JPH07162394A - Semiconductor optical signal output device - Google Patents

Semiconductor optical signal output device

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JPH07162394A
JPH07162394A JP5309090A JP30909093A JPH07162394A JP H07162394 A JPH07162394 A JP H07162394A JP 5309090 A JP5309090 A JP 5309090A JP 30909093 A JP30909093 A JP 30909093A JP H07162394 A JPH07162394 A JP H07162394A
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JP
Japan
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optical
output device
light source
signal output
delay lines
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Application number
JP5309090A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Okamoto
浩 岡本
Kunishige Oe
邦重 尾江
Norifumi Sato
佐藤  憲史
Yuzo Yoshikuni
裕三 吉國
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a high speed, highly precise and highly efficient semiconductor optical signal output device in a time-divisional multiplex optical signal output device. CONSTITUTION:A light source 11, an optical branching circuit 12, absorbing-type optical modulators 14A, 14B and 14C, the optical amplifier 15 of loss compensation, optical waveguide delay lines 13A-13F and an optical multiplexing circuit 16 are integrated on a semiconductor substrate 100. Micro wave delay lines for absorbing-type optical modulator driving 20A, 20B and 20C are added on the semi-insulating semiconductor substrate 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超高速大容量光通信用信
号出力装置、あるいは長距離伝送用光ソリトン信号出力
装置となる半導体時分割多重化光信号出力装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor time division multiplexing optical signal output device which is a signal output device for ultra high speed and large capacity optical communication or an optical soliton signal output device for long distance transmission.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来提案されている時分割多重化光信号
出力装置の一例を図5に示す(1993年OFC/IO
OC Technical Digest Th−1
3)。図中、1は光短パルスの入力部、2は光分岐回
路、3は光ファイバ遅延線、4は外部変調器素子、5は
光ファイバ、6は光合流回路である。かかる時分割多重
化光信号出力装置の動作は以下の通りである。入力信号
である一定の周期の光パルスは分岐回路2によってn分
岐され、互いに光パルスの周期の1/nの遅延時間差を
有する光ファイバ遅延線3を介して外部変調器素子4に
導かれる。ここで各々の光ファイバは外部変調器素子4
によって変調され、光合流回路6によって合流された
後、出力される。すなわち、外部変調器素子4によって
得られる信号密度のn倍の密度を有する時分割多重化光
信号を出力することができる。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows an example of a conventionally proposed time-division multiplexing optical signal output device (ofC / IO of 1993).
OC Technical Digest Th-1
3). In the figure, 1 is an input part of an optical short pulse, 2 is an optical branch circuit, 3 is an optical fiber delay line, 4 is an external modulator element, 5 is an optical fiber, and 6 is an optical merging circuit. The operation of the time division multiplexing optical signal output device is as follows. An optical pulse having a constant cycle, which is an input signal, is branched into n by a branch circuit 2 and is guided to an external modulator element 4 via an optical fiber delay line 3 having a delay time difference of 1 / n of the cycle of the optical pulse. Here, each optical fiber is an external modulator element 4
It is modulated by, is merged by the optical merging circuit 6, and is then output. That is, it is possible to output a time division multiplexed optical signal having a density n times the signal density obtained by the external modulator element 4.

【0003】しかし、この従来構造の時分割多重化光信
号出力装置においては、光ファイバ遅延線3に対して高
精度の遅延時間差が要求される。たとえば50Gb/s
の出力信号を得る場合には出力光のパルス間隔は20p
sとなり、これに5%の精度を要求すると遅延時間に対
する許容誤差は1psとなる。このような高精度を光フ
ァイバの長さの調節で得ることは事実上不可能であると
いう問題点があった。
However, in this conventional time-division multiplexed optical signal output device, the optical fiber delay line 3 is required to have a highly accurate delay time difference. For example 50 Gb / s
When obtaining the output signal of, the pulse interval of the output light is 20p
If s is required to be 5%, the permissible error for the delay time is 1 ps. There is a problem that it is practically impossible to obtain such high precision by adjusting the length of the optical fiber.

【0004】さらに各素子間を結ぶ光ファイバの接続点
においては高精度の組み立てを要するのみならず、1接
続点あたり5dB前後、トータルで30dB前後の接続
損失が予想され、光短パルス発生光源の出力が有効に用
いられないという欠点があった。
Furthermore, not only high-precision assembly is required at the connection point of the optical fiber connecting each element, but a connection loss of about 5 dB per connection point, a total of about 30 dB is expected, and the optical short pulse generation light source There is a drawback that the output is not used effectively.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき従来の時
分割多重化光信号出力装置では光ファイバ遅延線3の長
さを高精度に調整することは技術的に困難であるという
問題点と共に、素子と光ファイバの接続点数が多いため
装置の組立に高精度(1μm程度)が要求される箇所が
多く、また、光短パルス発生光源から出射された光パワ
ーが有効に用いられないという欠点があった。
With the conventional time-division multiplexed optical signal output device as described above, it is technically difficult to adjust the length of the optical fiber delay line 3 with high precision. Since there are many connection points between the element and the optical fiber, there are many places where high precision (about 1 μm) is required for assembly of the device, and the optical power emitted from the optical short pulse generation light source cannot be effectively used. there were.

【0006】したがって、上記光ファイバ遅延線の代わ
りに光導波路遅延線を用いると高精度な組み立てが可能
であることは容易に類推できるが、実際に半導体光集積
回路に光導波路遅延線を組み込んで時分割多重化光信号
出力装置を構成するには次のような問題点が存在するた
め、実現された例はなかった。(1)光導波路遅延線を
半導体で構成すると導波路における吸収損に差がつくた
め、光パルスの出力がばらつく。(2)光変調器が半導
体光集積回路基板の中央付近に配置されるため、光変調
器に高速電気信号を低クロストークで給電することが困
難。(3)光導波路遅延線と光変調器を小型の半導体光
集積回路に搭載するためには光変調器の前後に光導波路
遅延線を配置する必要があるが、この場合、光パルス光
源から光信号が各光変調器に至るまでに時間差が発生
し、これを各光変調器に給電する電気信号入力側で調整
する必要があるため、制御が複雑となる。
Therefore, it can be easily inferred that the optical waveguide delay line can be used in place of the optical fiber delay line to achieve high-precision assembly. However, when the optical waveguide delay line is actually incorporated in the semiconductor optical integrated circuit. Since there are the following problems in constructing the time division multiplexed optical signal output device, there has been no realization example. (1) If the optical waveguide delay line is composed of a semiconductor, the absorption loss in the waveguide is different, so that the output of the optical pulse varies. (2) Since the optical modulator is arranged near the center of the semiconductor optical integrated circuit board, it is difficult to supply a high-speed electric signal to the optical modulator with low crosstalk. (3) In order to mount the optical waveguide delay line and the optical modulator in a small-sized semiconductor optical integrated circuit, it is necessary to dispose the optical waveguide delay line before and after the optical modulator. There is a time lag before the signal reaches each optical modulator, and it is necessary to adjust this at the electric signal input side that feeds each optical modulator, which complicates control.

【0007】本発明はこのような事情に鑑み、高速、高
精度、高効率、かつ電気ドライブが容易な時分割多重化
光信号出力装置となる半導体光信号出力装置を提供する
ことを目的とする。
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a semiconductor optical signal output device which is a time division multiplexed optical signal output device which is high speed, high precision, high efficiency and easy to drive electrically. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、(1)光短パルス発生光源と、この光源か
らの出力光をN本の光導波路に分岐する光分岐回路と、
この光分岐回路から導出されて上記光短パルス発生光源
から出力される光パルス周期の1/Nに相当する遅延時
間差を互いに有するよう備えられた長さの異なるN本の
光導波路遅延線と、このN本の光導波路遅延線上に介在
されたN個の吸収型光変調器及びN個の光増幅器と、上
記N本の光導波路遅延線を1本にまとめて出力する光合
流回路と、を半導体基板上に集積したことを特徴とし、
To achieve the above object, the structure of the present invention is (1) an optical short pulse generating light source, and an optical branching circuit for branching the output light from this light source into N optical waveguides.
N optical waveguide delay lines of different lengths provided so as to have a delay time difference corresponding to 1 / N of the optical pulse period derived from the optical branch circuit and output from the optical short pulse generating light source, N absorption type optical modulators and N optical amplifiers interposed on the N optical waveguide delay lines, and an optical merging circuit that collectively outputs the N optical waveguide delay lines. Characterized by being integrated on a semiconductor substrate,

【0009】(2)上記(1)記載の半導体光信号出力
装置において、半導体基板は半絶縁性であり、N個の吸
収型光変調器への電気信号の給電回路として上記半導体
基板上に形成されたN本のマイクロ波遅延線路を有し、
しかもこのN本のマイクロ波遅延線路における電気信号
の遅延時間を光短パルス発生光源の駆動信号入力時点か
ら当該マイクロ波遅延線路が接続される吸収型光変調器
に到達するまでの遅延時間と同一としたことを特徴とす
る。
(2) In the semiconductor optical signal output device described in (1) above, the semiconductor substrate is semi-insulating and is formed on the semiconductor substrate as a power supply circuit for supplying electric signals to N absorption type optical modulators. Has N microwave delay lines,
Moreover, the delay time of the electric signal in the N microwave delay lines is the same as the delay time from the input of the drive signal of the optical short pulse generating light source to the arrival of the absorption type optical modulator to which the microwave delay lines are connected. It is characterized by

【0010】[0010]

【作用】上記構成の本発明は時分割多重化光信号出力装
置として作用する。すなわち、光短パルス発生光源から
出力された光パルスは光分岐回路によってN本に分岐さ
れ、分岐パルス光がそれぞれ吸収型光変調器と光増幅器
を介した光導波路遅延線によって光合流回路に導かれて
合流して出力されるが、その間光分岐回路によってN本
に分岐された分岐パルス光は吸収型光変調器によってそ
れぞれ変調され、光導波路遅延線によってパルス周期の
1/N時間づつ遅延時間差をもって光合流回路で合流さ
れるため、パルス光はN多重された変調信号として出力
される。一方、吸収型光変調器を駆動する電気信号の変
調ビットレートは上述の構成によりN多重化前の速度、
すなわち光短パルス発生光源から出力される光パルスの
ビットレートと同一となり、電気信号による帯域制限が
緩和される。さらに本発明においては半導体基板上に一
体形成した光導波路遅延線を用いるため、精密な遅延時
間差を有する光遅延線を容易に実現可能である。また、
半導体光導波路遅延線における欠点である、やや大きい
導波路損に起因するパルス間の出力差を克服するために
各光導波路遅延線間に光増幅器を配置し、出力パルス強
度を均一に調整することが可能となった。また、本発明
においては同一の半絶縁性半導体基板上にマイクロ波遅
延線路を構成可能なため、吸収型光変調器を並列に駆動
する電気信号に要求される遅延時間は当該マイクロ波遅
延線路によってあらかじめ設定可能となり、すべての吸
収型光変調器駆動用信号は光短パルス発生光源の駆動用
電気信号と同一の位相関係でよいため、制御が大幅に簡
略となった。
The present invention having the above construction operates as a time division multiplexed optical signal output device. That is, the optical pulse output from the optical short pulse generating light source is branched into N lines by the optical branch circuit, and the branched pulse light is guided to the optical merging circuit by the optical waveguide delay line passing through the absorption type optical modulator and the optical amplifier, respectively. The branched pulse lights branched into N lines by the optical branch circuit are modulated by the absorption type optical modulator, respectively, and are output by the optical waveguide delay line at a delay time difference of 1 / N time per pulse period. Since they are combined by the optical combining circuit, the pulsed light is output as an N-multiplexed modulated signal. On the other hand, the modulation bit rate of the electric signal for driving the absorption type optical modulator is the speed before N-multiplexing by the above-mentioned configuration,
That is, the bit rate is the same as that of the optical pulse output from the optical short pulse generating light source, and the band limitation by the electric signal is relaxed. Further, in the present invention, since the optical waveguide delay line integrally formed on the semiconductor substrate is used, an optical delay line having a precise delay time difference can be easily realized. Also,
An optical amplifier is placed between each optical waveguide delay line to overcome the disadvantage of the semiconductor optical waveguide delay line, that is, the output difference between pulses caused by a rather large waveguide loss, and the output pulse intensity is adjusted uniformly. Became possible. Further, in the present invention, since the microwave delay line can be formed on the same semi-insulating semiconductor substrate, the delay time required for the electric signal for driving the absorption type optical modulators in parallel depends on the microwave delay line. Since it can be set in advance and all the absorption type optical modulator driving signals have the same phase relationship as the driving electric signals of the optical short pulse generating light source, the control is greatly simplified.

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。図1は本発明による半導体光信号出力装置につ
いての半絶縁性半導体基板における実施例を、光短パル
ス発生光源と光分岐回路、3組の光導波路遅延線、吸収
型光変調器と導波路損調整用光増幅器各3個、光合流回
路、出力用光増幅器、吸収型光変調器のAC給電線であ
る3本のマイクロ波遅延線路、インピーダンス整合用薄
膜抵抗素子とマイクロ波バイパス用コンデンサ素子各3
個からなる半導体モノリシック素子を用いて実現する場
合の構成図であり、図中、10は半絶縁性半導体基板、
11は光短パルス発生光源、12は光分岐回路、13A
〜13Fは光導波路遅延線、14A〜14Cは吸収型光
変調器、15は導波路損調整用光増幅器、16は光合流
回路、17は出力用光増幅器、18A〜18Eは接続用
光導波路、20A,20B,20Cはマイクロ波遅延線
路、21はインピーダンス整合用薄膜抵抗素子、22は
マイクロ波バイパス用コンデンサ素子である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor optical signal output device according to the present invention in a semi-insulating semiconductor substrate, showing an optical short pulse generating light source, an optical branch circuit, three sets of optical waveguide delay lines, an absorption type optical modulator and a waveguide loss. Three adjustment optical amplifiers each, an optical merging circuit, an output optical amplifier, three microwave delay lines that are AC feeding lines of an absorption type optical modulator, an impedance matching thin film resistance element, and a microwave bypass capacitor element. Three
It is a block diagram when it implement | achieves using a semiconductor monolithic element which consists of pieces, 10 is a semi-insulating semiconductor substrate,
11 is an optical short pulse generating light source, 12 is an optical branch circuit, 13A
13A to 13F are optical waveguide delay lines, 14A to 14C are absorption type optical modulators, 15 is a waveguide loss adjusting optical amplifier, 16 is an optical merging circuit, 17 is an output optical amplifier, and 18A to 18E are connection optical waveguides. 20A, 20B and 20C are microwave delay lines, 21 is an impedance matching thin film resistance element, and 22 is a microwave bypass capacitor element.

【0012】図2は、図1に示した本実施例の半導体光
信号出力装置の一実施例で、半導体モノリシック素子を
構成する要素の配置例を示した概念図である。図2にお
いて、111は、図1における光短パルス発生光源11
を示しており、111Aはこの光短パルス発生光源を構
成するDFBレーザの電極、111Bは光短パルスを形
成するための吸収型光変調器の電極、111Cは吸収型
光変調器に駆動信号を給電するためのコプレーナ型マイ
クロ波線路、111Dはインピーダンス整合用薄膜抵抗
素子を構成する薄膜抵抗体、111Eはマイクロ波バイ
パス用コンデンサ素子を構成する絶縁体であり、光短パ
ルスを得るための変調器、及びACマイクロ波のための
整合素子を含む。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of arrangement of elements constituting a semiconductor monolithic element in one embodiment of the semiconductor optical signal output device of this embodiment shown in FIG. In FIG. 2, 111 is the light short pulse generation light source 11 in FIG.
111A is an electrode of a DFB laser which constitutes this light short pulse generation light source, 111B is an electrode of an absorption type optical modulator for forming a short light pulse, and 111C is a drive signal to the absorption type optical modulator. A coplanar microwave line for supplying power, 111D is a thin film resistor that constitutes a thin film resistance element for impedance matching, and 111E is an insulator that constitutes a capacitor element for microwave bypass, and is a modulator for obtaining a short optical pulse. , And a matching element for AC microwave.

【0013】光分岐回路からの三本の光導波路遅延線
は、図1に示す吸収型光変調器14Aに当る吸収型光変
調器の電極114に接続され、この吸収型光変調器の電
極114には、図1に示す遅延線路20Aに当るコプレ
ーナ型マイクロ波遅延線路120A、図1の21に当る
インピーダンス整合用薄膜抵抗素子を構成する薄膜抵抗
体121、及び図1の22に当るマイクロ波バイパス用
コンデンサ素子を構成する絶縁体122が接続される。
また、図1に示す光増幅器15に当る導波路損調整用光
増幅器の電極115が配置され、光導波路遅延線13D
が備えられる。光合流回路は接続用光導波路18Eを介
して図1の17に示す出力用光増幅器の電極117に接
続されることになる。なお、図2の実施例では光短パル
ス発生光源としてDFBレーザと吸収型光変調器の直列
構造を用いたが、光短パルス発生光源としてはこの他、
モードロックレーザ、ゲインスイッチレーザ等、各種の
半導体光短パルス発生光源を用いることが可能である。
The three optical waveguide delay lines from the optical branch circuit are connected to the absorption type optical modulator electrode 114 corresponding to the absorption type optical modulator 14A shown in FIG. 1 is a coplanar microwave delay line 120A corresponding to the delay line 20A shown in FIG. 1, a thin film resistor 121 constituting an impedance matching thin film resistance element corresponding to 21 of FIG. 1, and a microwave bypass corresponding to 22 of FIG. The insulator 122 that constitutes the capacitor element is connected.
Further, the electrode 115 of the optical amplifier for adjusting the waveguide loss corresponding to the optical amplifier 15 shown in FIG. 1 is arranged, and the optical waveguide delay line 13D
Is provided. The optical merging circuit is connected to the electrode 117 of the output optical amplifier shown by 17 in FIG. 1 via the connecting optical waveguide 18E. In the embodiment of FIG. 2, a series structure of a DFB laser and an absorption type optical modulator was used as the light short pulse generation light source, but other than this, as the light short pulse generation light source,
Various semiconductor light short pulse generating light sources such as a mode-lock laser and a gain switch laser can be used.

【0014】次に図1に示した実施例における装置の動
作について図3を用いて説明する。図3は図1の各部に
おける光信号と電気信号のタイミングを説明するための
図である。図中、Tに添え字をつけた記号はそれぞれパ
ルス中央の時刻を、矢印と共に示した記号はパルス間の
時間を、1、0の数字は変調信号を表わす。(a)は光
短パルス発生光源11の駆動のために入力されるfGb
/sの電気信号、(b)、(c)、(d)はそれぞれマ
イクロ波遅延線路20A、20B、20Cに入力される
fGb/sのNRZ電気信号を示し、それぞれの信号は
すべて同一位相の関係にあり、間隔は1/fsである。
(e)、(i)、(m)はそれぞれ光導波路遅延線路1
3A、13B、13C通過後にそれぞれ吸収型光変調器
14A、14B、14Cに入力される光パルス、
(f)、(j)、(n)はマイクロ波遅延線路20A、
20B、20Cの通過後にそれぞれ吸収型光変調器14
A、14B、14Cに入力されるNRZ電気信号、
(g)、(k)、(o)はそれぞれ吸収型光変調器14
A、14B、14Cから出力される光パルス、(h)、
(l)、(p)はそれぞれ光導波路遅延線13D、13
E、13F通過後に光合流回路16に入射される光パル
ス、(q)は出力用光増幅器17を通過して素子から出
力される光パルスを示している。
Next, the operation of the apparatus in the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the timing of the optical signal and the electric signal in each part of FIG. In the figure, the symbol with a suffix to T indicates the time at the center of the pulse, the symbol with an arrow indicates the time between pulses, and the numbers 1 and 0 indicate the modulated signal. (A) is fGb input to drive the light short pulse generating light source 11.
/ S electric signals, (b), (c), and (d) represent fGb / s NRZ electric signals input to the microwave delay lines 20A, 20B, and 20C, respectively, and each signal has the same phase. There is a relationship, and the interval is 1 / fs.
(E), (i), (m) are optical waveguide delay line 1 respectively
Optical pulses input to the absorption type optical modulators 14A, 14B and 14C after passing through 3A, 13B and 13C, respectively.
(F), (j), (n) are microwave delay lines 20A,
After passing through 20B and 20C, the absorption type optical modulator 14
NRZ electrical signal input to A, 14B, 14C,
(G), (k), and (o) are absorption type optical modulators 14, respectively.
Optical pulse output from A, 14B, and 14C, (h),
(L) and (p) are optical waveguide delay lines 13D and 13D, respectively.
E and 13F show the optical pulse that is incident on the optical combining circuit 16, and (q) shows the optical pulse that passes through the output optical amplifier 17 and is output from the element.

【0015】ここにおいて、各吸収型光変調器14A、
14B、14Cにおいて入力される光パルスを正確に変
調するためには光パルスの位相と電気信号の位相が一致
している必要がある。よって各光導波路遅延線13A、
13B、13Cとマイクロ波遅延線路20A、20B、
20Cにおける遅延時間は以下のように決定される。 (1)吸収型光変調器14Aへの入力 (光短パルス発生光源11駆動用電気信号入力から光短
パルスが出射されるまでの遅れ時間)+(接続用光導波
路18Dと光分岐回路12と光導波路遅延線13Aを光
パルスが通過する時間)=(マイクロ波遅延線路20A
をNRZ電気信号が通過する時間)=TA1−TP1 (2)吸収型光変調器14Bへの入力 (光短パルス発生光源11駆動用電気信号入力から光短
パルスが出射されるまでの遅れ時間)+(接続用光導波
路18Dと光分岐回路12と光導波路遅延線13Bを光
パルスが通過する時間)=(マイクロ波遅延線路20B
をNRZ電気信号が通過する時間)=TB1−TP1 (3)吸収型光変調器14Cへの入力 (光短パルス発生光源11駆動用電気信号入力から光短
パルスが出射されるまでの遅れ時間)+(接続用光導波
路18Dと光分岐回路12と光導波路遅延線13Cを光
パルスが通過する時間)=(マイクロ波遅延線路20C
をNRZ電気信号が通過する時間)=TC1−TP1 (4)光パルスの時分割多重を行うための各光導波路遅
延線の遅延時間差 光導波路遅延線13A、13B、13C、13Dにあっ
て、 [(13Bによる遅延時間)+(13Eによる遅延時
間)]−[(13Aによる遅延時間)+(13Dによる
遅延時間)]=[(13Cによる遅延時間)+(13F
による遅延時間)]−[(13Bによる遅延時間)+
(13Eによる遅延時間)]=(TE1−TP1)−
(TD1−TP1)=(TF1−TP1)−(TE1−
TP1)=1/3f (sec) 以上の関係を満たすことにより、光短パルス発生用電気
信号と同一位相の並列電気信号入力による光パルスの時
分割多重動作が可能となる。尚、出力光パルスは光合流
回路16と接続用光導波路18Eの通過による遅延を受
け、(q)に示すタイミングで出力される。ここで各時
刻は、 (TO1−TD1)=(TO2−TE1)=(TO3−
TF1)=(光合流回路16と接続用光導波路18Eを
光パルスが通過する時間)となる。
Here, each absorption type optical modulator 14A,
In order to accurately modulate the optical pulse input at 14B and 14C, the phase of the optical pulse and the phase of the electric signal must match. Therefore, each optical waveguide delay line 13A,
13B and 13C and microwave delay lines 20A and 20B,
The delay time at 20C is determined as follows. (1) Input to absorption type optical modulator 14A (delay time from input of electric signal for driving optical short pulse generation light source 11 to emission of optical short pulse) + (connection optical waveguide 18D and optical branch circuit 12) Time when optical pulse passes through optical waveguide delay line 13A) = (microwave delay line 20A
NRZ electrical signal) = TA1-TP1 (2) Input to absorption optical modulator 14B (delay time from the electrical signal input for driving the optical short pulse generation light source 11 to the emission of the optical short pulse) + (Time when the optical pulse passes through the connecting optical waveguide 18D, the optical branching circuit 12, and the optical waveguide delay line 13B) = (microwave delay line 20B
NRZ electric signal passing time) = TB1-TP1 (3) Input to the absorption type optical modulator 14C (delay time from the electric signal input for driving the optical short pulse generating light source 11 to the emission of the optical short pulse) + (Time for the optical pulse to pass through the connecting optical waveguide 18D, the optical branching circuit 12, and the optical waveguide delay line 13C) = (microwave delay line 20C
(TC) -TC1 (4) The delay time difference between the optical waveguide delay lines for performing the time division multiplexing of the optical pulse. In the optical waveguide delay lines 13A, 13B, 13C and 13D, (Delay time by 13B) + (Delay time by 13E)]-[(Delay time by 13A) + (Delay time by 13D)] = [(Delay time by 13C) + (13F
Delay time)] − [(13B delay time) +
(Delay time due to 13E)] = (TE1-TP1)-
(TD1-TP1) = (TF1-TP1)-(TE1-
TP1) = 1 / 3f (sec) By satisfying the above relationship, the time division multiplexing operation of the optical pulse by the parallel electric signal input having the same phase as the electric signal for generating the optical short pulse becomes possible. The output light pulse is delayed by the passage of the optical merging circuit 16 and the connecting optical waveguide 18E and is output at the timing shown in (q). Here, each time is (TO1-TD1) = (TO2-TE1) = (TO3-
TF1) = (time for the optical pulse to pass through the optical merging circuit 16 and the connecting optical waveguide 18E).

【0016】こうして、半絶縁性半導体基板による本実
施例によれば、同一半導体基板上に光短パルス発生光
源、光分岐回路、吸収型光変調器、光増幅器、光導波路
遅延線、マイクロ波遅延線路、インピーダンス整合用薄
膜抵抗素子、マイクロ波バイパス用コンデンサ素子が高
精度に一体形成されるため、以下に示すような効果を奏
する。 (1)厳密な遅延時間差の制御が要求される部分に一体
形成された光導波路遅延線を用いるため、無調整で高精
度な素子が実現できる。 (2)光変調器駆動用の配線並列高速電気信号の配線が
容易に、かつ低クロストークで可能となった。 (3)吸収型光変調器電極部に直接マイクロ波線路から
の給電が可能となり、これまで吸収型光変調器の動作速
度を制限していた配線用ボンディングパッドによる浮遊
容量が除去された結果、大幅な高速化が可能になった。 (4)吸収型光変調器を並列に駆動する電気信号に要求
される遅延時間はマイクロ波遅延線路によってあらかじ
め設定可能であるため、すべての吸収型光変調器駆動用
信号は光短パルス発生光源の駆動用電気信号と同一の位
相関係とすることが可能となり、制御が大幅に簡略化で
きた。 (5)光ファイバとの接続点が1箇所のみであるため高
効率であり、高精度を要する組み立て箇所が少ない。 (6)通過する光導波路遅延線の長さの差によって生じ
る光吸収損の差を、各光導波路遅延線に挿入した光増幅
器の増幅度を調整することにより打ち消し、出力パルス
強度の均一化が可能となった。
Thus, according to this embodiment using a semi-insulating semiconductor substrate, a light source for generating an optical short pulse, an optical branch circuit, an absorption type optical modulator, an optical amplifier, an optical waveguide delay line, and a microwave delay are provided on the same semiconductor substrate. Since the line, the impedance matching thin-film resistance element, and the microwave bypass capacitor element are integrally formed with high precision, the following effects are achieved. (1) Since the optical waveguide delay line integrally formed in the portion where strict control of the delay time difference is required is used, a highly accurate element can be realized without adjustment. (2) Wiring for driving the optical modulator Parallel high-speed electrical signal wiring can be easily performed with low crosstalk. (3) It is possible to feed power directly from the microwave line to the absorption-type optical modulator electrode section, and as a result of eliminating stray capacitance due to the wiring bonding pad that has limited the operating speed of the absorption-type optical modulator, Significant speedup has become possible. (4) Since the delay time required for the electric signals for driving the absorption type optical modulators in parallel can be set in advance by the microwave delay line, all the absorption type optical modulator driving signals are optical short pulse generation light sources. It is possible to have the same phase relationship as the driving electric signal of, and the control can be greatly simplified. (5) Since there is only one connection point with the optical fiber, the efficiency is high, and there are few assembling points that require high accuracy. (6) The difference in the optical absorption loss caused by the difference in the length of the optical waveguide delay line passing through is canceled by adjusting the amplification degree of the optical amplifier inserted in each optical waveguide delay line, and the output pulse intensity is made uniform. It has become possible.

【0017】以上図1、図2による説明は、半絶縁性半
導体基板に基づき述べたものであるが、半絶縁性以外の
半導体基板においても本発明は成立し、図4に示すよう
なパターンにて半導体光信号出力装置を得ることができ
る。半絶縁性半導体基板もしくは半導体基板に絶縁層を
被着したものについては、マイクロ波回路と光回路とを
直接に集積できたのであるが、それ以外では吸収型光変
調器の動作速度を制限する配線用ボンディングパッドが
必要となるが、電極111F、123の形状については
浮遊容量を極力下げるべく図示の正方形とか円形が好ま
しい。
The above description with reference to FIGS. 1 and 2 is based on the semi-insulating semiconductor substrate, but the present invention can be applied to semiconductor substrates other than the semi-insulating semiconductor substrate, and the pattern as shown in FIG. Thus, a semiconductor optical signal output device can be obtained. Regarding a semi-insulating semiconductor substrate or a semiconductor substrate coated with an insulating layer, the microwave circuit and the optical circuit could be directly integrated, but otherwise the operating speed of the absorption type optical modulator is limited. Although a wiring bonding pad is required, the shape of the electrodes 111F and 123 is preferably the square or circle shown in the figure in order to reduce the stray capacitance as much as possible.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体光
信号出力装置は、半導体時分割多重化光信号出力装置と
して動作し、 (1)厳密な遅延時間差の制御が要求される部分に一体
形成された光導波路遅延線を用いるため、無調整で高精
度な素子が実現できる。 (2)光ファイバとの接続点が1箇所のみであるため高
効率であり、高精度を要する組み立て箇所が少ない。 (3)通過する光導波路遅延線の長さの差によって生じ
る光吸収損の差を、各光導波路遅延線に挿入した光増幅
器の増幅度を調整することにより打ち消し、出力パルス
強度の均一化が可能となった。
As described above, the semiconductor optical signal output device of the present invention operates as a semiconductor time-division multiplexed optical signal output device, and (1) is integrated with a portion requiring strict control of delay time difference. Since the formed optical waveguide delay line is used, a highly accurate element can be realized without adjustment. (2) Since there is only one connection point with the optical fiber, the efficiency is high and the number of assembling points requiring high accuracy is small. (3) The difference in the optical absorption loss caused by the difference in the lengths of the optical waveguide delay lines passing therethrough is canceled by adjusting the amplification degree of the optical amplifier inserted in each optical waveguide delay line, and the output pulse intensity is made uniform. It has become possible.

【0019】更に、半絶縁性半導体基板を用いた場合に
は、次の効果も奏する。 (4)光変調器駆動用の配線並列高速電気信号の配線が
容易に、かつ低クロストークで可能となった。 (5)吸収型光変調器電極部に直接マイクロ波線路から
の給電が可能となり、これまで吸収型光変調器の動作速
度を制限していた配線用ボンディングパッドによる浮遊
容量が除去された結果、大幅な高速化が可能になった。 (6)吸収型光変調器を並列に駆動する電気信号に要求
される遅延時間はマイクロ波遅延線路によってあらかじ
め設定可能であるため、すべての吸収型光変調器駆動用
信号は光短パルス発生光源の駆動用電気信号と同一の位
相関係とすることが可能となり、制御が大幅に簡略化で
きた。
Furthermore, when a semi-insulating semiconductor substrate is used, the following effects are also obtained. (4) Wiring for driving the optical modulator Parallel high-speed electrical signal wiring can be easily performed with low crosstalk. (5) It is possible to feed power directly from the microwave line to the absorption optical modulator electrode section, and as a result of eliminating stray capacitance due to the wiring bonding pad that has previously limited the operation speed of the absorption optical modulator, Significant speedup has become possible. (6) Since the delay time required for the electric signals for driving the absorption type optical modulators in parallel can be set in advance by the microwave delay line, all the absorption type optical modulator driving signals are optical short pulse generation light sources. It is possible to have the same phase relationship as the driving electric signal of, and the control can be greatly simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係る半導体光信号出力装置を
示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a semiconductor optical signal output device according to an embodiment of the invention.

【図2】本発明の実施例に係る半絶縁性の半導体光信号
出力装置の半導体モノリシック素子を構成する要素の配
置パターンを示した概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an arrangement pattern of elements constituting a semiconductor monolithic element of a semi-insulating semiconductor optical signal output device according to an example of the present invention.

【図3】図1の各部における光信号と電気信号のタイミ
ングを説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining timings of an optical signal and an electric signal in each part of FIG.

【図4】本発明の実施例に係る半絶縁性以外の半導体光
信号出力装置の配置パターンを示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an arrangement pattern of a semiconductor optical signal output device other than a semi-insulating type according to an embodiment of the present invention.

【図5】従来提案されている時分割多重化光信号出力装
置の一例を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a conventionally proposed time division multiplexing optical signal output device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光短パルスの入力部 2 光分岐回路 3 光ファイバ遅延線 4 外部変調器素子 5 光ファイバ 6 光合流回路 10 半絶縁性半導体基板 11 光短パルス発生光源 12 光分岐回路 13A〜13F 光導波路遅延線 14A〜14C 吸収型光変調器 15 導波路損調整用光増幅器 16 光合流回路 17は出力用光増幅器 18A〜18E 接続用光導波路 20A〜20C マイクロ波遅延線路 21 インピーダンス整合用薄膜抵抗素子 22 マイクロ波バイパス用コンデンサ素子 111A 光短パルス発生光源を構成するDFBレーザ
の電極 111B 光短パルス発生光源を構成する吸収型光変調
器の電極 111C コプレーナ型マイクロ波線路 111D 薄膜抵抗体 111E 絶縁体 111F 電極 114 吸収型光変調器の電極 115 導波路損調整用光増幅器の電極 117 出力用光増幅器の電極 120A コプレーナ型マイクロ波遅延線路 121 インピーダンス整合用薄膜抵抗素子を構成する
薄膜抵抗体 122 マイクロ波バイパス用コンデンサ素子を構成す
る絶縁体 123 電極
1 Optical Short Pulse Input Section 2 Optical Branch Circuit 3 Optical Fiber Delay Line 4 External Modulator Element 5 Optical Fiber 6 Optical Merging Circuit 10 Semi-Insulating Semiconductor Substrate 11 Optical Short Pulse Generation Light Source 12 Optical Branch Circuit 13A-13F Optical Waveguide Delay Line 14A to 14C Absorption type optical modulator 15 Waveguide loss adjusting optical amplifier 16 Optical merging circuit 17 is an output optical amplifier 18A to 18E Connection optical waveguide 20A to 20C Microwave delay line 21 Impedance matching thin film resistance element 22 Micro Capacitor element for wave bypass 111A Electrode of DFB laser constituting light source for generating short optical pulse 111B Electrode of absorption type optical modulator constituting light source for generating short optical pulse 111C Coplanar microwave line 111D Thin film resistor 111E Insulator 111F Electrode 114 Electrode 115 of absorption type optical modulator For adjusting waveguide loss Insulator 123 electrodes of the thin film resistor 122 microwave bypass capacitor elements constituting the electrode 120A coplanar microwave delay line 121 impedance matching thin film resistance elements of the electrode 117 output optical amplifiers of the amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/18 (72)発明者 吉國 裕三 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication H04B 10/18 (72) Inventor Yuzo Yoshikuni 1-6, Uchiyuki-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph Phone Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光短パルス発生光源と、 この光源からの出力光をN本の光導波路に分岐する光分
岐回路と、 この光分岐回路から導出されて上記光短パルス発生光源
から出力される光パルス周期の1/Nに相当する遅延時
間差を互いに有するよう備えられた長さの異なるN本の
光導波路遅延線と、 このN本の光導波路遅延線上に介在されたN個の吸収型
光変調器及びN個の光増幅器と、 上記N本の光導波路遅延線を1本にまとめて出力する光
合流回路と、 を半導体基板上に集積した半導体光信号出力装置。
1. An optical short pulse generating light source, an optical branching circuit for branching the output light from this light source into N optical waveguides, and an optical branching circuit which is derived from this optical branching circuit and is output from said optical short pulse generating light source. N optical waveguide delay lines having different lengths provided so as to have a delay time difference corresponding to 1 / N of the optical pulse period, and N absorption-type lights interposed on the N optical waveguide delay lines A semiconductor optical signal output device in which a modulator, N optical amplifiers, and an optical merging circuit that collectively outputs the N optical waveguide delay lines are output on a semiconductor substrate.
【請求項2】 請求項1記載の半導体光信号出力装置に
おいて、半導体基板は半絶縁性であり、N個の吸収型光
変調器への電気信号の給電回路として上記半導体基板上
に形成されたN本のマイクロ波遅延線路を有し、しかも
このN本のマイクロ波遅延線路における電気信号の遅延
時間を光短パルス発生光源の駆動信号入力時点から当該
マイクロ波遅延線路が接続される吸収型光変調器に到達
するまでの遅延時間と同一としたことを特徴とする半導
体光信号出力装置。
2. The semiconductor optical signal output device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is semi-insulating, and is formed on the semiconductor substrate as a power supply circuit for supplying electric signals to N absorption type optical modulators. An absorption type optical system having N microwave delay lines, and the delay time of the electric signal in the N microwave delay lines is connected to the microwave delay lines from the time when the driving signal of the optical short pulse generating light source is input. A semiconductor optical signal output device, wherein the delay time before reaching the modulator is the same.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011196693A (en) * 2010-03-17 2011-10-06 Kitasato Institute Optical coherence tomographic system and method for taking tomographic image

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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