JPH07297491A

JPH07297491A - 光変調器

Info

Publication number: JPH07297491A
Application number: JP9139694A
Authority: JP
Inventors: Yukio Toyoda; 幸雄豊田; Shinichi Wakabayashi; 信一若林; Hitomaro Togo; 仁麿東郷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】光変調器に関するもので、高速光伝送で重要
な変調により生ずるチャーピングを低減し、かつ入力に
対する直線性を良くし低歪を実現し、波長変換をも可能
にする。【構成】出力用ＤＦＢレーザ１１と、光増幅器１２を
一体にすることにより光変調器を構成している。外部で
変調された変調光Ｐinが、まず光増幅器１２へ入射す
る。次に、変調光Ｐinが進行波型光増幅器１２で増幅さ
れた後、出力用のレーザ１１の側面方向からレーザ１１
へ注入する。これにより入力変調光Ｐinに対して出力光
Ｐoutの直線性がよい、低チャープ、低歪の超高速変調
を可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理等
の分野に広く利用される光変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光変調器の従来の技術は直接変調の他
に、屈折率変化を利用したマッハツェンダ干渉型、方向
性結合器型や光吸収の変化を利用した電界吸収型、キャ
リヤ注入型などがある。その代表的な例として電子情報
通信学会技術研究報告Vol.93,No.203 ＯＱＥ93−67
ｐ55（1993）がある。これは電界吸収型半導体外部光変
調器であり図４は素子の構造図、図５はその基本特性で
ある消光比のバイアス電圧依存性を示すものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術代表例
では、図４に示すように吸収層４１をコアとする光導波
路構造であり、ｐ電極４２、ｎ電極４３により吸収層４
１へ電界を印可して吸収量を変化させることにより変調
するものである。

【０００４】導波路伝ぱん後の光出力の消光比は吸収量
に比例する。然るに吸収量は必ずしも電界に比例しない
ため、図５に示すように消光比は印可電圧に比例せず光
出力の電圧に対する直線性が悪い。

【０００５】このため、デジタル変調においては問題無
いがアナログ変調は不可能である。直接変調に比べチャ
ーピングによる線幅は 0.1nm以下に抑えられ、高速応答
性もレーザの直接変調の場合と同等もしくはそれ以上で
あるのでデジタル変調に適している。

【０００６】一方、レーザの直接変調の場合は駆動電流
に対する光出力の直線性は非常に良好でありこの点では
アナログ変調に適しているが、応答性では十分高速であ
るにもかかわらずチャーピングが非常に大きいためファ
イバによる高速伝送を制約している。これは言うまでも
なくファイバに伝ぱん速度の波長分散があるためであ
る。

【０００７】これまで、電界吸収型半導体光変調器を例
に述べてきたが、マッハツェンダ干渉型、方向性結合器
型、キャリア注入型など前述の他の従来技術に基ずく変
調器についても全く同様である。すなわち、従来の光変
調器ではチャーピングは少ないが直線性が悪いためアナ
ログ光信号を得ることが不可能ある上、従来のレーザの
直接変調では直線性が良好であり広帯域アナログ光信号
を容易に得ることができるがチャーピングが大きくファ
イバによるアナログ信号の高速伝送が不可能であり、フ
ァイバによる１ＧＨｚ以上の高帯域アナログ信号の高速
伝送が実現できないという重大な課題が未解決のままで
ある。

【０００８】本発明はかかる重大な課題を解決する手段
を提供するものである。ここで、広帯域アナログ信号の
高速伝送の重要性についての説明を付加する。レンタル
ビデオにかわる超多チャンネルＣＡＴＶサービス、ＨＤ
ＴＶ，テレビ会議さらに将来のテレビ電話や３Ｄテレビ
など高密度画像情報の伝送の必要性が高まり放送と通信
の融合や加入者系光通信サービスが進展することはその
実現時期の点を別とすれば異論をはさむ余地はない。

【０００９】伝送する情報は膨大な量となる。しかる
に、各々の画像情報は高品質化のためデジタル方式が良
いこというまでもなく、また帯域圧縮技術の進展にデジ
タル方式での伝送容量の向上が予想されるが、前述の膨
大な多チャンネル高度画像情報の伝送を実現するために
は、各チャンネルのデジタル信号をアナログ搬送波で重
畳するなどのデジタルとアナログの併用方式が不可欠と
なる。このためには、チャーピングの少ない超広帯域ア
ナログ光信号を得ることができる光変調器が必要であ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するための本発明の手段は以下の通りである。

【００１１】出力用レーザもしくは光増幅器へ変調され
た第２の光を注入することにより出力光を変調するた
め、出力用レーザもしくは光増幅器へ変調光を注入する
ための第２のレーザもしくは光増幅器あるいは結合部を
設ける手段である。

【００１２】出力用レーザもしくは光増幅器への変調光
の注入方向により具体的手段が異なる。すなわち変調光
の注入方向が出力用レーザもしくは光増幅器の導波路方
向に対して直角の場合には、出力用レーザもしくは光増
幅器の横側にその導波路方向を直角にして変調光の注入
用第２のレーザもしくは光増幅器を配置する。

【００１３】また、変調光の注入方向が出力用レーザも
しくは光増幅器の導波路方向と同じ場合には、双方の導
波路を同軸上となるよう配置する。この場合には戻り光
の影響を避けるため両者の間にアイソレータを挿入す
る。また、変調用光源を本変調器の外部に設け、変調器
には変調光の注入用結合部のみを設ける場合についても
変調光の注入用第２のレーザもしくは光増幅器を設ける
場合に準ずる。

【００１４】また、変調光の注入方向が出力用レーザも
しくは光増幅器の導波路方向に対して直角の場合には、
変調効率の改善および高速性の向上のため変調光の注入
用第２の光増幅器としてテーパ状導波路半導体光増幅器
を用いる。

【００１５】さらに、以上述べた本発明の手段において
は変調光を用いて出力光を変調するものであり、特に出
力用に光増幅器を用いる場合あるいは変調光の注入方向
が出力用レーザもしくは光増幅器の導波路方向に直角の
場合には光の波長は出力用レーザもしくは光増幅器の利
得を有する範囲内であれば注入する変調光の波長に全く
依存せず選べるので、波長変換機能がある。

【００１６】本発明はこの波長変換機能をより有効にす
るための手段をも以下のように提供する。出力用レーザ
にＤＦＢレーザあるいは波長可変レーザを用い変調光の
注入は出力レーザの導波路方向に直角にすることであ
る。

【００１７】

【作用】本発明は、光変調器の特性の飛躍的改善を可能
にするものであり、特に重要な高速性、チャーピング、
直線性についてどの特性をも低下させることなく変調を
可能にしまた自由自在に波長を変換することを可能し、
光情報処理分野特に光通信での超大容量高速伝送に有効
に作用する。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例１を図１により説明する。

【００１９】図１は光変調器の構造図である。出力用レ
ーザ１１として分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを用いてお
り、その横にこのレーザの導波路方向に直角の方向から
変調光を注入するためのテーパ状進行波型半導体光増幅
器１２を配置した構造である。

【００２０】レーザ１１と光増幅器１２の活性層および
クラッド層は同時に結晶成長により作製する。活性層は
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ多重量子井戸である。出力用レ
ーザの側面とテーパ状進行波型半導体光増幅器の出射端
面との間は高抵抗ＩｎＰ１３であり、その間隔はレーザ
のモードが光増幅器のそれとの結合によるレーザの光が
漏れないこととレーザと光増幅器間の電気的絶縁を確保
することが決定条件であり２０μｍとしている。

【００２１】図１(a)にはＤＦＢレーザ１１の共振器方
向の断面図もあわせて示している。このようにＤＦＢレ
ーザ１１は、ＩｎＰ基板上に形成された回折格子に、ｎ
クラッド層、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、ｐクラッ
ド層が積層されている。さらに基板にはｎ電極、ｐクラ
ッドにはｐ電極が形成されている。

【００２２】ＤＦＢレーザ１１への注入光は、光増幅器
１２よりＩｎＰ１３中に出射される。そして光増幅器１
２の出射端面より、ＤＦＢレーザ１１の側面を通して、
活性層に注入される光は、ＩｎＰ１３中でほとんど広が
らずに効率良くレーザの活性層に注入できる。変調用注
入光がレーザの活性層に均一に注入されるように光増幅
器の出射端の幅はレーザの共振器長に等しくしている。

【００２３】光増幅器１２のｐ電極、ｎ電極にはバイア
スが印加されている状態で、光増幅器１２の導波路１４
に入射した、変調光Ｐinが通過すると、Ｐinはゲインを
得て増幅される。

【００２４】この光変調器の特性は以下の通りである。
発振波長λ1 の出力用ＤＦＢレーザ１１および光増幅器
１２にそれぞれバイアス電流を印可する。この光変調器
とは別の波長λ2 のＤＦＢレーザを直接変調して得られ
る変調光Ｐinを、外部より光増幅器１２の導波路１４に
入射する。図２は出力用レーザの波長λ1 が１．３０μ
ｍ、光変調器とは別の変調用ＤＦＢレーザの波長λ2 が
１．３１μｍのときの変調用レーザからの入力に対する
出力特性である。

【００２５】図のように非常に直線性が良いのが特徴で
ある。これはＤＦＢレーザ１１の横への注入光による消
衰効果（クェンチング）でレーザ１１の出力が減少し、
その減少量は注入光の強度に比例するためである。変調
用ＤＦＢレーザ（λ2）からの変調光Ｐinは、光増幅器
１２により増幅され、出力用レーザ１１の導波路に横方
向より均一に注入される。この変調光による消衰効果
（クェンチング）により出力用レーザ１１の出力は逆位
相で変調される。この場合、注入光の波長が出力用レー
ザの利得を有する範囲であれば出力用レーザの発振波長
にかかわらず注入光の強度に依存して消衰効果を生ず
る。

【００２６】一方、直接変調された外部のＤＦＢレーザ
（λ2）の変調光は、直線性は良好であるが、チャーピ
ングが大きい。以上のことから、出力用レーザから直線
性が良く、かつ非常に低チャープの増幅変調出力光が得
られる。ここでは、変調用光源としてＤＦＢレーザの例
を述べたが、直線性の良好なファブリペロー（ＦＰ）レ
ーザを用いても同様の結果が得られる。

【００２７】また、出力用ＤＦＢレーザの波長を所定の
波長に設定することや、波長可変レーザを用いて自由に
波長を設定することが可能であり、変調された信号光を
光増幅器に入力すれば、歪やチャーピング特性を劣化さ
せることなく、むしろチャーピングに関しては、大幅に
改善した良好な波長変換ができる。

【００２８】以上の実施例では、変調光の注入手段に出
力用レーザの共振器長に等しい出射端面幅のテーパ状進
行波型半導体光増幅器を用いたので、注入光による消衰
効果がＤＦＢレーザの導波路全域で一様に起こるため、
レーザ内における発振モード光の密度分布の均一化のた
め時間が不要であり、非常に高速動作が達成される。

【００２９】出射端面の幅がレーザの共振器長より短い
場合でも、その比率に応じてこの均一化するための所要
時間が軽減されるため、テーパ状進行波型半導体光増幅
器を用いた方が、通常の半導体光増幅器あるいは直接半
導体レーザを用いる場合より高速性においてすぐれてい
る。

【００３０】通常の半導体光増幅器あるいは直接半導体
レーザを用いる場合には、高速性以外では同様の効果が
あるが、この場合変調光がレーザの導波路の一部にのみ
注入されるため、レーザ内における発振モード光の密度
分布の均一化の時間が必要になり若干高速性に制約され
る。

【００３１】また、本実施例では出力用レーザを用いた
が、出力用光増幅器を用いても同様である。この場合は
光増幅器への出力用入射光は十分強くして光増幅器を完
全に飽和状態にしておく必要がある。

【００３２】さらに、本実施例では出力用レーザの変調
出力をそのまま出力としたが、出力用レーザの導波路の
同軸上に進行波型光増幅器を配置すれば低チャープの大
出力変調光を得ることができる。

【００３３】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
を述べる。図３は第２の実施例の光変調器の構造図であ
る。

【００３４】図のように、出力用進行波型光増幅器３
１、発振波長λ1 の出力用ＤＦＢレーザ３２、発振波長
λ2 の変調用ＤＦＢレーザ３３、光結合器３４、アイソ
レータ３５、３６をそれぞれ配置する。光結合器３４
は、波長λ1 の光を透過し、波長λ2の光を全反射する
ように作製する。この光結合器として通常のビームスプ
リッタや光カップラを用いても良い。各素子間の入射結
合効率が最大になるように位置調整後固定する。

【００３５】次にこの変調器の特性を述べる。発振波長
λ1 の出力用光増幅器３１に適当なバイアス電流を通電
し、出力用ＤＦＢレーザ３２には出力用光増幅器３１が
完全に飽和状態になり利得が１となる出力で定電流駆動
する。

【００３６】変調用ＤＦＢレーザ３３を直接変調して波
長λ2 の変調光を所望の変調度に応じた強度で出力用光
増幅器３１へ後部より入射する。波長λ2 の変調光とは
逆位相の波長λ1 の変調出力光が得られる。光増幅器は
完全に飽和しているため、新たな変調光の注入により消
衰効果（クェンチング）が生じたためである。実施例１
の場合と全く同様に直線性に優れた低チャープの変調光
が得られる。

【００３７】この場合、変調光を導波路の方向に注入し
ているので、実施例１の場合より非常に効率良く変調光
が得られる。また、出力用ＤＦＢレーザ３２によって決
まる出力光の波長は光増幅器の利得の有する範囲内で変
調光の波長とは無関係に自由に選べるので、優れた波長
変換機能を有する。

【００３８】さらに、出力用ＤＦＢレーザに波長可変レ
ーザを用いればこの波長変換機能が向上される。ここで
は、光増幅器を用いているが、これを用いずに出力用Ｄ
ＦＢレーザ３２に直接変調用ＤＦＢレーザ３３より変調
光を注入しても同様の効果があることは明らかである。
ただ、この場合には両方の波長を一致させる必要があ
り、波長変換の機能はない。

【００３９】

【発明の効果】本発明による手段を用いた構造の光変調
器では、従来技術の課題である高速変調時には電気的変
調信号源に対する直線性とチャーピングの低減の両立が
不可能であることを解決し、低歪、低チャープの超高速
アナログ変調が可能となる。

【００４０】これにより、光ファイバによるアナログや
アナログとデジタル併用の大容量超高速光伝送を可能に
する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光変調器の構造図

【図２】本発明の第１の実施例の光変調器の基本特性図

【図３】本発明の第２の実施例の光変調器の構造図

【図４】従来技術による代表例の光変調器の構造図

【図５】従来技術による代表例の光変調器の基本特性図

【符号の説明】

１１出力用分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ１２テーパ状進行波型半導体光増幅器１４テーパ状導波路３１出力用光増幅器３２出力用ＤＦＢレーザ３３変調用ＤＦＢレーザ３４光結合器３５、３６光アイソレータ４１吸収層４２ｐ電極４３ｎ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力用レーザもしくは光増幅器と、前記レ
ーザもしくは光増幅器に変調光を注入するための、第２
のレーザもしくは光増幅器もしくは変調光注入用結合部
とを具備することを特徴とする光変調器。
【請求項２】変調光の注入方向が出力光の出力方向に対
して直角であることを特徴とする請求項１に記載の光変
調器。
【請求項３】第２の光増幅器としてテーパ状導波路半導
体光増幅器であることを特徴する請求項２に記載の光増
幅器。
【請求項４】出力用光増幅器が進行波型光増幅器であ
り、かつ変調光の注入部を前記進行波型光増幅器の出力
端とし当該の変調光の進行方向が出力光の出力方向に対
して逆であることを特徴する請求項１に記載の光変調
器。
【請求項５】出力用光増幅器へ変調光を注入する光路に
アイソレータを挿入することを特徴とする請求項４に記
載の光変調器。
【請求項６】出力用レーザが分布帰還型もしくは波長可
変レーザであり波長変換機能を有することを特徴とする
請求項１に記載の光変調器。
【請求項７】第１のレーザもしくは光増幅器の出力光を
増幅する第３のレーザもしくは光増幅器を具備すること
を特徴とする請求項２に記載の光変調器。