first optical modulation unit and an nth optical modulation unit with an electric field intensity ratio of 1: 1 / (2n-1) 2 ,
The optical coupling circuit couples optical signals from the first and n-th optical modulation sections with an electric field intensity ratio of 1: 1 / (2n-1) 2. .
各光変調回路からの光信号に光位相差π/2を付与する光位相差付与部を有することを特徴とするベクトル変調器。 Two optical modulation circuits according to any one of claims 1 to 3 are connected in parallel,
A vector modulator comprising: an optical phase difference providing unit that applies an optical phase difference π / 2 to an optical signal from each optical modulation circuit.
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