JP5823921B2 - Semiconductor optical integrated device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体光集積素子に関し、より詳細には、Ｃ帯全域でＳＭＦ８０ｋｍ伝送を可能とする半導体光集積素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical integrated device, and more particularly to a semiconductor optical integrated device that enables SMF 80 km transmission over the entire C band.
光通信の普及に伴い、Ｃ帯（１５３０〜１５６５ｎｍ）の光を搬送波として用い、波長多重することにより通信容量を増加させる高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）が光通信において用いられている。ＤＷＤＭを用いた光通信においては、１波長あたり１０Ｇｂｉｔ／ｓの通信速度への高速化が進んでおり、各波長のバックアップ光源として波長可変光源に変調器を集積した素子であって、Ｃ帯全域で８０ｋｍ伝送可能な素子が求められている。 With the widespread use of optical communication, high-density wavelength division multiplexing (DWDM), which uses C-band (1530 to 1565 nm) light as a carrier wave and increases the communication capacity by wavelength multiplexing, is used in optical communication. In optical communication using DWDM, the speed is increased to a communication speed of 10 Gbit / s per wavelength, and an element in which a modulator is integrated in a wavelength tunable light source as a backup light source for each wavelength. Therefore, an element capable of transmitting 80 km is required.
一般に、変調速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光信号を８０ｋｍ以上伝送するためには、チャーピングの小さい外部変調方式が用いられる。なかでも、電界吸収効果を利用した電界吸収型（ＥＡ：Electroabsorption）変調器は、小型、低消費電力及び半導体レーザに対する集積性などの観点から優れた特長を有する。特に、ＥＡ変調器と、単一波長性に優れる分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback Laser）レーザとを１つの半導体基板上にモノリシックに集積した半導体光集積素子（ＥＡ−ＤＦＢレーザ）は、単一波長の伝送距離８０ｋｍ以上の長距離伝送用発光装置として広く用いられている。また、このような長距離伝送のときの信号光波長としては、光ファイバの伝播損失が小さいＣ帯が主に用いられる。 In general, in order to transmit a high-speed optical signal with a modulation speed of 10 Gbit / s or more at 80 km or more, an external modulation method with small chirping is used. Among these, an electroabsorption (EA) modulator utilizing an electroabsorption effect has excellent features from the viewpoints of small size, low power consumption, and integration with a semiconductor laser. In particular, a semiconductor optical integrated device (EA-DFB laser) in which an EA modulator and a distributed feedback laser (DFB) laser excellent in single wavelength property are monolithically integrated on one semiconductor substrate is a single unit. It is widely used as a light emitting device for long-distance transmission having a wavelength transmission distance of 80 km or more. In addition, as the signal light wavelength during such long-distance transmission, the C band, which has a small optical fiber propagation loss, is mainly used.
一般に、単一波長のＤＦＢレーザ及びＥＡ変調器を集積したＥＡ−ＤＦＢレーザを駆動するためには、ＤＦＢレーザへの電流Ｉｏｐの注入、ＥＡ変調器へのＤＣバイアスＶｂの印加及びＥＡ変調器への高周波バイアスＶｐｐの印加を必要とする。ＤＣバイアスＶｂに負の電圧をかけ、そしてその絶対値を大きくしていくと、変調光が有するチャープ値βｃが減少し、長距離伝送における変調光の波形劣化を抑えることができる。 In general, in order to drive an EA-DFB laser integrated with a single wavelength DFB laser and an EA modulator, the current I op is injected into the DFB laser, the DC bias V b is applied to the EA modulator, and the EA modulation is performed. Application of a high frequency bias V pp to the device. Applying a negative voltage to the DC bias V b, and the gradually increasing the absolute value, chirp value beta c is reduced with the modulation light, it is possible to suppress waveform deterioration of the modulated light in the long-distance transmission.
しかしながら、Ｃ帯全域のバックアップ光源としてＥＡ変調器を使用し、Ｃ帯全域で同一のＥＡ変調器を用いてチャープ値βｃを負値にすることは困難である。波長１５３０ｎｍの場合と波長１５６５ｎｍの場合とで、波長の長短によりＥＡ変調器の吸収量が変化するために、ＤＣバイアスＶｂ及び高周波バイアスＶｐｐの条件の設定が困難になるためである。 However, it is difficult to use the EA modulator as a backup light source for the entire C band and to make the chirp value β c negative using the same EA modulator for the entire C band. This is because the absorption amount of the EA modulator varies depending on the wavelength length between the wavelength of 1530 nm and the wavelength of 1565 nm, making it difficult to set the conditions for the DC bias V b and the high frequency bias V pp .
図１は、光信号の光波形と伝送距離との関係についてのチャープ値βｃ依存性を示す。図１（ａ）はチャープ値βｃ＝１のときの光波形と伝送距離との関係を示し、図１（ｂ）はチャープ値βｃ＝−０．７のときの光波形と伝送距離との関係を示す。図１（ａ）に示されるように、チャープ値βｃが正値（例えばβｃ＝１）である場合は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送後における光波形が大きく劣化している。それに対して、図１（ｂ）に示されるように、チャープ値βｃが負値（例えばβｃ＝−０．７）である場合は、長距離伝送後における光波形の劣化を抑えることができている。 FIG. 1 shows the dependence of the chirp value β c on the relationship between the optical waveform of the optical signal and the transmission distance. 1A shows the relationship between the optical waveform and the transmission distance when the chirp value β c = 1, and FIG. 1B shows the optical waveform and the transmission distance when the chirp value β c = −0.7. The relationship is shown. As shown in FIG. 1A, when the chirp value β c is a positive value (for example, β c = 1), the optical waveform after long-distance transmission over a transmission distance of 40 km or more is greatly degraded. On the other hand, as shown in FIG. 1B, when the chirp value β c is a negative value (for example, β c = −0.7), the deterioration of the optical waveform after long-distance transmission can be suppressed. is made of.
図１に示されるように、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザでは、ＥＡ−ＤＦＢレーザから出射される変調光の光波形の形状は、チャーピングに起因して伝送距離が長距離になるにつれて劣化する。そのため、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザでは、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂに負の電圧をかけ、そしてその絶対値を大きくしチャープ値βｃを負値にして伝送を行っていた。しかしながら、ＤＣバイアスＶｂの絶対値を大きくすることによりＥＡ変調器の損失が増加し、ＤＦＢレーザから出力される光の光強度が大きく損失してしまうため、長距離伝送に十分な光強度を得ることが困難であった。 As shown in FIG. 1, in the conventional EA-DFB laser, the shape of the optical waveform of the modulated light emitted from the EA-DFB laser deteriorates as the transmission distance becomes longer due to chirping. Therefore, in the conventional EA-DFB laser, applying a negative voltage to the DC bias V b applied to the EA modulator, and have been transmitted with the absolute value increasing chirp value beta c negative value. However, by increasing the absolute value of the DC bias Vb , the loss of the EA modulator increases and the light intensity of the light output from the DFB laser is greatly lost. Therefore, the light intensity sufficient for long-distance transmission is increased. It was difficult to get.
このように、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂは、大きな光出力を得るためにはその絶対値が小さいほうがよく、長距離伝送可能な光波形を得るためにはその絶対値が大きいほうがよいというトレードオフの関係を有する。このトレードオフを打破するために、非特許文献１に、ＥＡ変調器の出力端に半導体光増幅器（ＳＯＡ）を集積する方法が報告されている。非特許文献１に記載の構成においては、ＥＡ変調器の出力端に集積されたＳＯＡに電流注入を行うことにより、ＥＡ変調器から出力された変調光が有する正のチャープ値がＳＯＡを伝搬するときにチャープ値変換されて負値チャープとなるため、長距離伝送に適した状態を実現することができる。 Thus, DC bias V b applied to the EA modulator, in order to obtain a large light output it is better the smaller the absolute value, the better the absolute value in order to obtain a long-distance transmission can be optical waveform is large It has a good trade-off relationship. In order to overcome this trade-off, Non-Patent Document 1 reports a method of integrating a semiconductor optical amplifier (SOA) at the output terminal of an EA modulator. In the configuration described in Non-Patent Document 1, a positive chirp value of modulated light output from the EA modulator propagates through the SOA by injecting current into the SOA integrated at the output terminal of the EA modulator. Since the chirp value is sometimes converted into a negative value chirp, a state suitable for long-distance transmission can be realized.
Ｃ帯全域でのＳＭＦ８０ｋｍ伝送ができたか否かは、実際に変調光の光ファイバ伝送を行い、伝送後の光をレシーバで受光して、そのレシーバにおける伝送後の受光感度劣化が規定内の値、具体的には例えば２ｄＢ以下以内であるか否かによって判断され、Ｃ帯全体で８０ｋｍを伝送させるためには、Ｃ帯の波長の変調光の全てについて、伝送前のチャープ値が負値でありかつ、その光強度が０ｄＢｍ以上である。 Whether or not SMF 80 km transmission over the entire C-band has been achieved is determined by actually performing optical fiber transmission of modulated light, receiving the light after transmission with a receiver, and a deterioration in received light sensitivity after transmission at the receiver within a specified value Specifically, for example, in order to transmit 80 km in the entire C band, the chirp value before transmission is a negative value for all of the modulated light of the C band wavelength. And the light intensity is 0 dBm or more.
また、ＤＣバイアスＶｂの負の値の絶対値を大きくしていくと、変調光のチャープ値が下がるため、受信感度劣化が小さくなるが、ＤＣバイアスＶｂの負の値の絶対値を大きくしすぎると、変調光の強度が下がり、その結果伝送後の光強度が下がるため、ノイズに埋もれて結果として受信感度が劣化することもある。よってこの兼ね合いを考えてＤＣバイアスＶｂの値を決める必要がある。 Further, when the absolute value of the negative value of the DC bias Vb is increased, the chirp value of the modulated light is lowered, so that reception sensitivity deterioration is reduced. However, the absolute value of the negative value of the DC bias Vb is increased. If it is too much, the intensity of the modulated light is lowered, and as a result, the light intensity after transmission is lowered, so that it may be buried in noise and the reception sensitivity may be deteriorated as a result. Therefore, it is necessary to determine the value of the DC bias V b think this trade-off.
Ｃ帯全域でのＳＭＦ８０ｋｍ伝送を実現するための従来構成として、波長可変光源及びＭＺ型光変調器を集積した半導体光集積素子があった。ＭＺ型光変調器は、プッシュプル駆動することにより変調光波形のオン・オフの両レベルのチャープを除去することができ、その結果Ｃ帯全域でＳＭＦ８０ｋｍ伝送を可能とする。しかしながら、ＭＺ型光変調器は、両アームの電極に高周波信号を入力して駆動するという制御の複雑さや、素子のサイズがＭＺ型光変調器のみで５〜８ｍｍ程度必要という問題があった。 As a conventional configuration for realizing SMF 80 km transmission in the entire C band, there is a semiconductor optical integrated device in which a wavelength variable light source and an MZ type optical modulator are integrated. The push-pull drive of the MZ type optical modulator can remove both on and off level chirps of the modulated light waveform, and as a result, enables SMF 80 km transmission over the entire C band. However, the MZ type optical modulator has a problem in that the control is complicated by inputting a high frequency signal to the electrodes of both arms and the element size is about 5 to 8 mm only for the MZ type optical modulator.
ＥＡ変調器は、素子サイズが０．１〜０．２ｍｍ程度であり、１つの電極に高周波信号を入力する簡便な駆動方法で動作が可能である。しかしながら、ＥＡ変調器は、ＭＺ型光変調器に比べ変調光波形に与えるチャーピングが大きく、Ｃ帯全域で使用するにはチャーピングの影響をＭＺ型光変調器と同等レベルまで抑制する必要がある。 The EA modulator has an element size of about 0.1 to 0.2 mm and can be operated by a simple driving method in which a high frequency signal is input to one electrode. However, the EA modulator has larger chirping on the modulated optical waveform than the MZ type optical modulator, and it is necessary to suppress the effect of chirping to the same level as the MZ type optical modulator to use it in the entire C band. is there.
上記のようなＥＡ変調器によるチャーピングの影響をＭＺ型光変調器と同等レベルまで抑制するために、非特許文献１に記載の構成のようにＥＡ変調器の出力端にＳＯＡを集積する素子構成が考えられる。しかしながら、ＥＡ変調器の出力端にＳＯＡを単純に集積しただけでは、Ｃ帯全域でのＳＭＦ８０ｋｍ伝送に対して十分なチャープ変換値、すなわち負のチャープ変換値を得ることができなかった。そのため、Ｃ帯全域で８０ｋｍ伝送可能な半導体光集積素子であって、従来のＭＺ型光変調器を用いた半導体光集積素子に比べて制御を簡便化及び素子を小型化した半導体光集積素子は実現できていない。 In order to suppress the influence of chirping by the EA modulator as described above to the same level as that of the MZ type optical modulator, an element in which SOA is integrated at the output end of the EA modulator as in the configuration described in Non-Patent Document 1. Configuration is conceivable. However, a simple chirp conversion value, that is, a negative chirp conversion value for SMF 80 km transmission over the entire C band cannot be obtained by simply integrating SOA at the output end of the EA modulator. Therefore, a semiconductor optical integrated device that can transmit 80 km in the entire C band, and has a simpler control and a smaller device compared to a conventional semiconductor optical integrated device using an MZ optical modulator. It has not been realized.
本発明は、Ｃ帯全域でのＳＭＦ８０ｋｍ伝送を実現するための従来の波長可変光源及びＭＺ型光変調器を集積した半導体光集積素子に比べて、制御を簡便化及び素子を小型化した半導体光集積素子を提供することを目的とする。 The present invention is a semiconductor optical device in which the control is simplified and the device is miniaturized compared to a conventional semiconductor optical integrated device in which a wavelength variable light source and an MZ type optical modulator for realizing SMF 80 km transmission in the entire C band are integrated. An object is to provide an integrated device.
本発明の請求項１に記載の半導体光集積素子は、波長可変機能を有するレーザ部と、ＥＡ変調器と、ＳＯＡとが同一基板上にモノリシック集積された、Ｃ帯全域でＳＭＦ８０ｋｍ伝送を可能とする半導体光集積素子であって、光導波方向に対して、前記レーザ部、前記ＥＡ変調器、前記ＳＯＡの順に集積され、前記ＳＯＡの長さは、前記ＳＯＡへの入力光強度が０ｄＢｍのときに前記ＳＯＡの出力光波形が負のチャープ値を有するように５０μｍ以上であり、前記ＳＯＡに印加される電流が４０ｍＡのときに前記ＳＯＡを飽和させるように１５０μｍ以下であることを特徴とする。 The semiconductor optical integrated device according to claim 1 of the present invention is capable of SMF 80 km transmission over the entire C band, in which a laser unit having a wavelength variable function, an EA modulator, and an SOA are monolithically integrated on the same substrate. In the semiconductor optical integrated device, the laser unit, the EA modulator, and the SOA are integrated in the optical waveguide direction in this order, and the SOA has a length of 0 dBm when the input light intensity to the SOA is 0 dBm Further, the SOA output light waveform is 50 μm or more so as to have a negative chirp value, and 150 μm or less so that the SOA is saturated when the current applied to the SOA is 40 mA .
本発明の請求項２に記載の半導体光集積素子は、本発明の請求項１に記載の半導体光集積素子であって、前記レーザ部は、ＤＦＢレーザをアレイにしたＴＬＡタイプの波長可変レーザであることを特徴とする。 The semiconductor optical integrated device according to claim 2 of the present invention is the semiconductor optical integrated device according to claim 1 of the present invention, wherein the laser unit is a TLA type wavelength tunable laser in which DFB lasers are arrayed. It is characterized by being.
本発明の請求項３に記載の半導体光集積素子は、本発明の請求項１に記載の半導体光集積素子であって、前記レーザ部は、電流注入により波長を可変するＳＳＧタイプの波長可変レーザであることを特徴とする。 The semiconductor optical integrated device according to claim 3 of the present invention is the semiconductor optical integrated device according to claim 1 of the present invention, wherein the laser section is an SSG type wavelength tunable laser whose wavelength is variable by current injection. It is characterized by being.
本発明によると、Ｃ帯全域でのＳＭＦ８０ｋｍ伝送を実現するための従来の波長可変光源及びＭＺ型光変調器を集積した半導体光集積素子に比べて、制御を簡便化及び素子を小型化した半導体光集積素子を提供することが可能となる。 According to the present invention, compared to a conventional semiconductor optical integrated device in which a tunable light source and an MZ type optical modulator for realizing SMF 80 km transmission in the entire C band are realized, a semiconductor in which the control is simplified and the device is miniaturized. An optical integrated device can be provided.
本発明に係る半導体光集積素子は、Ｃ帯全域でＳＭＦ８０ｋｍ伝送可能な半導体光集積素子を実現するために、従来の波長可変光源及びＭＺ型光変調器を用いた素子構成に対し、波長可変機能を有したレーザと、ＥＡ光変調器と、ＥＡ変調器の出射端に設けられたＳＯＡとを同一基板上に集積した素子構成について提案し、さらにＣ帯全域で８０ｋｍ伝送を可能とするＳＯＡ長について、消費電力及び光波形品質の点から提案するものである。以下、添付の図面を用いて本発明の原理について説明する。 The semiconductor optical integrated device according to the present invention has a wavelength variable function compared to a conventional device configuration using a wavelength variable light source and an MZ type optical modulator in order to realize a semiconductor optical integrated device capable of transmitting SMF 80 km in the entire C band. Is proposed for an element configuration in which a laser having a EA, an EA optical modulator, and an SOA provided at the exit end of the EA modulator are integrated on the same substrate, and further enables an 80 km transmission over the entire C band. Is proposed in terms of power consumption and optical waveform quality. Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
ＳＯＡ中を伝搬する光波形のチャープ変換は、変調光がＳＯＡ内部を伝搬する際、ＳＯＡ内部のキャリア密度の変化が起き、そのキャリア密度の変化によってＳＯＡ内部の屈折率変化が生じ、当該屈折率の変化から変調光に位相変化を生じることで起こる。位相変化量Δφは、非特許文献１に示されるように、屈折率変化Δｎ及びＳＯＡ長Ｌを用いて、 In the chirp conversion of the optical waveform propagating in the SOA, when the modulated light propagates inside the SOA, a change in the carrier density inside the SOA occurs, and a change in the refractive index inside the SOA occurs due to the change in the carrier density. This is caused by causing a phase change in the modulated light due to the change in. As shown in Non-Patent Document 1, the phase change amount Δφ is obtained by using the refractive index change Δn and the SOA length L.
で示すことができる。（式１）に示されるように、位相変化量ΔφはＳＯＡ長Ｌに比例する。 Can be shown. As shown in (Formula 1), the phase change amount Δφ is proportional to the SOA length L.
図２は、ＳＯＡへの入力光強度とＳＯＡ出力光波形が有するチャープ値とのＳＯＡ長依存性を示す。光の導波方向についてのＳＯＡ長Ｌ＝１０μｍの場合は位相変化量が小さいため、チャープ値が０より小さい負値を実現するためには大きな入力光強度が必要となる。図２に示されるように、ＥＡ変調器からの出力光強度、すなわちＳＯＡへの入力光強度として一般的な値０ｄＢｍにおいて、負のチャープ値を実現するためには、光導波方向についてのＳＯＡ長として５０μｍ以上必要である。 FIG. 2 shows the SOA length dependence of the input light intensity to the SOA and the chirp value of the SOA output light waveform. When the SOA length L in the light guiding direction is 10 μm, the amount of phase change is small, so that a large input light intensity is required to realize a negative value with a chirp value smaller than zero. As shown in FIG. 2, in order to realize a negative chirp value at a general value of 0 dBm as the output light intensity from the EA modulator, that is, the input light intensity to the SOA, the SOA length in the optical waveguide direction is obtained. Is required to be 50 μm or more.
図３は、チャープ値が負値又は正値のそれぞれの場合における変調光波形を示す。図３（ａ）はＥＡ変調器から出力される変調光波形を示す。８０ｋｍ伝送を実現するためにチャープ値を負値にする必要があり、ＤＣバイアスＶｂの絶対値は大きな値に設定されている。図３（ｂ）はＥＡ変調器出力端にＳＯＡが接続されていない場合の８０ｋｍ伝送後の変調光波形を示し、図３（ｃ）はＥＡ変調器出力端にＳＯＡが接続されている場合のＳＭＦ８０ｋｍ伝送後の変調光波形を示す。 FIG. 3 shows a modulated light waveform when the chirp value is a negative value or a positive value. FIG. 3A shows a modulated light waveform output from the EA modulator. In order to realize 80 km transmission, the chirp value needs to be a negative value, and the absolute value of the DC bias Vb is set to a large value. FIG. 3B shows a modulated light waveform after 80 km transmission when the SOA is not connected to the EA modulator output terminal, and FIG. 3C shows the case where the SOA is connected to the EA modulator output terminal. The modulated light waveform after SMF 80 km transmission is shown.
同一のＤＣバイアスＶｂ値条件下において、図３（ｂ）に示されるＥＡ変調器の出力端にＳＯＡが接続されていない場合に比べて、図３（ｃ）に示されるＥＡ変調器の出力端にＳＯＡが接続されている場合は、変調光波形の劣化を抑えることができており、長距離伝送に優れた特性を示している。ＥＡ変調器の出力端にＳＯＡが接続されている場合は、ＥＡ変調器の出力端にＳＯＡが接続されていない場合と同等の光波形が得られるまでＤＣバイアスＶｂの絶対値を小さくしていくことが可能であり、その結果光出力の増加を実現することができる。 Compared to the case where no SOA is connected to the output terminal of the EA modulator shown in FIG. 3B under the same DC bias V b value condition, the output of the EA modulator shown in FIG. When the SOA is connected to the end, the deterioration of the modulated light waveform can be suppressed, and the characteristics excellent in long-distance transmission are shown. When the SOA is connected to the output terminal of the EA modulator, the absolute value of the DC bias Vb is decreased until an optical waveform equivalent to that obtained when the SOA is not connected to the output terminal of the EA modulator is obtained. As a result, an increase in light output can be realized.
図４は、本発明に係る半導体光集積素子の制御を説明するための図である。図４に示されるように、本発明に係る半導体光集積素子１００は、波長可変光源１０１と、同一基板上にモノリシック集積されたＥＡ変調器１０２及びＳＯＡ１０３とを備え、ＳＯＡ１０３はＥＡ変調器１０２の出力端に接続されている。ＥＡ変調器１０２及びＳＯＡ１０３には、ＥＡ変調器１０２及びＳＯＡ１０３を制御するための制御端子１０４及び１０５がそれぞれ接続されている。 FIG. 4 is a diagram for explaining the control of the semiconductor optical integrated device according to the present invention. As shown in FIG. 4, the semiconductor optical integrated device 100 according to the present invention includes a wavelength tunable light source 101, an EA modulator 102 and an SOA 103 monolithically integrated on the same substrate, and the SOA 103 is an EA modulator 102. Connected to the output end. Control terminals 104 and 105 for controlling the EA modulator 102 and the SOA 103 are connected to the EA modulator 102 and the SOA 103, respectively.
波長可変光源部１０１は、従来と同様の方法で制御され、１５３０〜１５６５ｎｍの光を選択して出射する。本発明に係る半導体光集積素子１００においては、ＥＡ変調器１０２に制御端子１０４からＤＣバイアスＶｂ及び高周波バイアスＶｐｐが供給され、ＳＯＡ１０３に制御端子１０５から電流ＩＳＯＡが注入される。このように、本発明に係る半導体光集積素子１００は、２つの制御端子が接続され、ＭＺ型光変調器を用いた従来の素子構成と同一の制御端子数でＥＡ変調器及びＳＯＡを制御することができる。 The wavelength tunable light source unit 101 is controlled by a method similar to the conventional one, and selects and emits light of 1530 to 1565 nm. In the semiconductor optical integrated device 100 according to the present invention, the DC bias V b and the high frequency bias V pp are supplied from the control terminal 104 to the EA modulator 102, and the current ISOA is injected from the control terminal 105 to the SOA 103. Thus, in the semiconductor optical integrated device 100 according to the present invention, two control terminals are connected, and the EA modulator and the SOA are controlled with the same number of control terminals as the conventional device configuration using the MZ type optical modulator. be able to.
ここで、従来構成で用いられるＭＺ型光変調器の片方のアーム導波路に供給される電力を、ＳＯＡに割り振ることを想定する。本発明に係る半導体光集積素子は、従来のようなＭＺ型光変調器を使用せずにＥＡ変調器１０２及びＳＯＡ１０３に係る構成により、ＭＺ型光変調器を使用した場合と同等の消費電力で動作することが可能である。一般的なＭＺ型光変調器では、片方のアーム導波路にＤＣバイアスＶｂとして３Ｖ程度を印加し、高周波バイアスＶｐｐとして２Ｖ程度印加する。本発明に半導体光集積素子は、この片方のアーム導波路に印加する電力２Ｖ分をＳＯＡ１０３に割り振り、ＩＳＯＡ値として２０〜４０ｍＡ印加することにより動作することができ、それにより従来のＭＺ型光変調器を使用した構成と比較して電力増加を抑制することができる。 Here, it is assumed that the power supplied to one arm waveguide of the MZ type optical modulator used in the conventional configuration is allocated to the SOA. The semiconductor optical integrated device according to the present invention has the same power consumption as that in the case of using the MZ type optical modulator by the configuration related to the EA modulator 102 and the SOA 103 without using the conventional MZ type optical modulator. It is possible to operate. In a general MZ type optical modulator, the degree of 3V is applied as a DC bias V b to the arm waveguides of one to about 2V is applied as a high frequency bias V pp. The semiconductor optical integrated device according to the present invention can be operated by allocating the electric power of 2V applied to one of the arm waveguides to the SOA 103 and applying an ISO SOA value of 20 to 40 mA. Compared with a configuration using a modulator, an increase in power can be suppressed.
ＳＭＦ８０ｋｍ伝送に対して十分なチャープ変換値を得るためには、ＳＯＡを飽和した状態で使用する必要がある。チャープ変換の原理は、ＳＯＡのキャリア密度変動によるものであり、キャリア密度に変化を与えるには、ＳＯＡ内部の光を急激に変化させる必要がある。ＳＯＡが飽和状態（キャリアが注入されていて光の増幅限界になっている）であれば、そこに光が外部から入ってきた場合、光を増幅するために一気にキャリアを消費するため、キャリアが一気に変化し、大きなチャープ変換を得ることができる。図５は、ＳＯＡの飽和電流とＳＯＡ長との関係を示す。図５に示されるように、ＳＯＡが長くなるほど飽和に必要な電流値が増加する。ＩＳＯＡ値の許容値である４０ｍＡ程度の電流でＳＯＡを飽和させるためには、ＳＯＡ長は１５０μｍより短く設定しておく必要がある。 In order to obtain a sufficient chirp conversion value for SMF 80 km transmission, it is necessary to use the SOA in a saturated state. The principle of chirp conversion is based on fluctuations in the carrier density of the SOA, and in order to change the carrier density, it is necessary to rapidly change the light inside the SOA. If the SOA is in a saturated state (carriers are injected and the light amplification limit is reached), when light enters from the outside, the carriers are consumed at once to amplify the light. It changes at a stretch and a large chirp transformation can be obtained. FIG. 5 shows the relationship between the saturation current of the SOA and the SOA length. As shown in FIG. 5, the current value required for saturation increases as the SOA becomes longer. In order to saturate the SOA with a current of about 40 mA which is an allowable value of the ISO SOA value, the SOA length needs to be set shorter than 150 μm.
図６を用いて、従来及び本発明の半導体光集積素子の構成を説明する。図６（ａ）はＭＺ型光変調器を用いた従来の素子構成を示し、図６（ｂ）はＥＡ光変調器及びＳＯＡを用いた本発明に係る素子構成を示す。図６（ａ）に示されるように、従来のＭＺ型光変調器を用いた素子構成では、両アーム導波路の制御端子として２端子を使用し、ＭＺ型光変調器のデバイス長は５〜８ｍｍである。図６（ｂ）に示されるように、ＥＡ光変調器及びＳＯＡを用いた本発明に係る素子構成でもＥＡ変調器及びＳＯＡの制御端子として２端子使用するが、ＥＡ変調器のデバイス長がおよそ０．２ｍｍであり、ＳＯＡのデバイス長が０．０５〜０．１５ｍｍであり、ＥＡ変調器及びＳＯＡの全体のデバイス長は０．２５〜０．３５ｍｍであるため、従来のＭＺ型光変調器を用いた素子構成に比べて、デバイス長を２０分の１程度にすることが可能である。 The configuration of the conventional semiconductor optical integrated device and the present invention will be described with reference to FIG. 6A shows a conventional element configuration using an MZ type optical modulator, and FIG. 6B shows an element configuration according to the present invention using an EA optical modulator and an SOA. As shown in FIG. 6A, in the element configuration using the conventional MZ type optical modulator, two terminals are used as the control terminals of both arm waveguides, and the device length of the MZ type optical modulator is 5 to 5. 8 mm. As shown in FIG. 6B, the device configuration according to the present invention using the EA optical modulator and the SOA also uses two terminals as the control terminals of the EA modulator and the SOA, but the device length of the EA modulator is approximately Since the device length of the SOA is 0.05 to 0.15 mm, and the total device length of the EA modulator and the SOA is 0.25 to 0.35 mm, the conventional MZ type optical modulator The device length can be reduced to about 1/20 as compared with the element configuration using the.
このように、本発明では、ＥＡ変調器長を２００μｍとし、ＳＯＡ長を５０μｍ〜１５０μｍとしている。ＳＯＡ長を１５０μｍ以下に設定することにより、少ない電流量でＳＯＡを飽和させることが可能となるため、Ｃ帯全域で８０ｋｍ伝送を可能な半導体光集積素子において低消費電力化を実現することができる。さらに、ＳＯＡ長を５０μｍ以上に設定することにより、キャリア密度の変化に起因するチャープ変換量として十分な値を確保することができるため、Ｃ帯全域で８０ｋｍ伝送を可能な半導体光集積素子において高品質な波形を提供することが可能となる。 Thus, in the present invention, the EA modulator length is 200 μm, and the SOA length is 50 μm to 150 μm. By setting the SOA length to 150 μm or less, it is possible to saturate the SOA with a small amount of current, so that low power consumption can be realized in a semiconductor optical integrated device capable of 80 km transmission over the entire C band. . Furthermore, by setting the SOA length to 50 μm or more, it is possible to secure a sufficient value as the chirp conversion amount due to the change in carrier density, which is high in a semiconductor optical integrated device capable of 80 km transmission over the entire C band. It is possible to provide a quality waveform.
（実施例）
図７は、本発明の実施例に係る半導体光集積素子を示す。ただし、図６はあくまで本実施例を説明するものであって、図６の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
(Example)
FIG. 7 shows a semiconductor optical integrated device according to an embodiment of the present invention. However, FIG. 6 only illustrates the present embodiment, and the size of FIG. 6 and the scale described in the present embodiment do not necessarily match.
図７には、本発明の実施例に係る半導体光集積素子１００は、波長可変光源部１０１と光変調部１１０とが示されている。光変調部１１０は、ｎ−ＩｎＰからなる基板１と、基板１上に形成されたＥＡ変調器活性層２と、基板１上に形成されたＳＯＡ活性層３と、ＥＡ変調器活性層２及びＳＯＡ活性層３上に形成されたｐ−ＩｎＰからなるクラッド層４と、ＥＡ変調器活性層２及びＳＯＡ活性層３上に形成され、クラッド層４を挟み込むように形成されたベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）５と、クラッド層４及びＢＣＢ５上にそれぞれ形成されたＥＡ変調器電極６及びＳＯＡ電極７とを備える。波長可変光源部１０１としては、例えば、ＤＦＢレーザをアレイにした構造（ＴＬＡタイプ）の波長可変レーザや電流注入により波長を可変するＳＳＧタイプの波長可変レーザ等を用いることができる。 FIG. 7 shows a wavelength tunable light source unit 101 and an optical modulation unit 110 in a semiconductor optical integrated device 100 according to an embodiment of the present invention. The optical modulation unit 110 includes a substrate 1 made of n-InP, an EA modulator active layer 2 formed on the substrate 1, an SOA active layer 3 formed on the substrate 1, an EA modulator active layer 2, and A clad layer 4 made of p-InP formed on the SOA active layer 3 and a benzocyclobutene (BCB) formed on the EA modulator active layer 2 and the SOA active layer 3 so as to sandwich the clad layer 4 ) 5, and an EA modulator electrode 6 and an SOA electrode 7 formed on the cladding layer 4 and the BCB 5, respectively. As the wavelength tunable light source unit 101, for example, a wavelength tunable laser having a DFB laser array (TLA type), an SSG type wavelength tunable laser whose wavelength is variable by current injection, or the like can be used.
図７に示されるように、光変調部１１０においては、基板１上にＥＡ変調器活性層２及びＳＯＡ活性層３を形成することにより、同一の基板１上にＥＡ変調器及びＳＯＡを集積している。 As shown in FIG. 7, in the light modulation unit 110, the EA modulator and the SOA are integrated on the same substrate 1 by forming the EA modulator active layer 2 and the SOA active layer 3 on the substrate 1. ing.
次に、本発明に係る半導体光集積素子の動作について説明する。波長可変光源部１０１から出射されたレーザ光は、ＥＡ変調器活性層２に入射する。このとき、波長可変光源部１０１から出射されたレーザ光を変調するために、ＥＡ変調器電極６に逆方向バイアスが印加されていると同時に、ＳＯＡ電極７に順方向バイアスが印加されている。ＥＡ変調器電極６に逆方向バイアスが印加されているためＥＡ変調器活性層２においてレーザ光が吸収され、それにより光のオン・オフが可能となる。ＥＡ変調器活性層２を通過した正のチャープ値を有するレーザ光は、ＳＯＡ活性層３を通過することによりチャープ値変換されて負値チャープとなり、素子外部に出射する。これにより、従来と比べて０．１〜０．２Ｖ程度絶対値が小さいＤＣバイアスＶｂによってＥＡ変調器動作を実行することが可能となる。 Next, the operation of the semiconductor optical integrated device according to the present invention will be described. The laser light emitted from the wavelength tunable light source unit 101 enters the EA modulator active layer 2. At this time, in order to modulate the laser beam emitted from the wavelength tunable light source unit 101, a reverse bias is applied to the EA modulator electrode 6 and a forward bias is applied to the SOA electrode 7 at the same time. Since a reverse bias is applied to the EA modulator electrode 6, the laser beam is absorbed in the EA modulator active layer 2, thereby enabling the light to be turned on / off. The laser beam having a positive chirp value that has passed through the EA modulator active layer 2 is converted to a chirp value by passing through the SOA active layer 3 to become a negative chirp, and is emitted outside the device. As a result, it is possible to execute the EA modulator operation with the DC bias V b whose absolute value is about 0.1 to 0.2 V smaller than the conventional one.
図８は、本発明の実施例に係る半導体光集積素子を用いてＣ帯全体でＳＭＦ８０ｋｍ伝送を行った際の変調光波形を示す。図８の各フレーム１５３０〜１５６５に示されるように、本発明の実施例に係る半導体光集積素子により、ＳＯＡへの注入電流ＩＳＯＡ＝４０ｍＡにおいて、Ｃ帯全域で伝送距離８０ｋｍにおいて良好なアイ開口を得ることが可能となった。 FIG. 8 shows a modulated light waveform when SMF 80 km transmission is performed in the entire C band using the semiconductor optical integrated device according to the embodiment of the present invention. As shown in the respective frames 1530 to 1565 of FIG. 8, the semiconductor optical integrated device according to the embodiment of the present invention has a good eye opening at a transmission distance of 80 km over the entire C band at an injection current I SOA = 40 mA into the SOA. It became possible to get.
１ 基板
２ ＥＡ変調器活性層
３ ＳＯＡ活性層
４ クラッド層
５ ＢＣＢ
６ ＥＡ変調器電極
７ ＳＯＡ電極
１００ 半導体光集積素子
１０１ 波長可変光源
１０２ ＥＡ変調器
１０３ ＳＯＡ
１０４、１０５ 制御端子
１１０ 光変調部
1 Substrate 2 EA modulator active layer 3 SOA active layer 4 Clad layer 5 BCB
6 EA modulator electrode 7 SOA electrode 100 Semiconductor optical integrated device 101 Wavelength variable light source 102 EA modulator 103 SOA
104, 105 Control terminal 110 Optical modulator
Claims (3)
光導波方向に対して、前記レーザ部、前記ＥＡ変調器、前記ＳＯＡの順に集積され、
前記ＳＯＡの長さは、前記ＳＯＡへの入力光強度が０ｄＢｍのときに前記ＳＯＡの出力光波形が負のチャープ値を有するように５０μｍ以上であり、前記ＳＯＡに印加される電流が４０ｍＡのときに前記ＳＯＡを飽和させるように１５０μｍ以下であることを特徴とする半導体光集積素子。 A laser diode having a wavelength variable function, an EA modulator, and an SOA are monolithically integrated on the same substrate, and is a semiconductor optical integrated device that enables SMF 80 km transmission over the entire C band ,
With respect to the optical waveguide direction, the laser unit, the EA modulator, and the SOA are integrated in this order.
The length of the SOA is 50 μm or more so that the output light waveform of the SOA has a negative chirp value when the input light intensity to the SOA is 0 dBm , and the current applied to the SOA is 40 mA. The semiconductor optical integrated device has a thickness of 150 μm or less so as to saturate the SOA .
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