(57)【要約】      （修正有）【課題】光吸収型光変調素子の高速駆動を可能とする駆動回路を提供する。【解決手段】駆動回路１０は、所定の特性インピ−ダンスを有する伝送線路４０を介して光吸収型光変調素子３２を駆動する回路であって、出力ドライバ回路１２、オフセット設定回路１４、及び直列回路１６を備える。出力ドライバ回路１２は、伝送線路４０に直流的に接続され、光変調素子３２を交流駆動する。オフセット設定回路１４は、光変調素子３２にオフセット電圧を与える。直列回路１６は、抵抗１６ａとインダクタ１６ｂを有し、伝送線路４０にオフセット設定回路１４を接続する。直列回路１６にインダクタンス１６ｂを設けることで、駆動回路１０の出力インピーダンスの周波数特性にピークを持たせ、光変調素子３２の駆動波形の高周波特性を向上させる。【選択図】図１
2012042866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の特性インピ−ダンスを有する伝送線路を介して光吸収型光変調素子を駆動する駆動回路であって、
前記伝送線路に直流的に接続する出力ドライバ回路であって、前記光変調素子を交流駆動する該出力ドライバ回路と、
前記光変調素子にオフセット電圧を与えるオフセット設定回路と、
抵抗とインダクタを有する直列回路であって、前記伝送線路に前記オフセット設定回路を接続する該直列回路と、
を備える駆動回路。
【請求項２】
前記出力ドライバ回路と前記オフセット設定回路の並列接続の出力インピーダンスが、該駆動回路の出力インピーダンスを画成し、該駆動回路の出力インピーダンスが１０ＧＨｚ近傍の周波数にピークを有する、請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記出力ドライバ回路は差動回路であり、
前記差動回路の負荷抵抗と該差動回路の出力容量の並列回路が前記出力ドライバ回路の出力インピーダンスを画成し、
前記並列回路と前記直列回路とが、該駆動回路の前記出力インピーダンスを画成する、
請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記インダクタのインダクタンスが０．５ｎＨ〜２．０ｎＨである、請求項１〜３の何れか一項に記載の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光吸収型光変調素子の駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光吸収型光変調素子（ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調素子）は、ＤＦＢレーザといったレーザから発生された光を、ＥＡ変調素子に与える電界を制御して当該ＥＡ変調素子の光吸収係数を変化させることによって、変調する。ＥＡ変調素子の動作時には、ＥＡ変調素子自体が光を吸収して電流を生成するので、光入力強度に応じて当該ＥＡ変調素子の等価抵抗が変動する。この現象を補償するためには、ＥＡ変調素子に与える駆動信号のレベルを可変とする必要がある。そのために、従来から、バイアス設定回路が用いられている。
【０００３】
従来においては、バイアス設定回路は、出力ドライバ回路とＥＡ変調素子とを接続する伝送線路に対して、出力ドライバ回路と並列に、抵抗を介して接続されている。出力ドライバ回路としては、差動回路が用いられている。このような回路としては、特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２３８０２号公報
【特許文献２】特開平１１−１１９１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような従来の回路では、その出力抵抗が低周波から高周波まで一定である。そのため、ＥＡ変調素子の周波数特性、及び、出力ドライバ回路の出力容量(主として、差動トランジスタの寄生容量）とＥＡ変調素子の寄生容量が、ＥＡ変調素子の駆動波形に影響を与える。その結果、ＥＡ変調素子の駆動速度に限界が生じる。
【０００６】
本発明は、ＥＡ変調素子の高速駆動を可能とする駆動回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る駆動回路は、所定の特性インピ−ダンスを有する伝送線路を介して光吸収型光変調素子を駆動する回路である。この駆動回路は、出力ドライバ回路、オフセット設定回路、及び直列回路を備えている。出力ドライバ回路は、伝送線路に直流的に接続し、光変調素子を交流駆動する。オフセット設定回路は、光変調素子にオフセット電圧を与える。直列回路は、抵抗とインダクタを有し、伝送線路にオフセット設定回路を接続している。
【０００８】
この駆動回路は、直列回路にインダクタを設けたことにより、出力インピーダンスの周波数特性にピークをもたせることができる。このピークにより、光変調素子の駆動波形の高周波特性を向上することができる。その結果、この駆動回路によれば、ＥＡ変調素子の高速駆動が可能となる。
【０００９】
一実施形態においては、出力ドライバ回路とオフセット設定回路の並列接続の出力インピーダンスが、当該駆動回路の出力インピーダンスを画成し、当該駆動回路の出力インピーダンスが１０ＧＨｚ近傍の周波数にピークを有していてもよい。
【００１０】
また、一実施形態においては、出力ドライバ回路は差動回路であり、差動回路の負荷抵抗と差動回路の出力容量の並列回路が出力ドライバ回路の出力インピーダンスを画成し、この並列回路と上記直列回路とが、駆動回路の出力インピーダンスを画成していてもよい。
【００１１】
また、一実施形態においては、インダクタのインダクタンスが０．５ｎＨ〜２．０ｎＨであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、ＥＡ変調素子の高速駆動を可能とする駆動回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る駆動回路を示す図である。
【図２】一実施形態の駆動回路による光変調素子の立ち上がり時間及び立ち下がり時間のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】一実施形態の駆動回路の出力インピーダンスと比較例の駆動回路の出力インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図４】一実施形態の駆動回路による終端抵抗での電圧利得と比較例の駆動回路による終端抵抗での電圧利得の周波数特性を示す図である。
【図５】出力端子から一実施形態の駆動回路の内部を見込んだ等価回路を示す図である。
【図６】図５に示す等価回路のＳ２２パラメータのインダクタンス依存性を示す図である。
【図７】一実施形態の駆動回路を光変調器の等価回路と共に示す図である。
【図８】一実施形態の駆動回路のＳ２１パラメータの周波数特性を示す図である。
【図９】一実施形態の駆動回路のＳ２１パラメータのインダクタンス依存性を示す図である。
【図１０】一実施形態の駆動回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る駆動回路を示す図である。図１に示す駆動回路１０は、光変調器３０の光変調素子３２を駆動するものである。光変調器３０は、光吸収型の光変調素子３２と並列に終端抵抗３４を有している。光変調素子３２のアノードは、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路４０を介して、駆動回路１０の出力端子ＤＯｕｔに接続されている。
【００１６】
図１に示すように、駆動回路１０は、出力ドライバ回路１２、オフセット設定回路１４、及び、直列回路１６を備えている。出力ドライバ回路１２は、一実施形態では差動回路であり得る。一実施形態においては、出力ドライバ回路１２は、アンプ１２ａ、差動トランジスタ対を構成するトランジスタＴｒ１及びＴｒ２、抵抗１２ｒ１及び１２ｒ２、並びに、定電流源１２ｉを含み得る。
【００１７】
アンプ１２ａの二つの入力端子には、差動信号が供給される。このアンプ１２ａの一方の出力端子はトランジスタＴｒ２の制御端子（例えば、ベース）に接続されている。また、アンプ１２ａの他方の出力端子は、トランジスタＴｒ１の制御端子（例えば、ベース）に接続されている。
【００１８】
トランジスタＴｒ１の第１の端子（例えば、コレクタ）は、抵抗１２ｒ１を介して、ノードＮ１に接続されている。また、トランジスタＴｒ２の第１の端子（例えば、コレクタ）は、抵抗１２ｒ２を介してノードＮ１に接続されている。このノードＮ１は、所定電位の電位線に接続されている。
【００１９】
トランジスタＴｒ１の第２の端子（例えば、エミッタ）は、ノードＮ２に接続されている。また、トランジスタＴｒ２の第２の端子（例えば、エミッタ）も、ノードＮ２に接続されている。このノードＮ２は、定電流源１２ｉに接続されている。
【００２０】
トランジスタＴｒ１と負荷抵抗１２ｒ１との間のノードＮ３は、駆動回路１０の出力端子ＤＯｕｔに接続されている。このノードＮ３と出力端子ＤＯｕｔの間のノードＮ４には、直列回路１６を介して、オフセット設定回路１４が接続されている。オフセット設定回路１４は、光変調素子３２にバイアス電圧を与える。
【００２１】
直列回路１６は、直列接続された抵抗１６ａとインダクタ１６ｂを含んでいる。抵抗１６ａの一端はノードＮ４に、抵抗１６ａの他端はインダクタ１６ｂの一端に接続されている。インダクタ１６ｂの他端は、オフセット設定回路１４に接続されている。
【００２２】
図２は、一実施形態の駆動回路による光変調素子の立ち上がり時間（Ｔｒ）及び立ち下がり時間（Ｔｆ）のシミュレーション結果を示す図である。図２に示すシミュレーション結果は、抵抗１２ｒ１の抵抗値を７５Ω、抵抗１６ａの抵抗値を１５０Ω、終端抵抗３４の抵抗値を５０Ω、伝送線路４０のインピーダンスを５０Ω、伝送線路４０での遅延時間を１０ｐｓに設定し、インダクタ１６ｂのインダクタンスを０．５ｎＨ〜３ｎＨに設定し、２８ＧＢｐｓの駆動信号を用いたときに、光変調素子３２から出力される光のアイパターンをシミュレーションして、当該アイパターンから立ち上がり時間（Ｔｒ）及び立ち下がり時間（Ｔｆ）を求めたものである。
【００２３】
図２に示すように、インダクタ１６ｂのインダクタンスが２．０ｎＨ以上になると、立ち上がり時間及び立ち下がり時間の減少の効果が飽和している。したがって、この図から、インダクタ１６ｂのインダクタンスを０．５ｎＨ〜２．０ｎＨとすることで、光変調素子３２の高速駆動が可能となることがわかる。
【００２４】
以下、駆動回路１０のより詳細な特性について説明する。図３は、一実施形態の駆動回路の出力インピーダンスと比較例の駆動回路の出力インピーダンスの周波数特性を示す図である。図４は、一実施形態の駆動回路による終端抵抗での電圧利得と比較例の駆動回路による終端抵抗での電圧利得の周波数特性を示す図である。
【００２５】
図３及び図４のシミュレーション結果は、図２のシミュレーションと同様のパラメータによって得たものである。また、図３及び図４においては、点線により一実施形態の駆動回路の特性を示しており、実線により比較例の駆動回路の特性を示している。なお、比較例の駆動回路は、図１に示す駆動回路１０からインダクタ１６ｂを取り除いた回路である。
【００２６】
図３は、出力端子ＤＯｕｔから駆動回路を見込んだ出力インピーダンスの周波数特性を示している。図３に示すように、比較例の駆動回路では、周波数が高くなるにつれて出力インピーダンスが低下している。一方、駆動回路１０では、１０ＧＨｚ近傍の周波数において出力インピーダンスの周波数特性にピークが発生している。
【００２７】
また、図４に示すように、比較例の駆動回路では、周波数が高くなるにつれて、終端抵抗３４での電圧利得が低下している。一方、駆動回路１０によれば、上述したインダクタ１６ｂによるピーキング効果により、約２５ＧＨｚの周波数まで電圧利得の低下が生じていない。
【００２８】
図５は、出力端子から一実施形態の駆動回路の内部を見込んだ等価回路を示す図である。即ち、図５は、駆動回路１０のＳ２２モデルを示している。図５に示す駆動回路１０の等価回路では、キャパシタＣ１は、出力容量に相当するものである。図６は、図５に示す等価回路のＳ２２パラメータのインダクタンス依存性を示す図である。図６に示す特性は、２５ＧＨｚの周波数における図５の等価回路のＳ２２パラメータのインダクタ１６ｂのインダクタンス依存性を示している。図６に示す特性は、抵抗１２ｒ１の抵抗値を７５Ω、抵抗１６ａの抵抗値を１５０Ω、キャパシタＣ１の容量を１００ｆＦに設定して求めたものである。
【００２９】
従来においては、このキャパシタＣ１、即ち、出力容量が存在するために、抵抗１６ａに接続するインダクタンスは理想的にはゼロであることが好ましいとされていた。また、従来においては、Ｓ２２パラメータは−１０ｄＢ以下であるべきと考えられていたが、図６に示すように、駆動回路１０のＳ２２パラメータは、インダクタ１６ｂのインダクタンスが大きくなるほど、−１０ｄＢより大きくなっている。即ち、図６からは、インダクタ１６ｂのインダクタンスが小さい程、周波数特性が改善されるように考えられる。
【００３０】
しかしながら、駆動回路１０は、伝送線路４０を介して光変調素子３２を駆動するものであるので、駆動回路の周波数特性については、光変調素子３２の周波数特性も考慮に入れるべきである。図７は、そのような等価回路を示している。図７は、駆動回路１０のＳ２１モデルを示しており、光変調素子３２を抵抗ＲｊとキャパシタＣｊの直列接続により表している。
【００３１】
図７に示す等価回路において電流Ｉａｃを入力したときのノードＮにおける信号振幅、即ち電圧の伝達特性を以下に示す。図８は、図７の等価回路におけるＳ２１パラメータの周波数依存性を示す図である。図９は、図７の等価回路におけるＳ２１パラメータのインダクタ１６ｂのインダクタンス依存性を示す図である。図８及び図９に示す特性は、抵抗１２ｒ１の抵抗値を７５Ω、抵抗１６ａの抵抗値を１５０Ω、キャパシタＣ１の容量を１００ｆＦ、伝送線路４０のインピーダンスを５０Ω、終端抵抗３４の抵抗値を５０Ω、抵抗Ｒｊの抵抗値を３Ω、キャパシタＣｊの容量値を０．２ｐＦに設定して求めたものである。また、図８においては、一点鎖線によりインダクタ１６ｂのインダクタンスが０．１ｎＨの場合の特性を示し、点線によりインダクタ１６ｂのインダクタンスが０．５ｎＨの場合の特性を示し、実線によりインダクタ１６ｂのインダクタンスが２．０ｎＨの場合の特性を示している。また、図９においては、点線により電流Ｉａｃの周波数が１４ＧＨｚの場合の特性を示し、実線により電流Ｉａｃの周波数が２１ＧＨｚの場合の特性を示している。
【００３２】
図８に示すように、駆動回路１０によれば、インダクタ１６ｂのインダクタンスが０．５ｎＨ〜２．０ｎＨであれば、５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚの周波数で略平坦な特性を得ることができている。特に、２３ＧＨｚ近傍の周波数において伝達特性のピークが顕著に現れている。例えば２８Ｇｂｐｓでの光変調素子３２の動作を想定する場合に、立ち上がり時間（Ｔｒ）及び立ち下がり時間（Ｔｆ）に最も影響を与える周波数は１４ＧＨｚ〜２１ＧＨｚである。したがって、駆動回路１０によれば、光変調素子３２の高速駆動が可能となることがわかる。
【００３３】
また、図９に示すように、インダクタ１６ｂのインダクタンスが２ｎＨより大きくなると、Ｓ２１パラメータの値が飽和する傾向にあることがわかる。したがって、駆動回路１０によれば、インダクタ１６ｂのインダクタンスを０．５ｎＨ〜２．０ｎＨとすることにより、光変調素子３２の高速駆動が可能となることがわかる。
【００３４】
以下、インダクタ１６ｂの一実装例について説明する。図１０は、一実施形態の駆動回路の一例を示す図である。図１０に示す駆動回路１０は、出力ドライバ回路１２、オフセット設定回路１４、及び抵抗１６ａを単一のチップ内に有している。
【００３５】
図１０に示す回路では、抵抗１６ａの一端はノードＮ４に接続しており、抵抗１６ａの他端は、上記チップのパッドＰ１に接続している。また、オフセット設定回路１４の出力は、上記チップのパッドＰ２に接続している。
【００３６】
図１０に示す回路では、上記チップの外部にインダクタ１６ｂが設けられており、当該インダクタ１６ｂの一端はパッドＰ１に接続しており、その他端はパッドＰ２に接続している。また、インダクタ１６ｂの他端には、チップの外部に設けられたバイパスキャパシタ１８が接続している。バイパスキャパシタ１８は、直列回路１６を交流的に接地している。図１０に示す回路においては、例えば、パッドＰ１とパッドＰ２との間をボンディングワイヤによって接続することにより、インダクタ１６ｂを形成することができる。このように、パッドＰ１とパッドＰ２をチップに形成してボンディングワイヤを用いることにより、駆動回路１０を容易に構成することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…駆動回路、１２…出力ドライバ回路、１２ｒ１…抵抗、１２ｒ２…抵抗、Ｔｒ１…トランジスタ、Ｔｒ２…トランジスタ、１４…オフセット設定回路、１６…直列回路、１６ａ…抵抗、１６ｂ…インダクタ、３０…光変調器、３２…光変調素子、３４…終端抵抗、４０…伝送線路、Ｐ１…パッド、Ｐ２…パッド。
【図１】
2012042866.tif 000003
【図２】
2012042866.tif 000004
【図３】
2012042866.tif 000005
【図４】
2012042866.tif 000006
【図５】
2012042866.tif 000007
【図６】
2012042866.tif 000008
【図７】
2012042866.tif 000009
【図８】
2012042866.tif 000010
【図９】
2012042866.tif 000011
【図１０】
2012042866.tif 000012