光送信機
【課題】半導体ＭＺＭ位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供する。
【解決手段】ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器１と、前記半導体ＭＺ変調器１の温度を監視する温度センサ４３と、前記半導体ＭＺ変調器１の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路４１とを備え、前記バイアス回路４１は、前記温度センサ４３からの入力が変化すると、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器１を駆動する。
【解決手段】ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器１と、前記半導体ＭＺ変調器１の温度を監視する温度センサ４３と、前記半導体ＭＺ変調器１の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路４１とを備え、前記バイアス回路４１は、前記温度センサ４３からの入力が変化すると、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器１を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信網の普及に伴い、４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ（ギガビット毎秒）を超える伝送容量を有する基幹系光通信システムへ適応が盛んに進められるようになった。これらの超高速通信システムでは、従来の光通信システムで適用されてきたＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調方式と比べて、周波数利用効率が高く、光信号対雑音比（ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ‐ｔｏ‐Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；ＯＳＮＲ）耐力及び非線形性耐力などが優れている様々な光変調方式の採用が相次いでいる。このような背景のなか、１シンボル時間で多ビット情報送信方式が最も有力な手段として考えられている。
【０００３】
例えば、変調された４つの位相にそれぞれ２ビットのデータを割り当てることのできる方式である差動四相位相偏移変調（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ；ＤＱＰＳＫ）の場合、送信器は、少なくとも４つの高速位相変調器を集積したデバイス構成が必要となる。現在、これらの高速位相変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3;ＬＮ）にて構成された変調器が広く用いられている（下記特許文献１参照）。ＬＮ導波路を用いることで、これらの変調器を低損失で実現することができるメリットがある。
【０００４】
しかしながら、より複雑な情報伝送フォーマットにＬＮ導波路を用いて対応する場合、デバイスサイズが大きくなるというデメリットを生ずる。例えば、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃを実現する偏波多重を含めた、４ビットのデータを割り当てるＤＰ‐ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の場合（下記非特許文献１参照）、ＤＱＰＳＫの構成が各偏波用に形成する形体となり、ＬＮを用いて形成した場合、構成するカップラーの個数も増える上、位相変調部の個数が少なくとも８個と倍になるため素子サイズが非常に大きくなるという問題がある。
【０００５】
今後、さらに複雑な情報伝送フォーマットに対応すればするほど、ＬＮを用いた変調器では、デバイスのサイズがより大きくなるという問題がある。この問題を回避するために、ＬＮを用いた変調器で折り返し構造を採用し小型化を図っている（下記非特許文献２参照）。しかしながら、それでも十分に小型であるとはいいがたい。
【０００６】
これらのＬＮを用いた変調器とならんで、半導体からなる光変調器として注目されているのが、半導体導波路の一部に電界を素子に与えることで、屈折率を変化させ、入力電気信号を光の位相変化に変換する半導体マッハツェンダ型位相光変調器（半導体ＭＺＭ位相光変調器）である。
【０００７】
この半導体ＭＺＭ位相光変調器の最大のメリットは、ＬＮ変調器と同等の特性を示しながら、より小型な変調器を実現することが可能な点である。ＬＮ変調器の場合、チップサイズが５ｃｍ程度にも及ぶが、半導体ＭＺＭ位相光変調器の場合、少なくとも５〜６ｍｍ程度のチップサイズでＬＮ変調器と同様の機能を発現することが可能となる。また、光源となるレーザも半導体から形成されているため、レーザをも同一基板上に集積し製作することが可能であるため、より小型な位相変調器を提供することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２０４７５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０７４６８号公報
【特許文献３】特開２００９−０６０５３３号公報
【特許文献４】特開２００８−１０７４６８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ．Ｈ．Ｇｎａｕｃｋ、外９名、“２５．６‐Ｔｂ／ｓ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ‐Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ＲＺ‐ＤＱＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ”、ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＶＯＬ．２６、ＮＯ．１、２００８年１月、ｐ．７９−８４
【非特許文献２】Ｋｅｎｊｉ Ａｏｋｉ、外６名、“Ｈｉｇｈ‐Ｓｐｅｅｄ Ｘ‐Ｃｕｔ Ｔｈｉｎ‐Ｓｈｅｅｔ ＬｉＮｂＯ3 Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｆｏｌｄｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”、ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＶＯＬ．２５、ＮＯ．７、２００８年７月、ｐ．１８０５−１８１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、半導体からなる半導体ＭＺＭ位相光変調器は、大幅な小型化を可能とするが、ＬＮ変調器に対して現時点で劣る点がある。それは温度調整にかかる消費電力にある。挿入損失も現時点では劣っているが、これは素子構造の最適化、結合方法の最適化により解決できる見込みがある。
【００１１】
しかし、温度調整機構により発生する消費電力が大きいということは、ＬＮ変調器に比べ半導体ＭＺＭ位相光変調器の欠点である。現在、地球温暖化対策ということで、エネルギーの低消費電力化が強く求められている上、通信容量が増大している今日、ＷＤＭの波長帯域をすべて使いきる前に、消費電力により通信容量が制限されるようになるとも言われており、消費電力が発生する温度調整機構は大きな問題である。
【００１２】
ＬＮ変調器は、基本的にはペルチェ素子等の温度制御装置を用いなくても一定電圧での高速変調を実現することができる。つまり、温度が変化しても、変調効率はほとんど変わらないため、温度制御なしで使用することができる。
【００１３】
一方、半導体ＭＺＭ位相光変調器は、バンドギャップが温度とともに変化するため、原理上、変調効率も変化してしまう。そのため、温度調整機構を設け、一定温度での駆動を余儀なくなされる。つまり、温度が変化すると、変調駆動する電圧も変化させなくてはならないという問題がある。
【００１４】
通常、温度変化に対し、変調駆動電圧を変化させることは、特殊な駆動ドライバーを使用することになるため行われない。一般的には、素子周辺に設けた温度センサからの入力を元に、ペルチェ素子を駆動し素子温度が一定になるようにして、外気温が変動しても変調効率が一定になるようにし、一定電圧駆動を行う。一定温度に保つためにかかる消費電力は、素子の大きさなどにも依存するが、最悪のケースで１Ｗ程度消費される。
【００１５】
これに対し、ＬＮ変調器の場合は０Ｗでありその差は大きい。光変調器は各チャンネルに１つという使い方をされるので、１０ユーザでは１０Ｗ、１０００ユーザでは１ＫＷの消費電力が発生し、ＬＮ変調器を使う場合と比べ消費電力に大きな差が生まれてしまう。
【００１６】
以上のことから本発明によれば、半導体ＭＺＭ位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る光送信機は、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力が変化すると、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る光送信機は、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力に基づき前記電子記憶媒体に記憶してある前記配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る光送信機は、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る光送信機は、
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の３次元配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、温度又は波長の変化により前記電子記憶媒体に記憶した前記３次元配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る光送信機は、
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、半導体ＭＺＭ位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器の構成を示した模式図である。
【図２】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器の製作方法を示した模式図である。
【図３】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における分離溝の配置位置を示した模式図である。
【図４】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器の基本動作について示した図である。
【図５】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性のバイアス電圧依存性を示した図である。
【図６】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性の温度依存性を示した図である。
【図７】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
【図８】第１の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
【図９】第１の実施例に係る光送信機における−５℃と７５℃環境下の変調電極消光特性を示した図である。
【図１０】第２の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
【図１１】第２の実施例に係る光送信機におけるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの温度依存性を示した図である。
【図１２】第３の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
【図１３】第３の実施例に係る光送信機における変調振幅電圧の波長依存性を示した図である。
【図１４】第３の実施例に係る光送信機における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
【図１５】第３の実施例に係る光送信機の他の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る光送信機について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の第１の実施例に係る光送信機について説明する。
本実施例に係る光送信機は、ｎｐｉｎ構造の半導体ＭＺ変調器と、半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を与えるバイアス回路とを備える光送信機であって、温度センサからの入力が変化すると、バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として駆動することを特徴としている。本実施例においては、本実施例に係る光送信機を製作し、評価を行った。
【００２６】
はじめに、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の構成について説明する。
図１は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の構成を示した模式図である。
図１に示すように、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、入力ポート側に配置された３ｄＢカップラー１０ａと、出力ポート側に配置された３ｄＢカップラー１０ｂと、２つの３ｄＢカップラー１０ａ，１０ｂを接続するアーム導波路１１ａ，１１ｂと、アーム導波路１１ａ，１１ｂ上に設置された高速変調を行うための変調電極１２ａ，１２ｂと、アーム導波路１１ａ，１１ｂ上に設置された製造時の位相誤差を調整するためのバランス調整電極１３ａ，１３ｂとにより構成されている。なお、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の層構造は、ｎｐｉｎ構造であり上記特許文献２に見られるＩｎＰ構造の半導体ＭＺ変調器と同じ構造である。
【００２７】
本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、下側のアーム導波路１１ｂを通過する経路の方が半波長（波長／アーム導波路１１ａ，１１ｂの実効屈折率／２の長さ）分だけ長く設計された非対称ＭＺの構成となっている。本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、理想的に製作できた場合にはノーマリーＯＦＦとなり、変調電極１２ａ，１２ｂ及びバランス調整電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加しない場合には、入力ポートから入力した光は出力ポートから出力されない状態となる。
【００２８】
しかし、実際に製作するデバイスにおいて、製造時の位相誤差により、ノーマリーＯＦＦとはならないため、製造時の位相誤差を調整する機構が必要となる。このため、アーム導波路１１ａ，１１ｂの後段にはバランス調整電極１３ａ，１３ｂを設置する。無論、製造時の位相誤差を調整することができるのであるから、元より非対称ＭＺではなく対称ＭＺとして設計を行い、製造後にバランス調整電極１３ａ，１３ｂを用いて消光点を調整するようにしてもよい。また、アーム導波路１１ａ，１１ｂの前段には、通信信号をのせるための変調電極１２ａ，１２ｂを設置する。
【００２９】
なお、図１においては、プッシュプル駆動を行う場合の構成を示しており、アーム導波路１１ａ，１１ｂには変調電極電圧Ｖｐａｉを印加する。また、変調電極１２ａ，１２ｂには、直流（ＤＣ）成分のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加する。また、変調電極１２ａ，１２ｂの終端側には、終端抵抗１４と、ＤＣ成分が通過しないようにコンデンサ１５が挿入されている。
【００３０】
次に、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の製作方法について説明する。
図２は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の製作方法を示した模式図である。
図２（ａ）に示すように、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、半絶縁性（ＳＩ；ｓｅｍｉ‐ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）‐ＩｎＰ基板２０上には、第１のｎ型電極層（ｎ＋‐ＩｎＰ）２１を成長させる。第１のｎ型電極層２１上には、第１のｎ型クラッド層（ｎ‐ＩｎＰ）２２を成長させる。第１のｎ型クラッド層２２上には、第１の中間層（ｉ‐ＩｎＧａＡｓＰ）２３を成長させる。第１の中間層２３上には、コア層２４を成長させる。コア層２４上には、第２の中間層（ｉ‐ＩｎＧａＡｓＰ）２５の順に成長させる。
【００３１】
第２の中間層２５上には、第１の低濃度クラッド（ｉ‐ＩｎＰ）２６を成長させる。第１の低濃度クラッド２６上には、電子バリアとして機能するｐ型クラッド層（ｐ‐ＩｎＰ）２７を成長させる。ｐ型クラッド層２７上には、第２のｎ型クラッド層（ｎ‐ＩｎＰ）２８を成長させる。第２のｎ型クラッド層２８上には、第２のｎ型電極層（ｎ＋‐ＩｎＰ）２９を成長させる。
【００３２】
ここで、コア層２５は、動作光波長で電気光学効果が有効に働くように構成され、例えば、１５００ｎｍ帯のデバイスであれば、ＩｎＧａＡｌＡｓのＧａ／Ａｌ組成を変えた層を、それぞれ量子井戸層と量子バリア層にした多重量子井戸構造とすることができる。また、第１の中間層２３は、光吸収で発生したキャリアをヘテロ界面でトラップされないようにするための接続層として機能する。
【００３３】
図３は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における分離溝の配置位置を示した模式図である。
図３に示すように、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器を製作するには、２つのアーム導波路１１ａ，１１ｂを電気的に分離するために、アーム導波路１１ａ，１１ｂ上に分離溝１６を形成する。
【００３４】
なお、変調電極１２ａ，１２ｂとバランス調整電極１３ａ，１３ｂとが分かれているＭＺ構造の場合には、その間にも分離溝１６を設けて電気的分離を行う。これは、電気的分離がなされていないと、片方のアーム導波路に変調のため印加した電圧が、他方のアーム導波路の変調に影響を及ぼすためである。
【００３５】
分離溝１６は、第２のｎ型電極層２９から電子バリアとして機能するｐ型クラッド層２７までの一部を標準的なフォトリソグラフィー、パターニングをし、ウエットエッチング技術を用いて、アーム導波路１１ａ，１１ｂの何処かを幅数ミクロンの溝として取り除く。なお、本実施例においては、分離溝１６による電気的分離を行ったが、電極が接触する変調電極１２ａ，１２ｂの周辺以外を石英のハードマスクを用いて第２のｎ型電極層２９から電子バリアとして機能するｐ型クラッド層２７までを除去した後、半絶縁性のＩｎＰで再度成長し置き換を実施してもよい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて第２のｎ型電極層２９から、第１の中間層２３までの層をエッチングすることにより、ハイメサ型の導波路構造を形成する。続いて、第１のｎ型クラッド層２２をエッチングすることにより、第１のｎ型電極層２１を露出させる。
【００３７】
そして、図２（ｃ）に示すように、変調電極１２ａ，１２ｂと、バランス調整電極１３ａ，１３ｂとなるｎ型電極３０を第２のｎ型電極層２９上に、ＧＮＤとなる第２のｎ型電極３１を第１のｎ型電極層２１上にそれぞれ形成する。なお、本実施例においては、ｎ型電極３０及び第２のｎ型電極３１は金により形成した。また、必要に応じて、パッシベーション膜を堆積し、メサ表面を保護するようにしてもよいし、ポリマーなどを利用してハイメサ構造を保護してもよい。
【００３８】
次に、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器のモジュールへの実装方法について説明する。
上述したようにｎ型電極３０及び第２のｎ型電極３１を形成した後、後程行うへき開が実施できる程度までＳＩ‐ＩｎＰ基板２０の裏面を研磨した。ＳＩ‐ＩｎＰ基板２０の裏面に固定半田が接着するように金属膜を蒸着し、各素子をへき開した後、入出力導波路がある端面に無反射コートを施した。
【００３９】
そして、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１を窒化アルミニウムからなるサブマウントに、標準的なチップボンダーで搭載した後に加熱して固定し、続いて、終端抵抗と、コンデンサと、抵抗の変化を温度の変化として検出する温度センサとしてサーミスタと、高速信号を伝送するための配線板を、同じくチップボンダーで搭載し、リフロー方式により固定した。
【００４０】
固定されたサブマウント上の配線や素子、及び、半導体ＭＺ変調器１の変調電極１２ａ，１２ｂ及びバランス調整電極１３ａ，１３ｂをワイヤーボンディングにより結線した後、ＣｕＷからなるマウントにサブマウントを再度リフロー方式により固定し、ＹＡＧレーザを用いて入出力導波路の先に、入出力光をコリメートするレンズを固定した。
【００４１】
上述したようにマウントに搭載されたものを、両端にファイバー固定ができるようになった気密パッケージ内に実装し、レンズ付きの入出力ファイバーをＹＡＧレーザにより固定し、パッケージに設けられた高周波の差動信号入力端子にＲＦ入力コネクターとしてＧＰＰＯコネクターを装着してモジュール形体とした。
【００４２】
なお、本実施例においては、レンズの固定はＹＡＧレーザを用いて行ったが、これ以外の方法により行ってもよい。また、ＲＦ入力コネクターとしてＧＰＰＯコネクターを用いたが、これ以外にも所望周波数の信号が入力できるＲＦ入力用端子であればどのようなものを用いてもよい。
【００４３】
次に、製作したモジュールの性能測定結果に基づき、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の無温調駆動方法について、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の特性とともに説明する。
図４は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の基本動作について示した図である。
なお、図４においては、変調電極１２ａ，１２ｂに電圧を印加して行き、そのときの出力ポートから出力される光強度を模式的に示している。
【００４４】
ここで、図４に示すグラフにおいて、負側は、アーム導波路１１ａにバイアス電圧Ｖｂｉａｓ（＜０Ｖ）を印加した上に、変調電極電圧Ｖｐａｉを負の電圧として印加した状態を示している。このとき、プッシュプル駆動のために、アーム導波路１１ｂには、アーム導波路１１ａと同じバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加され、かつ、アーム導波路１１ａとは符号が逆の変調電極電圧Ｖｐａｉが印加される。このとき、｜Ｖｐａｉ｜＜｜Ｖｂｉａｓ｜の関係がある。
【００４５】
同じく、図４の正側は、電圧印加するアーム導波路の違いを示しており、便宜上グラフの正にプロットしているが、印加されるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ及び変調電極電圧Ｖｐａｉの符号は、アーム導波路１１ａと同じ符号である。以後の実測のグラフも同じようなプロットをしている。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、製造後のモジュールの特性においては、製造時に発生する位相誤差により、消光点がゼロ電圧のところに現れない。そこで、バランス調整電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加して（この電圧をＶｎｕｌｌとする）消光点がゼロ電圧のところに位置するように調整する。なお、通常は、Ｖｎｕｌｌが低くなる方のバランス調整電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加する。
【００４７】
また、本実施例においては、Ｖｎｕｌｌは、時間軸に対し長期的な変動が発生しても、常に変調電極１２ａ，１２ｂの消光特性で電圧非印加時に消光点がゼロ電圧となるように自動バイアス制御回路（Ａｕｔｏ ｂｉａｓ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）（上記特許文献３参照）を用いて調整させている。無論、長期的変動がない場合は、自動バイアス制御回路は不要である。
【００４８】
その後、変調電極１２ａ，１２ｂに電圧をスイープすると、図４（ｂ）に示すように、左右対称の特性が得られる。ここで、正負の最初の最大透過強度が得られる点までの電圧が、ＤＰＳＫとして半導体ＭＺ変調器１を使用した場合の変調振幅電圧Ｖｐａｉとなる。そして、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の特徴は、変調振幅電圧Ｖｐａｉがある程度任意に選択できる点にある。
【００４９】
図５は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性のバイアス電圧依存性を示した図である。
図５においては、一例として、製作した半導体ＭＺ変調器１のバイアス電圧が８Ｖから１６Ｖまでの変調電極１２ａ，１２ｂの消光特性のＶｂｉａｓ依存性を示している。なお、図５においては、−５℃一定に温度を保ち波長１５６０ｎｍで測定した結果を示している。また、図５においては、図を見やすくするために、各バイアス電圧Ｖｂｉａｓで規格化透過強度を１０ｄＢずらして表示してある。
【００５０】
図５に示すように、Ｖｎｕｌｌを印加し消光点を調整した状態で、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（すなわち、変調電極１２ａ，１２ｂに印加するＤＣ成分）を高くすると、ゼロ電圧を対称軸に中央に向かって変調振幅電圧Ｖｐａｉが小さくなる。図５に示した例においては、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを１Ｖ変化させると、０．２Ｖの変調振幅電圧Ｖｐａｉの変化が得られ、およそその変化は、ほぼバイアス電圧Ｖｂｉａｓに比例している。
【００５１】
ところで、半導体ＭＺ変調器１は、位相変調器部分の長さが長いほど駆動電圧を低くすることができる。これは、バンドギャップがかならず温度依存性を持つため、半導体であれば駆動電圧の波長依存性が必ず存在し、これを一定駆動電圧にするためバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加して補償しているためである。
【００５２】
従来の光変調器はｐｉｎ構造が主流である。しかし、一般的なＩｎＰ構造の半導体ＭＺ変調器の構成（ｐｉｎ構造）ではｐ層は損失が高く、変調領域の長さを長くすると損失が増大してしまう。そこで、短い変調領域で変調を行えるように、動作波長とバンドギャップ波長を近いところに設定する。すなわち、デチューニング量（動作波長とバンドギャップ波長の差）を小さくする。
【００５３】
ここでは、ある程度Ｖπ（変調振幅）を小さくし、かつ、Ｃ帯（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）全域での損失が許容できる範囲（例えば、０．５ｄＢ程度）となるように、バンドギャップ波長と長さを設計している。この設計は、温度一定となるようにペルチェ素子の使用を前提として設計されている。
【００５４】
このような素子構造のＩｎＰ構造の半導体ＭＺ変調器では、波長変化をバイアス電圧Ｖｂｉａｓで補償した上に、さらにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加して温度補償をすると損失の増加が大きくなり実現することができない。
【００５５】
一方、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の構造は、ｎｐｉｎ構造である（上記特許文献２参照）。この構造は、波長依存性をバイアス電圧Ｖｂｉａｓで補償しなくてはならない点は同じであるが、従来の構造に比べて損失が小さい。なぜなら、従来の構造に比べてｐ層が極めて薄く損失が小さいので、変調領域の長さを損失を増加させることなく十分に長くすることができるからである。
【００５６】
そのため、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１においては、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加しなくてもＶπ（変調振幅）が小さいという特徴がある。これは、変調領域の長さでの調整範囲が広いためである。このため、波長依存性を補償する電圧の範囲も狭いという特徴がある。さらに、損失増加が許容できるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの範囲内で十分に、温度補償も行うことができるという特徴がある。
【００５７】
そして、これらの特徴を実現することができるのは本実施例に係るｎｐｉｎ構造の半導体ＭＺ変調器１だけである。通常、従来のＬＮ変調器等の場合、ＬＮ変調器が持つ物性値と長さから導き出される変調振幅電圧Ｖｐａｉが決定される。しかし、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の場合は、変調振幅電圧Ｖｐａｉがある程度任意に選択できる点に優位性がある。
【００５８】
図６は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性の温度依存性を示した図である。
図６においては、温度を変化させた際の変調振幅電圧Ｖｐａｉ変動の様子を示している。なお、図６においては、５℃から７５℃まで温度を変化させた場合に、変調電極１２ａ，１２ｂをスイープして得られる消光特性を示している。なお、図６においては、図を見やすくするために、各温度で規格化透過強度を１０ｄＢずらして表示してある。また、ここでは、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝５Ｖ、波長１５６０ｎｍ一定で測定を実施した。
【００５９】
図６に示すように、高温部から温度が下がるにつれて、変調振幅電圧Ｖｐａｉは大きくなる。これは温度が下がることによりデチューニング量が大きくなり、変調効率が低下するためである。このように、半導体ＭＺ変調器１は、温度の変化で変調振幅電圧Ｖｐａｉが変動してしまう。温度の変化とともに、温度入力を受け、しかも、半導体ＭＺ変調器１の振幅変動に合わせて、半導体ＭＺ変調器１を駆動するドライバーが振幅電圧を可変できればよいが、通常そのようなドライバーは入手できない。
【００６０】
図７は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
図７においては、図５に示した動作波長１５６０ｎｍでバイアス電圧Ｖｂｉａｓを変化させて得られる特性を、−５℃から７５℃の温度範囲で取得し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓと変調振幅電圧Ｖｐａｉの関係を、温度を関数にしてプロットし直している。
【００６１】
図７に示すように、−５℃のとき、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１６Ｖで、変調振幅電圧Ｖｐａｉは１．３Ｖ（図７中に破線で示す）となっている。バイアス電圧Ｖｂｉａｓ一定のまま、温度が上昇して行くと変調振幅電圧Ｖｐａｉは小さくなり４５℃では０．５３Ｖまで小さくなってしまうのがわかる。なお、５５℃以上では、バンド端が動作波長に近づき過ぎ、損失増加が認められたため、プロットから除外している。
【００６２】
一方、最大環境温度である７５℃のときを見ると、バイアス電圧Ｖｂａｉｓを下げて行き、４Ｖまで下げると変調振幅電圧Ｖｐａｉを２．８Ｖまで上昇させることができている。つまり、−５℃のときＶｂｉａｓ＝１６Ｖで達成されていた変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖは、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝７．１Ｖと設定すれば７５℃の環境下でも達成できることがわかる。
【００６３】
このとき、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝７．１Ｖは、前後の測定点の線形補完で求めた。図７を見てもわかるように、ほぼ線形的にプロットできているので十分である。無論、測定精度を高めて、よりバイアス電圧Ｖｂｉａｓの測定間隔を狭くして適正なバイアス電圧Ｖｂｉａｓを求めてもよい。
【００６４】
図８は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図８に示すように、作動信号を入力するＲＦ１，ＲＦ２の端子には、バイアスティー４０ａ，４０ｂを介して半導体ＭＺ変調器１にバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加できるようになっている。バイアス回路４１は、電子記憶媒体に記憶された配列であるメモリテーブル４２を内部に持っており、半導体ＭＺ変調器１近傍に設置している温度センサ４３から検出温度の入力を受け、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを温度変化に対応して変化させ入力できるようになっている。なお、本実施例においては、温度センサ４３として標準的なサーミスタを用いた。
【００６５】
メモリテーブル４２内には、温度センサ４３からの検出温度の入力に応じて出力されるバイアス電圧Ｖｂｉａｓを記憶し、予め測定された値が、温度とバイアス電圧Ｖｂｉａｓの配列として記憶されている。具体的な回路では、サーミスタ電流を定電流とした回路構成をとり、出力電圧をＡＤ変換後、デジタル処理でメモリテーブル４２内バイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定し出力する。なお、図示していないが、バランス調整電極１３ａ，１３ｂには、ＡＢＣ回路を接続し、消光点の調整を行えるようにした。
【００６６】
上述したように光送信機を形成し、実際に無温調下での実験を行った。環境温度は、疑似的に本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１をペルチェ素子上に搭載しモジュール温度を変化させることで行った。なお、環境炉で温度を変化させても同様の結果が得られるはずである。
【００６７】
図９は、本実施例に係る光送信機における−５℃と７５℃環境下の変調電極消光特性を示した図である。
図９に示すように、両者が−１．３Ｖから１．３Ｖまでの間で、同じ特性を示しており、変調振幅電圧Ｖｐａｉ一定の無温調駆動を実現できることを確認した。このときのバイアス電圧Ｖｂｉａｓをモニタしたところ、−５℃環境下では１６Ｖ、７５℃環境下では７．１Ｖであった。
【００６８】
このように、本実施例に係る光送信機は、温度が変化しても変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定に保ったまま駆動することができる。なお、本実施例に係る光送信機においては、バイアス回路４１にメモリテーブル４２が必要となるが、半導体ＭＺ変調器１を使用した光送信機内のペルチェ素子による温調を排除することができ、消費電力を低減することができるという効果を得ることができる。
【実施例２】
【００６９】
以下、本発明の第２の実施例に係る光送信機について説明する。
本実施例においては、温度センサ４３からの検出温度の入力に対し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを変化させる半導体ＭＺ変調器を駆動する光送信機であって、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを温度センサ４３からの検出温度の入力に対して演算処理により決定し、無温調素子で駆動することを特徴とする半導体ＭＺ変調器を有する光送信機について説明する。
【００７０】
なお、本実施例で用いる半導体ＭＺ変調器、その製造方法、モジュール組み立て方法は、第１の実施例と同様である。また、本実施例で用いる半導体ＭＺ素子は、第１の実施例と同素性の素子であり、特性も第１の実施例の素子と同様である。
【００７１】
第１の実施例では、バイアス回路４１は、温度センサ４３からの検出温度の入力を参照し、自身又は他にあるメモリテーブル４２を参照することでバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定して駆動することで無温調駆動を可能としていた。しかし、メモリテーブル４２を有する場合、メモリテーブル４２へのデータの書き込みを行い、また、メモリテーブル４２に書き込んだデータの取得を行わなければならない。
【００７２】
図１０は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図１０に示すように、本実施例では、バイアス回路４１の外部又は内部に演算回路４４を用意することで温度が変化した際にも変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定として駆動させることができるように行う。
【００７３】
図１１は、本実施例に係る光送信機におけるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの温度依存性を示した図である。
なお、図１１は、図５上の変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを達成できるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ、温度を関数にプロットしたものである。
図１１より、この温度範囲では、非常に線形的な変動を示すことがわかる。フィッティングした結果、この素子では下記式（１）に示す関係があることがわかった。
【数１】
ここで、Ｔは環境温度である。
【００７４】
温度センサ４３からの検出温度の入力がＴで与えられる場合はよいが、通常は与えられないのでＴは電圧や電流等の何らかの入力の関数で示される。温度センサ４３にサーミスタを用いた場合は、サーミスタの理論特性は下記式（２）で表される。
【数２】
ここで、Ｒは抵抗値、Ｂはサーミスタ定数、Ｔは実温度（Ｋ）、Ｔａは基準温度、Ｒａは基準温度における抵抗値である。なお、実際は、上記の式の補正項を加えた式にて温度を測定する。
【００７５】
この抵抗値を、サーミスタ電流を定電流とした回路構成をとり、出力電圧をＡＤ変換後、デジタル処理を行い、上記式（１）に、Ｔを与えることでバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定することができる。なお、本実施例で用いた素子では、係数が０．１１２、切片が−１５．５０となったが、無論、用いる素子において、それぞれ値が異なる。
【００７６】
また、本実施例で用いた素子では、温度に対して線形的なバイアス電圧Ｖｂｉａｓ依存性を示しているが、非線形の場合であっても下記式（３）に示す多項式を用いて変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定に駆動するこができる。
【数３】
【００７７】
このように、本実施例のように、上記式（３）に示す多項式によって示される係数を電子記憶媒体に記憶し、温度センサ４３からの検出温度の入力を引数としてバイアス回路４１外部又は内部に設けた演算回路４４で演算を行うことで、変調振幅電圧Ｖｐａｉを決定し、バイアス回路４１を介して半導体ＭＺ変調器１を、温調機構なしに駆動することができるため、消費電力を低減することができる。
【実施例３】
【００７８】
以下、本発明の第３の実施例に係る光送信機について説明する。
図１２は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図１２に示すように、本実施例では、半導体ＭＺ変調器１を用いた光送信機であって、光源として波長可変レーザ（半導体チューナブルレーザ）５０、レーザ駆動回路５１、半導体ＭＺ変調器１、温度センサ４３、温度センサ４３からの検出温度Ｔとレーザ駆動回路５１からの発振設定波長λが入力されるバイアス回路４１、バイアス回路４１がバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定するため参照する電子記憶媒体に記憶された配列であるメモリテーブル４２を有する光送信機で、Ｃ帯（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）全域、温度範囲−５℃から７５℃で、ペルチェ素子などの温調素子なく、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを可変し、変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定に駆動する光送信機を作製した。
【００７９】
第１，２の実施例では、半導体ＭＺ変調器１の変調振幅電圧Ｖｐａｉは温度依存性を示す特性を、温度無依存に駆動するため、メモリテーブル４２内に格納された配列、又は、演算回路４４によりＶｂｉａｓを、温度センサ４３からの検出温度Ｔを入力関数にして可変させて温度に依存することなく駆動できる光送信機について示した。これらは、いずれも固定波長の光源を利用した場合について記載されている。
【００８０】
しかし、光送信機の光源としては、一般に半導体チューナブルレーザ５０を用いることが多い。これは、波長多重伝送（ＷＤＭ伝送）を行う際に、波長毎に、多数の予備のレーザの在庫を抱えることとなるという問題から、半導体チューナブルレーザ５０で予備のレーザの在庫を減らすという目的からである。
【００８１】
半導体チューナブルレーザ５０は、方式の違いはあるが波長を変えるため、電流や温度による波長制御を行うため、ユーザが指定した動作波長を実現するために、ユーザにより入力された波長に、電流や温度を設定する機構が何かしら搭載されている。
【００８２】
半導体チューナブルレーザ５０の場合、ユーザにより入力された波長を参照し、メモリテーブル４２内に格納された予め測定された電流、温度の設定値に駆動条件を合わせることで所望の特性を出力しているものである。つまり、半導体チューナブルレーザ５０そのものが、発振波長に対してメモリ内に駆動条件を収めているものである。
【００８３】
本実施例では、光半導体ＭＺ変調器１及びモジュールは、第１の実施例に示した方法で作製し、素子特性が同じものを使用している。さらに、モジュールに、電子回路からなるボードにより制御されている半導体チューナブルレーザ５０からの出力を光ファイバーで接続した。
【００８４】
また、半導体チューナブルレーザ５０を駆動しているボード出力より波長λをデジタル信号として半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４１へ出力している。半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４１は、予めメモリテーブル４２内に格納された配列より、入力された温度Ｔと波長λを参照して、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定し、半導体ＭＺ変調器１にバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加するようにしてある。
【００８５】
ここでは、半導体チューナブルレーザ５０と半導体ＭＺ変調器１は別々にパッケージされたモジュールをファイバーにより接続しているが、無論、ひとつのパッケージ内に収める、又は、ひとつの同一基板上に形成することとしてもよい。また、半導体チューナブルレーザ５０を光源としたが、その他の波長可変機構があるレーザを用いることとしてもよい。
【００８６】
図１３は、本実施例に係る光送信機における変調振幅電圧の波長依存性を示した図である。
なお、図１３においては、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１２、温度Ｔ＝１５℃と一定として半導体チューナブルレーザ５０の波長を１５３０〜１５８０ｎｍまで外部入力により変化さえたときの変調振幅電圧Ｖｐａｉをプロットしたものである。
【００８７】
本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１では、変調振幅電圧Ｖｐａｉは波長にも依存し、動作波長が１０ｎｍ長波側に移動すると、変調振幅電圧Ｖｐａｉが０．１４Ｖずつ増加して行くことを示している。このように、半導体ＭＺ変調器１は、温度だけでなく動作波長に対しても、変調振幅電圧Ｖｐａｉが変動してしまう。
【００８８】
図１４は、本実施例に係る光送信機における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
なお、図１４においては、環境温度−５℃、波長１５６０ｎｍで測定した変調振幅電圧Ｖｐａｉのバイアス電圧Ｖｂｉａｓ依存性と、環境温度７５℃で波長１５３０ｎｍで測定した変調振幅電圧Ｖｐａｉのバイアス電圧Ｖｂｉａｓ依存性を示している。また、図１４においては、図が煩雑になるのを避けるため、動作条件がもっとも過酷な条件となる低温、長波長の場合と、高温、短波長の場合のみを示している。
【００８９】
環境温度−５度、波長１５６０ｎｍでバイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１６Ｖのときの変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖ（図１４中に破線で示す）である。この状態は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加しない場合、バンドギャップが最も動作波長から遠い状態にあたる。
【００９０】
一方、環境温度７５℃で波長１５３０ｎｍの場合は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加しない場合、バンドギャップが最も動作波長から近い状態にあたる。このとき、図１４に示すようにバイアス電圧Ｖｂｉａｓが２Ｖのとき、変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．４５Ｖとなっており、環境温度−５℃、波長１５６０ｎｍでバイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１６Ｖのときの変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを上回る。
【００９１】
よって、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝３．１５Ｖと設定すれば、環境温度７５℃で波長１５３０ｎｍの場合、変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを達成できる。無論、この間の温度Ｔ及び波長λであれば、バイアス電圧Ｖｂｉａｓが３．１５Ｖから１６Ｖの間の電圧に設定することで、変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを達成することができる。
【００９２】
言い換えると、この結果は、Ｃ帯（１５３０〜１５６０ｎｍ）の波長範囲で、かつ環境温度−５℃〜７５℃の間であれば、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを制御することで、ペルチェ素子等の温調素子を使用することなく、温度に依存せずに変調振幅電圧Ｖｐａｉ一定での駆動が可能であることを意味している。
【００９３】
このように、温度Ｔと波長λの情報を元にメモリテーブル４２内に格納されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力することで、温度Ｔ、波長λによらず、変調振幅電圧Ｖｐａｉ一定での駆動をペルチェ素子等の温度調整素子なしに、実現することができるため、消費電力を低減することができる。
【００９４】
先の例では、半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４２のメモリテーブル４２内に、温度Ｔ、波長λ、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの３次元配列を格納し、入力された温度Ｔと波長λにより半導体ＭＺ変調器１のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定している。しかし、半導体チューナブルレーザ５０は、目的波長の駆動条件を格納した電子記憶媒体（メモリ）を有している。
【００９５】
図１５は、本実施例に係る光送信機の他の構成を示したブロック図である。
図１５に示すように、半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４１の温度Ｔ、波長λ、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの３次元配列を半導体チューナブルレーザ５０側のメモリテーブル５２に格納しておく、又は、メモリテーブル５２を半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４２側と共有することで、電子回路の簡素化を図ることができる。
【００９６】
以上説明したように、本実施例のように、半導体ＭＺ変調器１を用いた光送信機であって、光源として半導体チューナブルレーザ５０、レーザ駆動回路５１、半導体ＭＺ変調器１、温度センサ４３、温度センサ４３からの検出温度Ｔとレーザ駆動回路５１からの発振設定波長λが入力されるバイアス回路４１、バイアス回路４１が温度を決定するため参照するメモリテーブル４２，５２を有する光送信機で、温度Ｔ、波長λによらず、振幅電圧Ｖｐａｉ一定での駆動をペルチェ素子等の温度調整素子なしに、実現することができるため、消費電力を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、例えば、ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器を備える光送信機に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 半導体ＭＺ変調器
１０ａ，１０ｂ ３ｄＢカップラー
１１ａ，１１ｂ アーム導波路
１２ａ，１２ｂ 変調電極
１３ａ，１３ｂ バランス調整電極
１４ 終端抵抗
１５ コンデンサ
２０ ＳＩ‐ＩｎＰ基板
２１ 第１のｎ型電極層
２２ 第１のｎ型クラッド層
２３ 第１の中間層
２４ コア層
２５ 第２の中間層
２６ 第１の低濃度クラッド
２７ ｐ型クラッド層
２８ 第２のｎ型クラッド層
２９ 第２のｎ型電極層
３０ ｎ型電極
３１ 第２のｎ型電極
４０ａ，４０ｂ バイアスティー
４１ バイアス回路
４２ メモリテーブル
４３ 温度センサ
４４ 演算回路
５０ 半導体チューナブルレーザ
５１ レーザ駆動回路
５２ メモリテーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信網の普及に伴い、４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ（ギガビット毎秒）を超える伝送容量を有する基幹系光通信システムへ適応が盛んに進められるようになった。これらの超高速通信システムでは、従来の光通信システムで適用されてきたＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調方式と比べて、周波数利用効率が高く、光信号対雑音比（ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ‐ｔｏ‐Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；ＯＳＮＲ）耐力及び非線形性耐力などが優れている様々な光変調方式の採用が相次いでいる。このような背景のなか、１シンボル時間で多ビット情報送信方式が最も有力な手段として考えられている。
【０００３】
例えば、変調された４つの位相にそれぞれ２ビットのデータを割り当てることのできる方式である差動四相位相偏移変調（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ；ＤＱＰＳＫ）の場合、送信器は、少なくとも４つの高速位相変調器を集積したデバイス構成が必要となる。現在、これらの高速位相変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3;ＬＮ）にて構成された変調器が広く用いられている（下記特許文献１参照）。ＬＮ導波路を用いることで、これらの変調器を低損失で実現することができるメリットがある。
【０００４】
しかしながら、より複雑な情報伝送フォーマットにＬＮ導波路を用いて対応する場合、デバイスサイズが大きくなるというデメリットを生ずる。例えば、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃを実現する偏波多重を含めた、４ビットのデータを割り当てるＤＰ‐ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の場合（下記非特許文献１参照）、ＤＱＰＳＫの構成が各偏波用に形成する形体となり、ＬＮを用いて形成した場合、構成するカップラーの個数も増える上、位相変調部の個数が少なくとも８個と倍になるため素子サイズが非常に大きくなるという問題がある。
【０００５】
今後、さらに複雑な情報伝送フォーマットに対応すればするほど、ＬＮを用いた変調器では、デバイスのサイズがより大きくなるという問題がある。この問題を回避するために、ＬＮを用いた変調器で折り返し構造を採用し小型化を図っている（下記非特許文献２参照）。しかしながら、それでも十分に小型であるとはいいがたい。
【０００６】
これらのＬＮを用いた変調器とならんで、半導体からなる光変調器として注目されているのが、半導体導波路の一部に電界を素子に与えることで、屈折率を変化させ、入力電気信号を光の位相変化に変換する半導体マッハツェンダ型位相光変調器（半導体ＭＺＭ位相光変調器）である。
【０００７】
この半導体ＭＺＭ位相光変調器の最大のメリットは、ＬＮ変調器と同等の特性を示しながら、より小型な変調器を実現することが可能な点である。ＬＮ変調器の場合、チップサイズが５ｃｍ程度にも及ぶが、半導体ＭＺＭ位相光変調器の場合、少なくとも５〜６ｍｍ程度のチップサイズでＬＮ変調器と同様の機能を発現することが可能となる。また、光源となるレーザも半導体から形成されているため、レーザをも同一基板上に集積し製作することが可能であるため、より小型な位相変調器を提供することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２０４７５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０７４６８号公報
【特許文献３】特開２００９−０６０５３３号公報
【特許文献４】特開２００８−１０７４６８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ．Ｈ．Ｇｎａｕｃｋ、外９名、“２５．６‐Ｔｂ／ｓ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ‐Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ＲＺ‐ＤＱＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ”、ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＶＯＬ．２６、ＮＯ．１、２００８年１月、ｐ．７９−８４
【非特許文献２】Ｋｅｎｊｉ Ａｏｋｉ、外６名、“Ｈｉｇｈ‐Ｓｐｅｅｄ Ｘ‐Ｃｕｔ Ｔｈｉｎ‐Ｓｈｅｅｔ ＬｉＮｂＯ3 Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｆｏｌｄｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”、ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＶＯＬ．２５、ＮＯ．７、２００８年７月、ｐ．１８０５−１８１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、半導体からなる半導体ＭＺＭ位相光変調器は、大幅な小型化を可能とするが、ＬＮ変調器に対して現時点で劣る点がある。それは温度調整にかかる消費電力にある。挿入損失も現時点では劣っているが、これは素子構造の最適化、結合方法の最適化により解決できる見込みがある。
【００１１】
しかし、温度調整機構により発生する消費電力が大きいということは、ＬＮ変調器に比べ半導体ＭＺＭ位相光変調器の欠点である。現在、地球温暖化対策ということで、エネルギーの低消費電力化が強く求められている上、通信容量が増大している今日、ＷＤＭの波長帯域をすべて使いきる前に、消費電力により通信容量が制限されるようになるとも言われており、消費電力が発生する温度調整機構は大きな問題である。
【００１２】
ＬＮ変調器は、基本的にはペルチェ素子等の温度制御装置を用いなくても一定電圧での高速変調を実現することができる。つまり、温度が変化しても、変調効率はほとんど変わらないため、温度制御なしで使用することができる。
【００１３】
一方、半導体ＭＺＭ位相光変調器は、バンドギャップが温度とともに変化するため、原理上、変調効率も変化してしまう。そのため、温度調整機構を設け、一定温度での駆動を余儀なくなされる。つまり、温度が変化すると、変調駆動する電圧も変化させなくてはならないという問題がある。
【００１４】
通常、温度変化に対し、変調駆動電圧を変化させることは、特殊な駆動ドライバーを使用することになるため行われない。一般的には、素子周辺に設けた温度センサからの入力を元に、ペルチェ素子を駆動し素子温度が一定になるようにして、外気温が変動しても変調効率が一定になるようにし、一定電圧駆動を行う。一定温度に保つためにかかる消費電力は、素子の大きさなどにも依存するが、最悪のケースで１Ｗ程度消費される。
【００１５】
これに対し、ＬＮ変調器の場合は０Ｗでありその差は大きい。光変調器は各チャンネルに１つという使い方をされるので、１０ユーザでは１０Ｗ、１０００ユーザでは１ＫＷの消費電力が発生し、ＬＮ変調器を使う場合と比べ消費電力に大きな差が生まれてしまう。
【００１６】
以上のことから本発明によれば、半導体ＭＺＭ位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る光送信機は、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力が変化すると、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る光送信機は、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力に基づき前記電子記憶媒体に記憶してある前記配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る光送信機は、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る光送信機は、
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の３次元配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、温度又は波長の変化により前記電子記憶媒体に記憶した前記３次元配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る光送信機は、
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、半導体ＭＺＭ位相光変調器においても、環境温度の変化に対して、同一変調電圧での駆動を可能とし、ペルチェ素子等を用いた温度調整機構を省略し、消費電力を低減することができる光送信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器の構成を示した模式図である。
【図２】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器の製作方法を示した模式図である。
【図３】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における分離溝の配置位置を示した模式図である。
【図４】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器の基本動作について示した図である。
【図５】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性のバイアス電圧依存性を示した図である。
【図６】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性の温度依存性を示した図である。
【図７】第１の実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
【図８】第１の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
【図９】第１の実施例に係る光送信機における−５℃と７５℃環境下の変調電極消光特性を示した図である。
【図１０】第２の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
【図１１】第２の実施例に係る光送信機におけるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの温度依存性を示した図である。
【図１２】第３の実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
【図１３】第３の実施例に係る光送信機における変調振幅電圧の波長依存性を示した図である。
【図１４】第３の実施例に係る光送信機における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
【図１５】第３の実施例に係る光送信機の他の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る光送信機について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の第１の実施例に係る光送信機について説明する。
本実施例に係る光送信機は、ｎｐｉｎ構造の半導体ＭＺ変調器と、半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を与えるバイアス回路とを備える光送信機であって、温度センサからの入力が変化すると、バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として駆動することを特徴としている。本実施例においては、本実施例に係る光送信機を製作し、評価を行った。
【００２６】
はじめに、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の構成について説明する。
図１は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の構成を示した模式図である。
図１に示すように、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、入力ポート側に配置された３ｄＢカップラー１０ａと、出力ポート側に配置された３ｄＢカップラー１０ｂと、２つの３ｄＢカップラー１０ａ，１０ｂを接続するアーム導波路１１ａ，１１ｂと、アーム導波路１１ａ，１１ｂ上に設置された高速変調を行うための変調電極１２ａ，１２ｂと、アーム導波路１１ａ，１１ｂ上に設置された製造時の位相誤差を調整するためのバランス調整電極１３ａ，１３ｂとにより構成されている。なお、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の層構造は、ｎｐｉｎ構造であり上記特許文献２に見られるＩｎＰ構造の半導体ＭＺ変調器と同じ構造である。
【００２７】
本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、下側のアーム導波路１１ｂを通過する経路の方が半波長（波長／アーム導波路１１ａ，１１ｂの実効屈折率／２の長さ）分だけ長く設計された非対称ＭＺの構成となっている。本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、理想的に製作できた場合にはノーマリーＯＦＦとなり、変調電極１２ａ，１２ｂ及びバランス調整電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加しない場合には、入力ポートから入力した光は出力ポートから出力されない状態となる。
【００２８】
しかし、実際に製作するデバイスにおいて、製造時の位相誤差により、ノーマリーＯＦＦとはならないため、製造時の位相誤差を調整する機構が必要となる。このため、アーム導波路１１ａ，１１ｂの後段にはバランス調整電極１３ａ，１３ｂを設置する。無論、製造時の位相誤差を調整することができるのであるから、元より非対称ＭＺではなく対称ＭＺとして設計を行い、製造後にバランス調整電極１３ａ，１３ｂを用いて消光点を調整するようにしてもよい。また、アーム導波路１１ａ，１１ｂの前段には、通信信号をのせるための変調電極１２ａ，１２ｂを設置する。
【００２９】
なお、図１においては、プッシュプル駆動を行う場合の構成を示しており、アーム導波路１１ａ，１１ｂには変調電極電圧Ｖｐａｉを印加する。また、変調電極１２ａ，１２ｂには、直流（ＤＣ）成分のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加する。また、変調電極１２ａ，１２ｂの終端側には、終端抵抗１４と、ＤＣ成分が通過しないようにコンデンサ１５が挿入されている。
【００３０】
次に、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の製作方法について説明する。
図２は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の製作方法を示した模式図である。
図２（ａ）に示すように、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１は、半絶縁性（ＳＩ；ｓｅｍｉ‐ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）‐ＩｎＰ基板２０上には、第１のｎ型電極層（ｎ＋‐ＩｎＰ）２１を成長させる。第１のｎ型電極層２１上には、第１のｎ型クラッド層（ｎ‐ＩｎＰ）２２を成長させる。第１のｎ型クラッド層２２上には、第１の中間層（ｉ‐ＩｎＧａＡｓＰ）２３を成長させる。第１の中間層２３上には、コア層２４を成長させる。コア層２４上には、第２の中間層（ｉ‐ＩｎＧａＡｓＰ）２５の順に成長させる。
【００３１】
第２の中間層２５上には、第１の低濃度クラッド（ｉ‐ＩｎＰ）２６を成長させる。第１の低濃度クラッド２６上には、電子バリアとして機能するｐ型クラッド層（ｐ‐ＩｎＰ）２７を成長させる。ｐ型クラッド層２７上には、第２のｎ型クラッド層（ｎ‐ＩｎＰ）２８を成長させる。第２のｎ型クラッド層２８上には、第２のｎ型電極層（ｎ＋‐ＩｎＰ）２９を成長させる。
【００３２】
ここで、コア層２５は、動作光波長で電気光学効果が有効に働くように構成され、例えば、１５００ｎｍ帯のデバイスであれば、ＩｎＧａＡｌＡｓのＧａ／Ａｌ組成を変えた層を、それぞれ量子井戸層と量子バリア層にした多重量子井戸構造とすることができる。また、第１の中間層２３は、光吸収で発生したキャリアをヘテロ界面でトラップされないようにするための接続層として機能する。
【００３３】
図３は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における分離溝の配置位置を示した模式図である。
図３に示すように、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器を製作するには、２つのアーム導波路１１ａ，１１ｂを電気的に分離するために、アーム導波路１１ａ，１１ｂ上に分離溝１６を形成する。
【００３４】
なお、変調電極１２ａ，１２ｂとバランス調整電極１３ａ，１３ｂとが分かれているＭＺ構造の場合には、その間にも分離溝１６を設けて電気的分離を行う。これは、電気的分離がなされていないと、片方のアーム導波路に変調のため印加した電圧が、他方のアーム導波路の変調に影響を及ぼすためである。
【００３５】
分離溝１６は、第２のｎ型電極層２９から電子バリアとして機能するｐ型クラッド層２７までの一部を標準的なフォトリソグラフィー、パターニングをし、ウエットエッチング技術を用いて、アーム導波路１１ａ，１１ｂの何処かを幅数ミクロンの溝として取り除く。なお、本実施例においては、分離溝１６による電気的分離を行ったが、電極が接触する変調電極１２ａ，１２ｂの周辺以外を石英のハードマスクを用いて第２のｎ型電極層２９から電子バリアとして機能するｐ型クラッド層２７までを除去した後、半絶縁性のＩｎＰで再度成長し置き換を実施してもよい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて第２のｎ型電極層２９から、第１の中間層２３までの層をエッチングすることにより、ハイメサ型の導波路構造を形成する。続いて、第１のｎ型クラッド層２２をエッチングすることにより、第１のｎ型電極層２１を露出させる。
【００３７】
そして、図２（ｃ）に示すように、変調電極１２ａ，１２ｂと、バランス調整電極１３ａ，１３ｂとなるｎ型電極３０を第２のｎ型電極層２９上に、ＧＮＤとなる第２のｎ型電極３１を第１のｎ型電極層２１上にそれぞれ形成する。なお、本実施例においては、ｎ型電極３０及び第２のｎ型電極３１は金により形成した。また、必要に応じて、パッシベーション膜を堆積し、メサ表面を保護するようにしてもよいし、ポリマーなどを利用してハイメサ構造を保護してもよい。
【００３８】
次に、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器のモジュールへの実装方法について説明する。
上述したようにｎ型電極３０及び第２のｎ型電極３１を形成した後、後程行うへき開が実施できる程度までＳＩ‐ＩｎＰ基板２０の裏面を研磨した。ＳＩ‐ＩｎＰ基板２０の裏面に固定半田が接着するように金属膜を蒸着し、各素子をへき開した後、入出力導波路がある端面に無反射コートを施した。
【００３９】
そして、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１を窒化アルミニウムからなるサブマウントに、標準的なチップボンダーで搭載した後に加熱して固定し、続いて、終端抵抗と、コンデンサと、抵抗の変化を温度の変化として検出する温度センサとしてサーミスタと、高速信号を伝送するための配線板を、同じくチップボンダーで搭載し、リフロー方式により固定した。
【００４０】
固定されたサブマウント上の配線や素子、及び、半導体ＭＺ変調器１の変調電極１２ａ，１２ｂ及びバランス調整電極１３ａ，１３ｂをワイヤーボンディングにより結線した後、ＣｕＷからなるマウントにサブマウントを再度リフロー方式により固定し、ＹＡＧレーザを用いて入出力導波路の先に、入出力光をコリメートするレンズを固定した。
【００４１】
上述したようにマウントに搭載されたものを、両端にファイバー固定ができるようになった気密パッケージ内に実装し、レンズ付きの入出力ファイバーをＹＡＧレーザにより固定し、パッケージに設けられた高周波の差動信号入力端子にＲＦ入力コネクターとしてＧＰＰＯコネクターを装着してモジュール形体とした。
【００４２】
なお、本実施例においては、レンズの固定はＹＡＧレーザを用いて行ったが、これ以外の方法により行ってもよい。また、ＲＦ入力コネクターとしてＧＰＰＯコネクターを用いたが、これ以外にも所望周波数の信号が入力できるＲＦ入力用端子であればどのようなものを用いてもよい。
【００４３】
次に、製作したモジュールの性能測定結果に基づき、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の無温調駆動方法について、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の特性とともに説明する。
図４は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器の基本動作について示した図である。
なお、図４においては、変調電極１２ａ，１２ｂに電圧を印加して行き、そのときの出力ポートから出力される光強度を模式的に示している。
【００４４】
ここで、図４に示すグラフにおいて、負側は、アーム導波路１１ａにバイアス電圧Ｖｂｉａｓ（＜０Ｖ）を印加した上に、変調電極電圧Ｖｐａｉを負の電圧として印加した状態を示している。このとき、プッシュプル駆動のために、アーム導波路１１ｂには、アーム導波路１１ａと同じバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加され、かつ、アーム導波路１１ａとは符号が逆の変調電極電圧Ｖｐａｉが印加される。このとき、｜Ｖｐａｉ｜＜｜Ｖｂｉａｓ｜の関係がある。
【００４５】
同じく、図４の正側は、電圧印加するアーム導波路の違いを示しており、便宜上グラフの正にプロットしているが、印加されるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ及び変調電極電圧Ｖｐａｉの符号は、アーム導波路１１ａと同じ符号である。以後の実測のグラフも同じようなプロットをしている。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、製造後のモジュールの特性においては、製造時に発生する位相誤差により、消光点がゼロ電圧のところに現れない。そこで、バランス調整電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加して（この電圧をＶｎｕｌｌとする）消光点がゼロ電圧のところに位置するように調整する。なお、通常は、Ｖｎｕｌｌが低くなる方のバランス調整電極１３ａ，１３ｂに電圧を印加する。
【００４７】
また、本実施例においては、Ｖｎｕｌｌは、時間軸に対し長期的な変動が発生しても、常に変調電極１２ａ，１２ｂの消光特性で電圧非印加時に消光点がゼロ電圧となるように自動バイアス制御回路（Ａｕｔｏ ｂｉａｓ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）（上記特許文献３参照）を用いて調整させている。無論、長期的変動がない場合は、自動バイアス制御回路は不要である。
【００４８】
その後、変調電極１２ａ，１２ｂに電圧をスイープすると、図４（ｂ）に示すように、左右対称の特性が得られる。ここで、正負の最初の最大透過強度が得られる点までの電圧が、ＤＰＳＫとして半導体ＭＺ変調器１を使用した場合の変調振幅電圧Ｖｐａｉとなる。そして、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の特徴は、変調振幅電圧Ｖｐａｉがある程度任意に選択できる点にある。
【００４９】
図５は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性のバイアス電圧依存性を示した図である。
図５においては、一例として、製作した半導体ＭＺ変調器１のバイアス電圧が８Ｖから１６Ｖまでの変調電極１２ａ，１２ｂの消光特性のＶｂｉａｓ依存性を示している。なお、図５においては、−５℃一定に温度を保ち波長１５６０ｎｍで測定した結果を示している。また、図５においては、図を見やすくするために、各バイアス電圧Ｖｂｉａｓで規格化透過強度を１０ｄＢずらして表示してある。
【００５０】
図５に示すように、Ｖｎｕｌｌを印加し消光点を調整した状態で、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（すなわち、変調電極１２ａ，１２ｂに印加するＤＣ成分）を高くすると、ゼロ電圧を対称軸に中央に向かって変調振幅電圧Ｖｐａｉが小さくなる。図５に示した例においては、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを１Ｖ変化させると、０．２Ｖの変調振幅電圧Ｖｐａｉの変化が得られ、およそその変化は、ほぼバイアス電圧Ｖｂｉａｓに比例している。
【００５１】
ところで、半導体ＭＺ変調器１は、位相変調器部分の長さが長いほど駆動電圧を低くすることができる。これは、バンドギャップがかならず温度依存性を持つため、半導体であれば駆動電圧の波長依存性が必ず存在し、これを一定駆動電圧にするためバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加して補償しているためである。
【００５２】
従来の光変調器はｐｉｎ構造が主流である。しかし、一般的なＩｎＰ構造の半導体ＭＺ変調器の構成（ｐｉｎ構造）ではｐ層は損失が高く、変調領域の長さを長くすると損失が増大してしまう。そこで、短い変調領域で変調を行えるように、動作波長とバンドギャップ波長を近いところに設定する。すなわち、デチューニング量（動作波長とバンドギャップ波長の差）を小さくする。
【００５３】
ここでは、ある程度Ｖπ（変調振幅）を小さくし、かつ、Ｃ帯（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）全域での損失が許容できる範囲（例えば、０．５ｄＢ程度）となるように、バンドギャップ波長と長さを設計している。この設計は、温度一定となるようにペルチェ素子の使用を前提として設計されている。
【００５４】
このような素子構造のＩｎＰ構造の半導体ＭＺ変調器では、波長変化をバイアス電圧Ｖｂｉａｓで補償した上に、さらにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加して温度補償をすると損失の増加が大きくなり実現することができない。
【００５５】
一方、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の構造は、ｎｐｉｎ構造である（上記特許文献２参照）。この構造は、波長依存性をバイアス電圧Ｖｂｉａｓで補償しなくてはならない点は同じであるが、従来の構造に比べて損失が小さい。なぜなら、従来の構造に比べてｐ層が極めて薄く損失が小さいので、変調領域の長さを損失を増加させることなく十分に長くすることができるからである。
【００５６】
そのため、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１においては、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加しなくてもＶπ（変調振幅）が小さいという特徴がある。これは、変調領域の長さでの調整範囲が広いためである。このため、波長依存性を補償する電圧の範囲も狭いという特徴がある。さらに、損失増加が許容できるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの範囲内で十分に、温度補償も行うことができるという特徴がある。
【００５７】
そして、これらの特徴を実現することができるのは本実施例に係るｎｐｉｎ構造の半導体ＭＺ変調器１だけである。通常、従来のＬＮ変調器等の場合、ＬＮ変調器が持つ物性値と長さから導き出される変調振幅電圧Ｖｐａｉが決定される。しかし、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１の場合は、変調振幅電圧Ｖｐａｉがある程度任意に選択できる点に優位性がある。
【００５８】
図６は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調電極消光特性の温度依存性を示した図である。
図６においては、温度を変化させた際の変調振幅電圧Ｖｐａｉ変動の様子を示している。なお、図６においては、５℃から７５℃まで温度を変化させた場合に、変調電極１２ａ，１２ｂをスイープして得られる消光特性を示している。なお、図６においては、図を見やすくするために、各温度で規格化透過強度を１０ｄＢずらして表示してある。また、ここでは、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝５Ｖ、波長１５６０ｎｍ一定で測定を実施した。
【００５９】
図６に示すように、高温部から温度が下がるにつれて、変調振幅電圧Ｖｐａｉは大きくなる。これは温度が下がることによりデチューニング量が大きくなり、変調効率が低下するためである。このように、半導体ＭＺ変調器１は、温度の変化で変調振幅電圧Ｖｐａｉが変動してしまう。温度の変化とともに、温度入力を受け、しかも、半導体ＭＺ変調器１の振幅変動に合わせて、半導体ＭＺ変調器１を駆動するドライバーが振幅電圧を可変できればよいが、通常そのようなドライバーは入手できない。
【００６０】
図７は、本実施例に係る半導体ＭＺ変調器における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
図７においては、図５に示した動作波長１５６０ｎｍでバイアス電圧Ｖｂｉａｓを変化させて得られる特性を、−５℃から７５℃の温度範囲で取得し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓと変調振幅電圧Ｖｐａｉの関係を、温度を関数にしてプロットし直している。
【００６１】
図７に示すように、−５℃のとき、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１６Ｖで、変調振幅電圧Ｖｐａｉは１．３Ｖ（図７中に破線で示す）となっている。バイアス電圧Ｖｂｉａｓ一定のまま、温度が上昇して行くと変調振幅電圧Ｖｐａｉは小さくなり４５℃では０．５３Ｖまで小さくなってしまうのがわかる。なお、５５℃以上では、バンド端が動作波長に近づき過ぎ、損失増加が認められたため、プロットから除外している。
【００６２】
一方、最大環境温度である７５℃のときを見ると、バイアス電圧Ｖｂａｉｓを下げて行き、４Ｖまで下げると変調振幅電圧Ｖｐａｉを２．８Ｖまで上昇させることができている。つまり、−５℃のときＶｂｉａｓ＝１６Ｖで達成されていた変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖは、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝７．１Ｖと設定すれば７５℃の環境下でも達成できることがわかる。
【００６３】
このとき、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝７．１Ｖは、前後の測定点の線形補完で求めた。図７を見てもわかるように、ほぼ線形的にプロットできているので十分である。無論、測定精度を高めて、よりバイアス電圧Ｖｂｉａｓの測定間隔を狭くして適正なバイアス電圧Ｖｂｉａｓを求めてもよい。
【００６４】
図８は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図８に示すように、作動信号を入力するＲＦ１，ＲＦ２の端子には、バイアスティー４０ａ，４０ｂを介して半導体ＭＺ変調器１にバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加できるようになっている。バイアス回路４１は、電子記憶媒体に記憶された配列であるメモリテーブル４２を内部に持っており、半導体ＭＺ変調器１近傍に設置している温度センサ４３から検出温度の入力を受け、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを温度変化に対応して変化させ入力できるようになっている。なお、本実施例においては、温度センサ４３として標準的なサーミスタを用いた。
【００６５】
メモリテーブル４２内には、温度センサ４３からの検出温度の入力に応じて出力されるバイアス電圧Ｖｂｉａｓを記憶し、予め測定された値が、温度とバイアス電圧Ｖｂｉａｓの配列として記憶されている。具体的な回路では、サーミスタ電流を定電流とした回路構成をとり、出力電圧をＡＤ変換後、デジタル処理でメモリテーブル４２内バイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定し出力する。なお、図示していないが、バランス調整電極１３ａ，１３ｂには、ＡＢＣ回路を接続し、消光点の調整を行えるようにした。
【００６６】
上述したように光送信機を形成し、実際に無温調下での実験を行った。環境温度は、疑似的に本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１をペルチェ素子上に搭載しモジュール温度を変化させることで行った。なお、環境炉で温度を変化させても同様の結果が得られるはずである。
【００６７】
図９は、本実施例に係る光送信機における−５℃と７５℃環境下の変調電極消光特性を示した図である。
図９に示すように、両者が−１．３Ｖから１．３Ｖまでの間で、同じ特性を示しており、変調振幅電圧Ｖｐａｉ一定の無温調駆動を実現できることを確認した。このときのバイアス電圧Ｖｂｉａｓをモニタしたところ、−５℃環境下では１６Ｖ、７５℃環境下では７．１Ｖであった。
【００６８】
このように、本実施例に係る光送信機は、温度が変化しても変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定に保ったまま駆動することができる。なお、本実施例に係る光送信機においては、バイアス回路４１にメモリテーブル４２が必要となるが、半導体ＭＺ変調器１を使用した光送信機内のペルチェ素子による温調を排除することができ、消費電力を低減することができるという効果を得ることができる。
【実施例２】
【００６９】
以下、本発明の第２の実施例に係る光送信機について説明する。
本実施例においては、温度センサ４３からの検出温度の入力に対し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを変化させる半導体ＭＺ変調器を駆動する光送信機であって、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを温度センサ４３からの検出温度の入力に対して演算処理により決定し、無温調素子で駆動することを特徴とする半導体ＭＺ変調器を有する光送信機について説明する。
【００７０】
なお、本実施例で用いる半導体ＭＺ変調器、その製造方法、モジュール組み立て方法は、第１の実施例と同様である。また、本実施例で用いる半導体ＭＺ素子は、第１の実施例と同素性の素子であり、特性も第１の実施例の素子と同様である。
【００７１】
第１の実施例では、バイアス回路４１は、温度センサ４３からの検出温度の入力を参照し、自身又は他にあるメモリテーブル４２を参照することでバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定して駆動することで無温調駆動を可能としていた。しかし、メモリテーブル４２を有する場合、メモリテーブル４２へのデータの書き込みを行い、また、メモリテーブル４２に書き込んだデータの取得を行わなければならない。
【００７２】
図１０は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図１０に示すように、本実施例では、バイアス回路４１の外部又は内部に演算回路４４を用意することで温度が変化した際にも変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定として駆動させることができるように行う。
【００７３】
図１１は、本実施例に係る光送信機におけるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの温度依存性を示した図である。
なお、図１１は、図５上の変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを達成できるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ、温度を関数にプロットしたものである。
図１１より、この温度範囲では、非常に線形的な変動を示すことがわかる。フィッティングした結果、この素子では下記式（１）に示す関係があることがわかった。
【数１】
ここで、Ｔは環境温度である。
【００７４】
温度センサ４３からの検出温度の入力がＴで与えられる場合はよいが、通常は与えられないのでＴは電圧や電流等の何らかの入力の関数で示される。温度センサ４３にサーミスタを用いた場合は、サーミスタの理論特性は下記式（２）で表される。
【数２】
ここで、Ｒは抵抗値、Ｂはサーミスタ定数、Ｔは実温度（Ｋ）、Ｔａは基準温度、Ｒａは基準温度における抵抗値である。なお、実際は、上記の式の補正項を加えた式にて温度を測定する。
【００７５】
この抵抗値を、サーミスタ電流を定電流とした回路構成をとり、出力電圧をＡＤ変換後、デジタル処理を行い、上記式（１）に、Ｔを与えることでバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定することができる。なお、本実施例で用いた素子では、係数が０．１１２、切片が−１５．５０となったが、無論、用いる素子において、それぞれ値が異なる。
【００７６】
また、本実施例で用いた素子では、温度に対して線形的なバイアス電圧Ｖｂｉａｓ依存性を示しているが、非線形の場合であっても下記式（３）に示す多項式を用いて変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定に駆動するこができる。
【数３】
【００７７】
このように、本実施例のように、上記式（３）に示す多項式によって示される係数を電子記憶媒体に記憶し、温度センサ４３からの検出温度の入力を引数としてバイアス回路４１外部又は内部に設けた演算回路４４で演算を行うことで、変調振幅電圧Ｖｐａｉを決定し、バイアス回路４１を介して半導体ＭＺ変調器１を、温調機構なしに駆動することができるため、消費電力を低減することができる。
【実施例３】
【００７８】
以下、本発明の第３の実施例に係る光送信機について説明する。
図１２は、本実施例に係る光送信機の構成を示したブロック図である。
図１２に示すように、本実施例では、半導体ＭＺ変調器１を用いた光送信機であって、光源として波長可変レーザ（半導体チューナブルレーザ）５０、レーザ駆動回路５１、半導体ＭＺ変調器１、温度センサ４３、温度センサ４３からの検出温度Ｔとレーザ駆動回路５１からの発振設定波長λが入力されるバイアス回路４１、バイアス回路４１がバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定するため参照する電子記憶媒体に記憶された配列であるメモリテーブル４２を有する光送信機で、Ｃ帯（１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）全域、温度範囲−５℃から７５℃で、ペルチェ素子などの温調素子なく、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを可変し、変調振幅電圧Ｖｐａｉを一定に駆動する光送信機を作製した。
【００７９】
第１，２の実施例では、半導体ＭＺ変調器１の変調振幅電圧Ｖｐａｉは温度依存性を示す特性を、温度無依存に駆動するため、メモリテーブル４２内に格納された配列、又は、演算回路４４によりＶｂｉａｓを、温度センサ４３からの検出温度Ｔを入力関数にして可変させて温度に依存することなく駆動できる光送信機について示した。これらは、いずれも固定波長の光源を利用した場合について記載されている。
【００８０】
しかし、光送信機の光源としては、一般に半導体チューナブルレーザ５０を用いることが多い。これは、波長多重伝送（ＷＤＭ伝送）を行う際に、波長毎に、多数の予備のレーザの在庫を抱えることとなるという問題から、半導体チューナブルレーザ５０で予備のレーザの在庫を減らすという目的からである。
【００８１】
半導体チューナブルレーザ５０は、方式の違いはあるが波長を変えるため、電流や温度による波長制御を行うため、ユーザが指定した動作波長を実現するために、ユーザにより入力された波長に、電流や温度を設定する機構が何かしら搭載されている。
【００８２】
半導体チューナブルレーザ５０の場合、ユーザにより入力された波長を参照し、メモリテーブル４２内に格納された予め測定された電流、温度の設定値に駆動条件を合わせることで所望の特性を出力しているものである。つまり、半導体チューナブルレーザ５０そのものが、発振波長に対してメモリ内に駆動条件を収めているものである。
【００８３】
本実施例では、光半導体ＭＺ変調器１及びモジュールは、第１の実施例に示した方法で作製し、素子特性が同じものを使用している。さらに、モジュールに、電子回路からなるボードにより制御されている半導体チューナブルレーザ５０からの出力を光ファイバーで接続した。
【００８４】
また、半導体チューナブルレーザ５０を駆動しているボード出力より波長λをデジタル信号として半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４１へ出力している。半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４１は、予めメモリテーブル４２内に格納された配列より、入力された温度Ｔと波長λを参照して、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定し、半導体ＭＺ変調器１にバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加するようにしてある。
【００８５】
ここでは、半導体チューナブルレーザ５０と半導体ＭＺ変調器１は別々にパッケージされたモジュールをファイバーにより接続しているが、無論、ひとつのパッケージ内に収める、又は、ひとつの同一基板上に形成することとしてもよい。また、半導体チューナブルレーザ５０を光源としたが、その他の波長可変機構があるレーザを用いることとしてもよい。
【００８６】
図１３は、本実施例に係る光送信機における変調振幅電圧の波長依存性を示した図である。
なお、図１３においては、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１２、温度Ｔ＝１５℃と一定として半導体チューナブルレーザ５０の波長を１５３０〜１５８０ｎｍまで外部入力により変化さえたときの変調振幅電圧Ｖｐａｉをプロットしたものである。
【００８７】
本実施例に係る半導体ＭＺ変調器１では、変調振幅電圧Ｖｐａｉは波長にも依存し、動作波長が１０ｎｍ長波側に移動すると、変調振幅電圧Ｖｐａｉが０．１４Ｖずつ増加して行くことを示している。このように、半導体ＭＺ変調器１は、温度だけでなく動作波長に対しても、変調振幅電圧Ｖｐａｉが変動してしまう。
【００８８】
図１４は、本実施例に係る光送信機における変調振幅電圧のバイアス電圧依存性を示した図である。
なお、図１４においては、環境温度−５℃、波長１５６０ｎｍで測定した変調振幅電圧Ｖｐａｉのバイアス電圧Ｖｂｉａｓ依存性と、環境温度７５℃で波長１５３０ｎｍで測定した変調振幅電圧Ｖｐａｉのバイアス電圧Ｖｂｉａｓ依存性を示している。また、図１４においては、図が煩雑になるのを避けるため、動作条件がもっとも過酷な条件となる低温、長波長の場合と、高温、短波長の場合のみを示している。
【００８９】
環境温度−５度、波長１５６０ｎｍでバイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１６Ｖのときの変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖ（図１４中に破線で示す）である。この状態は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加しない場合、バンドギャップが最も動作波長から遠い状態にあたる。
【００９０】
一方、環境温度７５℃で波長１５３０ｎｍの場合は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加しない場合、バンドギャップが最も動作波長から近い状態にあたる。このとき、図１４に示すようにバイアス電圧Ｖｂｉａｓが２Ｖのとき、変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．４５Ｖとなっており、環境温度−５℃、波長１５６０ｎｍでバイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝１６Ｖのときの変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを上回る。
【００９１】
よって、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ＝３．１５Ｖと設定すれば、環境温度７５℃で波長１５３０ｎｍの場合、変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを達成できる。無論、この間の温度Ｔ及び波長λであれば、バイアス電圧Ｖｂｉａｓが３．１５Ｖから１６Ｖの間の電圧に設定することで、変調振幅電圧Ｖｐａｉ＝１．３Ｖを達成することができる。
【００９２】
言い換えると、この結果は、Ｃ帯（１５３０〜１５６０ｎｍ）の波長範囲で、かつ環境温度−５℃〜７５℃の間であれば、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを制御することで、ペルチェ素子等の温調素子を使用することなく、温度に依存せずに変調振幅電圧Ｖｐａｉ一定での駆動が可能であることを意味している。
【００９３】
このように、温度Ｔと波長λの情報を元にメモリテーブル４２内に格納されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力することで、温度Ｔ、波長λによらず、変調振幅電圧Ｖｐａｉ一定での駆動をペルチェ素子等の温度調整素子なしに、実現することができるため、消費電力を低減することができる。
【００９４】
先の例では、半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４２のメモリテーブル４２内に、温度Ｔ、波長λ、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの３次元配列を格納し、入力された温度Ｔと波長λにより半導体ＭＺ変調器１のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決定している。しかし、半導体チューナブルレーザ５０は、目的波長の駆動条件を格納した電子記憶媒体（メモリ）を有している。
【００９５】
図１５は、本実施例に係る光送信機の他の構成を示したブロック図である。
図１５に示すように、半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４１の温度Ｔ、波長λ、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの３次元配列を半導体チューナブルレーザ５０側のメモリテーブル５２に格納しておく、又は、メモリテーブル５２を半導体ＭＺ変調器１のバイアス回路４２側と共有することで、電子回路の簡素化を図ることができる。
【００９６】
以上説明したように、本実施例のように、半導体ＭＺ変調器１を用いた光送信機であって、光源として半導体チューナブルレーザ５０、レーザ駆動回路５１、半導体ＭＺ変調器１、温度センサ４３、温度センサ４３からの検出温度Ｔとレーザ駆動回路５１からの発振設定波長λが入力されるバイアス回路４１、バイアス回路４１が温度を決定するため参照するメモリテーブル４２，５２を有する光送信機で、温度Ｔ、波長λによらず、振幅電圧Ｖｐａｉ一定での駆動をペルチェ素子等の温度調整素子なしに、実現することができるため、消費電力を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、例えば、ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器を備える光送信機に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 半導体ＭＺ変調器
１０ａ，１０ｂ ３ｄＢカップラー
１１ａ，１１ｂ アーム導波路
１２ａ，１２ｂ 変調電極
１３ａ，１３ｂ バランス調整電極
１４ 終端抵抗
１５ コンデンサ
２０ ＳＩ‐ＩｎＰ基板
２１ 第１のｎ型電極層
２２ 第１のｎ型クラッド層
２３ 第１の中間層
２４ コア層
２５ 第２の中間層
２６ 第１の低濃度クラッド
２７ ｐ型クラッド層
２８ 第２のｎ型クラッド層
２９ 第２のｎ型電極層
３０ ｎ型電極
３１ 第２のｎ型電極
４０ａ，４０ｂ バイアスティー
４１ バイアス回路
４２ メモリテーブル
４３ 温度センサ
４４ 演算回路
５０ 半導体チューナブルレーザ
５１ レーザ駆動回路
５２ メモリテーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力が変化すると、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力に基づき前記電子記憶媒体に記憶してある前記配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項３】
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項４】
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の３次元配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、温度又は波長の変化により前記電子記憶媒体に記憶した前記３次元配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項５】
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項１】
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力が変化すると、前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、前記温度センサからの入力に基づき前記電子記憶媒体に記憶してある前記配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項３】
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項４】
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力と前記バイアス電圧の３次元配列を記憶してある電子記憶媒体と
を備え、
前記バイアス回路は、温度又は波長の変化により前記電子記憶媒体に記憶した前記３次元配列を参照して前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【請求項５】
波長可変レーザと、
ｎｐｉｎ構造を有する変調領域を有する半導体ＭＺ変調器と、
前記半導体ＭＺ変調器の温度を監視する温度センサと、
前記半導体ＭＺ変調器の変調電極にバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
前記波長可変レーザの動作波長と前記温度センサからの入力を関数とする多項式により前記バイアス電圧を演算する演算回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記演算回路における演算結果により前記バイアス電圧を変化させて変調振幅電圧を一定として前記半導体ＭＺ変調器を駆動する
ことを特徴とする光送信機。
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２２１３７０（Ｐ２０１１−２２１３７０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１９０３（Ｐ２０１０−９１９０３）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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