JP2013007987A - Mach-zehnder modulator and optical communication device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器に関する。 The present invention relates to a Mach-Zehnder type modulator using a semiconductor.
近年、光通信の分野において光伝送方式の高速・大容量化が進んでおり、低チャーピングで高速動作が可能なマッハツェンダ型の外部変調器が実用化されている。一般的なマッハツェンダ型変調器では、大きな電気光学効果を有する材料であるニオブ酸リチウムなどの強誘電体が用いられる。 In recent years, in the field of optical communications, optical transmission schemes have increased in speed and capacity, and Mach-Zehnder type external modulators capable of high speed operation with low chirping have been put into practical use. In a general Mach-Zehnder type modulator, a ferroelectric such as lithium niobate which is a material having a large electro-optic effect is used.
また、ニオブ酸リチウムを用いたマッハツェンダ型変調器に比べて、小型化、低コスト化、低消費電力化が期待できるデバイスとして、InPやGaAsなどの半導体を用いたマッハツェンダ型変調器がある。このようなマッハツェンダ型変調器の中では、量子井戸構造に電界を印加したときに屈折率が変化する量子閉じ込めシュタルク効果を利用したものが注目を集めている。 Further, as a device that can be expected to be reduced in size, cost, and power consumption as compared with a Mach-Zehnder type modulator using lithium niobate, there is a Mach-Zehnder type modulator using a semiconductor such as InP or GaAs. Among such Mach-Zehnder type modulators, attention is focused on those utilizing the quantum confined Stark effect in which the refractive index changes when an electric field is applied to the quantum well structure.
量子閉じ込めシュタルク効果を利用する方法では、動作波長と量子井戸の遷移波長の離調を大きくして導波損失を低減させることが一般的である。しかし、同時に位相変化量まで低減されてしまうため、所望の位相変化を得るには高いバイアス電圧が必要となる。このため、低いバイアス電圧で動作可能なマッハツェンダ型変調器が求められている。 In the method using the quantum confined Stark effect, it is common to reduce the waveguide loss by increasing the detuning between the operating wavelength and the transition wavelength of the quantum well. However, since the phase change amount is simultaneously reduced, a high bias voltage is required to obtain a desired phase change. Therefore, there is a demand for a Mach-Zehnder type modulator that can operate with a low bias voltage.
従来の技術では、電界印加時に、屈折率変化が光を遮断する電界よりも光の電界吸収が発生する電界を小さくするように量子井戸構造を設計し、量子閉じ込めシュタルク効果の屈折率変化と電界吸収効果の両方を用いて光を変調することにより、光変調に要するバイアス電圧を低減する技術が開示されている(例えば、下記特許文献1)。 In the conventional technique, when the electric field is applied, the quantum well structure is designed so that the electric field where the electric field absorption of light occurs is smaller than the electric field where the refractive index change blocks the light, and the refractive index change and electric field of the quantum confined Stark effect A technique for reducing a bias voltage required for light modulation by modulating light using both absorption effects is disclosed (for example, Patent Document 1 below).
しかしながら、上記の特許文献に記載の従来技術では、バイアス電圧を下げるために、量子井戸の遷移波長と動作波長を近づけて動作させているので、電界吸収効果による導波損失が大きくなってしまうことから、バイアス電圧の低減が制限されるという問題があった。 However, in the prior art described in the above-mentioned patent document, in order to lower the bias voltage, the quantum well transition wavelength and the operating wavelength are operated close to each other, so that the waveguide loss due to the electroabsorption effect increases. Therefore, there is a problem that the reduction of the bias voltage is limited.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器において、バイアス電圧を低減することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to reduce a bias voltage in a Mach-Zehnder type modulator using a semiconductor.
本発明にかかるマッハツェンダ型変調器は、入力された光を分岐する光分岐導波路と、PN接合構造またはPIN接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第1のアーム光導波路と、量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第2のアーム光導波路と、前記第1のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第1の位相電極と、前記第2のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第2の位相電極と、を備え、 前記第1の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第2の位相電極に0Vまたは逆方向電圧を印加することを特徴とする。 A Mach-Zehnder type modulator according to the present invention has an optical branching waveguide that branches input light and a PN junction structure or a PIN junction structure, and propagates light input from the optical branching waveguide. An arm optical waveguide; a second arm optical waveguide having a quantum well structure that propagates light input from the optical branching waveguide; and a second arm that adjusts a phase of light propagating through the first arm optical waveguide. 1 phase electrode, and a second phase electrode for adjusting the phase of light propagating through the second arm optical waveguide, applying a forward voltage to the first phase electrode, It is characterized in that 0 V or a reverse voltage is applied to the phase electrode.
本発明によれば、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器において、バイアス電圧を低減できるという効果を奏する。 According to the present invention, the Mach-Zehnder type modulator using a semiconductor has an effect that the bias voltage can be reduced.
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、それぞれが本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below is an embodiment when the present invention is embodied, and the present invention is not limited to the scope.
実施の形態1.
図1は本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器は半導体基板1上に形成されており、光入力導波路11と、光分岐導波路12と、アーム光導波路131、132と、アーム電極141、142と、位相電極151、152と、光合波導波路16と、光出力導波路17とによって構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a Mach-Zehnder modulator according to the present embodiment. The Mach-Zehnder modulator according to the present embodiment is formed on the semiconductor substrate 1, and includes an
マッハツェンダ型変調器の導波路を透過する光は光入力導波路11から入力される。入力された光は光分岐導波路12によって分岐され、分岐された光はそれぞれアーム光導波路131とアーム光導波路132を伝播する。アーム電極141は、アーム光導波路131上またはその近傍に形成される。また、位相電極151は、アーム電極141とは絶縁され、アーム光導波路131上またはその近傍に形成される。同様に、アーム電極142は、アーム光導波路132上またはその近傍に形成される。また、位相電極152は、アーム電極142とは絶縁され、アーム光導波路132上またはその近傍に形成される。アーム電極141、142には変調信号に対応したRF電圧が印加され、アーム光導波路131、132を伝播する光が変調される。位相電極151、152には位相調整のためのバイアス電圧が印加され、アーム光導波路131、132を伝播する光に、変調方式に依存する位相差が与えられる。アーム光導波路131、132を伝播する光は光合波導波路16によって合波される。光合波導波路16により合波された光は光出力導波路17から出力される。なお、マッハツェンダ型変調器は光通信装置内に配置され、位相電極151、152に印加されるバイアス電圧は図示していない1つまたは複数の制御回路から導入される。以下の実施の形態においても同様とする。
Light that passes through the waveguide of the Mach-Zehnder modulator is input from the
アーム電極141、142と位相電極151、152の下または近傍にあるアーム光導波路131、132には、量子井戸構造が形成される。量子井戸構造は、マッハツェンダ型変調器に入力される光の波長に対して、量子閉じ込めシュタルク効果による吸収係数が十分小さく、屈折率変化が生じるように設計される。
A quantum well structure is formed in the arm
次に、本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の構造の一例を説明する。この例のアーム光導波路は、ノンドープ量子井戸構造がp型、n型のクラッド層に挟まれたPIN接合構造を有する。n−InP基板上にクラッド層としてn−InP層を成膜し、その上にi−InGaAsP/i−InPを多重に積層した量子井戸構造を形成する。量子井戸構造の上にはクラッド層としてp−InP層を積層させる。p−InP層の上にはコンタクト層としてP型不純物を高濃度に拡散させたInGaAs層を形成する。その後、エッチングによって、量子井戸構造と、それよりも上側の層をメサ形状に加工し、図1に示すマッハツェンダ型変調器の導波路形状を形成する。次に、半導体基板1の裏面にはAuGeNi/AuによりN電極を形成し、コンタクト層のInGaAs層の上に、Ti/Pt/Auを蒸着した後に、Auメッキ層を形成してP電極を形成する。このP電極がアーム電極141、142と位相電極151、152の一例に相当する。
Next, an example of the structure of the Mach-Zehnder type modulator according to this embodiment will be described. The arm optical waveguide of this example has a PIN junction structure in which a non-doped quantum well structure is sandwiched between p-type and n-type cladding layers. An n-InP layer is formed as a cladding layer on the n-InP substrate, and a quantum well structure in which i-InGaAsP / i-InP is stacked in multiple layers is formed thereon. A p-InP layer is deposited as a cladding layer on the quantum well structure. On the p-InP layer, an InGaAs layer in which P-type impurities are diffused at a high concentration is formed as a contact layer. Thereafter, the quantum well structure and the upper layer are processed into a mesa shape by etching to form the waveguide shape of the Mach-Zehnder modulator shown in FIG. Next, an N electrode is formed of AuGeNi / Au on the back surface of the semiconductor substrate 1, Ti / Pt / Au is deposited on the InGaAs layer of the contact layer, and then an Au plating layer is formed to form a P electrode. To do. The P electrode corresponds to an example of the
上記の構造および形成方法は一例であり、本実施の形態を実現するマッハツェンダ型変調器はこの例に限られない。例えば、量子井戸構造には、上記の膜種以外にも従来から知られているInGaAs、InAlAs、InAlAsP、InGaAlAsなどを用いてもよい。また、InP基板上に形成した例について述べたが、GaAs系、Si系、Ge系などの他の素材を用いた場合であっても、従来から知られている量子井戸構造、PN接合構造やPIN接合構造などを用いることにより、本実施の形態を実現するマッハツェンダ型変調器を得ることができる。 The above-described structure and formation method are merely examples, and the Mach-Zehnder type modulator realizing the present embodiment is not limited to this example. For example, in addition to the above film types, conventionally known InGaAs, InAlAs, InAlAsP, InGaAlAs, or the like may be used for the quantum well structure. Moreover, although the example formed on the InP substrate was described, even when other materials such as GaAs, Si, and Ge are used, conventionally known quantum well structures, PN junction structures, By using a PIN junction structure or the like, a Mach-Zehnder modulator that realizes the present embodiment can be obtained.
図2は、本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加するバイアス電圧とアーム光導波路を伝播する光に与えられる位相差の関係についての一例を示す図である。図2は、上述したInP基板上に形成されたマッハツェンダ型変調器についての例であり、横軸は位相電極151に印加されるバイアス電圧、縦軸はアーム光導波路131、132を透過する光の間に生じる位相差を示す。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the bias voltage applied to the phase electrode of the Mach-Zehnder modulator according to the present embodiment and the phase difference given to the light propagating through the arm optical waveguide. FIG. 2 shows an example of a Mach-Zehnder type modulator formed on the above-described InP substrate. The horizontal axis indicates the bias voltage applied to the
図示するように、位相電極151に逆方向のバイアス電圧を印加した場合は、量子閉じ込めシュタルク効果により量子井戸構造の屈折率が変化し、位相差がバイアス電圧に応じて線形に増加していく。一方、順方向のバイアス電圧を印加した場合は、アーム光導波路131において、PIN接合に電流が流れ、キャリアプラズマ効果による屈折率変化が支配的となる。この場合、いわゆるダイオードの電流−電圧特性のような特性変化が生じ、量子閉じ込めシュタルク効果よりも急激な屈折率変化が起こる。
As shown in the figure, when a reverse bias voltage is applied to the
従来の技術では、位相差がバイアス電圧に対して線形に変化することから、位相電極151と位相電極152には、逆方向のバイアス電圧が印加されていた。本実施の形態では、バイアス電圧を位相電極151、152に対し、順方向と逆方向の双方にまたがるように印加する。これにより、アーム光導波路131、132を伝播する光に与えられる位相差の調整範囲は、従来の逆方向のバイアス電圧領域のみを用いる場合に比べて2倍に拡大される。なお、順方向と逆方向の双方にまたがって印加するとしているが、位相電極151に順方向のバイアスを印加し、位相電極152は0Vとすることも可能である。この場合でも、キャリアプラズマ効果による急激な屈折率変化によってバイアス電圧を低減することができる。
In the conventional technique, since the phase difference changes linearly with respect to the bias voltage, a reverse bias voltage is applied to the
なお、前述のマッハツェンダ型変調器の例においては、アーム光導波路131、132が両方とも量子井戸構造を有する構成とした。しかし、量子閉じ込めシュタルク効果を利用する側のアーム光導波路では量子井戸構造が必要であるが、キャリアプラズマ効果を利用する側のアーム光導波路では量子井戸構造は必ずしも必要ではない。量子シュタルク効果を利用する側のアーム光導波路は、前述のPIN接合構造に限られず、従来から知られているNPIN接合構造またはNIN接合構造などを有する構成であってもよい。また、キャリアプラズマ効果を利用する側のアーム光導波路は、PN接合構造またはPIN接合構造(ノンドープ層は量子井戸構造でなくてもよい。)を有する構成であってもよい。
In the above-described example of the Mach-Zehnder type modulator, both the arm
次に、本実施の形態の適用例として図1のマッハツェンダ型変調器においてアーム光導波路131、132を伝播する光に0(0deg)またはπ(180deg)の位相差を与えて強度変調を行う場合について説明する。位相電極151、152に逆方向のバイアス電圧領域から印加する場合は、πの位相差を得るために、5V以上のバイアス電圧が必要となる。一方、位相電極151に順方向のバイアス電圧、位相電極152に逆方向のバイアス電圧を印加した場合は、順方向のバイアス電圧の値によっては、位相電極152に印加する逆方向のバイアス電圧を2V程度まで下げることが可能である。さらに、従来技術と異なり、量子井戸の共鳴波長と動作波長を大きく離調して動作させることも可能であるため、量子閉じ込めシュタルク効果による導波損失を回避することもできる。
Next, as an application example of the present embodiment, in the Mach-Zehnder type modulator of FIG. 1, intensity modulation is performed by giving a phase difference of 0 (0 deg) or π (180 deg) to the light propagating through the arm
上記では強度変調の例を挙げたが、位相変調でも同様の効果を奏する。例えば、二相位相偏移変調(BPSK:Binary Phase Shift Keying)では、アーム光導波路131、132を伝播する各光の位相をπだけ変化させるバイアス電圧をVπとすると、通常は逆方向のバイアス印加領域において、位相電極151にVπ、位相電極152に−Vπのバイアス電圧を印加して位相πの変調信号が生成される。本実施の形態によれば、片側の位相電極には順方向のバイアス電圧を印加するので、逆方向に印加するバイアス電圧を低減し、バイアス電圧の制御幅増大を抑制することができる。
Although an example of intensity modulation has been described above, the same effect can be obtained by phase modulation. For example, in binary phase shift keying (BPSK), if a bias voltage for changing the phase of each light propagating through the arm
バイアス電圧の増大は、マッハツェンダ型変調器に印加するバイアス電圧を制御する制御回路への制約を課すことになる。このため、本願発明によりバイアス電圧を低減することができれば、制御回路基板の設計を簡易にし、制御回路基板を低コスト化することができる。 The increase of the bias voltage imposes a restriction on the control circuit that controls the bias voltage applied to the Mach-Zehnder type modulator. Therefore, if the bias voltage can be reduced according to the present invention, the design of the control circuit board can be simplified, and the cost of the control circuit board can be reduced.
以上のように、本実施の形態では、マッハツェンダ型変調器において、PN接合構造またはPIN接合構造を有するアーム光導波路の位相電極に順方向のバイアスを印加し、量子井戸構造を有するアーム光導波路の位相電極に0Vまたは逆方向のバイアスを印加する構成とした。これにより、バイアス電圧を低減できるという効果を奏する。 As described above, in this embodiment, in the Mach-Zehnder type modulator, a forward bias is applied to the phase electrode of the arm optical waveguide having the PN junction structure or the PIN junction structure, and the arm optical waveguide having the quantum well structure is applied. The phase electrode was configured to apply a 0 V or reverse bias. Thereby, there is an effect that the bias voltage can be reduced.
実施の形態2.
本実施の形態では、実施の形態1の構成に加え、バイアス電圧0V付近に見られる、バイアス電圧を印加しても位相差が生じない領域(以下、不感帯と称する。)をバイアス電圧の選択範囲から除外する構成とする。
In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a region where a phase difference does not occur even when a bias voltage is applied (hereinafter referred to as a dead zone), which is seen near a bias voltage of 0 V, is selected. It is set as the structure excluded from.
本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器は、図1の構成と同じであり、位相電極151、152にバイアス電圧を印加した時の位相差の変化も図2のようになる。図2において、バイアス電圧0V付近の変曲点1と、順方向にバイアス電圧を印加した場合に、ダイオード特性のように位相変化が急激に増加する電圧に対応する変曲点2との間の領域を不感帯とする。変曲点1、2となるバイアス電圧は、バイアス電圧に対する位相差の変化が所定の閾値以上となる電圧値により決定され、マッハツェンダ型変調器の構成や閾値の定め方に応じて適宜調整することができる。
The Mach-Zehnder type modulator according to this embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 1, and the change in phase difference when a bias voltage is applied to the
位相電極151、152には閾値以上のバイアス電圧(変曲点1、2よりも高いバイアス電圧)が印加される。図2の例では不感帯の幅は0.6V程度である。予め不感帯を調べておき、マッハツェンダ型変調器を光通信装置内で実際に動作させる際に、最適なバイアス電圧を選択する範囲から、不感帯を除外する設定とする。なお、順方向のバイアス電圧だけ不感帯を用いないようにするなど、片側だけに上記構成を適用する設定としてもよい。
A bias voltage higher than a threshold value (a bias voltage higher than the inflection points 1 and 2) is applied to the
以上のように、本実施の形態では、実施の形態1の構成に加え、不感帯を用いないようにバイアス制御する構成とした。これにより、実施の形態1の構成で得られる効果に加え、バイアス電圧に対する位相変化が大きな効率の良い領域を使用することができ、マッハツェンダ型変調器の制御を簡易にすることができる。 As described above, in this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the bias control is performed so as not to use the dead zone. Thereby, in addition to the effect obtained by the configuration of the first embodiment, an efficient region having a large phase change with respect to the bias voltage can be used, and the control of the Mach-Zehnder type modulator can be simplified.
なお、図1の例では、アーム光導波路が2つの構造であったが、マッハツェンダ型変調器の構成はこれに限られない。例えば、図3に示すような実施の形態1、2にかかるマッハツェンダ型変調器を入れ子にした構成も可能である。光入力導波路21から入力された光は、光分岐導波路22によって分岐される。分岐された光の間には、位相電極231、232により位相差π/2が与えられる。その後、分岐された光の一方は入れ子構造241を伝播し、分岐された光の他方は入れ子構造242を伝播する。入れ子構造241、242の光変調において実施の形態1、2と同様のマッハツェンダ型変調器の制御が適用される。上記の位相差π/2を与える構成は入れ子構造241、242の後段にあってもよい。
In the example of FIG. 1, the arm optical waveguide has two structures, but the configuration of the Mach-Zehnder modulator is not limited to this. For example, a configuration in which the Mach-Zehnder type modulators according to the first and second embodiments as shown in FIG. 3 are nested is also possible. The light input from the
図3に示すマッハツェンダ型光変調器は、四相位相偏移変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)や差動四相位相偏移変調(DQPSK:Differencial Quadrature Phase Shift Keying)、直交位相振幅変調(QAM:Quadrature amplitude modulation)といった、より高い伝送レートを実現する変調方式に対応する。図3の構成よりも入れ子構造が増えたマッハツェンダ型光変調器においても同様に実施の形態1、2を適用してもよい。 The Mach-Zehnder type optical modulator shown in FIG. 3 includes four-phase phase shift keying (QPSK), differential quadrature phase shift keying (DQPSK), quadrature phase shift keying (DQPSK), quadrature phase shift keying (AM), and quadrature phase shift keying (DQPSK). : Quadrature amplitude modulation), which corresponds to a modulation scheme that realizes a higher transmission rate. The first and second embodiments may also be applied to a Mach-Zehnder type optical modulator having an increased nesting structure as compared with the configuration of FIG.
実施の形態3.
量子閉じ込めシュタルク効果を利用する側は印加する電圧に比例して屈折率が変化する。一方、キャリアプラズマ効果を利用する側は印加する電流に比例して屈折率が変化する。順方向のバイアス電圧印加時と逆方向のバイアス電圧印加時でバイアス電圧に対する屈折率の変化が異なるため、マイコンなどを用いてバイアス電圧を制御する場合、順方向と逆方向のバイアス電圧の制御精度が異なる。上記のようなマッハツェンダ型変調器を用いた光通信装置の伝送特性は外部変調器に印加されているバイアス電圧に応じて変化する。最良の伝送特性を実現するバイアス電圧の条件は、送信する光信号の波長や変調器の温度などに依存して変化するため、順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御する必要がある。
On the side using the quantum confined Stark effect, the refractive index changes in proportion to the applied voltage. On the other hand, the refractive index changes in proportion to the applied current on the side using the carrier plasma effect. When the bias voltage is controlled using a microcomputer or the like because the change in refractive index with respect to the bias voltage differs between when the forward bias voltage is applied and when the reverse bias voltage is applied, the control accuracy of the forward and reverse bias voltages Is different. The transmission characteristics of the optical communication apparatus using the Mach-Zehnder type modulator as described above vary depending on the bias voltage applied to the external modulator. The bias voltage condition that achieves the best transmission characteristics changes depending on the wavelength of the optical signal to be transmitted, the temperature of the modulator, etc., so the forward and reverse bias voltages must be controlled with different control accuracy. is there.
図4は、本実施の形態にかかる光通信装置の構成例を示す図である。図示するように、光通信装置1000は、光変調部3、光出力モニタ部4、変調器制御部5を備える。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the optical communication apparatus according to the present embodiment. As illustrated, the
光変調部3は、実施の形態1、2で示したマッハツェンダ型変調器を含み、光信号を送信する。光出力モニタ部4は光変調部3から出力される光信号の光出力をモニタリングしており、送信された光信号の一部を受信して光出力モニタ値を出力する。光出力モニタ部4の一例としては、光検出器とトランスインピーダンスアンプを有し、受信した光信号の強度をモニタ電圧として検出し、これを光出力モニタ値として出力する。この例に限られず、例えば、光出力モニタ部4は電圧に変換せずにモニタ電流として検出し、これを光出力モニタ値として出力してもよい。変調器制御部5は光出力モニタ部4からの出力に基づき、バイアス電圧制御量を算出する。変調器制御部5は算出したバイアス電圧制御量に基づいて光変調部3に含まれるマッハツェンダ型変調器のバイアス電圧の制御を行う。
The
図5は、本実施の形態にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。図示するように、変調器制御部5は制御信号入力部51、駆動信号出力部52、オペアンプ53、抵抗54、55、56、スイッチ57、利得切り替え部58を備える。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the modulator control unit according to the present embodiment. As illustrated, the
変調器制御部5はオペアンプ53を用いた反転増幅回路を備える。マッハツェンダ型変調器を駆動するための電気信号は制御信号入力部51から入力される。入力された電気信号はオペアンプ53によって変調器制御部5の利得に応じて増幅される。増幅された電気信号は駆動信号出力部52から出力される。駆動信号出力部52から出力された電気信号は光変調部3内のマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加される。利得切り替え部58はスイッチ57の制御により合成抵抗を変化させることで、電気信号の利得を変更する。スイッチ57は利得制御信号に基づいてオンオフを制御する。なお、スイッチはオンオフの制御ができればよく,たとえばアナログスイッチによって実現される。
The
抵抗54の抵抗値をR1、抵抗55の抵抗値をR2、抵抗56の抵抗値をR3としたとき、スイッチ57をオフしたときの変調器制御部5の利得G1は、式(1)のようになる。
When the resistance value of the
G1=R2/R1 ・・・(1) G1 = R2 / R1 (1)
スイッチ57をオンしたときの変調器制御部5の利得G2は、式(2)のようになる。
The gain G2 of the
G2=((R2×R3)/(R2+R3))/R1 ・・・(2) G2 = ((R2 × R3) / (R2 + R3)) / R1 (2)
変調器制御部は電圧印加方向(順方向または逆方向)に応じて利得G1とG2の切り替えを行う。例えば、逆方向のバイアス電圧を印加する場合はG1の状態で制御し、順方向のバイアス電圧を印加する場合はG2の状態で制御を行う。G1>G2であれば、G2の状態で制御される順方向のバイアス電圧の制御幅はG1の状態で制御される逆方向のバイアス電圧の制御幅に比べて狭くなる。これにより順方向のバイアス電圧は逆方向のバイアス電圧よりも細かな精度で設定することができる。以上のように、電圧印加方向に応じてG1とG2を切り替えることによって順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御することができる。 The modulator control unit switches the gains G1 and G2 according to the voltage application direction (forward direction or reverse direction). For example, when applying a reverse bias voltage, control is performed in the state of G1, and when applying a forward bias voltage, control is performed in the state of G2. If G1> G2, the control width of the forward bias voltage controlled in the G2 state is narrower than the control width of the reverse bias voltage controlled in the G1 state. As a result, the forward bias voltage can be set with a finer precision than the reverse bias voltage. As described above, the forward and reverse bias voltages can be controlled with different control accuracy by switching between G1 and G2 according to the voltage application direction.
実施の形態4.
実施の形態3では利得切り替え部58が抵抗55、56とスイッチ57により構成されているが、本実施の形態では可変抵抗61により構成される。
In the third embodiment, the
図6は本実施の形態にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。図5と同一の構成は同一の符号を付して重複する説明を省略する。図示するように、本実施の形態の変調器制御部6の利得切り替え部68は可変抵抗61を有する。利得切り替え部68は利得制御信号に基づいて可変抵抗61の抵抗値を変化させることで、変調器制御部6の利得を切り替える。変調器制御部6では順方向または逆方向のバイアス条件に応じて可変抵抗61の抵抗値が制御される。なお、可変抵抗61は、利得制御信号に応じて抵抗値を制御できればよく、例えば、DPM(Digital PotentioMeter)により実現することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the modulator control unit according to the present embodiment. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. As shown in the figure, the
抵抗54の抵抗値をR1、可変抵抗61の抵抗値をR4としたとき、変調器制御部6の利得G1は、式(3)のようになる。
When the resistance value of the
G1=R4/R1 ・・・(3) G1 = R4 / R1 (3)
実施の形態3と同様に、電圧印加方向に応じて、可変抵抗61の抵抗値を調整して利得を制御する。順方向のバイアス電圧を印加する場合は、逆方向のバイアス電圧を印加する場合に比べて、R4の値を下げて利得を小さくする。これにより、順方向のバイアス電圧の制御幅は逆方向のバイアス電圧の制御幅に比べて狭くなり、順方向のバイアス電圧は逆方向のバイアス電圧よりも細かな精度で設定される。以上のように、電圧印加方向に応じて可変抵抗値を調整して利得を設定することによって、順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御することができる。また、可変抵抗で制御することにより、最良の伝送特性を実現するバイアス電圧の条件が、送信する光信号の波長や変調器の温度などに依存して変化した場合でも、柔軟にバイアス条件を変更することが可能となる。
Similar to the third embodiment, the gain is controlled by adjusting the resistance value of the
なお、実施の形態3、4では変調器制御部の電圧増幅回路にある抵抗値の制御によって利得を変えるとしていたが、抵抗値の切り替え以外の他の方法で利得を切り替えてもよい。例えば、テーブルに利得の情報を予め格納しておき、光出力モニタ値に応じてテーブルから利得の設定値を引き出すことによって、利得の値を切り替えてもよい。また、実施の形態3、4では変調器制御部の電圧増幅回路の一例として反転増幅回路を示したが、これに限定されない。例えば、非反転増幅回路などの他の既知の電圧増幅回路を実施の形態3、4に適用して利得を切り替えても同様の効果を得ることができる。 In the third and fourth embodiments, the gain is changed by controlling the resistance value in the voltage amplifier circuit of the modulator control unit, but the gain may be switched by a method other than the switching of the resistance value. For example, the gain value may be switched by storing gain information in the table in advance and extracting the gain setting value from the table in accordance with the optical output monitor value. In the third and fourth embodiments, the inverting amplifier circuit is shown as an example of the voltage amplifier circuit of the modulator control unit, but the present invention is not limited to this. For example, the same effect can be obtained by switching the gain by applying another known voltage amplifier circuit such as a non-inverting amplifier circuit to the third and fourth embodiments.
実施の形態5.
本実施の形態では、実施の形態1〜4の構成に加え、バイアス電圧の順方向(正)と逆方向(負)が逆転する場合にバイアス電圧制御がされないようにする。
In this embodiment, in addition to the configurations of the first to fourth embodiments, bias voltage control is not performed when the forward direction (positive) and the reverse direction (negative) of the bias voltage are reversed.
図7は本実施の形態にかかる変調器制御動作のフローチャートの一例を示す図である。バイアス電圧制御が開始されると、変調器制御部は光出力モニタ値を読み取る(ステップS701)。変調器制御部は読み取った光出力モニタ値に基づき、バイアス電圧制御量を算出する(ステップS702)。算出されたバイアス電圧制御量に基づいて制御を行った場合と、制御を行わなかった場合を比較して、制御後のバイアス電圧の正負が逆転するか判断する(ステップS703)。ここで、正負が逆転している場合はバイアス電圧の制御を行わない(ステップS704)。一方、正負が逆転していない場合は、算出したバイアス電圧によって制御を行う(ステップS705)。例えば、マッハツェンダ型変調器の位相電極に順方向のバイアス電圧が印加されており、この位相電極のバイアス電圧が順方向から逆方向に逆転する場合には、電圧印加方向を逆転させるバイアス制御を行わずに現状の電圧印加方向を維持する。同様に、位相変調器に逆方向のバイアス電圧が印加されており、この位相電極のバイアス電圧が逆方向から順方向に逆転する場合には、電圧印加方向を逆転させるバイアス制御を行わずに現状の電圧印加方向を維持する。ステップS704、S705の後は再度ステップS701に戻る。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a flowchart of the modulator control operation according to the present embodiment. When the bias voltage control is started, the modulator control unit reads the optical output monitor value (step S701). The modulator control unit calculates a bias voltage control amount based on the read optical output monitor value (step S702). The case where the control is performed based on the calculated bias voltage control amount and the case where the control is not performed are compared to determine whether the positive / negative of the bias voltage after the control is reversed (step S703). Here, when the sign is reversed, the bias voltage is not controlled (step S704). On the other hand, if the sign is not reversed, control is performed with the calculated bias voltage (step S705). For example, when a forward bias voltage is applied to the phase electrode of the Mach-Zehnder type modulator and the bias voltage of the phase electrode reverses from the forward direction to the reverse direction, bias control is performed to reverse the voltage application direction. Without changing the current voltage application direction. Similarly, when a reverse bias voltage is applied to the phase modulator and the bias voltage of the phase electrode is reversed from the reverse direction to the forward direction, the current state is not performed without performing the bias control for reversing the voltage application direction. The voltage application direction is maintained. After steps S704 and S705, the process returns to step S701 again.
以上のような動作フローを含むことにより、実施の形態1〜4において、マッハツェンダ型変調器に印加されるバイアス電圧の電圧印加方向を維持することができる。 By including the operation flow as described above, the voltage application direction of the bias voltage applied to the Mach-Zehnder modulator can be maintained in the first to fourth embodiments.
1 半導体基板
11 光入力導波路
12 光分岐導波路
131、132 アーム光導波路
141、142 アーム電極
151、152 位相電極
16 光合波導波路
17 光出力導波路
1000 光通信装置
241、242 入れ子構造
3 光変調部
4 光出力モニタ部
5、6 変調器制御部
51 制御信号入力部
52 駆動信号出力部
53 オペアンプ
54、55、56 抵抗
57 スイッチ
58、68 利得切り替え部
61 可変抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
PN接合構造またはPIN接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第1のアーム光導波路と、
量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第2のアーム光導波路と、
前記第1のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第1の位相電極と、
前記第2のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第2の位相電極と、を備え、 前記第1の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第2の位相電極に0Vまたは逆方向電圧を印加することを特徴とするマッハツェンダ型変調器。 An optical branching waveguide for branching input light; and
A first arm optical waveguide having a PN junction structure or a PIN junction structure and propagating light input from the optical branching waveguide;
A second arm optical waveguide having a quantum well structure and propagating light input from the optical branching waveguide;
A first phase electrode for adjusting a phase of light propagating through the first arm optical waveguide;
A second phase electrode for adjusting a phase of light propagating through the second arm optical waveguide, a forward voltage is applied to the first phase electrode, and 0 V or reverse is applied to the second phase electrode. A Mach-Zehnder type modulator characterized by applying a directional voltage.
前記光変調部から出力される光信号をモニタする光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部からの出力に基づき、前記マッハツェンダ型変調器に印加する電圧を制御する変調器制御部と、を備え、
前記変調器制御部は、前記マッハツェンダ型変調器の位相電極に対する電圧印加方向に応じて利得の切り替えを行うことを特徴とする光通信装置。 An optical modulator having at least one of the Mach-Zehnder modulators according to claim 1,
An optical output monitor for monitoring an optical signal output from the optical modulator;
A modulator control unit that controls a voltage applied to the Mach-Zehnder type modulator based on an output from the optical output monitor unit;
The optical communication apparatus, wherein the modulator control unit switches a gain according to a voltage application direction to a phase electrode of the Mach-Zehnder type modulator.
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