(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し周波数ｆ0 の光パルス列を入力し、Ｎチャネル（Ｎは３以上の整数）に分波する光分波器と、
前記光パルス列に同期したＮチャネルの電気変調信号を入力し、前記Ｎチャネルの光パルス列の強度または位相をそれぞれ変調してビットレートｆ0 の光信号列に変換するＮ個の電界吸収型光変調器と、
前記各電界吸収型光変調器から出力された光信号列を合波する光合波器と、
前記光分波器から前記光合波器に至るＮチャネルの経路を異なる長さで結合し、各チャネルの光信号列にそれぞれ異なる遅延を与えるＮ本の光導波路と、
前記光分波器、前記Ｎ個の電界吸収型光変調器、前記光合波器、前記Ｎ本の光導波路を集積化する基板とを備え、
前記光合波器からビットレートＮ・ｆ0 の多重光信号列を出力する集積化光時分割多重装置の構成方法において、
前記各電界吸収型光変調器が前記基板の端のそれぞれ異なる位置に配置されるように前記Ｎ本の光導波路を交差させて形成し、前記各電界吸収型光変調器を駆動する電気変調信号を供給する電気配線を前記基板の端部に限定する
ことを特徴とする集積化光時分割多重装置の構成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の集積化光時分割多重装置の構成方法において、
前記基板上で、前記電界吸収型光変調器の前段または後段に光増幅器を集積化する
ことを特徴とする集積化光時分割多重装置の構成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の集積化光時分割多重装置の構成方法において、
前記光導波路を形成する基板として半導体基板または石英系基板またはセラミック系基板を用いる
ことを特徴とする集積化光時分割多重装置の構成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気変調信号により駆動される電界吸収型光変調器を用い、複数の低速光パルス信号を時分割多重化して高速光パルス信号を生成する集積化光時分割多重装置の構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の光時分割多重装置の構成例を示す（参考文献：G.E.Wickens,et al., "20Gbit/s, 205km optical division multiplexed transmission system",Electron. Lett., vol.27, no.11, pp.973-974, 1991)。
【０００３】
図において、低速の光パルス列(a) は、光分波器１１でＮ分岐して光変調器１２−１〜１２−Ｎに入力される。光変調器１２−１〜１２−Ｎに入力された光パルス列(b) は、それぞれ変調されて低速の光信号列(c) となり、光遅延器１３−１〜１３−Ｎでそれぞれ所定の遅延が与えられる。光遅延器１３−１〜１３−Ｎから出力される低速の光信号列(d) は光合波器１４で時分割多重され、高速の多重光信号列(e) となる。
【０００４】
ここで、Ｎ＝４の場合において、低速の光パルス列(a) から高速の多重光信号列(e) が生成される過程を図６に示す。高速の多重光信号列(e) の１タイムスロット（１ビット当たりの時間）をＴとすると、低速の光パルス列(a) のパルス間隔は４Ｔとなる。光変調器１２−１〜１２−Ｎを駆動するデータ信号は、それぞれ“１０１”、“１１１”、“１０１”、“１１０”であり、それぞれ光パルス列(b) を変調して光信号列(c) を生成する。光遅延器１３−１〜１３−Ｎでは、各チャネルの光信号列(c) にそれぞれ０、Ｔ、２Ｔ、３Ｔの遅延を与えて光信号列(d) とする。この光信号列(d) を時分割多重化することにより、パルス間隔Ｔで“１１１１０１０１１１１０”の高速の多重光信号列(e) が生成される。
【０００５】
ところで、図５に示す従来の光時分割多重装置では、各チャネルの光路長は数ｍ以上になるので、環境温度などの変化によって遅延時間が大きく変動することがある。光遅延器１３−１〜１３−Ｎの遅延時間差がＴで安定していれば、図７(1) に示すように時分割多重化後のパルス間隔は一定になる。しかし、各チャネルの遅延時間が変動すると、図７(2) に示すように光パルス信号が重なったり、図７(3) に示すように光パルス信号の順番が入れ替わる事態となる。
【０００６】
そのため、時分割多重化後の光信号のタイムスロットＴが小さくなるにつれて、遅延時間の変動に対する制限が厳しくなる。ところが、図５の装置に用いられる光遅延器は各チャネルの光路長が数ｍ以上になるため、光遅延量の厳密な調整が難しく、かつ温度変化などによる変動が大きくなる問題が避けられなかった。
【０００７】
この問題を解決する方法として、光時分割多重装置を図８に示すように１つの基板上に集積化する構成が考えられている。すなわち、基板１５上にＮチャネルの光導波路１６−１〜１６−Ｎを形成し、その基板１５上に光分波器１１、光変調器１２−１〜１２−Ｎ、光合波器１４を集積化し、光分波器から光合波器までの光導波路長の違いでＮチャネルにそれぞれ異なる遅延を与える構成である（参考文献：F.Zamkotsian, et al.,"Generation and coding of a 100Gbit/s signal by an InP-based optical multiplexer integrated with modulators", Electron. Lett., vol.31, no.7, pp.578-579, 1995) 。
【０００８】
このような構成では、光導波路長を厳密に設定することが可能であり、さらに基板上に集積化されているので温度制御も容易であり、各チャネルの遅延時間の絶対的なずれや時間変動を十分に抑えることができる。例えば、光導波路長は10ｃｍ程度であるので、単位長さ当たりの遅延時間の温度係数が図９に示した光ファイバの値と同じと仮定すると、20℃の温度変化でも0.06ｐｓ程度しか遅延時間の変動はない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図８に示す従来の光時分割多重装置は、光変調器１２として電界吸収型光変調器やＬiＮbＯ3 光変調器を用い、集積化した基板上で電気信号による変調を行う構成であるので、ビットレートが大きくなると高周波のチャネル間クロストークが問題になる。また、高周波電気配線の損失が問題になる。さらに、チャネル数Ｎが３以上になると高周波電気配線と光導波路の多層配線が必要になり、構造が複雑になる問題もある。
【００１０】
本発明は、光時分割多重装置を構成する各部を基板上に集積化する構成において、高周波のチャネル間クロストークや高周波電気信号の伝搬損失を抑制し、高周波電気配線を容易にする集積化光時分割多重装置の構成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、繰り返し周波数ｆ0 の光パルス列を入力し、Ｎチャネル（Ｎは３以上の整数）に分波する光分波器と、光パルス列に同期したＮチャネルの電気変調信号を入力し、Ｎチャネルの光パルス列の強度または位相をそれぞれ変調してビットレートｆ0 の光信号列に変換するＮ個の電界吸収型光変調器と、各電界吸収型光変調器から出力された光信号列を合波する光合波器と、光分波器から光合波器に至るＮチャネルの経路を異なる長さで結合し、各チャネルの光信号列にそれぞれ異なる遅延を与えるＮ本の光導波路と、光分波器、Ｎ個の電界吸収型光変調器、光合波器、Ｎ本の光導波路を集積化する基板とを備え、光合波器からビットレートＮ・ｆ0 の多重光信号列を出力する集積化光時分割多重装置の構成方法において、各電界吸収型光変調器が基板の端のそれぞれ異なる位置に配置されるようにＮ本の光導波路を交差させて形成し、各電界吸収型光変調器を駆動する電気変調信号を供給する電気配線を基板の端部に限定する。
【００１３】
また、基板上で、電界吸収型光変調器の前段または後段に光増幅器を集積化する。また、光導波路を形成する基板として半導体基板または石英系基板またはセラミック系基板を用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明方法による光時分割多重装置の第１の実施形態を示す。ここでは、光時分割多重数Ｎ＝４の場合の構成例を示す。
【００１５】
図において、図外の光パルス列発生源で発生させた繰り返し周波数ｆ0 の光パルス列（被変調光）は、基板１５に形成された光分波器１１で４チャネルに分波され、基板１５上の４本の光導波路１６−１〜１６−４を介してそれぞれ基板１５上の光変調器（電界吸収型光変調器）１２−１〜１２−４に入力される。ここで、各光変調器１２−１〜１２−４は、基板１５の端のそれぞれ異なる位置に配置されるように光導波路１６−１〜１６−４が形成され、各光変調器に電気変調信号を入力する電気配線１７−１〜１７−４を基板１５の端部に限定する。これにより、基板１５上における電気配線を最小限に抑えることができる。
【００１６】
光変調器１２−１〜１２−４は、光パルス列をそれぞれ対応する電気変調信号で変調し、ビットレートｆ0 の４チャネルの光信号列を出力する。４チャネルの光信号列は、基板１５上の光導波路１６−１〜１６−４を介して基板１５上の光合波器１４に入力され、時分割多重されてビットレート４ｆ0 の多重光信号列として出力される。基板１５としては石英系基板または半導体系基板またはセラミック系基板を用い、その上に石英系光導波路または半導体光導波路またはセラミック系光導波路を形成する（以下に示す実施形態でも同様）。
【００１７】
なお、光分波器１１と光合波器１４との間の光導波路１６−１〜１６−４の長さは、４チャネルの光信号列にそれぞれ異なる遅延を与え、光合波器１４で時分割多重したときにビットレート４ｆ0 の多重光信号列になるように設定される。ここでは、光導波路１６−１から光導波路１６−４の順に導波路長が短くなるものとする。
【００１８】
また、ここでは光分波器１１および光合波器１４として、分岐比１：４の光カプラを用いた例を示しているが、光時分割多重数Ｎが４より大きい場合には分岐比１：Ｎの光カプラを用いるか、分岐比１：２の光カプラや分岐比１：ｎ（ｎ＜Ｎ）の光カプラなどを組み合わせて多段構成することにより対応できる。
【００１９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明方法による光時分割多重装置の第２の実施形態を示す。ここでは、光時分割多重数Ｎ＝４の場合の構成例を示す。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では光分波器１１および光合波器１４として、分岐比１：２の光カプラを２段構成したものを用いている。
【００２０】
なお、光分波器１１と光合波器１４との間の光導波路１６−１〜１６−４の長さは、４チャネルの光信号列にそれぞれ異なる遅延を与え、光合波器１４で時分割多重したときにビットレート４ｆ0 の多重光信号列になるように設定される。ここでは、光導波路１６−１から光導波路１６−４の順に導波路長が短くなるものとする。
【００２１】
（第３の実施形態：参考例）
図３は、本発明方法による光時分割多重装置の第３の実施形態（参考例）を示す。ここでは、光時分割多重数Ｎ＝４の場合の構成例を示す。
【００２２】
本実施形態は、第１の実施形態の光変調器１２−１〜１２−４を反射型にしたことを特徴とする（参考文献：R.Sato他、10Gbit/s SOA-PLCハイブリッド集積波長変換モジュール、1999年電子情報通信学会秋季全国大会）。これにより、光分波器１１が第１の実施形態における光分波器１１および光合波器１４として機能する折り返し型の構成となる。また、光サーキュレータ２０を用い、光分波器１１に入力する光パルス列と、光分波器１１から逆方向に出力される多重光信号列を分離する。
【００２３】
本実施形態においても各光変調器１２−１〜１２−４は、基板１５の端のそれぞれ異なる位置に配置されるように光導波路１６−１〜１６−４が形成され、各光変調器に電気変調信号を入力する電気配線１７−１〜１７−４を基板１５の端部に限定する。これにより、基板１５上における電気配線を最小限に抑えることができる。
【００２４】
なお、光分波器１１と光合波器１４との間の光導波路１６−１〜１６−４の長さは、４チャネルの光信号列にそれぞれ異なる遅延を与え、光合波器１４で時分割多重したときにビットレート４ｆ0 の多重光信号列になるように設定される。ここでは、光導波路１６−１から光導波路１６−４の順に導波路長が短くなるものとする。
【００２５】
（第４の実施形態：参考例）
図４は、本発明方法による光時分割多重装置の第４の実施形態（参考例）を示す。ここでは、光時分割多重数Ｎ＝４の場合の構成例を示す。
【００２６】
図において、図外の光パルス列発生源で発生させた繰り返し周波数ｆ0 の光パルス列（被変調光）は、基板１５に形成された光分波器１１で４チャネルに分波され、基板１５上の４本の光導波路１６−１〜１６−４を介してそれぞれ基板１５上の光変調器（電界吸収型光変調器）１２−１〜１２−４に入力される。光変調器１２−１〜１２−４は、光パルス列をそれぞれ対応する電気変調信号で変調し、ビットレートｆ0 の４チャネルの光信号列を出力する。４チャネルの光信号列は、基板１５上の光導波路１６−１〜１６−４を介して基板１５上の光合波器１４に入力され、時分割多重されてビットレート４ｆ0 の多重光信号列として出力される。
【００２７】
なお、光分波器１１と光合波器１４との間の光導波路１６−１〜１６−４の長さは、４チャネルの光信号列にそれぞれ異なる遅延を与え、光合波器１４で時分割多重したときにビットレート４ｆ0 の多重光信号列になるように設定される。ここでは、光導波路１６−１から光導波路１６−４の順に導波路長が短くなるものとする。
【００２８】
本実施形態では、各光変調器に電気変調信号を入力する電気配線１７−１〜１７−４にＩＰＦ(Impedance-matched film)キャリアを用いる（参考文献：都築  他、ＩＰＦキャリア実装による10Ｇbit/s 高速ＥＡ変調器４ch. アレイ素子、1999年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会）。ＩＰＦキャリアは、電界吸収型光変調器の上部に被せるように配置して光変調器素子に端子接続する。これにより、素子直近まで線路インピーダンスを制御した寄生インダクタンス成分の極めて小さい高周波電気配線が可能になる。すなわち、電気配線と電界吸収型光変調器のインピーダンスマッチングが容易になり、印加する電気変調信号の強度を小さくすることができる。これにより、隣接チャネル間のクロストークを抑制することができる。そのため、光変調器１２−１〜１２−４のすべてを基板１５の端に配置する必要がなく、光導波路の設計が容易になる。
【００２９】
なお、以上示した各実施形態において、光分波器１１から光合波器１４に至るＮチャネルの光導波路１６−１〜１６−４の途中に、光変調器１２−１〜１２−４に入力される光パルス列、またはそれから出力される光信号列を増幅する光増幅器を備えてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の集積化光時分割多重装置の構成方法によれば、高周波のチャネル間クロストークや高周波電気信号の伝搬損失を抑制し、電界吸収型光変調器に接続する高周波電気配線を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法による光時分割多重装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明方法による光時分割多重装置の第２の実施形態を示す図。
【図３】本発明方法による光時分割多重装置の第３の実施形態を示す図。
【図４】本発明方法による光時分割多重装置の第４の実施形態を示す図。
【図５】従来の光時分割多重装置の構成例を示す図。
【図６】光パルス列の時分割多重化過程を説明する図。
【図７】各チャネルの遅延時間の変動による影響を説明する図。
【図８】従来の集積型の光時分割多重装置の構成例を示す図。
【図９】分散シフトファイバのパルス遅延の温度特性を示す図。
【符号の説明】
１１  光分波器
１２  光変調器
１３  光遅延器
１４  光合波器
１５  基板
１６  光導波路
１７  電気配線
２０  光サーキュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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