CN108322263B - 光发射器、光调制器模块和光传输系统 - Google Patents

光发射器、光调制器模块和光传输系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种光发射器、光调制器模块和光传输系统。该光发射器包括：驱动电路，其包括分别对应于输入电数据序列的配置位的驱动器；MZ光调制器，其包括设置在臂中的第一移相器和设置在臂中的第二移相器；电连接在驱动单元与第一移相器之间的第一电容元件，第一电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第一移相器的第一多级信号；以及电连接在驱动电路与第二移相器之间的第二电容元件，第二电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第二移相器的第二多级信号。

Description

光发射器、光调制器模块和光传输系统
技术领域
本文中讨论的实施方式涉及光发射器、光调制器模块和光传输系统。
背景技术
在近来的光纤传输中，已经应用以每一码元(symbol)两位或更多位的方式进行编码的多级调制光信号，以代替传统的二进制调制光信号，从而应对信道容量的增加。在使用多级调制的光信号的光传输系统中，已经使用了根据输入的光信号和输入电数据序列来产生多级调制的光信号的多级光发射器。
专利文献1：日本专利第5729303号
专利文献2：日本专利第5254984号
非专利文献1：X.Wu等人，“A 20Gb/s NRZ/PAM-41V transmitter in40nm COMSdriving a Si-photonic modulator in 0.13μmCMOS”，IEEE国际固态电路会议(ISSCC)，2013年7月7日。
非专利文献2：Poulin等人，“107Gb/s PAM-4Transmission over 10km using aSiP Series Push-Pull Modulator at 1310nm”，欧洲光通信会议(ECOC)2014，Mo.4.5.3。
非专利文献3：T.Baba等人，“25-Gb/s broadband silicon modulator with0.31-V·cm VπL based on forward-biased PIN diodes embedded with passiveequalizer”，Optics Express，第23卷，第32950页。
要用于光纤传输的多级光发射器具有以下功能：将传输数据编码成多级信号并且通过该多级信号对光信号的强度和相位进行调制，以输出所产生的光信号。存在执行多级光调制的光调制器和驱动单元的一些配置示例。示例之一是并联的二进制输出驱动器(与多级信号的位数相等)和装载了分段移相器的Mach-Zehnder(MZ)光调制器的组合(例如，参见非专利文献1)。在这种情况下，几乎不发生由光调制器和驱动单元的非线性引起的波形劣化，并且可以将低功率CMOS反相器应用于驱动单元的驱动器。因此，上述示例是对于制造高性能和低功率的光发射器有效的配置。
图1是示出传统的光发射器的典型的配置示例的示意图。图1示出了多级光信号中最简单的四级脉冲幅度调制(脉冲-幅度-调制4：PAM4)的光发射器。
该光发射器通过包含驱动电路101和MZ光调制器102来构成。驱动电路101包括MSB驱动器111和LSB驱动器112，其是对作为输入电数据序列的配置位的MSB和LSB的二进制信号进行放大的CMOS反相器并且输出经放大的二进制信号。MZ光调制器102的一端被设置为DC光的输入部分，另一端被设置为调制光的输出部分，并且MZ光调制器102包括作为一对光波导的、在一对光耦合器113与114之间彼此分开的臂115、116。
在臂115中装载有第一移相器117a，并且在臂116中装载有第二移相器117b。第一移相器117a分成第一分段移相器117a1和第二分段移相器117a2，以使其长度在MSB侧与LSB侧之间以2：1的比例被分段。第二移相器117b被分成第一分段移相器117b1和第二分段移相器117b2，以使其长度在MSB侧与LSB侧之间以2：1的比例被分段。具体地，第一分段移相器117a1、117b1均具有长度2L，并且第二分段移相器117a2、117b2均具有长度L。
在该光发射器中，作为传输数据的电信号，作为每一个MSB和LSB的二进制信号，被输入至驱动单元101中的MSB驱动器111和LSB驱动器112，MSB和LSB是输入电数据序列的配置位。MSB驱动器111和LSB驱动器112均为差分放大器，并且在MSB驱动器111中被放大的差分信号中的一者被输入至第一分段移相器117a1，被放大的差分信号中的另一者被输入至第一分段移相器117b1。在LSB驱动器112中被放大的差分信号中的一者被输入至第二分段移相器117a2，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二分段移相器117b2。第一移相器117a和第二移相器117b均根据从MSB驱动器111和LSB驱动器112提供的差分信号对光相位进行调制。
这里，待从MSB驱动器111和LSB驱动器112输出的电信号的信号幅度彼此相同，并且第一分段移相器117a1(117b1)和第二分段移相器117a2(117b2)的每单位长度的光相位偏移量彼此相同。对第一分段移相器117a1(117b1)和第二分段移相器117a2(117b2)的各自的移相器长度进行加权。因此，因MSB的信号而改变的光相位的偏移量和因LSB的信号而改变的光相位的偏移量导致2：1，并且获得下面的等式作为整体光相位的变化
Figure BDA0001544003570000031
Figure BDA0001544003570000032
利用
Figure BDA0001544003570000033
调制后的信号产生0、1、2和3这四个值。MZ光调制器102具有将臂115、116中的每个相位变化变成光强度变化的功能。因此，由此获得的输出光信号导致响应于
Figure BDA0001544003570000034
的四级经强度调制的信号(PAM4)。
上述光发射器需要在第一分段移相器117a1(117b1)与第二分段移相器117a2(117b2)之间具有足够长的分开区域，以防止各个电信号的相互混合(例如，参见非专利文献2)。
此外，在第一分段移相器117a1(117b1)与第二分段移相器117a2(117b2)之间产生与光信号的传播相关的相移。考虑以下情况：如图1所示，在第一分段移相器117a1(117b1)与第二分段移相器117a2(117b2)之间的各个中间部分处对信号定时进行调整。在这种情况下，获得下面的等式作为第一分段移相器117a1(117b1)与第二分段移相器117a2(117b2)之间的光信号延迟τ。
τ≒(1.5L+Ls)·ng/c(L：第一移相器长度，Ls：分开区域长度，ng：光模组折射率，c：光速)
在L＝500μm，Ls＝25μm并且ng＝4.0的情况下，满足τ＝10p秒。
图2是示出当在不对信号延迟进行补偿的情况下使用定时被设置为相同的MSB和LSB来驱动光发射器时得到的25G波特的PAM4的输出波形的特性图。
如图2所示，在0、1、2和3的级别转换处的上升定时均偏移了在MSB转换与LSB转换之间的信号延迟。由于该影响，PAM4的信号波形中的三个眼图中共同的有效眼开口宽度变窄，从而在光接收侧执行确定解码时产生问题。为了解决这样的问题，需要赋予与在驱动单元侧的MSB驱动器与LSB驱动器之间的光信号延迟对应的延迟。然而，为了在抑制制造偏差的影响的同时不断地赋予必要的延迟量，需要延迟量变化机构和监测机构等，这导致发射器的规模增大和因规模增大而产生的功耗增加的问题。
发明内容
实施方式的一个目的是提供一种光发射器、光调制器模块和光传输系统，其中光发射器执行高质量多级光信号的光传输，因为不需要对移相器进行分段，从而不会发生由于分段而导致的信号延迟，并且不增加发射器的规模。
一个方面是一种根据输入光信号和输入电数据序列来生成具有两位或更多位的多级光信号的光发射器，所述光发射器包括：驱动电路，被配置成包括分别对应于输入电数据序列的配置位的驱动器；光调制器，被配置成具有在输出侧彼此光耦合的第一光波导和第二光波导，并包括设置在第一光波导中的第一移相器和设置在第二光波导中的第二移相器；被配置成电连接在驱动电路与第一移相器之间的第一电容元件，第一电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第一移相器的第一多级信号；以及被配置成电连接在驱动电路与第二移相器之间的第二电容元件，第二电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第二移相器的第二多级信号。
一方面是一种光调制器模块，其包括：壳体；光发射器，被配置成设置在壳体中，并且根据输入光信号和输入电数据序列来生成具有两位或更多位的多级光信号；以及光发射器的控制器，其中，光发射器包括：驱动单元，被配置成包括分别对应于输入电数据序列的配置位的驱动器；光调制器，其具有在输出侧彼此光耦合的第一光波导和第二光波导，并包括设置在第一光波导中的第一移相器和设置在第二光波导中的第二移相器；被配置成电连接在驱动电路与第一移相器之间的第一电容元件，第一电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第一移相器的第一多级信号；以及被配置成电连接在驱动电路与第二移相器之间的第二电容元件，第二电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第二移相器的第二多级信号。
一方面是一种光传输系统，其包括：光发射器，被配置成根据输入光信号和输入电数据序列来生成两位或更多位的发送多级光信号；以及光接收器，被配置成根据两位或更多位的接收多级光信号来生成输出电数据序列，其中，光发射器包括：驱动电路，被配置成包括分别对应于输入电数据序列的配置位的驱动器；光调制器，被配置成具有在输出侧彼此光耦合的第一光波导和第二光波导，并包括设置在第一光波导中的第一移相器和设置在第二光波导中的第二移相器；被配置成电连接在驱动电路与第一移相器之间的第一电容元件，第一电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第一移相器的第一多级信号；以及被配置成电连接在驱动电路与第二移相器之间的第二电容元件，第二电容元件分别包括响应于配置位的位数而被加权的电容，并且生成待提供至第二移相器的第二多级信号。
附图说明
图1是示出传统的光发射器的典型的配置示例的示意图；
图2是示出在不补偿信号延迟的情况下驱动图1的光发射器时所得到的PAM4的输出波形的特性图；
图3是示出根据第一实施方式的光发射器的示意性配置的示意图；
图4是示出根据第一实施方式的示例1的光发射器的示意性配置的示意图；
图5是示出根据第一实施方式的示例1的光发射器的移相器的示意性结构的横截面图；
图6是示出根据第一实施方式的示例1的光发射器中的PAM4的输出波形的特性图；
图7是示出作为第一实施方式的示例1的比较例的，在将示例1中的MSB驱动器与LSB驱动器之间的驱动器尺寸比例被设置为1:1的情况下的PAM4的输出波形的特性图；
图8是示出根据第一实施方式的示例2的光发射器的示意性配置的示意图；
图9是示出根据第一实施方式的示例2的光发射器的移相器的示意性结构的横截面图；
图10是示出作为对第一实施方式的示例2应用方法的情况中的电路配置的一个臂的示意图；
图11是示出根据第一实施方式的示例2的光发射器中的PAM4的输出波形的特性图；
图12是示出在对根据第一实施方式的示例2的光发射器中的加权参数α进行调整的情况下的PAM4的输出波形的特性图；
图13是示出将根据第一实施方式的示例1或2的光发射器安装在基板上的状态的示意性截面图；
图14是示出根据第一实施方式的示例3的光发射器的示意性配置的示意图；
图15是示出根据第二实施方式的光发射器的示意性配置的示意图；
图16是示出根据第三实施方式的光调制器模块的示意性配置的示意图；以及
图17是示出根据第四实施方式的光传输系统的示意性配置的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细说明优选的各个实施方式。
[第一实施方式]
在本实施方式中，说明了作为示例的下述PAM4光发射器：其产生以每一个码元两位或更多位(这里为两位)的方式进行编码的多级调制信号。图3是示出根据第一实施方式的光发射器的示意性配置的示意图。
该光发射器包括驱动电路1、MZ光调制器2和电容单元3。
驱动电路1包括MSB驱动器11和LSB驱动器12，其是对MSB和LSB的二进制信号进行放大的CMOS反相器并且输出经放大的二进制信号，其中MSB和LSB是输入电数据序列的配置位。
MZ光调制器2的一端被设置为DC光的输入部分，并且另一端被设置为多级光信号的输出部分，并且MZ光调制器2包括作为一对光波导的、在输入侧的光耦合器13处彼此分开并且在输出侧的光耦合器14处彼此光耦合的臂15、16。在臂15中装载有第一移相器17a，并且在臂16中装载有第二移相器17b。在该实施方式中，移相器17a、17b在尺寸和材料上是相同的，并且均是未划分的单段移相器。
电容单元3包括第一电容元件18a、19a和第二电容元件18b、19b。第一电容元件18a、19a电连接在驱动单元1与移相器17a之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而被加权的电容。第二电容元件18b、19b电连接在驱动单元1与移相器17b之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而被加权的电容。即，电容元件18a、18b均具有响应于LSB的电容C(20·C)，并且电容元件19a、19b均具有响应于MSB而被加权的电容2C(21·C)。
在该光发射器中，作为传输数据的电信号被输入至驱动单元1中的MSB驱动器11和LSB驱动器12，以作为每一个MSB和LSB的二进制信号，MSB和LSB是输入电数据序列的配置位。MSB驱动器11经由电容元件19a、19b电连接至移相器17a、17b，并且LSB驱动器12经由电容元件18a、18b电连接至移相器17a、17b。MSB驱动器11和LSB驱动器12均为差分放大器，并且在MSB驱动器11中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件19a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件19b。在LSB驱动器12中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件18a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件18b。这些差分信号中的一些在第一电容元件18a、19a中被合成为多级信号(第一多级信号)，并被提供至第一移相器17a。这些差分信号中的其他差分信号在第二电容元件18b、19b中被合成为多级信号(第二多级信号)，并且被提供至第二移相器17b。移相器17a、17b分别根据从MSB驱动器11和LSB驱动器12提供的多级信号来对每个光相位进行调制。
这里，移相器17a、17b均被设置为单段(均仅需要3L的长度，以得到与图1所示的光发射器相同的调制程度)。负责各个配置位的MSB驱动器11和LSB驱动器12经由第一电容元件18a、19a并联连接至第一移相器17a。类似地，负责各个配置位的MSB驱动器11和LSB驱动器12经由第二电容元件18b、19b并联连接至第二移相器17b。因此，因MSB的信号而改变的光相位的偏移量和因LSB的信号而改变的光相位的偏移量导致2C：C＝2：1，并且获得以下等式作为整个光相位变化
Figure BDA0001544003570000071
Figure BDA0001544003570000072
利用
Figure BDA0001544003570000073
调制后信号产生0、1、2和3这四个值。MZ光调制器2具有将臂15、16中的每个相位变化变成光强度变化的功能。所获得的输出光信号因此导致响应于
Figure BDA0001544003570000074
的四级PAM4。
在根据本实施方式的光发射器中，MSB和LSB的各个二进制信号经由第一电容元件18a、19a预先合成为多级信号以输入至单个第一移相器17a。类似地，MSB和LSB的各个二进制信号经由第二电容元件18b、19b预先合成为多级信号以输入至单个第二移相器17b。该配置防止了在移相器17a、17b中发生信号延迟并且不需要调整分段移相器之间的信号延迟，这是现有技术中的问题。因此，不需要提供用于延迟量调整的各种机制，从而可以从根本上避免发射器的规模增加和因该增加而导致的功耗增加，这是现有技术中存在的问题。
在该示例中，内部信号线的线长被设计成在MSB驱动器11与LSB驱动器12之间彼此相等。此外，信号从驱动器11、12输出并且经过第一电容元件18a、19a以进行合成的信号线的线长和信号从驱动器11、12输出并经过第二电容元件18b、19b以进行合成的信号线的线长被设计成彼此相等。这使得可以在移相器17a、17b之间没有定时差的情况下生成多级信号，而不用执行特殊的相位调整。
如上所述，根据本实施方式的光发射器，由于不需要对移相器分段，所以可以执行高质量的多级光信号的光传输，而不发生由分段导致的信号延迟。
示例
在下文中，作为各种示例对根据第一实施方式的光发射器的更具体的配置进行说明。
(示例1)
图4是示出根据第一实施方式的示例1的光发射器的示意性配置的示意图。
该光发射器包括驱动单元10、形成在作为半导体基板的Si基板上的MZ光调制器20、电容单元30、第一电阻元件31a和第二电阻元件31b。
驱动单元10包括MSB驱动器21和LSB驱动器22，其是对MSB和LSB的二进制信号进行放大的CMOS反相器并且输出经放大的二进制信号，MSB和LSB作为输入电数据序列的配置位。类似于电容单元30中的电容元件，MSB驱动器21和LSB驱动器22均具有根据相应位数而加权的驱动器尺寸。MSB驱动器21具有×2的尺寸，并且LSB驱动器22具有×1的尺寸。采用该配置使得MSB驱动器21、LSB驱动器22和电容单元30的电容元件的总输出阻抗Z被精确地加权，以满足ZMSB：ZLSB＝2：1。这使得可以生成高质量的多级光波形，原因是MSB：LSB的驱动幅度比例被精确地指定为2：1，并且使MSB和LSB驱动系统二者的工作频带彼此相等。
MZ光调制器20的一端被设置为DC光的输入部分，另一端被设置为多级光信号的输出部分，并且MZ光调制器20包括作为一对光波导的、在输入侧的光耦合器23处彼此分开并且在输出侧的光耦合器24处彼此光耦合的臂25、26。在臂25中装载有第一移相器27a，在臂26中装载有第二移相器27b。在本实施方式中，移相器27a、27b的尺寸(其长度为约例如1500μm)和材料相同，并且均为未划分的单段移相器。低速移相器(未示出)被安装在MZ光调制器20中，并且被调整为使得DC光的在臂25与26之间的相位差变为π/4以获得最大调制幅度。
如图5所示，移相器27a、27b均具有肋横截面形状，其中，p-区71a和p+区71b以及n-区72a和n+区72b形成pn结，并且在p-区71a与n-区72a之间形成耗尽层73。移相器27a、27b分别在p侧和n侧(未示出)的每一个上具有一个端子。每个合成的多级信号被输入至移相器27a、27b的n侧端子，并且相反的p侧端子被连接至接地电位。移相器27a、27b均呈现为由等效电阻Rs和等效电容CF构成的等效电路。在移相器27a、27b的长度均为1500μm的情况下，满足Rs＝5Ω以及CF＝600fF。第一移相器27a的等效电容CF小于第一电容元件28a、29a的电容Cm、αCm。第二移相器27b的等效电容CF小于第二电容元件28b、29b的电容Cm、αCm。即，本示例中的光发射器的工作频带由RC时间常数Rs·CF确定。
电容单元30包括第一电容元件28a、29a和第二电容元件28b、29b。第一电容元件28a、29a电连接在驱动单元1与第一移相器27a之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而被加权的电容。第二电容元件28b、29b电连接在驱动单元1与第二移相器27b之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而被加权的电容。即，电容元件28a、28b均具有响应于LSB的电容C，并且电容元件29a、29b均具有响应于MSB的、通过α对Cm进行加权而得到的电容αCm。
这里，对应于LSB的电容元件28a、28b的每个电容Cm是2.2pF，并且对应于MSB的电容元件29a、29b的每个电容αCm是作为2×2.2pF的4.4pF。此外，电容元件28a、28b、29a和29b被设置为使得每个阻抗在输入电数据序列所具有的整个频带上变得足够低。
第一电阻元件31a串联地电连接在第一电容元件28a、29a与第一移相器27a之间。第二电阻元件31b串联地电连接在第二电容元件28b、29b与第二移相器27b之间。在第一电容元件28a、29a与第一移相器27a之间经由第一电阻元件31a(例如，10kΩ)施加偏置电压Vb(例如，1.0V)。在第二电容元件28b、29b与第二移相器27b之间经由第二电阻元件31b(例如，10kΩ)施加偏置电压Vb(例如，1.0V)。该配置使得偏置电压Vb能够被施加至由pn结形成的移相器27a、27b中的每一个，使得可以得到充分的工作频带。
在光发射器中，输入电数据序列作为每一个MSB和LSB的二进制信号被输入至驱动单元10中的MSB驱动器21和LSB驱动器22，MSB和LSB是输入电数据序列的配置位。在驱动单元10中，MSB驱动器21和LSB驱动器22均对二进制信号进行放大以输出具有电源电压VDD＝0.9V的幅度的差分信号。在MSB驱动器21中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件29a，并且被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件29b。在LSB驱动器22中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件28a，并且被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件28b。这些差分信号中的一些在第一电容元件28a、29a中被合成为多级信号(第一多级信号)，并被提供至第一移相器27a。这些差分信号中的其他差分信号在第二电容元件28b、29b中被合成为多级信号(第二多级信号)，并被提供至第二移相器27b。移相器27a、27b分别根据从MSB驱动器21和LSB驱动器22提供的多级信号对每个光相位进行调制，以执行推挽操作。
在根据本示例的光发射器中，MSB和LSB的各个二进制信号经由第一电容元件28a、29a被预先合成为多级信号，以被输入至单个第一移相器27a。类似地，MSB和LSB的各个二进制信号经由第二电容元件28b、29b被预先合成为多级信号，以输入至单个第二移相器27b。该配置防止了在移相器27a、27b中发生信号延迟并且不需要调整分段移相器之间的信号延迟，这是现有技术中存在的问题。因此，不需要提供用于延迟量调整的各种机制，从而可以从根本上避免发射器的规模增加和由该增加而导致的功耗增加的问题，这是现有技术中存在的问题。
在该示例中，内部信号线的线长被设计成在MSB驱动器21与LSB驱动器22之间彼此相等。此外，信号从驱动器21、22输出并经过第一电容元件28a、29a以进行合成的信号线的线长和信号从驱动器21、22输出并经过第二电容元件28b、29b以进行合成的信号线的线长被设计成彼此相等。这使得可以在移相器27a、27b之间没有定时差的情况下生成多级信号，而不用执行特殊的相位调整。
图6是示出根据第一实施方式的示例1的光发射器中的25G波特PAM4的输出波形的特性图。
图6示出了响应于将1mW的DC光信号输入至本示例中的光发射器中而将光输出转换成在光接收效率为1.0A/W的光检测器和输入阻抗为1kΩ的接收电路中的电信号而得到的输出波形，纵轴上的1mV相当于1μW的光信号。
MSB和LSB的二进制信号被合成以获得达四级的多值(multivalued)输出波形。在不进行特殊的延迟调整的情况下，各个数据转换的定时被调整为一致，并且与图2所示的输出波形相比，确保了足够宽的有效眼开口宽度。各个眼开口的高度相等(40mV左右)(＝在光幅度中的40μm左右)，并且得到PAM4的高质量调制光波形。此时驱动单元10中的功耗为83.9mW，从而制造出功耗非常低的PAM4光发射器。
图7是示出作为第一实施方式的示例1的比较例的将示例1中的MSB驱动器11与LSB驱动器12之间的驱动器尺寸比例设置为1:1的情况下的PAM4的输出波形的特性图。
在这种情况下，虽然可以获得达四级的多路光输出，但是三个眼开口高度不一致，并且中间眼高度h_mid小于上眼高度h_upp和下眼高度h_low，导致形成了在解码时不利的波形。此外，上升/下降时间和各个转换的定时不一致，特别是中间眼开口宽度变窄。
如上所述，根据本示例的光发射器，由于不需要移相器的分段，所以在不发生由分段导致的信号延迟的情形下执行高质量多级光信号的光传输。
(示例2)
图8是示出根据第一实施方式的示例2的光发射器的示意性配置的示意图。
该光发射器构成为包括驱动单元10、在作为半导体基板的Si基板上形成的MZ光发射器20、电容单元30、第一电阻元件31a和第二电阻元件31b。第一电阻元件31a和第二电阻元件31b在公共端处接地。
驱动单元10包括MSB驱动器21和LSB驱动器22，其是对MSB和LSB的二进制信号进行放大的CMOS反相器并且输出经放大的二进制信号，所述MSB和LSB是输入电数据序列的配置位。类似于电容单元30中的电容元件，MSB驱动器21和LSB驱动器22均具有根据相应位数而加权的驱动器尺寸。MSB驱动器21具有×2的尺寸，并且LSB驱动器22具有×1的尺寸。采用该配置使得MSB驱动器21、LSB驱动器22和电容单元30的电容元件的总输出阻抗Z被精确地加权，以满足ZMSB：ZLSB＝2：1。这使得可以生成高质量的多级光波形，原因是MSB：LSB的驱动幅度比例被精确地指定为2∶1，并且MSB和LSB驱动系统二者的工作频带彼此相等。
MZ光调制器20的一端被设置为DC光的输入部分，另一端被设置为多级光信号的输出部分，并且MZ光调制器20包括作为一对光波导的、在输入侧的光耦合器23处彼此分开并且在输出侧的光耦合器24处彼此光耦合的臂25、26。在臂25中装载有第一移相器32a，并且在臂26中装载有第二移相器32b。在本实施方式中，移相器32a、32b的尺寸(例如，其长度为约750μm)和材料相同，并且均为未划分的单段移相器。低速移相器(未示出)被安装在MZ光调制器20中，并且被调整为使得DC光的在臂25与26之间的相位差变为π/4以获得最大调制幅度。
如图9所示，移相器32a、32b均具有肋横截面形状，其中p-区74a和p+区74b以及n-区75a和n+区75b，连通其间夹有的i区(未注入区)76，一起形成pin结构。
移相器32a，32b分别在p侧和n侧(未示出)的每个上具有一个端子。每个合成的多级信号被输入至n侧端子，并且它们的DC电位经由电阻元件31a、31b连接至接地电位。p侧端子连接至偏置电路，并且从Vb＝1.35V的偏置电压提供操作所需的偏置电流。具有pin结构的移相器32a、32b均具有施加至形成在光波导中的pin结二极管的正向偏压以累积载流子，并通过载流子等离子体效应改变光相位。与示例1的pn型移相器27a、27b相比，移相器32a、32b的等效电容CF大得多，同时相位调制效率(单位电压幅度、以单位长度获得的移相量)也大得多。附带地，在示例1的pn型移相器27a、27b中，通过施加正向偏压也能够得到与移相器32a、32b相同的操作。
移相器32a、32b均呈现为由等效电阻Rs和等效电容CF构成的等效电路。在移相器32a、32b的长度均为750μm的情况下，满足Rs＝4Ω，CF＝50pF。移相器32a的等效电容CF大于第一电容元件28a、29a的电容Cm、αCm。移相器32b的等效电容CF大于第二电容元件28b、29b的电容Cm、αCm。即，本示例的光发射器的工作频带由RC时间常数Rs·Cm确定，并且将Cm设置得足够小以获得必要的工作频带。
电容单元30包括第一电容元件28a、29a和第二电容元件28b、29b。第一电容元件28a、29a电连接在驱动单元10与第一移相器32a之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而加权的电容。第二电容元件28b、29b电连接在驱动单元10与第二移相器32b之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而加权的电容。即，电容元件28a、28b均具有响应于LSB的电容Cm，并且电容元件29a、29b均具有响应于MSB的、通过α对Cm进行加权而得到的电容αCm。
这里，对应于LSB的电容元件28a、28b的电容Cm为0.5pF，对应于MSB的电容元件29a、29b的电容αCm为1.0pF(2×0.5pF)。此外，电容元件28a、28b、29a和29b被设置为使得每个阻抗在输入电数据序列所具有的整个频带上变得足够低。
在该光发射器中，输入电数据序列作为每一个MSB和LSB的二进制信号被输入至驱动单元10中的MSB驱动器21和LSB驱动器22，MSB和LSB是输入电数据序列的配置位。在驱动单元10中，MSB驱动器21和LSB驱动器22均对二进制信号进行放大以输出具有电源电压VDD＝0.9V的幅度的差分信号。在MSB驱动器21中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件29a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件29b。在LSB驱动器22中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件28a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件28b。这些差分信号中的一些在第一电容元件28a、29a中被合成为多级信号(第一多级信号)，并且被提供至第一移相器32a。这些差分信号中的其它差分信号在第二电容元件28b、29b中被合成为多级信号(第二多级信号)，并被提供至第二移相器32b。移相器32a、32b分别根据从MSB驱动器21和LSB驱动器22提供的多级信号来对每个光相位进行调制，以执行推挽操作。
在本示例中，优选应用以下的方法以使光发射器中的从低频区到高频区的响应度均匀(例如，参照非专利文献3)。图10是示出作为将上述方法应用于示例2的情况下的电路配置的臂之一的示意图。具有相对于第一电容元件28a的加权被反向加权的电阻的第三电阻元件33a和具有相对于第一电容元件29a的加权被反向加权的电阻的第三电阻元件34a分别并联连接至第一电容元件28a、29a。具有相对于第二电容元件28b的加权被反向加权的电阻的第四电阻元件33b和具有相对于第二电容元件29b的加权被反向加权的电阻的第四电阻元件34b分别并联连接至第二电容元件28b、29b。在此，电阻元件33a、33b(电阻Rm)分别被并联地添加至电容元件28a、28b(电容Cm)，并且电阻元件34a、34b(电阻Rm/α)分别被并联地添加至与电容元件29a、29b(电容αCm)。此外，在移相器32a、32b的等效电路的每个中，电阻RF被并联地添加至CF。
在上述配置中，LSB侧的高频区(f>1/(2πRFCF))中的响应度η_h由Cm和CF示出为η_h∝Cm/(CF+Cm)。另一方面，低频区(f<1/(2πRFCF))中的响应度η_1由Rm和RF示出为η_2∝RF/(RF+Rm)。因此，为了均衡两个频率区的响应度以获得均匀的响应度，只需要设置Rm以满足η_h≒η_1即RFCF≒RmCm。具体地，示例2中具有pin结构的移相器32a、32b中的RF为25Ω，相应地将Rm设置为3.4kΩ，使得可以在整个频率区内实现光发射器的均匀特性。
附带地，在MSB侧使用加权的电容元件αCm和电阻元件Rm/α，可以获得与LSB侧相同的均匀的响应度。在图10的配置中，经由相加的电阻Rm和Rm/α提供必要的偏置电流，并且由此偏置电压变成Vb＝2.1V。附带地，在图10的配置中，不再需要将信号输入侧的DC电位接地至图8中的接地电位的电阻元件。
在根据本示例的光发射器中，MSB和LSB的各个二进制信号经由第一电容元件28a、29a预先合成为多级信号，以输入至单个第一移相器32a。类似地，MSB和LSB的各个二进制信号经由第二电容元件28b、29b预先合成为多级信号，以输入至单个第二移相器32b。该配置防止了在移相器32a、32b中发生信号延迟，并且不需要调整分段移相器之间的信号延迟，这是现有技术中的问题。因此，没有必要提供用于延迟量调整的各种机制，从而可以从根本上避免现有技术中存在的发射器的规模增加和功耗增加的问题。
在该示例中，内部信号线的线长被设计成在MSB驱动器21与LSB驱动器22之间彼此相等。此外，信号从驱动器21、22输出并且经过第一电容元件28a、29a以进行合成的信号线的线长和信号从驱动器21、22输出并经过第二电容元件28b、29b以进行合成的信号线的线长被设计成彼此相等。这使得可以在移相器32a与32b之间没有定时差的情况下生成多级信号，而不用执行特殊的相位调整。
图11是示出第一实施方式的示例2中的光发射器中的25G波特PAM4的输出波形的特性图。
在图11中，与示例1类似，得到达四级的多路主波形，并且确保充分的眼开口宽度，而没有特殊的延迟调整。各个眼开口的高度为约130mV左右(＝约130μW的光幅度)或更大，并且尽管相比于示例1是移相器长度较短的较小调制器，但是获得幅度较大且质量较高的PAM4的调制光波形。这是因为具有pin结构的移相器32a、32b的效率高于示例1中具有pn结构的移相器27a、27b的效率。本示例中的驱动单元10中的功耗为68.9mW，并且相比于示例1制造了功率低得多且效率更高的PAM4光发射器。这是因为具有pin结构的移相器32a、32b中的每个等效电容CF远大于电容元件的电容，并且从驱动驱动器观察到的移相器的输入阻抗远小于至另一驱动器侧的输入阻抗(通过电容元件观察另一驱动器时的输入阻抗)，并且从驱动单元10提供的驱动电流中的大部分变成有功(active)电流以流入移相器32a、32b。
此外，在图11的输出波形中，中间眼高度h_mid略大于上眼高度h_upp和下眼高度h_low，并且呈现轻微的不均匀的幅度分布。这是因为MSB驱动器21、LSB驱动器22和移相器32a、32b的电非线性以及MZ光调制器20的响应函数非线性的影响。为了获得更好的接收特性，加权参数α如图12所示例如从2.0调整至1.9，由此使得可以使各个眼开口的高度一致。作为调整加权参数的方法，可以降低MSB侧的α，或者可以增加LSB侧的α。
如上所述，根据本示例中的光发射器，由于不需要移相器的分段，所以在不发生由分段导致的信号延迟的情形下来执行高质量的多级光信号的光传输。此外，与示例1中的光发射器相比，根据本示例中的光发射器，制造了例如调制幅度更大且功耗更小的光发射器。
例如，从示例1、2中选择的光发射器中的一种类型被安装在如图13所示的基板上。
在图13中，光调制器芯片62和驱动单元芯片63被安装在封装基板61上。从示例1、2中选择的一种类型的光发射器中的MZ光调制器20被集成在光调制器芯片62中。相关光发射器的驱动单元10被集成在驱动单元芯片63中。例如，驱动单元10和MZ光调制器20通过焊料凸点64电连接。这里，相关光发射器的电容单元30被集成在光发射器芯片62和驱动单元芯片63中的一个内。
图14是示出根据第一实施方式的示例3的光发射器的示意性配置的示意图。
在该示例中，说明了作为示例的下述光发射器：其执行在光信号的每个正交方向(I，Q)上具有四级的16QAM光调制(正交幅度调制)。
该光发射器包括I调制器40和Q调制器50，并且是90°光移相器45连接至Q调制器50的嵌套MZ调制器。从示例1、2中选择的光发射器中的一种类型被用于I调制器40和Q调制器50。在该示例中，以使用示例2中的光发射器的情况作为示例进行说明。
光发射器的一端被设置为DC光的输入部分，另一端被设置为16QAM信号的输出部分，并且包括作为一对光波导的、在输入侧的光耦合器41处彼此分开并且在输出侧的光耦合器42处彼此光耦合的臂43、44。I调制器40中的光耦合器23、24连接至臂43。Q调制器50中的光耦合器23连接至臂44的输入侧，并且光耦合器24经由90°光移相器45连接至臂44的输出侧。I调制器40中的多级光信号和已经通过Q调制器50的90°光移相器45的多级光信号被合成，由此在复相位平面中产生具有4×4的16级的16QAM信号。
在该示例中，在I调制器40和Q调制器50二者中，内部信号线的线长被设计成在MSB驱动器21与LSB驱动器22之间彼此相等。此外，信号从驱动器21、22输出并经过第一电容元件28a、29a以进行合成的信号线的线长和信号从驱动器21、22输出并经过第二电容元件28b、29b以进行合成的信号线的线长被设计成彼此相等。即，信号从I调制器40和Q调制器50中的MSB驱动器输出并经过电容元件以进行合成的四条信号线的线长全部被设计成彼此相等。该配置使得可以在I调制器40和Q调制器50中的四个移相器32a、32b之间没有定时差的情况下生成多级信号，而不执行特殊的相位调整。
根据该示例，通过使用能够实现高质量多级光信号的光转换的光发射器，可以执行更多级和更大容量的16QAM光调制，而不会发生由于移相器的分段而产生的信号延迟。
[第二实施方式]
在该实施方式中，说明了作为示例的下述PAM8光发射器：其生成以每一码元两位或更多(在这里三位)的方式进行编码的多级调制信号。图15是示出根据第二实施方式的光发射器的示意性配置的示意图。
该光发射器包括驱动单元1、MZ光调制器2和电容单元3。
驱动单元1包括bit0驱动器51、bit1驱动器52和bit2驱动器53，其是对作为输入电数据序列的配置位的bit0、bit1和bit2的二进制信号进行放大的CMOS反相器，并且分别输出经放大的二进制信号。
MZ光调制器2的一端被设置为DC光的输入部分，另一端被设置为多级光信号的输出部分，并且MZ光调制器2包括作为一对光波导的、在输入侧的光耦合器13处彼此分开并且在输出侧的光耦合器14处彼此光耦合的臂15、16。在臂15中装载有第一移相器54a，在臂16中装载有第二移相器54b。在该实施方式中，移相器54a、54b在尺寸和材料上是相同的，并且均为未划分的单段移相器。
电容单元3包括第一电容元件55a、56a和57a以及第二电容元件55b、56b和57b。第一电容元件55a、56a和57a电连接在驱动单元1与第一移相器54a之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而被加权的电容。第二电容元件55b、56b和57b电连接在驱动单元1与第二移相器54b之间，并且均具有响应于输入电数据序列的配置位的位数而被加权的电容。即，电容元件55a、55b均具有响应于bit0(LSB)的电容C(20·C)。电容元件56a、56b均具有响应于bit1的电容2C(21·C)。电容元件57a、57b均具有响应于bit2(MSB)而被加权的电容4C(22·C)。
在该光发射器中，作为传输数据的电信号，作为每一个bit0、bit1、bit2的二进制信号，被输入至驱动单元1中的驱动器51、52、53，bit0、bit1、bit2是输入电数据序列的配置位。bit0驱动器51经由电容元件55a、55b电连接至移相器54a、54b。bit1驱动器52经由电容元件56a、56b电连接至移相器54a、54b。bit2驱动器53经由电容元件57a、57b电连接至移相器54a、54b。
驱动器51、52和53均为差分放大器，并且在bit0驱动器51中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件55a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件55b。在bit1驱动器52中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件56a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件56b。在bit2驱动器53中被放大的差分信号中的一者被输入至第一电容元件57a，被放大的差分信号中的另一者被输入至第二电容元件57b。这些差分信号中的一些在第一电容元件55a、56a和57a中被合成为多级信号(第一多级信号)，并且被提供至第一移相器54a。这些差分信号中的其他差分信号在第二电容元件55b、56b和57b中被合成为多级信号(第二多级信号)，并被提供至第二移相器54b。移相器54a、54b根据从驱动器51、52和53提供的多级信号来对每个光相位进行调制。
这里，移相器54a、54b均被设置为单段(均仅需要7L的长度，以得到与图1所示的光发射器相同的调制程度)。负责各个配置位的驱动器51、52和53经由第一电容元件55a、56a和57a并联连接至第一移相器54a。类似地，负责各个配置位的驱动器51、52和53经由第二电容元件55b、56b和57b并联连接至第二移相器54b。因此，由信号bit0、bit1和bit2中的每一个改变的光相位的偏移量导致4C：2：C＝4：2：1，并且得到下面的等式作为整个光相位变化
Figure BDA0001544003570000181
Figure BDA0001544003570000183
利用
Figure BDA0001544003570000184
调制信号产生0、1、2、3、4、5、6和7八个值。MZ光调制器2具有将臂15、16中的每个相位变化变成光强度变化的功能。由此得到的输出光信号导致响应于
Figure BDA0001544003570000182
的八级PAM8。
在根据本实施方式的光发射器中，bit0、bit1、bit2的各个二进制信号经由第一电容元件55a、56a、57a预先被合成为多级信号，以输入至单个第一移相器54a。类似地，bit0、bit1和bit2的各个二进制信号经由第二电容元件55b、56b和57b预先被合成为多级信号，以输入至单个第二移相器54b。该配置防止在移相器54a、54b中发生信号延迟，并且不需要调整分段移相器之间的信号延迟，这是现有技术中存在的问题。因此，不需要提供用于延迟量调整的各种机制，从而可以从根本上避免发射器的规模增加和由该增加导致的功耗增加，这是现有技术中存在的问题。
在该示例中，内部信号线的线长被设计成在驱动器51、52和53中彼此相等。此外，信号从驱动器51、52和53输出并且经过第一电容元件55a、56a和57a以进行合成的信号线的线长和信号从驱动器51、52和53输出并经过第二电容元件55b、56b和57b以进行合成的信号线的线长被设计成彼此相等。这使得可以在移相器54a、55b之间没有定时差的情况下生成多级信号，而不用执行特殊的相位调整。
如上所述，根据本实施方式的光发射器，由于不需要移相器的分段，所以在不发生由分段导致的信号延迟的情形下来执行高质量的多级光信号的光传输。
附带地，同样在第二实施方式中，类似于第一实施方式的示例1、2，可以对驱动单元1的驱动器尺寸执行响应于位数的加权，可以将第一电阻元件和第二电阻元件相加，并且可以适当地应用移相器均具有pin结构等的配置。
此外，在第一实施方式和第二实施方式中，已经说明了作为示例的下述PAM4或PAM8光发射器：其产生以每一个码元两位或三位的方式进行编码的多级调制信号。但是，这些实施方式也可以应用于四位或更多位的多级光发射器。在n位(n＝2、3、...)光发射器中，电容单元中的电容元件的加权系数为从MSB按照2n、2(n-1)、2(n-2)、...1的顺序。在该光发射器中，驱动单元中的每一个配置位的二进制信号被放大，然后所有信号经由加权后的电容元件被电合成，以输入至MZ光调制器中的单个移相器，并且获得多级的经强度调制的光。
[第三实施方式]
在本实施方式中，说明了作为示例的下述光调制器模块：其包括从第一实施方式(包括示例1至3)和第二实施方式中选择的一种类型的光发射器(以下称为相关光发射器)。
图16是示出根据第三实施方式的光调制器模块的示意性配置的示意图。
光调制器模块包括布置在模块壳体81中的相关光发射器和用于其的控制单元82。
该相关的光发射器包括：驱动单元83，包括上述驱动器，输入电数据序列的各个配置位被输入至该驱动器；包括上述电容元件的电容单元84；以及包括上述MZ光调制器的Si-MZ光调制器芯片85。输入光纤86和输出光纤87连接至Si-MZ光调制器芯片85。
控制单元82包括用于Si-MZ光调制器芯片85的温度控制机构、用于Si-MZ光调制器芯片85中的移相器的相位偏置控制机构等。用于这些控制机构和DC移相器的控制监视的光检测器根据需要被集成在Si-MZ光调制器芯片85中。
根据该实施方式，在不发生由移相器的分段导致的信号延迟的情形下，通过使用能够实现高质量的多级光信号的光传输的光发射器来制造高可靠性的高质量的光调制器模块。
[第四实施方式]
在本实施方式中，说明了作为示例的光传输系统：其包括从第一实施方式(包括示例1至3)和第二实施方式中选择的一种类型的光发射器(下文被称为相关光发射器)。
图17是示出根据第四实施方式的光传输系统的示意性配置的示意图。
该光传输系统包括电子电路芯片91和Si集成光电路芯片92，其中包括相关光发射器和光接收器。
包括相关光发射器的驱动器的驱动单元93、包括相关光发射器的电容元件的电容单元94、多级电信号的接收放大器95以及确定单元96被集成在电子电路芯片91中。
相关光发射器的MZ光调制器97、连接至MZ光调制器97的激光器98和光检测器99被集成在Si集成光电路芯片92中。
在该光传输系统中，相关光发射器包括电子电路芯片91中的驱动单元93和电容单元94以及Si集成光电路芯片97中的MZ光调制器97。光接收器包括Si集成光电路芯片92中的光检测器99和电子电路芯片91中的接收放大器95和确定单元96。
在相关光发射器中，输入电数据序列的各个配置位被输入至驱动单元93中的相应驱动器，以在电容单元94中被合成为多级信号，该多级信号在MZ光调制器97中被调制成多级调制光，并且输出发送多级光信号。
在光接收器中，接收多级光信号被输入至光检测器99，以在光检测器99中被转换成多级电信号。该多级电信号在接收放大器95中被放大到必要的电压电平，在确定单元96中确定多级电信号的电平，并且将多级电信号分解为对应于各个配置位的二进制信号以作为输出电数据序列输出。
根据该实施方式，通过使用能够实现高质量的多级光信号的光传输的光发射器，利用光接收器来制造高可靠性的高质量光传输系统，而不会发生由移相器的分段导致的信号延迟。
尽管在第一实施方式至第四实施方式(包括第一实施方式的示例1至3)中已经对作为构成驱动单元的驱动器的CMOS反相器进行了说明，但是驱动器不限于此。甚至当例如CML等不同系统中的驱动器被用于代替反相器时，例如，通过适当地调整电容元件和电阻元件也可以制造光发射器。此外，尽管作为示例已经说明了形成在Si(硅)基板上的光调制器，但是光调制器不限于此。例如，可以通过使用InP(磷化铟)基板等代替Si基板来配置光调制器。
在一个方面中，由于不需要对移相器进行分段，所以制造了实现高质量多级光信号的光传输的光发射器，以及使用该光发射器的光调制器模块和光传输系统，而不产生由分段导致的信号延迟。

Claims (11)

1.一种光发射器，所述光发射器根据输入光信号和输入电数据序列来生成具有两位或更多位的多级光信号，所述光发射器包括：
驱动电路，被配置成包括分别对应于所述输入电数据序列的配置位的第一驱动器和第二驱动器；
光调制器，被配置成具有在输出侧彼此光耦合的第一光波导和第二光波导，并且包括设置在所述第一光波导中的第一移相器和设置在所述第二光波导中的第二移相器；
第一电容元件，被配置成电连接在所述驱动电路与所述第一移相器之间，所述第一电容元件具有电连接至所述第一驱动器的第一输出端子的第一高阶电容和电连接至所述第二驱动器的第一输出端子的第一低阶电容并且生成待提供至所述第一移相器的第一多级信号；以及
第二电容元件，被配置成电连接在所述驱动电路与所述第二移相器之间，所述第二电容元件具有电连接至所述第一驱动器的第二输出端子的第二高阶电容和电连接至所述第二驱动器的第二输出端子的第二低阶电容并且生成待提供至所述第二移相器的第二多级信号。
2.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述驱动器分别具有响应于相应的位数而被加权的输出阻抗。
3.根据权利要求1所述的光发射器，还包括：
第一电阻元件，被配置成串联地电连接至所述第一电容元件；以及
第二电阻元件，被配置成串联地电连接至所述第二电容元件。
4.根据权利要求1所述的光发射器，还包括：
与所述第一电容元件并联的第三电阻元件，所述第三电阻元件被配置成包括相对于所述第一电容元件的加权被反向加权的电阻；以及
与所述第二电容元件并联的第四电阻元件，所述第四电阻元件被配置成包括相对于所述第二电容元件的加权被反向加权的电阻。
5.根据权利要求1所述的光发射器，其中，所述第一移相器和所述第二移相器均具有输入侧的第一端子和输出侧的第二端子，每个第一端子电连接至所述驱动电路并且具有施加到自身的正向偏压以累积载流子，从而具有比所述电容元件的电容大的电容，并且每个第二端子不是电连接至所述驱动电路而是电连接至接地电位或偏置电路。
6.根据权利要求1所述的光发射器，其中，通过补偿所述驱动器的非线性、所述移相器的非线性和所述光调制器的响应非线性，在所述第一电容元件和所述第二电容元件中的电容被调整为能够在所述多级光信号的级之间获得相等的间隔。
7.根据权利要求1所述的光发射器，还包括：
基板；
第一芯片，被配置成安装在所述基板上并且所述驱动电路被集成在所述第一芯片中；以及
第二芯片，被配置成安装在所述基板上并且所述光调制器被集成在所述第二芯片中。
8.根据权利要求7所述的光发射器，其中，所述第一电容元件和所述第二电容元件被集成在所述第一芯片中。
9.根据权利要求7所述的光发射器，其中，所述第一电容元件和所述第二电容元件被集成在所述第二芯片中。
10.一种光调制器模块，包括：
壳体；
光发射器，被配置成设置在所述壳体中，并且根据输入光信号和输入电数据序列来生成具有两位或更多位的多级光信号；以及
所述光发射器的控制器，
其中，所述光发射器包括：
驱动电路，被配置成包括分别对应于所述输入电数据序列的配置位的第一驱动器和第二驱动器；
光调制器，被配置成具有在输出侧彼此光耦合的第一光波导和第二光波导，并且包括设置在所述第一光波导中的第一移相器和设置在所述第二光波导中的第二移相器；
第一电容元件，被配置成电连接在所述驱动电路与所述第一移相器之间，所述第一电容元件具有电连接至所述第一驱动器的第一输出端子的第一高阶电容和电连接至所述第二驱动器的第一输出端子的第一低阶电容并且生成待提供至所述第一移相器的第一多级信号；以及
第二电容元件，被配置成电连接在所述驱动电路与所述第二移相器之间，所述第二电容元件具有电连接至所述第一驱动器的第二输出端子的第二高阶电容和电连接至所述第二驱动器的第二输出端子的第二低阶电容并且生成待提供至所述第二移相器的第二多级信号。
11.一种光传输系统，包括：
光发射器，被配置成根据输入光信号和输入电数据序列来生成具有两位或更多位的发送多级光信号；以及
光接收器，被配置成根据两位或更多位的接收多级光信号来生成输出电数据序列，其中，
所述光发射器包括：
驱动电路，被配置成包括分别对应于所述输入电数据序列的配置位的第一驱动器和第二驱动器；
光调制器，被配置成具有在输出侧彼此光耦合的第一光波导和第二光波导，并且包括设置在所述第一光波导中的第一移相器和设置在所述第二光波导中的第二移相器；
第一电容元件，被配置成电连接在所述驱动电路与所述第一移相器之间，所述第一电容元件具有电连接至所述第一驱动器的第一输出端子的第一高阶电容和电连接至所述第二驱动器的第一输出端子的第一低阶电容并且生成待提供至所述第一移相器的第一多级信号；以及
第二电容元件，被配置成电连接在所述驱动电路与所述第二移相器之间，所述第二电容元件具有电连接至所述第一驱动器的第二输出端子的第二高阶电容和电连接至所述第二驱动器的第二输出端子的第二低阶电容并且生成待提供至所述第二移相器的第二多级信号。
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10120210B2 (en) * 2016-06-03 2018-11-06 International Business Machines Corporation Feed-forward optical equalization using an electro-optic modulator with a multi-segment electrode and distributed drivers
US12001115B2 (en) 2017-03-17 2024-06-04 Rockley Phonics Limited Optical modulator and method of use
CN109643030B (zh) * 2017-03-17 2023-12-15 洛克利光子有限公司 光学调制器及使用方法
JP2019012898A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 ルネサスエレクトロニクス株式会社 光駆動装置および光通信システム
WO2019017161A1 (ja) 2017-07-20 2019-01-24 株式会社ミツバ モータ及びブラシレスワイパーモータ
US10536223B2 (en) * 2018-01-24 2020-01-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Phase modulated optical waveguide
US11044018B1 (en) * 2018-07-23 2021-06-22 Source Photonics, Inc. Optical modulator and methods of making and using the same
CN208805639U (zh) * 2018-09-27 2019-04-30 上海新微科技服务有限公司 相移器及硅基电光调制器
WO2020096913A1 (en) 2018-11-08 2020-05-14 Luminous Computing, Inc. System and method for photonic computing
US10756817B1 (en) 2019-04-18 2020-08-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Power switching for systems implementing throughput improvements for optical communications
US10911152B2 (en) 2019-04-18 2021-02-02 Microsoft Technology Licensing, Llc Power-based decoding of data received over an optical communication path
US10938485B2 (en) 2019-04-18 2021-03-02 Microsoft Technology Licensing, Llc Error control coding with dynamic ranges
US10998982B2 (en) 2019-04-18 2021-05-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Transmitter for throughput increases for optical communications
US10873393B2 (en) 2019-04-18 2020-12-22 Microsoft Technology Licensing, Llc Receiver training for throughput increases in optical communications
US11018776B2 (en) 2019-04-18 2021-05-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Power-based decoding of data received over an optical communication path
US10862591B1 (en) 2019-04-18 2020-12-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Unequal decision regions for throughput increases for optical communications
US10892847B2 (en) 2019-04-18 2021-01-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Blind detection model optimization
US10911155B2 (en) 2019-04-18 2021-02-02 Microsoft Technology Licensing, Llc System for throughput increases for optical communications
US10873392B2 (en) * 2019-04-18 2020-12-22 Microsoft Technology Licensing, Llc Throughput increases for optical communications
US10742326B1 (en) 2019-04-18 2020-08-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Power-based encoding of data to be transmitted over an optical communication path
US10742325B1 (en) 2019-04-18 2020-08-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Power-based encoding of data to be transmitted over an optical communication path
US10951342B2 (en) 2019-04-18 2021-03-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Throughput increases for optical communications
US10686530B1 (en) 2019-04-18 2020-06-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Power-based encoding of data to be transmitted over an optical communication path
US10897315B2 (en) 2019-04-18 2021-01-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Power-based decoding of data received over an optical communication path
US11656485B2 (en) 2019-07-11 2023-05-23 Luminous Computing, Inc. Photonic bandgap phase modulator, optical filter bank, photonic computing system, and methods of use
US10911141B1 (en) 2019-07-30 2021-02-02 Microsoft Technology Licensing, Llc Dynamically selecting a channel model for optical communications
CN110581733B (zh) * 2019-08-08 2022-05-03 天津大学 用于可见光通信的bc类氮化镓mos管推挽式发射驱动器
JP7294066B2 (ja) * 2019-10-31 2023-06-20 富士通株式会社 光送信機、光トランシーバモジュール、及び光変調方法
US12045080B1 (en) 2020-02-07 2024-07-23 Luminous Computing, Inc. Optical computing system and method of use
WO2021166173A1 (ja) * 2020-02-20 2021-08-26 日本電信電話株式会社 光ｉｑ変調器
US20230069120A1 (en) * 2020-02-28 2023-03-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation High-Speed Optical Transceiver
WO2021188455A1 (en) * 2020-03-14 2021-09-23 Luminous Computing, Inc. Digital-to-analog converter system and method of operation
JP7380389B2 (ja) * 2020-03-31 2023-11-15 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置
CN111711489B (zh) * 2020-05-26 2021-07-16 复旦大学 二进制方案驱动单调制器的pam-8信号发生系统及方法
US11398934B1 (en) * 2021-09-18 2022-07-26 Xilinx, Inc. Ultra-high-speed PAM-N CMOS inverter serial link

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101552636A (zh) * 2008-03-31 2009-10-07 富士通株式会社 光调制器及其控制方法和装置
CN102648434A (zh) * 2009-10-09 2012-08-22 日本电气株式会社 光调制器模块和调制光信号的方法
CN104246583A (zh) * 2012-04-27 2014-12-24 日本电气株式会社 马赫-曾德尔型光调制器、光发射/接收系统和马赫-曾德尔型光调制器的控制方法
WO2016116027A1 (en) * 2015-01-22 2016-07-28 Huawei Technologies Co., Ltd. Digital generation of multi-level phase shifting with mach-zehnder modulator (mzm)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7483597B2 (en) 2006-10-19 2009-01-27 Lightwire, Inc. Optical modulator utilizing multi-level signaling
JP5874202B2 (ja) * 2011-05-30 2016-03-02 富士通株式会社 光送信装置、その制御方法、及び光伝送システム
US9104085B2 (en) * 2013-09-04 2015-08-11 Finisar Sweden Ab Method for modulating a carrier light wave
JP6354553B2 (ja) * 2014-12-02 2018-07-11 住友電気工業株式会社 バイアス制御回路およびそれを含む光送信器
JP6620409B2 (ja) * 2015-03-11 2019-12-18 富士通株式会社 光送信器、光伝送システム、及び光通信制御方法
US9553673B1 (en) * 2015-07-13 2017-01-24 Inphi Corporation Driver module for mach zehnder modulator
US9784995B2 (en) * 2015-12-21 2017-10-10 Ranovus Inc. Multi-segment ring modulator
US10720996B2 (en) * 2016-08-19 2020-07-21 Fujitsu Limited Frequency characteristic adjustment circuit, optical transmission module using the same, and optical transceiver

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101552636A (zh) * 2008-03-31 2009-10-07 富士通株式会社 光调制器及其控制方法和装置
CN102648434A (zh) * 2009-10-09 2012-08-22 日本电气株式会社 光调制器模块和调制光信号的方法
CN104246583A (zh) * 2012-04-27 2014-12-24 日本电气株式会社 马赫-曾德尔型光调制器、光发射/接收系统和马赫-曾德尔型光调制器的控制方法
WO2016116027A1 (en) * 2015-01-22 2016-07-28 Huawei Technologies Co., Ltd. Digital generation of multi-level phase shifting with mach-zehnder modulator (mzm)
CN107210821A (zh) * 2015-01-22 2017-09-26 华为技术有限公司 使用马赫曾德尔调制器（mzm）的多电平相移的数字生成

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018113644A (ja) 2018-07-19
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