JP5729303B2 - 光変調器モジュール及び光信号の変調方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、実施の形態1にかかる、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュールである、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100の構成図である。以下、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100の構成について説明する。図1に示すように、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100は、ディジタル分割電極構造光変調器1及び2つの集積回路2aにより構成される。
実施例1は、実施の形態1にかかるディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100についての動作検証例である。
次に、実施の形態2にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール200について説明する。図3は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール200の構造図である。図3に示すように、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール200は、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100における集積回路2aを、集積回路2cに置き換えたものである。集積回路2cは、集積回路2aと比べて、駆動したい導波路型光位相変調器領域を2(m−1)段ずつ選択できるように、ディジタル入力信号の入力インターフェースが変更されている。
実施例2は、実施の形態2にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール200についての動作検証例である。実施例2におけるディジタル分割電極構造光変調器1及び個別駆動回路21の構成は、前述の実施例1と同様である。
次に、実施の形態3にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300について説明する。図4は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300の構造図である。図4に示すように、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300は、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100における集積回路2aを、集積回路2dに置き換えたものである。
実施例3は、実施の形態3にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300についての動作検証例である。本実施例に係るディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300は、基幹系光ファイバ通信システムへの実用化が進められつつある(差動)直交位相偏移変調((D)QPSK)、直交周波数分割多重方式(OFDM)や直交振幅変調方式(QAM)のような多値光変調において、多値光変調(シンボル)に1対1で対応する複素光振幅を、ディジタル入力信号から生成する機能を有するものである。
実施例4は、実施の形態3にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュールを、ディジタル分割電極構造半導体直交多値光変調器とCMOS−ICにて動作検証したものである。図5は、本実施例に係るディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール301の構成図である。ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール301は、図5に示すように、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300におけるディジタル分割電極構造光変調器1を、ディジタル分割電極構造光変調器6に置き換えた。また、2つの集積回路を、4つの演算回路5に置き換えた。この演算回路5は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール300と、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール301と、で共通である。
次に、実施の形態4にかかるディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール400について説明する。図6は、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール400の構造図である。図6に示すように、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール400は、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100におけるディジタル分割電極構造光変調器1及び集積回路2aを、ディジタル分割電極構造光変調器7及び集積回路2eに置き換えたものである。
実施例5は、実施の形態4にかかるディジタル分割電極構造多値光変調器モジュールを、ディジタル分割電極構造半導体多値光変調器とCMOS−ICにて動作検証したものである。実施例5では、図6に示すディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール400において、ディジタル分割電極構造半導体多値光変調器の導波路型光移相変調器領域の長さを、入力側からそれぞれ100μm、200μ、400μmと、単位長さ100μmの2のべき乗倍の長さの組み合わせとしたものである。これにより、実施例1または実施例2と比較して、個別駆動回路21の数を7個から3個へ削減できた。よって、駆動信号配線3の数と終端器22の数も、同様に7個から3個へ削減できた。そのため、実施例2におけるような、各個別駆動回路のデータ入力前段に設けられていたファンアウトは省くことができた。また、積層構造については、多重量子井戸構造の波長組成を変えることにより、遷移波長を1430nmとした。これらの工夫により、集積回路2eのチップサイズは、実施例2の集積回路2cと比べて1/2に抑えることができた。
次に、実施の形態5にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール500について説明する。図7は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール500の構造図である。図7に示すように、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール500は、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100における集積回路2aを、集積回路2fに置き換えたものである。その他の構成は、ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール100と同様であるので説明を省略する。
実施例6は、実施の形態5にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュールを、ディジタル分割電極構造半導体多値光変調器とCMOS−ICにて動作検証したものである。実施例6では、図7に示すディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール500において、移相回路(伝送線路27)がCMOS−IC上にモノリシック集積されたマイクロストリップ線路で構成されている。なお、移相回路を成す伝送線路としては、マイクロストリップ線路以外にも、コプレーナ導波路等のマイクロ波回路で広く用いられている伝送線路であれば適用可能である。伝送線路27には、それぞれの個別駆動回路21に適切な遅延時間でクロック信号を与えられるよう、入力端から伝送線路27へ励振されたクロック信号がこの遅延時間に到着する位置に、高入力インピーダンスのバッファ回路29がシャント接続されている。なお、このバッファ回路29には、電圧可変位相補間器(図示せず)が内蔵されており、この移相量を電気的に制御できる。
次に、実施の形態6にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール600について説明する。図8は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール500の個別駆動回路21の構造を示す構造図である。この個別駆動回路21は、図8に示すように、出力段がm(mは、3以上の整数)個の微小駆動回路FF1〜FFmに分割され、微小駆動回路FF1〜FFmの出力電圧振幅を合成(加算)できる構成を有する。これにより、見かけ上、個別駆動回路21の変調電圧振幅を多値化することができる。
実施例7は、実施の形態6にかかるディジタル分割電極構造多値光変調器モジュールを、ディジタル分割電極構造半導体多値光変調器とCMOS−ICにて動作検証したものである。実施例7では、各個別駆動回路21のD−フリップフロップ回路の出力に、7個の定電流源および7個の電流スイッチ回路を接続されている。また、これら7個の定電流源にはそれぞれ独立の振幅設定用D/Aコンバータ(図示せず)が接続され、外部からのディジタル信号で制御できる機能を備える。
次に、実施の形態7にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール700について説明する。図9は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール700の構造を示す構造図である。ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール700は、実施例4にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール301のディジタル分割電極構造光変調器6を、ディジタル分割電極構造光変調器6bに置き換えた構成を有する。ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール700のその他の構成は、ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール301と同様であるので、説明を省略する。
実施例8は、実施の形態7にかかるディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール700を、2系統のディジタル分割電極構造半導体多値光変調器(Iチャネル用、Qチャネル用)と光移相器、光合分波器からなる光直交変調器、ならびにCMOS−ICにて動作検証したものである。実施例8では、Iチャンネル/Qチャンネルそれぞれに与える32Gb/sの変調データを、ディジタル信号処理によってそれぞれ2kHz,3kHzの変調成分が重畳されるようにプリコーディングした。Iチャンネル/Qチャンネルそれぞれの変調光信号は互いに90度の位相差を設けるための光移相器を介して2入力2出力の光合波器で合成される。ここから出力される2本の変調光出力信号のうち、一方はモジュール外部へ光ファイバ(図示せず)を介して出力される。もう一方は、変調光信号の光強度ならびにI/Q両チャンネル間の直交状態を監視するため、受光手段(図示せず)へ接続されている。この受光手段は、光信号を電気信号変換し、上述の2kHz、3kHzの低周波重畳成分の差周波(1kHz)成分を抽出する帯域通過フィルタを備えている。なお、この帯域通過フィルタは、アナログ電気回路で構成しても良いし、ディジタルフィルタでも良い。この差周波成分が極小となるように光移相器へ印加する電圧を制御することにより、I/Q両チャンネル間の位相差を90±0.1度以内と、両チャンネル間の干渉が実用上無視できる程度の理想的な直交状態を保つことができた。なお、変調光信号成分に含まれる5kHzの和周波成分を監視対象としても、基本的に全く同じ制御を実現できることは言うまでもない。また、例えば本ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュールを2台用いて2偏波直交合成を行うにあたっては、2台目のディジタル分割電極構造多値光変調器モジュールのIチャンネル/Qチャンネルに重畳する低周波成分の周波数をたとえば6kHz、10kHzとすればよい。これにより、差周波が4kHz、和周波が16kHzとなって、1台目と2台目の全低周波成分が互いに重複しなくなる。そのため、1台目と2台目それぞれのI/Q直交状態の監視が容易になる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、導波路型光位相変調器の設置数は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、任意の数とすることができる。
2a〜2f 集積回路
3 駆動信号配線
4 電位固定手段
5 演算回路
11、11a 半導体光導波路
12、15、17 光合分波器
13、16 ディジタル分割電極構造光位相変調器
14 導波路型光位相変調器領域
18 光位相回路
21 個別駆動回路
22、26 終端器
23 分岐
24 駆動回路
25 移相回路
27 伝送線路
28 加算回路
29 バッファ
100、101、400 ディジタル分割電極構造多値光変調器モジュール
200、300、301、400、500、600、700 ディジタル分割電極構造プログラマブル多値光変調器モジュール
Ai 導波路型光位相変調器領域
CLK クロック信号
FF1〜FFm 微小駆動回路
I1〜Im 電流源
Qa1〜Qam、Qb1〜Qbm トランジスタ
R1〜R4 抵抗
Claims (26)
- 入力される光信号を変調する光変調器と、
縦続接続されるm(2≦m、mは整数)個の個別駆動回路と、を少なくとも備え、
前記光変調器は、
前記光信号を導波させる光導波路と、
前記光導波路上に並んで配置される、少なくともm個の導波路型光位相変調器領域と、を少なくとも備え、
i(1≦i≦m、iは整数)番目の前記個別駆動回路は、
同期信号に同期して波形整形したディジタル入力信号を、i番目の前記導波路型光位相変調器領域に出力する駆動回路と、
前記同期信号から分岐された信号に対して少なくとも遅延を与えて出力する移相回路と、を少なくとも備え、
j(2≦j≦m、jは整数)番目の前記個別駆動回路には、(j−1)番目の前記個別駆動回路の前記移相回路から出力された信号が前記同期信号として入力される、
光変調器モジュール。 - 前記移相回路は、
前記同期信号から分岐された前記信号に対して振幅調整及び波形整形を更に行う、
請求項1に記載の光変調器モジュール。 - 前記導波路型光位相変調器領域と前記個別駆動回路とを接続するm本の駆動信号配線と、
接地電位と前記m本の駆動信号配線のそれぞれとの間に接続されたm個の第1の終端器と、をさらに備える、
請求項1又は2に記載の光変調器モジュール。 - 前記m個の個別駆動回路は、同一半導体基板上にモノリシック集積される、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記m個の個別駆動回路及び前記m個の第1の終端器は、同一半導体基板上にモノリシック集積される、
請求項3に記載の光変調器モジュール。 - 前記光変調器及び前記m個の第1の終端器は、同一半導体基板上にモノリシック集積される、
請求項3に記載の光変調器モジュール。 - m番目の前記個別駆動回路の前記移相回路の出力と接地電位との間に接続された第2の終端器をさらに備える、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記導波路型光位相変調器領域の長さはそれぞれ同一である、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 1本のディジタル信号を複製することにより2k(1≦k≦m、kは整数)本の前記ディジタル入力信号が生成され、
前記2k本のディジタル入力信号が、2k個の前記導波路型光位相変調器領域にそれぞれ入力される、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - i番目の前記導波路型光位相変調器領域の長さは、ある単位長さの2i倍である、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記導波路型光位相変調器領域の長さはそれぞれ異なり、かつ、ある単位長さの2のべき乗倍である、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記導波路型光位相変調器領域のそれぞれには、同一の振幅を有する駆動電圧が印加される、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記移相回路は、前記同期信号から分岐された信号に対して、外部から入力される電気信号により制御される遅延を与える、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - i番目の前記個別駆動回路における移相回路の遅延は、(i−1)番目の導波路型光位相変調器領域及びi番目の導波路型光位相変調器領域のそれぞれの中間点を結ぶ距離を信号光が通過する時刻の差にほぼ等しい、
請求項1乃至13のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記導波路型光位相変調器領域は、半導体のフランツ=ケルディッシュ効果(Franz=Keldysh effect)、量子閉じ込めシュタルク効果(quantum confined Stark effect)又は電気光学結晶のポッケルス効果(Pockels effect)を応用したものである、
請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記導波路型光位相変調器領域は、f入力g出力(f、gは2以上の整数)光分波器とg入力f出力光合波器とを光学的に接続するg本の前記光導波路に設けられる、
請求項1乃至15のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記f入力g出力光分波器及び前記g入力f出力光分波器と、前記f入力g出力光分波器及び前記g入力f出力光分波器とに隣接する前記導波路型光位相変調器領域と、を光学的に結合する結合手段に接続された電位固定手段をさらに備える、
請求項16に記載の光変調器モジュール。 - 前記f入力g出力光分波器は、2入力2出力の光分波器であり、
前記g入力f出力光合波器は、2入力2出力の第1の光合波器であり、
前記2入力2出力の光分波器、前記第1の光合波器、及び前記2入力2出力の光分波器と前記第1の光合波器との間の2本の前記光導波路は、マッハツェンダ型干渉計を構成する、
請求項16又は17に記載の光変調器モジュール。 - 並列配置された第1のマッハツェンダ型干渉計及び第2のマッハツェンダ型干渉計の2つの前記マッハツェンダ型干渉計と、
一方の入力が第1のマッハツェンダ型干渉計のQチャンネル出力と光学的に接続され、他方の入力が第2のマッハツェンダ型干渉計のIチャンネル出力と光接続された、2入力2出力の第2の光合波器と、
第1のマッハツェンダ型干渉計のQチャンネル出力又は第2のマッハツェンダ型干渉計のIチャンネル出力と、前記第2の光合波器の入力と、の間に挿入された電位固定手段と、をさらに備える、
請求項18に記載の光変調器モジュール。 - 第1のマッハツェンダ型干渉計のQチャンネル出力から出力される第1の光信号に、当該第1の光信号よりも低い周波数成分fIを重畳する手段と、
第2のマッハツェンダ型干渉計のIチャンネル出力から出力される第2の光信号に、当該第2の光信号よりも低い周波数成分fQを重畳する手段と、
前記第2の光合波器からの出力光信号から、周波数fI、fQ、fI+fQ及びfI−fQの低周波変調成分を抽出する手段と、
抽出されたfI+fQ又はfI−fQの低周波変調成分が最小となるように、前記第1の光信号と前記第2の光信号との間の位相差を制御する手段と、をさらに備える、
請求項19に記載の光変調器モジュール。 - 設定された演算パラメータに応じて、p本(2≦p、pは整数)の時系列ディジタル入力信号からm本の時系列ディジタル入力信号を生成する演算回路をさらに備え、
前記n個の個別駆動回路のそれぞれには、前記m本の時系列ディジタル入力信号のいずれか1つが入力される、
請求項1乃至20のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 演算パラメータを外部から動的に書き換える機能を有する、
請求項1乃至21のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記移相回路は伝送線路により構成される、
請求項1乃至22のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 入力されたクロック信号を可変させる手段を備える、
請求項1乃至23のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 前記個別駆動回路は、当該前記個別駆動回路の出力電圧の振幅を多値化する手段を備える、
請求項1乃至24のいずれか一項に記載の光変調器モジュール。 - 縦続接続されるm(2≦m、mは整数)個の個別駆動回路のうち、i(1≦i≦m、iは整数)番目の前記個別駆動回路に設けられた駆動回路により、同期信号に同期して波形整形したディジタル信号を生成させ、
光変調器の光導波路上に少なくともm個並んで配置された導波路型光位相変調器領域のうち、i番目の前記導波路型光位相変調器領域に、前記ディジタル信号を供給し、
前記同期信号から分岐した信号に対して少なくとも遅延を与えた信号を、i番目の前記個別駆動回路に設けられた移相回路により出力し、
j(2≦j≦m、jは整数)番目の前記個別駆動回路には、(j−1)番目の前記個別駆動回路の前記移相回路から出力された信号を前記同期信号として入力する、
光信号の変調方法。
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