(57)【要約】【課題】光変調装置の周波数応答特性が平坦ではないことに起因する光出力波形の劣化を抑制すること。【解決手段】光変調装置に、光素子と、前記光素子を変調するための変調電気信号が入力される入力信号端子と、前記変調電気信号を増幅して光素子に供給する駆動回路と、前記入力信号端子と前記駆動回路の入力との間に接続された補償回路とを備えた。【選択図】  図１
2011191529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と、
前記光素子を変調するための変調電気信号が入力される入力信号端子と、
前記変調電気信号を増幅して光素子に供給する駆動回路と、
前記入力信号端子と前記駆動回路の入力との間に接続された補償回路と、を備えた光変調装置。
【請求項２】
前記補償回路は、抵抗素子と容量素子が互いに並列に接続された高域通過型のフィルタ回路であることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項３】
前記補償回路は、第１の抵抗素子と第１の容量素子が互いに並列に接続された第１の高域通過型のフィルタと、第２の抵抗素子と第２の容量素子が互いに直列に接続された第２の高域通過型のフィルタを備え、
前記第１の高域通過型のフィルタと前記第２の高域通過型のフィルタが互いに並列に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項４】
前記第１の高域通過型のフィルタの遮断周波数は、前記第２の高域通過型のフィルタの遮断周波数より高いことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
【請求項５】
前記第２の抵抗素子の抵抗値は前記第１の抵抗素子の抵抗値以下であり、
前記第２の容量素子の容量値は前記第１の容量素子の容量値より大きいことを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
【請求項６】
前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項７】
前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数における前記駆動回路の利得を基準に１デシベル以上かつ２デシベル以下だけ利得が上昇した周波数であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項８】
前記変調電気信号の帯域の最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差に等しいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項９】
前記変調電気信号の帯域の最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．７倍以上かつ１倍以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１０】
前記変調電気信号の帯域の最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．３倍以上かつ０．６倍以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１１】
前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１２】
前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数における前記駆動回路の利得を基準に１デシベル以上かつ２デシベル以下だけ利得が上昇した周波数であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１３】
前記変調電気信号の帯域の最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、
前記最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差に等しいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１４】
前記変調電気信号の帯域の最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、
前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．７倍以上かつ１倍以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１５】
前記変調電気信号の帯域の最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、
前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．３倍以上かつ０．６倍以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１６】
前記入力信号端子と前記駆動回路は差動伝送線路で接続され、
前記差動伝送線路の正相及び逆相の各々の線路の途中に、前記補償回路がそれぞれ接続されたことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の光変調装置。
【請求項１７】
前記補償回路は前記駆動回路と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電気信号に基づいて変調される光信号を出力する光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光変調器（電界吸収型変調器）または半導体レーザ（ＬＤ）のような光素子に電気信号を入力し、半導体レーザー光源などから出力された光を変調して光信号を出力したり、光半導体素子を直接的に変調発光させたりして、光変調信号を得る光変調装置においては、ディジタル信号を正確に伝送するために必要な光出力波形を得るために、光変調装置が伝送信号を取り扱うに十分な動作周波数帯域を持つとともに、動作周波数帯域内での周波数応答特性の利得差が小さく平坦なプロファイルを持つことが重要である。光素子またはこれを駆動する光素子駆動回路に固有の周波数応答特性がある場合には、ディジタル伝送において要求される帯域内平坦性を満たさず、伝送後に符号誤りが発生することがあるため、光変調装置全体として平坦な周波数応答特性が得られるように周波数応答特性の補正を行う必要がある。
【０００３】
従来考えられていた周波数応答特性の改善策として、光素子駆動回路と光半導体素子を接続する信号伝送線路に周波数応答特性の補償回路を設けた光変調装置（以下、第１の従来技術という）が示されている。（特許文献１参照。）
【０００４】
さらに、従来考えられていた周波数応答特性の別の改善策として、光半導体素子の電極と終端抵抗部との間にインダクタンスを持つ導体パターンを配置した発光モジュール（以下、第２の従来技術という）が示されている。（特許文献２参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４３１７
【特許文献２】特開２００２−３６８３２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の第１の従来技術においては、駆動回路の出力は補償回路を経由して光半導体素子に供給されている。一般的にパッシブ素子のみからなる補償回路を通過すると信号振幅は減少するが、駆動回路の構成や電源電圧の制限等により駆動回路の出力振幅には一定の限度があるため、光半導体素子を変調するために必要な駆動振幅が得られなかったり、大きな出力振幅を得るために駆動回路が大型化したりするという問題点があった。
【０００７】
上述の第２の従来技術においては、補償回路が光半導体素子と一体的に形成され、駆動回路の出力は補償回路を経由して光半導体素子に供給されている。このため、光半導体素子を変調するために必要な駆動振幅が得られなかったり、駆動回路が大型化したりするという第１の従来技術と同様の問題がある。
【０００８】
この発明はかかる問題点を解消するためになされたもので、光変調装置の周波数応答特性を平坦にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る光変調装置は、光素子と、前記光素子を変調するための変調電気信号が入力される入力信号端子と、前記変調電気信号を増幅して光素子に供給する駆動回路と、
前記入力信号端子と前記駆動回路の入力との間に接続された補償回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路は、抵抗素子と容量素子が互いに並列に接続された高域通過型のフィルタ回路であることを特徴とする。
【００１１】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路は、第１の抵抗素子と第１の容量素子が互いに並列に接続された第１の高域通過型のフィルタと、第２の抵抗素子と第２の容量素子が互いに直列に接続された第２の高域通過型のフィルタを備え、前記第１の高域通過型のフィルタと前記第２の高域通過型のフィルタが互いに並列に接続されたことを特徴とする。
【００１２】
またこの発明に係る光変調装置において、前記第１の高域通過型のフィルタの遮断周波数は、前記第２の高域通過型のフィルタの遮断周波数より高いことを特徴とする。
【００１３】
またこの発明に係る光変調装置において、前記第２の抵抗素子の抵抗値は前記第１の抵抗素子の抵抗値以下であり、前記第２の容量素子の容量値は前記第１の容量素子の容量値より大きいことを特徴とする。
【００１４】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数であることを特徴とする。
【００１５】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数における前記駆動回路の利得を基準に１デシベル以上かつ２デシベル以下だけ利得が上昇した周波数であることを特徴とする。
【００１６】
またこの発明に係る光変調装置において、前記変調電気信号の帯域の最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差に等しいことを特徴とする。
【００１７】
またこの発明に係る光変調装置において、前記変調電気信号の帯域の最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．７倍以上かつ１倍以下であることを特徴とする。
【００１８】
またこの発明に係る光変調装置において、前記変調電気信号の帯域の最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．３倍以上かつ０．６倍以下であることを特徴とする。
【００１９】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数であることを特徴とする。
【００２０】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路の利得の減少が始まる周波数は、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数における前記駆動回路の利得を基準に１デシベル以上かつ２デシベル以下だけ利得が上昇した周波数であることを特徴とする。
【００２１】
またこの発明に係る光変調装置において、前記変調電気信号の帯域の最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差に等しいことを特徴とする。
【００２２】
またこの発明に係る光変調装置において、前記変調電気信号の帯域の最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．７倍以上かつ１倍以下であることを特徴とする。
【００２３】
またこの発明に係る光変調装置において、前記変調電気信号の帯域の最低周波数と、前記駆動回路及び前記光素子を合わせた応答の増大が始まる周波数とにおける前記補償回路の損失差は、前記最低周波数と前記駆動回路の利得の増大が始まる周波数とにおける前記駆動回路の利得差の０．３倍以上かつ０．６倍以下であることを特徴とする。
【００２４】
またこの発明に係る光変調装置において、前記入力信号端子と前記駆動回路は差動伝送線路で接続され、前記差動伝送線路の正相及び逆相の各々の線路の途中に、前記補償回路がそれぞれ接続されたことを特徴とする。
【００２５】
またこの発明に係る光変調装置において、前記補償回路は前記駆動回路と一体的に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
この発明は、半導体光変調器駆動回路に入力される電気信号を抵抗素子と容量素子を備えたフィルタを通過させて帯域と利得を変化させることにより、光変調装置の周波数応答特性を平坦にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光変調器の構成を示す図である。
【図２】（ａ）は実施の形態１の光素子駆動回路の持つ信号の通過特性を示す概略図であり、（ｂ）は実施の形態１の補償回路の通過特性を示す概略図であり、（ｃ）は実施の形態１の補償回路と光素子駆動回路とを通過した信号の周波数応答特性を示す概略図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は抵抗と容量素子を並列に接続して構成された補償回路の通過特性を示す図である。
【図４】（ａ）は信号入力端子と光素子駆動回路との間に補償回路を接続しない光変調器の周波数応答特性を示す図であり、（ｂ）は実施の形態１の補正回路を備えた光変調器の周波数応答特性を示す図である。
【図５】（ａ）は信号入力端子と光素子駆動回路との間に補償回路を接続しない光変調器の光出力波形を示す図であり、（ｂ）は実施の形態１の補正回路を備えた光変調器の光出力波形を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る光変調器の構成を示す図である。
【図７】（ａ）は実施の形態２の光素子駆動回路の持つ信号の通過特性を示す図であり、（ｂ）は実施の形態２の補償回路の通過特性を示す図であり、（ｃ）は実施の形態２の補償回路と光素子駆動回路とを通過した信号の周波数応答特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１にかかる光変調器の構成を示した図である。同図において、信号入力端子１、２は図示しない光モジュールのケースに設けられ、光モジュールの外部から信号入力端子１、２に入力された変調電気信号は入力側信号伝送線路３、４を経由して
光素子駆動回路１４の入力に入る。入力側信号伝送線路３、４は一定の特性インピーダンス（例えば５０Ω）を持つ差動線路を構成し、それぞれの一端は信号入力端子１、２に接続され、それぞれの他端は光素子駆動回路の正相入力と逆相入力に接続される。信号伝送線路３、４の途中にそれぞれ補償回路３１、３２が直列に接続される。補償回路３１、３２は、容量素子５と抵抗素子７が並列に接続された高域通過型フィルタ（ハイパスフィルタ）により構成される。
【００２９】
光素子駆動回路１４は、振幅増幅器１２と入力信号終端抵抗１１ａ、１１ｂ、出力信号整合抵抗１３を備えている。入力信号終端抵抗１１ａ、１１ｂと出力信号整合抵抗１３はインピーダンス整合を取るための抵抗である。入力信号終端抵抗１１ａの一端は振幅増幅器１２の正相入力に接続され、入力信号終端抵抗１１ｂの一端は振幅増幅器１２の逆相入力に接続される。入力信号終端抵抗１１ａ、１１ｂの他端はいずれも接地される。光素子駆動回路１４の出力は特性インピーダンスが制御された（例えば５０Ω）出力側伝送線路１５の一端に接続され、出力側伝送線路１５の他端は半導体光変調器１６の一端と終端抵抗１７の一端に接続される。半導体光変調器１６の他端と終端抵抗１７の他端は電源１８に接続される。
【００３０】
半導体光変調器１６には、光モジュールの外部から導入された光または光モジュールの内部の発光素子（図示せず）から出射された光が入射され、半導体光変調器１６は印加された変調電気信号によって入射光を変調し、レンズ（図示せず）および光ファイバ（図示せず）を介して光モジュールの外部へ変調光を出力する。
【００３１】
補償回路３１、３２は、信号入力端子１、２と増幅器１２の入力との間に接続されていればよく、その位置は必ずしも図１のように入力側信号伝送線路３、４の中心である必要はない。光素子駆動回路１４を構成するＩＣ回路の収納パッケージ内に、補償回路２４を内蔵させてもよく、これによって回路の実装密度を向上させることができる。 
【００３２】
次に補償回路３１、３２の動作を説明する。
図２（ａ）は光素子駆動回路１４の周波数応答特性を模式的に示す。光素子駆動回路１４は低域の周波数において周波数減少とともに利得が増えるような周波数応答特性を持つ。このような利得が増え始める周波数をロールオフ周波数という。図２（ｂ）は補正回路３１、３２の周波数応答特性を模式的に示す。補正回路３１、３２は容量素子５、６と抵抗素子７、８で構成されるハイパスフィルタであり、抵抗と容量の定数で決まる遮断周波数ｆｃ以下で信号が減衰する特性を持つ。
信号入力端子１、２から入力された電気信号は、補正回路３１、３２を通り、続いて図２（ａ）に示した周波数応答特性を持つ光素子駆動回路に入力される。光素子駆動回路からは、光素子駆動回路１４のもつ周波数応答特性と、容量素子５、６及び抵抗素子７、８で構成されるハイパスフィルタの周波数応答特性とを合成した図２（ｃ）に示すような平坦な周波数応答特性の電気信号が出力される。半導体光変調器１６に光素子駆動回路１４からの電気信号が入力されて光信号の変調が行われる。
【００３３】
本実施の形態における補償回路３１、３２の回路構成では、高周波域では容量素子のインピーダンスが下がるので、変調電気信号がほとんど補償回路３１、３２の容量素子５、６側を通過する。周波数が低くなるに従って、容量素子５、６のインピーダンスが高くなって徐々に利得を下げる。ハイパスフィルタの遮断周波数ｆｃ以下では容量素子５、６より抵抗素子７、８のインピーダンスが支配的になり、変調電気信号は主に補償回路３１、３２の抵抗素子７、８側を流れ、損失を受けながら通過するようになる。低周波域では容量素子５、６はハイインピーダンスとなるため、変調電気信号はほとんど抵抗素子７、８を流れるようになる。
【００３４】
遮断周波数ｆｃはｆｃ＝１／（２×π×Ｒ×Ｃ）で表される。入力信号端子１、２に変調信号を出力する変調信号出力回路（図示せず）のインピーダンス、入力信号整合抵抗１１ａ、１１ｂのインピーダンス、及び信号伝送線路３、４の特性インピーダンスをいずれも５０Ωとした５０Ω整合系では、補正回路３１、３２を通過した変調電気信号におけるｆｃより十分に低い低周波域の利得は、遮断周波数ｆｃより上の通過周波数帯の利得に対して周波数によらない一定の値である５０／（５０＋Ｒ）となり、Ｒの値に応じて信号が減衰する。ここで１未満の利得（ｄＢ表示でマイナスの利得）は信号が減衰することを意味する。
【００３５】
図３（ａ）はＣ＝２．２ｎＦと固定し、Ｒを４０Ωから１４０Ωまでの間を２０Ω刻みで変化させたときの５０Ω系における補償回路３１、３２の周波数応答特性を表すグラフである。ここでＲは抵抗素子７、８の抵抗値、Ｃは容量素子５、６の容量値を表す。図３（ｂ）はＲ＝１００Ωと固定し、Ｃを２００ｐＦから２．２ｎＦまでの間を４００ｐＦ刻みで変化させたときの５０Ω系における補償回路の周波数応答特性を表すグラフである。図３（ａ），（ｂ）から分かるように、Ｒを大きくするほど低周波数域での減衰が大きくなり、Ｃを小さくするほど遮断周波数ｆｃは高くなる。遮断周波数ｆｃはハイパスフィルタによる減衰がほとんどない通過周波数帯から一定の減衰となる低周波域へ遷移する途中の周波数に相当することが分かる。また、ハイパスフィルタの利得の低下が始まる周波数ｆｄｒｏｐは、容量素子５、６のインピーダンスが抵抗素子７、８のインピーダンスに対して意味を持つ無視できない割合となる周波数で表され、この割合を２０％とするとｆｄｒｏｐ＝５ｆｃとなる。
【００３６】
このように補償回路３１、３２におけるＲとＣの値を選ぶことにより、遮断周波数ｆｃと低周波域における減衰量を任意に設定することができる。したがって、ロールオフ周波数よりも高い周波数域では、主に補償回路３１、３２の容量素子５、６を通過し、ロールオフ周波数よりも低い周波数域では、補償回路３１、３２の抵抗素子７、８を通過し、かつ抵抗素子７、８での損失が適した値となるように、光素子駆動回路のロールオフの形状に合わせてＲおよびＣを設定することによって、広帯域に渡って周波数応答特性を略平坦にすることができる。なお、略平坦とするには、好ましくは±２ｄＢ、より好ましくは±１ｄＢの範囲内に抑えることが望ましい。
【００３７】
容量素子５、６として、光素子駆動回路１４のロールオフ周波数（例えば１〜１０ＭＨｚ）以上の周波数帯の信号を通過させるのに十分な容量のものを選べばよい。抵抗素子７、８として、変調に必要な周波数帯域（すなわち変調電気信号の帯域である動作周波数帯域）の最小周波数から最大周波数まで平坦な周波数応答特性が得られるように減衰させることのできるものを選択すればよい。 
具体的な例として、ＲとＣの値を調整してハイパスフィルタの利得の低下が始まる周波数ｆｄｒｏｐをロールオフ周波数と略同じ周波数に設定する、または周波数ｆｄｒｏｐを光素子駆動回路１４の利得がロールオフ周波数における利得より１ないし２ｄＢ高くなる周波数に設定するとよい。この場合、光素子駆動回路１４のロールオフ周波数の直下である、利得が上昇を始める部分の周波数応答特性を、ハイパスフィルタの利得が減少し始める部分の周波数応答特性によってうまく打ち消すことができる。
【００３８】
さらに、低周波域における一定の減衰量ΔＬfilter＝（５０＋Ｒ）／５０が、変調に必要な周波数帯域の最小周波数とロールオフ周波数における光素子駆動回路１４の利得差ΔＧampと等しくなる（ΔＬfilter／ΔＧamp＝１）ようにＲの値を設定する、またはΔＬfilterがΔＧampの０．７以上１以下（０．７≦ΔＬfilter／ΔＧamp≦１）となるようにＲの値を設定すると、変調に必要な周波数帯域の最小周波数とロールオフ周波数における光素子駆動回路１４と補償回路３１、３２を合成した利得差ΔＧmodは補償され、またはほぼ打ち消された状態とすることができ、特に同一ビットが非常に長く連続した場合の光変調出力波形を良好に保ち、伝送特性を向上させることができる。
また、ΔＬfilterがΔＧampの０．３以上０．７以下（０．３≦ΔＬfilter／ΔＧamp≦０．７）となるようにＲの値を設定すると、ΔＧmodは完全には補償されないが、変調に必要な周波数帯域の最小周波数とロールオフ周波数の間の周波数領域における、光素子駆動回路１４と補償回路３１、３２を合成した利得の大きな落ち込みを抑制することができ、様々な連続ビットの光変調出力波形を平均的に良好に保ち、伝送特性を向上させることができる。
【００３９】
なお、光素子駆動回路１４と補償回路３１、３２を合成した周波数応答特性について、ロールオフ周波数における利得を基準として、変調に必要な周波数帯域の最小周波数とロールオフ周波数の間の周波数領域における当該周波数応答特性の曲線が当該基準の利得を上回る部分と下回る部分のそれぞれの合計面積が互いに等しくなるようにすると、利得が正と負の周波数成分についてエネルギー的にバランスがとれ、様々な連続ビットに対する変調振幅がロールオフ周波数における変調振幅に近づくため、様々な連続ビットの光変調出力波形を平均的に良好に保ち、伝送特性を向上させることができる。
【００４０】
図４（ａ）は補正回路３１、３２を信号伝送線路３、４に接続しない場合における、光変調装置への入力信号に対する光変調素子１６から出射される光の周波数応答特性（電力）を示すグラフである。光変調素子１６の周波数応答特性が平坦である場合には、増幅回路１４の周波数応答特性の非平坦性が現れ、図４（ａ）に示した場合では低周波数域で利得が増大している。図４（ｂ）は、図１のように補正回路３１、３２を信号伝送線路３、４に接続した場合における、光変調装置への入力信号に対する光半導体素子の周波数応答特性を示すグラフである。図４（ｂ）において、容量素子の容量は２．２ｎＦ、抵抗素子２７の抵抗は１００Ωとした。図４（ａ），（ｂ）のいずれも５０Ω整合系での結果である。
図４（ｂ）に示した補償回路３１、３２を接続した場合では、周波数応答特性の補償を行わない図４（ａ）の場合にみられた１０ＭＨｚ以下の低周波域での著しい低下がなく、略平坦な特性となっている。また、ロールオフ周波数より高い周波数域では、補償回路を接続した場合であっても図４（ａ）に示した補償前の特性とほぼ同じ平坦な特性を示す。
【００４１】
補償回路が接続されていない図４（ａ）の場合では、１０ｋＨｚと１０ＭＨｚとの間の利得差ΔＧａｍｐは約７ｄＢである。一方、補償回路３１、３２を接続した場合の図４（ｂ）では、１０ｋＨｚと１０ＭＨｚとの間の利得差はｄＢ表示でほぼゼロであり、１０ｋＨｚから１０ＭＨｚまでの利得変動は１０ＭＨｚを基準として約±１．５ｄＢ以内である。このときのΔＬfilter／ΔＧampは０．８である。補正回路３１、３２を接続することにより、ロールオフ周波数より低い周波数における周波数応答特性の平坦性が著しく向上する。
【００４２】
図５（ａ）は補償回路を設けていない場合の変調光信号のアイパターンを示す図であり、図５（ｂ）は補償回路３１、３２を接続した場合、すなわち周波数応答特性を平坦化した場合の変調光波形のアイパターンを示す図である。図５（ａ），（ｂ）のいずれも４３ギガビット毎秒におけるＰＮ３１段のＮＲＺ（Non-Return to Zero）変調時のアイパターンであり、容量素子の容量は２．２ｎＦ、抵抗素子２７の抵抗は１００Ωとしたときの５０Ω整合系での結果である。
補償回路を設けない場合は、図５（ａ）に示すように、波形が交差するクロスポイントやマーク側・スペース側の線幅が太くなり、利得の非平坦性によるジッタも増えており、アイパターンが劣化している。この場合、伝送可能距離が短くなり、また伝送時のパワーペナルティーが増加することになる。しかし、図５（ｂ）に示すように、周波数応答特性の非平坦性を補償した場合は、アイパターンのマーク側・スペース側のパターン効果が低減され、ジッタも改善され、良好な変調光波形が得られるので、安定した伝送が可能となる。
【００４３】
入力信号線路３、４は誘電体基板上にマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で差動線路を構成してもよい。
信号の対称性を向上するため、ＲとＣの素子定数は補償回路３１、３２のそれぞれで同一の値とするのが望ましい。
補償回路３１、３２に用いる抵抗としては、薄膜抵抗を用いることが好適である。この薄膜抵抗を正方形状にして所望の特性の抵抗値を有するように設定しておき、レーザを照射して、その熱によって薄膜抵抗の所定の部分をトリミングすることで、容易に所望の抵抗値を得ることができる。この場合、信号伝送路の線路幅方向に、薄膜抵抗の幅をやせ細らせるようにトリミングを行う。勿論、チップ抵抗を用いてもよいし、補償回路特性が可変となるように可変抵抗を設けてもよい。 
【００４４】
以上のように、本実施の形態によれば、補償回路３１、３２を光素子駆動回路１４の入力側に接続することにより、光素子駆動回路１４において低周波側で利得が増大する周波数応答特性を平坦な周波数応答特性とすることができ、アイパターンのマーク側・スペース側のパターン効果が緩和され、アイマスクマージンが増加し、良好な変調光波形および伝送特性を得ることができる。 
毎秒１０ギガビットや毎秒４０ギガビットを超えるビットレートでの変調であってもＰＮ段数によっては信号に含まれる周波数成分が１０ｋＨｚ程度の低周波まで存在し、光変調器の低周波特性が伝送特性に大きな影響を与えるが、本実施の形態に係る光変調器では非平坦な低周波特性の補正を容易に行うことができ、波形と伝送特性を改善することができるという著しい効果がある。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、補償回路３１、３２により光素子駆動回路１４の入力側で周波数応答特性を補償するため、光素子駆動回路１４への信号が光素子駆動回路１４の出力は補償回路を経由することなく直接的に光変調素子１６に供給することができる。したがって、光素子駆動回路１４の出力から光変調素子１６の間の減衰を考慮した出力とする必要がないため、光変調素子１６の変調に必要な振幅が出力可能な光素子駆動回路１４を備えればよく、光素子駆動回路１４を小型化することができるとともに、低い電源電圧で光素子駆動回路１４を駆動することもできるため省電力化し発熱量も抑えることができる。さらに、光素子駆動回路１４の出力と光変調素子１６の間に補償回路を挿入した場合に比べて、補償回路３１、３２を流れる電流は圧倒的に小さいため、補償回路３１、３２を構成する抵抗素子を小型化することができ、電力損失も低減できる。
【００４６】
本実施の形態によれば、抵抗素子と容量素子を並列に接続した簡単な回路構成で低周波域で任意かつ一定の減衰量を得ることができるため、補償回路の簡素化が可能であり、補償のかけ方の自由度も高いという利点がある。
【００４７】
なお、実施の形態１として一定強度の光を出力する光源を別に有する光変調素子を用いた光変調装置を示したが、ＬＤを直接変調する装置や強誘電体結晶を用いたＬＮ光変調素子を用いる装置にも適用することもでき、同様の作用および効果を有する。
また、以上では光素子駆動回路１４の周波数応答特性の非平坦性を補償する場合について説明したが、光素子駆動回路と光素子を合わせた周波数応答特性の非平坦性を補償できるのは言うまでもない。すなわち、光素子駆動回路と光素子を合わせた周波数応答特性のロールオフ周波数や利得差を元にして、上述のようにＲとＣの素子定数を設定することでもよい。この場合は、光変調装置全体の周波数応答特性をより平坦化することができる。
入力信号線路は差動線路で構成しなくても正相または逆相の片方だけの線路として、その片方の入力信号線路のみの途中に補償回路を設け、光素子増幅回路１４の正相または逆相のいずれかの入力に接続することでも、以上の説明と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４８】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる光変調器の構成を示した図である。実施の形態１にかかる光変調器と構成および動作が共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
補正回路４１、４２は入力信号線路３、４の途中に直列に接続される。補正回路４１、４２は、容量素子５、６（容量値Ｃ１）と抵抗素子７、８（抵抗値Ｒ１）がそれぞれ並列に接続された第１のハイパスフィルタと、抵抗素子２１、２２（抵抗値Ｒ２）と容量素子２３、２４（容量値Ｃ２）がそれぞれ直列に接続された第２のハイパスフィルタで構成され、第１のハイパスフィルタと第２のハイパスフィルタは互いに並列に接続される。補償回路４１、４２が信号入力端子１、２と増幅器１２の正相入力、逆相入力との間に接続されていればよいことは、実施の形態１と同様である。
【００５０】
次に補正回路４１、４２の動作を説明する。
図７（ａ）は光素子駆動回路１４の周波数応答特性を模式的に示す。光素子駆動回路１４はロールオフ周波数以下の周波数において周波数減少とともに利得が急激に増えるような周波数応答特性を持つ。図７（ｂ）は補正回路４１、４２の周波数応答特性を模式的に示す。補正回路４１、４２は、遮断周波数ｆｃ１を持つ第１のハイパスフィルタと、遮断周波数ｆｃ２を持つ第２のハイパスフィルタで構成され、抵抗と容量の定数で決まる遮断周波数ｆｃ１およびｆｃ２以下において２段階で信号が減衰する特性を持つ。
信号入力端子１、２から入力された電気信号は、補正回路４１、４２を通り、続いて図７（ａ）に示した周波数応答特性を持つ光素子駆動回路１４に入力される。光素子駆動回路１４からは、光素子駆動回路１４のもつ周波数応答特性と、第１のハイパスフィルタおよび第２のハイパスフィルタの周波数応答特性とを合成した図７（ｃ）に示すような平坦な周波数応答特性の電気信号が出力される。半導体光変調器１６に光素子駆動回路１４からの電気信号が入力されて光信号の変調が行われる。
【００５１】
本実施の形態における補償回路４１、４２の回路構成では、２種類の遮断周波数ｆｃ１、ｆｃ２を設定できる。遮断周波数ｆｃ１、ｆｃ２はそれぞれｆｃ１＝１／（２×π×Ｒ１×Ｃ１）、ｆｃ２＝１／（２×π×Ｒ２×Ｃ２）で表される。以下ではｆｃ２＜ｆｃ１とした場合について説明する。
【００５２】
高周波域（ｆ＞ｆｃ１）では容量素子５、６のインピーダンスが下がるので、変調電気信号がほとんど補償回路４１、４２の容量素子５、６側を通過する。周波数が低くなるに従って、容量素子５、６のインピーダンスが高くなって徐々に利得を下げる。第１の遮断周波数ｆｃ１以下では第１のハイパスフィルタのうち容量素子５、６より抵抗素子７、８のインピーダンスが支配的になり、変調電気信号は主に抵抗素子７、８側を流れ、損失を受けながら通過するようになる。低周波域（ｆ≦ｆｃ１）では容量素子５、６はハイインピーダンスとなるため、変調電気信号はほとんど抵抗素子７、８を流れるようになる。
一方、第２のハイパスフィルタにおいては、高周波域（ｆ＞ｆｃ２）では、容量素子２３、２４のインピーダンスが下がるので、抵抗素子２１、２２のインピーダンスが支配的となり、第２のハイパスフィルタのインピーダンスは抵抗素子２１、２２のインピーダンスとほぼ等しくなる。低周波域（ｆ≦ｆｃ２）になると、第２のハイパスフィルタのうち容量素子２３、２４のインピーダンスが大きくなり、第２のハイパスフィルタのインピーダンスは容量素子２３、２４のインピーダンスでほぼ決定される。
【００５３】
第１のハイパスフィルタと第２のハイパスフィルタを並列に接続して構成した補償回路４１、４２のインピーダンスはｆ＞ｆｃ２ではほぼゼロとなり、ｆｃ２＜ｆ≦ｆｃ１では第１のフィルタのインピーダンス増大とともに補償回路４１、４２のインピーダンスは増大し、ｆ≦ｆｃ２では第１のフィルタのインピーダンス増大とともに補償回路４１、４２のインピーダンスはさらに増大する。このような２段階にインピーダンスが変化するのは、容量素子５、６と抵抗素子７、８を並列に接続し、互いに直列に接続された抵抗素子２１、２２と容量素子２３、２４をさらに接続に接続した本実施の形態に係る構成によるものである。
【００５４】
補償回路４１、４２の素子定数は、Ｃ１＜Ｃ２、かつ、Ｒ１≧Ｒ２とし、さらにｆｃ１＞ｆｃ２とすることで、上記のような２段階のインピーダンス変化すなわち利得変化が得られる。また、５０Ω整合系では、補正回路４１、４２を通過した変調電気信号における第２の遮断周波数ｆｃ２より十分に低い低周波域の利得、すなわち２段階下がった後の利得は、第１の遮断周波数ｆｃ１より上の通過周波数帯の利得に対して、５０／（５０＋Ｒ）となる。ここで１／Ｒ＝（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２）である。
補正回路４１、４２でインピーダンスがほぼゼロから立ち上がる周波数はｆｃ１であるため、ｆｃ１を実施の形態１のｆｃと同様に設定するのが好ましい。ｆｃ２はｆｃ１より低い周波数となるように設定するのが望ましい。変調電気信号の帯域の最小周波数は第２の遮断周波数ｆｃ２より低く設定するので、変調電気信号の帯域の最小周波数とロールオフ周波数における補償回路４１、４２の損失差は、（１／Ｒ）＝（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２）で表されるＲを実施の形態１で説明したＲと同様に設定すると、実施の形態１と同様の波形改善効果が得られる。さらに光素子駆動回路の非平坦性の傾き等のプロファイルに合わせてＲ１とＲ２およびｆｃ２の値を設定することにより補償後の周波数応答特性について基準となる利得からのずれをより小さくすることができるので、さらなる波形改善効果が得られる。
【００５５】
光素子駆動回路１４と光素子１６を合わせた周波数応答特性のロールオフ周波数や利得差に対して、上述のようにＲ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２の素子定数を設定することでもよい。この場合は、光変調装置全体の周波数応答特性をより平坦化することができる。
なお、波形の対称性を高めるためには、Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２の各素子定数を補償か於呂４１、４２で同一に設定するのが望ましい。
【００５６】
以上のように、本実施の形態によれば、補償回路４１、４２を光素子駆動回路１４の入力側に接続することにより、実施の形態１と同様に、光素子駆動回路１４において低周波側で利得が増大する周波数応答特性を平坦な周波数応答特性とすることができ、アイパターンのマーク側・スペース側のパターン効果が緩和され、アイマスクマージンが増加し、良好な変調光波形および伝送特性を得ることができる。その他の実施の形態１と同様の効果も得られる。
また、本実施の形態によれば、補償回路４１、４２は段階的に利得を変化することができ、かつ第２段階の周波数および減衰量も定数の変更で自由に設定できるので、増幅器１２の利得の非平坦性をより柔軟に補正することができる。本実施の形態においても、実施の形態１で説明したその他の変形も同様に適用することができ、同様の効果が得られる。
【図１】
2011191529.tif 000003
【図２】
2011191529.tif 000004
【図３】
2011191529.tif 000005
【図４】
2011191529.tif 000006
【図５】
2011191529.tif 000007
【図６】
2011191529.tif 000008
【図７】
2011191529.tif 000009