JP4828412B2 - 進行波型光変調器及びその調整方法 - Google Patents
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Description
ジッターとは、光信号の時間的揺らぎを示す指標であり、図1に示すように、光アイパターン波形を積算し、信号のクロスする場所の幅として定義される。
(1)駆動用ドライバ
入力した電気信号が劣化なく増幅されるよう利得が、低周波域から高周波域までフラットな周波数特性とする。
(2)光変調器
入力した電気信号が劣化なく光信号に変換されるよう、電気/光変換応答の周波数が低周波域から高周波域までフラットな周波数特性とする。
例えば、駆動用ドライバは設計の段階で、周波数特性が決まってしまうため、駆動用ドライバの製造途中や製造後に周波数特性を改善することは難しい。
また、特許文献1に開示されている終端部のインピーダンスの調整のみでは、進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性の内、調整すべき周波数を変更することが困難であった。
このため、ジッターが小さく良好な光伝送特性を得るためには、使用する駆動用ドライバに組み合わせる光変調器の選択や、使用する光変調器に組み合わせる駆動用ドライバの選択など、煩雑な作業が必要とされている。
本発明における「フラット状態に近づける」とは、完全にフラットな状態とすることのみを意味するのではなく、調整前の状態より調整後の状態がよりフラット状態に近いという意味である。
しかも、駆動用ドライバ及び進行波型光変調器に対し個々に周波数に係る特性を最適化する必要がないため、駆動用ドライバと進行波型光変調器との組合わせの自由度を拡大することができる。
このため、使用する駆動用ドライバに合わせて進行波型光変調器を設計することなく、しかも使用できる駆動用ドライバと進行波型光変調器との組合わせに係る制限がないため、製造コストを大幅に削減することも可能となる。
また、使用する駆動用ドライバに合わせて進行波型光変調器を設計することなく、しかも使用できる駆動用ドライバと進行波型光変調器との組合わせに係る制限がないため、製造コストを大幅に削減することも可能となる。
2 偏光子
3 光導波路
4 接地電極
5 信号電極
6 高周波ケーブル
7 駆動ドライバ
8 終端抵抗
9 基板
10 出射側光ファイバ
11 電極パッド
本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための変調用電極とを有する進行波型光変調器において、前記進行波型光変調器に、該進行波型光変調器を駆動制御する駆動用ドライバを接続し、該駆動用ドライバの利得の周波数特性を補正するように、該進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性が調整されていることを特徴とする進行波型光変調器及びその調整方法である。
基板9は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Xカット板、Yカット板、及びZカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム(LN)を用いることが好ましい。
入射光は、入射側光ファイバ1から入射させ、偏光子2を通過させた後、光導波路3中を2分割して進行させる。一方、信号電極5には、駆動ドライバ7から高周波ケーブル6を通して、マイクロ波帯域の信号成分を含んだ伝送信号を印加する。この伝送信号は、光導波路3中を進行する導波光の進行方向と同方向の順方向電気信号として、光導波路3中を進行する導波光に印加される。
ただし、進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性を調整する際には、むしろ変調用電極に係るインピーダンスと終端抵抗のインピーダンスとに差を設ける状態も含めて、両者を調整し、変調用電極と終端抵抗との接続部におけるマイクロ波の反射を積極的に活用するものである。
他方、進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性は、駆動用ドライバの利得の周波数特性と同様に、各種の周波数依存性を有している。
このため、進行波型光変調器のジッターを改善するために、駆動用ドライバ又は光変調器単体の周波数特性を個々に調整することは非常に困難である。しかしながら、本発明者は、鋭意研究した結果、駆動用ドライバと進行波型光変調器とを組み合わせた場合の周波数特性(電気/光変換応答の周波数特性)をフラット状態に調整することで、このような問題を解消することを見出したものである。
つまり、変化する周波数fは、次式(1)により簡易的に表現される。
f=c/l(ne+nm)・・・・(1)
ここで、cは光速、lは変調用電極の電極長(マイクロ波信号が伝搬する電極長)、neは光波に対する導波路の屈折率、nmはマイクロ波の実効屈折率である。
したがって、電気/光変換応答の周波数特性を上下方向に変化させる周波数帯を周波数方向に変化させるためには、電極長、マイクロ波の実効屈折率、さらには光導波路の屈折率を調整することで実現できる。
その結果、図5(a)の特性を有する駆動用ドライバで図5(b)の特性を有する進行波型光変調器を駆動することとなり、周波数の高い領域において、駆動用ドライバの周波数特性変化を、光変調器の電気/光変換応答の周波数特性の変化が補償することとなり、結果として、図5(c)に示すように、駆動中にフラット状態な電気/光変換応答の周波数特性を有する進行波型光変調器を実現することが可能となる。
その結果、図6(a)の特性を有する駆動用ドライバで図6(b)の特性を有する進行波型光変調器を駆動することとなり、周波数の高い領域において、駆動用ドライバの周波数特性変化を、光変調器の電気/光変換応答の周波数特性の変化が補償することとなり、結果として、図6(c)に示すように、駆動中にフラット状態な電気/光変換応答の周波数特性を有する進行波型光変調器を実現することが可能となる。
具体的な調整方法を以下に示す。まず、駆動用ドライバ(TGA4953、TriQuint社製)の利得の周波数特性と進行波型光変調器(住友大阪セメント社製)の電気/光変換応答の周波数特性をそれぞれ光コンポーネントアナライザ(8702D、Agilent社製)により測定した。次にこの測定を参考に、光変調器に接続した終端抵抗の抵抗値を可変し、300kHzから3GHzの範囲で駆動用ドライバと進行波型光変調器の組み合わせの電気/光変換応答の周波数特性がほぼフラットになるように調整した。
図7は、調整前の光変調器の結果であり、ジッター(RMS,平方二乗平均)は、2.4psであったが、調整後には、1.6psに改善していた。
このことから、300kHzから3GHzの範囲における電気/光変換応答の周波数特性の改善が、10Gbpsの伝送信号の高周波に対しても、ジッターを効果的に抑制していることが理解される。
図8は、終端抵抗のインピーダンス(抵抗値)を可変調整した場合の例であるが、終端抵抗が40Ωを境に、ジッターが劣化しており、ジッターを最小にする最適なインピーダンス値があることが理解される。この現象は、他の進行波型光変調器と駆動用ドライバとの組み合わせにおいても、また、変調用電極側のインピーダンスを可変調整した場合でも、同様に発生する。
このため、駆動用ドライバと進行波型光変調器を組み合わせた場合の電気/光変換応答の周波数特性をフラット状態に近づける調整を行う代わりに、最小ジッターを与える適正インピーダンス値を選定し調整することも可能である。
これらを避けるためには、上記差の調整範囲は、両者のインピーダンスの一致点の値から±20Ω程度の範囲に制限することが、より好ましい。
上記の式(1)でも示したように、電気/光変換応答の周波数特性を上下方向に変化させる周波数帯を周波数方向に変化させるためには、電極長、マイクロ波の実効屈折率、さらには光導波路の屈折率を調整することで実現できる。
予め電極長の異なる数種類の光変調器を用意しておき、駆動用ドライバの周波数特性の補正すべき周波数帯域に対応して、光変調器を選択すると共に、上述した変調用電極に係るインピーダンスと終端抵抗のインピーダンスとの調整を行うことにより、駆動用ドライバと進行波型光変調器を組み合わせた場合の電気/光変換応答の周波数特性をフラット状態に近づける調整が可能となる。
また、一つの光変調器内に複数の電極長を選択可能な電極パターンを形成しておき、変調用電極に結線する際の電極パッドを選択可能としたり、基板上の電極をトリミングしマイクロ波の伝搬経路を変更するなど、電極長が変更可能な光変調器を利用することも可能である。
マイクロ波の実効屈折率を変更するには、変調用電極の信号電極の幅を変更する方法、信号電極と接地電極とのギャップを変更する方法、光変調器のバッファ層の厚みを変更する方法など、各種の方法が利用可能である。
これらの方法を利用するには、電極長の変更の場合と同様に、予めマイクロ波の実効屈折率の異なる数種類の光変調器を用意しておき、駆動用ドライバの周波数特性の補正すべき周波数帯域に対応して、光変調器を選択する。また、電極をトリミングして電極の形状を変更する方法や、信号電極と接地電極との間に誘電体を付着又は充填する方法など、進行波型光変調器の製造後に、調整可能とすることもできる。
ただし、導波路の屈折率を変更すると、光波の光路長が変化することとなる。このため、予め光変調器毎に厳密に設定されている光路長が、設計値から外れる原因ともなり、この方法を利用する際には注意が必要である。
Claims (7)
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための変調用電極とを有する進行波型光変調器において、
前記進行波型光変調器に、該進行波型光変調器を駆動制御する駆動用ドライバを接続し、
該進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性が調整され、該電気/光変換応答の周波数特性の調整は、該駆動用ドライバによる該進行波型光変調器の駆動時に、該駆動用ドライバに入力する電気信号に対して、該進行波型光変調器から出力される光信号の300kHzから3GHzの範囲の電気/光変換応答の周波数特性をフラット状態に近づける調整であることを特徴とする進行波型光変調器。 - 請求項1に記載の進行波型光変調器において、該進行波型光変調器が終端抵抗を有しており、該電気/光変換応答の周波数特性の調整は、該変調用電極に係るインピーダンス値又は該終端抵抗のインピーダンス値の少なくとも一方を調整するものであることを特徴とする進行波型光変調器。
- 電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための変調用電極とを有する進行波型光変調器の調整方法において、
前記進行波型光変調器に、該進行波型光変調器を駆動制御する駆動用ドライバを接続し、
該進行波型光変調器の電気/光変換応答の周波数特性を調整すると共に、該電気/光変換応答の周波数特性の調整は、該駆動用ドライバによる該進行波型光変調器の駆動時に、該駆動用ドライバに入力する電気信号に対して、該進行波型光変調器から出力される光信号の300kHzから3GHzの範囲の電気/光変換応答の周波数特性をフラット状態に近づける調整であることを特徴とする進行波型光変調器の調整方法。 - 請求項3に記載の進行波型光変調器の調整方法において、該進行波型光変調器が終端抵抗を有しており、該電気/光変換応答の周波数特性の調整は、該変調用電極に係るインピーダンス値又は該終端抵抗のインピーダンス値の少なくとも一方を調整するものであることを特徴とする進行波型光変調器の調整方法。
- 請求項4に記載の進行波型光変調器の調整方法において、該駆動用ドライバの高周波数領域における利得が上昇する周波数特性を有する場合には、該変調電極より該終端抵抗のインピーダンス値を高く調整し、該利得が下降する周波数特性を有する場合には、該変調電極より該終端抵抗のインピーダンス値を低く調整することを特徴とする進行波型光変調器の調整方法。
- 請求項3乃至5のいずれかに記載の進行波型光変調器の調整方法において、調整すべき特定の周波数をシフトさせる調整は、変調用電極に係る電極長又は該変調用電極に印加されるマイクロ波の実効屈折率の少なくとも一方を調整するものであることを特徴とする進行波型光変調器の調整方法。
- 請求項6に記載の進行波型光変調器の調整方法において、該特定の周波数を低周波数側にシフトさせる場合には、電極長をより長く又は実効屈折率をより大きくし、該特定の周波数を高周波数側にシフトさせる場合には、電極長をより短く又は実行屈折率をより小さくすることを特徴とする進行波型光変調器の調整方法。
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