JP3979108B2 - Optical signal processing device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光信号処理装置に関し、より具体的には、波長変換装置、波形整形装置、光演算装置及び光ゲート装置などとして利用可能な光信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インターネットの普及と共にネットワークを流れるトラヒックの需要は止まることを知らずに拡大をしている。このような大容量ネットワークでは、ノードを結ぶ伝送路に光ファイバを使った通信方式が適用されており、伝送路の伝送速度も10Gbit/sを超えようとしている。
【0003】
伝送路の伝送速度が40Gbit/s以上で構成されたネットワークでは、コスト低減、装置設置スペースの節約、及び低消費電力の観点から、光信号を電気信号に変換することなく光信号の波長を変換する機能が望まれている。光信号と電気信号間の複雑な変換処理を無くすことができるからである。動作上も、40Gbit/s以上で動作する電気回路を用意するのは難しい。
【0004】
各種の波長変換装置が提案されている中で、特開平10−78595号公報及び対応する米国特許第5959764号公報に記載される波長変換装置は、偏波依存性が小さいことと、構成が簡単で動作が安定していることから、有望視されている。
【0005】
また、この種の波長変換装置は、劣化した波形を整形する装置として、特定のタイムスロットの信号光をゲートする光ゲート装置として、また、複数のパルス信号光を論理演算する光演算装置としても利用できること、極端なケースとして同一波長の光キャリア間で信号を移転できることが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特開平10−78595号公報及び米国特許第5959764号公報に記載される波長変換装置では、波長変換時にポンプ光により吸収型光変調器内部で発生するキャリアの排出が、吸収型光変調器の静電容量で制限される。従って、波長変換の動作周波数は、吸収型光変調器の静電容量で制限される。通常の吸収型光変調器は、素子長が200μm程度であり、静電容量が0.4pF程度であるので、波長変換動作が、最大、20Gbit/s程度に制限される。また、このとき、波長変換装置の出力光(波長変換光)のオン・オフ比は11dB程度である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
OFC2001 ME4,”60Gbit/s WDM−OTDM Transmultiplexing Using an Electoro−Absorption Mudulator”で公開されている手法によると、吸収型光変調器部分の素子長を短くし、静電容量を低減することにより、動作周波数が向上でき、60GHzまでの波長変換動作が確認されている。しかし、素子長を短くしたことに起因して、波長変換光のオン・オフ比が7.5dBまで低下することが観測されている。伝送に必要な10dB程度のオン・オフ比が得られないので、吸収型光変調器部分の素子長を短くする手法は、実用には適さない。
【0008】
本発明は、20Gbit/sを超えて高速に動作可能な光信号処理装置を提示することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光信号処理装置は、信号波長の信号光が入力する光変調ユニットであって、当該信号光の伝搬方向に直列に配置される複数の吸収型光変調器からなる光変調ユニットと、当該複数の吸収型光変調器のそれぞれに逆バイアス電圧を印加する逆バイアス回路であって、当該信号光の入力側に位置する吸収型光変調器に、当該信号光の出力側に位置する吸収型光変調器への逆バイアス電圧以上の逆バイアス電圧を印加する逆バイアス回路と、当該光変調ユニットに、当該信号光と同方向及び逆方向の何れかでプローブ波長のプローブ光を入力するプローブ光入力装置と、当該光変調ユニットを透過したプローブ光を取り出すプローブ光抽出手段とを具備することを特徴とする。
【0011】
当該光変調ユニットが、当該複数の吸収型光変調器を集積した集積素子からなる。これにより、光変調ユニットを小型化できる。当該集積素子の、当該信号光の入力側において、光伝搬層を埋め込む第1の半絶縁性半導体を設けることで、耐入力光パワーが向上する。当該集積素子の、当該信号光の出力側において、光伝搬層を埋め込む第2の半絶縁性半導体を設けることで、出力側の吸収型光変調器の変調領域長を精度良く制御できる。
【0012】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0013】
(第1実施例)
図1は、本発明の第1実施例の概略構成図を示す。入力端子10には、波長1535nmの信号光が入力し、入力端子12には波長1558nmのCWプローブ光が入力する。光カップラ14は、入力端子10からの信号光と入力端子12からのプローブ光を合波する。変調器集積素子16には、それぞれ、InGaAsPからなる変調層を具備する2つの電気吸収型光変調器16A,16Bが直列に配置されている。即ち、変調器集積素子16の下の電極18はアースに接続する。集積素子16の上には、電気的に分離された2つの電極20A,20Bがあり、電極20Aが光変調器16Aの上部に位置し、電極20Bが光変調器16Bの上部に位置する。即ち、本実施例では、光変調器16Aと同16Bに独立にバイアス電圧を印加できるようになっている。
【0014】
このような集積素子16は、例えば、H. Tanaka他,”OPTICAL SHORT PULSE GENERATION AND DATA MODULATION BY A SINGLE−CHIP InGaAsP TANDEM−INTEGRATED ELECTROABSORPTION MODULATION (TEAM)”, Electronics Letters 27th May 1983, Vol.29, No.11, pp. 1002−1003に記載されている。
【0015】
光カップラ14の出力光は、変調器集積素子16の電気吸収型光変調器16Aに入力する。電気吸収型光変調器16Aの出力光は電気吸収型光変調器16Bに入力する。電気吸収型光変調器16Bの出力光は、波長λp(1558nm)を中心透過波長とする光バンドパスフィルタ22に入力する。光バンドパスフィルタ22は、電気吸収型光変調器16Bの出力光から波長λpの成分、即ちプローブ光成分のみを抽出して、出力端子24に供給する。
【0016】
電気吸収型光変調器16A,16Bは互いに独立に逆バイアスされている。即ち、直流電圧源26Aは正極がアースに接続し、負極が、インダクタンス28A、コンデンサ30A及び、高周波信号を終端するための終端抵抗32Aを介してアースに接続する。そして、インダクタンス28Aとコンデンサ30Aの接続点の電圧が、逆バイアス電圧として電極20Aを介して電気吸収型光変調器16Aに印加されている。インダクタンス28A及びコンデンサ30Aからなる部分は、いわゆるバイアスティーとなる。同様に、直流電圧源26Bは正極がアースに接続し、負極が、インダクタンス28B、コンデンサ30B及び、高周波信号を終端するための終端抵抗32Bを介してアースに接続する。そして、インダクタンス28Bとコンデンサ30Bの接続点の電圧が、逆バイアス電圧として電極20Bを介して電気吸収型光変調器16Bに印加されている。インダクタンス28B及びコンデンサ30Bからなる部分は、いわゆるバイアスティーとなる。
【0017】
電気吸収型光変調器16A,16B内では、信号光の強度変化に応じて、プローブ波長λpの吸収損失が変化し、その結果、プローブ光の振幅が、信号光の強度変化に応じて変化する。これにより、波長λsの信号光で搬送される信号の波形が、プローブ光に転写される。換言すると、信号を搬送する光キャリアの波長がλsからλpに変化する。この動作の詳細は、特開平10−78595号公報及び米国特許第5959764号公報に記載されているので、これ以上の説明を省略する。
【0018】
本実施例では、直列接続した電気吸収型光変調器16A,16Bの内の、信号光入力側の電気吸収型光変調器16Aの逆バイアス電圧を、信号光出力側の電気吸収型光変調器16Bの逆バイアス電圧以上にしている。その理由を以下に説明する。
【0019】
単一の電気吸収型光変調器を使用する場合で、信号光の光パワー、逆バイアス電圧、素子長及び変換光のオン・オフ比の関係を調べた。具体的には、吸収型光変調器に入力する信号光の光パワーが+15dBmと+10dBmのときで、逆バイアス電圧及び素子長に対して、吸収型光変調器の出力光に含まれるプローブ光成分(波長変換光)の最高パワーと最低パワーの比(オン・オフ比)を測定した。図2は、吸収型光変調器に入力する信号光の光パワーが+15dBmのときの、逆バイアス電圧、素子長及び波長変換光のオン・オフ比の関係を示し、図3は、吸収型光変調器に入力する信号光の光パワーが+10dBmのときの、逆バイアス電圧、素子長及び波長変換光のオン・オフ比の関係を示す。図2及び図3において、横軸は逆バイアス電圧Vb(V)、縦軸は、オン・オフ比(dB)である。素子長は、25μm、50μm、75μm及び200μmである。
【0020】
波長変換光のオン・オフ比は、逆バイアス電圧が高くなると、増加するが、ある逆バイアス電圧値よりも高くなると、減少する傾向を示した。また、素子長が長くなるほど、波長変換光のオン・オフ比の最高値は大きくなり、波長変換光のオン・オフ比が最大になる逆バイアス電圧は、低くなった。更に、信号光の入力パワーが高いほど、波長変換光のオン・オフ比の最高値は大きくなり、波長変換光のオン・オフ比が最大になる逆バイアス電圧は、高くなった。
【0021】
これらは、逆バイアス電圧が高くなるほど波長変換光のオン・オフ比は大きくなるが、ある逆バイアス電圧を越すと波長変換が生じなくなることと、信号光パワーが十分に高い領域では波長変換が生じるが、信号光パワーが低くなると波長変換が生じなくなることを示している。この結果、波長変換光のオン・オフ比を上げるには、吸収型変調器内部の光の伝搬方向に沿って、信号光のパワーが充分に高い信号光入力端面の近傍では、逆バイアス電圧を高くして、波長変換の効率を上げ、信号光のパワーが低くなった信号光出力端面近傍ではバイアス電圧を徐々に低くしていけばよいことを示している。
【0022】
この見解に従い、本実施例では、信号光の伝搬方向に2つの電気吸収型光変調器16A,16Bを配置し、後側の電気吸収型光変調器16Bの逆バイアス電圧を、前側の電気吸収型光変調器16Aの逆バイアス電圧以下にした。換言すると、電気吸収型光変調器を前半部分と後半部分に分離し、後半部分の逆バイアス電圧を、前半部分の逆バイアス電圧以下にした。
【0023】
逆バイアス電圧を同じにしても、目的とする波長変換動作に必要な変換領域長を2つの電気吸収型光変調器16A,16Bに分離したことにより、個々の電気吸収型光変調器16A,16Bの素子長が短くなる。これにより、周波数帯域が広がり、波長変換光の信号品質が向上する。勿論、逆バイアス電圧に差をつけることで、更に、周波数帯域が広がり、波長変換光の信号品質が向上する。
【0024】
試作例を説明する。各電気吸収型光変調器16A,16Bの素子長を75μmとした。発明者らの測定によると、75μmの素子長では、静電容量が0.16pFとなる。この場合、50Ω系の高周波線路でこの電気吸収型光変調器16A,16Bを用いると、3dB帯域幅が40GHzとなり、40Git/sの波長変換動作が可能となる。変調器集積素子16における信号光の入力パワーを+15dBmに設定し、電気吸収型光変調器16A,16Bの逆バイアス電圧をそれぞれ−3.5V及び−2.5Vに設定した。このとき、プローブ光は、電気吸収型光変調器16Aで7.7dBのオン・オフ比で強度変調され、更に、電気吸収型光変調器16Bで、2.8dBのオン・オフ比で強度変調される。従って、変調器集積素子16から出力されるプローブ光は、10.5dBで強度変調されている。従って、図1に示す波長変換装置は、40Gbit/sで動作し可能であり、しかも、波長変換光に対し10dB以上のオン・オフ比を達成できる。
【0025】
(第2実施例)
図4は、本発明の第2実施例の概略構成図を示す。図1に示す実施例と同じ構成要素には、同じ符号を付してある。
【0026】
図1に示す第1実施例では、2つの電気吸収型光変調器16A,16Bを直列接続したが、図4に示す実施例では、光変調器集積素子116に直列に3つの電気吸収光変調器116A,116B,116Cを形成し、電気吸収光変調器116A,116B,116Cの順に低い逆バイアス電圧値を印加するように構成した。
【0027】
即ち、集積素子116の上には、電気的に分離された3つの電極120A,120B,120Cがあり、電極120Aが光変調器116Aの上部に位置し、電極120Bが光変調器116Bの上部に位置し、電極120Cが光変調器116Cの上部に位置する。
【0028】
直流電圧源126Aは正極がアースに接続し、負極は、インダクタンス128A、コンデンサ130A及び、高周波信号を終端するための終端抵抗132Aを介してアースに接続する。そして、インダクタンス128Aとコンデンサ130Aの接続点の電圧が、逆バイアス電圧として電極120Aを介して電気吸収型光変調器116Aに印加されている。インダクタンス128A及びコンデンサ130Aからなる部分は、いわゆるバイアスティーとなる。
【0029】
同様に、直流電圧源126Bは正極がアースに接続し、負極は、インダクタンス128B、コンデンサ130B及び、高周波信号を終端するための終端抵抗132Bを介してアースに接続する。そして、インダクタンス128Bとコンデンサ130Bの接続点の電圧が、逆バイアス電圧として電極120Bを介して電気吸収型光変調器116Bに印加されている。インダクタンス128B及びコンデンサ130Bからなる部分は、いわゆるバイアスティーとなる。
【0030】
直流電圧源126Cは正極がアースに接続し、負極は、インダクタンス128C、コンデンサ130C及び、高周波信号を終端するための終端抵抗132Cを介してアースに接続する。そして、インダクタンス128Cとコンデンサ130Cの接続点の電圧が、逆バイアス電圧として電極120Cを介して電気吸収型光変調器116Cに印加されている。インダクタンス128C及びコンデンサ130Cからなる部分は、いわゆるバイアスティーとなる。
【0031】
図4に示す実施例では、各電気吸収光変調器116A,116B,116Cの素子長を、50μm程度に短くできる。各変調器116A,116B,116Cの素子長が50μmの場合、静電容量は0.12pF程度と、第1実施例の場合よりも小さくなり、3dB帯域幅が53GHzとなり、更に高いビットレートでの波長変換動作が可能になる。なお、電気吸収型光変調器116A,116B,116Cへの逆バイアス電圧を、例えば、それぞれ−4.5V、−3.5V及び−1.5Vとする。電気吸収型光変調器116A,116B,116Cへの逆バイアス電圧を、それぞれの素子長と信号光パワーに応じて最適な波長変換動作を得られる値に設定できるので、第1実施例よりも高いオン・オフ比を達成できる。
【0032】
(その他)
図5は、変調器集積素子16の外観斜視図を示し、図6は、その中央断面図を示す。光入力側から、導波領域210、変調領域212,絶縁領域214、変調領域216及び導波領域218からなる。変調領域212が、電気吸収型光変調器16Aに対応し、変調領域216が電気吸収型光変調器16Bに対応する。
【0033】
n−InP基板220の上にInGaAsP変調層222及びInGaAsPバッファ層224を積層する。バッファ層224の上の、変調領域212,214に対応する部分には、n−InP層226A,226B及びp−InGaAsP層228A,228Bを積層し、導波路領域210,218及び絶縁領域214に対応する部分には、鉄をドープした半絶縁性InP層230,232,234を積層する。
【0034】
p−InGaAsP層228A,228Bの上にそれぞれ、電極236A,236Bを配置し、InP層230,232,234の上にはガラス(SiO)240を配置する。また、基板220の下には、全面に電極242を配置する。電極242は、電極18に対応する。
【0035】
図5及び図6に示す集積構成では、入力側の導波路領域210に、鉄をドープした半絶縁性InP層230を埋め込んだので、信号光の耐入力パワーを改善できた。実測例では、2dB向上した。これにより、変調器集積素子16への入力光パワーを更に上げることができ、その結果、波長変換光のオン・オフ比を上げることができた。また、出力側の導波路領域218に、鉄をドープした半絶縁性InP層232を埋め込んだので、変調領域216の長さを精度よく制御できる。
【0036】
上述の実施例では、信号光の入力側の電吸収型光変調器に印加する逆バイアス電圧を、信号光の出力側の電吸収型光変調器に印加する逆バイアス電圧に比べ高くしていたが、逆バイアス電圧を同じにしても、従来例よりも高い動作周波数が可能になる。例えば、第1実施例での二つの吸収型光変調器16A,16Bの逆バイアス電圧を−3.5Vに設定した場合、オン・オフ比が0・01dB低下するものの、動作周波数は、従来例よりも高くできる。
【0037】
2つ又は3つの吸収型光変調器を同一基板上に集積した変調器集積素子の実施例を説明したが、4つ以上の電気吸収型光変調器を集積した変調器集積素子を用い、信号光の入力側から逆バイアス電圧を同一又は低くした構成でも、波長変換光のオン・オフ比の改善及び/又は高い動作周波数を得ることができる。
【0038】
信号光とプローブ光が同一方向に伝搬する実施例を説明したが、信号光とプローブ光が逆方向に伝搬する構成でも、同様の効果が得られる。この場合、光バンドパスフィルタ22を省略できる。入力端子10と素子16の間に、素子16から出力されるプローブ光を抽出する光サーキュレータを配置すればよい。
【0039】
電気吸収型光変調器16A,16B,116A,116B,116CとしてはInGaAsP電気吸収型光変調器が代表的であるが、逆バイアス電圧を印加して吸収を発生させる吸収型光変調器であれば、本発明に利用できる。例えば、半導体の量子井戸(QW)の量子シュタルク効果を用いる光変調器でもよい。
【0040】
複数の電気吸収型光変調器を集積する実施例を説明したが、必ずしも1つの素子として集積することは、本発明にとって必須ではない。個別素子からなる吸収型光変調器を光学的に結合したものであってもよい。その場合、必要により、吸収型光変調器の間に光増幅器を配置するのが好ましい。
【0041】
波長変換装置への応用例を説明したが、波形整形装置又はその一部としても使用できる。また、プローブ光をクロックパルス光、又は別の信号を搬送するパルス光とすることで、本実施例は、光ゲート装置又は光演算装置としても動作し得ることは明らかである。
【0042】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、出力光のオン・オフ比を高くでき、及び/又は、動作周波数を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例の概略構成図である。
【図2】信号光入力パワーが+15dBmであるときの波長変換効率を示す図である。
【図3】 信号光入力パワーが+10dBmであるときの波長変換効率を示す図である。
【図4】 本発明の第2実施例の概略構成ブロック図である。
【図5】 光変調器集積素子16の斜視図である。
【図6】 図5の中央断面図である。
【符号の説明】
10,12:入力端子
14:光カップラ
16:変調器集積素子
16A,16B:電気吸収型光変調器
18,20A,20B:電極
22:光バンドパスフィルタ
24:出力端子
26A,26B:直流電圧源
28A,28B:インダクタンス
30A,30B:コンデンサ
32A,32B:終端抵抗
116:光変調器集積素子
116A,116B,116C:電気吸収光変調器
120A,120B,120C:電極
126A,126B,126C:直流電圧源
128A,128B,128C:インダクタンス
130A,130B,130C:コンデンサ
132A,132B,132C:終端抵抗
210:導波領域
212:変調領域
214:絶縁領域
216:変調領域
218:導波領域
220:n−InP基板
222:InGaAsP変調層
224:InGaAsPバッファ層
226A,226B:n−InP層
228A,228B:p−InGaAsP層
230,232,234:鉄をドープしたInP層
236A,236B:電極
240:ガラス(SiO
242:電極
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an optical signal processing device, and more specifically to an optical signal processing device that can be used as a wavelength conversion device, a waveform shaping device, an optical arithmetic device, an optical gate device, and the like.
[0002]
[Prior art]
With the spread of the Internet, the demand for traffic flowing through the network is expanding without knowing that it will stop. In such a large-capacity network, a communication method using an optical fiber is applied to a transmission line connecting nodes, and the transmission speed of the transmission line is about to exceed 10 Gbit / s.
[0003]
In a network configured with a transmission speed of 40 Gbit / s or higher, the wavelength of the optical signal is converted without converting the optical signal into an electrical signal from the viewpoint of cost reduction, equipment installation space saving, and low power consumption. The function to do is desired. This is because complicated conversion processing between the optical signal and the electric signal can be eliminated. In terms of operation, it is difficult to prepare an electric circuit that operates at 40 Gbit / s or more.
[0004]
Among various wavelength converters proposed, the wavelength converters described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-78595 and the corresponding US Pat. No. 5,959,764 have a small polarization dependency and a simple configuration. It is considered promising because of its stable operation.
[0005]
Also, this type of wavelength conversion device can be used as a device for shaping a deteriorated waveform, as an optical gate device that gates signal light in a specific time slot, or as an optical arithmetic device that performs logical operation on a plurality of pulse signal lights. It is known that the signal can be transferred between optical carriers of the same wavelength as an extreme case.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the wavelength conversion device described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-78595 and US Pat. No. 5,959,764, the discharge of carriers generated inside the absorption type optical modulator by the pump light during wavelength conversion is the static of the absorption type optical modulator. Limited by capacity. Therefore, the operating frequency of wavelength conversion is limited by the capacitance of the absorption optical modulator. Since a normal absorption type optical modulator has an element length of about 200 μm and a capacitance of about 0.4 pF, the wavelength conversion operation is limited to a maximum of about 20 Gbit / s. At this time, the on / off ratio of the output light (wavelength converted light) of the wavelength converter is about 11 dB.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
According to the technique disclosed in OFC2001 ME4, “60 Gbit / s WDM-OTDM Transplexing Using an Electric-Abstraction Modulator”, the element length of the absorption-type optical modulator portion is shortened and the capacitance is reduced. The frequency can be improved, and the wavelength conversion operation up to 60 GHz has been confirmed. However, it has been observed that the on / off ratio of wavelength-converted light is reduced to 7.5 dB due to the shortening of the element length. Since an on / off ratio of about 10 dB required for transmission cannot be obtained, a method of shortening the element length of the absorption optical modulator portion is not suitable for practical use.
[0008]
An object of the present invention is to provide an optical signal processing device capable of operating at a high speed exceeding 20 Gbit / s.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An optical signal processing apparatus according to the present invention is an optical modulation unit that receives signal light of a signal wavelength, and includes an optical modulation unit that includes a plurality of absorption optical modulators arranged in series in the propagation direction of the signal light. A reverse bias circuit for applying a reverse bias voltage to each of the plurality of absorption type optical modulators, wherein the absorption type optical modulator positioned on the input side of the signal light is positioned on the output side of the signal light A reverse bias circuit that applies a reverse bias voltage equal to or higher than the reverse bias voltage to the absorption optical modulator, and probe light having a probe wavelength is input to the optical modulation unit in the same direction or in the reverse direction to the signal light. A probe light input device and probe light extraction means for extracting the probe light transmitted through the light modulation unit are provided.
[0011]
The light modulation unit includes an integrated element in which the plurality of absorption light modulators are integrated. Thereby, a light modulation unit can be reduced in size. By providing the first semi-insulating semiconductor that embeds the light propagation layer on the input side of the signal light of the integrated element, the input optical power resistance is improved. Of the integrated device, the output side of the signal light, by providing the second semi-insulating semiconductor burying a light propagation layer, can be accurately controlled modulation region length of the optical modulator on the output side.
[0012]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention. Signal light having a wavelength of 1535 nm is input to the input terminal 10, and CW probe light having a wavelength of 1558 nm is input to the input terminal 12. The optical coupler 14 combines the signal light from the input terminal 10 and the probe light from the input terminal 12. In the modulator integrated element 16, two electroabsorption optical modulators 16A and 16B each having a modulation layer made of InGaAsP are arranged in series. That is, the electrode 18 under the modulator integrated element 16 is connected to ground. On the integrated element 16, there are two electrically separated electrodes 20A, 20B. The electrode 20A is located above the light modulator 16A, and the electrode 20B is located above the light modulator 16B. That is, in this embodiment, a bias voltage can be applied independently to the optical modulators 16A and 16B.
[0014]
Such an integrated element 16 is, for example, H.264. Tanaka et al., “OPTICAL SHORT PULSE GENERATION AND DATA MODULATION BY A SINGLE-CHIP InGaAsP TANDEM-INTEGRATED ELECTROBSORPTION MODUL icter 198” 29, no. 11, pp. 1002-1003.
[0015]
The output light of the optical coupler 14 is input to the electroabsorption optical modulator 16A of the modulator integrated element 16. The output light of the electroabsorption optical modulator 16A is input to the electroabsorption optical modulator 16B. The output light of the electroabsorption optical modulator 16B is input to the optical bandpass filter 22 having the wavelength λp (1558 nm) as the central transmission wavelength. The optical bandpass filter 22 extracts only the component of the wavelength λp, that is, the probe light component from the output light of the electroabsorption optical modulator 16B, and supplies it to the output terminal 24.
[0016]
The electroabsorption optical modulators 16A and 16B are reverse-biased independently of each other. That is, the DC voltage source 26A has a positive electrode connected to the ground, and a negative electrode connected to the ground via the inductance 28A, the capacitor 30A, and a termination resistor 32A for terminating the high frequency signal. The voltage at the connection point between the inductance 28A and the capacitor 30A is applied as a reverse bias voltage to the electroabsorption optical modulator 16A via the electrode 20A. A portion including the inductance 28A and the capacitor 30A serves as a so-called bias tee. Similarly, the DC voltage source 26B has a positive electrode connected to the ground, and a negative electrode connected to the ground via an inductance 28B, a capacitor 30B, and a termination resistor 32B for terminating the high frequency signal. The voltage at the connection point between the inductance 28B and the capacitor 30B is applied as a reverse bias voltage to the electroabsorption optical modulator 16B via the electrode 20B. A portion including the inductance 28B and the capacitor 30B serves as a so-called bias tee.
[0017]
In the electroabsorption optical modulators 16A and 16B, the absorption loss of the probe wavelength λp changes according to the intensity change of the signal light, and as a result, the amplitude of the probe light changes according to the intensity change of the signal light. . As a result, the waveform of the signal carried by the signal light having the wavelength λs is transferred to the probe light. In other words, the wavelength of the optical carrier that carries the signal changes from λs to λp. Details of this operation are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-78595 and US Pat. No. 5,959,764, and further description thereof is omitted.
[0018]
In this embodiment, the reverse bias voltage of the electroabsorption optical modulator 16A on the signal light input side among the electroabsorption optical modulators 16A and 16B connected in series is used as the electroabsorption optical modulator on the signal light output side. The reverse bias voltage is higher than 16B. The reason will be described below.
[0019]
In the case of using a single electroabsorption optical modulator, the relationship between the optical power of the signal light, the reverse bias voltage, the element length, and the on / off ratio of the converted light was investigated. Specifically, when the optical power of the signal light input to the absorption optical modulator is +15 dBm and +10 dBm, the probe light component included in the output light of the absorption optical modulator with respect to the reverse bias voltage and the element length The ratio (on / off ratio) of the maximum power and the minimum power (wavelength converted light) was measured. FIG. 2 shows the relationship between the reverse bias voltage, the element length, and the on / off ratio of the wavelength converted light when the optical power of the signal light input to the absorption optical modulator is +15 dBm, and FIG. The relationship between reverse bias voltage, element length, and on / off ratio of wavelength converted light when the optical power of signal light input to the modulator is +10 dBm is shown. 2 and 3, the horizontal axis represents the reverse bias voltage Vb (V), and the vertical axis represents the on / off ratio (dB). The element length is 25 μm, 50 μm, 75 μm and 200 μm.
[0020]
The on / off ratio of the wavelength-converted light increases as the reverse bias voltage increases, but tends to decrease as the reverse bias voltage increases. In addition, the longer the element length, the larger the maximum value of the on / off ratio of the wavelength converted light, and the lower the reverse bias voltage at which the on / off ratio of the wavelength converted light is maximized. Furthermore, the higher the input power of the signal light, the larger the maximum value of the on / off ratio of the wavelength converted light, and the higher the reverse bias voltage at which the on / off ratio of the wavelength converted light becomes maximum.
[0021]
The higher the reverse bias voltage, the larger the on / off ratio of the wavelength converted light. However, wavelength conversion does not occur when a certain reverse bias voltage is exceeded, and wavelength conversion occurs in a region where the signal light power is sufficiently high. However, it shows that wavelength conversion does not occur when the signal light power decreases. As a result, in order to increase the on / off ratio of the wavelength-converted light, a reverse bias voltage is set in the vicinity of the signal light input end face where the power of the signal light is sufficiently high along the light propagation direction inside the absorption modulator. This indicates that the bias voltage should be gradually lowered in the vicinity of the signal light output end face where the wavelength conversion efficiency is increased and the signal light power is lowered.
[0022]
In accordance with this view, in this embodiment, the two electroabsorption optical modulators 16A and 16B are arranged in the propagation direction of the signal light, and the reverse bias voltage of the rear electroabsorption optical modulator 16B is used as the front electroabsorption. The reverse bias voltage of the type optical modulator 16A was set to be equal to or lower. In other words, the electroabsorption optical modulator is separated into the first half and the second half, and the reverse bias voltage in the second half is made equal to or lower than the reverse bias voltage in the first half.
[0023]
Even if the reverse bias voltage is the same, the individual electroabsorption optical modulators 16A and 16B are separated by separating the conversion region length necessary for the target wavelength conversion operation into the two electroabsorption optical modulators 16A and 16B. The element length becomes shorter. Thereby, the frequency band is widened, and the signal quality of the wavelength-converted light is improved. Of course, by making a difference in the reverse bias voltage, the frequency band is further expanded and the signal quality of the wavelength-converted light is improved.
[0024]
A prototype example will be described. The element length of each electroabsorption type optical modulator 16A, 16B was set to 75 μm. According to the measurement by the inventors, the capacitance is 0.16 pF at an element length of 75 μm. In this case, if the electroabsorption optical modulators 16A and 16B are used in a 50Ω high-frequency line, the 3 dB bandwidth is 40 GHz, and a wavelength conversion operation of 40 Git / s is possible. The input power of signal light in the modulator integrated element 16 was set to +15 dBm, and the reverse bias voltages of the electroabsorption optical modulators 16A and 16B were set to -3.5V and -2.5V, respectively. At this time, the intensity of the probe light is modulated by the electroabsorption optical modulator 16A with an on / off ratio of 7.7 dB, and further, the intensity of the probe light is modulated by an electroabsorption optical modulator 16B with an on / off ratio of 2.8 dB. Is done. Therefore, the intensity of the probe light output from the modulator integrated element 16 is modulated at 10.5 dB. Therefore, the wavelength converter shown in FIG. 1 can operate at 40 Gbit / s, and can achieve an on / off ratio of 10 dB or more with respect to the wavelength-converted light.
[0025]
(Second embodiment)
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of the second embodiment of the present invention. The same components as those in the embodiment shown in FIG.
[0026]
In the first embodiment shown in FIG. 1, two electroabsorption optical modulators 16A and 16B are connected in series, but in the embodiment shown in FIG. 4, three electroabsorption optical modulators are connected in series to the optical modulator integrated element 116. 116A, 116B, and 116C are formed, and the reverse bias voltage values are applied in the order of the electroabsorption optical modulators 116A, 116B, and 116C.
[0027]
That is, on the integrated element 116, there are three electrodes 120A, 120B, and 120C that are electrically separated, the electrode 120A is located above the light modulator 116A, and the electrode 120B is located above the light modulator 116B. And the electrode 120C is positioned on top of the light modulator 116C.
[0028]
The DC voltage source 126A has a positive electrode connected to the ground, and a negative electrode connected to the ground through an inductance 128A, a capacitor 130A, and a termination resistor 132A for terminating a high-frequency signal. The voltage at the connection point between the inductance 128A and the capacitor 130A is applied to the electroabsorption optical modulator 116A through the electrode 120A as a reverse bias voltage. A portion including the inductance 128A and the capacitor 130A serves as a so-called bias tee.
[0029]
Similarly, the DC voltage source 126B has a positive electrode connected to the ground, and a negative electrode connected to the ground via an inductance 128B, a capacitor 130B, and a termination resistor 132B for terminating a high-frequency signal. The voltage at the connection point between the inductance 128B and the capacitor 130B is applied as a reverse bias voltage to the electroabsorption optical modulator 116B via the electrode 120B. A portion composed of the inductance 128B and the capacitor 130B serves as a so-called bias tee.
[0030]
The DC voltage source 126C has a positive electrode connected to the ground, and a negative electrode connected to the ground via an inductance 128C, a capacitor 130C, and a termination resistor 132C for terminating a high-frequency signal. The voltage at the connection point between the inductance 128C and the capacitor 130C is applied as a reverse bias voltage to the electroabsorption optical modulator 116C via the electrode 120C. A portion composed of the inductance 128C and the capacitor 130C serves as a so-called bias tee.
[0031]
In the embodiment shown in FIG. 4, the element length of each electroabsorption optical modulator 116A, 116B, 116C can be shortened to about 50 μm. When the element length of each of the modulators 116A, 116B, and 116C is 50 μm, the capacitance is about 0.12 pF, which is smaller than that in the first embodiment, the 3 dB bandwidth is 53 GHz, and the bit rate is higher. Wavelength conversion operation becomes possible. Note that the reverse bias voltages to the electroabsorption optical modulators 116A, 116B, and 116C are, for example, −4.5V, −3.5V, and −1.5V, respectively. Since the reverse bias voltage to the electroabsorption optical modulators 116A, 116B, and 116C can be set to a value that can obtain an optimum wavelength conversion operation according to each element length and signal light power, it is higher than that of the first embodiment. An on / off ratio can be achieved.
[0032]
(Other)
FIG. 5 shows an external perspective view of the modulator integrated element 16, and FIG. 6 shows a central sectional view thereof. From the light input side, it consists of a waveguide region 210, a modulation region 212, an insulating region 214, a modulation region 216, and a waveguide region 218. The modulation region 212 corresponds to the electroabsorption optical modulator 16A, and the modulation region 216 corresponds to the electroabsorption optical modulator 16B.
[0033]
An InGaAsP modulation layer 222 and an InGaAsP buffer layer 224 are stacked on the n-InP substrate 220. On the buffer layer 224, n-InP layers 226A and 226B and p-InGaAsP layers 228A and 228B are stacked on the portions corresponding to the modulation regions 212 and 214, and correspond to the waveguide regions 210 and 218 and the insulating region 214. In this portion, semi-insulating InP layers 230, 232 and 234 doped with iron are laminated.
[0034]
Electrodes 236A and 236B are disposed on the p-InGaAsP layers 228A and 228B, respectively, and glass (SiO 2 ) 240 is disposed on the InP layers 230, 232 and 234. Further, an electrode 242 is disposed on the entire surface under the substrate 220. The electrode 242 corresponds to the electrode 18.
[0035]
In the integrated configuration shown in FIGS. 5 and 6, since the semi-insulating InP layer 230 doped with iron is embedded in the waveguide region 210 on the input side, the input power resistance of signal light can be improved. In the actual measurement example, the improvement was 2 dB. As a result, the input optical power to the modulator integrated element 16 can be further increased, and as a result, the on / off ratio of the wavelength-converted light can be increased. Further, since the semi-insulating InP layer 232 doped with iron is embedded in the waveguide region 218 on the output side, the length of the modulation region 216 can be accurately controlled.
[0036]
In the above embodiment, the reverse bias voltage applied to the electroabsorption optical modulator on the signal light input side is set higher than the reverse bias voltage applied to the electroabsorption optical modulator on the signal light output side. However, even if the reverse bias voltage is the same, a higher operating frequency than the conventional example is possible. For example, when the reverse bias voltages of the two absorption optical modulators 16A and 16B in the first embodiment are set to -3.5 V, the on / off ratio is reduced by 0.01 dB, but the operating frequency is the conventional example. Can be higher.
[0037]
Although an embodiment of a modulator integrated element in which two or three absorption optical modulators are integrated on the same substrate has been described, a signal is obtained using a modulator integrated element in which four or more electroabsorption optical modulators are integrated. Even with a configuration in which the reverse bias voltage is the same or low from the light input side, it is possible to improve the on / off ratio of the wavelength-converted light and / or to obtain a high operating frequency.
[0038]
Although the embodiment in which the signal light and the probe light propagate in the same direction has been described, the same effect can be obtained even in a configuration in which the signal light and the probe light propagate in the opposite directions. In this case, the optical bandpass filter 22 can be omitted. An optical circulator that extracts the probe light output from the element 16 may be disposed between the input terminal 10 and the element 16.
[0039]
As the electroabsorption optical modulators 16A, 16B, 116A, 116B, and 116C, InGaAsP electroabsorption optical modulators are typical, but any absorption optical modulator that generates absorption by applying a reverse bias voltage can be used. Can be used in the present invention. For example, an optical modulator using the quantum Stark effect of a semiconductor quantum well (QW) may be used.
[0040]
Although an embodiment has been described in which a plurality of electroabsorption optical modulators are integrated, it is not essential for the present invention to integrate them as one element. An absorption type optical modulator composed of individual elements may be optically coupled. In that case, it is preferable to arrange an optical amplifier between the absorption type optical modulators, if necessary.
[0041]
Although an example of application to a wavelength converter has been described, it can also be used as a waveform shaping device or a part thereof. In addition, it is obvious that the present embodiment can also operate as an optical gate device or an optical arithmetic unit by using the probe light as clock pulse light or pulse light carrying another signal.
[0042]
【The invention's effect】
As can be easily understood from the above description, according to the present invention, the on / off ratio of output light can be increased and / or the operating frequency can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the wavelength conversion efficiency when the signal light input power is +15 dBm.
FIG. 3 is a graph showing wavelength conversion efficiency when the signal light input power is +10 dBm.
FIG. 4 is a schematic block diagram of a second embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of an optical modulator integrated device 16. FIG.
6 is a central sectional view of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 12: Input terminal 14: Optical coupler 16: Modulator integrated element 16A, 16B: Electroabsorption type optical modulator 18,20A, 20B: Electrode 22: Optical band pass filter 24: Output terminal 26A, 26B: DC voltage source 28A, 28B: Inductance 30A, 30B: Capacitors 32A, 32B: Termination resistor 116: Optical modulator integrated elements 116A, 116B, 116C: Electroabsorption optical modulators 120A, 120B, 120C: Electrodes 126A, 126B, 126C: DC voltage source 128A, 128B, 128C: Inductance 130A, 130B, 130C: Capacitors 132A, 132B, 132C: Terminating resistor 210: Waveguide region 212: Modulation region 214: Insulation region 216: Modulation region 218: Waveguide region 220: n-InP substrate 222: InGaAsP modulation layer 224: nGaAsP buffer layer 226A, 226B: n-InP layer 228A, 228B: p-InGaAsP layer 230, 232, 234: iron-doped InP layer 236A, 236B: electrode 240: Glass (SiO 2)
242: Electrode

Claims (5)

信号波長の信号光が入力する光変調ユニットであって、当該信号光の伝搬方向に直列に配置される複数の吸収型光変調器(16A,16B;116A,116B,116C)からなる光変調ユニット(16,116)と、
当該複数の吸収型光変調器のそれぞれに逆バイアス電圧を印加する逆バイアス回路であって、当該信号光の入力側に位置する吸収型光変調器に、当該信号光の出力側に位置する吸収型光変調器への逆バイアス電圧以上の逆バイアス電圧を印加する逆バイアス回路(26A〜32A,26B〜32B;126A〜132A,126B〜132B,126C〜132C)と、
当該光変調ユニットに、当該信号光と同方向及び逆方向の何れかでプローブ波長のプローブ光を入力するプローブ光入力装置(12,14)と、
当該光変調ユニットを透過したプローブ光を取り出すプローブ光抽出手段(22)
とを具備することを特徴とする光信号処理装置。
An optical modulation unit to which signal light of a signal wavelength is input, and is composed of a plurality of absorption optical modulators (16A, 16B; 116A, 116B, 116C) arranged in series in the propagation direction of the signal light (16, 116),
A reverse bias circuit for applying a reverse bias voltage to each of the plurality of absorption type optical modulators, wherein the absorption type optical modulator positioned on the input side of the signal light has an absorption position positioned on the output side of the signal light; Reverse bias circuits (26A to 32A, 26B to 32B; 126A to 132A, 126B to 132B, 126C to 132C) for applying a reverse bias voltage equal to or higher than the reverse bias voltage to the optical modulator,
A probe light input device (12, 14) for inputting probe light having a probe wavelength in either the same direction or the opposite direction to the signal light to the light modulation unit;
Probe light extraction means (22) for extracting the probe light transmitted through the light modulation unit
An optical signal processing device comprising:
当該光変調ユニット(16、116)が、当該複数の吸収型光変調器を集積した集積素子からなる請求項1に記載の光信号処理装置。The optical signal processing device according to claim 1, wherein the optical modulation unit (16, 116) includes an integrated element in which the plurality of absorption optical modulators are integrated. 当該集積素子が、当該信号光の入力側において、光伝搬層を埋め込む第1の半絶縁性半導体(230)を有する請求項2に記載の光信号処理装置。The optical signal processing apparatus according to claim 2, wherein the integrated element has a first semi-insulating semiconductor (230) that embeds a light propagation layer on the input side of the signal light. 当該集積素子が、当該信号光の出力側において、光伝搬層を埋め込む第2の半絶縁性半導体(234)を有する請求項2に記載の光信号処理装置。The optical signal processing apparatus according to claim 2, wherein the integrated element includes a second semi-insulating semiconductor (234) that embeds a light propagation layer on the output side of the signal light. 当該プローブ光入力装置が、当該信号光と当該プローブ光を合波して当該光変調ユニットに印加する光カップラ(14)である請求項1に記載の光信号処理装置。The optical signal processing device according to claim 1, wherein the probe light input device is an optical coupler (14) that combines the signal light and the probe light and applies them to the optical modulation unit.
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