JP6661913B2 - 光モジュール、及びこれを用いた光送信機 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールと、これを用いた光送信機に関する。

近年、光伝送システムの大容量化を実現すべく、変調速度の高速化と変調方式の多様化（多値変調、偏波多重など）が進んでいる。デジタルコヒーレント技術を用いた偏波多重４値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase-Shift Keying）では、１００Ｇｂ／ｓの長距離光伝送も実現されている。偏波多重方式は、偏波の方向が互いに直交する２つの光信号を合成することで、２つの独立したデータ信号を一度に伝送する。

図１は、一般的なＤＰ−ＱＰＳＫ方式の変調器モジュール１００を示す。変調器モジュール１００は、４つのマッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）干渉計１２１〜１２４が並列に形成された変調器チップ１２０と、偏波ローテータ（ＰＲ：Polarization Rotator）１２５と、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）１２６を有する。レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の光源１０５からの光をレンズ１０１を介して変調器チップ１２０に入力し、ＭＺ干渉計１２１〜１２４に異なる電気信号を与えることで入力光を変調する。偏波ローテータ（ＰＲ）１２５で、一方のＭＺ干渉計ペアの合波の偏波の方向を、他方のＭＺ干渉器ペアの合波の偏波の方向に対して９０°回転し、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）１２６で合成する。これにより、多値変調及び偏波多重された信号が生成される。変調器モジュール１００からの信号光は、エルビウムドープドファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）１２７で増幅されバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２８でノイズが除去されて伝送路に出力される。

図１の構成では、偏波多重と光増幅が別々の部品で実行され、送信機のサイズが大きくなる。そこで、図２のように、光増幅の機能を、偏波多重を行うＰＢ１２５及びＰＢＣ１２６とともに変調器モジュール２００内に組み込んでコンパクトな構成にする。光増幅を変調器モジュール２００内に組み込むには、ＥＤＦＡ１２７の代わりに半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）２２７を用いる。ＰＢＣ１２６、ＳＯＡ２２７、及びＢＰＦ２２８は、たとえばレンズ２０４、２０６により光結合される。

特開２０１１−１８８２３号公報 特開２００９−６０４６１号公報

ＳＯＡは偏波によりゲインが異なるため、図２の構成ではＴＥ（Transverse Electric）モードの偏波とＴＭ（Transverse Magnetic）モードの偏波の間で、出力光のパワーが異なってしまう。

そこで、実施形態では小型で、かつ偏波依存性を低減した光モジュールの提供を課題とする。

ひとつの態様では、光モジュールは、
入力光を複数に分岐して分岐された入力光のそれぞれに位相変調を行い、位相変調された少なくとも２つの信号光を出力する光変調部と、
前記２つの信号光を同一の偏波モードで増幅する半導体光増幅器と、
前記増幅された２つの信号光を互いに直交する偏波モードの信号光に変換し、変換後の前記２つの信号光を多重する偏波多重部と、
を有する。

小型で偏波依存性が低減された光モジュールが実現する。

一般的な変調器モジュールの概略図である。 光増幅部をモジュール内に組み込んだ変調器モジュールの概略図である。 第１実施形態の変調器モジュールの概略図である。 第２実施形態の変調器モジュールの概略図である。 図４の変調器チップの製造プロセス図である。 図４の変調器モジュールの変形例である。 第３実施形態の変調器モジュールの概略図である。 第４実施形態の変調器モジュールの概略図である。 図８の変調器チップの製造プロセス図である。 第５実施形態の変調器モジュールの概略図である。 第５実施形態の変調器モジュールの変形例である。 第５実施形態の変調器モジュールの変形例である。 実施形態の変調器モジュールを用いた光送信機の概略図である。

実施形態では、偏波ローテータの前にＳＯＡを挿入し、同一の偏波モード（たとえばＴＥモード）の光を増幅した後に偏波多重することで、小型で偏波依存性の小さい光モジュールを実現する。
＜第１実施形態＞
図３は、光モジュールの一例として、第１実施形態の変調器モジュール１を示す。図３の上側が上面図、下側が光伝搬方向に沿った断面図である。

変調器モジュール１は、変調器チップ１０と、光増幅部としてのＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６と、偏波多重部３０を有する。ＳＯＡ２５，２６は、変調器チップ１０と偏波多重部３０の間に配置される。別の言い方をすると、ＳＯＡ２５，２６は、偏波ローテータ（以下、「ＰＲ」と略称する）２７の前段に配置される。

変調器チップ１０は、平行導波路３１ａ〜３１ｄで形成される４つのＭＺ干渉計２１〜２４を有する。第１実施形態では、変調器チップ１０が光変調部２０を形成する。ＭＺ干渉計２１と２２を伝搬する光の間にπ／２の位相差が与えられる。ＭＺ干渉計２３と２４を伝搬する光の間にπ／２の位相差が与えられる。ここでは、π／２の位相差を与える位相シフタの図示を省略する。ＭＺ干渉計２１〜２４の各平行導波路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄに、電極３３が設けられる。電極３３は、たとえば信号電極と接地電極を含むコプレーナ電極３３である。

動作時は、ＬＤ１５から出力される連続光が、レンズ１１により変調器チップ１０の導波路３１に入力される。入力光は、たとえば電界がチップ面と平行なＴＥモードの光である。各ＭＺ干渉計２１〜２４は、外部からの駆動信号で駆動される。変調器チップ１０を高速で駆動する場合は、信号電極と接地電極の終端を抵抗で接続して進行波電極とし、入力側からマイクロ波（電気信号）を印加する。ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）などの電気光学結晶を用いた変調器の場合は、印加される電気信号の電界によって、各ＭＺ干渉計２１〜２４の平行導波路３１ａ〜３１ｄの屈折率が変化する（電気光学効果）。半導体変調器の場合は、印加される電界によってキャリア密度が変化し、光の吸収量が変化する（電界吸収効果）。この結果、０とπの間で位相変調された信号光がＭＺ干渉によって高いコントラストで出力される。

変調器チップ１０から、ＭＺ干渉計２１と２２の合波による変調光Ｌ１と、ＭＺ干渉計２３と２４の合波による変調光Ｌ２が出力される。変調光Ｌ１、Ｌ２は、ともにＴＥモードであり、それぞれが同相（in-phase）成分と直交（Quadrature）成分を含む。変調光Ｌ１はレンズ１２によりＳＯＡ２５に入射する。変調光Ｌ２はレンズ１３によりＳＯＡ２６に入射する。ＳＯＡ２５及び２６は、それぞれ光の伝搬方向に対して斜めに傾斜した入力面２５ａ，２６ａと出力面２５ｂ、２６ｂを有してもよい。つまり、ＳＯＡ２５及び２６の光の入力面２５ａ，２６ａと出力面２５ｂ、２６ｂは、光の伝搬方向に対して完全に垂直な面でなくてもよい。このように、光の伝搬方向に対して完全に垂直でなく、所定の傾斜角度を有する面であることにより反射を防止し、ノイズを低減することができる。ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６は、電流注入により入力光のパワーを増幅する。ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６で、同じ偏波モードの光が増幅されるので、ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６の利得特性自体は偏波依存性を有していても、偏波によるゲインのばらつきはほとんど生じない。

ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６の出力は、レンズ１６とレンズ１７により、それぞれ偏波多重部３０に入力される。偏波多重部３０は、光の入力側から順に、ＰＲ２７、偏波ビームコンバイナ（以下、「ＰＢＣ」と略称する）２８、バンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」と略称する）２９を有する。

ＰＲ２７は、増幅された光Ｌ１とＬ２のいずれか一方の偏波の方向を９０°回転する。図３の例では、ＳＯＡ２５から出力された光Ｌ１の偏波の方向を回転する。この結果、光Ｌ１の偏波モードはＴＭモードとなる。他方、ＳＯＡ２６から出力される光Ｌ２はＴＥモードのままである。ＴＭモードの光Ｌ１と、ＴＥモードの光Ｌ２をＰＢＣ２８で合波することで、互いに直交する２つの偏波モードの信号光が多重される。ＰＢＣ２８の出力光はレンズ１８によりＢＰＦ２９に入射してノイズが除去される。偏波多重部３０の出力は変調器モジュール１の出力であり、レンズ１９により図示しない光ファイバ等の伝送路に出力される。

図３の構成により、変調器モジュール１は、コンパクトな構成で偏波多重位相変調と光増幅の機能を有し、かつＳＯＡゲインの偏波依存性を抑制することができる。また、チャネル（Ｌ１、Ｌ２）ごとに配置されるＳＯＡ２５とＳＯＡ２６は個別制御が可能であり、光変調部２０、ＰＲ２７、ＰＢＣ２８が持つ損失差によって偏波依存性が生じる得る場合でも、補正が可能である。ＰＲ２７として、液晶ＰＲ，半波長板、液晶と１／４波長板の組み合わせ、光ファイバポラライザ等、任意の偏波ローテータを用いることができる。

なお、偏波多重部３０をひとつのシリコンチップで形成してもよい。その場合は、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６と、偏波多重部３０のシリコン導波路の間をスポットサイズ変換器を介して光結合してもよい。
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、変調器モジュール１の内部に個別の光学部品を配置し、レンズ等を介して光結合した。第２実施形態では、変調器モジュール２Ａをひとつの変調器チップ４０で形成する。

図４は、光モジュールの一例としての変調器モジュール２Ａの概略図である。変調器モジュール２Ａは、変調器チップ４０を有する。変調器チップ４０は、光変調部２０と、光増幅部としてのＳＯＡ２５及び２６と、偏波多重部３０とを有する。光変調部２０の構成は、図１の変調器チップ１０と同様であり、４つのＭＺ干渉計２１〜２４が並列に形成されている。偏波多重部３０は、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８、ＢＰＦ４９に加えて、入力側に可変アッテネータ（ＶＡＴ：Variable Attenuator）４２及び４３を有する。

変調器チップ４０をシリコン基板４１で形成する場合、変調器チップ４０と、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６の材料が異なる場合がある。ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６は、化合物半導体や有機材料など、シリコン以外の材料で形成されることが多いからである。変調器チップ４０と、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６の材料が異なる場合は、別途作製されたＳＯＡ２５とＳＯＡ２６を、変調器チップ４０の基板（図４ではシリコン基板）４１に埋め込む。光変調部２０及び偏波多重部３０のシリコン導波路３１と、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６の活性層２５Ｑ、２６Ｑを位置合わせし、光結合する。

図５は、変調器チップ４０の製造プロセスを示す。ステップ（Ａ）で、シリコン基板４１にＭＺ干渉計２１〜２４、ＶＡＴ４２、ＶＡＴ４３、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８、ＢＰＦ４９を含む導波路３１を形成する。導波路３１は、リブ型型導波路であってもよいしシリコン細線導波路であってもよい。ＰＲ４７は、導波路３１のコアを伝搬光に対する屈折率が異方性を持つ形状に加工して形成されている。

ステップ（Ｂ）で、ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６を配置する埋め込み領域４５を形成する。埋め込み領域４５は、エッチングまたは切削で形成することができる。ステップ（Ｃ）でＳＯＡ２５とＳＯＡ２６を埋め込み領域４５に配置し、ボンディングする。シリコン基板４１に形成されたシリコン導波路３１のコアと、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６の活性層２５Ｑ、２６Ｑは位置合わせされている。ＳＯＡ２５、ＳＯＡ２６の入力面と出力面に対向するシリコン導波路３１の部位にスポットサイズ変換器を作りこんでおいてもよい。

この構成により、変調器モジュール２Ａを小型化することができる。ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６はＰＲ４７の前に配置され、光変調部２０からの同じ偏波モード（たとえばＴＥモード）の光Ｌ１、Ｌ２がＳＯＡ２５、ＳＯＡ２６でそれぞれ増幅された後に、偏波多重される。したがって、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６の偏波依存性の影響を回避することができる。さらに、シリコンフォトニクスでＶＡＴ４２とＶＡＴ４３を変調器チップ４０に作り込むことができる。光変調部２０や、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８が持つ損失差によって生じ得る偏波依存損失を、ＶＡＴ４２とＶＡＴ４３で補正することができ、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６への入力電力（注入電流）を一定にすることができる。

図６は、変調器モジュール２Ａの変形例として変調器モジュール２Ｂを示す。変調器モジュール２Ｂでは、２つのチャネルを有する単一チップとしてのＳＯＡ５５を変調器チップ５０に埋め込む。この場合、変調器チップ５０の基板に形成する埋め込み領域（図５参照）は一つでよい。ＳＯＡ５５は、それぞれ独立した２つの活性層（導波路）５６ａと５６ｂを有し、各活性層５６ａ、５６ｂが光変調部２０から延びる２本の導波路３１の各々に光結合される。一方の導波路３１からの光Ｌ１は活性層５６ａに入力されて増幅され、
他方の導波路３１からの光Ｌ２は活性層５６ｂに入力されて増幅される。この構成では、変調器チップ５０に搭載する部品点数を減らし、実装コストを下げることができる。変調器モジュール２Ｂの小型化と偏波依存性の抑制効果は、図４と同様である。

なお、変調器チップ４０及び５０は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いてもよいし、Ｓｉ基板４１上に酸化膜を形成し、その上にシリコン層をエピタキシャル成長させて導波路３１を加工してもよい。
＜第３実施形態＞
図７は、光モジュールの一例として、第３実施形態の変調器モジュール３を示す。第２実施形態では、光変調部２０と偏波多重部３０をシリコンで形成し、シリコンプラットフォーム上にＳＯＡを集積した。シリコン変調器の場合、低駆動電圧、低損失と同時に広帯域を実現するのが難しい。そこで、第３実施形態では、光変調部２０を化合物半導体で形成する。

変調器モジュール３は、シリコンチップ７０を有する。シリコンチップ７０は、シリコン基板７１に埋め込まれ化合物半導体の変調器チップ６０と、シリコン基板７１に埋め込まれたＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６と、シリコン基板７１に形成された偏波多重部３０を有する。偏波多重部３０は、第２実施形態と同様に、ＶＡＴ４２、ＶＡＴ４３、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８、及びＢＰＦ４９を含む。

変調器チップ６０は光変調部２０を形成する。変調器チップ６０は、並列に配置された４つのＭＺ干渉計６１ａ〜６１ｄを有する。ＭＺ干渉計６１ａ〜６１ｄは、たとえばＩｎＰクラッドに挟まれた（あるいは囲まれた）ＩｎＧａＡｌＡｓのＭＱＷ（Multilayer Quantum Well：多層量子井戸）コアを有する導波路６１で形成される。

ＭＺ干渉計６１ａと６１ｂを伝搬する光が合波された信号光Ｌ１は、ＳＯＡ２５で増幅される。ＭＺ干渉計６１ｃと６１ｄを伝搬する光が合波された信号光Ｌ２は、ＳＯＡ２６で増幅される。ＳＯＡ２５、２６の後段に配置される偏波多重部３０の構成は、図４及び図６の構成と同じである。ＳＯＡ２５で増幅され、ＶＡＴ４２で減衰が調整された信号光Ｌ１は、ＰＲ４７で偏波の方向が９０°回転されてＴＭモードになる。ＰＢＣ４８でＴＭモードの信号光Ｌ１と、ＴＥモードの信号光Ｌ２が多重され、ＢＰＦ４９でノイズ除去される。

シリコンプラットフォーム上に化合物半導体の変調器チップ６０を実装することで、広帯域な光変調が実現される。図７では、変調器チップ６０とＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６を別々のチップとしてシリコン基板７１に埋め込んでいるが、光変調部２０とＳＯＡ２５、２６を一つのチップ上にモノリシックに形成してもよい。これにより、変調器モジュール３をさらに小型化することができる。また、ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６を図６のように２つの個別チャネルを有する単一のチップで形成してもよい。
＜第４実施形態＞
図８は、光モジュールの一例として、第４実施形態の変調器モジュール４を示す。第３実施形態では、変調器チップ６０を化合物半導体で形成した。化合物半導体の変調器チップ６０の変調特性は良好であるが、化合物半導体の導波路６１はシリコン細線コアに比べて光閉じ込めが小さく、曲げ損失を抑制する観点から分岐（合波）部６５（図７参照）の曲げ半径を小さくすることが困難である。

そこで、第４実施形態では、光変調部２０の相互作用部を化合物半導体で形成し、分岐または合波部６５をシリコン材料で形成する。

変調器モジュール４は、シリコンチップ７０を有する。シリコンチップ７０のシリコン基板７１に、化合物半導体基板８０と、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６が埋め込まれている。また、シリコン基板７１上に、分岐部７２、合波部７３、及び偏波多重部３０が形成されている。偏波多重部３０は、第２実施形態及び第３実施形態と同様に、ＶＡＴ４２、ＶＡＴ４３、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８、ＢＰＦ４９を含む。

化合物半導体基板８０には、４組の平行導波路８５ａ〜８５ｄが形成されている。平行導波路８５ａ〜８５ｄのそれぞれは、導波路８５で形成されている。導波路８５は化合物半導体基板８０の材料よりもバンドギャップが小さく、かつ屈折率の高い材料で形成されている。各平行導波路８５ａ〜８５ｄは、化合物半導体基板８０の入力側で、シリコン基板７１の分岐部７２に形成された導波路６１に光結合され、化合物半導体基板８０の出力側で、シリコン基板７１の合波部７３に形成された導波路６１に光結合される。平行導波路８５ａ〜８５ｄは、分岐部７２と合波部７３のシリコン導波路６１と接続されることでそれぞれがＭＺ干渉計を構成する。平行導波路８５ａ〜８５ｄは、電気信号（電界）の印加により平行導波路８５ａ〜８５ｄを伝搬する光の位相を変調する。電気と光が相互作用するという意味で、平行導波路８５ａ〜８５ｄを相互作用部と呼ぶ。

分岐部７２と、化合物半導体基板８０に形成された４組の平行導波路８５ａ〜８５ｄ（相互作用部）と、合波部７３で、光変調部２０を形成する。この構成により、コンパクトな変調器モジュールで偏波依存性を抑制することができる。

合波部７３から出力される同一偏波モード（たとえばＴＥモード）の信号光Ｌ１とＬ２は、ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６による増幅と、ＶＡＴ４２及びＶＡＴ４３による減衰調整を受ける。その後に、一方の信号光Ｌ１がＰＲ４７で偏波回転され、ＰＢＣ４８で多重される。

図９は、図８のシリコンチップ７０の製造プロセスを示す。ステップ（Ａ）で、シリコン基板７１に分岐部７２、合波部７３、ＶＡＴ４２、ＶＡＴ４３、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８、ＢＰＦ４９を含む導波路６１を形成する。導波路６１は、リブ型導波路であってもよいしシリコン細線導波路であってもよい。

ステップ（Ｂ）で、化合物半導体基板８０を配置する埋め込み領域７５ａと、ＳＯＡ２５、及びＳＯＡ２６を配置する埋め込み領域７５ｂを形成する。埋め込み領域７５ａ及び７５ｂは、エッチングまたは切削で形成することができる。ステップ（Ｃ）で、あらかじめ導波路８５により平行導波路８５ａ〜８５ｄが形成された化合物半導体基板８０を埋め込み領域７５ａに配置し、ボンディングする。また、ＳＯＡ２５、２６を埋め込み領域７５ｂに配置し、ボンディングする。分岐部７２及び合波部７３に形成されたシリコン導波路６１のコアと、平行導波路８５ａ〜８５ｄのコアは位置合わせされている。ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６の入力面と出力面に対向するシリコン導波路６１の部位にスポットサイズ変換器を作りこんでおいてもよい。
＜第５実施形態＞
第５実施形態では、変調器モジュールにモニタ用の光検出器（ＰＤ：Photo-detector）を組み込む。

図１０は、光モジュールの一例として、第５実施形態の変調器モジュール５Ａを示す。変調器モジュール５Ａは、変調器チップ９５とシリコンチップ９０Ａを有する。変調器チップ９５はＬＮ変調器、Ｓｉ（シリコン）変調器、化合物半導体変調器など、任意の変調器により光変調部２０を形成する。シリコンチップ９０Ａは光増幅と偏波多重の機能を有する。

光位相変調を行う変調器は、信号光を出力するほかに、モニタ光を出力して位相調整に用いる場合がある。実施形態では、モニタ用の光検出器（ＰＤ）９１、９２をシリコンチップ９０Ａに配置する。

変調器チップ９５上の導波路９６は分岐され、４つのＭＺ干渉計（または平行導波路）９６a〜９６ｄを形成する。ＭＺ干渉計９６ａと９６ｂの合波出力は、信号光Ｌ１としてシリコンチップ９０Ａに搭載されたＳＯＡ２５に入力される。ＭＺ干渉計９６ｃと９６ｄの合波出力は、信号光Ｌ２としてシリコンチップ９０Ａ上に搭載されたＳＯＡ２６に入力される。ＳＯＡ２５、２６は、シリコンチップ９０Ａと異なる材料で形成されており、図５及び図９を参照して説明したように、シリコンチップ９０Ａに埋め込まれている。ＳＯＡ２５、２６に入力される信号光Ｌ１、Ｌ２の偏波モードは同一（たとえばＴＥモード）である。

ＭＺ干渉計９６ａと９６ｂの合波部から分岐導波路９６ｅが延び、シリコンチップ９０Ａに形成された導波路８９ａに光結合される。モニタ光は、導波路８９ａによりＰＤ９１で受光される。ＭＺ干渉計９６ｃと９６ｄの合波部から分岐導波路９６ｆが延び、シリコンチップ９０Ａ上の導波路８９ｂに光結合される。モニタ光は、導波路８９ｂによりＰＤ９２で受光される。ＰＤ９１及びＰＤ９２でのモニタ結果に基づいて、ＳＯＡ２５とＳＯＡ２６の位相調整量を制御して、信号光Ｌ１とＬ２の位相を合わせることができる。

ＳＯＡ２５、２６の後段に配置されるＶＡＴ４２、ＶＡＴ４３、ＰＲ４７、ＰＢＣ４８、ＢＰＦ４９は、第２〜第４実施形態と同様である。ＰＲ４７により、増幅された信号光Ｌ１の偏波の方向が回転されてＴＭモードの信号光となり、ＰＢＣ４８で増幅されたＴＥモードの信号光Ｌ２と多重される。

この構成により、従来用いていたＰＤキャリアが不要になり、コンパクトな変調器モジュール５Ａが実現される。また、互いに直交する偏波の位相を整合させることができる。

図１１は、第５実施形態の変形例としての変調器モジュール５Ｂの概略図である。変調器モジュール５Ｂは、モジュールケース１０内に、変調器チップ９５とシリコンチップ９０Ｂを有する。変調器チップ９５は、図１０の変調器チップ９５と同様である。シリコンチップ９０ＢにＳＯＡ２５、２６が埋め込まれ、また、シリコンチップ９０Ｂ上にＰＤ９１、９２が配置される。

シリコンチップ９０Ｂは、ＳＯＡ２５、２６と、ＰＲ４７の間にＢＰＦ９３，９４を有する。バンドパスフィルタが回折格子等により形成される場合、入射光の偏波モードによって損失が異なる。そこで、偏波回転の前段にＢＰＦ９３、９４を挿入する。図１１の例では、ＢＰＦ９３は、ＳＯＡ２５とＶＡＴ４２の間に配置され、ＢＰＦ９４は、ＳＯＡ２６とＶＡＴ４３の間に配置される。同一の偏波モード（たとえばＴＥモード）で増幅されノイズが除去された信号光Ｌ１、Ｌ２に対して、ＰＲ４７による偏波回転と、ＰＢＣ４８による偏波多重が行われる。

この構成により、コンパクトで偏波依存性の影響の少ない変調器モジュール５Ｂが実現される。

変調器モジュール５Ａ（図１０）及び５Ｂ（図１１）で用いる変調器チップ９５は、図８のように相互作用部を化合物半導体基板で作製し、分岐部と合波部をシリコン基板で作製したものであってもよい。

図１２は、第５実施形態の別の変形例として、変調器モジュール５Ｃを示す。変調器モジュール５Ｃは、変調器チップ９７とシリコンチップ９０Ｃを有する。シリコンチップ９０ＣにＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６と、ＰＤ９１及びＰＤ９２が搭載される点は、図１０及び図１１と同様である。図１２では、モニタ光取り出し用の分岐導波路８９ｃ、８９ｄをシリコンチップ９０Ｃ上に形成する。

ＳＯＡ２５及びＳＯＡ２６、ＢＰＦ９３及びＢＰＦ９４、ＶＡＴ４２及びＶＡＴ４３の損失やゲインの個体差が大きい場合、個体差の大きい素子の後ろにタップ（分岐）９９を設けて、ＰＤ９１，ＰＤ９２で受光して信号光Ｌ１、Ｌ２のパワーをモニタする。図１２の例では、ＶＴＡ４２とＶＴＡ４３の後段の導波路８９から、分岐導波路８９ｃ、８９ｄがＰＤ９１、ＰＤ９２へと延びる。シリコンチップ９０Ｃに分岐導波路８９ｃ、８９ｄが形成されるので、変調器チップ９７にモニタ光取り出し用の分岐導波路を設けなくてもよい。変調器チップ９７は、導波路９８の分岐と合流により４つの平行なＭＺ干渉計９８ａ〜９８ｄが形成されており、第１実施形態（図３）の変調器チップ１０や、第３実施形態（図７）の変調器チップ６０を用いてもよい。

変調器チップ９７でモニタ用の分岐導波路を用いないので、変調器チップ９７からの２つの変調出力を、レンズ８７とレンズ８８を介してそれぞれＳＯＡ２５とＳＯＡ２６に入力することができる。シリコンチップ９０Ｃを介在させずに変調光をＳＯＡ２５とＳＯＡ２６に結合できるので、挿入損失が低減される。

上述した第１〜第５実施形態の変調器モジュールの構成部分を任意に組み合わせることができる。たとえば、各実施形態で、光変調部２０の相互作用部を第４実施形態のように化合物半導体を用いて形成してもよい。また、各実施例でＰＲ２７（または４８）の前段にＢＰＦを配置して、偏波回転の前に同一の偏波モードでノイズ除去を行ってもよい。

図１３は、第１実施形態から第５実施形態の変調器モジュール１〜５Ｃの何れかを用いた光送信機６の構成例を示す。光送信機６は、光変調器としての変調器モジュール１（または２〜５Ｃのいずれか）と、光源（ＬＤ）１５と、データ生成回路７と、ドライバ８を有する。

データ生成回路７で生成された電気信号がドライバ８により高速駆動信号に変換され、光変調器の各ＭＺ干渉計の信号電極に印加される。駆動電圧を小さくする観点から、互いに逆相の一対の駆動信号が各ＭＺ干渉計に印加されてもよい。光源１５から変調器モジュール１に入力された光は、高速駆動信号で位相変調される。変調器モジュール１（または２〜５Ｃのいずれか）は、光変調と、増幅及び偏波多重の機能を有する。位相変調された２つの信号光が同一の偏波モードで増幅された後に、互いに直交する偏波モードに変換され偏波多重が施される。その結果、変調器モジュール１（または２〜５Ｃのいずれか）からＤＰ−ＱＰＳＫ方式で変調された光信号が伝搬路９に出力される。

変調器モジュール１（または２〜５Ｃのいずれか）は、上述のように小型化され、かつ偏波依存性を抑制しているので、光送信機６も小型化され最適な変調率で変調された光信号を出力することができる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
入力光を複数に分岐して分岐された入力光のそれぞれに位相変調を行い、位相変調された少なくとも２つの信号光を出力する光変調部と、
前記２つの信号光を同一の偏波モードで増幅する半導体光増幅器と、
前記増幅された２つの信号光を互いに直交する偏波モードの信号光に変換し、変換後の前記２つの信号光を多重する偏波多重部と、
を有する光モジュール。
（付記２）
前記偏波多重部は、
光伝搬方向に沿って前記半導体光増幅器の後段に配置され、前記２つの信号光のいずれか一方の偏波の方向を回転する偏波ローテータと、
偏波回転された前記一方の信号光と、偏波回転されない他方の信号光を合成するビームコンバイナと、
を有することを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
（付記３）
前記半導体光増幅器は、前記２つの信号光の入射方向に垂直な面に対して所定の傾斜角度を有する入射面を有することを特徴とする付記１または２に記載の光モジュール。
（付記４）
前記半導体光増幅器は、前記２つの信号光をそれぞれ個別に増幅することを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
（付記５）
前記光変調部と前記偏波多重部は第１材料の基板上に形成され、
前記半導体光増幅器は、前記第１材料と異なる第２材料で形成され、前記第１材料の基板に埋め込まれていることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
（付記６）
前記偏波多重部は第１材料の基板上に形成され、
前記光変調部は前記第１材料と異なる第２材料で形成されて、前記第１材料の基板に埋め込まれていることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
（付記７）
前記光変調部は、分岐部と、相互作用部と、合波部とを有し、前記相互作用部は第１材料で形成され、前記分岐部と前記合波部は前記第１材料よりも曲げ損失の小さい第２材料で形成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
（付記８）
前記半導体光増幅器と前記偏波多重部は、同一基板上に形成され、前記同一基板上に前記光変調部から出力される前記２つの信号光をモニタする光検出器が配置されることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
（付記９）
前記偏波多重部は、前記多重された信号光からノイズを除去するフィルタを有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１０）
前記偏波多重部は、前記増幅された２つの信号光が互いに直交する偏波モードの信号光に変換される前にノイズを除去するフィルタを有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１１）
前記偏波多重部は、前記偏波ローテータの前段に配置される可変アッテネータを有することを特徴とする付記１〜１０のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の光モジュールと、
前記光モジュールに光を入力する光源と、
前記光モジュールを駆動するドライバと、
を有する光送信機。

１、２Ａ、２Ｂ、３、４、５Ａ〜５Ｃ 変調器モジュール（光モジュール）
１０ モジュールケース
１５ 光源（ＬＤ）
２０ 光変調部
１０、４０、５０、６０、７０、９５ 変調器チップ
２１〜２４、６１ａ〜６１ｄ ＭＺ干渉計
２５、２６ ＳＯＡ（半導体光アンプ）
２７、４７ ＰＲ（偏波ローテータ）
２８、４８ ＰＢＣ（偏波ビームカプラ）
２９、４９ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
３０ 偏波多重部
３１、６１、８９ 導波路
６５ 分岐／合波部
７２ 分岐部
７３ 合波部
８０ 化合物半導体基板
９１、９２ 光検出器（ＰＤ）

Claims (6)

1. 入力光を複数に分岐して分岐された入力光のそれぞれに位相変調を行い、位相変調された少なくとも２つの信号光を出力する、第１基板に形成された光変調部と、
   前記第１基板と異なるシリコンの第２基板に、前記２つの信号光をモニタする光検出器と共に配置される半導体増幅器であって、前記２つの信号光の出力に接続される２つの利得導波路が形成された単一の半導体光増幅器で前記２つの信号光を同一の偏波モードで増幅し、前記光検出器の出力に基づいて前記２つの利得導波路の位相調整量が制御される半導体光増幅器と、
   前記増幅された２つの信号光を互いに直交する偏波モードの信号光に変換し、変換後の前記２つの信号光を多重する偏波多重部と、
   を有する光モジュール。
2. 前記偏波多重部は、
   光伝搬方向に沿って前記半導体光増幅器の後段に配置され、前記２つの信号光のいずれか一方の偏波の方向を回転する偏波ローテータと、
   偏波回転された前記一方の信号光と、偏波回転されない他方の信号光を合成するビームコンバイナと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記半導体光増幅器は、前記信号光の入射方向に垂直な面に対して所定の傾斜角度を有する入射面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記半導体光増幅器は、前記２つの利得導波路で、前記２つの信号光を、それぞれ個別に増幅することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記偏波多重部は前記シリコンの前記第２基板上に形成され、
   前記光変調部は前記シリコンと異なる第２材料で前記第１基板に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光モジュールと、
   前記光モジュールに光を入力する光源と、
   前記光モジュールを駆動するドライバと、
   を有する光送信機。

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