JPH0651252A - 光変調方法および光強度変調器 - Google Patents

光変調方法および光強度変調器

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JPH0651252A
JPH0651252A JP20072792A JP20072792A JPH0651252A JP H0651252 A JPH0651252 A JP H0651252A JP 20072792 A JP20072792 A JP 20072792A JP 20072792 A JP20072792 A JP 20072792A JP H0651252 A JPH0651252 A JP H0651252A
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JP
Japan
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light
optical
modulation
modulator
light intensity
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Application number
JP20072792A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Aoki
泰弘 青木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動電圧が低く、また、変調帯域が広い光変調
方法および光強度変調器を提供する。 【構成】入力信号光は、光ファイバ端21から入力さ
れ、その約50%が光ファイバ端23から出射される。
その信号光は、レンズ3によって、半導体光変調素子1
中を伝播した後に高反射面13で反射される。そして、
再び半導体光変調素子1中を伝播して前述の光路を逆行
した後に、光ファイバ端22から出力される。また、情
報信号入力端子11には、情報信号に応じた電圧が印加
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信分野など
で用いられる光変調方法および光強度変調器に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信は、基幹通信,海底通
信,加入者系通信などの種々の分野で実用化が進められ
る一方、将来の情報量の増大に対応するために、広帯
域,長距離化の研究が活発に行なわれている。
【0003】光ファイバ通信システムの伝送速度および
伝送距離は、主として、光ファイバの損失による信号光
パワーの減衰と光ファイバの波長分散による波形歪みの
2要因によって制限されている。これらの要因のうち、
損失の問題については、最近Er光ファイバを増幅媒体
とした光増幅器(Er添加光ファイバ増幅器)が開発さ
れ、ほぼ解決されつつある。
【0004】一方、分散による波形歪みについては、従
来の半導体レーザを直接変調する方式では波長チャーピ
ングが大きな波形劣化を引起こすために、これに代り光
強度変調器として外部強度変調器を用いる方式が検討さ
れ、実用化が進められている。
【0005】ここで、この従来の光強度変調器としての
外部強度変調器は、LiNbO3 マッハツェンダ型光変
調器や、InGaAsP/InPなどの半導体を用いた
電界吸収型半導体光変調器が汎用されている。特に、電
界吸収型半導体光変調器は、LiNbO3 光変調器に比
較すると、小型で光源との集積化が可能であり、また、
バイアス電圧値のドリフト等の問題がなく安定な動作が
得られるという特徴がある。
【0006】この電界吸収型半導体光変調器では、pn
接合部分に高電界を印加し、この電界印加による禁止帯
間吸収ピーク波長の変化を利用して信号光の変調を行な
う(例えば、Journal of Lightwav
e Technology誌,第4巻(1986年),
1445−1452ページ)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この従来の光強度変調
器としての外部強度変調器は高速・長距離光ファイバ通
信に適用する場合、駆動電圧が低く、かつ、変調帯域が
広いことが望ましいが、しかしながら、両者の間にはト
レードオフ関係があり、変調帯域を広くするには、光変
調素子の容量の低減が有効であり、これは、一般には素
子長を短くすることにより実現できるが、しかし、素子
長を短くすると屈折率や吸収変化量が低下するので、消
光比が低下するとともに所要駆動電圧が上昇するという
問題が生じ、一方、素子長を長くすると駆動電圧は低減
できるが、素子容量が大きくなるために変調帯域が狭く
なるという相反した性質を有するという問題点がある。
【0008】本発明の目的は、上述の課題を解決し、従
来に比べて駆動電圧が低く、また変調帯域が広い、光変
調方法および光強度変調器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本第1の発明の光変調方
法は、信号光を光強度変調素子中を伝播させることによ
って強度変調する光変調方法において、前記信号光が前
記光強度変調素子中を複数回伝播するようにしてある。
【0010】本第2の発明の光強度変調器は、一方の光
学面が低反射面,他方の光学面が高反射面を有する光強
度変調素子と、この光強度変調素子の前記低反射面から
信号光を入射させるための光結合手段と、前記高反射面
で反射された後に前記低反射面から出射される信号光を
取り出すための光分離手段とを備え、又、前記光強度変
調素子が導波路型半導体光変調素子で成っている。
【0011】
【作用】一般に光強度変調器としての電界吸収型半導体
光変調器の変調帯域Δfは、主に変調素子の容量Cで決
定され、近似的に次式で与えられる。
【0012】 Δf=1/(πCR) …(1) ここで、Rは負荷抵抗であり、通常は伝送路とのインピ
ーダンスマッチングをとるために50Ωに設定される。
また、容量Cの値は素子構造に依存するが、通常使用さ
れている素子長0.5mm程度の場合は1−2pFであ
る。ゆえに、一般的な電界吸収型半導体変調素子の変調
帯域は、5GHz程度となっている。
【0013】一方、半導体光変調素子の容量Cは、pn
界面の接合容量で与えられ、ほぼ素子長に比例する。し
たがって、変調帯域Δfは、素子長を短くすることによ
り大きくできることが期待される。しかし、実際には、
素子長は駆動電圧,消光比等を考慮して設計されるので
極端には短くはできない。
【0014】これに対して、本発明の光強度変調器で
は、被変調信号光を素子中を複数回伝播させる構成とし
ている。この構成により、信号光は素子内部伝播過程で
複数回変調される結果、素子長を短くした場合にも十分
な変調・消光比が得られるので、変調帯域を従来に比べ
て大きくできる。また、変調帯域を拡大する必要がなく
従来と同一サイズの素子を用いる場合には、複数回変調
されるために変調効率が向上する。この結果、所要駆動
電圧を低減できるという利点が生じる。
【0015】本発明の光変調方式においては、複数回の
変調を行なうので、光変調素子に印加される情報信号入
力に対応した変調出力光を得るには、信号光の素子伝播
時間は情報信号周期に比べて十分に小さいことが不可欠
である。しかし、半導体光変調素子の素子長は高々1m
m程度であり、その伝播時間は数ps以下にできる。し
たがって、このような素子を複数回伝播させる構成とし
ても、信号速度が20Gb/s以上においても全く問題
にならない様に設計可能である。
【0016】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0017】図1は本第1の発明を適用する本第2の発
明の第1の実施例を示すブロック図、図2は本第1の実
施例で用いた半導体光変調素子の構造を示す図である。
【0018】図1において、本第1の実施例の光強度変
調器は一方の光学面が低反射面12,他方の光学面が高
反射面13を有する導波路型半導体変調素子1と、この
半導体変調素子1の低反射面12から入力信号光を入射
させるための光結合手段としてのレンズ3と、高反射面
13で反射された後に低反射面12から出射された出力
信号光を取り出すための光分離手段としての光ファイバ
カップラ2とを有して構成している。
【0019】図2において本第1の実施例における導波
路型の半導体変調素子1はn−InP基板111上にn
−InGaAsエッチングストップ層112からp−I
nGaAsキャップ層116の各層をMOVPE法を用
いて結晶成長した後に、エッチングによってPIN構造
を有する光導波路をストライプ状に形成し、その両サイ
ドを高抵抗なi−InP層117で埋め込み、そして、
SiO2 層118で絶縁した後に、情報信号入力端子1
1およびアース電極119を蒸着によって作製してい
る。また、低反射面12および高反射面13には、組成
が異なるSiON膜によって、それぞれ、反射率99%
の高反射面13と、0.1%以下の低反射面12が形成
されている。ここで、半導体変調素子1のInGaAs
P導波層114の層厚は0.4μm,幅1,5μmであ
る。この半導体変調素子1は、信号波長1.55μm帯
で動作させるために、InGaAsP導波層114のバ
ンドギャップ波長は約1.42μmに設定している。
【0020】次に、本第1の実施例の光変調方法の動作
について図1を用いて説明する。
【0021】入力信号光は、光ファイバ端21から入力
され、その約50%が光ファイバ端23から出射され
る。この入力信号光は、レンズ3によって半導体光変調
素子1に結合され、その中を伝播した後に高反射面13
で反射される。そして、再び半導体光変調素子1中を伝
播して前述の光路を逆行した後に、光ファイバ端22か
ら出力される。また、信号入力端子11には、情報信号
に応じた電圧が印加される。
【0022】図3は本第1の実施例での周波数特性を示
す図、図4は本第1の実施例での消光比対駆動電圧特性
を示す図である。
【0023】この第1の実施例では、光強度変調器とし
て10GHz以上の応答が得られるように、素子容量が
約0.5pFになるように半導体変調素子長を設計した
が、この条件を満たす素子長は本第1の実施例の半導体
変調素子1では300μmであった。
【0024】図3および図4の周波数応答特性および消
光比対駆動電圧特性に示すように、3dB帯域として1
2GHzの周波数応答特性が実現でき、また、消光比2
0dBの変調を実現するために必要な駆動電圧は約4V
であった。
【0025】本第1の実施例を従来方式と比較するため
に、素子長500μmで両端面に0.1%以下の無反射
コーティングを施した素子を作製し、従来の単一通過構
成でその変調特性を評価した、この評価結果は、図3お
よび図4に本第1の実施例の結果と併記した。この場
合、変調帯域は約7GHzであり、消光比20dBの変
調を得るための駆動電圧は約6Vであった。また、当然
のことながら、素子長を500μmより長くした場合に
は変調帯域が7GHz以下になり、一方、500μm以
下にした場合には駆動電圧が6V以上になり、上述の本
第1の実施例を上回る特性は得られなかった。
【0026】図5は、本第2の発明の第2の実施例を示
すブロック図である。
【0027】図5において、本第2の実施例は光変調素
子4,レンズ51,52,偏光ビームスプリッタ61,
62,全反射ミラー71,72及び半波長板8を有して
構成している。ここで、光変調素子4としては、上述と
同じ半導体光変調素子1を用いている。
【0028】次に、本第2の実施例の光変調方法の動作
について説明する。
【0029】本第2の実施例では、入力信号光はTE波
として、偏光ビームスプリッタ61を通過後に光変調素
子4に入射されている。この変調器出力光は、TE波を
反射する(TM波を透過する)ように設置された偏光ビ
ームスプリッタ62によって反射され、さらに半波長板
8によってTM波に変換されて、再び光変調素子4に入
力して変調される。そして、変調信号光は、TM波とし
て偏光ビームスプリッタ62から取り出されている。こ
の第2の実施例では、フィードバック光路が数cmであ
るために、変調帯域を4GHz以上にすることはできな
いが、消光比20dBのための駆動電圧は2.5Vであ
り、従来の半分以下にすることができた。
【0030】以上、第1および第2の発明による光変調
方法および光強度変調器について第1及び第2の実施例
を用いて説明したが、本発明はこの実施例に限られるこ
となくいくつかの変形が考えられる。
【0031】例えば、本第1及び第2の実施例では、光
変調素子としてInGaAsP半導体素子1を用いた
が、他種の半導体あるいはLiNbO3 マッハツェンダ
型光変調器などであってもよい。また、光変調素子は、
強度変調の他に、位相あるいは周波数を変調するものも
可能で、いかなる素子でも良い。さらに、光変調素子内
伝播回数は第1及び第2の実施例では2回の場合を示し
たが、この第1及び第2の実施例に限定されない。光結
合・分離手段は、光サーキュレータなどを用いてもよ
く、その性能を有する限りいかなる素子・要素であって
もよいことは言うまでもない。また、光結合・分離手段
を半導体基板上などに集積化することも可能である。
【0032】
【発明の効果】以上説明した様に本発明では、入力信号
光が光変調素子中を複数回伝播する構成とすることによ
り、信号光は素子内部伝播過程で複数回に渡って変調さ
れるので、素子長を短くした場合にも十分な変調・消光
比が得られ、かつ、素子の短尺化により変調帯域を従来
に比べて大きくできるという効果がある。
【0033】また、変調帯域を必要とせず従来と同一サ
イズでの素子を用いる場合には、複数回変調されるため
に変調効率が向上し、所要駆動電圧を低減できるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本第1の発明を適用する本第2の発明の第1の
実施例を示すブロック図である。
【図2】本第1の実施例で用いた半導体光変調素子の構
造を示す図である。
【図3】本第1の実施例での周波数応答特性を示す図で
ある。
【図4】本第1の実施例での消光比対駆動電圧特性を示
す図である。
【図5】本第1の発明を適用する本第2の発明の第2の
実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 半導体変調素子 11 情報信号入力端子 12 低反射面 13 高反射面 2 光ファイバカップラ 21,22,23 光ファイバ端 3 レンズ 111 InP基板 112 n−InGaAsエッチングストップ層 113 n−InPクラッド層 114 InGaAsP導波層 115 p−InPクラッド層 116 p−InGaAsキャップ層 117 i−InP層 118 SiO2 層 119 アース電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号光を光強度変調素子中を伝播させる
    ことによって強度変調する光変調方法において、前記信
    号光が前記光強度変調素子中を複数回伝播するようにし
    たことを特徴とする光変調方法。
  2. 【請求項2】 一方の光学面が低反射面,他方の光学面
    が高反射面を有する光強度変調素子と、この光強度変調
    素子の前記低反射面から信号光を入射させるための光結
    合手段と、前記高反射面で反射された後に前記低反射面
    から出射される信号光を取り出すための光分離手段とを
    備えることを特徴とする光強度変調器。
  3. 【請求項3】 前記光強度変調素子が導波路型半導体光
    変調素子で成ることを特徴とする請求項2記載の光強度
    変調器。
JP20072792A 1992-07-28 1992-07-28 光変調方法および光強度変調器 Pending JPH0651252A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6424440B1 (en) 1997-10-28 2002-07-23 Nec Corporation Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6424440B1 (en) 1997-10-28 2002-07-23 Nec Corporation Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer
US6466344B2 (en) 1997-10-28 2002-10-15 Nec Corporation Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer
US7197246B2 (en) 1997-10-28 2007-03-27 Nec Corporation Optical switch, optical amplifier and optical power controller as well as optical add-drop multiplexer

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19990105