JP5402110B2 - Light source for optical communication - Google Patents
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Description
本発明は、光通信システムに係り、特に電気信号を光信号に変換する機能を有する光機能素子である光通信用光源に関するものである。 The present invention relates to an optical communication system, and more particularly to an optical communication light source that is an optical functional element having a function of converting an electrical signal into an optical signal.
電気信号を光信号に変換するための光通信用光源は、近年の通信トラフィックの急速な増大において、極めて重要な役割を果たしてきた基幹部品である。光通信用光源を実現する技術としては、半導体レーザの直接変調方式と、半導体レーザと外部光変調器とを組み合わせた方式が主に採用されてきた。 An optical communication light source for converting an electrical signal into an optical signal is a key component that has played an extremely important role in recent rapid increase in communication traffic. As a technique for realizing a light source for optical communication, a direct modulation system of a semiconductor laser and a system combining a semiconductor laser and an external optical modulator have been mainly employed.
特に、半導体レーザの直接変調方式は、低コストで簡便な方式として最も早くから研究されてきた通信方式の一つである。しかし、変調時に生じるチャーピングのために伝送可能な距離が他の方式に比べて短くなり、2.5Gb/sの変調速度で200km前後、10Gb/sの変調速度で10km程度の伝送距離に制限されるという課題があった。
一方、化合物半導体材料を用いた電界吸収型変調器やLiNbO3材料を用いたマッハツェンダー変調器などの外部変調器と半導体レーザとを組み合わせた方式では、チャーピングの大きさだけでなく符号もある程度制御することが可能であり、伝送距離を大きく伸ばすことが可能となる。
In particular, the direct modulation method of a semiconductor laser is one of the communication methods that has been studied from the earliest as a low-cost and simple method. However, the distance that can be transmitted due to chirping that occurs at the time of modulation is shorter than other systems, and is limited to a transmission distance of about 200 km at a modulation speed of 2.5 Gb / s and about 10 km at a modulation speed of 10 Gb / s. There was a problem of being done.
On the other hand, in a method in which an external modulator such as an electro-absorption modulator using a compound semiconductor material or a Mach-Zehnder modulator using a LiNbO 3 material is combined with a semiconductor laser, not only the size of chirping but also the code to some extent It is possible to control, and the transmission distance can be greatly increased.
化合物半導体材料による電界吸収型変調器の例としては、InP材料による変調器集積化光源が、非特許文献1に開示されており、長距離光通信用光源として実用化されている。また、LiNbO3材料によるマッハツェンダー変調器の例としては、非特許文献2に特に小型化されたものが開示されている。
電界吸収型変調器、マッハツェンダー変調器のどちらの方式においても、2.5Gb/sの変調速度で600km〜800km、10Gb/sの変調速度で40km〜80kmの伝送距離が実現されている。
As an example of an electroabsorption modulator made of a compound semiconductor material, a modulator integrated light source made of InP material is disclosed in Non-Patent
In both the electroabsorption modulator and the Mach-Zehnder modulator, transmission distances of 600 km to 800 km at a modulation speed of 2.5 Gb / s and 40 km to 80 km at a modulation speed of 10 Gb / s are realized.
これに対して、最近、さらに伝送距離を伸ばすことができる方式が特許文献1、特許文献2、非特許文献3に開示されている。この方式は、CML(Charp Managed Laser)と呼ばれるもので、半導体レーザの注入電流を小信号変調することにより、発振波長に周波数変調(FM変調)を発生させ、さらに周波数変調光を狭帯域の波長フィルターに入力することにより、振幅変調(AM変調)光に変換して、光信号を伝送させるものである。このCML方式を用いた伝送実験では、10Gb/sで250kmの伝送距離が実現されている。
On the other hand, recently,
CML方式には、FSR(Free Spectrum Range)の大きな波長フィルターが必要となる。通常は、伝送速度のおよそ2倍から3倍のFSRが必要となるので、より高速の信号伝送、例えば40Gb/sや100Gb/sの伝送速度を考えた場合には、300GHz程度のFSRを有する波長フィルターが必要となる。波長フィルターとしては、リング共振器や薄膜ミラーによる共振器を利用したものが考えられるが、現在、前記の高速伝送に適用可能なCMLデバイスは報告さていない。損失や製作トレランス等を考慮するとFSRの大きな波長フィルターを作成するのは必ずしも容易ではない。 The CML system requires a wavelength filter having a large FSR (Free Spectrum Range). Normally, an FSR of about 2 to 3 times the transmission speed is required, so when considering a higher speed signal transmission, for example, a transmission speed of 40 Gb / s or 100 Gb / s, it has an FSR of about 300 GHz. A wavelength filter is required. As the wavelength filter, a filter using a ring resonator or a resonator using a thin film mirror is conceivable. However, no CML device applicable to the high-speed transmission has been reported. Considering loss and manufacturing tolerance, it is not always easy to create a wavelength filter with a large FSR.
光通信技術の進展は、より多くの情報をより遠方に伝えることを目的として進められている。情報量の拡大は、通信速度の向上と波長多重伝送方式の採用により進展しており、伝送距離の拡大は、外部変調方式を凌駕するCML等の導入により加速する傾向が見え始めている。しかしながら、特許文献1、特許文献2、非特許文献3に開示されたCML方式においても、40Gb/s或いは100Gb/sなどの高速変調は実用化されていない。その主要因が、波長フィルターのFSRの大きさである。CML方式においては、変調帯域のおよそ2倍から3倍の帯域のFSRが必要であり、また、FM−AM変換時の変調効率の点から急峻な透過率スペクトルを有するフィルターが必要となる。リング共振器や薄膜ミラーによる共振器を利用した波長フィルターで特に光の透過損失が低いものを簡易にかつ低コストで製造する方法は、実現されていなかった。
Advances in optical communication technology are being carried out for the purpose of transmitting more information to a greater distance. The expansion of the amount of information is progressing by improving the communication speed and adopting the wavelength division multiplexing transmission system, and the expansion of the transmission distance is beginning to show a tendency to accelerate by introducing CML or the like that surpasses the external modulation system. However, even in the CML systems disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、波長フィルターのFSRを拡大することなく、高速変調と長距離伝送が可能な光通信用光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a light source for optical communication capable of high-speed modulation and long-distance transmission without enlarging the FSR of the wavelength filter.
本発明の光通信用光源は、特定波長の光波を出力できるレーザ光源と、このレーザ光源からの出力光が入力され、その入力波長に応じて出力光強度が変化する外部波長フィルターとを備え、前記外部波長フィルターは、パワー透過率の波長周期が異なる第1、第2の波長フィルターが縦列接続された構成であり、前記第1、第2の波長フィルターは、波長の共振周期の異なる第1、第2の光共振器からなり、前記第1の光共振器は、前記レーザ光源と光学的に結合された光導波路に形成された第1のエアギャップミラーと、この第1のエアギャップミラーよりも出力側の前記光導波路上の箇所に形成された第2のエアギャップミラーと、前記第1、第2のエアギャップミラー間の光導波路とからなり、前記第2の光共振器は、前記第2のエアギャップミラーと、この第2のエアギャップミラーよりも出力側の前記光導波路上の箇所に形成された第3のエアギャップミラーと、前記第2、第3のエアギャップミラー間の光導波路とからなり、前記第2のエアギャップミラーの透過率が前記第1、第3のエアギャップミラーの透過率よりも低く設定され、前記第1、第2の光共振器の長さを変えることにより、前記第1、第2の光共振器の波長共振周期が異なるように設定され、前記レーザ光源において周波数変調された光波を前記外部波長フィルターにより強度変調に変換することを特徴とするものである。 The light source for optical communication of the present invention includes a laser light source capable of outputting a light wave of a specific wavelength, and an external wavelength filter to which output light from the laser light source is input and the output light intensity changes according to the input wavelength. The external wavelength filter has a configuration in which first and second wavelength filters having different wavelength periods of power transmittance are connected in cascade, and the first and second wavelength filters have first resonance periods having different wavelength periods. The first optical resonator includes a first air gap mirror formed in an optical waveguide optically coupled to the laser light source, and the first air gap mirror. A second air gap mirror formed at a location on the optical waveguide on the output side, and an optical waveguide between the first and second air gap mirrors, and the second optical resonator includes: Said second air A cap mirror, a third air gap mirror formed on the optical waveguide on the output side of the second air gap mirror, and an optical waveguide between the second and third air gap mirrors. The transmittance of the second air gap mirror is set to be lower than the transmittance of the first and third air gap mirrors, and the length of the first and second optical resonators is changed. The first and second optical resonators are set to have different wavelength resonance periods, and the light wave frequency-modulated in the laser light source is converted into intensity modulation by the external wavelength filter.
本発明の光通信用光源は、周波数変調されたレーザ光源の光波を急峻なスペクトルをもつの外部波長フィルターを透過させて強度変調に変換するものであり、伝送後の波形歪を低減することが可能であり、長距離伝送に適した光通信用光源である。
本発明の光通信用光源の第一の効果は、周波数変調されたレーザ発振光を強度変調に変換する方式なので、半導体レーザの直接変調方式や外部変調器を用いた通信方式にくらべて、より長距離の伝送が可能なことである。
本発明の光通信用光源の第二の効果は、レーザ光源の小信号周波数変調を外部波長フィルターの波長依存性(周波数依存性)を利用して、強度変調に変換するので、外部波長フィルターの波長特性を急峻にすることにより、比較的小さな周波数変調で大きな消光比の強度変調を実現することができ、駆動電気回路の消費電力を低減できることである。
本発明の光通信用光源の第三の効果は、外部波長フィルターを異なるFSRを有する2つの波長フィルターから構成することにより、隣接する透過ピーク間で透過率に十分な差を生じさせることができるので、波長フィルターのFSRを増加させずに、変調速度を増加させることができることである。すなわち、高帯域な波長フィルターが不要であることから、製造コストを低減することができる。
本発明の光通信用光源の第四の効果は、外部波長フィルターを平面光回路(PLC)で構成することが可能であり、レーザ光源とのハイブリット集積が可能で、さらに平面回路として半導体材料を用いることにより、モノリシック集積が可能なので、小型化と実装コストの低減を図ることができることである。
The light source for optical communication according to the present invention converts the light wave of a frequency-modulated laser light source into intensity modulation by passing through an external wavelength filter having a steep spectrum, and can reduce waveform distortion after transmission. It is a light source for optical communication suitable for long-distance transmission.
The first effect of the light source for optical communication according to the present invention is a method of converting frequency-modulated laser oscillation light into intensity modulation, and therefore, compared with a direct modulation method of a semiconductor laser or a communication method using an external modulator. Long-distance transmission is possible.
The second effect of the light source for optical communication of the present invention is that the small signal frequency modulation of the laser light source is converted into intensity modulation using the wavelength dependency (frequency dependency) of the external wavelength filter. By making the wavelength characteristic steep, intensity modulation with a large extinction ratio can be realized with relatively small frequency modulation, and power consumption of the drive electric circuit can be reduced.
The third effect of the light source for optical communication according to the present invention is that the external wavelength filter is composed of two wavelength filters having different FSRs, thereby making it possible to cause a sufficient difference in transmittance between adjacent transmission peaks. Therefore, the modulation speed can be increased without increasing the FSR of the wavelength filter. That is, since a high-band wavelength filter is unnecessary, the manufacturing cost can be reduced.
The fourth effect of the light source for optical communication according to the present invention is that the external wavelength filter can be constituted by a planar optical circuit (PLC), can be hybrid-integrated with a laser light source, and a semiconductor material can be used as a planar circuit. By using it, monolithic integration is possible, so that downsizing and reduction in mounting cost can be achieved.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細を説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る光通信用光源の概略を示す模式図である。
図1に示す光通信用光源においては、シリコン材料でシリコン酸化膜を挟んだ構造のSOI(Silicon on insulator)基板1の上部同一平面にシリコンをコア層とする第一のシリコン光導波路3と第二のシリコン光導波路4とが同一直線上に縦列配置されている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a light source for optical communication according to an embodiment of the present invention.
In the light source for optical communication shown in FIG. 1, a first silicon
第一のシリコン光導波路3は、その一端にテーパ状のシリコンテーパ光導波路2を有している。このシリコンテーパ光導波路2により、第一のシリコン光導波路3は、導波光のスポットサイズを緩やかに拡大しつつ、シリコン窒化膜をコア層とするシリコン窒化膜光導波路8に低損失で光学結合し、光アイソレータ9を介して半導体レーザ10に光学的に接続されている。第二のシリコン光導波路4の一端には、無反射コーティング膜5が施されている。
The first silicon
第一のシリコン光導波路3と第二のシリコン光導波路4とは、エアギャップミラー13を介して接続されている。そして、第一のシリコン光導波路3と第二のシリコン光導波路4とエアギャップミラー12,13,14とは、2つの導波路型光共振器が縦列接続された構造を形成している。すなわち、エアギャップミラー12,13とエアギャップミラー12,13間の第一のシリコン光導波路3とが第一の導波路型光共振器15を構成し、エアギャップミラー13,14とエアギャップミラー13,14間の第二のシリコン光導波路4とが第二の導波路型光共振器16を構成している。この第一の導波路型光共振器15と第二の導波路型光共振器16の各々が、波長フィルターを構成している。
The first silicon
また、第一の導波路型光共振器15を構成する第一のシリコン光導波路3の上部には、波長透過特性を変えられるようにヒータ6が配置され、同様に、第二の導波路型光共振器16を構成する第二のシリコン光導波路4の上部にも、ヒータ6が配置されている。
A
図2(A)はエアギャップミラー12の構成を示す模式図、図2(B)はエアギャップミラー13の構成を示す模式図、図2(C)はエアギャップミラー14の構成を示す模式図である。
エアギャップミラー12には、幅(図1、図2(A)左右方向)150nmのエアギャップ202,203が形成され、エアギャップ202,203間に導波路長(図1、図2(A)左右方向)120nmのシリコン光導波路201が形成されている。
2A is a schematic diagram showing the configuration of the
The
エアギャップミラー13には、幅(図1、図2(B)左右方向)150nmのエアギャップ207,209,210が形成され、エアギャップ207,210間に導波路長(図1、図2(B)左右方向)120nmのシリコン光導波路208が形成され、エアギャップ209,210間に導波路長120nmのシリコン光導波路211が形成されている。
エアギャップミラー14には、幅(図1、図2(C)左右方向)150nmのエアギャップ204,206が形成され、エアギャップ204,206間に導波路長(図1、図2(C)左右方向)120nmのシリコン光導波路205が形成されている。
The
The
エアギャップミラー12と14は同一構造を有しており、エアギャップミラー13はエアギャップミラー12,14よりも一周期だけ周期数の多い構造となっている。
図3は、エアギャップミラー12,13,14のパワー透過率の波長依存性を示す図である。図3は、透過率を計算で求めたものである。図中301は、エアギャップミラー12,14の透過率を示し、302はエアギャップミラー13の透過率を示している。図3によれば、エアギャップミラー12,13,14共に、波長に対して比較的均一な特性を示していることが分かる。
The air gap mirrors 12 and 14 have the same structure, and the
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence of the power transmittance of the air gap mirrors 12, 13, and 14. FIG. 3 shows the transmittance obtained by calculation. In the figure, 301 indicates the transmittance of the air gap mirrors 12 and 14, and 302 indicates the transmittance of the
第一の導波路型光共振器15の長さ(エアギャップミラー12,13間の距離であり、図1のL1)と第二の導波路型光共振器16の長さ(エアギャップミラー13,14間の距離であり、図1のL2)とは、互いに異なる。これにより、第一の導波路型光共振器15の波長共振周期と第二の導波路型光共振器16の波長共振周期とが異なるように設定されている。
The length of the first waveguide type optical resonator 15 (the distance between the air gap mirrors 12 and 13, L1 in FIG. 1) and the length of the second waveguide type optical resonator 16 (the air gap mirror 13). , 14 is different from L2) in FIG. Thus, the wavelength resonance period of the first waveguide
以下に、本実施の形態の光通信用光源の動作機構について詳細に述べる。電気信号に応じて小信号変調した注入電流をレーザドライバ(不図示)から半導体レーザ10に供給することにより、半導体レーザ10からは周波数変調されたレーザ光が出力される。この周波数変調されたレーザ出力光は、光アイソレータ9を通過した後、シリコン窒化膜光導波路8を伝搬し、スポットサイズ変換部であるシリコンテーパ光導波路2によってフィールドのスポットサイズが変換され、低損失で第一のシリコン光導波路3に導入される。
The operation mechanism of the light source for optical communication according to the present embodiment will be described in detail below. By supplying an injection current that has been subjected to small signal modulation in accordance with an electrical signal from a laser driver (not shown) to the
第一のシリコン光導波路3に入射したレーザ出力光は、エアギャップミラー12,13と第一のシリコン光導波路3とからなる第一の導波路型光共振器15を通過し、さらにエアギャップミラー13,14と第二のシリコン光導波路4とからなる第二の導波路型光共振器16に入射する。第二の導波路型光共振器16を通過したレーザ出力光は、無反射コーティング膜5により、導波路端面での反射が十分に抑制された状態で、外部に出射される。こうして、電気信号は、光通信用光源によって光信号に変換される。
The laser output light incident on the first silicon
図4(A)、図4(B)は、2つの導波路型光共振器15,16からなる複合共振器(外部波長フィルター)のパワー透過率スペクトルを示す図である。図4(A)、図4(B)の横軸は、波長λの中心ピーク波長(2つの導波路型光共振器15,16の共振ピーク波長が一致する波長)λcからの波長遷移量を示している。2つの導波路型光共振器15,16のFSRに差異があるため、図4(A)から明らかなように、光の波長λが中心ピーク波長λcから離れるに従って、透過光強度のピークが減少する波長スペクトルとなっている。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing power transmittance spectra of a composite resonator (external wavelength filter) including two waveguide type
図4(B)は、図4(A)の中心ピーク波長λc(図4(A)におけるλ−λc=0)近傍を拡大した図である。中心ピーク波長λcに対して図4(B)の402の分だけ波長λが変動(すなわち、周波数が変動)したレーザ発振光は、導波路型光共振器15,16からなる外部波長フィルターにより、図4(B)の401の分だけ透過率が変動、すなわち強度が変動した光波に変換される。
外部波長フィルターを透過しない光は、反射戻り光になるが、アイソレータ9で遮断されるので、この反射戻り光が半導体レーザ10へ逆入射することはない。
FIG. 4B is an enlarged view of the vicinity of the center peak wavelength λc (λ−λc = 0 in FIG. 4A) of FIG. The laser oscillation light in which the wavelength λ is changed (that is, the frequency is changed) by 402 in FIG. 4B with respect to the center peak wavelength λc is obtained by an external wavelength filter including the waveguide type
Light that does not pass through the external wavelength filter becomes reflected return light, but is blocked by the
また、導波路型光共振器15,16からなる外部波長フィルターを用いて光の周波数変化を強度変化に変換するためには、レーザ光の波長変化の中心と外部波長フィルターの透過率スロープの中心とを適切な波長位置に調整する必要がある(すなわち、中心を一致させる)。このような波長位置調整は、ヒータ6によって行われる。つまり、図示しないヒータ電源からヒータ6に電流を供給して、ヒータ6によってシリコン光導波路3,4を加熱すると、導波路型光共振器15,16の導波路層の屈折率が熱光学効果により変化するので、外部波長フィルターの透過率スペクトルのピーク位置を波長軸に沿ってシフトさせることができる。
Further, in order to convert the light frequency change into the intensity change using the external wavelength filter composed of the waveguide type
図5(A)、図5(B)は、本実施の形態の光通信用光源の効果を示す図であり、外部波長フィルターのパワー透過率スペクトルと外部波長フィルターに入力されるNRZ(Non Return to Zero)変調された信号光の波長スペクトルとの関係を示す図である。 FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the effects of the light source for optical communication according to the present embodiment, and the power transmittance spectrum of the external wavelength filter and the NRZ (Non Return) input to the external wavelength filter. It is a figure which shows the relationship with the wavelength spectrum of the modulated signal light.
図5(A)は、FSRが略50GHzの導波路型光共振器15,16を用いた場合の外部波長フィルターのパワー透過率スペクトル502と50GHzでNRZ変調された信号光のスペクトル501とを示している。上記のように、2つの導波路型光共振器15,16のFSRには差異がある。ここでは、中心ピーク波長λc(図5(A)におけるλ−λc=0)から離れたNRZ変調の高調波成分が、外部波長フィルターの透過率スペクトルの中心ピーク波長近傍以外の周期ピークの影響を受けないようにするため、波長λが中心ピーク波長λcから離れるに従って外部波長フィルターの透過率スペクトルの強度が減衰するように設定されている。
FIG. 5A shows the
図5(B)は、導波路型光共振器15,16のFSRを同一の値(50GHz)に設定した場合の外部波長フィルターのパワー透過率スペクトル602と50GHzでNRZ変調された信号光のスペクトル501とを示している。この場合、外部波長フィルターの透過率スペクトルは、中心ピーク波長λcから離れた波長帯域においても中心ピーク波長近傍と同程度のスペクトル強度を示しており、NRZ変調の高調波スペクトルに対して影響を与えることになる。
本実施の形態の顕著な特徴は、2つの導波路型光共振器15,16のFSRを異ならしめることにより、導波路型光共振器15,16からなる外部波長フィルターの透過率スペクトルの中心ピーク波長以外の透過率ピーク強度を抑制することにある。
FIG. 5B shows the
A prominent feature of this embodiment is that the center peak of the transmittance spectrum of the external wavelength filter comprising the waveguide type
以上のように、本実施の形態の光通信用光源は、レーザ光源(半導体レーザ10)より出力される発振光に対して、伝送データに対応する周波数変調を施し、周波数変調光を外部波長フィルターを用いて振幅変調光(光強度変調データ)に変換して出力するものであり、半導体レーザの直接変調方式や外部変調器による伝送方式に比べて、光の長距離伝送が可能となる。 As described above, the light source for optical communication according to the present embodiment performs frequency modulation corresponding to transmission data on the oscillation light output from the laser light source (semiconductor laser 10), and the frequency modulated light is externally filtered. Is converted into amplitude-modulated light (light intensity modulation data) and output, and light can be transmitted over a long distance compared to a direct modulation method of a semiconductor laser or a transmission method using an external modulator.
半導体レーザ10より出力される周波数変調されたレーザ光は、光アイソレータ9を通過して透過率のFSRが異なる2つの波長フィルター(導波路型光共振器15,16)に入力される。2つの波長フィルターの透過率ピークの一部は、入力されるレーザ光波長で一致するように設定されているので、レーザ光の周波数変調(すなわち、発振波長の変調)は、2つの波長フィルターにより光強度変調に変換される。
The frequency-modulated laser light output from the
波長フィルターとして単一FSRの波長フィルターを用いた場合、周波数変調の速度は、FSRの数分の1以下に制限される。このように制限される理由は、変調時の光波スペクトル(波長スペクトル又は周波数スペクトル)の分布の裾がFSR分だけ離れた波長域にある透過ピークにかかることによって強度変調の乱れが生じることによる。したがって、変調速度が増加するに従って、より大きなFSRを有する波長フィルターが必要になる。 When a single FSR wavelength filter is used as the wavelength filter, the speed of frequency modulation is limited to a fraction of the FSR. The reason for this limitation is that intensity modulation is disturbed when the tail of the distribution of the light wave spectrum (wavelength spectrum or frequency spectrum) during modulation is applied to a transmission peak in a wavelength region separated by FSR. Therefore, as the modulation rate increases, a wavelength filter with a larger FSR is required.
これに対して、本実施の形態の外部波長フィルターは、異なるFSRを有する2つの波長フィルターから構成されているので、透過ピークの最大値(2つの波長フィルターの透過率ピークが一致する点)からFSR分だけ離れた波長域の透過ピークは、2つの波長フィルターの透過率ピークがずれている為に小さくなる。すなわち、本実施の形態では、外部波長フィルターのFSRを拡大せずに変調速度を増加させても、強度変調の乱れを抑制することができる。 On the other hand, since the external wavelength filter of the present embodiment is composed of two wavelength filters having different FSRs, from the maximum value of the transmission peak (the point where the transmittance peaks of the two wavelength filters match). The transmission peak in the wavelength region separated by the FSR becomes smaller because the transmittance peaks of the two wavelength filters are shifted. That is, in this embodiment, even if the modulation speed is increased without increasing the FSR of the external wavelength filter, the intensity modulation disturbance can be suppressed.
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、外部波長フィルターとしてシリコン光導波路からなるものを用いたが、これに限るものではなく、外部波長フィルターとしてInPやGaAsといった化合物半導体材料の光導波路からなるものを用いてもよい。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, a silicon optical waveguide is used as the external wavelength filter. However, the external wavelength filter is not limited to this, and the external wavelength filter is a compound semiconductor material optical waveguide such as InP or GaAs. Also good.
また、第1の実施の形態では、2つの導波路型光共振器15,16の共振ピーク位置を調整するために、ヒータ6を用いたが、化合物半導体によるフランツケルディッシュ効果や量子井戸構造を用いた量子閉じ込めシュタルク効果などによる電気光学効果を用いることも可能である。この場合は、2つの導波路型光共振器15,16を構成するシリコン光導波路3,4に電圧を印加あるいは電流を注入するための電極を、シリコン光導波路3,4の近傍に配置し、2つの導波路型光共振器15,16の共振ピーク波長が所望の位置になるように、電源から電極に供給する電力を調整すればよい。
In the first embodiment, the
また、外部波長フィルターの材料として、以前からよく使用されている石英系材料を用いることも可能であり、特に、素子サイズは大きくなるが、光学損失を減らす必要のある素子構成において有効である。
また、半導体レーザと外部波長フィルターとを同一基板上にハイブリット集積するようにしてもよい。
It is also possible to use a quartz-based material that has been used frequently as a material for the external wavelength filter, and is particularly effective in an element configuration in which the element size is increased but the optical loss needs to be reduced.
Further, the semiconductor laser and the external wavelength filter may be hybrid-integrated on the same substrate.
また、外部波長フィルターとしてInPやGaAsといった化合物半導体材料の光導波路からなるものを用いる場合に、半導体レーザと外部波長フィルターとを同一基板上にモノリシック集積するようにしてもよい。さらに、この場合に、半導体レーザの活性層と外部波長フィルターの導波路コア層とをそれぞれバンドギャップの異なる多重量子井戸構造で構成し、半導体レーザの活性層のバンドギャップを外部波長フィルターの導波路コア層のバンドギャップより小さく設定するようにしてもよい。 Further, when an external wavelength filter made of an optical waveguide of a compound semiconductor material such as InP or GaAs is used, the semiconductor laser and the external wavelength filter may be monolithically integrated on the same substrate. Further, in this case, the active layer of the semiconductor laser and the waveguide core layer of the external wavelength filter are each configured with a multiple quantum well structure having different band gaps, and the band gap of the active layer of the semiconductor laser is set to the waveguide of the external wavelength filter. You may make it set smaller than the band gap of a core layer.
本発明は、光通信システムにおける光通信用光源に適用することができる。 The present invention can be applied to a light source for optical communication in an optical communication system.
1…SOI基板、2…シリコンテーパ光導波路、3…第一のシリコン光導波路、4…第二のシリコン光導波路、5…無反射コーティング膜、6…ヒータ、8…シリコン窒化膜光導波路、9…光アイソレータ、10…半導体レーザ、12,13,14…エアギャップミラー、15…第一の導波路型光共振器、16…第二の導波路型光共振器、201,205,208,211…シリコン光導波路、202,203,204,206,207,209,210…エアギャップ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
このレーザ光源からの出力光が入力され、その入力波長に応じて出力光強度が変化する外部波長フィルターとを備え、
前記外部波長フィルターは、パワー透過率の波長周期が異なる第1、第2の波長フィルターが縦列接続された構成であり、
前記第1、第2の波長フィルターは、波長の共振周期の異なる第1、第2の光共振器からなり、
前記第1の光共振器は、前記レーザ光源と光学的に結合された光導波路に形成された第1のエアギャップミラーと、この第1のエアギャップミラーよりも出力側の前記光導波路上の箇所に形成された第2のエアギャップミラーと、前記第1、第2のエアギャップミラー間の光導波路とからなり、
前記第2の光共振器は、前記第2のエアギャップミラーと、この第2のエアギャップミラーよりも出力側の前記光導波路上の箇所に形成された第3のエアギャップミラーと、前記第2、第3のエアギャップミラー間の光導波路とからなり、
前記第2のエアギャップミラーの透過率が前記第1、第3のエアギャップミラーの透過率よりも低く設定され、前記第1、第2の光共振器の長さを変えることにより、前記第1、第2の光共振器の波長共振周期が異なるように設定され、
前記レーザ光源において周波数変調された光波を前記外部波長フィルターにより強度変調に変換することを特徴とする光通信用光源。 A laser light source capable of outputting a light wave of a specific wavelength;
The output light from the laser light source is input, and an external wavelength filter whose output light intensity changes according to the input wavelength,
The external wavelength filter has a configuration in which first and second wavelength filters having different wavelength periods of power transmittance are connected in cascade,
The first and second wavelength filters comprise first and second optical resonators having different wavelength resonance periods,
The first optical resonator includes a first air gap mirror formed in an optical waveguide optically coupled to the laser light source, and an optical waveguide on the output side of the first air gap mirror. A second air gap mirror formed at a location, and an optical waveguide between the first and second air gap mirrors,
The second optical resonator includes the second air gap mirror, a third air gap mirror formed at a location on the optical waveguide on the output side of the second air gap mirror, 2 and an optical waveguide between the third air gap mirrors,
The transmittance of the second air gap mirror is set lower than the transmittance of the first and third air gap mirrors, and the lengths of the first and second optical resonators are changed to change the first and second optical gap mirrors. 1, the wavelength resonance period of the second optical resonator is set to be different,
A light source for optical communication, wherein the light wave frequency-modulated in the laser light source is converted into intensity modulation by the external wavelength filter.
前記レーザ光源と前記外部波長フィルターとは、光アイソレータを介して光学的に結合されることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 1 ,
The optical light source for optical communication, wherein the laser light source and the external wavelength filter are optically coupled via an optical isolator.
前記第1、第2の光共振器は、SOI基板上に形成された光導波路からなることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 1 or 2 ,
The light source for optical communication, wherein the first and second optical resonators are optical waveguides formed on an SOI substrate.
前記第1、第2の光共振器は、化合物半導体基板上に形成された光導波路からなることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 1 or 2 ,
The first and second optical resonators comprise optical waveguides formed on a compound semiconductor substrate.
さらに、前記第1、第2の光共振器を構成する光導波路の近傍に配置されたヒータと、
このヒータに供給する電力の調整が可能な電源とを備え、
前記ヒータにより前記光導波路を加熱して前記第1、第2の光共振器の共振ピーク波長を調整することを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to any one of claims 1 to 4 ,
A heater disposed in the vicinity of the optical waveguide constituting the first and second optical resonators;
A power source capable of adjusting the power supplied to the heater;
A light source for optical communication, wherein the optical waveguide is heated by the heater to adjust the resonance peak wavelengths of the first and second optical resonators.
さらに、前記第1、第2の光共振器を構成する光導波路の近傍に配置された電極と、
この電極に供給する電力の調整が可能な電源とを備え、
電気光学効果により前記第1、第2の光共振器の共振ピーク波長を調整することを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to any one of claims 1 to 4 ,
Furthermore, an electrode disposed in the vicinity of the optical waveguide constituting the first and second optical resonators,
A power source capable of adjusting the power supplied to the electrode;
A light source for optical communication, wherein the resonance peak wavelengths of the first and second optical resonators are adjusted by an electro-optic effect.
前記レーザ光源は、半導体レーザであり、
前記半導体レーザと前記外部波長フィルターとは、同一基板上にハイブリット集積されていることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 3 ,
The laser light source is a semiconductor laser;
The light source for optical communication, wherein the semiconductor laser and the external wavelength filter are hybrid-integrated on the same substrate.
前記レーザ光源は、半導体レーザであり、
前記半導体レーザと前記外部波長フィルターとは、同一基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 4 ,
The laser light source is a semiconductor laser;
The light source for optical communication, wherein the semiconductor laser and the external wavelength filter are monolithically integrated on the same substrate.
前記半導体レーザの活性層と前記外部波長フィルターの導波路コア層とは、それぞれバンドギャップの異なる多重量子井戸構造で構成されており、
前記半導体レーザの活性層のバンドギャップは、前記外部波長フィルターの導波路コア層のバンドギャップより小さく設定されていることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 8 ,
The active layer of the semiconductor laser and the waveguide core layer of the external wavelength filter are each composed of a multiple quantum well structure with different band gaps,
A band gap of an active layer of the semiconductor laser is set to be smaller than a band gap of a waveguide core layer of the external wavelength filter.
前記外部波長フィルターは、石英系材料で構成されていることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to claim 1 or 2 ,
The light source for optical communication, wherein the external wavelength filter is made of a quartz-based material.
前記レーザ光源は、発振波長を可変せしめることが可能な波長可変光源であることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to any one of claims 1 to 10 ,
The laser light source is a wavelength tunable light source capable of changing an oscillation wavelength.
さらに、送信したい電気信号に応じて変調した注入電流を前記レーザ光源に供給するレーザドライバを備え、
前記レーザ光源から周波数変調されたレーザ光を出力させることを特徴とする光通信用光源。 The light source for optical communication according to any one of claims 1 to 11 ,
And a laser driver for supplying an injection current modulated in accordance with an electrical signal to be transmitted to the laser light source,
A light source for optical communication, characterized in that a laser beam frequency-modulated from the laser light source is output.
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