(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-03
(45)【発行日】2023-02-13
(54)【発明の名称】光変調装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20230206BHJP
G02F 1/025 20060101ALN20230206BHJP
G02F 1/035 20060101ALN20230206BHJP
【FI】
G02F1/01 F
G02F1/025
G02F1/035
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021086928
(22)【出願日】2021-05-24
【審査請求日】2021-06-04
(31)【優先権主張番号】202010449034.4
(32)【優先日】2020-05-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】591043064
【氏名又は名称】モレックス エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100116207
【氏名又は名称】青木 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100096426
【氏名又は名称】川合 誠
(72)【発明者】
【氏名】クエンティン ツァイ
(72)【発明者】
【氏名】ツオンミン チュアン
【審査官】山本 元彦
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-153068(JP,A)
【文献】米国特許第06535653(US,B1)
【文献】国際公開第2006/100719(WO,A1)
【文献】特表2012-519873(JP,A)
【文献】特開2014-219571(JP,A)
【文献】特開2008-009314(JP,A)
【文献】LAWETZ, C. et al.,Modulation Characteristics of Semiconductor Mach-Zehnder Optical Modulators,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,1997年04月,Vol.15, No.4,pp.697-703
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02F 1/00-1/125
G02F 1/21-7/00
IEEE Xplore
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光ファイバ、光受信装置、及び、光変調装置(1)としてのMach-Zehnder変調器(MZM)を含む光変調通信システムであって、
連続波を有する入力光信号(Oin)を受信し、光分割比で前記入力光信号(Oin)を分割して第1の分割光信号(Os1)及び第2の分割光信号(Os2)を生成するのに適応した光スプリッタ(11)と、
前記第1の分割光信号(Os1)及び前記第2の分割光信号(Os2)を受信するように前記光スプリッタ(11)と結合し、前記第1の分割光信号(Os1)及び前記第2の分割光信号(Os2)を位相変調して、第1の変調光信号(Om1)及び第2の変調光信号(Om2)をそれぞれ生成するのに適応した光位相変調器(12)と、
該光位相変調器(12)と結合して前記第1の変調光信号(Om1)及び前記第2の変調光信号(Om2)を受信し、前記第1の変調光信号(Om1)と前記第2の変調光信号(Om2)とをある結合比で結合して、チャープ(α)を有し、前記光ファイバを介して前記光受信装置に伝達される出力光信号(Oout)を生成するのに適応した光合成器(13)とを備え、
前記光受信装置は出力光信号(Oout)を復調するのに適応し、前記結合比の第1の値(ε2)が前記光分割比の第1の値(ε1)と等しく、前記結合比の
第1の値
(ε2)が正の数であり、前記
結合比の第1の値
(ε2)が1より小さいか又は1より大きく、前記光分割比及び結合比は、出力光信号(Oout)の光変調振幅(OMA)が最大化されるように選択されることを特徴とする光変調通信システム。
【請求項2】
前記光位相変調器(12)が、
前記光スプリッタ(11)と前記光合成器(13)との間に結合され、前記第1の分割光信号(Os1)を前記光スプリッタ(11)から受信し、前記第1の分割光信号(Os1)に基づいて前記第1の変調光信号(Om1)を生成する、第1の導波路(121)と、
前記光スプリッタ(11)と前記光合成器(13)との間に結合され、前記第2の分割光信号(Os2)を前記光スプリッタ(11)から受信し、前記第2の分割光信号(Os2)に基づいて前記第2の変調光信号(Om2)を生成する、第2の導波路(122)と、
前記第1の導波路(121)に対応して設けられ、第1の変調電圧(V1)を受信するのに適応した第1の電極(123)であって、前記第1の変調光信号(Om1)の位相が前記第1の変調電圧(V1)が変化するに従って変化する、第1の電極(123)と、
前記第2の導波路(122)に対応して設けられ、第2の変調電圧(V2)を受信するのに適応した第2の電極(124)であって、前記第2の変調光信号(Om2)の位相が前記第2の変調電圧(V2)が変化するに従って変化する、第2の電極(124)とを備える、請求項1に記載の光変調通信システム。
【請求項3】
前記出力光信号(Oout)のチャープ(α)が可変であり、前記光位相変調器(12)が、
前記第2の導波路(122)及び前記第2の電極(124)に対応して設けられ、バイアス電圧信号(Vb)を受信するのに適応したバイアス電圧電極(125)であって、前記出力光信号(Oout)のチャープ(α)が、前記バイアス電圧信号(Vb)が変化するに従って変化する、バイアス電圧電極(125)をさらに備える、請求項2に記載の光変調通信システム。
【請求項4】
前記第1の変調電圧(V1)の位相及び前記第2の変調電圧(V2)の位相は、互いに180度だけ異なり、前記第1の変調電圧(V1)の振幅及び前記第2の変調電圧(V2)の振幅は同一である、請求項2に記載の光変調通信システム。
【請求項5】
前記光スプリッタ(11)及び前記光合成器(13)がそれぞれ、Y分岐導波路である、請求項1に記載の光変調通信システム。
【請求項6】
前記光スプリッタ(11)及び前記光合成器(13)がそれぞれ、光指向性カプラである、請求項1に記載の光変調通信システム。
【請求項7】
前記光スプリッタ(11)及び前記光合成器(13)がそれぞれマルチモード干渉計である、請求項1に記載の光変調通信システム。
【請求項8】
前記光分割比の第1の値(ε1)及び前記結合比の第1の値(ε2)が共に定数である、請求項1に記載の光変調通信システム。
【請求項9】
可変の直流電圧(Vdc)を受けて、該直流電圧(Vdc)に応じて前記光分割比の第1の値(ε1)と前記結合比の第1の値(ε2)とを調整するのに適応した比率調整器(14)をさらに備える、請求項1に記載の光変調通信システム。
【請求項10】
前記比率調整器(14)が、
光スプリッタ(11)に対応して設けられ、前記直流電圧(Vdc)を受信するのに適応した第1の電極(141)と、
光合成器(13)に対応して設けられ、前記直流電圧(Vdc)を受信するのに適応した第2の電極(142)と、を備える、請求項9に記載の光変調通信システム。
【請求項11】
請求項1に記載の光変調通信システムの信号品質を調整する方法であって、
-入力光信号(Oin)を受信するのに適応した光変調装置(1)の光スプリッタ(11)によって、前記光分割比で前記入力光信号(Oin)を分割することと、
-前記第1の分割光信号(Os1)及び前記第2の分割光信号(Os2)を生成することと、
-前記第1の分割光信号(Os1)及び前記第2の分割光信号(Os2)を受信するように前記光スプリッタ(11)と結合した光変調装置(1)の光位相変調器(12)によって、前記第1の分割光信号(Os1)及び前記第2の分割光信号(Os2)を位相変調し、第1の変調光信号(Om1)及び第2の変調光信号(Om2)をそれぞれ生成することと、
-前記光位相変調器(12)と結合して前記第1の変調光信号(Om1)及び前記第2の変調光信号(Om2)を受信する光変調装置(1)の光合成器(13)を用いて、前記第1の変調光信号(Om1)と前記第2の変調光信号(Om2)とを前記結合比で結合することと、
-チャープ(α)を有する出力光信号(Oout)を生成することと、
-前記光ファイバを介して出力光信号(Oout)を前記光受信装置に伝達することと、
-前記光受信装置によって、出力光信号(Oout)を復調することと、を含み、
さらに、
-前記光ファイバの分散量に応じて出力光信号(Oout)のチャープ(α)を選択することと、
-該チャープ(α)に対応して、前記光分割比の第1の値(ε1)と等しい前記結合比の第1の値(ε2)を設定することと、を含み、前記結合比の第1の値(ε2)は、正の数であって、1より小さいか又は1より大きく、光変調装置(1)を予め設定し、光変調振幅(OMA)を最大化し、光リンクのバジェットを改善する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、装置に関し、特に光変調装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバ通信システムでは、光ファイバ分散は、波長に対する波速度の依存により、光波が異なる波長の光スペクトル成分に分散する現象である。光変調装置によって発せられる光信号又はパルスが、例えば光ファイバチャネル内に投影されると、そのエンベロープは、波群速度で光受信装置へとファイバチャネルに沿って伝搬する。このパルスは一連の光スペクトル成分を含むため、各光スペクトル成分は異なる波群速度で移動し、グループ速度分散(GVD)、モーダル間分散、又は単純な光ファイバ分散を生じる。この分散現象はまた、多くの場合、パルス広がりと呼ばれる。パルスが光ファイバに沿って移動すると、光スペクトル成分は空間及び時間に分散され続け、パルスは幅が広くなりすぎ、パルスの前縁が前のパルスの後縁と重なり、シンボル間干渉(ISI)が発生し、ビットがぼかされる。これにより、光受信装置が光信号を受信し、光信号に基づいて復調すると、光受信装置は、「0」ビットと「1」ビットとの差を識別できず、復調誤差をもたらす。また、光ファイバの分散は、光ファイバの長さに直結しており、すなわち光信号の伝送距離が光ファイバの分散によって制限される。さらに、光受信装置によって受信された光信号の信号対雑音比(SNR)もまた、光受信装置の復調精度に影響を及ぼす。
【0003】
したがって、光ファイバの信号対雑音比及び分散は、光ファイバ通信の信号品質に影響を及ぼす重要な要因の1つとなる。したがって、光伝送距離を促進するために、信号対雑音比が低すぎることを回避する方法、及び光ファイバ通信システムに著しく影響する光ファイバの分散は、関連する通信エンティティによる改善対象である。
【発明の概要】
【0004】
したがって、本開示の目的は、既存の技術の欠点を克服することができる光変調装置を提供することである。
【0005】
したがって、本開示の光変調装置は、光スプリッタと、光位相変調器と、光合成器と、を備える。光スプリッタは、入力光信号を受信し、光分割比によって入力光信号を分割して、第1の分割光信号及び第2の分割光信号を生成するために使用される。光位相変調器は、光スプリッタを結合して、第1の分割光信号及び第2の分割光信号を受信し、第1の分割光信号及び第2の分割光信号を位相変調して、それぞれ、第1の変調光信号及び第2の変調光信号を生成する。光合成器は、光位相変調器を結合して、第1の変調光信号及び第2の変調光信号を受信し、第1の変調光信号と第2の変調光信号とをある結合比で組み合わせることにより、チャープを有する出力光信号を生成し、結合比が光分割比と等しく、結合比の値が正の数であり、値は1より小さい又は1より大きい。
【0006】
本開示の効果は、次のことにある。光分割比が光結合比に等しいことにより、出力光信号がより良好な信号対雑音比を有し、それにより、光受信装置が出力光信号を受信し、出力光信号に従って復調するときに、光受信装置がより良好な復調精度を有し、出力光信号はチャープを有し、光ファイバによる分散が出力光信号の送信に与える影響を低減することができ、光通信システムの伝送性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示の他の特徴及び技術的効果は、添付の図面を参照する実施形態において明らかとなるであろう。
【0008】
【
図1】本開示の光変調装置の第1の実施形態を示す平面図である。
【
図2】第1の実施形態の出力光信号のチャープが異なる値をとるとき、結合比の第1の値が、光分割比の第1の値として変化することを示すシミュレーション図である。
【
図3】第1の実施形態の出力光信号のチャープが異なる値をとるとき、出力光信号の光変調振幅が光分割比の第1の値として変化することを示すシミュレーション図である。
【
図4】本開示の光変調装置の第2の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【0009】
参照符号は、以下のように表される。
【0010】
1 光変調装置
11 光スプリッタ
111、112 入力端
12 光位相変調器
121 第1の導波路
122 第2の導波路
123 第1の電極
124 第2の電極
125 バイアス電圧電極
13 光合成器
131、132 出力端
14 比率調整器
141 第1の電極
142 第2の電極
V1 第1の変調電圧
V2 第2の変調電圧
Vb バイアス電圧信号
Vdc 直流電圧
Oin 入力光信号
Oout 出力光信号
Om1 第1の変調光信号
Om2 第2の変調光信号
Os1 第1の分割光信号
Os2 第2の分割光信号
OMA 光変調振幅
ε1 光分割比の第1の値
ε2 結合比の第1の値
α チャープ
【発明を実施するための形態】
【0011】
本開示を詳細に説明する前に、同様の要素は、以下の説明において同じ参照符号によって示されることに留意すべきである。
【0012】
<第1の実施形態>
図1を参照すると、本開示の光変調装置1の実施形態は、光通信システム(図示せず)に適合されている。光通信システムは、光ファイバ(図示せず)及び光受信装置(図示せず)を含む。光変調装置1は、連続波を有する入力光信号Oinを変調し、チャープを有する出力光信号Ooutを生成して発光させ、光ファイバを介して出力光信号Ooutを光受信装置に送信するために使用される。光受信装置は、光受信装置によって受信された出力光信号Ooutを復調する。
【0013】
本実施形態の光変調装置1は、光スプリッタ11と、光位相変調器12と、光合成器13と、を含む。光変調装置1は、Mach-Zehnder変調器(MZM)であり、Mach-Zehnder変調器は、LiNbO3 系、シリコン及びInPのうちの1つで作製される。
【0014】
光スプリッタ11は、入力光信号Oinを受信し、入力光信号Oinを光分割比(すなわち、ε1:(1ε-1)、0<ε1<1)で分割して第1の分割光信号Os1及び第2の分割光信号Os2を生成するために使用される。なお、本実施形態では、光スプリッタ11は光指向性カプラであり、入力光信号Oinのみを受信するものであるが、本開示はこれに限定されるものではないことに留意されたい。他の実施形態では、光スプリッタ11の入力端111は入力光信号Oinを受信し、別の入力端112は、別の入力光信号を受信する。光スプリッタ11は、Y分岐導波路又はマルチモード干渉計であってもよい。
【0015】
光位相変調器12は、光スプリッタ11を結合して、第1の分割光信号Os1及び第2の分割光信号Os2を受信し、第1の分割光信号Os1及び第2の分割光信号Os2を位相変調して、第1の変調光信号Om1及び第2の変調光信号Om2をそれぞれ生成する。本実施形態では、光位相変調器12は、第1の導波路121と、第2の導波路122と、第1の電極123と、第2の電極124と、バイアス電圧電極125と、を含む。
【0016】
第1の導波路121は、光スプリッタ11と光合成器13との間に結合され、光スプリッタ11から第1の分割光信号Os1を受信し、第1の分割光信号Os1に基づいて第1の変調光信号Om1を生成する。第2の導波路122は、光スプリッタ11と光合成器13との間に結合され、光スプリッタ11から第2の分割光信号Os2を受信し、第2の分割光信号Os2に基づいて第2の変調光信号Om2を生成する。第1の電極123は、第1の導波路121に対応して設けられ、第1の変調電圧V1を受信するために使用される。第2の電極124は、第2の導波路122に対応して設けられ、第2の変調電圧V2を受信するために使用される。具体的には、第1の電極123及び第2の電極124は、第1の導波路121の上面及び第2の導波路122の上面にそれぞれ設けられている。第1の電極123及び第2の電極124は、第1の導波路121自体の屈折率及び第2の導波路122自体の屈折率を、第1の変調電圧V1及び第2の変調電圧V2に従ってそれぞれ変化させ(例えば、第1の変調電圧V1及び第2の変調電圧V2に従って熱を発生させて、第1の導波路121の屈折率及び第2の導波路122の屈折率を変化させるが、本開示はこれに限定されるものではない)、第1の導波路121によって伝搬される第1の分割光信号Os1の伝搬速度と、第2の導波路122によって伝播される第2の分割光信号Os2の伝搬速度を変化させ(すなわち、第1の導波路121内で伝播された光と、第2の導波路122内で伝播された光との間に位相差が生まれ(すなわち、位相変調))、それぞれ第1の変調光信号Om1及び第2の変調光信号Om2を生成する。そのため、第1の変調光信号Om1の位相及び第2の変調光信号Om2の位相は、第1の変調電圧V1及び第2の変調電圧V2が変化するにつれてそれぞれ変化する。
【0017】
バイアス電圧電極125は、第2の導波路122及び第2の電極124に対応して設けられ(又は、バイアス電圧電極125は、第1の導波路121及び第1の電極123に対応して設けられ)、バイアス電圧信号Vbを受信するために使用される。
【0018】
特に、出力光信号Ooutのチャープの極性は、それ自体で動作される光変調装置1の伝達関数の正の勾配又は負の勾配と関連付けられ、出力光信号Ooutのチャープの大きさは、伝達関数の直交点からの光変調装置1のバイアス電圧点のオフセットと関連付けられる。したがって、バイアス電圧信号Vbによって制御される光位相変調器12を作製することによって、本実施形態は、チャープの極性を変化させるように、伝達関数の正の勾配又は負の勾配で動作するように光変調装置1を調整し、バイアス電圧信号Vbが変化するにつれて出力光信号Ooutのチャープが変化するように、バイアス電圧信号Vbによって、バイアス電圧点が伝達関数の直交点からオフセットされるようにチャープの大きさを変化させる。
【0019】
光合成器13は、光位相変調器12を結合して、第1の変調光信号Om1及び第2の変調光信号Om2を受信し、第1の変調光信号Om1と第2の変調光信号Om2とをある結合比で(すなわち、ε2:(1-ε2)、0<ε2<1)で結合して、出力光信号Ooutを生成する。結合比及び光分割比は共に定数であることに留意されたい。結合比は、光分割比(すなわち、ε1:(1-ε1)=ε2:(1-ε2)と等しく、結合比の値は正の数であり、値は1より小さい又は1より大きい。さらに、本実施形態では、光合成器13は光指向性カプラであり、出力光信号Ooutのみを出力するものであるが、本開示はこれに限定されるものではない。他の実施形態では、光合成器13の出力端131は出力光信号Ooutを出力し、光合成器13の別の出力端132は、別の出力光信号を出力する。出力光信号Oout及び別の出力光信号は、異なるチャープを有してもよい。光合成器13は、Y分岐導波路又はマルチモード干渉計であってもよい。
【0020】
本実施形態では、第1の変調電圧V1の振幅及び第2の変調電圧V2の振幅は同一であり、第1の変調電圧V1及び第2の変調電圧V2の位相は180度異なる。出力光信号Ooutの光変調振幅(OMA)は、以下の式(1)によって得ることができる。
【数1】
式中、パラメータOMAは光変調振幅であり、パラメータPo,max及びパラメータPo,minはそれぞれ出力光信号Ooutの最大光パワー及び最小光パワーであり、パラメータε1は光分割比の第1の値であり、パラメータε2は結合比の第1の値であり、パラメータPinは入力光信号Oinの光パワーである。式(1)から分かるように、出力光信号Ooutの光変調振幅OMAは、光分割比及び結合比と関連付けられ、したがって、本開示が、入力光信号Oinの波長及び伝送距離を判定し、入力光信号Oinに対応する光ファイバの分散量を知る場合、出力光信号Ooutのチャープは、光ファイバの分散量に応じて選択され、所望に応じたチャープは、バイアス電圧信号Vbを調整することによって得られ、光分割比及び結合比は前もって幾分か調整され、それにより、出力光信号Ooutがチャープを有する一方で、光変調振幅OMAが最大化される。そのため、出力光信号Ooutが光ファイバを介して光受信装置に送信されると、出力光信号Ooutは、依然として、より良好な信号対雑音比(SNR)を有する。
【0021】
図2及び
図3を参照すると、
図2は、異なるチャープにおける光分割比の第1の値ε1と、結合比の第1の値ε2との間の関係を示す(図では、パラメータαは出力光信号Ooutのチャープとして働く)。
図3は、異なるチャープにおける出力光信号Ooutの光分割比の第1の値ε1と光変調振幅OMAとの関係を示す。
図2及び
図3から分かるように、異なるチャープでは、光分割比の第1の値ε1が、結合比の第1の値ε2に等しいとき(すなわち、ε1=ε2)、出力光信号Ooutの光変調振幅OMAは最大値を有する。したがって、所望に応じたチャープを定め、チャープに対応するとともに互いに等しい光分割比及び結合比をとって、光変調装置1を予め設定することによって、本開示は、光変調振幅OMAを最大化しながら出力光信号Ooutにチャープをもたせて、光リンクのバジェットを改善する。
【0022】
<第2の実施形態>
図4を参照すると、本開示の光変調装置1の第2の実施形態は、第1の実施形態と同様であるが、第2の実施形態では、(1)光分割比及び結合比の両方が定数ではない(すなわち、予め設定されていない)こと、及び(2)光変調装置1が比率調整器14をさらに含むことが異なる。
【0023】
比率調整器14は、可変である直流電圧Vdcを受信し、直流電圧Vdcに従って、光分割比及び結合比の値を調整するために使用される。本実施形態では、比率調整器14は、第1の電極141及び第2の電極142を含む。第1の電極141は、光スプリッタ11に対応して、また隣接して設けられ、直流電圧Vdcを受信するために使用される。第2の電極142は、光合成器13に対応して、また隣接して設けられ、直流電圧Vdcを受信するために使用される。具体的には、第1の電極141及び第2の電極142は、それぞれ直流電圧Vdcに応じて熱を発生させて、第1の電極141と第2の電極142とがそれぞれ対応する光分割比の値と結合比の値を調整する。本実施形態では、同様に、結合比は、光分割比と等しく、結合比の値は正の数であり、値は1より小さい又は1より大きい。
【0024】
結論として、本開示の光変調装置1は、光分割比が光結合比と同等であることにより、光変調装置1が出力する出力光信号Ooutをより大きい光変調振幅OMAとし、出力光信号Ooutが光ファイバを介して光受信装置に伝送されるときの信号対雑音比をさらに良好にするので、光受信装置が出力光信号Ooutに応じて復調する際に、光受信装置は、より良好な復調精度を有するようになる。さらに、出力光信号Ooutが光変調装置1における最適化されたチャープを有することにより、出力光信号Ooutの伝送時に光ファイバによる分散の影響を低減し、光通信システムの伝送性能を促進し、出力光信号Ooutの伝送距離を長くすることができる。
【0025】
しかしながら、上記の説明は、本開示の実施形態に過ぎず、本開示の実行範囲を限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に従ってなされる単純な同等の変更及び修正、及び明細書の内容は依然として本開示の範囲に含まれる。