(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア光を生成するレーザダイオードと、
該キャリア光を受け、印加電圧に応じて、該キャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力する第１の電界吸収型光変調器と、
該第１の電界吸収型光変調器と同一の半導体チップ上に形成された第２の電界吸収型光変調器と、
該第２の電界吸収型光変調器の光電流を検知する電流モニター回路と、
該電流モニター回路により検知される光電流に応じて、該第１の電界吸収型光変調器の該印加電圧を制御するバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路とを備えた光送信器。
【請求項２】
請求項１記載の光送信器であって、
前記レーザダイオードが、前記半導体チップ上に形成されていることを特徴とする光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界吸収型光変調器の駆動回路及び、これを用いた光送信器に関する。特に、光電流の温度、経年変化又は、素子特性にばらつきが生じる場合であっても、光変調器のバイアス電圧を安定化し、長距離伝送時の波形劣化を防止できる駆動回路及び、これを用いた光送信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝送損失の低い１．５５μｍ帯で超高速光伝送システムを実現するために、外部変調方式の開発が進められている。
【０００３】
低電力駆動が可能で、小型化に適した外部変調器として、電界吸収型光変調器が提案されている。この電界吸収型光変調器は、印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより、強度変調をされた信号光を生成する。
【０００４】
図７は、かかる電界吸収型光変調器を用いた、光送信器の構成例ブロック図である。自動パワー制御回路１１により発光パワーが一定に制御され、自動温度制御回路１２により温度が一定に制御される、レーザ光源１０により、レーザ駆動回路１が構成される。
【０００５】
レーザ駆動回路１のレーザ光源１０から放射されるキャリア光が、電界吸収型光変調器ＥＡで構成される光変調器２に入力される。光変調器駆動回路３により、光変調器２の電界吸収型光変調器ＥＡに入力信号に対応する駆動電圧が、供給される。
【０００６】
電界吸収型光変調器ＥＡは、駆動電圧に対応して、レーザ光源１０からのキャリア光を吸収し、したがって、レーザ光源１０からのキャリア光を変調する。
【０００７】
ここで、光変調器２とレーザ光源１０（ＬＤ）は、図８に示す等価回路で表わされる。光変調器２は、電界吸収型光変調器ＥＡと抵抗ＲＬが並列接続されて構成される。抵抗ＲＬに電流を流して電界吸収型光変調器ＥＡのアノード印加電圧Ｖm を生じさせる。また、レーザ光源１０は、レーザダイオードＬＤで示される。
【０００８】
この印加電圧Ｖm に対する電界吸収型光変調器ＥＡの光出力特性は、図９に示すように、ｅｘｐで近似された式で表わされる。図９の特性から、印加電圧Ｖm が０の時、光出力パワーＰが最大即ち、電界吸収型光変調器ＥＡでの光吸収が起こらず、レーザ光源１０のキャリア光の光パワーが、そのまま出力される。
【０００９】
反対に、印加電圧Ｖm が大きくなると、光吸収により、ｅｘｐで近似されたカーブで光出力パワーＰが減少する。即ち、レーザ光源１０からのキャリア光の電界吸収型光変調器ＥＡでの吸収量が大きくなる。
【００１０】
電界吸収型光変調器ＥＡにおいて、レーザ光源１０からの発光パワーの吸収は、光電流に変換することで行われる。この光電流は、Ｉphと呼ばれ、図１０に示す印加電圧Ｖm により変化する特性を有する。
【００１１】
ここで、図１１により、光変調器２を構成する電界吸収型光変調器ＥＡと抵抗ＲＬに流れる電流について、考察する。
【００１２】
図１１（Ａ）において、変調信号即ち、入力信号により駆動される電流をＩＰとし、電界吸収型光変調器ＥＡに流れる光電流をＩph2 、抵抗ＲＬに流れる電流をＩＲとする。
（１）図１１（Ｂ）に示すように、Ｉph1 ＝０ｍＡとすると、
Ｖm ＝ＩＲｘＲＬ＝（Ｉp −Ｉph2 ）ｘＲＬ  ・・・▲１▼
となる。
【００１３】
例えば、Ｖm ＝−３Ｖにすべき場合で、Ｉph2 ＝２０ｍＡ、ＲＬ＝５０Ωとすると、
Ｖm ＝６０ｍＡｘ５０＝（８０ｍＡ−２０ｍＡ）ｘ５０  となる。
【００１４】
したがって、変調信号により駆動される電流ＩＰは、Ｉph2 ＝２０ｍＡだけ余分に流す能力が要求される。
（２）Ｉph1 ＞０ｍＡ  である場合、
光変調器の特性として、図１０のように、Ｖm ＝０Ｖでも、キャリア光を吸収して光電流が流れることが分かる。
【００１５】
例えば、図１１（Ａ）の回路において、Ｖm ＝０Ｖの時、ＩＰ＝０ｍＡである。しかし、ＩＰ＝０ｍＡを、▲１▼式に代入して、Ｖm を求めると、
Ｖm ＝（０−Ｉph1 ）ｘＲＬ＝−Ｉph1 ｘＲＬ≠０・・・▲２▼（Ｖm は負電圧）となり、矛盾する。
【００１６】
実際には、光電流Ｉph1 は、抵抗ＲＬに流れ、Ｖm ＝Ｉph1 ｘＲＬ  となり、正の電圧となる。
【００１７】
ここで、伝送特性を決定するチャーピングパラメータαは、図１１（Ｃ）に示すように、電圧Ｖm に依存し、Ｖm ＝０Ｖ付近でのチャーピングパラメータαの変動が大きくなる。
【００１８】
したがって、Ｖm ＞０Ｖとなると、チャーピングパラメータαの変動が大きく伝送特性が保証されない。このために、図１２に示すような、光電流Ｉph1 を引き抜く回路が要求される。
【００１９】
この時の、Ｖm の算出式は、次のように表わされる。
【００２０】
0003736953.tif 000002
式▲３▼より、ＩB ＝Ｉph1 とすることで、Ｉp ＝０ｍＡの時、Ｖｍ＝０となる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図１２（Ａ）におけるパルス電流Ｉp 、バイアス電流ＩB は、温度変動及び、経年変化に対しても一定となるように、制御をかけるのが一般的である。しかし、図１２（Ｂ）のように光電流特性がI〜IIIと変動した場合は、
ＩB ≠Ｉph1 となり、式▲３▼よりＶm が変化する。
【００２２】
結果的に、αパラメータが変化して伝送特性が一定に保証されないことになる。また、同様に光変調器２の電界吸収型光変調器ＥＡの個々の特性にばらつきがある場合は、個々に調整を行なう必要があり、工数がかかるという問題がある。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、温度変動及び、経年変化により光電流量が変化しても、あるいは光電流特性の異なる電界吸収型光変調器ＥＡを使用する光変調器であっても、無調整で光変調器のバイアス電流ＩB を一定とする、伝送特性を安定にする電界吸収型光変調器の駆動回路及び、これを用いた光送信器を提供することにある。
【００２４】
本発明の更なる目的は、以下に説明する本発明の実施の形態からも明らかとなる。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の課題を達成する電界吸収型光変調器の駆動回路は、キャリア光を受け、印加電圧に応じて、このキャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力する。
【００２６】
そして、特徴として、上記電界吸収型光変調器のアノード側電圧のピーク値を検出するピーク値検出回路と、このピーク値検出回路により検知された値と、所定値との差に応じて、前記印加電圧を制御するバイアス電流を制御するバイアスを供給するバイアス電流供給回路を有する。
【００２７】
また、ピーク値検出回路は、電界吸収型光変調器のカソード電流によって生じる電圧のピーク値を検出する様に構成することも可能である。
【００３２】
上記本発明の課題を達成する光送信器は，キャリア光を生成するレーザダイオードと、このキャリア光を受け、印加電圧に応じて、キャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力する第１の電界吸収型光変調器と、第１の電界吸収型光変調器と同一の半導体チップ上に形成された第２の電界吸収型光変調器と、この第２の電界吸収型光変調器の光電流を検知する電流モニター回路と、前記電流モニター回路により検知される光電流に応じて、第１の電界吸収型光変調器の印加電圧を制御するバイアス電流を供給するバイアス電流供給回路を有する。
【００３３】
かかる構成において，更に，具体的態様として，前記レーザダイオードが、前記半導体チップ上に形成されている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に従い、説明する。なお、図において、同一又は、類似のものには同一の参照番号又は、参照記号を付して説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施の形態例である。図１の回路の特徴として、光変調器２の電界吸収型光変調器ＥＡのアノード側電圧Ｖm を検出し、これが常に０Ｖとなるように構成している。
【００３６】
即ち、図１において、ＦＥＴＪ１，Ｊ６で構成される差動対が、入力信号ＤＡＴＡに対応する変調信号として、電界吸収型光変調器ＥＡに駆動電圧を与えるために光変調器２に駆動電流を付与する駆動回路である。
【００３７】
この駆動回路を構成する差動対の共通ソースに、ＦＥＴＪ７で構成される定電流源が付加されている。
【００３８】
このＦＥＴＪ７による定電流源は、電流モニタ回路１で電流を検知する。この検知電流が一定となるように、電流安定化回路２により、ＦＥＴＪ７のゲート電圧が帰還制御される。
【００３９】
さらに図１では、本発明の特徴に従い、電界吸収型光変調器ＥＡのアノード側電圧Ｖm のピーク値を検出するピーク検出回路３を有する。このピーク検出回路３で検出されたピーク値電圧と、基準電圧、ここでは０Ｖとの比較を、バイアス安定化回路４で行なう。
【００４０】
バイアス安定化回路４は、かかる比較を行なう機能と、比較の結果の差電圧を出力する機能を有する。バイアス安定化回路４からの差電圧がバイアス電流供給回路５に入力される。バイアス電流供給回路５では、入力される差電圧に対応する電流に変換する機能を有する。
【００４１】
バイアス電流供給回路５は更に、差電圧に対応して変換された電流を、ＦＥＴＪ１，Ｊ６の差動対で構成される駆動回路から出力される駆動電流から差し引くように、即ち、差電圧に対応して変換された電流を、駆動回路から出力される駆動電流と逆方向に供給する。
【００４２】
したがって、電界吸収型光変調器ＥＡのアノード側電圧Ｖm が０となるように、抵抗ＲＬに流れる電流が帰還制御され、これにより伝送特性が安定化される。
【００４３】
なお、図１において、インダクタンスＬ４は、高周波成分を除去する働きをする。
【００４４】
また、外部光変調器のバイアス回路の制御に関する技術が、一例として、特開平４−６１３９０号公報に記載されている。かかる公報に記載された技術では、検出した光電流の平均値を検知して、出力パワーを一定に制御している。
【００４５】
さらに、光変調器２の電界吸収型光変調器ＥＡに対する駆動（印加）電圧と光電流特性の関係が図１２（Ｂ）のように変化した場合に、駆動電圧が変動するために、伝送特性に重要なαパラメータが変動し、長距離の伝送特性が劣化する。
【００４６】
これに対し、本発明では、駆動電圧が安定であるために、αパラメータが普遍であり、長距離の伝送特性も劣化しない。
【００４７】
図２は、本発明に従う第２の実施例回路である。図２の実施例回路は、図１の実施例回路と比較して、ピーク検出回路３を光変調器の電界吸収型光変調器ＥＡのカソードに接続している点が異なる。なお、ＦＥＴＪ７で構成される定電流源は、簡略して示されているが、原理的な動作は、図１の実施例と同じである。したがって、更なる説明は省略する。
【００４８】
但し、図２では、ピーク検出回路３を光変調器の電界吸収型光変調器ＥＡのカソード側に接続し、光電流に対応する電圧を得るために、抵抗ＲＥＡを電界吸収型光変調器ＥＡのカソードと直列に接続している。
【００４９】
かかる図２の特徴は、ピーク検出回路３を電界吸収型光変調器ＥＡのカソードに接続しているため、高周波の影響を小さくして光電流のピークを検知することが可能である。
【００５０】
ここで、図１１（Ｃ）により説明したように、電界吸収型光変調器ＥＡに対する駆動（印加）電圧が０Ｖ付近では、チャープの影響が大きい。したがって、チャープの影響を低減すべく、更に印加電圧を負方向にシフトして、αパラメータ変動の少ない領域で使用する回路を本発明者等は、先に提案している（例えば、特開平８−３１６５８０号公報図５）。
【００５１】
図３は、本発明に従う、第３の実施例回路であり、かかる先に提案された回路に、本発明を適用した例である。即ち、先に提案された回路では、ＦＥＴＪ６とＪ１による駆動回路と電界吸収型光変調器ＥＡのアノードとを、コンデンサＣ１により直流的に分離している。さらに、電界吸収型光変調器ＥＡのアノードに負電圧（オフセット電圧）を供給している。
【００５２】
図３の本発明に従う実施例では、かかる先に提案して回路において、更に、図１と同様に、ピーク検出回路３、バイアス安定化回路４及びバイアス電流供給回路５により、電界吸収型光変調器ＥＡのアノード電圧Ｖm を、チャープの影響の少ない、負電圧の一定電位となるように制御する。
【００５３】
なお、図３の実施例において、ピーク検出回路３の接続位置を図２の実施例と同様に、電界吸収型光変調器ＥＡのカソード側に抵抗ＲＥＡを接続して、光電流により生じた電圧を検知するようにしてもよい。
【００５４】
ここで、本発明に適用可能な、キャリア光の発光のためのレーザダイオードＬＤと、光変調器用の電界吸収型光変調器ＥＡの構成を考察する。図４は、かかる電界吸収型光変調器ＥＡとレーザダイオードＬＤを、一体にした光変調器集積化ＤＦＢレーザの一構成例を示す図である。
【００５５】
この光変調器集積化ＤＦＢレーザは、例えば、ＧａＩｎＡｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含む直接結合導波路を有する半導体チップとして構成される。キャリア光を発光するレーザダイオードＬＤは、駆動電流を供給するための第１、第２の端子４０，４１を有する。電界吸収型光変調器ＥＡは、印加電圧を供給されるための第３、第４の端子４２，４３を有する。
【００５６】
レーザダイオードＬＤ及び電界吸収型光変調器ＥＡは、一体であり、図示される例では、第２及び第４の端子４１，４３も一体に形成される。第１及び、第２の端子４０，４２は、それぞれ個別にリード線４４，４５が接続される。一体の第２及び第４の端子４１，４３には、共通リード線４６が接続される。
【００５７】
図において、矢印４７は、レーザダイオードＬＤから放射され、電界吸収型光変調器ＥＡを透過するフォワード光を示している。
【００５８】
図５は、本発明の第４の実施例回路である。この実施例の特徴は、図６に示すように、光変調用の電界吸収型光変調器ＥＡを２つ同一の半導体チップに形成したものを使用する例である。
【００５９】
第１、第２の電界吸収型光変調器ＥＡ１、ＥＡ２が、図４において説明したと同様に、一体に半導体チップ５０に形成される。図５に戻り説明すると、半導体チップ５０上の第１の電界吸収型光変調器ＥＡ１が、レーザダイオードＬＤから放射されるキャリア光による光電流をモニタ回路３０によりモニタする。
【００６０】
モニタ回路３０により検知された光電流により、先の実施例と同様に、バイアス安定化回路４及び、バイアス電流供給回路５により、第２の電界吸収型光変調器ＥＡ２のバイアス電流を制御する。
【００６１】
図５の実施例は、他の実施例の制御の方法と比較すると、帰還制御に対して、フィードフォワード制御として考えられる。また、かかる制御が可能な理由は、２つの電界吸収型光変調器ＥＡ１、ＥＡ２が、同一半導体チップ上に同じプロセスで形成されるので、特性も同じになると考えることが可能であるからである。
【００６２】
また、図５では、キャリア光を出力するレーザダイオードＬＤを電界吸収型光変調器ＥＡ１、ＥＡ２のチップと別個にしている。図４で説明したと同様に、レーザダイオードＬＤを、電界吸収型光変調器ＥＡ１、ＥＡ２と同一のチップに形成することも可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上図面に従い、説明したように、本発明は、光変調器の電界吸収型光変調器ＥＡのアノード電圧を検知し、印加電圧が一定となるように制御するバイアス電流を制御している。これにより、温度・経年変化により光電流が変化しても、電界吸収型光変調器ＥＡの印加電圧が一定となるので、伝送特性の劣化を防止することが容易となる。
【００６４】
また、光電流の異なる電界吸収型光変調器を使用した場合、即ち、光変調器の電界吸収型光変調器ＥＡの特性にばらつきが有っても、無調整で光変調器の印加電圧を一定にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う第１の実施例回路である。
【図２】本発明に従う第２の実施例回路である。
【図３】本発明に従う第３の実施例回路である。
【図４】レーザダイオードＬＤと電界吸収型光変調器ＥＡを一体にした光変調器集積化ＤＦＢレーザの一構成例を示す図である。
【図５】本発明に従う、第４の実施例回路である。
【図６】光変調用の電界吸収型光変調器ＥＡを２つ同一の半導体チップに形成した例を示す図である。
【図７】電界吸収型光変調器を用いた、光送信器の構成例ブロックである。
【図８】電界吸収型光変調器及び、キャリア光放出用レーザダイオードの等価回路である。
【図９】印加電圧Ｖm に対する電界吸収型光変調器ＥＡの光出力特性である。
【図１０】光電流の特性例を示す図である。
【図１１】電界吸収型光変調器２を構成する電界吸収型光変調器ＥＡと、抵抗ＲＬに流れる電流について考察する図である。
【図１２】光電流Ｉph1 を引き抜くバイアス電流供給回路の必要性を説明する図である。
【符号の説明】
ＬＤ  キャリア光放出用レーザダイオード
ＥＡ  電界吸収型光変調器
Ｊ１，Ｊ６，Ｊ７  ＦＥＴ
１  電流モニタ回路
２  電流安定化回路
３  ピーク検出回路
４  バイアス安定化回路
５  バイアス電流供給回路
【図１】
0003736953.tif 000003
【図２】
0003736953.tif 000004
【図３】
0003736953.tif 000005
【図４】
0003736953.tif 000006
【図５】
0003736953.tif 000007
【図６】
0003736953.tif 000008
【図７】
0003736953.tif 000009
【図８】
0003736953.tif 000010
【図９】
0003736953.tif 000011
【図１０】
0003736953.tif 000012
【図１１】
0003736953.tif 000013
【図１２】
0003736953.tif 000014