CN107003585B - 用于硅光子的差动twe mzm驱动器 - Google Patents

用于硅光子的差动twe mzm驱动器 Download PDF

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Abstract

差动TWE MZM包括差动驱动器、第一和第二电容器以及第一和第二端子。差动驱动器包括共同地形成差动对的第一差动输出端和第二差动输出端。第一差动输出端DC耦合到TWE MZM的第一臂光学移相器的负极。第二差动输出端DC耦合到TWE MZM的第二臂光学移相器的负极。第一电容器将第二差动输出端AC耦合到第一臂光学移相器的正极。第二电容器将第一差动输出端AC耦合到第二臂光学移相器的正极。第一和第二端子分别耦合到第一或者第二臂光学移相器的负极和正极。

Description

用于硅光子的差动TWE MZM驱动器
技术领域
这里讨论的一些实施例涉及用于硅光子的差动行波电极(TWE)mach-zehnder调制器(MZM)驱动器。
背景技术
除非在此处另有陈述，在此处描述的资料对于在本申请中的权利要求不是现有技术，并且不应因为包括在这个部分中而被看作是现有技术。
10/25/28千兆位/每秒(Gbps)数据速率的硅光学设备(调制器、锗波导光电检测器)已经在商业上展示并引进。也已经报告了向实现大于50Gbps速率的光信号的产生和检测的进步。
以太网和光纤信道以25.78Gbps和28Gbps串行速率收敛。虽然这些数据速率可以以成熟的直接调制III/V激光器(DML)(VCSEL/MMF和DFB/SMF)阐明并且满足当前的光纤链路标准和用户需求，但今天仍然不清楚DML技术将能够快速缩放超过28Gbps串行速率。
在此处要求的主题不局限于解决任何缺点或者仅仅在诸如如上所述的环境下操作的实施方式。而是本“背景技术”部分仅仅用于举例说明这里描述的某些实施例可以实践的一个示例技术领域。
发明内容
这里公开的实施例涉及用于硅光子的差动TWE MZM驱动器。在此处描述的某些实施例提供在TWE MZM的每个臂中从驱动器到每个光学移相器的正极的AC耦合的路径，其与一系列RC端子结合可以形成电路拓扑，其提供信号均衡和扩展TWE MZM的带宽。在此处描述的实施例可以另外包括具有电阻RB的一个或多个偏压电阻器，其对光学移相器提供0伏(V)偏置。当CB＝CMZM+CT并且RB＞＞RT时，关于TWE MZM的传递函数可忽略该偏置，如以下更详细描述的。
TWE MZM可以包括TWE，其是有耗电极。虽然电极的损耗特性可能降低TWE MZM的电光带宽，但与无损耗的或者损耗最小化的电极相比较，该有耗电极可以提供对传输线反射增强的抗扰性。因而，与包括无损耗的或者损耗最小化的电极的TWE MZM相比，在此处描述的实施例中，传输线端子和信源端子可能不是关键的。
TWE MZM的某些或者所有部件可以集成在芯片上，或者TWE MZM的驱动器上，或者TWE MZM的光子集成电路(PIC)上。PIC可以包括TWE MZM的多种部件，诸如一个或多个波导、分束器、光斑大小变换器、合成器，或者其它的光子部件。这样的集成TWE MZM的建模可能比具有外部部件的TWE MZM更为容易，并且这样的集成TWE MZM可以比具有外部部件的TWEMZM具有更小的印迹。
在一个示例实施例中，差动TWE MZM包括差动驱动器、第一和第二电容器以及第一和第二端子。差动驱动器包括共同地形成差动对的第一差动输出端和第二差动输出端。第一差动输出端DC耦合到TWE MZM的第一臂光学移相器的负极。第二差动输出端DC耦合到TWEMZM的第二臂光学移相器的负极。第一电容器将第二差动输出端AC耦合到第一臂光学移相器的正极。第二电容器将第一差动输出端AC耦合到第二臂光学移相器的正极。第一端子耦合到第一臂光学移相器的负极和正极。第二端子耦合到第二臂光学移相器的负极和正极。
在另一个示例实施例中，TWE MZM包括输入波导、第一和第二臂光波导、第一和第二臂光学移相器，和以上描述的差动TWE MZM驱动器。输入波导耦合到连续波(CW)激光器以接收CW输入光束。第一臂光波导被耦合去从输入波导接收CW输入光束的第一部分。第二臂光波导被耦合去从输入波导接收CW输入光束的第二部分。第一臂光学移相器耦合到第一臂光波导。第二臂光学移相器耦合到第二臂光波导。差动TWE MZM包括差动驱动器、第一和第二电容器以及如已经描述的第一和第二端子。
本“发明内容”用来以简化形式引入选择的概念，下面在“具体实施方式”进一步描述这些概念。本“发明内容”不意欲识别要求保护的主题的关键特点或者基本特征，也不意欲用于帮助确定要求保护的主题的范围。
本发明的附加的特点和/或优点将在随后的描述中阐述，并且从该描述中在某种程度上将是显而易见的，或者可以通过实践本发明获悉。本发明的特点和优点可以通过在所附的权利要求中特别地指出的设备和组合实现和获得。从以下的描述和所附的权利要求中，本发明的这些和其它的特点将变得更加充分地清晰可见的，或者可以通过如在下文中阐述的本发明的实践获悉。
附图说明
为了进一步阐明本发明的以上和其它的优点和特征，更加特定的描述将参考在所附的附图中图示的其特定的实施例再现。应该理解，这些附图仅仅描述本发明的典型的实施例，并且因此不认为限制其范围。本发明将通过使用附图以附加的特殊性和细节描述和解释，其中：
图1图示其中可实施这里描述的某些实施例的示例通信模块；
图2A图示示例TWE MZM，其可以在图1的通信模块中实现；
图2B图示图2A的TWE MZM的示例实施例；
图3图示图2A和2B的一个TWE的一部分；
图4是消光比(ER)、平均光强度(AOP)和光调制幅度(OMA)的图形表示，它们全部作为π/2偏置时TWE长度的函数；
图5是图2A和2B的TWE MZM的电路图；
图6A和6B图示图2B的TWE MZM和各种模拟眼图；
图7图示全部按照这里描述的至少一个实施例安排的，在实验室中在图2B的TWEMZM的输出端上对于四个不同的调制速度测量的眼图以及相应的模拟的眼图。
具体实施方式
现在将对附图进行介绍以描述本发明的示例实施例的各种方面。应该理解，该附图是这样的示例实施例的概略和简略表示，并且不限制本发明，它们也不必按比例绘制。
图1图示按照在此处描述的至少一个实施例安排的一个示例通信模块100，其中可以实现这里描述的某些实施例。虽然通信模块100将相当详细地描述，该通信模块100仅仅通过实例描述，而不是通过限制所描述的实施例的范围进行描述。在此处描述的原理可以适用于28Gbps、40Gbps、51Gbps、56Gbps，和更高或者更低的带宽光纤链路。如在此处使用的，术语“28Gbps”、“40Gbps”、“51Gbps”和“56Gbps”是达到信令速率的近似值，并且具有通常地由本领域技术人员理解的含义。尤其是，术语“28Gbps”、“40Gbps”、“51Gbps”和“56Gbps”指的是分别大体上等于28Gbps、40Gbps、51Gbps和56Gbps的数据速率。
此外，在此处描述的原理可以没有限制地实施于任何形状系数的通信模块中。在一个示例实施例中，在此处描述的原理实施于符合C形状系数可插(CFP)多源协议(MSA)和IEEE 802.3ba 100GBASE-LR4规范的通信模块。遵循先前两者的通信模块可以称为CFP4通信模块。在其它的实施例中，实现在此处描述的原理的通信模块可以符合CFP MSA或者其它的MSA，或者可能根本不遵循任何MSA。
在操作中，通信模块100使用一个或多个光接收机104(在图1中，“接收机”)，从一个或多个光纤102接收一个或多个光信号。光接收机104将光信号变换为电信号。光接收机104将产生的电信号提供给一个或多个放大器106(在图1中，“放大器”)。放大器106将电信号放大，并且将放大的电信号提供给外部主机108，如110所示。外部主机108可以是能够与通信模块100通信的任何计算系统。
通信模块100还可以从外部主机108接收一个或多个电信号，供在一个或多个光纤112上传输。特别地，一个或多个驱动器114接收电信号，如以116表示的，并且以信号驱动一个或多个光发射机118，其导致光发射机118将代表由外部主机108提供的电信号中的信息的一个或多个光信号表示发射到光纤112上。在以下更详细描述的一个示例实施例中，驱动器114和光发射机118可以作为TWE MZM实现。
光接收机104、放大器106、驱动器114和光发射机118的特性可以由于许多因素而动态变化。例如，温度变化、功率波动和反馈条件各自都可能影响这些部件的性能。因此，通信模块100可以包括控制模块120，其可以估算温度和电压条件以及其它的操作情形，并且从放大器106接收信息(如以122表示的)和从驱动器114接收信息(如以124表示的)。这允许控制模块120优化动态变化的性能，并且另外检测何时存在信号丢失。
特别地，控制模块120可以通过在放大器106和/或驱动器114(也如以122和/或124表示的)上调整设置抵消这些变化。由于仅当温度或者电压或者其它的低频变化的时候进行这些设置调整，所以它们可以被中断。该控制模块120可以经由通信接口，诸如I2C双线接口与主机108通信，I2C双线接口在图1中表示为串行数据(SDA)和串行时钟(SCL)线路。控制模块120可以替换地或附加地从发射机118接收信息，和/或控制发射机118的偏置点(例如，π/2偏置点)(如以126表示的)。
图2A图示按照在此处描述的至少一个实施例安排的且可以在图1的通信模块100中实现的一个示例TWE MZM 200。TWE MZM 200是图1的驱动器114和发射机118的示例。
TWE MZM大致包括差动TWE MZM驱动器202、例如经由输入光斑大小变换器206光学地耦合到连续波(CW)激光器(未示出)的输入波导204、第一和第二臂光波导208A和208B(共同地，“光波导208”)、第一和第二臂TWE 210A和210B(共同地，“TWE 210”)、第一和第二臂静态正交相位偏置移相器212A和212(共同地，“静态正交相位偏置移相器212”)、合成器214和输出光斑大小变换器216。在说明书和权利要求书中，序数词，诸如第一、第二、第三等等可用于区别另外类似地称呼的部件或者单元。除非上下文另外表示，序数词的使用不表示相对于该部件或者单元的顺序或者首选项。
输入和输出光斑大小变换器206和216可以各自包括光栅耦合器或者其它的适宜的光斑大小变换器。合成器214可以包括定向耦合器、2×2多模干扰耦合器(MMI)，或者其它适宜的合成器。
输入波导204经由输入光斑大小变换器206从CW激光器接收CW输入光束。第一臂光波导208A被耦合以使用光学分束器215，诸如3分贝(dB)光学分束器(例如，Y结点)，从输入波导204接收CW输入光束的第一部分。第二臂光波导208B被耦合以使用光学分束器215从输入波导204接收CW输入光束的第二部分。在一些实施例中，CW输入光束的第一部分和第二部分各自包括CW输入光束的光功率的大约一半。
选择性地，TWE MZM 200可以进一步包括CW激光功率监视器217，以监视CW激光器的功率。CW激光功率监视器217可以包括例如抽头和监视器光电二极管。
静态正交相位偏置移相器212在TWE 210之后(例如，下游)耦合到光波导208。尤其是，第一臂静态正交相位偏置移相器212A在第一臂TWE 210A之后耦合到第一臂光波导208A，并且第二臂静态正交相位偏置移相器212B在第二臂TWE 210B之后耦合到第二臂光波导208B。共同地，静态正交相位偏置移相器212将在光波导208中行进的CW输入光束的第一和第二部分以相互之间π/2相移偏置，称为π/2偏置或者正交偏置。π/2偏置允许TWE MZM驱动器202对于相消干扰给予附加的π/2相移(例如，π/2偏置加π/2附加相移＝总相移π)，或者对于相长干扰给予附加的-π/2相移(例如，π/2偏置加-π/2附加相移＝总相移0)。
在操作中，考虑到由静态正交相位偏置移相器212提供的相位偏置，差动TWE MZM驱动器202将调制信号应用于TWE 210以调制在光波导208中行进的CW输入光束的第一和第二部分之间的相位差。CW输入光束的第一和第二部分在合成器214上重新组合，这里它们取决于净相差而经历相长和相消干扰，以在产生的输出信号的幅度方面编码数据，其最终经由输出光斑大小变换器216输出到例如光学网络的光纤中。TWE MZM 200可以另外包括一个或多个感测抽头和监视光电二极管219A、219B，以感测/测量输出信号的一个或多个参数，并且设置MZM正交偏置。
TWE 210各自包括一个或多个光学移相器218，其耦合到光波导208中的相应的一个光学移相器。每个TWE 210的单个光学移相器218示于图2A中，这里省略号220表示每个TWE 210可以选择性地包括多于一个光学移相器218。在一个示例实施例中，每个光学移相器218包括载流子消耗反向偏置PN二极管。
每个TWE 210另外包括双导体传输线222或者224，其可以例如被分割为一个或多个第一传输线分段222A或者224A和一个或多个第二传输线分段222B或者224B。第一传输线分段222A可以相互串联耦合。第二传输线分段222B可以相互串联耦合。第一传输线分段224A可以相互串联耦合。第二传输线分段224B可以相互串联耦合。当每个TWE 210包括多于一个的光学移相器218的时候，每个TWE 210的光学移相器218可以例如与耦合到第一传输线分段222A或者224A的负极和耦合到第二传输线分段222B或者224B的正极并联耦合。
每个TWE 210包括一个或多个光学移相器部分。每个光学移相器部分包括一个或多个第一传输线分段222A或者224A的相应的一个、一个或多个第二传输线分段222B或者224B中的相应的一个，和一个或多个光学移相器218中的相应的一个。相应的光学移相器218的负极耦合到相应的第一传输线分段222A或者224A，同时相应的光学移相器218的正极耦合到相应的第二传输线分段222B或者224B。图2A图示总共两个光学移相器部分，每个TWE210一个，虽然TWE MZM 200可以每个TWE 210包括多于一个光学移相器部分。
如以下更详细地描述的，差动TWE MZM驱动器202耦合到每个光学移相器218，并且包括差动驱动器226、第一电容器228A、第二电容器228B、第一端子230A和第二端子230B。
差动驱动器226包括第一差动输出端232和第二差动输出端234，其共同地形成差动对。第一差动输出端232例如经由一个或多个第一传输线分段222A直接耦合(DC)耦合到第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的负极。第一差动输出端232也通过第二电容器228B和经由一个或多个第二传输线分段222B电容性地耦合或者AC耦合到第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的正极。类似地，第二差动输出端234例如经由一个或多个第一传输线分段224ADC耦合到第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的负极。第二差动输出端234也通过第一电容器228A和经由一个或多个第二传输线分段224B而AC耦合到第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的正极。
TWE MZM驱动器202可以进一步包括第一偏压电阻器233A和第二偏置电阻器233B。第一偏压电阻器233A耦合在第一节点235A和大地237之间，这里第一节点235A耦合在第一电容器228A和第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的正极之间。类似地，第二偏压电阻器233B耦合在第二节点235B和大地237之间，这里第二节点235B耦合在第二电容器228B和第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的正极之间。
第一端子230A耦合到第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的负极和正极。第一端子230A可以包括RC端子。例如，在图2A中，第一端子230A包括第一端接电阻器236A和第一端接电容器238A。第一端接电阻器236a耦合到第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的负极，并且第一端接电容器238A耦合在第一端接电阻器236A和第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的正极之间。
类似地，第二端子230B耦合到第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的负极和正极。第二端子230B可以包括RC端子。例如，在图2A中，第二端子230B包括第二端接电阻器236B和第二端接电容器238B。第二端接电阻器236B耦合到第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的负极，并且第二端接电容器238B耦合在第二端接电阻器236B和第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的正极之间。
在一个示例实施例中，第一和第二电容器228A和228B可以各自具有2.5皮法(pF)的电容CB，或者其它较小的电容，使得第一和第二电容器228A和228B足够小，以与PIC或者差动驱动器226一起集成在芯片上，第一和第二偏压电阻器233A和233B可以各自具有5千欧(kΩ)的电阻RB，或者其他较小的电阻，使得第一和第二偏压电阻器233A和233B足够小，以与PIC或者差动驱动器226一起集成在芯片上，第一和第二端接电阻器236A和236B可以各自具有40欧姆(Ω)的电阻RT，或者其他适宜的电阻以对每个TWE 210提供射频(RF)端子，并且第一和第二端接电容器238A和238B可以各自具有1.5pF的电容CT，或者其他较小的电容，使得第一和第二端接电容器238A和238B足够小，以与PIC或者差动驱动器226一起集成在芯片上。在其它的实施例中，一个或多个先前的部件可以具有与特别列出的不同的值。替代地或附加地，第一电容器228A、第二电容器228B、第一端接电阻器236A、第二端接电阻器236B、第一端接电容器238A和第二端接电容器238B中的一个或多个可以与差动驱动器226或者与PIC一起集成在芯片上。PIC可以包括以下一个或多个：输入波导204、光波导208、合成器214、输入和输出光斑大小变换器206和216和/或其它的光子部件。
图2B图示按照在此处描述的至少一个实施例安排的图2A的TWE MZM200(在下文中，“TWE MZM 200B”)的一个示例实施例200B。图2A的各种部件为简单起见已经从图2B中省略，包括输入光斑大小变换器206、输出光斑大小变换器216、CW激光功率监视器217，和感测抽头和监视光电二极管219A、219B。虽然前述部件没有在图2B中图示，它们可以被包括在或者耦合到图2B的TWE MZM 200B中。在图2B中，为简单起见，仅仅标注一些光学移相器218、第一传输线分段222A和224A和第二传输线分段222B中的一些。
在图2B图示的实施例中，每个TWE 210包括十二个光学移相器部分，使得在第一臂TWE 210A中，存在十二个第一传输线部分222A、十二个第二传输线部分222B和十二个光学移相器218，并且在第二臂TWE 210B中，存在十二个第一传输线部分224A、十二个第二传输线部分224B和十二个光学移相器218。第一差动输出端232经由一个或多个第一传输线部分222ADC耦合到第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的负极。第一差动输出端232也通过第二电容器228B和经由一个或多个第二传输线部分224BAC耦合到第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的正极。第二差动输出端234经由一个或多个第一传输线部分224ADC耦合到第二臂TWE 210B的每个光学移相器218的负极。第二差动输出端234也通过第一电容器228A和经由一个或多个第二传输线部分222B而AC耦合到第一臂TWE 210A的每个光学移相器218的正极。在一个示例实施例中，每个TWE 210可以具有3.36毫米(mm)的长度，或者在其它的实施例中，可以更长或者更短。
图2A和2B的TWE MZM 200和200B可以在给定的电压驱动条件和电极长度以及给定的光衰减之下呈现给定的相移。例如，图2A或者2B的TWE MZM200或者200B可以在具有0.55dB/mm的光衰减αoptical的2.5伏(V)偏置(Vπ.l＝4V.厘米(cm))之下呈现10.5度/毫米(mm)相移。在对于TWE MZM理想的情况下，MZM电压到光功率传递可以按照等式1确定：
Figure BDA0001302116410000091
在等式1中，Po是TWE MZM的光功率输出，并且t是表示时间的变量。Pi是TWE MZM的光功率输入。L是TWE MZM的TWE的长度。Vπmzm＝(Vπ.l)/L，这里Vπ.l是在TWE MZM的两个臂之间实现光学相移π的电压。e是欧拉(欧拉)指数，例如，大约2.71828。理想的情形假定具有无损耗的TWE的大量的电极模型和RF到光波的理想匹配。光学调制幅度(OMA)作为L的函数可以从等式1确定。
在即时示例中，最大OMA可以在对于L＝7mm的π/2偏置点上实现。大量的电极模型对于长的电极和对于40Gbps及以上的速度可能不是有效的，因为在TWE MZM的臂中光信号的硅光波导传播延迟τoptical大约是11.4皮秒(ps)/mm。比较起来，卸载的TWE的传播延迟τ0可以大约是6.4ps/mm。为了实现最大电光带宽，经由每个TWE的电动信号和在TWE MZM的臂中光信号的速度可以匹配。通过周期性地对阻抗为Z0且传播延迟为τ0的传输线电极(例如，TWE210)加载载流子消耗反向偏置PN二极管(例如，如在图2A和2B中的光学移相器218)，传输线电极的阻抗(Zloaded)和传播延迟(τloaded)的加载的传输线特征可以按照等式2和3改变：
Figure BDA0001302116410000101
Figure BDA0001302116410000102
在等式2和3中，L0是电感，并且C0是每单位长度空载传输线电极的电容。在等式3中，Cload是用于加载传输线电极的负载的每单位长度电容，例如，Cload可以是载流子消耗反向偏置PN二极管或者其它光学移相器218的每单位长度电容。
在一些实施例中，调制器电容在具有～10Ω.mm的串联电阻的2V反向偏置上大约是220毫微微法(fF)/mm。对于如在图2A和2B中图示的差动驱动器配置，为了RF电子和光波速度匹配，空载TWE电极可以具有35Ω的阻抗Z0，而加载TWE电极可以具有20Ω的阻抗Zloaded。
图3图示按照在此处描述的至少一个实施例安排的图2A和2B的TWE 210之一的一部分。尤其是，图3包括图2A和2B的第一臂TWE 210A或者第二臂TWE 210B的第一传输线分段222A或者224A和第二传输线分段222B或者224B。图3另外包括光学移相器218，每个建模为电容CL和电阻RL。CL等于2*Cload。在图3中，由第一和第二传输线分段222A和222B或者224A和224B构成的传输线222或者224可以由在图3中表示的参数Z0、τ0、L0、C0、R0和G0描述，这里Z0、τ0、L0和C0在前面已经定义，R0是传输线损耗和趋肤效应损耗，并且G0是TWE介质材料的电导。
考虑到R0和RL，加载的TWE 210的复杂的传播参数γRF＝αRF+jβRF可以按照等式4表示。
Figure BDA0001302116410000103
在等式4中，j是虚数，ω是调制频率，GT是计算的由负载所引起的等效介电损耗，并且等式4的其它的元素如以上定义。
从上文中，可以确定趋肤效应损耗在20吉赫(GHz)调制频率ω以下占优势，并且调制器损耗在20GHz调制频率ω以上占优势。取决于使用的结构和材料，调制频率ω的精确值可能比20GHz更高或者更低。在使用在此处描述的参数的28GHz的调制频率ω上的总RF损耗(例如，趋肤效应损耗加调制器损耗)可能大约是4dB/mm。对于具有所述5mm长度的TWE的TWEMZM，在5mm上4dB/mm的损耗可能是不可接收地高。调制器接入电阻和趋肤效应损耗两者可能必须最小化以实现大的带宽，诸如40Gbps或者更高。令人遗憾地，这些参数在很大程度上由技术设置并且在芯片传输线上。发射机均衡可以由差动TWE MZM驱动器202提供。
在两个TWE 210的末端上的相移总量可以是沿着两个TWE 210的所有光学移相器部分的累积相移，并且可以通过沿着TWE 210集成电压驱动而计算。我们发现，在给定的频率上由RF损耗所引起的MZM插入损耗可以按照等式5确定。
Figure BDA0001302116410000111
在等式5中，f是调制频率(这里ω＝2πf)，并且等式5的其它的元素如以上定义的。
在高的频率上，由于由趋肤效应损耗和调制器接入电阻所引起的TWE损耗变得很大，增加调制器的长度不再产生附加的相移，并且该调制器的效率没有改善。考虑到此，对于αRF(28GHz)＝4dB/mm，在MZM传递曲线上在π/2偏置上实现的最大OMA以大约3.5mm的TWE长度实现，如图4所示。更详细地，图4是按照在此处描述的至少一个实施例安排的消光比(ER)402、平均光功率(AOP)404、和OMA 406的图形表示它们都是在π/2偏置时TWE长度的函数。如在图4中图示的，OMA 406峰值大约是3.5mm。
按照前文，并且如已经如上所述，在某些实施例中，图2A和2B的每个TWE210可以具有3.36mm的长度，并且可以由十二个光学移相器部分组成，每个具有大约280微米(μm)的长度。传输线222和224可以包括6u金属4在金属1上(6u metal 4over metal1)微波传输带。差动TWE MZM驱动器202可以提供2V反向偏置，并且可以传送2V峰-峰值每臂(pk-pk/arm)。在其它的实施例中，TWE可能比3.36mm更长或者更短，并且可以由比十二更多或者更少的光学移相器部分组成。替换地或附加地，在一些实施例中，传输线222和224以及差动TWE MZM驱动器202可以与先前的示例不同地配置。
图5是按照在此处描述的至少一个实施例安排的图2A和2B的TWE MZM 200的电路图。在图5中，采用低频小信号，使得加载的TWE 210可以表示为电容器502A和502B，每个具有电容CMZM。在图5中表示的电压Vo和Vi可以具有由等式6表示的关系。
在等式6中，s是复数频率，并且等式6的所有其它的元素如这里在其他地方所定义的。假设第一和第二偏压电阻器233A和233B每个的电阻RB远远大于第一和第二端接电阻器236A各自的电阻RT。
可以通过选择CB＝CMZM+CT将等式6简化为等式7。
等式7的所有元素如这里在其他地方所定义的。等式7基本上是高通函数和低通函数的比或者组合。其降低低频的重要性，以均衡损耗。在某些实施例中，在TWE MZM 200中，选择在此处描述的200B、电容CB、CMZM和CT，使得CB＝CMZM+CT降低低频和均衡损耗的重要性。
在此处描述的TWE MZM的实施例包括差动驱动器。其它的TWE MZM实现单端驱动器并且通过DC耦合端接传输线。在某些这样的其它TWE MZM中，驱动器AC耦合到光学移相器的负极，对负极提供以偏置T的偏压，光学移相器的正极接地，并且端接电阻器或者接地或者连接到直流偏置。在这样的TWE MZM中，TWE可以被优化以减小损耗而无需补偿损耗。此外，传输线必须精确地端接(例如，阻抗匹配)以消除背反射。但是，按照在此处描述的实施例，TWE 210是有损耗的，其沿着TWE 210的长度衰减调制信号。即使TWE 210的传输线222、224没有精确地端接，调制信号也被充分地衰减，即，反射可能不是重要的干扰源，并且可能有特性相对良好的眼图。
图6A和6B图示按照在此处描述的至少一个实施例安排的图2B的TWE MZM 200B，和在由从每个眼图伸出的箭头表示的位置上的各种模拟眼图。在图6A和6B中，该眼图用于56Gbps信号。图6A的TWE MZM 200B包括每个具有1微法(μF)的电容CB的第一和第二电容器228A和228B。在图6A中，第一和第二端接电容器238A和238B各自类似地具有1μF的电容CT。用于第一和第二电容器228和228B和第一和第二端接电容器238A和238B的这样高的电容符合用于在某些现有的TWE MZM中使用的电容器的电容值。比较起来，在图6B中，第一和第二电容器228A和228B各自具有2.5pF的电容CB，并且第一和第二端接电容器238A和238B每个具有1.5pF的电容CT。图6A和6B的TWE MZM 200B的其它参数可以包括在这里其他地方描述的值。从图6A和6B中可以看到，在图6B的TWE MZM 200B的输出上的眼图602比在图6A的TWEMZM 200B的输出上的眼图604更加整齐和更加空旷。从图6A和6B中可以看到，与图6A的眼图604相比，在图6B中更小的电容值显著地改善图6B的眼图602。此外，具有图6B的电容值的电容器可以容易地与PIC或者TWE MZM 200B的差动驱动器226一起集成在芯片上，而具有图6A的电容值的电容器不能集成在芯片上。
图7图示按照在此处描述的至少一个实施例安排的对于四个不同的调制速度在TWE MZM 200B的输出上在实验室中测量的眼图702A-702B以及相应的模拟眼图704A-704B。在图7的测量中使用的TWE MZM 200B具有以下的参数：2.5pF的CB、5kΩ的RB、40Ω的RT、1.5pF的CT、3.36mm的TWE 210长度，每个TWE 210由十二个光学移相器部分组成，每个光学移相器部分具有大约280μm的长度。每个光学移相器部分包括载流子消耗反向偏置PN二极管。传输线222和224可以包括6u金属4在金属1上(6u metal 4over metal1)微波传输带。差动TWE MZM驱动器202提供2V反向偏置，并且传送2V pk-pk/arm。
测量的眼图702A和模拟的眼图704A用于28Gbps的调制速度。测量的眼图702B和模拟的眼图704B用于40Gbps的调制速度。测量的眼图702C和模拟的眼图704C用于51Gbps的调制速度。测量的眼图702D和模拟的眼图704D用于56Gbps的调制速度。
本发明可以不脱离其精神或者基本特征以其它特定的形式实施。该描述的实施例将考虑为在所有的方面是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求书，而不是由上文的描述表示的。出现在所附的权利要求的含义和等效范围内的所有的变化将包含在其范围内。

Claims (18)

1.一种差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，包括：
差动驱动器，其具有共同形成差动对的第一差动输出端和第二差动输出端，其中：
所述第一差动输出端DC耦合到行波电极Mach-Zehnder调制器的第一臂光学移相器的负极；
所述第二差动输出端DC耦合到所述行波电极Mach-Zehnder调制器的第二臂光学移相器的负极；
第一电容器，其将所述第二差动输出端AC耦合到所述第一臂光学移相器的正极；
第二电容器，其将所述第一差动输出端AC耦合到所述第二臂光学移相器的正极；
第一端子，其耦合到所述第一臂光学移相器的所述负极和所述正极；和
第二端子，其耦合到所述第二臂光学移相器的所述负极和所述正极。
2.根据权利要求1所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，进一步包括：
耦合在第一节点和大地之间的第一偏压电阻器，其中所述第一节点耦合在所述第一电容器和所述第一臂光学移相器的所述正极之间；和
耦合在第二节点和大地之间的第二偏压电阻器，其中所述第二节点耦合在所述第二电容器和所述第二臂光学移相器的所述正极之间。
3.根据权利要求2所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中：
所述第一端子包括第一端接电阻器和第一端接电容器，所述第一端接电阻器耦合到所述第一臂光学移相器的所述负极，并且所述第一端接电容器耦合在所述第一端接电阻器和所述第一臂光学移相器的所述正极之间；和
所述第二端子包括第二端接电阻器和第二端接电容器，所述第二端接电阻器耦合到所述第二臂光学移相器的所述负极，并且所述第二端接电容器耦合在所述第二端接电阻器和所述第二臂光学移相器的所述正极之间。
4.根据权利要求3所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中所述第一电容器和所述第二电容器各自具有2.5皮法(pF)的电容。
5.根据权利要求3所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中所述第一偏压电阻器和所述第二偏压电阻器各自具有5千欧(kΩ)的电阻。
6.根据权利要求3所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中所述第一端接电阻器和所述第二端接电阻器各自具有40欧姆(Ω)的电阻。
7.根据权利要求3所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中所述第一端接电容器和所述第二端接电容器各自具有1.5pF的电容。
8.根据权利要求3所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中所述第一电容器、所述第二电容器、所述第一端接电阻器、所述第二端接电阻器、所述第一端接电容器和所述第二端接电容器与所述差动驱动器一起集成在芯片上。
9.根据权利要求1所述的差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其中：
所述第一臂光学移相器包括第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管；
所述第二臂光学移相器包括第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管；
所述行波电极Mach-Zehnder调制器包括耦合到所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管的第一臂行波电极和耦合到所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管的第二臂行波电极；
所述第一臂行波电极包括串联电耦合以形成第一双导体传输线的第一导体的第一多个传输线分段和串联电耦合以形成所述第一双导体传输线的第二导体的第二多个传输线分段；
所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管并联耦合在所述第一双导体传输线的所述第一和所述第二导体之间以形成第一多个光学移相器部分；
所述第一多个光学移相器部分中的每个光学移相器部分包括所述第一多个传输线分段中相应的一个传输线分段、所述第二多个传输线分段中相应的一个传输线分段和所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管中相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管，其中所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管中所述相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极耦合到所述第一多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段，并且其正极耦合到所述第二多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段；
所述第二臂行波电极包括串联电耦合以形成第二双导体传输线的第一导体的第三多个传输线分段和串联电耦合以形成所述第二双导体传输线的第二导体的第四多个传输线分段；
所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管并联耦合在所述第二双导体传输线的所述第一和所述第二导体之间以形成第二多个光学移相器部分；
所述第二多个光学移相器部分中的每个光学移相器部分包括所述第三多个传输线分段中相应的一个传输线分段、所述第四多个传输线分段中相应的一个传输线分段和所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管中相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管，其中所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管中所述相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极耦合到所述第三多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段，并且其正极耦合到所述第四多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段；
所述第一差动输出端通过经由所述第一多个传输线分段中的一个或多个传输线分段DC耦合到每个所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极而DC耦合到所述第一臂光学移相器的所述负极；
所述第二差动输出端通过经由所述第三多个传输线分段中的一个或多个传输线分段DC耦合到每个所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极而DC耦合到所述第二臂光学移相器的所述负极；
所述第二差动输出端通过经由所述第一电容器和所述第二多个传输线分段中的一个或多个传输线分段AC耦合到每个所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管的正极而AC耦合到所述第一臂光学移相器的所述正极；和
所述第一差动输出端通过经由所述第二电容器和所述第四多个传输线分段中的一个或多个传输线分段AC耦合到每个所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管的正极而AC耦合到所述第二臂光学移相器的所述正极。
10.一种行波电极Mach-Zehnder调制器，包括：
输入波导，其耦合到连续波激光器以接收连续波输入光束；
第一臂光波导，其耦合以从所述输入波导接收所述连续波输入光束的第一部分；
第二臂光波导，其耦合以从所述输入波导接收所述连续波输入光束的第二部分；
第一臂光学移相器，其耦合到所述第一臂光波导；
第二臂光学移相器，其耦合到所述第二臂光波导；
差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器，其耦合到所述第一和所述第二臂光学移相器，其中所述差动行波电极Mach-Zehnder调制器驱动器包括：
差动驱动器，其具有共同形成差动对的第一差动输出端和第二差动输出端，其中：
所述第一差动输出端DC耦合到所述第一臂光学移相器的负极；
所述第二差动输出端DC耦合到所述第二臂光学移相器的负极；
第一电容器，其将所述第二差动输出端AC耦合到所述第一臂光学移相器的正极；
第二电容器，其将所述第一差动输出端AC耦合到所述第二臂光学移相器的正极；
第一端子，其耦合到所述第一臂光学移相器的所述负极和所述正极；和
第二端子，其耦合到所述第二臂光学移相器的所述负极和所述正极。
11.根据权利要求10所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，进一步包括：
耦合在第一节点和大地之间的第一偏压电阻器，其中所述第一节点耦合在所述第一电容器和所述第一臂光学移相器的所述正极之间；和
耦合在第二节点和大地之间的第二偏压电阻器，其中所述第二节点耦合在所述第二电容器和所述第二臂光学移相器的所述正极之间。
12.根据权利要求11所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，其中：
所述第一端子包括第一端接电阻器和第一端接电容器，所述第一端接电阻器耦合到所述第一臂光学移相器的所述负极，并且所述第一端接电容器耦合在所述第一端接电阻器和所述第一臂光学移相器的所述正极之间；和
所述第二端子包括第二端接电阻器和第二端接电容器，所述第二端接电阻器耦合到所述第二臂光学移相器的所述负极，并且所述第二端接电容器耦合在所述第二端接电阻器和所述第二臂光学移相器的所述正极之间。
13.根据权利要求12所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，其中：
所述第一电容器和所述第二电容器各自具有2.5皮法(pF)的电容；
所述第一偏压电阻和所述第二偏压电阻各自具有5千欧(kΩ)的电阻；
所述第一端接电阻和所述第二端接电阻各自具有40欧姆(Ω)的电阻；和
所述第一端接电容和所述第二端接电容各自具有1.5pF的电容。
14.根据权利要求12所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，其中所述第一电容器、所述第二电容器、所述第一端接电阻器、所述第二端接电阻器、所述第一端接电容器和所述第二端接电容器与所述差动驱动器一起集成在芯片上。
15.根据权利要求10所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，进一步包括第一臂行波电极和第二臂行波电极，其中所述第一臂行波电极耦合到第一臂光学移相器的第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管，所述第二臂行波电极耦合到第二臂光学移相器的第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管，其中：
所述第一臂行波电极包括串联电耦合以形成第一双导体传输线的第一导体的第一多个传输线分段和串联电耦合以形成所述第一双导体传输线的第二导体的第二多个传输线分段；
所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管并联耦合在所述第一双导体传输线的所述第一和所述第二导体之间以形成第一多个光学移相器部分；
所述第一多个光学移相器部分中的每个光学移相器部分包括所述第一多个传输线分段中相应的一个传输线分段、所述第二多个传输线分段中相应的一个传输线分段和所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管中相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管，其中所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管中所述相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极耦合到所述第一多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段，并且其正极耦合到所述第二多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段；
所述第二臂行波电极包括串联电耦合以形成第二双导体传输线的第一导体的第三多个传输线分段和串联电耦合以形成所述第二双导体传输线的第二导体的第四多个传输线分段；
所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管并联耦合在所述第二双导体传输线的所述第一和所述第二导体之间以形成第二多个光学移相器部分；
所述第二多个光学移相器部分中的每个光学移相器部分包括所述第三多个传输线分段中相应的一个传输线分段、所述第四多个传输线分段中相应的一个传输线分段和所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管中相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管，其中所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管中所述相应的一个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极耦合到所述第三多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段，并且其正极耦合到所述第四多个传输线分段中所述相应的一个传输线分段；
所述第一差动输出端通过经由所述第一多个传输线分段中的一个或多个传输线分段DC耦合到每个所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极而DC耦合到所述第一臂光学移相器的所述负极；
所述第二差动输出端通过经由所述第三多个传输线分段中的一个或多个传输线分段DC耦合到每个所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管的负极而DC耦合到所述第二臂光学移相器的所述负极；
所述第二差动输出端通过经由所述第一电容器和所述第二多个传输线分段中的一个或多个传输线分段AC耦合到每个所述第一多个载流子消耗反向偏置PN二极管的正极而AC耦合到所述第一臂光学移相器的所述正极；和
所述第一差动输出端通过经由所述第二电容器和所述第四多个传输线分段中的一个或多个传输线分段AC耦合到每个所述第二多个载流子消耗反向偏置PN二极管的正极而AC耦合到所述第二臂光学移相器的所述正极。
16.根据权利要求15所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，其中：
所述第一多个光学移相器部分的数目包括十二个；
所述第二多个光学移相器部分的数目包括十二个；和
每个所述第一光学移相器和所述第二光学移相器的长度是3.36毫米(mm)。
17.根据权利要求10所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，进一步包括：
在所述第一臂光学移相器之后耦合到所述第一臂光波导的第一臂静态正交相位偏置移相器；
在所述第二臂光学移相器之后连接到所述第二臂光波导的第二臂静态正交相位偏置移相器；
其中所述第一和所述第二臂静态正交相位偏置移相器共同地配置为以相互之间π/2的相移偏置所述第一和所述第二臂光波导的输出。
18.根据权利要求10所述的行波电极Mach-Zehnder调制器，进一步包括配置为将由所述连续波激光器发射的连续波输入光束耦合进所述输入波导的第一光斑大小变换器，和配置为将所述行波电极Mach-Zehnder调制器的输出耦合进输出光纤的第二光斑大小变换器。
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