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» 2018年06月06日 11時30分 公開

福田昭のデバイス通信(149) imecが語る最新のシリコンフォトニクス技術(9):シリコン光変調器の基礎 (1/2)

今回から、光信号の振幅や位相などを変化させる能動素子「光変調器」を解説していく。光の変調方式は、「直接変調」と「外部変調」に大別される。それぞれについて説明していこう。

[福田昭,EE Times Japan]

直接変調方式と外部変調方式

 半導体デバイス技術に関する国際会議「IEDM」では、カンファレンスの前々日に「チュートリアル(Tutorial)」と呼ぶ技術セミナーを開催している。2017年12月に開催されたIEDMでは、6件のチュートリアルが開催された。

 その中から、シリコンフォトニクスに関する講座「Silicon Photonics for Next-Generation Optical Interconnects(次世代光接続に向けたシリコンフォトニクス)」が興味深かったので、その概要をシリーズでお届けしている。講演者は、ベルギーの研究開発機関imecのJoris Van Campenhout氏である。

 なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

 前回は、波長分割多重(WDM)伝送を支える光波長フィルターの特性とその制御手法を説明した。今回から、光信号の振幅や位相などを変化させる能動素子「光変調器」を解説していく。

 光の変調方式には大別すると、「直接変調」と「外部変調」がある。直接変調とは光源(普通は半導体レーザー)そのものが光信号を変調する方式を指す。電流の制御によって半導体レーザーの出力強度を直接、変調する方式(電流制御による強度変調)が代表的である光ディスク装置やプラスチック光ファイバー通信などでは、直接変調方式の半導体レーザーが使われている。

 ただし直接変調には、半導体レーザーそのもの応答速度がそれほど高くない、強度変調によって光の波長と位相が変動するといった問題がある。超高速の光信号伝送には、あまり適していない。

 このため、波長の安定性が要求される波長分割多重(WDM)伝送には、外部変調方式が一般的に使われている。外部変調方式では、光源である半導体レーザーは一定の光を出力し続ける。すなわち、半導体レーザーの光波長と光位相は変動しない。半導体レーザーの出力光を外部変調器に入力する。外部変調器では、光の振幅や位相などを電気信号によって高速に変化させる。そして変調済みの光信号を取り出す。

直接変調方式と外部変調方式(クリックで拡大)
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