JP6701830B2 - Modulator and Mach-Zehnder modulator - Google Patents

Modulator and Mach-Zehnder modulator Download PDF

Info

Publication number
JP6701830B2
JP6701830B2 JP2016048417A JP2016048417A JP6701830B2 JP 6701830 B2 JP6701830 B2 JP 6701830B2 JP 2016048417 A JP2016048417 A JP 2016048417A JP 2016048417 A JP2016048417 A JP 2016048417A JP 6701830 B2 JP6701830 B2 JP 6701830B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
phase shifter
modulator
waveguide
phase shifters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016048417A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017161842A (en
Inventor
威 馬場
威 馬場
秋山 傑
傑 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2016048417A priority Critical patent/JP6701830B2/en
Publication of JP2017161842A publication Critical patent/JP2017161842A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6701830B2 publication Critical patent/JP6701830B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、変調器およびマッハツェンダ型変調器に関する。   The present invention relates to a modulator and a Mach-Zehnder type modulator.

光通信では光信号を変調する変調器が用いられ、例えば、パルス振幅変調(Pulse-amplitude modulation: PAM)を行う多値変調器素子が用いられる。特に、複数の位相シフタをマッハツェンダ干渉計の両アームに搭載し、これらの位相シフタをそれぞれ個別のデータで変調することで、PAM変調を行う変調器が知られている。   In optical communication, a modulator that modulates an optical signal is used, and for example, a multilevel modulator element that performs pulse-amplitude modulation (PAM) is used. In particular, there is known a modulator that carries out PAM modulation by mounting a plurality of phase shifters on both arms of a Mach-Zehnder interferometer and modulating each of these phase shifters with individual data.

図1は、特許文献3および非特許文献1に開示されたPAM-16型のシリコン変調器の概略構成を示す図である。
図1の変調器では、2×2MMIカプラ(多モード干渉: Multi-Mode Interference)1Xにより分離された2つのシリコン導波路2Aおよび2Bを、2×2MMIカプラ1Yで結合することによりマッハツェンダ干渉計が形成される。2つのシリコン導波路2Aおよび2Bを、マッハツェンダ干渉計の2つのアームと称する。2つのアームの導波路に、外部信号に応じて導波路の容量を変化させる位相シフタを装荷し、変調を行う。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a PAM-16 type silicon modulator disclosed in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1.
In the modulator shown in FIG. 1, a Mach-Zehnder interferometer is formed by coupling two silicon waveguides 2A and 2B separated by a 2×2 MMI coupler (Multi-Mode Interference) 1X with a 2×2 MMI coupler 1Y. It is formed. The two silicon waveguides 2A and 2B are referred to as the two arms of the Mach-Zehnder interferometer. A phase shifter that changes the capacitance of the waveguides according to an external signal is loaded on the waveguides of the two arms to perform modulation.

図1の変調器では、4つの位相シフタを設け、各位相シフタで発生する変化量に重み付けすることにより、デジタルデータに応じた変調が行えるようにしている。具体的には、図1に示すように、4つの位相シフタ11A,11B;12A,12B;13A,13B;14A,14Bを設ける。位相シフタにおける位相変化量は、同じ駆動電圧の場合、位相シフタの長さに応じて変化するので、4つの位相シフタ長の比率が1:2:22:23となるように設計されている。このような設計により、各位相シフタが両方のアームに搭載され、プッシュプル駆動が行えるPAM-16型の変調器となっている。 In the modulator of FIG. 1, four phase shifters are provided, and the amount of change generated in each phase shifter is weighted so that modulation according to digital data can be performed. Specifically, as shown in FIG. 1, four phase shifters 11A, 11B; 12A, 12B; 13A, 13B; 14A, 14B are provided. The amount of phase change in the phase shifter changes according to the length of the phase shifter for the same drive voltage, so the ratio of the four phase shifter lengths is designed to be 1:2:2 2 :2 3. There is. With this design, each phase shifter is mounted on both arms, making it a PAM-16 type modulator that can perform push-pull drive.

図1の変調器で、長さの異なる個々の位相シフタのそれぞれを個々のドライバ回路で駆動することを想定した場合、長い位相シフタほど大きな駆動力が必要となるために出力インピーダンスを小さくする必要がある。異なる出力インピーダンスのドライバ回路を用いてNRZ信号で駆動すると、それぞれの位相シフタが別々に駆動される。これらの位相シフト量の総和が両アーム間の位相差となる。そのため、個々の位相シフトに与えるNRZの信号状態の組み合わせに応じて、光出力振幅の最大値と最小値の間に複数の中間状態が形成されPAM多値変調が実現される。   In the modulator of FIG. 1, assuming that each of the phase shifters having different lengths is driven by each driver circuit, the longer the phase shifter, the larger the driving force is required. Therefore, it is necessary to reduce the output impedance. There is. Driving with NRZ signals using driver circuits with different output impedances drives each phase shifter separately. The sum of these phase shift amounts becomes the phase difference between both arms. Therefore, a plurality of intermediate states are formed between the maximum value and the minimum value of the optical output amplitude according to the combination of the signal states of NRZ given to each phase shift, and PAM multilevel modulation is realized.

国際公開第2011/043079号International Publication No. 2011/043079 特開2005−37547号公報JP, 2005-37547, A 米国特許第8320720号明細書U.S. Pat. No. 8,320,720

X. Wu et. al,”A 20Gb/s NRZ/PAM-4 1V Transmitter in 40nm CMOS. Driving a Si-Photonic Modulator in 0.13μm CMOS” ISSCC2013 7.7X. Wu et. al, “A 20Gb/s NRZ/PAM-4 1V Transmitter in 40nm CMOS. Driving a Si-Photonic Modulator in 0.13μm CMOS” ISSCC2013 7.7 T. Baba et. al, “50-Gb/s ring-resonator-based silicon modulator” Optics Express 21, pp. 11869-11876 (2013).T. Baba et. al, “50-Gb/s ring-resonator-based silicon modulator” Optics Express 21, pp. 11869-11876 (2013).

図1のPAM変調器では、長さの比が1:2:22:23の位相シフタを用いているため、実際の駆動では、出力インピーダンスの異なるドライバ回路を複数用意する必要があるため複雑な駆動系となる問題がある。同一の出力インピーダンスのドライバを用いた場合においても、それぞれの位相変化量が長さに比例しないためPAM変調はできない。
本発明の目的は、同一設計(出力インピーダンス)の複数のドライバ回路による簡易な多値変調駆動系で、多値に比例した変調量が得られるPAM型の多値変調器を実現することである。
The PAM modulator in Fig. 1 uses a phase shifter with a length ratio of 1:2:2 2 :2 3 , so in actual driving it is necessary to prepare multiple driver circuits with different output impedances. There is a problem that it becomes a complicated drive system. Even if drivers with the same output impedance are used, PAM modulation cannot be performed because the amount of each phase change is not proportional to the length.
An object of the present invention is to realize a PAM-type multi-valued modulator that can obtain a modulation amount proportional to multi-values with a simple multi-valued modulation drive system using a plurality of driver circuits having the same design (output impedance). ..

1つの態様では、変調器は、導波路と、導波路に装荷され、電極構造が集中定数型であるN個(N>1)の位相シフタと、を有する。N個の位相シフタに対して長さの短い方から順に1からNまで番号を付けた場合、少なくともあるi(iは1以上、N-1以下の自然数)において、i番目とi+1番目の位相シフタの長さの比が2より大きくなるように設定する。N個の位相シフタは、それぞれ同じ出力インピーダンスで同一駆動電圧で駆動されるドライバ回路を有するIn one aspect, the modulator includes a waveguide and N (N>1) phase shifters loaded in the waveguide and having a lumped constant electrode structure. When numbering from 1 to N in order from the shortest length to the N phase shifters, at least in some i (i is a natural number of 1 or more and N-1 or less), i-th and i+1-th the ratio of the length of the phase shifter is set to be greatly than 2. Each of the N phase shifters has a driver circuit driven by the same drive voltage with the same output impedance .

また、1つの態様では、マッハツェンダ型変調器は、導波路を含む2つのアームと、2つのアームの少なくとも一方の導波路に装荷された少なくとも2つの位相シフタユニットを有し、位相シフタユニットは、電極構造が集中定数型であるN個(N>1)の位相シフタを有する。N個の位相シフタに対して長さの短い方から順に1からNまで番号を付けた場合、少なくともあるi(iは1以上、N-1以下の自然数)において、i番目とi+1番目の位相シフタの長さの比が2より大きくなるように設定する。N個の位相シフタは、それぞれ同じ出力インピーダンスで同一駆動電圧で駆動されるドライバ回路を有するFurther, in one aspect, the Mach-Zehnder modulator has two arms including a waveguide and at least two phase shifter units loaded in at least one of the two arms, and the phase shifter unit includes: The electrode structure has N (N>1) phase shifters of lumped constant type. When numbering from 1 to N in order from the shortest length to N phase shifters, at least i (i is 1 or more and N-1 or less) is i-th and i+1-th the ratio of the length of the phase shifter is set to be greatly than 2. Each of the N phase shifters has a driver circuit driven by the same drive voltage with the same output impedance .

1つの側面として、変調器およびマッハツェンダ型変調器において、同一設計の複数のドライバ回路による多値パルス振幅変調駆動で、多値に比例した変調量が得られる。   As one aspect, in a modulator and a Mach-Zehnder modulator, a multivalued pulse amplitude modulation drive by a plurality of driver circuits of the same design can obtain a modulation amount proportional to a multivalue.

特許文献3および非特許文献1に開示されたPAM-16型のシリコン変調器の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a PAM-16 type silicon modulator disclosed in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1. 位相シフト量の計算に用いた位相シフタの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the phase shifter used for calculation of the amount of phase shifts. 各ドライバインピーダンスにおける位相シフト量の位相シフタ長依存性の計算結果と計算式を示す図である。It is a figure which shows the calculation result and calculation formula of the phase shifter length dependence of the phase shift amount in each driver impedance. 第1実施形態のPAM-4マッハツェンダ型変調器の形状を示す上面図および位相シフタの導波路部の構造を示す図であり、(A)が上面図であり、(B)が位相シフタの導波路部の構造図である。It is a top view which shows the shape of the PAM-4 Mach-Zehnder modulator of 1st Embodiment, and the figure which shows the structure of the waveguide part of a phase shifter, (A) is a top view, (B) is a phase shifter guide. It is a structural diagram of a waveguide part. 図4の(A)におけるA−Aの断面図である。It is sectional drawing of AA in (A) of FIG. 第1実施形態のマッハツェンダ型変調器の駆動系および駆動により生じる位相差特性を示す図であり、(A)が駆動系を、(B)が特性を示す。It is a figure which shows the drive system of the Mach-Zehnder type|mold modulator of 1st Embodiment, and the phase difference characteristic produced by drive, (A) shows a drive system and (B) shows a characteristic. 第2実施形態のPAM-8マッハツェンダ型変調器の形状を示す上面図である。It is a top view which shows the shape of the PAM-8 Mach-Zehnder type|mold modulator of 2nd Embodiment. 第2実施形態のマッハツェンダ型変調器の駆動系を示す図である。It is a figure which shows the drive system of the Mach-Zehnder type|mold modulator of 2nd Embodiment. 第2実施形態のマッハツェンダ型変調器の駆動により生じる位相差特性を示す図である。It is a figure which shows the phase difference characteristic produced by drive of the Mach-Zehnder type|mold modulator of 2nd Embodiment. 第3実施形態のマッハツェンダ型変調器の位相シフタの導波路部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide part of the phase shifter of the Mach-Zehnder type|mold modulator of 3rd Embodiment.

まず、図1のPAM変調器で、多値に比例した位相変化量が得られない原因を考察する。
図2は、位相シフト量の計算に用いる位相シフタの等価回路を示す図である。図2では、回路パラメータを合わせて示している。
図3は、各ドライバインピーダンスにおける位相シフト量の位相シフタ長依存性の計算結果と計算式を示し、(A)が位相シフト量の位相シフタ長依存性のグラフを、(B)が計算式を示す。
First, the reason why the PAM modulator of FIG. 1 cannot obtain the amount of phase change proportional to multiple values will be considered.
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the phase shifter used for calculating the phase shift amount. In FIG. 2, circuit parameters are also shown.
FIG. 3 shows the calculation result and the formula of the phase shifter length dependency of the phase shift amount at each driver impedance. (A) is a graph of the phase shifter length dependency of the phase shift amount, and (B) is the calculation formula. Show.

図2の等価回路は、信号源21からの信号がドライバインピーダンス22を介して、位相シフタを構成するダイオードの等価回路23に印加される。等価回路23は、図示のように接続された、位相シフタを構成するダイオードの直列抵抗Rsと、ダイオードのキャパシタンス(容量)CFと、ダイオードのリークパスに起因する抵抗成分RFと、を有する。信号源21の信号の電源電圧振幅をΔV(=1V)、ドライバインピーダンスをZdで表す。さらに、πの位相シフトに必要な電荷量をQπと定義した。 In the equivalent circuit of FIG. 2, the signal from the signal source 21 is applied to the equivalent circuit 23 of the diode forming the phase shifter via the driver impedance 22. The equivalent circuit 23 has a series resistance R s of a diode, which constitutes the phase shifter, a capacitance (capacitance) C F of the diode, and a resistance component R F due to the leak path of the diode, which are connected as shown in the figure. . The power supply voltage amplitude of the signal of the signal source 21 is represented by ΔV (=1V), and the driver impedance is represented by Z d . Furthermore, the amount of charge required for the phase shift of π is defined as Q π .

さらに位相シフタの長さ(Lact)に対して、RSおよびRFは反比例し、CFは比例することを考慮し、図3の(B)に示す計算式を用いて電源電圧1V、周波数12.5GHzを仮定し計算を行った結果が図3の(A)のグラフに示される。なお、図2の位相シフタは、フリーキャリア・プラズマ効果を用いたシリコン変調器を想定しており、長さLactの位相シフタの導波路コアに蓄積されたキャリア量に比例した位相変化が伝搬光に対して生じる。図3の(A)のグラフに示すように、ドライバのインピーダンスが0Ωの場合には、位相シフト量は長さに対して線形に変化している。これに対し、ドライバのインピーダンスが0Ω以外の場合には長さに対して非線形性を示す。 Further, considering that R S and R F are inversely proportional to each other and C F is proportional to the length (L act ) of the phase shifter, the power supply voltage 1 V, using the calculation formula shown in FIG. The result of calculation assuming a frequency of 12.5 GHz is shown in the graph of FIG. The phase shifter shown in FIG. 2 is assumed to be a silicon modulator using the free carrier plasma effect, and a phase change proportional to the amount of carriers accumulated in the waveguide core of the phase shifter having a length L act propagates. It occurs against light. As shown in the graph of FIG. 3A, when the driver impedance is 0Ω, the phase shift amount changes linearly with the length. On the other hand, when the driver impedance is other than 0Ω, it exhibits nonlinearity with respect to the length.

ドライバのインピーダンスが実際には0Ωでない点を考慮すると、図1のPAM変調器は、位相シフタ長が1:2:22:23の比率となっているため、各位相シフタの位相シフト量は狙い通りの比率にならない。これが、多値に比例した位相変化量が得られず、所望の多値変調が行えない原因と考えられる。 Considering that the impedance of the driver is not actually 0Ω, the PAM modulator in Fig. 1 has a ratio of phase shifter length of 1:2:2 2 :2 3 , so the amount of phase shift of each phase shifter. Does not reach the target ratio. It is considered that this is the reason why the phase change amount proportional to the multi-value is not obtained and the desired multi-value modulation cannot be performed.

この問題を、各位相シフタを駆動するドライバの駆動力(出力インピーダンス)を変えることで解決することが考えられる。しかし、各位相シフタを駆動するドライバの駆動力(出力インピーダンス)を変えるには、各位相シフタの駆動のために異なる出力インピーダンスのドライバが必要となるので、同一の構成(出力インピーダンス)のドライバを用いる場合よりも駆動系としてはより複雑な設計及び構成となるという問題があった。以下、駆動力(出力インピーダンス)の異なるドライバに対して、同じ駆動力(出力インピーダンス)のドライバを同一構成のドライバと称する。   It is possible to solve this problem by changing the driving force (output impedance) of the driver that drives each phase shifter. However, in order to change the driving force (output impedance) of the driver that drives each phase shifter, a driver with a different output impedance is required to drive each phase shifter, so a driver with the same configuration (output impedance) is used. There is a problem that the drive system has a more complicated design and configuration than the case where it is used. Hereinafter, drivers having the same driving force (output impedance) will be referred to as drivers having the same configuration with respect to drivers having different driving forces (output impedance).

図4は、第1実施形態のPAM-4マッハツェンダ型変調器の形状を示す上面図および位相シフタの導波路部の構造を示す図であり、(A)が上面図であり、(B)が位相シフタの導波路部の構造図である。   4A and 4B are a top view showing the shape of the PAM-4 Mach-Zehnder modulator of the first embodiment and a view showing the structure of the waveguide part of the phase shifter, where FIG. 4A is a top view and FIG. It is a structural diagram of the waveguide part of the phase shifter.

第1実施形態のマッハツェンダ型変調器は、基板上に形成されたSiO2の絶縁層上に形成されたシリコン(Si)導波路の2本のアームに変調器を形成し、その上にSiO2の絶縁層、グランド電極パッド層および電極パッド層を形成したものである。 MZ modulator according to the first embodiment, the modulator is formed on the two arms of the formed silicon (Si) waveguide insulating layer SiO 2 formed on the substrate, SiO 2 thereon The insulating layer, the ground electrode pad layer and the electrode pad layer are formed.

図4の(A)に示すように、2×2MMIカプラにより分離された2本のアームは、別の2×2MMIカプラにより結合される。シリコン導波路30Aおよび30Bは、2本のアームに対応する。シリコン導波路30Aおよび30Bには、第1の位相シフタを形成する位相シフタ31Aおよび31Bと、第2の位相シフタを形成する位相シフタ41Aおよび41Bと、が設けられる。   As shown in FIG. 4A, the two arms separated by the 2×2 MMI coupler are coupled by another 2×2 MMI coupler. The silicon waveguides 30A and 30B correspond to two arms. The silicon waveguides 30A and 30B are provided with phase shifters 31A and 31B forming a first phase shifter and phase shifters 41A and 41B forming a second phase shifter.

位相シフタ31A、31B、41Aおよび41Bは、PINダイオードとイコライザの機能を有する電気回路とで形成された高速駆動用の位相シフタである。位相シフタ31A、31Bの導波路方向の長さは90μmであり、位相シフタ31A、31Bの導波路方向の長さは270μmであり、長さが異なる。位相シフタ31A、31B、41Aおよび41Bは、PAM-4変調器を形成する。位相シフタ31A、31B、41Aおよび41Bは、導波路の一方の側の設けられたPドープ領域32A、32B、42Aおよび42Bと、導波路の他方の側の設けられたNドープ領域33A、33B、43Aおよび43Bと、を有する。Nドープ領域33A、33B、43Aおよび43Bは、イコライザのキャパシタンス領域およびイコライザの抵抗領域を有し、電極パッド層51A、51B、52Aおよび52Bに接続される。図4の(A)に示すマッハツェンダ型変調器の領域の上側には、SiO2の絶縁層を介して、点線で示すグランド電極パッド層50および電極パッド層51A、51B、52Aおよび52Bが形成される。電極パッド層51A、51B、52Aおよび52Bは、Nドープ領域33A、33B、43Aおよび43Bのイコライザのキャパシタンス領域との間でキャパシタンス(容量)を形成する。 The phase shifters 31A, 31B, 41A, and 41B are high-speed driving phase shifters formed of a PIN diode and an electric circuit having an equalizer function. The length of the phase shifters 31A and 31B in the waveguide direction is 90 μm, and the length of the phase shifters 31A and 31B in the waveguide direction is 270 μm, which are different lengths. Phase shifters 31A, 31B, 41A and 41B form a PAM-4 modulator. The phase shifters 31A, 31B, 41A and 41B include P-doped regions 32A, 32B, 42A and 42B provided on one side of the waveguide and N-doped regions 33A, 33B provided on the other side of the waveguide. 43A and 43B. N-doped regions 33A, 33B, 43A and 43B have a capacitance region of the equalizer and a resistance region of the equalizer and are connected to electrode pad layers 51A, 51B, 52A and 52B. A ground electrode pad layer 50 and electrode pad layers 51A, 51B, 52A and 52B shown by dotted lines are formed above the region of the Mach-Zehnder modulator shown in FIG. 4A via an insulating layer of SiO 2. It The electrode pad layers 51A, 51B, 52A and 52B form a capacitance with the equalizer capacitance regions of the N-doped regions 33A, 33B, 43A and 43B.

各位相シフタは、CF、RF、RS、Qπなどの単位作用長当たりの電気パラメータについて、図2に示した値を有する。各位相シフタは図3の関係式に基づいて長さを決定しており、第2の位相シフタを形成する位相シフタ41Aおよび41Bは、第1の位相シフタを形成する位相シフタ31Aおよび31Bの長さの2倍90*2μm=180μmよりも長い、270μmに設定している。言い換えれば、各位相シフタの長さはドライバのインピーダンスを考慮して設定されている。 Each phase shifter has the values shown in FIG. 2 for electrical parameters per unit working length such as C F , R F , R S , and Q π . The length of each phase shifter is determined based on the relational expression of FIG. 3, and the phase shifters 41A and 41B forming the second phase shifter have the lengths of the phase shifters 31A and 31B forming the first phase shifter. It is set to 270 μm, which is longer than twice the length of 90*2 μm=180 μm. In other words, the length of each phase shifter is set in consideration of the impedance of the driver.

図4の(B)に示すように、各位相シフタの導波路部は、非特許文献2に記載された側面格子導波路を有する。Siで形成された側面格子導波路30の両側面に、側面格子部35および37と、キャパシタンス領域46および48が形成される。図示していないが、キャパシタンス領域46および48の先にはイコライザの抵抗領域および電極が形成される。側面格子部35およびキャパシタンス領域46は、図4の(A)では、Pドープ領域32A、32B、42Aおよび42Bに含まれる。側面格子部37およびキャパシタンス領域48は、図4の(A)では、Nドープ領域33A、33B、43Aおよび43Bに含まれる。側面格子部35は、P-ドープ領域45と、キャパシタンス領域46と同じP+ドープ領域に分けられる。側面格子部37は、N-ドープ領域47と、キャパシタンス領域48と同じN+ドープ領域に分けられる。   As shown in FIG. 4B, the waveguide portion of each phase shifter has the side grating waveguide described in Non-Patent Document 2. Side grating portions 35 and 37 and capacitance regions 46 and 48 are formed on both side surfaces of the side grating waveguide 30 formed of Si. Although not shown, the resistance regions and electrodes of the equalizer are formed ahead of the capacitance regions 46 and 48. The side grating portion 35 and the capacitance region 46 are included in the P-doped regions 32A, 32B, 42A and 42B in FIG. 4A. The side grating portion 37 and the capacitance region 48 are included in the N-doped regions 33A, 33B, 43A and 43B in FIG. 4A. The side grating portion 35 is divided into a P− doped region 45 and a P+ doped region which is the same as the capacitance region 46. The side grating portion 37 is divided into an N-doped region 47 and an N+-doped region which is the same as the capacitance region 48.

図4の(B)において、側面格子導波路のコア幅Pが480nm、導波路高さQが220nm、側面格子幅Rが80nm、側面格子長が1μm、周期が285nmである。4種のドープ領域は、導波路コア周辺にN+/N-/P-/P+の4回の注入により形成され、N+とP+領域は1020cm-3としN-とP-領域は1018cm-3とする。位相シフタ以外の導波路形状はチャネル型導波路を用いており、コア幅は480nm、高さは220nmである。 In FIG. 4B, the core width P of the side grating is 480 nm, the waveguide height Q is 220 nm, the side grating width R is 80 nm, the side grating length is 1 μm, and the period is 285 nm. The four kinds of doped regions are formed by implanting N+/N-/P-/P+ four times around the waveguide core, the N+ and P+ regions are 10 20 cm -3, and the N- and P- regions are 10 18 cm -3. cm -3 . The waveguide shape other than the phase shifter uses a channel type waveguide, and the core width is 480 nm and the height is 220 nm.

図5は、図4の(A)におけるA−Aの断面図である。
基板67上にSiO2の絶縁層68が形成され、その上に導波路、側面格子部およびキャパシタンス領域等が形成される。さらにその上に、SiO2の絶縁層68と、グランド電極パッド層50および電極パッド層52A、52Bが形成される。図4の(B)の導波路30は、図5における30Aおよび30Bの部分に対応する。図4の(B)のP-ドープ領域45、P+ドープ領域46、N-ドープ領域47およびN+ドープ領域48は、図5における62Aおよび62Bの部分、61Aおよび61Bの部分、63Aおよび63Bの部分、64Aおよび64Bの部分に対応する。N+ドープ領域64Aおよび64Bの先には、N-ドープ領域65Aおよび65Bが形成され、さらにその先にN+ドープ領域66Aおよび66Bが形成される。N+ドープ領域66Aおよび66Bの上には導体層が形成され、導体層の上には厚さT(T=1μm)のSiO2の絶縁層68が形成され、さらにその上に電極パッド層52A、52Bが形成される。N+ドープ領域66Aおよび66B、導体層、厚さTのSiO2の絶縁層68および電極パッド層52A、52Bは、イコライザのキャパシタンスを形成する。N-ドープ領域65Aおよび65Bは、イコライザの抵抗体として機能する。N+ドープ領域66Aおよび66Bは、電極パッド層52A、52Bに電気的に接続される。これにより、図2のキャパシタンスと抵抗体とが並列に接続された等価回路に対応する電気回路が形成される。
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG.
An insulating layer 68 of SiO 2 is formed on the substrate 67, and a waveguide, a side grating portion, a capacitance region and the like are formed on the insulating layer 68. Further thereon, an insulating layer 68 of SiO 2 , a ground electrode pad layer 50 and electrode pad layers 52A and 52B are formed. The waveguide 30 in FIG. 4B corresponds to the portions 30A and 30B in FIG. P-doped region 45, P+-doped region 46, N-doped region 47 and N+-doped region 48 in FIG. 4B are the portions 62A and 62B, the portions 61A and 61B, the portions 63A and 63B in FIG. , 64A and 64B. N-doped regions 65A and 65B are formed ahead of the N+ doped regions 64A and 64B, and N+ doped regions 66A and 66B are further formed ahead thereof. A conductor layer is formed on the N+ doped regions 66A and 66B, an insulating layer 68 of SiO 2 having a thickness T (T=1 μm) is formed on the conductor layer, and an electrode pad layer 52A, 52B is formed. The N+ doped regions 66A and 66B, the conductor layer, the insulating layer 68 of SiO 2 of thickness T and the electrode pad layers 52A, 52B form the equalizer capacitance. N-doped regions 65A and 65B function as a resistor of the equalizer. N+ doped regions 66A and 66B are electrically connected to electrode pad layers 52A and 52B. As a result, an electric circuit corresponding to the equivalent circuit in which the capacitance and the resistor of FIG. 2 are connected in parallel is formed.

90μm長の位相シフタ31Aおよび31Bのキャパシタのサイズは横方向が100μm、縦方向が60μmであり、270μm長の位相シフタ41Aおよび41Bのキャパシタのサイズは横方向が160μm、縦方向が60μmである。上記のように、イコライザ回路の抵抗体は低ドープシリコン細線を用いており、ドーピング濃度は上記N-領域と同じ1018cm-3、各位相シフタにおけるイコライザ抵抗体は高さ220nm、幅1μmである。90μm長の位相シフタ31Aおよび31Bの抵抗体の長さは12μm、270μm長の位相シフタ41Aおよび41Bの抵抗体の長さは9μmであり、抵抗値はそれぞれ6kΩと4kΩである。 The 90 μm long phase shifters 31A and 31B have a size of 100 μm in the horizontal direction and 60 μm in the vertical direction, and the capacitors of the 270 μm long phase shifters 41A and 41B have a horizontal size of 160 μm and a vertical direction of 60 μm. As described above, the resistor of the equalizer circuit uses a low-doped silicon thin wire, the doping concentration is the same as that of the N-region 10 18 cm -3 , the equalizer resistor in each phase shifter is 220 nm in height, 1 μm in width. is there. The length of the resistors of the 90 μm long phase shifters 31A and 31B is 12 μm, the length of the resistors of the 270 μm long phase shifters 41A and 41B is 9 μm, and the resistance values are 6 kΩ and 4 kΩ, respectively.

図6は、第1実施形態のマッハツェンダ型変調器の駆動系および駆動により生じる位相差特性を示す図であり、(A)が駆動系を、(B)が特性を示す。
図6の(A)に示すように、ここでは、ドライバインピーダンスを各位相シフタ間で共通の50Ωとし、各ドライバで位相シフタを駆動する。各位相シフタにはpeak-to-peakで3.0Vppの25Gb/sのNRZ電気信号が入力される。駆動系は、位相シフタ31Aおよび31Bと位相シフタ41Aおよび41Bを72μAまたは200μAの電流で駆動する。
6A and 6B are diagrams showing a drive system of the Mach-Zehnder modulator of the first embodiment and a phase difference characteristic generated by the drive. FIG. 6A shows the drive system and FIG. 6B shows the characteristic.
As shown in FIG. 6A, here, the driver impedance is set to 50 Ω, which is common to the phase shifters, and each driver drives the phase shifter. Peak-to-peak 3.0Vpp 25Gb/s NRZ electrical signal is input to each phase shifter. The drive system drives the phase shifters 31A and 31B and the phase shifters 41A and 41B with a current of 72 μA or 200 μA.

この駆動系により各位相シフタを駆動することで生じる両アーム間の位相差と光出力レベルの組み合わせは、図6の(B)に示すようになる。この変調器のアームには第1および第2の位相シフタが装荷されプッシュプル駆動されるので、(ON,ON),(OFF,ON),(ON,OFF),(OFF,OFF)の4通りの駆動条件となり、4通りの光出力レベルの組み合わせL1−L4が得られる。図示のように、第1の位相シフタをONすることによりOFFに比べて0.12πの位相差が生じ、第2の位相シフタをONすることによりOFFに比べて0.24πの位相差が生じ、アーム間の位相差は、4通りの駆動条件に対して0.36π、0.24π、0.12π、ゼロとなる。このように、同一構成(同一駆動電圧)の駆動系で第1および第2の位相シフタを駆動した場合、第2の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差は0.24πで、第1の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差0.12πの2倍である。これにより同一構成(同一駆動電圧)の駆動系でPAM-4変調が行える。   The combination of the phase difference between both arms and the optical output level caused by driving each phase shifter by this drive system is as shown in FIG. 6(B). Since the first and second phase shifters are loaded on the arm of this modulator and driven by push-pull, four (ON,ON),(OFF,ON),(ON,OFF),(OFF,OFF) The driving conditions are as follows, and four combinations L1-L4 of the optical output levels are obtained. As shown in the figure, turning on the first phase shifter causes a phase difference of 0.12π compared to OFF, and turning on the second phase shifter causes a phase difference of 0.24π compared to OFF. The phase difference between them is 0.36π, 0.24π, 0.12π, and zero under the four driving conditions. As described above, when the first and second phase shifters are driven by the drive systems having the same configuration (same drive voltage), the phase difference generated by turning on/off the second phase shifter is 0.24π, This is twice the phase difference of 0.12π caused by turning on/off the phase shifter of. As a result, PAM-4 modulation can be performed with a drive system having the same configuration (same drive voltage).

図7は、第2実施形態のPAM-8マッハツェンダ型変調器の形状を示す上面図である。
第2実施形態のマッハツェンダ型変調器は、第1実施形態のマッハツェンダ型変調器と類似の構成を有するが、装荷する位相シフタの個数が4個から6個に増加したこと、すなわち1つのアームの3個の位相シフタが装荷されていることが異なる。第2実施形態のマッハツェンダ型変調器は、第1の位相シフタを形成する位相シフタ71Aおよび71Bと、第2の位相シフタを形成する位相シフタ72Aおよび72Bと、第3の位相シフタを形成する位相シフタ73Aおよび73Bと、を有する。位相シフタ72Aおよび72Bは、第1実施形態の位相シフタ31Aおよび31Bと同じであり、導波路方向の長さは90μmで、キャパシタのサイズは横方向が100μm、縦方向が60μmである。位相シフタ73Aおよび73Bは、第1実施形態の位相シフタ41Aおよび41Bと同じであり、導波路方向の長さは270μmで、キャパシタのサイズは横方向が160μm、縦方向が60μmである。位相シフタ71Aおよび71Bは、他の位相シフタと類似の構成を有し、導波路方向の長さは40μmで、キャパシタのサイズは横方向が70μm、縦方向が60μmである。
FIG. 7 is a top view showing the shape of the PAM-8 Mach-Zehnder modulator of the second embodiment.
The Mach-Zehnder modulator of the second embodiment has a similar configuration to the Mach-Zehnder modulator of the first embodiment, but the number of loaded phase shifters is increased from 4 to 6, that is, one arm The difference is that three phase shifters are loaded. The Mach-Zehnder modulator according to the second embodiment includes phase shifters 71A and 71B that form a first phase shifter, phase shifters 72A and 72B that form a second phase shifter, and phase shifters that form a third phase shifter. And shifters 73A and 73B. The phase shifters 72A and 72B are the same as the phase shifters 31A and 31B of the first embodiment, the length in the waveguide direction is 90 μm, and the size of the capacitor is 100 μm in the horizontal direction and 60 μm in the vertical direction. The phase shifters 73A and 73B are the same as the phase shifters 41A and 41B of the first embodiment, the length in the waveguide direction is 270 μm, and the size of the capacitor is 160 μm in the horizontal direction and 60 μm in the vertical direction. The phase shifters 71A and 71B have a configuration similar to the other phase shifters, the length in the waveguide direction is 40 μm, and the size of the capacitor is 70 μm in the horizontal direction and 60 μm in the vertical direction.

位相シフタ71Aおよび71Bから73Aおよび73Bの導波路方向の長さは、図3の(B)の関係式に基づいて、40μm、90μm、270μmに設定されており、1:2:22=4の比率にはなっておらず、1:2.25:6.75である。このように、第2実施形態では、最短の位相シフタ71Aおよび71Bと2番目に短い位相シフタ72Aおよび72Bの長さの比は90/40=2.25と比較的2に近い。一方、2番目に短い位相シフタ72Aおよび72Bと3番目に短い(ここでは最長)位相シフタ73Aおよび73Bの長さの比は、270/90=3となり、2からの逸脱はより大きくなる。より一般化すると、N個の位相シフタに対して長さの短い方から順に1からNまで番号を付けた場合、少なくともある番号i(iは1以上、N-1以下。ここでは1または2)において、i番目とi+1番目の位相シフタの長さの比が2より大きい。 The lengths of the phase shifters 71A and 71B to 73A and 73B in the waveguide direction are set to 40 μm, 90 μm, and 270 μm based on the relational expression of FIG. 3B, and 1:2:2 2 =4 The ratio is not 1:2.25:6.75. Thus, in the second embodiment, the length ratio of the shortest phase shifters 71A and 71B to the second shortest phase shifters 72A and 72B is 90/40=2.25, which is relatively close to 2. On the other hand, the ratio of the lengths of the second shortest phase shifters 72A and 72B and the third shortest (longest here) phase shifters 73A and 73B is 270/90=3, and the deviation from 2 becomes larger. More generalized, if the N phase shifters are numbered from 1 to N in order from the shortest length, at least some number i (i is 1 or more and N-1 or less. Here, 1 or 2 ), the ratio of the lengths of the i-th and i+1-th phase shifters is greater than 2.

図8は、第2実施形態のマッハツェンダ型変調器の駆動系を示す図である。
図9は、第2実施形態のマッハツェンダ型変調器の駆動により生じる位相差特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a drive system of the Mach-Zehnder modulator of the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a phase difference characteristic generated by driving the Mach-Zehnder modulator of the second embodiment.

図8に示すように、第2実施形態の駆動系でも、ドライバインピーダンスを50Ωとし、各ドライバで位相シフタを駆動する。各位相シフタにはpeak-to-peakで3.0Vppの25Gb/sのNRZ電気信号を入力される。   As shown in FIG. 8, also in the drive system of the second embodiment, the driver impedance is set to 50Ω and each driver drives the phase shifter. A peak-to-peak 3.0 Vpp 25 Gb/s NRZ electrical signal is input to each phase shifter.

この駆動系により各位相シフタを駆動することで生じる両アーム間の位相差と光出力レベルの組み合わせは、図9に示すようになる。この変調器のアームには第1から第3の位相シフタが装荷されプッシュプル駆動されるので、(ON,ON,ON),(OFF,ON,ON),(ON,OFF,ON),(OFF,OFF,ON),(ON,ON,OFF),(OFF,ON,OFF),(ON,OFF,OF),(OFF,OFF,OFF)の8通りの駆動条件となる。この駆動条件で第2実施形態のマッハツェンダ型変調器を駆動することにより、8通りの光出力レベルの組み合わせL1−L8が得られる。図示のように、第1の位相シフタをONすることによりOFFに比べて0.06πの位相差が生じ、第2の位相シフタをONすることによりOFFに比べて0.12πの位相差が生じ、第3の位相シフタをONすることによりOFFに比べて0.24πの位相差が生じる。アーム間の位相差は、8通りの駆動条件に対して0.32π、0.36π、0.3π、0.24π、0.18π、0.12π、0.06π、ゼロとなる。このように、同一構成(同一駆動電圧)の駆動系で第1から第3の位相シフタを駆動した場合、第2の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差は0.12πで、第1の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差0.06πの2倍である。同様に、第3の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差は0.24πで、第1の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差0.06πの4倍で、第2の位相シフタをON/OFFすることにより生じる位相差0.12πの2倍である。これにより同一構成(同一駆動電圧)の駆動系でPAM-8変調が行える。   The combination of the phase difference between both arms and the optical output level caused by driving each phase shifter by this drive system is as shown in FIG. Since the first to third phase shifters are loaded and push-pull driven on the arm of this modulator, (ON,ON,ON),(OFF,ON,ON),(ON,OFF,ON),( There are 8 driving conditions: (OFF, OFF, ON), (ON, ON, OFF), (OFF, ON, OFF), (ON, OFF, OF), (OFF, OFF, OFF). By driving the Mach-Zehnder modulator of the second embodiment under this driving condition, eight combinations L1-L8 of optical output levels can be obtained. As shown in the figure, turning on the first phase shifter causes a phase difference of 0.06π compared to OFF, and turning on the second phase shifter causes a phase difference of 0.12π compared to OFF. Turning on the phase shifter 3 causes a phase difference of 0.24π compared to turning it off. The phase difference between the arms is 0.32π, 0.36π, 0.3π, 0.24π, 0.18π, 0.12π, 0.06π, and zero under eight driving conditions. As described above, when the first to third phase shifters are driven by the drive system having the same configuration (same drive voltage), the phase difference generated by turning on/off the second phase shifter is 0.12π, It is twice the phase difference of 0.06π caused by turning on/off the phase shifter. Similarly, the phase difference generated by turning on/off the third phase shifter is 0.24π, which is four times the phase difference 0.06π generated by turning on/off the first phase shifter, and the second phase shifter. It is twice the phase difference of 0.12π caused by turning ON/OFF. As a result, PAM-8 modulation can be performed with a drive system having the same configuration (same drive voltage).

図3の計算結果からも分かるように、同一アーム上に、ドライバインピーダンスが位相シフタのインピーダンスよりも相対的に小さい、比較的短い位相シフタの間では、これまでと同様に隣り合う位相シフタの長さの比を2とする。一方、比較的長い位相シフタの間では隣り合う位相シフタの長さの比を、図3に示す計算により、2より大きくすることでも、多値変調の線形性を改善する効果を得ることができる。   As can be seen from the calculation result of FIG. 3, between the relatively short phase shifters on which the driver impedance is relatively smaller than the impedance of the phase shifter on the same arm, the lengths of the adjacent phase shifters are the same as before. The ratio of the height is 2. On the other hand, among the relatively long phase shifters, it is possible to obtain the effect of improving the linearity of the multilevel modulation also by making the ratio of the lengths of the adjacent phase shifters larger than 2 by the calculation shown in FIG. .

次に説明する第3実施形態のマッハツェンダ型変調器は、第1実施形態に類似の構成を有し、位相シフタの導波路部が、PINダイオードではなく、PNダイオードで形成されていることが異なる。   The Mach-Zehnder modulator of the third embodiment to be described next has a configuration similar to that of the first embodiment, except that the waveguide part of the phase shifter is formed of PN diodes instead of PIN diodes. .

図10は、第3実施形態のマッハツェンダ型変調器の位相シフタの導波路部の構成を示す図であり、図4の(B)に対応する図である。   FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the waveguide portion of the phase shifter of the Mach-Zehnder modulator of the third embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 4(B).

第3実施形態でも、位相シフタの導波路部は、第1実施形態と同様の側面格子導波路を有する。しかし、第1実施形態では、導波路部30はシリコンで形成されていたのに対して、第3実施形態では、導波路部85は、導波路の伸びる方向に2つの領域に分割され、一方の領域はP-ドープ領域とされ、他方はN-ドープ領域とされる。言い換えれば、Pドープ領域の側の領域は、側面格子部のP-ドープ領域82と同じように1018cm-3にドープされ、Nドープ領域の側の領域は、側面格子部のN-ドープ領域83と同じように1018cm-3にドープされる。ドーピング条件は第1実施形態と同様に導波路コア周辺にN+/N-/P-/P+の4回注入を行うが、導波路部にPNダイオードを形成するため導波路コアの中まで注入を行っている。ない、N+ドープ領域とP+ドープ領域の濃度は1020cm-3である。 Also in the third embodiment, the waveguide portion of the phase shifter has the same side-face grating waveguide as in the first embodiment. However, in the first embodiment, the waveguide portion 30 is formed of silicon, whereas in the third embodiment, the waveguide portion 85 is divided into two regions in the extending direction of the waveguide. Region is a P-doped region, and the other region is an N-doped region. In other words, the region on the side of the P-doped region is doped to 10 18 cm −3 in the same manner as the P-doped region 82 on the side lattice portion, and the region on the side of the N-doped region is N-doped on the side lattice portion. Like region 83, it is doped to 10 18 cm -3 . As for the doping condition, N+/N-/P-/P+ is injected four times around the waveguide core as in the first embodiment, but the injection is performed to the inside of the waveguide core to form the PN diode in the waveguide. Is going. The concentration of N+-doped region and P+-doped region is 10 20 cm -3 .

第3実施形態における駆動系は、3Vの逆バイアスを掛けた状態で第1実施形態と同様に駆動する。   The drive system in the third embodiment is driven in the same manner as in the first embodiment with a reverse bias of 3V applied.

以上説明したように、実施形態では、同一構成のドライバを用いた簡便な構成により、マッハツェンダ変調器の両アームに形成された複数の位相シフタをそれぞれ駆動することで、各位相シフタの位相変化量が小さい方から順に2倍ずつ大きくなりPAM変調できる。   As described above, in the embodiment, the plurality of phase shifters formed in both arms of the Mach-Zehnder modulator are driven by a simple configuration using the drivers of the same configuration, and thus the phase change amount of each phase shifter is increased. Can be PAM-modulated in order of increasing from 2 to 2.

第1から第3実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのは言うまでもない。
例えば、ドライバインピーダンスが0Ω以外の同一のドライバで、各位相シフタを駆動するPAM変調器において、図3の(B)の計算式で表される作用長に対する位相変化量の非線形性を考慮するようにする。具体的には、各位相シフタの位相シフト量を小さい順に並べた時に、前後の位相シフタの位相変化が2倍の関係になる様に各位相シフタ長を設定する。すなわち、複数の位相シフタを短い順に並べた時に、隣り合う位相シフタの長さの比が2より大きくなるように設定する。
Although the first to third embodiments have been described, it goes without saying that various modifications are possible.
For example, in a PAM modulator that drives each phase shifter with the same driver having a driver impedance other than 0Ω, the nonlinearity of the phase change amount with respect to the action length represented by the calculation formula of FIG. To Specifically, when the phase shift amounts of the phase shifters are arranged in ascending order, the phase shifter lengths are set so that the phase changes of the front and rear phase shifters have a double relationship. That is, when a plurality of phase shifters are arranged in ascending order, the ratio of the lengths of the adjacent phase shifters is set to be larger than 2.

また、第3実施形態のPNダイオードで形成する位相シフタの導波路部は、第2実施形態にも適用可能である。   Further, the waveguide portion of the phase shifter formed by the PN diode of the third embodiment can be applied to the second embodiment.

さらに、第1から第3実施形態では、キャリアプラズマ効果を用いたシリコン変調器について説明したが、位相シフタの構成はシリコンのダイオードを用いたものだけでなく、InP系の量子井戸構造や、シュタルク効果を用いたものでもよく、同様の効果が得られる。   Furthermore, in the first to third embodiments, the silicon modulator using the carrier plasma effect has been described. However, the phase shifter is not limited to the one using a silicon diode, but may be an InP quantum well structure or a Stark structure. The same effect can be obtained by using the effect.

さらに、ドライバインピーダンスを50Ωとした場合を実施例として挙げたが25Ωなど0Ω以外の場合でも、ドライバインピーダンスに応じた位相シフタの長さに設定すればよく、同様の効果を得ることができる。
さらに、位相シフタの短い順に端から順に並べた例を説明したが、どのような順序に配置しても良い。
Further, although the case where the driver impedance is set to 50Ω has been described as an example, even when the driver impedance is other than 0Ω such as 25Ω, the same effect can be obtained by setting the length of the phase shifter according to the driver impedance.
Further, the example in which the phase shifters are arranged in order from the end in the ascending order has been described, but they may be arranged in any order.

さらに、実施形態にでは、2本のアームのシリコン導波路にそれぞれ位相シフタを設けたプッシュプル駆動の例を説明したが、一方のアームにのみ位相シフタを設けることも可能である。
また、本発明の構成は、マッハツェンダ型変調器でなく、1本のシリコン導波路を伝搬する信号をPAM変調する変調器に適用することも可能である。
Further, in the embodiment, an example of push-pull driving in which the phase shifters are provided in the silicon waveguides of the two arms has been described, but it is also possible to provide the phase shifter in only one arm.
Further, the configuration of the present invention can be applied not to the Mach-Zehnder type modulator but also to a modulator that PAM-modulates a signal propagating in one silicon waveguide.

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。   Although the embodiments have been described above, all the examples and conditions described herein are provided for the purpose of helping understanding of the invention and the concept of the invention applied to the technology. The specifically described examples and conditions are not intended to limit the scope of the invention, and the construction of such examples in the specification does not represent advantages or disadvantages of the invention. Although the embodiments of the invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

30A、30B シリコン導波路(アーム)
31A、31B 位相シフタ(第1の位相シフタ)
41A、41B 位相シフタ(第2の位相シフタ)
32A、32B、42A、42B Pドープ領域
33A、33B、43A、43B Nドープ領域
50 グランド電極パッド層
51A、51B、52A、52B 電極パッド層
30A, 30B Silicon waveguide (arm)
31A, 31B Phase shifter (first phase shifter)
41A, 41B Phase shifter (second phase shifter)
32A, 32B, 42A, 42B P-doped region 33A, 33B, 43A, 43B N-doped region 50 Ground electrode pad layer 51A, 51B, 52A, 52B Electrode pad layer

Claims (8)

導波路と、
前記導波路に装荷され、電極構造が集中定数型であるN個(N>1)の位相シフタと、を有し、
前記N個の位相シフタに対して長さの短い方から順に1からNまで番号を付けた場合、少なくともあるi(iは1以上、N-1以下の自然数)において、i番目とi+1番目の位相シフタの長さの比が2より大きくなるように設定し、
前記N個の位相シフタは、それぞれ同じ出力インピーダンスで同一駆動電圧で駆動されるドライバ回路を有することを特徴とする変調器。
A waveguide,
Loaded on the waveguide, the electrode structure has a lumped constant type N (N>1) phase shifter,
If the N phase shifters are numbered from 1 to N in order from the shortest length, at least in some i (i is a natural number of 1 or more and N-1 or less), i-th and i+1 th ratio of the length of the phase shifter is set to from 2 becomes greatly,
The modulator, wherein each of the N phase shifters has a driver circuit driven by the same drive voltage with the same output impedance .
前記変調器の動作信号が示すレベル間の光強度差または位相シフト差が一定のPAM変調を行う請求項1に記載の変調器。 The modulator according to claim 1, wherein PAM modulation is performed with a constant light intensity difference or phase shift difference between the levels indicated by the operation signal of the modulator. 前記N個の位相シフタがPINダイオードで形成され、前記PINダイオードと電気的に接続するように形成されたイコライザの機能を有する電気回路構造を有する請求項1または2に記載の変調器。 The modulator according to claim 1 or 2, wherein the N phase shifters are formed of PIN diodes and have an electric circuit structure having an equalizer function formed so as to be electrically connected to the PIN diodes. 前記N個の位相シフタのそれぞれの導波路がPNダイオードで形成された請求項1または2に記載の変調器。 The modulator according to claim 1, wherein the waveguide of each of the N phase shifters is formed of a PN diode. 導波路を含む2つのアームと、
前記2つのアームの少なくとも一方の前記導波路に装荷された少なくとも2つの位相シフタユニットを有し、
前記位相シフタユニットは、電極構造が集中定数型であるN個(N>1)の位相シフタを有し、
前記N個の位相シフタに対して長さの短い方から順に1からNまで番号を付けた場合、少なくともあるi(iは1以上、N-1以下の自然数)において、i番目とi+1番目の位相シフタの長さの比が2より大きくなるように設定し、
前記N個の位相シフタは、それぞれ同じ出力インピーダンスで同一駆動電圧で駆動されるドライバ回路を有することを特徴とするマッハツェンダ型変調器。
Two arms including the waveguide,
At least two phase shifter units loaded in the waveguide of at least one of the two arms,
The phase shifter unit has N (N>1) phase shifters whose electrode structure is a lumped constant type,
If the N phase shifters are numbered from 1 to N in order from the one with the shortest length, at least in some i (i is a natural number of 1 or more and N-1 or less), i-th and i+1 th ratio of the length of the phase shifter is set to from 2 becomes greatly,
The Mach-Zehnder modulator , wherein each of the N phase shifters has a driver circuit driven by the same drive voltage with the same output impedance .
当該マッハツェンダ型変調器の動作信号が示すレベル間の光強度差または位相シフト差が一定のPAM変調を行う請求項5に記載のマッハツェンダ型変調器。 The Mach-Zehnder modulator according to claim 5, wherein PAM modulation is performed with a constant light intensity difference or phase shift difference between the levels indicated by the operation signal of the Mach-Zehnder modulator. 前記N個の位相シフタがPINダイオードで形成され、前記PINダイオードと電気的に接続するように形成されたイコライザの機能を有する電気回路構造を有する請求項5または6に記載のマッハツェンダ型変調器。 7. The Mach-Zehnder modulator according to claim 5, wherein the N phase shifters are formed of PIN diodes and have an electric circuit structure having an equalizer function formed so as to be electrically connected to the PIN diodes. 各位相シフタの導波路がPNダイオードで形成された請求項5または6に記載のマッハツェンダ型変調器。 7. The Mach-Zehnder type modulator according to claim 5 , wherein the waveguide of each phase shifter is formed of a PN diode.
JP2016048417A 2016-03-11 2016-03-11 Modulator and Mach-Zehnder modulator Active JP6701830B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016048417A JP6701830B2 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Modulator and Mach-Zehnder modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016048417A JP6701830B2 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Modulator and Mach-Zehnder modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017161842A JP2017161842A (en) 2017-09-14
JP6701830B2 true JP6701830B2 (en) 2020-05-27

Family

ID=59857836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016048417A Active JP6701830B2 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Modulator and Mach-Zehnder modulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6701830B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017181744A (en) * 2016-03-30 2017-10-05 富士通株式会社 Light modulation element
JP6823619B2 (en) * 2018-04-19 2021-02-03 日本電信電話株式会社 Light modulator
CN111290145B (en) * 2020-03-03 2023-07-18 联合微电子中心有限责任公司 High-speed modulator based on annular reflector

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008152642A1 (en) * 2007-06-13 2008-12-18 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Linearised optical digital modulator
US8320720B2 (en) * 2009-08-19 2012-11-27 Mark Webster Advanced modulation formats for silicon-based optical modulators
CN102648434B (en) * 2009-10-09 2014-12-31 日本电气株式会社 Optical modulator module and method for modulating optical signal
US8238017B2 (en) * 2009-12-18 2012-08-07 Alcatel Lucent Photonic match filter
JP5633224B2 (en) * 2010-07-22 2014-12-03 富士通株式会社 Optical semiconductor device and driving method thereof
JP2013047721A (en) * 2011-08-29 2013-03-07 Fujikura Ltd Optical modulator and optical waveguide element
JP6306939B2 (en) * 2014-05-21 2018-04-04 日本電信電話株式会社 Control method of Mach-Zehnder type optical modulator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017161842A (en) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10164713B2 (en) Optical transmitter, optical modulator module, and optical transmission system
US9454059B1 (en) MZM linear driver for silicon photonics
JP5551446B2 (en) High-speed semiconductor optical modulator
US8488917B2 (en) Electro-optic modulator
US9880404B2 (en) Optical waveguide device and method of manufacturing the same
US9709830B2 (en) Phase modulation device and method of controlling the device
JP5300807B2 (en) Light modulation element
US10534239B2 (en) Optical modulator
JP6701830B2 (en) Modulator and Mach-Zehnder modulator
Xiong et al. A monolithic 56 Gb/s CMOS integrated nanophotonic PAM-4 transmitter
US10084619B2 (en) Nested feed-forward optical equalization using an electro-optic modulator with a multi-segment electrode
JP5770719B2 (en) Silicon-type light modulator with improved efficiency and chirp control
JP2013502613A (en) Advanced modulation format for silicon-based optical modulators
JP6491229B2 (en) Electro-optic modulator and method of generating electro-optic modulator
US9419410B2 (en) Optical semiconductor device and method for controlling driving circuit
US11287676B1 (en) Traveling wave modulator
JP5633224B2 (en) Optical semiconductor device and driving method thereof
JP2018105975A (en) Optical modulation element
Kim et al. Compact-sized high-modulation-efficiency silicon Mach–Zehnder modulator based on a vertically dipped depletion junction phase shifter for chip-level integration
US20180321520A1 (en) Mach-zehnder modulator driver
US20180067375A1 (en) Balanced mach-zehnder modulator
JP6581541B2 (en) Light modulator
Giuglea et al. Comparison of segmented and traveling-wave electro-optical transmitters based on silicon photonics Mach-Zehnder modulators
Gill et al. Monolithic travelling-wave Mach-Zehnder transmitter with high-swing stacked CMOS driver
Baba et al. 25-Gbps operation of silicon pin Mach-Zehnder optical modulator with 100-μm-long phase shifter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191016

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200407

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200420

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6701830

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150