(57)【要約】【課題】簡便な構成により光出力を一定に保つことができる光変調器を提供する。【解決手段】レーザモジュールからの出射光を入力し、光変調器ドライバ回路からの印加電圧に応じて光吸収係数を変化させて変調光を出射する光変調器と、光変調器の光吸収電流を検出する光吸収電流検出回路と、光吸収電流検出回路で検出された光吸収電流の平均値と、設定された光変調器に印加する電圧に対応した光吸収電流である基準光吸収電流との差信号を検出する比較回路と、比較回路からの差信号を用いて光変調器を加熱あるいは冷却する温度調節器の温度をコントロールする温度制御回路と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定強度の光を供給するレーザモジュールと、
光変調器ドライバ回路と、
レーザモジュールからの出射光を入力し、光変調器ドライバ回路からの印加電圧に応じて光吸収係数を変化させ変調光を出射する光変調器と、
光変調器を加熱あるいは冷却する温度調節器と、
光変調器の光吸収電流を検出する光吸収電流検出回路と、
光吸収電流検出回路で検出された光吸収電流の平均値と、設定された光変調器に印加する電圧に対応した光吸収電流である基準光吸収電流との差信号を検出する比較回路と、
比較回路からの差信号を用いて温度調節器の温度をコントロールする温度制御回路と、を備えたことを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光に対して印加電圧に応じて光吸収係数を変化させることにより変調光を出射する光変調器に関し、特に入射光の波長変化があっても光出力を一定に保つことができる光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例１の光変調器（特許文献１  参照）を説明する。
電界吸収型光変調器を集積した分布帰還型（ＥＡ／ＤＦＢ）半導体レーザにおいては、分布帰還型半導体レーザー素子部の発振光の波長と光変調器領域の吸収端波長の差（△Ｈ）を一定に保つことが伝送特性上重要である。分布帰還型半導体レーザ素子部の発振光の波長は、単位温度あたり約０．１ｎｍの割合で変化する。光変調器領域のバンドギャップの波長は、単位温度あたり約１ｎｍの割合で変化する。したがって、分布帰還型半導体レーザ全体の温度を変化させて発振光の精密波長制御をするために温度を上昇させると上記△Ｈが０．９ｎｍ／°Ｃの割合で小さくなり、一定に保つことはできない。
【０００３】
そこで、電界吸収型光変調器の吸収端波長をレーザ光の発振波長に合わせて変化させる機能が必要になる。例えば、電界吸収型光変調器近傍にヒータ等の発熱体を配置し、光変調器の温度を制御することで、吸収端波長を変化させることができる。ここでは、電界吸収型光変調器とレーザ素子部が独立に温度制御できることが前提になる。このため、電界吸収型光変調器の吸収端波長を制御するにはフィードバック機構、つまり吸収端波長を測定し温度制御系に帰還する手段が必要になる。
ヒータなどの発熱体をレーザ素子部のみに装荷する、またヒータなどの発熱体を電界吸収型光変調器のみに装荷するなどの方法で、分布帰還型半導体レーザ素子部と光変調器領域を独立に温度制御する場合、分布帰還型半導体レーザ素子部の温度は、薄膜ヒータもしくはペルチェ素子で制御することができる。
図３に電界吸収型光変調器に順バイアスを印加したときの電流−電圧特性を示す。
この電流と電圧の関係は、半導体のバンドギャップによって決まるため温度によって変化し、電流値を決めると電圧値は一意的に決まる。したがって、駆動電流Ｉを一定に保ったとき、電圧値Ｖは温度によって１つの値に定まる。また、駆動電圧を一定に保ったとき、電流値は温度によって１つの値に定まる。
【０００４】
図４、図５を参照して従来例１の電界吸収型光変調器の吸収端波長制御機構及び光送信モジュールを説明する。
電界吸収型光変調器４０−１の近傍に、光変調器とは別の導波路のモニタ用ストライプパタン４０−４と、これに付随した電極を設ける。このストライプパタンは電界吸収型光変調器のストライプパタンに近いほどよいが、電界吸収型光変調器の動作や、光導波路に影響を与えない程度に離れていることが必要である。このパタンに定電流源７０−１から十分に小さな一定電流（例えば５ｍＡ）を通電する。この時の電圧値を電圧計７０−２で測定すると、その電圧値は温度によって一意に決まり、この電圧値から電界吸収型光変調器の吸収端波長λＥＡが計算できる。したがって、モニタした電圧をヒータ等を制御する温度調節手段７０−４に帰還して光変調器の温度を変えることにより、レーザ光の発振波長に合わせてλＥＡを最適値に設定することができる。
例として、電界吸収型光変調器の温度制御を薄膜抵抗ヒータ４０−３によって行う場合について説明する。モニタ用のストライプパタンに一定電流Ｉが流れるようにしておく。この時の電圧値Ｖを読み取り、この値に応じて薄膜抵抗ヒータ４０−３の電流を変化させる温度制御系を考える。あるとき、レーザの発振波長がλ１になったとする。このとき、光変調器４０−１の吸収端波長λＥＡがλ１−△Ｈになるように光変調器の温度をＴ2からＴ1に変化させるために、吸収端波長モニタ制御回路を用いて電圧値がＶ1になるように薄膜抵抗ヒータの駆動電流を設定すればよい。また、光変調器の温度調節手段がペルチェ素子４０−２である場合、同様にしてペルチェ素子の駆動電流を設定すればよい。
【０００５】
図６を参照して従来例２の光変調器アッセンブリーを説明する（特許文献２  参照）。
電気吸収光変調器１０２は、半導体レーザ１０１とともにモノリシックに集積化されている。ヒータエレメント１０５は、レーザの温度と基本的に独立に変調器の温度を制御するために、変調器にきわめて接近している。
温度センサ１０３，１０４は、レーザ及び変調媒体の温度を測定するために利用される。温度センサは、それぞれの白金抵抗温度計のような薄膜センサ、または半導体センサであってもよく、半導体センサは、例えばｐｎ接合またはサーミスタである。
多くの状況において、レーザの温度は、使用中の自己発熱や周囲温度変化の結果として変化し、その結果、これが発生する光の波長が変化する。光変調器の温度は、レーザからの光を波長の変化に関して補償するように制御することができる。
変調エレメントの吸収端は、消光比モニタ部１０７により光変調器によって誘起される光電流の消光比をモニタすることによって最適な特性に調整される。光電流の消光比は、光信号が変調器を通過するとき（オン状態）の光信号によって誘起される光電流と光信号が変調器によって吸収されるとき（オフ状態）の光信号によって誘起される光電流との間の比である。
ヒータエレメントのための駆動電流は、この比を最大にするレベルに設定されている。
【特許文献１】特開２００２−３２３６８５（段落０００７〜０００９、段落００１３〜００１６、図１，２）
【特許文献２】特開２００３−５７６１３（段落００１８〜００２１、段落００３５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来例１の電界吸収型変調器の吸収端波長制御機構においては、光入射の無い状態で温度モニタ用ストライプパタンで測定した電流値または電圧値を薄膜ヒータの駆動系（制御回路、温度調節手段）にフィードバックして調整しなければならないため、ダイナミックな波長変化に対応できない。
従来例２の変調器アッセンブリーにおいては、変調器によって誘起される光電流の消光比をモニタするために光電流のＨレベルとＬレベルを検出するための光変調器駆動信号に対応した高速な信号処理回路が必要となる。
本発明は、ダイナミックな変化に対応することができ、光出力を一定に保つことができる、簡便な構成を備えた光変調器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】
【０００７】
レーザモジュールからの出射光を入力し、光変調器ドライバ回路からの印加電圧に応じて光吸収係数を変化させ変調光を出射する光変調器と、光変調器の光吸収電流を検出する光吸収電流検出回路と、光吸収電流検出回路で検出された光吸収電流の平均値と、設定された光変調器に印加する電圧に対応した光吸収電流である基準光吸収電流との差信号を出力する比較回路と、比較回路からの差信号を用いて光変調器を加熱あるいは冷却する温度調節器の温度をコントロールする温度制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、一定光量の光入射があり、かつ高速な電気信号（変調信号）が印加された状態で、光変調器が光吸収を起こして光の強度変調された信号を作り出す時に流れる光吸収電流をモニタし、光吸収電流の平均値と基準光吸収電流との差をもとに光変調器の温度をコントロールする方法であるため、高速な信号処理回路は不要であり簡便な電気回路だけで構成でき、しかもダイナミックな光波長変化に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に本発明の光変調器（実施例１）の構成を示す。
光変調器は、光変調器ドライバ回路から電圧（光変調器駆動信号）を印加してフランツケルディシュ効果もしくは量子シュタルク効果により光吸収を起こすことで入射光の強度変調を行う光変調器素子を内蔵する光変調器モジュール４と、これに一定強度の光を供給するレーザ素子を内蔵するレーザモジュール１で構成される。一般的なレーザモジュール１は、レーザ素子１−１の温度を制御するための温度検出器１−３と加熱もしくは冷却を行う温度調節器、例えばペルチェ素子１−４、及びレーザ素子１−１の出射光の強度を一定に保つ制御を行うモニタ光を受けてＯ／Ｅ変換して出射光強度に比例した電気信号を出力するモニタ用フォトダイオード素子１−２を内蔵している。このモニタ温度信号を受けて所望の温度に制御する温度制御回路３とモニタ光量信号を受けて出射光の強度を一定に制御する機能を含むレーザドライバ回路２により駆動されて光ファイバ（光導波路）内に一定強度の光を供給する。
【００１０】
光変調器モジュール４は、電圧が変化する電気信号（光変調器駆動信号）を光変調器素子に効果的に印加するためその振幅やバイアスレベルを調整する機能を含む光変調器ドライバ回路５とレーザモジュールと同様に光変調器素子の温度制御用に内蔵された温度調節器、例えばペルチェ素子４−２の温度可変デバイス用の温度制御回路（吸収端波長制御）８によって駆動される。
光変調器素子４−１に入射される一定強度に制御された光は、光変調器素子内で変調器ドライバ回路５からの光変調器駆動信号の電圧変化に対応した吸収を受け、強度変調された光信号が形成される。この時、光変調器素子４−１内では、吸収された光強度に対応したキャリアが生成されており、これを光吸収電流として光吸収電流検出回路６により取り出す。この光吸収電流値は、出射変調光の強度に一意に対応している。
【００１１】
比較回路７は、光吸収電流の平均値と基準光吸収電流との差信号を出力する。基準光吸収電流というのは、レーザ素子と光変調器素子を含んだ送信機が必要とされる出射信号光の仕様（消光比の場合、アイマスクパターンの場合、Ｑ値のような場合、あるいはこれらの複数の場合もある）に合うように、あるレーザ素子の波長（どの波長でもよく、調整を行うときにたまたま使った波長）に対し、光変調器駆動信号を調整した結果として流れた光吸収電流の値を示す。光変調器素子は、光を吸収することで出射光の光強度（ＯＮの場合もＯＦＦの場合も）を変えるものであるから、入射光の波長が例えば長波長側に変わったとすると光吸収が減少し、光吸収電流も減少する。したがってこの光吸収電流の値が前出のようにして決めた基準値になるように、この場合は光変調器素子の温度を上げてやることになり、その結果、光吸収電流が基準値に合うと光吸収の状態が基準値を定めた時と同じ状態となり、すなわち出射信号光のＯＮ／ＯＦＦの各状態の光強度も基準を決めた時と同じ状態となり要求される仕様に合うこととなる。比較回路７は、比較器（コンパレータ）を用いて一方の入力端子に基準光吸収電流に対応した基準電圧、他方の端子に光吸収電流検出器からの光吸収電流に対応した電圧を印加してその差を出力する。
【００１２】
温度制御回路８は、光吸収電流検出器からの光吸収電流を基準光吸収電流の値と一致するように光変調器素子の温度を制御する。
したがって、光変調器を汎用されているモジュール、素子、回路を用いることで構成でき、製造コストを低減できる。
【００１３】
図２を参照して実施例２を説明する。
例えばレーザ素子の制御温度を変えたことによって変調器素子入射光の波長が変化したような場合に、変調器素子に印加されている電気信号に変化がないとすると光変調器出射信号光の強度レベル変化となって現れてしまうと同時にそれに対応した分だけ変化する。
【００１４】
本発明を積極的に利用する例として、前記レーザモジュール１として波長可変レーザ素子１−１０を内蔵したものを用い、前述のような波長自動可変機能を持たせた光変調器モジュールと組み合わせて、波長可変光変調器を構成することができる。
波長可変レーザ素子１−１０から出射光をレーザ光波長モニタ部９に入力して光波長を検出し、所望の発光波長となるように演算回路１０が温度制御回路３に補正信号を出力する。温度制御回路３は、レーザ素子１−１０の温度を変えて所望の発光波長となるように制御する。光吸収電流検出回路６において光吸収電流を検出し、比較回路７からの光吸収電流の平均値と基準光吸収電流との差信号を温度制御回路８に入力する。
温度制御回路８は、入射光波長変化前と、光変調器素子の光吸収端波長を自動的に入射光の変化した分だけ変化させるようにペルチェ素子４−２を制御する。
ここでは、レーザモジュールと光変調器モジュールを光ファイバでシリアルに接続した場合について説明したが、前述の機能がハイブリッドもしくはモノリシックに集積されたモジュールの場合でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光変調器（実施例１）を示す図。
【図２】本発明の光変調器（実施例２）を示す図。
【図３】電界吸収型光変調器に順バイアスを印加したときの電流−電圧特性を示す図。
【図４】電界吸収型光変調器の吸収端波長制御機構（従来例１）を示す図。
【図５】光送信モジュール（従来例１）を示す図。
【図６】光変調器アッセンブリー（従来例２）を示す図。
【符号の説明】
【００１６】
１・・・レーザモジュール、２・・・レーザドライバ回路、３・・・温度制御回路、４・・・光変調器モジュール、５・・・光変調器ドライバ回路、６・・・光吸収電流検出回路、７・・・比較回路、８・・・温度制御回路（吸収端波長制御）
【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】
2005266282.tif 000007
【図６】
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