JP2015106133A - Mz optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マッハツェンダー型(Mach-Zehnder:MZ)光変調器に関し、詳細には、半導体層構造を有するMZ光変調器に関する。 The present invention relates to a Mach-Zehnder (MZ) optical modulator, and more particularly to an MZ optical modulator having a semiconductor layer structure.
半導体光導波路型デバイスは、近年の結晶成長技術や高精度加工技術の進展によって、これまでの半導体レーザダイオードに代表される単機能素子から、光信号処理の機能を内蔵した、集積型のデバイスの開発が進展している。 Semiconductor optical waveguide devices are integrated devices that have built-in optical signal processing functions from single-function devices represented by conventional semiconductor laser diodes, due to recent progress in crystal growth technology and high-precision processing technology. Development is progressing.
半導体の機能素子を集積化したデバイスでは、それぞれ電気的、光学的に分離された機能素子間を、入出力光導波路で結合することによって形成される。このような光導波路では、導波光の合波、および分波によって、信号光の分配や、位相状態の干渉といった機能を有する。 A device in which semiconductor functional elements are integrated is formed by coupling electrically and optically separated functional elements with an input / output optical waveguide. Such an optical waveguide has functions such as signal light distribution and phase state interference by multiplexing and demultiplexing of guided light.
これらの機能を応用した光変調器の代表的なものとして、図1に示すマッハツェンダー型(MZ)光変調器がある。この動作原理の概略は以下のとおりである。MZ光変調器10は、一つの光入力導波路11から伝搬した光を、分波器12によって2つの干渉系導波路13へ分けて、それぞれの導波路13の屈折率を位相制御部21により位相制御することで、それぞれの導波路13を伝搬する光の位相状態を制御する。位相を制御するためには、位相制御部21に電界を印加する。その後、位相状態が制御された2つ光を、合波器14で干渉させて光出力導波路15から出力光を取り出す。
As a typical optical modulator to which these functions are applied, there is a Mach-Zehnder (MZ) optical modulator shown in FIG. The outline of this operation principle is as follows. The MZ
図1に示すMZ光変調器10では、合波器からの出力光強度を制御することで、光変調器としての動作が可能となる。すなわち2つの光が強め合うときがオンレベルに、弱め合うときがオフレベルになる。オンレベルとオフレベルの差が消光特性になり、差があるほうが消光特性がよいとされる。
The MZ
理想的には、分波器の分岐比、および合波器の合波の割合はともに1:1であるのが望ましい。また理想的には位相制御部への電界の印加時に位相のみが変化して光強度が一切変化しないのが望ましく、さらに2つの干渉系導波路から合波器に光が入力される時点で、その2つの光の強度が等しいと消光特性がよくなる。 Ideally, it is desirable that both the branching ratio of the duplexer and the multiplexing ratio of the multiplexer are 1: 1. Ideally, when the electric field is applied to the phase control unit, it is desirable that only the phase changes and the light intensity does not change at all. Further, when light is input from the two interference waveguides to the multiplexer, When the intensity of the two lights is equal, the extinction characteristic is improved.
なお分波器は合波器としては、例えば多モード干渉型(multi−mode−interferometer:MMI)を用いる。 As the multiplexer, for example, a multi-mode interference type (multi-mode interferometer: MMI) is used.
しかしながら、実際の素子においては、干渉系へ光を分岐し伝搬する分波器の分岐比が、光の波長や素子温度によって1:1からずれる場合や、元々の光導波路の作製精度に依存した伝搬損失のばらつきが生じる場合がある。特に半導体光変調器の場合は、位相制御時の印加電界による光吸収損失の変動や信号光波長による光吸収損失の変動等が、光変調器としての動作条件を決める際に生じる場合があるため、これによっても干渉系光導波路から合波器へ伝搬される光強度が変動する可能性がある。 However, in an actual device, the branching ratio of the demultiplexer that branches and propagates the light to the interference system is deviated from 1: 1 depending on the wavelength of the light and the device temperature, or depends on the fabrication accuracy of the original optical waveguide. There may be variations in propagation loss. In particular, in the case of a semiconductor optical modulator, fluctuations in optical absorption loss due to an applied electric field during phase control and fluctuations in optical absorption loss due to signal light wavelength may occur when determining the operating conditions of the optical modulator. This may also change the intensity of light propagated from the interference optical waveguide to the multiplexer.
図2に印加電界強度と光吸収損失の関係例を示す。図2によれば、例えば位相制御時に6V/μmの電界強度が必要な場合、入力波長1530nmの場合には2dB、1540nmの場合には1dB、1550nmの場合でも0.3dBの光吸収損失が生じ、これによって消光特性が劣化する。 FIG. 2 shows an example of the relationship between the applied electric field strength and the light absorption loss. According to FIG. 2, for example, when an electric field strength of 6 V / μm is required at the time of phase control, an optical absorption loss of 0.3 dB occurs even when the input wavelength is 1530 nm, 2 dB, 1540 nm is 1 dB, and 1550 nm. As a result, the extinction characteristics deteriorate.
つまり、合波器への伝搬光強度が異なる場合、位相条件で干渉状態を制御しても、強度の弱い方の光強度に応じた位相状態制御になるため、強度の強い方の光成分は漏れ光としてオフレベルの強度増加とオンレベルの強度低下の原因となり、消光特性の悪化が生じることになる。 In other words, if the intensity of light propagating to the multiplexer is different, even if the interference state is controlled by the phase condition, phase state control is performed according to the light intensity of the weaker intensity. Leakage light causes an increase in off-level intensity and a decrease in on-level intensity, resulting in deterioration of extinction characteristics.
従って、優れた消光特性を得るには、2つの干渉系光導波路からMMI合波器へ入力される光強度を等しくすることが重要となる。これまで一般的に用いられているLN(ニオブ酸リチウム:LiNbO3)材料によるMZ光変調器では、入力側の分波器の分岐割合やその後の干渉導波路の伝搬損失等といった、合波器への入力光強度に影響を与える特性は、素子作製時にほぼ決まってしまうため、作製精度が重要であった。 Therefore, in order to obtain excellent extinction characteristics, it is important to equalize the light intensities input from the two interference optical waveguides to the MMI multiplexer. In an MZ optical modulator using an LN (lithium niobate: LiNbO3) material that has been generally used so far, a multiplexer such as a branching ratio of an input-side branching filter or a subsequent propagation loss of an interference waveguide is used. Since the characteristics that affect the input light intensity are almost determined at the time of device fabrication, fabrication accuracy is important.
一方、半導体光導波路MZ変調器においても、分波器の分岐割合やその後の導波路伝搬損失は(LN材料と同様に)作製精度の影響は大きい。さらに、変調器としての動作の際に屈折率を変化させるための電界を印加するため、これによる半導体の光吸収損失が変化することも導波路伝搬損失に影響を与える。特に、干渉系導波路間の光の位相を調整する際には、2つの導波路への印加電界は異なる値になるため、この電界印加による光吸収損失は、干渉系導波路間では異なる値になると思われる。したがって、これまでの半導体光導波路からなるMZ光変調器では、分波器や合波器の作製精度とともに、干渉系導波路への印加電界に対しても消光特性への影響を含めた設計が必要となり、動作条件に制約が出てしまう場合があった。 On the other hand, also in the semiconductor optical waveguide MZ modulator, the branching ratio of the branching filter and the subsequent waveguide propagation loss are greatly affected by the fabrication accuracy (similar to the LN material). Furthermore, since an electric field for changing the refractive index is applied during operation as a modulator, a change in the optical absorption loss of the semiconductor due to this also affects the waveguide propagation loss. In particular, when adjusting the phase of light between the interference waveguides, the electric fields applied to the two waveguides have different values. Therefore, the light absorption loss due to this electric field application varies between the interference waveguides. It seems to become. Therefore, conventional MZ optical modulators composed of semiconductor optical waveguides are designed to include the effects on the extinction characteristics for the electric field applied to the interference waveguide as well as the accuracy of manufacturing the duplexer and multiplexer. In some cases, the operating conditions are limited.
上述したように、半導体MZ光変調器においては、入力信号光を干渉系導波路へ分岐するための分波器の分岐比の1:1からのずれや、干渉系導波路内での光の伝搬損失、また印加電界による吸収損失の違いによって生じる、干渉系光導波路から合波器への光強度の差異は、強度変調時の消光特性を劣化させる。 As described above, in the semiconductor MZ optical modulator, the branching ratio of the demultiplexer for branching the input signal light to the interference waveguide is deviated from 1: 1, the light in the interference waveguide is A difference in light intensity from the interference optical waveguide to the multiplexer caused by a difference in propagation loss and absorption loss due to an applied electric field deteriorates the extinction characteristic at the time of intensity modulation.
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、位相条件の制御によって強度変調を得る際の、消光特性を改善する機能を有し、これを連続動作時に制御することで長期の動作期間にわたって安定な消光特性を実現できるMZ光変調器を提供することにある。さらに本発明の他の課題は、光変調器で課題となる伝搬損失を解消し、増幅する機能も有するMZ変調器を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to have a function of improving the extinction characteristic when intensity modulation is obtained by controlling phase conditions, and this is controlled during continuous operation. An object of the present invention is to provide an MZ optical modulator capable of realizing a stable extinction characteristic over a long operation period. Furthermore, another object of the present invention is to provide an MZ modulator that has a function of eliminating and amplifying the propagation loss that is a problem in the optical modulator.
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、光入力導波路と、前記光入力導波路から入力された光を2つに分岐する分波器と、前記分波器で分岐された2つの光に対して位相差を与える1対の光導波路と、前記1対の光導波路で位相差を与えられた2つの光を干渉させることにより合波する合波器と、前記合波器において合波した光を2つの出力ポートのうちのいずれかから出力する光出力導波路とを備えたMZ光変調器であって、前記1対の光導波路は、スラブ型の半導体積層構造を有し、前記1対の光導波路の各々は、それぞれ、該光導波路を伝搬する光を変調する変調信号電圧を印加する変調信号電極と、該1対の光導波路の導波路長の相違を補償するための位相調整電圧を印加する位相調整電極と、該光導波路を伝搬する光を増幅する注入電流を印加するSOA電極とを有し、前記SOA電極のそれぞれに印加する注入電流を独立に制御することにより前記光導波路から合波器へ入力される光の光強度が等しくなるように制御することを特徴とするMZ光変調器である。 In order to solve the above-described problem, an invention described in an embodiment includes an optical input waveguide, a duplexer that splits light input from the optical input waveguide into two, and the duplexer. A pair of optical waveguides that give a phase difference to the two lights branched at, and a multiplexer that multiplexes the two lights given a phase difference by the pair of optical waveguides by interfering with each other, An MZ optical modulator comprising an optical output waveguide that outputs light combined in the multiplexer from one of two output ports, wherein the pair of optical waveguides is a slab type semiconductor Each of the pair of optical waveguides has a laminated structure, and each of the pair of optical waveguides has a modulation signal electrode that applies a modulation signal voltage that modulates light propagating through the optical waveguide, and a waveguide length of the pair of optical waveguides. A phase adjusting electrode for applying a phase adjusting voltage for compensating the difference, and the optical waveguide. And an SOA electrode for applying an injection current for amplifying the light to be carried, and by independently controlling the injection current applied to each of the SOA electrodes, the light intensity of light input from the optical waveguide to the multiplexer Are controlled so as to be equal to each other.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本実施形態の半導体MZ光変調器は、光入力導波路と、光入力導波路から入力された光を2つに分岐する分波器と、分波器で分岐された2つの光に対して位相差を与える1対の光導波路と、1対の光導波路で位相差を与えられた2つの光を干渉させることにより合波する合波器と、合波器において合波した光を2つの出力ポートのうちのいずれかから出力する光出力導波路とを備えたMZ光変調器であって、2つの光導波路内にそれぞれ独立した光強度制御領域を形成し、この光強度制御領域によって干渉系導波路から合波器へ入力される光強度が等しくなるように制御する構成を備えている。光強度が等しい信号光の位相を制御して合波させることで、位相状態が干渉せずに出力されてしまう成分を減少させることが可能になる。その結果、強度変調時の消光特性の劣化を防止することができる。さらに本実施形態の半導体MZ光変調器では、それぞれ独立した2つの光強度制御領域の両方で増幅率を上げることにより、半導体MZ光変調器における伝搬損失を解消し、光増幅を行なうことができる。 The semiconductor MZ optical modulator according to the present embodiment is provided for an optical input waveguide, a duplexer that branches light input from the optical input waveguide into two, and two lights that are branched by the duplexer. A pair of optical waveguides that give a phase difference, a multiplexer that multiplexes two light beams that are given a phase difference by a pair of optical waveguides, and two lights that are combined in the multiplexer An MZ optical modulator having an optical output waveguide that outputs from any one of output ports, wherein independent optical intensity control regions are formed in the two optical waveguides, and interference is caused by the optical intensity control region. A configuration is provided in which the light intensity input from the system waveguide to the multiplexer is controlled to be equal. By controlling and multiplexing the phases of the signal lights having the same light intensity, it is possible to reduce components that are output without interference of the phase state. As a result, it is possible to prevent deterioration of the extinction characteristic during intensity modulation. Furthermore, in the semiconductor MZ optical modulator of the present embodiment, the propagation loss in the semiconductor MZ optical modulator can be eliminated and optical amplification can be performed by increasing the amplification factor in both of the two independent light intensity control regions. .
干渉系半導体導波路から出力側合波器へ伝搬する光の強度を制御する方法として、従来の屈折率を制御するための電界印加用の電極とは別に、信号光の波長に対して利得を持つpn接合構造から成る半導体光増幅器(semiconductor optical amplifier:SOA)を形成し、このSOAの電極に電流を注入してキャリアを発生させることで、半導体導波路を伝搬する信号光を増幅することが可能になる。 As a method of controlling the intensity of light propagating from the interference semiconductor waveguide to the output-side multiplexer, a gain is obtained with respect to the wavelength of the signal light separately from the conventional electrode for applying an electric field for controlling the refractive index. Forming a semiconductor optical amplifier (SOA) having a pn junction structure and a carrier is generated by injecting a current into an electrode of the SOA, thereby amplifying the signal light propagating through the semiconductor waveguide. It becomes possible.
ここで、それぞれの干渉系導波路を伝搬する光を独立に増幅し、等しい光強度となるように制御された信号光を合波することで、位相制御された光からの漏れ光成分を抑制できるため、オフレベルの光出力強度の低減と、オンレベルの光強度の増加によって、消光特性を改善することができる。また、合波された出力をモニタしながら消光特性が最大となるように、各SOAの注入電流を常時制御することを行えば、高い消光特性を長期連続動作に渡って、変動による劣化を生じることなく保持することが可能になる。 Here, the light propagating through each interference waveguide is independently amplified, and the signal light controlled to have the same light intensity is combined to suppress the leakage light component from the phase-controlled light. Therefore, the extinction characteristic can be improved by reducing the off-level light output intensity and increasing the on-level light intensity. Also, if the injection current of each SOA is always controlled so that the extinction characteristic is maximized while monitoring the combined output, the high extinction characteristic is deteriorated due to fluctuation over a long period of continuous operation. It becomes possible to hold without.
また、SOAで増幅された信号光強度は、干渉系導波路それぞれからSOA増幅信号強度モニタ用の分岐導波路とフォトダイオードを形成することで、その分岐光強度をそれぞれ直接検知することができる。検知した光強度が一致するようにSOAへの注入電流を制御することで、さらに簡易に高い消光特性が実現できる。 Further, the signal light intensity amplified by the SOA can be directly detected by forming a branch waveguide and a photodiode for monitoring the SOA amplified signal intensity from each interference waveguide. By controlling the injection current into the SOA so that the detected light intensities coincide with each other, a high extinction characteristic can be realized more easily.
また、伝搬光強度の制御を常時行うことで、実動作中に何らかの要因によって両干渉系導波路の伝搬光強度が変動した場合でも、SOAの増幅率を制御することで合波器への入力光強度を常に一定に保持することができるため、素子の長期連続動作時の特性安定化にも有効である。 Also, by always controlling the propagation light intensity, even if the propagation light intensity of both interference waveguides fluctuates due to some factor during actual operation, the input to the multiplexer can be controlled by controlling the amplification factor of the SOA. Since the light intensity can always be kept constant, it is also effective for stabilizing the characteristics during long-term continuous operation of the element.
また、光出力導波路からの出力光強度を観察して両方のSOAの注入電流を制御することも好ましい。半導体MZ変調器と、光ファイバ等の外部入出力用導波路との結合がずれ、半導体MZ変調器としての光損失が増加した場合にも、両方のSOAの増幅率を上げることで補償することができる。 It is also preferable to control the injection current of both SOAs by observing the output light intensity from the optical output waveguide. Even when the coupling between the semiconductor MZ modulator and the external input / output waveguide such as an optical fiber is shifted and the optical loss as the semiconductor MZ modulator is increased, compensation is performed by increasing the amplification factors of both SOAs. Can do.
(第1の実施形態)
まず、SOAを備えた半導体MZ光変調器について説明する。図3は、本実施形態の半導体MZ光変調器の概略構成を示す図である。本実施形態の光変調器1は、光入力導波路11と、分波器12と、1対の干渉系光導波路13と、合波器14と、光出力導波路15とが縦列接続されて構成されている。干渉系光導波路13は、変調信号電極16と、位相変調電極17と、SOA電極18とを有している。
(First embodiment)
First, a semiconductor MZ optical modulator having an SOA will be described. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the semiconductor MZ optical modulator of the present embodiment. In the optical modulator 1 of this embodiment, an
光入力導波路11と、分波器12と、1対の干渉系光導波路13と、合波器14と、光出力導波路15とは、基板層の上に、光を導波するコア層と、コア層の上下において光を閉じ込めるクラッド層とが積層されたスラブ型の半導体積層構造を有している。この半導体積層構造では、光入力導波路11から入力された光が、分波器12で2分岐され、1対の干渉系光導波路13で2分岐した光に位相差が与えられた後、位相差が与えられた2つの光が合波器14で干渉させられることによって合波され、光出力導波路15の2つのポートのうちのいずれか一方から出力される。
The
図4は、干渉系光導波路の層構造を説明する図である。図4において、(a)は電極がない領域の干渉系光導波路を示し、(b)は変調信号電極または位相変調電極を有する領域の干渉系光導波路を示し、(c)はSOAを形成する干渉系光導波路を示す。 FIG. 4 is a diagram for explaining the layer structure of the interference optical waveguide. 4A shows an interference optical waveguide in a region where no electrode is provided, FIG. 4B shows an interference optical waveguide in a region having a modulation signal electrode or a phase modulation electrode, and FIG. 4C forms an SOA. An interference optical waveguide is shown.
干渉系光導波路13は、図4(a)に示すように、n−InP基板21上に、n−InGaAsPコンタクト層22と、n−InPクラッド層23と、i−MQWコア層24と、p−InPクラッド層25とが積層されて構成されている。
As shown in FIG. 4A, the interference
変調信号電極16は、図4(b)に示すように、n−InGaAsPコンタクト層22上に設けられたn側電極28と、p−InPクラッド層25の上に積層されたp−InGaAsPコンタクト層26の上に設けられたP側電極27であり、干渉系光導波路13に沿って設けられた進行波型電極として構成される。変調信号電極16は、干渉系光導波路13に沿って流れる電気信号により干渉系光導波路13の屈折率を変化させることにより、干渉系光導波路13を伝搬する光の速度を変化する。このように電気信号の変化により光の伝搬速度が変化するので、変調信号電極16に入力された電気信号が、干渉系光導波路13を伝搬する光信号に変換されることとなる。1対の干渉系光導波路13のそれぞれに設けられた変調信号電極16において異なる変調信号電圧を印加することにより、1対の干渉系光導波路13を伝搬する2つの光信号に位相差を与えている。
As shown in FIG. 4B, the
位相変調電極17は、図4(b)に示すように、n−InGaAsPコンタクト層22上に設けられたn側電極と、p−InPクラッド層25上に設けられたp−InGaAsPコンタクト層26およびP側電極27とを設けることにより構成される。位相変調電極17は、1対の干渉系光導波路13の導波路長の相違を補償するための位相調整電圧を印加するための電極である。2つの位相変調電極17のいずれか一方に調整用の電圧を印加することにより、1対の干渉系光導波路13の長さの製造誤差を位相調整により微調整することができる。
As shown in FIG. 4B, the
SOA電極18は、図4(c)に示すように、図4(a)に示す干渉系光導波路13の半導体積層構造におけるi−MQWコア層24がi−MQW活性層29として機能する光増幅器(SOA)の領域に電圧を印加するための電極27、28である。なお、p−InPクラッド層25にはp−InGaAsPコンタクト層26を介して電極27が設けられる。このSOA電極18を用いてpn接合構造を有する干渉系光導波路13に順方向電流を流すことにより干渉系光導波路13を光増幅器として機能させ、i−MQW活性層29を伝搬する光の強度を増幅することができる。
As shown in FIG. 4C, the
図3に示す半導体MZ光変調器1において、入力側光導波路11から分波器12に入力された光は、2つの干渉系光導波路13に分岐されて伝搬する。その後、各干渉系導波路13に形成された電極16、17にバイアス電圧が印加されることで電界が印加され、屈折率が変化することで、実効的な光路長が変化する。その後信号光は、干渉系導波路13の合波器14側に形成されたSOA電極18に挟まれた干渉系光導波路13の部分を通過する際に、注入電流に応じた増幅率で増幅される。干渉系導波路13を通過した後は、このときの位相条件に基づいて合波器14によって合波される。
In the semiconductor MZ optical modulator 1 shown in FIG. 3, light input from the input-side
ここで、複数の光導波路から伝搬される光信号を合波するには、一般的にMMI(多モード干渉:Multi−Mode−Interferometer)合波器14が用いられる。MMIによる合波原理は、複数の入力側光導波路11から入射した光が、多モード導波路構造部分で互いに干渉し、これらの光の位相条件によって、光強度が強めあう位置(距離と方向)が決まるため、この位置に光出力導波路15を作成することで、光の合波出力光を取り出すことを可能にする。
Here, in order to multiplex optical signals propagated from a plurality of optical waveguides, an MMI (Multi-Mode-Interferometer)
したがって、一般的に用いられる2入力2出力のMMIの場合、2つのポートから構成される光出力導波路15のうちの一方は出力ポートとして機能させ、他方はモニタポートとして機能させることができる。出力光ポートと逆位相となる光がモニタポートに出力されるように設計される。この出力光とは逆位相となるモニタポートへの出力光強度を用いて、位相条件によるオン/オフ動作点の設定と、オフ点での消光特性および光出力強度の調整手順を以下に記す。
Therefore, in the case of a commonly used 2-input 2-output MMI, one of the
まず、変調信号電極16、位相調整電極17における干渉系導波路13の逆バイアス印加電圧によって、2つの伝搬光の位相差を制御し、モニタポートへの光出力が最大(出力ポートへの光出力が最小に相当)になるように調整する。次に、片側の干渉系導波路13内に形成されたSOAへの注入電流を制御し、モニタポートの出力が最大になるようにSOA電極18への注入電流を調整する。この時点で、干渉系導波路13からMMI合波器14への信号光強度が揃っている状態が得られる。さらに光変調器1からの光出力強度を大きくする場合は、両方の干渉系導波路13内のSOAへの注入電流を制御して所望の光出力が得られる条件に調整することが可能になる。
First, the phase difference between the two propagation lights is controlled by the reverse bias voltage applied to the
この実施形態の半導体MZ光変調器1によれば、2つの干渉系導波路内のそれぞれに独立してSOAを形成することで、位相条件による消光特性を改善し、さらに利得を持つ光変調器としての動作も可能になる。また、位相変調機能とは独立したSOA端子を持つことで、干渉系導波路内の光の伝搬損失や吸収損失、また分波器の分岐比変動等に対しても補償制御可能になるため、光変調器の長期動作安定性にも寄与することができる。 According to the semiconductor MZ optical modulator 1 of this embodiment, the SOA is independently formed in each of the two interference waveguides, thereby improving the extinction characteristic due to the phase condition and further having a gain. It is also possible to operate as In addition, by having an SOA terminal independent of the phase modulation function, compensation control can be performed for propagation loss and absorption loss of light in the interference waveguide, and branching ratio fluctuation of the duplexer, etc. It can also contribute to the long-term operational stability of the optical modulator.
(第2の実施形態)
次に、第1の実施形態の半導体MZ光変調器の構成に加えて、SOAの出力をモニタする手段をさらに備えた半導体MZ光変調器について説明する。図5は、本実施形態の半導体MZ光変調器の概略構成を示す図である。本実施形態の光変調器2は、図5に示すように、合波器14の手前の1対の干渉系光導波路13のそれぞれの領域に、光カプラ導波路19とモニタPD20とを設けた構成である。
(Second Embodiment)
Next, in addition to the configuration of the semiconductor MZ optical modulator of the first embodiment, a semiconductor MZ optical modulator further provided with means for monitoring the output of the SOA will be described. FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the semiconductor MZ optical modulator of the present embodiment. As shown in FIG. 5, the
本実施形態の光変調器2は、入力側光導波路から、干渉系導波路内のSOAを通過する際に信号光が増幅されるまでの構成は第1の実施形態の半導体MZ光変調器1と同様に構成できる。
The configuration of the
本実施形態の半導体MZ光変調器では、各干渉系導波路に形成されたSOAによって増幅された信号光強度を、それぞれモニタする手段を有することで、個別に干渉系導波路の光出力強度を制御することを可能にしている。 In the semiconductor MZ optical modulator of this embodiment, the optical output intensity of the interference waveguide is individually measured by having means for monitoring the signal light intensity amplified by the SOA formed in each interference waveguide. Making it possible to control.
これは、SOA電極18が設けられた干渉系光導波路13の領域で増幅されてからMMI合波器14に至るまでの部分に、半導体導波路からなる光カプラ19を形成し、分岐した光強度をフォトダイオード20で検知することを可能にしている。このような光カプラ19は、半導体MZ光変調器2の導波路部分13と同一の構造で形成可能であるため、実際の作製の際にも、フォトリソグラフィ―のマスクパターンに加工することで、新たに異なる装置を追加する手順なしに光カプラを形成することが可能である。
This is because an
また、分岐した光強度をモニタするためのフォトダイオード20も、SOA電極18が設けられた干渉系光導波路13の領域と同じ半導体層構造として形成し、逆バイアスを印加することで十分な光吸収係数を得ることができる。したがって、フォトダイオード20も新たに異なる装置を追加する手順無しにフォトリソグラフィのマスクパターン加工によって形成可能である。モニタ用フォトダイオード20部分の半導体層構造は図4(c)に示す構成と同様の層構造を採用できる。この半導体構造では逆バイアス電圧で吸収係数を制御し、モニタ電流を調整することが可能になる。
The
またフォトダイオード20をSOAと同じ半導体構造で形成することもできる。この場合、ゼロバイアスでも(バイアス電圧印加回路を用いなくても)モニタ電流の検出が可能になる。
The
通常の光変調器では、このように制御用のモニタ光強度を分岐することは出力光強度の低下を招くが、本実施形態ではSOAによる光増幅が可能であるため、このようなモニタ信号の分岐損も補償することが可能であるため、問題にはならない。さらに、第1の実施形態の半導体MZ光変調器1に比べてそれぞれのSOAによる増幅光強度を直接モニタすることが可能になるため、各干渉系導波路からの出力光強度を直接容易に測定制御することが可能になる。 In a normal optical modulator, branching the monitor light intensity for control in this way causes a reduction in output light intensity. However, in this embodiment, optical amplification by SOA is possible. Since branching loss can be compensated, it does not matter. Furthermore, compared to the semiconductor MZ optical modulator 1 of the first embodiment, it becomes possible to directly monitor the intensity of the amplified light by each SOA, so that the output light intensity from each interference waveguide can be measured directly and easily. It becomes possible to control.
この実施形態の半導体MZ光変調器によれば、第1の実施形態の半導体MZ光変調器による効果に加えて、さらに、増幅された伝搬光強度をそれぞれ観測できるモニタ端子を有することで、出力側合波器への入力光強度が等しくなるように動作させるとともに、出力光強度自体を制御することができる。 According to the semiconductor MZ optical modulator of this embodiment, in addition to the effects of the semiconductor MZ optical modulator of the first embodiment, the output of the semiconductor MZ optical modulator can be further increased by having the monitor terminal capable of observing the amplified propagation light intensity. While operating so that the input light intensity to the side multiplexer becomes equal, the output light intensity itself can be controlled.
以上の実施形態において、変調信号電極16、位相調整電極17、SOA電極18を干渉系光導波路13の入力側から順番に設ける構成としたが、この順番に限ることはなく、任意である。例えば図3の構成において、入力側から順に、変調信号電極16、SOA電極18、位相調整電極17とを設け、位相調整電極17には位相調整用の電圧を印加するとともに、電流(=受光電流)を測定できるようにしておくと位相調整電極17で1対の干渉系光導波路から前記合波器に入力される光の光強度のモニタも可能になる。
In the above embodiment, the
また図3または図5の構成において、SOA電極18を変調信号電極16よりも入力側に設けることで、SOAには変調されていない光が入力されるようになる。これはSOAのパターン効果(信号波形によって増幅率が変化してしまう効果)を防ぐことができ、有効である。
Further, in the configuration of FIG. 3 or FIG. 5, by providing the
分岐器・合波器としてはMMIをもとに説明したが、Y分岐、方向性結合器、MZカプラを用いても構わない。 The branching / multiplexing unit has been described based on the MMI, but a Y-branch, a directional coupler, and an MZ coupler may be used.
1、2 光変調器
11 光入力導波路
12 分波器
13 干渉系光導波路
14 合波器
15 光出力導波路
16 変調信号電極
17 位相変調電極
18 SOA電極
21 n−InP基板
22 n−InGaAsPコンタクト層
23 n−InPクラッド層
24 i−MQWコア層
25 p−InPクラッド層
26 p−InGaAsPコンタクト層
27 P側Au電極
28 n側AU電極
29 i−MQW活性層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光入力導波路から入力された光を2つに分岐する分波器と、
前記分波器で分岐された2つの光に対して位相差を与える1対の光導波路と、
前記1対の光導波路で位相差を与えられた2つの光を干渉させることにより合波する合波器と、
前記合波器において合波した光を2つの出力ポートのうちのいずれかから出力する光出力導波路とを備えたMZ光変調器であって、
前記1対の光導波路は、スラブ型の半導体積層構造を有し、前記1対の光導波路の各々は、それぞれ、該光導波路を伝搬する光を変調する変調信号電圧を印加する変調信号電極と、該1対の光導波路の導波路長の相違を補償するための位相調整電圧を印加する位相調整電極と、該光導波路を伝搬する光を増幅する注入電流を印加するSOA電極とを有し、前記SOA電極のそれぞれに印加する注入電流を独立に制御することにより前記光導波路から合波器へ入力される光の光強度が等しくなるように制御することを特徴とするMZ光変調器。 An optical input waveguide;
A duplexer that splits the light input from the optical input waveguide into two;
A pair of optical waveguides that give a phase difference to the two lights branched by the duplexer;
A multiplexer that multiplexes the light by interfering two lights having a phase difference in the pair of optical waveguides;
An MZ optical modulator comprising an optical output waveguide that outputs the light combined in the multiplexer from one of two output ports;
The pair of optical waveguides has a slab type semiconductor laminated structure, and each of the pair of optical waveguides includes a modulation signal electrode that applies a modulation signal voltage that modulates light propagating through the optical waveguide; A phase adjusting electrode for applying a phase adjusting voltage for compensating for a difference in waveguide length between the pair of optical waveguides, and an SOA electrode for applying an injection current for amplifying light propagating through the optical waveguide. The MZ optical modulator is characterized in that the light intensity of the light input from the optical waveguide to the multiplexer is controlled to be equal by independently controlling the injection current applied to each of the SOA electrodes.
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