CN101960345A - 用于模拟应用的硅基光调制器 - Google Patents
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Abstract
一种硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光调制器配置成对以前需要使用相对大的功率消耗和昂贵的铌酸锂器件的应用提供模拟操作。基于MZI的SISCAP调制器(优选地在每个臂上有SISCAP器件的平衡布置)响应于进入的RF电信号，并被偏压到器件的电容实质上恒定且MZI的变换函数是线性的区域中。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年10月19日提交的美国临时申请号60/999,784和2008年8月13日提交的美国临时申请号61/188,975的利益。
技术领域
本发明涉及用于模拟输入信号(例如，RF电子输入信号)的光调制器，尤其是涉及被加偏压以在线性区中工作的相对小的硅基模拟光调制器，在该线性区中模拟输入信号将被准确地复制为调制器的光输出信号。
发明背景
模拟光通信链路在现有技术中是已知的。传统的光模拟链路使用亮度调制(intensity modulation)技术来将模拟信息转换成光信号。模拟光链路可例如由有线电视行业利用以使用传统的RF模拟调制格式来传输视频图像，以及在很多RF天线应用中被利用。
在大多数光模拟链路中，通过使用外部马赫-曾德尔亮度调制器(MZI)来将信息从RF(电)信号转换成光信号。传统的电光调制器(EOM)通常基于在光学活性材料例如铌酸锂(LiNbO3)中的质子交换或钛扩散波导。在操作中，当在光学活性波导两端施加电场时，波导的光路长度将改变，允许相应地控制输出信号的相位。当波导放置在干涉仪内时，该效应用于改变光的相位(即，相位调制器)和产生振幅调制。
LiNbO3基设备相对大(具有大约例如75mm的长度)，这使它们不适合于需要高密度集成以及高线性度的很多当前的应用。进一步地，已知这些设备表现出大约三伏的“电压灵敏度”(被表示为Vπ，其定义提供完整的180°相移所需的电压的量)。也已经发现这个相对大的Vπ导致下列情况：(1)在10mW输入光功率处大约-26dB的相对低的链路增益；(2)在10mW输入光功率处大约33dB的大噪声因子(NF)；以及(3)大于19dBm的大的输入三阶截点(TOI)。而且，与传统LiNbO3调制器相关的功率耗散使它们实质上对可用功率或功率消耗是关心的事的应用变得无用。
发明概述
仍然存在于现有技术中的需求由本发明解决，本发明涉及用于模拟FR输入信号的光调制器，尤其是涉及响应于模拟输入信号被加偏压为在线性区中工作的相对小的硅基模拟光调制器。
根据本发明，以马赫-曾德尔干涉仪(MZI)形式的模拟光调制器形成为包括至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件来作为调制元件的。SISCAP结构(在申请人的现有US美国专利6,845,198和7,065,301中被详细描述；通过引用被并入)在这个模拟应用中被特别加偏压以在电容实质上保持恒定的区域中工作，允许在SISCAP光波导器件中累积或耗尽的电荷的线性变化。
在本发明的一个实施方式中，可使用沿着MZI结构的一个臂布置的单个SISCAP器件。优选地，在平衡配置中使用沿着每个臂平行布置的一对SISCAP器件。平衡布置是优选的，因为它允许在加偏压条件中的调节以克服波导之间的固有的制造差异。在一般模式实施方式中配置该布置的能力允许使用差分信号和减小的电压电平被用来获得与“单侧”实施方式比较相同的结果。
在一个实施方式中，SISCAP结构在0V处/附近被加偏压，在0V处该电平被显示为与相对小的电容相关，该电容作为电压的函数实质上是恒定的。在本实施方式的特定配置中，低通滤波器布置在高频电输入信号和MZI的一个臂之间以确保MZI在零偏压值附近工作，而不考虑RF输入信号并允许以较高频率工作。
在另一实施方式中，SISCAP结构被加偏压以保持在累积模式中，在一个值处，在该值处C-V曲线在最大电容值处实质上是平坦的。这个实施方式对输入信号相对弱且需要较大的相移的应用是有用的。
本发明的布置的优点是，硅基SISCAP光学器件的使用允许模拟光调制器的形成，该模拟光调制器在总尺寸上比上述现有技术LiNbO3器件小几个数量级。特别是，本发明的SISCAP模拟光调制器需要数量级为大约100μm(与现有技术的75mm比较)的长度和大约0.8V的电压灵敏度Vπ(与现有技术的大约3.0V的Vπ比较)。
重要的是，硅基调制器的使用允许相关的光学部件(例如，光纤和光电探测器)和相关的电子部件(例如，跨阻放大器和输入信号滤波器)直接集成在与调制器相同的硅基底内，进一步减小了完整的系统的尺寸和成本。实际上，根据本发明的硅基模拟光调制器的使用允许以各种阵列配置布置的多个调制器都集成在单个硅基底内-以及相关的光学和电子部件。形成光调制器的单片阵列的能力被认为是重要的进步，特别是考虑到需要这些部件的更小外形格局的各种应用。
本发明的其它和另外的实施方式在下面讨论的过程期间并通过参考附图将变得明显。
附图的简要说明
现在参考附图，
图1是现有技术LiNbO3光调制器的结构图图示；
图2示出图1的现有技术调制器的传递函数；
图3是用于形成本发明的模拟光调制器的示例性SISCAP光波导器件的横截面视图；
图4是图3的SISCAP器件的光学特性的详细图示；
图5是与图3的SISCAP光波导器件相关的C-V曲线；
图6示出根据本发明形成的示例性硅基模拟光调制器；
图7包括与图6的调制器相关的作为两个臂之间的差分相移的函数的MZI的输出响应的曲线；
图8示出本发明的另一实施方式，在这种情况下利用在平衡MZI配置中的一对SISCAP光波导器件；
图9是图8的平衡MZI配置的示意图；
图10是合并低通滤波器电路的图8的实施方式的可选的共模配置的示意图；
图11是与图10的共模配置相关的示例性SISCAP几何结构的横截面视图；
图12是共模配置的可选实施方式的示意图，在这种情况下使用单独的DC源来将偏压电压提供到交叉耦合的SISCAP光波导器件；
图13示出在SOI结构内形成的示例性模拟光调制器，其中相关的反馈元件集成在相同的SOI结构内；
图14示出调制器的示例性阵列布置，该调制器在SOI结构内形成并用于将多个单独的光信号调制并复用到单个输出波导上；以及
图15示出另一示例性单片模拟调制器阵列布置，在该布置中根据多个SISCAP模拟光调制器使用单个输入信号来产生多个单独的输出调制器信号。
详细描述
图1示出传输光载波上的信息的传统现有技术方法。连续波(CW)光输入耦合到马赫-曾德尔干涉仪(MZI 10)的输入波导12中，并接着在输入Y-分支13处分裂，以其后沿着一对平行光波导臂14和16传播。平行光波导臂14、16形成以公知的推挽方式工作的两个相位调制器。在该现有技术布置中，由于用于调制器的LiNbO3材料的光电特性，使得相位调制是可能的。来自上波导路径14和下波导路径16的光信号在输出Y-分支17处重新组合，并接着沿着输出波导18传播。如果来自两个路径14、16的光束同相地到达，则光将从MZI 10被引导出，反之亦然(也就是说，如果两个信号异相180°到达-彼此抵消-没有光将耦合进输出波导18中)。
因此，MZI 10可产生作为在应用于MZI 10的电子(RF)偏压中的变化的函数的可变传输损失。图2示出作为所应用的输入电信号的函数的来自MZI 10的光输出。示出了“最大”传输值(与“同相”相关)和“最小”传输值(与“异相”相关)。对于模拟应用，输出保持在线性区内，在该线性区内所应用的RF信号(也在图2中示出)可由输出光信号准确地复制。通过将已知的偏压应用于该布置，界定图2的曲线上的工作点，允许实现期望的线性工作。由于理解了现有技术模拟光调制器，下面将解释硅基模拟光调制器的优点。
图3是用作根据本发明形成的模拟光调制器的基础的示例性硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)波导器件20的横截面视图。如所示，SISCAP光波导器件20集成在包括硅基底24、绝缘层26(在本领域中也称为“隐埋氧化物”或BOX层)和相对薄的硅表面层28(也称为SOI层)的绝缘体上硅(SOI)结构22内。SOI层28的区域30被掺杂(在这种情况下使用n-型掺杂物)以形成SISCAP光波导器件20的第一“板”。薄氧化物层32(也称为“栅氧化层”)布置在n-掺杂区30上以形成SISCAP器件20的“电介质”。绝缘区34相邻于n-掺杂区30形成以有助于光信号隔离(confinement)。
优选地包括多晶硅的第二硅层36布置成与SOI层28的n-掺杂区30和绝缘区34部分重叠。如图3所示，覆盖在n-掺杂区30上的多晶硅层36的区域38相反地掺杂(在这种情况下使用p-型掺杂物)，以形成电容器结构的第二“板”。
第一电触头40布置在SOI层28上，而第二电触头42布置在多晶硅层36上，其中在其间应用调制电信号将更改SISCAP光波导器件20的光学特征(例如，折射率)，因而影响传播的光信号的特性。在优选实施方式中，重掺杂接触区44在电触头40下面的SOI层28中形成，以降低第一电触头40的接触电阻。类似的重掺杂接触区46在第二电触头42下面的多晶硅层36内形成。该SISCAP光波导结构和特征的完整描述可在我们上面引用的‘198专利中找到。
如下面详细讨论的，光信号被引导沿着波导，SISCAP器件20的活性(active)部分49传播-进入图3的视图中的页面/从该页面出来。图4是SISCAP器件20的放大视图，为了清楚起见移除了SOI结构22的各个支撑部分。在该视图中还示出载波调制区域(虚线框)和传播信号的光模式。
图5示出在本发明的模拟调制器中使用的SISCAP光波导器件20的典型的电容与栅电压(CV)的关系曲线图。根据本发明，在当所施加的电压变化时电容改变很少(如果有的话)的区域中操作SISCAP器件20是优选的。电容的这个“恒定”值允许作为电压的函数的SISCAP器件的电荷的线性变化。
对于涉及非常高频率的输入信号的应用(在GHz范围内，也许是1GHz或更高)，SISCAP器件20配置成表现出减小的电容和串联电阻。根据对特定应用的光损耗要求来选择对串联电阻的设计考虑。当应用要求较高的频率和较低的相移(例如大约π/20)时，SISCAP器件20在其最低电容模式中的工作是期望的。
在完全累积模式(在Cmax处，如图5所示)中，在所界定工作点(图5中的偏压VB)附近的界定的调制区也导致自由载子浓度的线性变化(Qfree-carrier＝Cmax*VB)。在Cmax附近的完全累积模式中工作的本发明的SISCAP模拟调制器将因此表现出在所施加的偏压和累积的自由载子电荷之间的线性关系。较大的电容导致较大的相移。因此，对于需要较大的相移的应用，调制器应在Cmax处或附近工作。
图6示出根据如上面概述的本发明的原理形成的示例性SISCAP模拟光调制器50(例如，完全集成在SOI结构60内，如图6中的阴影区所示)。这样的布置相对于现有技术的优点尤其包括其减小的尺寸(与LiNbO3器件比较)、减小的功率消耗、容易与其它部件集成等。如下面将详细讨论的，将模拟光调制器完全集成在硅基底内的能力允许调制器的各种阵列布置形成为单片布置。
再次参考图6，进入的连续波光信号(例如来自激光源)被耦合到输入波导52中，并其后被分裂以沿着调制器50的第一波导臂54和第二波导臂56传播。SISCAP光波导器件20(如上所述联合图3和4的讨论所形成的)沿着模拟光调制器50的第一波导臂54布置。被示为RF输入信号45并耦合到SISCAP器件20的触头42的输入模拟电信号被应用到SISCAP器件20，将导致生成复制RF输入信号45的调制的模拟光输出信号。如下所述的适当的偏压47也施加到SISCAP器件20以产生正确的工作点，如上面联合图5所述的。来自第一波导臂54的相移光其后与沿着第二波导臂56传播的信号重新组合，以便形成耦合到输出波导58中的振幅调制光信号。
如上所述，SISAP调制器50在SOI平台60内形成。SISCAP调制器50的更小外形格局使大量调制器能够集成到相同硅基底上的阵列中；因此，可实现高密度光学集成。在下文中联合图14和15详细描述了本发明的这个方面。有利地，完整系统的其它相关的光学(例如，光学滤波器和光电探测器)和电子部件(例如，跨阻放大器、A/D转换器、输入信号滤波器等)可在SOI平台60内形成，以便提供单片系统布置。在图6中进一步示出的是逆纳米锥(nanoptaper)耦合器62，其在本实施方式中用于将进入的自由空间光信号耦合到调制器50的输入波导52中。
在图6中通过RF信号/偏压信号触头42/40(见图3)的布置特别示出SISCAP光波导器件20。沿着第一臂54传播的连续相移光信号将接着与沿着第二臂56传播的原始光信号合并，以形成耦合到输出波导58中的调制的光输出信号。假如该信号需要其后从SOI平台60传输出来，可使用逆纳米锥输出耦合器64(布置在输出波导58的末端)，允许传播的调制信号集中到自由空间光输入信号路径(例如，输出光纤)中。
图7示出对于本发明的SISCAP模拟光调制器的具有相移的输出响应曲线。如对根据本发明的模拟性能所需的，线性工作区由双端箭头指示。在这些区域中的工作通过适当地对SISCAP波导导向器件20加偏压来完成；例如，在90度相位差(quadrature)的点(π/2或3π/2)附近。诸如热调谐或DC调谐的技术可用于将模拟调制器50的工作点保持在选定的工作点处(一般，例如在90度相位差处)。
因为一些实施方式只需要相对小的相移(例如大约±π/20)，器件可如所示在沿着曲线的不同位置之一处被加偏压，并维持线性工作。当需要越来越大的相移时(例如，±π/4在存在较大的输入信号电平时也许是必要的)，在90度相位差的点(π/2或3π/2)附近加偏压是优选的，以在整个工作区上保持线性。
图6示出模拟光调制器只利用一个SISCAP光波导器件的本发明的特定实施方式。虽然该布置可作为模拟调制器工作，它内在地是“不平衡的”，因为两个臂的光路长度不同。
图8示出根据本发明形成的示例性平衡模拟光调制器70。与图6的调制器50的元件相同的调制器70的元件由相同的参考数字指示。在本实施方式中，一对SISCAP光波导器件20-1和20-2用于提供平衡的模拟调制。如所示，第一SISCAP器件20-1沿着第一波导臂54布置，而第二SISCAP器件20-2沿着第二波导臂56布置。在本实施方式中，RF输入信号45应用于SISCAP器件20-1的接触区42-1，而DC偏压47应用于SISCAP器件20-2的接触区40-2。在相同的处理步骤期间集成在结构内的实质上相同的器件的使用确保两个臂54和56的光路长度几乎相同。
图9是调制器70的一个示例性实施方式的示意图。在该附图中，SISCAP器件20-1由作为掺杂的多晶硅区38-1的第一电阻元件、作为(实质上)薄氧化层32-1的电容器和作为掺杂的硅区30-1的第二电阻元件描述。SISCAP器件20-2被类似地描述。在该布置中，RF输入信号45显示为沿着第一臂54应用于SISCAP器件20-1，且DC偏压源47耦合到沿着第二臂56布置的SISCAP器件20-2。
图10包含图8的平衡调制器70的另一实施方式的示意图。在该配置中，SISCAP器件20-1和20-2以共模布置交叉耦合，以便实现调制器的推挽工作，同时将DC偏压维持在0V左右。如所示，输入RF信号应用于触头42-1和触头40-2。(SISCAP器件20-1的)区域30-1和(SISCAP器件20-2的)多晶硅区38-2如所示类似地连接在一起(“短路”)。
在SISCAP光波导器件20-1两端(或可选地，在SISCAP器件20-2两端)包括低通滤波器80确保Vbias对区域30-1和38-2的短路连接实质上维持在零伏。该布置允许调制出现在零偏压值附近，这确保SISCAP器件工作在最低可能的电容区中，实现期望的高频性能。
图11是根据本发明形成的示例性SISCAP光调制器70的横截面视图。图11中的视图特别与图10的共模配置相关，并示出在每个器件的区域之间的电连接。示出了RF输入信号45到所连接的触头42-1和40-2的应用，以及触头42-1和40-2之间的电互连。
图12中示出本发明的模拟SISCAP光调制器的可选配置。在这里，良好控制的DC偏压82应用于SISCAP器件20-1和20-2的共模配置(代替低通滤波器，如图10所示)。DC源82被示为耦合到SOI层30-1和多晶硅区38-2的连接处，并用于在此节点施加并保持预定的DC偏压(表示为VB)。在一个配置中，对于该SISCAP光波导器件(见图5)，VB的选定值可与Cmax的特定值相关，确保在存在弱输入信号时调制器的线性工作。
本发明的基于SISCAP的模拟光调制器的优点是其小尺寸、低功率消耗、线性度和高带宽。基于SISCAP的调制器可用于很多RF光子学应用-例如，相控阵天线、模拟通信(CATV)、数字波束形成，等类似应用。在这些应用的几个中，使用基于SISCAP的调制器将允许在尺寸和功率耗散上的相当大的减小，允许这样的调制器的阵列集成在单个硅基底上。此外，SOI平台实现其它光学和电子功能与模拟调制器的无缝集成。
实际上，图13示出包括基于SISCAP的调制器70(如上面联合图8所述的)和多个单独的光学元件的示例性SOI平台110，这些光学元件用于监控并控制调制器70的性能。如所示，额外的单独光学元件分别包括一对光电探测器件112、114和一对相应的耦合波导113、115。光电探测器件112和耦合波导113沿着调制器70的输入光波导52布置，且光电探测器件114和耦合波导115沿着输出光波导58布置。在工作中，进入的光信号的一部分可由波导113分出并由光电探测器件112处理，以监控进入的光信号的功率。通过将经调制的光信号的一部分引导到波导115和光电探测器114中可类似地监控经调制的光输出信号。这些光电探测器信号可用作例如反馈信号以控制所应用的RF信号、电偏压信号、进入的CW光信号的功率水平等。重要地，在SOI基布置内形成SISCAP模拟光调制器70允许相关的反馈元件被完全集成在相同的SOI结构内。
如上所述，存在需要光调制器的阵列的很多应用。减小阵列结构的尺寸和功率要求的能力(特别是当与现有技术LiNbO3布置比较时)是各种通信应用中的日益重要的目标。图14示出一个示例性基于SISCAP的模拟光调制器阵列120，其中阵列120作为单片布置完全形成在SOI平台内。在这个特定的实施方式中，阵列120包括一组四个单独的基于SISCAP的模拟光调制器70-1、70-2、70-3和70-4，其中每个调制器接收被示为λ1、λ2、λ3、λ4的不同波长的单独的光输入信号。
一组四个单独的进入的数据信号(被示为RF-1、RF-2、RF-3和RF-4)用于调制四个单独的光信号，沿着波导58-1、58-2、58-3和58-4产生一组四个经调制的光输出信号。在本发明的这个特定的实施方式中，SOI结构130还包括多个波导，其布置为耦合波导以合并多个经调制的信号，并结合一对集成的波分复用器(MUX)使用以将多个经调制的信号耦合到单个输出光波导上。
特别是，形成输出波导58-1和58-2以成为到第一MUX 132的输入，MUX 132的功能是将两个进入的信号复用到第一波导140上(其中波长λ1和λ2显示为与第一波导140关联)。类似地，沿着输出波导58-3和58-4传播的经调制的信号其后合并在第二MUX 134(也集成在SOI结构130内)内，并随后合并到第二波导142上(见与第二波导142一起示出的λ3和λ4)。两组经调制的光信号接着在第三MUX 136内最终合并到输出波导144上，输出波导144其后支持多个经调制的信号的复用传输。
根据本发明，将基于SISCAP的模拟调制器、波导和复用器这些部件中的每个形成在硅结构中的能力允许布置表现出相对小的总尺寸，特别是当与现有技术LiNbO3基阵列结构比较时。
在另一示例性实施方式中，单个进入的光信号可在与多个单独的RF信号相关的数量为N的多个基于SISCAP的模拟光调制器中分配，以产生数量为N的多个经调制的光输出信号。图15示出本发明的这个实施方式的一个示例性单片布置，其中一组四个单独的基于SISCAP的模拟光调制器70-1、70-2、70-3和70-4在SOI平台150内形成。如所示，一组波导160、162和164-其也直接在SOI平台150中形成-用于在每个调制器之间分配进入的光信号。虽然图15的具体结构暗示相等的光功率发射到每个调制器70的输入中，应理解，每个波导160、162和164的物理尺寸和有关参数可被更改以将可用光信号功率的不同百分比引导到每个调制器中。
如在图15中进一步示出的，单独的一组RF调制器源45-1、45-2、45-3和45-4用于将多个单独的数据信号施加到光输入信号上。因此，如图15中的O-1、O-2、O-3和O-4所示的多个经调制的光输出信号在单片结构内由单个光输入信号产生。
虽然没有在图14或15中特别示出，应理解，各种其它光学和电子部件也可集成在SOI平台内，以用于阵列结构。电子滤波器、跨导放大器、A/D转换器等常常用于这些阵列配置。进一步地，光电探测器件例如图13所示的那些也可使用，特别是用来“调谐”与多个调制器元件相关的具体波长。
前述讨论仅仅公开和描述了本发明的示例性实施方式。根据这样的讨论并根据附图和权利要求，本领域技术人员将容易认识到，其中可进行各种变化、更改和变形，而不偏离在下面的权利要求中界定的本发明的精神和范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在SOI结构内形成的模拟光调制器，所述SOI结构包括硅基底、上覆的氧化物层和相对薄的硅表面波导层，所述模拟光调制器包括：
光干涉仪，所述光干涉仪在所述相对薄的硅表面波导层内形成，所述干涉仪包括输入光波导、一对平行波导臂和输出光波导，输入Y-分路器布置在所述输入光波导和所述一对平行波导臂的输入之间，并且输出Y-组合器布置在所述一对平行波导臂的输出和所述输出光波导之间，连续波(CW)光输入信号耦合到所述输入光波导；以及
至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件，所述至少一个SISCAP光波导器件布置在所述一对平行波导臂的至少一个处，所述SISCAP光波导器件包括：
第一硅区，所述第一硅区在所述相对薄的硅表面波导层内被掺杂成表现出第一传导类型；
第二硅区，所述第二硅区被布置成部分地与所述第一硅区重叠，所述第二硅区被掺杂成表现出相反的第二传导类型；
相对薄的介质层，所述相对薄的介质层被布置在掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区之间的重叠区中，掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区与插入的所述相对薄的介质层的组合界定光电器件的活性区；
偏压源，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的恒定电容值，形成所述模拟光调制器的线性工作区；以及
输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加与所述偏压相结合来更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号，所述经调制的光输出信号复制所述输入RF电信号。
2.如权利要求1所述的调制器，其中所述至少一个SISCAP光波导器件包括一对SISCAP光波导器件，所述一对SISCAP光波导器件中的第一器件沿着所述干涉仪的第一光波导臂布置，并且所述一对SISCAP光波导器件中的第二器件沿着所述干涉仪的第二光波导臂布置。
3.如权利要求2所述的调制器，其中所述一对SISCAP光波导器件被交叉耦合为共模配置，所述输入RF信号被施加到一个SISCAP器件的所述第二硅区与剩余的SISCAP器件的所述第一硅区的交叉耦合的连接处。
4.如权利要求3所述的调制器，其中所述偏压保持在实质上为零的电压电平处。
5.如权利要求4所述的调制器，其中所述调制器还包括低通电滤波器，所述低通电滤波器耦合在第一SISCAP光波导器件两端，以证实使用零偏压进行工作。
6.如权利要求5所述的调制器，其中所述低通电滤波器与所述调制器一样集成在相同的SOI结构内。
7.如权利要求3所述的调制器，其中所述偏压由耦合到剩余的交叉耦合的一对区的恒定DC电压源提供，以维持实质上恒定的DC偏压。
8.一种在SOI结构内形成的集成光通信系统，所述SOI结构包括硅基底、上覆的绝缘层和硅表面波导层，所述集成光通信系统包括：
模拟光调制器，所述模拟光调制器包括：
光干涉仪，所述光干涉仪在所述相对薄的硅表面波导层内形成，所述干涉仪包括输入光波导、一对平行波导臂和输出光波导，输入Y-分路器布置在所述输入光波导和所述一对平行波导臂的输入之间，并且输出Y-组合器布置在所述一对平行波导臂的输出和所述输出光波导之间，连续波(CW)光输入信号耦合到所述输入光波导；以及
至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件，所述至少一个SISCAP光波导器件布置在所述一对平行波导臂的至少一个处，所述SISCAP光波导器件包括：
第一硅区，所述第一硅区在所述相对薄的硅表面波导层内被掺杂成表现出第一传导类型；
第二硅区，所述第二硅区被布置成部分地与所述第一硅区重叠，所述第二硅区被掺杂成表现出相反的第二传导类型；
相对薄的介质层，所述相对薄的介质层被布置在掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区之间的重叠区中，掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区与插入的所述相对薄的介质层的组合界定光电器件的活性区；
偏压源，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的恒定电容值，形成所述模拟光调制器的线性工作区；以及
输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加与所述偏压相结合来更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号，所述经调制的光输出信号复制所述输入RF电信号；以及
至少一个光学部件，所述至少一个光学部件与所述模拟调制器一起集成在所述SOI结构内；以及
至少一个电子部件，所述至少一个电子部件与所述模拟调制器一起集成在所述SOI结构内。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个光学部件包括光电探测器件。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述至少一个光学部件还包括输出耦合波导，所述输出耦合波导布置在所述干涉仪的选定部分和所述光电探测器件之间，使得所述光电探测器件提供表示所述干涉仪的性能的电信号。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个电子部件包括耦合到所述模拟光调制器的输入的跨导放大器。
12.一种集成在单个SOI结构内的硅基装置，所述SOI结构包括硅基底、上覆的绝缘层和表面硅层，所述装置包括：
数量为N的多个模拟光调制器，所述多个模拟光调制器以预定的阵列配置进行互连，每个模拟调制器包括：
光干涉仪，所述光干涉仪在所述相对薄的硅表面波导层内形成，所述干涉仪包括输入光波导、一对平行波导臂和输出光波导，输入Y-分路器布置在所述输入光波导和所述一对平行波导臂的输入之间，并且输出Y-组合器布置在所述一对平行波导臂的输出和所述输出光波导之间，连续波(CW)光输入信号耦合到所述输入光波导；以及
至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件，所述至少一个SISCAP光波导器件布置在所述一对平行波导臂的至少一个处，所述SISCAP光波导器件包括：
第一硅区，所述第一硅区在所述相对薄的硅表面波导层内被掺杂成表现出第一传导类型；
第二硅区，所述第二硅区被布置成部分地与所述第一硅区重叠，所述第二硅区被掺杂成表现出相反的第二传导类型；
相对薄的介质层，所述相对薄的介质层被布置在掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区之间的重叠区中，掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区与插入的所述相对薄的介质层的组合界定光电器件的活性区；
偏压源，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的恒定电容值，形成所述模拟光调制器的线性工作区；以及
输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加与所述偏压相结合来更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号，所述经调制的光输出信号复制所述输入RF电信号；以及
多个光波导，所述多个光波导在所述硅表面层内形成，并被布置成在所述数量为N的多个模拟光调制器中的单独的模拟光调制器之间形成连接。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述多个光波导内的选定的一组光波导被布置成在所述数量为N的多个模拟光调制器中的某些模拟光调制器之间产生光信号分路器。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述多个光波导内的选定的一组光波导被布置成在所述数量为N的多个模拟光调制器的某些模拟光调制器之间产生光信号组合器。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
根据第19(1)条的声明
申请人修改了独立权利要求1、8和12以强调本发明和所引用的对比文件D1之间的不同。独立权利要求1、8和12被修改以包括短语“恒定的电容”和“线性工作区”以及“复制所述输入RF电信号”，以提供进一步的说明和本发明的主题与所引用的Montgomery等人的对比文件之间的不同。
与对比文件D1和D2相对比，本发明特别与模拟调制器相关，其中调制器包括“偏压源，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的恒定电容值，形成所述模拟光调制器的线性工作区；以及输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加与所述偏压相结合来更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号，所述经调制的光输出信号复制所述输入RF电信号”[增加的强调]，如被修改的独立权利要求1、8和12现在所限定的。
Claims (14)
1.一种在SOI结构内形成的模拟光调制器，所述SOI结构包括硅基底、上覆的氧化物层和相对薄的硅表面波导层，所述模拟光调制器包括：
光干涉仪，所述光干涉仪在所述相对薄的硅表面波导层内形成，所述干涉仪包括输入光波导、一对平行波导臂和输出光波导，输入Y-分路器布置在所述输入光波导和所述一对平行波导臂的输入之间，并且输出Y-组合器布置在所述一对平行波导臂的输出和所述输出光波导之间，连续波(CW)光输入信号耦合到所述输入光波导；以及
至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件，所述至少一个SISCAP光波导器件布置在所述一对平行波导臂的至少一个处，所述SISCAP光波导器件包括：
第一硅区，所述第一硅区在所述相对薄的硅表面波导层内被掺杂成表现出第一传导类型；
第二硅区，所述第二硅区被布置成部分地与所述第一硅区重叠，所述第二硅区被掺杂成表现出相反的第二传导类型；
相对薄的介质层，所述相对薄的介质层被布置在掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区之间的重叠区中，掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区与插入的所述相对薄的介质层的组合界定光电器件的活性区；
偏压，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的电容值；以及
输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号。
2.如权利要求1所述的调制器，其中所述至少一个SISCAP光波导器件包括一对SISCAP光波导器件，所述一对SISCAP光波导器件中的第一器件沿着所述干涉仪的第一光波导臂布置，并且所述一对SISCAP光波导器件中的第二器件沿着所述干涉仪的第二光波导臂布置。
3.如权利要求2所述的调制器，其中所述一对SISCAP光波导器件被交叉耦合为共模配置，所述输入RF信号被施加到一个SISCAP器件的所述第二硅区与剩余的SISCAP器件的所述第一硅区的交叉耦合的连接处。
4.如权利要求3所述的调制器，其中所述偏压保持在实质上为零的电压电平处。
5.如权利要求4所述的调制器，其中所述调制器还包括低通电滤波器，所述低通电滤波器耦合在第一SISCAP光波导器件两端，以证实使用零偏压进行工作。
6.如权利要求5所述的调制器，其中所述低通电滤波器与所述调制器一样集成在相同的SOI结构内。
7.如权利要求3所述的调制器，其中所述偏压由耦合到剩余的交叉耦合的一对区的恒定DC电压源提供，以维持实质上恒定的DC偏压。
8.一种在SOI结构内形成的集成光通信系统，所述SOI结构包括硅基底、上覆的绝缘层和硅表面波导层，所述集成光通信系统包括：
模拟光调制器，所述模拟光调制器包括：
光干涉仪，所述光干涉仪在所述相对薄的硅表面波导层内形成，所述干涉仪包括输入光波导、一对平行波导臂和输出光波导，输入Y-分路器布置在所述输入光波导和所述一对平行波导臂的输入之间，并且输出Y-组合器布置在所述一对平行波导臂的输出和所述输出光波导之间，连续波(CW)光输入信号耦合到所述输入光波导；以及
至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件，所述至少一个SISCAP光波导器件布置在所述一对平行波导臂的至少一个处，所述SISCAP光波导器件包括：
第一硅区，所述第一硅区在所述相对薄的硅表面波导层内被掺杂成表现出第一传导类型；
第二硅区，所述第二硅区被布置成部分地与所述第一硅区重叠，所述第二硅区被掺杂成表现出相反的第二传导类型；
相对薄的介质层，所述相对薄的介质层被布置在掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区之间的重叠区中，掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区与插入的所述相对薄的介质层的组合界定光电器件的活性区；
偏压，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的电容值；以及
输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号；以及
至少一个光学部件，所述至少一个光学部件与所述模拟调制器一起集成在所述SOI结构内；以及
至少一个电子部件，所述至少一个电子部件与所述模拟调制器一起集成在所述SOI结构内。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个光学部件包括光电探测器件。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述至少一个光学部件还包括输出耦合波导，所述输出耦合波导布置在所述干涉仪的选定部分和所述光电探测器件之间，使得所述光电探测器件提供表示所述干涉仪的性能的电信号。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个电子部件包括耦合到所述模拟光调制器的输入的跨导放大器。
12.一种集成在单个SOI结构内的硅基装置，所述SOI结构包括硅基底、上覆的绝缘层和表面硅层，所述装置包括：
数量为N的多个模拟光调制器，所述多个模拟光调制器以预定的阵列配置进行互连，每个模拟调制器包括：
光干涉仪，所述光干涉仪在所述相对薄的硅表面波导层内形成，所述干涉仪包括输入光波导、一对平行波导臂和输出光波导，输入Y-分路器布置在所述输入光波导和所述一对平行波导臂的输入之间，并且输出Y-组合器布置在所述一对平行波导臂的输出和所述输出光波导之间，连续波(CW)光输入信号耦合到所述输入光波导；以及
至少一个硅-绝缘体-硅电容(SISCAP)光波导器件，所述至少一个SISCAP光波导器件布置在所述一对平行波导臂的至少一个处，所述SISCAP光波导器件包括：
第一硅区，所述第一硅区在所述相对薄的硅表面波导层内被掺杂成表现出第一传导类型；
第二硅区，所述第二硅区被布置成部分地与所述第一硅区重叠，所述第二硅区被掺杂成表现出相反的第二传导类型；
相对薄的介质层，所述相对薄的介质层被布置在掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区之间的重叠区中，掺杂的所述第一硅区和所述第二硅区与插入的所述相对薄的介质层的组合界定光电器件的活性区；
偏压，所述偏压被施加在所述至少一个SISCAP光波导器件两端，以在所述至少一个SISCAP光波导器件两端产生预定的电容值；以及
输入RF电信号，所述输入RF电信号被耦合到所述至少一个SISCAP器件的所述第二硅区，其中所述输入RF电信号的施加更改通过其传递的光信号的相位，以沿着所述输出光波导产生经调制的光输出信号；以及
多个光波导，所述多个光波导在所述硅表面层内形成，并被布置成在所述数量为N的多个模拟光调制器中的单独的模拟光调制器之间形成连接。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述多个光波导内的选定的一组光波导被布置成在所述数量为N的多个模拟光调制器中的某些模拟光调制器之间产生光信号分路器。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述多个光波导内的选定的一组光波导被布置成在所述数量为N的多个模拟光调制器的某些模拟光调制器之间产生光信号组合器。
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