CN1180306C - 具有预定的频啁啾的光学调制器 - Google Patents

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Abstract

一种产生具有预定的频率线性调频的调制光学输出的光学调制器，包括：光学分光装置，该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂(36，38)传输；光学组合装置，该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光输出；与每个波导臂(36，38)相关的至少一个电极对(40/44，42/44)，所说的电极对电串联连接以响应施加到其中的单电信号(Vmod)反相调制所说的光信号的相位。该调制器的特征在于电容性元件(60)，它连接到一个臂(38)的电极对(42)以改变单电信号(Vmod)的分割，以使在一个臂(38)的电极对(42/44)上的电信号的幅值不同于在另一臂(36)的电极对(40/44)上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率线性调频。

Description

具有预定的频率啁啾的光学调制器
技术领域
本发明涉及一种具有预定的频率啁啾的光学调制器，更具体地说，涉及(但并不限于)在光学通信系统中使用的具有预定的频率啁啾(frequency chirp)的π电光Mach-Zehnder光学调制器或定向耦合器。
背景技术
正如大家所公知，色散是任何波导介质的基本特性，比如在光学通信系统中使用的光纤。色散使不同的波长以不同的速度传播，这时由于材料介质的特性和波导机理的缘故。
在通信系统中，最基本的是，对要通信的数字或模拟数据流的载波进行调制以将载波的频率分成一个或多个边带。因此在边带彼此相移时在较长的光纤中的色散使数据随着距离渐渐失真。色散具有加宽或扩展数据脉冲的作用，而这种作用限制了光纤通信系统的工作范围和/或工作数据率。
在光学通信中，大家公知的是使用如下的方法来调制光学载波：(i)直接调制光源，最典型的是半导体激光器，或者(ii)外部调制，在这种外部调制中光源连续运行，使用外部调制器调制它的光输出。在直接调制中调制激光器的驱动电流，由此改变产生所需光输出的强度调制以及相关的光学频率调制的有效区的折射率。相关的光学频率调制公知为啁啾。通过下式定量地计算啁啾参数α：
啁啾参数： α = 2 I [ ∂ φ ∂ t / ∂ I ∂ t ] 公式1
这里I是强度，
Figure C0181081500042
是光学相位φ的变化率，
Figure C0181081500043
是强度的变化率。由于色散的缘故激光啁啾进一步限制了在光学通信中的工作范围和/或数据率。由于半导体激光通常容易产生较强的啁啾，因此可取的是使用外部调制，特别是在长途高位速率强度调制的光纤通信中使用电光干涉调制器。外部调制器(特别是Mach-Zehnder调制器)的特别优势在于，(i)它们的啁啾较低，(ii)它们能够运行在较高的调制频率下(已经证实可以运行在超过100GHz下)，(iii)它们的光/电压特性很好，并且奇数阶对称，这种奇数阶对称消除了偶数阶谐波失真结果，以及(iv)由于它们的光源连续运行在较高的稳定的功率下，因此它的光输出较高，并且具有能够理想地适合于波分多路复用(WDM)系统的光谱纯度。
虽然光调制器能够以零啁啾调制光信号，因此能够使光纤的色散的影响最小化，但是工作范围和/或长途光纤通信的数据率仍然受色散的限制。为克服这种问题并得到最佳的系统性能，已经提出了使用调制器应用较小的容易控制的负啁啾来补偿纤维分散(A H Gnauk等人的“Didspersion penalty reduction using optical modulatiorswith adjustable chirp”IEEE Photon.Technol.Lett.vol 3(1991))。在提高光级并结合由于在调制器中的净折射率增加引起的光频下降(折射率越高，导致传播越慢，由此导致相位滞后增加和频率越低)或者相反时，实现了负啁啾。负啁啾参数的最佳值取决于光纤的类型和长，通常范围为α＝-0.5至-1.0。
产生负啁啾的方法取决于调制器的类型。调制器在广义上是那些在本质上为电吸收或电折射特性的器件。
电吸收器件利用半导体材料的带隙波长附近的材料的透明度的变化，并提供了具有非线性特性的简单的ON/OFF选通。由于在反向偏压节区中吸收光，因此它们易于在较高的光功率下造成电压雪崩而失控。存在与电吸收相关的电折射效应，这种效应导致了较高程度的啁啾。它们也是与波长高度相关。
电折射(通常称为电光)调制器使用作为一定的材料的特性的电场感应的折射率变化。它们通常基于干涉计并且能够利用单片平面光学波导技术来在长达几厘米的距离上将光限制到调制电场的附近，因此非常微弱的电光效应能够积累。在OFF状态下并不能吸收光，但是重新将它导向到不同的端口。包括定向耦合器的这种级别的调制器不仅用于调制，而且还能够在光学通信系统中用于切换和光学通信。
主要类型的光电光学调制器使用如在附图1中示意性地所示的Mach-Zehnder干涉计结构。Mach-Zehnder光学调制器包括分解施加到输入4中的光以使相等部分的光沿着两个波导臂6，8传播的分光器2和组合光以在两个输出12，14中的一个上产生输出的组合器10。由电光材料制成的每个臂6，8具有一个或多个调制电极以光沿着臂传输具有可选择的相移。
正如大家所公知，一旦在组合器10中进行组合，在臂6，8之间电感应的±90相对相移使光整个地切换到输出12，14中的一个或另一个输出中。光透射相对于调制电压Vmod的响应具有周期性的升余弦形式。
强度调制源于组合器10对在干涉仪的不同的臂6，8上的相位调制之间的不同的作用。在输出12，14上的任何净相位调制源自共有的并在两个输出中相同的相位调制。对于在接近线性(50∶50)工作点周围较小的范围通过下式确定Mach-Zehnder调制器的啁啾参数：
Mach-Zehnder啁啾： α MZ = V L 1 + V L 2 V L 1 - V L 2 式2
这里VL1是第一波导臂6的电压长度乘积，VL2是第二波导臂8的电压长度乘积。电压长度乘积包括符号。
从总的相位调制的有效源中，不同的和相同的相位调制分量相对比。因此，具有剩余相位调制(啁啾)的强度调制器在其它的方面比相应的零啁啾器件具有更低的效率。
如现在所描述，Mach-Zehnder调制器可以以不同的方式运行。在第一驱动方法(称为单边驱动)中，单个的RF调制驱动电压Vmod施加到仅仅一个臂的调制电极上。这就得到了±1的啁啾参数。可以认为RF驱动电压等效于±Vmod/2的微分电压，该电压叠加在Vmod/2的公共电平上并得到了非零的啁啾参数。强度调制与Vmod成比例，并且要求驱动调制器的RF功率与V2 mod成比例。
在第二驱动方法(称为双驱动推挽法)中，独立的、相等的且相反的RF驱动电压±Vmod/2分别施加到两个臂中。这种驱动方法产生了零啁啾和与Vmod成比例的强度调制。所要求的RF驱动功率与V2 mod/4+V2 mod/4成比例，即单边驱动的一半。
在第三驱动方法(称为串联推挽法)中，两个臂的驱动电极串联连接并以单RF驱动电压Vmod驱动。驱动电压的一半出现在每个臂上，并且它们反相作用以得到与上述两驱动方法相同强度的调制，但没有啁啾。RF功率要求与单边驱动的要求相同，但调制器具有该带宽的两倍，因为RF源的电容减半。
最后，在称为并行推挽法的第四驱动结构中，两个臂的驱动电极平行交接并由单RF源驱动电压Vmod/2驱动。在这种结构中，臂反相工作以得到与上述的驱动方法相同的强度但没有啁啾。对这种驱动的RF功率要求仅仅是对单边方法的功率要求的四分之一。然而，RF源的电容是单边驱动的电容的两倍，因此调制器具有该带宽的大约一半的带宽。
下文的表1总结了所描述的不同的驱动方法它们的啁啾参数、带宽和功率。在该表中所有的附图都归一化为单边驱动方法。在电光调制器设计中所要求的驱动电压和带宽相互作用，因为这两者与驱动电极的长度成反比。然而，根据带宽功率比(特征附图)，单位啁啾系数将总是2倍。
驱动方法 啁啾  功率  带宽BW  BW：功率
单边 ±1  1  1  1
双边驱动的推挽 0  1/2  1  2
串联推挽 0  1  2  2
并联推挽 0  1/4  1/2  2
表1：各种Mach-Zehnder调制器驱动方法的啁啾参数、功率、带宽和强度调制的“指标数字。”
在光学通信中使用的特别优选的调制器形式是以GaAs/AlGaAs制造的Mach-Zehnder调制器。由于制造的缘故，这种类型的调制器正好在波导之下具有以n-型掺杂的半导体材料形式的在两个波导臂之间的固有地内置的电背向连接，需要这种连接限制施加到波导区的电场。因此，GaAs/AlGaAs电光调制器的本身的驱动法是串联的推挽法，因此这种调制器设计不经修改不能产生啁啾。
上述类型的光学调制器的发展在高速光学通信方面特别有用，并且它是一种行波GaAs/AlGaAs电光调制器。正如大家公知，这种类型的调制器Mach-Zehnder调制器，在该Mach-Zehnder调制器中调制电极分为沿每个波导的臂的长度设置的多个电极段。应用共面传输线给该电极段施加电极所依赖的调制电压并在与光学波导相同的方向上以RF行波的形式传播。反过来该电极段提供给传输线提供了电容性负载，由此获得了慢波特性。通过适当地选择负载线路，行进的RF调制电压的相位速度和光波导的群速可以精确地匹配，以使调制在波导区的长度上单调地积累。这就导致了比应用标准的Mach-Zehnder调制器可能的程度高得多的光学调制。与标准的GaAs/AlGaAs电光调制器一样，这些器件在两个臂之间具有固有的背向连接，由此以串联的推挽方式驱动，并且不能产生啁啾。
虽然在理论上可以给两个臂施加不同的调制驱动电压以产生理想的啁啾，但是在实际应用中，特别在最高的位速率通信系统中，这样做不切实际也不理想。例如，不同的调制驱动电压要求两个完全匹配的RF源或者非常均衡的RF分光器，在每秒几十千兆比特的非常高的位速率下不切实际。此外，在非常高的频率行波结构中使用不同的驱动电压也不切实际，因为它要求双向传输驱动线，而这种传输驱动线要求调制器大得多以防止在线之间的驱动信号的耦合。这种耦合对调制器的频率响应的均匀性有损害。
还提出了相对于在铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的波导臂非对称地设置调制电极以使在臂之间的电光效率不平衡，由此产生固定量的啁啾(P Jiang和A O’Donnell“LiNbO3 Mach-Zehnder Modulatorswith fixed Negative Chirp”，IEEE Photonics Tech.Lett.，Vol.8(10)，1996)。正如大家所公知，在铌酸锂调制器中，它是放置在产生电光效应的非扩散波导附近的共面电极的边缘电场。产生啁啾的这种技术仅适合于调制器，在该调制器中调制电极并不固有地与光波导固定地对齐，并且因此不适合于GaAs调制器，在这种GaAs调制器中由于制造工艺的原因电极和波导固有地对齐。
发明内容
因此需要一种能够产生预定量的频率啁啾的光学调制器，可取的是该频率啁啾在零和±1之间，这种大小的频率啁啾部分地降低了对公知的装置的限制。本发明试图提供一种能够产生预定的频率啁啾的GaAs/AlGaAs Mach-Zehnder电光调制器。
根据本发明产生具有预定的频率啁啾的调制光学输出的光学调制器包括：光学分光装置，该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂传输；光学组合装置，该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光输出；与每个波导臂相关的至少一个电极对，所说的电极对电串联连接以响应施加到其中的单电信号反相调制所说的光信号的相位；其特征在于电容性元件，它连接到一个臂的电极对以改变单电信号的分割以使在一个臂的电极对上的电信号的幅值不同于在另一臂的电极对上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率啁啾。
提供电容性元件能够使本发明的光学调制器能够实现在0和±1之间的啁啾参数并能够以在单边和推挽驱动结构之间的中间方式驱动。
将会理解的是，提供产生预定的频率啁啾的电容性元件以用于具有两个或更多的波导的任何电光装置，响应电信号在这种波导中的一个波导的折射率相对于另一波导的折射率变化。在本发明作为调制器而不是开关装置运行时，本发明也能够应用于光学调制器的其它的形式，特别是应用于定向耦合器。
因此，根据本发明第二方面，产生具有预定的频率啁啾的调制光学输出的的光学调制器包括：彼此邻近地设置的由电光材料制成的以在波导之间允许光学耦合的两个光学波导，和与每个光学波导相关的至少一个电极对，所说的电极对电串联连接以响应施加到电极对的单电信号使在波导之间的反相耦合不同步；其特征在于电容性元件，该电容性元件连接到一个波导的电极对以改变单电信号的分割以使在一个波导的电极对上的电信号的幅值不同于在另一波导的电极对上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率啁啾。
有利的是，电容元件与所说的臂的电极对并联连接，并且单电信号施加到串联推挽结构的电极对中。可替换的是，电容元件与所说的臂的电极对串联连接，并且该电信号施加到并联推挽结构的电极对中。
本发明应用于集中和行波两种实施方式中。因此一个实施例包括沿每个波导臂设置的多个电极对；连接到一个臂的每个电极对的相应的电容元件和与每个臂相关的、与电极对电连接的传输线，其中设置电极对以使电信号的相位速度在它沿着传输线行进时与光学信号的光群速基本匹配。
在优选的实施方式中，光调制器以III-V半导体材料比如GaAs和AlGaAs制成。可替换的是，它可以以任何电光介质制造。
便利地，该电容元件或每个电容元件包括附加电极对，在用于导向在调制器中的光信号的材料层上提供该附加的电极对，其中所说的附加的电极对设置在所说的材料的区域上以使它基本不影响通过相关的波导臂的光信号的相位。
根据本发明的第三方面，产生具有预定的频率啁啾的调制光学输出的光学调制器包括：光学分光装置，该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂传输；光学组合装置，该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光学输出；多个电极对，这些电极对与每个波导臂相关并沿每个波导臂设置以响应施加到该电极对的单电信号相对于沿着另一个波导臂传输的光相位不同地调制在一个波导臂中传输的光信号的相位，以及与每个臂相关的、与这些电极对电连接的传输线；其中在每个波导臂上的相应的电极对电串联连接并连接到传输线以使电信号的相位速度在它沿着传输线行进时基本与光信号的光学群速匹配；其特征在于一个或多个所选择的电极对，它从与它的相关的波导移开以使该电极对或每个电极对基本不影响光信号的相位，以在调制的光学输出中产生预定的频率啁啾。
顺便指出，每个所选择的电极对中的一个电极相对于它的相关的波导横向地移开以使通过所说的波导的光信号的相位基本不受移开的电极的影响，但其中电极对的电特性与还没有移开的其它的那些电极对的电特性基本相同。
可取的是，光学调制器以III-V半导体材料比如GaAs和AlGaAs制成。可替换的是，它可以以任何电光介质制造。
附图说明
为更好地理解本发明，参考附图仅以举例的方式描述根据本发明的两个方面的三个光学调制器，在附图中：
附图1所示为公知的Mach-Zehnder光学调制器的平面示意图；
附图2示意性地示出了沿附图1的线“AA”的在GaAs/AlGaAs中所制造的Mach-Zehnder光学调制器的剖面端视图；
附图3所示为附图2的调制器驱动电路的附图；
附图4所示为附图3的驱动电路和调制器的交流等效电路；
附图5示意性示出了根据本发明的第一方面沿附图8的线“BB”的光学调制器的剖面端视图；
附图6所示为附图5的调制器的驱动电路图；
附图7所示为附图6的驱动电路和调制器的交流等效电路；
附图8示意性地示出了调制电极和电容元件电极的附图5的调制器的平面视图；
附图9所示为根据本发明的第一方面行波光学调制器的平面视图的示意性表示；
附图10所示为附图9的光学调制器的各种预定啁啾参数的光学调制深度相对于频率的曲线图；
附图11所示为根据本发明的第二方面行波光学调制器的平面视图的示意性表示；
附图12所示为包括驱动电路的附图11的光学调制器的剖面端视图；以及
附图13所示为附图12的驱动电路和调制器的交流等效电路。
具体实施方式
为有助于理解本发明的光学调制器，首先描述以GaAs/AlGaAs制造的公知的Mach-Zehnder光学调制器。在附图2中示出了沿附图1的“AA”剖的这种调制器的端视图。光学调制器20按顺序包括未掺杂的(半绝缘的)砷化镓(GaAs)衬底22、导电掺杂的n-型铝砷化镓(AlGaAs)层24、更深的未掺杂的砷化镓层26、更深的未掺杂的AlGaAs层28和金属导电层30。GaAs层26在AlGaAs层24和28之间提供了具有折射率的反差的光学波导介质，以及GaAs层26提供了垂直限制，由此将光限制在层26内传播。调制器的光学波导臂(4，6，参见附图1)限定在GaAs层26内，将GaAs层26有选择性地蚀刻在AlGaAs层28的两个台面(台阶区)32，34。台面32，34提供了将光限制在台面下的区域的平面内的有效的折射率反差。如在附图2中所示，光限制在两个平行通路中，即传输过如图所示的纸面并通过虚线36，38所示的波导臂。金属层30适当地图形化以覆盖台面32，34，并构成了每个波导臂的相应的调制电极40，42。电极40，42具有波导臂的长度。
由于希望使用串联推挽法驱动调制器，因此要求由导电n-型掺杂AlGaAs层24的区域44构成的背面电极自由浮动在RF调制电压的中点上，并且不被钉扎在地电位上。为确保这种情况，通过层24，26，28蚀刻两个沟槽46，48，并与波导臂的轴线平行。为确保背面电极44的良好的电绝缘，在半绝缘GaAs衬底22中蚀刻较小距离的蚀刻绝缘沟槽46，48。
通过在导电金属化层30中的多股薄膜金属结构40a，42a形成到调制器电极40，42的电连接，这种多股薄膜金属结构40a，42a在绝缘沟槽46，48上形成到相应的调制驱动电压线40b，42b的空气桥。如图2所示，左手边的调制驱动电压线40b包括RF调制驱动线，而右手边的调制驱动线42b包括调制驱动电压地。
参考附图3，所示为运行附图2的光学调制器的驱动电路。为使直流偏置电压能够施加到背面电极44上同时允许背面在RF调制频率上保持浮动，如图所示地连接直流耦合电容器Cd50、电感器Ld52和驱动电阻器Rd65。在实际中电容器50由肖特基接触金属化实现，而电感器Ld52和驱动电阻器Rd65实现为不包括调制电极的导进和导出的波导焊道的窄的沟隔离区。如附图3所示，将调制RF电压Vmod施加到串联的调制电极40，42，而同时在并联结构中施加偏置电压。这种驱动结构确保了在RF调制电压的整个周期中维持在该器件的耗散层上(即，在层24，26，28上)的反向偏置状态。
参考附图4，所示为用于调制器和附图3的驱动电路的交流等效电路。与半绝缘GaAs和AlGaAs层26，28连接的调制电极40，42和背面电极44在电路上等效于两个串联的电容器56，58，由此将这种驱动结构称为串联推挽结构。
参考附图5，所示为根据本发明的第一方面能够给它调制的光信号施加所选择量的频率啁啾的光学调制器。该结构在本质上与参考附图2已经描述的结构相同，但它进一步包括在AlGaAs层28内形成的附加台面结构60。结构60与每个台面32，34相同，但是在该结构之下的GaAs36的区域在光学上并不连接到波导臂，因此从不会传导光。结构60与调制电极42平行并与其长度相同。在该结构的顶部的金属化层62构成了第一电极，该第一电极结合在下面的背面电极44a构成了无源电容元件。电容元件在电上与由调制电极/背面电极所构成的电容器相同。这种电极62电连接到调制电极42。参考附图6，可以理解但是这种附加的电容元件60，62电等效于与右手侧的波导臂的电容并联的电容。正如上文所指出，在电极26之下的GaAs 26中没有传导光，因此在光学上调制器的对称性不受影响。由于电容元件对沿着波导臂传输的光信号没有直接影响，因此在下文中将其称为无源电容器元件。
正如从附图7中可以看出，附加的无源电容元件70与一个臂的调制电极并联，降低了该臂的电抗的影响。结果，在该调制器的这个臂上出现了调制电压的降低的部分，而在另一臂上出现了相应地增加的部分。
因此，降低了施加给沿着第一(在附图7中的右手)臂传输的光信号的电光相移，同时增加了沿着另一臂传输的光信号的电光相移。作为这种不平衡的差分相移的结果，在组合两个光信号时在该光信号输出上保持了预定量的相位调制。这变换为频率啁啾。由于电容性元件是无源的，因此啁啾的大小是固定的，并且取决于该元件的电容。
参考附图8，在该平面视图中示出了调制电极40，42和无源电容元件的电极62；将会理解的是每个电极的每单位电容取决于电极的宽度。通过电极62的宽度可以改变无源电容元件的电容。可选择的是，如附图8所示，可以使调制电极42和电极62的长度不相等以降低电容元件所要求的结构的尺寸。通过上文的等式2，通过下式可以得出附图8的所施加的调制器的啁啾参数：
| α | = 1 1 + 2 [ C C g - L 2 L 1 ] 等式3
这里L1是电极40，62的长度，L2是电极42的长度，C是调制电极40，42的每单位长度的电容，Cg是电极62的每单位长度的电容。从等式3中可以看出，在Cg＝0时没有啁啾产生，这与调制电极L1，L2的相对长度无关。这就因为光学调制器本身相对于电极的长度是自平衡：调制电极越短电容越小，因此，在没有Cg的情况下，采集更大比例的调制RF电压，由此精确地补偿了较短的长度。啁啾的符号取决于光/电压特性的范围，并且在两个互补输出中的一个输出为正，而另一个输出为负。通过无源元件的宽度基本可以选择啁啾的程度。实际上，附加的电容元件意味着，在单边和推挽结构之间的中间方式驱动调制器，并且仅要求单RF调制驱动电压。
参考附图9，所示为根据本发明的第一方面的行波光学调制器的平面视图。在本实施例中，将调制驱动电极40，42划分为沿着每个波导臂的长度设置的多个离散的段401-405，421-425。此外，提供所分段的无源电容元件621-625，并将其连接到一个臂的调制驱动电极421-425。这种结构同样得到了在波导臂上下降的不同大小的调制RF电压，由此在光学输出中产生了啁啾。
参考附图10，所示为光学调制深度(分贝(dB)左侧坐标)和微波有效指数(右侧坐标)相对于分别具有0，-0.33，-0.51和-0.68的预定的啁啾参数的行波调制器的频率的曲线。线80表示具有零啁啾的调制器的情况，即没有附加的无源电容元件。线82，84和86是用于分别具有-0.33，-0.51和-0.68的啁啾值的光学调制器。对于这些调制器中的每个调制器，无源电容元件的电极621-625具有相等的长度，并且通过改变电极的宽度W可以实现不同的啁啾参数。
本领域的普通的人员将会理解的是，在本发明的范围内可以对所描述的光学调制器进行修改。例如，虽然可取的是以GaAs/AlGaAs制造调制器，但是通过使用适当的制造技术还可以以其它的III-V半导体材料或其它的电光材料制造它。
此外，虽然本发明具体涉及电光光学调制器，但是将会理解的是可以将用于产生预定的频率啁啾的电容元件用于具有两个或多个波导的其它的电光器件中，在这些波导中一个波导的折射率响应电信号相对于另一个波导的折射率改变。例如，可以设想的是，在本发明作为调制器而不是开关器件运行时本发明可应用于电光定向耦合器。在这种器件中两个波导彼此靠近以在它们之间允许光耦合。在每个波导上提供电极，并使得，由于在波导之间的折射率的相对变化的缘故，通过给推挽结构的电极施加电信号从而使在两个波导之间的耦合不同步。这种不同步导致了沿着该波导或每个波导传输的光信号的调制。根据本发明，无源电容元件连接到一个波导的电极以改变电信号的分割，以使在一个波导上的电信号的幅值不同于在另一个波导的电极上的电信号的幅值，由此在该电信号中产生了预定的频率啁啾。
进一步应该理解的是，虽然在以串联的推挽结构驱动器件时电容元件描述为与一个波导的电极并联，但是在使用并联推挽驱动结构时它也可以与一个波导的电极串联。此外，也可以设计成使用可变电容元件，比如积分变容二级管或参量二极管，以使通过施加适当的直流偏压可以有选择性地调整频率啁啾。
参考附图11-13，这些附图所示为根据本发明的第三方面的进一步的行波光学调制器，在这种光学调制器中通过将单边与平衡的推挽元件结合可以以量化或数字的方式积累所需的频率啁啾。在附图11中，在每个波导臂4，6上示出了五个调制电极401-405，421-425。对于5个一组的首先的4个调制电极，接地侧的电极421-424移开以使它不再与它的相应的波导臂6相重叠。结果，以单边的方式驱动这些电极元件401-404，421-424，因此产生了±1的啁啾参数。在每个第五调制电极对405，425中，两个电极与它们相应的波导臂4，6重叠，因此以串联的推挽结构驱动这一组，由此产生零啁啾。通过选择应用±1啁啾的电极段与产生零啁啾的电极段的比例，可以实现所需的啁啾参数。这种结构的优点在于，保持了标准的推挽调制器设计的RF对称，因为调制电极仅仅移离了波导而不是已经增加的附加无源电容。移开的电极(在下文中称为虚电极)与重叠于波导的调制电极，在下文称为有效电极，具有相同的宽度，以避免在电极段的不同类型之下的材料的RF电压的任何冲突。
对于总共具有N个有效电极和虚电极的调制器，其中M个电极具有推挽结构，N-M个电极具有单边驱动结构，啁啾参数表示如下：
α = N - M N + M 等式4
因此，对于所示的实施例，其中N＝5，M＝1，获得了±0.6667的啁啾参数。这种结构的特定的优点在于，仅仅通过将接地侧电极移开波导已经产生了虚电极，电结构与标准的推挽结构仍然基本相同。由于虚电极通过将其降在非有效的虚的波导部分上而放弃了RF调制驱动电位的一半，因此运行调制器所需的驱动电压增加。然而，调制器在电上等效于标准的推挽结构，因此它保持了增强带宽的所有的优点。因此，与第一方面的发明一样，仅仅增加驱动电压而不是降低带宽就可实现有选择性地施加啁啾。

Claims (12)

1.一种产生具有预定的频率啁啾的调制光学输出的光学调制器，包括：光学分光装置(2)，该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂(4，6)传输；光学组合装置(8)，该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光输出；与每个波导臂相关的至少一个电极对(40，42/44)，所说的电极对电串联连接以响应施加到其中的单电信号(Vmod)反相调制所说的光信号的相位；其特征在于电容性元件(60，62)，它连接到一个臂(6)的电极对(42/44)以改变单电信号(Vmod)的分割，以使在一个臂(6)的电极对上的电信号的幅值不同于在另一臂(4)的电极对上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率啁啾。
2.一种产生具有预定的频率啁啾的调制光学输出的光学调制器，包括：彼此邻近地设置的由电光材料制成的以在波导之间允许光学耦合的两个光学波导，和与每个光学波导相关的至少一个电极对，所说的电极对电串联连接以响应施加到电极对的单电信号使在波导之间的反相的耦合不同步；其特征在于电容性元件，该电容性元件连接到一个臂的电极对以改变单电信号的分割，以使在一个臂的电极对上的电信号的幅值不同于在另一臂的电极对上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率啁啾。
3.根据权利要求1或权利要求2的光学调制器，其中电容性元件(60，62)与所说的臂(6)的电极对(42/44)并联连接，其中单电信号(Vmod)施加到串联的推挽结构的电极对。
4.根据权利要求1或权利要求2的光学调制器，其中电容性元件(60，62)与所说的臂的电极对(42/44)串联连接，且其中电信号(Vmod)施加到并联的推挽结构的电极对。
5.根据权利要求1或权利要求2的光学调制器，包括沿每个波导臂(4，6)设置的多个电极对(40，42/44)；连接到一个臂(6)的每个电极对(42/44)的相应的电容元件(60，62)和与每个臂(4，6)相关的传输线(40b，42b)，所述电极对(40，42，62)电连接到所述传输线(40b，42b)上，其中将电极对设置成使电信号的相速度在它沿着传输线行进时与光学信号的光群速基本匹配。
6.根据权利要求1或权利要求2的光学调制器，其中，所述光学调制器以III-V半导体材料制造。
7.根据权利要求6的光学调制器，其中，所述光学调制器以GaAs和AlGaAs制造。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的光学调制器，其中所述电容元件或每个电容元件包括附加电极对(62/44)，其被提供在调制器中用于导向光信号的材料层(26)上，其中所说的附加电极对设置在所说的材料的区域上以使它基本不影响通过相关的波导臂的光信号的相位。
9.一种产生具有预定的频率啁啾的调制光学输出的光学调制器，包括：光学分光装置，该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂传输；光学组合装置，该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光学输出；多个电极，这些电极与每个波导臂(4，6)相关并沿每个波导臂设置以响应施加到所述电极的单电信号相对于沿着另一个波导臂传输的光的相位不同地调制在一个波导臂中传输的光的相位；以及传输线(40b，42b)，其与每个臂相关，电连接到这些电极上；其中在每个波导臂上的相应的电极电串联连接并连接到传输线以使电信号的相速度在它沿着传输线行进时基本与光信号的光学群速匹配；其特征在于至少一个所选择的电极被从它的相关的波导移开以使该电极或每个电极基本不影响光信号的相位，以在调制的光学输出中获得预定的频率啁啾。
10.根据权利要求9所述的光学调制器，其中所述或每个被移开的电对相对于它的相关的波导横向地移开以使通过所说的波导的光信号的相位基本不受所述移开的电极的影响，但其中所述电极的电特性与没有移开的其它电极的电特性基本相同。
11.根据权利要求9或权利要求10的光学调制器，其中，所述光学调制器以III-V半导体材料制造。
12.根据权利要求11的光学调制器，其中，所述光学调制器以GaAs和AlGaAs制造。
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