JP5906166B2 - Driving method of light modulation element - Google Patents
Driving method of light modulation element Download PDFInfo
- Publication number
- JP5906166B2 JP5906166B2 JP2012220646A JP2012220646A JP5906166B2 JP 5906166 B2 JP5906166 B2 JP 5906166B2 JP 2012220646 A JP2012220646 A JP 2012220646A JP 2012220646 A JP2012220646 A JP 2012220646A JP 5906166 B2 JP5906166 B2 JP 5906166B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- data2
- data1
- drive
- driving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
本発明は、光変調素子に関し、より詳しくは、光の干渉を用いたマッハツェンダ型光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to a Mach-Zehnder optical modulator using light interference.
現在広く用いられている変調器としては、強誘電体結晶であるニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いたマッハツェンダ型光変調器があげられる。ニオブ酸リチウムのような電気光学結晶に電界を印加するとポッケルス(Pockels)効果によりその屈折率が変化するが、その屈折率変化は印加電界に比例する。マッハツェンダ型光変調器では、電界印加による屈折率変化と光の干渉効果を組み合わせることにより信号光のON/OFF等の変調動作を実現している。 A modulator widely used at present is a Mach-Zehnder type optical modulator using lithium niobate (LiNbO 3 ) which is a ferroelectric crystal. When an electric field is applied to an electro-optic crystal such as lithium niobate, its refractive index changes due to the Pockels effect, but the refractive index change is proportional to the applied electric field. In the Mach-Zehnder type optical modulator, a modulation operation such as ON / OFF of signal light is realized by combining a refractive index change caused by application of an electric field and a light interference effect.
図1は一般的なマッハツェンダ型の光変調素子の構成を示した図である。図1に示す光変調素子は、入力導波路101、光分岐回路102、光合流回路103、光分器回路102および光合流回路103を接続する導波路により構成された2本のアーム104aおよび104b、アーム104aおよび104b上に設置された位相変調器105aおよび105b、そして出力導波路106より構成される。また、図1に示す光変調素子には、位相変調器105aおよび105bに電極107aおよび107bが形成されており、電極107aおよび107bは電極の入口108aおよび108b、電極の出口109aおよび109bを有している。通常はマイクロ波の駆動信号が入口108aおよび108bに加えられ、出口109aおよび109bから素子外部に接続された終端抵抗へと導かれる。光の変調は次のように行われる。すなわち、入力導波路101に入射した信号光は光分岐回路102でアーム104a、104bに2分岐され、位相変調器105a、105bにそれぞれ入射する。位相変調器105a、105bにおいては電極107a、107bにそれぞれ印加される電気駆動信号により導波路のコアもしくはクラッドを構成する媒質の屈折率が変化し、その結果導波路の等価屈折率が変化することにより、導波路を伝搬する光の位相変調が行われる。位相変調された信号光はアーム104aもしくは104b、あるいは位相変調器105aもしくは105bと、経路に応じて互いの位相関係が変調された状態で光合流回路103に入射し、出力導波路106に導かれる。その際、光の干渉によりそれぞれのアームを経由した信号光の相対的な位相差に応じて出力導波路106に入射する信号光の強度が変化する。これがマッハツェンダ変調器の強度変調動作である。光の強度変調動作においては、強度変化にともなう位相の変化、すなわちチャープについて注意する必要がある。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a general Mach-Zehnder type light modulation element. The optical modulation element shown in FIG. 1 includes two arms 104a and 104b each including an input waveguide 101, an optical branching circuit 102, an optical combining circuit 103, an optical splitter circuit 102, and a waveguide connecting the optical combining circuit 103. , Phase modulators 105 a and 105 b installed on the arms 104 a and 104 b, and an output waveguide 106. In the light modulation element shown in FIG. 1, electrodes 107a and 107b are formed on phase modulators 105a and 105b. Electrodes 107a and 107b have electrode inlets 108a and 108b and electrode outlets 109a and 109b. ing. Usually, a microwave drive signal is applied to the inlets 108a and 108b, and is guided from the outlets 109a and 109b to a termination resistor connected to the outside of the device. The light is modulated as follows. That is, the signal light incident on the input waveguide 101 is branched into two by the optical branch circuit 102 to the arms 104a and 104b, and enters the phase modulators 105a and 105b, respectively. In the phase modulators 105a and 105b, the refractive index of the medium constituting the core or cladding of the waveguide is changed by the electric drive signals applied to the electrodes 107a and 107b, respectively, and as a result, the equivalent refractive index of the waveguide is changed. Thus, phase modulation of light propagating through the waveguide is performed. The phase-modulated signal light enters the optical converging circuit 103 in a state where the phase relationship between the arm 104a or 104b or the phase modulator 105a or 105b is modulated according to the path, and is guided to the output waveguide 106. . At this time, the intensity of the signal light incident on the output waveguide 106 changes according to the relative phase difference of the signal light that has passed through the respective arms due to light interference. This is the intensity modulation operation of the Mach-Zehnder modulator. In the light intensity modulation operation, it is necessary to pay attention to the phase change accompanying the intensity change, that is, the chirp.
ここで従来の光変調素子の駆動法について説明する。マッハツェンダ光変調器では駆動方法によりチャープが自由に制御できるという特徴がある。この様子を図2にまとめた。図2は各駆動条件に対し、横軸を時間T、縦軸を駆動電圧V、変調出力光強度P、光周波数シフトΔfのいずれかとした図を示している。いま、図1に示した上側のアーム104aをアーム1、下側のアーム104bをアーム2と呼ぶことにする。たとえば、アーム1に設置された位相変調器105aのみを電気信号(この電気信号を「DATA1」と呼ぶ)により駆動した場合(図2中の駆動条件1、一方のアームのみを駆動するため片アーム駆動と呼ばれる)は出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が負方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が正方向にシフトするというネガティブチャープになる。またアーム2に設置された位相変調器105bのみ、駆動条件1で用いた駆動信号の反転信号(この電気信号を「DATA2」と呼ぶ)により駆動した場合(図2中の駆動条件2、この場合も一方のアームのみを駆動するため片アーム駆動と呼ばれる)は、出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が正方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が負方向にシフトするというポジティブチャープになるといった具合に駆動条件を設定することができる。ここで重要なのは、出力光強度波形の立ち上がり部および立ち下がり部において光周波数のシフトが生じないゼロチャープの駆動条件である。これは2つの位相変調器105aおよび105bを差動信号(すなわちDATA1とDATA2)により対称に、すなわち等しい電圧振幅でプッシュプル駆動した場合(図2中の駆動条件3)に実現することが可能となる(例えば非特許文献1および非特許文献2参照)。 Here, a conventional method of driving the light modulation element will be described. The Mach-Zehnder optical modulator has a feature that chirp can be freely controlled by a driving method. This situation is summarized in FIG. FIG. 2 shows a diagram in which the horizontal axis represents time T, the vertical axis represents drive voltage V, modulated output light intensity P, and optical frequency shift Δf for each drive condition. Now, the upper arm 104a shown in FIG. 1 is called arm 1, and the lower arm 104b is called arm 2. For example, when only the phase modulator 105a installed in the arm 1 is driven by an electric signal (this electric signal is called "DATA1") (driving condition 1 in FIG. 2, one arm for driving only one arm) This is a negative chirp in which the optical frequency shifts in the negative direction at the rising portion of the output light intensity waveform and the optical frequency shifts in the positive direction at the falling portion of the output light intensity waveform. Further, when only the phase modulator 105b installed in the arm 2 is driven by an inverted signal of the drive signal used in the drive condition 1 (this electric signal is referred to as “DATA2”) (drive condition 2 in FIG. 2, this case) This is called single arm drive because it drives only one arm), and the optical frequency shifts in the positive direction at the rising edge of the output light intensity waveform, and the optical frequency shifts in the negative direction at the falling edge of the output light intensity waveform. It is possible to set the driving conditions such as positive chirp. What is important here is the driving condition of zero chirp in which the optical frequency shift does not occur at the rising and falling portions of the output light intensity waveform. This can be realized when the two phase modulators 105a and 105b are symmetrically driven by differential signals (that is, DATA1 and DATA2), that is, when push-pull driving is performed with equal voltage amplitude (driving condition 3 in FIG. 2). (For example, see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
非特許文献1および2においては、図1に示されているような、2つのアームが対称な構造を有する対称マッハツェンダ型の変調器において、同一波形でかつ極性、もしくは各レベルの電位の大小関係が反転した2つの駆動波形によりプッシュプル駆動を行った場合に、全ての電圧範囲でゼロチャープ動作が可能なことが示されている。 In Non-Patent Documents 1 and 2, in a symmetric Mach-Zehnder type modulator in which two arms have a symmetric structure as shown in FIG. 1, the same waveform and polarity, or the magnitude relationship between potentials at each level It is shown that when the push-pull drive is performed with two drive waveforms in which is inverted, a zero chirp operation is possible in the entire voltage range.
差動信号を用いた対称プッシュプルであるため、アーム1に設置された位相変調器105aとアーム2に設置された位相変調器105bに印加される駆動電気信号を足し合わせると、その振幅は一定値となる。差動信号を用いた対称プッシュプル駆動による変調器の出力波形のアイパターンの一例を図3に示す。図3(a)は変調速度10Gbit/sの場合の、アーム1に設置された位相変調器に印加される駆動信号DATA1とおよびアーム2に設置された位相変調器に印加される駆動信号DATA2ならびにそれらの和のアイパターンを、図3(b)はマッハツェンダ変調器の変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを、それぞれ示している。光周波数が変動しないゼロチャープを実現するための対称プッシュプルであるため、DATA1信号とDATA2信号の振幅は等しく、また、その和はビットの遷移領域も含めて一定値となる。ここで、ビットの遷移領域とは、ビット間で、電気駆動信号、または光強度信号のレベルの遷移が生じる領域のことである。また、クロスポイントを、光強度振幅の最大値の50%の位置にくるようにするために、DATA1信号とDATA2信号のアイパターンにおいても電気波形のクロスポイントは、振幅の50%の位置にあることが要求される。ここで、クロスポイントとは、電気駆動信号波形、または光強度波形のビットの遷移領域における立ち上がりと立ち下がりの交差する点である。従来広く用いられてきたマッハツェンダ変調器における、ゼロチャープ信号を発生させるための駆動方法は、クロスポイントが50%である差動信号DATA1およびDATA2により、等しい振幅で、駆動電気信号の振幅の和が一定になるように、対称にプッシュプル駆動を行う、ということであった。このような駆動条件のもとでは、図3(b)に示したように、光強度波形はクロスポイントが光強度振幅の最大値の50%の位置となり、対称性の良い良好な変調波形となり、また光周波数シフトはゼロで一定値となる、すなわちゼロチャープ動作が実現されていることがわかる。 Since it is a symmetrical push-pull that uses a differential signal, when the drive electrical signal applied to the phase modulator 105a installed in the arm 1 and the phase modulator 105b installed in the arm 2 is added, the amplitude is constant. Value. An example of the eye pattern of the output waveform of the modulator by symmetrical push-pull drive using a differential signal is shown in FIG. FIG. 3A shows a drive signal DATA1 applied to the phase modulator installed in the arm 1 and a drive signal DATA2 applied to the phase modulator installed in the arm 2 when the modulation speed is 10 Gbit / s. FIG. 3B shows the eye pattern of the sum of those, and FIG. 3B shows the eye pattern of the optical frequency and light intensity of the modulated light output of the Mach-Zehnder modulator. Since this is a symmetric push-pull for realizing zero chirp in which the optical frequency does not vary, the amplitudes of the DATA1 signal and DATA2 signal are equal, and the sum is a constant value including the bit transition region. Here, the bit transition region is a region where a level transition of the electric drive signal or the light intensity signal occurs between bits. Further, in order to bring the cross point to the position of 50% of the maximum value of the light intensity amplitude, the cross point of the electric waveform is also at the position of 50% of the amplitude in the eye pattern of the DATA1 signal and the DATA2 signal. Is required. Here, the cross point is a point where the rising edge and the falling edge intersect in the bit transition region of the electric drive signal waveform or the light intensity waveform. The driving method for generating a zero chirp signal in a Mach-Zehnder modulator that has been widely used in the past is the same amplitude and the sum of the amplitudes of the driving electric signals is constant by the differential signals DATA1 and DATA2 having a cross point of 50%. In other words, the push-pull drive is performed symmetrically. Under such driving conditions, as shown in FIG. 3B, the light intensity waveform has a cross point at a position of 50% of the maximum value of the light intensity amplitude, and a good modulation waveform with good symmetry is obtained. It can also be seen that the optical frequency shift is zero and has a constant value, that is, zero chirp operation is realized.
ここで、信号光の強度変調された出力信号が十分な消光比を持つための駆動振幅について補足すると、駆動条件1および2の片アーム駆動の場合は半波長電圧Vπで、駆動条件3の対称プッシュプル駆動の場合は差動信号それぞれについて半波長電圧の半分であるVπ/2で、それぞれ駆動すればよい。 Here, supplementing the drive amplitude for the intensity-modulated output signal of the signal light to have a sufficient extinction ratio, the half-wave voltage Vπ in the case of the one-arm drive of the drive conditions 1 and 2, the drive condition 3 In the case of symmetric push-pull driving, each differential signal may be driven with V π / 2, which is half the half-wave voltage.
さらに、プッシュプル駆動でありながら、アーム1に設置された位相変調器に印加される駆動信号と、アーム2に設置された位相変調器に印加される駆動信号の振幅が等しくないような非対称なプッシュプル駆動が行われた場合は、アーム1とアーム2にそれぞれ設置されている位相変調器のうち、印加される信号の振幅の大きかった位相変調器に片アーム駆動した場合と同じ方向のチャープが生じる。このため、例えば、アーム1に設置された位相変調器105aに印加される駆動電気信号の振幅がアーム2に設置された位相変調器105bに印加される駆動電気信号の振幅がよりも大きかった場合は、ネガティブチャープとなる。ただし、チャープの大きさ(絶対値)は片アーム駆動の場合よりは小さくなる。非対称なプッシュプル駆動が行われた場合の信号光の強度変調された出力信号が十分な消光比を持つための駆動振幅の条件は、非対称なプッシュプル駆動を行う振幅の異なる駆動信号の振幅の和が半波長電圧Vπとなるようにすればよい。 Further, while being a push-pull drive, the drive signal applied to the phase modulator installed in the arm 1 and the drive signal applied to the phase modulator installed in the arm 2 are asymmetric so that they are not equal in amplitude. When push-pull drive is performed, the chirp in the same direction as that when one-arm drive is performed on the phase modulator having a large amplitude of the applied signal among the phase modulators installed in the arms 1 and 2 respectively. Occurs. Therefore, for example, when the amplitude of the drive electric signal applied to the phase modulator 105a installed in the arm 1 is larger than the amplitude of the drive electric signal applied to the phase modulator 105b installed in the arm 2 Becomes negative chirp. However, the size (absolute value) of the chirp is smaller than that in the case of single arm drive. When the asymmetric push-pull drive is performed, the condition of the drive amplitude for the intensity-modulated output signal of the signal light to have a sufficient extinction ratio is the amplitude of the drive signal having a different amplitude for performing the asymmetric push-pull drive. The sum may be a half-wave voltage Vπ .
上記例ではアーム1側を片アーム駆動した際にネガティブチャープとなる場合について説明してきた。しかし、アーム1とアーム2のうちどちらに接続されている位相変調器を駆動した際にネガティブチャープになるかは、初期の位相状態に依存し、または外部から印加される駆動電気信号(上記DATA1とDATA2)と重畳されてアーム1もしくはアーム2の位相変調器に印加されるバイアス電圧により任意に設定することが可能である。 In the above example, the case where the arm 1 side is negatively chirped when one arm is driven has been described. However, whether the phase modulator connected to either arm 1 or arm 2 is driven to be negative chirp depends on the initial phase state, or an external drive electric signal (DATA1 above) And a bias voltage applied to the phase modulator of arm 1 or arm 2 in a superimposed manner and DATA2).
以上が一般的なマッハツェンダ型の光変調器の動作であるが、半導体材料を用いた変調器の場合は動作が複雑となる。(例えば、非特許文献3参照)。 The above is the operation of a general Mach-Zehnder type optical modulator. In the case of a modulator using a semiconductor material, the operation becomes complicated. (For example, refer nonpatent literature 3).
非特許文献3には、半導体の多重量子井戸構造を用いたマッハツェンダ変調器において、対称プッシュプル駆動を行った場合においてもαパラメータが負、すなわち、ネガティブチャープとなることが示されている(非特許文献3、Fig.4参照)。 Non-Patent Document 3 shows that in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor multiple quantum well structure, the α parameter is negative, that is, negative chirp even when symmetric push-pull driving is performed (non-chirp) (Non-Patent Document 3) Patent Document 3, FIG. 4).
以下にこの理由を説明する。図4は半導体における印加電圧と屈折率変化の関係の一例を示したものである。印加電圧(より正確には電界)に対し屈折率が線形に変化するポッケルス効果に加え、印加電圧(より正確には電界)に対し屈折率が非線形に変化する成分が存在する。この非線形な特性は、例えば、光導波路のコア層を多重量子井戸層で構成し、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)による電気光学効果を利用することにより顕著に現れる。ポッケルス効果とQCSEのそれぞれの大きさの相対関係は、材料の組成、膜厚、使用時の電界の大きさ等により決定される。導波路の屈折率変化が非線形となった場合は、導波路を伝搬する光の位相変化も非線形となる。このように、光導波路のコアまたはクラッドの一部に半導体を用いた場合には、印加電圧もしくは電界に対する位相変化が非線形となるために、完全なゼロチャープ動作が困難である。この様子を図5にまとめた。図5は半導体材料を用いた場合の変調特性について、各駆動条件に対し、横軸を時間T、縦軸を駆動電圧V、変調出力光強度P、光周波数シフトΔfのいずれかとした図を示している。 The reason for this will be described below. FIG. 4 shows an example of the relationship between applied voltage and refractive index change in a semiconductor. In addition to the Pockels effect in which the refractive index changes linearly with respect to the applied voltage (more precisely, the electric field), there is a component whose refractive index changes nonlinearly with respect to the applied voltage (more precisely, the electric field). This non-linear characteristic appears remarkably when, for example, the core layer of the optical waveguide is composed of multiple quantum well layers and the electro-optic effect due to the quantum confined Stark effect (QCSE) is used. The relative relationship between the Pockels effect and the QCSE is determined by the composition of the material, the film thickness, the magnitude of the electric field during use, and the like. When the refractive index change of the waveguide becomes nonlinear, the phase change of light propagating through the waveguide is also nonlinear. As described above, when a semiconductor is used for a part of the core or the clad of the optical waveguide, the phase change with respect to the applied voltage or the electric field becomes nonlinear, so that complete zero chirp operation is difficult. This situation is summarized in FIG. FIG. 5 shows a diagram of modulation characteristics when a semiconductor material is used, with the horizontal axis representing time T, the vertical axis representing drive voltage V, modulation output light intensity P, and optical frequency shift Δf for each driving condition. ing.
図1のアーム104a(図5中のアーム1)に設置された位相変調器105aのみを電気信号(DATA1)により駆動した場合(図5中の駆動条件1)は出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が負方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が正方向にシフトするというネガティブチャープになり、またアーム104b(図5中のアーム2)に設置された位相変調器105bのみを、駆動条件1で用いた駆動信号の反転信号(DATA2)により駆動した場合(図5中の駆動条件2)は、出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が正方向にシフトし、出力光強度波形立ち下がり部において光周波数が負方向にシフトするというポジティブチャープになるという点は、図2に示した強誘電体結晶を用いた変調器と同様である。 When only the phase modulator 105a installed on the arm 104a in FIG. 1 (arm 1 in FIG. 5) is driven by the electric signal (DATA1) (driving condition 1 in FIG. 5), at the rising portion of the output light intensity waveform. The optical frequency shifts in the negative direction and the optical frequency shifts in the positive direction at the falling edge of the output light intensity waveform, and the phase modulator 105b installed in the arm 104b (arm 2 in FIG. 5). Is driven by the inverted signal (DATA2) of the drive signal used in drive condition 1 (drive condition 2 in FIG. 5), the optical frequency is shifted in the positive direction at the rising portion of the output light intensity waveform, and output is performed. The positive chirp that the optical frequency shifts in the negative direction at the falling edge of the light intensity waveform uses the ferroelectric crystal shown in FIG. It is similar to the modulator.
しかしながら、半導体材料を用いた変調器の場合は、位相変調器105aおよび105bを差動信号(すなわちDATA1とDATA2)により対称に、すなわち等しい電圧振幅でプッシュプル駆動した場合(図5中の駆動条件3)であっても、出力光強度波形の立ち上がり部において光周波数が正方向にシフトしたのち急速に負方向にシフトする微分波形の様な波形を示し、また出力光強度波形立ち下がり部においても同様に光周波数が正方向にシフトしたのち急速に負方向にシフトする、立ち上がり部と同様な微分波形の様な波形を示す。このように、対称プッシュプル駆動時においても、出力光強度波形の立ち上がり部および立ち下がり部において同様の微分波形状の光周波数変化が生じるということが半導体を用いたマッハツェンダ型光変調器の特徴である。この微分波形状の光周波数シフトは、図5において示すように、一点鎖線で挟まれた出力光強度の強い部分では駆動条件1のネガティブチャープの場合と同方向の周波数シフトであるため、この微分波形状の周波数シフトの場合も実質的にはネガティブチャープとなる。 However, in the case of a modulator using a semiconductor material, the phase modulators 105a and 105b are symmetrically driven by differential signals (that is, DATA1 and DATA2), that is, when push-pull drive is performed with an equal voltage amplitude (driving conditions in FIG. 5). 3), it shows a waveform like a differential waveform that rapidly shifts in the negative direction after the optical frequency shifts in the positive direction at the rising portion of the output light intensity waveform, and also at the falling portion of the output light intensity waveform. Similarly, it shows a waveform like a differential waveform similar to the rising portion, in which the optical frequency shifts in the positive direction and then rapidly shifts in the negative direction. As described above, the characteristic of the Mach-Zehnder type optical modulator using a semiconductor is that the same optical frequency change in the differential wave shape occurs at the rising and falling portions of the output light intensity waveform even during symmetric push-pull drive. is there. As shown in FIG. 5, this differential wave-shaped optical frequency shift is a frequency shift in the same direction as that of the negative chirp in the driving condition 1 in the portion where the output light intensity is sandwiched between the alternate long and short dash lines. In the case of a wave-shaped frequency shift, a negative chirp is substantially obtained.
差動信号を用いた対称プッシュプル駆動による半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の出力波形のアイパターンの一例を図6に示す。図6(a)はアーム1に設置された位相変調器に印加される駆動信号DATA1およびアーム2に設置された位相変調器に印加される駆動信号DATA2ならびにそれらの和のアイパターンを、図6(b)はマッハツェンダ変調器の変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを、それぞれ示している。従来広く用いられてきたマッハツェンダ変調器における、ゼロチャープ信号を発生させるための駆動方法、すなわち、クロスポイントが50%である差動信号DATA1およびDATA2により、等しい振幅で、駆動電気信号の振幅の和が一定になるように、対称にプッシュプル駆動を行う、という駆動方法を半導体マッハツェンダ変調器に適用したケースに相当する。 An example of an eye pattern of an output waveform of a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material by symmetrical push-pull drive using a differential signal is shown in FIG. 6A shows the drive signal DATA1 applied to the phase modulator installed in the arm 1, the drive signal DATA2 applied to the phase modulator installed in the arm 2, and the eye pattern of their sum. (B) shows the eye patterns of the optical frequency and light intensity of the modulated light output of the Mach-Zehnder modulator, respectively. The driving method for generating the zero chirp signal in the Mach-Zehnder modulator that has been widely used in the past, that is, the differential signals DATA1 and DATA2 having a cross point of 50%, the sum of the amplitudes of the driving electric signals is equal. This corresponds to a case where the driving method of performing the push-pull driving symmetrically so as to be constant is applied to the semiconductor Mach-Zehnder modulator.
図6(a)に示したように、図3の場合と同様に駆動電気信号は、DATA1信号とDATA2信号の振幅は等しく、また、その和はビットの遷移領域も含めて一定値となる。また、DATA1信号とDATA2信号のアイパターンにおいても電気波形のクロスポイントは振幅の50%の位置にくる。このような駆動条件の時、光強度波形のビットの遷移領域における立ち上がりと立ち下がりの交差する点、いわゆるクロスポイントは、図6(b)に示したように、光強度振幅の最大値の50%の位置となる。これも図3に示した従来の誘電体材料を用いた変調器の場合と同様である。しかしながら、周波数シフトについて比較すると、図3に示した従来の誘電体材料を用いた変調器の場合では、周波数シフトはゼロで一定値となっていたのに対し、図6(b)の半導体材料を用いた変調器の場合では、微分形状の周波数シフトがビット遷移部に生じていることがわかる。すなわち、ビットのレベル遷移が生じなかった場合は周波数シフトは生じないためゼロでフラットとなり、一方ビットのレベル遷移が生じた場合は前半部で正の周波数シフト、後半部で負の周波数シフトとなるような微分形状の周波数シフトが生じている。図3(b)に示した誘電体材料を用いた場合と図6(b)に示した半導体材料を用いた場合では、光強度波形には有意差は認められないにもかかわらず、光周波数シフトでは大きな差が生じている。これは、光強度波形からは光周波数シフトの状態、言い換えれば周波数チャープの状態を判断することは不可能であるということを示している。 As shown in FIG. 6A, as in the case of FIG. 3, the amplitude of the DATA1 signal and DATA2 signal is the same as in the case of FIG. 3, and the sum is a constant value including the bit transition region. Also in the eye pattern of the DATA1 signal and the DATA2 signal, the cross point of the electric waveform is at a position of 50% of the amplitude. Under such driving conditions, the point where the rise and fall of the bit transition region of the light intensity waveform intersect, that is, the so-called cross point, is 50 as the maximum value of the light intensity amplitude as shown in FIG. % Position. This is also the same as the case of the modulator using the conventional dielectric material shown in FIG. However, when comparing the frequency shift, in the case of the modulator using the conventional dielectric material shown in FIG. 3, the frequency shift was zero and a constant value, whereas the semiconductor material of FIG. It can be seen that in the case of a modulator using, a differential frequency shift occurs in the bit transition portion. In other words, if no bit level transition occurs, no frequency shift occurs, so that it is flat at zero, whereas if a bit level transition occurs, the first half is a positive frequency shift and the second half is a negative frequency shift. Such a differential shape frequency shift occurs. In the case of using the dielectric material shown in FIG. 3B and the case of using the semiconductor material shown in FIG. There is a big difference in shifting. This indicates that it is impossible to determine the state of optical frequency shift, in other words, the state of frequency chirp, from the light intensity waveform.
このように、半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合では、従来の誘電体変調器におけるゼロチャープ動作の条件で駆動した場合においても、光強度波形は対称性の良い変調波形が得られるものの光周波数は微分形状のシフトが発生し、ゼロチャープ動作ができなかった。 As described above, in the case of a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material, even when driven under the condition of zero chirp operation in a conventional dielectric modulator, the light intensity waveform can be obtained with a good symmetry, but the optical frequency A differential shape shift occurred and the zero chirp operation could not be performed.
すなわち、半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合は、対称プッシュプル駆動を行った場合でもネガティブチャープとなり、ゼロチャープ動作は実現できない。 That is, in the case of a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material, even when symmetric push-pull driving is performed, a negative chirp is generated and a zero chirp operation cannot be realized.
従来の半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においては、前述の通り、電圧印加時の屈折率変化、もしくは位相変化が非線形となるために、対称プッシュプル駆動を行った場合でもネガティブチャープとなり、ゼロチャープ動作は実現できなかった。さらにこのネガティブチャープ状態においても光強度波形はクロスポイントが光強度振幅の最大値の50%の位置となり、光強度波形からチャープの状態を判断することも難しく、チャープを調整するための手段および方法がほとんどなかった。 In a Mach-Zehnder modulator using a conventional semiconductor material, as described above, since the refractive index change or phase change during voltage application is non-linear, it becomes negative chirp even when symmetric push-pull drive is performed, and zero chirp operation Could not be realized. Further, even in this negative chirp state, the light intensity waveform has a cross point at a position of 50% of the maximum value of the light intensity amplitude, and it is difficult to judge the state of the chirp from the light intensity waveform, and means and method for adjusting the chirp There was almost no.
非特許文献3においては、本願の図1に示したマッハツェンダ干渉計を構成する導波路の分岐回路102の分岐比を1:1からずらして非対称にすることで、周波数チャープを低減できることが提案されているが、分岐比を1:1から所望の値にずらすことは難しく、また波長依存性等が発生してしまうリスクも考慮した場合、現実的な方法とは言い難い。また、非特許文献3においては、アーム1とアーム2にそれぞれ設置された位相変調器のバイアス電圧を非対称にすることで、周波数チャープを低減できることも提案されているが、これだけでは非特許文献3のFig.4のからわかるように十分な効果を得ることはできない。 In Non-Patent Document 3, it is proposed that the frequency chirp can be reduced by making the branching ratio of the waveguide branching circuit 102 constituting the Mach-Zehnder interferometer shown in FIG. However, it is difficult to shift the branching ratio from 1: 1 to a desired value, and it is difficult to say that it is a realistic method in consideration of the risk of wavelength dependency and the like. In Non-Patent Document 3, it has been proposed that the frequency chirp can be reduced by making the bias voltages of the phase modulators installed in the arms 1 and 2 asymmetrical. FIG. As can be seen from 4, sufficient effects cannot be obtained.
本発明は、上述した従来の問題点を解決し、分岐比を1:1から変える等の非現実的な手段をとることなく、通常用いられる構成、例えば、光の分岐比が1:1であり、2本の光変調器の構造が略同一であるマッハツェンダ変調器においてゼロチャープを実現するための駆動方法を提供し、さらには本駆動方法を用いた光送信装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems and does not take unrealistic means such as changing the branching ratio from 1: 1. For example, the configuration used normally, for example, the light branching ratio is 1: 1. Provided is a driving method for realizing zero chirp in a Mach-Zehnder modulator in which the structures of two optical modulators are substantially the same, and an object thereof is to provide an optical transmission device using the driving method. .
上記目的を達成するために、本発明における請求項1記載の発明では、光変調素子を構成する2本のアームにそれぞれ備えられた第1および第2の位相変調領域への印加電圧に対し非線形な位相変化特性を有するマッハツェンダ型の光変調素子の駆動方法であって、光変調素子の駆動電気信号として第1の位相変調領域にDATA1信号を、第2の位相変調領域にDATA2信号を印加するとき、DATA1信号を第1の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅と、DATA2信号を前記第2の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅とが等しく、DATA1信号を論理反転してDATA2信号とし、DATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号の印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定値をとり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるように設定されている。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, nonlinearity is applied to voltages applied to the first and second phase modulation regions respectively provided in the two arms constituting the light modulation element. A method for driving a Mach-Zehnder type optical modulation element having a favorable phase change characteristic, wherein a DATA1 signal is applied to a first phase modulation area and a DATA2 signal is applied to a second phase modulation area as a drive electric signal of the optical modulation element when, D and amplitude normalized respectively ATA1 signal at half-wave voltage of the first phase modulation region, rather equal and the amplitude normalized respectively DATA2 signal by half-wave voltage of the second phase modulation region, The DATA1 signal is logically inverted to become a DATA2 signal, and the sum of the applied voltages of the driving electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal takes a constant value except for the bit transition region, The bit transition region is set to be larger than the predetermined value . Thus, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect, a zero chirp operation is possible.
また、請求項2記載の発明では、DATA1信号およびDATA2信号のそれぞれの印加電圧の絶対値が大きいマークレベルのビット幅が、印加電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅よりも広くなるように設定することにより、DATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号の印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定値をとり、かつビット遷移領域では一定値よりも大きくなるように設定されている。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。 According to the second aspect of the invention, the bit width of the mark level where the absolute value of the applied voltage of each of the DATA1 signal and the DATA2 signal is large is wider than the bit width of the space level where the absolute value of the applied voltage is small. by setting, the sum of the applied voltage of the driving electrical signals DATA1 signal and DATA2 signal takes a constant value except bit transition region, and a bit transition region is set to be larger than a certain value. Thus, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect, a zero chirp operation is possible.
請求項3記載の発明では、DATA1信号およびDATA2信号のそれぞれの印加電圧のアイパターンにおいて、印加電圧の絶対値が大きいマークレベルと印加電圧の絶対値が小さいスペースレベルとの遷移領域において、印加電圧の立ち上がりと立ち下がりが交差するクロスポイントが全て印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定されている。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。 In the invention according to claim 3, in the eye patterns of the applied voltages of the DATA1 signal and the DATA2 signal, the applied voltage is applied in the transition region between the mark level where the absolute value of the applied voltage is large and the space level where the absolute value of the applied voltage is small. rising and falling of is set to shift to the large direction of the absolute value than the center value of the cross point are all applied voltage crossing. Thus, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect, a zero chirp operation is possible.
請求項4記載の発明では、DATA1信号およびDATA2信号の印加電圧の和のビット遷移領域における最大値をEmax、ビット遷移領域を除いた領域における一定値をEconstとするとき、その比であるRe=Emax/Econstが1<Re<1.67の範囲に設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。 In the invention according to claim 4, when the maximum value in the bit transition region of the sum of the applied voltages of the DATA1 signal and the DATA2 signal is Emax and the constant value in the region excluding the bit transition region is Econst, Re = Emax / Econst is set in the range of 1 <Re <1.67. Thus, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect, a zero chirp operation is possible.
請求項5記載の発明では、DATA1信号およびDATA2信号の印加電圧の大きなマークレベルのビット幅をTmk、印加電圧の小さなスペースレベルのビット幅をTspとするとき、その比であるRt=Tmk/Tspが1<Rt<1.7の範囲に設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the bit width of the mark level with a large applied voltage of the DATA1 signal and the DATA2 signal is Tmk and the bit width of the space level with a small applied voltage is Tsp, the ratio is Rt = Tmk / Tsp. Is set in the range of 1 <Rt <1.7. Thus, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect, a zero chirp operation is possible.
請求項6記載の発明では、DATA1信号およびDATA2信号の印加電圧のクロスポイントの位置をRx(%)とするとき、Rxが50<Rx<84の範囲に設定する。これにより非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the position of the cross point of the applied voltage of the DATA1 signal and the DATA2 signal is Rx (%), Rx is set in the range of 50 <Rx <84. Thus, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect, a zero chirp operation is possible.
本発明によれば、QCSE効果に代表される非線形な効果を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器においても、ゼロチャープ動作が可能となり、小型で高性能な光送信機を実現することが可能となる。またそれによりQCSE効果を積極的に利用することも可能となるため、光変調器ならびにそれを用いた光送信機のさらなる低駆動電圧化、低消費電力化が可能となった。 According to the present invention, even in a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear effect typified by the QCSE effect, zero chirp operation is possible, and a small and high-performance optical transmitter can be realized. . In addition, since the QCSE effect can be used positively, it is possible to further reduce the drive voltage and power consumption of the optical modulator and the optical transmitter using the same.
[実施例]
図7は本発明の実施例を説明した図であって、図1に示した様な構成の、半導体材料を用いたマッハツェンダ型光変調素子の変調特性について、横軸を時間T、縦軸を駆動電圧V、変調出力光強度P、光周波数シフトΔfのいずれかとした図を示している。マッハツェンダ変調器を構成する2本のアームにそれぞれ備えられた位相変調器105aおよび105bに、とDATA1信号と、DATA1信号に対し論理反転したDATA2信号で、プッシュプル駆動を行うという点では従来の駆動法と同様である。
[Example]
FIG. 7 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. With respect to the modulation characteristics of a Mach-Zehnder type optical modulation element using a semiconductor material having the configuration as shown in FIG. The figure shows one of the drive voltage V, the modulated output light intensity P, and the optical frequency shift Δf. Conventional drive in that push-pull drive is performed on the phase modulators 105a and 105b respectively provided in the two arms constituting the Mach-Zehnder modulator, the DATA1 signal, and the DATA2 signal logically inverted with respect to the DATA1 signal. Same as the law.
本願の駆動法の特徴は、次のとおりである。DATA2信号において、DATA1信号に対し論理反転した信号をDATA2信号としたのち、DATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号を、その印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定であり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるように設定する。ビット遷移領域以外ではDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号の振幅は等しく、対称プッシュプル駆動となっている。従来の対称プッシュプル駆動では、その印可電圧の和がビット遷移領域も含め一定であったのに対し、本願の駆動方法では、ビット遷移領域を除いて対称プッシュプル駆動、ビット遷移領域では対称性を崩すという点が大きく異なっている。 The features of the driving method of the present application are as follows. In the DATA2 signal, a signal logically inverted with respect to the DATA1 signal is changed to the DATA2 signal, and the sum of the applied voltages of the DATA1 signal and the DATA2 signal is constant except for the bit transition region and the bit transition The area is set to be larger than the predetermined value. Outside the bit transition region, the amplitudes of the drive electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal are equal, and symmetric push-pull drive is performed. In the conventional symmetrical push-pull drive, the sum of the applied voltages is constant including the bit transition region, whereas in the driving method of this application, the symmetrical push-pull drive except for the bit transition region and the symmetry in the bit transition region. The point of breaking down is very different.
これは、DATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号の印加電圧の絶対値が大きなマークレベルのビット幅が印加電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅よりも広くなるように設定することにより実現することが可能である。すなわち、図7に示したように、アーム1に設置された位相変調器105aをDATA1信号により駆動し、アーム2に設置された位相変調器105bを、DATA2信号により駆動し、かつDATA1信号およびDATA2信号の両者ともに、駆動信号の電圧の絶対値が大きいマークレベルの1ビット分の幅が一点鎖線で挟まれた出力光強度の強い部分の1ビット幅よりも同じ比率分だけ広くなるように設定することにより実現することが可能である。このとき、印加電圧の絶対値が小さなスペースレベルのビット幅は自動的にマークレベルのビット幅よりも狭くなっている。 This is realized by setting the bit width of the mark level where the absolute value of the applied voltage of the drive electric signal of the DATA1 signal and the DATA2 signal is larger than the bit width of the space level where the absolute value of the applied voltage is small. It is possible. That is, as shown in FIG. 7, the phase modulator 105a installed in the arm 1 is driven by the DATA1 signal, the phase modulator 105b installed in the arm 2 is driven by the DATA2 signal, and the DATA1 signal and DATA2 are driven. Both of the signals are set so that the width of one bit of the mark level where the absolute value of the voltage of the drive signal is large is wider by the same ratio than the one bit width of the portion where the output light intensity is sandwiched between the dashed lines. This can be realized. At this time, the bit width of the space level where the absolute value of the applied voltage is small is automatically narrower than the bit width of the mark level.
このような駆動条件を用いると光変調出力は、強度波形のクロスポイントを50%に保持した状態で、図7に示したように、光周波数のシフトをほぼゼロになるように大幅に低減し、周波数チャープを大幅に減少させることが可能となる。ここで、クロスポイントとは、電気駆動信号波形、または光強度波形のビットの遷移領域における立ち上がりと立ち下がりの交差する点と定義されている。 When such driving conditions are used, the optical modulation output is greatly reduced so that the optical frequency shift becomes almost zero as shown in FIG. 7 while maintaining the cross-point of the intensity waveform at 50%. The frequency chirp can be greatly reduced. Here, the cross point is defined as a point where the rising edge and the falling edge intersect in the transition region of the bit of the electric drive signal waveform or the light intensity waveform.
本発明の駆動法を用いた場合の半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器の出力波形のアイパターンの一例を図8に示す。図8(a)はアーム1に設置された位相変調器に印加される駆動信号DATA1とおよびアーム2に設置された位相変調器に印加される駆動信号DATA2ならびにそれらの和のアイパターンを、図8(b)はマッハツェンダ変調器の変調光出力の光周波数および光強度のアイパターンを、それぞれ示している。 An example of an eye pattern of an output waveform of a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material when the driving method of the present invention is used is shown in FIG. FIG. 8A shows a drive signal DATA1 applied to the phase modulator installed in the arm 1, a drive signal DATA2 applied to the phase modulator installed in the arm 2, and an eye pattern of their sum. 8 (b) shows an eye pattern of the optical frequency and light intensity of the modulated light output of the Mach-Zehnder modulator, respectively.
図3および図6に示した駆動条件では、アーム1に設置された位相変調器に印加される駆動信号であるDATA1信号とおよびアーム2に設置された位相変調器に印加される駆動信号であるDATA2信号の駆動振幅の和がビットのレベル遷移領域も含めて一定値であった。しかし、図8に示した本願の駆動法ではビットのレベル遷移が生じなかった場合は駆動振幅の和はフラットで一定値となり、一方ビットのレベル遷移が生じた場合はその遷移領域で駆動振幅の和がビット遷移領域を除いた一定の部分よりも大きくなっている。このときのDATA1信号およびDATA2信号それぞれのアイパターンをみると、図8に示したように、駆動電気信号の振幅はDATA1信号およびDATA2信号で同一である。すなわち、振幅の等しいDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号を、その印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定であり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるようにDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号波形を設定するということが本発明の第1の特徴である。これにより、図8(b)に示したように光強度波形のクロスポイントが50%であり、かつ周波数シフトがビット遷移領域を含めてほとんど生じないゼロチャープ動作を実現することが可能となる。 In the driving conditions shown in FIGS. 3 and 6, the DATA1 signal that is a driving signal applied to the phase modulator installed in the arm 1 and the driving signal applied to the phase modulator installed in the arm 2 are used. The sum of the drive amplitudes of the DATA2 signal was a constant value including the bit level transition region. However, in the driving method of the present application shown in FIG. 8, when the bit level transition does not occur, the sum of the drive amplitudes is flat and constant, while when the bit level transition occurs, the drive amplitude is increased in the transition region. The sum is larger than a certain portion excluding the bit transition region. Looking at the eye patterns of the DATA1 signal and the DATA2 signal at this time, as shown in FIG. 8, the amplitude of the drive electrical signal is the same for the DATA1 signal and the DATA2 signal. That is, the DATA1 signal and the DATA2 drive electric signal having the same amplitude are applied to the DATA1 signal and the DATA2 signal so that the sum of the applied voltages is constant except for the bit transition region and larger than the constant value in the bit transition region. It is the first feature of the present invention that the drive electric signal waveform of the DATA2 signal is set. Thus, as shown in FIG. 8B, it is possible to realize a zero chirp operation in which the cross point of the light intensity waveform is 50% and the frequency shift hardly occurs including the bit transition region.
また図9(a)に示したように、DATA1信号およびDATA2信号の両者ともに、“マークレベル”の1ビット分の幅が“スペースレベル”の1ビット幅よりも同じ比率分だけ広くなっている。ここで、“マークレベル”とは、図9(a)に示すように、駆動信号の電圧が、駆動信号の半値よりも大きいレベルを指し、“スペースレベル”とは、駆動信号の電圧が、駆動信号の半値よりも小さいレベルを指す。ここでビット幅について詳しく説明する。図9に駆動電気波形のアイパターンの拡大図を示す。図9(a)に示すように“スペースレベル”の電位を0、“マークレベル”の電位を1とし、最大電圧が1になるように規格化して考える。その駆動電気信号のレベルの遷移領域において、立ち上がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の50%、すなわち規格化後の0.5となる点から、立ち上がり後に最初に現れる立ち下がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の50%、すなわち規格化後の0.5となる点までの幅を“マークレベル”の幅と定義する。逆に立ち下がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の50%、すなわち規格化後の0.5となる点から、立ち下がり後に最初に現れる立ち上がりにおける駆動信号のレベルが最大振幅の50%、すなわち規格化後の0.5となる点までの幅を“スペースレベル”の幅、と定義する。このとき、“マークレベル”の幅が“スペースレベル”の幅よりも広くなっている。DATA1信号およびDATA2信号の“マークレベル”の幅が“スペースレベル”の幅よりも広くなるように設定し、かつDATA1信号およびDATA2信号の両者において一致させるというのが本発明の2番目の特徴である。振幅の等しいDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号をこのように設定することにより、図8(b)に示したように光強度波形のクロスポイントが50%であり、かつ周波数シフトがビット遷移領域を含めてほとんど生じないゼロチャープ動作を実現することが可能となる。 Further, as shown in FIG. 9A, both the DATA1 signal and the DATA2 signal are wider by the same ratio than the 1-bit width of the “mark level” than the 1-bit width of the “space level”. . Here, as shown in FIG. 9A, the “mark level” refers to a level where the voltage of the drive signal is larger than the half value of the drive signal, and the “space level” refers to the voltage of the drive signal The level is smaller than the half value of the driving signal. Here, the bit width will be described in detail. FIG. 9 shows an enlarged view of the eye pattern of the drive electrical waveform. As shown in FIG. 9A, it is assumed that the “space level” potential is 0, the “mark level” potential is 1, and the maximum voltage is 1. In the transition region of the level of the drive electric signal, the level of the drive signal at the first fall after the rise from the point that the drive signal level at the rise is 50% of the maximum amplitude, that is, 0.5 after the standardization. The width up to a point where 50% of the maximum amplitude, that is, 0.5 after normalization, is defined as the width of the “mark level”. Conversely, from the point that the drive signal level at the fall is 50% of the maximum amplitude, that is, 0.5 after the standardization, the drive signal level at the rise that first appears after the fall is 50% of the maximum amplitude, that is, the standard. The width up to the point of 0.5 after conversion is defined as the “space level” width. At this time, the width of the “mark level” is wider than the width of the “space level”. The second feature of the present invention is that the “mark level” width of the DATA1 signal and the DATA2 signal is set to be wider than the width of the “space level”, and is matched in both the DATA1 signal and the DATA2 signal. is there. By setting the drive electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal having the same amplitude in this way, the cross point of the light intensity waveform is 50% and the frequency shift is a bit transition region as shown in FIG. It is possible to realize a zero chirp operation including almost no.
図9の駆動電気波形に関しては別の見方をすることも可能である。これについて図9(b)を用いて説明する。図9(b)は図9(a)に示した駆動波形を再度掲載したものであるが、今回は、“マークレベル”と“スペースレベル”の遷移領域において立ち上がりと立ち下がりが交差するクロスポイントについて着目する。 Another way of looking at the drive electrical waveform of FIG. 9 is also possible. This will be described with reference to FIG. FIG. 9B shows the driving waveform shown in FIG. 9A again, but this time, the cross point where the rise and fall intersect in the transition region of “mark level” and “space level”. Pay attention to.
図9に示された駆動波形では、クロスポイントが、駆動電気信号の振幅の最大値の50%よりも大きくなっており、クロスポイントが変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定されている。また、本願の駆動法においては、図8(a)に示したように、DATA1信号およびDATA2信号の両者において、クロスポイントの位置を変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつそのシフト量がDATA1信号およびDATA2信号で一致するように設定する。ここで絶対値の大きな方向という意味について図10を用いて説明する。図10はいずれも、駆動信号として印加する電気信号の波形(アイパターン)を示している。図10(a)は素子への駆動電圧が正の場合、すなわち、正の電圧を印加した場合に図4に示したような位相変化を生じる場合を示す。また、図10(b)は駆動電圧が負の場合、すなわち、負の電圧を印加した場合に図4に示したような位相変化を生じる場合を示す。通常、半導体材料を用いた光変調器の場合、直流のバイアス電圧にデータのビットレートに対応した高周波のデータ信号を重畳して素子を駆動するといった方法がとられる。このうち、バイアス電圧成分を除いた高周波のデータ信号による駆動電圧の部分が、本発明においてこれまで説明してきたところのDATA1信号およびDATA2信号による駆動電気信号に対応する。駆動電圧の極性を考慮し、バイアス電圧も含めた駆動信号の印加電圧の絶対値が一番小さくなる点を0、電圧の絶対値の一番大きくなる点をVmとしたとき、高周波のDATA1信号およびDATA2信号による駆動信号の振幅は|Vm|となる。このように表記した際に、本願でいう絶対値の大きな方向という意味は、図10(a)で示した正方向の駆動条件(すなわちVm>0)の場合は0.5Vm<V<Vmなる電圧Vを、図10(b)で示した負方向の駆動条件(すなわちVm<0)の場合はVm<V<0.5 Vmなる電圧Vを指す。クロスポイントがこの範囲にある場合、0点からVm点方向に測ったクロスポイントの位置は最大振幅の変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトしていることになる。図10はクロスポイントが60%となる場合の波形の例を示している。 In the driving waveform shown in FIG. 9, the cross point is larger than 50% of the maximum value of the amplitude of the drive electric signal, and the cross point is shifted in a direction in which the absolute value is larger than the center value of the modulation applied voltage. It is set to be. Further, in the driving method of the present application, as shown in FIG. 8A, in both the DATA1 signal and the DATA2 signal, the position of the cross point is shifted in a direction in which the absolute value is larger than the center value of the modulation applied voltage. And the shift amount is set so as to match between the DATA1 signal and the DATA2 signal. Here, the meaning of the direction in which the absolute value is large will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the waveform (eye pattern) of an electric signal applied as a drive signal. FIG. 10A shows a case where the phase change shown in FIG. 4 occurs when the drive voltage to the element is positive, that is, when a positive voltage is applied. FIG. 10B shows a case where the phase change as shown in FIG. 4 occurs when the drive voltage is negative, that is, when a negative voltage is applied. Usually, in the case of an optical modulator using a semiconductor material, a method is employed in which a high-frequency data signal corresponding to a data bit rate is superimposed on a DC bias voltage to drive an element. Of these, the portion of the drive voltage based on the high-frequency data signal excluding the bias voltage component corresponds to the drive electrical signal based on the DATA1 signal and DATA2 signal described so far in the present invention. Considering the polarity of the drive voltage, when the point where the absolute value of the applied voltage of the drive signal including the bias voltage is the smallest is 0 and the point where the absolute value of the voltage is the largest is V m , the high frequency DATA1 The amplitude of the drive signal by the signal and the DATA2 signal is | V m |. When expressed in this way, the meaning of the direction with a larger absolute value in the present application means that 0.5 V m <V <in the case of the driving condition in the positive direction shown in FIG. 10A (ie, V m > 0). The voltage V of V m indicates the voltage V of V m <V <0.5 V m in the negative driving condition shown in FIG. 10B (ie, V m <0). When the cross point is within this range, the position of the cross point measured in the direction from the 0 point to the V m point is shifted in a direction in which the absolute value is larger than the center value of the maximum amplitude modulation applied voltage. FIG. 10 shows an example of a waveform when the cross point is 60%.
従来、半導体の非線形な吸収特性を補正するための方法として、電界吸収型変調器(いわゆるEA変調器)の駆動波形においてクロスポイントをずらす方法が採用されている。(非特許文献4)これによれば、「光出力信号のクロスポイントが50%となるように,本ドライバの出力波形はクロスポイントが70%程度になるよう調整してある。」と記載されている。これを本願と比較するために非特許文献4の図4を本願の図11とし、図11を用いて説明する。EA変調器においては、クロスポイントが最大振幅の50%の位置にある駆動波形を用いると変調出力光強度波形のクロスポイントがスペースレベル方向に、すなわち50%よりも小さな方向にシフトしてしまうため、光出力信号のクロスポイントが50%となるように調整することを目的として、駆動波形のクロスポイントをシフトさせている。非特許文献4によれば、「70%程度」となっているが、EA変調器ではマイナスの電圧を印加するため、本願で用いる定義、すなわち、振幅の絶対値の小さな側から数えて絶対値の最大値に対して何%か、という定義に基づいて表記すると図11(a)に示したように30%程度に相当する。本願と非特許文献4を比較すると、非特許文献4ではEA変調器の変調出力光強度波形のクロスポイントを図11(b)に示すように50%に調整することが目的であり、もともと駆動電気波形のクロスポイントを調整しなくとも出力光強度波形のクロスポイントが50%となるマッハツェンダ変調器の場合は、駆動電気波形のクロスポイントを調整する必要もない。さらに言えば、マッハツェンダ変調の場合は、対称プッシュプル駆動において駆動電気波形のクロスポイントを50%以外に設定してしまうと変調出力光強度波形のクロスポイントも50%からずれてしまうため、ゼロチャープのために従来必須と考えられてきた対称プッシュプル駆動という概念と、駆動電気波形のクロスポイントを調整するという概念はそもそも相容れない。また、望ましい駆動電気信号波形クロスポイントのシフトの方向に関しても、本願ではクロスポイントが変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向、すなわち50%よりも大きな方向にシフトするように設定するのに対し、非特許文献4ではクロスポイントが変調印加電圧の中心値よりも絶対値の小さな方向、すなわち50%よりも小さな方向にシフトするように設定するため、方向も反対である。さらに、非特許文献4ではEA変調器の変調出力光強度波形のクロスポイントを50%に調整することが目的であり、このとき同時に周波数チャープを所望の状態に制御する手段はないために、非特許文献4においては周波数チャープに関しては何ら考慮されていないことは明らかである。以上の事実から、本願において開示される、非線形な位相変化を有する半導体材料を用いたマッハツェンダ変調器に関して、簡易な構成で周波数チャープを制御し、ゼロチャープ動作を実現するための駆動方法を提供するという技術に関して、非特許文献4がいかなる示唆も与えうるものでは無いことは明らかである。 Conventionally, as a method for correcting nonlinear absorption characteristics of a semiconductor, a method of shifting a cross point in a drive waveform of an electroabsorption modulator (so-called EA modulator) has been adopted. (Non-Patent Document 4) According to this, “the output waveform of this driver is adjusted so that the cross point is about 70% so that the cross point of the optical output signal is 50%” is described. ing. In order to compare this with this application, FIG. 4 of the nonpatent literature 4 is made into FIG. 11 of this application, and it demonstrates using FIG. In the EA modulator, if a driving waveform having a cross point at a position of 50% of the maximum amplitude is used, the cross point of the modulated output light intensity waveform is shifted in the space level direction, that is, in a direction smaller than 50%. For the purpose of adjusting the cross point of the optical output signal to 50%, the cross point of the drive waveform is shifted. According to Non-Patent Document 4, it is “about 70%”. However, since the EA modulator applies a negative voltage, the definition used in this application, that is, the absolute value counted from the smaller absolute value side of the amplitude. When expressed based on the definition of what percentage of the maximum value is, it corresponds to about 30% as shown in FIG. Comparing this application with Non-Patent Document 4, the purpose of Non-Patent Document 4 is to adjust the cross point of the modulation output light intensity waveform of the EA modulator to 50% as shown in FIG. In the case of a Mach-Zehnder modulator in which the cross point of the output light intensity waveform is 50% without adjusting the cross point of the electrical waveform, it is not necessary to adjust the cross point of the drive electrical waveform. Furthermore, in the case of Mach-Zehnder modulation, if the cross point of the drive electrical waveform is set to a value other than 50% in the symmetric push-pull drive, the cross point of the modulated output light intensity waveform also deviates from 50%. Therefore, the concept of symmetrical push-pull drive, which has been considered essential in the past, and the concept of adjusting the cross point of the drive electrical waveform are incompatible with each other. As for the direction of the desired driving electric signal waveform cross point shift, in the present application, the cross point is set to shift in a direction having a larger absolute value than the center value of the modulation applied voltage, that is, a direction larger than 50%. On the other hand, in Non-Patent Document 4, since the cross point is set to shift in a direction having a smaller absolute value than the center value of the modulation applied voltage, that is, a direction smaller than 50%, the directions are also opposite. Further, in Non-Patent Document 4, the purpose is to adjust the cross point of the modulation output light intensity waveform of the EA modulator to 50%, and at this time there is no means for controlling the frequency chirp to a desired state. In Patent Document 4, it is clear that no consideration is given to frequency chirp. Based on the above facts, regarding a Mach-Zehnder modulator using a semiconductor material having a non-linear phase change disclosed in the present application, a driving method for controlling frequency chirp with a simple configuration and realizing zero chirp operation is provided. It is clear that Non-Patent Document 4 cannot give any suggestion regarding technology.
以上より、マッハツェンダ変調器の駆動方法において、従来からの常識である、完全な対称プッシュプル駆動という概念を捨て、ビット遷移領域では対称性を崩すという概念を導入することにより初めて導き出された、振幅の等しいDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号のクロスポイントの位置を、変調印加電圧の中心値よりも絶対値の大きな方向にシフトするように設定し、かつそのシフト量がDATA1信号およびDATA2信号とで一致するように設定するということが、本発明においての初めて開示されるマッハツェンダ光変調器の駆動法の3番目の特徴である。DATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号をこのように設定することにより、図8(b)に示したように光強度波形のクロスポイントが50%であり、かつ周波数シフトがビット遷移領域を含めてほとんど生じないゼロチャープ動作を実現することが可能となる。 As described above, in the driving method of the Mach-Zehnder modulator, the amplitude that was first derived by abandoning the concept of completely symmetric push-pull driving, which is the conventional common sense, and introducing the concept of breaking symmetry in the bit transition region. Are set such that the positions of the cross points of the drive electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal having the same value are shifted in the direction in which the absolute value is larger than the center value of the modulation applied voltage, and the shift amount is the same as the DATA1 signal and the DATA2 signal The third feature of the driving method of the Mach-Zehnder optical modulator disclosed for the first time in the present invention is that the values are set to match. By setting the drive electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal in this way, the cross point of the light intensity waveform is 50% and the frequency shift includes the bit transition region as shown in FIG. 8B. It is possible to realize a zero chirp operation that hardly occurs.
また、クロスポイントをずらす方法の別例として、公知の変調器ドライバが備える、乱れた波形が入力された際にクロスポイントが中央にくるように調整する機能を利用して、常にクロスポイントが所望の位置にずれた形になるように設定する方法もある。 As another example of the method for shifting the cross point, the cross point is always desired by using a function of a known modulator driver that adjusts the cross point to the center when a distorted waveform is input. There is also a method of setting so as to be shifted to the position of.
以上の説明においては、対称構造のマッハツェンダ変調器の場合について説明してきたが、2本のアームにそれぞれ設置された位相変調器の太さや長さが異なるいわゆる非対称マッハツェンダの場合は、2つの位相変調器の半波長電圧Vπが互いに異なる場合がある。その場合は上記説明における、「DATA1信号およびDATA2信号の振幅が等しい」、という部分を、「DATA1信号およびDATA2信号がそれぞれ印加される位相変調器の半波長電圧Vπで規格化された振幅が等しい」、と読み替えることにより上記説明をそのまま当てはめることが可能である。すなわち、DATA1信号の振幅がVdata、DATA2信号の振幅がVdatabar、DATA1信号の印加される位相変調器の半波長電圧振幅がVπ_data、DATA2信号の印加される位相変調器の半波長電圧振幅がVπ_ databarのとき、Vdata/Vπ_dataとVdatabar/Vπ_ databarが等しいと読み替えればよい。さらに、半導体材料等の非線形な位相変調特性を有する材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合では、適切な動作点を設定するためにそれぞれのアームに設置された位相変調器に、異なったバイアス電圧を印加した状態で使用する場合、対称構造のマッハツェンダ変調器であっても2つの位相変調器の半波長電圧Vπが互いに異なる場合がある。この場合も、非対称マッハツェンダ変調器の場合と同様に、上記説明における、「DATA1信号およびDATA2信号の振幅が等しい」、という部分を、「DATA1信号およびDATA2信号がそれぞれ印加される位相変調器の半波長電圧Vπで規格化された振幅が等しい」、と読み替えることにより上記説明をそのまま当てはめることが可能である。 In the above description, the case of a Mach-Zehnder modulator having a symmetric structure has been described. The half-wave voltages Vπ of the devices may be different from each other. In that case, in the above description, “the amplitude of the DATA1 signal and the DATA2 signal is equal” is replaced with “the amplitude normalized by the half-wave voltage Vπ of the phase modulator to which the DATA1 signal and the DATA2 signal are applied, respectively. The above description can be applied as it is. In other words, the amplitude of the DATA1 signal V data, the amplitude of the DATA2 signal V DataBar, DATA1 signal half-wave voltage amplitude of the phase modulator half-wave voltage amplitude is applied Vpai_ data, DATA2 signal of the applied phase modulator when is the Vπ_ databar, is replaced with V data / Vπ_ data and V databar / Vπ_ databar are equal. Furthermore, in the case of a Mach-Zehnder modulator using a material having nonlinear phase modulation characteristics such as a semiconductor material, different bias voltages are applied to the phase modulators installed in the respective arms in order to set an appropriate operating point. When used in an applied state, the half-wave voltages Vπ of the two phase modulators may be different from each other even in a Mach-Zehnder modulator having a symmetric structure. Also in this case, as in the case of the asymmetric Mach-Zehnder modulator, in the above description, “the amplitude of the DATA1 signal and the DATA2 signal is equal” is replaced with “half of the phase modulator to which the DATA1 signal and the DATA2 signal are applied, respectively. It is possible to apply the above description as it is by reading as “the amplitudes normalized by the wavelength voltage Vπ are equal”.
一方、半導体材料等の非線形な位相変調特性を有する材料を用いたマッハツェンダ変調器の場合では、バイアス点を設定した際に2つの位相変調器の半波長電圧Vπが互いに異なるという事態が生じないようにするために、アーム上に新たな電極を設けるという場合がある。図12にその構成を示す。図12に示すマッハツェンダ変調器は、入力導波路201、光分岐回路202、光合流回路203、光分器回路202および光合流回路203を接続する導波路により構成された2本のアーム204aおよび204b、アーム204aおよび204b上に設置された位相変調器205aおよび205b、そして出力導波路206から構成される。また、位相変調器205aおよび205bの電極207aおよび207b、電極の入口208aおよび208b、電極の出口209aおよび209bを有し、通常はマイクロ波の駆動信号が入口208aおよび208bに加えられ、出口209aおよび209bから素子外部に接続された終端抵抗へと導かれる。それぞれ2本のアーム204aおよび204b 上に設置された位相調整領域210aおよび210bおよび、位相調整用電極211aおよび211bをさらに有する。本構成の素子の動作原理は図1に示した構造の変調素子の動作原理の説明における101〜109を201〜209と読み替えればそのまま図12に示した構成の変調素子の動作を理解することが可能である。図12に示した構成では新たに位相調整用の領域210aおよび210bが設けられたため位相変調器205aおよび205bのバイアス電圧を同じ値に設定したままでマッハツェンダ変調器の動作点を位相調整用電極211aおよび211bのどちらかまたは両方に印加する電圧もしくは注入する電流で調整することが可能となる。したがって本構成のマッハツェンダ変調器を用いれば、2つの位相変調器205aおよび205bの半波長電圧Vπが互いに異なるという事態が生じない状態で、理想的に本発明の効果を実現することができる。 On the other hand, in the case of a Mach-Zehnder modulator using a material having non-linear phase modulation characteristics such as a semiconductor material, it does not occur that the half-wave voltages Vπ of the two phase modulators are different from each other when the bias point is set. Therefore, a new electrode may be provided on the arm. FIG. 12 shows the configuration. The Mach-Zehnder modulator shown in FIG. 12 includes two arms 204a and 204b each including an input waveguide 201, an optical branching circuit 202, an optical combining circuit 203, an optical splitter circuit 202, and a waveguide connecting the optical combining circuit 203. , Phase modulators 205 a and 205 b installed on the arms 204 a and 204 b, and an output waveguide 206. It also has electrodes 207a and 207b for phase modulators 205a and 205b, electrode inlets 208a and 208b, electrode outlets 209a and 209b, and typically a microwave drive signal is applied to inlets 208a and 208b, and outlets 209a and 208b 209b leads to a termination resistor connected to the outside of the element. Phase adjustment regions 210a and 210b installed on two arms 204a and 204b, respectively, and phase adjustment electrodes 211a and 211b are further provided. The operation principle of the element of this configuration is to understand the operation of the modulation element of the configuration shown in FIG. 12 as it is by replacing 101 to 109 in the description of the operation principle of the modulation element having the structure shown in FIG. 1 with 201 to 209. Is possible. In the configuration shown in FIG. 12, since the phase adjustment regions 210a and 210b are newly provided, the operating point of the Mach-Zehnder modulator is set to the phase adjustment electrode 211a while the bias voltages of the phase modulators 205a and 205b are set to the same value. And 211b can be adjusted by a voltage applied to or both of them and a current to be injected. Therefore, if the Mach-Zehnder modulator having this configuration is used, the effects of the present invention can be realized ideally in a state where the half-wave voltages Vπ of the two phase modulators 205a and 205b do not differ from each other.
最後に本発明の効果が期待できる、もっとも望ましい条件について述べる。 Finally, the most desirable conditions where the effect of the present invention can be expected will be described.
図13は図8(a)におけるDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号の印加電圧の和のビット遷移領域における最大値をEmax、ビット遷移領域を除いた領域における一定値をEconstとしたとき、それらの比であるRe=Emax/Econstと、図6(b)における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示した図であって、Re=1.0が従来の完全な対称プッシュプル駆動に対応している。図13の縦軸で光周波数シフトの符号はマイナスがネガティブチャープ、プラスがポジティブチャープに対応し、絶対値が小さいほどチャープが少ないことになる。したがって、ゼロチャープ化のために本発明の駆動方法を用いた場合、チャープが減少する範囲は、図6において周波数シフトの絶対値がRe=1.0のときより小さくなる範囲ということができ、1.0<Re<1.67の範囲であることがわかる。すなわち、Reが上記範囲にくるような駆動条件を用いればチャープを低減することが可能となり、本発明の効果が得られることになる。 FIG. 13 shows that when the maximum value in the bit transition region of the sum of the voltages applied to the drive electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal in FIG. 8A is Emax, and the constant value in the region excluding the bit transition region is Econst. FIG. 6B shows an example of the relationship between Re = Emax / Econst, which is the ratio of the above, and the peak value of the optical frequency shift in FIG. 6B, where Re = 1.0 is the conventional completely symmetric push-pull drive. It corresponds. In the vertical axis of FIG. 13, the sign of the optical frequency shift corresponds to negative chirp and positive to positive chirp, and the smaller the absolute value, the smaller the chirp. Therefore, when the driving method of the present invention is used for zero chirping, the range in which the chirp is reduced can be regarded as a range in which the absolute value of the frequency shift in FIG. 6 is smaller than that when Re = 1.0. It can be seen that 0.0 <Re <1.67. That is, if a driving condition such that Re is in the above range is used, chirp can be reduced, and the effects of the present invention can be obtained.
図14は図9(a)におけるDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号の印加電圧の大きなマークレベルのビット幅をTmk、印加電圧の小さなスペースレベルのビット幅をTspとしたとき、それらの比であるRt=Tmk/Tspと、図6(b)における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示した図であって、Rt=1.0が従来の完全な対称プッシュプル駆動に対応している。図14の縦軸で光周波数シフトの符号はマイナスがネガティブチャープ、プラスがポジティブチャープに対応し、絶対値が小さいほどチャープが少ないことになる。したがって、ゼロチャープ化のために本発明の駆動方法を用いた場合、チャープが減少する範囲は、図14において周波数シフトの絶対値がRt=1.0のときより小さくなる範囲ということができ、1.0<Rt<1.7の範囲であることがわかる。すなわち、Rtが上記範囲にくるような駆動条件を用いればチャープを低減することが可能となり、本発明の効果が得られることになる。 FIG. 14 shows the ratio of the bit width of the mark level with the large applied voltage of the drive electric signal of the DATA1 signal and the DATA2 signal in FIG. 9A as Tmk and the bit width of the space level with the small applied voltage as Tsp. FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between a certain Rt = Tmk / Tsp and the peak value of the optical frequency shift in FIG. 6B, where Rt = 1.0 corresponds to the conventional completely symmetric push-pull drive. Yes. The sign of the optical frequency shift on the vertical axis in FIG. 14 corresponds to negative chirp and positive to positive chirp. The smaller the absolute value, the smaller the chirp. Therefore, when the driving method of the present invention is used for zero chirping, the range in which the chirp is reduced can be said to be a range in which the absolute value of the frequency shift is smaller than when Rt = 1.0 in FIG. It can be seen that 0.0 <Rt <1.7. That is, if a driving condition in which Rt is in the above range is used, the chirp can be reduced, and the effects of the present invention can be obtained.
図15は図9(b)におけるDATA1信号およびDATA2信号の駆動電気信号のクロスポイントの位置と、図6(b)における光周波数シフトのピーク値の関係の一例を示した図であって、Rx=50%が従来の完全な対称プッシュプル駆動に対応している。図15の縦軸で光周波数シフトの符号はマイナスがネガティブチャープ、プラスがポジティブチャープに対応し、絶対値が小さいほどチャープが少ないことになる。したがって、ゼロチャープ化のために本発明の駆動方法を用いた場合、チャープが減少する範囲は、同図において周波数シフトの絶対値がRx=50%のときより小さくなる範囲ということができ、50<Rx<84の範囲であることがわかる。すなわち、Rxが上記範囲にくるような駆動条件を用いればチャープを低減することが可能となり、本発明の効果が得られることになる。 FIG. 15 is a diagram showing an example of the relationship between the position of the cross point of the driving electric signal of the DATA1 signal and the DATA2 signal in FIG. 9B and the peak value of the optical frequency shift in FIG. = 50% corresponds to the conventional fully symmetrical push-pull drive. As for the sign of the optical frequency shift on the vertical axis in FIG. 15, minus corresponds to negative chirp and plus corresponds to positive chirp. The smaller the absolute value, the smaller the chirp. Therefore, when the driving method of the present invention is used for zero chirping, the range in which the chirp is reduced can be regarded as a range that is smaller than when the absolute value of the frequency shift is Rx = 50% in FIG. It can be seen that Rx <84. That is, if a driving condition is used such that Rx is in the above range, chirp can be reduced, and the effects of the present invention can be obtained.
図13、14、15は図4における非線形な効果であるQCSEが支配的な場合の例について示したものであるが、非線形の寄与が小さい場合であってもRe、Rt、およびRxの最適値は上記範囲に収まる。非線形の効果の寄与の割合は、マッハツェンダ変調器のアームもしくはアームに設置された位相変調器を形成する導波路の構造により変化するが、Re、Rt、もしくはRxが上記範囲にあればどのような構造の変調器を用いた場合でも本発明の効果を得ることが可能である。 FIGS. 13, 14, and 15 show examples in which QCSE, which is a non-linear effect in FIG. 4, is dominant. Even when non-linear contribution is small, optimum values of Re, Rt, and Rx are shown. Falls within the above range. The ratio of the contribution of the nonlinear effect varies depending on the arm of the Mach-Zehnder modulator or the structure of the waveguide forming the phase modulator installed in the arm. However, if Re, Rt, or Rx is within the above range, Even when a modulator having a structure is used, the effect of the present invention can be obtained.
以上、NRZ信号による強度変調を例にマッハツェンダ変調素子の駆動法について説明してきたが、本発明の駆動法はその他の変調方式に対しても有効である。例えば光デュオバイナリ方式に対しても、駆動電気信号の振幅を、光デュオバイナリ変調に必要な振幅に
設定すれば対応可能である。具体的には、NRZ強度変調の場合には半波長電圧の1/2でプッシュプル駆動していたのに対し、NRZ強度変調の時の2倍である半波長電圧でプッシュプル駆動するように設定すれば光デュオバイナリ変調に対応することも可能である。また、強度変調のみならず、DPSK変調に代表される位相変調動作についても同様である。
As described above, the driving method of the Mach-Zehnder modulation element has been described by taking the intensity modulation by the NRZ signal as an example, but the driving method of the present invention is also effective for other modulation methods. For example, the optical duobinary method can be handled by setting the amplitude of the drive electric signal to an amplitude necessary for optical duobinary modulation. Specifically, in the case of NRZ intensity modulation, push-pull drive is performed at half of the half-wave voltage, whereas push-pull drive is performed at half-wave voltage that is twice that of NRZ intensity modulation. If set, it is possible to support optical duobinary modulation. The same applies not only to intensity modulation but also to phase modulation operations represented by DPSK modulation.
なお、以上実施例においてはアームが2本の通常のマッハツェンダ変調器について説明してきたが、いわゆる親マッハツェンダ干渉計の2本のアームに、それぞれサブマッハツェンダ変調器もしくは子マッハツェンダ変調器と呼ばれる、上記実施例において説明したようなアームが2本のマッハツェンダ変調器を配置した、いわゆる直交変調器もしくはIQ変調器についても、サブマッハツェンダ変調器もしくは子マッハツェンダ変調器ごとにそれぞれ上記実施例による駆動法を適用することにより、本発明の効果である、非線形な屈折率変化の影響の低減が可能であることは言うまでもない。 In the above embodiment, a normal Mach-Zehnder modulator having two arms has been described. However, the two arms of a so-called parent Mach-Zehnder interferometer are called sub-Mach-Zehnder modulator or child Mach-Zehnder modulator, respectively. For the so-called quadrature modulator or IQ modulator in which two Mach-Zehnder modulators are arranged as described in the example, the driving method according to the above embodiment is applied to each sub-Mach-Zehnder modulator or child Mach-Zehnder modulator. Thus, it goes without saying that the effect of the nonlinear refractive index change, which is the effect of the present invention, can be reduced.
さらにQPSK変調やQAMといった多値変調への適用も可能である。 Furthermore, application to multilevel modulation such as QPSK modulation and QAM is also possible.
101、201 入力導波路
102、202 光分岐回路
103、203 光合流回路
104a、104b、204a、204b アーム
105a、105b、205a、205b 位相変調器
106、206 出力導波路
107a、107b、207a、207b 位相変調器
108a、108b、208a、208b 電極の入口
109a、109b、209a、209b 電極の出口
210a、210b 位相調整領域
211a、211b 電極
101, 201 Input waveguide 102, 202 Optical branch circuit 103, 203 Optical converging circuit 104a, 104b, 204a, 204b Arm 105a, 105b, 205a, 205b Phase modulator 106, 206 Output waveguide 107a, 107b, 207a, 207b Phase Modulators 108a, 108b, 208a, 208b Electrode inlets 109a, 109b, 209a, 209b Electrode outlets 210a, 210b Phase adjustment regions 211a, 211b Electrodes
Claims (6)
前記光変調素子の駆動電気信号として前記第1の位相変調領域にDATA1信号を、前記第2の位相変調領域にDATA2信号を印加するとき、
前記DATA1信号を前記第1の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅と、前記DATA2信号を前記第2の位相変調領域の半波長電圧でそれぞれ規格化した振幅とが等しく、
前記DATA1信号を論理反転して前記DATA2信号とし、前記DATA1信号および前記DATA2信号の駆動電気信号の印加電圧の和が、ビット遷移領域を除いて一定値をとり、かつビット遷移領域では前記一定値よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする光変調素子の駆動方法。 A method for driving a Mach-Zehnder type optical modulation element having a nonlinear phase change characteristic with respect to voltages applied to first and second phase modulation regions respectively provided in two arms constituting the optical modulation element,
When a DATA1 signal is applied to the first phase modulation region and a DATA2 signal is applied to the second phase modulation region as drive electric signals of the light modulation element ,
The amplitude normalized respectively DATA1 signal at half-wave voltage of the first phase modulation region, amplitude and is rather equal to the DATA2 signal respectively normalized by the half-wave voltage of the second phase modulation region,
The DATA1 signal is logically inverted to become the DATA2 signal, and the sum of the applied voltages of the driving electric signals of the DATA1 signal and the DATA2 signal takes a constant value except for the bit transition area, and the constant value in the bit transition area A method for driving a light modulation element, characterized in that the light modulation element is set to be larger .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012220646A JP5906166B2 (en) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Driving method of light modulation element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012220646A JP5906166B2 (en) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Driving method of light modulation element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014074744A JP2014074744A (en) | 2014-04-24 |
| JP5906166B2 true JP5906166B2 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=50748944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012220646A Expired - Fee Related JP5906166B2 (en) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Driving method of light modulation element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5906166B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6234777B2 (en) * | 2013-10-31 | 2017-11-22 | 株式会社日立製作所 | Optical multilevel transmitter and optical transponder |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4062098B2 (en) * | 2003-01-14 | 2008-03-19 | 株式会社日立製作所 | Optical transmitter |
-
2012
- 2012-10-02 JP JP2012220646A patent/JP5906166B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014074744A (en) | 2014-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102472868B (en) | Advanced modulation formats for silicon-based optical modulators | |
| EP2545408B1 (en) | Optical modulators with controllable chirp | |
| JP5806174B2 (en) | Light intensity modulation device using Mach-Zehnder light modulator | |
| JP5083310B2 (en) | Multilevel light intensity modulator | |
| JP5243334B2 (en) | Light modulator | |
| CN205563006U (en) | Electrooptic device | |
| WO2012043724A1 (en) | Light control element | |
| US20030147656A1 (en) | Optical transmitter and optical fiber transmission system having the same | |
| JP5860159B2 (en) | Optical modulation circuit | |
| JP6020555B2 (en) | Light modulator | |
| JP4631006B2 (en) | Automatic adjustment system for FSK modulator | |
| JP2010078914A (en) | Optical functional device | |
| JP2013113917A (en) | Light modulating device and method for controlling the same | |
| US20030016430A1 (en) | LiNbO3 Mach-Zehnder modulator with low drive voltage requirement and adjustable chirp | |
| JP5198996B2 (en) | Light modulator | |
| US6795594B2 (en) | Duobinary modulation scheme for a Mach-Zehnder optical modulator | |
| JP2009204884A (en) | Light modulating device | |
| JP5906166B2 (en) | Driving method of light modulation element | |
| KR20110128309A (en) | Fast Optical Modulation Using Quantum Well Modulators | |
| US9298024B2 (en) | Semiconductor Mach-Zender modulator and method to drive the same | |
| CN105739134B (en) | The modulation efficiency high frequency electro-optic phase modulator unrelated with polarization | |
| JP6233342B2 (en) | Light modulator | |
| JP5239610B2 (en) | Mach-Zehnder optical modulator | |
| JP4793550B2 (en) | Optical carrier suppressed double sideband (DSB-SC) modulation system capable of high extinction ratio modulation | |
| CN105739133B (en) | The modulation efficiency low frequency electro-optic phase modulator unrelated with polarization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141211 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150831 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150901 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151030 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160315 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160318 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5906166 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |