JP2007256552A

JP2007256552A - 光変調器の駆動装置

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Publication number: JP2007256552A
Application number: JP2006080014A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimizu; 亮清水; Takahisa Fujita; 貴久藤田; Toru Sugamata; 徹菅又
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP4745096B2

Abstract

【課題】２つのマッハツェンダ型光導波路を直接に接続した光変調器の駆動装置において、２つのマッハツェンダ型光導波路に係る変調電極に正確に位相調整された変調信号を印加でき、光変調器から出力される光信号の劣化を抑制した光変調器の駆動装置を提供すること。
【解決手段】２つのマッハツェンダ型光導波路４０，４１を直列に配置した光変調器に対し、該光変調器からＲＺ光信号を出力させる光変調器の駆動装置において、単一の信号源４４から出力されるＮＲＺ変調信号が入力されるロジック回路４５と、該ロジック回路から出力されるＮＲＺ変調信号を増幅する第１のドライバ回路４６と、該ロジック回路から出力されるクロックパルスを増幅する第２のドライバ回路４９とを有し、該第１のドライバ回路の出力を上記第１の変調電極に印加すると共に、該第２のドライバ回路の出力を上記第２の変調電極に印加することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、光変調器の駆動装置に関し、特に、２つのマッハツェンダ型光導波路を有する光変調器に、ＮＲＺ変調信号とクロックパルスとを印加する光変調器の駆動装置に関する。

従来、光通信分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器が多用されている。このような光変調器においては、高速・大容量通信や安定した長距離伝送などを実現するため、２つのマッハツェンダ型光導波路を有する光変調器に対し、ＮＲＺ（Non Return to Zero）の変調信号と、クロックパルスとを印加し、ＲＺ（Return to Zero）の光変調信号を、光変調器から出力する方法が提案されている。

図１は、従来のＮＲＺ変調信号からＲＺ光信号を出力させるための光変調方式の概略を示す図である。
２つのマッハツェンダ型光導波路１，２を直列に接続した光変調器に対し、連続波（ＣＷ）光を入射し、第１のマッハツェンダ型光導波路１を含む光変調部においてＮＲＺ光信号を形成し、さらに、第２のマッハツェンダ型光導波路２を含む光変調部においてＲＺ光信号に変調されて、光変調器から出射される。

第１のマッハツェンダ型光導波路１を含む光変調部においては、信号源５よりＮＲＺデータの変調信号を出力し、該変調信号をドライバ回路６により増幅して変調電極３に印加する。
また、第２のマッハツェンダ型光導波路２を含む光変調部においては、クロック発生器７よりクロックパルスを出力し、該パルスをドライバ回路８により増幅して変調電極４に印加する。

図２は、ＮＲＺ変調信号からＲＺ光信号を出力させるための光変調方式を示し、特にＲＺ光信号の周波数の１／２の周波数を有するクロックパルスを光変調器の変調曲線のボトムに印加する光変調方式の概略を示す図である。つまり、ＲＺ光信号のスペクトルを見ると搬送波が抑圧されているＣＳ（Carrier Suppressed）ＲＺ光信号となるように構成されている。

図１の光変調器と同様に、２つのマッハツェンダ型光導波路１０，１１を有し、第１のマッハツェンダ型光導波路１０を含む光変調部においては、信号源１５から出力されるＮＲＺデータの変調信号をドライバ回路１６で増幅し、変調電極１２に印加する。
他方、第２のマッハツェンダ型光導波路１１を含む光変調部においては、マッハツェンダ型光導波路を構成する２つの分岐導波路に対し、各変調電極１３，１４が設けられ、これらの変調電極には、光変調器から出力されるＲＺ光信号の周波数の１／２の周波数を有し互いに逆位相となるクロックパルスが印加されている。

変調電極１３，１４に印加するクロックパルスは、クロック発生器１７から出力されるクロックパルスを１８０°ハイブリッド回路１８に入力し、該１８０°ハイブリッド回路１８より互いに逆相状態の２つのクロックパルスを出力し、ドライバ回路１９，２０により増幅して、各変調電極１３，１４に印加される。
なお、図２のようなＣＳ−ＲＺ光信号を出力する光変調器は、以下の特許文献１又は２に開示されている。
特開２００１−１４７４１１号公報特開２００２−２３１２１号公報

図１又は図２の光変調方式においては、変調信号を発生する手段として、信号源５，１５とクロックパルス発生器７，１７との２つの変調信号発生手段が必要となる上、両者の同期をとる必要があり、同期回路などの何らかの同期手段９，２１を必要とする。このため、光変調器の駆動装置が複雑化し、高コスト化する原因となっていた。

これに対し、特許文献３においては、図３に示すように、信号源３４からのＮＲＺ変調信号を２つに分岐させ、一方をドライバ回路３５を介して増幅して、第１のマッハツェンダ型光導波路３０を含む光変調部の変調電極３２に印加している。また、他方の変調信号は、クロック抽出部３６を介してクロックパルスに変換され、位相調整部３７で所定の位相に制御された後、ドライバ回路３８で増幅され、第２のマッハツェンダ型光導波路３１を含む光変調部の変調電極３３に印加する。
特開２００２−３１１４００号公報

図３の光変調方式においては、信号源３４の信号がドライバ回路３５に直接入力され、かつ増幅されるため、仮に信号源３４からの信号の品質が低下した場合には、光変調器から出力される光信号の劣化は顕著なものとなる。つまり、信号源からの信号の品質が、光変調器の性能を直接影響を与える原因となっていた。
また、図１又は図２のように変調信号を発生する手段として、信号源とクロックパルス発生器を利用する場合は勿論のこと、図３のように単一の信号源を利用する場合においても、各マッハツェンダ型光導波路を含む光変調部の変調電極に印加する変調信号は、正確に位相を調整することが必要であり、温度変化や光変調器への信号線の接続状況により、信号の品質や位相が容易に変化し、適正なＲＺ光信号が得られないという問題を生じていた。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、２つのマッハツェンダ型光導波路を直接に接続した光変調器の駆動装置において、装置の複雑化や高コスト化を抑制すると共に、２つのマッハツェンダ型光導波路に係る変調電極に正確に位相調整された変調信号を印加でき、光変調器から出力される光信号の劣化を抑制した光変調器の駆動装置を提供することである。

請求項１に係る発明では、２つのマッハツェンダ型光導波路を直列に配置すると共に、各マッハツェンダ型光導波路内を通過する光を変調するための変調電極を各々のマッハツェンダ型光導波路に対して設けた光変調器に対し、一方のマッハツェンダ型光導波路に係る第１の変調電極にはＮＲＺ変調信号を入力し、他方のマッハツェンダ型光導波路に係る第２の変調電極にはクロックパルスを入力し、該光変調器からＲＺ光信号を出力させる光変調器の駆動装置において、単一の信号源から出力されるＮＲＺ変調信号が入力されるロジック回路と、該ロジック回路から出力されるＮＲＺ変調信号を増幅する第１のドライバ回路と、該ロジック回路から出力されるクロックパルスを増幅する第２のドライバ回路とを有し、該第１のドライバ回路の出力を上記第１の変調電極に印加すると共に、該第２のドライバ回路の出力を上記第２の変調電極に印加することを特徴とする。

本発明が対象とする光変調器は、２つのマッハツェンダ型光導波路のうち、光の進行方向からみて上流側のマッハツェンダ型光導波路にＮＲＺ変調信号を用いるものに限らず、上流側のマッハツェンダ型光導波路にクロックパルスを用い、下流側のマッハツェンダ型光導波路にＮＲＺ変調信号を用いるように構成しても良い。また、１つのマッハツェンダ型光導波路を有する光変調器を２つ用い、両者を直列に接続して２つのマッハツェンダ型光導波路を構成することも可能である。

また、第２の変調電極には、図１に示すようにＮＲＺ変調信号と同じ周波数のクロックパルスを印加するだけでなく、図２に示すように当該周波数の１／２の周波数を有するクロックパルスに分周して印加することも可能である。

請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光変調器の駆動装置において、少なくとも該ロジック回路、該第１及び第２のドライバ回路は、同一の接続基板上に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の光変調器の駆動装置において、該ロジック回路から第１又は第２の変調電極との間に、インバータ回路又は位相調整回路の少なくとも一つを有することを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器の駆動装置において、該ロジック回路は、クロック抽出機能を有する波形整形回路であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、単一の信号源から出力されるＮＲＺ変調信号が入力されるロジック回路を用いて、ＮＲＺ変調信号とクロックパルスとを発生しているため、変調信号の発生手段が一つで済み、ＮＲＺ変調信号とクロックパルスとの同期をとる手段も不要となる。これにより、光変調器の駆動装置を簡略化でき、コストの増加を抑制することが可能となる。

請求項２に係る発明により、ロジック回路、第１及び第２のドライバ回路は、同一の接続基板上に形成されているため、接続基板に導入する信号線はＮＲＺ変調信号の信号線のみとなるため信号線の接続状態の影響を抑制でき、該ロジック回路から各ドライバ回路を経て各変調電極に至るまでの信号線の状態を、同一基板上で常に所定の状態に保持することが可能となるため、各変調電極に正確に位相調整された変調信号を印加することが可能となる。また、位相状態を決める信号線が同一基板上に形成されているため、各回路間の温度差が少なく、温度変化に対しても極めて安定な光変調器の駆動装置を提供することができる。

請求項３に係る発明により、ロジック回路から第１又は第２の変調電極との間に、インバータ回路又は位相調整回路の少なくとも一つを有するため、ロジック回路から出力されるクロックパルスが、ＮＲＺ変調信号と逆位相で出力されるにも拘らず、インバータ回路や位相調整手段により、ＮＲＺ変調信号とクロックパルスとを、各々の変調電極に適正な位相状態で印加することが可能となる。

請求項４に係る発明により、ロジック回路は、クロック抽出機能を有する波形整形回路であるため、仮に信号源からの信号の品質が劣化した場合でも、ロジック回路で適正な信号に整形され、該ロジック回路で抽出されたクロックパルスと併せて、極めて品質の高い光信号を生成することが可能となる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図４は、本発明に係る光変調器の駆動装置の概略を示したものである。
本発明に利用される光変調器は、２つのマッハツェンダ型光導波路４０，４１を直列に配置したものである。ただし、１つのマッハツェンダ型光導波路を有する光変調器を２つ直列に接続しても良い。
各マッハツェンダ型光導波路を含む光変調部には、変調電極４２，４３が形成されている。変調電極は、変調信号を印加する信号電極と接地される接地電極から構成されている。

また、変調電極は、図２に示すようにマッハツェンダ型光導波路の２つの分岐光導波路に対して独立して設けることも可能である。この場合には、後述するロジック回路４５から出力されるクロックパルスを、分周器により１／２の周波数に変換し、図２に示した１８０°ハイブリッド回路に入力し、該１８０°ハイブリッド回路より互いに逆相状態の２つのクロックパルスを出力し、さらにドライバ回路により各信号を増幅して、各々の変調電極に印加するよう構成することができる。なお、１８０°ハイブリッド回路とドライバ回路とを組み込んだ差動出力型ドライバ回路を利用することも可能である。

変調電極４２，４３に印加される変調信号は、単一の信号源４４により生成されている。信号源４４からはＮＲＺ変調信号が出力され、ロジック回路４５に入力される。
本発明に用いるロジック回路４５には、クロック抽出機能を有する波形整形回路を使用する。これは、ＮＲＺ変調信号からクロックパルスを抽出するだけでなく、ＮＲＺ変調信号が仮に劣化していても、該ロジック回路で適正な信号に整形され、該ロジック回路で抽出されたクロックパルスと併せて、品質の高い変調信号を供給することを可能とするものである。これにより、極めて品質の高い光信号を生成することができる。
ロジック回路４５からは、入力信号に対応したＮＲＺ変調信号と、入力信号の周波数と同じ周波数を有するクロックパルスとが出力される。ただし、出力されるＮＲＺ変調信号とクロックパルスとの位相は、逆相状態となっている。

ロジック回路４５から出力されたＮＲＺ変調信号は、ドライバ回路４６により所定の値に増幅され、第１のマッハツェンダ型光導波路４０の第１の変調電極４２に印加される。
他方、ロジック回路４５から出力されたクロックパルスは、インバータ回路４７や位相調整器４８を経てドライバ回路４９に導入され、所定の信号強度に増幅されて、第２のマッハツェンダ型光導波路の第２の変調電極４３に印加される。

インバータ回路４７や位相調整器４８は、本発明において不可欠なものではなく、ロジック回路４５から第１の変調電極４２までの信号線の長さと、ロジック回路４５から第２の変調電極４３までの信号線の長さとが、各変調電極に印加される変調信号の位相を所定の関係に設定することが可能な場合は、省略することができる。
また、インバータ回路や位相調整器は、ＮＲＺ変調信号を用いる第１の変調電極側に設けることも可能である。

以上の構成により、第１のマッハツェンダ型光導波路にＣＷ光を入射してＮＲＺ光信号を形成し、該ＮＲＺ光信号を第２のマッハツェンダ型光導波路に入射してＲＺ光信号に変換し、光変調器から出力させる。
本発明の光変調器の駆動装置は、図４のように第１の変調電極４２に、ＮＲＺ変調信号を印加するものに限らず、第１の変調電極４２にクロックパルスを印加し、第２の変調電極にＮＲＺ変調信号を印加するよう構成することも可能である。

次に、本発明の駆動装置に接続基板１１０を使用する場合について、図５により説明する。
１００は、電気光学効果を有する基板であり、該基板上には２つのマッハツェンダ型光導波路１０１，１０２が形成されている。また、各マッハツェンダ型光導波路内を通過する光を変調するための変調電極が形成されている。ここでは、図面を簡略化するため、信号電極１０３，１０４のみが示されている。光変調器を構成する材料や構造については、特に限定されるものではないが、例えば、電気光学効果を有する基板としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料が利用可能である。また、基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。さらに、変調電極を構成する信号電極や接地電極などは、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。またさらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設けることも可能である。

光変調器の傍には、アルミナ、窒化アルミなどの低誘電損失材料などで形成された接続基板１１０が配置されている。接続基板１１０上には、ロジック回路１１１、ドライバ回路１１２，１１４が配置され、さらにインバータ回路又は位相調整器などの位相調整手段１１３が、図４に係る説明で詳述したように必要に応じて配置されている。
光変調器の傍には、さらに終端器１３０，１３１が配置され、信号電極１０３，１０４を伝搬する変調信号の反射を防止している。

光変調器、接続基板１１０、及び終端器１３０，１３１は、金属製等の筐体１４０内に気密封止され、光変調器モジュールを構成している。
光変調器には、筐体１４０の外部より入力用光ファイバ１０５と、出力用光ファイバ１０６が接続されている。また、接続基板１１０には、筐体１４０の外部より信号源１２０の信号線が導入され、ロジック回路１１１に繋がる線路に接続されている。

このように、光変調器モジュールに導入される信号線は、信号源１２０からのＮＲＺ変調信号を導入する信号線の１本だけであり、接続作業が容易な上、２つのマッハツェンダ型光導波路の各変調電極に印加される変調信号の位相ズレを考慮する必要も無い。
しかも、接続基板１１０上には、ロジック回路、ドライバ回路などが配置されており、ロジック回路から各ドライバ回路を経て各変調電極に至るまでの信号線の状態を、同一基板上で常に所定の状態に保持することが可能となる。これにより、各変調電極に正確に位相調整された変調信号を印加することが可能となる。さらに、位相状態を決める信号線や回路素子が同一基板上に形成されているため、温度変化に対しても極めて安定な光変調器の駆動装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、２つのマッハツェンダ型光導波路を直接に接続した光変調器の駆動装置において、装置の複雑化や高コスト化を抑制すると共に、２つのマッハツェンダ型光導波路に係る変調電極に正確に位相調整された変調信号を印加でき、光変調器から出力される光信号の劣化を抑制した光変調器の駆動装置を提供することが可能となる。

従来のＲＺ光変調方式を示す概略図である。従来のＲＺ光変調方式を示す概略図であり、クロックパルスに１／２周波数を用いるものを示す。従来のＲＺ光変調方式を示す概略図であり、クロックパルスをＮＲＺ変調信号を用いて生成するものを示す。本発明に係る光変調器の駆動装置の概略図である。本発明に係る光変調器の駆動装置に接続基板を用いるものを示す図である。

符号の説明

１，２，１０，１１，３０，３１，４０，４１，１０１，１０２マッハツェンダ型光導波路
３，４，１２，１３，１４，３２，３３，４２，４３変調電極
５，１５，３４，４４，１２０ＮＲＺ変調信号の信号源
７，１７クロックパルス発生器
６，８，１６，１９，２０，３５，３８，４６，４９，１１２，１１４ドライバ回路
９，２１同期手段
１８１８０°ハイブリッド回路
３６クロック抽出部
３７位相調整部
４５，１１１ロジック回路
４７インバータ回路
４８位相調整器
１００光変調器用基板
１０３，１０４信号電極
１０５，１０６光ファイバ
１１０接続基板
１１３位相調整手段
１３０，１３１終端器
１４０光変調器モジュールの筐体

Claims

２つのマッハツェンダ型光導波路を直列に配置すると共に、各マッハツェンダ型光導波路内を通過する光を変調するための変調電極を各々のマッハツェンダ型光導波路に対して設けた光変調器に対し、一方のマッハツェンダ型光導波路に係る第１の変調電極にはＮＲＺ変調信号を入力し、他方のマッハツェンダ型光導波路に係る第２の変調電極にはクロックパルスを入力し、該光変調器からＲＺ光信号を出力させる光変調器の駆動装置において、
単一の信号源から出力されるＮＲＺ変調信号が入力されるロジック回路と、
該ロジック回路から出力されるＮＲＺ変調信号を増幅する第１のドライバ回路と、
該ロジック回路から出力されるクロックパルスを増幅する第２のドライバ回路とを有し、
該第１のドライバ回路の出力を上記第１の変調電極に印加すると共に、該第２のドライバ回路の出力を上記第２の変調電極に印加することを特徴とする光変調器の駆動装置。
請求項１に記載の光変調器の駆動装置において、少なくとも該ロジック回路、該第１及び第２のドライバ回路は、同一の接続基板上に形成されていることを特徴とする光変調器の駆動装置。
請求項１又は２に記載の光変調器の駆動装置において、該ロジック回路から第１又は第２の変調電極との間に、インバータ回路又は位相調整回路の少なくとも一つを有することを特徴とする光変調器の駆動装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器の駆動装置において、該ロジック回路は、クロック抽出機能を有する波形整形回路であることを特徴とする光変調器の駆動装置。