JP3577508B2

JP3577508B2 - Integrated optical doubler

Info

Publication number: JP3577508B2
Application number: JP2000342917A
Authority: JP
Inventors: 哲也川西
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002148572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光を高周波信号で変調して、その高周波信号の整数倍の高周波信号で変調したものと等価な光信号を得る光逓倍変調装置に関しており、特に、小型化することによりフィルタと変調器間の距離が小さくできるため高周波信号のオン・オフ時や変調時に応答速度を向上させることのできる集積型光逓倍変調装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】
光を高周波信号で変調するには、光変調器に光搬送波と高周波電気信号を入れて、強度変調、位相変調、等を行なうことが一般に行われている。この方法では、与えられた高周波電気信号以上の周波数を持った側帯波を得る場合、大振幅の高周波電気信号を光変調器に入力し、光変調器の非線形性による高調波成分を取り出していた。一般に大振幅の高い周波数の電気信号を発生させることが困難であることが知られており、増幅器などの電気回路部分が高調波発生の効率を制限していた。このため、これを超える構成が求められていた。
【０００３】
与えられた高周波電気信号以上の周波数を持った側帯波を得る試みとして、これまでに、変調指数を高く取った位相変調の例が報告されている。例えば文献１（小林哲郎、「ドメイン反転外部位相変調器を用いた超短光パルスの発生」、応用物理、第６７巻、第９号（1998）、1056-1060頁）には、LiTaO3の電気光学結晶を導波路とし、その上にストリップ線路共振器をつけた光変調器に16.26ＧＨｚの高周波電気信号を印加し、変調指数が８７ラジアンのとき、そのスペクトル幅が約2.9ＴＨｚになった旨、報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の変調指数を高く取った位相変調の構成では、高い変調指数を得る必要があり、このために、高周波電気信号の振幅を大きくするために、ストリップ線路共振器を変調器の電極として用いており、変調周波数を変えることが困難になっている。また、高周波電気信号を増幅することにより、共振器を変調器の電極として用いることを避け、従って、変調周波数を容易に変える構成とすることは容易に想像されるが、この増幅装置が、高周波電気信号の上限を決めてしまうことは良く知られている。
【０００５】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、上記の文献１に記載された変調指数を高く取った位相変調の構成に比べて、振幅の小さい高周波電気信号でも高次の側帯波を容易に得られる光逓倍変調装置で、特に、小型化することによりフィルタと変調器間の距離が小さくできるため高周波信号のオン・オフ時や変調時に応答速度を向上させることのできる集積型光逓倍変調装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、集積型光逓倍変調装置に関しており、ｎを予め決められた１以上の整数とするとき、予め決められた周波数の光を変調して、その第ｎ次側帯波群を得る構成と、該第ｎ次側帯波群を変調して第ｎ+１次側帯波群を得る構成と、該第ｎ+１次側帯波群の少なくとも一部の側帯波を選択する構成と、その光路は、反射手段によって折り返されている構成と、その変調手段には、次数の異なる側帯波群が入力される構成と、変調を受ける前の上記の予め決められた周波数の光を通過させ、その他の周波数の光については反射する第１の反射手段と、予め決められた１以上の整数であるｎについて、第ｎ+１の側帯波を通過させ、その他の光については反射する第２の反射手段と、を有する構成と、上記の、第１の反射手段と、光変調器と、第２の反射手段とは、同一の基板上に形成され、前記の基板について、第１の反射手段の裏面と、第２の反射手段の裏面とにそれぞれの温度調整装置が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず本発明の原理を図１を用いて、説明する。図１の入力光は単一の周波数ｆ₀を持った光であり、狭帯域フィルタは、周波数ｆ₀の入力光には透過であるが、その周波数から僅かにずれた光は反射する、という特性をもったフィルタである。また、光変調器は、左向きあるいは右向き、どちら向きの光についても変調周波数ｆmの同じ特性で変調することができる光強度変調器である。また、帯域制限フィルタは、ｎ次、例えば３次、の側帯波までは反射するが、それ以外の光には透過である。
【０００８】
以上の構成の時、狭帯域フィルタを通して入力された周波数ｆ₀の光は、変調されて、図１(ｂ)に示す側帯波が生じるが、簡単のため線形の変調が行なわれるものとし、従って、搬送波と第１次両側帯波のみが発生するものとする。この光は、帯域制限フィルタによって、再び光強度変調器を通過し、この際、搬送波と両側帯波とが変調を受け、図１（ｃ）に示すスペクトルとなる。これらの光のうち、搬送波は狭帯域フィルタを通過してしまうので、図１（ｄ）の様に側帯波のみが反射され、さらに変調を受け図１（e）のスペクトルとなる。この変調により、第１次と３次の側帯波が発生するが、図１（ｇ）に示す第３次の側帯波は、帯域制限フィルタを通過し、図１（ｆ）に示す第１次の側帯波は反射される。この様に、帯域制限フィルタからは、第３次の側帯波が出力される。
【０００９】
上記の説明においては光変調器は強度変調器としたが、位相変調器であっても同様の効果が得られることは容易に理解できる。また、本発明の用途に使える変調器としては、共振型の変調器と、進行波型の変調器がある。特に進行波型の変調器においては、両端の電極から、変調信号を入力することによって、どちら向きの光についても同じ特性で変調することができる。
【００１０】
図２は本発明の原理を実証するための実験の構成を示す図である。ファイバグレーティング（ＦＢＧ）１とファイバグレーティング（ＦＢＧ）２での反射により、光変調器に入力光を複数回、通過させ、高次の側帯波を得るものである。レーザ光源は波長1550nm、出力10mWの半導体レーザであり、アイソレータは市販のNewport社製である。また、ファイバグレーティングは市販の3M社製であり、例えば文献２（井上亨、「ファイバーグレーティング技術の開発動向」、C-3-67、2000年電子情報通信学会総合大会、246-247頁）に記載されている。光変調器は、市販の住友大阪セメント社製の進行波型光位相変調器であり、周波数40GHz以下の高周波電気信号入力で動作可能である。この構成で周波数30GHz、出力27.8dBmの変調信号を入力したところ、搬送波から210GHz離れた側帯波を-32dBmの出力で得ることができた。
【００１１】
図３は、本発明の第１の実施形態を示す図である。図４にその断面図（ａ）と平面図（ｂ）を示す。半導体基板１上に形成された狭帯域フィルタと光増幅器を用いた光変調器と帯域制限フィルタとからなっており、この光増幅器を用いた光変調器には、外部から周波数ｆ_mの変調変調信号が印加され、狭帯域フィルタには、周波数ｆ₀の光が入力される。この光は、図１に示したように、多重変調され、ｆ₀±３ｆ_mの光が出力される。この装置の特徴は、その簡単な構造にあるが、十分に増幅することも必要であるので、下記の物に比べて、光変調器のサイズは大きいので、変調についての周波数特性が犠牲になっている。
【００１２】
また、上記の実施形態では、その変調についての周波数特性を犠牲にすることなく、出力光の強度を得られる構成を図５に示す。図５の構成では、半導体基板１上に形成された狭帯域フィルタと電気吸収型光変調器と半導体光増幅器と帯域制限フィルタとからなっており、電気吸収型光変調器には、外部から周波数ｆ_mの変調変調信号が印加され、この変調器によって減衰した光信号を半導体光増幅器が増幅して、その減衰による出力の低下を防止している。
【００１３】
より具体的には、図６にその一部の配置を示す。図６は、同一のＮ型ＩｎＰ半導体基板上に形成された電気吸収型光変調器２０と半導体光増幅器１０とを示している。電気吸収型光変調器２０には、金属電極３と半導体基板１との間に電圧が印加される。印加される電圧極性は、半導体基板１に対して、電極３の電位は正である。印加された電圧は、ＩｎＧａＡｓＰで形成された吸収層２２（厚さ0.4〜0.6ミクロン、バンドギャップ0.84ｅＶ）を挟むＮ型ＩｎＧａＡｓＰ半導体層２１（厚さ0.4〜0.6ミクロン、バンドギャップ0.84ｅＶ）およびＰ型ＩｎＰ半導体層２３を通じて、高抵抗のＩｎＧａＡｓＰ半導体層でつくられた吸収層２２に印加される。この際、吸収層２２を光が通過すると良く知られたフランツ−ケルディッシュ効果が引き起こされ、特定の波長の光については、吸収層２２に印加される電圧に応じて異なる吸収率で吸収される。従って、電極３に印加する電圧を変化させることによって、光の強度を変調することができる。電気吸収型光変調器２０の光路長を１００ミクロン程度にすることによって、変調度を０．２程度にすることは容易である。
【００１４】
ここで変調された光は、半導体光増幅器１０によって増幅される。半導体光増幅器１０は、Ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ半導体層１２（厚さ0.１ミクロン、バンドギャップ0.95ｅＶ）およびＰ型ＩｎＧａＡｓＰ半導体層１３（厚さ0.１ミクロン、バンドギャップ0.8ｅＶ）で構成される量子井戸に電圧を印加することによって、波長1550nmの光の増幅が行なわれるものである。この、半導体光増幅器１０の光路長を６００ミクロン程度にすることによって、１０ｄB程度の利得を得ることは容易である。
【００１５】
図６の電気吸収型光変調器２０と半導体光増幅器１０とは、断面図を図７に示す様に厚さ２ミクロンの感光性ガラス（ゲルマニウムをドープしたＳｉＯ２）９によって覆われる。このガラス層には、シリコン半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィーによりクロムの遮光マスクが形成されている。図７に示す状態でその上方から紫外線を照射することにより、感光性ガラス９には、図８に断面図と平面図を示すように、パターンが形成される。このパターンを上記のＦＢＧの周期とすることによって、図４に示した狭帯域フィルタと帯域制限フィルタとが形成される。また、上記の感光性ガラスの代わりに、通常の低融点ガラスを用いて、それにフォトレジストによるイオン注入マスクを形成してボロン等のイオン注入などによっても、同様の効果を実現することができる。
【００１６】
上記の遮光マスク、あるいはイオン注入マスクは、必ずしも除去する必要はないが、出力の低下を防止するためには、除去することが望ましい。また、この目的で用いる事のできる遮光マスの材料としては、アルミニウム、金、チタンあるいはタングステンなど、また、イオン注入マスクとしては、これらの金属材料の他にシリコン酸化物やアモルファスシリコンやポリシリコン等が既にしられており、これらの材料を用いても上記と同様の形状を実現できることは容易に理解できる。
【００１７】
集積化しない場合の光逓倍変調装置のサイズは、縦、横、高さのサイズはそれぞれ、３００ｍｍ×５００ｍｍ×２０ｍｍであり、光路長から決まる応答特性は、２５．２ｎｓであったが、上記の様に集積化した場合には、そのサイズは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍとなり、その応答時間特性は、ファイバグレーティング（ＦＢＧ）１とファイバグレーティング（ＦＢＧ）２間の距離に反比例するので０．１ｎｓ以下となり、２５０倍以上改善された。
【００１８】
次に、半導体光増幅器１を用いて光変調を行ない、それに加えて、半導体光増幅器２を用いて光信号を増幅して比較的大きな出力光を得る構成を図９に示す。図９の構成では、半導体基板１上に形成された狭帯域フィルタと半導体光増幅器１と半導体光増幅器２と帯域制限フィルタとからなっており、半導体光増幅器１には、外部から周波数ｆ_mの変調変調信号が印加され、この信号にしたがって増幅度が変化することにより、光が変調される。この光信号を半導体光増幅器が増幅して、その減衰による出力の低下を防止している。この構成の利点は、半導体光増幅器を用いて光変調を行なうため、増幅のみに用いる半導体光増幅器と同じ断面構造とすることができ、集積化し易いことである。
【００１９】
より具体的には、図１０に断面図と平面図を示すように、半導体光増幅器１は高周波特性を満たし、また半導体光増幅器２では十分な利得を得ることができるようにするために、半導体光増幅器１は半導体光増幅器２より小さく形成され、特にこの部分を図示すると図１１のようになる。図１０のＦＢＧを形成する方法は、上記の実施形態における図８の場合と同様である。
【００２０】
また、図１２は、光集積回路の温度を制御する構成を示す。半導体基板の背面に設けられたペルチェ冷却器により冷却することで、変調器と光増幅器の発熱による温度変動を安定化させ、ＦＢＧの熱膨張によるフィルタ特性の変動を防止するものである。このような冷却器は、図１３のように、変調器用のものと増幅器用のものとをそれぞれ独立して調整できるようにすることにより、より精度の高い調整ができるようになる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００２２】
この発明では、短い光路の集積型光逓倍変調装置となったため、従来の物に比べて、その応答速度を２５０倍以上に改善することができた。
【００２３】
また、この発明では、簡単な構成で集積型光逓倍変調装置を構成できるようになった。
【００２４】
また、この発明では、簡単な製造プロセスで光変調器と光増幅器とを作り込むことができるようになり、製造コストを低減できるようになった。
【００２５】
さらに、この発明では、高速動作特性が良好な電界吸収光変調器を用いたので、より高い周波数の信号で変調できるようになった。
【００２６】
さらに、この発明では、集積型光逓倍変調装置に用いられる濾波器の周波数特性のドリフトが無くなり、安定に動作するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】集積型光逓倍変調装置の基本原理を示すブロック図である。
【図２】集積型光逓倍変調装置の原理を実証する実験のブロック図である。
【図３】集積型光逓倍変調装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】集積型光逓倍変調装置の第１の実施の形態の断面図（ａ）と平面図（ｂ）を示す模式図である。
【図５】集積型光逓倍変調装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】集積型光逓倍変調装置の第２の実施の形態の一部の構成を示す模式図である。
【図７】ＦＢＧを基板上に形成する場合のフォトマスクの配置を示す模式的断面図である。
【図８】集積型光逓倍変調装置の第２の実施の形態の断面図（ａ）と平面図（ｂ）を示す模式図である。
【図９】集積型光逓倍変調装置の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】集積型光逓倍変調装置の第３の実施の形態の断面図（ａ）と平面図（ｂ）を示す模式図である。
【図１１】集積型光逓倍変調装置の第３の実施の形態の一部の構成を示す模式図である。
【図１２】第１の温度調整器を附加した集積型光逓倍変調装置の模式図である。
【図１３】第２の温度調整器を附加した集積型光逓倍変調装置の模式図である。
【符号の説明】
１半導体基板（ＩｎＰ）
２ＳｉＯ２
３電極
４半絶縁性電流ブロック層
５Ｎ型ＩｎＰ層
６Ｐ型ＩｎＰ層
７狭帯域フィルタ
８帯域正弦フィルタ
９シリコン酸化膜層
１０半導体光増幅器
１１Ｎ型ＩｎＰ層
１２Ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層（バンドギャップ＝0.９５ｅＶ）
１３Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層（バンドギャップ＝0.８０ｅＶ）
１４Ｐ型ＩｎＰ層
１５遮光マスク
１６放熱板
２０電気吸収型光変調器
２１Ｎ型ＩｎＰ層
２２吸収層（ＩｎＧａＡｓＰ層（バンドギャップ＝0.８４ｅＶ））
２３Ｐ型ＩｎＰ層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical multiple modulation device that modulates light with a high-frequency signal and obtains an optical signal equivalent to a signal obtained by modulating the light with an integer multiple of the high-frequency signal. The present invention relates to an integrated optical multiplication modulator capable of improving a response speed at the time of on / off or modulation of a high frequency signal because a distance between a filter and a modulator can be reduced.
[0002]
[Prior art]
In order to modulate light with a high-frequency signal, it is common practice to put an optical carrier and a high-frequency electric signal into an optical modulator and perform intensity modulation, phase modulation, and the like. In this method, when a sideband having a frequency higher than a given high-frequency electric signal is obtained, a high-amplitude high-frequency electric signal is input to the optical modulator, and a harmonic component due to the nonlinearity of the optical modulator is extracted. . It is generally known that it is difficult to generate an electric signal having a large amplitude and a high frequency, and an electric circuit portion such as an amplifier has limited the efficiency of harmonic generation. For this reason, a configuration exceeding this has been required.
[0003]
As an attempt to obtain a sideband having a frequency higher than a given high-frequency electric signal, an example of phase modulation with a high modulation index has been reported. For example, Literature 1 (Tetsuro Kobayashi, "Generation of ultrashort optical pulses using a domain-inverted external phase modulator", Applied Physics, Vol. 67, No. 9 (1998), pp. 1056-1060) states that the electricity of LiTaO3 is A high-frequency electric signal of 16.26 GHz is applied to an optical modulator having an optical crystal as a waveguide and a stripline resonator mounted thereon. When the modulation index is 87 radians, the spectrum width is about 2.9 THz. ,It has been reported.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described phase modulation configuration in which the modulation index is set high, it is necessary to obtain a high modulation index.Therefore, in order to increase the amplitude of the high-frequency electric signal, a stripline resonator is used as an electrode of the modulator. And it is difficult to change the modulation frequency. Also, by amplifying the high-frequency electric signal, it is possible to avoid using the resonator as an electrode of the modulator, and therefore it is easy to imagine a configuration in which the modulation frequency is easily changed. It is well known to determine the upper limit of high frequency electrical signals.
[0005]
The present invention has been proposed in view of the above, and it is possible to easily obtain a high-order sideband even with a high-frequency electric signal having a small amplitude, as compared with the phase modulation configuration having a high modulation index described in Document 1 described above. In particular, an integrated optical doubler that can improve the response speed when turning on / off or modulating a high-frequency signal because the distance between the filter and the modulator can be reduced by miniaturization. It is intended to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present invention relates to an integrated optical multiplication modulator, and when n is an integer equal to or greater than a predetermined one, modulates light having a predetermined frequency to obtain an n-th light. A configuration for obtaining a secondary sideband group, a configuration for modulating the nth sideband group to obtain an (n + 1) th primary sideband group, and a configuration for obtaining at least a part of the sideband waves of the (n + 1) th primary sideband group. The configuration to be selected, the configuration in which the optical path is folded back by the reflection unit, the configuration in which the sideband wave groups having different orders are input to the modulation unit, and the above-mentioned predetermined frequency before receiving the modulation. A first reflecting means for passing light of other frequencies and reflecting light of other frequencies, and passing an (n + 1) -th sideband wave for n which is a predetermined integer of 1 or more, and for other lights. Has a second reflecting means for reflecting light, and the first The reflecting means, the light modulator, and the second reflecting means are formed on the same substrate, and each of the substrates has a back surface of the first reflecting unit and a back surface of the second reflecting unit. A temperature control device is provided.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. The input light in FIG. 1 is light having a single frequency f ₀ , and the narrow-band filter transmits the input light at the frequency f ₀ , but reflects light slightly deviated from that frequency. This is a filter with characteristics. Further, the optical modulator is an optical intensity modulator that can modulate the leftward or rightward light with the same characteristic of the modulation frequency fm. The band-limiting filter reflects up to the nth-order, for example, third-order sideband, but transmits other light.
[0008]
In the above configuration, the light of the frequency f ₀ input through the narrow band filter is modulated to generate the sideband shown in FIG. 1B, but linear modulation is performed for simplicity. , It is assumed that only the carrier wave and the first double-sided band wave are generated. This light passes through the optical intensity modulator again by the band-limiting filter. At this time, the carrier wave and the two-sided band waves are modulated to have a spectrum shown in FIG. Of these lights, the carrier wave passes through the narrow band filter, so that only the sideband wave is reflected as shown in FIG. 1 (d) and further modulated to obtain the spectrum shown in FIG. 1 (e). Due to this modulation, first-order and third-order sidebands are generated. The third-order sideband shown in FIG. 1G passes through the band-limiting filter, and the first-order sideband shown in FIG. Are reflected. As described above, the third-order sideband is output from the band-limiting filter.
[0009]
In the above description, the light modulator is an intensity modulator, but it can be easily understood that the same effect can be obtained even if a phase modulator is used. Modulators that can be used for the present invention include a resonance type modulator and a traveling wave type modulator. In particular, in a traveling-wave modulator, by inputting a modulation signal from the electrodes at both ends, it is possible to modulate light in either direction with the same characteristics.
[0010]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an experiment for verifying the principle of the present invention. The input light is passed through the optical modulator a plurality of times by reflection at the fiber grating (FBG) 1 and the fiber grating (FBG) 2 to obtain a higher-order sideband wave. The laser light source is a semiconductor laser having a wavelength of 1550 nm and an output of 10 mW, and the isolator is commercially available from Newport. The fiber grating is commercially available from 3M, and is described, for example, in Reference 2 (Toru Inoue, "Development Trend of Fiber Grating Technology", C-3-67, IEICE General Conference, 2000, pp. 246-247). Has been described. The optical modulator is a commercially available traveling-wave optical phase modulator manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., and can operate with a high-frequency electric signal input of a frequency of 40 GHz or less. When a modulated signal with a frequency of 30 GHz and an output of 27.8 dBm was input in this configuration, a sideband 210 GHz away from the carrier was obtained with an output of -32 dBm.
[0011]
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a sectional view (a) and a plan view (b). It has become a light modulator and band limiting filter using the narrowband filter and the optical amplifier formed on the semiconductor substrate 1, the optical modulator using the optical amplifier, modulator externally modulated frequency f _m A signal is applied, and light having a frequency f ₀ is input to the narrow band filter. This light, as shown in FIG. 1, are multiplexed modulated light f ₀ ± 3f _m is output. The feature of this device is its simple structure, but it also requires sufficient amplification, so the size of the optical modulator is larger than that of the following, so that the frequency characteristics of the modulation are sacrificed. ing.
[0012]
In the above embodiment, FIG. 5 shows a configuration in which the intensity of output light can be obtained without sacrificing the frequency characteristics of the modulation. In the configuration of FIG. 5, a narrow-band filter, an electro-absorption optical modulator, a semiconductor optical amplifier, and a band-limiting filter formed on the semiconductor substrate 1 are provided. A modulation signal of f _m is applied, and the optical signal attenuated by the modulator is amplified by the semiconductor optical amplifier to prevent a decrease in output due to the attenuation.
[0013]
More specifically, FIG. 6 shows a partial arrangement thereof. FIG. 6 shows an electro-absorption optical modulator 20 and a semiconductor optical amplifier 10 formed on the same N-type InP semiconductor substrate. A voltage is applied between the metal electrode 3 and the semiconductor substrate 1 to the electric absorption type optical modulator 20. The applied voltage polarity is such that the potential of the electrode 3 is positive with respect to the semiconductor substrate 1. The applied voltage is applied to the N-type InGaAsP semiconductor layer 21 (0.4 to 0.6 micron in thickness, band gap 0.84 eV) sandwiching the absorption layer 22 (0.4 to 0.6 micron in thickness, band gap 0.84 eV) formed of InGaAsP and P The voltage is applied to the absorption layer 22 made of a high-resistance InGaAsP semiconductor layer through the type InP semiconductor layer 23. At this time, when light passes through the absorption layer 22, the well-known Franz-Keldysh effect is caused, and light of a specific wavelength is absorbed at different absorption rates according to the voltage applied to the absorption layer 22. . Therefore, the intensity of light can be modulated by changing the voltage applied to the electrode 3. By setting the optical path length of the electric absorption type optical modulator 20 to about 100 microns, it is easy to make the degree of modulation about 0.2.
[0014]
The light modulated here is amplified by the semiconductor optical amplifier 10. The semiconductor optical amplifier 10 has a quantum structure composed of an N-type InGaAsP semiconductor layer 12 (0.1 μm in thickness and a band gap of 0.95 eV) and a P-type InGaAsP semiconductor layer 13 (0.1 μm in thickness and a band gap of 0.8 eV). By applying a voltage to the well, light having a wavelength of 1550 nm is amplified. By setting the optical path length of the semiconductor optical amplifier 10 to about 600 microns, it is easy to obtain a gain of about 10 dB.
[0015]
The electroabsorption optical modulator 20 and the semiconductor optical amplifier 10 shown in FIG. 6 are covered with a photosensitive glass (germanium-doped SiO2) 9 having a thickness of 2 microns as shown in FIG. A chromium light-shielding mask is formed on the glass layer by photolithography used in a silicon semiconductor process. By irradiating ultraviolet rays from above in the state shown in FIG. 7, a pattern is formed on the photosensitive glass 9 as shown in a sectional view and a plan view in FIG. By setting this pattern as the period of the FBG, the narrow band filter and the band limiting filter shown in FIG. 4 are formed. The same effect can be achieved by using an ordinary low melting point glass instead of the above-described photosensitive glass, forming an ion implantation mask of photoresist on the glass, and implanting ions of boron or the like.
[0016]
It is not always necessary to remove the light-shielding mask or the ion implantation mask, but it is desirable to remove the mask in order to prevent a decrease in output. The material of the light-shielding mass that can be used for this purpose is aluminum, gold, titanium or tungsten, and the ion implantation mask is silicon oxide, amorphous silicon, polysilicon or the like in addition to these metal materials. It can be easily understood that the same shape as described above can be realized by using these materials.
[0017]
The size of the optical multiplication modulator in the case of non-integration is 300 mm × 500 mm × 20 mm in height, width and height, respectively , and the response characteristic determined by the optical path length was 25.2 ns. When integrated in such a manner, the size becomes 10 mm × 10 mm × 5 mm, and the response time characteristic is 0.1 ns or less because the response time characteristic is inversely proportional to the distance between the fiber grating (FBG) 1 and the fiber grating (FBG) 2. And improved 250 times or more.
[0018]
Next, FIG. 9 shows a configuration in which optical modulation is performed using the semiconductor optical amplifier 1 and an optical signal is amplified using the semiconductor optical amplifier 2 to obtain relatively large output light. In the configuration of FIG. 9, which consists of a narrow band filter and the semiconductor optical amplifier 1 and the semiconductor optical amplifier 2 and the band limiting filter is formed on the semiconductor substrate 1, the semiconductor optical amplifier 1, an external frequency f _m Modulation A modulation signal is applied, and light is modulated by changing the amplification degree according to the signal. This optical signal is amplified by a semiconductor optical amplifier to prevent a decrease in output due to the attenuation. The advantage of this configuration is that since optical modulation is performed using a semiconductor optical amplifier, the same cross-sectional structure as that of a semiconductor optical amplifier used only for amplification can be obtained, and integration is easy.
[0019]
More specifically, as shown in a cross-sectional view and a plan view in FIG. 10, the semiconductor optical amplifier 1 satisfies the high-frequency characteristics, and the semiconductor optical amplifier 2 obtains a sufficient gain so that a sufficient gain can be obtained. The optical amplifier 1 is formed smaller than the semiconductor optical amplifier 2, and particularly, this portion is shown in FIG. The method of forming the FBG of FIG. 10 is the same as that of FIG. 8 in the above embodiment.
[0020]
FIG. 12 shows a configuration for controlling the temperature of the optical integrated circuit. By cooling with a Peltier cooler provided on the back surface of the semiconductor substrate, temperature fluctuation due to heat generation of the modulator and the optical amplifier is stabilized, and fluctuation of filter characteristics due to thermal expansion of the FBG is prevented. As shown in FIG. 13, such a cooler can adjust the modulator and the amplifier independently of each other, so that more accurate adjustment can be performed.
[0021]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0022]
According to the present invention , since the integrated optical multiplication modulator having a short optical path is used, the response speed can be improved to 250 times or more as compared with the conventional device.
[0023]
Further, according to the present invention , an integrated optical multiplication modulator can be configured with a simple configuration.
[0024]
Further, according to the present invention , the optical modulator and the optical amplifier can be manufactured by a simple manufacturing process, and the manufacturing cost can be reduced.
[0025]
Further, in the present invention , since the electroabsorption optical modulator having good high-speed operation characteristics is used, it is possible to perform modulation with a higher frequency signal.
[0026]
Further, according to the present invention , the drift of the frequency characteristic of the filter used in the integrated type optical multiplication modulator is eliminated, and the device operates stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the basic principle of an integrated optical multiplication modulator.
FIG. 2 is a block diagram of an experiment for demonstrating the principle of an integrated optical multiplication modulator.
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the integrated type optical multiplication modulator.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of the first embodiment of the integrated type optical multiplication modulator.
FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the integrated optical multiplication modulator.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a partial configuration of a second embodiment of the integrated type optical multiplication modulator.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an arrangement of a photomask when an FBG is formed on a substrate.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of a second embodiment of the integrated optical multiplication modulator.
FIG. 9 is a block diagram showing a third embodiment of the integrated type optical multiplication modulator.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of a third embodiment of the integrated optical multiplication modulator.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a part of a third embodiment of the integrated optical multiplication modulator.
FIG. 12 is a schematic diagram of an integrated optical multiplication modulator to which a first temperature controller is added.
FIG. 13 is a schematic diagram of an integrated optical multiplication modulator to which a second temperature controller is added.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor substrate (InP)
2 SiO2
REFERENCE SIGNS LIST 3 electrode 4 semi-insulating current blocking layer 5 N-type InP layer 6 P-type InP layer 7 narrow-band filter 8 band-sine filter 9 silicon oxide film layer 10 semiconductor optical amplifier 11 N-type InP layer 12 N-type InGaAsP layer (band gap = 0.95 eV)
13 P-type InGaAsP layer (band gap = 0.80 eV)
14 P-type InP layer 15 Light-shielding mask 16 Heat sink 20 Electric absorption type optical modulator 21 N-type InP layer 22 Absorption layer (InGaAsP layer (band gap = 0.84 eV))
23 P-type InP layer

Claims

ひとつのＩｎＰ半導体基板上に形成された、（１）ＩｎＧａＡｓの吸収層と該吸収層を挟むＮ型ＩｎＧａＡｓ半導体層とＰ型ＩｎＰ半導体とを備える光変調器と、（２）Ｎ型ＩｎＧａＡｓ半導体層とＰ型ＩｎＧａＡｓ半導体層とをもった光増幅器と、どちらも同じ感光性ガラスあるいは低融点ガラス層に形成された（３）狭帯域フィルタと（４）帯域制限フィルタとを、備える集積型光逓倍変調装置で、
ｎを予め決められた１以上の整数とするとき、（５）予め決められた周波数の光を変調して、その第ｎ次側帯波群を得る構成と、（６）該第ｎ次側帯波群を変調して第ｎ+１次側帯波群を得る構成と、（７）該第ｎ+１次側帯波群の少なくとも一部の側帯波を選択する構成と、（８）その光路は、反射手段によって折り返されている構成と、（９）その変調手段には、次数の異なる側帯波群が入力される構成と、を、備え、
（１０）狭帯域フィルタは、変調を受ける前の上記の予め決められた周波数の光を通過させ、その他の周波数の光については反射する特性を持ち、（１１）帯域制限フィルタは、変調を受ける前の上記の予め決められた周波数の光を反射する特性を持ち、
（１２）上記の狭帯域フィルタと帯域制限フィルタの裏面には、それぞれの温度調整装置が設けられていることを特徴とする集積型光逓倍変調装置。 Formed on one InP semiconductor substrate (1) an optical modulator including an InGaAs absorption layer, an N-type InGaAs semiconductor layer and a P-type InP semiconductor sandwiching the absorption layer, (2) an N-type InGaAs semiconductor layer and a P-type Integrated optical multiplication modulator comprising an optical amplifier having an InGaAs type semiconductor layer and (3) a narrow band filter and (4) a band limiting filter both formed on the same photosensitive glass or low melting point glass layer. so,
When n is a predetermined integer equal to or greater than 1, (5) a configuration in which light having a predetermined frequency is modulated to obtain an n-th sideband group, and (6) the n-th sideband. configuration and obtaining a first n + 1-order sideband group to modulate the group, and structure for selecting (7) said n + 1-order sideband group of at least some of the sideband, (8) the optical path, (9) a configuration in which a sideband wave group having a different order is input to the modulation unit ;
(10) Narrow band filter Passes light of a predetermined frequency before said receiving the modulation, and other have the property of reflecting about light frequency, (11) the band-limiting filter is predetermined before the receiving the modulated With the property of reflecting light of the given frequency,
(12) An integrated optical multiplication modulator , wherein a temperature adjusting device is provided on the back of the narrow band filter and the band limiting filter .