CN112400284B - 硅光子学中的消光比改进 - Google Patents

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Abstract

可以通过以下步骤来实现对硅光子学中的光信号进行消光的改进：向光电元件(PE)提供已知特性的测试信号，以通过PE的第一臂上的第一移相器和强度调制器和PE的第二臂上的第二移相器和强度调制器来对测试信号进行消光；扫过第一强度调制器处的多个电压，以识别第一电压和第二电压，第一电压与PE的输出端处的满足引发损耗阈值的消光比相关联，第二电压与PE的输出端处的测试信号中满足消光比阈值的引发损耗相关联；以及基于第一电压和第二电压将PE设置为向第一强度调制器提供操作电压。

Description

硅光子学中的消光比改进
技术领域
本公开中提出的实施例总体上涉及硅光子学以及对在其中传输的光信号的消光比的改进。
背景技术
在诸如开关、调制器和可变光衰减器(VOA)的各种光子电路元件中，输入光信号被分割和/或组合以产生期望振幅的各种输出光信号。光信号的消光可以通过将输入光信号分割为两个信号并组合这两个信号以彼此干涉，使得输出光信号的振幅相对于输入光信号的振幅减小。可以基于输出光信号与输入光信号的相对振幅来计算消光比(re)，消光比(re)可以基于输入和输出的振幅以分数、百分比或分贝来表示(例如，re＝A输出/A输入)。在若干个光子电路中，希望产生输出信号，使得re低于阈值，从而下游电路元件不被无意地激活，并且载波被抑制以用于信号分析。
附图说明
为了能够详细理解本公开的以上记载特征，可以通过参考实施例来对以上简要概括的本公开进行更具体的描述，这些实施例中的一部分在所附附图中被示出。然而，应注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此附图不应被认为是对本公开范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施例。
图1示出了根据本公开的一方面的示例光电电路。
图2示出了根据本公开的一方面的具有一个输入和一个输出的示例光子元件。
图3示出了根据本公开的一方面的具有一个输入和多个输出的示例光子元件。
图4示出了根据本公开的一方面的具有多个输入和一个输出的示例光子元件。
图5示出了根据本公开的一方面的具有多个输入和多个输出的示例光子元件。
图6是示出根据本公开的一方面的用于校准光子元件以改进消光比的方法的一般操作的流程图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记来表示附图中公共的相同元件。可以预期，在一个实施例中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用于其他实施例。
具体实施方式
概览
在独立权利要求中陈述了本发明的各方面，在从属权利要求中陈述了优选特征。一个方面的特征可以单独地或与其他方面结合地应用于每个方面。
本公开中提出的一个实施例提供了一种光子元件(PE)，该PE包括：输入端，被配置为接收输入光信号并且将输入光信号分割为第一部分信号和第二部分信号；第一臂，连接到输入端并且被配置为接收第一部分信号，该第一臂包括：第一移相器；以及第一强度调制器，被配置为基于第一部分信号来提供第一匹配信号；第二臂，连接到输入端并且被配置为接收第二部分信号，该第二臂包括：第二移相器，其中，该第二移相器被配置为与第一移相器一起操作，以使第一部分信号相对于第二部分信号相位偏移；以及第二强度调制器，被配置为基于第二部分信号提供第二匹配信号，其中，仅第二强度调制器被供电以从第二部分信号主动减小第二匹配信号；以及输出端，连接到第一臂和第二臂，并且该输出端被配置为组合第一匹配信号和第二匹配信号以提供输出信号。
本公开中呈现的另一实施例提供了一种方法，该方法包括：将已知波长和已知振幅的测试信号提供给光子元件(PE)，以通过PE的第一臂上的第一移相器和第一强度调制器以及PE的第二臂上的第二移相器和第二强度调制器对测试信号进行消光；扫过第一强度调制器处的多个电压，以识别多个电压中的第一电压和第二电压，第一电压与PE的输出端处满足引发损耗阈值的消光比相关联，第二电压与PE的输出端处的测试信号中满足消光比阈值的引发损耗相关联；以及基于第一电压和第二电压来将PE设置为以向第一强度调制器提供操作电压。
本公开中呈现的另一实施例提供了一种光子元件，该光子元件包括：第一臂，与第二臂平行，其中，该第一臂被配置为承载第一信号以与由第二臂承载的第二信号组合；以及移相器，该移相器布置在第一臂中，移相器被配置为将第一信号的相位相对于第二信号偏移1π弧度；以及强度调制器，该强度调制器布置在第一臂中，该强度调制器被配置为在第一信号中引发振幅损失，使得当第一信号与第二信号组合时，得到的组合信号的振幅低于消光比阈值。
示例实施例
本公开提供了用于改进硅光子元件中的消光比的系统和方法。在光信令中，为了消除光信号，该信号被分割为两个分量，其中分割出的信号彼此相移1π弧度(即180°)并且被重新组合，使得(在理想情况下)一个信号抵消另一个信号。例如，可以将振幅为1W的正弦信号分成两个信号，其中每个信号的振幅为0.5W并且具有正弦波形。如果两个分割出的信号彼此偏移1π弧度，则在波形的每个相位位置处，组合信号的振幅在理想情况下为0W(即，振幅分割1+振幅分割2＝振幅组合＝0)。
然而，实际上，光电路中的分束器和传输介质具有不同的损耗比，这可能导致组合信号的振幅不是0W。例如，如果Y-分割器(也称为Y-组合器，取决于操作模式)不均匀地分割接收信号的功率，则一个分割臂(splitting arm)将比另一个分割臂承载更多的功率。类似地，如果光子元件中的一个路径在其上承载的分割出的信号上引发第一损耗，并且第二路径在其上承载的分割出的信号上引发不同的第二损耗，则当分割出的信号被重新组合时，它们的振幅可能不等于零。
为了解决分割/组合硬件和传输介质的物理差异，下游系统(例如，接收重组信号输出的光电设备)可以设置更高的激活或检测电势，制造商可以在分割/组合硬件和传输介质的制造中设置更严格的公差(例如，Y-分割器和耦合器中更均匀的分割)、在谐振设备(例如，光子环)等的制造中设置更严格的公差。这些方法通常是成本密集的(即，与高报废率/故障率相关)、依赖于波长的、并且在光电子器件中引发高插入损耗或背向反射。本公开提供了使用插入的强度调制器的系统和方法，这些强度调制器在一个分割出的信号的信号强度中提供小的、主动控制的损耗，以补偿测试/校准时的制造缺陷。根据本公开使用的强度调制器可以降低废品率/故障率、不依赖于波长、并且不引发高插入损耗或背向反射。
图1示出了示例光电电路100。如图所示，光电电路100包括电子集成电路(EIC)110、电源120、逻辑控制器130、光子集成电路(PIC)140以及光子元件(PE)150。光电电路100可以包括除了图示的组件之外的其他组件，这些组件被省略以便不分散本公开的新颖性。
EIC 110包括基板(例如，硅)，其中其他组件通过各种走线、导线、通孔和中间组件彼此电气耦合。其他组件可以嵌入到衬底中，或者通过焊盘、环氧树脂和引线键合中的一者或多者连接到EIC 110。
电源120包括集成到EIC 110中的一个或多个电源，或者连接到从EIC 110外部链接的电源。电源的示例包括但不限于：电池、太阳能电池、链接到外部电流源的交流(AC)到直流(DC)转换器、链接到外部电流源的DC到AC转换器、功率调节器、变压器，等等。电源120为EIC 110的各种组件(包括处理器130、PIC 140和PE 150)供电。
处理器130包括用于控制光电电路100的各种组件且通过PIC 140和PE 150发送/接收光信号的逻辑。在各种实施例中，处理器130与外部处理器或控制器结合使用以测试或校准光电电路100。处理器130可以包括可编程的、硬连线的、或“烧入的”逻辑，用于控制光电电路100的操作，并且处理器130可以包括非暂态计算机存储介质，用于以可计算可读格式存储数据或逻辑。
PIC 140可以包括由从光电电路100外部接收的光信号激活的二极管、用于产生从光电电路100发送的光信号的激光源、以及用于将电信号转换成光信号或从光信号转换成电信号的附加组件。PIC 140包括PE 150，PE150可以包括：用于对光信号进行消光的光学消光器，和/或用于在要发送/接收的光信号之间进行选择的开关。PE 150的光学消光器接收光信号、将光信号分割为两部分、对光信号的两部分进行相移，并组合这些部分，以提供振幅低于下游设备的激活阈值的输出光信号。在一些实施例中，光学消光器150可以在输入端和/或输出端处包括接收/发送多个光信号的开关。开关可以指定要对若干个接收到的光信号中哪个光信号进行消光，或者可以指定要向哪个下游设备发送经消光的光信号而不是未消光或重构的光信号。
图2至图5分别示出了PE 150的各种示例，根据本公开的各方面，PE 150可以是包括在PIC 140中的组件，用于在具有改善进的消光比和低插入损耗的光信号之间进行消光或选择。在图2至图5的每个中，示出了可以承载光信号的多个物理组件。为了易于理解，还以示例性振幅示出了被讨论为承载在PE 150的特定部分上的光信号的各种图示。可以设想具有各种不同振幅和不同比率的信号(包括零振幅；或无信号)，而不是所示的相加。
每个示例PE 150都被示出具有以下部分，包括：输入端210、输出端230、在输入端210和输出端230之间延伸的第一臂220a(通常为臂220)、以及输入端210和输出端230之间延伸的第二臂220b，该第二臂220b与第一臂220a平行。在各种实施例中，可以使用比所示出的更多的臂220，其中，输入端210和输出端230具有在PE 150内彼此匹配的相应不同的分割/组合比率。
PE 150的每个臂220包括移相器221，该移相器221是对通过该组件承载的信号的相位进行移位的物理组件。本文中的实施例可以与各种类型(无源和有源)的移相器221一起使用，以影响在给定臂220中承载的信号的相位，该给定臂220可以基于不同的原理进行操作。例如，热光移相器221将受控温度施加到臂220的传输路径(信号通过该传输路径传输)，以影响信号离开移相器221的相位。在一些实施例中，移相器221可以是电光材料，例如，铌酸锂。理想情况下，每个移相器221仅影响通过其中的信号的相位，但是在操作中可能经历一些振幅损耗，并且不同的移相器221可能施加不同的损耗。
在双臂PE 150中，第一移相器221a(包括在第一臂220a中)和第二移相器221b(包括在第二臂220b中)可以各自被配置为在相应臂220上承载的信号中施加高达2π弧度的移位。移相器221中的一者或两者可以被接合，以影响相应臂220上的相移，使得信号当在输出端230处重新组合时以期望的相位彼此对齐。通过移动在平行臂220上承载的信号的相对相位，移相器221使相应的信号对齐以引起相消或相长干涉；消除或放大一个或多个信号的振幅。
所示PE 150的每个臂220还包括强度调制器222，该强度调制器222影响通过该组件承载的信号的振幅损耗。每个强度调制器222包括有源部分，该有源部分基于提供的电压对振幅施加受控的可变损耗，并且每个强度调制器222可以可选地包括无源部分，用于在没有功率输入的情况下影响振幅。除了振幅调制之外，强度调制器222还可以对通过该组件承载的信号引发相位调制，这可以在配置相位调制器221时(从DC或低速的角度来看)解决(并被抵消)。
例如，可变部分可以是半导体-绝缘体-半导体-电容器(SISCAP)布置中的低掺杂半导体，其导致光信号强度可变的下降。在其他示例中，可以在强度调制器222中使用正向偏置的PIN二极管或反向偏置的PN结器件。在操作期间，电源120可以向第一强度调制器222a供电，并且不向第二强度调制器222b供电，使得在第一臂220a上承载的信号的振幅减小，以匹配在第二臂220b上承载的信号。即使强度调制器222未通电，在臂中包括强度调制器222也引发光信号振幅的小损耗，但是可以设置有源强度调制器222所施加的损耗，以抵消非有源强度调制器222的损耗。类似地，可以选择强度调制器222以匹配臂220的传输介质，使得可以使无源损耗最小化(例如，保持在约0.1dB或低于约0.1dB)。
在一些实施例中，在臂220上包括高速调制器223，以结合由移相器221提供的直流/低速调制来对高频/短波长的光信号(例如，射频信号)进行相位调制。在双臂PE 150中，第一高速调制器移位器223a(包括在第一臂220a中)和高速调制器223b(包括在第二臂220b中)可以各自被配置为在相应的臂220上承载的高速信号中施加高达2p的弧度偏移。移相器221中的一者或两者可以被接合，以影响相应的臂220上的相移，使得高速信号当在输出端230处被重新组合时，以期望的相位彼此对齐。通过使平行臂220上承载的高速信号的相对相位偏移，高速调制器221使相应信号对齐以导致相消或相长干涉；消除或放大一个或多个高速信号的振幅。理想情况下，每个高速调制器223仅影响通过其中的信号的相位，但是在操作中可能经历一些残余的振幅损耗，并且不同的移相器221可能施加不同的损耗，这可以由强度调制器222解决。高速调制器223可以是作为射频数据调制器、马赫曾德尔干涉仪、高频相移设备等的一部分的高掺杂半导体。在一些实施例中，PE 150可以省略高速调制器223，或者可以将高速调制器223集成到移相器221中。此外，每个臂220上可以包括多个高速调制器223，其中，每个高速调制器223由不同的调制信号驱动以影响臂220上承载的信号的不同部分。例如，移相器221可以将信号的部分从0Hz移相到大约X Hz，与移相器221同一臂220上的第一高速调制器223可以将信号的部分从大约X Hz(例如，100kHz)移相到大约Y Hz(例如，100GHz)，并且位于同一臂220上的第二高速调制器223可以将信号的部分从大约YHz移相到大约Z Hz。
尽管示出了移相器221和高速调制器223上游的强度调制器222，但是可以改变给定臂220中的移相器221、高速调制器223和强度调制器222的顺序。在一个实施例中，第一臂220a包括第一移相器221a，该第一移相器221a位于包括的第一强度调制器222a上游，该第一强度调制器222a位于第一高速调制器223a上游，而(同一PE 150或不同PE 150的)第二臂220b包括第二移相器221b，该第二移相器221b位于包括的第二强度调制器222b下游，该第二强度调制器222b位于包括的第二高速调制器223b下游。
包括在光电电路100(PE 150是该光电电路100中的一部分)中的电源120可以连接到移相器221和强度调制器222中的每一者。电源120可以提供调节量的功率，以使一个或多个臂220上的信号的相位偏移或减小一个臂220上的信号的振幅。
图2示出了具有一个输入端210和一个输出端230的示例PE 150。图2中的示例PE150的输入端210是Y-分割器(以1：2的比率)，输出端230是Y-组合器(以2：1的比率)。在输入端210和输出端230之间是两个臂220，每个臂具有移相器221、高速调制器223和强度调制器222。
在输入端210处接收振幅为A的输入信号240，并且该输入信号240作为振幅为Apa的第一部分信号250a(一般地，部分信号250)被分割到第一臂220a上，并作为振幅为Apb的第二部分信号250b被分割到第二臂220b上。如图所示，Apa大于Apb，并且彼此相位对齐。第一移相器221a和第二移相器221b中的一者或两者可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b之间的相位偏移。类似地，第一高速调制器223a和第二高速调制器223b中的一者或两者(如果包括)可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b的高频分量之间的相位偏移。
在操作期间，电源120向第一强度调制器222a和第二强度调制器222b之一提供电压，以在部分信号250之一中引发损耗。第一臂220a向输出端230提供振幅为Ama的第一匹配信号260a(一般地，匹配信号260)，第二臂220b向输出端230提供振幅为Amb的第二匹配信号260b，以组合为振幅为A0的输出信号270。在一个实施例中，强度调制器222之一在相应的部分信号250中引发损耗，以解决在输入端210处输入信号240的不均匀分割比率、臂220的传输/插入损耗、和/或输出端230处的不均匀分割比率。
如此处所示，Ama等于Amb，但在其他实施例中，Ama可以不等于Amb，以解决输出端230处的不均匀分割比率，或提供具有振幅A0的输出信号270，该振幅A0满足消光比阈值(相对于Ai)并且在部分信号250上引发较小的损耗(并且相应地需要较少的功率来实现)。
用户或制造商可以指定PE 150要满足的消光比阈值和损耗阈值，并且还可以指定如何在这些阈值内校准PE 150，以优先设置有源强度调制器222的电压。例如，提供有X伏特的强度调制器222可以为PE 150提供0.02的消光比和0.2dB的引发损耗，而同一强度调制器222当被提供Y伏特时，可以为PE 150提供0.2的消光比和0.02dB的引发损耗。如果电压X和电压Y的消光比和引发损耗均满足相关联的阈值，则校准规范可以指示选择使用X和Y中的哪个电压，或者指示是否(以及如何)选择使用X和Y之间的电压。
图3示出了具有一个输入端210和输出端230处的多个路径的示例PE 150。图3中的示例PE 150的输入端210是Y-分割器(比率为1∶2)，输出端230是2∶2的开关。在输入端210和输出端230之间是两个臂220，每个臂具有移相器221、高速调制器223和强度调制器222。
在输入端210处接收振幅为A的输入信号240，并且该输入信号240作为振幅为Apa的第一部分信号250a被分割到第一臂220a上并作为振幅为Apb的第二部分信号250b被分割到第二臂220b上。如图所示，Apa大于Apb，并且彼此相位对齐。第一移相器221a和第二移相器221b中的一者或两者可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b之间的相位偏移。类似地，第一高速调制器223a和第二高速调制器223b中的一者或两者(如果包括)可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b的高频分量之间的相位偏移。
在操作期间，第一强度调制器222a和第二强度调制器222b之一被提供电压，以在部分信号250之一中引发损耗。第一臂220a向输出端230提供振幅为Ama的第一匹配信号260a(通常为匹配信号260)，第二臂220b向输出端230提供振幅为Amb的第二匹配信号260b，以组合为振幅为Aoa的第一输出信号270a(通常为输出信号270)和振幅为Aob的第二输出信号270b。强度调制器222之一可以在相应的部分信号250中引发损耗，以解决在输入端210处输入信号240的不均匀分割比率、臂220的传输/插入损耗、以及输出端230处的不均匀分割比率。
如此处所示，Ama等于Amb，但在其他实施例中，Ama可以不等于Amb，以解决输出端230处的不均匀分割比率，或提供具有振幅Aoa和Aob的输出信号270，振幅Aoa和Aob均满足(相对于Ai)消光比阈值并且在部分信号250上引发较小损耗(并且相应地需要较少的功率来实现)。
图3中的输出端230可以指定哪个输出路径承载重组信号(即，匹配信号260在其上重新构成输入信号240)，以及指定哪个输出路径承载消光信号(即，匹配信号260在其上彼此抵消)。在所示的示例中，第一输出路径承载重组信号的第一输出信号270a(具有尽可能接近Ai的振幅Aoa)，并且第二路径承载消光信号的第二输出信号270b(具有尽可能接近0振幅的振幅Aob)。例如，当输出端230的承载第一输出信号270a的第一路径有源时，输出端230进行切换以提供最大振幅Aoa并提供最小振幅Aob。相对地，当输出端230的承载第二输出信号270b的第二路径有源时，输出端230进行切换，以提供最大振幅Aob并提供最小振幅Aoa。取决于输出端230的物理特性，每个路径处的实际值和标称值之间的差异可能是不同的；也就是说，在某些实例中，△(Ai,Aoa)≠△(Ai,Aoa)和/或△(0,AOb)≠A(0,AOb)。因此，配置系统可以将提供给有源强度调制器222的电压设置为：与路径之一处的最大消光相关联的电压、与路径之一处的最低损耗相关联的电压、或者基于先前电压的中间电压，使得每个路径上的每个振幅满足损耗和/或消光的指定阈值。
图4示出了具有多个输入端210和一个输出端230的示例PE 150。图4中的示例PE150的输入端210是2：2开关，输出端230是Y-组合器(以2：1的比率)。在输入端210和输出端230之间是两个臂220，每个臂具有移相器221、高速调制器223和强度调制器222。
图4中的输入端210允许PE 150指定两个路径中的一个，以承载振幅为Aia的第一输入信号240a(通常为输入信号240)或振幅为Aib的第二输入信号240b，所承载的信号被分割并通过臂220传输。例如，当输入端210的第一路径有源时，第一输入信号240a被分割为第一部分信号250a和第二部分信号250b。相对地，当输入端210的第二路径有源时，第二输入信号240b被分割为第一部分信号250a和第二部分信号250b。虽然Aia和Aib以不同的振幅表示，但在各种实施例中，Aia和Aib可以被设置为各种振幅。例如，第一信号源可以提供第一输入信号240a，第二信号源可以提供第二信号源240b，并且输入端210控制哪个特定输入信号240被传输到输出端230。
所选择的输入信号240作为振幅为Apa的第一部分信号250a被分割到第一臂220a上，并且作为振幅为Apb的第二部分信号250b被分割到第二臂220b上。如图所示，Apa大于Apb，并且彼此相位对齐。第一移相器221a和第二移相器221b中的一者或两者可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b之间的相位偏移。类似地，第一高速调制器223a和第二高速调制器223b中的一者或两者(如果包括)可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b的高频分量之间的相位偏移。
在操作期间，第一强度调制器222a和第二强度调制器222b之一被提供电压，以在部分信号250之一中引发损耗。第一臂220a向输出端230提供振幅为Ama的第一匹配信号260a(通常为匹配信号260)，第二臂220b向输出端230提供振幅为Amb的第二匹配信号260b，以组合为振幅为A0的输出信号270。强度调制器222之一可以在相应的部分信号250中引发损耗，以解决在输入端210处输入信号240的不均匀分割比率、臂220的传输/插入损耗、以及输出端230处的不均匀分割比率。
如本文所示，Ama等于Amb，但在其他实施例中，Ama可以不等于Amb，以解决输出端230处的不均匀分割比率，或为提供具有振幅A0的输出信号270，该振幅A0满足(相对于Ai)消光比阈值并且在部分信号250上引发较小损耗(并且相应地需要较少的功率来实现)。
控制器可以设置提供给(两个强度调制器222中的)有源强度调制器222的电压，以解决输出端230处的分割比率、臂220中的损耗、以及输入端220的多个路径中的差异。例如，当在臂220上承载第一信号240a时，控制器可以测量A0和Aia的第一消光比和第一损耗率，而当在臂220上承载第二信号240b时，控制器可以测量A0和Aib的第二消光比和第二损耗率。在各种实施例中，控制器可以使用阈值来选择用于强度调制器222的电压，该电压基于第一输入信号240a在A0和Aia之间产生最佳消光比或基于第二输入信号240b在A0和Aib之间产生最佳消光比。在其他实施例中，控制器可以使用阈值来选择用于强度调制器222的电压，该电压基于第一输入信号240a在A0和Aia之间产生最低损耗或基于第二输入信号240b在A0和Aib之间产生最低损耗比。在另外的实施例中，控制器可以设置与给定输入路径的最大消光或最低损耗相关联的电压之间的中间电压，从而可以满足与从其他输入路径承载的信号相关联的消光/损耗阈值。
图5示出了具有多个输入端210和多个输出端230的示例PE 150。图5中的示例PE150的输入端210是2：2开关，输出端230是2：2开关。在输入端210和输出端230之间是两个臂220，每个臂具有移相器221、高速调制器223和强度调制器222。
图5中的输入端210允许PE 150指定两个路径中的一个，以承载振幅为Aia的第一输入信号240a(通常为输入信号240)或振幅为Aib的第二输入信号240b，所承载的信号被分割并通过臂220传输。例如，当输入端210的第一路径有源时，第一输入信号240a被分割为第一部分信号250a和第二部分信号250b。相对地，当输入端210的第二路径有源时，第二输入信号240b被分割为第一部分信号250a和第二部分信号250b。虽然Aia和Aib以不同的振幅表示，但在各种实施例中，Aia和Aib可以被设置为各种振幅。例如，第一信号源可以提供第一输入信号240a，第二信号源可以提供第二信号源240b，并且输入端210控制将哪个特定输入信号240传输到输出端230。
所选择的输入信号240作为振幅为Apa的第一部分信号250a被分割到第一臂220a上，并且作为振幅为Apb的第二部分信号250b被分割到第二臂220b上。如图所示，Apa大于Apb，并且彼此相位对齐。第一移相器221a和第二移相器221b中的一者或两者可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b之间的相位偏移。类似地，第一高速调制器223a和第二高速调制器223b中的一者或两者(如果包括)可以引发第一部分信号250a和第二部分信号250b的高频分量之间的相位偏移。
在操作期间，第一强度调制器222a和第二强度调制器222b之一被提供电压，以在部分信号250之一中引发损耗。第一臂220a向输出端230提供振幅为Ama的第一匹配信号260a(通常为匹配信号260)，第二臂220b向输出端230提供振幅为Amb的第二匹配信号260b，以组合为振幅为A0的输出信号270。强度调制器222之一可以在相应的部分信号250中引发损耗，以解决在输入端210处输入信号240的不均匀分割比率、臂220的传输/插入损耗、以及输出端230处的不均匀分割比率。
如本文所示，Ama等于Amb，但在其他实施例中，Ama可以不等于Amb，以解决输出端230处的不均匀分割比率，或提供具有振幅Aoa和Aob的输出信号270，振幅Aoa和Aob均满足(相对于Ai的)消光比阈值并且在部分信号250上引发较小损耗(并且相应地需要较少的功率来实现)。
图5中的输出端230可以指定哪个输出路径承载重组信号(即，匹配信号260在其上重新构成输入信号240)，以及指定哪个输出路径承载消光信号(即，匹配信号260在其上彼此抵消)。在所示的示例中，第一输出路径承载重组信号的第一输出信号270a(振幅Aoa尽可能接近所选输入信号240a或240b的Ai)，并且第二路径承载消光信号的第二输出信号270b(振幅Aob尽可能接近0振幅)。例如，当输出端230的承载第一输出信号270a的第一路径有源时，输出端230进行切换，以提供最大振幅Aoa并提供最小振幅Aob。相对地，当输出端230的承载第二输出信号270b的第二路径有源时，输出端230进行切换，以提供最大振幅Aob并提供最小振幅Aoa。取决于输出端230的物理特性，每个路径处的实际值和标称值之间的差异可能是不同的；也就是说，在某些实例中，△(Ai,Aoa)≠△(Ai,Aoa)和/或△(0,Aob)≠A(0,Aob)。因此，配置系统可以将被提供给有源强度调制器222的电压设置为与路径之一处的最大消光相关联的电压、与路径之一处的最低损耗相关联的电压、或基于先前电压的中间电压，使得每个路径上的每个振幅满足针对损耗和/或消光的指定阈值。
图6是示出校准PE 150以改进消光比的方法600的一般操作的流程图。方法600可以作为用于IC的内置自测试(BIST)或校准过程的一部分来执行，或者可以与其他校准和测试过程分开地执行。在各种实施例中，内置于其中包括PE 150的IC中的内部处理器或逻辑控制器可以控制方法600内的操作。在其他实施例中，作为与PE 150通信的测试机器的一部分的外部处理器或逻辑控制器可以控制方法600的操作。
方法600开始于块610，在块610处，处理器向PE 150提供已知相位、波长和振幅的一个或多个测试信号。处理器可以控制多输入/输出PE 150中哪个输入端210或输出端230是有源的，并且处理器将在整个方法600中监测输出测试信号相对于输入测试信号的振幅以确定各种消光比(re)。
在块620处，处理器依次向每个臂220上的移相器221和高速调制器223发信号，以扫过可用相位。处理器可以向移相器221和/或高速调制器223中的一者或两者发信号，以调节施加在被分割的测试信号上的相位偏移量，使得PE 150的第一臂220a中承载的测试信号相对于第二臂220b中承载的测试信号偏移1π弧度。使第一臂220a承载的信号的相位相对于第二臂220b承载的测试信号偏移1π弧度将允许测试信号当在输出端230处被重新组合时彼此抵消。一旦识别出偏移1π的移相器221和/或高速调制器223的相位位置，方法600就前进到块230，在块230处，处理器将移相器221和/或高速调制器223设置为所识别的相位位置。
在块640处，处理器控制提供给强度调制器222的电压量并且扫过可用电压。在块650处，处理器在电压扫描期间识别被提供给强度调制器222之一的电压(Vre-max)，该电压对应于输出端230处测试信号的最大消光。在块660处，处理器在电压扫描期间还识别被提供给强度调制器之一的电压(V最小损耗)，该电压对应于信号中的最小功率损耗(例如，振幅最接近输入测试信号的振幅的输出测试信号)。
因为在PE 150的操作期间仅一个强度调制器222(或其有源部分)被供电，所以处理器可以针对各可用电压输入一次一个地测试每个强度调制器222。在一些实施例中，处理器识别其上承载较高振幅的测试信号的臂220，并且仅扫过该臂220的强度调制器222的输入电压。在另外的实施例中，处理器扫过给定强度调制器222的输入电压，直到消光比被识别为从先前测试的输入电压增加。在其他实施例中，处理器扫过一个或多个强度调制器222的所有可用输入电压。
在一些实施例中，方法600从块660返回到块610，在块610处，处理器激活不同的输入端210或输出端230(或其组合)以确定PE 150中不同组件的测试特性。在另外的实施例中，方法600从块660返回到块610，在块610处，处理器提供与先前评估的测试信号不同的已知相位、波长、振幅的测试信号。在返回到块610的实施例中，在块620和块630被执行一次之后，可以从方法600中省略。
在识别Vre-max和/或V最小损耗的多个值(例如，通过具有不同特性的测试信号或通过PE150的不同路径进行校准)的实施例中，处理器可以为每个校准设置保留单独的值，或者可以对整个校准设置上的值进行平均。例如，如果处理器被指示为使用具有不同波长的三个测试信号来校准PE 150，则第一个信号的Vre-max可以是A伏特，第二个信号的Vre-max可以是B伏特，第三个信号的Vre-max可以是C伏特。在一些实施例中，处理器可以保留A、B和C的每个值作为与所测试的波长相关联的Vre-max的各个值。在其他实施例中，处理器将A、B和C的值组合为集合Vre-max(例如，作为平均值、波长偏置的平均值、中值、基于波长的Vre-max的线性或曲线公式)。V最小损耗的多个标识值也可以单独或集合保留。
当处理器观察了每个输入端210、输出端230和指定用于校准的测试信号类型的性能时，方法600前进到块670。在块670处，处理器根据针对PE 150的校准规范，相对于与(根据块650)所识别的最大消光比相关联的所识别的电压Vre-max以及与(根据块660)所识别的最低信号强度损耗相关联的所识别的电压V最小损失，来设置用于强度调制器222之一的电压。校准规范相对于每个输出端230的最小消光比、PE 150上的最大允许信号损耗、一个或多个输出端230处的对较低损耗或较大消光比的偏好等，来确定处理器将为强度调制器222设置的电压。在针对多个输入端210或输出端230进行校准的实施例中，或者利用多个测试信号进行校准的实施例中，校准规范可以指示针对不同路径或信号特性的re或损耗的单独阈值。
根据不同的规范校准的多个PE 150可以对于Vre-max和V最小损耗中的每个具有相同的值，并且处理器基于不同的规范将该多个PE的相应的强度调制器222设置为不同的值。在第一示例中，根据针对最大可用消光比的规范而设置的PE 150将使一个强度调制器222设置为Vre-max。在第二示例中，根据针对最低可用信号强度损耗的规范而设置的PE 150将使一个强度调制器222设置为V最小损耗。在第三示例中，根据具有高于阈值的信号强度损耗的最大可用消光比的规范而设置的PE 150可以使处理器将强度调制器222设置为在Vre-max和V最小损耗之间的电压。在第四示例中，根据针对波长为λA的信号和波长为λB的信号的最大可用消光比的规范设置的PE 150可以使处理器将强度调制器222设置为与λA和λB相关联的Vre-max值之间的电压。在将强度调制器222的电压设置为除Vre-max和V最小损耗之外的值的实施例中，可以使用至少部分基于Vre-max和V最小损耗的线性或曲线方程来选择电压。
在处理器无法确定用于满足校准规范中设置的每个阈值的电压的情况下，PE 150可能发生故障。
一旦设置了PE 150的强度调制器222并且PE 150已经通过校准，或者PE 150已经校准失败，则方法600可以结束。
总而言之，可以通过以下步骤来实现对硅光子学中的光信号进行消光的改进：向光电元件(PE)提供已知特性的测试信号，以通过PE的第一臂上的第一移相器和强度调制器以及PE的第二臂上的第二移相器和强度调制器来对测试信号进行消光；扫过第一强度调制器处的多个电压，以识别第一电压和第二电压，第一电压与PE的输出端处的满足引发损耗阈值的消光比相关联，第二电压与PE的输出端处的测试信号中满足消光比阈值的引发损耗相关联；以及基于第一电压和第二电压将设置PE为向第一强度调制器提供操作电压。
参照根据本公开中提出的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本公开的各实施例。应当理解的是，可以由计算机程序指令来实现流程图和/或框图的每个块以及流程图和/或框图中的块的组合。这些计算机编程指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个块或多个块中指定的功能/动作的模块。
这些计算机程序指令还可被存储在计算机可读存储介质内，该计算机可读存储介质可以引导计算机、其他可编程的数据处理装置或其他设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储介质内的指令产生包括实现流程图和/或框图的一个块或多个块中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得一系列操作步骤在该计算机、其他可编程装置或其他设备上执行以产生计算机实施进程，使得在该计算机或其他可编程装置上执行的指令提供进程，所述进程用于实施在流程图和/或框图的一个或多个块中所详细说明的功能/动作。
附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个块都可以表示模块、片段或代码的一部分，其包含用于实现(一个或多个)特定逻辑功能的一条或多条可执行指令。还应当指出的是，在一些其他实现方式中，块中标明的功能可以不按图中标记的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者块有时可以以相反的顺序执行。还应注意，框图和/或流程图中的每个块，以及框图和/或流程图中的块的组合，可以通过执行所详细描述的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实施，或通过专用硬件和计算机指令的组合来实施。
鉴于前述内容，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (12)

1.一种光子元件(PE)，包括：
输入端，被配置为接收输入光信号并且将所述输入光信号分割为第一部分信号和第二部分信号；
第一臂，连接到所述输入端并且被配置为接收所述第一部分信号，所述第一臂包括：
第一移相器；以及
第一强度调制器，被配置为基于所述第一部分信号来提供第一匹配信号；
第二臂，连接到所述输入端并且被配置为接收所述第二部分信号，所述第二臂包括：
第二移相器，其中，所述第二移相器被配置为与所述第一移相器一起操作，以使所述第一部分信号相对于所述第二部分信号相位偏移；以及
第二强度调制器，被配置为基于所述第二部分信号来提供第二匹配信号，其中，仅所述第二强度调制器被供电以从所述第二部分信号中将所述第二匹配信号主动减小到所述第一匹配信号的振幅；以及
输出端，连接到所述第一臂和所述第二臂，并且所述输出端被配置为组合所述第一匹配信号和所述第二匹配信号以提供振幅低于消光比阈值的输出信号。
2.根据权利要求1所述的PE，其中，所述第一强度调制器包括第一有源部分和第一无源部分，其中，所述第二强度调制器包括第二有源部分和第二无源部分。
3.根据权利要求1所述的PE，其中，所述输入端包括第一输入路径和第二输入路径，其中，所述输入端被配置为在所述第一输入路径和所述第二输入路径之间切换，以从所述第一输入路径和所述第二输入路径中的一者接收所述输入光信号。
4.根据权利要求1所述的PE，其中，所述输出端包括第一输出路径和第二输出路径，其中，所述输出端被配置为：在所述第一输出路径上提供所述输出信号作为重组信号，并且在所述第二输出路径上提供所述输出信号作为消光信号。
5.根据权利要求4所述的PE，其中，所述输入端包括第一输入路径和第二输入路径，其中，所述输入端被配置为：在所述第一输入路径和所述第二输入路径之间切换，以从所述第一输入路径和所述第二输入路径中的一者接收所述输入光信号。
6.根据权利要求4所述的PE，其中，所述输出端还被配置为：进行切换，以在所述第二输出路径上提供所述输出信号作为所述重组信号并且在所述第一输出路径上提供所述输出信号作为所述消光信号。
7.一种光子元件(PE)，包括：
第一臂，所述第一臂与第二臂平行，其中，所述第一臂被配置为承载第一信号以与由所述第二臂承载的第二信号组合；
移相器，所述移相器布置在所述第一臂中，所述移相器被配置为使所述第一信号的相位相对于所述第二信号偏移1π弧度；
强度调制器，所述强度调制器布置在所述第一臂中，所述强度调制器被配置为在所述第一信号中引发振幅损耗，使得当所述第一信号与所述第二信号组合时，得到的组合信号的振幅低于消光比阈值；以及
第二强度调制器，所述第二强度调制器被布置在所述第二臂中并且未被主动供电。
8.根据权利要求7所述的PE，其中，所述强度调制器在所述第一臂中布置在所述移相器上游。
9.根据权利要求7所述的PE，其中，所述强度调制器被配置为根据在校准过程期间确定的预定电压在所述第一信号中引发所述振幅损耗，以匹配所述第二臂中的振幅损耗。
10.一种光子元件(PE)，包括：
第一臂，所述第一臂与第二臂平行，其中，所述第一臂被配置为承载第一信号以与由所述第二臂承载的第二信号组合；
移相器，所述移相器布置在所述第一臂中，所述移相器被配置为使所述第一信号的相位相对于所述第二信号偏移1π弧度；
强度调制器，所述强度调制器布置在所述第一臂中，所述强度调制器被配置为在所述第一信号中引发振幅损失，使得当所述第一信号与所述第二信号组合时，得到的组合信号的振幅低于消光比阈值，其中，所述强度调制器被配置为根据在校准过程期间确定的预定电压在所述第一信号中引发振幅损耗，以匹配所述第二臂中的振幅损耗。
11.根据权利要求10所述的PE，其中，所述强度调制器在所述第一臂中布置在所述移相器上游。
12.根据权利要求10所述的PE，还包括第二强度调制器，所述第二强度调制器被布置在所述第二臂中并且未被主动供电。
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