CN113906690B - 光发射器 - Google Patents

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Abstract

一种用于光纤的波分多路复用(WDM)，包括：一组光输入，针对要传输的WDM光信号的每个波长有一个光输入；石墨烯电吸收调制器(EAM)，用于每个光输入以调制来自光输入的光；以及一个或多个驱动器，驱动每个石墨烯电吸收调制器。驱动器具有：数据输入；低通滤波器，用于对来自数据输入的数据进行低通滤波以提供低通滤波数据；以及输出，用于结合低通滤波数据和偏置电压驱动每个石墨烯电吸收调制器。偏置电压被配置为将石墨烯EAM偏置到区域中，在该区域中，例如，当石墨烯电吸收调制器的透射增加时，调制光的有效折射率降低，反之亦然，以便对调制光进行预啁啾以补偿光纤中的色散。

Description

光发射器
技术领域
在用于CWDM(粗波分多路复用)的示例中，本发明总体涉及光发射器。
导致此申请的项目已根据第649953号赠款协议获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助。
背景技术
粗波分多路复用(CWDM)是一种允许在一个单模光纤中组合多个波长光信号的技术。在CWDM中，“粗”是指信道之间的波长间隔为20纳米。因此，四个波长占据80nm，八个波长占据160nm。CWDM能用于聚合承载每个在25Gb/s处的信号的波长。因此，四个波长的组合对应于100Gb/s(4x25Gb/s)光链路。
在实际系统中，每个波长信号都可以根据PAM4格式(4级脉冲幅度编码2位)进行调制，然后每个波长的数据速率可以是50Gb/s。例如，对于四个波长，有效数据速率因此可能为200Gb/s(4x50Gb/s)。
带宽需求的增长使得在400Gb/s、800Gb/s和1600Gb/s处的传输成为可期望的。第一步，到400Gb/s，可以用八波长CWDM，CWDM8来实现。CWDM8规范在CWDM8多源协议联盟(https：//www.cwdm8-msa.org/)发布的两份文档(400G CWDM8 MSA 2km和400G CWDM8 MSA10km技术规范)中进行了描述。CWDM8规范的一个相关方面是八个波长覆盖的大光谱范围(1271-1411nm)。
背景现有技术可以在Sorianello等人的“Chirp management in silicon-graphene electro absorption modulators”，Optics Express，15(16)第19371-19381页；CN103176294A；EP1209828A；EP1349302A；以及WO2004/034530中找到。
发明内容
在一个方面，描述了一种用于沿光纤传输WDM信号的波分多路复用(WDM)光发射器。WDM光发射器可以包括一组光输入(其可以在发射器内部)，针对要传输的WDM光信号的每个波长有一个光输入。WDM光发射器还可包括用于每个光输入的石墨烯电吸收调制器(EAM)以调制来自光输入的光。WDM光发射器还可以包括一个或多个驱动器来驱动每个石墨烯电吸收调制器；驱动器可以在EAM之间共享，或者每个EAM可以具有各自的驱动器。所述驱动器或每个驱动器可以具有：数据输入；低通滤波器，用于对来自数据输入的数据进行低通滤波以提供低通滤波数据(这里可以包括带通滤波数据)；以及输出，用于驱动石墨烯电吸收调制器的。来自光输入的调制光可以与光多路复用器组合以提供组合的、WDM多路复用的光输出。
驱动器被配置为利用低通滤波数据(即源自低通滤波数据的变化电压驱动)和偏置电压的组合(例如总和)来驱动EAM。偏置电压可以被配置为将石墨烯电吸收调制器偏置到区域中，在该区域中，当石墨烯电吸收调制器的透射在第一方向上改变时，调制光的有效折射率在第二相反方向上改变，并且反之亦然。
以此方式，具有第一符号的啁啾被施加到调制光，这可以补偿由于调制光通过光纤传输而引起的第二相反符号的啁啾。
在一些实施方式中，偏置电压被配置为将石墨烯电吸收调制器的石墨烯偏置到一个区域中，在该区域中，当石墨烯电吸收调制器的透射增加，穿过石墨烯电吸收调制器的调制光的有效折射率降低；反之亦然。以这种方式，对调制光施加正啁啾，这可以补偿由于调制光通过光纤传输而引起的负啁啾。
光的调制通常包括脉冲调制的形式，其中数据通过一系列类型的编码中的任一种编码成光脉冲，例如NRZ(不归零)编码。调制可以包括PAM(脉冲幅度调制)，例如PAM4，其中2位编码4个幅度水平。
穿过EAM的脉冲获得正啁啾(瞬时频率随时间增加)，如下所述。在一些实施方式中，所施加的啁啾的量可以通过控制驱动的峰峰值幅度来控制。附加地或备选地，可以控制EAM上的偏置电压以控制施加的啁啾量。在实施中，石墨烯的光电性质会导致大的正的近似线性啁啾。信号的正预啁啾补偿色散，例如光纤的异常色散，所述光纤通常但不一定包括二氧化硅(见下文)。实际上，脉冲可以暂时聚焦在色散得到补偿的距离处。
预啁啾还减少了符号间干扰(ISI)。在将数据协同应用于调制器之前对数据进行低通滤波有助于降低ISI。
石墨烯EAM的宽带宽响应有助于多路复用宽范围波长，例如用于CWDM8或CWDM16系统中的应用。
在一些实施方式中，石墨烯相位调制器在一个或多个波长的信号路径中与石墨烯电吸收调制器光串联耦合。这可以增加正啁啾的量，因此增加色散补偿的光纤长度。
为了对光信号进行相位调制，选择偏置电压以将石墨烯偏置到区域中，在该区域中，随着施加电压的变化，石墨烯保持透明。此处“保持基本透明”可以被认为是指透明度不应随相位调制驱动电压而变化超过3dB，优选地不超过1dB。优选地，偏置电压应当偏置石墨烯相位调制器，使得包括石墨烯的调制器的部分在光信号的相关波长处应当具有小于3dB、优选地小于1dB的损耗。用于石墨烯相位调制器的驱动器可以被配置为利用偏置电压和源自低通滤波数据的变化电压驱动的组合来驱动调制器。源自低通滤波数据的变化电压驱动改变了石墨烯相位调制器对于调制光的有效折射率，同时偏置电压将调制器保持在透明度基本恒定的区域中。
在一些实施方式中，石墨烯相位调制器与石墨烯电吸收调制器光串联耦合，反直观地向调制光添加负啁啾。这可以通过如上所述偏置石墨烯相位调制器来实现，但是用包括低通滤波数据的反相形式的变化电压驱动来驱动相位调制器。这可以通过例如反相然后对反相数据进行低通滤波，或通过对EAM的低通滤波数据进行反相来实现。可以理解的是，这种变化驱动的峰峰值电平(对于相位调制器的任一配置)通常将与用于EAM的峰峰值电平不同。通过当EAM施加的有效相位增加时使用数据的反相形式驱动石墨烯相位调制器，石墨烯相位调制器施加的有效相位将减小，反之亦然。因此，石墨烯相位调制器将施加与EAM的啁啾相反的啁啾。这能用于补偿EAM施加的过度的正啁啾贡献。
在一些实施方式中，过度的正啁啾补偿取决于波长。光纤的异常色散通常与波长有关，因此不同的预啁啾可以施加到WDM信号的不同波长(即波长带)。预啁啾的量可以通过调整EAM的峰峰值(Vpp)驱动电压来调整，因此在一些实施方式中，不同的Vpp可以应用于不同的波长。附加地或备选地，一些波长(带)可以被施加附加的负啁啾。例如，只有选定的光输入可以被提供有石墨烯相位调制器以施加负啁啾。
在一些实施方式中，将施加负啁啾的石墨烯相位调制器应用于低于阈值波长的波长，在该阈值波长处，光纤的异常色散(折射率随波长增加)变为正常色散(折射率随波长减小)。对于CWDM16，施加负啁啾的石墨烯相位调制器可以用于1300nm以下的波长，例如1291nm、1271nm。
在一些实施方式中，来自每个光输入的光路径包括：将光输入分成两个或更多个支路的分光器、用于每个支路以调制支路中的光的石墨烯电吸收调制器、以及用于组合来自支路的调制光的光组合器。这可以用于实现PAM4、PAM8或更高的调制。因此，一个或多个驱动器可以被配置为利用来自数据输入的数据的两位或更多位的组(例如MSB(最高有效位)和LSB(最低有效位)位)来驱动支路中的石墨烯电吸收调制器。
一个或每个支路可具有移相器(例如90度相位延迟)或其他器件以相对于另一个支路旋转一个支路(或一组支路)的偏振。以这种方式，两个支路的光可以被赋予正交线性偏振或圆偏振。这是有利的，因为在它们的组合后可以保留每个支路/偏振的相位和啁啾性质。偏振旋转器件，即相对于另一个支路旋转一个支路(或一组支路)的偏振的功能，可以是组合器的一部分/由组合器实现。
通常，每个光输入可以具有各自的分光器。然而，光偏振旋转器和光组合器可以针对每个WDM波长或针对一组或所有WDM波长单独实施。
在前一种情况下，光输入的每个可以具有各自的光偏振旋转器和光组合器。发射器还可包括光波长多路复用器以多路复用来自光组合器的光输出。
在后一种情况下，对应于相同偏振或比有效位(例如LSB、MSB)的支路可以首先通过光WDM多路复用来组合，然后在两组(或更多组)多路复用正交偏振信号被组合以提供调制光输出之前，组合波长中的一个(或两者)可以进行偏振旋转。
因此，发射器可以包括用于组合来自每个光输入的第一支路的第一光组合器和用于组合来自每个光输入的第二支路的第二光组合器。第一光组合器和第二光组合器可以包括相应的第一光波长多路复用器和第二光波长多路复用器。共享光偏振旋转器可以耦合到第一光波长多路复用器的输出。发射器还可以包括第三光组合器，该第三光组合器组合第一光波长多路复用器的偏振旋转输出与第二光波长多路复用器的输出以提供组合波分多路复用输出。
在一些实施方式中，石墨烯电吸收调制器和石墨烯相位调制器可以包括一个或多个石墨烯层。这些可以与波导集成，例如与波导的芯相邻，使得在波导中传播的光的倏逝波耦合到石墨烯。在一些实施方式中，波导可以包括在衬底上的纵向结构，例如具有矩形横截面；并且石墨烯层可以被设置在这个结构的上方和/或下方，或者可能在一对具有类似于狭缝波导的宽间距或窄间距(例如，刚好足以用于石墨烯)的这样的波导结构之间，以便有效地形成单一的波导结构。所述结构可以由例如硅、二氧化硅、氮化硅或聚合物形成。在波导是导电的(例如，Si)的情况下，石墨烯可以通过薄氧化物层与波导电绝缘。可以采用一层或两层(或多层)石墨烯层；石墨烯可以是单层或多层的并且可选地被掺杂。
在一些实施方式中，石墨烯电吸收调制器和石墨烯相位调制器可以通过例如在覆盖同一波导的不同纵向区域处或在同一波导的不同纵向区域之下处提供的石墨烯来实现。这两个(或更多个)区域处的石墨烯可以被设置有各自的电极连接以实现石墨烯电吸收调制器和石墨烯相位调制器。
在一些实施方式中，石墨烯电吸收调制器和石墨烯相位调制器可以进一步包括连接到一个或多个石墨烯层中的一个的驱动电连接和第二或反电极连接。反电极连接可以包括与波导的电连接(例如对于硅波导)，和/或与一个或多个石墨烯层中的第二个的电连接和/或与器件的另一金属层的电连接。例如，在一个实施方式中，硅波导(S)、10nm SiO2绝缘层(I)和石墨烯层(G)形成了具有与S和G的连接的SIG电容器。
在一些实施方式中，波分多路复用(WDM)光发射器包括光信号源，例如DFB(分布式反馈)激光器，并且所述一组光输入然后可以包括：内部输入，从激光器接收信号。
在相关方面，提供了一种基于石墨烯的调制器，其被配置为提供用于正常色散的预啁啾。因此提供了一种光调制器，其包括与石墨烯相位调制器光串联耦合的石墨烯电吸收调制器，其中，石墨烯电吸收调制器被配置为向调制光信号施加正啁啾，并且石墨烯相位调制器被配置为向调制光信号施加负啁啾。
在另一个相关方面，提供了一种沿光纤传输波分多路复用(WDM)信号的方法。所述方法可以包括输入用于传输的数据。备选地，所述方法还可以涉及对数据进行低通滤波(这里可以包括对数据进行带通滤波)。所述方法然后可以使用相应的石墨烯电吸收调制器EAM用所述低通滤波数据的一部分调制所述WDM光信号的每个波长(带)；所述调整可以包括将每个石墨烯电吸收调制器偏置到区域中，在所述区域中它向所述调制波长添加(正)预啁啾以补偿所述光纤中的(负)啁啾。
所述方法还可以包括使用石墨烯相位调制器对一个或多个所述波长进行相位调制以向所述波长添加另外的啁啾。另外的啁啾可以是正的，以延长色散补偿光纤的长度，或者是负的，以减少来自EAM的过量正啁啾和/或补偿光纤在一个或多个波长处的正常色散。所述方法还可以根据正在调制的波长来调整每个EAM的驱动。因此，通常所述方法可以涉及为WDM信号的不同波长提供不同的正的或负的和/或数量上不同的预啁啾，特别是补偿光纤在不同波长处的不同色散。
所述方法还可以包括将WDM光信号的每个波长分成两个或更多个支路。调制可以包括使用相应的石墨烯电吸收调制器调制每个支路，并且在每个支路中组合调制光。所述方法还可以包括使支路(对于每个波长)中的一个(中或来自)的光的偏振相对于另一个支路旋转，使得来自支路的组合调制光包括两个正交偏振的光。在使用一个或多个光多路复用器组合WDM信号的波长之前或之后可以执行偏振旋转。
在另一个相关方面，提供了一种包括用于实现上述方法的器件的光传输系统。
在上述器件和方法的一些实施方式中，光纤可以包括光子晶体光纤这可以帮助增加工作波长范围，特别是当在构成光纤的材料的吸收较大的光谱区域中工作时，例如，对于大于1610nm的波长。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式进一步描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1示出了根据现有技术的石墨烯EAM和EAM的透射性质；
图2a至图2c示出了根据现有技术的图1的EAM的啁啾相关性质；
图3示出了一个示例CWDM光发射器；
图4示出了图3的发射器中的光调制系统的细节；
图5示出了图4中用于较长光纤长度的光调制系统的版本；
图6示出了图4中用于补偿异常色散和正常色散两者的光调制系统的版本；
图7示出了PAM4光调制系统；
图8示出了图7的PAM4光调制系统的详细示例；
图9示出了基于图5的光调制系统的图8的PAM4光调制系统的版本示例；
图10示出了基于图6的光调制系统的图8的PAM4光调制系统的版本示例；
图11示出了用于实现图7-图10的光调制系统的CWDM光发射器的示例；以及
图12示出了对图11的CWDM光发射器的修改。
在图中，相同的元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
石墨烯可用于实现电吸收调制器。论文“Chirp management in silicon-graphene electro absorption modulators，”Opt.Express25，Sorianello等人，19371-19381(2017)描述了使用基于石墨烯的电吸收调制器对1550nm处的光纤色散进行补偿。色散补偿量级为840ps/nm，远远超出2km和10km长链路的要求。
本文的图1示出了具有100μm长的SLG区域(见论文的制造细节)的硅波导EAM上的1550nm处或单层石墨烯(SLG)处模拟的有效折射率变化(左手轴)和传输(右手轴)。
插图示出了通过包括硅上绝缘体衬底的EAM100的竖直横截面，该衬底限定了二氧化硅102的其中形成了硅波导104的区域。在波导上方提供薄氧化物层106并且在氧化物上方提供单层石墨烯108。对石墨烯和硅进行电连接110a、110b。在此示例中，当从上方观察时，石墨烯沿波导纵向延伸100μm。
可以使用相同的结构来实现后面描述的相位调制器。
在使用中，如图1的阴影部分所示，EAM的石墨烯层被驱动，使得其费米能级大于泡利阻塞条件，即大于0.4eV(在此示例中)。图1的水平电压轴相对于狄拉克点电压在本示例中约为-7V；因此，EAM可以会被偏置，例如在-1V左右。(狄拉克点电压取决于掺杂：通常有一些内在掺杂，也可能有外在掺杂，并且有效掺杂可以通过施加的偏置而改变；在狄拉克点，载流子密度接近于零，电阻率最大)。
从图1中可以看出，当在该区域工作时，当向石墨烯EAM施加电压时，透射率增加，而光模的有效指数降低。因此，当产生脉冲时，调制器在输出的光束的相位在脉冲峰值处小于在脉冲尾端处。瞬时频率偏差可以通过对相位进行微分来确定，并且图2a示出了一个示例脉冲，示出了左侧轴上的幅度(功率)，右侧轴上的瞬时频率偏差(连续曲线是实验数据，点代表模拟)。可以看出，在脉冲期间存在近似线性的正(向上)频率啁啾。
啁啾可由下面的等式给出的啁啾参数C定义：
C＝-2πL/λ0Δnmax
其中L是器件长度(本例中为100μm)。折射率变化Δnmax是将调制器驱动到最小吸收时获得的有效折射率的最大变化；例如，这可以从图1或通过将曲线拟合到图2a的理论版本(如Sorianello等人所述，同上)来确定，并且λ0是中心波长。在本例中，EAM由2.7V的峰峰值电压驱动，啁啾参数C＝0.27。
图2b示出了另一个脉冲，示出了在左侧图上的幅度(左侧轴)和相位(右侧轴)和在右侧图上的幅度(功率)和啁啾(瞬时频移)。可以看出，相位时间分布曲线与幅度包络具有相同的形状和持续时间，但符号相反。
图2c示出了左侧轴上相对于EAM的峰峰值施加电压的啁啾测量(单位：以GHz为单位的频率变化)。再次参照图1，可以看出，在约0.45eV以上时，石墨烯的透射率保持大致恒定，而相位呈线性下降。因此，通过改变峰峰值电压，可以改变相变的程度，因而改变啁啾。
参照图3，示出了CWDM16光发射器300的示例，该CWDM16光发射器300包括：一组光输入302，针对每个波长有一个光输入；用于每个光输入的石墨烯EAM304；用于组合来自EAM的调制器光的多路复用器；以及可以适合于耦合到诸如单模光纤的光纤的光输出308。多路复用器306可以使用集成光学器件或自由空间微光学器件来实现。
基本上相同的石墨烯EAM设计可以用于每个EAM，因此促进制造。这是因为石墨烯EAM能够在宽的波长范围内工作。电压可调啁啾类似地能够在宽的波长范围内补偿光纤色散。例如，对于CWDM8，光纤色散范围从-5ps/(nmkm)到+7ps/(nm km)，而在CWDM16中，1610nm处的最大色散约为+20ps/(nm km)。图3的设计能够适应高达和远远超过1610nm的波长，例如大于2000nm或2100nm。标准单模光纤的零色散波长在1310nm左右；色散代价随着与该波长的距离增加而增加。
作为参照，下面表1和表2给出了CWDM16的两组中心波长的示例：
表1中的星号指示存在正常色散而非异常色散的波长。
图4示出了图3的系统的光调制的细节。因此，石墨烯EAM304由数据输入400通过电低通滤波器402(LPB＝低通带)驱动。数据400由提供例如PAM4或NRZ数据的调制器404提供。低通滤波器402减少符号间干扰(ISI)。图4中未示出的是为EAM304提供偏置电压的DC偏置电压发生器。偏置电压可以例如经由低通滤波器402和EAM304(未示出)之间的偏置三通来施加。
低通滤波器402的截止频率可以在传输波特率的0.4到0.8倍的范围内。石墨烯EAM的长度和驱动信号的幅度(或峰峰值电压)可以根据待补偿光纤的长度进行调整。设计目标是由石墨烯EAM增加的正啁啾和由光纤在光纤设计长度处增加的负啁啾之和在调制器光的波长处应为零。
如上所述的系统可以用于例如CWDM8或CWDM16的2km或10km光纤长度；或者可以采用NRZ或PAM4调制。例如，CWDM16发射器可以以100Gb/s的速率运行每个光通道(波长)，因此可以提供1.6Tb/s的总原始数据速率。
图5示出了光调制系统500，该光调制系统500是图4的系统的变体，能够补偿增加的光纤长度。与先前描述的元件相同的元件由相同的附图标记指示。
在图5的布置中，石墨烯相位调制器502在EAM之前或之后与石墨烯EAM304串联耦合以提供附加的啁啾。相位调制器由与图4中的低通滤波数据信号相同的低通滤波数据信号驱动，但偏置不同。更具体地，相位调制器被偏置到图1的右手部分，超出阴影区域。这是通过石墨烯集成波导的传输变化很小但有效折射率(即相位)仍然显著地变化的地方，例如如图所示近似线性。偏置布置未在图5中显示，但如图1所示，能通过设置适当的偏置电压来实现。例如，可以采用大的负偏置电压，即比用于石墨烯EAM的偏置电压更负的偏置电压。
例如，在一些实施方式中，如前所述，石墨烯EAM可以偏置在-1V，并且可以向其添加数据调制，以便EAM上的电压在-1V和取决于正啁啾的期望程度的一些正电压之间变化。相反，石墨烯相位调制器可以以远小于-1V的偏置电压进行偏置，使得当数据信号被添加到偏置时，石墨烯相位调制器上的电压保持小于-1V并且石墨烯保持在其透明区域中。尽管如图5所示，向EAM和相位调制器两者提供相同的信号，但为这些器件提供的信号可能具有不同的峰峰值幅度(以及施加到器件的不同偏置电压)。
图5的布置在基本不影响幅度调制的情况下向调制光添加了另外的正啁啾，因此能够补偿光纤在更大长度上的异常色散，即它能够补偿更大程度的由光纤添加的负啁啾。
图6示出了适用于补偿异常色散和正常色散两者的光调制系统600的版本。同样，与先前描述的元件相同的元件由相同的附图标记指示。因此，如在图5的布置中，石墨烯相位调制器502与石墨烯EAM402光串联耦合并且如前所述偏置。
然而，在图6中，相位调制器502由数据602的反相版本经由第二低通滤波器604驱动。返回参照图1，与石墨烯EAM相比，随数据电压的折射率变化(相位)的斜率因此被有效地反转。因此，石墨烯相位调制器502向信号添加负啁啾。这个负啁啾可用于补偿由石墨烯EAM和/或光纤中的正常色散引入的过量正啁啾。同样，设计目标是总啁啾，即来自EAM的正啁啾、来自相位调制器的负啁啾、以及来自光纤的正或负啁啾在光纤的设计长度处应为零。
图7示出了一组PAM4调制器701，在示例中用于CWDM16发射器的16个调制器，每个包括一对如前所述的石墨烯EAM器件。这些可用于图3的总体布置中，每个波长(波段)一个。
更详细地，每个光调制系统包括将光信号分成两个支路的光功率分光器702，例如，在比率x∶(1-x)中实现1∶2(对于PAM4)。每个支路包括相应的石墨烯EAM706a、b，并且来自两个支路的调制光在光功率组合器708中例如以针对PAM4的相等比率(其中MSB支路承载MSB支路信号电平的两倍)组合。在改进的实施方式中，支路中的一个支路包括90度偏振旋转器件704(例如光学延迟或波片)；这可以是组合器708的一部分。组合数据速率是每个单独EAM的数据速率的两倍。电信号可以被分组为位对，并且该对的最低有效位可以调制EAM中的一个并且该对的最高有效位可以调制另一个EAM。
在一些实施方式中，偏振旋转器和组合器通过集成偏振旋转器和组合器实现，该组合器具有支持至少正交光偏振的两个输入波导和支持至少两个正交光偏振模式的一个输出波导。偏振旋转器和组合器在同一光偏振上在两个输入处获取光，并在输出处提供在同一波导上的两个的组合，但每个都在不同的正交偏振上。
例如，在一些实施方式中，通过双偏振光栅耦合器在输出光纤上可以获得偏振旋转和组合器的功能。双偏振光栅耦合器可以具有两个输入波导和一个来自芯片的与芯片(耦合器)的平面的法线成一定角度的光输出。输出可以包括形成在波导上的光栅。然后可以将输入波导处的光耦合出芯片以形成两个正交偏振。
图8示出了图7的布置的更详细示例，总体性地示出了一对偏振移位器704a、704b。图8还示出了MSB和LSB驱动器710a、710b(实际上它们通常是组合驱动器的一部分)和相应的提供调制光输出714的低通滤波器712a、712b。该系统的其他方面如前所述，特别是，石墨烯EAM被设计有啁啾以补偿由光纤引入的啁啾(根据光纤的长度)。
图9示出了图8的系统的版本，该系统结合了如先前参照图5所描述的一对移相器900a、900b，以向一个波长(波段)提供附加的正啁啾。
图10示出了图8的PAM4光调制系统的版本，该系统包括一对类似的基于石墨烯的移相器，该移相器从反相的MSB和LSB数据经由相应的如之前参照图6所述的电低通滤波器1000a、1000b驱动。这提供了负啁啾以补偿来自光纤的相关波长(波段)处的EAM和/或正常色散的过量正啁啾。
参照图7至图10的光学系统，在一些实施方式中，每个波长的调制光可以在波长多路复用器中组合。在其他实施方式中，光学系统被修改以使得LSB和MSB支路在组合之前保持分开并且在相应的波长多路复用器中一起单独地多路复用，可选地相对于一个支路旋转另一个支路的偏振。
因此参照图11，示出了CWDM光发射器1100的示例，其中在波分多路复用之前组合每个波长的MSB和LSB支路。因此，CWDM光发射器1100包括一组不同波长的连续波(CW)光源1102，例如，二极管激光器，每个都耦合到包括光功率分光器、EAM和光功率组合器的相应的PAM4调制器701，例如如图7至图10所示。来自每个调制器701的光被提供给波长多路复用器1104以提供波分多路复用调制光输出1106。在实施方式中，MSB和LSB偏振是正交的并且波长多路复用器1104支持两个正交偏振。
图12示出了CWDM光发射器1200的示例，其中MSB和LSB支路在一个支路的偏振相对于另一支路旋转和组合之前单独地多路复用。这可以避免对支持正交偏振的波长多路复用器的需要。图7至图10中任一个的光调制/补偿系统可以用在图12的光发射器中，但经过修改以在组合之前对每个支路的波长多路复用。
CWDM光发射器1200包括一组连续波(CW)光源1202，例如，二极管激光器，每个都耦合到相应的光功率分配器1204，该光功率分光器提供x∶(1-x)比率的两个输出，例如2∶1(MSB∶LSB)。如前所述，来自每个功率分光器的MSB输出(实线)被提供给石墨烯EAM器件1206；类似地，来自每个功率分光器(虚线)的LSB输出被提供给石墨烯EAM器件1210。石墨烯EAM器件1206、1210结合如先前描述的任何补偿和电滤波，可以分别被称为MSB驱动器和LSB驱动器。调制的MSB波长被提供给第一波长多路复用器1208，并且调制的LSB波长被提供给第二波长多路复用器1212。每个光多路复用器组合了每个波长的相同偏振分量——例如，假设每个波长有两个正交偏振，发射器针对每个偏振模式有一个多路复用器。在对来自两个多路复用器1208、1212中的每一个的调制光输出进行波长多路复用之后，如前所述，将调制光输出1216提供给偏振旋转器和组合器1214(这可以是两个器件或组合器件)。因此，一组多路复用波长的偏振可以相对于另一组旋转，例如，调制的MSB和LSB波长分量具有正交偏振。
图4至图10的光调制系统可以与采用PAM4调制的CWDM8或CWDM16光发射器一起使用以将数据速率加倍，同时允许补偿如前所述的异常色散和/或正常色散。因此，图8至图10的光调制系统可以针对发射器的每个波长(波段)实施，或者仅针对选定的波长实施。
在一些实施方式中，通过添加负啁啾对正常色散的补偿仅用于较短波长，例如低于1310nm的波长，例如CWDM16的1270nm和1290nm波长。因此，例如，图6和图10的光调制系统可以仅在一些波长上实施，例如1310nm以下的两个波长。
在一些实施方式中，石墨烯电吸收阵列包括例如直波导的任何阵列。每个波导包括一个长度，例如0.1mm量级，例如范围0.05-0.150毫米，该长度用石墨烯覆盖以进行电调制，或以其他方式在波导的倏逝波区域具有石墨烯。每个波导可以被提供有波长特定的偏置电压和驱动信号，其中对于阵列中的所有调制器，驱动信号的幅度可以相等。例如，该阵列可以被配置为16个CWDM波长或更多波长，因为石墨烯EAM可以超过1610操作。总操作范围可以扩展到2100nm以上。
一些电吸收调制器可以操作对应于光纤的负色散的波长(例如1270nm和1290nm)。可以提供覆盖有石墨烯的同一波导的两个波导长度和两个驱动电压以及在两个石墨烯长度上的偏置的组合。第一长度用于操作电吸收调制器，而第二长度也是用于电吸收调制器，但在石墨烯的透明度附近或在石墨烯的透明区域中操作以最小化吸收调制的附加贡献。第二电吸收调制器的角色可以是在信号上引起负啁啾。为了获得负啁啾，可以用相对于第一调制器的驱动器反相的驱动器信号来驱动第二调制器。
通常期望增加所述系统的带宽。一种方法是增加每个发射器的带宽，但这实际上很困难，并且会导致传播距离缩短。另一种方法是增加不同波长的数量，如上所述，将这些波长组合成单根光纤，但二氧化硅光纤在超过L波段(1560-1610nm)的损耗越来越大。因此，在一些实施方式中，系统采用石墨烯调制器和光子晶体光纤的组合来提供1600nm以上的有用性能，例如高达和超过2000nm。
毫无疑问，技术人员将会想到很多其它有效的备选。将理解的是：本发明不限于描述的实施例，并且包括在本文所附权利要求的精神和范围内且对于本领域技术人员明显的修改。

Claims (27)

1.一种用于沿光纤传输波分多路复用WDM信号的WDM光发射器，所述WDM光发射器包括：
一组光输入，针对要传输的WDM光信号的每个波长有一个光输入；
石墨烯电吸收调制器EAM，用于每个光输入以调制来自所述光输入的光；
一个或多个驱动器，用于驱动每个石墨烯电吸收调制器，
其中，所述一个或多个驱动器具有：数据输入；低通滤波器，用于对来自所述数据输入的数据进行低通滤波以提供低通滤波数据；以及输出，用于结合所述低通滤波数据和偏置电压驱动每个石墨烯电吸收调制器，所述偏置电压被配置为将所述石墨烯电吸收调制器偏置到区域中，在所述区域中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射在第一方向上改变时，调制光的有效折射率在第二相反方向上改变，反之亦然，
为了向所述调制光提供具有第一符号的啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而具有第二相反符号的啁啾，
所述WDM光发射器还包括与所述石墨烯电吸收调制器光串联耦合的至少一个石墨烯相位调制器，其中所述一个或多个驱动器被配置为结合所述低通滤波数据和偏置电压驱动至少一个石墨烯相位调制器，所述偏置电压被配置为将所述石墨烯相位调制器偏置到一个区域，在所述区域中，所述石墨烯相位调制器保持基本透明，同时所述低通滤波数据改变所述石墨烯相位调制器中调制光的有效折射率。
2.根据权利要求1所述的WDM光发射器，其中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射增加时，所述调制光的有效折射率减小，反之亦然，并且其中，所述第一符号为正而第二符号为负，以向所述调制光提供正啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而产生的负啁啾。
3.根据权利要求1或2所述的WDM光发射器，其中对于每个光输入，所述WDM光发射器包括：分光器，将光输入分成两个或更多支路；石墨烯电吸收调制器，用于每个支路以调制所述支路中的光；以及光组合器，用于组合来自所述支路的调制光。
4.根据权利要求1或2所述的WDM光发射器，其中，所述石墨烯电吸收调制器和所述石墨烯相位调制器中的一个或两者包括：与波导集成的一个或多个石墨烯层、连接到所述一个或多个石墨烯层中的一个的驱动电连接、以及反电极连接。
5.根据权利要求1或2所述的WDM光发射器，其中，所述WDM光信号是CWDM8或CWDM16光信号。
6.根据权利要求1或2所述的WDM光发射器，其中，所述光纤包括光子晶体光纤。
7.一种用于沿光纤传输波分多路复用WDM信号的WDM光发射器，所述WDM光发射器包括：
一组光输入，针对要传输的WDM光信号的每个波长有一个光输入；
石墨烯电吸收调制器EAM，用于每个光输入以调制来自所述光输入的光；
一个或多个驱动器，用于驱动每个石墨烯电吸收调制器，
其中，所述一个或多个驱动器具有：数据输入；低通滤波器，用于对来自所述数据输入的数据进行低通滤波以提供低通滤波数据；以及输出，用于结合所述低通滤波数据和偏置电压驱动每个石墨烯电吸收调制器，所述偏置电压被配置为将所述石墨烯电吸收调制器偏置到区域中，在所述区域中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射在第一方向上改变时，调制光的有效折射率在第二相反方向上改变，反之亦然，
为了向所述调制光提供具有第一符号的啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而具有第二相反符号的啁啾，
所述WDM光发射器还包括与所述石墨烯电吸收调制器光串联耦合的至少一个石墨烯相位调制器，其中所述一个或多个驱动器被配置为结合来自数据输入的反相低通滤波数据和偏置电压驱动至少一个石墨烯相位调制器，所述偏置电压被配置为将所述石墨烯相位调制器偏置到区域中，在所述区域中，所述石墨烯相位调制器保持透明，同时所述低通滤波数据改变针对调制光的所述石墨烯相位调制器的有效折射率。
8.根据权利要求7所述的WDM光发射器，包括石墨烯电吸收调制器(EAM)，用于每个光输入以调制来自所述光输入的光，并且所述石墨烯相位调制器与所述石墨烯电吸收调制器仅针对所述光输入中选定的光输入进行光串联耦合。
9.根据权利要求7或8所述的WDM光发射器，其中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射增加时，所述调制光的有效折射率减小，反之亦然，并且其中，所述第一符号为正而第二符号为负，以向所述调制光提供正啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而产生的负啁啾。
10.根据权利要求7或8所述的WDM光发射器，其中对于每个光输入，所述WDM光发射器包括：分光器，将光输入分成两个或更多支路；石墨烯电吸收调制器，用于每个支路以调制所述支路中的光；以及光组合器，用于组合来自所述支路的调制光。
11.根据权利要求7或8所述的WDM光发射器，其中，所述石墨烯电吸收调制器和所述石墨烯相位调制器中的一个或两者包括：与波导集成的一个或多个石墨烯层、连接到所述一个或多个石墨烯层中的一个的驱动电连接、以及反电极连接。
12.根据权利要求7或8所述的WDM光发射器，其中，所述WDM光信号是CWDM8或CWDM16光信号。
13.根据权利要求7或8所述的WDM光发射器，其中，所述光纤包括光子晶体光纤。
14.一种用于沿光纤传输波分多路复用WDM信号的WDM光发射器，所述WDM光发射器包括：
一组光输入，针对要传输的WDM光信号的每个波长有一个光输入；
石墨烯电吸收调制器EAM，用于每个光输入以调制来自所述光输入的光；
一个或多个驱动器，用于驱动每个石墨烯电吸收调制器，
其中，所述一个或多个驱动器具有：数据输入；低通滤波器，用于对来自所述数据输入的数据进行低通滤波以提供低通滤波数据；以及输出，用于结合所述低通滤波数据和偏置电压驱动每个石墨烯电吸收调制器，所述偏置电压被配置为将所述石墨烯电吸收调制器偏置到区域中，在所述区域中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射在第一方向上改变时，调制光的有效折射率在第二相反方向上改变，反之亦然，
为了向所述调制光提供具有第一符号的啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而具有第二相反符号的啁啾，
其中，所述一个或多个驱动器被配置为以不同的驱动电压驱动不同波长的石墨烯电吸收调制器，以向不同波长的调制光提供不同的正预啁啾以匹配光纤中色散随波长的变化。
15.根据权利要求14所述的WDM光发射器，其中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射增加时，所述调制光的有效折射率减小，反之亦然，并且其中，所述第一符号为正而第二符号为负，以向所述调制光提供正啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而产生的负啁啾。
16.根据权利要求14或15所述的WDM光发射器，其中对于每个光输入，所述WDM光发射器包括：分光器，将光输入分成两个或更多支路；石墨烯电吸收调制器，用于每个支路以调制所述支路中的光；以及光组合器，用于组合来自所述支路的调制光。
17.根据权利要求14或15所述的WDM光发射器，其中，所述石墨烯电吸收调制器包括：与波导集成的一个或多个石墨烯层、连接到所述一个或多个石墨烯层中的一个的驱动电连接、以及反电极连接。
18.根据权利要求14或15所述的WDM光发射器，其中，所述WDM光信号是CWDM8或CWDM16光信号。
19.根据权利要求14或15所述的WDM光发射器，其中，所述光纤包括光子晶体光纤。
20.一种用于沿光纤传输波分多路复用WDM信号的WDM光发射器，所述WDM光发射器包括：
一组光输入，针对要传输的WDM光信号的每个波长有一个光输入；
石墨烯电吸收调制器EAM，用于每个光输入以调制来自所述光输入的光；
一个或多个驱动器，用于驱动每个石墨烯电吸收调制器，
其中，所述一个或多个驱动器具有：数据输入；低通滤波器，用于对来自所述数据输入的数据进行低通滤波以提供低通滤波数据；以及输出，用于结合所述低通滤波数据和偏置电压驱动每个石墨烯电吸收调制器，所述偏置电压被配置为将所述石墨烯电吸收调制器偏置到区域中，在所述区域中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射在第一方向上改变时，调制光的有效折射率在第二相反方向上改变，反之亦然，
为了向所述调制光提供具有第一符号的啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而具有第二相反符号的啁啾，
对于每个光输入，所述WDM光发射器包括：分光器，将光输入分成两个或更多支路；石墨烯电吸收调制器，用于每个支路以调制所述支路中的光；以及光组合器，用于组合来自所述支路的调制光，
其中，所述一个或多个驱动器被配置为利用来自所述数据输入的数据的两位或更多位的组来驱动所述支路中的所述石墨烯电吸收调制器。
21.根据权利要求20所述的WDM光发射器，其中，当所述石墨烯电吸收调制器的透射增加时，所述调制光的有效折射率减小，反之亦然，并且其中，所述第一符号为正而第二符号为负，以向所述调制光提供正啁啾以补偿由于所述调制光通过光纤传输而产生的负啁啾。
22.根据权利要求20或21所述的WDM光发射器，还包括光偏振旋转器，所述光偏振旋转器用于旋转一个或多个所述支路的光的偏振，使得来自支路的组合调制光包括两个正交偏振的光。
23.根据权利要求20或21所述的WDM光发射器，其中，所述光输入中的每个具有各自的光偏振旋转器和光组合器，所述发射器还包括光波长多路复用器以多路复用来自所述光组合器的所述光输出。
24.根据权利要求22所述的WDM光发射器，其中，所述光输入具有共享光偏振旋转器，所述发射器还包括用于组合来自每个光输入的第一支路的第一光组合器和用于组合来自每个光输入的第二支路的第二光组合器，其中，所述第一光组合器和第二光组合器分别包括第一光波长多路复用器和第二光波长多路复用器；其中所述共享光偏振旋转器耦合到所述第一光波长多路复用器的输出；发射器还包括第三光组合器，所述第三光组合器组合所述第一光波长多路复用器的偏振旋转输出与所述第二光波长多路复用器的输出以提供组合波分多路复用输出。
25.根据权利要求20或21所述的WDM光发射器，其中，所述石墨烯电吸收调制器包括：与波导集成的一个或多个石墨烯层、连接到所述一个或多个石墨烯层中的一个的驱动电连接、以及反电极连接。
26.根据权利要求20或21所述的WDM光发射器，其中，所述WDM光信号是CWDM8或CWDM16光信号。
27.根据权利要求20或21所述的WDM光发射器，其中，所述光纤包括光子晶体光纤。
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