(57)【要約】【課題】高速かつ回路規模の小さい光ＤＡＣを提供する。【解決手段】光ＤＡＣは、１：Ｎスプリッタ１によってＮ分岐された光のうち、Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビット以外のビットに対応する光を、それぞれビット位置に応じた固定量だけ減衰させる固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）と、固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）によって減衰した（Ｎ−１）個の光および最上位ビットに対応する光を、それぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する可変光減衰器３−１〜３−Ｎと、可変光減衰器３−１〜３−ＮのＮ個の出力光の位相が同相となるように調整可能なＮ個の移相器４−１〜４−Ｎと、移相器４−１〜４−Ｎの出力光を合流させて出力するＮ：１コンバイナ５とを備える。【選択図】  図１
2019152736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の同一波長の光のうち、Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビット以外のビットに対応する（Ｎ−１）個の光を、それぞれビット位置に応じた固定量だけ減衰させる固定光減衰器と、
前記固定光減衰器によって減衰した（Ｎ−１）個の光および前記最上位ビットに対応する光を、それぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する可変光減衰器と、
前記可変光減衰器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナとを備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項２】
請求項１記載の光デジタル・アナログ変換器において、
前記固定光減衰器は、前記最上位ビットから数えてｉ番目（ｉは２〜Ｎの整数）のビットに対応する光を、６×（ｉ−１）ｄＢだけ減衰させることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項３】
請求項１または２記載の光デジタル・アナログ変換器において、
さらに、前記可変光減衰器によって強度変調されたＮ個の出力光の位相が同相となるように調整可能な移相器を備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光デジタル・アナログ変換器において、
前記コンバイナは、２入力１出力の複数のＹ合流光導波路を階層的に縦続接続した構成からなることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光デジタル・アナログ変換器において、
さらに、単一の光をＮ分岐させて、前記Ｎ個の光を生成するスプリッタを備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項６】
請求項５記載の光デジタル・アナログ変換器において、
前記スプリッタは、１入力２出力の複数のＹ分岐光導波路を階層的に縦続接続した構成からなることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光デジタル・アナログ変換器において、
さらに、前記コンバイナの出力光を電気信号に変換する光検出器を備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光デジタル・アナログ変換器において、
さらに、デジタル・アナログ変換後の電気信号を取り出すホモダイン検波部を備え、
前記ホモダイン検波部は、
前記コンバイナの出力光と、前記コンバイナの出力光と同一波長の参照光との位相差がπ／２となるように調整可能な移相器と、
前記コンバイナの出力光と前記参照光とを合流させ２等分して出力するカプラと、
前記カプラの一方の出力光を電気信号に変換する第１の光検出器と、
前記カプラの他方の出力光を電気信号に変換する第２の光検出器とを備えることを特徴とする光デジタル・アナログ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路を用いた光デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気回路を用いたデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ：Digital to Analog converter）は、既に様々な方式のものが提案されており、サンプリングレート、分解能、消費電力、サイズといった性能がそれぞれ異なる。つまり、適用対象によって異なる方式のＤＡＣを使い分けているのが現状である。例えば現状の市販品でサンプリングレートは１ＧＳ／ｓ程度が高速とされており、分解能は１６ビット以上が高分解能とされている。今後の通信または映像技術等の発展により、さらに高速かつ高分解能、低消費電力、小型なＤＡＣが要求されると考えられる。また高分解能なＤＡＣに要するレイテンシ（遅延）も今後のボトルネックになっていくことが予想される。
【０００３】
以上のような要求に応え得るＤＡＣとして、光回路を用いた光ＤＡＣが提案されている（非特許文献１参照）。
しかしながら、従来の光ＤＡＣは、一部が電気回路で動いているため、速度が電気回路に律速されてしまうという問題点があり、また膨大な素子や回路規模が必要になるという問題点があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】L.Yang et al.，“Demonstration of a 3-bit optical digital-to-analog converter based on silicon microring resonators”，OPTICS LETTERS，Vol.39，No.19，pp.5736-5739，2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高速かつ回路規模の小さい光ＤＡＣ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】
【０００６】
本発明の光デジタル・アナログ変換器は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の同一波長の光のうち、Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビット以外のビットに対応する（Ｎ−１）個の光を、それぞれビット位置に応じた固定量だけ減衰させる固定光減衰器と、前記固定光減衰器によって減衰した（Ｎ−１）個の光および前記最上位ビットに対応する光を、それぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調する可変光減衰器と、前記可変光減衰器によって強度変調されたＮ個の出力光を合流させて出力するコンバイナとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例において、前記固定光減衰器は、前記最上位ビットから数えてｉ番目（ｉは２〜Ｎの整数）のビットに対応する光を、６×（ｉ−１）ｄＢだけ減衰させることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例は、さらに、前記可変光減衰器によって強度変調されたＮ個の出力光の位相が同相となるように調整可能な移相器を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例において、前記コンバイナは、２入力１出力の複数のＹ合流光導波路を階層的に縦続接続した構成からなることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例は、さらに、単一の光をＮ分岐させて、前記Ｎ個の光を生成するスプリッタを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例において、前記スプリッタは、１入力２出力の複数のＹ分岐光導波路を階層的に縦続接続した構成からなることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例は、さらに、前記コンバイナの出力光を電気信号に変換する光検出器を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光デジタル・アナログ変換器の１構成例は、さらに、デジタル・アナログ変換後の電気信号を取り出すホモダイン検波部を備え、前記ホモダイン検波部は、前記コンバイナの出力光と、前記コンバイナの出力光と同一波長の参照光との位相差がπ／２となるように調整可能な移相器と、前記コンバイナの出力光と前記参照光とを合流させ２等分して出力するカプラと、前記カプラの一方の出力光を電気信号に変換する第１の光検出器と、前記カプラの他方の出力光を電気信号に変換する第２の光検出器とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、固定光減衰器と可変光減衰器とコンバイナとを設けることにより、高速かつ回路規模の小さい光ＤＡＣを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る光ＤＡＣの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る光ＤＡＣの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る光ＤＡＣの光学顕微鏡像である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る可変光減衰器の特性例を示す図である。
【図５】図５は、図３の２つの可変光減衰器に異なるバイアス電圧を印加した際に得られた光出力強度マップを示す図である。
【図６】図６は、図３の光ＤＡＣに電気デジタル信号を入力したときの時間波形の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るＮビット光ＤＡＣの構成を示すブロック図である。Ｎビット光ＤＡＣは、単一の連続レーザ光源６からの連続レーザ光をＮ分岐させる１：Ｎスプリッタ１と（Ｎは２以上の整数）、１：Ｎスプリッタ１によってＮ分岐された同一波長の連続光のうち、Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビット以外のビットに対応する（Ｎ−１）個の連続光を、それぞれビット位置に応じた固定量だけ減衰させる（Ｎ−１）個の固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）と、固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）によって減衰した（Ｎ−１）個の連続光および最上位ビットに対応する連続光を、それぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別に強度変調するＮ個の可変光減衰器３−１〜３−Ｎと、可変光減衰器３−１〜３−ＮのＮ個の出力光の位相が同相となるように調整可能なＮ個の移相器４−１〜４−Ｎと、移相器４−１〜４−Ｎの出力光を合流させて出力するＮ：１コンバイナ５とから構成される。
【００１１】
各構成要素の動作は以下のとおりである。まず、１：Ｎスプリッタ１は、連続レーザ光源６からの連続レーザ光をＮ等分する。
固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）は、１：Ｎスプリッタ１によってＮ分岐された連続光のうち、Ｎビット電気デジタル信号の最上位ビット以外のビットに対応する連続光に、ビット位置に応じた固定量の損失を付加する。具体的には、固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）は、最上位ビット（ＭＳＢ：Most Significant Bit）から数えてｉ番目（ｉ＝２〜Ｎの整数）のビットに対応する連続光に６×（ｉ−１）［ｄＢ］の損失を付加する。
【００１２】
したがって、ＭＳＢから２番目のビットに対応する連続光に付加される損失は６×（２−１）＝６［ｄＢ］、ＭＳＢから３番目のビットに対応する連続光に付加される損失は６×（３−１）＝１２［ｄＢ］、最低位ビット（ＬＳＢ：Least Significant Bit）に対応する連続光に付加される損失は６×(Ｎ−１）［ｄＢ］となる。
【００１３】
Ｎビット電気デジタル信号のビット毎に設けられる可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）３−１〜３−Ｎは、対応する電気デジタル信号のビット入力が“０”の場合は入力光を遮断し、ビット入力が“１”の場合は入力光を通過させる。これにより、固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）によって損失が付加された連続光および最上位ビットに対応する連続光が、それぞれＮビット電気デジタル信号の対応するビットに応じて個別にオン／オフされる。
【００１４】
移相器４−１〜４−Ｎは、可変光減衰器３−１〜３−Ｎの出力光の位相が同相となるように調整するために設けられている。
Ｎ：１コンバイナ５は、移相器４−１〜４−Ｎの出力光を合流させて出力する。
【００１５】
図１に示した構成をＮビット光ＤＡＣとして動作させる前に、可変光減衰器３−１〜３−Ｎの出力光の全てを予め同相に調整する方法は以下の（I）、（II）のとおりである。
（I）全ての可変光減衰器３−１〜３−Ｎを通過状態にする。
（II）Ｎ：１コンバイナ５の光出力強度が最も強くなるように、各移相器４−１〜４−Ｎを調整する。
【００１６】
移相器４−１〜４−Ｎの例としては、例えば熱光学効果により光導波路の屈折率を変化させて導波光の位相を制御するヒーター型の移相器、電気光学効果により光導波路の屈折率を変化させて導波光の位相を制御する移相器などがある。
【００１７】
Ｎ：１コンバイナ５の光出力を光検出器２０で光電変換することにより電気信号を得ることができる。注意点として、Ｎ：１コンバイナ５の光出力で検出対象としている物理量は光振幅値である。したがって、Ｎ：１コンバイナ５の光出力を光電変換して光強度値（＝光振幅値の２乗）を得た後に、電気回路側で光強度値の平方根をとる必要がある。このような処理を避ける方法として、光振幅値を直接検出するホモダイン検波が利用できる。ホモダイン検波を前提とした構成例については後述する。
【００１８】
１：Ｎスプリッタ１への入力光の振幅を１とし、１：Ｎスプリッタ１が入力光をＮ等分し、Ｎ：１コンバイナ５が移相器４−１〜４−Ｎの出力光を等しい比率で合流させるとした場合、全ての入力ビットが“１”の場合の光出力強度は４／Ｎ2×（１−２-N）2〜４／Ｎ2となる。したがって光ＤＡＣの演算による損失ＬDACは〜１０ｌｏｇ10（Ｎ2／４）［ｄＢ］となる。
１：Ｎスプリッタ１およびＮ：１コンバイナ５は、多重のＹ分岐／Ｙ合流光導波路、または矩形形状の多モード干渉導波路で実現可能である。
【００１９】
１：Ｎスプリッタ１の直後にある固定光減衰器２−１〜２−（Ｎ−１）は、下記（Ａ）または（Ｂ）の方法で省略可能である。
（Ａ）１：Ｎスプリッタ１での分岐比を１：４：１６：・・・：４N-1とする。
（Ｂ）各可変光減衰器３−１〜３−Ｎの“１”入力時の出力強度を調整する。
【００２０】
（Ａ）の方法の場合、光ＤＡＣの演算による損失ＬDACは〜１０ｌｏｇ10（２．５８／Ｎ）［ｄＢ］となり、大幅に低損失化される。ただし、（Ａ）のような分岐を実現する設計方法は知られていない。
（Ｂ）の方法は実現が比較的容易であるが、電気デジタル信号のビット数Ｎが大きくなるほど低位ビット側の調整が難しくなる。
【００２１】
次に、Ｎビット光ＤＡＣの具体的な構成例を図２に示す。図２の例では、Ｎ＝８とし、図１に示した光ＤＡＣ演算部とホモダイン検波部１７とを集積化している。
連続レーザ光源６からの連続レーザ光は、Ｙ分岐光導波路７によって２等分される。Ｙ分岐光導波路７によって分岐された一方の連続光は、光導波路８を介して１：Ｎスプリッタ１に入力される。
【００２２】
１：Ｎスプリッタ１は、１入力２出力の複数のＹ分岐光導波路を階層的に縦続接続した構成からなる。具体的には、１：Ｎスプリッタ１は、入力光を２等分するＹ分岐光導波路１００と、Ｙ分岐光導波路１００の一方の光出力ポートに接続された光導波路１０１と、Ｙ分岐光導波路１００の他方の光出力ポートに接続された光導波路１０２と、光導波路１０１の伝播光を２等分するＹ分岐光導波路１０３と、光導波路１０２の伝播光を２等分するＹ分岐光導波路１０４と、Ｙ分岐光導波路１０３の一方の光出力ポートに接続された光導波路１０５と、Ｙ分岐光導波路１０３の他方の光出力ポートに接続された光導波路１０６と、Ｙ分岐光導波路１０４の一方の光出力ポートに接続された光導波路１０７と、Ｙ分岐光導波路１０４の他方の光出力ポートに接続された光導波路１０８と、光導波路１０５の伝播光を２等分するＹ分岐光導波路１０９と、光導波路１０６の伝播光を２等分するＹ分岐光導波路１１０と、光導波路１０７の伝播光を２等分するＹ分岐光導波路１１１と、光導波路１０８の伝播光を２等分するＹ分岐光導波路１１２とから構成される。
【００２３】
固定光減衰器２−１〜２−７は、ＭＳＢから数えてｉ番目（ここではｉ＝２〜８）のビットに対応する光に６×（ｉ−１）［ｄＢ］の損失を付加する。
すなわち、固定光減衰器２−１は、Ｙ分岐光導波路１０９の一方の光出力ポートに接続された光導波路９に設けられ、光導波路９を伝播する、ＬＳＢに対応する光に６×（８−１）＝４２［ｄＢ］の損失を付加する。
【００２４】
固定光減衰器２−２は、Ｙ分岐光導波路１０９の他方の光出力ポートに接続された光導波路１０に設けられ、光導波路１０を伝播する、ＬＳＢから２番目（ＭＳＢから７番目）のビットに対応する光に６×（７−１）＝３６［ｄＢ］の損失を付加する。固定光減衰器２−３は、Ｙ分岐光導波路１１０の一方の光出力ポートに接続された光導波路１１に設けられ、光導波路１１を伝播する、ＬＳＢから３番目（ＭＳＢから６番目）のビットに対応する光に６×（６−１）＝３０［ｄＢ］の損失を付加する。
【００２５】
固定光減衰器２−４は、Ｙ分岐光導波路１１０の他方の光出力ポートに接続された光導波路１２に設けられ、光導波路１２を伝播する、ＬＳＢから４番目（ＭＳＢから５番目）のビットに対応する光に６×（５−１）＝２４［ｄＢ］の損失を付加する。固定光減衰器２−５は、Ｙ分岐光導波路１１１の一方の光出力ポートに接続された光導波路１３に設けられ、光導波路１３を伝播する、ＬＳＢから５番目（ＭＳＢから４番目）のビットに対応する光に６×（４−１）＝１８［ｄＢ］の損失を付加する。
【００２６】
固定光減衰器２−６は、Ｙ分岐光導波路１１１の他方の光出力ポートに接続された光導波路１４に設けられ、光導波路１４を伝播する、ＬＳＢから６番目（ＭＳＢから３番目）のビットに対応する光に６×（３−１）＝１２［ｄＢ］の損失を付加する。固定光減衰器２−７は、Ｙ分岐光導波路１１２の一方の光出力ポートに接続された光導波路１５に設けられ、光導波路１５を伝播する、ＬＳＢから７番目（ＭＳＢから２番目）のビットに対応する光に６×（２−１）＝６［ｄＢ］の損失を付加する。
【００２７】
可変光減衰器３−１は、光導波路９に設けられ、光導波路９を伝播する、ＬＳＢに対応する光を、８ビット電気デジタル信号のＬＳＢに応じてオン／オフする。可変光減衰器３−２〜３−７は、それぞれ光導波路１０〜１５に設けられ、光導波路１０〜１５を伝播する、ＬＳＢから２番目、３番目、４番目、５番目、６番目、７番目のビットに対応する光を、８ビット電気デジタル信号の２番目、３番目、４番目、５番目、６番目、７番目のビットに応じてオン／オフする。可変光減衰器３−８は、Ｙ分岐光導波路１１２の他方の光出力ポートに接続された光導波路１６に設けられ、光導波路１６を伝播する、ＭＳＢに対応する光を、８ビット電気デジタル信号のＭＳＢに応じてオン／オフする。
【００２８】
Ｎ：１コンバイナ５は、２入力１出力の複数のＹ合流光導波路を階層的に縦続接続した構成からなる。具体的には、Ｎ：１コンバイナ５は、光導波路９に接続され、ＬＳＢに対応する光を入力とする光導波路５００と、光導波路１０に接続され、ＬＳＢから２番目のビットに対応する光を入力とする光導波路５０１と、光導波路１１に接続され、３番目のビットに対応する光を入力とする光導波路５０２と、光導波路１２に接続され、４番目のビットに対応する光を入力とする光導波路５０３と、光導波路１３に接続され、５番目のビットに対応する光を入力とする光導波路５０４と、光導波路１４に接続され、６番目のビットに対応する光を入力とする光導波路５０５と、光導波路１５に接続され、７番目のビットに対応する光を入力とする光導波路５０６と、光導波路１６に接続され、ＭＳＢに対応する光を入力とする光導波路５０７と、光導波路５００と５０１の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５０８と、光導波路５０２と５０３の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５０９と、光導波路５０４と５０５の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５１０と、光導波路５０６と５０７の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５１１と、Ｙ合流光導波路５０８の光出力ポートに接続された光導波路５１２と、Ｙ合流光導波路５０９の光出力ポートに接続された光導波路５１３と、Ｙ合流光導波路５１０の光出力ポートに接続された光導波路５１４と、Ｙ合流光導波路５１１の光出力ポートに接続された光導波路５１５と、光導波路５１２と５１３の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５１６と、光導波路５１４と５１５の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５１７と、Ｙ合流光導波路５１６の光出力ポートに接続された光導波路５１８と、Ｙ合流光導波路５１７の光出力ポートに接続された光導波路５１９と、光導波路５１８と５１９の伝播光を等しい比率で合流させて出力するＹ合流光導波路５２０とから構成される。
【００２９】
図１の移相器４−１〜４−Ｎに相当する構成は、光導波路９に設けられた移相器４−１ａと、光導波路１１に設けられた移相器４−２ａと、光導波路１３に設けられた移相器４−３ａと、光導波路１５に設けられた移相器４−４ａと、光導波路５１２に設けられた移相器４−５ａと、光導波路５１４に設けられた移相器４−６ａと、光導波路５１８に設けられた移相器４−７ａである。
【００３０】
上記と同様に、図２の構成を８ビット光ＤＡＣとして動作させる前に、可変光減衰器３−１〜３−８を通過状態にし、Ｎ：１コンバイナ５の光出力強度が最も強くなるように、各移相器４−１ａ〜４−７ａを調整すればよい。
【００３１】
ホモダイン検波部１７は、Ｙ分岐光導波路７の他方の光出力ポートに接続された光導波路１７０と、光導波路１７０に設けられた移相器１７１と、Ｎ：１コンバイナ５の光出力ポートに接続された光導波路１７２と、光導波路１７０と１７２の伝播光を等しい比率で合流させ２等分して出力する３ｄＢカプラ１７３（ＭＭＩカプラ）と、３ｄＢカプラ１７３の一方の出力光を電気信号に変換する光検出器１７４と、３ｄＢカプラ１７３の他方の出力光を電気信号に変換する光検出器１７５とから構成される。
【００３２】
移相器１７１については、図２の構成を８ビット光ＤＡＣとして動作させる前に、Ｎ：１コンバイナ５から光導波路１７２を伝播して３ｄＢカプラ１７３に入力される出力光と、光導波路１７０を伝播して３ｄＢカプラ１７３に入力される参照光との位相差がπ／２となるように予め調整しておけばよい。
【００３３】
３ｄＢカプラ１７３からの２つの出力を異なる２つの光検出器１７４，１７５で受け、光検出器１７４，１７５から出力された２つの電気信号の差分を減算器（不図示）によって求める。こうして、所謂バランスドディテクタの構成を用いることにより、光振幅値を検出することができる。
【００３４】
図１の動作検証のために、Ｓｉ  ＣＭＯＳラインにて作製した２ビット光ＤＡＣの光学顕微鏡像を図３に示す。ここでは、Ｓｉ細線導波路によって各光部品をオンチップ接続し、非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ：Mach-Zehnder Interferometer）からなる２ビット光ＤＡＣを形成している（Ｎ＝２）。
【００３５】
入力された連続光は、スプリッタ１によって２等分される。ＬＳＢに対応する上側のアームには、２つのＹ分岐光導波路からなる固定光減衰器２が挿入されているため、６ｄＢ減衰された光が可変光減衰器３−１に入力される。ＭＳＢに対応する下側のアームには、可変光減衰器３−２が設けられている。
【００３６】
ここでは、可変光減衰器３−１，３−２として、導波方向に沿ってＰＩＮ接合をもつキャリア注入型を用いた。１ｍｍ長の可変光減衰器３−１，３−２単体の特性例を図４に示す。図４の横軸は可変光減衰器３−１，３−２への電流注入量、縦軸は可変光減衰器３−１，３−２の出力光強度である。図４によれば、電流注入量の増加によってキャリア光吸収が増大し、可変光減衰器３−１，３−２の光出力強度を２０〜３０ｄＢ程度、減衰できることが判る。
【００３７】
可変光減衰器３−１，３−２の直後に、合流位相を調整するための移相器４−１，４−２として、ヒーター型位相調整器を導入した。移相器４−１，４−２については、２つの可変光減衰器３−１，３−２が通過状態のときに、光ＤＡＣの光出力（2bit DAC optical output）の強度が最大となるように予め調整しておけばよい。なお、図３に示した構成は非対称ＭＺＩであるため、入力波長によっても合流位相を調整できる。
【００３８】
図３の２つの可変光減衰器３−１，３−２に異なるバイアス電圧を印加した際に得られた光出力強度マップを図５に示す。図５の横軸はＬＳＢへの入力電圧（Bias to LSB input）、縦軸はＭＳＢへの入力電圧（Bias to MSB input）と正規化された光出力強度（Normalized transmission）である。
【００３９】
可変光減衰器３−１，３−２は、両方共３Ｖ以上に順バイアスすることで２０ｄＢ以上消光できた。可変光減衰器３−１，３−２は、順バイアスの増大によって消光するため、順バイアスの低電圧レベルをビット入力の“１”に対応させ、順バイアスの高電圧レベルをビット入力の“０”に対応させる。
【００４０】
したがって、図５の左下隅の光出力強度が２ビット電気デジタル信号“１１”に対応し、右下隅の光出力強度が電気デジタル信号“１０”に対応し、左上隅の光出力強度が電気デジタル信号“０１”に対応し、右上隅の光出力強度が電気デジタル信号“００”に対応するように、可変光減衰器３−１，３−２に印加するバイアス電圧の低電圧レベルおよび高電圧レベル（オフセット電圧ならびに電圧振幅値Ｖｐｐ）を設定すればよい。
【００４１】
キャリア注入型の可変光減衰器３−１，３−２は、主にキャリアプラズマ効果によりＰＩＮ接合領域のＳｉの屈折率がバイアスで変化するため、移相器としても同時に機能する。これにより、初期状態ではＬＳＢに対応する光とＭＳＢに対応する光の合流位相が同相であったとしても、バイアスに応じて合流位相が変化するため、バイアスに応じた干渉縞の明暗が図５に顕著に表れている。
【００４２】
図３に示した光ＤＡＣに２ビット電気デジタル信号を入力したときの時間波形の例を図６に示す。図６（Ａ）は２ビット電気デジタル信号のＬＳＢに対応する可変光減衰器３−１のバイアス電圧の波形を示し、図６（Ｂ）はＭＳＢに対応する可変光減衰器３−２のバイアス電圧の波形を示し、図６（Ｃ）は光ＤＡＣの出力光の正規化された光出力強度を示している。
【００４３】
前述したとおり、可変光減衰器３−１，３−２に印加するバイアス電圧の低電圧レベルをビット入力の“１”に対応させ、高電圧レベルをビット入力の“０”に対応させている。低電圧レベルはキャリア引き抜きのために逆バイアスに設定した。その結果、２ビット電気デジタル信号の“００”，“０１”，“１０”，“１１”の入力ビットの組み合わせで、“０”，“１（＝１2）”，“４（＝２2）”，“９（＝３2）”の光出力がそれぞれ得られたことから、２ビット光ＤＡＣの正常な動作を確認できた。
【００４４】
以上の構成により、本実施例では、高速かつ回路規模の小さい光ＤＡＣを実現することができる。
【００４５】
なお、本実施例では、光源から光ＤＡＣ演算部およびホモダイン検波部に入力する光を連続光としたが、パルス光を入力するようにしてもよい。すなわち、図１、図２の連続レーザ光源６の代わりに、パルスレーザ光源を用いるようにしてもよい。
また、電気信号の切り替え中に余計な光が出ないように、一時的に光入力を停止するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電気デジタル信号を光回路を用いてアナログ信号に変換する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…１：Ｎスプリッタ、２…固定光減衰器、３，１７１…可変光減衰器、４，１７１…移相器、５…Ｎ：１コンバイナ、６…連続レーザ光源、７，１００，１０３，１０４，１０９，１１１，１１２…Ｙ分岐光導波路、８〜１６，１０１，１０２，１０５〜１０８，１７０，１７２，５００〜５０７，５１２〜５１５，５１８，５１９…光導波路、１７…ホモダイン検波部、２０，１７４，１７５…光検出器、５０８〜５１１，５１６，５１７，５２０…Ｙ合流光導波路、１７３…３ｄＢカプラ。
【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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