JP2005031571A

JP2005031571A - Pulse voltage generator

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Publication number: JP2005031571A
Application number: JP2003273442A
Authority: JP
Inventors: Akira Oki; 明大木; Atsushi Kanda; 神田　　淳; Yuji Akatsu; 祐史赤津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse voltage generator which instantly switches from a direct current output state to a normal pulse output state without a distorted waveform or drift with a simple construction. <P>SOLUTION: The pulse voltage generator 10 consists of an optical pulse generating part 1 to output an optical pulse signal, an EA type optical modulator 3 connected to the optical pulse generating part 1 and instantly switching between transmission and absorption of the optical pulse signal and a photoelectric converter 7 connected to the EA type optical modulator 3, converting the optical pulse signal passed through the EA type optical modulator 3 into an electric pulse signal and outputting it, wherein a normal pulse signal without the distorted waveform or the drift is instantly outputted in conjunction with open and close of a switch 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、パルス電圧発生器に関し、例えば、情報処理・化学分析・計測・情報通信の分野で利用されるものである。 The present invention relates to a pulse voltage generator, and is used, for example, in the fields of information processing, chemical analysis, measurement, and information communication.

従来、直流出力（無出力を含む）状態からパルス出力状態へ切り替えるパルス電圧発生器（回路）は、電子部品のみによって構成されていた。このパルス電圧発生器に、高速トランジスタや高速ＩＣ等の電子部品を用いることにより、直流出力状態からパルス出力状態への高速切り替えが試みられている。 Conventionally, a pulse voltage generator (circuit) that switches from a direct current output (including no output) state to a pulse output state is configured only by electronic components. Attempts have been made to switch from a DC output state to a pulse output state at high speed by using electronic components such as a high-speed transistor and a high-speed IC for the pulse voltage generator.

そこで、光信号と電子部品とを融合して波形歪みが無く、電位ドリフトも無い高速パルス信号の発生を試みる手法が提案されている（下記特許文献１を参照）。但し、この手法では、光パルス信号を電気パルス信号に変換する機能を有する電子回路が複雑な構成になっていた。 Therefore, a method has been proposed in which an optical signal and an electronic component are fused to try to generate a high-speed pulse signal without waveform distortion and without potential drift (see Patent Document 1 below). However, in this method, an electronic circuit having a function of converting an optical pulse signal into an electric pulse signal has a complicated configuration.

一方、光パルス信号を波形歪みが無く、ドリフトも無い電気パルス信号に高速で変換する簡易な手法としてマイクロストリップ線路に間隙を設け、この間隙に光パルス信号光を照射する手法が提案されている（下記非特許文献１を参照）。この手法では、３０ＧＨｚの高速域までフラットな周波数特性が得られている反面、１０ｄＢ以上の高い損失がある。 On the other hand, as a simple method for converting an optical pulse signal into an electric pulse signal having no waveform distortion and no drift at high speed, a method of providing a gap in the microstrip line and irradiating the gap with the optical pulse signal light has been proposed. (See Non-Patent Document 1 below). In this method, a flat frequency characteristic is obtained up to a high-speed region of 30 GHz, but there is a high loss of 10 dB or more.

特開平７−１４２９７２号公報JP-A-7-142972 堀井康史、堤誠著、「レーザ照射シリコン基板マイクロストリップ線路の伝搬特性」、電子情報通信学会論文誌、Ｃ−Ｉ、Ｖｏｌ．Ｊ７９−Ｃ−Ｉ、Ｎｏ．１０、ｐｐ．３８９−３９５、１９９６年１０月Koji Horii, Makoto Tsutsumi, "Propagation characteristics of laser-irradiated silicon substrate microstrip line", IEICE Transactions, CI, Vol. J79-CI, No. 10, pp. 389-395, October 1996

上述した特許文献１に記載された手法では、光パルス信号を電気パルス信号に変換する電子回路が複雑な構成であるため、小型化および省電力化ならびに低コスト化を図ることが困難であるという問題があった。
また、非特許文献１に記載された手法では、光パルス信号を電気パルス信号に変換する回路における損失が大きく、出力電力が大幅に低下してしまうという問題があると共に、光励起された電子−正孔プラズマがＳｉ基板中の深さ方向に拡散し、この拡散度合いも照射光の強度により異なるため、間隙のインピーダンス制御が極めて難しいという問題があった。 According to the method described in Patent Document 1 described above, an electronic circuit that converts an optical pulse signal into an electric pulse signal has a complicated configuration, so that it is difficult to reduce the size, save power, and reduce the cost. There was a problem.
In addition, the technique described in Non-Patent Document 1 has a problem that a loss in a circuit that converts an optical pulse signal into an electric pulse signal is large, and output power is greatly reduced. Since the hole plasma diffuses in the depth direction in the Si substrate and the degree of diffusion varies depending on the intensity of the irradiation light, there is a problem that impedance control of the gap is extremely difficult.

このようなことから、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡易化および損失の低下を図ることができる構成からなり、応答性を向上させて、直流出力（無出力を含む）状態からパルス出力状態へ瞬時に切り替えることができるパルス電圧発生器を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a configuration that can be simplified and reduced in loss. An object of the present invention is to provide a pulse voltage generator capable of instantaneously switching from a state including an output) to a pulse output state.

前述した課題を解決する第１の発明に係るパルス電圧発生器は、パルス信号電圧を光パルス信号に変換して出力するパルス光源と、該光パルス信号の吸収と透過とを切り替える光変調器と、変調した光パルス信号を電気パルス信号に瞬時に変換して瞬時に出力する光電変換器とからなることを特徴とする。
前記パルス光源から出力された光パルス信号の前記光電変換器への入射が、前記光変調器への電圧供給により光パルス信号の吸収と透過とを瞬時に切り替えられることにより、波形歪みやドリフトの無い電気パルス信号の出力の瞬時の切り替えを実現する。 A pulse voltage generator according to a first invention that solves the above-described problem includes a pulse light source that converts a pulse signal voltage into an optical pulse signal and outputs the optical pulse signal, and an optical modulator that switches between absorption and transmission of the optical pulse signal. And a photoelectric converter that instantaneously converts the modulated optical pulse signal into an electrical pulse signal and outputs the electrical pulse signal instantaneously.
Incidence of the optical pulse signal output from the pulsed light source into the photoelectric converter can be instantaneously switched between absorption and transmission of the optical pulse signal by voltage supply to the optical modulator, thereby reducing waveform distortion and drift. Instantaneous switching of output of no electrical pulse signal is realized.

前述した課題を解決する第２の発明は、第１の発明に係るパルス電圧発生器において、前記光変調器は電界吸収型の光変調器であることを特徴とする。 According to a second invention for solving the above-mentioned problem, in the pulse voltage generator according to the first invention, the optical modulator is an electroabsorption optical modulator.

前述した課題を解決する第３の発明は、第１の発明に係るパルス電圧発生器において、前記光変調器はマッハ−ツェンダー型光干渉系の光変調器であることを特徴とする。 According to a third invention for solving the above-mentioned problem, in the pulse voltage generator according to the first invention, the optical modulator is an optical modulator of a Mach-Zehnder type optical interference system.

前述した課題を解決する第４の発明は、第１乃至第３の何れかの発明に係るパルス電圧発生器において、前記光電変換器は間隙を設けたマイクロストリップ線路であり、該マイクロストリップ線路が半絶縁性ＩｎＰ基板上に形成されると共に該間隙がＩｎＧａＡｓ３元混晶またはＩｎＧａＡｓＰ４元混晶からなり、該間隙に直流電圧を印加し、該間隙に波長１．６μｍよりも短波長の光パルス信号を照射することにより、該光パルス信号を電気パルス信号に瞬時に変換して出力することを特徴とする。 A fourth invention for solving the above-described problem is a pulse voltage generator according to any one of the first to third inventions, wherein the photoelectric converter is a microstrip line having a gap, and the microstrip line is An optical pulse signal which is formed on a semi-insulating InP substrate and the gap is made of InGaAs ternary mixed crystal or InGaAsP quaternary mixed crystal, a DC voltage is applied to the gap, and a wavelength shorter than 1.6 μm is applied to the gap. , The optical pulse signal is instantaneously converted into an electrical pulse signal and output.

前述した課題を解決する第５の発明は、第１乃至第４の何れかの発明に係るパルス電圧発生器において、前記光変調器の電源端子にスイッチを設けて、該スイッチの開閉を切り替えることにより、該光変調器への電源供給を制御できるようにしたことを特徴とする。
この発明に係るパルス電圧発生器によれば、光変調器の電源端子に設けたスイッチの開／閉切り替えをクロック信号や外部のトリガー信号と同期を取って行うことで、任意の信号と同期の取れたパルス信号の瞬時出力が可能となる。 In a pulse voltage generator according to any one of the first to fourth inventions, a fifth invention for solving the above-described problem is to provide a switch at a power supply terminal of the optical modulator and switch the opening and closing of the switch. Thus, the power supply to the optical modulator can be controlled.
According to the pulse voltage generator according to the present invention, the switch provided at the power supply terminal of the optical modulator is opened / closed in synchronization with a clock signal or an external trigger signal, thereby synchronizing with an arbitrary signal. The instantaneous output of the obtained pulse signal becomes possible.

第１の発明に係るパルス電圧発生器によれば、光パルス信号を出力する光パルス発生部と、該光パルス信号の吸収と透過とを切り替える光変調器と、変調した光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換器とからなり、前記パルス光源で直流電圧から変換され、前記光変調器で変調された光パルス信号に応じて前記光電変換器が電気パルス信号を出力することにより、入力された直流電圧が瞬時に電気パルス信号に変換されて出力されるようになり、直流電圧出力状態から瞬時にパルス電圧出力状態に切り替えることができる。そのうえ、パルス電発生器を構成する部品点数が少なくなると共に、回路構成が簡易になるので、パルス電圧発生器自体のコストを低減することができる。 According to the pulse voltage generator of the first invention, an optical pulse generator that outputs an optical pulse signal, an optical modulator that switches between absorption and transmission of the optical pulse signal, and the modulated optical pulse signal as an electrical pulse A photoelectric converter that converts the signal into a signal and outputs the signal, and the photoelectric converter outputs an electric pulse signal according to the light pulse signal that is converted from a DC voltage by the pulse light source and modulated by the light modulator. As a result, the input DC voltage is instantaneously converted into an electrical pulse signal and output, and the DC voltage output state can be instantaneously switched to the pulse voltage output state. In addition, since the number of parts constituting the pulse electricity generator is reduced and the circuit configuration is simplified, the cost of the pulse voltage generator itself can be reduced.

また、第２の発明に係るパルス電圧発生器によれば、第１の発明において、光変調器は電界吸収型の光変調器であることにより、前記光変調器自体が小型であり、パルス電圧発生器を小型化することができる。そのうえ、前記光変調器自体が低電圧で動作するので、パルス電圧発生器の消費電力を低減することができる。 According to the pulse voltage generator of the second invention, in the first invention, since the optical modulator is an electroabsorption optical modulator, the optical modulator itself is small, and the pulse voltage The generator can be miniaturized. In addition, since the optical modulator itself operates at a low voltage, the power consumption of the pulse voltage generator can be reduced.

また、第３の発明に係るパルス電圧発生器によれば、第１の発明において、光変調器はマッハ−ツェンダー型光干渉系の光変調器であることにより、前記光変調器に電圧を印加して発生する電気光学効果は応答時間の速い現象であり、前記光変調器に入射した光パルス信号の吸収／透過を高速に切り替えて出力することができるので、パルス電圧発生器の応答速度の高速化を図ることができる。 According to the pulse voltage generator of the third invention, in the first invention, the optical modulator is a light modulator of a Mach-Zehnder type optical interference system, so that a voltage is applied to the optical modulator. The electro-optic effect generated in this way is a phenomenon with a fast response time, and it is possible to switch and output the absorption / transmission of the optical pulse signal incident on the optical modulator at high speed, so that the response speed of the pulse voltage generator is reduced. The speed can be increased.

また、第４の発明に係るパルス電圧発生器によれば、第１乃至第３の発明において、光電変換器は間隙を設けたマイクロストリップ線路であり、該マイクロストリップ線路が半絶縁性ＩｎＰ基板上に形成されると共に該間隙がＩｎＧａＡｓ３元混晶またはＩｎＧａＡｓＰ４元混晶からなり、該間隙に直流電圧を印加し、該間隙に波長１．６μｍよりも短波長の光パルス信号を照射することにより、光パルス信号を電気パルス信号に瞬時に変換することができ、パルス電圧発生器の応答速度の高速化を図ることができる。そのうえ、間隙を設けたマイクロストリップ線路における損失が小さいので、出力電力の低下を防ぐことができる。 According to the pulse voltage generator of the fourth invention, in the first to third inventions, the photoelectric converter is a microstrip line provided with a gap, and the microstrip line is formed on the semi-insulating InP substrate. And the gap is made of InGaAs ternary mixed crystal or InGaAsP quaternary mixed crystal, a DC voltage is applied to the gap, and an optical pulse signal having a wavelength shorter than 1.6 μm is applied to the gap. The optical pulse signal can be instantaneously converted into an electric pulse signal, and the response speed of the pulse voltage generator can be increased. In addition, since the loss in the microstrip line provided with a gap is small, it is possible to prevent a decrease in output power.

さらに、第５の発明に係るパルス電圧発生器によれば、第１乃至第４の発明において、光変調器の電源端子にスイッチを設けて、該スイッチの開閉を切り替えることにより、該光変調器への電源供給を制御できるようにしたので、前記スイッチを該スイッチや逓倍クロック信号等に同期して切り替えることができると共に、パルス電圧発生器から電気パルス信号を瞬時に且つ高速に出力することができ、極めて高速かつ過渡的な状態の測定や分析に適用することができるようになる。 Further, according to the pulse voltage generator according to the fifth invention, in the first to fourth inventions, a switch is provided at the power supply terminal of the optical modulator, and the switching of the switch is performed, thereby switching the optical modulator. Since it is possible to control the power supply to the switch, the switch can be switched in synchronism with the switch, the multiplied clock signal, etc., and an electric pulse signal can be output instantaneously and at high speed from the pulse voltage generator. It can be applied to measurement and analysis of extremely fast and transient states.

以下に、本発明の一実施形態に係るパルス電圧発生器を、実施例に基づき具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, a pulse voltage generator according to an embodiment of the present invention will be specifically described based on examples. The present invention is not limited to these examples.

図１は、本発明の一実施形態に係るパルス電圧発生器を示す構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係るパルス電圧発生器に用いられる間隙を設けたマイクロストリップ線路の斜視図である。図３は、間隙を設けたマイクロストリップ線路の間隙に照射した光パルス信号の光強度とパルス列の透過係数との関係を示すグラフである。図４は、光パルス信号を照射したときのパルス電圧変動−経過時間特性を示すグラフである。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a pulse voltage generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a microstrip line provided with a gap used in a pulse voltage generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the light intensity of the optical pulse signal irradiated to the gap of the microstrip line having the gap and the transmission coefficient of the pulse train. FIG. 4 is a graph showing pulse voltage fluctuation-elapsed time characteristics when an optical pulse signal is irradiated.

図１に示すように、直流出力（無出力を含む）状態からパルス出力状態へ瞬時に切り替えるパルス電圧発生器１０は、ＬＤ（レーザダイオード）光源（波長１５００ｎｍ）１と通常のパルス発生器からなる光パルス発生部１に接続する光ファイバ２と、該光ファイバ２の他端に接続する電界吸収型光変調器（以下ＥＡ（ＥＡ：Electro-Adsorption））型変調器と略す）３と、該ＥＡ型光変調器３に接続する光ファイバ５と、該光ファイバ５の他端に接続する光電変換器７とからなる。なお、ＥＡ型光変調器３は小型であり、低電圧で動作する。パルス電圧発生器１０の先、つまり、光電変換器７の先に５０オームのロード９が接続される。光電変換器７とロード９との間にバイアスＴ８が介設され、該バイアスＴ８の先に可変電源が接続される。 As shown in FIG. 1, a pulse voltage generator 10 that instantaneously switches from a DC output (including no output) state to a pulse output state includes an LD (laser diode) light source (wavelength 1500 nm) 1 and a normal pulse generator. An optical fiber 2 connected to the optical pulse generator 1, an electroabsorption optical modulator (hereinafter abbreviated as EA (EA: Electro-Adsorption) type modulator) 3 connected to the other end of the optical fiber 2, and It comprises an optical fiber 5 connected to the EA type optical modulator 3 and a photoelectric converter 7 connected to the other end of the optical fiber 5. The EA type optical modulator 3 is small and operates at a low voltage. A 50 ohm load 9 is connected to the tip of the pulse voltage generator 10, that is, the tip of the photoelectric converter 7. A bias T8 is interposed between the photoelectric converter 7 and the load 9, and a variable power source is connected to the tip of the bias T8.

ここで、光パルス発生部１より出力された光パルス列は、光ファイバ２を導波しＥＡ型光変調器３に入射する。ＥＡ型光変調器３では、このパルス列の透過／吸収をスイッチ４の開／閉に応じて行う。スイッチ４が開の場合、光パルス列はＥＡ型光変調器３を透過し、光パルス列は光ファイバ５を導波して光電変換器７に入射する。
ただし、スイッチ４の開／閉は、手動スイッチにより任意に行う場合とクロック信号や外部トリガー信号などの任意の電気信号と同期を取って行う場合とが選択可能になっている。 Here, the optical pulse train output from the optical pulse generator 1 is guided through the optical fiber 2 and enters the EA type optical modulator 3. In the EA type optical modulator 3, transmission / absorption of this pulse train is performed according to opening / closing of the switch 4. When the switch 4 is open, the optical pulse train is transmitted through the EA type optical modulator 3, and the optical pulse train is guided through the optical fiber 5 and enters the photoelectric converter 7.
However, the opening / closing of the switch 4 can be selected between a case where it is arbitrarily performed by a manual switch and a case where it is performed in synchronization with an arbitrary electric signal such as a clock signal or an external trigger signal.

図２に示すように、光電変換器７は、半絶縁性ＩｎＰ基板２１の上に設けられるマイクロストリップ線路２２と、該マイクロストリップ線路２２を二分する間隙２３と、該間隙２３に直流電圧を印加するバイアス端子６とからなる。なお、マイクロストリップ線路２２は、間隙２３に強度１０ｍＷの程度の光（波長１５００ｎｍ）が入射した際に、インピーダンスが５０Ωとなるように設計している。間隙２３は、ＩｎＧａＡｓ３元混晶またはＩｎＧａＡｓＰ４元混晶からなる。これらの混晶は、良好な高周波特性を実現するために光照射により生じた電子−正孔プラズマが、非照射時に短期間で消失するように低温（４５０℃以下）で結晶成長されている。 As shown in FIG. 2, the photoelectric converter 7 includes a microstrip line 22 provided on a semi-insulating InP substrate 21, a gap 23 that bisects the microstrip line 22, and a DC voltage is applied to the gap 23. And a bias terminal 6 to be used. The microstrip line 22 is designed to have an impedance of 50Ω when light having a strength of about 10 mW (wavelength 1500 nm) enters the gap 23. The gap 23 is made of InGaAs ternary mixed crystal or InGaAsP quaternary mixed crystal. These mixed crystals are grown at a low temperature (450 ° C. or lower) so that electron-hole plasma generated by light irradiation disappears in a short period of time when not irradiated to realize good high-frequency characteristics.

このバイアス端子６に５Ｖの直流バイアスを印加する。通常、間隙２３のインピーダンスは極めて高いため、この間隙２３を電気は導電しない。間隙２３のＩｎＧａＡｓ３元混晶またはＩｎＧａＡｓＰ４元混晶の吸収端波長は１．６μｍ（１６００ｎｍ）である。この間隙２３に波長１．５μｍ（１５００ｎｍ）の光パルス信号２４を照射すると、光吸収により間隙２３に電子−正孔プラズマが瞬時に形成され、印加された電圧（以下印加電圧と略す）が間隙２３を導電してロード９（図１参照）に出力する。このとき、光パルス信号の照射に応じて印加電圧が瞬時に出力するので、光パルス信号２４が電気パルス信号に変換されて出力することとなる。 A DC bias of 5 V is applied to the bias terminal 6. Usually, since the impedance of the gap 23 is extremely high, electricity is not conducted through the gap 23. The absorption edge wavelength of the InGaAs ternary mixed crystal or InGaAsP quaternary mixed crystal in the gap 23 is 1.6 μm (1600 nm). When this gap 23 is irradiated with a light pulse signal 24 having a wavelength of 1.5 μm (1500 nm), electron-hole plasma is instantaneously formed in the gap 23 due to light absorption, and an applied voltage (hereinafter abbreviated as applied voltage) is the gap. 23 is conducted and output to the load 9 (see FIG. 1). At this time, since the applied voltage is instantaneously output according to the irradiation of the optical pulse signal, the optical pulse signal 24 is converted into an electrical pulse signal and output.

この際、波長１．５μｍの光パルスはＩｎＰ基板に吸収されず即ち透過し、且つ電子−正孔プラズマはＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとの間のバンドオフセットによりＩｎＰ基板側に拡散できず、表面のＩｎＧａＡｓＰ層のみに形成される。そのため、照射光強度により間隙２３のインピーダンスを精密に制御できると共に、プラズマ形成層と金属配線層との形状を同等に形成することができ、極めて低損失なマイクロストリップ線路２を得ることができる。
なお、間隙２３は５〜１００μｍであり、この間隙２３に応じてマイクロストリップ線路２２の幅を２０〜１５０μｍ、その厚さを１〜２０μｍに形成し、間隙２３の透過係数およびインピーダンスを入射光強度により調整できる。 At this time, the light pulse having a wavelength of 1.5 μm is not absorbed by the InP substrate, that is, transmitted, and the electron-hole plasma cannot be diffused to the InP substrate side due to the band offset between InP and InGaAsP. Only formed. Therefore, the impedance of the gap 23 can be precisely controlled by the irradiation light intensity, the shapes of the plasma forming layer and the metal wiring layer can be formed to be equal, and the microstrip line 2 with extremely low loss can be obtained.
The gap 23 is 5 to 100 μm. The width of the microstrip line 22 is 20 to 150 μm and the thickness is 1 to 20 μm according to the gap 23, and the transmission coefficient and impedance of the gap 23 are set to the incident light intensity. Can be adjusted.

光パルス発生部１に入力された１Ｇｂｐｓの電圧パルス列は、光パルス列に変換され、光ファイバ２を導波してＥＡ型変調器３へ入射する。このとき、入射光のパルス高は２０ｍＷである。 The 1 Gbps voltage pulse train input to the optical pulse generator 1 is converted into an optical pulse train, guided through the optical fiber 2 and incident on the EA modulator 3. At this time, the pulse height of the incident light is 20 mW.

ここで、パルス電圧発生器１０の出力スイッチを開状態、即ちパルス電圧発生器１０からパルス電圧を発生させないようにしたときの回路動作について、以下に説明する。
スイッチ４を閉（導通）状態にし、ＥＡ型変調器３に吸収電位（−５Ｖ）を供給して、該ＥＡ型変調器３に入射したパルス光を吸収し、光ファイバ５を経由して光電変換器７に入射するパルス光の高さは０．０１ｍＷと極めて小さい。そのため、パルス光が照射されていない状態と同等と見なせる。
図３に示すように、０．０１ｍＷのパルス光（図３の破線）に対するパルス列の透過係数Ｓ₂₁は−３５ｄＢであるので、間隙２３を透過するパルス電位は−２ｍＶ以下である。このパルス電位は非常に小さいので、０Ｖの直流出力と同等に見なすことができる。よって、パルス電圧発生器１０に直流電圧を供給しても、該パルス電圧発生器１０からパルス電圧は発生しない。 Here, the circuit operation when the output switch of the pulse voltage generator 10 is in the open state, that is, when the pulse voltage generator 10 is prevented from generating the pulse voltage will be described below.
The switch 4 is closed (conductive), an absorption potential (−5 V) is supplied to the EA type modulator 3, the pulsed light incident on the EA type modulator 3 is absorbed, and the optical signal is transmitted via the optical fiber 5. The height of the pulsed light incident on the converter 7 is as extremely small as 0.01 mW. Therefore, it can be regarded as equivalent to a state where no pulsed light is irradiated.
As shown in FIG. 3, the pulsed light of 0.01mW transmission coefficient of the pulse train for (broken line in FIG. 3) S ₂₁ it is because it is -35 dB, pulse electric potential which passes through the gap 23 is less than -2 mV. Since this pulse potential is very small, it can be regarded as equivalent to a DC output of 0V. Therefore, even if a DC voltage is supplied to the pulse voltage generator 10, no pulse voltage is generated from the pulse voltage generator 10.

また、パルス電圧発生器１０の出力スイッチを閉状態、即ちパルス電圧発生器１０からパルス電圧を発生させるようにしたときの回路動作について、以下に説明する。
スイッチ４を開状態にすることにより、ＥＡ型変調器３に入射した光パルスのほとんどはそのまま透過し、光ファイバ５を経由して光電変換器７に入射する。具体的には、マイクロストリップ線路７の間隙２３に入射する。このパルス光の高さは１０ｍＷである。
図３に示すように、１０ｍＷのパルス光（図３の実線）に対するパルス列の透過係数Ｓ₂₁は−４ｄＢとなるので、マイクロストリップ線路７の先に接続する５０Ωロード９におよそ０．２Ｗ（３．２Ｖ、６４ｍＡ）のパルス電力が供給される。
ここで、ＥＡ型光変調器３は印加電圧のＯＮ／ＯＦＦに極めて短時間で吸収／透過の応答を行うと共に、光電変換器７も入射パルス光に対して高速（おおよそ２０ｐｓｅｃ（ピコ秒））に応答するので、スイッチ４を開、即ちパルス電圧発生器１０の出力スイッチが閉状態になることに連動して瞬時に波形歪みの無いパルス電圧が発生する。
なお、端子６の印加電圧を調整することにより、このパルス電力の出力電圧を容易に調整することができる。 A circuit operation when the output switch of the pulse voltage generator 10 is closed, that is, when a pulse voltage is generated from the pulse voltage generator 10, will be described below.
By opening the switch 4, most of the light pulse incident on the EA modulator 3 is transmitted as it is, and enters the photoelectric converter 7 via the optical fiber 5. Specifically, the light enters the gap 23 of the microstrip line 7. The height of this pulsed light is 10 mW.
As shown in FIG. 3, since the transmission coefficient S ₂₁ of the pulse train for 10 mW pulsed light (solid line in FIG. 3) is −4 dB, about 0.2 W (3%) is applied to the 50Ω load 9 connected to the tip of the microstrip line 7. .2V, 64 mA) pulse power is supplied.
Here, the EA type optical modulator 3 responds to the ON / OFF of the applied voltage in an extremely short time, and the photoelectric converter 7 is also high-speed (approximately 20 psec (picosecond)) with respect to the incident pulse light. Therefore, a pulse voltage without waveform distortion is instantaneously generated in conjunction with opening of the switch 4, that is, when the output switch of the pulse voltage generator 10 is closed.
Note that the output voltage of the pulse power can be easily adjusted by adjusting the voltage applied to the terminal 6.

ＥＡ型変調器３の電源端子に介設したスイッチ４により、光パルス発生部１に印加するパルス信号に同期したクロック信号あるいは逓倍クロック信号を可変遅延線を介してスイッチ４に接続し、その切り替えを行い、同時に逓倍クロック信号で外部の測定器等を同期させることによって、パルスパターンの最初のビット出力に同期した測定等を容易に実施することができる。
マイクロストリップ線路７とロード９との間にバイアスＴ８を介して任意の直流電圧を与えることにより、任意の直流出力状態からパルス出力状態へ切り替えることができる。 A switch 4 provided at the power supply terminal of the EA type modulator 3 connects a clock signal or a multiplied clock signal synchronized with a pulse signal applied to the optical pulse generator 1 to the switch 4 via a variable delay line, and switches between them. At the same time, by synchronizing an external measuring instrument or the like with the multiplied clock signal, measurement or the like synchronized with the first bit output of the pulse pattern can be easily performed.
By applying an arbitrary DC voltage via the bias T8 between the microstrip line 7 and the load 9, it is possible to switch from an arbitrary DC output state to a pulse output state.

図４に、パルス出力スイッチを閉（図１のスイッチ４を開）にした瞬間からのパルス電圧出力特性を示す。横軸にパルス出力スイッチを閉にした瞬間からの経過時間、縦軸に５０オームのロード９の両端で測定したパルス電圧を示す。ここで、実線は本発明の一実施形態に係るパルス電圧発生器１０におけるパルス出力特性を、破線は従来のパルス電圧発生器におけるパルス出力特性を示す。
なお、ここで発生したパルス列は、１Ｇｂ／ｓ−ＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）信号のパルス列である。 FIG. 4 shows the pulse voltage output characteristics from the moment when the pulse output switch is closed (switch 4 in FIG. 1 is opened). The elapsed time from the moment when the pulse output switch is closed is shown on the horizontal axis, and the pulse voltage measured at both ends of the 50 ohm load 9 is shown on the vertical axis. Here, the solid line indicates the pulse output characteristic in the pulse voltage generator 10 according to the embodiment of the present invention, and the broken line indicates the pulse output characteristic in the conventional pulse voltage generator.
The pulse train generated here is a pulse train of a 1 Gb / s-NRZ (Non-Return-to-Zero) signal.

図４において、実線と破線とを比較して判るように、本発明に係るパルス電圧発生器１０ではパルス出力スイッチの閉（図１のスイッチ４が開状態）に連動して歪みや振幅低下の無い安定した電圧パルスが瞬時に出力される。
なお、本実施例では、１Ｇｂｐｓのパルス列を用いて説明したが、ビットレート（伝送速度）１０Ｇｂｐｓあるいは４０Ｇｂｐｓのパルス列においても、上記実施例１と同様の効果があることを確認した。 In FIG. 4, as can be seen by comparing the solid line and the broken line, in the pulse voltage generator 10 according to the present invention, distortion and amplitude reduction occur in conjunction with the closing of the pulse output switch (switch 4 in FIG. 1 is open). No stable voltage pulse is output instantaneously.
In this embodiment, a 1 Gbps pulse train has been described. However, it has been confirmed that the same effect as that of the first embodiment is also obtained in a pulse train having a bit rate (transmission speed) of 10 Gbps or 40 Gbps.

実施例１において用いたＥＡ型変調器３をマッハ−ツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）型光干渉系の光変調器（以下ＭＺ型光変調器と略す）に置き換えたものである。スイッチ４を通じて印加する電圧を半波長電圧にすることでも、実施例１と同様な作用効果を得られることを確認している。
ＭＺ型光変調器に電圧を印加して発生する電気光学効果は応答時間の速い現象であるので、ＭＺ型光変調器に入射した光パルス信号の吸収／透過の切り替えをより高速に行うことができる。よって、パルス電圧発生器の応答速度の向上が可能となる。 The EA type modulator 3 used in the first embodiment is replaced with an optical modulator of a Mach-Zehnder (MZ: Mach-Zehnder) type optical interference system (hereinafter abbreviated as an MZ type optical modulator). It has been confirmed that the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained by setting the voltage applied through the switch 4 to a half-wave voltage.
Since the electro-optic effect generated by applying a voltage to the MZ type optical modulator is a phenomenon with a fast response time, it is possible to switch the absorption / transmission of the optical pulse signal incident on the MZ type optical modulator at a higher speed. it can. Therefore, the response speed of the pulse voltage generator can be improved.

本発明の一実施形態に係るパルス電圧発生器を示す構成図である。It is a block diagram which shows the pulse voltage generator which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るパルス電圧発生器に用いられる間隙を設けたマイクロストリップ線路の斜視図である。It is a perspective view of the microstrip line | wire which provided the gap | interval used for the pulse voltage generator which concerns on one Embodiment of this invention. 間隙を設けたマイクロストリップ線路の間隙に照射した光パルスの光強度とパルス列の透過係数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the light intensity of the optical pulse irradiated to the gap | interval of the microstrip line | wire which provided the gap | interval, and the transmission coefficient of a pulse train. 光パルス信号を照射したときのパルス電圧変動−経過時間特性を示すグラフである。It is a graph which shows the pulse voltage fluctuation-elapsed time characteristic when an optical pulse signal is irradiated.

符号の説明Explanation of symbols

１光パルス発生部
２、５光ファイバ
３ＥＡ型変調器
４スイッチ
６バイアス端子
７光電変換器
８バイアスＴ
９ロード
１０パルス電圧発生器
２１半絶縁性ＩｎＰ基板
２２マイクロストリップ線路
２３間隙
２４光パルス信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical pulse generation part 2, 5 Optical fiber 3 EA type modulator 4 Switch 6 Bias terminal 7 Photoelectric converter 8 Bias T
9 Load 10 Pulse voltage generator 21 Semi-insulating InP substrate 22 Microstrip line 23 Gap 24 Optical pulse signal

Claims

パルス信号電圧を光パルス信号に変換して出力するパルス光源と、該光パルス信号の吸収と透過とを切り替える光変調器と、変調した光パルス信号を電気パルス信号に瞬時に変換して出力する光電変換器とからなることを特徴とするパルス電圧発生器。 A pulse light source that converts a pulse signal voltage into an optical pulse signal and outputs it, an optical modulator that switches between absorption and transmission of the optical pulse signal, and instantaneously converts the modulated optical pulse signal into an electrical pulse signal and outputs it A pulse voltage generator comprising a photoelectric converter.

請求項１に記載のパルス電圧発生器において、
前記光変調器は電界吸収型の光変調器であることを特徴とするパルス電圧発生器。 The pulse voltage generator according to claim 1, wherein
The pulse voltage generator, wherein the optical modulator is an electroabsorption optical modulator.

請求項１に記載のパルス電圧発生器において、
前記光変調器はマッハ−ツェンダー型光干渉系の光変調器であることを特徴とするパルス電圧発生器。 The pulse voltage generator according to claim 1, wherein
The pulse voltage generator, wherein the optical modulator is a Mach-Zehnder type optical interference optical modulator.

請求項１乃至３の何れかに記載のパルス電圧発生器において、
前記光電変換器は間隙を設けたマイクロストリップ線路であり、該マイクロストリップ線路が半絶縁性ＩｎＰ基板上に形成されると共に前記間隙がＩｎＧａＡｓ３元混晶またはＩｎＧａＡｓＰ４元混晶からなり、前記間隙に直流電圧を印加し、前記間隙に波長１．６μｍよりも短波長の光パルス信号を照射することにより、該光パルス信号を電気パルス信号に瞬時に変換して出力することを特徴とするパルス電圧発生器。 The pulse voltage generator according to any one of claims 1 to 3,
The photoelectric converter is a microstrip line having a gap. The microstrip line is formed on a semi-insulating InP substrate, and the gap is made of an InGaAs ternary mixed crystal or an InGaAsP quaternary mixed crystal. Pulse voltage generation characterized by applying a voltage and irradiating the gap with an optical pulse signal having a wavelength shorter than 1.6 μm to instantaneously convert the optical pulse signal into an electrical pulse signal and output it. vessel.

請求項１乃至４の何れかに記載のパルス電圧発生器において、
前記光変調器の電源端子にスイッチを設けて、該スイッチの開閉を切り替えることにより、前記光変調器への電源供給を制御できるようにしたことを特徴とするパルス電圧発生器。
The pulse voltage generator according to any one of claims 1 to 4,
A pulse voltage generator, characterized in that a power supply terminal of the optical modulator is provided with a switch, and the power supply to the optical modulator can be controlled by switching the opening and closing of the switch.