CN104320198A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

高速光调制器从多个集成在单个芯片上的较低速强度调制器中构造。它包括脉冲发生器和干涉仪，所述干涉仪包括输入耦合器、数量为N的波导臂和输出耦合器。每一条波导臂展现出与邻近臂间1/P的路径长度差，其中P是输出信号的比特率，并且每一条臂具有以P/Nbit/s运行的强度调制器和移相器。

Description

光调制器
本申请是申请号为200780034553.7的发明专利申请的分案申请。本申请的母案的申请日为2007年9月14日，最早优先权日为2006年9月20日，发明名称为“光调制器”。
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年9月20日提交的序号为60/845,973的美国临时专利申请的优先权，其全部文件内容通过引用结合到本文中就如同在本文中详细陈述一样。
技术领域
本发明通常涉及光通信领域并且尤其是涉及高速光调制器。
背景技术
在实现高速宽带光通信的尝试中，光调制器被寄予厚望。
发明内容
根据本发明的原理对现有技术做了改进，由此高速光调制器可由多个较低速的强度调制器(intensity modulator)来构造。
根据本发明的一个方面，调制器从集成平面光波电路(integrated planar lightwavecircuit)来构造，包括脉冲发生器(pulse carver)、干涉仪(interferometer)以及多个强度调制器和置于干涉仪臂内的移相器(phase shifter)。
根据本发明的另一个方面，脉冲发生器接收进入的连续波长光信号并且以P/N的数据率产生光脉冲，其中P是所期望的高速数据率而N是一个整数。来自脉冲发生器的光输出被引入干涉仪的臂中。当调节每一条臂中的移相器从而来自所有臂的信号同相(inphase)相加时，就生成成非归零(non-return-to-zero)输出光信号。
附图说明
参考附图可以实现本发明的更全面理解，其中：
图1是根据本发明的高速光调制器的示意图；以及
图2是根据本发明的光调制器的可选择实施例的示意图。
具体实施方式
下文仅阐明了本发明的原理。因此应该明白，本领域技术人员将能够设计出各种变形，所述变形虽然在文中没有明确地表述或示出，但却包含了本发明的原理并且包括在本发明的精神和范围之内。
而且，本文叙述的所有示例和条件语言主要只用于教育目的以帮助读者详细地理解本发明的原理和发明人为促进现有技术作出贡献的思想，并且本发明构筑为不限于这类特定叙述的示例和条件。
此外，本文叙述的本发明的原理、特征和实施例的所有陈述以及其中的具体示例是为了包括其结构和功能的等同物。另外，本文意图是该等同物既包括现有已知的等同物又包括在将来开发的等同物，即不论结构，执行相同功能的所开发的任何元件。
因此，例如，本领域技术人员将意识到本文的示图表示包含本发明原理的说明性结构的概念图。
先参考图1，图中示出了根据本发明的教导所构造的高速调制器100的示范性配置。更具体地，高速调制器100示出为集成在单个半导体芯片110上，所述半导体芯片110包括脉冲发生器120和干涉仪结构127，所述干涉仪结构127具有输入耦合器130和由多个不同长度波导135[1]...135[N]互相联接的输出耦合器150，其中每一个波导包括强度调制器140[1]...140[N]和移相器145[1]...145[N]。有利的是强度调制器140[1]...140[N]可以是电吸附调制器(electroabsorption modulator，EAM)，而整个干涉仪结构可以使用常见的材料和步骤(例如LiNbO3)来构造。
可操作地，外部连续波长(CW)光源117(例如激光)用于生成CW光，该CW光被引入调制器芯片110中，而在所述调制器芯片110中由脉冲发生器120接收所述CW光，所述脉冲发生器120本身可以包含EAM。正如本领域技术人员将容易明白，CW光源117没有必要在调制器芯片110的外部，而可以容易地与其他部件一起集成在芯片110之上。然而其中优选地，CW光源117不集成在芯片110之上，通过其接收CW光的芯片的边缘优选为设置有抗反射覆层115以促进将所生成的CW光耦合入芯片110。
当CW光由脉冲发生器120接收时，光脉冲序列产生并通过波导125被引至干涉仪结构127的输入耦合器130。如先前所述的，脉冲发生器120可以有利地由EAM来构造，而本领域技术人员将容易明白所述EAM可以很容易制造，可以非常短并显示出非常高的带宽。电吸附调制器可以有利地以非常高的速度工作并甚至可以与先前所述的激光CW光源集成在一起。
由脉冲发生器120输出的光脉冲被引入干涉仪127中——正如之前所指出的——所述干涉仪127包括输入耦合器130、由多个不同长度波导135[1]...135[N]光连接的输出耦合器150，每一个所述波导包括强度调制器140[1]...140[N]和移相器145[1]...145[N]。调整移相器从而穿过(traverse)每一条臂135[1]...135[N]的信号在通过输出耦合器150的作用重新组合时同相相加，并且随后从芯片110的边缘通过波导153输出，所述芯片110的边缘——与输入类似——包裹有抗反射覆层155。
正如之前所指出的，干涉仪127的每一条臂135[1]...135[N]有不同的路径长度。基本上(在时间上)等于1/P距离的臂间路径长度差由调制器100的所期望输出数据率所决定，其中P是所期望的高速数据率而脉冲发生器120以P/N的速率从进入的CW光中产生脉冲。单个强度调制器140[1]...140[N]以P/N的数据率运行。为了生成非归零(NRZ)输出信号，调节移相器145[1]...145[N]，从而使得来自所有臂135[1]...135[N]的信号同相相加。
在这点上，本领域技术人员应当明白在显示本发明原理的图1中示出的结构可以延伸到任何数量的单个数据流的复用。例如，单个波导臂135[1]...135[N]的数量可以理所当然地与幅度调制器140[1]...140[N]和移相器145[1]...145[N]的相应数量一起增加。
现在转至图2，图2示出了根据本发明原理构造的高速调制器200的备选实施例。如该图2所示，该器件采用了反射几何学从而有利地使集成芯片210的整体长度比之前图1中示出的器件小很多。更具体的，该反射配置使包含干涉仪结构的单个不同长度波导臂235[1]...235[N]从之前的配置中充分地缩短(shortened)。
如该图2所示，CW光217进入集成芯片210并由脉冲发生器220接收。优选地，如同前面实施例一样，集成芯片的边缘包裹有抗反射覆层215并且脉冲发生器220可以容易地由EAM制造。
由脉冲发生器220生成的光的脉冲被引入包含输入/输出耦合器230和多个不同长度波导235[1]...235[N]的反射干涉仪结构中，每一个所述波导具有移相器245[1]...245[N]和强度调制器240[1]...240[N]。
如图2所示，芯片210的边缘包裹有强反射覆层255从而进入输入/输出耦合器230并且穿过波导臂235[1]...235[N]的光由强发射层255反射，从而所述光基本反向并且随后被引回通过波导臂以及耦合器230而进入输出波导253，其处所述光离开调制器200。
本领域技术人员将明白该反射配置的路径长度差要求1/2P的路径长度(时间)差别，其中强度调制器240[1]...240[N]以P/N比特/秒工作。因为在一个典型实施例中强度调制器240[1]...240[N]优先地由EAM器件构造，所以那些器件只需要之前所示的那些类似器件的长度的1/2。因此，器件的整体长度被极大地缩短。
可操作地，如果期望得到展现(exhit)P比特/秒的信号并且采用数量为N的波导臂，那么CW光被引入芯片210或者备选地由片上激光器生成(未示出)。EAM脉冲发生器220将CW光转换成P/N GHz处的脉冲，其中装置的占空比优选地为1/N。如果N＝2，耦合器可以有利地为定向耦合器。对于N大于2，可以有利地使用已知的星形耦合器。备选地，根据所采用的特定配置可以使用耦合器树(a tree ofcouplers)。无论采用何种耦合器配置，相邻的波导臂的路径长度差将是1/P(对于反射设置是1/2P)。每一条臂路径优选地包括静态移相器，用于控制路径中光信号的相对相位。如果相位控制信号在重组时是同相的，那么所产生的输出信号是NRZ信号。如果它们以180相位差结合且N＝2，那么会产生CSRZ信号。
在这点上，虽然我们已经使用一些特定的示例来讨论和描述本发明，但本领域技术人员将明白我们的教导并不如此局限。因此，本发明应当只受限在此附上的权利要求的范围。

Claims (9)

1.一种用于生成P比特/秒的光信号的光调制器，包括：
脉冲发生器，所述脉冲发生器用于从连续波长光信号中生成P/N比特/秒的光脉冲序列；和
干涉仪，所述干涉仪用于从所述P/N比特/秒的光脉冲序列中产生P比特/秒的光脉冲序列，所述干涉仪包括：
输入耦合器；
输出耦合器；和
N个光波导臂，所述N个光波导臂将所述输入耦合器连接至所述输出耦合器，其中所述N个光波导臂中的每一个与相邻光波导臂之间具有1/P的路径长度差，并且所述N个光波导臂中的每一个都具有以P/N比特/秒的速率进行操作的强度调制器、和用于调节穿过所述光波导臂的光信号的相位的移相器；
其中，所述移相器被调节，从而使得穿过所述光波导臂的光信号的相对相位通过所述输出耦合器的作用而同相相加，以生成非归零光信号。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述脉冲发生器包括电吸收调制器。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述N个强度调制器中的每一个是电吸收调制器。
4.根据权利要求1所述的光调制器，还包括：连续波长激光器，用于产生所述连续波长光信号。
5.一种用于生成P比特/秒的光信号的光调制器，包括：
脉冲发生器，所述脉冲发生器用于从连续波长光信号中生成P/N比特/秒的光脉冲序列；和
干涉仪，所述干涉仪用于从所述P/N比特/秒的光脉冲序列中产生P比特/秒的光脉冲序列，所述干涉仪包括：
输入/输出耦合器；
高反射覆层；和
N个光波导臂，所述N个光波导臂连接在所述输入/输出耦合器和所述高反射覆层之间，其中所述N个光波导臂中的每一个与相邻光波导臂之间具有1/2P的路径长度差，并且所述N个光波导臂中的每一个都具有以P/N比特/秒的速率进行操作的强度调制器、和用于调节穿过所述光波导臂的光信号的相位的移相器；
其中，所述移相器被调节，从而使得穿过所述光波导臂的光信号的相对相位通过所述输出耦合器的作用而同相相加，以生成非归零光信号。
6.根据权利要求5所述的光调制器，其中，在所述光调制器集成于其上的芯片的边缘设置所述高反射覆层。
7.根据权利要求5所述的光调制器，其中，所述脉冲发生器包括电吸收调制器。
8.根据权利要求5所述的光调制器，其中，所述N个强度调制器中的每一个是电吸收调制器。
9.根据权利要求5所述的光调制器，还包括：连续波长激光器，用于产生所述连续波长光信号。
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