CN106569349A - 反射式光调制器结构的光学接收发送一体机及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供了一种用于光接入系统或者光互联系统中的光学接收和发送一体机，它可以完成光信号接收或者反射的功能，或者按一定比例同时完成信号接收和反射的功能，该器件还可以进行本地信号的光幅度调制、光相位调制，以及支持高阶光调制格式，同时还可以作为光信号的时隙分离器，即将不同时隙的光信号按照应用的要求分配至对外光端口和光接收机。这些功能的实现仅仅依靠器件上加载电压的不同来实现，因此便于控制，且可以根据需要调谐器件功能。该器件便于集成在硅基光学芯片上，因此便于构成低成本和高可靠性的光学模块，应用于光通信与光互联系统中。

Description

反射式光调制器结构的光学接收发送一体机及控制方法
技术领域
本发明涉及一种集成光学器件构成的光信号收发装置，特别涉及应用于光接入与光互联的可集成光信号收发装置。
背景技术
集成光子器件是光电子领域的一项关键技术。由于技术的发展，人们在硅基材料构成的光学芯片上已经可以制作出光耦合器、光分束器、光滤波器等无源光学器件，或是光调制器、电光开关等有源光学器件。由于采用绝缘衬底上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技术的硅基集成器件能够很好的与CMOS工艺相兼容，因此硅基器件便于大规模生产且具有成本优势，人们希望将计算机间的光互联设备、光通信和光网络中的器件集成在单个硅基光学芯片上，最终实现片上光网络(network on chip,NOC)，从而使集成光学回路(Photonic integrated circuits,PIC)像集成电路一样，能够很好的提供未来信息传输和信息处理中的光模块资源。
硅基光器件具有尺寸小，设计灵活等优点，便于将一些已有的光模块结构集成在单个的硅片上。例利用半导体的CMOS工艺，能够在硅片上制作出包含大量微环等谐振结构的光学器件，可以应用在光学滤波器和调制器当中。除此之外，硅基光器件也可以直接应用在光通信当中，例如一些研究人员将光接入系统中的某些模块集成在硅基芯片上，形成如图1和2所示的结构1-3。在图1中，光网络单元(ONU)中的光发射机和光接收机可以通过波分复用器相连，其中，光发射机包括光调制器和调制电信号的驱动器，光接收机包括光电探测器、跨阻放大器和线性 放大器。由于器件中没有光源，这些器件从原理上看，都可以集成在单个的硅片上，从而大大减小器件尺寸。除了当前光接入系统ONU中的光模块可以采用硅基光子集成技术，波分复用无源光网络(WDM-PON)中的无色ONU同样可以采用硅基集成器件来实现。在用户端，无色ONU的技术是一项关键技术，无色ONU技术的实现方式直接关系到WDM-PON的商用前景。在图2中，研究人员采用硅基光子集成技术将环形波分复用器、光电探测器和微环光调制器集成在一块硅基芯片2，该模块可以直接接收包含下行光信号的波长λ1，同时可以将上行光信号通过微环光调制器调制到λ2上。虽然文献2中并未真正实现无色ONU的硅基光子集成，仅仅提出了上述概念，但是在该器件中，一个集成的模块将兼具接收和发射光信号的功能，对光通信等方面的应用而言，还是很具有吸引力的。
硅基光子集成技术是一项新兴的技术，从技术层面上说还存在不少需要解决的问题，但是，随着成本和性能要求越来越严苛的光纤通信等领域的需求不断发展，硅基光子集成技术的应用是大势所趋，考虑到技术的进步，在未来5年中，适合不同应用场合的硅基光子器件将会逐步出现，其应用也将会成为现实。
参考文献：
1.Jing Zhang*,Tsung-Yang Liow,Guo-Qiang Lo,etal,“10Gbps monolithicsilicon FTTH transceiver without laser diode for a new PON configuration,”Opt.Expre.,18(5):5135–5141(2010)
2.Lin Xu,Qi Li,Noam Ophir,etal,“Colorless Optical Network Unit Basedon Silicon Photonic Components for WDM PON”IEEE Photon.Technol.Lett.24,1372-1374(2012).
发明内容：
针对背景技术中的需求，本发明的目的在于提供一种用于光信号收发的单端口器件，它可以完成光信号接收和反射发送的功能，还可以作为光信号的时隙分离器，即将不同时隙的光信号按照应用的要求分配至对外光端口和光接收机。这些功能的实现仅仅依靠器件上加载电压的不同来实现，因此便于控制。该器件便于集成在硅基光学芯片上，因此便于构成低成本和高可靠性的光学模块应用于光通信与光互联系统中。
本发明提供的光信号收发一体机的基本结构如图3所示，包括如下结构：1)第一2×2光学耦合器(10)，该器件用于将对外光端口的光信号耦合到所述光信号收发一体机中，或者将反射光信号耦合出对外光端口；该第一2×2光学耦合器(10)的一个端口作为所述光信号收发一体机的对外光端口，令一个端口还连接着光接收机。2)第二2×2光学耦合器(20)，用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到反馈移相单元，该第二2×2光学耦合器的其中两个端口分别连接着第一直波导和第二直波导，该第二2×2光学耦合器的另外两个端口还连接着反馈移相单元。3)第一直波导(30)，用于连接第一2×2光学耦合器(10)的一个端口和第二2×2光学耦合器(20)的一个端口；4)第二直波导(40)，用于连接第一2×2光学耦合器(10)的另一个端口和第二2×2光学耦合器(20)的另一个端口；5)第一电极(50)，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；6)第二电极(60)，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；7)光接收机(70)，用于接收发送于此光接收机的光信号；8)b端口(75)，为所述第一2×2光学耦合器连接光接收机的端口；9)反馈移相单元(80)，用于连接第二2×2光学耦合器的两个端口，使得正向输出的光信号经过光学移相后，反馈回第一直波导和第二直波导；10)第三电极(85)，固定于反馈移相 单元上，通过加载电压，用于改变反馈移相单元的折射率等光学参数；11)对外光端口(90)，为所述光信号收发一体机的其中一个端口。在本发明中，第一2×2光学耦合器(10)和第二2×2光学耦合器(20)可以采用50∶50耦合比例的光学耦合器，也可以采用接近于50：50耦合比例的光学耦合器。
在本发明提供的光信号收发一体机中，通过第一电极、第二电极和第三电极所加电压的控制，光波既可以从对外光端口入射，通过反馈回路再从对外光端口反射出去；或者从对外光端口入射最终到达光接收机；或者，可以从对外光端口入射，部分功率通过反馈回路从对外光端口反射出去，部分功率到达光接收机。
第三电极、第一电极和第二电极上所加载电压分别为V3、V1和V2，它们可以是直流电压，也可以是交流电压，也可以按照某个比例同时加载直流电压和交流电压。例如，V1＝3+2cos(ωct)，V2＝-V1，或者V1＝3+2cos(ωct)，V2＝0v，V3根据光相位的需要加载。当所加载电压类型或者数值不同时，所述光信号收发一体机可以工作在不同的模式，如图4所示，这些模式包括：1)接收模式(101)，即完成输入光信号仅仅到达光接收机的功能；2)反射模式(102)，即完成输入光信号仅仅反馈到对外光端口的功能；3)可变接收与发射比例的光学信号耦合模式(103)，即完成输入光信号部分到达光接收机，部分反馈到对外光端口，且这两部分的比例可以调谐的功能；4)本地信号反射式强度调制模式(104)，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光强度调制；5)本地信号反射式相位调制模式(105)，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光相位调制；6)本地信号反射式强度-相位联合调制模式(106)，即完成将本地电信 号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光正交幅度调制(QAM)；7)时域光信号交叉分离模式(107)，即完成将接收到的光信号在时间上交叉分离到对外光端口和光接收机的功能。
本发明提供的光信号收发一体机中七种模式的适用条件和控制方法在实施例2-6中进行陈述。由于不同模式之间的主要差别在于控制电压V3、V1和V2的不同，因此，存储不同模式下V3、V1和V2电压的数值也是很必要的，这七种模式下的电压值可以存储于本地的存储器中，需要用到时，直接查找相应的数值，并进行调用。考虑到硅基器件的器件参数可能会随着使用时间的增长发生变化，或者外界环境的随机变化会影响到相关器件参数，因此，可以根据实际应用的需要，不断调整这些电压的数值。
本发明所述的光信号收发一体机可以应用在光接入网络中或者应用在光互联系统中作为收发模块使用。考虑到集成光子器件技术的进步，整个光信号收发一体机，包括光接收机部分，极有可能集成在单个硅片上，从而形成小尺寸的器件。该器件直接应用于光通信系统中将会降低系统成本，同时提供新的功能。
附图说明
根据下面结合附图的示例性实施方式的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得明显，在附图中：
图1是利用硅基光子集成技术实现TDM-PON光网络单元收发模块的示意图。
图2是利用硅基光子集成技术实现WDM-PON光网络单元收发模块的示意图。
图3是本发明提供的多功能光信号收发一体机基本结构图。
图4是本发明提供的光信号收发一体机的结构示意图和7种模式描述图。
图5是本发明提供的光信号收发一体机的两种具体设计结构图：(a)反馈移相单元仅仅包含光学波导，电压加载在该光波导上面的结构图；(b)反馈移相单元包含微环谐振腔的结构，电压加载在该微环谐振腔上的结构图。
图6是本发明提供的光信号收发一体机工作于接收模式的信号图。
图7是本发明提供的光信号收发一体机工作于反射模式的信号图。
图8是本发明提供的光信号收发一体机工作于可变接收与发射比例的光学信号耦合模式的信号图。
图9是本发明提供的光信号收发一体机工作于本地信号反射式强度调制模式、本地信号反射式相位调制模式和本地信号反射式强度-相位联合调制模式的信号图，这三种模式的区别仅仅在于调制格式的差异，信号图则完全相同。
图10是本发明提供的光信号收发一体机工作于时域光信号交叉分离模式的信号图：光信号从对外光端口输入，部分时隙的光信号从对外光端口反射，剩余时隙的光信号输出至光接收机。
具体实施方式
1，光信号收发一体机的设计实例：
图5是本发明提供的光信号收发一体机的两种具体设计结构图，包含光学耦合器1和2，包含两个可以加载电压的光学波导，还包含反馈移相单元，其中，图5(a)中反馈移相单元的设计仅仅包含光学波导，电压可以直接加载在该光波导上面；图5(b)中反馈移相单元包含微环谐振腔的结构，电压加载在该微环谐振腔上。反馈移相单元还可以采用其它设计来完成电压控制的光学移相功能。
2，光信号收发一体机作为光接收机使用的实施例：
按照如图3所述的器件结构，通过在第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，所述光信号收发一体机可以作为光接收机使用，如图6所示。此时第三电极的电压V3＝0。
在图6中，光信号从对外光端口输入至光接收机，V1和V2的设定应该满足|TPD|2为最大值，其中：
TPD为光接收机接收到的光场与对外光端口入射光场的比值，PPD为此种情况下光接收机接收到的光功率相对于对外光端口入射光功率的比值，该结果中忽略了上下两臂波导损耗的差异。和分别为第一直波导和第二直波导加载电压产生的相移。θ(V3)为反馈移相单元上所加电压为V3时引起相位的改变，在此种模式下，由于所加载电压V3为0，产生的相移为0。
如果第一2×2光学耦合器(10)和第二2×2光学耦合器(20)均采用50∶50耦合比例的光学耦合器，若V2＝-V1，则在图6中，V1＝-Vπθ/(4π)。其中，θ＝k(l1-l2)mod2π，θ为上下臂的长度差导致的相位差对2π求模，Vπ为半波电压。
在实际过程中，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最大值。
3，光信号收发一体机工作在反射模式时的使用实施例：
T1为对外光端口反射光场相对于入射光场的比率，P1为对外光端口反射光功率相对于入射光功率的比值。若V2＝-V1，则在图7中，V1＝Vπ/4-Vπθ/(4π)。
在实际过程中，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值。
4，光信号收发一体机工作在可变接收与发射比例的光学信号耦合模式的实施例：
在此实施例中，第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，V1的数值在V_1a和V_1b之间，V2的数值在V_2a和V_2b之间。按照实施例2和3中的数据，V1在Vπθ/4π到Vπ/4-Vπθ/(4π)之间取值且V2＝-V1时，可以保证该光信号收发一体机作为可变耦合比例的光耦合器使用。具体的说，当θ＝π/4时，V1在-Vπ/16到3Vπ/16之间取值，V2在-3Vπ/16到Vπ/16之间取值，此时该器件可以作为可变接收与发射比例的光学信号反射与接收装置使用，其信号结构图如图8所示。
5，光信号收发一体机工作在模式104-106时的实施例：
如果仅有一个波长，则光信号收发一体机可以工作于模式104-106之一，即作为光信号发送装置使用。此时必须保证当前光信号收发一体机中没有调制的光信号，即仅有连续激光，否则将会影响器件中传输的光信号。如果满足上述条件，则可以进行信号调制，因此该模式的启用条件如图9所示。
在本地信号反射式强度调制模式下，其控制方法如下：
a)根据光调制器静态偏置点的要求，选择第一电极上的直流分量V_1dc， 同时选择第二电极上的直流分量V_2dc。例如，如果不考虑上下两臂的固有相位差，可以选择V_1dc＝Vπ/4。
b)根据本地调制速率和消光比的要求，分别选择第一电极和第二电极上的交流分量V_1ac和V_2ac。例如，可以选择V_2ac＝-V_1ac，V_1ac为(Vπ/4)cos(2πfct)。
c)第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量。
d)第三电极上所加载电压为V3，该电压用来补偿该调制器由于加载电压特性不理想或者器件加工误差产生的信号啁啾，例如，当MZI光调制器件上下两臂存在固定的长度差时，光调制器会产生一定的啁啾，此时，选择V3可以在一定范围内补偿器件的啁啾。V3可以按照如下方法产生：若V3＝0时整个器件产生正啁啾，则加载电压V3产生负啁啾来补偿调制器件产生的啁啾，若V3＝0时整个器件产生负啁啾，则加载电压V3产生正啁啾来补偿调制器件产生的啁啾。例如，V3＝0时，整个器件的啁啾为-0.5，则按照现有技术加载V3，使得相位调制模块产生的啁啾为0.5，这两部分啁啾相抵消，可以极大的减小光调制器原来的啁啾，提高光调制器的性能。
在本地信号反射式相位调制模式下，其控制方法如下：
第一电极和第二电极上不加载电压，或者加载直流偏压V_1dc和V_2dc，保证该器件的输出光功率最大。例如，V1＝-Vπ/θ(4π)，V2＝-V1，保证器件的直流偏压补偿器件的初始相位。
第三电极上加载电压为V3，根据需要移相的大小，选择第三电极上的交流分量V_3ac＝Vθcos(ωct)，则V3＝V_3ac。其中，Vθ＝θVπ/π，θ为需 要变化的相位大小。例如，在BPSK中，θ需要为0或者π，则可以选择Vθ＝0V或者Vθ＝2Vπ。由于电压Vθ＝2Vπ会比较高，则可以采用图5(b)中的设计来减小π相移所需要加载的电压。
在本地信号反射式强度-相位联合调制模式下，其控制方法如下：
a)根据光调制器静态偏置点的要求，选择第一电极上的直流分量V_1dc，同时选择第二电极上的直流分量V_2dc。
b)根据本地调制速率和消光比的要求，分别选择第一电极和第二电极上的交流分量V_1ac和V_2ac，V_2ac可以选择为-V_1ac，也可以选择其它值；
c)第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量，通过加载电压，最终完成QAM中的幅度调制部分。
d)第三电极上所加载电压为V3，选择该电极上交流分量V_3ac＝Vθcos(ωct)，则V3＝V_3ac。其中，Vθ＝θVπ/π，θ为根据QAM每个星座点的需要确定的相位大小。V3用来产生电控的光波相移，从而构成QAM中的相位调制部分。
6，光信号收发一体机作为光信号时隙分离装置使用的实施例：
时域光信号交叉分离模式，其启用条件为：光波从对外光端口输入，当光接收机检测到当前存在光信号发送时，可以开启时域光信号交叉分离的功能。时域光信号交叉分离模式的特征是：在第一电极和第二电极上所加载电压的控制下，光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至对外光端口。
为了实现时域光信号交叉分离模式，需要特殊的电压控制，其控制 方法如下：
a)第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量。此处V1和V2的具体数值，可以参照实施例5中的情况。
b)设置V_1ac和V_2ac的频率和光波上调制的电信号的频率一致，或者为光波上调制的电信号频率的1/N，N为自然数。例如，光波上调制的电信号的频率为2.5GHz，V_1ac和V_2ac的频率为2.5GHz、2.5/2GHz、2.5/3GHz、2.5/4GHz、2.5/5GHz等频率，即2.5GHz、1.25GHz、0.8333GHz、0.625GHz、0.5GHz。并保证V_1ac和V_2ac载波同步，即同频且同相，同时与所述光信号收发一体机中的光信号相位同步。只有这样才能够保证，光波上调制的电信号被整个时隙的分配至对外光端口或者光接收机。
c)设置V_1ac和V_2ac的具体波形，保证光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至对外光端口。
d)第三电极上加载电压为V3，令V3＝0。
根据图10中所示的信号结构图，光信号从对外光端口输入，t1和t3时隙的光信号从对外光端口反射，剩余时隙(t2和t4时隙)的光信号输出至光接收机。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤。在不 出现逻辑冲突的情况下，上述实施例中的模式也可以单独使用一个或组合使用多个模式，因此该集成光学器件可以根据不同的应用场合，使用某个模式，或者几种不同模式的组合。

Claims (15)

1.一种光信号收发一体机，包括：
第一2×2光学耦合器，用于将对外光端口的输入光信号耦合到所述光信号收发一体机中，该第一2×2光学耦合器的一个端口作为所述光信号收发一体机的对外光端口，该第一2×2光学耦合器的一个端口连接着光接收机，该第一2×2光学耦合器的另外两个端口还分别连接着第一直波导和第二直波导；
第二2×2光学耦合器，用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到反馈移相单元，该第二2×2光学耦合器的其中两个端口分别连接着第一直波导和第二直波导，该第二2×2光学耦合器的另外两个端口还连接着反馈移相单元；
第一直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的一个端口和第二2×2光学耦合器的一个端口；
第二直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的另一个端口和第二2×2光学耦合器的另一个端口；
反馈移相单元，用于连接第二2×2光学耦合器的两个端口，使得正向输出的光信号经过光学移相后，反馈回第一直波导和第二直波导；
第一电极，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；
第二电极，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；
第三电极，固定于反馈移相单元上，通过加载电压，用于改变反馈移相单元的折射率等光学参数；
对外光端口，为所述光信号收发一体机唯一的一个对外光端口；
b端口，为所述第一2×2光学耦合器连接光接收机的端口；
光接收机，用于接收发送于此光接收机的光信号。
2.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：
通过第一电极、第二电极和第三电极所加电压的控制，光波的光路如下：
光波既可以从对外光端口入射，通过反馈回路再从对外光端口反射出去；或者从对外光端口入射最终到达光接收机；或者，可以从对外光端口入射，部分功率通过反馈回路从对外光端口反射出去，部分功率到达光接收机。
3.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：
所述反馈移相单元既可以由单个光波导构成，也可以由复杂的光路构成，用来提供电压控制的光波移相功能。
4.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：
第一电极、第二电极和第三电极上可以加载直流电压，也可以加载交流电压，也可以按照某个比例同时加载直流电压和交流电压；
当所加载电压类型或者数值不同时，所述光信号收发一体机可以工作在不同的模式，这些模式包括：1）接收模式，即完成输入光信号仅仅到达光接收机的功能；2）反射模式，即完成输入光信号仅仅反馈到对外光端口的功能；3）可变接收与发射比例的光学信号耦合模式，即完成输入光信号部分到达光接收机，部分反馈到对外光端口，且这两部分的比例可以调谐的功能；4）本地信号反射式强度调制模式，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光强度调制；5）本地信号反射式相位调制模式，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光相位调制；6）本地信号反射式强度-相位联合调制模式，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光正交幅度调制（QAM）；7）时域光信号交叉分离模式，即完成将接收到的光信号在时间上交叉分离到对外光端口和光接收机的功能。
5.如权利要求3所述的接收模式，其控制方法如下：
第三电极上加载的直流电压为V3，令V3=0；
第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，使得V2=-V1；V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最大值，记录达到该最大光功率时的V1和V2数值，即V1=V_1a和V2=V_2a。
6.如权利要求3所述的反射模式，其控制方法如下：
第三电极上加载的直流电压为V3，令V3=0；
第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，使得V2=-V1；V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值，记录达到该最小光功率时的V1和V2数值，即V1=V_1b和V2=V_2b。
7.如权利要求3所述的可变接收与发射比例的光学信号耦合模式，
其控制方法如下：
第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，V1的数值在V_1a和V_1b 之间，V2的数值在V_2a和V_2b 之间。
8.如权利要求3所述的本地信号反射式强度调制模式，其控制方法
如下：
根据光调制器静态偏置点的要求，选择第一电极上的直流分量V_1dc，同时选择第二电极上的直流分量V_2dc；
根据本地调制速率和消光比的要求，分别选择第一电极和第二电极上的交流分量V_1ac和V_2ac， V_2ac可以选择为-V_1ac，也可以选择其它值，其频率为需要调制的信号频率；
第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1=V_1dc+ V_1ac，V2=V_2dc+ V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量；
第三电极上所加载电压为V3，该电压用来补偿该调制器由于加载电压特性不理想或者器件加工误差产生的信号啁啾，即若V3=0时整个器件产生正啁啾，则加载电压V3产生负啁啾来补偿调制器件产生的啁啾，若V3=0时整个器件产生负啁啾，则加载电压V3产生正啁啾来补偿调制器件产生的啁啾。
9.如权利要求3所述的本地信号反射式相位调制模式，其控制方法如下：
第一电极和第二电极上不加载电压，或者加载直流偏压V_1dc和V_2dc，保证该器件的输出光功率最大；
第三电极上加载电压为V3，根据需要移相的大小，选择第三电极上的交流分量V_3ac=Vθ*cos(2*pi*f)，则V3= V_3ac；
其中，Vθ=θ*Vπ/π，θ为需要变化的相位大小，f为需要调制的信号频率。
10.如权利要求3所述的本地信号反射式强度-相位联合调制模式，其控制方法如下：
根据光调制器静态偏置点的要求，选择第一电极上的直流分量V_1dc，同时选择第二电极上的直流分量V_2dc；
根据本地调制速率和消光比的要求，分别选择第一电极和第二电极上的交流分量V_1ac和V_2ac，V_2ac可以选择为-V_1ac，也可以选择其它值；
第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1=V_1dc+ V_1ac，V2=V_2dc+ V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量，通过加载电压，最终完成QAM中的幅度调制部分；
第三电极上所加载电压为V3，选择该电极上交流分量V_3ac= Vθ*cos(2*pi*f)，则V3=V_3ac；
其中，Vθ=θ*Vπ/π，θ为根据QAM每个星座点的需要确定的相位大小；
V3用来产生电控的光波相移，从而构成QAM中的相位调制部分。
11.如权利要求7-9所述的模式之一，其启用条件为：
当光接收机检测到当前有光但是没有任何光信号发送时，即光波为连续激光时，可以开启本地电信号调制功能，具体调制格式对应的控制方法可以按照权利要求7-9所述的方法进行。
12.如权利要求3所述的时域光信号交叉分离模式，其启用条件为：
光波从对外光端口输入，当光接收机检测到当前存在外部光信号入射时，即外部有调制的光信号输入对外光端口时，可以开启时域光信号交叉分离功能。
13.如权利要求3所述的时域光信号交叉分离模式，其特征在于：
在第一电极和第二电极上所加载电压的控制下，光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至对外光端口。
14.如权利要求3所述的时域光信号交叉分离模式，其控制方法如下：
第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1=V_1dc+ V_1ac，V2=V_2dc+ V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量；
设置V_1ac和V_2ac的频率和光波上调制的电信号的频率一致，或者为光波上调制的电信号频率的1/N，N为自然数，并保证V_1ac和V_2ac载波同步，且与所述光信号收发一体机中的光信号相位同步；
设置V_1ac和V_2ac的具体波形，保证光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至对外光端口；
第三电极上加载电压为V3，令V3=0。
15.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：
整个光信号收发一体机的如下单元可以优先考虑形成于单个硅基芯片上：
第一2×2光学耦合器、第二2×2光学耦合器、第一直波导、第二直波导、对外光端口、反馈移相单元和光接收机。
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