(57)【要約】【課題】本発明は、高速かつ波長分散耐性の高い伝送を行うための光変調信号生成方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光変調信号生成方法は、周波数変調信号を生成して出力する周波数変調光源と、強度変調信号を生成し、前記周波数変調信号を入力して、前記強度変調信号によって周波数変調信号に強度変調を付加する強度変調器とから構成される光変調信号生成装置を利用して光変調信号を生成する光変調信号生成方法であり、前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器とを同一のビットパターンを用いて駆動することを特徴とする。【選択図】図４
2011159752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調信号を生成して出力する周波数変調光源と、強度変調信号を生成し、前記周波数変調信号を入力して、前記強度変調信号によって周波数変調信号に強度変調を付加する強度変調器とから構成される光変調信号生成装置を利用して光変調信号を生成する光変調信号生成方法であり、
前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器とを同一のビットパターンを用いて駆動することを特徴とする光変調信号生成方法。
【請求項２】
前記強度変調器は、正のチャープパラメータを有することを特徴とする請求項１に記載の光変調信号生成方法。
【請求項３】
前記強度変調器は、負のチャープパラメータを有することを特徴とする請求項１に記載の光変調信号生成方法。
【請求項４】
前記光変調信号は、前記周波数変調信号の周波数変調成分と前記強度変調の強度変調成分とが同期をとるように変調されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光変調信号生成方法。
【請求項５】
前記強度変調器は、電界吸収型変調器であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光変調信号生成方法。
【請求項６】
前記周波数変調光源は、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光変調信号生成方法。
【請求項７】
前記周波数変調光源は、前記分布ブラッグ反射型レーザの位相調整領域をバイアス変調することにより周波数変調信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の光変調信号生成方法。
【請求項８】
前記周波数変調光源は、分布帰還型レーザであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光変調信号生成方法。
【請求項９】
前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器の間に半導体光増幅器を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光変調信号生成方法。
【請求項１０】
前記光変調信号生成装置は、前記光変調信号の周波数変調振幅Δｆ、ビットレートＢ、及び消光比ＥＲとすると、
【数１】
2011159752.tif 000007
の関係を満たすように前記光変調信号を生成することを特徴とする請求項４から９のいずれかに記載の光変調信号生成方法。
【請求項１１】
前記光変調信号生成装置は、前記強度変調器で発生する周波数チャープを前記周波数変調光源の周波数変調で相殺することを特徴とする請求項２又は３に記載の光変調信号生成方法。
【請求項１２】
前記光変調信号生成装置は、前記強度変調器で発生する正の周波数チャープを前記周波数変調光源の周波数変調で反転させて負の周波数チャープに変換することを特徴とする請求項２に記載の光変調信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調信号生成装置および光変調信号生成方法に関し、より詳細には、光ファイバを用いた高速かつ波長分散耐性の高い伝送を行うための光変調信号生成装置および光変調信号生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及に伴うネットワークトラフィックの爆発的な増大により、光ファイバ伝送の高速・大容量化が進められている。これまで、基幹網においては、１本の光ファイバーケーブルに複数の異なる波長の光信号を乗せる波長分割多重（ＷＤＭ）技術の導入によって、Point-to-point伝送の大容量化、及び伝送装置の高速化が図られてきた。従来、１０Ｇｂ／ｓをベースとした伝送技術が基幹網を中心に適用されてきたが、既にアクセス網及びメトロ領域網のギガビット化が進められており、今後もこの高速化の流れは継続すると考えられる。
【０００３】
従来、ノード間の伝送はPoint-to-point方式であり、ノードにおいて光−電気−光（ＯＥＯ）変換が行われていた。現在は、ノードにおける光信号処理の適用が進んでおり、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）を中心として、ＷＤＭ技術に基づいた光ルーティング処理を用いたフォトニックネットワークの構築が進められている。今後、光ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）技術などの導入により、光のままでノードをカットスルーすることが行われ、無中継伝送の長距離化はますます重要となると考えられる。このように、高速変調かつ長距離伝送を実現し得る光送信器に対する期待は大きい。
【０００４】
図１は、現在広く用いられている光変調信号生成装置の方式を示す図である。図１（ａ）はレーザを直接変調する直接変調方式を示し、図１（ｂ）はレーザ光源から出力された連続光（ＣＷ光）を強度変調素子によって外部変調する外部変調方式を示す。
【０００５】
直接変調方式においては、スペクトル幅が狭く波長がそろった光を得ることができる分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD)の電流変調駆動が一般的である。
【０００６】
外部変調方式においては、強度変調素子の種類を電界吸収（EA）型変調器と位相強度変調型変調器とに分類することができる。
【０００７】
EA型変調器は、半導体導波路における電界印加に伴う電界吸収変化を用いて導波路に伝送する光の強度変調を行う。量子井戸構造の場合は、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confined Stark Effect：ＱＣＳＥ）を用い、バルク構造の場合は、フランツ・ケルディッシュ（Franz-Keldysh：ＦＫ）効果を用いるのが一般的である。この構造においては、DFB−LDとの集積が容易であることから、電界吸収変調器集積型DFB−LDとして広く用いられている。
【０００８】
位相強度変調型変調器としては、主としてマッハ・ツェンダ型変調器が用いられている。この変調器は、入力光をカプラで２つの光路に分岐した後、電界印加に伴う屈折率変化により、２つの光路のそれぞれの分岐光の間に位相差を生じさせる。位相差を有する２つの分岐光を合波する際に、位相差による強度変化を用いて強度変調を行う。屈折率変化については、量子閉じ込めシュタルク効果及びフランツ・ケルディッシュ効果に加え、電気光学効果が用いられる。
【０００９】
また、信号の送受信方法としては、信号の変調振幅により「１」及び「０」のビット列を表す振幅変調（ＯＯＫ）を用い、フォトダイオードで直接検波し、受光電流の振幅によりビット判定を行う直接検波方式が現在主流の技術である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】P. A. Morton et al., ‘‘38.5km error free transmission at 10 Gbit/s in standard fiber using a low chirp, spectrally filtered, directly modulated 1.55 mm DFB laser,’’ Electronics Letters vol. 33, no. 4, pp. 310-311, 1997）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来型の光源を用いた強度変調信号においては、変調時にスペクトルの広がりが生じるため、光ファイバの波長分散により、伝送距離及び伝送速度の制限の要因となる。また、従来型の光源の駆動においては、キャリア変動に伴い周波数変動（チャーピング）が発生するため、伝送可能な距離は更に制限される。
【００１２】
図２は、直接変調方式の光源によって生成されたビットレート１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）信号の光ファイバ伝送波形（アイパターン）を示す。光ファイバの波長分散は、使用波長１．５５μｍで１６．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。図２（ａ）は、信号の初期データの波形であり、図２（ｂ）は２０ｋｍ伝送後の信号の波形であり、図２（ｃ）は１００ｋｍ伝送後の信号の波形である。伝送距離の増大に伴い、大きく波形が崩れており、図２（ｂ）に示すように、２０ｋｍ伝送後においても波形歪が見られる。図２（ｃ）に示すように、１００ｋｍでは信号の判別は不可能である。
【００１３】
一般に、伝送距離は、ビットレートの二乗に反比例して短くなるために、変調速度が速くなるに従って伝送可能な距離は急激に短くなる。前述の直接変調レーザでは１０Ｇｂ／ｓで１０ｋｍ程度であり、伝送可能な距離は非常に短い。EA型変調器では変調層のチャープ制御による特性改善を行う必要があり、マッハ・ツェンダ型変調器ではゼロチャープ駆動も可能であるが、通常の振幅変調においては、EA型変調器は８０ｋｍ、マッハ・ツェンダ型変調器は１００ｋｍ程度が一般的な限界値となっている。
【００１４】
この伝送特性の劣化を解決するために、例えば、非特許文献１のように、直接変調レーザと周波数フィルタとを用いて、周波数振幅と強度振幅との相互変換を行い、周波数変動を抑制する手法が提案されている。しかしながら、非特許文献１の技術は、レーザを直接変調することにより、高速動作時にレーザの緩和振動による変調帯域の制限が生じるため、動作速度が制限されるという課題がある。現在、商用化されているレーザは、緩和振動周波数が１０ＧＨｚ程度であり、それ以上の高速変調には対応が困難である。また、光フィルタが必要となるために、発振波長の厳密な制御が求められる。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光変調信号において狭帯域の変調スペクトルを得ることにより、波長分散耐性が高く、高速変調かつ長距離伝送を実現する光変調信号生成装置および光変調信号生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の光変調信号生成方法は、周波数変調信号を生成して出力する周波数変調光源と、強度変調信号を生成し、前記周波数変調信号を入力して、前記強度変調信号によって周波数変調信号に強度変調を付加する強度変調器とから構成される光変調信号生成装置を利用して光変調信号を生成する光変調信号生成方法であり、前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器とを同一のビットパターンを用いて駆動することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の光変調信号生成方法は、請求項１に記載の光変調信号生成方法であって、前記強度変調器は、正のチャープパラメータを有することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００１８】
請求項３に記載の光変調信号生成方法は、請求項１に記載の光変調信号生成方法であって、前記強度変調器は、負のチャープパラメータを有することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００１９】
請求項４に記載の光変調信号生成方法は、請求項１から３のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号は、前記周波数変調信号の周波数変調成分と前記強度変調の強度変調成分とが同期をとるように変調されることを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２０】
請求項５に記載の光変調信号生成方法は、請求項１から４のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記強度変調器は、電界吸収型変調器であることを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２１】
請求項６に記載の光変調信号生成方法は、請求項１から５に記載の光変調信号生成方法であって、前記周波数変調光源は、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２２】
請求項７に記載の光変調信号生成方法は、請求項６に記載の光変調信号生成方法であって、前記周波数変調光源は、前記分布ブラッグ反射型レーザの位相調整領域をバイアス変調することにより周波数変調信号を生成することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２３】
請求項８に記載の光変調信号生成方法は、請求項１から５のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記周波数変調光源は、分布帰還型レーザであることを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２４】
請求項９に記載の光変調信号生成方法は、請求項１から８のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記周波数変調光源と前記強度変調器の間に半導体光増幅器を有することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２５】
請求項１０に記載の光変調信号生成方法は、請求項４から９のいずれかに記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記光変調信号の周波数変調振幅Δｆ、ビットレートＢ、及び消光比ＥＲとすると、
【００２６】
【数１】
2011159752.tif 000003
【００２７】
の関係を満たすように前記光変調信号を生成することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２８】
請求項１１に記載の光変調信号生成方法は、請求項２又は３に記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記強度変調器で発生する周波数チャープを前記周波数変調光源の周波数変調で相殺することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【００２９】
請求項１２に記載の光変調信号生成方法は、請求項２に記載の光変調信号生成方法であって、前記光変調信号生成装置は、前記強度変調器で発生する正の周波数チャープを前記周波数変調光源の周波数変調で反転させて負の周波数チャープに変換することを特徴とする光変調信号生成方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、強度変調成分と周波数変調成分とを有する光変調信号の高速伝送が可能となり、その光変調信号の振幅を調整することによりスペクトル幅を狭帯域化できるため、光変調信号の長距離伝送が可能となる。さらに、正のチャープパラメータを有する強度変調を加えることにより、伝送距離が飛躍的に増大する。また、周波数変調領域において、強度変調領域において生じる周波数チャープ成分を補償することにより、又はチャープ符号を反転することにより、伝搬特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来型の光変調信号生成装置の説明図である。
【図２】従来型の直接変調レーザの伝送特性を示す図である。
【図３】本発明による光変調信号生成装置の説明図である。
【図４】本発明の実施例１における光変調信号生成装置の断面構造の説明図である。
【図５】本発明における光変調信号生成装置の断面構造の説明図である。
【図６】電界吸収型変調器の動作原理の説明図である。
【図７】本発明における光変調信号の説明図である。
【図８】本発明における信号の光ファイバ伝送後波形を示す図である。
【図９】電界吸収型変調器のチャープ特性の説明図である。
【図１０】周波数チャープ特性を利用した変調手法の説明図である。
【図１１】周波数チャープ特性を利用した変調手法における本発明の光変調信号生成装置から出力される信号の伝送特性を示す図である。
【図１２】EA型変調器により生じる周波数チャープを補償するための周波数変調光源の駆動の動作例を示す図である。
【図１３】図１２で示される駆動動作による光変調信号生成装置から出力される信号の伝送特性を示す図である。
【図１４】DBR型周波数変調光源１０１の駆動用信号の生成方法について説明する図である。
【図１５】変調器により生じた周波数チャープを反転させる場合の周波数変調光源及びEA型変調器の動作例を示す図である。
【図１６】変調器により生じた周波数チャープを反転させる場合の光変調信号生成装置から出力される信号の伝送特性を示す図である。
【図１７】本発明の実施例２における光変調信号生成装置の断面構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の光変調信号生成装置は、周波数変調信号を生成する周波数変調光源と、周波数変調信号に強度変調を付加する強度変調器とから構成されるが、その一例として、周波数変調光源として分布ブラッグ反射（DBR）型周波数変調光源を、強度変調器として電界吸収（EA）型変調器を用いた構成について説明する。ただし、本発明の構成において周波数変調光源と強度変調器とに用いられるものは、DBR型周波数変調光源とEA型変調器とに限定されるわけでは無いことは後述の説明により明らかである。
【００３３】
図３は、本発明の光変調信号生成装置の実施形態の一例を簡略化した説明図である。本実施形態の光変調信号生成装置は、周波数変調信号を生成するDBR型周波数変調光源１０１と、強度変調信号を生成するEA型変調器１０２から構成される。DBR型周波数変調光源１０１から生成された周波数変調信号は、EA型変調器１０２に導波される。この方向を光の導波方向とする。周波数変調光源１０１とEA型変調器１０２とを同一のビットパターンを用いて駆動し、EA型変調器１０２にて周波数変調信号と強度変調信号とが同期をとるように駆動する。EA型変調器１０２において、入力した周波数変調信号は強度変調信号によって強度変調される。また、変調ビットレート、消光比、周波数変調振幅を調整することにより、狭帯域の光変調スペクトルを得ることができる。従って、波長分散耐性が高い光ファイバ伝送が実現される。以上のことを、以下に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３４】
［装置の構成］
図４は、本発明の実施例１にかかる光変調信号生成装置の構成を示す。本装置は、DBR型周波数変調光源１０１と、EA型変調器１０２がモノリシックに集積された構成である。DBR型周波数変調光源１０１は、複数の領域で構成されている。DBR型周波数変調光源１０１は、長さ６００μｍの第１の超周期構造回折格子(SSG)−DBR型反射器領域１０３と、長さ２００μｍの周波数変調領域１０４と、長さ３００μｍの活性領域１０５と、長さ３００μｍの第２のSSG−DBR型反射器領域１０６とで構成される。第１のSSG−DBR型反射器領域１０３には直流電流源１１８が接続され、周波数変調領域１０４には変調電圧源１１９が接続され、活性領域１０５には直流電流源１２０が接続され、第２のSSG−DBR型反射器領域１０６には直流電流源１２１が接続されている。第１のSSG−DBR型反射器領域１０３及び第２のSSG−DBR型反射器領域１０６には、凹凸形状の超周期型回折格子が加工されており、それぞれ櫛型の反射スペクトルを有する。
【００３５】
EA型変調器１０２は、長さ２００μｍのEA型変調器領域１０７で構成される。EA型変調器領域１０７には、変調電圧源１２２が接続されている。
【００３６】
本発明の実施例１にかかる光変調信号生成装置は、第１のSSG−DBR型反射器領域１０３、周波数変調領域１０４と、活性領域１０５と、第２のSSG−DBR型反射器領域１０６、EA型変調器領域１０７の順で構成されている。
【００３７】
第１のSSG−DBR型反射器領域１０３は、ｎ型電極１１６と、ｎ型電極１１６上に形成されたｎ型InPクラッド層１０８と、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成されたInGaAsP層１０９と、InGaAsP層１０９上の第１の回折格子１１２と、第１の回折格子１１２上に形成されたｐ型InPクラッド層１１４と、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されたコンタクト層１１５と、コンタクト層１１５上に形成されたｐ型電極１１７とで構成される。
【００３８】
周波数変調領域１０４は、ｎ型電極１１６と、ｎ型電極１１６上に形成されたｎ型InPクラッド層１０８と、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成されたInGaAsP層１０９と、InGaAsP層１０９上に形成されたｐ型InPクラッド層１１４と、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されたコンタクト層１１５と、コンタクト層１１５上に形成されたｐ型電極１１７とで構成される。
【００３９】
活性領域１０５は、ｎ型電極１１６と、ｎ型電極１１６上に形成されたｎ型InPクラッド層１０８と、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成された活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０と、活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０上に形成されたｐ型InPクラッド層１１４と、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されたコンタクト層１１５と、コンタクト層１１５上に形成されたｐ型電極１１７とで構成される。
【００４０】
第２のSSG−DBR型反射器領域１０６は、ｎ型電極１１６と、ｎ型電極１１６上に形成されたｎ型InPクラッド層１０８と、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成されたInGaAsP層１０９と、InGaAsP層１０９上の第２の回折格子１１３と、第２の回折格子１１２上に形成されたｐ型InPクラッド層１１４と、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されたコンタクト層１１５と、コンタクト層１１５上に形成されたｐ型電極１１７とで構成される。
【００４１】
EA型変調器領域１０７は、ｎ型電極１１６と、ｎ型電極１１６上に形成されたｎ型InPクラッド層１０８と、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成された強度変調層用８層InGaAsP量子井戸層１１１と、強度変調層用８層InGaAsP量子井戸層１１１上に形成されたｐ型InPクラッド層１１４と、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されたコンタクト層１１５と、コンタクト層１１５上に形成されたｐ型電極１１７とで構成される。
【００４２】
ｎ型電極１１６は接地されており、ｎ型InPクラッド層１０８はドーピング濃度が１０18ｃｍ-3である。InGaAsP層１０９は、バンドギャップ波長１．３μｍ、厚さ３００ｎｍである。第１のSSG−DBR型反射器領域１０３のInGaAsP層１０９は、DBR層として用いられ、周波数変調領域１０４のInGaAsP層１０９は、周波数変調層として用いられる。活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０は、バンドギャップ波長１．５５μｍ、厚さ２００ｎｍである。強度変調層用８層InGaAsP量子井戸層１１１は、バンドギャップ波長１．５μｍ、厚さ２００ｎｍである。第１の回折格子１１２及び第２の回折格子１１３は、ブラッグ波長が１．５５μｍ、実効結合定数が３０ｃｍ-1、反射ピーク間隔が５ｎｍ、反射ピーク数が９本である。第１の回折格子１１２と第２の回折格子１１３とでは、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が６０ＧＨｚ異なっている。InGaAsP層１０９、活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０、及び強度変調層用８層InGaAsP量子井戸層１１１は、それぞれ導波路のコア層（図５のコア層１２３に相当する）として形成される。ｐ型InPクラッド層１１４はドーピング濃度１０18ｃｍ-3、厚さ１．５μｍである。コンタクト層１１５はバンドギャップ波長１．５μｍ、ドーピング濃度１０19ｃｍ-3、厚さ３００ｎｍである。各領域の間のコンタクト層１１５は、１００μｍ間隔で形成されている。また、DBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２において光の導波方向に関して対向している面には、無反射コーティングが施されている。図４に示されるように、ｎ型電極１１６、ｎ型InPクラッド層１０８、及びｐ型InPクラッド層１１４は、DBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２の領域にわたり、光の導波方向に対して一様に形成されている。
【００４３】
図５は、光の導波方向に対して垂直方向のDBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２の断面を示す。DBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２は、導波路幅１．５μｍのリッジ構造である。図４にも示したように、ｎ型電極１１６上には、ｎ型InPクラッド層１０８が形成されている。コア層１２３は、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成されコンタクト層１１５は、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されている。リッジの両側には、ＳｉＯ2絶縁膜１２４が形成され、ＳｉＯ2絶縁膜１２４上にはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）１２５が形成されている。平坦化されたコンタクト層１１５、ＳｉＯ2絶縁膜１２４、及びＢＣＢ１２５上にはｐ型電極１１７が形成されている。
【００４４】
［光変調信号の生成方法］
本装置の動作原理について説明する。直流電流源１２０によって活性領域１０５に電流を注入することにより、自然放出光が発生する。導波モードに結合した自然放出光は、第１のSSG−DBR型反射器領域１０３及び第２のSSG−DBR型反射器領域１０６のInGaAsP層１０９により反射され、活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０による誘導放出が発生する。第１の回折格子１１２及び第２の回折格子１１３は共に９本の反射ピークを有しているが、反射スペクトルのＦＳＲが僅かに異なるため、単一波長のみを選択的に反射させることが可能である。誘導放出における光利得がDBR型周波数変調光源１０１の光吸収による損失を上回るとレーザ発振が生ずる。このときの発振周波数は、以下のように与えられる。
【００４５】
【数２】
2011159752.tif 000004
【００４６】
ＬはDBR型周波数変調光源１０１の実効共振器長であり、第１のSSG−DBR型反射器領域１０３及び第２のSSG−DBR型反射器領域１０６の実効長ＬDBRと、周波数変調領域１０４の長さＬpと、活性層領域１０５の長さＬaとの和である。ｎeqは実効屈折率であり、全て均一であると仮定する。ｃは真空中の光速度である。ｍは発振縦モードを示す整数である。
【００４７】
本発明において周波数変調領域１０４に対応する領域は、一般的なDBR型周波数変調光源においては、当該領域を電流変調することによって位相調整をする領域として用いられるが、以下に説明されるように、本発明においては、周波数変調領域１０４をバイアス変調することにより周波数変調をする領域として用いる。
【００４８】
式（１）より、周波数変調領域１０４の実効屈折率がΔｎeq変化すると、発振周波数は以下のように変化することがわかる。
【００４９】
【数３】
2011159752.tif 000005
【００５０】
具体的には、DBR型周波数変調光源１０１の発振周波数は、変調電圧源１１９によって周波数変調領域１０４に電圧印加して、周波数変調領域１０４の実効屈折率を変えることによって変化することができる。したがって、印加電圧に変調信号を重畳させることで、DBR型周波数変調光源１０１の周波数変調動作が可能となる。印加電圧に関しては、逆バイアス方向に与えて、電圧の印加に伴って屈折率が変化する電気光学効果を用いてもよいし、順方向に与えて、電流によるキャリア効果を用いてもよい。変調効率の面では、順バイアスによる電流駆動が有利であるが、高速変調の面では、逆バイアス駆動の方が有利である。
【００５１】
一般に、電圧印加による化合物半導体の屈折率変化は、光吸収変化とクラマース・クローニッヒとの関係により結びついており、屈折率変化には光吸収変化が伴う。この光吸収変化は、レーザの閾値電流値の変化を引き起こし、不要な強度変調の原因となる。強度変調動作が加わると、レーザの緩和振動が生じるために素子応答劣化の要因となる。
【００５２】
しかしながら、例えば、逆バイアスによる屈折率変調において、周波数変調領域１０４のバンドギャップ波長を使用領域に対して１００ｎｍ以上短い波長に設定すれば、電圧印加に伴う光吸収による伝搬損失をほとんど無視することができる。したがって、本構成においては、周波数変調領域１０４のバンドギャップ波長を使用領域に対して１００ｎｍ以上短い波長に設定することにより、強度変調のない理想的な周波数変調信号を生成することができる。
【００５３】
一方、活性領域１０５の電流を変調することでも、強度変調成分及び断熱チャープ成分により周波数変調信号を生成できる。しかしながら、直接変調動作においては、活性領域１０５の電流変調の際に、高速動作時にレーザの緩和振動による変調帯域の制限が生じ、加えて変調時に不要な周波数チャープが加わる。したがって、本発明において活性領域１０５を電流変調するよりも、周波数変調領域１０４をバイアス変調する方が高速動作面でより効果的であるため、周波数変調領域１０４をバイアス変調する。
【００５４】
上述のように周波数変調領域１０４をバイアス変調することにより生成された強度変調のない周波数変調信号に対し、EA型変調器領域１０７で強度変調を付加する。図６は、電圧印加によるEA型変調器領域１０７の変調動作を示す。EA型変調器１０２においては、コア層１２３のバンド端波長がレーザの駆動波長１．５５μｍに対して短波長側に設定されているため、低バイアス電圧の場合は信号の伝搬損失が小さい。一方、逆バイアスを印加すると、量子閉じ込めシュタルク効果により電子とホールとの包絡線関数の重なりが小さくなり、励起子吸収ピークが小さくなると共に、バンドの傾きにより光吸収波長が長波長側にシフトし、伝搬損失が増大する。この動作を利用して、逆バイアス電圧に変調信号を重畳することで、強度変調信号を生成することが可能である。
【００５５】
一般に、EA型変調器においては、先述のクラマース・クローニッヒの関係により、逆バイアスによる吸収係数変化に伴う屈折率変化が生じ、周波数チャープの原因となるが、量子井戸の設計により、ゼロチャープ又は負チャープ動作を実現することも可能である。以上の特性を組み合わせることで、周波数変調及び強度変調の機能を組み合わせた光変調信号を生成することができる。
【００５６】
また、本構成は、DBR型周波数変調光源１０１にSSG−DBR構造を採用している。そのため、第１のSSG−DBR型反射器領域１０３及び第２のSSG−DBR型反射器領域１０６への電流注入により、バーニア効果を利用して微小な波長の変化を拡大し、波長可変領域４０ｎｍにわたる広帯域な波長切替動作が実現できる。駆動波長を変えた場合は波長依存性が問題となり、変調時の駆動条件の変化が懸念されるが、本構成のDBR型周波数変調光源１０１は波長依存性が小さいため、駆動条件を変えることなく同等の変調特性を得ることができる。また、EA型変調器１０２においては、バンド端吸収の波長依存性の問題があるが、バイアス電圧と変調振幅とを調整することで、広帯域にわたり高い消光比を確保することが可能である。
【００５７】
［光ファイバ伝送方法］
本装置を用いて光ファイバ伝送を行う手法について説明する。活性領域１０５に電流注入を行うことに加え、第１のSSG−DBR型反射器領域１０３及び第２のSSG−DBR型反射器領域１０６に電流注入を行い、発振波長１．５５μｍでのレーザ発振を行う。加えて、周波数変調領域１０４及びEA型変調器領域１０７にビットレート１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ変調信号を重畳した逆バイアスを印加する。EA型変調器領域１０７のチャープはゼロとする。周波数変調領域１０４とEA型変調器１０２とを同一のビットパターンを用いて駆動し、EA型変調器１０２に入力された周波数変調信号とEA型変調器１０２において生成される強度変調信号との間の同期を取るためには、以下の手法を用いることが可能である。
【００５８】
例えば、周波数変調信号に対して強度変調の応答が遅れる場合は、周波数変調信号の入力信号を遅延するために、変調電圧源１１９と周波数変調領域１０４の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長を、変調電圧源１２２とEA型変調器領域１０７の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長に対して長くすればよい。また、周波数変調信号に対して強度変調の応答が早い場合は、強度変調信号を遅延するために、変調電圧源１１９と周波数変調領域１０４の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長を、変調電圧源１２２とEA型変調器領域１０７の電極間を接続する電気信号を伝えるケーブル長又は配線長に対して短くすればよい。遅延時間はケーブル又は配線長を調整することで、任意に調整が可能である。また、同様の機能は、メモリ等を用いても実現することが可能である。以上の手法により、EA型変調器１０２に入力された周波数変調信号とEA型変調器１０２において生成される強度変調信号とを同期させることができる。
【００５９】
図７は、EA型変調器領域１０７のチャープがゼロの条件で本装置を駆動した場合の光変調信号の波形を示す。図７（ａ）は、光変調信号生成装置から出力される光変調信号の光強度−時間特性を示し、図７（ｂ）は、光変調信号生成装置から出力される光変調信号の周波数−時間特性を示す。図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、光変調信号生成装置から出力される光変調信号は、光強度と同相の周波数変調が加わった波形となっている。強度変調と同相の周波数変調を有する光変調信号は、強度変調のみの場合と比較してスペクトル幅が狭くなり、光ファイバ伝送時の波長分散耐性が向上する。以下に、特にスペクトル幅が狭く、波長分散耐性効果が高い変調条件について説明する。
【００６０】
光変調信号生成装置から出力される光変調信号において、消光比ＥＲを１レベルの光強度Ｉ1と０レベルの光強度Ｉ0の比Ｉ1／Ｉ0により定義し、周波数変調振幅Δｆ（ＧＨｚ）、ビットレートＢ（Ｇｂ／ｓ）、および消光比ＥＲが以下の関係となるように光変調信号生成装置を調整する。
【００６１】
【数４】
2011159752.tif 000006
【００６２】
この駆動条件は、変調信号の側波帯が消える条件となっており、スペクトル幅が狭くなることで伝送時の波長分散耐性が飛躍的に向上する。本実施例の構成においては、逆バイアス動作を用いて式（３）を満たす駆動条件を示す。ここでは、消光比を１０ｄＢとし、Δｆを４ＧＨｚとなるように光変調信号生成装置の駆動を行った。本実施例の装置構成においては、式（１）に従う周波数変化量は、２ＧＨｚ／Ｖである。従って、周波数変調領域１０４には、４ＧＨｚの周波数変調量を得るために、バイアス電圧−２Ｖ、変調振幅電圧２Ｖを印加した。活性領域１０５の電流は３０ｍＡである。また、EA型変調器領域１０７には、消光比ＥＲ＝１０、すなわち１０ｄＢを得るために、バイアス電圧−１Ｖ、変調振幅電圧２Ｖを印加した。上記のように変調ビットレート、消光比、周波数変調振幅を調整することにより、狭帯域の光変調スペクトルを得ることができる。これにより、波長分散耐性に強い光ファイバ伝送が実現される。
【００６３】
図８は、光ファイバの波長分散が１６．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合の、本発明に係る光変調信号生成装置におけるＮＲＺ信号の伝送波形を示す。図８（ａ）は、信号の初期データの波形を示し、図８（ｂ）は１００ｋｍ伝送後の信号の波形を示し、図８（ｃ）は２００ｋｍ伝送後の信号の波形を示す。図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、１００ｋｍ伝送時において明瞭なアイ開口が観測され、２００ｋｍ伝送時においてもアイ開口を保つことができた。なお、周波数変調信号の変調方向と強度変調信号の変調方向の関係を本実施例と逆相にしても同等の効果を得ることができる。
【００６４】
また、EA型変調器１０２の駆動に伴う周波数チャープを利用して、さらに伝送特性を改善することができる。図９は、EA型変調器１０２のＮＲＺ信号駆動時の周波数チャープ特性を示す。図９（ａ）は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号の光強度−時間特性を示す。図９（ｂ）は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、強度変調信号の周波数は、光強度のパルスの立ち上がり時に増加し、立下り時に減少する。一方、図９（ｃ）は、負のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号の光強度−時間特性を示す。図９（ｄ）は、負のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図９（ｃ）、（ｄ）に示されるように、強度変調信号の周波数は、光強度のパルスの立ち上がりに減少し、立下り時に増加する。
【００６５】
この周波数チャープ特性を利用することで、さらに伝送特性を向上させることができる。図１０は、周波数チャープ特性を利用した変調手法を示す。図１０（ａ）、（ｂ）は、DBR型周波数変調光源１０１によって生成された、強度変調のない周波数変調信号特性を示す。また、図１０（ａ）はDBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図１０（ｂ）はDBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。図１０（ｃ）、（ｄ）は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号特性を示す。また、図１０（ｃ）はEA型変調器１０２の強度変調信号の光強度−時間特性を示し、図１０（ｄ）はEA型変調器１０２の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図１０（ｅ）、（ｆ）は、光変調信号生成装置において、図１０（ａ）、（ｂ）で示される周波数変調信号に図１０（ｃ）、（ｄ）で示される強度変調をかけた場合の光変調信号生成装置の光変調信号特性を示す。図１０（ｅ）は光変調信号生成装置の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図１０（ｆ）は光変調信号生成装置の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。
【００６６】
DBR型周波数変調光源１０１によって生成された図１０（ａ）、（ｂ）で示される周波数変調信号に、図１０（ｃ）、（ｄ）で示される変調特性を有するEA型変調器１０２を用いて強度変調をかける。図１０（ｅ）、（ｆ）に示されるように、光変調信号生成装置において、光強度が変調され、同時に周波数チャープ特性が変化した光変調信号が生成される。具体的には、図１０（ｆ）に示されるように、パルスの立ち上がりが急峻になる一方で、パルスの立下りにおいては急峻なチャープ変化が生じ、負の方向に大きく偏った特性が得られる。この効果によって、信号の遷移領域における位相変化が急峻となり、不要な周波数成分が除かれることで波長分散耐性が向上し、更に波長分散耐性に強い光ファイバ伝送が実現される。
【００６７】
最適な条件の目安は、図１０（ｅ）、（ｆ）に示したように、DBR型周波数変調光源１０１と同じ周波数変調振幅をEA型変調器１０２に与え、光変調信号の１レベルのビットに対する周波数変調量がフラットとなり、０レベルのビットに対する周波数変調量のみが大きく負のチャープ側にシフトする条件である。そのような条件を得るためには、所望の消光比を得た際の周波数変調量が得られるようにチャープパラメータを設計すればよい。
【００６８】
図１１は、EA型変調器の正の周波数チャープ特性を利用した変調手法による本発明の光変調信号生成装置から出力される光変調信号の伝送結果を示す。図１１（ａ）は、信号の初期データの波形を示し、図１１（ｂ）は１００ｋｍ伝送後の信号の波形を示し、図１１（ｃ）は２００ｋｍ伝送後の信号の波形を示す。駆動条件は、先述の構成と同様であり、ビットレートは１０Ｇｂ／ｓであり、動作波長は１．５μｍであり、周波数変調振幅は４ＧＨｚであり、EA型変調器１０２のチャープパラメータは０．６である。
【００６９】
図１１（ｃ）に示すように、２００ｋｍにわたりアイ開口が確認され、EA型変調器１０２のチャープパラメータを０とした図８の場合よりも、図１０のようにEA型変調器１０２が正のチャープパラメータを有する場合の方がさらに伝送特性を向上させることができた。なお、周波数変調信号の変調方向と強度変調信号の変調方向の関係を本実施例と逆相としても、同様の効果を得ることができる。通常、EA型変調器１０２を用いた伝送においては、負のチャープパラメータとすることで波長分散耐性が向上するが、本発明では正のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２を用いることでさらに大幅に伝送特性を改善できる点が大きな特徴である。一般的なEA型変調器は、逆バイアスの印加電圧が小さい場合、チャープパラメータが正となり、印加電圧を増加するに従ってチャープパラメータは負となる。従って、通常のEA型変調器を負チャープ領域で動作させる手法と比較して、駆動電圧を抑制できる点も特徴である。さらに、量子閉じ込めシュタルク効果の部分で説明した通り、EA型変調器においては駆動電圧が低い場合に伝播損失が小さいため、低バイアス駆動はレーザの出力強度においても有利である。
【００７０】
なお、本実施例においては、EA型変調器１０２の駆動に伴う周波数チャープが正の場合に飛躍的に伝送距離が伸びる効果を示したが、EA型変調器１０２の周波数チャープが負の場合においても、信号の遷移領域における位相変化が急峻となり、不要な周波数成分が除かれる効果は同様である。EA型変調器１０２の周波数チャープが負の場合は、正チャープの場合と比較して効果の程度は小さくなるが、波長分散耐性に強い光ファイバ伝送が実現され、周波数チャープが０の場合に対して波長分散耐性が向上し、伝送特性を改善することができる。
【００７１】
また、DBR型周波数変調光源１０１の駆動により、EA型変調器１０２により生じる周波数チャープを補償することも可能である。図１２は、EA型変調器１０２により生じる周波数チャープを補償するための周波数変調光源１０１の駆動の動作例を示す。図１２（ａ）、（ｂ）は、DBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号特性を示す図である。また、図１２（ａ）はDBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図１２（ｂ）はDBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。図１２（ｃ）、（ｄ）は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号特性を示す。また、図１２（ｃ）はEA型変調器１０２の強度変調信号の光強度−時間特性を示し、図１２（ｄ）はEA型変調器１０２の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図１２（ｅ）、（ｆ）は、光変調信号生成装置において、図１０（ａ）、（ｂ）で示される周波数変調信号に図１０（ｃ）、（ｄ）で示される強度変調をかけた場合の光変調信号生成装置の光変調信号特性を示す。図１２（ｅ）は光変調信号生成装置の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図１２（ｆ）は光変調信号生成装置の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。
【００７２】
図１２（ｂ）、（ｄ）に示されるように、周波数変調信号の周波数変調成分と強度変調により生成される周波数変調成分は、互いに逆相になっている。さらに、周波数変調信号の周波数変調成分の振幅の大きさと強度変調により生成される周波数変調振幅の大きさが等しくなるように、DBR型周波数変調光源１０１の周波数変調振幅が調整されている。信号の遷移領域においてパルス状の周波数変調信号を周波数変調領域に与えることで、EA型変調器１０２側の周波数チャープを相殺することができる。このとき、図１２（ｅ）、（ｆ）に示すように、周波数変調成分のない、強度変調成分のみを有するＮＲＺ信号を生成することができる。
【００７３】
図１３は、図１２で示される駆動動作によって光変調信号生成装置から出力される光変調信号の伝送特性を示す。図１３（ａ）は、信号の初期データの波形を示し、図１３（ｂ）は５０ｋｍ伝送後の信号の波形を示し、図１３（ｃ）は１００ｋｍ伝送後の信号の波形を示す。EA型変調器１０２側の周波数チャープを相殺することにより、図１３に示すように、図１１（ｃ）と比較して、１００ｋｍにわたりさらに明瞭なアイ開口を得ることができた。
【００７４】
図１４は、DBR型周波数変調光源１０１の駆動用信号の生成方法について説明する図である。図１４（ａ）は、DBR型周波数変調光源１０１の元信号の電気波形と、元信号を遅延した遅延信号の電気波形とを示す。図１４（ｂ）は、元信号の電気波形と遅延信号の電気波形との差分をとったときの波形を示す。図１４（ａ）において元信号の電気波形は実線で示され、遅延信号は点線で示される。例えば、図１４（ａ）に示すように、信号列と、ビット間隔よりも短い遅延を与えた信号列とのビットの差分を取る。生成されるパルスは図１４（ｂ）となり、図１０（ｄ）、図１２（ｄ）と同等の、信号の遷移領域に対応する変調パルスとなっている。ＮＲＺ信号であれば、元信号に１ビットの遅延を与えて振幅の差分をとる。ＲＺ信号であれば、１ビットよりも短い遅延時間を与えて振幅の差分をとればよい。あるいは、トランジスタの過渡応答を用いる手法等も適用可能である。
【００７５】
また、同様の手法を用いれば、EA型変調器１０２により生じた周波数チャープを反転させることも可能である。図１５は、EA型変調器１０２により生じた周波数チャープを反転させる場合のDBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２の動作例を示す。図１５（ａ）、（ｂ）は、DBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号特性を示す図である。図１５（ａ）はDBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図１５（ｂ）はDBR型周波数変調光源１０１の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。図１５（ｃ）、（ｄ）は、正のチャープパラメータを有するEA型変調器１０２の強度変調信号特性を示す。図１５（ｃ）はEA型変調器１０２の強度変調信号の光強度−時間特性を示し、図１５（ｄ）はEA型変調器１０２の強度変調信号の周波数−時間特性を示す。図１５（ｅ）、（ｆ）は、光変調信号生成装置において、図１５（ａ）、（ｂ）で示される周波数変調信号に図１５（ｃ）、（ｄ）で示される強度変調をかけた場合の光変調信号生成装置の光変調信号特性を示す。図１５（ｅ）は光変調信号生成装置の周波数変調信号の光強度−時間特性を示し、図１５（ｆ）は光変調信号生成装置の周波数変調信号の周波数−時間特性を示す。
【００７６】
図１５（ｂ）、（ｄ）に示すように、周波数変調光源１０１の周波数変調信号の周波数変調振幅が、チャープパラメータが正であるEA型変調器１０２の強度変調信号の周波数変調振幅よりも大きい場合、信号の遷移領域においてパルス状の周波数変調信号を周波数変調領域に与えることで、図１５（ｆ）に示すようなEA型変調器１０２側の周波数チャープを逆符号のチャープに変換することができる。このとき、図９（ａ）（ｂ）に示すような負のチャープパラメータを有するEA型変調器の変調信号と同等のＮＲＺ信号を生成することができる。
【００７７】
図１６は、EA型変調器１０２により生じた周波数チャープを反転させる場合の光変調信号生成装置の伝送特性を示す。図１６（ａ）は、信号の初期データの波形を示し、図１６（ｂ）は５０ｋｍ伝送後の信号の波形を示し、図１６（ｃ）は１００ｋｍ伝送後の信号の波形を示す。EA型変調器１０２により生じた周波数チャープを反転させることにより、図１６に示すように、図１３と比較して、１００ｋｍにわたりさらに明瞭なアイ開口を得ることができた。
【００７８】
上記のように、強度変調信号において生ずる周波数チャープを周波数変調信号により補償する、あるいは負チャープに変換することで、EA型変調器１０２が正のチャープを有する場合においても、波長分散耐性が高い光ファイバ伝送を実現できる。
【実施例２】
【００７９】
［装置の構成］
本発明の実施例２にかかる光変調信号生成装置の構成を示す。EA型変調器１０２においては、最適な駆動バイアスを設定する必要があるが、バンドギャップ波長と駆動波長とが近いため、図１７に示したように、バイアス電圧を印加した際に伝搬損失が生じることが避けられない。図１７は、その損失補償のために半導体光増幅器（SOA）を集積した構成を示す。
【００８０】
本発明の実施例２にかかる光変調信号生成装置は、DBR型周波数変調光源１０１と、SOA１２６と、EA型変調器１０２がモノリシックに集積された構成である。DBR型周波数変調光源１０１とEA型変調器１０２との間にSOA１２６が配置されている。DBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２は、実施例１と同様の構成である。
【００８１】
本発明の実施例２にかかる光変調信号生成装置は、第１のSSG−DBR型反射器領域１０３、周波数変調領域１０４と、活性領域１０５と、第２のSSG−DBR型反射器領域１０６、SOA領域１２７、EA型変調器領域１０７の順で構成されている。
【００８２】
SOA領域１２７は長さ４００μｍであり、光増幅用の直流電流源１２９が接続されている。SOA領域１２７は、ｎ型電極１１６と、ｎ型電極１１６上に形成されたｎ型InPクラッド層１０８と、ｎ型InPクラッド層１０８上に形成されたSOA用８層InGaAsP量子井戸層１２８と、SOA用８層InGaAsP量子井戸層１２８上に形成されたｐ型InPクラッド層１１４と、ｐ型InPクラッド層１１４上に形成されたコンタクト層１１５と、コンタクト層１１５上に形成されたｐ型電極１１７とで構成される。SOA用８層InGaAsP量子井戸層１２８は、活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０と同一構造で形成しているが、別構成でも構わない。
【００８３】
ｎ型電極１１６は接地されており、ｎ型InPクラッド層１０８はドーピング濃度が１０18ｃｍ-3である。SOA用８層InGaAsP量子井戸層１２８は、バンドギャップ波長１．５５μｍ、厚さ２００ｎｍである。ｐ型InPクラッド層１１４はドーピング濃度１０18ｃｍ-3、厚さ１．５μｍである。コンタクト層１１５はバンドギャップ波長１．５μｍ、ドーピング濃度１０19ｃｍ-3、厚さ３００ｎｍである。各領域の間のコンタクト層１１５は、１００μｍ間隔で形成されている。また、DBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２において光の導波方向に関して対向している面には、無反射コーティングが施されている。図１７に示されるように、ｎ型電極１１６、ｎ型InPクラッド層１０８、及びｐ型InPクラッド層１１４は、DBR型周波数変調光源１０１、EA型変調器１０２及びSOA１２６の領域にわたり、光の導波方向に対して一様に形成されている。InGaAsP層１０９、活性層用８層InGaAsP量子井戸層１１０、強度変調層用８層InGaAsP量子井戸層１１１、及びSOA用８層InGaAsP量子井戸層１２８は、それぞれ導波路のコア層（図５のコア層１２３に相当する）として形成される。
【００８４】
光の導波方向に対して垂直方向のDBR型周波数変調光源１０１又はEA型変調器１０２の断面図は、実施例１に示した図５と同様である。
【００８５】
［光変調信号の生成方法と光ファイバ伝送方法］
本装置においては、実施例１と同様の周波数変調と強度変調とを組み合わせた変調動作に加え、SOA領域１２８への電流注入により、SOA用８層InGaAsP量子井戸層１２８の誘導放出による光増幅動作が実現できる。このことにより、レーザの高出力動作が実現できる。実施例２の特徴は、DBR型周波数変調光源１０１とEA型変調器１０２との間にSOA１２３を配置していることにある。
【００８６】
従来例として、例えば、電界吸収変調器集積型DFB−LDの後段にSOAを集積する場合を考える。このとき、強度変調信号がSOAにおいて増幅されるが、SOA内で光強度の変化に伴うキャリア数の変化による応答劣化、いわゆるパターン効果が生じるため、高速変調信号時に波形劣化が生じる。一方、実施例１で述べたように、本構成のDBR型周波数変調光源１０１からは、強度変調成分のない周波数変調信号が生成されるため、SOA１２３における光増幅においてはパターン効果が発生しない。したがって、周波数変調、強度変調の信号劣化を行うことなく、高出力化を行うことができる。実施例２に係る構成を用いて、実施例１に示した駆動条件の下で光ファイバ伝送を行うことで、更なる長距離伝送化が可能となる。実施例２に係る装置構成においては、光変調信号生成装置がDBR型周波数変調光源１０１とEA型変調器１０２の間にSOA１２３を有することで、パターン効果に強い、高速かつ高出力な変調動作を実現することが可能となる。
【００８７】
［その他の構成］
以上の実施例においては、InGaAsP材料系におけるDBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２の構造を示したが、本構成が材料に限定されるものでなく、ＩｎＡｌＧａＡｓ系等、他の化合物半導体デバイスに適用できることは明らかである。また、本構成は、周波数変調光源と強度変調器とを組み合わせることにより実現されるものである。そのため、周波数変調光源は、本実施例で例に挙げたSSG−DBRレーザのみならず、通常のDBRレーザ、SG−DBRレーザ、二重共振器型リング型レーザ、DFB（Distributed Feedback）レーザなどの構成に適用することが可能であるし、強度変調器に関しては、マッハ・ツェンダ型変調器を適用することも可能である。
【００８８】
特に、DFBレーザの直接変調を周波数変調光源として適用する場合は、DFBレーザの共振器長を一般的なものよりも短くした上で、DFBレーザと変調器との間にSOAを加えた構成とするのがよい。これは、本発明をDFBレーザに適用する場合にはDFBレーザの共振器長を一般的な長さ（典型的には４５０μｍ以上）より短くする必要があり、それによりレーザの出力光強度が低下する分をSOAによって補う必要があるためである。
【００８９】
DFBレーザを周波数変調光源として用いると、周波数変調と同時に強度変調を生じることが知られている。これは、周波数変調の変調強度はΔn/n（nは変調器の活性層の屈折率、Δnは変調電流による屈折率の変化）で決まり、Δnは変調電流の電流密度の平方根に比例するため、レーザの共振器が長くなるに従い変調に要する電流値が大きくなるが、この電流により出力光強度に意図しない強度変調が加わってしまうためである。レーザの共振器が一般的な長さ程度の場合でも、周波数変調に伴う強度変調が無視できない大きさで表れ、チャープが大きくなって伝送距離が理論通りに長くならない。また、DFBレーザの出力を補うためにSOAを設ける場合においても、先に述べた通り、一般にSOAは強度変調を伴う光を入力するとパターン効果がでて出力光強度が不安定になるという問題があることから、意図しない強度変調は避けたい。このような、DFBレーザで周波数変調したときの意図しない強度変調を避けるためには、共振器長を３００μｍ以下まで短くし、周波数変調に必要な電流量を小さくする構成がよい。短くすればするほど、強度変調がチャープの影響があまり無い十分小さなところで有効な周波数変調量が得られるようになり、かつ強度変調が小さいのでSOA集積しても影響がなく、共振器長を短くしたことによる出力光強度の低下分をSOAで補うことが可能である。ただし、共振器長を短くしすぎると、出力光強度が小さくなりすぎてSOAでの増幅時にノイズが乗りやすくなるほか、レーザ発振自体が不安定になる。そのような問題を生じさせないため、共振器長は３０μｍ以上あることが望ましい。上記の理由から、DFBレーザの共振器長を一般的なものよりも短くした上で、DFBレーザと変調器との間にSOAを加えた構成とすることが望ましい。
【００９０】
また、DBR型周波数変調光源１０１及びEA型変調器１０２の駆動条件における周波数変調と強度変調との関係は、式（３）で厳密に限定されるものではない。強度変調信号に対して周波数変調を与えることができれば、効果の度合いは異なるが、波長分散耐性を上げることが得ることができる。また、異なるビットレートに対しても、式（３）を目安として駆動条件を設定すればよい。例えば、４０Ｇｂ／ｓ動作の場合は、消光比１０ｄＢにおける周波数変調量を１６ＧＨｚとすれば同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００９１】
１０１  SSG−DBR型周波数変調光源
１０２  EA型変調器
１０３  第１のSSG−DBR型反射器領域
１０４  周波数変調領域
１０５  活性領域
１０６  第２のSSG−DBR型反射器領域
１０７  EA型変調器領域
１０８  ｎ型InPクラッド層
１０９  InGaAsP層
１１０  InGaAsP量子井戸層
１１１  InGaAsP量子井戸層
１１２  第１の回折格子
１１３  第２の回折格子
１１４  ｐ型InPクラッド層
１１５  コンタクト層
１１６  ｎ型電極
１１７  ｐ型電極
１１８  直流電流源
１１９  変調電圧源
１２０  直流電流源
１２１  直流電流源
１２２  変調電圧源
１２３  コア層
１２４  ＳｉＯ2絶縁膜
１２５  ＢＣＢ
１２６  SOA
１２７  SOA領域
１２８  InGaAsP量子井戸層
１２９  直流電流源
【図１】
2011159752.tif 000008
【図２】
2011159752.tif 000009
【図３】
2011159752.tif 000010
【図４】
2011159752.tif 000011
【図５】
2011159752.tif 000012
【図６】
2011159752.tif 000013
【図７】
2011159752.tif 000014
【図８】
2011159752.tif 000015
【図９】
2011159752.tif 000016
【図１０】
2011159752.tif 000017
【図１１】
2011159752.tif 000018
【図１２】
2011159752.tif 000019
【図１３】
2011159752.tif 000020
【図１４】
2011159752.tif 000021
【図１５】
2011159752.tif 000022
【図１６】
2011159752.tif 000023
【図１７】
2011159752.tif 000024