(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記レーザ光を分波して複数の分波光を出力する分波器と、
入力される制御信号の２段階の入力レベルに応じて、前記複数の分波光の光強度を、第１の光強度又は前記第１の光強度よりも大きい第２の光強度にそれぞれ変調する複数の光変調器と、
前記複数の光変調器の出力光を合波する合波器と、
前記複数の光変調器と前記合波器を接続する複数の光導波路と、
を有し、
前記複数の光変調器のそれぞれは、前記制御信号と前記出力光の関係において、非線形性を示し、
前記複数の光導波路は、位相差が生じるように長さが異なっており、
前記位相差によって、前記複数の光変調器に入力される前記制御信号の組み合わせと、前記合波器からの光出力レベルは、近似直線を示す関係になり、
前記分波器は、多モード干渉素子であり、前記レーザ光を分波してＮ本（Ｎは３以上の整数）の分波光を出力する第１多モード干渉素子と、前記Ｎ本の分波光のうちＭ本（Ｍは２以上の整数かつＭ＜Ｎ）を１本に合波する第２多モード干渉素子と、から構成される光送信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光送信モジュールであって、
前記複数の光導波路は、
入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、
入力端から出力端で、前記第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含む、
光送信モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の光送信モジュールであって、
前記合波器は、多モード干渉素子である、
光送信モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の光送信モジュールであって、
前記合波器は、Ｎ−Ｍ＋１本の出力光を１本に合波する第３多モード干渉素子により構成される、
光送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光信号の変調方式として、光強度の違いによって信号の符号化を行うパルス振幅変調（Pulse Amplitude Modulation、ＰＡＭ）が知られている。ＰＡＭは、半導体レーザの光強度を直接変調する直接変調方式と、半導体レーザからのレーザ光を光変調器で変調する外部変調方式とに大別される。外部変調方式の光変調器としては、電界吸収型光変調器（Electro-Absorption Optical Modulator、ＥＡ変調器）が用いられる場合がある。
【０００３】
下記特許文献１には、２ビット以上のデジタル入力を４値以上のアナログ出力に変換するデジタル／アナログ変換回路が記載されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、光変調器が縦続接続または並列接続されている半導体光機能装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０７８０３号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、より大きなデータ通信量を得るために、２値より大きな多値度のＰＡＭについて検討が進められている。例えば、半導体レーザから出力されたレーザ光をＥＡ変調器により外部変調し、４値のＰＡＭ信号を得る場合、ＥＡ変調器には４段階の電圧を入力することとなる。
【０００７】
しかし、ＥＡ変調器等の光変調器は、印加電圧と出力光強度との関係が必ずしも線形でない場合がある。そのため、所望の出力光強度を得るためには、光変調器への印加電圧を精密に制御できる回路が必要となり、光送信モジュールのコストが増加してしまう場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、光変調器への印加電圧の制御を簡素化した光送信モジュール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】
【０００９】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光受信モジュールは、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記レーザ光を分波して複数の分波光を出力する分波器と、２段階の入力レベルに応じて、前記複数の分波光の光強度を、第１の光強度又は前記第１の光強度よりも大きい第２の光強度にそれぞれ変調する複数の光変調器と、前記複数の光変調器の出力光を合波する合波器と、を有する。
【００１０】
（２）上記（１）に記載の光受信モジュールであって、前記複数の光変調器と前記合波器を接続する複数の光導波路を有し、前記複数の光導波路は、入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、入力端から出力端で、前記第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含む、光送信モジュール。
【００１１】
（３）上記（１）に記載の光受信モジュールであって、前記分波器は、多モード干渉素子である、光送信モジュール。
【００１２】
（４）上記（１）に記載の光受信モジュールであって、前記合波器は、多モード干渉素子である、光送信モジュール。
【００１３】
（５）上記（３）に記載の光受信モジュールであって、前記分波器は、前記レーザ光を分波してＮ本（Ｎは３以上の整数）の分波光を出力する第１多モード干渉素子と、前記Ｎ本の分波光のうちＭ本（Ｍは２以上の整数かつＭ＜Ｎ）を１本に合波する第２多モード干渉素子と、から構成される、光送信モジュール。
【００１４】
（６）上記（５）に記載の光受信モジュールであって、前記合波器は、Ｎ−Ｍ＋１本の出力光を１本に合波する第３多モード干渉素子により構成される、光送信モジュール。
【００１５】
（７）上記（３）に記載の光受信モジュールであって、前記分波器は、前記レーザ光を分波してＫ本（Ｋは３以上の整数）の分波光を出力する第４多モード干渉素子から構成される、光送信モジュール。
【００１６】
（８）上記（７）に記載の光受信モジュールであって、前記合波器は、Ｋ本の出力光を１本に合波する第５多モード干渉素子により構成される、光送信モジュール。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、光変調器への印加電圧の制御を簡素化した光送信モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光送信モジュールの構成図である。
【図２】第１変調器、第２変調器及び第３変調器への制御信号を生成する回路の回路図である。
【図３】入力信号、光変調器への制御信号及び光導波路の位相関係を示す表である。
【図４】制御信号の第１の組み合わせの場合について、光送信モジュールの内部を伝播する光の光強度を示す図である。
【図５】制御信号の第２の組み合わせの場合について、光送信モジュールの内部を伝播する光の光強度を示す図である。
【図６】制御信号の第３の組み合わせの場合について、光送信モジュールの内部を伝播する光の光強度を示す図である。
【図７】制御信号の第４の組み合わせの場合について、光送信モジュールの内部を伝播する光の光強度を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る光送信モジュールについて、光変調器への制御信号と、光送信モジュールの光出力の関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る光送信モジュールの構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールの構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールについて、光変調器への制御信号と、光送信モジュールの光出力の関係を示す図である。
【図１２】ＥＡ変調器について、印加電圧と光出力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１２は、ＥＡ変調器について、印加電圧と光出力の関係を示す図である。ＥＡ変調器は、一般に、印加される電圧に対し、吸収される光の量が非線形に変化し、消光比（入力光の光強度と、出力光の光強度との比）が非線形に変化する。同図では、ＥＡ変調器により光強度を変調して、ＰＡＭ４信号（４値のＰＡＭ信号）を得る場合の印加電圧と光出力の関係を示している。同図に示すように、レベル０、レベル１、レベル２及びレベル３の４値の光出力を等間隔で得るためには、印加電圧をそれぞれＶ４、Ｖ３、Ｖ２及びＶ１と調整しなければならない。ここで、（Ｖ１−Ｖ２）、（Ｖ２−Ｖ３）及び（Ｖ３−Ｖ４）という３つの電圧間隔は、不等間隔となる。
【００２０】
仮に、ＥＡ変調器の印加電圧‐光出力関係が線形ならば、４値の光出力を等間隔で得るために電圧間隔を等間隔とすればよく、ＰＡＭ４信号を得るためにＥＡ変調器へ入力する制御信号は２ビット信号で十分となる。しかし、ＥＡ変調器の印加電圧‐光出力関係は非線形であるから、等間隔の光出力を得るためには、印加電圧を不等間隔で調整する必要があり、ＥＡ変調器へ入力する制御信号として８ビットや１６ビット以上の信号が必要とされる場合がある。また、ＥＡ変調器を２５Ｇｂ／ｓ程度の高速で動作させる場合、ＥＡ変調器へ入力する制御信号を生成するために、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器が必要とされ、光送信モジュールの高コスト化を招いてしまう。４値よりも大きな多値度のＰＡＭ信号を得ようとする場合、光出力を等間隔とするためにより精密な印加電圧の制御が求められることはいうまでもない。
【００２１】
そこで、本発明の発明者は、ＥＡ変調器を有する光送信モジュールについて鋭意研究を行い、光変調器への印加電圧の制御を簡素化することに成功した。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施形態］
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光送信モジュール１００の構成図である。本実施形態に係る光送信モジュール１００は、レーザ光を出射する半導体レーザ１を有する。半導体レーザ１は、１．３μｍ帯の単一波長を発振するＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザであってよい。
【００２４】
本実施形態に係る光送信モジュール１００は、レーザ光を分波して複数の分波光を出力する１：３分波器２を有する。１：３分波器２は、多モード干渉素子であり、半導体レーザ１から出力された１本のレーザ光を３本の光導波路７に分波する。１：３分波器２は、それぞれ多モード干渉素子である１：５分波器部分２ａと３：１合波器部分２ｂが一体となって構成されている。後に詳細に説明するが、１：５分波器部分２ａは、半導体レーザ１から出力されたレーザ光を同程度の光強度を持つ５つの分波光に分解する。５つの分波光のうち２つは、上段の光導波路７と下段の光導波路７に入力され、３つは３：１合波器部分２ｂに入力される。３：１合波器部分２ｂは、３つの分波光を１つに合波して中央の光導波路７に入力する。このため、上段の光導波路７、中央の光導波路７、下段の光導波路７に入力される光の光強度の比は、おおよそ１：３：１となる。
【００２５】
本実施形態に係る光送信モジュール１００は、２段階の入力レベルに応じて、複数の分波光の光強度を、第１の光強度又は第１の光強度よりも大きい第２の光強度にそれぞれ変調する複数の光変調器を有する。具体的には、本実施形態に係る光送信モジュール１００は、上段の光導波路７に接続される第１変調器３と、中央の光導波路７に接続される第２変調器４と、下段の光導波路７に接続される第３変調器５と、を有する。第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５は、それぞれ同様の構成を有するＥＡ変調器であってよく、入力された分波光を制御信号に従って変調する。第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５は、入力される制御信号が０の場合（制御信号がＯＦＦレベルの場合）、−３Ｖ程度の印加電圧により、入力された分波光の大部分を消光して第１の光強度とする。また、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５は、入力される制御信号が１の場合（制御信号がＯＮレベルの場合）、０Ｖ程度の印加電圧により、入力された分波光の大部分を透過させて第２の光強度とする。
【００２６】
本実施形態に係る光送信モジュール１００は、複数の光変調器である第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５の出力光を合波する３：１合波器６を有する。３：１合波器６は、矩形状の多モード干渉素子であり、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５からの出力光を、それぞれ第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０を介して受け付け、１本に合波して光導波路７に出力する。
【００２７】
本実施形態に係る光送信モジュール１００は、複数の光変調器である第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５と、３：１合波器６を接続する複数の光導波路（第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０）を有する。複数の光導波路は、入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、入力端から出力端で、前記第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含む。本実施形態に係る光送信モジュール１００では、第１導波路８の入力端から出力端で生じる位相差と、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差は異なる。また、第１導波路８の入力端から出力端で生じる位相差と、第３導波路１０の入力端から出力端で生じる位相差は異なる。また、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差と、第３導波路１０の入力端から出力端で生じる位相差は異なる。それぞれの位相差は、光導波路の長さや形状といった幾何学的条件によって調整してもよいし、光導波路を構成する半導体層への電流注入や空乏化等の屈折率変化によって調整してもよい。それぞれの光導波路において生じる位相差については、図３を用いて詳細に説明する。
【００２８】
なお、本実施形態に係る光送信モジュール１００の構成品は、同一の半導体基板上に集積するモノリシック形式で構成される。具体的には、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓで形成された活性層及び導波路層と、ＩｎＰクラッド層を形成し、半導体レーザ１、１：３分波器２、光導波路７、第１変調器３、第２変調器４、第３変調器５、第１導波路８、第２導波路９、第３導波路１０及び３：１合波器６を集積化している。光送信モジュール１００の構成品は、モノリシック形式で構成されなくてもよく、個別に形成して組み合わせるディスクリート形式で構成してもよいし、モノリシック形式とディスクリート形式を適宜組み合わせたハイブリッド形式で構成してもよい。
【００２９】
図２は、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５への制御信号を生成する回路の回路図である。制御信号を生成する回路は、ＡＮＤ回路１５とＯＲ回路１６を含み、２値の入力信号Ａ及びＢを変換する。入力信号Ａ及びＢと、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５へ出力される制御信号との関係について、次図を用いて詳細に説明する。
【００３０】
図３は、入力信号、光変調器への制御信号及び光導波路の位相関係を示す表である。入力信号Ａが０、入力信号Ｂが０の場合、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５に入力される制御信号は、全て０（ＯＦＦレベル）となる。このとき、第１導波路８の入力端から出力端で生じる位相差と、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差との差は、７２°となる。また、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差と、第３導波路１０の入力端から出力端で生じる位相差との差は、９２°となる。
【００３１】
図４は、制御信号の第１の組み合わせ（０，０，０）の場合について、光送信モジュール１００の内部を伝播する光の光強度を示す図である。同図では、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度を１として白色で表し、光強度が０に近付くほど濃い黒色として光強度分布を表している。同図によると、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち上段の光導波路７に入力された光は、ＯＦＦレベルの制御信号が入力された第１変調器３により大部分が消光される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち３：１合波器部分２ｂに入力された光は、中央の光導波路７に入力され、ＯＦＦレベルの制御信号が入力された第２変調器４により大部分が消光される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち下段の光導波路７に入力された光は、ＯＦＦレベルの制御信号が入力された第３変調器５により大部分が消光される。
【００３２】
第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５は、それぞれ入力された分波光の大部分を吸収するが、僅かに透過して第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０にそれぞれ出力する。第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０内を伝播する光には、第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０それぞれの長さや形状に応じた位相差が生じる。３つの出力光は、異なる位相を持って３：１合波器６に入力され、１本に合波され、末端の光導波路７に出力される。末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の８％程度である。
【００３３】
図３に戻り、入力信号Ａが０、入力信号Ｂが１の場合、第１変調器３に入力される制御信号は０（ＯＦＦレベル）、第２変調器４に入力される制御信号は１（ＯＮレベル）、第３変調器５に入力される制御信号は０（ＯＦＦレベル）となる。このとき、第１導波路８の入力端から出力端で生じる位相差と、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差との差は、２５°となる。また、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差と、第３導波路１０の入力端から出力端で生じる位相差との差は、４４°となる。
【００３４】
図５は、制御信号の第２の組み合わせ（０，１，０）の場合について、光送信モジュール１００の内部を伝播する光の光強度を示す図である。同図では、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度を１として白色で表し、光強度が０に近付くほど濃い黒色として光強度分布を表している。同図によると、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち上段の光導波路７に入力された光は、ＯＦＦレベルの制御信号が入力された第１変調器３により大部分が消光される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち３：１合波器部分２ｂに入力された光は、中央の光導波路７に入力され、ＯＮレベルの制御信号が入力された第２変調器４により大部分が透過される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち下段の光導波路７に入力された光は、ＯＦＦレベルの制御信号が入力された第３変調器５により大部分が消光される。
【００３５】
第１変調器３及び第３変調器５は、それぞれ入力された分波光の大部分を吸収するが、僅かに透過して第１導波路８及び第３導波路１０にそれぞれ出力する。また、第２変調器４は、入力された分波光の大部分を透過して、第２導波路９に出力する。第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０内を伝播する光には、第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０それぞれの長さや形状に応じた位相差が生じる。３つの出力光は、異なる位相を持って３：１合波器６に入力され、１本に合波され、末端の光導波路７に出力される。末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の３４％程度である。
【００３６】
図３に戻り、入力信号Ａが１、入力信号Ｂが０の場合、第１変調器３に入力される制御信号は１（ＯＮレベル）、第２変調器４に入力される制御信号は１（ＯＮレベル）、第３変調器５に入力される制御信号は０（ＯＦＦレベル）となる。このとき、第１導波路８の入力端から出力端で生じる位相差と、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差との差は、７１°となる。また、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差と、第３導波路１０の入力端から出力端で生じる位相差との差は、４４°となる。
【００３７】
図６は、制御信号の第３の組み合わせ（１，１，０）の場合について、光送信モジュール１００の内部を伝播する光の光強度を示す図である。同図では、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度を１として白色で表し、光強度が０に近付くほど濃い黒色として光強度分布を表している。同図によると、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち上段の光導波路７に入力された光は、ＯＮレベルの制御信号が入力された第１変調器３により大部分が透過される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち３：１合波器部分２ｂに入力された光は、中央の光導波路７に入力され、ＯＮレベルの制御信号が入力された第２変調器４により大部分が透過される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち下段の光導波路７に入力された光は、ＯＦＦレベルの制御信号が入力された第３変調器５により大部分が消光される。
【００３８】
第３変調器５は、入力された分波光の大部分を吸収するが、僅かに透過して第３導波路１０に出力する。また、第１変調器３及び第２変調器４は、入力された分波光の大部分を透過して、第１導波路８及び第２導波路９にそれぞれ出力する。第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０内を伝播する光には、第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０それぞれの長さや形状に応じた位相差が生じる。３つの出力光は、異なる位相を持って３：１合波器６に入力され、１本に合波され、末端の光導波路７に出力される。末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の５７％程度である。
【００３９】
図３に戻り、入力信号Ａが１、入力信号Ｂが１の場合、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５に入力される制御信号は、全て１（ＯＮレベル）となる。このとき、第１導波路８の入力端から出力端で生じる位相差と、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差との差は、７１°となる。また、第２導波路９の入力端から出力端で生じる位相差と、第３導波路１０の入力端から出力端で生じる位相差との差は、９１°となる。
【００４０】
図７は、制御信号の第４の組み合わせ（１，１，１）の場合について、光送信モジュール１００の内部を伝播する光の光強度を示す図である。同図では、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度を１として白色で表し、光強度が０に近付くほど濃い黒色として光強度分布を表している。同図によると、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち上段の光導波路７に入力された光は、ＯＮレベルの制御信号が入力された第１変調器３により大部分が透過される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち３：１合波器部分２ｂに入力された光は、中央の光導波路７に入力され、ＯＮレベルの制御信号が入力された第２変調器４により大部分が透過される。また、１：５分波器部分２ａで５つに分波された光のうち下段の光導波路７に入力された光は、ＯＮレベルの制御信号が入力された第３変調器５により大部分が透過される。
【００４１】
第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５は、それぞれ入力された分波光の大部分を透過するが、僅かに吸収して第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０にそれぞれ出力する。第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０内を伝播する光には、第１導波路８、第２導波路９及び第３導波路１０それぞれの長さや形状に応じた位相差が生じる。３つの出力光は、異なる位相を持って３：１合波器６に入力され、１本に合波され、末端の光導波路７に出力される。末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の８２％程度である。
【００４２】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る光送信モジュール１００について、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５への制御信号と、光送信モジュール１００の光出力の関係を示す図である。同図のグラフは、縦軸に光送信モジュール１００の光出力を半導体レーザ１の光出力との比で表し、横軸に制御信号の４つの組み合わせを表している。本実施形態に係る光送信モジュール１００によれば、制御信号の第１の組み合わせ（０，０，０）の場合、約８％の光出力となり、制御信号の第２の組み合わせ（０，１，０）の場合、約３４％の光出力となり、制御信号の第３の組み合わせ（１，１，０）の場合、約５７％の光出力となり、制御信号の第４の組み合わせ（１，１，１）の場合、約８２％の光出力となる。光出力が低い順に、レベル０、レベル１、レベル２及びレベル３と称すると、レベル３とレベル２の光出力の差は２５％であり、レベル２とレベル１の光出力の差は２３％であり、レベル１とレベル０の光出力の差は２６％である。４つの光出力レベルは、±３％以内のほぼ等間隔で得られている。
【００４３】
同図のグラフには、４つの光出力レベルをプロットし、最小二乗法により算出された近似直線を示している。近似直線の相関係数は、Ｒ２＝０．９９９８であり、優れた直線性を示した。また、２５Ｇｂ／ｓの入力信号Ａ及びＢに基づき、第１変調器３、第２変調器４及び第３変調器５に制御信号を入力したところ、レベル０からレベル３までの光強度の偏差は動作状態で±４％以内であった。このＰＡＭ４信号をシングルモード光ファイバーで１０ｋｍ伝送してエラー率を測定したところ、１０−５未満という良好な低エラー率を得ることができた。
【００４４】
このように、本実施形態に係る光送信モジュール１００によれば、複数の光変調器に２段階の入力レベルの制御信号を入力することで、ほぼ等間隔の光出力によるＰＡＭ４信号を得ることができる。これにより、光変調器の印加電圧‐光出力関係が非線形の場合であっても、ＯＦＦレベル及びＯＮレベルのいずれかの印加電圧を加えればよく、光変調器への印加電圧の制御が簡素化される。また、光変調器への印加電圧の制御が簡素化される結果、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載する必要がなくなり、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。
【００４５】
本実施形態に係る光送信モジュール１００を異なる８つの波長について作成し、合波することで、４００ＧｂＥ用光送信モジュールが得られる。なお、本実施形態に係る光送信モジュール１００は、ＩｎＰ基板上に形成されるが、Ｓｉフォトニクス技術を利用してＳＯＩ基板上に形成してもよい。また、石英基板に作成された導波路型光回路で形成してもよい。この場合、半導体レーザ１はハイブリット形式で接続することになる。
【００４６】
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る光送信モジュール２００の構成図である。本実施形態に係る光送信モジュール２００は、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と同様に、３つの制御信号により４段階の光強度の光を出力する。本実施形態に係る光送信モジュール２００は、１：５分波器２１と、５：１合波器２２と、５つの光変調器を含む点で、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と相違する。
【００４７】
本実施形態に係る光送信モジュール２００は、レーザ光を出射する半導体レーザ１と、レーザ光を分波して５本の分波光を出力する１：５分波器２１と、を有する。１：５分波器２１は、矩形状の多モード干渉素子であり、レーザ光の光出力をほぼ５等分する。光送信モジュール２００は、２段階の入力レベルに応じて、５本の分波光の光強度を、第１の光強度又は第１の光強度よりも大きい第２の光強度にそれぞれ変調する第１変調器２３、第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ、第４変調器２４ｃ及び第５変調器２５を有する。ここで、第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ及び第４変調器２４ｃは、第１変調器群２４を構成し、それぞれ同一の制御信号が入力される。光送信モジュール２００は、第１変調器２３、第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ、第４変調器２４ｃ及び第５変調器２５の出力光を合波する５：１合波器２２を有する。５：１合波器２２は、矩形状の多モード干渉素子である。
【００４８】
光送信モジュール２００は、第１変調器２３と５：１合波器２２を接続する第１導波路３０と、第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ及び第４変調器２４ｃと５：１合波器２２を接続する３本の第２導波路３１と、第５変調器２５と５：１合波器２２を接続する第３導波路３２と、を有する。ここで、第１導波路３０、第２導波路３１及び第３導波路３２は、入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、入力端から出力端で、第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含む。具体的には、第１導波路３０及び第３導波路３２は、長さが第２導波路３１よりも長いことで、第２導波路３１とは異なる位相差を生む。
【００４９】
本実施形態に係る光送信モジュール２００は、制御信号を、第１変調器２３、第１変調器群２４（第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ及び第４変調器２４ｃ）及び第５変調器２５にそれぞれ入力して、４段階の光出力を得る。具体的には、制御信号の第１の組み合わせ（０，０，０）の場合（全ての変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の９％程度である。また、制御信号の第２の組み合わせ（０，１，０）の場合（第１変調器２３及び第５変調器２５にＯＦＦレベルの制御信号を入力し、第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ及び第４変調器２４ｃにＯＮレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の３４％程度である。また、制御信号の第３の組み合わせ（１，１，０）の場合（第１変調器２３、第２変調器２４ａ、第３変調器２４ｂ及び第４変調器２４ｃにＯＮレベルの制御信号を入力し、第５変調器２５にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の５７％程度である。また、制御信号の第４の組み合わせ（１，１，１）の場合（全ての光変調器にＯＮレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の８３％程度である。光出力が低い順に、レベル０、レベル１、レベル２及びレベル３と称すると、レベル３とレベル２の光出力の差は２６％であり、レベル２とレベル１の光出力の差は２４％であり、レベル１とレベル０の光出力の差は２５％である。４つの光出力レベルは、±３％以内のほぼ等間隔で得られている。
【００５０】
本実施形態に係る光送信モジュール２００の４つの光出力レベルをプロットし、最小二乗法により近似直線を算出すると、近似直線の相関係数はＲ２＝０．９９９６であり、優れた直線性を示した。また、２５Ｇｂ／ｓの入力信号Ａ及びＢに基づき、第１変調器２３、第１変調器群２４及び第５変調器２５に制御信号を入力したところ、レベル０からレベル３までの光強度の偏差は動作状態で±６％以内であった。このＰＡＭ４信号をシングルモード光ファイバーで２ｋｍ伝送してエラー率を測定したところ、１０−５未満という良好な低エラー率を得ることができた。
【００５１】
このように、本実施形態に係る光送信モジュール２００によれば、複数の光変調器に２段階の入力レベルの制御信号を入力することで、ほぼ等間隔の光出力によるＰＡＭ４信号を得ることができる。これにより、光変調器の印加電圧‐光出力関係が非線形の場合であっても、ＯＦＦレベル及びＯＮレベルのいずれかの印加電圧を加えればよく、光変調器への印加電圧の制御が簡素化される。また、光変調器への印加電圧の制御が簡素化される結果、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載する必要がなくなり、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。また、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と比較して、分波器の形状を単純化することができる。
【００５２】
本実施形態に係る光送信モジュール２００を異なる８つの波長について作成し、合波することで、４００ＧｂＥ用光送信モジュールが得られる。なお、本実施形態に係る光送信モジュール２００は、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と同様にＩｎＰ基板上に形成されるが、Ｓｉフォトニクス技術を利用してＳＯＩ基板上に形成してもよい。また、石英基板に作成された導波路型光回路で形成してもよい。
【００５３】
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュール３００の構成図である。本実施形態に係る光送信モジュール３００は、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と異なり、７つの制御信号により８段階の光強度の光を出力する。本実施形態に係る光送信モジュール３００は、１：１０分波器４１と、１０：１合波器４２と、１０個の光変調器を含む点で、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と相違する。
【００５４】
本実施形態に係る光送信モジュール３００は、レーザ光を出射する半導体レーザ１と、レーザ光を分波して１０本の分波光を出力する１：１０分波器４１と、を有する。１：１０分波器４１は、矩形状の多モード干渉素子であり、レーザ光の光出力をほぼ１０等分する。光送信モジュール３００は、２段階の入力レベルに応じて、１０本の分波光の光強度を、第１の光強度又は第１の光強度よりも大きい第２の光強度にそれぞれ変調する第１変調器４３、第２変調器４４ａ、第３変調器４４ｂ、第４変調器４５ａ、第５変調器４５ｂ、第６変調器４５ｃ、第７変調器４６、第８変調器４７、第９変調器４８及び第１０変調器４９を有する。ここで、第２変調器４４ａ及び第３変調器４４ｂは、第１変調器群４４を構成し、それぞれ同一の制御信号が入力される。また、第４変調器４５ａ、第５変調器４５ｂ及び第６変調器４５ｃは、第２変調器群４５を構成し、それぞれ同一の制御信号が入力される。光送信モジュール３００は、第１変調器４３、第２変調器４４ａ、第３変調器４４ｂ、第４変調器４５ａ、第５変調器４５ｂ、第６変調器４５ｃ、第７変調器４６、第８変調器４７、第９変調器４８及び第１０変調器４９の出力光を合波する１０：１合波器４２を有する。１０：１合波器４２は、矩形状の多モード干渉素子である。
【００５５】
光送信モジュール３００は、第１変調器４３と１０：１合波器４２を接続する第１導波路５０と、第２変調器４４ａ、第３変調器４４ｂ、第４変調器４５ａ、第５変調器４５ｂ、第６変調器４５ｃ、第７変調器４６、第８変調器４７及び第９変調器４８と１０：１合波器４２を接続する８本の第２導波路５１と、第１０変調器４９を接続する第３導波路５２と、を有する。ここで、第１導波路５０、第２導波路５１及び第３導波路５２は、入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、入力端から出力端で、第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含む。具体的には、第１導波路５０及び第３導波路５２は、長さが第２導波路５１よりも長いことで、第２導波路５１とは異なる位相差を生む。
【００５６】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュール３００について、光変調器への制御信号と、光送信モジュールの光出力の関係を示す図である。同図のグラフは、縦軸に光送信モジュール３００の光出力を半導体レーザ１の光出力との比で表し、横軸に制御信号の８つの組み合わせを表している。本実施形態に係る光送信モジュール３００は、制御信号を、第１変調器４３、第１変調器群４４（第２変調器４４ａ及び第３変調器４４ｂ）、第２変調器群４５（第４変調器４５ａ、第５変調器４５ｂ及び第６変調器４５ｃ）、第７変調器４６、第８変調器４７、第９変調器４８及び第１０変調器４９にそれぞれ入力して、８段階の光出力を得る。具体的には、制御信号の第１の組み合わせ（０，０，０，０，０，０，０）の場合（全ての変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の９％程度である。また、制御信号の第２の組み合わせ（０，０，１，０，０，０，０）の場合（第２変調器群４５のみにＯＮレベルの制御信号を入力して、他の変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の２２％程度である。また、制御信号の第３の組み合わせ（０，１，１，０，０，０，０）の場合（第１変調器群４４及び第２変調器群４５にＯＮレベルの制御信号を入力して、他の変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の３７％程度である。また、制御信号の第４の組み合わせ（１，１，１，０，０，０，０）の場合（第１変調器４３、第１変調器群４４及び第２変調器群４５にＯＮレベルの制御信号を入力して、他の変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の４５％程度である。また、制御信号の第５の組み合わせ（１，１，１，１，０，０，０）の場合（第１変調器４３、第１変調器群４４、第２変調器群４５及び第７変調器４６にＯＮレベルの制御信号を入力して、他の変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の５７％程度である。また、制御信号の第６の組み合わせ（１，１，１，１，１，０，０）の場合（第１変調器４３、第１変調器群４４、第２変調器群４５、第７変調器４６及び第８変調器４７にＯＮレベルの制御信号を入力して、他の変調器にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の６９％程度である。また、制御信号の第７の組み合わせ（１，１，１，１，１，１，０）の場合（第１変調器４３、第１変調器群４４、第２変調器群４５、第７変調器４６、第８変調器４７及び第９変調器４８にＯＮレベルの制御信号を入力して、第１０変調器４９にＯＦＦレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の８２％程度である。また、制御信号の第８の組み合わせ（１，１，１，１，１，１，１）の場合（全ての光変調器にＯＮレベルの制御信号を入力する場合）、末端の光導波路７に出力される光の光強度は、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の光強度の９３％程度である。光出力が低い順に、レベル０、レベル１、レベル２、レベル３、レベル４、レベル５、レベル６及びレベル７と称すると、レベル７とレベル６の光出力の差は１１％であり、レベル６とレベル５の光出力の差は１３％であり、レベル５とレベル４の光出力の差は１２％であり、レベル４とレベル３の光出力の差は１２％であり、レベル３とレベル２の光出力の差は８％であり、レベル２とレベル１の光出力の差は１５％であり、レベル１とレベル０の光出力の差は１３％である。８つの光出力レベルは、±５％以内のほぼ等間隔で得られている。
【００５７】
同図のグラフには、本実施形態に係る光送信モジュール３００の８つの光出力レベルをプロットし、最小二乗法により算出した近似直線を示している。近似直線の相関係数は、Ｒ２＝０．９９８８であり、優れた直線性を示した。また、２５Ｇｂ／ｓの４つの入力信号に基づき、第１変調器４３、第１変調器群４４、第２変調器群４５、第７変調器４６、第８変調器４７、第９変調器４８及び第１０変調器４９に制御信号を入力したところ、レベル０からレベル７までの光強度の偏差は動作状態で±１２％以内であった。このＰＡＭ８信号をシングルモード光ファイバーで２ｋｍ伝送してエラー率を測定したところ、１０−４未満という良好な低エラー率を得ることができた。
【００５８】
このように、本実施形態に係る光送信モジュール３００によれば、複数の光変調器に２段階の入力レベルの制御信号を入力することで、ほぼ等間隔の光出力によるＰＡＭ８信号を得ることができる。これにより、光変調器の印加電圧‐光出力関係が非線形の場合であっても、ＯＦＦレベル及びＯＮレベルのいずれかの印加電圧を加えればよく、光変調器への印加電圧の制御が簡素化される。また、光変調器への印加電圧の制御が簡素化される結果、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載する必要がなくなり、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。また、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と比較して、分波器の形状を単純化することができ、さらに大きな多値度のＰＡＭ信号を生成することができる。
【００５９】
なお、本実施形態に係る光送信モジュール３００は、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００と同様にＩｎＰ基板上に形成されるが、Ｓｉフォトニクス技術を利用してＳＯＩ基板上に形成してもよい。また、石英基板に作成された導波路型光回路で形成してもよい。
【００６０】
本発明の実施形態は、以上に説明したものに限られない。光送信モジュールが有する分波器は、半導体レーザのレーザ光を分波してＮ本（Ｎは３以上の整数）の分波光を出力する第１多モード干渉素子と、Ｎ本の分波光のうちＭ本（Ｍは２以上の整数かつＭ＜Ｎ）を１本に合波する第２多モード干渉素子と、から構成されてよい。例えば、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００の１：３分波器２は、Ｎ＝５、Ｍ＝３の場合に相当する。このとき、光送信モジュールは、Ｎ−Ｍ＋１個の光変調器を有し、それぞれの光変調器には、２段階の入力レベルを有する制御信号が入力される。このような構成により、光変調器への印加電圧の制御が簡素化され、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載せずに任意の多値度のＰＡＭ信号を生成することができ、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。
【００６１】
また、光送信モジュールが有する合波器は、Ｎ−Ｍ＋１本の出力光を１本に合波する第３多モード干渉素子により構成されてよい。例えば、第１の実施形態に係る光送信モジュール１００の３：１合波器６は、Ｎ＝５、Ｍ＝３の場合に相当する。また、Ｎ−Ｍ＋１個の光変調器からの出力光は、Ｎ−Ｍ＋１本の光導波路により第３多モード干渉素子に接続されてよい。Ｎ−Ｍ＋１本の光導波路は、入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、入力端から出力端で、第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含んでよい。このような構成により、光変調器への印加電圧の制御が簡素化され、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載せずに任意の多値度のＰＡＭ信号を生成することができ、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。
【００６２】
また、光送信モジュールが有する分波器は、半導体レーザのレーザ光を分波してＫ本（Ｋは３以上の整数）の分波光を出力する第４多モード干渉素子から構成されてよい。例えば、第２の実施形態に係る光送信モジュール２００の１：５分波器２１は、Ｋ＝５の場合に相当し、第３の実施形態に係る光送信モジュール３００の１：１０分波器４１は、Ｋ＝１０の場合に相当する。このとき、光送信モジュールは、Ｋ個の光変調器を有し、それぞれの光変調器には、２段階の入力レベルを有する制御信号が入力される。このような構成により、光変調器への印加電圧の制御が簡素化され、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載せずに任意の多値度のＰＡＭ信号を生成することができ、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。
【００６３】
また、光送信モジュールが有する合波器は、Ｋ本の出力光を１本に合波する第５多モード干渉素子により構成されてよい。例えば、第２の実施形態に係る光送信モジュール２００の５：１合波器２２は、Ｋ＝５の場合に相当し、第３の実施形態に係る光送信モジュール３００の１０：１合波器４２は、Ｋ＝１０の場合に相当する。また、Ｋ個の光変調器からの出力光は、Ｋ本の光導波路により第５多モード干渉素子に接続されてよい。Ｋ本の光導波路は、入力端から出力端で第１の位相差を生じる第１光導波路と、入力端から出力端で、第１の位相差と異なる第２の位相差を生じる第２光導波路と、を含んでよい。このような構成により、光変調器への印加電圧の制御が簡素化され、高速動作可能で高価なデジタル信号プロセッサやデジタル‐アナログ変換器を搭載せずに任意の多値度のＰＡＭ信号を生成することができ、低コストで製造できる光送信モジュールが得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１  半導体レーザ、２  １：３分波器、２ａ  １：５分波器部分、２ｂ  ３：１合波器部分、３  第１変調器、４  第２変調器、５  第３変調器、６  ３：１合波器、７  光導波路、８  第１導波路、９  第２導波路、１０  第３導波路、１５  ＡＮＤ回路、１６  ＯＲ回路、２１  １：５分波器、２２  ５：１合波器、２３  第１変調器、２４  第１変調器群、２４ａ  第２変調器、２４ｂ  第３変調器、２４ｃ  第４変調器、２５  第５変調器、３０  第１導波路、３１  第２導波路、３２  第３導波路、４１  １：１０分波器、４２  １０：１合波器、４３  第１変調器、４４  第１変調器群、４４ａ  第２変調器、４４ｂ  第３変調器、４５  第２変調器群、４５ａ  第４変調器、４５ｂ  第５変調器、４５ｃ  第６変調器、４６  第７変調器、４７  第８変調器、４８  第９変調器、４９  第１０変調器、５０  第１導波路、５１  第２導波路、５２  第３導波路、１００  光送信モジュール。
【図１】
0006755676.tif 000002
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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