JP5225278B2 - 光変調器 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年９月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／８４５，９７３号の利益を主張するものであり、そのすべての包袋の内容を、本明細書に完全に記載されているかのように参照により組み込む。

本発明は、一般に、光通信の分野に関し、詳細には高速光変調器に関する。

高速広帯域の光通信を実現させる試みにおいて、光変調器に大きな期待が寄せられている。

米国仮特許出願第６０／８４５，９７３号

高速光変調器を複数の低速の強度変調器で構成する本発明の原理により、当技術分野に進展がある。

本発明の一態様によれば、変調器は、パルス・カーバ（ｐｕｌｓｅ ｃａｒｖｅｒ）、干渉計、ならびに干渉計のアーム内に配置された複数の強度変調器および移相器を含む集積された平面光波回路で構成される。

本発明の別の態様によれば、パルス・カーバが、入射する連続波長の光信号を受光し、Ｐを所望の高速データ転送速度、Ｎを整数とするＰ／Ｎのデータ転送速度で光パルスを作り出す。パルス・カーバからの光出力は、干渉計のアーム内へ誘導される。それぞれのアーム内の移相器をすべてのアームからの信号が同位相で加えられるように調整する場合に、非ゼロ復帰の出力光信号が生成される。

本発明については、添付図面を参照することによって、より一層理解することができる。

本発明による高速光変調器の概略図である。 本発明による光変調器の代替実施形態の概略図である。

下記は、単に本発明の原理を例示しているにすぎない。したがって、当業者であれば、本明細書に明確に説明または図示されていなくとも、本発明の原理を具現化し、本発明の精神および範囲内にあるさまざまな構成を考案することが可能であることが理解されるであろう。

さらに、本明細書に記載されたすべての例および条件的な言い回しは、本発明者（ら）によって当技術を進展させる一因となった本発明の原理、および概念を理解する際に、主に読者を手助けする教育的な目的のためだけのものであるよう明確に意図されており、このような具体的に記載された例および条件に限定されないものと解釈されるべきである。

その上、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその具体例を記載する本明細書のすべての記述は、その構造上の均等物と機能上の均等物とをともに含むものとする。加えて、このような均等物は、現在知られている均等物、ならびに将来開発される均等物ともに、すなわち構造の如何に関わらず同じ機能を発揮する、開発されるいかなる要素も含むものとする。

したがって例えば、本明細書中の図は、本発明の原理を具現化する例示の構成の概念図を表すことが当業者には理解されるであろう。

まず図１を参照すると、ここでは本発明の教示にしたがって構成された高速変調器１００の例示の構成が図示されている。より詳細には、パルス・カーバ１２０、ならびに複数の不等長導波路１３５［１］．．．１３５［Ｎ］によって相互接続された入力結合器１３０と出力結合器１５０を有する干渉計構成体１２７を備える単一の半導体チップ１１０上に集積された高速変調器１００が図示されており、それぞれの導波路は、強度変調器１４０［１］．．．１４０［Ｎ］および移相器１４５［１］．．．１４５［Ｎ］を含む。有利には、強度変調器１４０［１］．．．１４０［Ｎ］は、電界吸収型変調器（ＥＡＭ）とすることができ、よく知られている材料およびプロセス、例えばＬｉＮｂＯ_３を用いて、干渉計構成体の全体を構成することができる。

動作的には、外部の連続波長（ＣＷ）光源１１７（例えばレーザ）が、変調器チップ１１０内へ誘導されるＣＷ光を生成するのに使用され、変調器チップ１１０においては、パルス・カーバ１２０がＣＷ光を受光し、パルス・カーバは、それ自体がＥＡＭを備えることができる。当業者には容易に理解されるように、ＣＷ光源１１７は、変調器チップ１１０の外付けとする必要はなく、好都合には、他の構成要素とともにチップ１１０上に集積することができる。しかし、ＣＷ光源１１７をチップ１１０上に集積しない場合には、生成されたＣＷ光のチップ１１０内への結合を促進するために、ＣＷ光を受光するチップの端部に反射防止膜１１５を設けることが好ましい。

ＣＷ光が、パルス・カーバ１２０によって受光されると、一連の光パルスが生成され、導波路１２５を通って干渉計構成体１２７の入力結合器１３０内へ誘導される。前述したように、パルス・カーバ１２０は、有利には、当業者には容易に理解されるＥＡＭで構成することができ、きわめて製作が容易で、かなり短くすることができ、また帯域幅を非常に大きくすることができる。電界吸収型変調器は、有利には、非常に高速で動作させることができ、前述のレーザＣＷ光源と一体化することもできる。

パルス・カーバ１２０によって出力された光パルスは、既に述べたように、複数の不等長導波路１３５［１］．．．１３５［Ｎ］によって、光学的に接続された入力結合器１３０および出力結合器１５０を含む干渉計１２７内へ誘導され、それぞれの等長導波路は、強度変調器１４０［１］．．．１４０［Ｎ］および移相器１４５［１］．．．１４５［Ｎ］を含む。それぞれのアーム１３５［１］．．．１３５［Ｎ］を通る信号が、出力結合器１５０の働きによって再結合するときにその信号が同位相で加えられ、その後導波路１５３を通り、入力部と同様、反射防止膜１５５でコーティングされたチップ１１０の端部から出力するように移相器を調整する。

既に述べたように，干渉計１２７のそれぞれのアーム１３５［１］．．．１３５［Ｎ］は、経路長が異なる。アーム間の経路長の差は、実質的に１／Ｐに等しい長さ（時間単位の）である変調器１００の所望の出力データ転送速度で求められ（Ｐは所望の高速データ転送速度）パルス・カーバ１２０は、Ｐ／Ｎの速度で入射ＣＷ光からパルスを生成する。個々の強度変調器１４０［１］．．．１４０［Ｎ］は、Ｐ／Ｎのデータ転送速度で動作する。非ゼロ復帰（ＮＲＺ）出力信号を生成するために、すべてのアーム１３５［１］．．．１３５［Ｎ］からの信号が同位相で加えられるように移相器１４５［１］．．．１４５［Ｎ］を調整する。

ここで、当業者は、本発明の原理を表す図１に示す構成物を、あらゆる数の、個別のデータ・ストリームのマルチプレクシングに拡張することができることを理解するはずである。例えば、言うまでもなく個々の導波路アーム１３５［１］．．．１３５［Ｎ］の数は、対応する振幅変調器１４０［１］．．．１４０［Ｎ］および移相器１４５［１］．．．１４５［Ｎ］とともに、増やすことができる。

次に、図２に移ると、本発明の原理により構成された高速変調器２００の代替実施形態が図示されている。この図２に示すように、このデバイスは、有利には集積チップ２１０の全長を、先に図１に示したデバイスより実質的に短くすることができる反射形態を採用している。より詳細には、この反射構成により、干渉計構成体を備える個々の不等長導波路アーム２３５［１］．．．２３５［Ｎ］を先の構成より実質的に短くすることができる。

この図２に示すように、ＣＷ光２１７は、集積チップ２１０に入り、パルス・カーバ２２０によって受光される。先の実施形態と同様に、集積チップの端部を反射防止膜２１５でコーティングすることが好ましく、好都合にはパルス・カーバ２２０をＥＡＭで製作することができる。

パルス・カーバ２２０によって生成された光パルスは、入力／出力結合器２３０および複数の不等長導波路２３５［１］．．．２３５［Ｎ］を備え、不等長導波路のそれぞれが移相器２４５［１］．．．２４５［Ｎ］および強度変調器２４０［１］．．．２４０［Ｎ］を有する反射干渉計構成体内へ誘導される。

図２に示すように、チップ２１０の端部は高反射膜２５５でコーティングされ、その結果、入力／出力結合器２３０に入り、導波路アーム２３５［１］．．．２３５［Ｎ］を通った光は、高反射膜２５５に反射して、実質的に方向を反転させ、続いて導波路アームおよび結合器２３０を通って、出力導波路２５３内へ戻され、そこから変調器２００を抜け出る。

この反射構成にするための経路長の差は、強度変調器２４０［１］．．．２４０［Ｎ］が、Ｐ／Ｎビット／秒で動作する場合、１／２Ｐの経路長（時間）の差が必要であることが当業者には理解されよう。代表的な一実施形態では、強度変調器２４０［１］．．．２４０［Ｎ］は、ＥＡＭデバイスで構成されることが好ましく、そのためこのデバイスは、先に示したその同様のデバイスの１／２の長さしか必要としない。したがって、デバイスの全長がかなり短くなる。

動作的には、Ｐビット／秒の信号を所望し、Ｎ本の導波路アームを用いる場合、ＣＷ光をチップ２１０内へ誘導するか、あるいはオンチップ・レーザ（図示せず）によってＣＷ光を生成する。ＥＡＭパルス・カーバ２２０は、Ｐ／ＮＧＨｚでＣＷ光をパルスに変換するが、その場合、デバイスのデューティ・サイクルは、１／Ｎが好ましい。有利には、Ｎ＝２の場合、結合器は方向性結合器とすることができる。Ｎが３以上では、有利には、よく知られているスター・カプラを用いることができる。あるいは、採用される特定の構成に応じてツリー型の結合器を用いることもできる。どのような結合器構成を採用しようとも、隣接する導波路アームに対する経路長の差は、１／Ｐ（反射構成では１／２Ｐ）になる。それぞれのアーム経路は、経路中の光信号の相対位相を制御するのに用いられる静的移相器を含むことが好ましい。位相制御信号が再結合時に同位相である場合、その結果得られる出力信号は、ＮＲＺ信号である。位相制御信号が、位相差１８０度およびＮ＝２の条件を併せ持つ場合には、ＣＳＲＺ信号が生成される。

ここまで、本発明についていくつかの具体例をあげて論じ、説明してきたが、我々の教示がそれによって限定されるものではないことが当業者には理解されよう。したがって、本発明は、本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

Claims (6)

1. Ｐ（ビット／秒）の光信号を生成する光変調器であって、
   連続波長の光信号から一連の光パルスを生成するパルス・カーバと、
   前記一連の光パルスから一連のより高い周波数の光パルスを生成する干渉計とを備え、前記干渉計が
   入力結合器と、
   出力結合器と、
   前記入力結合器を前記出力結合器に接続するＮ本の光導波路アームとを含み、前記導波路アームのひとつひとつが、隣接する導波路アームから１／Ｐの経路長時間差を呈し、前記Ｎ本のアームのそれぞれがＰ／Ｎ（ビット／秒）で動作可能な強度変調器と、前記アームを通る光信号の位相を調整する移相器とを有し、
   前記アームを通る光信号の相対位相が、前記出力結合器の働きにより同位相で加えられるように、前記移相器は調整可能である、光変調器。
2. 前記干渉計が反射構成であり、前記導波路アームのひとつひとつが１／２Ｐの経路長時間差を呈す、請求項１に記載の光変調器。
3. 単一の結合器が、入力結合器および出力結合器の両方として動作可能であり、前記変調器を集積したチップの端部が、複数の前記強度変調器を有する端部に高反射膜を具備する、請求項１に記載の光変調器。
4. 前記パルス・カーバが電界吸収型変調器を備える、請求項１に記載の光変調器。
5. 複数の前記強度変調器が電界吸収型変調器を備える、請求項１に記載の光変調器。
6. 連続波長レーザをさらに備える、請求項１に記載の光変調器。

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