マッハツェンダ型変調器および光通信装置
【課題】 バイアス電圧を低減することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかるマッハツェンダ型変調器は、入力された光を分岐する光分岐導波路と、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第１のアーム光導波路と、量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第１の位相電極と、前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第２の位相電極と、を備え、 前記第１の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第２の位相電極に０Ｖまたは逆方向電圧を印加することを特徴とする。
【解決手段】 本発明にかかるマッハツェンダ型変調器は、入力された光を分岐する光分岐導波路と、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第１のアーム光導波路と、量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第１の位相電極と、前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第２の位相電極と、を備え、 前記第１の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第２の位相電極に０Ｖまたは逆方向電圧を印加することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野において光伝送方式の高速・大容量化が進んでおり、低チャーピングで高速動作が可能なマッハツェンダ型の外部変調器が実用化されている。一般的なマッハツェンダ型変調器では、大きな電気光学効果を有する材料であるニオブ酸リチウムなどの強誘電体が用いられる。
【０００３】
また、ニオブ酸リチウムを用いたマッハツェンダ型変調器に比べて、小型化、低コスト化、低消費電力化が期待できるデバイスとして、ＩｎＰやＧａＡｓなどの半導体を用いたマッハツェンダ型変調器がある。このようなマッハツェンダ型変調器の中では、量子井戸構造に電界を印加したときに屈折率が変化する量子閉じ込めシュタルク効果を利用したものが注目を集めている。
【０００４】
量子閉じ込めシュタルク効果を利用する方法では、動作波長と量子井戸の遷移波長の離調を大きくして導波損失を低減させることが一般的である。しかし、同時に位相変化量まで低減されてしまうため、所望の位相変化を得るには高いバイアス電圧が必要となる。このため、低いバイアス電圧で動作可能なマッハツェンダ型変調器が求められている。
【０００５】
従来の技術では、電界印加時に、屈折率変化が光を遮断する電界よりも光の電界吸収が発生する電界を小さくするように量子井戸構造を設計し、量子閉じ込めシュタルク効果の屈折率変化と電界吸収効果の両方を用いて光を変調することにより、光変調に要するバイアス電圧を低減する技術が開示されている（例えば、下記特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８３４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献に記載の従来技術では、バイアス電圧を下げるために、量子井戸の遷移波長と動作波長を近づけて動作させているので、電界吸収効果による導波損失が大きくなってしまうことから、バイアス電圧の低減が制限されるという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器において、バイアス電圧を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるマッハツェンダ型変調器は、入力された光を分岐する光分岐導波路と、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第１のアーム光導波路と、量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第１の位相電極と、前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第２の位相電極と、を備え、 前記第１の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第２の位相電極に０Ｖまたは逆方向電圧を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器において、バイアス電圧を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１にかかるマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加するバイアス電圧とアーム光導波路を伝播する光に与えられる位相差の関係についての一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１、２にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３にかかる光通信装置の構成例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態５にかかる変調器制御動作のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、それぞれが本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器は半導体基板１上に形成されており、光入力導波路１１と、光分岐導波路１２と、アーム光導波路１３１、１３２と、アーム電極１４１、１４２と、位相電極１５１、１５２と、光合波導波路１６と、光出力導波路１７とによって構成される。
【００１４】
マッハツェンダ型変調器の導波路を透過する光は光入力導波路１１から入力される。入力された光は光分岐導波路１２によって分岐され、分岐された光はそれぞれアーム光導波路１３１とアーム光導波路１３２を伝播する。アーム電極１４１は、アーム光導波路１３１上またはその近傍に形成される。また、位相電極１５１は、アーム電極１４１とは絶縁され、アーム光導波路１３１上またはその近傍に形成される。同様に、アーム電極１４２は、アーム光導波路１３２上またはその近傍に形成される。また、位相電極１５２は、アーム電極１４２とは絶縁され、アーム光導波路１３２上またはその近傍に形成される。アーム電極１４１、１４２には変調信号に対応したＲＦ電圧が印加され、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光が変調される。位相電極１５１、１５２には位相調整のためのバイアス電圧が印加され、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光に、変調方式に依存する位相差が与えられる。アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光は光合波導波路１６によって合波される。光合波導波路１６により合波された光は光出力導波路１７から出力される。なお、マッハツェンダ型変調器は光通信装置内に配置され、位相電極１５１、１５２に印加されるバイアス電圧は図示していない１つまたは複数の制御回路から導入される。以下の実施の形態においても同様とする。
【００１５】
アーム電極１４１、１４２と位相電極１５１、１５２の下または近傍にあるアーム光導波路１３１、１３２には、量子井戸構造が形成される。量子井戸構造は、マッハツェンダ型変調器に入力される光の波長に対して、量子閉じ込めシュタルク効果による吸収係数が十分小さく、屈折率変化が生じるように設計される。
【００１６】
次に、本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の構造の一例を説明する。この例のアーム光導波路は、ノンドープ量子井戸構造がｐ型、ｎ型のクラッド層に挟まれたＰＩＮ接合構造を有する。ｎ−ＩｎＰ基板上にクラッド層としてｎ−ＩｎＰ層を成膜し、その上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｉ−ＩｎＰを多重に積層した量子井戸構造を形成する。量子井戸構造の上にはクラッド層としてｐ−ＩｎＰ層を積層させる。ｐ−ＩｎＰ層の上にはコンタクト層としてＰ型不純物を高濃度に拡散させたＩｎＧａＡｓ層を形成する。その後、エッチングによって、量子井戸構造と、それよりも上側の層をメサ形状に加工し、図１に示すマッハツェンダ型変調器の導波路形状を形成する。次に、半導体基板１の裏面にはＡｕＧｅＮｉ／ＡｕによりＮ電極を形成し、コンタクト層のＩｎＧａＡｓ層の上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した後に、Ａｕメッキ層を形成してＰ電極を形成する。このＰ電極がアーム電極１４１、１４２と位相電極１５１、１５２の一例に相当する。
【００１７】
上記の構造および形成方法は一例であり、本実施の形態を実現するマッハツェンダ型変調器はこの例に限られない。例えば、量子井戸構造には、上記の膜種以外にも従来から知られているＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓなどを用いてもよい。また、ＩｎＰ基板上に形成した例について述べたが、ＧａＡｓ系、Ｓｉ系、Ｇｅ系などの他の素材を用いた場合であっても、従来から知られている量子井戸構造、ＰＮ接合構造やＰＩＮ接合構造などを用いることにより、本実施の形態を実現するマッハツェンダ型変調器を得ることができる。
【００１８】
図２は、本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加するバイアス電圧とアーム光導波路を伝播する光に与えられる位相差の関係についての一例を示す図である。図２は、上述したＩｎＰ基板上に形成されたマッハツェンダ型変調器についての例であり、横軸は位相電極１５１に印加されるバイアス電圧、縦軸はアーム光導波路１３１、１３２を透過する光の間に生じる位相差を示す。
【００１９】
図示するように、位相電極１５１に逆方向のバイアス電圧を印加した場合は、量子閉じ込めシュタルク効果により量子井戸構造の屈折率が変化し、位相差がバイアス電圧に応じて線形に増加していく。一方、順方向のバイアス電圧を印加した場合は、アーム光導波路１３１において、ＰＩＮ接合に電流が流れ、キャリアプラズマ効果による屈折率変化が支配的となる。この場合、いわゆるダイオードの電流−電圧特性のような特性変化が生じ、量子閉じ込めシュタルク効果よりも急激な屈折率変化が起こる。
【００２０】
従来の技術では、位相差がバイアス電圧に対して線形に変化することから、位相電極１５１と位相電極１５２には、逆方向のバイアス電圧が印加されていた。本実施の形態では、バイアス電圧を位相電極１５１、１５２に対し、順方向と逆方向の双方にまたがるように印加する。これにより、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光に与えられる位相差の調整範囲は、従来の逆方向のバイアス電圧領域のみを用いる場合に比べて２倍に拡大される。なお、順方向と逆方向の双方にまたがって印加するとしているが、位相電極１５１に順方向のバイアスを印加し、位相電極１５２は０Ｖとすることも可能である。この場合でも、キャリアプラズマ効果による急激な屈折率変化によってバイアス電圧を低減することができる。
【００２１】
なお、前述のマッハツェンダ型変調器の例においては、アーム光導波路１３１、１３２が両方とも量子井戸構造を有する構成とした。しかし、量子閉じ込めシュタルク効果を利用する側のアーム光導波路では量子井戸構造が必要であるが、キャリアプラズマ効果を利用する側のアーム光導波路では量子井戸構造は必ずしも必要ではない。量子シュタルク効果を利用する側のアーム光導波路は、前述のＰＩＮ接合構造に限られず、従来から知られているＮＰＩＮ接合構造またはＮＩＮ接合構造などを有する構成であってもよい。また、キャリアプラズマ効果を利用する側のアーム光導波路は、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造（ノンドープ層は量子井戸構造でなくてもよい。）を有する構成であってもよい。
【００２２】
次に、本実施の形態の適用例として図１のマッハツェンダ型変調器においてアーム光導波路１３１、１３２を伝播する光に０（０ｄｅｇ）またはπ（１８０ｄｅｇ）の位相差を与えて強度変調を行う場合について説明する。位相電極１５１、１５２に逆方向のバイアス電圧領域から印加する場合は、πの位相差を得るために、５Ｖ以上のバイアス電圧が必要となる。一方、位相電極１５１に順方向のバイアス電圧、位相電極１５２に逆方向のバイアス電圧を印加した場合は、順方向のバイアス電圧の値によっては、位相電極１５２に印加する逆方向のバイアス電圧を２Ｖ程度まで下げることが可能である。さらに、従来技術と異なり、量子井戸の共鳴波長と動作波長を大きく離調して動作させることも可能であるため、量子閉じ込めシュタルク効果による導波損失を回避することもできる。
【００２３】
上記では強度変調の例を挙げたが、位相変調でも同様の効果を奏する。例えば、二相位相偏移変調（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）では、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する各光の位相をπだけ変化させるバイアス電圧をＶπとすると、通常は逆方向のバイアス印加領域において、位相電極１５１にＶπ、位相電極１５２に−Ｖπのバイアス電圧を印加して位相πの変調信号が生成される。本実施の形態によれば、片側の位相電極には順方向のバイアス電圧を印加するので、逆方向に印加するバイアス電圧を低減し、バイアス電圧の制御幅増大を抑制することができる。
【００２４】
バイアス電圧の増大は、マッハツェンダ型変調器に印加するバイアス電圧を制御する制御回路への制約を課すことになる。このため、本願発明によりバイアス電圧を低減することができれば、制御回路基板の設計を簡易にし、制御回路基板を低コスト化することができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態では、マッハツェンダ型変調器において、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有するアーム光導波路の位相電極に順方向のバイアスを印加し、量子井戸構造を有するアーム光導波路の位相電極に０Ｖまたは逆方向のバイアスを印加する構成とした。これにより、バイアス電圧を低減できるという効果を奏する。
【００２６】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１の構成に加え、バイアス電圧０Ｖ付近に見られる、バイアス電圧を印加しても位相差が生じない領域（以下、不感帯と称する。）をバイアス電圧の選択範囲から除外する構成とする。
【００２７】
本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器は、図１の構成と同じであり、位相電極１５１、１５２にバイアス電圧を印加した時の位相差の変化も図２のようになる。図２において、バイアス電圧０Ｖ付近の変曲点１と、順方向にバイアス電圧を印加した場合に、ダイオード特性のように位相変化が急激に増加する電圧に対応する変曲点２との間の領域を不感帯とする。変曲点１、２となるバイアス電圧は、バイアス電圧に対する位相差の変化が所定の閾値以上となる電圧値により決定され、マッハツェンダ型変調器の構成や閾値の定め方に応じて適宜調整することができる。
【００２８】
位相電極１５１、１５２には閾値以上のバイアス電圧（変曲点１、２よりも高いバイアス電圧）が印加される。図２の例では不感帯の幅は０．６Ｖ程度である。予め不感帯を調べておき、マッハツェンダ型変調器を光通信装置内で実際に動作させる際に、最適なバイアス電圧を選択する範囲から、不感帯を除外する設定とする。なお、順方向のバイアス電圧だけ不感帯を用いないようにするなど、片側だけに上記構成を適用する設定としてもよい。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、実施の形態１の構成に加え、不感帯を用いないようにバイアス制御する構成とした。これにより、実施の形態１の構成で得られる効果に加え、バイアス電圧に対する位相変化が大きな効率の良い領域を使用することができ、マッハツェンダ型変調器の制御を簡易にすることができる。
【００３０】
なお、図１の例では、アーム光導波路が２つの構造であったが、マッハツェンダ型変調器の構成はこれに限られない。例えば、図３に示すような実施の形態１、２にかかるマッハツェンダ型変調器を入れ子にした構成も可能である。光入力導波路２１から入力された光は、光分岐導波路２２によって分岐される。分岐された光の間には、位相電極２３１、２３２により位相差π／２が与えられる。その後、分岐された光の一方は入れ子構造２４１を伝播し、分岐された光の他方は入れ子構造２４２を伝播する。入れ子構造２４１、２４２の光変調において実施の形態１、２と同様のマッハツェンダ型変調器の制御が適用される。上記の位相差π／２を与える構成は入れ子構造２４１、２４２の後段にあってもよい。
【００３１】
図３に示すマッハツェンダ型光変調器は、四相位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、直交位相振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）といった、より高い伝送レートを実現する変調方式に対応する。図３の構成よりも入れ子構造が増えたマッハツェンダ型光変調器においても同様に実施の形態１、２を適用してもよい。
【００３２】
実施の形態３．
量子閉じ込めシュタルク効果を利用する側は印加する電圧に比例して屈折率が変化する。一方、キャリアプラズマ効果を利用する側は印加する電流に比例して屈折率が変化する。順方向のバイアス電圧印加時と逆方向のバイアス電圧印加時でバイアス電圧に対する屈折率の変化が異なるため、マイコンなどを用いてバイアス電圧を制御する場合、順方向と逆方向のバイアス電圧の制御精度が異なる。上記のようなマッハツェンダ型変調器を用いた光通信装置の伝送特性は外部変調器に印加されているバイアス電圧に応じて変化する。最良の伝送特性を実現するバイアス電圧の条件は、送信する光信号の波長や変調器の温度などに依存して変化するため、順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御する必要がある。
【００３３】
図４は、本実施の形態にかかる光通信装置の構成例を示す図である。図示するように、光通信装置１０００は、光変調部３、光出力モニタ部４、変調器制御部５を備える。
【００３４】
光変調部３は、実施の形態１、２で示したマッハツェンダ型変調器を含み、光信号を送信する。光出力モニタ部４は光変調部３から出力される光信号の光出力をモニタリングしており、送信された光信号の一部を受信して光出力モニタ値を出力する。光出力モニタ部４の一例としては、光検出器とトランスインピーダンスアンプを有し、受信した光信号の強度をモニタ電圧として検出し、これを光出力モニタ値として出力する。この例に限られず、例えば、光出力モニタ部４は電圧に変換せずにモニタ電流として検出し、これを光出力モニタ値として出力してもよい。変調器制御部５は光出力モニタ部４からの出力に基づき、バイアス電圧制御量を算出する。変調器制御部５は算出したバイアス電圧制御量に基づいて光変調部３に含まれるマッハツェンダ型変調器のバイアス電圧の制御を行う。
【００３５】
図５は、本実施の形態にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。図示するように、変調器制御部５は制御信号入力部５１、駆動信号出力部５２、オペアンプ５３、抵抗５４、５５、５６、スイッチ５７、利得切り替え部５８を備える。
【００３６】
変調器制御部５はオペアンプ５３を用いた反転増幅回路を備える。マッハツェンダ型変調器を駆動するための電気信号は制御信号入力部５１から入力される。入力された電気信号はオペアンプ５３によって変調器制御部５の利得に応じて増幅される。増幅された電気信号は駆動信号出力部５２から出力される。駆動信号出力部５２から出力された電気信号は光変調部３内のマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加される。利得切り替え部５８はスイッチ５７の制御により合成抵抗を変化させることで、電気信号の利得を変更する。スイッチ５７は利得制御信号に基づいてオンオフを制御する。なお、スイッチはオンオフの制御ができればよく，たとえばアナログスイッチによって実現される。
【００３７】
抵抗５４の抵抗値をＲ１、抵抗５５の抵抗値をＲ２、抵抗５６の抵抗値をＲ３としたとき、スイッチ５７をオフしたときの変調器制御部５の利得Ｇ１は、式（１）のようになる。
【００３８】
Ｇ１＝Ｒ２／Ｒ１ ・・・（１）
【００３９】
スイッチ５７をオンしたときの変調器制御部５の利得Ｇ２は、式（２）のようになる。
【００４０】
Ｇ２＝（（Ｒ２×Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３））／Ｒ１ ・・・（２）
【００４１】
変調器制御部は電圧印加方向（順方向または逆方向）に応じて利得Ｇ１とＧ２の切り替えを行う。例えば、逆方向のバイアス電圧を印加する場合はＧ１の状態で制御し、順方向のバイアス電圧を印加する場合はＧ２の状態で制御を行う。Ｇ１＞Ｇ２であれば、Ｇ２の状態で制御される順方向のバイアス電圧の制御幅はＧ１の状態で制御される逆方向のバイアス電圧の制御幅に比べて狭くなる。これにより順方向のバイアス電圧は逆方向のバイアス電圧よりも細かな精度で設定することができる。以上のように、電圧印加方向に応じてＧ１とＧ２を切り替えることによって順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御することができる。
【００４２】
実施の形態４．
実施の形態３では利得切り替え部５８が抵抗５５、５６とスイッチ５７により構成されているが、本実施の形態では可変抵抗６１により構成される。
【００４３】
図６は本実施の形態にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。図５と同一の構成は同一の符号を付して重複する説明を省略する。図示するように、本実施の形態の変調器制御部６の利得切り替え部６８は可変抵抗６１を有する。利得切り替え部６８は利得制御信号に基づいて可変抵抗６１の抵抗値を変化させることで、変調器制御部６の利得を切り替える。変調器制御部６では順方向または逆方向のバイアス条件に応じて可変抵抗６１の抵抗値が制御される。なお、可変抵抗６１は、利得制御信号に応じて抵抗値を制御できればよく、例えば、ＤＰＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＰｏｔｅｎｔｉｏＭｅｔｅｒ）により実現することができる。
【００４４】
抵抗５４の抵抗値をＲ１、可変抵抗６１の抵抗値をＲ４としたとき、変調器制御部６の利得Ｇ１は、式（３）のようになる。
【００４５】
Ｇ１＝Ｒ４／Ｒ１ ・・・（３）
【００４６】
実施の形態３と同様に、電圧印加方向に応じて、可変抵抗６１の抵抗値を調整して利得を制御する。順方向のバイアス電圧を印加する場合は、逆方向のバイアス電圧を印加する場合に比べて、Ｒ４の値を下げて利得を小さくする。これにより、順方向のバイアス電圧の制御幅は逆方向のバイアス電圧の制御幅に比べて狭くなり、順方向のバイアス電圧は逆方向のバイアス電圧よりも細かな精度で設定される。以上のように、電圧印加方向に応じて可変抵抗値を調整して利得を設定することによって、順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御することができる。また、可変抵抗で制御することにより、最良の伝送特性を実現するバイアス電圧の条件が、送信する光信号の波長や変調器の温度などに依存して変化した場合でも、柔軟にバイアス条件を変更することが可能となる。
【００４７】
なお、実施の形態３、４では変調器制御部の電圧増幅回路にある抵抗値の制御によって利得を変えるとしていたが、抵抗値の切り替え以外の他の方法で利得を切り替えてもよい。例えば、テーブルに利得の情報を予め格納しておき、光出力モニタ値に応じてテーブルから利得の設定値を引き出すことによって、利得の値を切り替えてもよい。また、実施の形態３、４では変調器制御部の電圧増幅回路の一例として反転増幅回路を示したが、これに限定されない。例えば、非反転増幅回路などの他の既知の電圧増幅回路を実施の形態３、４に適用して利得を切り替えても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
実施の形態５．
本実施の形態では、実施の形態１〜４の構成に加え、バイアス電圧の順方向（正）と逆方向（負）が逆転する場合にバイアス電圧制御がされないようにする。
【００４９】
図７は本実施の形態にかかる変調器制御動作のフローチャートの一例を示す図である。バイアス電圧制御が開始されると、変調器制御部は光出力モニタ値を読み取る（ステップＳ７０１）。変調器制御部は読み取った光出力モニタ値に基づき、バイアス電圧制御量を算出する（ステップＳ７０２）。算出されたバイアス電圧制御量に基づいて制御を行った場合と、制御を行わなかった場合を比較して、制御後のバイアス電圧の正負が逆転するか判断する（ステップＳ７０３）。ここで、正負が逆転している場合はバイアス電圧の制御を行わない（ステップＳ７０４）。一方、正負が逆転していない場合は、算出したバイアス電圧によって制御を行う（ステップＳ７０５）。例えば、マッハツェンダ型変調器の位相電極に順方向のバイアス電圧が印加されており、この位相電極のバイアス電圧が順方向から逆方向に逆転する場合には、電圧印加方向を逆転させるバイアス制御を行わずに現状の電圧印加方向を維持する。同様に、位相変調器に逆方向のバイアス電圧が印加されており、この位相電極のバイアス電圧が逆方向から順方向に逆転する場合には、電圧印加方向を逆転させるバイアス制御を行わずに現状の電圧印加方向を維持する。ステップＳ７０４、Ｓ７０５の後は再度ステップＳ７０１に戻る。
【００５０】
以上のような動作フローを含むことにより、実施の形態１〜４において、マッハツェンダ型変調器に印加されるバイアス電圧の電圧印加方向を維持することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 半導体基板
１１ 光入力導波路
１２ 光分岐導波路
１３１、１３２ アーム光導波路
１４１、１４２ アーム電極
１５１、１５２ 位相電極
１６ 光合波導波路
１７ 光出力導波路
１０００ 光通信装置
２４１、２４２ 入れ子構造
３ 光変調部
４ 光出力モニタ部
５、６ 変調器制御部
５１ 制御信号入力部
５２ 駆動信号出力部
５３ オペアンプ
５４、５５、５６ 抵抗
５７ スイッチ
５８、６８ 利得切り替え部
６１ 可変抵抗
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野において光伝送方式の高速・大容量化が進んでおり、低チャーピングで高速動作が可能なマッハツェンダ型の外部変調器が実用化されている。一般的なマッハツェンダ型変調器では、大きな電気光学効果を有する材料であるニオブ酸リチウムなどの強誘電体が用いられる。
【０００３】
また、ニオブ酸リチウムを用いたマッハツェンダ型変調器に比べて、小型化、低コスト化、低消費電力化が期待できるデバイスとして、ＩｎＰやＧａＡｓなどの半導体を用いたマッハツェンダ型変調器がある。このようなマッハツェンダ型変調器の中では、量子井戸構造に電界を印加したときに屈折率が変化する量子閉じ込めシュタルク効果を利用したものが注目を集めている。
【０００４】
量子閉じ込めシュタルク効果を利用する方法では、動作波長と量子井戸の遷移波長の離調を大きくして導波損失を低減させることが一般的である。しかし、同時に位相変化量まで低減されてしまうため、所望の位相変化を得るには高いバイアス電圧が必要となる。このため、低いバイアス電圧で動作可能なマッハツェンダ型変調器が求められている。
【０００５】
従来の技術では、電界印加時に、屈折率変化が光を遮断する電界よりも光の電界吸収が発生する電界を小さくするように量子井戸構造を設計し、量子閉じ込めシュタルク効果の屈折率変化と電界吸収効果の両方を用いて光を変調することにより、光変調に要するバイアス電圧を低減する技術が開示されている（例えば、下記特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８３４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献に記載の従来技術では、バイアス電圧を下げるために、量子井戸の遷移波長と動作波長を近づけて動作させているので、電界吸収効果による導波損失が大きくなってしまうことから、バイアス電圧の低減が制限されるという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器において、バイアス電圧を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるマッハツェンダ型変調器は、入力された光を分岐する光分岐導波路と、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第１のアーム光導波路と、量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第２のアーム光導波路と、前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第１の位相電極と、前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第２の位相電極と、を備え、 前記第１の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第２の位相電極に０Ｖまたは逆方向電圧を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体を用いたマッハツェンダ型変調器において、バイアス電圧を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１にかかるマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加するバイアス電圧とアーム光導波路を伝播する光に与えられる位相差の関係についての一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１、２にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３にかかる光通信装置の構成例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態５にかかる変調器制御動作のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、それぞれが本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の構成例を示す図である。本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器は半導体基板１上に形成されており、光入力導波路１１と、光分岐導波路１２と、アーム光導波路１３１、１３２と、アーム電極１４１、１４２と、位相電極１５１、１５２と、光合波導波路１６と、光出力導波路１７とによって構成される。
【００１４】
マッハツェンダ型変調器の導波路を透過する光は光入力導波路１１から入力される。入力された光は光分岐導波路１２によって分岐され、分岐された光はそれぞれアーム光導波路１３１とアーム光導波路１３２を伝播する。アーム電極１４１は、アーム光導波路１３１上またはその近傍に形成される。また、位相電極１５１は、アーム電極１４１とは絶縁され、アーム光導波路１３１上またはその近傍に形成される。同様に、アーム電極１４２は、アーム光導波路１３２上またはその近傍に形成される。また、位相電極１５２は、アーム電極１４２とは絶縁され、アーム光導波路１３２上またはその近傍に形成される。アーム電極１４１、１４２には変調信号に対応したＲＦ電圧が印加され、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光が変調される。位相電極１５１、１５２には位相調整のためのバイアス電圧が印加され、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光に、変調方式に依存する位相差が与えられる。アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光は光合波導波路１６によって合波される。光合波導波路１６により合波された光は光出力導波路１７から出力される。なお、マッハツェンダ型変調器は光通信装置内に配置され、位相電極１５１、１５２に印加されるバイアス電圧は図示していない１つまたは複数の制御回路から導入される。以下の実施の形態においても同様とする。
【００１５】
アーム電極１４１、１４２と位相電極１５１、１５２の下または近傍にあるアーム光導波路１３１、１３２には、量子井戸構造が形成される。量子井戸構造は、マッハツェンダ型変調器に入力される光の波長に対して、量子閉じ込めシュタルク効果による吸収係数が十分小さく、屈折率変化が生じるように設計される。
【００１６】
次に、本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の構造の一例を説明する。この例のアーム光導波路は、ノンドープ量子井戸構造がｐ型、ｎ型のクラッド層に挟まれたＰＩＮ接合構造を有する。ｎ−ＩｎＰ基板上にクラッド層としてｎ−ＩｎＰ層を成膜し、その上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｉ−ＩｎＰを多重に積層した量子井戸構造を形成する。量子井戸構造の上にはクラッド層としてｐ−ＩｎＰ層を積層させる。ｐ−ＩｎＰ層の上にはコンタクト層としてＰ型不純物を高濃度に拡散させたＩｎＧａＡｓ層を形成する。その後、エッチングによって、量子井戸構造と、それよりも上側の層をメサ形状に加工し、図１に示すマッハツェンダ型変調器の導波路形状を形成する。次に、半導体基板１の裏面にはＡｕＧｅＮｉ／ＡｕによりＮ電極を形成し、コンタクト層のＩｎＧａＡｓ層の上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した後に、Ａｕメッキ層を形成してＰ電極を形成する。このＰ電極がアーム電極１４１、１４２と位相電極１５１、１５２の一例に相当する。
【００１７】
上記の構造および形成方法は一例であり、本実施の形態を実現するマッハツェンダ型変調器はこの例に限られない。例えば、量子井戸構造には、上記の膜種以外にも従来から知られているＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓなどを用いてもよい。また、ＩｎＰ基板上に形成した例について述べたが、ＧａＡｓ系、Ｓｉ系、Ｇｅ系などの他の素材を用いた場合であっても、従来から知られている量子井戸構造、ＰＮ接合構造やＰＩＮ接合構造などを用いることにより、本実施の形態を実現するマッハツェンダ型変調器を得ることができる。
【００１８】
図２は、本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加するバイアス電圧とアーム光導波路を伝播する光に与えられる位相差の関係についての一例を示す図である。図２は、上述したＩｎＰ基板上に形成されたマッハツェンダ型変調器についての例であり、横軸は位相電極１５１に印加されるバイアス電圧、縦軸はアーム光導波路１３１、１３２を透過する光の間に生じる位相差を示す。
【００１９】
図示するように、位相電極１５１に逆方向のバイアス電圧を印加した場合は、量子閉じ込めシュタルク効果により量子井戸構造の屈折率が変化し、位相差がバイアス電圧に応じて線形に増加していく。一方、順方向のバイアス電圧を印加した場合は、アーム光導波路１３１において、ＰＩＮ接合に電流が流れ、キャリアプラズマ効果による屈折率変化が支配的となる。この場合、いわゆるダイオードの電流−電圧特性のような特性変化が生じ、量子閉じ込めシュタルク効果よりも急激な屈折率変化が起こる。
【００２０】
従来の技術では、位相差がバイアス電圧に対して線形に変化することから、位相電極１５１と位相電極１５２には、逆方向のバイアス電圧が印加されていた。本実施の形態では、バイアス電圧を位相電極１５１、１５２に対し、順方向と逆方向の双方にまたがるように印加する。これにより、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する光に与えられる位相差の調整範囲は、従来の逆方向のバイアス電圧領域のみを用いる場合に比べて２倍に拡大される。なお、順方向と逆方向の双方にまたがって印加するとしているが、位相電極１５１に順方向のバイアスを印加し、位相電極１５２は０Ｖとすることも可能である。この場合でも、キャリアプラズマ効果による急激な屈折率変化によってバイアス電圧を低減することができる。
【００２１】
なお、前述のマッハツェンダ型変調器の例においては、アーム光導波路１３１、１３２が両方とも量子井戸構造を有する構成とした。しかし、量子閉じ込めシュタルク効果を利用する側のアーム光導波路では量子井戸構造が必要であるが、キャリアプラズマ効果を利用する側のアーム光導波路では量子井戸構造は必ずしも必要ではない。量子シュタルク効果を利用する側のアーム光導波路は、前述のＰＩＮ接合構造に限られず、従来から知られているＮＰＩＮ接合構造またはＮＩＮ接合構造などを有する構成であってもよい。また、キャリアプラズマ効果を利用する側のアーム光導波路は、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造（ノンドープ層は量子井戸構造でなくてもよい。）を有する構成であってもよい。
【００２２】
次に、本実施の形態の適用例として図１のマッハツェンダ型変調器においてアーム光導波路１３１、１３２を伝播する光に０（０ｄｅｇ）またはπ（１８０ｄｅｇ）の位相差を与えて強度変調を行う場合について説明する。位相電極１５１、１５２に逆方向のバイアス電圧領域から印加する場合は、πの位相差を得るために、５Ｖ以上のバイアス電圧が必要となる。一方、位相電極１５１に順方向のバイアス電圧、位相電極１５２に逆方向のバイアス電圧を印加した場合は、順方向のバイアス電圧の値によっては、位相電極１５２に印加する逆方向のバイアス電圧を２Ｖ程度まで下げることが可能である。さらに、従来技術と異なり、量子井戸の共鳴波長と動作波長を大きく離調して動作させることも可能であるため、量子閉じ込めシュタルク効果による導波損失を回避することもできる。
【００２３】
上記では強度変調の例を挙げたが、位相変調でも同様の効果を奏する。例えば、二相位相偏移変調（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）では、アーム光導波路１３１、１３２を伝播する各光の位相をπだけ変化させるバイアス電圧をＶπとすると、通常は逆方向のバイアス印加領域において、位相電極１５１にＶπ、位相電極１５２に−Ｖπのバイアス電圧を印加して位相πの変調信号が生成される。本実施の形態によれば、片側の位相電極には順方向のバイアス電圧を印加するので、逆方向に印加するバイアス電圧を低減し、バイアス電圧の制御幅増大を抑制することができる。
【００２４】
バイアス電圧の増大は、マッハツェンダ型変調器に印加するバイアス電圧を制御する制御回路への制約を課すことになる。このため、本願発明によりバイアス電圧を低減することができれば、制御回路基板の設計を簡易にし、制御回路基板を低コスト化することができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態では、マッハツェンダ型変調器において、ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有するアーム光導波路の位相電極に順方向のバイアスを印加し、量子井戸構造を有するアーム光導波路の位相電極に０Ｖまたは逆方向のバイアスを印加する構成とした。これにより、バイアス電圧を低減できるという効果を奏する。
【００２６】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１の構成に加え、バイアス電圧０Ｖ付近に見られる、バイアス電圧を印加しても位相差が生じない領域（以下、不感帯と称する。）をバイアス電圧の選択範囲から除外する構成とする。
【００２７】
本実施の形態にかかるマッハツェンダ型変調器は、図１の構成と同じであり、位相電極１５１、１５２にバイアス電圧を印加した時の位相差の変化も図２のようになる。図２において、バイアス電圧０Ｖ付近の変曲点１と、順方向にバイアス電圧を印加した場合に、ダイオード特性のように位相変化が急激に増加する電圧に対応する変曲点２との間の領域を不感帯とする。変曲点１、２となるバイアス電圧は、バイアス電圧に対する位相差の変化が所定の閾値以上となる電圧値により決定され、マッハツェンダ型変調器の構成や閾値の定め方に応じて適宜調整することができる。
【００２８】
位相電極１５１、１５２には閾値以上のバイアス電圧（変曲点１、２よりも高いバイアス電圧）が印加される。図２の例では不感帯の幅は０．６Ｖ程度である。予め不感帯を調べておき、マッハツェンダ型変調器を光通信装置内で実際に動作させる際に、最適なバイアス電圧を選択する範囲から、不感帯を除外する設定とする。なお、順方向のバイアス電圧だけ不感帯を用いないようにするなど、片側だけに上記構成を適用する設定としてもよい。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、実施の形態１の構成に加え、不感帯を用いないようにバイアス制御する構成とした。これにより、実施の形態１の構成で得られる効果に加え、バイアス電圧に対する位相変化が大きな効率の良い領域を使用することができ、マッハツェンダ型変調器の制御を簡易にすることができる。
【００３０】
なお、図１の例では、アーム光導波路が２つの構造であったが、マッハツェンダ型変調器の構成はこれに限られない。例えば、図３に示すような実施の形態１、２にかかるマッハツェンダ型変調器を入れ子にした構成も可能である。光入力導波路２１から入力された光は、光分岐導波路２２によって分岐される。分岐された光の間には、位相電極２３１、２３２により位相差π／２が与えられる。その後、分岐された光の一方は入れ子構造２４１を伝播し、分岐された光の他方は入れ子構造２４２を伝播する。入れ子構造２４１、２４２の光変調において実施の形態１、２と同様のマッハツェンダ型変調器の制御が適用される。上記の位相差π／２を与える構成は入れ子構造２４１、２４２の後段にあってもよい。
【００３１】
図３に示すマッハツェンダ型光変調器は、四相位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、直交位相振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）といった、より高い伝送レートを実現する変調方式に対応する。図３の構成よりも入れ子構造が増えたマッハツェンダ型光変調器においても同様に実施の形態１、２を適用してもよい。
【００３２】
実施の形態３．
量子閉じ込めシュタルク効果を利用する側は印加する電圧に比例して屈折率が変化する。一方、キャリアプラズマ効果を利用する側は印加する電流に比例して屈折率が変化する。順方向のバイアス電圧印加時と逆方向のバイアス電圧印加時でバイアス電圧に対する屈折率の変化が異なるため、マイコンなどを用いてバイアス電圧を制御する場合、順方向と逆方向のバイアス電圧の制御精度が異なる。上記のようなマッハツェンダ型変調器を用いた光通信装置の伝送特性は外部変調器に印加されているバイアス電圧に応じて変化する。最良の伝送特性を実現するバイアス電圧の条件は、送信する光信号の波長や変調器の温度などに依存して変化するため、順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御する必要がある。
【００３３】
図４は、本実施の形態にかかる光通信装置の構成例を示す図である。図示するように、光通信装置１０００は、光変調部３、光出力モニタ部４、変調器制御部５を備える。
【００３４】
光変調部３は、実施の形態１、２で示したマッハツェンダ型変調器を含み、光信号を送信する。光出力モニタ部４は光変調部３から出力される光信号の光出力をモニタリングしており、送信された光信号の一部を受信して光出力モニタ値を出力する。光出力モニタ部４の一例としては、光検出器とトランスインピーダンスアンプを有し、受信した光信号の強度をモニタ電圧として検出し、これを光出力モニタ値として出力する。この例に限られず、例えば、光出力モニタ部４は電圧に変換せずにモニタ電流として検出し、これを光出力モニタ値として出力してもよい。変調器制御部５は光出力モニタ部４からの出力に基づき、バイアス電圧制御量を算出する。変調器制御部５は算出したバイアス電圧制御量に基づいて光変調部３に含まれるマッハツェンダ型変調器のバイアス電圧の制御を行う。
【００３５】
図５は、本実施の形態にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。図示するように、変調器制御部５は制御信号入力部５１、駆動信号出力部５２、オペアンプ５３、抵抗５４、５５、５６、スイッチ５７、利得切り替え部５８を備える。
【００３６】
変調器制御部５はオペアンプ５３を用いた反転増幅回路を備える。マッハツェンダ型変調器を駆動するための電気信号は制御信号入力部５１から入力される。入力された電気信号はオペアンプ５３によって変調器制御部５の利得に応じて増幅される。増幅された電気信号は駆動信号出力部５２から出力される。駆動信号出力部５２から出力された電気信号は光変調部３内のマッハツェンダ型変調器の位相電極に印加される。利得切り替え部５８はスイッチ５７の制御により合成抵抗を変化させることで、電気信号の利得を変更する。スイッチ５７は利得制御信号に基づいてオンオフを制御する。なお、スイッチはオンオフの制御ができればよく，たとえばアナログスイッチによって実現される。
【００３７】
抵抗５４の抵抗値をＲ１、抵抗５５の抵抗値をＲ２、抵抗５６の抵抗値をＲ３としたとき、スイッチ５７をオフしたときの変調器制御部５の利得Ｇ１は、式（１）のようになる。
【００３８】
Ｇ１＝Ｒ２／Ｒ１ ・・・（１）
【００３９】
スイッチ５７をオンしたときの変調器制御部５の利得Ｇ２は、式（２）のようになる。
【００４０】
Ｇ２＝（（Ｒ２×Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３））／Ｒ１ ・・・（２）
【００４１】
変調器制御部は電圧印加方向（順方向または逆方向）に応じて利得Ｇ１とＧ２の切り替えを行う。例えば、逆方向のバイアス電圧を印加する場合はＧ１の状態で制御し、順方向のバイアス電圧を印加する場合はＧ２の状態で制御を行う。Ｇ１＞Ｇ２であれば、Ｇ２の状態で制御される順方向のバイアス電圧の制御幅はＧ１の状態で制御される逆方向のバイアス電圧の制御幅に比べて狭くなる。これにより順方向のバイアス電圧は逆方向のバイアス電圧よりも細かな精度で設定することができる。以上のように、電圧印加方向に応じてＧ１とＧ２を切り替えることによって順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御することができる。
【００４２】
実施の形態４．
実施の形態３では利得切り替え部５８が抵抗５５、５６とスイッチ５７により構成されているが、本実施の形態では可変抵抗６１により構成される。
【００４３】
図６は本実施の形態にかかる変調器制御部の構成例を示す図である。図５と同一の構成は同一の符号を付して重複する説明を省略する。図示するように、本実施の形態の変調器制御部６の利得切り替え部６８は可変抵抗６１を有する。利得切り替え部６８は利得制御信号に基づいて可変抵抗６１の抵抗値を変化させることで、変調器制御部６の利得を切り替える。変調器制御部６では順方向または逆方向のバイアス条件に応じて可変抵抗６１の抵抗値が制御される。なお、可変抵抗６１は、利得制御信号に応じて抵抗値を制御できればよく、例えば、ＤＰＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＰｏｔｅｎｔｉｏＭｅｔｅｒ）により実現することができる。
【００４４】
抵抗５４の抵抗値をＲ１、可変抵抗６１の抵抗値をＲ４としたとき、変調器制御部６の利得Ｇ１は、式（３）のようになる。
【００４５】
Ｇ１＝Ｒ４／Ｒ１ ・・・（３）
【００４６】
実施の形態３と同様に、電圧印加方向に応じて、可変抵抗６１の抵抗値を調整して利得を制御する。順方向のバイアス電圧を印加する場合は、逆方向のバイアス電圧を印加する場合に比べて、Ｒ４の値を下げて利得を小さくする。これにより、順方向のバイアス電圧の制御幅は逆方向のバイアス電圧の制御幅に比べて狭くなり、順方向のバイアス電圧は逆方向のバイアス電圧よりも細かな精度で設定される。以上のように、電圧印加方向に応じて可変抵抗値を調整して利得を設定することによって、順方向と逆方向のバイアス電圧を異なる制御精度で制御することができる。また、可変抵抗で制御することにより、最良の伝送特性を実現するバイアス電圧の条件が、送信する光信号の波長や変調器の温度などに依存して変化した場合でも、柔軟にバイアス条件を変更することが可能となる。
【００４７】
なお、実施の形態３、４では変調器制御部の電圧増幅回路にある抵抗値の制御によって利得を変えるとしていたが、抵抗値の切り替え以外の他の方法で利得を切り替えてもよい。例えば、テーブルに利得の情報を予め格納しておき、光出力モニタ値に応じてテーブルから利得の設定値を引き出すことによって、利得の値を切り替えてもよい。また、実施の形態３、４では変調器制御部の電圧増幅回路の一例として反転増幅回路を示したが、これに限定されない。例えば、非反転増幅回路などの他の既知の電圧増幅回路を実施の形態３、４に適用して利得を切り替えても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
実施の形態５．
本実施の形態では、実施の形態１〜４の構成に加え、バイアス電圧の順方向（正）と逆方向（負）が逆転する場合にバイアス電圧制御がされないようにする。
【００４９】
図７は本実施の形態にかかる変調器制御動作のフローチャートの一例を示す図である。バイアス電圧制御が開始されると、変調器制御部は光出力モニタ値を読み取る（ステップＳ７０１）。変調器制御部は読み取った光出力モニタ値に基づき、バイアス電圧制御量を算出する（ステップＳ７０２）。算出されたバイアス電圧制御量に基づいて制御を行った場合と、制御を行わなかった場合を比較して、制御後のバイアス電圧の正負が逆転するか判断する（ステップＳ７０３）。ここで、正負が逆転している場合はバイアス電圧の制御を行わない（ステップＳ７０４）。一方、正負が逆転していない場合は、算出したバイアス電圧によって制御を行う（ステップＳ７０５）。例えば、マッハツェンダ型変調器の位相電極に順方向のバイアス電圧が印加されており、この位相電極のバイアス電圧が順方向から逆方向に逆転する場合には、電圧印加方向を逆転させるバイアス制御を行わずに現状の電圧印加方向を維持する。同様に、位相変調器に逆方向のバイアス電圧が印加されており、この位相電極のバイアス電圧が逆方向から順方向に逆転する場合には、電圧印加方向を逆転させるバイアス制御を行わずに現状の電圧印加方向を維持する。ステップＳ７０４、Ｓ７０５の後は再度ステップＳ７０１に戻る。
【００５０】
以上のような動作フローを含むことにより、実施の形態１〜４において、マッハツェンダ型変調器に印加されるバイアス電圧の電圧印加方向を維持することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 半導体基板
１１ 光入力導波路
１２ 光分岐導波路
１３１、１３２ アーム光導波路
１４１、１４２ アーム電極
１５１、１５２ 位相電極
１６ 光合波導波路
１７ 光出力導波路
１０００ 光通信装置
２４１、２４２ 入れ子構造
３ 光変調部
４ 光出力モニタ部
５、６ 変調器制御部
５１ 制御信号入力部
５２ 駆動信号出力部
５３ オペアンプ
５４、５５、５６ 抵抗
５７ スイッチ
５８、６８ 利得切り替え部
６１ 可変抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光を分岐する光分岐導波路と、
ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第１のアーム光導波路と、
量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第２のアーム光導波路と、
前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第１の位相電極と、
前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第２の位相電極と、を備え、 前記第１の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第２の位相電極に０Ｖまたは逆方向電圧を印加することを特徴とするマッハツェンダ型変調器。
【請求項２】
前記第１の位相電極に印加する順方向電圧は、前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相の変化が所定の閾値以上となる範囲内で設定されることを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ型変調器。
【請求項３】
前記第２の位相電極に印加する逆方向電圧は、前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相の変化が所定の閾値以上となる範囲内で設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のマッハツェンダ型変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のマッハツェンダ型変調器のうち、少なくとも１つを入れ子構造として有するマッハツェンダ型変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型変調器を備えた光通信装置。
【請求項６】
請求項１乃至４に記載のマッハツェンダ型変調器のうち、少なくとも１つを有する光変調部と、
前記光変調部から出力される光信号をモニタする光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部からの出力に基づき、前記マッハツェンダ型変調器に印加する電圧を制御する変調器制御部と、を備え、
前記変調器制御部は、前記マッハツェンダ型変調器の位相電極に対する電圧印加方向に応じて利得の切り替えを行うことを特徴とする光通信装置。
【請求項７】
前記変調器制御部は、電圧増幅回路を備え、該電圧増幅回路の利得の切り替えを行うことを特徴とする請求項６に記載の光通信装置。
【請求項８】
前記変調器制御部は、電圧増幅回路を備え、該電圧増幅回路の可変抵抗の抵抗値を調整することにより利得の切り替えを行うことを特徴とする請求項６に記載の光通信装置。
【請求項９】
前記変調器制御部は、前記光出力モニタ部からの出力に基づいて算出された電圧印加条件が電圧印加方向を逆転させる場合に、電圧印加方向を変えない制御をすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１つに記載の光通信装置。
【請求項１】
入力された光を分岐する光分岐導波路と、
ＰＮ接合構造またはＰＩＮ接合構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第１のアーム光導波路と、
量子井戸構造を有し、前記光分岐導波路から入力される光を伝播させる第２のアーム光導波路と、
前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第１の位相電極と、
前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相を調整する第２の位相電極と、を備え、 前記第１の位相電極に順方向電圧を印加し、前記第２の位相電極に０Ｖまたは逆方向電圧を印加することを特徴とするマッハツェンダ型変調器。
【請求項２】
前記第１の位相電極に印加する順方向電圧は、前記第１のアーム光導波路を伝播する光の位相の変化が所定の閾値以上となる範囲内で設定されることを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ型変調器。
【請求項３】
前記第２の位相電極に印加する逆方向電圧は、前記第２のアーム光導波路を伝播する光の位相の変化が所定の閾値以上となる範囲内で設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のマッハツェンダ型変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のマッハツェンダ型変調器のうち、少なくとも１つを入れ子構造として有するマッハツェンダ型変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型変調器を備えた光通信装置。
【請求項６】
請求項１乃至４に記載のマッハツェンダ型変調器のうち、少なくとも１つを有する光変調部と、
前記光変調部から出力される光信号をモニタする光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部からの出力に基づき、前記マッハツェンダ型変調器に印加する電圧を制御する変調器制御部と、を備え、
前記変調器制御部は、前記マッハツェンダ型変調器の位相電極に対する電圧印加方向に応じて利得の切り替えを行うことを特徴とする光通信装置。
【請求項７】
前記変調器制御部は、電圧増幅回路を備え、該電圧増幅回路の利得の切り替えを行うことを特徴とする請求項６に記載の光通信装置。
【請求項８】
前記変調器制御部は、電圧増幅回路を備え、該電圧増幅回路の可変抵抗の抵抗値を調整することにより利得の切り替えを行うことを特徴とする請求項６に記載の光通信装置。
【請求項９】
前記変調器制御部は、前記光出力モニタ部からの出力に基づいて算出された電圧印加条件が電圧印加方向を逆転させる場合に、電圧印加方向を変えない制御をすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１つに記載の光通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７９８７（Ｐ２０１３−７９８７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４６２８（Ｐ２０１１−２２４６２８）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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