CN102483488B - 相干光接收器 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种相干光接收器电路，其中，在一个示例中，该光接收器的各种部件可以被设置或集成在共同的基板上。进一步的集成可以通过下列方式实现：将相对紧凑且节省空间的各种光多路分解器设计并入到该基板的表面上。该光接收器电路可以被用于对正交相移键控(QPSK)光信号进行多路分解。

Description

相干光接收器
背景
波分复用(WDM)光通信系统是已知的，其中，多个光信号被组合到单个光纤中，每个光信号具有不同的波长。这种系统通常包括：发射器，具有与每个波长相关联的激光器；调制器，配置成调制该激光器的输出；以及光组合器，用于组合每个经调制的输出。还提供了接收器，用于将接收到的WDM信号多路分解成单独的光信号，将这些光信号转换成电信号，并且输出由这些电信号携带的数据。
通常，WDM系统都是用分立的部件构建的。例如，多路分解器和光电二极管被单独封装且被设置在印刷电路板上。然而，最近，许多WDM部件已被集成到单个芯片上，也被称为光子集成电路(PIC)。
为了进一步增大与WDM系统相关联的数据速率，已经提出各种调制格式以便产生经调制的光输出。
一种这样的光信号调制格式被称为偏振多路复用差分正交相移键控(“偏振复用DQPSK(Pol Mux DQPSK)”)，该光信号调制格式与其它调制格式(比如开关键控(OOK))相比，可提供的光谱密度具有每单位光纤带宽更高的数据速率。
在美国专利申请No.12/052,541、12/345,817和12/345,824中，描述了配置成对经偏振复用DQPSK信号所携带的信息进行解码和输出的接收器，每一个这些专利申请的全部内容引用在此作为参考。在这种系统中，各种部件被设置在多个基板上。然而，有将光接收器(该光接收器接收经经偏振复用DQPSK调制的光信号或根据其它调制格式调制的光信号)的这些部件设置在一个基板上以提高可靠性、简化制造过程并降低成本的需求。还有使集成的相干光接收器具有紧凑设计的需求。
概述
与本文所揭示的内容相一致，提供了一种包括本机振荡器的装置，该本机振荡器包括激光器。该激光器具有第一侧和第二侧。第一侧提供第一光，第二侧提供第二光。还提供了光混合电路，配置成接收来自该本机振荡器的激光器的第一光和第二光。另外，提供了光多路分解电路，配置成接收包括多个光信号的波分复用(WDM)信号。该光多路分解电路进一步包括多个波导，每个波导提供上述多个光信号中相应的一个光信号。多个光信号的每一个具有多个波长中相应的一个波长。该光混合电路接收来自该光多路分解电路的多个光信号中的一个光信号。此外，提供了多个光电二极管，配置成接收来自该光混合电路的光输出。
与本文所揭示的内容的另一个方面相一致，提供了一种包括本机振荡器的装置，该本机振荡器包括提供光的激光器。还提供了分光器，该分光器配置成接收上述光。该分光器具有：第一输出，配置成提供上述光的第一部分；以及第二输出，配置成接收上述光的第二部分。还提供了光混合电路，配置成接收来自该本机振荡器的激光器的光的第一部分和第二部分。另外，提供了光多路分解电路，配置成接收波分复用(WDM)信号，该波分复用(WDM)信号包括多个光信号。该光多路分解电路进一步包括多个波导，每个波导提供上述多个光信号中相应的一个光信号。多个光信号的每一个具有多个波长中相应的一个波长。该光混合电路接收来自该光多路分解电路的多个光信号中的一个光信号。还提供了多个光电二极管，配置成接收来自该光混合电路的光输出。
应当理解，上述一般描述和以下详细说明仅是示例性和说明性的，而不限制声明要求保护的本发明。
包含在此说明书中且构成说明书一部分的附图与描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
图1是与本发明的一个方面相一致的光接收器的框图；
图2示出了与本发明的另一个方面相一致的偏振分束器和偏振器；
图3-12示出了与本发明的各个方面相一致的光多路分解器的示例；
图13示出了与本发明的一个方面相一致的接收器电路的示例；
图14a-14e示出了与本发明的一个方面相一致的接收器电路的其它示例；以及
图15示出了与本发明相一致的光多路复用器的示例。
实施例描述
揭示了一种相干光接收器电路，其中，在一个示例中，该光接收器的各个部件可以被设置或集成在共同的基板上。进一步的集成可以通过下列方式实现：将相对紧凑且节省空间的各种光多路分解器设计并入到该基板的表面上。该光接收器电路可以被用于对正交相移键控(QPSK)光信号进行多路分解。
现在将具体参考本发明的示例性实施例，在附图中示出了这些实施例。
图1示出了与本发明相一致的光接收器电路100的框图。光接收器电路100包括设置在基板110上的偏振多路分解器112。一种经偏振复用DQPSK的波分复用(WDM)信号可以被提供给偏振多路分解器112。这种经偏振复用DQPSK的信号可以包括：第一光信号，每个第一光信号具有第一偏振(比如TE)和波长λ1到λn中相应的一个波长；以及第二光信号，每个第二光信号具有第二偏振(比如TM)和波长λ1到λn中相应的一个波长。第一光信号可以从偏振多路分解器112的第一端口中输出，第二光信号可以从偏振多路分解器112的第二端口中输出(图1中未示出，但在下文中会详细讨论)。第一和第二光信号可以被光放大器114放大，并被提供到多路分解和延迟电路116，该多路分解和延迟电路116对接收到的信号按波长进行光多路分解(通常没有转换成电信号)，并且使这些光信号相对于彼此而延迟，以供由已知的光混合电路118进行进一步处理。光混合电路118又将另外的光信号提供到相应的光电二极管120。处理器电路122接收并处理来自具有多输入多输出(MIMO)电路的光电二极管120的电输出，例如，正如上述美国专利申请No.12/052,541中所述。来自处理器电路122的电输出可以被提供到时钟与数据恢复电路以及前向纠错(FEC)解码电路(未示出)。
下面将参照图2描述偏振多路分解器112。偏振多路分解器112包括也称为偏振分束器(PBS)202的偏振分光器，例如，正如Soldano等人在“Mach-Zehnder Interferometer Polarization Splitter in InGaAsP/lnP”(IEEEPhotonics Technology Letters，第6卷6，第3号，1994年3月，第402-405页)中所述，该文章的全部内容引用在此作为参考。PBS 202可以构成一种马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪，这种干涉仪包括输入波导201以及分支波导203，该分支波导203具有一层或多层金属或其它材料，这些材料能影响具有TM(“横向磁场”)偏振或TE(“横向电场”)偏振的光的指标。通常，可以通过输入波导201将包括具有TE和TM偏振的第一和第二光信号的WDM信号提供到PBS202。具有TE偏振(TE WDM)的那些光信号(第一光信号)可以从耦合到偏振器210的端口或波导205中输出，具有TM偏振(TM WDM)的那些光信号可以从耦合到偏振器208的端口或波导207中输出。较佳地，TE WDM内的第一光信号中的每一个都具有一组波长(λ1到λn)中相应的一个波长，而TMWDM内的每个第二光信号具有同一组波长中相应的的一个波长。这一组波长等同于与输入到偏振多路分解器112的WDM信号相关联的那一组波长。
例如，已知的偏振器210可以接收第一TE偏振光信号，并且可以配置成阻挡或过滤任何不具有TE偏振的外来光或余光。结果，包括第一光信号的TEWDM信号从偏振器210中输出。另外，可以提供已知的光旋转器206，以使从波导207中输出的第二光信号的偏振发生旋转，例如，使得第二光信号具有TE偏振。还可以提供已知的偏振器208，以过滤或阻挡从206中输出的不具有TE偏振的任何外来光或余光。经偏振旋转的第二光信号(在图2中被标记为TE′WDM)从偏振器208中输出。
尽管图1示出了偏振多路分解器112与比如放大器114、多路分解器与延迟电路116、光混合电路118以及光电二极管120设置在相同的基板上，但应该理解偏振多路分解器112可以被设置在与基板110分开的基板上。在这种情况下，可以使用保偏光纤，以将光信号TE WDM和TM WDM提供到基板110上的放大器114和其它组件。
图3和4示出了根据本发明示例的光多路分解与延迟电路300和400的示例，该光多路分解与延迟电路300和400可以被包括在电路116中。这种电路可以被设置在基板110上，每一个可以包括相应的光多路分解器(比如阵列式波导光栅(AWG)302、402)。在图3中，从偏振多路分解器112中输出的光信号TE WDM被提供到AWG 302的输入波导301。AWG 302包括自由空间或板条形波导(“板条”)304和308，这两者之间连接了多个波导306。另外，多个输出波导309-1到309-n从板条308延伸。如通常所理解的那样，AWG 302可以配置成使TE WDM信号中所包括的每个光信号在输出波导309-1到309-n中相应的一个输出波导上输出。在本示例中，每个光信号具有TE偏振以及上述一组波长λ1到λn中相应的一个波长(光信号TEλ1到TEλn)。此外，每个光信号被提供到多个光分束器或功率分配器310-1到310-n(统称为分束器310)中相应的一个。每个分束器310在波导312-1到312-n中相应的一个波导上输出接收到的光信号的第一部分，并且将第二部分输出到光延迟电路314-1到314-n中相应的一个。在该示例中，如图3所示，延迟电路314-1到314-n中的每一个可以包括延迟干涉计，这种延迟干涉计包括另外的波导段(比如延迟电路314-1中的波导段313-1)，使得穿过该延迟干涉计的光信号与相应的波导312-1上所输出的那些光信号相比历经了更长的光路。由此，穿过延迟电路314-1到314-n传播的光信号(TE λ1(Del)到TEλn(Del))是TEλ1到TEλn的延迟版本，即，TEλ1(Del)到TEλn(Del)分别相对于TEλ1到TEλn延迟。也可以提供其它已知的延迟电路，以替代上文所讨论的延迟干涉仪。
较佳地，光信号TEλ1到TEλn中的每一个携带一连串的位，使得每个位在称为位周期的时间段上传输的。在一个示例中，与每个延迟电路414-1到414-n相关联的延迟的量大致等于该位周期。
在图3所示的示例中，分束器410-1到410-n中的每一个包括耦合器。然而，应该理解，在本示例以及本文所讨论的其它示例中，可以提供其它已知的功率分配器来替代上文所讨论的耦合器。
第二光信号(上文结合图2所讨论的TE′WDM)从偏振多路分解器112中输出，并且被多路分解，还被功率分配成两个部分，图4所示的电路使这两个部分相对于彼此而延迟。图4所示的电路包括相似的部件，这些部件的操作方式相似于上文关于电路300所讨论的那些部件。即，输入波导401、AWG 402(包括板条404和408以及波导406)、输出波导409-1到409-n、分束器410-1到410-n、波导412-1到412-n以及光延迟电路(比如延迟干涉仪)414-1到414-n操作以输出光信号部分TE′λ1到TE′λn(每一个光信号部分具有波长λ1到λn中相应的一个)以及这些光信号部分的延迟版本(即TE′λ1(Del)到TE′λn(Del))。此处，与电路414-1到414-n中的每一个电路相关联的延迟大致等于位周期，使得TE′λ1(Del)到TE′λn(Del)中的每一个分别相对于TE′λ1到TE′λn延迟了该量值。
如上所述，接收器100可以被用于接收经偏振复用DQPSK的光信号，其中，通过改变这些信号的相位对信息进行编码。相应地，为了对这些信号进行解码，最好在接收器处提供相位基准。上文所讨论的经延迟信号(TEλ1(Del)到TEλn(Del)以及TE′λ1(Del)到TE′λn(Del))可以提供这样一种基准，该基准与未经延迟信号TEλ1到TEλn以及TE′λ1到TE′λn一起被提供到光混合电路120。
或者，如图5所示，可以提供多个激光器512-1到512-n作为本机振荡器，本机振荡器产生相位基准光信号TEλ1LO到TEλnLO以实现相干接收器或检测器，这种相干接收器或检测器接收根据正交相移键控(QPSK)调制格式进行调制的光信号。如图5进一步所示，信号TE WDM可以被提供到AWG 502，该AWG 502包括板条504和508以及波导506。输出波导510-1到510-n提供光信号TEλ1到TEλn中相应的一个光信号。这些光信号与基准信号TEλ1LO到TEλnLO一起被提供给光混合电路118以供进一步处理。按相似的方式，光信号TE′WDM被AWG(未示出)多路分解，并且经多路分解的光信号TE′λ1到TE′λn也被提供给光混合电路120。可任选地，激光器512-1到512-n的输出的一部分可以被旋转，并且作为与TE′λ1到TE′λn相关联的基准信号也被提供到光混合电路118。激光器512-1到512-n可以被设置在与AWG 502相同的基板上。下文结合图14b和14c，讨论与本发明相一致的相干接收器的其它示例。
图6示出了多路分解与延迟电路的示例，该电路可以被用于与一个AWG(AWG 602)一起提供光信号TEλ1到TEλn、TE′λ1到TE′λn、TEλ1(Del)到TEλn(Del)以及TE′λ1(Del)到TE′λn(Del)。在图6所示的示例中，输入波导601和603分别将来自偏振多路分解器112的信号TE′WDM和TE WDM提供到波导602的第一(输入)板条604。AWG 602包括与上文所讨论的那些相似的波导606以及第二(输出)板条608。
正如一般所理解的那样，沿着输入板条将光信号输入到AWG的那个位置决定了从该AWG中输出经多路分解的光信号的那些位置。由此，尽管TE WDM和TE′WDM包括具有相同波长的光信号，但因为这两者在沿着板条604的不同位置处被输入到AWG 602的，所以与TE′WDM(TE′λ1到TE′λn)相关联的光信号相比，与TE WDM(TEλ1到TEλn)相关联的经多路分解的光信号在沿着板条608的不同位置处输出。相应地，AWG 602可以配置成对TE WDM和TE′WDM两者进行多路分解。
由此，正如图6进一步所示，TE WDM信号在位置605-1处被输入到AWG602，并且TE′WDM信号在位置605-2处被输入到AWG 602。结果，在波导609-1到609-n上分别输出了经多路分解的光信号TEλ1到TE λn，并且在波导607-1到607-n上分别输出了TE′λ1到TE′λn。波导607-1到607-n中的每一个从板条608延伸并且提供光信号TE′λ1到TE′λn中相应的一个，波导609-1到609-n中的每一个提供光信号TEλ1到TEλn中相应的一个。光信号TE′λ1到TE′λn中的每一个被提供到分束器611-1 to 611-n中相应的一个，光信号TEλ1到TEλn中的每一个被馈送到分光器610-1到610-n中相应的一个。分束器610-1到610-n中的每一个具有：第一输出，连接到光延迟电路614-1到614-n中相应的一个，以提供光信号TEλ1(Del)到TEλn(Del)；以及第二输出，连接到波导612-1到612-n中相应的一个，以提供光信号TEλ1到TEλn。同样，分束器611-1到611-n中的每一个具有：第一输出，连接到光延迟电路615-1到615-n中相应的一个，以提供光信号TE′λ1(Del)到TE′λn(Del)；以及第二输出，连接到波导613-1到613-n中相应的一个，以提供光信号TE′λ1到TE′λn。
图7示出了另一个示例，其中，光信号TE WDM被馈送到AWG 702(包括波导706)的一个板条(704)，并且相应的经多路分解的光信号(TEλ1到TEλn)从相对的板条708中输出的。按相似的方式，TE′WDM被馈送到板条708，相应的经多路分解的光信号TE′λ1到TE′λn从相对的板条704中输出的。由此，在图7中，TE WDM和TE′WDM被馈送到相对的板条，而在图6中，这些信号被提供到相同的板条。
即，经多路分解的光信号TEλ1到TEλn(包括在信号TE WDM中)中的每一个在从板条708(与板条704相对)延伸的波导709-1到709-n中相应的一个波导上输出，并且经多路分解的光信号TE′λ1到TE′λn(包括在信号TE′WDM中)中的每一个在从板条704(与板条708相对)延伸的波导707-1到707-n中相应的一个波导上输出。分束器710-1到710-n以及711-1到711-n、波导712-1到712-n以及713-1到713-n以及光延迟电路714-1到714-n的配置方式相似于上文结合图6所示的分束器、波导和延迟电路所述。如图6所示的示例中那样，图7所示的电路输出光信号TEλ1到TEλn、TE′λ1到TE′λn、TEλ1(Del)到TEλn(Del)以及TE′λ1(Del)到TE′λn(Del)。
图8-11示出了光多路分解器和延迟电路的其它示例，其中，在多路分解之前WDM信号进行功率分配和延迟。图8-11所示的电路的优点是：与上文结合图3-7所讨论的电路相比，需要更少的延迟电路。因为延迟电路是相对较大的，所以与图3-7所示的电路相比，图8-11所示电路的尺寸可以减小。
在图8所示的示例中，波导801和803分别接收光信号TE WDM和TE′WDM。可以具有与上文所讨论的分束器相似的结构的分束器81耦合到波导801，并且将第一部分提供到AWG 802的板条804，该AWG 802包括波导806。TE WDM信号的第二部分被提供到延迟电路814，该延迟电路814可以具有与上文所讨论的相似的延迟干涉仪。如上文进一步注意到的，例如，延迟干涉仪可以使TE WDM信号延迟一个位周期。分束器813的未经延迟输出与延迟电路814的输出都被提供到AWG 802的板条804。
分束器815可以具有与上述相似的结构，以将进入的TE′WDM信号分成两个部分：第一部分，被直接提供到板条804；以及第二部分，通常延迟电路816(例如，包括延迟干涉仪)使该第二部分延迟了一个位周期。
TE WDM和TE′WDM的经延迟部分和未经延迟部分被AWG 802多路分解，使得光信号TEλ1到TEλn中的每一个在输出波导820-1到820-n中相应的一个输出波导上输出；光信号TE′λ1到TE′λn中的每一个在输出波导824-1到824-n中相应的一个输出波导上输出；光信号TEλ1(Del)到TEλn(Del)中的每一个在输出波导822-1到822-n中相应的一个输出波导上输出；并且光信号TE′λ1(Del)到TE′λn(Del)中的每一个在输出波导826-1到826-n中相应的一个输出波导上输出。
在图8所示的配置中，AWG 802可以具有数目相对很大的输出波导，这可能要求AWG 802的尺寸相对较大。
图9和10示出了多路分解与延迟电路116的另一个示例，其中，TE WDM的经延迟部分和未经延迟部分被第一AWG(902)多路分解，并且TE′WDM的经延迟部分和未经延迟部分被第二AWG(1002)多路分解。AWG 902和1002两者可以被设置在相同的基板(比如基板110)上，例如，该基板可以包括InP。
在图9中，在输入波导901上，将TE WDM提供到分束器913，该分束器913相似于上文所讨论的分束器。分束器913将TE WDM的第一部分提供到板条904，并将第二部分提供到延迟电路914(相似于上文所讨论的延迟电路)，通常，该延迟电路914使该第二部分延迟了一个位周期。经延迟的第二部分也被提供到板条904。AWG 902包括另外的波导906，对构成TE WDM的第一部分和经延迟的第二部分的那些光信号进行多路分解，使得TEλ1到TEλn中的每一个在波导920-1到920-n中相应的一个波导上输出，并且TEλ1(Del)到TEλn(Del)中的每一个在波导922-1到922-n中相应的一个波导上输出。
图10所示的延迟与多路分解电路也包括输入波导1001、分束器1013、延迟电路1014、AWG 1002(包括波导1006以及板条1004和1008)以及输出波导1020-1到1020-n和1022-1到1022-n。图10所示电路的操作方式相似于图9所示的情况，以提供光信号TE′λ1到TE′λn以及TE′λ1(Del)到TE′λn(Del)。
在图9、10所示的示例中，进入的WDM信号的第一部分和经延迟的第二部分被提供到相同的AWG板条。然而，在图11、12所示的示例中，第一和第二WDM部分被提供到相对的板条，结果，经多路分解的光信号从不同的板条中输出。
例如，如图11所示，在波导1101上将TE WDM提供到分束器1113(相似于上文所讨论的分束器)，该分束器1113将TE WDM的第一部分提供到板条1104，并且将第二部分提供到延迟电路1114(具有与上文所描述的延迟电路相似的结构)。延迟电路1114通常使TE WDM的第二部分相对于未经延迟的第一部分延迟一个位周期，并且将经延迟的第二部分提供到与板条1104相对的板条1108。结果，构成TE WDM的未经延迟的第一部分(TEλ1到TEλn)的每个光信号被AWG 1102多路分解，并且在波导1120-1到1120-n中相应的一个波导上输出，而构成TE WDM的经延迟的第二部分(TEλ1(Del)到TEλn(Del))的每个光信号在波导1122-1到1122-n中相应的一个波导上输出。
图12所示的电路(波导1201、分束器1213、延迟电路1214、包括波导1206以及板条1204和1208的AWG 1202、波导120-1到1220-n以及波导1222-1到1222-n)相似于图11所示的情况，并且按与上文结合图11所讨论的内容相似的方式操作以提供光信号TEλ1到TEλn、TE′λ1到TE′λn及其经延迟的版本。
图13是示例性接收器电路1300的详图，该接收器电路1300包括图11和12所示的光多路分解器和延迟电路。接收器电路1300可以被设置或集成在基板1310上，例如，该基板1310可以包括磷化铟(InP)。接收器电路1300包括偏振分束器(PBS)，该偏振分束器(PBS)接收进入的WDM信号，该进入的WDM信号包括多个光信号，每一个光信号在多个波长中相应的一个波长处。如上文结合图2所讨论地，该PBS可以具有两个输出，这两个输出将该WDM信号的第一部分(TE WDM)提供到偏振器Pol1并且将该WDM信号的第二部分(TMWDM)提供到旋转器和偏振器Pol2。通常，如上文所注意到的那样，构成WDM信号的第一部分的第一光信号具有第一偏振(比如TE偏振)，而构成WDM信号的第二部分的第二光信号具有第二偏振(比如TM偏振)。
如上文结合图2进一步注意到的那样，在穿过旋转器和偏振器(P2)之后，TM WDM中的每一个第二光信号的偏振都发生了旋转，使得每一个第二光信号具有TE偏振。相应地，在图13中，第二光信号被标示为TE′WDM，正如上文结合图2所讨论的那样。
第一WDM信号部分TE WDM被提供到光耦合器、分束器或抽头TAP1，以将该TE WDM功率分配出第一部分，与直接提供到阵列式波导光栅AWG1的输入IN12的第二部分相比，该第一部分可以具有较小的功率(输入到抽头TAP1的光的10％)。TE WDM的第一部分被馈送到延迟波导BD1，该延迟波导BD1引入通常等于一个位周期的一延迟。经延迟的信号(WDM TE(Del))接下来可以被可任选的半导体光放大器SOA1放大，然后被馈送到输入波导IN11，该输入波导IN11从自由空间区域或AWG1的板条波导FS11延伸。AWG1被配置成对WDM TE(Del)进行多路分解，使得WDM TE(Del)的每个波长成分(比如TEλ1(Del))在相应的波导OUTl2上输出。进一步配置AWGl，使得提供到输入INl2的第一WDM信号部分(WDM TE)的第二部分的每个波长成分(比如TEλ1)在每个波导OUT12上输出。在图13所示的示例中，从AWG1中输出的每个光信号通常具有TE偏振，正如上文结合图11所注意到的那样。
按相似的方式，第二WDM信号部分WDM TE′(从偏振器Pol2中输出)被耦合器或抽头Tap2分束。WDM TE′(Del)的第一部分接下来被延迟波导BD2延迟，被半导体光放大器SOA2放大，并且被提供到输入IN21，该输入IN21延伸到AWG2的自由空间区域FS21。第二WDM信号部分(WDM TE′)的第二部分被馈送到AWG2的输入IN22。在图13所示的示例中，WDM TE′(Del)被多路分解成在波导OUT21上输出的光信号(波长成分，比如TE′λ1(Del))，并且第二WDM信号的第二部分TE′WDM被多路分解成在波导OUT22上输出的另外的光信号(比如TE′λ1)。
如图13进一步所示，来自AWG1和AWG2的经多路分解的光信号接下来被馈送到90度光混合电路(OHC)，这种90度光混合电路(OHC)是已知电路，其输出所输入的光信号本身的总和以及所输入的信号与其经相移(比如90度相移)的版本的总和。如一般所理解的那样，提供到每个OHC的光信号的偏振态最好相同的，以确保这些光信号所携带的数据被充分地检测到。相应地，如上文所注意到的，WDM TM中的光信号被例如旋转，使得提供到上述光混合电路OHC的每个光信号通常具有相同的偏振(比如TE偏振)。
光电二极管PD将接收到的来自光混合电路OHC的光输出转换成相应的电信号。光电二极管PD可以成对地排列，比如PD1和PD2，并且按平衡的配置彼此相连。每一个平衡的对(PD1和PD2)的输出提供了正交(Q)或同相(I)电信号之一，该电信号被跨阻抗放大器(TIA)之一放大，并且经放大的Q和I信号被组合且被馈送到多输入多输出(MIMO)电路M11、M12、M21和M22，其示例在上述美国专利申请No.12/052,541中有描述。应该理解，图13所示的OHC、PD和TIA被设置成接收并处理在给定波长处的光信号。从AWG1和AWG2中输出的其它波长处的光信号被其结构与图13所示结构相似的OHC、PD和TIA接收。
接收器1300具有相对紧凑的设计，因为AWG 1和2被配置成都通过板条波导或自由空间区域(FS11、FS12、FS21和FS22)接收并输出光信号。此外，上述部件的每一个都可以被设置在基板1310上。
图14a示出了与图13相似的实施例，不同之处在于，多个延迟电路(比如BD 14和BD15)中的每一个是为AWG 1405的多个输出中相应的一个输出而提供的。尽管一个AWG可以被设置在图14所示的示例中，但是延迟电路是为每个AWG输出(比如1420-1到1420-n和1422-1到1422-n)而提供的，正如上文结合图7所讨论的那样。
图14b示出了与图14a相似的示例。然而，在图14b所示的示例中，备选的偏振多路分解电路112被显示成包括偏振分束器(PBS)和旋转器。另外，设置了第一、第二和第三偏振器P1、P2和P3，以替代两个偏振器，正如上文结合图2和13所注意到的那样。如图14b进一步所示，光信号TM WDM和TE WDM来自于PBS分别从第一和第二输出中输出。第一偏振器用作滤光片以使具有TM偏振的光通过，但阻挡具有其它偏振(比如TE偏振)的光。旋转器接下来旋转从偏振器P1中输出的光，使得这种光具有TE偏振。第二偏振器P2被设置成过滤具有除TE偏振以外的偏振的光，由此，TM WDM中的光信号都被输出到可以是AWG的多路分解电路，正如图14b所示那样，这些光信号具有TE偏振，所以被标示为TE′WDM。第三偏振器P3被配置成使具有TE偏振的光通过，并且可以被包括以阻挡其它偏振的光，这些其它偏振的光可能与TEWDM一起从偏振分束器中输出。在图14b中，TE WDM和TM WDM(以及TE′WDM)中的每个偏振的光信号可以根据差分正交相移键控(DQPSK)格式进行调制。
此外，在图14b中，图14a中所示的光混合电路OHC的波导被多模干涉(MMI)耦合器MMI1到MMI4代替。按与上文所讨论的相似的方式，MMI耦合器MMI1到MMI4的输出接下来被馈送到光电二极管PD。
图14c示出了另一个示例，该示例包括图14b所示的偏振多路分解器。然而，在图14c中，延迟电路(比如BD14和BD15)被省去了。作为替代，提供了与上文结合图5所讨论的相似的多个本机振荡器，使得相干接收器可以被实现。一个这样的本机振荡器被显示成包括激光器LOλ1，该激光器LOλ1输出在波长λ1处的光。LOλ1可以包括光子带隙激光器，比如分布反馈(DFB)激光器。通常，本机振荡器激光器LOλ1可以在相对较高的功率处运行，使得从中输出的光在相对较窄的光谱范围内或者具有相对较窄的线宽。相应地，从LOλ1中输出的光可以穿过可任选的光隔离器ISO和可变光衰减器或固定损耗(FL)元件1492(比如功率分配器或抽头)，然后，被馈送到分束器或耦合器C。耦合器C的第一输出将来自本机振荡器LOλ1的光的第一部分提供到第一MMI耦合器1498，并且耦合器C的第二输出将来自本机振荡器LOλ1的光的第二部分提供到第二MMI耦合器1499。可任选的VOA/FL1494和1496可以被分别耦合到耦合器C的第一和第二输出，以替代VOA/FL 1492或作为VOA/FL 1492的补充。可以提供VOA/FL 1492和/或VOA/FL 1494和1496，以将本机振荡器LOλ1的光功率调节到合适的水平，同时维持相对较窄的线宽。在图14c中，TE WDM和TM WDM(以及TE′WDM)中的每个偏振光信号可以根据正交相移键控(QPSK)格式进行调制。
因为本机振荡器(比如本机振荡器LOλ1)通常输出具有TE偏振的光，所以TM WDM中的光信号被旋转成具有TE偏振，而TE WDM中的光信号不需要旋转就具有TE偏振。结果，提供到光混合电路OHC的每个光信号(比如TE WDM、TE′WDM和本机振荡器输出中的那些光信号)是相同的，正如上文结合图13所注意的那样，这些光信号可能是充分的数据检测所需要的。
包括MMI耦合器1498和1499的光混合电路接收来自图14c所示AWG的经多路分解的输出，还接收本机振荡器LOλ1的经功率调节的输出，并且按照与上文相似的方式操作以将光信号提供到光电二极管PD，这些光电二极管PD转而将相应的电信号提供到跨阻抗放大器TIA。为了方便起见，图14c中没有示出MIMO电路。
如图14c进一步所示，可以提供加热器H1(比如一种已知的薄膜加热器)，以调节温度，由此调节从LOλ1中输出的光的波长。另外，如果元件1492、1494和1496中包括VOA，则可以按与下文结合图14d描述的相似的方式提供加热器H2、H3和H4，以调节这些VOA的衰减(即，改变从这些VOA中输出的输入光的部分的量值)。这些VOA可以包括正向偏压半导体光放大器或光电二极管(比如PIN光电二极管)。另外，可以提供光电二极管BPIN，以感测从LOλ1的后刻面输出的光，从而确定从中输出的光功率。在这种情况下，从LOλ1的前刻面输出的光被提供到隔离器ISO，正如上文所注意的那样。上文所讨论的电路(比如AWG、BPIN、本机振荡器、VOA、光混合电路以及光电二极管)可以被设置在基板(比如图1所示的基板110)上。
图14d示出了VOA 1605的示例，该VOA 1605可以被用作上文结合图14c所讨论的那些VOA中的一个或多个。在本示例中，VOA 1605被配置成Mach-Zehnder干涉仪，并且包括输入波导1610，该输入波导1610配置成接收光信号(比如来自本机振荡器LOλ1的输出)。输入波导1610将这种光提供到第一耦合器1613，第一耦合器1613转而将该光信号的第一部分馈送到第一分支波导1612，并且将该光信号的第二部分馈送到第二分支波导1614。也提供了第二耦合器，第二耦合器配置成将该光信号的第一和第二部分中的第一份额组合到第一输出波导1640上，并且将该光信号的第一和第二部分中的第二份额组合到第二输出波导1620上。上述第一份额构成第一组合光信号，第二份额构成第二组成光信号。通常，与第一组合光信号相关联的光功率更大，并且可以比与第二组合光信号相关联的光功率大很多。
也可以提供加热器1642(比如薄膜加热器，包括多孔硅、铂或其它金属或合金)，该加热器1642响应于所施加的偏压来调节第一分支波导1612的温度。如一般所知，第一分支波导1612的温度变化引起了该波导的折射率变化，这导致了穿过其中传播的光的相位变化。相应地，如一般所理解的，这种相位变化导致了提供到输出波导1640的光的光功率的变化。
尽管VOA 1605被配置成使得输入信号的相当大的一部分在波导1640上输出，但是因工艺变化和/或其它非理想性的缘故，该输入信号的相对较小的一部分可以在波导1620上输出。这种余光或外来光可能与波导1640中的光发生干涉，尤其是VOA 1605被集成在基板上时。相应地，与本发明的一个方面相一致，可以提供光电二极管1630，以接收并吸收该余光，由此使与波导1640中的光的干涉达到最少。光电二极管1630最好被加以偏压，使得阳极1630-1耦合到接地，阴极1630-2耦合到电压或电势V。较佳地，VOA 1605被设置在基板(比如基板110)上。
图14e示出了相干接收器的另一个示例，其中，省去了耦合器C和BPIN光电二极管。此处，LOλ1包括第一和第二刻面F1和F2，分别发出第一光和第二光。第一光被提供到VOA/FL 1494，第二光经由光隔离器ISO被提供到VOA/FL 1496。第一光和第二光的衰减可以被加热器(比如薄膜加热器H2和H3)分别调节或控制。VOA/FL 1494和VOA/FL 1496按照与上文所讨论的相似的方式将经功率调节的光输出提供到包括MMI耦合器1498和1499的光混合电路。波导WG、光电二极管PD和跨阻抗放大器TIA以及偏振器P1、P2、P3、多路分解器电路(AWG)和偏振分束器PBS的操作与结构都与上文所讨论的相似。另外，图14e所示的电路可以被集成到共同的基板(比如基板110)上。此外，应该理解，正如图14c所示，可以提供多个本机振荡器，每个本机振荡器与TE WDM和TE′WDM中存在的光信号波长中相应的一个波长相关联。由此，对于被AWG多路分解的TE WDM和TE′WDM中存在的每个光信号，可以如图14c中那样按相似的方式提供图14e所示的本机振荡器、隔离器ISO、VOA/FL和MMI、光电二极管(PD)和TIA部件。另外，TE WDM和TM WDM(以及TE′WDM)中的每个偏振光信号可以根据QPSK格式进行调制。
如图14e进一步所示，在到偏振器P2和P3的输入处，可以设置可任选的半导体光放大器(SOA)1437和1439。SOA 1437和1439主要放大TE偏振光。这样，每个SOA可以被用于抑制或过滤任何TM余光，在旋转器和偏振分束器(PBS)的输出中可能存在TM余光。另外，尽管SOA 1437和1439可能输出相对少量的具有TM偏振的放大受激发射(ASE)光，但这种TM ASE光可能被偏振器P2和P3过滤。应该理解，SOA 1437和1439可以相似地耦合到图14b和14c中的偏振器P2和P3。
图15示出了AWG 1510的示例，在WDM系统的发射端处，AWG 1510可被用作多路复用器。在自由空间区域FS1的输入(比如输入波导)IN31处，AWG 1510接收来自源1-3的具有第一偏振的输入信号。这些输入信号被组合成WDM信号，该WDM信号被提供到输出波导OUT31，该输出波导OUT31耦合到自由空间区域FS2。相似的，从源1-3提供的其它输入信号被馈送到输入(比如输入波导)IN32(该输入IN32耦合到自由空间区域FS2)，并且这些信号被组合为从输出波导OUT32中提供的另一个WDM信号。较佳地，提供到输入波导IN31的每个输入信号具有多个波长中相应的一个波长，但是偏振是一样的(比如TE偏振)。另外，提供到输入波导IN32的每个输入信号具有多个波长中相应的一个波长，但是偏振不同于提供到输入IN31的光信号的偏振。例如，提供到输入波导IN32的每个信号可能具有TM偏振。源1-3可以具有与美国专利申请No.12/345,315和12/363,826所讨论的相似的结构，这些美国专利申请的全部内容引用在此作为参考。特别是，源1-3中的每一个都可以包括激光器，该激光器具有第一和第二刻面。第一刻面可以输出第一光信号，该第一光信号被调制以携带第一信息，第二刻面可以输出第二光信号，该第二光信号被调制以携带第二信息。第一和第二光信号可以具有相同的波长。
本发明的接收器可以具有更高的RF带宽，并且不会因多级的光电二极管组装和导线接合而性能变差。另外，第一基板到第二基板(比如光子光波电路(PLC)到InP基板)的机械组装是非必要的。此外，本发明的接收器可以具有在光电二极管(PD)中的相对较低的RF(射频)噪声，因为需要更少的导线接合与引线。此外，如果被设置在InP基板上，则上述接收器与那些被设置在基于硅石的基板上的部件(比如通常用于提供光子光波电路的那些部件)相比可以更容易地被调谐。另外，上述配置可以被用在相干接收器和直接检测接收器中，并且光信号具有各种调制格式(比如DQPSK和QPSK)。
对本领域普通技术人员而言，根据对此处公开的说明书的思考和本发明的实施，本发明的其它实施例将显而易见。说明书和示例仅仅是示例性的，而本发明的真实范围和精神由所附权利要求指明。

Claims (8)

1.一种接收器，包括：
偏振分束器，配置成接收多个第一光信号和多个第二光信号，多个第一光信号中的每一个具有多个波长中相应的一个波长，多个第二光信号中的每一个具有多个波长中相应的一个波长，所述偏振分束器具有第一输出和第二输出，第一输出提供多个第一光信号，第二输出提供多个第二光信号，所述第一光信号具有第一偏振，所述第二光信号具有第二偏振；
第一光多路分解器，具有一个输入和多个输出，第一光多路分解器的输入配置成接收多个第一光信号并且在第一光多路分解器的多个输出中相应的一个输出处提供多个输出中的每一个；
第二光多路分解器，具有一个输入和多个输出，第二光多路分解器的输入配置成接收多个第二光信号并且在第二光多路分解器的多个输出中相应的一个输出处提供多个输出中的每一个；
多个第一波导，每一个第一波导提供多个第一本机振荡器信号中相应的一个第一本机振荡器信号；
多个第二波导，每一个第二波导提供多个第二本机振荡器信号中相应的一个第二本机振荡器信号；以及
多个第一光混合电路，其中的一个第一光混合电路接收多个第一光信号之一的一部分以及多个第一本机振荡器信号之一的一部分；以及
多个第二光混合电路，其中的一个第二光混合电路接收多个第二光信号之一的一部分以及多个第二本机振荡器信号之一。
2.如权利要求1所述的接收器，其特征在于，
多个第一光混合电路提供多个第一光输出，并且多个第二光混合电路提供多个第二光输出，所述接收器还包括：
多个第一光电二极管，每一个第一光电二极管配置成接收多个第一光输出中相应的一个第一光输出；以及
多个第二光电二极管，每一个第二光电二极管配置成接收多个第二光输出中相应的一个第二光输出。
3.如权利要求2所述的接收器，还包括：
基板，
所述偏振分束器、第一光多路分解器、第二光多路分解器、多个第一波导、多个第一光混合电路、多个第一光电二极管、多个第二波导、多个第二光混合电路、以及多个第二光电管被设置在该基板上。
4.如权利要求2所述的接收器，还包括：
第一偏振器，耦合到所述偏振分束器的第一输出；以及
第二偏振器，耦合到所述偏振分束器的第二输出。
5.如权利要求2所述的接收器，还包括：
第一光放大器，配置成放大每一个第一光信号；以及
第二光放大器，配置成放大每一个第二光信号。
6.如权利要求2所述的接收器，还包括：
处理器电路，耦合到多个第一和第二光电二极管，
多个第一和第二光信号根据正交相移键控(QPSK)格式进行调制并且携带数据，所述处理器电路配置成输出该数据。
7.如权利要求2所述的接收器，其特征在于，
所述第一和第二光多路分解器中的每一个都包括阵列式波导光栅(AWG)。
8.如权利要求1所述的接收器，还包括：
旋转器，配置成使多个第二光信号中的每一个第二光信号的偏振发生旋转，所述旋转器位于所述偏振分束器之后。
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