JPH05136734A

JPH05136734A - 光変調装置

Info

Publication number: JPH05136734A
Application number: JP3299279A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Tabuchi; 晴彦田淵
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】パラレルな電気信号を直接シリアルな光信号に
変化する機能を有する光変調装置に関し、信号処理速度
を制限する要因となる電気的なパラレルシリアル変換器
を排除し、かつパラレルな電気信号を直接シリアルな光
信号に変換できる装置を実現するとともに、データ処理
装置の信号処理能力を十分に発揮させ、かつチャーピン
グを生じさせることなく１０ＧHz以上のパラレル・シリ
アル変換を実現することを目的とする。【構成】電界により光変調を行う光変調素子２を、同一
長さの光導波路３又は光ファイバを介して直列に複数個
接続するとともに、前記光変調素子２のそれぞれの電極
９に、パラレル信号線を接続することを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光変調装置に関し、よ
り詳しくは、パラレルの電気信号を直接シリアル光信号
に変換する機能を有する光変調装置に関する。

【０００２】光変調装置においては、変調周波数１０GH
z 以上の光変調が要求され、また、高速のパラレルシリ
アル変換が求められている。

【０００３】

【従来の技術】パラレルな電気信号をシリアルな光信号
に変換する装置は、例えば図５に示すような構成のもの
がある。

【０００４】パラレルシリアル変換回路５１は、例えば
シフトレジスタを複数段直列接続したものであり、デー
タ処理装置１８に接続される高周波信号発生器１７の出
力をパラレルに入力し、その後、シフトレジスタにクロ
ック信号CLKを入力するとシリアル信号SSが出力され
る。このシリアル信号SSを例えば電界吸収型の光変調素
子５２に印加して光信号に変換して取出すようになって
いる。

【０００５】なお、電界吸収型光変調素子５２は、例え
ばInGaAsP 層５３をn-InP 層５４とp-InP 層５５によっ
て挟み、その上下にｐ側電極５６，ｎ側電極５７を形成
した構造となっており、InGaAsP ５３の入出力端には光
ファイバ５８が接続されている。

【０００６】そして、外部信号がない場合にはInGaAsP
層５３に入射する光をそのまま透過させ、また、電極５
６，５７間に電圧が印加される場合には、フランツケル
ディッシュ効果により光を吸収して出射光量を低減する
ような構造となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な構成によれば、パラレルシリアル変換器５１の特性に
より１０ＧHz以上の周波数変換の実現は困難である。

【０００８】また、シリアル変換後の信号周波数が高い
場合には、高周波信号発生器１７がパラレル信号を出力
する頻度は、パラレルシリアル変換器５１の処理速度で
制限される。即ち、パラレルシリアル変換器５１からデ
ータが出払ってしまうまで、パラレルシリアル変換器５
１は次のデータを受け取ることができない。

【０００９】このため、高周波信号発生器１７の手前の
データ処理装置１８は、前に処理したデータを出し切っ
てしまうまでは、次のデータを出力できないので、暫く
休止することになり、その信号処理速度の能力が充分生
かされないといった不都合がある。

【００１０】しかも、１つの電界吸収型光変換素子５２
によって１０ＧHz以上の高周波を得ようとする場合に
は、InGaAsP 層５３のキャリア密度が変化してチャーピ
ングが生じ易くなるといった問題が生じる。

【００１１】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、信号処理速度を制限する要因となってい
る、従来のような電気的なパラレルシリアル変換器を排
除して、かつ、パラレルな電気信号を直接シリアルな光
信号に変換できる装置を実現するものである。その結果
として、データ処理装置の信号処理能力を十分発揮さ
せ、かつ、チャーピングを生じさせることなく１０ＧHz
以上のパラレル・シリアル変換を実現できる光変調装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１〜
４に例示するように、電界により光変調を行う光変調素
子２、２２、２８を、同一長さの光導波路３、２１又は
光ファイバ３１を介して直列に複数個接続するととも
に、前記光変調素子２、２２、２８のそれぞれの電極
９、２３、２５に、パラレル信号線を接続することを特
徴とする光変換装置によって達成する。

【００１３】または、前記光変調素子２、２２、２８
は、電気光学結晶を備えた光変調素子、電界吸収型光変
調素子又はマッハチェンダ型光変調素子であることを特
徴とする光変調装置によって達成する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、直列に接続した複数の光変
換素子２にパラレル信号を印加してパラレル・シリアル
変換するようにしている。

【００１５】このため、従来例のような電気的パラレル
シリアル変換器を必要としない。しかも、パラレルシリ
アル変換手段から容易に理解されるように、シリアル変
換後の信号の周波数は、光変換素子２の能力の個数倍程
度までにすることができ、１０ＧHz以上の実現が容易に
なる。

【００１６】また、光変換素子２の処理周波数は、その
個数分だけ小さくしてもよくなり、電界吸収型のものを
使用する場合のチャーピングによる影響は大幅に低減す
る。

【００１７】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。（ａ）本発明の第１実施例の説明図１は、本発明の第１実施例装置を示す平面図、側面図
及びそのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面図である。

【００１８】図において符号１は、厚さ１００μｍのn-
InP 基板で、この上には、同一形状の帯状の電界吸収型
光変調素子２が平行に複数の配置され、これらは同一導
波路長のＵ字状の導波路３を介して直列に接続されてお
り、また、光変調素子２のうちの初段の入力端と最終段
の出力端には、Ｕ字状の導波路３と同一導波路長に形成
された帯状の導波路４が接続されている。

【００１９】光変調素子２は、図１(d) に示すように、
n-InP 基板１の上に突出形成された厚さ１．５μｍのn-
InP クラッド層５と、この上に順に形成された膜厚０．
３μｍのInGaAsP 光吸収層６、膜厚１．５μｍのp-InP
クラッド層７と、それらの両側に形成された膜厚１．３
μｍの p-InP埋込層８と、p-InP クラッド層７の上に接
続されたTi／Pt／Auよりなるｐ側電極９から構成されて
いる。

【００２０】また、Ｕ字状と帯状の導波路３、４は、図
１(c) に示すように、光変調素子２のn-InP クラッド層
５と一体となるn-InPクラッド層１０と、光変調素子２
のInGaAsP 光吸収層６と一体化するInGaAsP 導波路層１
１と、光変調素子２のp-InPクラッド層７と一体のp-InP
クラッド層１２から構成されている。また、Ｕ字状の
導波路３の角の部分には平面からみて角度４５°に面取
りされた反射面が形成され、導波路層１１を進行する光
を光変調素子２に導くように構成されている。

【００２１】なお、符号１３は、初段の光変調素子２の
入力側の導波路４に光を照射する半導体レーザ、１４
は、最終段の導波路４の出力側に接続される光ファイバ
ー、１５は、n-InP 基板１の下面に形成されたAuよりな
るｎ側電極、１６は、帯状の導波路４の開放端にＡＲコ
ートされた膜厚２０００ÅのSiN 膜を示している。

【００２２】上記した装置の大きさを例示すると、光変
調素子２の長さは３００μｍで、また、光変調素子２同
士のピッチは２０μｍ、その両側にある埋込層８の総幅
は３μｍで、光変調素子２及び導波路３、４のクラッド
層５、７、１０、１７の幅は２μｍである。さらに、Ｕ
字状の導波路３とInP 基板１の縁部の距離は５〜２０μ
ｍとなっている。

【００２３】このような装置を用いてパラレルな電気信
号をシリアルな光信号に変換する場合には、例えばInP
基板１の下面のｎ側電極１５を接地し、さらに、図２に
示すように、データ処理装置１８に接続される高周波信
号発生器１７の出力側の信号線Ａ〜Ｅを光変調素子２の
それぞれのｐ側電極９に個々に接続する。

【００２４】そして、各ｎ側電極９に信号がかからない
状態では、半導体レーザ１３から放出された光は、光導
波路３、４の導波路層１１と各光変調素子２の光吸収層
６を通り抜ける。

【００２５】また、高周波信号発生器１７からｐ側電極
９にパラレル信号が送られる場合は次のようになる。ま
ず、図３(a) に示すように、高周波信号発生器１７から
信号線Ａ〜Ｅを介して高レベルパルス信号（Ｈ）が出力
されると、各ｐ側電極９からｎ側電極１５に逆バイアス
電圧がかかって電界が生じ、光吸収層６によってその内
部の光を吸収されることになり、半導体レーザ１３から
光ファイバ１４に向けて進行する光の一部を途切れさせ
る。これに対して、低レベル信号（Ｌ）が印加された光
変調素子２では光は吸収されずに光のままで進行する。

【００２６】この結果、光変調素子２に相当する領域が
光の信号部分となり、また、導波路３、４に相当する領
域が信号部分の間隔となって光が進行し、終端の導波路
４から順次出力される。

【００２７】例えば、導波路３の総長を１cm、１回のパ
ラレル信号の変調パルス幅を２５０ピコ秒とすれば、２
０ＧビットのＲＺ信号が得られる。これにより、図３
(a) に示すようにクロック信号に基づいて信号線Ａ〜Ｅ
から出力されるパラレル電気信号は、光が進行する過程
において図３(b) に示すようにシリアル光信号に変換さ
れることになる。

【００２８】このようなバッチ処理によるシリアル変換
は繰り返して連続的に行われることになり、終端から出
力された一連の光信号が光ファイバ１４を通して伝達さ
れることになる。

【００２９】したがって、パラレル・シリアル変換は、
複数の光変換素子２により行われているので、１個当た
りの光変換素子２の負担が軽減され、例えば、８個の光
変換素子２により２０ＧHZのシリアル信号を処理する場
合には１個当たりの処理周波数が約３ＧHZとなり、チャ
ーピングによる影響は大幅に低減する。

【００３０】しかも、本実施例では従来のような電気的
パラレルシリアル変換器５１を必要としないので、その
制限を受けない。そのため、データ処理装置１８は、そ
の処理能力を十分に発揮できる。

【００３１】なお、上記した実施例では光変換素子２を
Ｕ字状の導波路３によって接続したが、同一長さの光フ
ァイバ（不図示）により接続しても同様な作用効果があ
る。また、上記した半導体レーザ１３が、光変換素子２
と同一構造となる場合には半導体レーザ１３をInP 基板
１上に形成してもよい。

【００３２】（ｂ）本発明のその他の実施例の説明上記した実施例では、InGaAsP 層６をInP 層５、７によ
り挟む電界吸収型の光変換素子２を使用したが、図４
(a) に示すように、同一長さの光導波路２１又は光ファ
イバ（不図示）を介して、LiNbを用いたマッハチェンダ
型の光変調素子２２を複数個直列に接続し、それらの電
極２３にパラレル信号をかけるようにすれば、第１実施
例と同様にパラレル電気信号をシリアル光信号に変換す
ることができる。

【００３３】また、図４(b) に示すように、電極２５、
２６によりLiNbO₃等の電気光学結晶２７を挟んで構成し
た光変調素子２８を用いるとともにその前後に偏光子２
９、３０を配置し、これらを同一長さの光ファイバ３１
によって直列に複数個接続し、各電極２５、２６にパラ
レル電気信号を印加するような装置に構成しても、第１
実施例と同様な作用効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、直列
に接続した複数の光変換素子にパラレル信号を印加して
パラレル・シリアル変換するようにしているので、シリ
アル信号の周波数は、光変換素子の能力の個数倍程度ま
でにすることができ、１０ＧHz以上の実現が可能にな
る。

【００３５】また、光変換素子の処理周波数は、その個
数分だけ少なくしてもよく、電界吸収型のものを使用す
る場合のチャーピングによる影響は大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例装置を示す平面図、側面図
及びＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面図である。

【図２】本発明の第１実施例装置の動作説明図である。

【図３】本発明の第１実施例装置のタイミングチャート
である。

【図４】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【図５】従来装置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ n-InP 基板、２光変調素子３、４光導波路５ n-InP クラッド総６ InGaAsP 光吸収層７ p-InP クラッド層８ p-InP 埋込層９ｐ側電極１０ n-InP クラッド層１１ InGaAsP 導波路層１２ p-InP クラッド層１３半導体レーザ１４光ファイバ２１光導波路２２光変調素子２３電極２８光変調素子３１光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電界により光変調を行う光変調素子（２、
２２、２８）を、同一長さの光導波路（３、２１）又は
光ファイバ（３１）を介して直列に複数個接続するとと
もに、前記光変調素子（２、２２、２８）のそれぞれの電極
（９、２３、２５）に、パラレル信号線を接続すること
を特徴とする光変換装置。
【請求項２】前記光変調素子（２、２２、２８）は、電
気光学結晶を備えた光変調素子、電界吸収型光変調素子
又はマッハチェンダ型光変調素子であることを特徴とす
る光変調装置。