CN1249487C - 并列结构的归零码双级电光外调制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并列结构的归零码双级电光外调制器，涉及一种光调制器及其装置。本发明主要由芯片1、光反射器4、输入/输出光纤阵列5、光纤9组成；芯片1包括两个M-Z型干涉仪结构调制器，为平行并列结构；其中NRZ型数据信号调制器2接NRZ型数据信号6，时钟信号调制器3接时钟信号7；芯片1的右端是一个微光学结构的光反射器4；芯片1的左端，是输入/输出光纤阵列5，其中的V型槽固定有双光纤9。本发明将双级M-Z型铌酸锂外调制器的芯片长度减小了近一倍，能降低工艺难度，提高成品率，也减小了器件封装后的体积；另外，由于芯片长度减小也降低了工艺设备标准和原材料的成本，从而可显著降低铌酸锂外调制器成本。

Description

并列结构的归零码双级电光外调制器

技术领域

本发明涉及一种光调制器，具体地说，涉及一种并列结构的归零码双级电光外调制器。

背景技术

随着传输速率的增加，用于长距离和超长距离光通信系统的光调制器的研究和开发取得较大的进步。连续波光源(CW)的外调制具有低的啁啾，尤其在长距离光通信系统中，大多采用马赫-甄德(M-Z)型的电光外调制器。在光传输系统中有一种非归零码(NRZ)型数字信号格式，在NRZ中，如果下一个比特与前一比特值相同，在下一时隙光功率保持与前一时隙一致；另外还有一种归零码(RZ)型信号格式，在RZ码中，比特“0”对应低功率水平，比特“1”对应脉冲，但即使比特“1”后一个比特也是“1”，光脉冲会在前一比特时隙结束前恢复到低功率水平。在高比特率情况下，RZ格式的光信号比NRZ格式更稳定，具有更高的非线性容限，因此，更适合于高速长距离和超长距离光通信系统。

经过二十几年尤其是九十年代后期的高速发展，光通信类的光电子器件技术的确取得了很大的进步，然而，困扰光电子器件领域一个根本性问题是成本或经济性问题。权威分析指出：从工程和技术的角度，各种调制器无论半导体材料的EA(电吸收)型，还是电光M-Z型的都发展很快，但是如果不能做到低价格，以及能满足各种不同用户特定要求的合适的封装结构，这些先进器件技术的应用无疑将被成本和封装的因素所限制。

近年发展起来的双级M-Z结构的铌酸锂外调制器是一种专门针对RZ格式信号发射机的集成化结构，即一种“直线结构的RZ码双级M-Z调制器”，如图1所示。由于采用了双级结构，在调制方式上更加灵活，在许多长途干线系统上已有成功的应用。但这种器件结构有一个缺点，即由于成品率低导致器件成本较高，价格一直居高不下，因而使得在许多场合，这种铌酸锂外调制器与基于半导体EA的调制器在性价比竞争上缺乏优势，限制了它的应用。

在钛扩散铌酸锂波导M-Z干涉仪结构中，两平行臂为两个电光相位调制器，器件设计的目标是尽可能有效利用铌酸锂最大的电光系数r₃₃，从而能实现尽可能低的驱动电压。因此在X切和Z切两种切向情况下，光波导须位于电极之间(X切)或电极之下(Z切)，此外，电极间距(X切)或宽度(Z切)也非常小。对于一个电极间距G，长度L的器件，电压V导致的电光相位移表示为：

ΔΦ＝-k_oL(n³r₃₃/22)(V/G)Γ

其中Γ为交叠因子，由电场与光模场的交叠状况决定。由于电极和光波导狭长，套刻工艺制作误差将导致电极沿光波导路迳分布结构改变，交叠因子Γ劣化，使器件性能下降甚至成为废品。

发明内容

本发明的目的是克服现有“直线结构的RZ码双级M-Z调制器”存在着的工艺实现难度大、成品率低、原材料昂贵的问题，提出一种性能价格比高的并列结构的归零码双级电光外调制器。

本发明的目的是这样实现的：将两级M-Z结构调制器平行并列布置。

1、在铌酸锂晶体(X切或Z切)上通过钛扩散得到两个并列的光波导M-Z干涉仪结构，制备电极以后，形成两个M-Z结构调制器，分别用于NRZ数据信号调制和时钟信号调制。

2、在并列M-Z结构调制器的芯片的一端，采用微光学部件或V型槽固定的双保偏光纤串联连接两并列M-Z结构调制器，分别注入数据和时钟信号实现RZ码型调制。

3、芯片的另一端，采用V型槽固定的双光纤(其中至少一根保偏光纤)完成光信号输入/输出。

4、注入的NRZ型数据信号和时钟信号采取双端面连接以降低对芯片长度的要求。

具体地说，如图2所示，本发明主要由芯片1、光反射器4、输入/输出光纤阵列5组成；芯片1包括NRZ型数据信号调制器2和时钟信号调制器3；NRZ型数据信号调制器2和时钟信号调制器3为平行并列结构：NRZ型数据信号调制器2接NRZ型数据信号6，时钟信号调制器3接时钟信号7；芯片1的右端是一个微光学保偏的光反射器4；芯片1的左端，是输入/输出光纤阵列5，其V型槽固定有输入/输出光纤9。

本发明具有以下优点和积极效果：

①使RZ码型铌酸锂外调制器芯片长度缩短近一倍，降低了超长结构器件精确套刻等一系列工艺制作的难度，能显著提高成品率；

②由于器件长度缩短，可采用更小尺寸的工艺设备和衬底材料，因而也大大降低了设备投入费和关键原材料费，因而能显著降低成本。

③输入/输出尾纤都安排在器件的一端，将有利于节省器件系统盘上所占据的实际尺寸。

附图说明

图1-现有的直线结构的RZ码双级M-Z调制器结构示意图；

图2-本发明结构示意图；

图3-光反射器结构图1；

图4-光反射器结构图2；

图5-双光纤输入/输出结构图；

图6a-电信号注入方式图1；

图6b-电信号注入方式图2；

图6c-电信号注入方式图3；

图7a-器件封装结构图1；

图7b-器件封装结构图2。

其中：

1-芯片；

2-NRZ型数据信号调制器；

3-时钟信号调制器；

4-光反射器，

4.1-自聚焦透镜，

4.2-保偏反射膜，

4.3-直角棱镜，

5-输入/输出光纤阵列；

6-NRZ型数据信号；

7-时钟信号；

7.1-正相时钟信号；

7.2-反相时钟信号；

8-光波导；

9-双光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明。

如图2所示，在芯片1(Z-切或X-切铌酸锂)中，将用于RZ码调制的两个Ti:LiNbO3M-Z结构调制器，一个用于数据信号调制的NRZ型数据信号调制器2，一个用于时钟信号调制的时钟信号调制器3，并列平行布置在芯片1上.采用标准的钛扩散铌酸锂光波导工艺制备光波导M-Z干涉仪结构，然后制备射频和直流电极。

实现这一结构的一个关键器件是微光学保偏的光反射器4，它可以有以下两种结构：

第一种结构如图3所示，光反射器4由一个尾端镀有保偏高反射膜4.2的自聚焦透镜4.1构成。此类结构在保偏型薄膜密集波分复用(DWDM)滤波器中已有商业应用，是一种成熟的技术；其光纤-器件-光纤的插入损耗小于0.3dB。在对接Ti:LiNbO3光波导的情况下，由于光反射器4的引入，相对于集成串联结构有一定的额外损耗，但因为输入与输出光波导传导模是一致的，模场匹配损耗很小，插入损耗仅仅来自于介质折射率的差异，因而其额外损耗优于波导-光纤-波导的双调制器串联结构。

第二种结构如图4所示，反射器4由一个自聚焦透镜系统和其尾端的直角棱镜4.3组成，自聚焦透镜系统由两个平行的自聚焦透镜(4.1)构成；这一结构的优点是可适合于光波导间距更大的情况，因而能适应更复杂的器件结构。

采用双V型槽固定的双光纤9在芯片的另一端实现光纤一波导耦合及固定，光纤中至少有一根为保偏纤，如图5所示；也可两者均为保偏纤，使器件的使用更加灵活，这样既可以将时钟调制器前置，也可后置，以适应不同用户的要求。

由于双干涉仪结构在芯片上的并列集成，须考虑电信号注入的特殊性。对于两个M-Z结构调制器均为单驱动的情况，NRZ型数据信号6和时钟信号7能方便地从两侧注入，如图6a所示。对于至少有一个双驱动M-Z结构调制器的情况，有两种方法实现电信号两侧注入，分别如图6b和图6c。其中第一种方式需要的芯片略长；而第二种方式须在封装盒内完成信号相位补偿，对于单个调制器来说，这是一种单边差分注入的形式，因此也简化了驱动器与双驱动调制器连接时的相位补偿。

器件的外封装形式为一种单端结构，即输入/输出光纤阵列5在封装盒的同一端，如图7a和7b所示，使并列平行M-Z结构使芯片尺寸减小近一倍，整体器件的尺寸大为缩小。

Claims (2)

1、一种并列结构的归零码双级电光外调制器，其特征在于：

主要由芯片(1)、光反射器(4)、输入/输出光纤阵列(5)、双光纤(9)组成；芯片(1)包括非归零码型数据信号调制器(2)和时钟信号调制器(3)；非归零码型数据信号调制器(2)和时钟信号调制器(3)为平行并列结构；其中非归零码型数据信号调制器(2)接非归零码型数据信号(6)，时钟信号调制器(3)接时钟信号(7)；芯片(1)的右端是一个微光学结构的光反射器(4)；芯片(1)的左端，是输入/输出光纤阵列(5)，其V型槽固定有双光纤(9)；

所述的光反射器(4)或由一个尾端镀有保偏反射膜(4.2)的自聚焦透镜(4.1)构成，或由一个自聚焦透镜系统和其尾端的直角棱镜(4.3)组成，自聚焦透镜系统由两个平行的自聚焦透镜(4.1)构成；

所述的双光纤(9)或一根为保偏纤，或两根均为保偏纤。

2、按权利要求1所述的一种并列结构的归零码双级电光外调制器，其特征在于：

外封装为一种单端结构，即输入/输出光纤阵列(5)在封装盒的同一端。

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