(57)【要約】【課題】出力光のチャープ特性を制御することができる光変調デバイスを得る。【解決手段】光分波器１４は、入射側光導波路１２を介して入力された入力光を第１の入力光と第２の入力光に分波する。光強度変調器１６は、外部の変調器ドライバ２４から入力された変調信号に応じて第１の入力光の強度を変調する。可変光位相シフタ１８は、第２の入力光の位相をシフトする。光合波器２０は、光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光を合波した合波光を、出射側光導波路２２を介して出力する。可変光位相シフタ１８の位相シフト量は、外部から制御できる。【選択図】図１
2010008763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を第１の入力光と第２の入力光に分波する光分波器と、
変調信号に応じて前記第１の入力光の強度を変調する光強度変調器と、
前記第２の入力光の位相をシフトする可変光位相シフタと、
前記光強度変調器の出力光と前記可変光位相シフタの出力光を合波した合波光を出力する光合波器とを備え、
前記可変光位相シフタの位相シフト量は、外部から制御できることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項２】
前記光合波器による合波の際に、前記光強度変調器の出力光の強度は、前記可変光位相シフタの出力光より強いことを特徴とする請求項１に記載の光変調デバイス。
【請求項３】
前記可変光位相シフタは、注入する電流を変えることで前記第２の入力光の導波路の屈折率を変化させる半導体レーザ又は半導体光増幅器を有することを特徴とする請求項１に記載の光変調デバイス。
【請求項４】
前記光強度変調器は、電界吸収型光変調器又はマッハ・ツェンダー型光変調器であることを特徴とする請求項１に記載の光変調デバイス。
【請求項５】
前記第２の入力光の強度を減衰させる可変光減衰器を更に備え、
前記可変光減衰器の減衰量は、外部から制御できることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光変調デバイス。
【請求項６】
前記光分波器による前記第１の入力光と前記第２の入力光の分波比、又は、前記光合波器による前記光強度変調器の出力光と前記可変光位相シフタの出力光の合成比は、外部から制御できることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光変調デバイス。
【請求項７】
前記可変光位相シフタは、前記光強度変調器に与えられる前記変調信号に同期して動作することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光変調デバイス。
【請求項８】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光変調デバイスと、
環境温度に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量を制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の温度依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の温度依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項９】
請求項５に記載の光変調デバイスと、
環境温度に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量、前記可変光減衰器の減衰量の少なくとも１つを制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の温度依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の温度依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の光変調デバイスと、
環境温度に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量、前記光分波器による前記第１の入力光と前記第２の入力光の分波比、前記光合波器による前記光強度変調器の出力光と前記可変光位相シフタの出力光の合成比の少なくとも１つを制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の温度依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の温度依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光変調デバイスと、
前記入力光の波長に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量を制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の波長依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の波長依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の光変調デバイスと
前記入力光の波長に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量、前記可変光減衰器の減衰量の少なくとも１つを制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の波長依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の波長依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１３】
請求項６に記載の光変調デバイスと
前記入力光の波長に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量、前記光分波器による前記第１の入力光と前記第２の入力光の分波比、前記光合波器による前記光強度変調器の出力光と前記可変光位相シフタの出力光の合成比の少なくとも１つを制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の波長依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の波長依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１４】
波長可変レーザが前記光変調デバイスとモノリシック集積又はハイブリッド集積されていることを特徴とする請求項１１〜１３の何れか１項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力光の強度を変調する光変調デバイスに関し、特に出力光のチャープ特性を制御することができる光変調デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１０ギガビット毎秒以上の高速光変調が可能な光変調器として、（１）ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いたマッハ・ツェンダー型光変調器、（２）半導体を用いたマッハ・ツェンダー型光変調器、（３）電界吸収型光変調器、の３種が実用化されている。特に、（１）の光変調器は性能の温度、波長依存性が小さく、チャープ特性が安定しているため、光トランスポンダ装置用の変調光源として最も広く用いられている。
【０００３】
（１）の光変調器では、光分波器により入射光を２等分してそれぞれ導波路に通す。これらの導波路に互いに逆相・等振幅の変調信号を加えて屈折率を変化させ、導波光に±９０°の位相変化を生じさせる。これらの導波光を光合波器で合波して、位相変調を強度変調に変換して出力する。
【０００４】
（１）の光変調器の典型的な導波路長は３０〜５０ｍｍ程度であり、これを有する光半導体装置の長さは５０ｍｍ〜１００ｍｍに及ぶ。従来の光トランスポンダ（５インチ×７インチ、４．５インチ×３．５インチ）ではこのような寸法の光半導体装置を収容する容積が有ったが、光通信装置の小型化に伴って近年用いられているＸＦＰ（10 Gigabit form-factor pluggable）光トランシーバにはそのような容積は無い。（１）の光変調器の寸法を縮小できない原因は、ＬｉＮｂＯ３に電圧を加えた際の屈折率変化が材料定数で決定されるため小さく、導波路で９０°の位相変化を与えるのに上述の数十ｍｍオーダの長さを必要とすることにある。
【０００５】
一方、（２）の光変調器は、半導体光導波路のバンドギャップ波長を入射光波長から１００ｎｍ程度短く設定しておくことで、数ｍｍ程度の短い導波路でも±９０°の位相変化が得られ、マッハ・ツェンダー型光変調器として動作することが確認されている。従って、（２）の光変調器は小型化が可能であり、ＸＦＰ光トランシーバに適する。また、光通信用レーザに用いられる材料（例えばＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ）を用いて当該変調器を形成することで、光通信用レーザとのモノリシック一体形成が可能であり、光学系の簡素化によりコストを低減できる。また、性能の温度・波長依存性は（１）の光変調器より大きいが、（３）の光変調器よりは小さいため、次世代の小型波長可変変調光源において波長可変レーザと組み合わせて用いる光変調器として最も有望視されている。
【０００６】
しかし、（２）の光変調器は、変調器長が数ｍｍ程度と、化合物半導体ウェハ（ＩｎＰウェハの場合、直径は２〜３インチ）に比べて無視できないほど大きく、１枚のウェハから取れる数量が限定されるため製造コストが大きい。これに対し、（３）の光変調器は、０．２ｍｍ程度の変調器長で１０ｄＢ程度の消光比が得られる。また、半導体レーザとのモノリシック集積が容易であるため、固定波長のＸＦＰトランシーバなどによく用いられている。
【０００７】
【非特許文献１】Makino et al., Proceedings of the Optical Fiber Communication Conference (OFC2007), no. OMS1
【非特許文献２】Koyama et al., J. Lightwave Technol., vol. 6, no.1, pp.87-93, 1988
【非特許文献３】Leuthold et al., JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 19, NO. 5, pp.700-707, MAY 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体光導波路の光損失には導波路側面の凹凸など波長に依存しない成分と、バンド間吸収や自由キャリア吸収など波長に依存する成分がある。電圧印加時の屈折率変化を大きく取るために半導体光導波路のバンドギャップ波長を入射光波長から１００ｎｍ程度と比較的近く設定している。このため、半導体光導波路の光損失及び実効屈折率は、例えば半導体ウェハ面内の組成のばらつきによるバンド間吸収量のばらつき等による影響を受けやすい。従って、半導体光導波路を用いた光変調器では、上下２つの半導体光導波路の光損失及び実効屈折率を厳密に制御することが困難であるため、出力光のチャープ特性が大きくばらつくという問題があった。
【０００９】
また、半導体マッハ・ツェンダー型光変調器や電界吸収型光変調器には、温度無依存性が強く求められる。温度が変化すると半導体のバンドギャップも変化するため、これらの変調器では特性の変化が生じる。従って、これらの変調器は温度を一定に保つペルチェ素子と共に用いられることが多い。しかし、ペルチェ素子は消費電力が大きい。
【００１０】
消費電力を下げるためにペルチェ素子を用いない光トランシーバに適用する光変調器として、電界吸収型光変調器に半導体レーザをモノリシックに集積した変調器集積レーザにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いて変調器を形成し、バイアス電圧を温度に応じて調整するものが提案されている。この変調器により広い温度範囲で１０ギガビット毎秒の伝送が可能であることが実証されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、高温側で光出力が著しく低下すること、Ａｌを含む光デバイスは一般に長期信頼性の確保が難しいことなど、実用のために解決すべき課題が残っている。
【００１１】
従って、消費電力を下げるためにペルチェ素子を用いない光トランシーバは、レーザの直接変調を利用したものに限られる。しかし、直接変調では良好な波形が得られるビットレートが高々１０ギガビット毎秒である。よって、消費電力が低く、ビットレートが４０ギガビット毎秒の光トランシーバは実現していなかった。
【００１２】
また、電界吸収型光変調器は、半導体光導波路のバンドギャップ波長を入射光波長から５０ｎｍ程度とかなり近く設定するため、吸収係数や屈折率変化の波長依存性が大きく、波長可変レーザと組み合わせて用いることができなかった。
【００１３】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、出力光のチャープ特性を制御することができる光変調デバイスを得るものである。
【００１４】
本発明の第２の目的は、コストダウン、消費電力低減、小型化に有効であり、高い変調ビットレートを実現することができ、環境温度に依存せず所望の性能を実現することができる光半導体装置を得るものである。
【００１５】
本発明の第３の目的は、波長に依存せず所望の性能を実現することができる光半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の発明は、入力光を第１の入力光と第２の入力光に分波する光分波器と、変調信号に応じて前記第１の入力光の強度を変調する光強度変調器と、前記第２の入力光の位相をシフトする可変光位相シフタと、前記光強度変調器の出力光と前記可変光位相シフタの出力光を合波した合波光を出力する光合波器とを備え、前記可変光位相シフタの位相シフト量は、外部から制御できることを特徴とする光変調デバイスである。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明の光変調デバイスと、環境温度に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量を制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の温度依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の温度依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置である。
【００１８】
第３の発明は、第１の発明の光変調デバイスと、前記入力光の波長に応じて、前記可変光位相シフタの位相シフト量を制御することで、前記光変調デバイスの出力光の特性の波長依存性を、前記光強度変調器の出力光の特性の波長依存性より小さくする制御回路とを備えることを特徴とする光半導体装置である。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明により、光変調デバイスの出力光のチャープ特性を制御することができる。
【００２０】
第２の発明により、コストダウン、消費電力低減、小型化に有効であり、高い変調ビットレートを実現することができ、環境温度に依存せず所望の性能を実現することができる。
【００２１】
第３の発明により、波長に依存せず所望の性能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光変調デバイスを示す図である。光変調デバイス１０は、入射側光導波路１２と、光分波器１４と、光強度変調器１６と、可変光位相シフタ１８と、光合波器２０と、出射側光導波路２２とを備える。光分波器１４は、入射側光導波路１２を介して入力された入力光を第１の入力光と第２の入力光に分波する。
【００２３】
光強度変調器１６は、外部の変調器ドライバ２４から入力された変調信号に応じて第１の入力光の強度を変調する。光強度変調器１６は、例えば長さ２００μｍの電界吸収型光変調器である。電界吸収型光変調器の長さは典型的には０．３ｍｍ以下に抑えることができるので、光強度変調器１６の寸法を小さくすることができる
【００２４】
可変光位相シフタ１８は、外部の電流源２６から入力された電流に応じて第２の入力光の位相をシフトする。即ち、可変光位相シフタ１８の位相シフト量は、外部から制御できる。例えば、可変光位相シフタ１８は、活性層に注入する電流を変えることで、導波路である活性層の屈折率を変化させる半導体レーザ又は半導体光増幅器である。半導体レーザや半導体光増幅器は比較的形成が容易である。そして、逆バイアス電圧を印加して屈折率を変化させる構成に比べて、注入する電流を変化させる構成は、短いデバイス長で大きな屈折率変化を得ることができる。本実施の形態では可変光位相シフタ１８に直流電流を与えるので高周波応答は関係が無いため、可変光位相シフタ１８として、屈折率変化が大きく位相シフト効果に優れる半導体光増幅器を用いる。なお、可変光位相シフタ１８として、外部から入力された電圧に応じて主に複素屈折率の実部のみを変化できる導波路を有するものを用いてもよい。
【００２５】
光合波器２０は、光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光を合波した合波光を、出射側光導波路２２を介して出力する。ここで、光分波器１４による第１の入力光と第２の入力光の分波比は、入射側光導波路１２から光強度変調器１６へ至る光路の挿入損失が、入射側光導波路１２から可変光位相シフタ１８へ至る光路の挿入損失よりも小さくなるように設定されている。そして、光合波器２０による光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光の合成比は、光強度変調器１６から出射側光導波路２２へ至る光路の挿入損失が、可変光位相シフタ１８から出射側光導波路２２へ至る光路の挿入損失よりも小さくなるように設定されている。これにより、光合波器２０による合波の際に、光強度変調器１６の出力光の強度は可変光位相シフタ１８の出力光より強くなる。
【００２６】
図２は、図１に示した光強度変調器のチャープ特性を示す図である。光強度変調器１６のチャープ特性は、αパラメータの変調信号依存性に該当する。ここで、変調信号は、光強度変調器１６に印加される逆バイアス電圧である。また、αパラメータは、下記の数式（１）に示すように、小信号変調時の複素屈折率変化の実部の変化Δｎ’と虚部の変化Δｎ’’の比で定義される（例えば、非特許文献２参照）。
【００２７】
【数１】
2010008763.tif 000003
【００２８】
図３は、光強度変調器の出力光の電界ベクトルを示す図である。横軸は電界ベクトルの実部を表し、縦軸は電界ベクトルの虚部を表す。即ち、図３の座標系は光強度変調器１６の出力光の強度と位相の相対的な変化を表したものである。変調信号が電圧０Ｖの時の光強度及び位相に対応する点がＡ（１，０）となるように規格化されている。光強度変調器１６がＯＮからＯＦＦに変化するとき、光強度変調器１６の出力光の電界ベクトルＥは軌跡ＡＢを描く。
【００２９】
電界ベクトルＥは、下記の数式（２）で表される。また、任意の時点の電界ベクトルＥのベクトルの長さ｜Ｅ｜の２乗は出力光強度Ｐを表し、電界ベクトルＥと横軸のなす角φは出力光の位相を表している。
【００３０】
【数２】
2010008763.tif 000004
【００３１】
αとφは下記の数式（３）の関係がある。図３の軌跡ＡＢは図２のチャープ特性から（３）式を用いて計算したものである。
【００３２】
【数３】
2010008763.tif 000005
【００３３】
図４は、本発明の実施の形態１に係る光変調デバイスの出力光の電界ベクトルを示す図である。図５は、図４の原点付近を拡大した図である。
【００３４】
ここで、出射側光導波路２２から出力される光の電界ベクトルＥ３は、光強度変調器１６の出力光の電界ベクトルＥ１と、可変光位相シフタ１８の出力光の電界ベクトルＥ２とを合成したものである。光変調デバイス１０がＯＮからＯＦＦに変化し、光強度変調器１６の出力光の電界ベクトルＥ１が軌跡ＡＢ（点線）を描くとき、出射側光導波路２２から出力される光の電界ベクトルＥ３は軌跡Ａ’Ｂ’（実線）を描く。即ち、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性は、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性から変化する。
【００３５】
可変光位相シフタ１８に注入する電流を変化させることで可変光位相シフタ１８の屈折率を変化させ、電界ベクトルＥ２の角度φ（位相）を変化させることができる。従って、可変光位相シフタ１８の位相シフト量を外部から制御することができる。そして、可変光位相シフタ１８の位相シフト量を制御することで、出力光のチャープ特性を制御することができる。例えば、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性が設計値からずれている場合にも、所望のチャープ特性を得ることができる。また、チャープ特性を制御することで、温度、入力光の強度・波長、ファイバ分散耐力、偏光などの動作条件の変化に対応することもできる。
【００３６】
また、光強度変調器１６を通る光路の挿入損失が可変光位相シフタ１８を通る光路の挿入損失より小さくなるように設定されているため、可変光位相シフタ１８に分岐される光の強度は小さくなり、光強度変調器１６単体と比べた挿入損失の増加を抑えることができる。
【００３７】
また、光合波器２０による合波の際に、光強度変調器１６の出力光の強度は可変光位相シフタ１８の出力光より強いため、電界ベクトルＥ２は電界ベクトルＥ１に比べて短くなる。従って、光強度が強い側にある点Ａ→Ａ’の強度変化は小さく、可変光位相シフタ１８の位相シフト量をどのように変えても点Ａ’の光強度は点Ｂ’の光強度より大きく保たれるため、高い消光比を得ることができ、光強度のオンとオフが反転（符号反転）することはない。よって、本実施の形態に係る光変調デバイスは光情報通信に好適に利用できる。
【００３８】
図６は、参考のために可変位相シフタの出力光の強度を相対的に大きくした場合の光変調デバイスの出力光の電界ベクトルを示す図である。光強度変調器１６の出力光の電界ベクトルＥ１が軌跡ＡＢ（点線）を描くとき、出射側光導波路２２から出力される光の電界ベクトルＥ３は軌跡Ａ″Ｂ″（実線）を描く。可変光位相シフタ１８の出力光の強度を大きくすると電界ベクトルＥ２が相対的に長くなるため、点Ａ→Ａ″の強度変化も大きくなる。従って、可変光位相シフタ１８の位相シフト量によっては、光強度のオンとオフが反転（符号反転）する場合がある。
【００３９】
図７は、第１のパラメータ設定例を示す図である。電界ベクトルＥ２の大きさは０．１、電界ベクトルＥ２が実軸の正の向きと成す角は２．４ｒａｄｉａｎに設定されている。光強度変調器１６の出力光の電界ベクトルＥ１が軌跡ＡＢ（点線）を描くとき、光変調デバイス１０の出力光の電界ベクトルＥ３は軌跡Ａ’Ｂ’（実線）を描く。図８は、図７のパラメータ設定時のチャープ特性を示す図である。αパラメータの正数は光強度変調器１６よりも光変調デバイス１０の方が小さく、αパラメータの負数は光強度変調器１６よりも光変調デバイス１０の方が大きい。よって、図７のパラメータ設定を用いることで、光強度変調器１６単体の場合に比べ、正分散ファイバに対する伝送特性を改善することができる。
【００４０】
図９は、第２のパラメータ設定例を示す図である。電界ベクトルＥ２の大きさは０．１、電界ベクトルＥ２が実軸の正の向きと成す角φは５．２ｒａｄｉａｎに設定されている。光強度変調器１６の出力光の電界ベクトルＥ１が軌跡ＡＢ（点線）を描くとき、光変調デバイス１０の出力光の電界ベクトルＥ３は軌跡Ａ’Ｂ’（実線）を描く。図１０は、図９のパラメータ設定時のチャープ特性を示す図である。αパラメータの正数は光強度変調器１６よりも光変調デバイスの方が大きい。よって、図９のパラメータ設定を用いることで、光強度変調器１６単体の場合に比べ、負分散ファイバに対する伝送特性を改善することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では光強度変調器１６の例として電界吸収型を示したが、他の変調器、例えばマッハ・ツェンダー型変調器を用いてもよい。マッハ・ツェンダー型光変調器は、電界吸収型光変調器では直接には対応できない変調方式（例えば、ＣＳ−ＲＺ方式、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ方式）に対しても、消光比特性やチャープ特性を同じ原理で補正できる。
【００４２】
また、光分波器１４及び光合波器２０としてＹ字型の分岐・合波導波路を示したが、同じ機能を有する多モード干渉（Multi-Mode Interference: MMI）型導波路を用いてもよい。
【００４３】
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光変調デバイスを示す図である。実施の形態１と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００４４】
光変調デバイス１０は、第２の入力光の強度を減衰させる可変光減衰器２８を更に備える。可変光減衰器２８の挿入損失は外部の電源３０から入力される電圧に応じて変化する。即ち、可変光減衰器２８の減衰量は外部から制御できる。
【００４５】
これにより、可変光位相シフタ１８の出力光の電界ベクトルＥ２の角度（位相）だけでなく、強度も変化させることができる。従って、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の制御範囲を実施の形態１よりも拡げることができる。
【００４６】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る光変調デバイスを示す図である。実施の形態１と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００４７】
光変調デバイス１０は、光分波器１４と光合波器２０の代わりに、それぞれ入射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ（Multi-Mode Interference Coupler: MMI）３２（光分波器）と出射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３４（光合波器）を備えている。入射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３２，出射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３４には、例えば非特許文献３に記載の技術を用いることができる。
【００４８】
入射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３２は、外部の電源３６から入力される電圧に応じて第１の入力光と第２の入力光の分波比を変える。出射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３４は、外部の電源３８から入力される電圧に応じてよる光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光の合成比を変える。即ち、入射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３２による第１の入力光と第２の入力光の分波比、出射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ３４による光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光の合成比は、外部から制御できる。
【００４９】
これにより、可変光位相シフタ１８の出力光の電界ベクトルＥ２の角度（位相）だけでなく、強度も変化させることができる。従って、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の制御範囲を実施の形態１よりも拡げることができる。さらに、実施の形態２よりも光変調デバイス１０の挿入損失を低減することができる。
【００５０】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係る光変調デバイス１０を示す図である。実施の形態１、２と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００５１】
可変光位相シフタ１８は、変調器ドライバ２４と同一又は別個の変調信号源４０により駆動され、光強度変調器１６に与えられる変調信号に同期して高速動作する。これにより、光変調デバイス１０のＯＮとＯＦＦの両方で所望のチャープ特性を得ることができる。また、チャープ特性の補償を行う過渡的な応答を調整し、実際の変調信号に対して最適な過渡的レスポンスを与えることができる。
【００５２】
なお、可変光位相シフタ１８を駆動する変調信号の極性は、変調器ドライバ２４の変調信号と同じでも逆でも良い。また、変調信号源４０には、過渡応答を鈍らせるか、又はオーバーシュートを持たせる任意のフィルタ回路が入っていても良い。
【００５３】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５に係る光半導体装置を示す図である。光半導体装置４２は、光変調デバイス１０と、半導体レーザ４４と、変調器ドライバ２４と、サーミスタ４６と、制御回路４８とを備える。
【００５４】
光変調デバイス１０の構成は実施の形態３と同様である。光変調デバイス１０と半導体レーザ４４は、モノリシック集積又はハイブリッド集積されている。変調器ドライバ２４は、外部から入力された入力電気信号に応じた変調信号を光変調デバイス１０の光強度変調器１６に供給する。
【００５５】
サーミスタ４６は、環境温度を測定して制御回路４８に送る。制御回路４８は、環境温度に応じて、可変光位相シフタ１８の位相シフト量、光分波器１４による第１の入力光と第２の入力光の分波比、光合波器２０による光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光の合成比の少なくとも１つを制御することで、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の温度依存性を、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性の温度依存性より小さくする。
【００５６】
図１５は、光強度変調器のチャープ特性の温度依存性を示す図である。低温になるほどチャープが増大することが分かる。図１６は、光強度変調器の出力光の電界ベクトルをプロットした図である。一方、図１７は、本発明の実施の形態５に光変調デバイスの出力光の電界ベクトルをプロットした図である。制御回路４８により温度に応じて光強度変調器１６の出力光の位相や強度を制御すると、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の温度依存性は小さくなることが分かる。
【００５７】
図１８は、本発明の実施の形態５に光変調デバイスの温度依存性を示す図である。このデータは図１６のデータから求めたものである。光変調デバイス１０は、光強度変調器１６よりもチャープ特性の温度依存性を低減できることが分かる。
【００５８】
よって、本実施の形態に係る光半導体装置４２は、環境温度に依存せず所望の性能を実現することができる。また、温度を一定に保つペルチェ素子を設ける必要が無いので、コストダウン、消費電力低減、小型化に有効である。また、直接変調では困難であった４０ギガビット毎秒以上の変調ビットレートを実現することができる。このため、本実施の形態に係る光半導体装置４２は、超高速光ファイバ情報通信に適する。
【００５９】
また、長期信頼性が確立された半導体材料、例えばＩｎＧａＡｓＰを用いて光変調デバイス１０を形成すれば、チャープ特性の温度依存性が少なく長期信頼性に優れた光変調器を実現することができる。
【００６０】
なお、光変調デバイス１０の構成は実施の形態１と同様でもよい。この場合、制御回路４８は、環境温度に応じて、可変光位相シフタ１８の位相シフト量を制御することで、光変調デバイス１０の出力光の特性の温度依存性を、光強度変調器１６の出力光の特性の温度依存性より小さくする。
【００６１】
また、光変調デバイス１０の構成は実施の形態２と同様でもよい。この場合、制御回路４８は、環境温度に応じて、可変光位相シフタ１８の位相シフト量、可変光減衰器２８の減衰量の少なくとも１つを制御することで、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の温度依存性を、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性の温度依存性より小さくする。
【００６２】
実施の形態６．
図１９は、本発明の実施の形態６に係る光半導体装置を示す図である。実施の形態５と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００６３】
実施の形態５と異なり、半導体レーザ４４の代わりに、波長可変機構を有する波長可変レーザ５０が光変調デバイス１０とモノリシック集積又はハイブリッド集積されている。制御回路４８は、外部からの波長指定に応じて波長可変レーザ５０の発振波長を調整する。そして、制御回路４８は、入力光の波長（指定された波長）に応じて、可変光位相シフタ１８の位相シフト量、光分波器１４による第１の入力光と第２の入力光の分波比、光合波器２０による光強度変調器１６の出力光と可変光位相シフタ１８の出力光の合成比の少なくとも１つを制御することで、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の波長依存性を、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性の波長依存性より小さくする。
【００６４】
一般に、入力光の波長が変化すると、光強度変調器１６のチャープ特性は、環境温度が変化した場合と同様に変化する。そこで、指定された波長に応じて光変調デバイス１０を制御することで、波長に依存せず所望の性能を実現することができる。特に光強度変調器１６が半導体マッハ・ツェンダー変調器や電界吸収型光変調器である場合、光変調デバイス１０の特性変化は、入力光の波長と温度に依存する光強度変調器１６のバンドギャップ波長の差で決定されるため、温度が変化することと入射光の波長が変化することは等価である。従って、入力光の波長が変化しても、実施の形態５と同様に制御できる。
【００６５】
なお、光変調デバイス１０の構成は実施の形態１と同様でもよい。この場合、制御回路４８は、入力光の波長に応じて、可変光位相シフタ１８の位相シフト量を制御することで、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の波長依存性を、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性の波長依存性より小さくする。
【００６６】
また、光変調デバイス１０の構成は実施の形態２と同様でもよい。この場合、制御回路４８は、入力光の波長に応じて、可変光位相シフタ１８の位相シフト量、可変光減衰器２８の減衰量の少なくとも１つを制御することで、光変調デバイス１０の出力光のチャープ特性の波長依存性を、光強度変調器１６の出力光のチャープ特性の波長依存性より小さくする。
【００６７】
実施の形態７．
図２０は、本発明の実施の形態７に係る光半導体装置を示す図である。光半導体装置４２は、光変調モジュールであり、光変調デバイス１０とレンズ５２，５４を備える。光変調デバイス１０の構成は実施の形態１〜４の何れかと同様である。外部光学系の光ファイバ５６からの光をレンズ５２を介して光変調デバイス１０に入力する。そして、光変調デバイス１０の出力光をレンズ５４を介して外部光学系の光ファイバ５８に出力する。
【００６８】
実施の形態８．
図２１は、本発明の実施の形態８に係る光半導体装置を示す図である。実施の形態７と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００６９】
同じモジュール内に、光変調デバイス１０と半導体レーザ４４をレンズ５２を介して光結合するハイブリッド実装形式を取っている。これにより、実施の形態７と比較して光源も含めたモジュール部品点数を減らすことができ、光送信機の小型化に有効である。
【００７０】
実施の形態９．
図２２は、本発明の実施の形態９に係る光半導体装置を示す図である。光変調デバイス１０と半導体レーザ４４をモノリシックに集積している。これにより、半導体レーザ４４から光変調デバイス１０への光の結合効率を大幅に改善することができ、光半導体装置出力光強度を高くすることができる。
【００７１】
実施の形態１０．
図２３は、本発明の実施の形態１０に係る光半導体装置を示す図である。光変調デバイス１０と多電極波長可変半導体レーザ６０をモノリシックに集積している。これにより、多電極波長可変半導体レーザ６０から光変調デバイス１０への光の結合効率を大幅に改善することができ、光半導体装置出力光強度を高くすることができる。
【００７２】
実施の形態１１．
図２４は、本発明の実施の形態１１に係る光半導体装置を示す図である。光変調デバイス１０と、波長可変半導体レーザアレイ６２と、波長可変半導体レーザアレイ６２の各レーザからの光を合波する光合波器６４とをモノリシックに集積している。これにより、光合波器６４から光変調デバイス１０への光の結合効率を大幅に改善することができ、光半導体装置出力光強度を高くすることができる。
【００７３】
実施の形態１２．
図２５は、本発明の実施の形態１２に係る光半導体装置を示す図である。実施の形態１０の光変調デバイス１０と多電極波長可変半導体レーザ６０のペアを並列に複数接続し、それぞれの光変調デバイス１０の出力光を光合波器６６で合波する。それぞれの多電極波長可変半導体レーザ６０は異なる波長帯をカバーし、それぞれの光変調デバイス１０も対応する多電極波長可変半導体レーザ６０の波長範囲で動作する。これにより、並列に接続した多電極波長可変半導体レーザ６０の数だけ、波長範囲を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光変調デバイスを示す図である。
【図２】図１に示した光強度変調器のチャープ特性を示す図である。
【図３】光強度変調器の出力光の電界ベクトルを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光変調デバイスの出力光の電界ベクトルを示す図である。
【図５】図５は、図４の原点付近を拡大した図である。
【図６】参考のために可変位相シフタの出力光の強度を相対的に大きくした場合の光変調デバイスの出力光の電界ベクトルを示す図である。
【図７】第１のパラメータ設定例を示す図である。
【図８】図７のパラメータ設定時のチャープ特性を示す図である。
【図９】第２のパラメータ設定例を示す図である。
【図１０】図９のパラメータ設定時のチャープ特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光変調デバイスを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る光変調デバイスを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る光変調デバイスを示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る光半導体装置を示す図である。
【図１５】光強度変調器のチャープ特性の温度依存性を示す図である。
【図１６】光強度変調器の出力光の電界ベクトルをプロットした図である。
【図１７】本発明の実施の形態５に光変調デバイスの出力光の電界ベクトルをプロットした図である。
【図１８】本発明の実施の形態５に光変調デバイスの温度依存性を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態６に係る光半導体装置を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態７に係る光半導体装置を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態８に係る光半導体装置を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態９に係る光半導体装置を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態１０に係る光半導体装置を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態１１に係る光半導体装置を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態１２に係る光半導体装置を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  光変調デバイス
１４  光分波器
１６  光強度変調器
１８  可変光位相シフタ
２０  光合波器
２８  可変光減衰器
３２  入射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ（光分波器）
３４  出射側分岐比可変マルチモード干渉カプラ（光合波器）
４２  光半導体装置
４８  制御回路
５０  波長可変レーザ
【図１】
2010008763.tif 000006
【図２】
2010008763.tif 000007
【図３】
2010008763.tif 000008
【図４】
2010008763.tif 000009
【図５】
2010008763.tif 000010
【図６】
2010008763.tif 000011
【図７】
2010008763.tif 000012
【図８】
2010008763.tif 000013
【図９】
2010008763.tif 000014
【図１０】
2010008763.tif 000015
【図１１】
2010008763.tif 000016
【図１２】
2010008763.tif 000017
【図１３】
2010008763.tif 000018
【図１４】
2010008763.tif 000019
【図１５】
2010008763.tif 000020
【図１６】
2010008763.tif 000021
【図１７】
2010008763.tif 000022
【図１８】
2010008763.tif 000023
【図１９】
2010008763.tif 000024
【図２０】
2010008763.tif 000025
【図２１】
2010008763.tif 000026
【図２２】
2010008763.tif 000027
【図２３】
2010008763.tif 000028
【図２４】
2010008763.tif 000029
【図２５】
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