JP5432043B2 - Optical transmitter - Google Patents

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Description

本発明は、光送信機に関する。   The present invention relates to an optical transmitter.

近年の光通信網の普及に伴い、40Gbit/sec(ギガビット毎秒)を超える伝送容量を有する基幹系光通信システムへ適応が盛んに進められるようになった。これらの超高速通信システムでは、従来の光通信システムで適用されてきたNRZ(Non Return to Zero)変調方式と比べて、周波数利用効率が高く、光信号対雑音比(optical Signal‐to‐Noise Ratio;OSNR)耐力及び非線形性耐力などが優れている様々な光変調方式の採用が相次いでいる。このような背景のなか、1シンボル時間で多ビット情報送信方式が最も有力な手段として考えられている。   With the spread of optical communication networks in recent years, adaptation to the backbone optical communication system having a transmission capacity exceeding 40 Gbit / sec (gigabit per second) has been actively promoted. These ultra-high-speed communication systems have higher frequency utilization efficiency and optical signal-to-noise ratio (optical signal-to-noise ratio) than the NRZ (Non Return to Zero) modulation method applied in the conventional optical communication system. OSNR) various light modulation methods having excellent proof stress and non-linear proof strength have been adopted one after another. Against this background, the multi-bit information transmission method in one symbol time is considered as the most effective means.

例えば、変調された4つの位相にそれぞれ2ビットのデータを割り当てることのできる方式である差動四相位相偏移変調(differential quadrature phase Shift keying;DQPSK)の場合、送信器は、少なくとも4つの高速位相変調器を集積したデバイス構成が必要となる。現在、これらの高速位相変調器は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3;LN)にて構成された変調器が広く用いられている(下記特許文献1参照)。LN導波路を用いることで、これらの変調器を低損失で実現することができるメリットがある。 For example, in the case of differential quadrature phase shift keying (DQPSK), which is a scheme capable of assigning 2 bits of data to each of the four modulated phases, the transmitter has at least four high-speed transmissions. A device configuration in which a phase modulator is integrated is required. Currently, as these high-speed phase modulators, modulators composed of lithium niobate (LiNbO 3 ; LN) are widely used (see Patent Document 1 below). By using the LN waveguide, there is an advantage that these modulators can be realized with low loss.

しかしながら、より複雑な情報伝送フォーマットにLN導波路を用いて対応する場合、デバイスサイズが大きくなるというデメリットを生ずる。例えば、100Gbit/secを実現する偏波多重を含めた、4ビットのデータを割り当てるDP‐QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)の場合(下記非特許文献1参照)、DQPSKの構成が各偏波用に形成する形体となり、LNを用いて形成した場合、構成するカップラーの個数も増える上、位相変調部の個数が少なくとも8個と倍になるため素子サイズが非常に大きくなるという問題がある。   However, when dealing with a more complicated information transmission format using the LN waveguide, there is a demerit that the device size is increased. For example, in the case of DP-QPSK (Dual Polarization Phase Shift Keying) that allocates 4-bit data including polarization multiplexing that realizes 100 Gbit / sec (see Non-Patent Document 1 below), the configuration of DQPSK When the LN is used, the number of couplers is increased, and the number of phase modulation units is doubled to at least eight, so that the element size is very large.

今後、さらに複雑な情報伝送フォーマットに対応すればするほど、LNを用いた変調器では、デバイスのサイズがより大きくなるという問題がある。この問題を回避するために、LNを用いた変調器で折り返し構造を採用し小型化を図っている(下記非特許文献2参照)。しかしながら、それでも十分に小型であるとはいいがたい。   In the future, the more complex the information transmission format is supported, there is a problem that the device size becomes larger in the modulator using the LN. In order to avoid this problem, the modulator using LN adopts a folding structure to reduce the size (see Non-Patent Document 2 below). However, it is hard to say that it is small enough.

これらのLNを用いた変調器とならんで、半導体からなる光変調器として注目されているのが、半導体導波路の一部に電界を素子に与えることで、屈折率を変化させ、入力電気信号を光の位相変化に変換する半導体マッハツェンダ型位相光変調器(半導体MZM位相光変調器)である。   Along with modulators using these LNs, attention is being focused on as optical modulators made of semiconductors. By applying an electric field to a part of the semiconductor waveguide, the refractive index is changed, and the input electrical signal Is a semiconductor Mach-Zehnder type phase light modulator (semiconductor MZM phase light modulator).

この半導体MZM位相光変調器の最大のメリットは、LN変調器と同等の特性を示しながら、より小型な変調器を実現することが可能な点である。LN変調器の場合、チップサイズが5cm程度にも及ぶが、半導体MZM位相光変調器の場合、少なくとも5〜6mm程度のチップサイズでLN変調器と同様の機能を発現することが可能となる。また、光源となるレーザも半導体から形成されているため、レーザをも同一基板上に集積し製作することが可能であるため、より小型な位相変調器を提供することが可能である。   The greatest merit of this semiconductor MZM phase light modulator is that it is possible to realize a smaller modulator while exhibiting characteristics equivalent to those of the LN modulator. In the case of the LN modulator, the chip size reaches about 5 cm. However, in the case of the semiconductor MZM phase light modulator, the same function as that of the LN modulator can be expressed with a chip size of at least about 5 to 6 mm. In addition, since the laser serving as the light source is also formed from a semiconductor, it is possible to integrate and manufacture the laser on the same substrate, and thus it is possible to provide a smaller phase modulator.

特開2009−204753号公報JP 2009-204753 A 特開2008−107468号公報JP 2008-107468 A 特開2009−060533号公報JP 2009-060533 A 特開2008−107468号公報JP 2008-107468 A

A.H.Gnauck、外9名、“25.6‐Tb/s WDM Transmission of Polarization‐Multiplexed RZ‐DQPSK Signals”、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY、VOL.26、NO.1、2008年1月、p.79−84A. H. Gnauck, 9 others, “25.6-Tb / s WDM Transmission of Polarization-Multiplexed RZ-DQPSK Signals”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 26, NO. 1, January 2008, p. 79-84 Kenji Aoki、外6名、“High‐Speed X‐Cut Thin‐Sheet LiNbO3 Optical Modulator With Folded Structure”、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY、VOL.25、NO.7、2008年7月、p.1805−1810Kenji Aoki, 6 others, "High-Speed X-Cut Thin-Sheet LiNbO3 Optical Modulator With Folded Structure", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. 25, NO. 7, July 2008, p. 1805-1810

上述したように、半導体からなる半導体MZM位相光変調器は、大幅な小型化を可能とするが、LN変調器に対して現時点で劣る点がある。それは温度調整にかかる消費電力にある。挿入損失も現時点では劣っているが、これは素子構造の最適化、結合方法の最適化により解決できる見込みがある。   As described above, the semiconductor MZM phase optical modulator made of a semiconductor can be greatly reduced in size, but is inferior to the LN modulator at the present time. That is the power consumption for temperature adjustment. The insertion loss is also inferior at present, but this can be solved by optimizing the element structure and the coupling method.

しかし、温度調整機構により発生する消費電力が大きいということは、LN変調器に比べ半導体MZM位相光変調器の欠点である。現在、地球温暖化対策ということで、エネルギーの低消費電力化が強く求められている上、通信容量が増大している今日、WDMの波長帯域をすべて使いきる前に、消費電力により通信容量が制限されるようになるとも言われており、消費電力が発生する温度調整機構は大きな問題である。   However, the fact that the power consumption generated by the temperature adjustment mechanism is large is a drawback of the semiconductor MZM phase light modulator compared to the LN modulator. Currently, as a measure against global warming, there is a strong demand for lower energy consumption and communication capacity is increasing. Before all the WDM wavelength band is used up, communication capacity is reduced by power consumption. It is said that the temperature adjustment mechanism that consumes power is a serious problem.

LN変調器は、基本的にはペルチェ素子等の温度制御装置を用いなくても一定電圧での高速変調を実現することができる。つまり、温度が変化しても、変調効率はほとんど変わらないため、温度制御なしで使用することができる。   The LN modulator can basically realize high-speed modulation with a constant voltage without using a temperature control device such as a Peltier element. That is, even if the temperature changes, the modulation efficiency hardly changes, so that it can be used without temperature control.

一方、半導体MZM位相光変調器は、バンドギャップが温度とともに変化するため、原理上、変調効率も変化してしまう。そのため、温度調整機構を設け、一定温度での駆動を余儀なくなされる。つまり、温度が変化すると、変調駆動する電圧も変化させなくてはならないという問題がある。   On the other hand, in the semiconductor MZM phase light modulator, since the band gap changes with temperature, the modulation efficiency changes in principle. Therefore, a temperature adjustment mechanism is provided and driving at a constant temperature is unavoidable. That is, when the temperature changes, there is a problem that the voltage for modulation driving must be changed.

通常、温度変化に対し、変調駆動電圧を変化させることは、特殊な駆動ドライバーを使用することになるため行われない。一般的には、素子周辺に設けた温度センサからの入力を元に、ペルチェ素子を駆動し素子温度が一定になるようにして、外気温が変動しても変調効率が一定になるようにし、一定電圧駆動を行う。一定温度に保つためにかかる消費電力は、素子の大きさなどにも依存するが、最悪のケースで1W程度消費される。   Normally, changing the modulation drive voltage with respect to temperature changes is not performed because a special drive driver is used. In general, based on the input from the temperature sensor provided around the element, the Peltier element is driven so that the element temperature is constant, so that the modulation efficiency is constant even if the outside air temperature fluctuates, Constant voltage drive is performed. The power consumption required to maintain a constant temperature depends on the size of the element and the like, but about 1 W is consumed in the worst case.

これに対し、LN変調器の場合は0Wでありその差は大きい。光変調器は各チャンネルに1つという使い方をされるので、10ユーザでは10W、1000ユーザでは1KWの消費電力が発生し、LN変調器を使う場合と比べ消費電力に大きな差が生まれてしまう。   On the other hand, in the case of the LN modulator, it is 0 W, and the difference is large. Since one optical modulator is used for each channel, power consumption of 10 W is generated for 10 users and 1 KW is generated for 1000 users, resulting in a large difference in power consumption compared to the case of using an LN modulator.

以上のことから本発明によれば、半導体MZM位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供することを目的とする。   From the above, according to the present invention, even in the semiconductor MZM phase optical modulator, it is possible to drive with the same modulation voltage with respect to a change in environmental temperature, omitting a temperature adjustment mechanism using a Peltier element or the like, An object of the present invention is to provide an optical transmitter capable of reducing power consumption.

上記の課題を解決するための第1の発明に係る光送信機は、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記温度と前記バイアス電圧の関係を求めておき、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力が変化すると、前記関係に基づいて、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
An optical transmitter according to a first invention for solving the above-described problem is
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator,
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the temperature and the bias voltage is obtained, and the relationship between the temperature and the bias voltage at which the modulation amplitude voltage is constant is obtained from the dependency,
When the input from the temperature sensor changes , the bias circuit changes the bias voltage and drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage based on the relationship .

上記の課題を解決するための第2の発明に係る光送信機は、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の配列を記憶する電子記憶媒体と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記温度と前記バイアス電圧の関係を求めて、前記電子記憶媒体の前記配列に記憶しておき、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力に基づき前記電子記憶媒体に記憶してある前記配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
An optical transmitter according to a second invention for solving the above-described problem is
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An electronic storage medium for storing an input from the temperature sensor and an array of the bias voltage;
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependence of the temperature and the bias voltage is obtained, and from the dependence, the relationship between the temperature and the bias voltage that makes the modulation amplitude voltage constant is obtained, and the array of the electronic storage medium is obtained. Remember,
The bias circuit drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage by changing the bias voltage with reference to the arrangement stored in the electronic storage medium based on an input from the temperature sensor. It is characterized by.

上記の課題を解決するための第3の発明に係る光送信機は、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記温度と前記バイアス電圧の前記多項式を導いておき、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
An optical transmitter according to a third invention for solving the above-described problem is
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An arithmetic circuit that calculates the bias voltage by a polynomial function of an input from the temperature sensor,
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the temperature and the bias voltage is obtained, and the polynomial of the temperature and the bias voltage that makes the modulation amplitude voltage constant is derived from the dependency,
The bias circuit drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage by changing the bias voltage according to a calculation result in the calculation circuit.

上記の課題を解決するための第4の発明に係る光送信機は、
波長可変レーザと、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の3次元配列を記憶する電子記憶媒体と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記動作波長、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記動作波長と前記温度と前記バイアス電圧の関係を求めて、前記電子記憶媒体の前記3次元配列に記憶しておき、
前記バイアス回路は、温度又は波長の変化により前記電子記憶媒体に記憶した前記3次元配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
An optical transmitter according to a fourth invention for solving the above-described problem is
A tunable laser;
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An electronic storage medium that stores an operating wavelength of the tunable laser, an input from the temperature sensor, and a three-dimensional array of the bias voltage;
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage is obtained, and the relationship between the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage that makes the modulation amplitude voltage constant from the dependency, Stored in the three-dimensional array of the electronic storage medium;
The bias circuit drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage by changing the bias voltage with reference to the three-dimensional array stored in the electronic storage medium according to a change in temperature or wavelength. And

上記の課題を解決するための第5の発明に係る光送信機は、
波長可変レーザと、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記動作波長、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記動作波長と前記温度と前記バイアス電圧の前記多項式を導いておき、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
An optical transmitter according to a fifth invention for solving the above-described problem is
A tunable laser;
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An arithmetic circuit that calculates the bias voltage by a polynomial functioning an operation wavelength of the wavelength tunable laser and an input from the temperature sensor;
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage is obtained, and the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage that make the modulation amplitude voltage constant are derived from the dependency. Every
The bias circuit drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage by changing the bias voltage according to a calculation result in the calculation circuit.

本発明は、半導体MZM位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供することができる。   The present invention also enables a semiconductor MZM phase light modulator to be driven with the same modulation voltage with respect to changes in environmental temperature, omits a temperature adjustment mechanism using a Peltier element, etc., and reduces power consumption. An optical transmitter capable of performing the above can be provided.

第1の実施例に係る半導体MZ変調器の構成を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the structure of the semiconductor MZ modulator which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る半導体MZ変調器の製作方法を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing method of the semiconductor MZ modulator which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る半導体MZ変調器における分離溝の配置位置を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the arrangement position of the isolation | separation groove | channel in the semiconductor MZ modulator which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る半導体MZ変調器の基本動作について示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a basic operation of the semiconductor MZ modulator according to the first embodiment. 第1の実施例に係る半導体MZ変調器における変調電極消光特性のバイアス電圧依存性を示した図である。It is the figure which showed the bias voltage dependence of the modulation electrode extinction characteristic in the semiconductor MZ modulator which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る半導体MZ変調器における変調電極消光特性の温度依存性を示した図である。It is the figure which showed the temperature dependence of the modulation electrode quenching characteristic in the semiconductor MZ modulator which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る半導体MZ変調器における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。It is the figure which showed the bias voltage dependence of the modulation amplitude voltage in the semiconductor MZ modulator which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the optical transmitter which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る光送信機における−5℃と75℃環境下の変調電極消光特性を示した図である。It is the figure which showed the modulation-electrode quenching characteristic of -5 degreeC and 75 degreeC environment in the optical transmitter which concerns on a 1st Example. 第2の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the optical transmitter which concerns on a 2nd Example. 第2の実施例に係る光送信機におけるバイアス電圧Vbiasの温度依存性を示した図である。It is the figure which showed the temperature dependence of the bias voltage Vbias in the optical transmitter which concerns on a 2nd Example. 第3の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the optical transmitter which concerns on a 3rd Example. 第3の実施例に係る光送信機における変調振幅電圧の波長依存性を示した図である。It is the figure which showed the wavelength dependence of the modulation amplitude voltage in the optical transmitter which concerns on a 3rd Example. 第3の実施例に係る光送信機における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。It is the figure which showed the bias voltage dependence of the modulation | alteration amplitude voltage in the optical transmitter which concerns on a 3rd Example. 第3の実施例に係る光送信機の他の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the other structure of the optical transmitter which concerns on a 3rd Example.

以下、本発明に係る光送信機について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an optical transmitter according to the present invention will be described with reference to the drawings.

以下、本発明の第1の実施例に係る光送信機について説明する。
本実施例に係る光送信機は、npin構造の半導体MZ変調器と、半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を与えるバイアス回路とを備える光送信機であって、温度センサからの入力が変化すると、バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として駆動することを特徴としている。本実施例においては、本実施例に係る光送信機を製作し、評価を行った。
The optical transmitter according to the first embodiment of the present invention will be described below.
The optical transmitter according to the present embodiment includes an npin semiconductor MZ modulator, a temperature sensor that monitors the temperature of the semiconductor MZ modulator, and a bias circuit that applies a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator. The transmitter is characterized in that when the input from the temperature sensor changes, the bias voltage is changed to drive the modulation amplitude voltage to be constant. In this example, an optical transmitter according to this example was manufactured and evaluated.

はじめに、本実施例に係る半導体MZ変調器の構成について説明する。
図1は、本実施例に係る半導体MZ変調器の構成を示した模式図である。
図1に示すように、本実施例に係る半導体MZ変調器1は、入力ポート側に配置された3dBカップラー10aと、出力ポート側に配置された3dBカップラー10bと、2つの3dBカップラー10a,10bを接続するアーム導波路11a,11bと、アーム導波路11a,11b上に設置された高速変調を行うための変調電極12a,12bと、アーム導波路11a,11b上に設置された製造時の位相誤差を調整するためのバランス調整電極13a,13bとにより構成されている。なお、本実施例に係る半導体MZ変調器1の層構造は、npin構造であり上記特許文献2に見られるInP構造の半導体MZ変調器と同じ構造である。
First, the configuration of the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the semiconductor MZ modulator 1 according to this embodiment includes a 3 dB coupler 10 a disposed on the input port side, a 3 dB coupler 10 b disposed on the output port side, and two 3 dB couplers 10 a and 10 b. Arm waveguides 11a and 11b for connecting the electrodes, modulation electrodes 12a and 12b for performing high-speed modulation installed on the arm waveguides 11a and 11b, and a phase at the time of manufacture installed on the arm waveguides 11a and 11b. It is comprised by balance adjustment electrode 13a, 13b for adjusting an error. The layer structure of the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment is the npin structure, which is the same structure as the InP structure semiconductor MZ modulator found in Patent Document 2 above.

本実施例に係る半導体MZ変調器1は、下側のアーム導波路11bを通過する経路の方が半波長(波長/アーム導波路11a,11bの実効屈折率/2の長さ)分だけ長く設計された非対称MZの構成となっている。本実施例に係る半導体MZ変調器1は、理想的に製作できた場合にはノーマリーOFFとなり、変調電極12a,12b及びバランス調整電極13a,13bに電圧を印加しない場合には、入力ポートから入力した光は出力ポートから出力されない状態となる。   In the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment, the path passing through the lower arm waveguide 11b is longer by a half wavelength (wavelength / effective refractive index / 2 length of the arm waveguides 11a and 11b). The asymmetric MZ is designed. The semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment is normally OFF when it is ideally manufactured, and input from the input port when no voltage is applied to the modulation electrodes 12a and 12b and the balance adjustment electrodes 13a and 13b. The light is not output from the output port.

しかし、実際に製作するデバイスにおいて、製造時の位相誤差により、ノーマリーOFFとはならないため、製造時の位相誤差を調整する機構が必要となる。このため、アーム導波路11a,11bの後段にはバランス調整電極13a,13bを設置する。無論、製造時の位相誤差を調整することができるのであるから、元より非対称MZではなく対称MZとして設計を行い、製造後にバランス調整電極13a,13bを用いて消光点を調整するようにしてもよい。また、アーム導波路11a,11bの前段には、通信信号をのせるための変調電極12a,12bを設置する。   However, a device that is actually manufactured does not become normally OFF due to a phase error at the time of manufacture, and thus a mechanism for adjusting the phase error at the time of manufacture is required. For this reason, balance adjusting electrodes 13a and 13b are provided at the subsequent stage of the arm waveguides 11a and 11b. Of course, since the phase error at the time of manufacture can be adjusted, the design is originally made as a symmetric MZ instead of the asymmetric MZ, and the extinction point is adjusted using the balance adjusting electrodes 13a and 13b after the manufacture. Good. Also, modulation electrodes 12a and 12b for placing communication signals are provided in front of the arm waveguides 11a and 11b.

なお、図1においては、プッシュプル駆動を行う場合の構成を示しており、アーム導波路11a,11bには変調電極電圧Vpaiを印加する。また、変調電極12a,12bには、直流(DC)成分のバイアス電圧Vbiasを印加する。また、変調電極12a,12bの終端側には、終端抵抗14と、DC成分が通過しないようにコンデンサ15が挿入されている。   Note that FIG. 1 shows a configuration in which push-pull driving is performed, and a modulation electrode voltage Vpai is applied to the arm waveguides 11a and 11b. Further, a bias voltage Vbias having a direct current (DC) component is applied to the modulation electrodes 12a and 12b. A termination resistor 14 and a capacitor 15 are inserted on the termination side of the modulation electrodes 12a and 12b so that a DC component does not pass.

次に、本実施例に係る半導体MZ変調器の製作方法について説明する。
図2は、本実施例に係る半導体MZ変調器の製作方法を示した模式図である。
図2(a)に示すように、本実施例に係る半導体MZ変調器1は、半絶縁性(SI;semi‐insulating)‐InP基板20上には、第1のn型電極層(n+‐InP)21を成長させる。第1のn型電極層21上には、第1のn型クラッド層(n‐InP)22を成長させる。第1のn型クラッド層22上には、第1の中間層(i‐InGaAsP)23を成長させる。第1の中間層23上には、コア層24を成長させる。コア層24上には、第2の中間層(i‐InGaAsP)25の順に成長させる。
Next, a manufacturing method of the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment will be described.
FIG. 2 is a schematic view showing a method for manufacturing the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2A, the semiconductor MZ modulator 1 according to this embodiment includes a first n-type electrode layer (n + −) on a semi-insulating (SI) -InP substrate 20. InP) 21 is grown. A first n-type cladding layer (n-InP) 22 is grown on the first n-type electrode layer 21. A first intermediate layer (i-InGaAsP) 23 is grown on the first n-type cladding layer 22. A core layer 24 is grown on the first intermediate layer 23. A second intermediate layer (i-InGaAsP) 25 is grown on the core layer 24 in this order.

第2の中間層25上には、第1の低濃度クラッド(i‐InP)26を成長させる。第1の低濃度クラッド26上には、電子バリアとして機能するp型クラッド層(p‐InP)27を成長させる。p型クラッド層27上には、第2のn型クラッド層(n‐InP)28を成長させる。第2のn型クラッド層28上には、第2のn型電極層(n+‐InP)29を成長させる。   A first low-concentration cladding (i-InP) 26 is grown on the second intermediate layer 25. A p-type cladding layer (p-InP) 27 that functions as an electron barrier is grown on the first low-concentration cladding 26. A second n-type cladding layer (n-InP) 28 is grown on the p-type cladding layer 27. A second n-type electrode layer (n + -InP) 29 is grown on the second n-type cladding layer 28.

ここで、コア層25は、動作光波長で電気光学効果が有効に働くように構成され、例えば、1500nm帯のデバイスであれば、InGaAlAsのGa/Al組成を変えた層を、それぞれ量子井戸層と量子バリア層にした多重量子井戸構造とすることができる。また、第1の中間層23は、光吸収で発生したキャリアをヘテロ界面でトラップされないようにするための接続層として機能する。   Here, the core layer 25 is configured so that the electro-optic effect works effectively at the operating light wavelength. For example, in the case of a device in the 1500 nm band, the layers in which the Ga / Al composition of InGaAlAs is changed are respectively quantum well layers. And a multi-quantum well structure with a quantum barrier layer. The first intermediate layer 23 functions as a connection layer for preventing carriers generated by light absorption from being trapped at the heterointerface.

図3は、本実施例に係る半導体MZ変調器における分離溝の配置位置を示した模式図である。
図3に示すように、本実施例に係る半導体MZ変調器を製作するには、2つのアーム導波路11a,11bを電気的に分離するために、アーム導波路11a,11b上に分離溝16を形成する。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the arrangement positions of the separation grooves in the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
As shown in FIG. 3, in order to manufacture the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment, the separation groove 16 is formed on the arm waveguides 11a and 11b in order to electrically separate the two arm waveguides 11a and 11b. Form.

なお、変調電極12a,12bとバランス調整電極13a,13bとが分かれているMZ構造の場合には、その間にも分離溝16を設けて電気的分離を行う。これは、電気的分離がなされていないと、片方のアーム導波路に変調のため印加した電圧が、他方のアーム導波路の変調に影響を及ぼすためである。   In the case of the MZ structure in which the modulation electrodes 12a and 12b and the balance adjustment electrodes 13a and 13b are separated, a separation groove 16 is also provided between them to perform electrical separation. This is because the voltage applied to one arm waveguide for modulation affects the modulation of the other arm waveguide if electrical isolation is not performed.

分離溝16は、第2のn型電極層29から電子バリアとして機能するp型クラッド層27までの一部を標準的なフォトリソグラフィー、パターニングをし、ウエットエッチング技術を用いて、アーム導波路11a,11bの何処かを幅数ミクロンの溝として取り除く。なお、本実施例においては、分離溝16による電気的分離を行ったが、電極が接触する変調電極12a,12bの周辺以外を石英のハードマスクを用いて第2のn型電極層29から電子バリアとして機能するp型クラッド層27までを除去した後、半絶縁性のInPで再度成長し置き換を実施してもよい。   The isolation groove 16 is formed by performing standard photolithography and patterning on a part from the second n-type electrode layer 29 to the p-type cladding layer 27 functioning as an electron barrier, and using a wet etching technique, the arm waveguide 11a. , 11b is removed as a groove having a width of several microns. In the present embodiment, electrical separation is performed by the separation groove 16, but electrons from the second n-type electrode layer 29 are formed using a quartz hard mask in areas other than the periphery of the modulation electrodes 12a and 12b that are in contact with the electrodes. After removing up to the p-type cladding layer 27 functioning as a barrier, it may be regrown and replaced by semi-insulating InP.

次に、図2(b)に示すように、ドライエッチング技術を用いて第2のn型電極層29から、第1の中間層23までの層をエッチングすることにより、ハイメサ型の導波路構造を形成する。続いて、第1のn型クラッド層22をエッチングすることにより、第1のn型電極層21を露出させる。   Next, as shown in FIG. 2B, the layers from the second n-type electrode layer 29 to the first intermediate layer 23 are etched by using a dry etching technique, so that a high-mesa waveguide structure is obtained. Form. Subsequently, the first n-type cladding layer 22 is etched to expose the first n-type electrode layer 21.

そして、図2(c)に示すように、変調電極12a,12bと、バランス調整電極13a,13bとなるn型電極30を第2のn型電極層29上に、GNDとなる第2のn型電極31を第1のn型電極層21上にそれぞれ形成する。なお、本実施例においては、n型電極30及び第2のn型電極31は金により形成した。また、必要に応じて、パッシベーション膜を堆積し、メサ表面を保護するようにしてもよいし、ポリマーなどを利用してハイメサ構造を保護してもよい。   Then, as shown in FIG. 2 (c), the modulation electrodes 12a and 12b and the n-type electrode 30 to be the balance adjustment electrodes 13a and 13b are placed on the second n-type electrode layer 29 to become the second n which becomes GND. A mold electrode 31 is formed on each first n-type electrode layer 21. In this embodiment, the n-type electrode 30 and the second n-type electrode 31 are made of gold. If necessary, a passivation film may be deposited to protect the mesa surface, or the high mesa structure may be protected using a polymer or the like.

次に、本実施例に係る半導体MZ変調器のモジュールへの実装方法について説明する。
上述したようにn型電極30及び第2のn型電極31を形成した後、後程行うへき開が実施できる程度までSI‐InP基板20の裏面を研磨した。SI‐InP基板20の裏面に固定半田が接着するように金属膜を蒸着し、各素子をへき開した後、入出力導波路がある端面に無反射コートを施した。
Next, a method for mounting the semiconductor MZ modulator according to this embodiment on a module will be described.
After forming the n-type electrode 30 and the second n-type electrode 31 as described above, the back surface of the SI-InP substrate 20 was polished to such an extent that the cleavage performed later can be performed. A metal film was deposited on the back surface of the SI-InP substrate 20 so that the fixed solder was adhered, and each element was cleaved. Then, an end surface with an input / output waveguide was coated with an antireflection coating.

そして、本実施例に係る半導体MZ変調器1を窒化アルミニウムからなるサブマウントに、標準的なチップボンダーで搭載した後に加熱して固定し、続いて、終端抵抗と、コンデンサと、抵抗の変化を温度の変化として検出する温度センサとしてサーミスタと、高速信号を伝送するための配線板を、同じくチップボンダーで搭載し、リフロー方式により固定した。   Then, the semiconductor MZ modulator 1 according to this example is mounted on a submount made of aluminum nitride with a standard chip bonder and then fixed by heating. Subsequently, a terminal resistor, a capacitor, and a change in resistance are changed. A thermistor and a wiring board for transmitting high-speed signals as temperature sensors that detect changes in temperature were also mounted using a chip bonder and fixed by the reflow method.

固定されたサブマウント上の配線や素子、及び、半導体MZ変調器1の変調電極12a,12b及びバランス調整電極13a,13bをワイヤーボンディングにより結線した後、CuWからなるマウントにサブマウントを再度リフロー方式により固定し、YAGレーザを用いて入出力導波路の先に、入出力光をコリメートするレンズを固定した。   After the wiring and elements on the fixed submount and the modulation electrodes 12a and 12b and the balance adjustment electrodes 13a and 13b of the semiconductor MZ modulator 1 are connected by wire bonding, the submount is reflowed again to the mount made of CuW. The lens which collimates input / output light was fixed to the tip of the input / output waveguide using a YAG laser.

上述したようにマウントに搭載されたものを、両端にファイバー固定ができるようになった気密パッケージ内に実装し、レンズ付きの入出力ファイバーをYAGレーザにより固定し、パッケージに設けられた高周波の差動信号入力端子にRF入力コネクターとしてGPPOコネクターを装着してモジュール形体とした。   As described above, what is mounted on the mount is mounted in an airtight package that can be fixed to both ends, and an I / O fiber with a lens is fixed with a YAG laser. A GPPO connector as an RF input connector was attached to the dynamic signal input terminal to form a module.

なお、本実施例においては、レンズの固定はYAGレーザを用いて行ったが、これ以外の方法により行ってもよい。また、RF入力コネクターとしてGPPOコネクターを用いたが、これ以外にも所望周波数の信号が入力できるRF入力用端子であればどのようなものを用いてもよい。   In this embodiment, the lens is fixed using a YAG laser, but may be performed by other methods. Further, although the GPPO connector is used as the RF input connector, any other RF input terminal that can input a signal of a desired frequency may be used.

次に、製作したモジュールの性能測定結果に基づき、本実施例に係る半導体MZ変調器の無温調駆動方法について、本実施例に係る半導体MZ変調器の特性とともに説明する。
図4は、本実施例に係る半導体MZ変調器の基本動作について示した図である。
なお、図4においては、変調電極12a,12bに電圧を印加して行き、そのときの出力ポートから出力される光強度を模式的に示している。
Next, based on the performance measurement result of the manufactured module, the non-temperature-controlled driving method of the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment will be described together with the characteristics of the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating the basic operation of the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
FIG. 4 schematically shows the intensity of light output from the output port when a voltage is applied to the modulation electrodes 12a and 12b.

ここで、図4に示すグラフにおいて、負側は、アーム導波路11aにバイアス電圧Vbias(<0V)を印加した上に、変調電極電圧Vpaiを負の電圧として印加した状態を示している。このとき、プッシュプル駆動のために、アーム導波路11bには、アーム導波路11aと同じバイアス電圧Vbiasが印加され、かつ、アーム導波路11aとは符号が逆の変調電極電圧Vpaiが印加される。このとき、|Vpai|<|Vbias|の関係がある。   Here, in the graph shown in FIG. 4, the negative side indicates a state in which the bias voltage Vbias (<0 V) is applied to the arm waveguide 11a and the modulation electrode voltage Vpai is applied as a negative voltage. At this time, for push-pull drive, the same bias voltage Vbias as that of the arm waveguide 11a is applied to the arm waveguide 11b, and the modulation electrode voltage Vpai having a sign opposite to that of the arm waveguide 11a is applied. . At this time, there is a relationship of | Vpai | <| Vbias |.

同じく、図4の正側は、電圧印加するアーム導波路の違いを示しており、便宜上グラフの正にプロットしているが、印加されるバイアス電圧Vbias及び変調電極電圧Vpaiの符号は、アーム導波路11aと同じ符号である。以後の実測のグラフも同じようなプロットをしている。   Similarly, the positive side of FIG. 4 shows the difference between the arm waveguides to which the voltage is applied, and is plotted positive in the graph for convenience. However, the signs of the applied bias voltage Vbias and the modulation electrode voltage Vpai are the arm guides. It is the same code | symbol as the waveguide 11a. Subsequent measured graphs are plotted in the same way.

図4(a)に示すように、製造後のモジュールの特性においては、製造時に発生する位相誤差により、消光点がゼロ電圧のところに現れない。そこで、バランス調整電極13a,13bに電圧を印加して(この電圧をVnullとする)消光点がゼロ電圧のところに位置するように調整する。なお、通常は、Vnullが低くなる方のバランス調整電極13a,13bに電圧を印加する。   As shown in FIG. 4A, in the characteristics of the module after manufacture, the extinction point does not appear at a zero voltage due to a phase error generated during manufacture. Therefore, a voltage is applied to the balance adjusting electrodes 13a and 13b (this voltage is set to Vnull) so that the extinction point is positioned at the zero voltage. Normally, a voltage is applied to the balance adjustment electrodes 13a and 13b whose Vnull is lower.

また、本実施例においては、Vnullは、時間軸に対し長期的な変動が発生しても、常に変調電極12a,12bの消光特性で電圧非印加時に消光点がゼロ電圧となるように自動バイアス制御回路(Auto bias circuits)(上記特許文献3参照)を用いて調整させている。無論、長期的変動がない場合は、自動バイアス制御回路は不要である。   In this embodiment, Vnull is automatically biased so that the extinction point of the modulation electrodes 12a and 12b is always zero when no voltage is applied, even if long-term fluctuation occurs on the time axis. Adjustment is performed using a control circuit (refer to Patent Document 3). Of course, when there is no long-term fluctuation, the automatic bias control circuit is not necessary.

その後、変調電極12a,12bに電圧をスイープすると、図4(b)に示すように、左右対称の特性が得られる。ここで、正負の最初の最大透過強度が得られる点までの電圧が、DPSKとして半導体MZ変調器1を使用した場合の変調振幅電圧Vpaiとなる。そして、本実施例に係る半導体MZ変調器1の特徴は、変調振幅電圧Vpaiがある程度任意に選択できる点にある。   Thereafter, when a voltage is swept across the modulation electrodes 12a and 12b, symmetrical characteristics are obtained as shown in FIG. 4B. Here, the voltage up to the point at which the first positive and negative maximum transmission intensity is obtained is the modulation amplitude voltage Vpai when the semiconductor MZ modulator 1 is used as DPSK. The feature of the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment is that the modulation amplitude voltage Vpai can be arbitrarily selected to some extent.

図5は、本実施例に係る半導体MZ変調器における変調電極消光特性のバイアス電圧依存性を示した図である。
図5においては、一例として、製作した半導体MZ変調器1のバイアス電圧が8Vから16Vまでの変調電極12a,12bの消光特性のVbias依存性を示している。なお、図5においては、−5℃一定に温度を保ち波長1560nmで測定した結果を示している。また、図5においては、図を見やすくするために、各バイアス電圧Vbiasで規格化透過強度を10dBずらして表示してある。
FIG. 5 is a diagram showing the bias voltage dependence of the modulation electrode extinction characteristic in the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
FIG. 5 shows, as an example, the Vbias dependence of the extinction characteristics of the modulation electrodes 12a and 12b when the bias voltage of the manufactured semiconductor MZ modulator 1 is 8V to 16V. FIG. 5 shows the result of measurement at a wavelength of 1560 nm while keeping the temperature constant at −5 ° C. Further, in FIG. 5, the standardized transmission intensity is shifted by 10 dB for each bias voltage Vbias for easy viewing.

図5に示すように、Vnullを印加し消光点を調整した状態で、バイアス電圧Vbias(すなわち、変調電極12a,12bに印加するDC成分)を高くすると、ゼロ電圧を対称軸に中央に向かって変調振幅電圧Vpaiが小さくなる。図5に示した例においては、バイアス電圧Vbiasを1V変化させると、0.2Vの変調振幅電圧Vpaiの変化が得られ、およそその変化は、ほぼバイアス電圧Vbiasに比例している。   As shown in FIG. 5, when the bias voltage Vbias (that is, the DC component applied to the modulation electrodes 12a and 12b) is increased in a state where the Vnull is applied and the extinction point is adjusted, the zero voltage is moved toward the center of the symmetry axis. The modulation amplitude voltage Vpai is reduced. In the example shown in FIG. 5, when the bias voltage Vbias is changed by 1V, a change in the modulation amplitude voltage Vpai of 0.2V is obtained, and the change is approximately proportional to the bias voltage Vbias.

ところで、半導体MZ変調器1は、位相変調器部分の長さが長いほど駆動電圧を低くすることができる。これは、バンドギャップがかならず温度依存性を持つため、半導体であれば駆動電圧の波長依存性が必ず存在し、これを一定駆動電圧にするためバイアス電圧Vbiasを印加して補償しているためである。   By the way, the semiconductor MZ modulator 1 can make a drive voltage low, so that the length of a phase modulator part is long. This is because the bandgap always has temperature dependence, so if it is a semiconductor, there is always wavelength dependence of the driving voltage, and in order to make this constant driving voltage, bias voltage Vbias is applied and compensated. is there.

従来の光変調器はpin構造が主流である。しかし、一般的なInP構造の半導体MZ変調器の構成(pin構造)ではp層は損失が高く、変調領域の長さを長くすると損失が増大してしまう。そこで、短い変調領域で変調を行えるように、動作波長とバンドギャップ波長を近いところに設定する。すなわち、デチューニング量(動作波長とバンドギャップ波長の差)を小さくする。   A conventional optical modulator mainly has a pin structure. However, in the configuration of a general InP structure semiconductor MZ modulator (pin structure), the p layer has a high loss, and the loss increases when the length of the modulation region is increased. Therefore, the operating wavelength and the band gap wavelength are set close to each other so that modulation can be performed in a short modulation region. That is, the detuning amount (difference between the operating wavelength and the band gap wavelength) is reduced.

ここでは、ある程度Vπ(変調振幅)を小さくし、かつ、C帯(1530nm〜1560nm)全域での損失が許容できる範囲(例えば、0.5dB程度)となるように、バンドギャップ波長と長さを設計している。この設計は、温度一定となるようにペルチェ素子の使用を前提として設計されている。   Here, the band gap wavelength and length are set so that Vπ (modulation amplitude) is reduced to some extent and the loss in the entire C band (1530 nm to 1560 nm) is within an allowable range (for example, about 0.5 dB). Designing. This design is designed on the assumption that a Peltier element is used so that the temperature is constant.

このような素子構造のInP構造の半導体MZ変調器では、波長変化をバイアス電圧Vbiasで補償した上に、さらにバイアス電圧Vbiasを印加して温度補償をすると損失の増加が大きくなり実現することができない。   In the semiconductor MZ modulator having the InP structure having such an element structure, if the wavelength change is compensated by the bias voltage Vbias and further the temperature compensation is performed by applying the bias voltage Vbias, the increase in loss cannot be realized. .

一方、本実施例に係る半導体MZ変調器1の構造は、npin構造である(上記特許文献2参照)。この構造は、波長依存性をバイアス電圧Vbiasで補償しなくてはならない点は同じであるが、従来の構造に比べて損失が小さい。なぜなら、従来の構造に比べてp層が極めて薄く損失が小さいので、変調領域の長さを損失を増加させることなく十分に長くすることができるからである。   On the other hand, the structure of the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment is an npin structure (see Patent Document 2). This structure is the same in that the wavelength dependence must be compensated by the bias voltage Vbias, but the loss is smaller than that of the conventional structure. This is because the p layer is extremely thin and the loss is small as compared with the conventional structure, so that the length of the modulation region can be made sufficiently long without increasing the loss.

そのため、本実施例に係る半導体MZ変調器1においては、バイアス電圧Vbiasを印加しなくてもVπ(変調振幅)が小さいという特徴がある。これは、変調領域の長さでの調整範囲が広いためである。このため、波長依存性を補償する電圧の範囲も狭いという特徴がある。さらに、損失増加が許容できるバイアス電圧Vbiasの範囲内で十分に、温度補償も行うことができるという特徴がある。   Therefore, the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment has a feature that Vπ (modulation amplitude) is small without applying the bias voltage Vbias. This is because the adjustment range for the length of the modulation region is wide. For this reason, the range of the voltage which compensates wavelength dependence is also narrow. Further, there is a feature that temperature compensation can be sufficiently performed within the range of the bias voltage Vbias in which an increase in loss can be allowed.

そして、これらの特徴を実現することができるのは本実施例に係るnpin構造の半導体MZ変調器1だけである。通常、従来のLN変調器等の場合、LN変調器が持つ物性値と長さから導き出される変調振幅電圧Vpaiが決定される。しかし、本実施例に係る半導体MZ変調器1の場合は、変調振幅電圧Vpaiがある程度任意に選択できる点に優位性がある。   These features can be realized only by the semiconductor MZ modulator 1 having the npin structure according to this embodiment. Usually, in the case of a conventional LN modulator or the like, the modulation amplitude voltage Vpai derived from the physical property value and length of the LN modulator is determined. However, the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment is advantageous in that the modulation amplitude voltage Vpai can be arbitrarily selected to some extent.

図6は、本実施例に係る半導体MZ変調器における変調電極消光特性の温度依存性を示した図である。
図6においては、温度を変化させた際の変調振幅電圧Vpai変動の様子を示している。なお、図6においては、5℃から75℃まで温度を変化させた場合に、変調電極12a,12bをスイープして得られる消光特性を示している。なお、図6においては、図を見やすくするために、各温度で規格化透過強度を10dBずらして表示してある。また、ここでは、バイアス電圧Vbias=5V、波長1560nm一定で測定を実施した。
FIG. 6 is a graph showing the temperature dependence of the modulation electrode extinction characteristic in the semiconductor MZ modulator according to this example.
FIG. 6 shows how the modulation amplitude voltage Vpai fluctuates when the temperature is changed. FIG. 6 shows extinction characteristics obtained by sweeping the modulation electrodes 12a and 12b when the temperature is changed from 5 ° C. to 75 ° C. In FIG. 6, the standardized transmission intensity is displayed with a shift of 10 dB at each temperature for easy viewing of the drawing. Here, the measurement was performed with the bias voltage Vbias = 5 V and the wavelength of 1560 nm constant.

図6に示すように、高温部から温度が下がるにつれて、変調振幅電圧Vpaiは大きくなる。これは温度が下がることによりデチューニング量が大きくなり、変調効率が低下するためである。このように、半導体MZ変調器1は、温度の変化で変調振幅電圧Vpaiが変動してしまう。温度の変化とともに、温度入力を受け、しかも、半導体MZ変調器1の振幅変動に合わせて、半導体MZ変調器1を駆動するドライバーが振幅電圧を可変できればよいが、通常そのようなドライバーは入手できない。   As shown in FIG. 6, the modulation amplitude voltage Vpai increases as the temperature decreases from the high temperature part. This is because the detuning amount increases as the temperature decreases, and the modulation efficiency decreases. Thus, in the semiconductor MZ modulator 1, the modulation amplitude voltage Vpai fluctuates due to a change in temperature. It is sufficient that the driver that drives the semiconductor MZ modulator 1 can change the amplitude voltage in accordance with the amplitude variation of the semiconductor MZ modulator 1 along with the temperature change, but usually such a driver is not available. .

図7は、本実施例に係る半導体MZ変調器における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
図7においては、図5に示した動作波長1560nmでバイアス電圧Vbiasを変化させて得られる特性を、−5℃から75℃の温度範囲で取得し、バイアス電圧Vbiasと変調振幅電圧Vpaiの関係を、温度を関数にしてプロットし直している。
FIG. 7 is a diagram showing the bias voltage dependence of the modulation amplitude voltage in the semiconductor MZ modulator according to the present embodiment.
In FIG. 7, the characteristics obtained by changing the bias voltage Vbias at the operating wavelength of 1560 nm shown in FIG. 5 are obtained in the temperature range of −5 ° C. to 75 ° C., and the relationship between the bias voltage Vbias and the modulation amplitude voltage Vpai is obtained. The temperature is plotted as a function.

図7に示すように、−5℃のとき、バイアス電圧Vbias=16Vで、変調振幅電圧Vpaiは1.3V(図7中に破線で示す)となっている。バイアス電圧Vbias一定のまま、温度が上昇して行くと変調振幅電圧Vpaiは小さくなり45℃では0.53Vまで小さくなってしまうのがわかる。なお、55℃以上では、バンド端が動作波長に近づき過ぎ、損失増加が認められたため、プロットから除外している。   As shown in FIG. 7, at −5 ° C., the bias voltage Vbias = 16V, and the modulation amplitude voltage Vpai is 1.3V (indicated by a broken line in FIG. 7). It can be seen that as the temperature rises with the bias voltage Vbias kept constant, the modulation amplitude voltage Vpai decreases and decreases to 0.53 V at 45 ° C. It should be noted that at 55 ° C. or higher, the band edge is too close to the operating wavelength and an increase in loss is observed, so it is excluded from the plot.

一方、最大環境温度である75℃のときを見ると、バイアス電圧Vbaisを下げて行き、4Vまで下げると変調振幅電圧Vpaiを2.8Vまで上昇させることができている。つまり、−5℃のときVbias=16Vで達成されていた変調振幅電圧Vpai=1.3Vは、バイアス電圧Vbias=7.1Vと設定すれば75℃の環境下でも達成できることがわかる。   On the other hand, when the maximum ambient temperature is 75 ° C., the bias voltage Vbais is lowered, and when it is lowered to 4V, the modulation amplitude voltage Vpai can be raised to 2.8V. That is, it can be seen that the modulation amplitude voltage Vpai = 1.3 V achieved at Vbias = 16 V at −5 ° C. can be achieved even at 75 ° C. by setting the bias voltage Vbias = 7.1 V.

このとき、バイアス電圧Vbias=7.1Vは、前後の測定点の線形補完で求めた。図7を見てもわかるように、ほぼ線形的にプロットできているので十分である。無論、測定精度を高めて、よりバイアス電圧Vbiasの測定間隔を狭くして適正なバイアス電圧Vbiasを求めてもよい。   At this time, the bias voltage Vbias = 7.1 V was obtained by linear interpolation of the previous and subsequent measurement points. As can be seen from FIG. 7, it is sufficient that the plot is almost linear. Of course, an appropriate bias voltage Vbias may be obtained by increasing the measurement accuracy and further narrowing the measurement interval of the bias voltage Vbias.

図8は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図8に示すように、作動信号を入力するRF1,RF2の端子には、バイアスティー40a,40bを介して半導体MZ変調器1にバイアス電圧Vbiasが印加できるようになっている。バイアス回路41は、電子記憶媒体に記憶された配列であるメモリテーブル42を内部に持っており、半導体MZ変調器1近傍に設置している温度センサ43から検出温度の入力を受け、バイアス電圧Vbiasを温度変化に対応して変化させ入力できるようになっている。なお、本実施例においては、温度センサ43として標準的なサーミスタを用いた。
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the optical transmitter according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, a bias voltage Vbias can be applied to the semiconductor MZ modulator 1 via bias tees 40a and 40b at terminals RF1 and RF2 to which an operation signal is input. The bias circuit 41 has a memory table 42 which is an array stored in an electronic storage medium, receives a detection temperature from a temperature sensor 43 installed in the vicinity of the semiconductor MZ modulator 1, and receives a bias voltage Vbias. Can be input in response to changes in temperature. In this embodiment, a standard thermistor is used as the temperature sensor 43.

メモリテーブル42内には、温度センサ43からの検出温度の入力に応じて出力されるバイアス電圧Vbiasを記憶し、予め測定された値が、温度とバイアス電圧Vbiasの配列として記憶されている。具体的な回路では、サーミスタ電流を定電流とした回路構成をとり、出力電圧をAD変換後、デジタル処理でメモリテーブル42内バイアス電圧Vbiasを決定し出力する。なお、図示していないが、バランス調整電極13a,13bには、ABC回路を接続し、消光点の調整を行えるようにした。   In the memory table 42, a bias voltage Vbias output in response to an input of the detected temperature from the temperature sensor 43 is stored, and a value measured in advance is stored as an array of the temperature and the bias voltage Vbias. A specific circuit has a circuit configuration in which the thermistor current is a constant current. After AD conversion of the output voltage, the bias voltage Vbias in the memory table 42 is determined and output by digital processing. Although not shown, an ABC circuit is connected to the balance adjustment electrodes 13a and 13b so that the extinction point can be adjusted.

上述したように光送信機を形成し、実際に無温調下での実験を行った。環境温度は、疑似的に本実施例に係る半導体MZ変調器1をペルチェ素子上に搭載しモジュール温度を変化させることで行った。なお、環境炉で温度を変化させても同様の結果が得られるはずである。   An optical transmitter was formed as described above, and an experiment was actually performed under no temperature control. The ambient temperature was simulated by mounting the semiconductor MZ modulator 1 according to this embodiment on the Peltier element and changing the module temperature. Similar results should be obtained even if the temperature is changed in an environmental furnace.

図9は、本実施例に係る光送信機における−5℃と75℃環境下の変調電極消光特性を示した図である。
図9に示すように、両者が−1.3Vから1.3Vまでの間で、同じ特性を示しており、変調振幅電圧Vpai一定の無温調駆動を実現できることを確認した。このときのバイアス電圧Vbiasをモニタしたところ、−5℃環境下では16V、75℃環境下では7.1Vであった。
FIG. 9 is a diagram illustrating the modulation electrode extinction characteristics in the environments of −5 ° C. and 75 ° C. in the optical transmitter according to the present embodiment.
As shown in FIG. 9, both showed the same characteristics between -1.3V and 1.3V, and it was confirmed that non-temperature-controlled driving with a constant modulation amplitude voltage Vpai can be realized. When the bias voltage Vbias at this time was monitored, it was 16 V under the -5 ° C environment and 7.1 V under the 75 ° C environment.

このように、本実施例に係る光送信機は、温度が変化しても変調振幅電圧Vpaiを一定に保ったまま駆動することができる。なお、本実施例に係る光送信機においては、バイアス回路41にメモリテーブル42が必要となるが、半導体MZ変調器1を使用した光送信機内のペルチェ素子による温調を排除することができ、消費電力を低減することができるという効果を得ることができる。   As described above, the optical transmitter according to the present embodiment can be driven while the modulation amplitude voltage Vpai is kept constant even when the temperature changes. In the optical transmitter according to the present embodiment, a memory table 42 is required for the bias circuit 41. However, temperature control by a Peltier element in the optical transmitter using the semiconductor MZ modulator 1 can be eliminated, An effect that power consumption can be reduced can be obtained.

以下、本発明の第2の実施例に係る光送信機について説明する。
本実施例においては、温度センサ43からの検出温度の入力に対し、バイアス電圧Vbiasを変化させる半導体MZ変調器を駆動する光送信機であって、バイアス電圧Vbiasを温度センサ43からの検出温度の入力に対して演算処理により決定し、無温調素子で駆動することを特徴とする半導体MZ変調器を有する光送信機について説明する。
An optical transmitter according to the second embodiment of the present invention will be described below.
In this embodiment, the optical transmitter drives a semiconductor MZ modulator that changes the bias voltage Vbias with respect to the input of the detected temperature from the temperature sensor 43, and the bias voltage Vbias is detected as the detected temperature from the temperature sensor 43. An optical transmitter having a semiconductor MZ modulator, which is determined by an arithmetic process for an input and is driven by a non-temperature-regulating element will be described.

なお、本実施例で用いる半導体MZ変調器、その製造方法、モジュール組み立て方法は、第1の実施例と同様である。また、本実施例で用いる半導体MZ素子は、第1の実施例と同素性の素子であり、特性も第1の実施例の素子と同様である。   The semiconductor MZ modulator, its manufacturing method, and module assembling method used in this example are the same as those in the first example. Further, the semiconductor MZ element used in this example is an element having the same homogeneity as that of the first example, and the characteristics are the same as those of the element of the first example.

第1の実施例では、バイアス回路41は、温度センサ43からの検出温度の入力を参照し、自身又は他にあるメモリテーブル42を参照することでバイアス電圧Vbiasを決定して駆動することで無温調駆動を可能としていた。しかし、メモリテーブル42を有する場合、メモリテーブル42へのデータの書き込みを行い、また、メモリテーブル42に書き込んだデータの取得を行わなければならない。   In the first embodiment, the bias circuit 41 refers to the input of the detected temperature from the temperature sensor 43, determines the bias voltage Vbias by referring to itself or another memory table 42, and drives it. Temperature control was possible. However, when the memory table 42 is provided, data must be written to the memory table 42 and data written to the memory table 42 must be acquired.

図10は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図10に示すように、本実施例では、バイアス回路41の外部又は内部に演算回路44を用意することで温度が変化した際にも変調振幅電圧Vpaiを一定として駆動させることができるように行う。
FIG. 10 is a block diagram illustrating the configuration of the optical transmitter according to the present embodiment.
As shown in FIG. 10, in this embodiment, an arithmetic circuit 44 is prepared outside or inside the bias circuit 41 so that the modulation amplitude voltage Vpai can be driven constant even when the temperature changes. .

図11は、本実施例に係る光送信機におけるバイアス電圧Vbiasの温度依存性を示した図である。
なお、図11は、図5上の変調振幅電圧Vpai=1.3Vを達成できるバイアス電圧Vbias、温度を関数にプロットしたものである。
図11より、この温度範囲では、非常に線形的な変動を示すことがわかる。フィッティングした結果、この素子では下記式(1)に示す関係があることがわかった。
ここで、Tは環境温度である。
FIG. 11 is a diagram illustrating the temperature dependence of the bias voltage Vbias in the optical transmitter according to the present embodiment.
FIG. 11 is a plot of bias voltage Vbias and temperature that can achieve the modulation amplitude voltage Vpai = 1.3 V in FIG. 5 as a function.
FIG. 11 shows that this temperature range shows a very linear variation. As a result of fitting, it was found that this element has a relationship represented by the following formula (1).
Here, T is the environmental temperature.

温度センサ43からの検出温度の入力がTで与えられる場合はよいが、通常は与えられないのでTは電圧や電流等の何らかの入力の関数で示される。温度センサ43にサーミスタを用いた場合は、サーミスタの理論特性は下記式(2)で表される。
ここで、Rは抵抗値、Bはサーミスタ定数、Tは実温度(K)、Taは基準温度、Raは基準温度における抵抗値である。なお、実際は、上記の式の補正項を加えた式にて温度を測定する。
The input of the detected temperature from the temperature sensor 43 may be given as T. However, since it is not usually given, T is expressed as a function of some input such as voltage or current. When a thermistor is used for the temperature sensor 43, the theoretical characteristics of the thermistor are expressed by the following equation (2).
Here, R is a resistance value, B is a thermistor constant, T is an actual temperature (K), Ta is a reference temperature, and Ra is a resistance value at the reference temperature. Actually, the temperature is measured by an equation to which the correction term of the above equation is added.

この抵抗値を、サーミスタ電流を定電流とした回路構成をとり、出力電圧をAD変換後、デジタル処理を行い、上記式(1)に、Tを与えることでバイアス電圧Vbiasを決定することができる。なお、本実施例で用いた素子では、係数が0.112、切片が−15.50となったが、無論、用いる素子において、それぞれ値が異なる。   The resistance value is a circuit configuration in which the thermistor current is a constant current, the output voltage is AD converted, digital processing is performed, and the bias voltage Vbias can be determined by applying T to the above equation (1). . In the element used in this example, the coefficient was 0.112 and the intercept was −15.50, but of course, the values differ depending on the element used.

また、本実施例で用いた素子では、温度に対して線形的なバイアス電圧Vbias依存性を示しているが、非線形の場合であっても下記式(3)に示す多項式を用いて変調振幅電圧Vpaiを一定に駆動するこができる。
In addition, although the element used in this example shows linear bias voltage Vbias dependence on temperature, even if it is non-linear, the modulation amplitude voltage is expressed using the polynomial shown in the following equation (3). Vpai can be driven constant.

このように、本実施例のように、上記式(3)に示す多項式によって示される係数を電子記憶媒体に記憶し、温度センサ43からの検出温度の入力を引数としてバイアス回路41外部又は内部に設けた演算回路44で演算を行うことで、変調振幅電圧Vpaiを決定し、バイアス回路41を介して半導体MZ変調器1を、温調機構なしに駆動することができるため、消費電力を低減することができる。   In this way, as in this embodiment, the coefficient indicated by the polynomial shown in the above equation (3) is stored in the electronic storage medium, and the detected temperature input from the temperature sensor 43 is used as an argument outside or inside the bias circuit 41. By calculating with the provided calculation circuit 44, the modulation amplitude voltage Vpai is determined, and the semiconductor MZ modulator 1 can be driven without the temperature adjustment mechanism via the bias circuit 41, so that power consumption is reduced. be able to.

以下、本発明の第3の実施例に係る光送信機について説明する。
図12は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図12に示すように、本実施例では、半導体MZ変調器1を用いた光送信機であって、光源として波長可変レーザ(半導体チューナブルレーザ)50、レーザ駆動回路51、半導体MZ変調器1、温度センサ43、温度センサ43からの検出温度Tとレーザ駆動回路51からの発振設定波長λが入力されるバイアス回路41、バイアス回路41がバイアス電圧Vbiasを決定するため参照する電子記憶媒体に記憶された配列であるメモリテーブル42を有する光送信機で、C帯(1530nm〜1560nm)全域、温度範囲−5℃から75℃で、ペルチェ素子などの温調素子なく、バイアス電圧Vbiasを可変し、変調振幅電圧Vpaiを一定に駆動する光送信機を作製した。
Hereinafter, an optical transmitter according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a block diagram illustrating the configuration of the optical transmitter according to the present embodiment.
As shown in FIG. 12, in this embodiment, an optical transmitter using a semiconductor MZ modulator 1 is used. As a light source, a wavelength tunable laser (semiconductor tunable laser) 50, a laser drive circuit 51, and a semiconductor MZ modulator 1 are used. , A temperature sensor 43, a bias circuit 41 to which a detected temperature T from the temperature sensor 43 and an oscillation set wavelength λ from the laser drive circuit 51 are input, and the bias circuit 41 stores the bias voltage Vbias in an electronic storage medium referred to In the optical transmitter having the memory table 42 which is the arranged arrangement, the bias voltage Vbias is varied in the entire C band (1530 nm to 1560 nm), in the temperature range of −5 ° C. to 75 ° C., without a temperature adjusting element such as a Peltier element, An optical transmitter that drives the modulation amplitude voltage Vpai constant was manufactured.

第1,2の実施例では、半導体MZ変調器1の変調振幅電圧Vpaiは温度依存性を示す特性を、温度無依存に駆動するため、メモリテーブル42内に格納された配列、又は、演算回路44によりVbiasを、温度センサ43からの検出温度Tを入力関数にして可変させて温度に依存することなく駆動できる光送信機について示した。これらは、いずれも固定波長の光源を利用した場合について記載されている。   In the first and second embodiments, the modulation amplitude voltage Vpai of the semiconductor MZ modulator 1 has an array stored in the memory table 42 or an arithmetic circuit in order to drive a temperature-independent characteristic indicating temperature dependence. An optical transmitter that can be driven without depending on the temperature by varying Vbias 44 by using the detected temperature T from the temperature sensor 43 as an input function is shown. These are described for the case where a light source having a fixed wavelength is used.

しかし、光送信機の光源としては、一般に半導体チューナブルレーザ50を用いることが多い。これは、波長多重伝送(WDM伝送)を行う際に、波長毎に、多数の予備のレーザの在庫を抱えることとなるという問題から、半導体チューナブルレーザ50で予備のレーザの在庫を減らすという目的からである。   However, in general, the semiconductor tunable laser 50 is often used as the light source of the optical transmitter. The purpose of this is to reduce the stock of spare lasers with the semiconductor tunable laser 50 because of the problem of having stocks of many spare lasers for each wavelength when performing wavelength division multiplexing transmission (WDM transmission). Because.

半導体チューナブルレーザ50は、方式の違いはあるが波長を変えるため、電流や温度による波長制御を行うため、ユーザが指定した動作波長を実現するために、ユーザにより入力された波長に、電流や温度を設定する機構が何かしら搭載されている。   Although the semiconductor tunable laser 50 has a different method, the wavelength is controlled by current and temperature in order to change the wavelength. Therefore, in order to realize the operating wavelength specified by the user, the current and the wavelength input by the user are Some mechanism to set the temperature is installed.

半導体チューナブルレーザ50の場合、ユーザにより入力された波長を参照し、メモリテーブル42内に格納された予め測定された電流、温度の設定値に駆動条件を合わせることで所望の特性を出力しているものである。つまり、半導体チューナブルレーザ50そのものが、発振波長に対してメモリ内に駆動条件を収めているものである。   In the case of the semiconductor tunable laser 50, a desired characteristic is output by referring to the wavelength input by the user and adjusting the driving conditions to the preset values of the current and temperature stored in the memory table 42 in advance. It is what. That is, the semiconductor tunable laser 50 itself has a driving condition in the memory with respect to the oscillation wavelength.

本実施例では、光半導体MZ変調器1及びモジュールは、第1の実施例に示した方法で作製し、素子特性が同じものを使用している。さらに、モジュールに、電子回路からなるボードにより制御されている半導体チューナブルレーザ50からの出力を光ファイバーで接続した。   In this embodiment, the optical semiconductor MZ modulator 1 and the module are manufactured by the method shown in the first embodiment, and those having the same element characteristics are used. Further, the output from the semiconductor tunable laser 50 controlled by a board made of an electronic circuit was connected to the module by an optical fiber.

また、半導体チューナブルレーザ50を駆動しているボード出力より波長λをデジタル信号として半導体MZ変調器1のバイアス回路41へ出力している。半導体MZ変調器1のバイアス回路41は、予めメモリテーブル42内に格納された配列より、入力された温度Tと波長λを参照して、バイアス電圧Vbiasを決定し、半導体MZ変調器1にバイアス電圧Vbiasを印加するようにしてある。   Further, the wavelength λ is output as a digital signal from the board output driving the semiconductor tunable laser 50 to the bias circuit 41 of the semiconductor MZ modulator 1. The bias circuit 41 of the semiconductor MZ modulator 1 determines the bias voltage Vbias by referring to the input temperature T and wavelength λ from the arrangement stored in the memory table 42 in advance, and biases the semiconductor MZ modulator 1. The voltage Vbias is applied.

ここでは、半導体チューナブルレーザ50と半導体MZ変調器1は別々にパッケージされたモジュールをファイバーにより接続しているが、無論、ひとつのパッケージ内に収める、又は、ひとつの同一基板上に形成することとしてもよい。また、半導体チューナブルレーザ50を光源としたが、その他の波長可変機構があるレーザを用いることとしてもよい。   Here, the semiconductor tunable laser 50 and the semiconductor MZ modulator 1 are formed by connecting modules that are separately packaged with fibers, but of course, they are housed in one package or formed on the same substrate. It is good. Further, although the semiconductor tunable laser 50 is used as a light source, a laser having another wavelength variable mechanism may be used.

図13は、本実施例に係る光送信機における変調振幅電圧の波長依存性を示した図である。
なお、図13においては、バイアス電圧Vbias=12、温度T=15℃と一定として半導体チューナブルレーザ50の波長を1530〜1580nmまで外部入力により変化さえたときの変調振幅電圧Vpaiをプロットしたものである。
FIG. 13 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the modulation amplitude voltage in the optical transmitter according to the present embodiment.
In FIG. 13, the modulation amplitude voltage Vpai is plotted when the bias voltage Vbias = 12, the temperature T = 15 ° C. and the wavelength of the semiconductor tunable laser 50 is changed by an external input from 1530 to 1580 nm. is there.

本実施例に係る半導体MZ変調器1では、変調振幅電圧Vpaiは波長にも依存し、動作波長が10nm長波側に移動すると、変調振幅電圧Vpaiが0.14Vずつ増加して行くことを示している。このように、半導体MZ変調器1は、温度だけでなく動作波長に対しても、変調振幅電圧Vpaiが変動してしまう。   In the semiconductor MZ modulator 1 according to the present embodiment, the modulation amplitude voltage Vpai also depends on the wavelength, and the modulation amplitude voltage Vpai increases by 0.14 V each time the operating wavelength moves to the 10 nm long wave side. Yes. Thus, in the semiconductor MZ modulator 1, the modulation amplitude voltage Vpai fluctuates not only with respect to temperature but also with respect to the operating wavelength.

図14は、本実施例に係る光送信機における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
なお、図14においては、環境温度−5℃、波長1560nmで測定した変調振幅電圧Vpaiのバイアス電圧Vbias依存性と、環境温度75℃で波長1530nmで測定した変調振幅電圧Vpaiのバイアス電圧Vbias依存性を示している。また、図14においては、図が煩雑になるのを避けるため、動作条件がもっとも過酷な条件となる低温、長波長の場合と、高温、短波長の場合のみを示している。
FIG. 14 is a diagram illustrating the bias voltage dependence of the modulation amplitude voltage in the optical transmitter according to the present embodiment.
In FIG. 14, the bias voltage Vbias dependency of the modulation amplitude voltage Vpai measured at an ambient temperature of −5 ° C. and a wavelength of 1560 nm, and the bias voltage Vbias dependency of the modulation amplitude voltage Vpai measured at an ambient temperature of 75 ° C. and a wavelength of 1530 nm. Is shown. Further, in FIG. 14, in order to avoid complication of the drawing, only low temperature and long wavelength, and high temperature and short wavelength, which are the most severe operating conditions, are shown.

環境温度−5度、波長1560nmでバイアス電圧Vbias=16Vのときの変調振幅電圧Vpai=1.3V(図14中に破線で示す)である。この状態は、バイアス電圧Vbiasを印加しない場合、バンドギャップが最も動作波長から遠い状態にあたる。   The modulation amplitude voltage Vpai is 1.3 V (indicated by a broken line in FIG. 14) when the environmental temperature is −5 degrees, the wavelength is 1560 nm, and the bias voltage Vbias is 16 V. This state corresponds to a state where the band gap is farthest from the operating wavelength when the bias voltage Vbias is not applied.

一方、環境温度75℃で波長1530nmの場合は、バイアス電圧Vbiasを印加しない場合、バンドギャップが最も動作波長から近い状態にあたる。このとき、図14に示すようにバイアス電圧Vbiasが2Vのとき、変調振幅電圧Vpai=1.45Vとなっており、環境温度−5℃、波長1560nmでバイアス電圧Vbias=16Vのときの変調振幅電圧Vpai=1.3Vを上回る。   On the other hand, when the ambient temperature is 75 ° C. and the wavelength is 1530 nm, the band gap is closest to the operating wavelength when the bias voltage Vbias is not applied. At this time, as shown in FIG. 14, when the bias voltage Vbias is 2V, the modulation amplitude voltage Vpai = 1.45V, and the modulation amplitude voltage when the bias voltage Vbias = 16V at the ambient temperature of −5 ° C. and the wavelength of 1560 nm. It exceeds Vpai = 1.3V.

よって、バイアス電圧Vbias=3.15Vと設定すれば、環境温度75℃で波長1530nmの場合、変調振幅電圧Vpai=1.3Vを達成できる。無論、この間の温度T及び波長λであれば、バイアス電圧Vbiasが3.15Vから16Vの間の電圧に設定することで、変調振幅電圧Vpai=1.3Vを達成することができる。   Therefore, if the bias voltage Vbias = 3.15V is set, the modulation amplitude voltage Vpai = 1.3V can be achieved when the ambient temperature is 75 ° C. and the wavelength is 1530 nm. Of course, if the temperature T and the wavelength λ are between them, the modulation amplitude voltage Vpai = 1.3V can be achieved by setting the bias voltage Vbias to a voltage between 3.15V and 16V.

言い換えると、この結果は、C帯(1530〜1560nm)の波長範囲で、かつ環境温度−5℃〜75℃の間であれば、バイアス電圧Vbiasを制御することで、ペルチェ素子等の温調素子を使用することなく、温度に依存せずに変調振幅電圧Vpai一定での駆動が可能であることを意味している。   In other words, this result indicates that the temperature control element such as a Peltier element can be obtained by controlling the bias voltage Vbias in the wavelength range of the C band (1530 to 1560 nm) and between the environmental temperature of −5 ° C. and 75 ° C. This means that it is possible to drive with a constant modulation amplitude voltage Vpai without depending on temperature.

このように、温度Tと波長λの情報を元にメモリテーブル42内に格納されたバイアス電圧Vbiasを出力することで、温度T、波長λによらず、変調振幅電圧Vpai一定での駆動をペルチェ素子等の温度調整素子なしに、実現することができるため、消費電力を低減することができる。   In this way, by outputting the bias voltage Vbias stored in the memory table 42 based on the information on the temperature T and the wavelength λ, the Peltier driving at a constant modulation amplitude voltage Vpai can be performed regardless of the temperature T and the wavelength λ. Since it can be realized without a temperature adjusting element such as an element, power consumption can be reduced.

先の例では、半導体MZ変調器1のバイアス回路42のメモリテーブル42内に、温度T、波長λ、バイアス電圧Vbiasの3次元配列を格納し、入力された温度Tと波長λにより半導体MZ変調器1のバイアス電圧Vbiasを決定している。しかし、半導体チューナブルレーザ50は、目的波長の駆動条件を格納した電子記憶媒体(メモリ)を有している。   In the above example, a three-dimensional array of temperature T, wavelength λ, and bias voltage Vbias is stored in the memory table 42 of the bias circuit 42 of the semiconductor MZ modulator 1, and semiconductor MZ modulation is performed by the input temperature T and wavelength λ. The bias voltage Vbias of the device 1 is determined. However, the semiconductor tunable laser 50 has an electronic storage medium (memory) that stores driving conditions of a target wavelength.

図15は、本実施例に係る光送信機の他の構成を示したブロック図である。
図15に示すように、半導体MZ変調器1のバイアス回路41の温度T、波長λ、バイアス電圧Vbiasの3次元配列を半導体チューナブルレーザ50側のメモリテーブル52に格納しておく、又は、メモリテーブル52を半導体MZ変調器1のバイアス回路42側と共有することで、電子回路の簡素化を図ることができる。
FIG. 15 is a block diagram illustrating another configuration of the optical transmitter according to the present embodiment.
As shown in FIG. 15, a three-dimensional array of the temperature T, wavelength λ, and bias voltage Vbias of the bias circuit 41 of the semiconductor MZ modulator 1 is stored in the memory table 52 on the semiconductor tunable laser 50 side, or the memory By sharing the table 52 with the bias circuit 42 side of the semiconductor MZ modulator 1, the electronic circuit can be simplified.

以上説明したように、本実施例のように、半導体MZ変調器1を用いた光送信機であって、光源として半導体チューナブルレーザ50、レーザ駆動回路51、半導体MZ変調器1、温度センサ43、温度センサ43からの検出温度Tとレーザ駆動回路51からの発振設定波長λが入力されるバイアス回路41、バイアス回路41が温度を決定するため参照するメモリテーブル42,52を有する光送信機で、温度T、波長λによらず、振幅電圧Vpai一定での駆動をペルチェ素子等の温度調整素子なしに、実現することができるため、消費電力を低減することができる。   As described above, the optical transmitter using the semiconductor MZ modulator 1 as in this embodiment, the semiconductor tunable laser 50, the laser driving circuit 51, the semiconductor MZ modulator 1, and the temperature sensor 43 as light sources. An optical transmitter having a bias circuit 41 to which the detected temperature T from the temperature sensor 43 and the oscillation setting wavelength λ from the laser driving circuit 51 are input, and memory tables 42 and 52 to which the bias circuit 41 refers to determine the temperature. In addition, driving with a constant amplitude voltage Vpai can be realized without a temperature adjusting element such as a Peltier element regardless of the temperature T and the wavelength λ, so that power consumption can be reduced.

本発明は、例えば、npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器を備える光送信機に利用することが可能である。   The present invention can be used for, for example, an optical transmitter including a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure.

1 半導体MZ変調器
10a,10b 3dBカップラー
11a,11b アーム導波路
12a,12b 変調電極
13a,13b バランス調整電極
14 終端抵抗
15 コンデンサ
20 SI‐InP基板
21 第1のn型電極層
22 第1のn型クラッド層
23 第1の中間層
24 コア層
25 第2の中間層
26 第1の低濃度クラッド
27 p型クラッド層
28 第2のn型クラッド層
29 第2のn型電極層
30 n型電極
31 第2のn型電極
40a,40b バイアスティー
41 バイアス回路
42 メモリテーブル
43 温度センサ
44 演算回路
50 半導体チューナブルレーザ
51 レーザ駆動回路
52 メモリテーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor MZ modulator 10a, 10b 3 dB coupler 11a, 11b Arm waveguide 12a, 12b Modulation electrode 13a, 13b Balance adjustment electrode 14 Termination resistor 15 Capacitor 20 SI-InP substrate 21 1st n-type electrode layer 22 1st n Type cladding layer 23 first intermediate layer 24 core layer 25 second intermediate layer 26 first low-concentration cladding 27 p-type cladding layer 28 second n-type cladding layer 29 second n-type electrode layer 30 n-type electrode 31 Second n-type electrodes 40a, 40b Bias tee 41 Bias circuit 42 Memory table 43 Temperature sensor 44 Arithmetic circuit 50 Semiconductor tunable laser 51 Laser drive circuit 52 Memory table

Claims (5)

npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記温度と前記バイアス電圧の関係を求めておき、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力が変化すると、前記関係に基づいて、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator,
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the temperature and the bias voltage is obtained, and the relationship between the temperature and the bias voltage at which the modulation amplitude voltage is constant is obtained from the dependency,
When the input from the temperature sensor changes , the bias circuit changes the bias voltage to drive the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage based on the relationship. .
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の配列を記憶する電子記憶媒体と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記温度と前記バイアス電圧の関係を求めて、前記電子記憶媒体の前記配列に記憶しておき、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力に基づき前記電子記憶媒体に記憶してある前記配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An electronic storage medium for storing an input from the temperature sensor and an array of the bias voltage;
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependence of the temperature and the bias voltage is obtained, and from the dependence, the relationship between the temperature and the bias voltage that makes the modulation amplitude voltage constant is obtained, and the array of the electronic storage medium is obtained. Remember,
The bias circuit drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage by changing the bias voltage with reference to the arrangement stored in the electronic storage medium based on an input from the temperature sensor. An optical transmitter characterized by.
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記温度と前記バイアス電圧の前記多項式を導いておき、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An arithmetic circuit that calculates the bias voltage by a polynomial function of an input from the temperature sensor,
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the temperature and the bias voltage is obtained, and the polynomial of the temperature and the bias voltage that makes the modulation amplitude voltage constant is derived from the dependency,
The optical transmitter, wherein the bias circuit drives the semiconductor MZ modulator by changing the bias voltage according to a calculation result in the calculation circuit and keeping a modulation amplitude voltage constant.
波長可変レーザと、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の3次元配列を記憶する電子記憶媒体と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記動作波長、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記動作波長と前記温度と前記バイアス電圧の関係を求めて、前記電子記憶媒体の前記3次元配列に記憶しておき、
前記バイアス回路は、温度又は波長の変化により前記電子記憶媒体に記憶した前記3次元配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
A tunable laser;
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An electronic storage medium that stores an operating wavelength of the tunable laser, an input from the temperature sensor, and a three-dimensional array of the bias voltage;
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage is obtained, and the relationship between the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage that makes the modulation amplitude voltage constant from the dependency, Stored in the three-dimensional array of the electronic storage medium;
The bias circuit drives the semiconductor MZ modulator with a constant modulation amplitude voltage by changing the bias voltage with reference to the three-dimensional array stored in the electronic storage medium according to a change in temperature or wavelength. And an optical transmitter.
波長可変レーザと、
npin構造を有する変調領域を有する半導体MZ変調器と、
前記半導体MZ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体MZ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
予め、前記半導体MZ変調器の前記変調電極に印加される電圧がゼロのときの消光点を起点として前記変調電極に印加する電圧をスイープしたとき、最初の最大透過強度が得られる正負の電圧である変調振幅電圧について、前記動作波長、前記温度及び前記バイアス電圧の依存性を求め、当該依存性から前記変調振幅電圧を一定とする前記動作波長と前記温度と前記バイアス電圧の前記多項式を導いておき、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体MZ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
A tunable laser;
a semiconductor MZ modulator having a modulation region having an npin structure;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the semiconductor MZ modulator;
A bias circuit for applying a bias voltage to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator;
An arithmetic circuit that calculates the bias voltage by a polynomial functioning an operation wavelength of the wavelength tunable laser and an input from the temperature sensor;
When the voltage applied to the modulation electrode is swept starting from the extinction point when the voltage applied to the modulation electrode of the semiconductor MZ modulator is zero, it is a positive / negative voltage that provides the first maximum transmission intensity. For a certain modulation amplitude voltage, the dependency of the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage is obtained, and the operating wavelength, the temperature, and the bias voltage that make the modulation amplitude voltage constant are derived from the dependency. Every
The optical transmitter, wherein the bias circuit drives the semiconductor MZ modulator by changing the bias voltage according to a calculation result in the calculation circuit and keeping a modulation amplitude voltage constant.
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