DE102011088358A1

DE102011088358A1 - Optischer Modulator

Info

Publication number: DE102011088358A1
Application number: DE102011088358A
Authority: DE
Inventors: Ho-Chul Ji; Dong Jae Shin; Kwang Hyun Lee; Jung Hyung Pyo; Kyoung Ho Ha
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: DE102011088358B4; KR101845514B1; CN102546027A; CN107229097A; US20120155888A1; US8818203B2; KR20120089895A; CN107229097B; JP2012133363A

Abstract

2.1. Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Modulator mit einer Lichteingabe- und einer Lichtausgabeeinheit (310, 320) und einem Phasenschieber (130). 2.2. In einem Aspekt der Erfindung empfängt die Lichteingabeeinheit ein einfallendes optisches Signal, das nicht moduliert wurde, spaltet das einfallende optische Signal in zwei optische Signale auf, die zu einem ersten beziehungsweise einem zweiten optischen Wellenleiterpfad übertragen werden. Der Phasenschieber ist in wenigstens einem dieser Pfade positioniert und moduliert eine Phase von wenigstens einem des ersten und des zweiten optischen Signals in Reaktion auf ein elektrisches Signal. Die Lichtausgabeeinheit kombiniert Signale, die durch den ersten und zweiten Pfad empfangen werden, um ein entsprechendes optisches Ausgangssignal zu erzeugen. Wenigstens eine der Lichteingabe- und Lichtausgabeeinheiten beinhaltet einen vertikalen Gitterkoppler. 2.3. Verwendung z. B. in Datenverarbeitungssystemen, die optische Signaldatenkommunikation benutzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Modulator mit einer Lichteingangs- und Lichtausgangseinheit und einem Phasenschieber.
Es ist allgemein bekannt, dass optische Modulatoren vom Ringtyp dazu verwendet werden können, die Abmessung eines optischen Modulators zu reduzieren. Die Stabilität von optischen Modulatoren vom Ringtyp kann jedoch durch Temperatur nachteilig beeinflusst werden. Optische Mach-Zehnder-Modulatoren können stabiler als optische Ringtyp-Modulatoren sein. Da jedoch der optische Mach-Zehnder-Modulator an beiden Enden einen relativ großen Y-Splitter beinhaltet, sind optische Mach-Zehnder-Modulatoren typischerweise relativ groß.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines optischen Modulators zugrunde, der einen vergleichsweise stabilen Betrieb erlaubt und im Vergleich zu optischen Mach-Zehnder-Modulatoren mit reduzierter Abmessung gebaut werden kann.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines optischen Modulators mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 3 oder 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der optische Modulator gemäß der Erfindung kann mit einer reduzierten Abmessung bereitgestellt werden, während er einen durch Temperatur nicht nachteilig beeinflussten, stabilen Betrieb erlaubt. Die Erfindung stellt außerdem einen optischen Transmitter bereit, der einen derartigen optischen Modulator beinhaltet.
Die Erfindung stellt außerdem einen optischen Modulator mit einem vertikalen Gitterkoppler bereit, der so konfiguriert ist, dass er ein einfallendes optisches Signal empfängt, das nicht moduliert wurde, das einfallende optische Signal in ein erstes optisches Signal und ein zweites optisches Signal aufspaltet und das erste und das zweite optische Signal zu einem ersten Pfad beziehungsweise einem zweiten Pfad eines optischen Wellenleiters überträgt. Ein Phasenschieber ist so konfiguriert, dass er in wenigstens einem des ersten und des zweiten Pfads positioniert ist und eine Phase von wenigstens einem des ersten und des zweiten optischen Signals, die über den ersten beziehungsweise zweiten Pfad empfangen wurden, in Reaktion auf ein elektrisches Signal moduliert. Ein erster Reflexionsgitterkoppler ist so konfiguriert, dass er ein über den ersten Pfad empfangenes Signal empfängt und das Signal zu dem ersten Pfad zurück reflektiert. Ein zweiter Reflexionsgitterkoppler ist so konfiguriert, dass er ein über den zweiten Pfad empfangenes Signal empfängt und das Signal zu dem zweiten Pfad zurück reflektiert.
Die Erfindung stellt des Weiteren einen optischen Modulator mit einem vertikalen Gitterkoppler bereit, der so konfiguriert ist, dass er ein optisches Signal in einer Richtung vertikal zu einer Ebene empfängt, entlang der das optische Signal an einen optischen Wellenleiter abgegeben wird, um ein erstes polarisiertes Licht des optischen Signals in einen ersten und einen dritten Pfad unter ersten bis vierten Pfaden in dem optischen Wellenleiter aufzuspalten und um ein zweites polarisiertes Licht des optischen Signals in den zweiten und den vierten Pfad aufzuspalten. Ein erster Phasenschieber ist so konfiguriert, dass er in dem ersten Pfad positioniert ist und eine Phase eines durch den ersten Pfad empfangenen optischen Signals moduliert. Ein zweiter Phasenschieber ist so konfiguriert, dass er in dem zweiten Pfad positioniert ist und eine Phase eines durch den zweiten Pfad empfangenen optischen Signals moduliert. Erste bis vierte Reflexionsgitterkoppler sind so konfiguriert, dass sie optische Signale, die über die ersten bis vierten Pfade empfangen werden, zurück zu dem jeweiligen des ersten bis vierten Pfades reflektieren.
Die Erfindung stellt des Weiteren einen optischen Modulator mit einem vertikalen Gitterkoppler bereit, der so konfiguriert ist, dass er ein optisches Signal in einer Richtung vertikal zu einer Ebene empfängt, entlang der das optische Signal an einen optischen Wellenleiter abgegeben wird. Der vertikale Gitterkoppler spaltet ein erstes polarisiertes Licht des optischen Signals in einen ersten und dritten Pfad unter ersten bis vierten Pfaden in dem optischen Wellenleiter auf und spaltet ein zweites polarisiertes Licht des optischen Signals in den zweiten und vierten Pfad auf. Ein erster Phasenschieber ist so konfiguriert, dass er in dem ersten Pfad positioniert ist und eine Phase eines über den ersten Pfad empfangenen optischen Signals moduliert. Ein zweiter Phasenschieber ist so konfiguriert, dass er in dem zweiten Pfad positioniert ist und eine Phase eines über den zweiten Pfad empfangenen optischen Signals moduliert. Ein erster Reflexionsgitterkoppler ist so konfiguriert, dass er optische Signale, die über den ersten und dritten Pfad empfangen werden, zu dem ersten beziehungsweise dritten Pfad zurück reflektiert. Ein zweiter Reflexionsgitterkoppler ist so konfiguriert, dass er optische Signale, die über den zweiten und vierten Pfad empfangen werden, zu dem zweiten beziehungsweise vierten Pfad zurück reflektiert.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines optischen Transmitters ist,
2 ein Blockdiagramm eines optischen Modulators ist, der in dem optischen Transmitter von 1 verwendet werden kann,
3A und 3C schematische Ansichten sind, die ein erstes optisches Interface zwischen einer optischen Faser und einem optischen Wellenleiter erläutern,
3B und 3D schematische Ansichten sind, die ein zweites optisches Interface zwischen der optischen Faser und dem optischen Wellenleiter erläutern,
4A eine Darstellung eines weiteren optischen Modulators ist,
4B bis 4F Darstellungen von Modifikationen des in 4A dargestellten optischen Modulators sind,
5A eine Darstellung eines weiteren optischen Modulators ist,
5B bis 5F Darstellungen von Modifikationen des in 5A dargestellten optischen Modulators sind,
6A eine Darstellung eines weiteren optischen Modulators ist,
6B bis 6D Darstellungen von Modifikationen des in 6A dargestellten optischen Modulators sind,
7A ein Blockdiagramm eines Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
7B ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
8 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
9 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
10 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
11 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems Ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
12 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
13 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
14 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet,
15 ein Blockdiagramm eines weiteren Datenverarbeitungssystems ist, das einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhaltet, und
16 bis 19 Blockdiagramme weiterer Datenverarbeitungssysteme sind, die einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren beinhalten.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen exemplarische Ausführungsformen der Erfindung vollständiger beschrieben. In den Zeichnungen können die Abmessung und relative Abmessungen von Schichten und Bereichen zwecks Klarheit übertrieben dargestellt sein. Gleiche Bezugszeichen können sich überall auf gleiche Elemente beziehen. Es versteht sich, dass wenn ein Element als ”verbunden” oder ”gekoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, dieses direkt verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element sein kann oder zwischenliegende Elemente vorhanden sein können.
1 stellt einen optischen Transmitter 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung dar, der eine Lichtquelle 10, die zum Beispiel ein kontinuierlicher Wellen(CW)-Laser sein kann, einen Treiber 20 für einen optischen Modulator, einen Vorkodierer 30 und einen optischen Modulator 200 beinhaltet.
Der Vorkodierer 30 kodiert ein elektrisches Non-Return-To-Zero(NRZ)-Signal vor und gibt ein vorkodiertes Signal an den Treiber 20 des optischen Modulators ab. Der Treiber 20 des optischen Modulators verstärkt das vorkodierte Signal und gibt ein verstärktes Signal an den optischen Modulator 200 ab. Das elektrische NRZ-Signal kann ein binäres Datensignal sein. Der Vorkodierer 30 kann unter Verwendung von zum Beispiel einem 1-Bit-Verzögerungselement und einem Exklusiv-ODER-Element gebildet sein.
Der optische Modulator 200 moduliert die Intensität und die Phase von Licht, das von der Lichtquelle 10 empfangen wird, gemäß dem verstärkten Signal, z. B. dem elektrischen Signal. Dann kann eine Vorspannungsposition des optischen Modulators 200 entsprechend einem Minimumwert in einer Transfercharakteristikfunktion des optischen Modulators 200 auf einen Nullpunkt gesetzt werden.
Der optische Modulator 200 kann außerdem ein moduliertes optisches Signal in ein erstes und ein zweites optisches Signal aufspalten, das erste optische Signal zum Beispiel um etwa 0,5 Bit (z. B. 180 Grad) verzögern und ein optisches Signal abgeben, das durch Kombinieren des ersten verzögerten optischen Signals und des zweiten optischen Signals derart erhalten wird, dass sie destruktiv interferieren. Alternativ kann der optische Modulator 200 ein optisches Signal abgeben, das durch Kombinieren des ersten optischen Signals und des zweiten optischen Signals derart erhalten wird, dass sie konstruktiv interferieren. Beispiele für geeignete optische Modulatoren 200 gemäß der Erfindung sind nachstehend detailliert beschrieben.
2 stellt eine Ansicht eines optischen Modulators 100 dar, der einen Eingangsanschluss 110, einen ersten Y-Splitter 120, einen Phasenschieber 130, einen zweiten Y-Splitter 140 und einen Ausgangsanschluss 150 beinhaltet. Der Eingangsanschluss 110 ist mit einer optischen Faser verbunden, um zu ermöglichen, dass Licht in den optischen Modulator 100 eintritt. Der Ausgangsanschluss 150 ist ebenfalls mit einer optischen Faser verbunden, um zu ermöglichen, dass moduliertes Licht aus dem optischen Modulator 100 austritt.
Der erste Y-Splitter 120 ist ein passives Element, der über den Eingangsanschluss 110 zugeführtes Licht aufspaltet. Zum Beispiel kann der erste Y-Splitter 120 ein über den Eingangsanschluss 110 zugeführtes optisches Signal mit einem Verhältnis von 1:1 aufspalten. Der Aufspaltungswinkel des ersten Y-Splitters 120 kann zufällig sein.
Der Phasenschieber 130 kann die Phase eines Signals unter Verwendung eines elektrischen Signals, das über den Treiber 20 des optischen Modulators eingegeben wird, in ein oder zwei Zweigen schieben, in die das optische Signal mittels des ersten Y-Splitters 120 aufgespalten wird.
Der zweite Y-Splitter 140 ist ein passives Element, der ein von dem Phasenschieber 130 übertragenes optisches Signal mit einem vom ersten Y-Splitter 120 übertragenen optischen Signal kombiniert oder überlagert. Die optischen Signale können durch das Überlagern destruktiv oder konstruktiv interferieren. Der Aufspaltungswinkel des zweiten Y-Splitters 140 kann zufällig sein.
Da der erste Y-Splitter 120 und der zweite Y-Splitter 140 passive Elemente sind, kann es schwierig sein, die Abmessung des optischen Modulators 100 zu reduzieren.
Die 3A und 3C sind Darstellungen, die ein erstes optisches Interface zwischen einer optischen Faser 210 und einem optischen Wellenleiter 240 gemäß der Erfindung erläutern. Bezugnehmend auf die 3A und 3C beinhaltet der optische Wellenleiter 240 eine Oxidschicht 220 und eine Siliciumschicht 230. Die Siliciumschicht 230 weist einen lichtempfangenden Bereich 250 auf. Der lichtempfangende Bereich 250 empfängt Licht durch eine optische Faser 210. Der lichtempfangende Bereich 250 kann in einer Rippenstruktur geformt sein. Das einfallende Licht wird mittels Einstellen der Lücke zwischen den Rippen der lichtempfangenden Struktur 250 und der Tiefe derselben auf die Siliciumschicht 230 gerichtet. Das auf die Siliciumschicht 230 einfallende Licht pflanzt sich mit Totalreflexion fort, da die Siliciumschicht 230 einen höheren Brechungsindex als die Oxidschicht 220 aufweist. Die Siliciumschicht 230 entspricht einer Kernschicht, und die Oxidschicht 220 entspricht einer Hüllschicht. Wenngleich in 3A nicht gezeigt, kann die Oberseite der Siliciumschicht 230 mit einer Hüllschicht (z. B. einer Oxidschicht) bedeckt sein.
Bezugnehmend auf 3A positioniert das erste Licht-Interface die optische Faser 210 unter einem Winkel Θ bezüglich einer vertikalen Richtung des optischen Wellenleiters 240. Die Richtung, unter der die optische Faser 210 den optischen Wellenleiter 240 trifft, kann eine Richtung festlegen, in der ein optisches Signal übertragen wird, und kann eine Richtung festlegen, in der sich das optische Signal in dem optischen Wellenleiter 240 fortpflanzt. Wenn zum Beispiel der Winkel Θ so gegeben ist, dass einfallendes Licht P_{CW_in} in einer ersten Richtung D1 in den optischen Wellenleiter 240 eingegeben wird, pflanzt sich das Licht P_{CW_in} in einer zweiten Richtung D2 in dem optischen Wellenleiter 240 fort. Der Winkel Θ kann innerhalb des Bereichs von 8 Grad bis 10 Grad liegen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Wenn das erste Licht-Interface verwendet wird, pflanzt sich ein einfallendes Lichtsignal, wie vorstehend beschrieben, in eine einzige Richtung fort, und daher kann auch ein optischer Wellenleiter 280a, wie in 3C dargestellt, in einer einzigen Richtung ausgebildet sein. Zwischen dem lichtempfangenden Bereich 250 und dem optischen Wellenleiter 280a kann eine Verjüngung 270a bereitgestellt sein, um diese zu verbinden. Das erste Licht-Interface mit der in den 3A und 3C dargestellten Struktur wird als ein schräger Gitterkoppler bezeichnet.
Die 3B und 3D sind Darstellungen, die ein zweites optisches Interface zwischen der optischen Faser 210 und dem optischen Wellenleiter 240 gemäß der Erfindung erläutern. Der optische Wellenleiter 240 beinhaltet die Oxidschicht 220 und die Siliciumschicht 230. Die Siliciumschicht 230 beinhaltet den lichtempfangenden Bereich 250, in den Licht durch die optische Faser 210 eingegeben wird. Der lichtempfangende Bereich 250 ist in einer Rippenstruktur geformt. Das einfallende Licht wird mittels Einstellen der Lücke zwischen den Rippen und der Tiefe der Rippen in die Siliciumschicht 230 eingegeben. Das in die Siliciumschicht 230 eingegebene Licht pflanzt sich mit Totalreflexion fort, da die Siliciumschicht 230 einen höheren Brechungsindex als die Oxidschicht 220 aufweist. Wenngleich in 3B nicht gezeigt, kann die Oberseite der Siliciumschicht 230 mit einer Hüllschicht (z. B. einer Oxidschicht) bedeckt sein.
Bezugnehmend auf 3B positioniert das zweite Licht-Interface die optische Faser 210 so, dass sie vertikal zu dem optischen Wellenleiter 240 ist, um eine Richtung festzulegen, in der sich ein optisches Signal in dem optischen Wellenleiter 240 fortpflanzt. Wenn zum Beispiel die optische Faser 210 so positioniert ist, dass sie vertikal zu dem optischen Wellenleiter 240 liegt, so dass einfallendes Licht P_{CW_in} in einer dritten Richtung D3 in den optischen Wellenleiter 240 eingegeben wird, pflanzt sich das Licht P_{CW_in} in einer vierten und fünften Richtung D4 und D5 in dem optischen Wellenleiter 240 fort. Das Licht P_{CW_in} kann in zwei Richtungen D4 und D5 mit äquivalenten Proportionen aufgespalten werden, z. B. einem Verhältnis von 1:1 (wobei sich 50% des Lichts in der D4-Richtung fortpflanzen und sich 50% des Lichts in der D5-Richtung fortpflanzen), die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Verhältnis von Licht, das sich in der vierten Richtung D4 fortpflanzt, zu Licht, das sich in der fünften Richtung fortpflanzt, absichtlich so ausgewählt oder unabsichtlich so ausgewählt (zum Beispiel aufgrund von Variablen oder Fehlern in Auslegungs- und Herstellungsstufen) sein, dass es von 1:1 verschieden ist.
Da sich ein einfallendes Lichtsignal in dualen Richtungen fortpflanzt, wenn, wie vorstehend beschrieben, das zweite Licht-Interface verwendet wird, wie in 3D dargestellt, können optische Wellenleiter 280a und 280b ebenfalls in dualen Richtungen ausgebildet sein. Zwischen dem lichtempfangenden Bereich 250 und dem optischen Wellenleiter 280 kann eine Verjüngung 270a bereitgestellt sein, um diese zu verbinden, und zwischen dem lichtempfangenden Bereich 250 und dem optischen Wellenleiter 280b kann eine Verjüngung 270b bereitgestellt sein, um diese zu verbinden. Das zweite Licht-Interface mit der in den 3B und 3D dargestellten Struktur wird als ein vertikaler Gitterkoppler bezeichnet.
Die optische Faser 210 ist in den 3A bis 3D als Mittel zum Eingeben von Licht in den optischen Wellenleiter 240 dargestellt, die Erfindung ist jedoch nicht auf die in den 3A bis 3D dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die Mittel zum Eingeben von Licht in den optischen Wellenleiter 240 können durch einen Wellenleiter oder ein anderes Element ausgeführt sein, das auf dem Fachgebiet bekannt ist.
Die in den 3A bis 3D dargestellten optischen Interfaces können nicht nur dazu verwendet werden, Licht in den optischen Wellenleiter 240 einzugeben, sondern auch dazu, Licht aus dem optischen Wellenleiter 240 auszugeben. Die in den 3A bis 3D dargestellten optischen Interfaces können nicht nur als Lichteingabeeinheit zum Eingeben von optischen Signalen in optische Modulatoren gemäß der Erfindung, sondern auch als Lichtausgabeeinheiten zum Ausgeben von optischen Signalen aus optischen Modulatoren verwendet werden.
4A stellt einen optischen Modulator 200 gemäß der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 4A beinhaltet der optische Modulator 200 einen ersten vertikalen Gitterkoppler 310, den Phasenschieber 130 und einen zweiten vertikalen Gitterkoppler 320.
Der erste und der zweite vertikale Gitterkoppler 310 und 320 können in der Form des in 3B dargestellten zweiten Licht-Interfaces ausgeführt sein. Der erste vertikale Gitterkoppler 310 kann ein optisches Signal P_{CW_in} aus einer Lichtquelle in einer vertikalen Richtung bezüglich einer Ebene empfangen, entlang der das optische Signal P_{CW_in} an einen optischen Wellenleiter abgegeben wird (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters), und das optische Signal P_{CW_in} mit einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. einem Verhältnis von etwa 1:1 oder anderen Verhältnissen) in zwei Richtungen P_#1 und P_#2 aufspalten. Außerdem kann das optische Signal P_{CW_in} mit einem Verhältnis von 1:1 in die zwei Richtungen P_#1 und P_#2 aufgespalten werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt, und ein Verhältnis, in dem das optische Signal P_{CW_in} in die zwei Richtungen P_#1 und P_#2 aufgespalten wird, kann absichtlich anders festgelegt werden. Ein zusätzliches Element kann bereitgestellt sein, um das Verhaltnis auf einen speziellen Wert zu setzen. Außerdem kann das Verhältnis, in dem Licht in die zwei Richtungen aufgespalten wird, unabsichtlich von verschiedenen Variablen und Fehlern beeinflusst werden, die während einer aktuellen Ausführung auftreten können.
Der Phasenschieber 130 moduliert die Phase eines Signals (im Folgenden als ein erstes optisches Signal bezeichnet), das von dem ersten vertikalen Gitterkoppler 310 entlang einer der zwei Richtungen P_#1 und P_#2 übertragen wird, gemäß einem elektrischen Signal und gibt ein phasenmoduliertes Signal ab.
Zum Beispiel schiebt der Phasenschieber 130 die Phase des ersten optischen Signals, das sich in der ersten Richtung P_#1 fortpflanzt, in Reaktion auf ein von einem Treiber des optischen Modulators empfangenes elektrisches Signal und gibt ein phasenmoduliertes Signal P_{#1_PS} ab. Wenn das elektrische Signal ”1” ist, zum Beispiel wenn eine vorgegebene Versorgungsspannung an den Phasenschieber 130 angelegt ist, kann das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} eine vorgegebene Phasendifferenz (z. B. 90 Grad oder 180 Grad) zu dem ersten optischen Signal aufweisen. Wenn das elektrische Signal ”0” ist, zum Beispiel wenn keine Versorgungsspannung an den Phasenschieber 130 angelegt ist, kann das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} die gleiche Phase wie das erste optische Signal aufweisen.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Versorgungsspannung gemäß zu übertragenden Daten selektiv an den Phasenschieber 130 angelegt, und der Phasenschieber 130 verzögert die Phase des ersten optischen Signals selektiv um einen vorgegebenen Winkel (z. B. 180 Grad).
Der zweite vertikale Gitterkoppler 320 empfängt und kombiniert (oder überlagert) das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} und ein Signal (im Folgenden als ein zweites optisches Signal bezeichnet), das sich in der zweiten Richtung P_#2 von dem ersten vertikalen Gitterkoppler 310 fortgepflanzt hat, und gibt ein kombiniertes Signal in einer vertikalen Richtung bezüglich einer Ebene ab, entlang der das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} und das zweite optische Signal von dem optischen Wellenleiter empfangen wurden (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters).
Demgemäß kann ein Wellenleiter, durch den sich das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} fortpflanzt, in einer geraden Linie (z. B. mit einem Winkel von 180 Grad) mit einem Wellenleiter gekoppelt werden, durch den sich das zweite optische Signal fortpflanzt. Das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} und das zweite optische Signal werden einander überlagert, und ein Ausgangssignal P_{_out} wird in einer vertikalen Richtung bezüglich der Ebene abgegeben, entlang der sich gerade ein optisches Signal in dem optischen Wellenleiter fortgepflanzt hat (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters).
Der zweite vertikale Gitterkoppler 320 überlagert das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} mit dem zweiten optischen Signal, und die zwei Signale können destruktiv oder konstruktiv interferieren.
4B stellt eine Modifikation des in 4A gezeigten optischen Modulators 200 dar. Bezugnehmend auf 4B beinhaltet ein optischer Modulator 200 einen ersten schrägen Gitterkoppler 405, einen ersten Y-Splitter 410, den Phasenschieber 130 und den zweiten vertikalen Gitterkoppler 320.
Im Vergleich zu dem in 4A dargestellten optischen Modulator 200 beinhaltet der in 4B dargestellte optische Modulator 200' den ersten schrägen Gitterkoppler 405 und den ersten Y-Splitter 410 anstelle des ersten vertikalen Gitterkopplers 310.
Der erste schräge Gitterkoppler 405 kann in der Form des in 3A dargestellten optischen Interfaces ausgeführt sein. Der erste Y-Splitter 410 kann ein passives Element sein, das Licht aufspaltet, das über den Eingangsanschluss 110 eingegeben wird. Zum Beispiel kann der erste Y-Splitter 410 ein einfallendes optisches Signal P_{CW_in} in einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. einem Verhältnis von 1:1 oder anderen Verhältnissen) aufspalten. Der Aufspaltungswinkel des ersten Y-Splitters 410 kann zufällig sein.
Der Phasenschieber 130 moduliert die Phase eines Signals (z. B. eines ersten optischen Signals), das in einer der zwei Richtungen übertragen wird, in Reaktion auf ein elektrisches Signal und gibt ein phasenmoduliertes Signal ab. Zum Beispiel schiebt der Phasenschieber 130 die Phase des ersten optischen Signals, das sich in der ersten Richtung P_#1 fortpflanzt, in Reaktion auf ein elektrisches Signal, das von einem Treiber des optischen Modulators empfangen wird, und gibt ein phasenmoduliertes Signal P_{#1_PS} ab.
Der zweite vertikale Gitterkoppler 320 empfängt und überlagert das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} und ein Signal (z. B. ein zweites optisches Signal), das sich in der zweiten Richtung P_#2 fortgepflanzt hat, und gibt ein überlagertes Signal in einer vertikalen Richtung bezüglich einer Ebene ab, entlang der das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} und das zweite optische Signal von dem optischen Wellenleiter empfangen wurden (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters).
Demgemäß kann ein Wellenleiter, durch den sich das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} fortpflanzt, mit einem Wellenleiter gekoppelt werden, durch den sich das zweite optische Signal in einer geraden Linie (z. B. unter einem Winkel von 180 Grad) fortpflanzt. Das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} und das zweite optische Signal werden in dem zweiten vertikalen Gitterkoppler 320 miteinander überlagert, und ein Ausgangssignal P_{_out} wird in einer vertikalen Richtung bezüglich der Ebene abgegeben, entlang der sich gerade ein optisches Signal in dem optischen Wellenleiter fortgepflanzt hat (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters).
Der zweite vertikale Gitterkoppler 320 kann das phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} mit dem zweiten optischen Signal derart überlagern, dass sie destruktiv oder konstruktiv interferieren.
4C stellt eine Modifikation des in 4A gezeigten optischen Modulators 200 dar. Bezugnehmend auf 4C beinhaltet ein optischer Modulator 200'' den ersten vertikalen Gitterkoppler 310, den Phasenschieber 130, einen Y-Koppler 420 und einen zweiten schrägen Gitterkoppler 425. Im Vergleich zu dem in 4A dargestellten optischen Modulator 200 beinhaltet der in 4C dargestellte optische Modulator 200'' den Y-Koppler 420 und den zweiten schrägen Gitterkoppler 425 anstelle des zweiten vertikalen Gitterkopplers 320.
Der Y-Koppler 420 ist dem ersten Y-Splitter 410 ähnlich und ist ein passives Element, das in zwei Richtungen empfangenes Licht koppelt. Der Y-Koppler 420 und der Y-Splitter 410 können einander im Wesentlichen ähnlich sein, und sowohl der Y-Koppler 420 als auch der Y-Splitter 410 können als Y-Splitter bezeichnet werden.
Der zweite schräge Gitterkoppler 425 kann in der Form des in 3A dargestellten ersten optischen Interfaces ausgeführt sein.
4D stellt eine Modifikation des in 4A gezeigten optischen Modulators 200 dar. Ein in 4D dargestellter optischer Modulator 200 beinhaltet den ersten vertikalen Gitterkoppler 310, einen ersten Phasenschieber 131, einen zweiten Phasenschieber 132 und den zweiten vertikalen Gitterkoppler 320. Im Vergleich zu dem in 4A dargestellten optischen Modulator 200 beinhaltet der in 4D dargestellte optische Modulator 200 den ersten und den zweiten Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130.
Der erste Phasenschieber 131 moduliert die Phase eines von dem ersten vertikalen Gitterkoppler 310 übertragenen ersten optischen Signals gemäß einem ersten elektrischen Signal ES1 und gibt ein phasenmoduliertes Signal ab. Der zweite Phasenschieber 132 moduliert die Phase eines von dem ersten vertikalen Gitterkoppler 310 übertragenen zweiten optischen Signals gemäß einem zweiten elektrischen Signal ES2 und gibt ein phasenmoduliertes Signal ab. Der erste Phasenschieber 131 schiebt die Phase des ersten optischen Signals um einen ersten Winkel (z. B. 90 Grad), und der zweite Phasenschieber 132 schiebt die Phase des zweiten optischen Signals um einen zweiten Winkel (z. B. –90 Grad).
Das erste und das zweite elektrische Signal ES1 und ES2 können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Zum Beispiel kann das zweite elektrische Signal ES2 durch Invertieren des ersten elektrischen Signals ES1 erzeugt werden, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Da der in 4D dargestellte optische Modulator 200 die Phasenschieber 131 und 132 in zwei jeweiligen Pfaden beinhaltet, durch die das erste beziehungsweise das zweite optische Signal übertragen werden, kann der in 4D dargestellte optische Modulator 200 eine höhere Modulationseffizienz als der in 4A dargestellte optische Modulator 200 aufweisen, der den einzelnen Phasenschieber 130 in lediglich einem der zwei Pfade beinhaltet. Demgemäß kann jeder der in 4D dargestellten Phasenschieber 131 und 132 in einer geringeren Abmessung (z. B. kann er kürzer sein) als der in 4A dargestellte Phasenschieber 130 ausgeführt sein.
4E zeigt eine Modifikation des in 4B dargestellten optischen Modulators 200'. Im Vergleich zu dem in 4B dargestellten optischen Modulator 200 beinhaltet ein in 4E dargestellter optischer Modulator 200' den ersten und zweiten Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130.
In ähnlicher Weise zeigt 4F eine Modifikation des in 4C dargestellten optischen Modulators 200''. Im Vergleich zu dem in 4C dargestellten optischen Modulator 200'' beinhaltet ein in 4F dargestellter optischer Modulator 200'' den ersten und zweiten Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130.
Ein Fall, in dem der erste und zweite Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130 bereitgestellt sind, wurde vorstehend unter Bezugnahme auf 4D beschrieben. Somit wird auf eine detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet.
5A stellt einen weiteren optischen Modulator 300 gemäß der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 5A entspricht der optische Modulator 300 dem in 1 dargestellten optischen Modulator 200 und beinhaltet den ersten vertikalen Gitterkoppler 310, den Phasenschieber 130 und einen ersten Reflexionsgitterkoppler 330.
Der erste vertikale Gitterkoppler 310 kann in der Form des in 3B dargestellten zweiten Licht-Interfaces ausgeführt sein. Der erste vertikale Gitterkoppler 310 empfängt ein optisches Signal P_{CW_in} von einer Lichtquelle in einer vertikalen Richtung bezüglich einer Ebene, entlang der das optische Signal P_{CW_in} an einen optischen Wellenleiter (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters) abgegeben wird, und überträgt das optische Signal P_{CW_in} in einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. einem Verhältnis von etwa 1:1 oder anderen Verhältnissen) in zwei Richtungen P_#1 und P_#2.
Der Phasenschieber 130 moduliert die Phase eines Signals (z. B. eines ersten optischen Signals), das von dem ersten vertikalen Gitterkoppler 310 in einer der zwei Richtungen P_#1 und P_#2 übertragen wird, und gibt ein phasenmoduliertes Signal ab. Zum Beispiel schiebt der Phasenschieber 130 die Phase des sich in der ersten Richtung P_#1 fortpflanzenden ersten optischen Signals in Reaktion auf ein elektrisches Signal, das von einem Treiber des optischen Modulators empfangen wird, und gibt ein erstes phasenmoduliertes Signal P_{#1_PS} ab.
Der erste Reflexionsgitterkoppler 330 reflektiert ein sich in der zweiten Richtung P_#2 fortpflanzendes optisches Signal (z. B. ein zweites optisches Signal) entlang des gleichen Pfades zurück, auf dem sich das zweite optische Signal fortpflanzt, und reflektiert das erste phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} entlang des gleichen Pfades zurück, auf dem sich das erste phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} fortpflanzt.
Der Phasenschieber 130 empfängt ein reflektiertes erstes phasenmoduliertes Signal P_{#1_PS_rflc}, moduliert die Phase desselben und gibt ein zweites phasenmoduliertes Signal P_{#1_DPS_rflc} ab.
Wie vorstehend beschrieben, moduliert der Phasenschieber 130 zuerst die Phase des ersten optischen Signals und moduliert dann die Phase eines von dem ersten Reflexionsgitterkoppler 330 reflektierten ersten phasenmodulierten Signals, wodurch die Modulationseffizienz erhöht ist. Demgemäß kann der in 5A dargestellte Phasenschieber 130 in einer geringeren Abmessung (z. B. kann der Phasenschieber kürzer sein) als der in den 4A bis 4C dargestellte Phasenschieber 130 ausgeführt sein.
Ein Wellenleiter, durch den sich das zweite phasenmodulierte Signal P_{#1_DPS_rflc} fortpflanzt, kann in einer geraden Linie (z. B. mit einem Winkel von 180 Grad) mit einem Wellenleiter gekoppelt sein, durch den sich ein von dem ersten Reflexionsgitterkoppler 330 reflektiertes optisches Signal P_{#2_rflc} fortpflanzt. Das zweite phasenmodulierte Signal P_{#1_DPS_rflc} und das reflektierte optische Signal P_{#2_rflc} werden in dem ersten vertikalen Gitterkoppler 310 miteinander überlagert, und ein Ausgangssignal P_{_out} wird in einer vertikalen Richtung bezüglich der Ebene abgegeben, entlang der sich gerade ein optisches Signal in einem optischen Wellenleiter (z. B. in einer vertikalen Richtung bezüglich des optischen Wellenleiters) fortgepflanzt hat.
Der erste vertikale Gitterkoppler 310 kann das zweite phasenmodulierte Signal P_{#1_DPS_rflc} mit dem reflektierten optischen Signal P_{#2_rflc} derart überlagern, dass sie destruktiv oder konstruktiv interferieren.
5B zeigt eine Modifikation des in 5A dargestellten optischen Modulators 300. Bezugnehmend auf 5B beinhaltet ein optischer Modulator 300' einen ersten Y-Splitter 510, den Phasenschieber 130 und den ersten Reflexionsgitterkoppler 330. Im Vergleich zu dem in 5A dargestellten optischen Modulator 300 beinhaltetet der in 5B dargestellte optische Modulator 300' den ersten Y-Splitter 510 anstelle des ersten vertikalen Gitterkopplers 310. Ähnlich dem in 4B dargestellten optischen Modulator 200' beinhaltet auch der optische Modulator 300' einen schrägen Gitterkoppler (nicht gezeigt) vor dem ersten Y-Splitter 510.
Der erste Y-Splitter 510 ist ein passives Element, das Licht, das über den Eingangsanschluss 110 eingegeben wird, aufspaltet. Zum Beispiel kann der erste Y-Splitter 510 ein einfallendes optisches Signal P_{CW_in} mit einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. einem Verhältnis von 1:1 oder anderen Verhältnissen) aufspalten. Der Aufspaltungswinkel des ersten Y-Splitters 510 kann zufällig sein.
Der Phasenschieber 130 moduliert die Phase eines Signals (z. B. eines ersten optischen Signals), das in eine der zwei Richtungen übertragen wird, und gibt ein phasenmoduliertes Signal ab. Zum Beispiel schiebt der Phasenschieber 130 die Phase des ersten optischen Signals, das sich in der ersten Richtung P_#1 fortpflanzt, in Reaktion auf ein von einem Treiber des optischen Modulators empfangenes elektrisches Signal und gibt ein erstes phasenmoduliertes Signal P_{#1_PS} ab. Das erste phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} kann eine Phasendifferenz von 180 Grad zu der Phase des sich in der ersten Richtung P_#1 fortpflanzenden ersten optischen Signals aufweisen.
Der erste Reflexionsgitterkoppler 330 reflektiert ein sich in der zweiten Richtung P_#2 fortpflanzendes optisches Signal (z. B. ein zweites optisches Signal) entlang eines Pfads zurück, auf dem sich das zweite optische Signal fortgepflanzt hat, und reflektiert das erste phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} entlang des Pfads zurück, auf dem sich das erste phasenmodulierte Signal P_{#1_PS} fortgepflanzt hat.
Der Phasenschieber 130 empfängt ein reflektiertes erstes phasenmoduliertes Signal P_{#1_PS_rflc} moduliert die Phase desselben und gibt ein zweites phasenmoduliertes Signal P_{#1_DPS_rflc} ab.
Das zweite phasenmodulierte Signal P_{#1_DPS_rflc} und ein reflektiertes optisches Signal P_{#2_rflc}, das sich von dem ersten Reflexionsgitterkoppler 330 entlang des Pfades zurück fortpflanzt, auf dem das zweite optische Signal kommt, werden im ersten Y-Splitter 510 miteinander überlagert, und ein Ausgangssignal P_{_out} wird durch den schrägen Gitterkoppler abgegeben.
5C zeigt eine Modifikation des in 5A dargestellten optischen Modulators 300. Im Vergleich zu dem in 5A dargestellten optischen Modulator 300 beinhaltet ein in 5C dargestellter optischer Modulator 300 den ersten und zweiten Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130.
In ähnlicher Weise zeigt 5D eine Modifikation des in 5B dargestellten optischen Modulators 300'. im Vergleich zu dem in 5B dargestellten optischen Modulator 300' beinhaltet ein in 5D dargestellter optischer Modulator 300' den ersten und zweiten Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130.
5E zeigt eine Modifikation des in 5A dargestellten optischen Modulators 300. Bezugnehmend auf 5E beinhaltet ein optischer Modulator 300'' den ersten vertikalen Gitterkoppler 310, den Phasenschieber 130, den ersten Reflexionsgitterkoppler 330 und einen zweiten Reflexionsgitterkoppler 340. Der in 5E dargestellte optische Modulator 300'' führt die gleichen Operationen wie der in 5A dargestellte optische Modulator 300 durch, mit der Ausnahme, dass der optische Modulator 300'' des Weiteren den zweiten Reflexionsgitterkoppler 340 beinhaltet. Wenn der zweite Reflexionsgitterkoppler 340 zusätzlich bereitgestellt ist, kann Platz, der zwischen in 5A gezeigten Wellenleitern in zwei Richtungen verschwendet wird, reduziert werden.
Der erste vertikale Gitterkoppler 310 überträgt ein einfallendes optisches Signal P_{CW_in} in einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. einem Verhältnis von 1:1 oder anderen Verhältnissen) in eine erste Richtung P_#1 und eine zweite Richtung P_#2 und überlagert ein zweites phasenmoduliertes Signal P_{#1_DPS_rflc}, das in eine bezüglich der ersten Richtung P_#1 entgegengesetzte Richtung reflektiert wird, mit einem reflektierten optischen Signal P_{#2_rflc}, das sich in eine bezüglich der zweiten Richtung P_#2 entgegengesetzte Richtung fortpflanzt.
5F zeigt eine Modifikation des in 5E dargestellten optischen Modulators 300''. Im Vergleich zu dem in 5E dargestellten optischen Modulator 300'' beinhaltet der in 5F dargestellte optische Modulator 300'' den ersten und zweiten Phasenschieber 131 und 132 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 130.
Die Elemente (z. B. ein vertikaler Gitterkoppler, ein Reflexionsgitterkoppler, ein optischer Wellenleiter etc.) der optischen Modulatoren 300'' sind in den Modifikationen, die in den 5E und 5F dargestellt sind, in einer geraden Linie angeordnet, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Modifikationen beschränkt. Die Elemente des optischen Modulators 300'' brauchen nicht in einer geraden Linie angeordnet sein und können an einem freien Platz auf einem Chip, der den optischen Modulator 300'' enthält, angeordnet sein, um die Abmessung zu reduzieren.
6A stellt einen optischen Modulator 600 gemäß der Erfindung dar, der als der in 1 dargestellte optische Modulator 200 verwendet werden kann und einen vertikalen Gitterkoppler 610, einen ersten Phasenschieber 670, einen zweiten Phasenschieber 660, einen ersten Reflexionsgitterkoppler 630, einen zweiten Reflexionsgitterkoppler 620, einen dritten Reflexionsgitterkoppler 640 und einen vierten Reflexionsgitterkoppler 650 beinhaltet.
Der optische Modulator 600 moduliert separat ein einfallendes optisches Signal gemäß zwei verschiedenen Polarisationstypen und kann einer Form entsprechen, bei der zwei in 5E dargestellte optische Modulatoren 300'' miteinander kombiniert sind.
Die zwei Polarisationstypen können transversale elektrische (TE) Polarisation und transversale magnetische (TM) Polarisation sein. Ein einfallendes optisches Signal kann mit einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. einem Verhältnis von etwa 1:1 oder anderen Verhältnissen) sowohl bei der TE-Polarisation als auch bei der TM-Polarisation entlang eines optischen Wellenleiters in zwei Richtungen übertragen werden.
Im Fall von TE-Polarisation wird ein einfallendes optisches Signal mittels des vertikalen Gitterkopplers 610 in eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufgespalten. Ein sich in der ersten Richtung fortpflanzendes optisches Signal P_{#1_TE} wird mittels des ersten Reflexionsgitterkopplers 630 über den ersten Phasenschieber 670 so reflektiert, dass es als ein erstes reflektiertes Signal P_{#1_TE_DPM_rflc} abgegeben wird. Ein sich in der zweiten Richtung fortpflanzendes optisches Signal P_{#2_TE} wird mittels des zweiten Reflexionsgitterkopplers 620 so reflektiert, dass es als ein zweites reflektiertes Signal P_{#2_TE_rflc} abgegeben wird. Die erste und zweite Richtung können einen Winkel von 180 Grad dazwischen aufweisen.
Im Fall von TM-Polarisation wird ein einfallendes optisches Signal mittels des vertikalen Gitterkopplers 610 in eine dritte Richtung und eine vierte Richtung aufgespalten. Ein sich in der dritten Richtung fortpflanzendes optisches Signal P_{#1_TM} wird mittels des dritten Reflexionsgitterkopplers 640 über die zweiten Phasenschieber 660 so reflektiert, dass es als ein drittes reflektiertes Signal P_{#1_TM_DPM_rflc} abgegeben wird. Ein sich in der vierten Richtung fortpflanzendes optisches Signal P_{#2_TM} wird mittels des vierten Reflexionsgitterkopplers 650 so reflektiert, dass es als ein viertes reflektiertes Signal P_{#2_TM_rflc} abgegeben wird. Die dritte und vierte Richtung können einen Winkel von 180 Grad dazwischen aufweisen. Die erste Richtung kann vertikal zu der dritten Richtung sein.
6B zeigt eine Modifikation des in 6A dargestellten optischen Modulators 600. Im Vergleich zu dem in 6A dargestellten optischen Modulator 600 beinhaltet ein in 6B dargestellter optischer Modulator 600 zwei Phasenschieber 661 und 662 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 660 für die TM-Polarisation und beinhaltet zwei Phasenschieber 671 und 672 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 670 für die TE-Polarisation.
Demgemäß wird im Fall von TE-Polarisation ein einfallendes optisches Signal mittels des vertikalen Gitterkopplers 610 in die erste und die zweite Richtung aufgespalten. Die optischen Signale P_{#1_TE} und P_{#2_TE} werden mittels der Phasenschieber 671 beziehungsweise 672 verarbeitet, dann mittels der Refiexionsgitterkoppler 630 beziehungsweise 620 reflektiert und dann wiederum mittels der Phasenschieber 671 beziehungsweise 672 verarbeitet.
Im Fall von TM-Polarisation wird ein einfallendes optisches Signal mittels des vertikalen Gitterkopplers 610 in die dritte Richtung und die vierte Richtung aufgespalten. Die optischen Signale P_{#1_TM} und P_{#2_TM} werden mittels der Phasenschieber 661 beziehungsweise 662 verarbeitet, dann mittels der Reflexionsgitterkoppler 634 beziehungsweise 650 reflektiert und dann wiederum mittels der Phasenschieber 661 beziehungsweise 662 verarbeitet.
6C zeigt eine Modifikation des in 6A dargestellten optischen Modulators 600. Ein in 6C dargestellter optischer Modulator 600' beinhaltet einen vertikalen Gitterkoppler 610', einen ersten Phasenschieber 670', einen zweiten Phasenschieber 660', einen ersten Reflexionsgitterkoppler 620' und einen zweiten Reflexionsgitterkoppler 640'.
Der in 6C dargestellte optische Modulator 600' führt die gleichen Operationen wie der in 6A dargestellte optische Modulator 600 durch. Der in 6C dargestellte optische Modulator 600' beinhaltet jedoch einen reflektierenden Gitterkoppler weniger für jeden Polarisationstyp als der in 6A dargestellte optische Modulator 600.
Während der in 6A dargestellte optische Modulator 600 eine offene Struktur aufweist, in welcher der vertikale Gitterkoppler 610, der erste Reflexionsgitterkoppler 630 und der zweite Reflexionsgitterkoppler 620 in einer Linie angeordnet sind und der vertikale Gitterkoppler 610, der dritte Reflexionsgitterkoppler 640 und der vierte Reflexionsgitterkoppler 650 in einer anderen Linie angeordnet sind, weist der in 6C dargestellte optische Modulator 600 eine Doppelschleifenstruktur auf, in welcher der vertikale Gitterkoppler 610' und der erste Reflexionsgitterkoppler 620' so angeordnet sind, dass sie eine geschlossene Schleife bilden, und der vertikale Gitterkoppler 610' und der zweite Reflexionsgitterkoppler 640' so angeordnet sind, dass sie eine weitere geschlossene Schleife bilden.
Da der optische Modulator 600' einen reflektierenden Gitterkoppler weniger für jeden Polarisationstyp in einem Wellenleiter beinhaltet als der optische Modulator 600, kann der optische Modulator 600' außerdem ein Wellenleiterkreuzungselement 680' beinhalten, das beide von zwei polarisierten Signalen, z. B. ein TE-polarisiertes Signal und ein TM-polarisiertes Signal, durchlaufen.
6D zeigt eine Modifikation des in 6C dargestellten Modulators 600. Im Vergleich zu dem in 6C dargestellten optischen Modulator 600' beinhaltet ein in 6D dargestellter optischer Modulator 600' die zwei Phasenschieber 661 und 662 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 660' für TM-Polarisation und zwei Phasenschieber 671 und 672 anstelle des einzelnen Phasenschiebers 670' für TE-Polarisation.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet ein optischer Modulator gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung ein vertikales oder ein reflektierendes Gitter anstelle von wenigstens einem Y-Splitter, so dass die Abmessung des optischen Modulators reduziert ist.
7A stellt ein Datenverarbeitungssystem 1200 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 und 600' gemäß der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 7A beinhaltet das Datenverarbeitungssystem 1200 ein erstes Bauelement 1210 und ein zweites Bauelement 1220. Das erste Bauelement 1210 und das zweite Bauelement 1220 können unter Verwendung von serieller Kommunikation optische Signale austauschen.
Das erste Bauelement 1210 beinhaltet eine erste Lichtquelle 1212, einen ersten optischen Modulator 1214, der eine elektrisch-optische Umwandlung durchführt, und einen ersten optischen Demodulator 1216, der eine optisch-elektrische Umwandlung durchführt. Die erste Lichtquelle 1212 gibt ein optisches Signal mit einem kontinuierlichen Signalverlauf ab. Der erste optische Modulator 1214 kann durch irgendeinen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 und 600' ausgeführt sein. Der erste optische Demodulator 1216 empfängt und demoduliert ein optisches Signal, das von einem in dem zweiten Bauelement 1220 enthaltenen zweiten optischen Modulator 1224 abgegeben wird, und gibt ein demoduliertes elektrisches Signal ab.
Das zweite Bauelement 1220 beinhaltet eine zweite Lichtquelle 1222, den zweiten optischen Modulator 1224 und einen zweiten optischen Demodulator 1226. Die zweite Lichtquelle 1222 gibt ein optisches Signal mit einem kontinuierlichen Signalverlauf ab. Der zweite optische Modulator 1224 kann durch irgendeinen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 und 600' ausgeführt sein. Der zweite optische Demodulator 1226 empfängt und demoduliert ein optisches Signal, das von dem in dem ersten Bauelement 1210 enthaltenen ersten optischen Modulator 1214 abgegeben wird, und gibt ein demoduliertes elektrisches Signal ab.
7B stellt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1200' mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 und 600' gemäß der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 7B beinhaltet das Datenverarbeitungssystem 1200' ein erstes Bauelement 1210' und ein zweites Bauelement 1220'. Die Struktur und die Operationen des in 7B dargestellten Datenverarbeitungssystems 1200' sind jenen des in 7A dargestellten Datenverarbeitungssystems 1200 ähnlich. Somit konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zwischen den zwei Datenverarbeitungssystemen 1200 und 1200', um Redundanz zu vermeiden. Das erste Bauelement 1210' beinhaltet im Vergleich zu dem ersten Bauelement 1210 des Weiteren einen ersten Koppler 1215. Das zweite Bauelement 1220' beinhaltet im Vergleich zu dem zweiten Bauelement 1220 des Weiteren einen zweiten Koppler 1225.
Jeder des ersten und zweiten optischen Modulators 1214' und 1224' kann einer der optischen Modulatoren sein (z. B. 300, 300', 300'', 600 und 600', die in den 5A bis 6D dargestellt sind), in denen die Eingabe und die Ausgabe eines optischen Signals durch den gleichen Anschluss oder Kanal unter den in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 und 600' durchgeführt wird.
Der erste Koppler 1215 überträgt ein von der ersten Lichtquelle 1212 abgegebenes optisches Signal zu dem ersten optischen Modulator 1214' und überträgt ein von dem ersten Modulator 1214' abgegebenes moduliertes optisches Signal zu dem zweiten Bauelement 1220'. In ähnlicher Weise überträgt der zweite Koppler 1225 ein von der zweiten Lichtquelle 1222 abgegebenes optisches Signal zu dem zweiten optischen Modulator 1224' und überträgt ein von dem zweiten optischen Modulator 1224' abgegebenes moduliertes optisches Signal zu dem ersten Bauelement 1210'.
8 stellt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1300 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung dar. In 8 bezeichnet MOD(E/O) einen als E/O-Konverter verwendeten optischen Modulator. Der optische Modulator MOD(E/O) kann durch einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 beziehungsweise 600' ausgeführt sein. Bezugnehmend auf 8 beinhaltet das Datenverarbeitungssystem 1300 eine Zentralprozessoreinheit (CPU) 1310, eine Mehrzahl von Datenbussen 1301-1, 1301-2 und 1301-3 sowie eine Mehrzahl von Speichermodulen 1340.
Die Speichermodule 1340 übertragen und empfangen optische Signale durch eine Mehrzahl von Kopplern 1311-1, 1311-2 beziehungsweise 1311-3, die mit den Datenbussen 1301-1 bis 1301-3 verbunden sind.
Jeder der Koppler 1311-1 bis 1311-3 kann durch einen elektrischen Koppler oder einen optischen Koppler ausgeführt sein.
Die CPU 1310 beinhaltet einen ersten optischen Sendeempfänger 1316, der wenigstens einen optischen Modulator MOD(E/O) und wenigstens einen optischen Demodulator DEM(O/E) umfasst, sowie eine Speichersteuereinheit 1312. Der optische Demodulator DEM(O/E) wird als ein O/E-Konverter verwendet. Die Speichersteuereinheit 1312 wird mittels der CPU 1310 gesteuert, um die Operationen, z. B. die Sendeoperation und die Empfangsoperation, des ersten optischen Sendeempfängers 1316 zu steuern.
Während einer Schreiboperation erzeugt ein erster optischer Modulator MOD(E/O) des ersten optischen Sendeempfängers 1316 zum Beispiel ein moduliertes optisches Signal ADD/CTRL aus Adressen- und Steuersignalen, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 4A bis 6D beschrieben, und überträgt das optische Signal ADD/CTRL gemäß der Speichersteuereinheit 1312 zu dem Datenbus 1301-3. Nach dem Übertragen des optischen Signals ADD/CTRL durch den ersten optischen Sendeempfänger 1316 zu dem Datenbus 1301-3 erzeugt ein zweiter optischer Modulator MOD(E/O) des ersten optischen Sendeempfängers 1316 modulierte optische Schreibdaten WDATA und überträgt die optischen Schreibdaten WDATA zu dem Datenbus 1301-2.
Jedes der Speichermodule 1340 beinhaltet einen zweiten optischen Sendeempfänger 1330 und eine Mehrzahl von Speicherbauelementen 1335. Jedes Speichermodul 1340 kann durch ein optisches Dual-In-Line-Speichermodul (DIMM), ein optisches, vollständig gepuffertes DIMM, ein optisches Small-Outline-Dual-In-Line-Speichermodul (SODIMM), ein optisches DIMM mit Register (RDIMM), ein optisches lastreduziertes DIMM (LRDIMM), ein optisches, nicht gepuffertes DIMM (UDIMM), ein optisches Mikro-DIMM oder ein optisches Single-In-Line-Speichermodul (SIMM) ausgeführt sein.
Bezugnehmend auf 8 demoduliert ein in dem zweiten optischen Sendeempfänger 1330 enthaltener optischer Demodulator DEM(O/E) die durch den Datenbus 1301-2 empfangenen optischen Schreibdaten WDATA und überträgt ein demoduliertes elektrisches Signal zu wenigstens einem der Speicherbauelemente 1335.
Jedes Speichermodul 1340 kann außerdem einen elektrischen Puffer 1333 beinhalten, der ein von einem optischen Demodulator DEM(O/E) abgegebenes elektrisches Signal puffert. Zum Beispiel kann der elektrische Puffer 1333 ein demoduliertes elektrisches Signal Puffern und das gepufferte elektrische Signal zu wenigstens einem der Speicherbauelemente 1335 übertragen. Jedes der Speicherbauelemente 1335 beinhaltet ein Speicherfeld 1337 mit einer Mehrzahl von Speicherzellen, einen Zugriffsschaltkreis 1339, der auf das Speicherfeld 1337 zugreift, sowie eine Steuerlogik (nicht gezeigt), welche den Betrieb des Zugriffsschaltkreises 1339 steuert.
Während einer Leseoperation wird ein von einem Speicherbauelement 1335 abgegebenes elektrisches Signal mittels eines optischen Modulators MOD(E/O), der in dem zweiten optischen Sendeempfänger 1330 enthalten ist, in optische Lesedaten RDATA moduliert. Die optischen Lesedaten RDATA werden durch den Datenbus 1301-1 zu einem in der CPU 1310 enthaltenen ersten optischen Demodulator DEM(O/E) übertragen. Der erste optische Demodulator DEM(O/E) demoduliert die optischen Lesedaten RDATA und überträgt ein demoduliertes elektrisches Signal zu der Speichersteuereinheit 1312.
9 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1400 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. In 9 bezeichnet MOD(E/O) einen optischen Modulator, der eine E/O-Umwandlung durchführt. Der optische Modulator MOD(E/O) kann durch einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 beziehungsweise 600' ausgeführt sein. Bezugnehmend auf 9 beinhaltet das Datenverarbeitungssystem 1400 eine CPU 1410, eine Mehrzahl von Datenbussen 1401-1, 1401-2 und 1401-3 sowie eine Mehrzahl von Speichermodulen 1440. Die Datenbusse 1401-1 bis 1401-3 übertragen Signale elektrisch oder optisch.
Jedes der Speichermodule 1440 beinhaltet eine Mehrzahl von Speicherbauelementen 1441. Jedes der Speicherbauelemente 1441 beinhaltet einen zweiten optischen Sendeempfänger 1445. Jedes Speicherbauelement 1441 beinhaltet außerdem ein Speicherfeld 1443 mit einer Mehrzahl von Speicherzellen, einen Zugriffsschaltkreis (nicht gezeigt), der auf das Speicherfeld 1443 zugreift, sowie eine Logiksteuerung (nicht gezeigt), welche den Betrieb des Zugriffsschaltkreises steuert.
Nachstehend wird die Schreiboperation des Datenverarbeitungssystems 1400 beschrieben. Es wird angenommen, dass Adressen- und Steuersignale ADD/CTRL für die Schreiboperation durch den Datenbus 1401-3 bereits zu wenigstens einem der Speicherbauelemente 1441 übertragen wurden. Der optische Modulator MOD(E/O), der in einem in der CPU 1410 enthaltenen ersten optischen Sendempfänger 1416 enthalten ist, überträgt optische Schreibdaten WDATA durch einen mit dem Datenbus 1401-2 verbundenen optischen Koppler 1411-2 unter der Steuerung der in der CPU 1410 enthaltenen Speichersteuereinheit 1412 zu einem optischen Demodulator DEM(O/E), der in einem zweiten optischen Sendeempfänger 1445 enthalten ist, welcher in einem ersten Speichermodul 1440 enthaltenen ist. Der optische Demodulator DEM(O/E) des zweiten optischen Sendeempfängers 1445 demoduliert die optischen Schreibdaten WDATA, um ein demoduliertes elektrisches Signal zu erzeugen. Der Zugriffsschaltkreis schreibt das elektrische Signal unter der Steuerung der Steuerlogik in das Speicherfeld 1443.
Nachstehend wird die Leseoperation des Datenverarbeitungssystems 1400 beschrieben. Es wird angenommen, dass Adressen- und Steuersignale ADD/CTRL durch den Datenbus 1401-3 bereits zu wenigstens einem der Speicherbauelemente 1441 übertragen wurden. Der in dem zweiten optischen Sendeempfänger 1445 des Speicherbauelements 1441 enthaltene optische Modulator MOD(E/O) moduliert ein von dem Speicherfeld 1443 abgegebenes elektrisches Signal in optische Lesedaten RDATA und überträgt die optischen Lesedaten RDATA durch einen mit dem Datenbus 1401-1 verbundenen optischen Koppler 1411-1 zu einem in dem ersten Sendeempfänger 1416 der CPU 1410 enthaltenen optischen Demodulator DEM(O/E). Der optische Demodulator DEM(O/E) des ersten optischen Sendeempfängers 1416 demoduliert die optischen Lesedaten RDATA in ein elektrisches Signal und gibt das elektrische Signal an die Speichersteuereinheit 1412 ab.
10 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Bezugnehmend auf 10 beinhaltet das Datenverarbeitungssystem 1500 ein erstes Bauelement 1510 und ein zweites Bauelement 1530. In 10 bezeichnet MOD(E/O) einen optischen Modulator, der durch einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 beziehungsweise 600' ausgeführt sein kann.
Das erste Bauelement 1510 und das zweite Bauelement 1530 senden und empfangen Daten unter Verwendung eines seriellen Kommunikationsprotokolls. Das serielle Kommunikationsprotokoll kann ein Datenkommunikationsprotokoll sein, das einen universellen asynchronen Empfänger-Sender (UART), ein serielles peripheres Interface (SPI), einen inter-integrierten Schaltkreis (I2C), einen Systemmanagementbus (SMBus), ein Controller-Area-Network (CAN), einen universellen seriellen Bus (USB), einen Inter-Chip(IC)-USB, ein durch das Mobile-Industry-Processor-Interface (MIPI^®) definiertes serielles Kamera-Interface, ein durch das MIPI^® definiertes serielles Display-Interface, ein Mobile-Display-Digital-Interface (MDDI) oder ein Local-Interconnect-Network (LIN) unterstützt.
Bezugnehmend auf 10 überträgt ein erster optischer Modulator 1518, der in einem in dem ersten Bauelement 1510 enthaltenen ersten optischen Sendeempfänger 1512 enthalten ist, ein moduliertes optisches Signal gemäß einem in dem ersten Bauelement 1510 enthaltenen ersten Mikroprozessor 1514 durch einen Datenbus zu einem zweiten optischen Demodulator 1540, der in einem in dem zweiten Bauelement 1530 enthaltenen zweiten optischen Sendeempfänger 1532 enthalten ist. Der zweite optische Demodulator 1540 demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal. Der in dem zweiten Bauelement 1530 enthaltene zweite Mikroprozessor 1534 verarbeitet das von dem zweiten optischen Demodulator 1540 abgegebene elektrische Signal. Zum Beispiel kann der zweite Mikroprozessor 1534 das elektrische Signal während einer Schreiboperation in ein Speicherfeld schreiben.
Der in dem zweiten optischen Sendeempfänger 1532 des zweiten Bauelements 1530 enthaltene zweite optische Modulator 1538 überträgt ein moduliertes optisches Signal gemäß dem zweiten Mikroprozessor 1534 über einen Datenbus zu einem in dem ersten optischen Sendeempfänger 1512 des ersten Bauelements 1510 enthaltenen ersten optischen Demodulator 1520. Der erste optische Demodulator 1520 demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal. Der erste Mikroprozessor 1514 verarbeitet das von dem ersten optischen Demodulator 1520 abgegebene elektrische Signal. Zum Beispiel kann der erste Mikroprozessor 1514 das elektrische Signal während einer Leseoperation als Lesedaten verarbeiten. Ungeachtet ihrer Namen sind die Mikroprozessoren 1514 und 1534 Prozessoren, welche die Operationen der Bauelemente 1510 beziehungsweise 1530 steuern, z. B. die Schreiboperation und die Leseoperation.
11 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1700 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Das Datenverarbeitungssystem 1700 sendet und empfängt serielle Daten unter Verwendung eines SPI-Kommunikationsprotokolls und beinhaltet einen SPI-Master 1710 sowie einen oder mehrere SPI-Slaves 1720, 1730, 1740 und 1750. In 11 bezeichnet MOD(E/O) einen optischen Modulator, der durch einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 beziehungsweise 600' ausgeführt sein kann. Einer der SPI-Slaves 1720, 1730, 1740 und 1750 kann ein Schieberegister, ein Speicherchip, ein Portexpander, ein Displaytreiber, ein Datenkonverter, ein Drucker, ein Datenspeicherbauelement, ein Sensor oder ein Mikroprozessor sein.
Ein in dem SPI-Master 1710 enthaltener erster optischer Sendeempfänger 1712 sendet oder empfängt ein optisches Signal (z. B. ein Master-Out-Slave-In(MOSI)-Signal oder ein Master-In-Slave-Out(MISO)-Signal) zu oder von jedem der zweiten optischen Sendeempfänger 1722, 1732, 1742 beziehungsweise 1752, die in den SPI-Slaves 1720, 1730, 1740 und 1750 enthalten sind, über einen optischen Datenbus. Der SPI-Master 1710 beinhaltet einen Mikroprozessor (nicht gezeigt), der den Betrieb des ersten optischen Sendeempfängers 1712 steuert. Jeder der SPI-Slaves 1720, 1730, 1740 und 1750 beinhaltet einen Mikroprozessor (nicht gezeigt), der den Betrieb des zweiten optischen Sendeempfängers 1722, 1732, 1742 oder 1752 steuert.
Der erste optische Sendempfänger 1712 überträgt außerdem ein serielles Taktsignal CLK über einen elektrischen oder optischen Datenbus zu den zweiten optischen Sendeempfängern 1722, 1732, 1742 und 1752. Die SPI-Slaves 1720, 1730 1740 und 1750 können mittels Chipauswahlsignalen S80, SS1, SS2 beziehungsweise SS3 ausgewählt werden. Die Chipauswahlsignale S50, SS1, SS2 und SS3 können über elektrische beziehungsweise optische Datenbusse zu den zweiten optischen Sendeempfängern 1722, 1732, 1742 beziehungsweise 1752 übertragen werden.
12 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Das Datenverarbeitungssystem 1800 sendet und empfängt serielle Daten unter Verwendung eines Serial-Advanced-Technology-Attachment(SATA)-Kommunikationsprotokolls und beinhaltet einen SATA-Host 1810 und ein SATA-Bauelement 1830. In 12 bezeichnet MOD(E/O) einen optischen Modulator, der durch einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 beziehungsweise 600' ausgeführt sein kann.
Der SATA-Host 1810 beinhaltet eine Host-CPU 1811, einen Datenbus 1813, einen Speicher 1815, eine Direct-Memory-Access(DMA)-Steuereinheit 1817 sowie ein erstes SATA-Interface 1819. Die Host-CPU 1811 steuert den Betrieb der DMA-Steuereinheit 1817 oder des ersten SATA-Interfaces 1819. Das erste SATA-Interface 1819 beinhaltet einen ersten optischen Modulator MOD(E/O) und einen ersten optischen Demodulator DEM(O/E). Der SATA-Host 1810 kann außerdem eine Steuereinheit beinhalten, welche den Betrieb des ersten SATA-Interfaces 1819 steuert. Die Steuereinheit kann innerhalb des ersten SATA-Interfaces 1819 ausgeführt sein, oder die Host-CPU 1811 kann als Steuereinheit fungieren.
Das SATA-Bauelement 1830 beinhaltet eine Festplatten-Steuereinheit (HDC) 1840, einen Speicher 1850 und ein magnetisches Aufzeichnungsmedium 1860. Die HDC 1840 beinhaltet eine Hauptsteuereinheit (MCU) 1841, einen Datenbus 1843, ein zweites SATA-Interface 1845, einen Puffer 1847 und eine Disk-Steuereinheit 1849. Die CMU 1841 steuert den Betrieb von wenigstens einem des zweiten SATA-Interfaces 1845, des Puffers 1847 und der Disk-Steuereinheit 1849. Das zweite SATA-Interface 1845 beinhaltet einen zweiten optischen Modulator MOD(E/O) und einen zweiten optischen Demodulator DEM(O/E). Das SATA-Bauelement 1830 kann außerdem eine Steuereinheit beinhalten, welche den Betrieb des zweiten SATA-Interfaces 1845 steuert. Die Steuereinheit kann innerhalb des zweiten SATA-Interfaces 1845 enthalten sein, oder die MCU 1841 kann als Steuereinheit fungieren.
Während einer Schreiboperation werden in dem Speicher 1815 gespeicherte Schreibdaten gemäß der Steuerung der DMA-Steuereinheit 1817 zu dem ersten optischen Modulator MOD(E/O) des ersten SATA-Interfaces 1819 übertragen. Der erste optische Modulator MOD(E/O) erzeugt optische Schreibdaten aus den Schreibdaten und überträgt die optischen Schreibdaten über einen Datenbus zu dem zweiten optischen Demodulator DEM(O/E) des zweiten SATA-Interfaces 1845. Der zweite optische Demodulator DEM(O/E) demoduliert die optischen Schreibdaten in ein elektrisches Signal. Der Puffer 1847 puffert das elektrische Signal und speichert das gepufferte elektrische Signal temporär in dem Speicher 1850. Die Disk-Steuereinheit 1849 liest das elektrische Signal aus dem Speicher 1850 aus und schreibt es in das durch eine Schreibadresse gekennzeichnete magnetische Aufzeichnungsmedium 1860.
Während einer Leseoperation liest die Disk-Steuereinheit 1849 Daten aus dem durch eine Leseadresse gekennzeichneten magnetischen Aufzeichnungsmedium 1860 aus und speichert die Lesedaten über den Puffer 1847 in dem Speicher 1850. Der zweite optische Modulator MOD(E/O) des zweiten SATA-Interfaces 1845 erzeugt optische Lesedaten aus den über den Puffer 1847 von dem Speicher 1850 empfangenen Lesedaten und überträgt die optischen Daten über einen Datenbus zu dem ersten optischen Demodulator DEM(O/E) des ersten SATA-Interfaces 1819. Der erste optische Demodulator DEM(O/E) demoduliert die optischen Lesedaten in ein elektrisches Signal. Die DMA-Steuereinheit 18117 speichert das elektrische Signal von dem ersten optischen Demodulator DEM(O/E) in dem Speicher 1815.
13 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1900 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Das Datenverarbeitungssystem 1900 sendet und empfängt serielle Daten unter Verwendung eines USB-Kommunikationsprotokolls und beinhaltet einen USB-Host 1910 und ein USB-Bauelement 1920. In 13 bezeichnet MOD(E/O) einen optischen Modulator, der durch einen der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 beziehungsweise 600 ausgeführt sein kann.
Ein optisches Signal wird mittels eines ersten optischen Modulators MOD(E/O) erzeugt, der in einem in dem USB-Host 1910 enthaltenen ersten optischen Sendeempfänger 1912 enthalten ist, und über einen Datenbus 1900-1 zu einem zweiten optischen Demodulator DEM(O/E) übertragen, der in einem in dem USB-Bauelement 1920 enthaltenen zweiten optischen Sendeempfänger 1914 enthalten ist. Der zweite optische Demodulator DEM(O/E) des USB-Bauelements 1920 demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal. Der USB-Host 1910 kann außerdem einen Mikrocontroller (nicht gezeigt) beinhalten, der den Betrieb des ersten optischen Sendeempfängers 1912 steuert.
Ein optisches Signal wird mittels eines zweiten optischen Modulators MOD(E/O) erzeugt, der in dem zweiten optischen Sendeempfänger 1914 enthalten ist, welcher in dem USB-Bauelement 1920 enthalten ist, und über einen Datenbus 1900-2 zu einem in dem ersten optischen Sendeempfänger 1912 des USB-Hosts 1910 enthaltenen ersten optischen Demodulator DEM(O/E) übertragen. Der erste optische Demodulator DEM(O/E) des USB-Hosts 1910 demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal. Das USB-Bauelement 1920 kann außerdem einen Mikrocontroller (nicht gezeigt) beinhalten, der den Betrieb des zweiten optischen Sendeempfängers 1914 steuert.
14 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1000 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Das Datenverarbeitungssystem 1000 kann ein System-On-Chip (SoC) sein und beinhaltet eine Mehrzahl von Mastern 1010 und 1020, eine Mehrzahl von Slaves 10130 und 1040 sowie eine Mehrzahl von Bussen 1001. Jeder der Master 1010 und 1020 sowie der Slaves 1030 und 1040 beinhaltet einen optischen Modulator MOD(E/O) und einen optischen Demodulator MOD(O/E). Jeder der Busse 1001 kann durch einen optischen Wellenleiter ausgeführt sein.
Ein durch jeden optischen Modulator MOD(E/O) erzeugtes optisches Signal wird über einen entsprechenden der durch optische Wellenleiter ausgeführten Busse 1001 zu einem optischen Demodulator DEM(O/E) übertragen. Der optische Demodulator DEM(O/E) demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal.
15 zeigt ein weiteres Datenverarbeitungssystem 1100 mit einem der in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Das Datenverarbeitungssystem 1100 kann eine gestapelte Struktur mit einer Mehrzahl von Schichten 1110 und 1120 aufweisen.
Die erste Schicht 1110 beinhaltet einen ersten optischen Sendeempfänger 1111 und einen ersten Datenverarbeitungsschaltkreis 1113, der den Betrieb des ersten optischen Sendeempfängers 1111 steuert. Ein in dem ersten optischen Sendeempfänger 1111 enthaltener erster optischer Modulator MOD(E/O) überträgt ein optisches Signal über ein optisches Übertragungselement, wie einen optischen Wellenleiter, einen Siliciumdurchkontakt (TSV) oder eine optische Faser, zu einem in der zweiten Schicht 1120 enthaltenen zweiten optischen Demodulator DEM(O/E). Der zweite optische Demodulator DEM(O/E) demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal wird mittels eines in der zweiten Schicht 1120 enthaltenen zweiten Datenverarbeitungsschaltkreises 1123 verarbeitet.
Der zweite optische Modulator MOD(E/O), der in einem in der zweiten Schicht 1120 enthaltenen zweiten optischen Sendeempfänger 1121 enthalten ist, überträgt ein optisches Signal über ein optisches Übertragungselement, wie einen optischen Wellenleiter, einen TSV oder eine optische Faser, zu einem in der ersten Schicht 1110 enthaltenen ersten optischen Demodulator DEM(O/E). Der erste optische Demodulator (DEM(O/E) demoduliert das optische Signal in ein elektrisches Signal Das elektrische Signal wird mittels des ersten Datenverarbeitungsschaltkreises 1113 verarbeitet.
Die 16 bis 19 zeigen weitere Datenverarbeitungssysteme mit einem der jeweils in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren gemäß der Erfindung. Bezugnehmend auf 16 beinhaltet ein Datenverarbeitungssystem 2000 einen Sender 2010 und einen Empfänger 2020. Der Sender 2010 beinhaltet eine Lichtquelle 2011, eine Mehrzahl von optischen Modulatoren 2013, eine Mehrzahl von optischen Zirkulatoren 2015 und einen Splitter 2017. Der Empfänger 2020 beinhaltet eine Mehrzahl von optischen Demodulatoren 2021. Eine Mehrzahl von optischen Modulatoren 2013 kann sich eine Lichtquelle 2011 teilen.
Die Lichtquelle 2011 gibt ein nicht moduliertes optisches Signal ab. Der Splitter 2017 verteilt ein von der Lichtquelle 2011 abgegebenes optisches Signal an die Mehrzahl von optischen Modulatoren 2013. Jeder der Mehrzahl von optischen Zirkulatoren 2015 empfängt das vom Splitter 2017 abgegebene optische Signal und überträgt das empfangene optische Signal zu einem entsprechenden optischen Modulator 2013 und überträgt ein von dem entsprechenden optischen Modulator 2013 abgegebenes moduliertes optisches Signal an einen entsprechenden optischen Demodulator 2021 in dem Empfänger 2020.
Jeder der Mehrzahl von optischen Modulatoren 2013 kann einer der in den 5A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren sein, z. B. 300, 300', 300'', 600 oder 600', in denen die Eingabe und die Ausgabe eines optischen Signals durch den gleichen Anschluss oder Kanal unter den in den 4A bis 6D dargestellten optischen Modulatoren 200, 200', 200'', 300, 300', 300'', 600 und 600' durchgeführt wird.
Jeder der optischen Demodulatoren 2021 in dem Empfänger 2020 empfängt und demoduliert ein optisches Signal, das von einem entsprechenden optischen Modulator unter der Mehrzahl von optischen Modulatoren 2013 abgegeben wird.
Bezug nehmend auf 17 beinhaltet ein Datenverarbeitungssystem 2100 ein erstes Bauelement 2110 und ein zweites Bauelement 2120. Das erste Bauelement 2110 beinhaltet einen ersten Sender 2010 und einen ersten Empfänger 2040. In ähnlicher Weise beinhaltet das zweite Bauelement 2120 einen zweiten Sender 2030 und einen zweiten Empfänger 2020. 17 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei der jedes der Bauelemente 2110 und 2120 sowohl einen Sender als auch einen Empfänger beinhaltet. Der erste Sender 2010 moduliert und überträgt ein optisches Signal, und dann empfängt und demoduliert der zweite Empfänger 2020 das Signal von dem ersten Sender 2010. In ähnlicher Weise moduliert und überträgt der zweite Sender 2030 ein optisches Signal, und dann empfängt und demoduliert der erste Empfänger 2040 das Signal von dem zweiten Sender 2030.
Die Struktur und die Operationen des ersten und zweiten Senders 2010 und 2030, die in 17 dargestellt sind, sind jenen des in 16 dargestellten Senders 2010 ähnlich, und die Struktur und die Operationen des ersten und zweiten Empfängers 2040 und 2020, die in 17 dargestellt sind, sind jenen des in 16 dargestellten Empfängers 2020 ähnlich. Somit wird eine wiederholte Beschreibung derselben ausgelassen.
Bezugnehmend auf 18 beinhaltet ein Datenverarbeitungssystem 2200 ein erstes Bauelement 2210 und ein zweites Bauelement 2220. Die Struktur und die Operationen des in 18 dargestellten Datenverarbeitungssystems 2200 sind jenen des in 17 dargestellten Datenverarbeitungssystems 2100 ähnlich. Somit konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zwischen den zwei Datenverarbeitungssystemen 2100 und 2200, um Redundanz zu vermeiden.
Wie in 17 gezeigt, beinhaltet jeder der Sender 2010 und 2030 eine individuelle Lichtquelle 2011 und 2031, während sich in dem System von 18 eine Lichtquelle 2063 für das zweite Bauelement 2220 in einem Sender 2010 oder einem Empfänger 2060 des ersten Bauelements 2210 oder einem Teil außerhalb des Senders 2010 und des Empfängers 2060 befindet.
Wie in 18 gezeigt, befinden sich die Lichtquellen lediglich in dem ersten Bauelement 2210 (zum Beispiel einer Steuereinheit oder einer CPU), und in dem zweiten Bauelement 2220 (zum Beispiel einem Speicherbauelement) befindet sich keine Lichtquelle. Ein von der Lichtquelle 2063, die sich in dem ersten Bauelement 2210 befindet, für das zweite Bauelement 2220 abgegebenes optisches Signal wird zu dem Sender 2050 des zweiten Bauelements 2020 übertragen.
Somit empfängt und moduliert der Sender 2050 des zweiten Bauelements 2020 ein von einem nicht modulierten optischen Signal von dem ersten Bauelement 2210 abgegebenes optisches Signal und überträgt das modulierte optische Signal zu dem Sender 2010 des ersten Bauelements 2210.
Bezugnehmend auf 19 beinhaltet ein Datenverarbeitungssystem 2300 ein erstes Bauelement 2310 und ein zweites Bauelement 2320. Die Struktur und die Operationen des in 19 dargestellten Datenverarbeitungssystems 2300 sind jenen des in 18 dargestellten Datenverarbeitungssystems 2200 ähnlich. Somit konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zwischen den zwei Datenverarbeitungssystemen 2100 und 2200, um Redundanz zu vermeiden.
In der in 18 dargestellten Ausführungsform sind sowohl die Lichtquelle 2011 für das erste Bauelement 2210 als auch die Lichtquelle 2063 für das zweite Bauelement 2220 individuell in dem ersten Bauelement 2210 bereitgestellt, während in der in 19 dargestellten Ausführungsform eine Lichtquelle 2311 in lediglich einem eines ersten Bauelements 2310 und eines zweiten Bauelements 2320 bereitgestellt ist. Somit teilen sich das erste Bauelement 2310 und das zweite Bauelement 2320 die Lichtquelle 2311. In der in 19 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Lichtquelle lediglich in dem ersten Bauelement 2310, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann sich die Lichtquelle in dem zweiten Bauelement 2320 oder außerhalb des ersten und des zweiten Bauelements 2310 und 2320 befinden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann das elektrische Signal entweder ein serielles oder ein paralleles elektrisches Signal oder entweder serielle oder parallele Daten sein.
Die vorstehend beschriebenen Datenverarbeitungssysteme gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung sind auf Systeme gerichtet, die ein serielles Interface verwenden. Ein optischer Modulator gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auch auf ein Datenverarbeitungssystem angewendet werden, das ein paralleles Interface verwendet.
In den Zeichnungen können Elemente weggelassen oder übertrieben dargestellt sein oder können andere Abmessungen als tatsächliche Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel kann jeder der in den 5A bis 6D dargestellten Reflexionsgitterkoppler 330, 340, 620, 630, 640, 650, 620' und 640' so ausgeführt sein, dass er eine Breite ähnlich jener eines optischen Wellenleiters aufweist, sie sind jedoch in den Zeichnungen so dargestellt, dass sie größere Breiten als die optischen Wellenleiter aufweisen.

Claims

Optischer Modulator mit – einer Lichteingabeeinheit (310), die so konfiguriert ist, dass sie ein einfallendes optisches Signal empfängt, das nicht moduliert wurde, das einfallende optische Signal in ein erstes optisches Signal und ein zweites optisches Signal aufspaltet und das erste und zweite optische Signal zu einem ersten Pfad eines optischen Wellenleiters beziehungsweise zu einem zweiten Pfad des optischen Wellenleiters überträgt, – einem Phasenschieber (130), der in wenigstens einem des ersten und zweiten Pfades positioniert und so konfiguriert ist, dass er eine Phase von wenigstens einem des ersten und zweiten optischen Signals, die durch den ersten beziehungsweise zweiten Pfad empfangen wurden, in Reaktion auf ein elektrisches Signal moduliert, und – einer Lichtausgabeeinheit (320), die so konfiguriert ist, dass sie ein durch den ersten Pfad empfangenes Signal und ein durch den zweiten Pfad empfangenes Signal kombiniert und daraus ein optisches Ausgabesignal erzeugt, – wobei von der Lichteingabeeinheit und der Lichtausgabeeinheit wenigstens eine Einheit einen vertikalen Gitterkoppler beinhaltet.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei die Lichteingabeeinheit einen ersten vertikalen Gitterkoppler (310) beinhaltet, der so konfiguriert ist, dass er das einfallende optische Signal in einer Richtung senkrecht sowohl zu der Richtung des ersten Pfades als auch der Richtung des zweiten Pfades des optischen Wellenleiters empfängt und das erste optische Signal beziehungsweise das zweite optische Signal sowohl in der Richtung des ersten Pfades als auch der Richtung des zweiten Pfades des optischen Wellenleiters mit äquivalenten Proportionen oder mit unterschiedlichen Proportionen überträgt.
Optischer Modulator mit – einer Lichteingabe-/-ausgabeeinheit (310), die so konfiguriert ist, dass sie ein einfallendes optisches Signal empfängt, das nicht moduliert wurde, das einfallende optische Signal in ein erstes optisches Signal und ein zweites optisches Signal aufspaltet und das erste und zweite optische Signal zu einem ersten Pfad eines optischen Wellenleiters beziehungsweise einem zweiten Pfad des optischen Wellenleiters überträgt, – einem Phasenschieber (130), der in wenigstens einem des ersten und zweiten Pfades positioniert ist und so konfiguriert ist, dass er eine Phase von wenigstens einem des ersten und zweiten optischen Signals, die durch den ersten beziehungsweise zweiten Pfad empfangen wurden, in Reaktion auf ein elektrisches Signal moduliert, und so konfiguriert ist, dass er ein phasenmoduliertes Signal abgibt, und – einem Reflexionsgitterkoppler (330), der so konfiguriert ist, dass er ein durch den ersten Pfad empfangenes Signal entlang des ersten Pfades zurück reflektiert und ein durch den zweiten Pfad empfangenes Signal entlang des zweiten Pfades zurück reflektiert.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrische Signal ein erstes elektrisches Signal beinhaltet und der Phasenschieber einen ersten Phasenschieber (131) beinhaltet, der in dem ersten Pfad positioniert und so konfiguriert ist, dass er die Phase des ersten optischen Signals in Reaktion auf das erste elektrische Signal um einen ersten Winkel schiebt.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei das elektrische Signal des Weiteren ein zweites elektrisches Signal beinhaltet und der Phasenschieber des Weiteren einen zweiten Phasenschieber (132) beinhaltet, der in dem zweiten Pfad positioniert und so konfiguriert ist, dass er die Phase des zweiten optischen Signals in Reaktion auf das zweite elektrische Signal um einen zweiten Winkel schiebt.
Optischer Modulator nach Anspruch 4 oder 5, wobei – die Lichtausgabeeinheit einen zweiten vertikalen Gitterkoppler (320) beinhaltet, der so konfiguriert ist, dass er das zweite optische Signal mit einem von dem ersten Phasenschieber abgegebenen phasenmodulierten Signal kombiniert und das optische Ausgangssignal in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung abgibt, in der das zweite optische Signal und das phasenmodulierte Signal in die Lichtausgabeeinheit eingegeben werden, oder – die Lichtausgabeeinheit einen Y-Koppler (420), der so konfiguriert ist, dass er das zweite optische Signal mit einem von dem ersten Phasenschieber abgegebenen phasenmodulierten Signal kombiniert, und einen schrägen Gitterkoppler (425) beinhaltet, der so konfiguriert ist, dass er ein Ausgangssignal des Y-Kopplers in einer Richtung abgibt, die um einen vorgegebenen Winkel schräg zu einer Richtung ist, die sowohl zu der Richtung des ersten Pfads als auch zu der Richtung des zweiten Pfads des optischen Wellenleiters senkrecht ist.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Lichteingabeeinheit beinhaltet: – einen schrägen Gitterkoppler (405), der so konfiguriert ist, dass er das einfallende optische Signal empfängt und das empfangene optische Signal in eine Richtung überträgt, und – einen Y-Splitter (410), der so konfiguriert ist, dass er das von dem schrägen Gitterkoppler empfangene einfallende optische Signal mit äquivalenten Proportionen sowohl in die Richtung des ersten Pfades als auch in die Richtung des zweiten Pfades des optischen Wellenleiters aufspaltet, – wobei die Lichtausgabeeinheit einen vertikalen Gitterkoppler (320) beinhaltet, der so konfiguriert ist, dass er das zweite optische Signal mit einem von dem ersten Phasenschieber abgegebenen phasenmodulierten Signal kombiniert und das optische Ausgangssignal in einer Richtung vertikal zu einer Richtung abgibt, in der das zweite optische Signal und das phasenmodulierte Signal in die Lichtausgabeeinheit eingegeben werden.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der erste Phasenschieber eine Phase eines von dem Reflexionsgitterkoppler reflektierten ersten phasenmodulierten Signals moduliert und ein zweites phasenmoduliertes Signal abgibt.
Optischer Modulator nach Anspruch 8, wobei die Lichteingabe-/-ausgabeeinheit das von dem Reflexionsgitterkoppler reflektierte zweite optische Signal mit dem zweiten phasenmodulierten Signal kombiniert und ein kombiniertes Signal abgibt.
Optischer Modulator nach Anspruch 9, wobei die Lichteingabe-/-ausgabeeinheit einen vertikalen Gitterkoppler (310) beinhaltet, der so konfiguriert ist, dass er das einfallende optische Signal in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung empfängt, in der das optische Signal an den optischen Wellenleiter abgegeben wird, und das erste optische Signal und das zweite optische Signal mit einem vorgegebenen Verhältnis in den ersten Pfad beziehungsweise den zweiten Pfad des optischen Wellenleiters überträgt, und so konfiguriert ist, dass er das von dem Reflexionsgitterkoppler reflektierte zweite optische Signal mit dem zweiten phasenmodulierten Signal kombiniert und das kombinierte Signal in eine Richtung senkrecht zu einer Richtung abgibt, in der die Signale von dem optischen Wellenleiter eingegeben wurden.
Optischer Modulator nach Anspruch 10, wobei die Lichteingabe-/-ausgabeeinheit beinhaltet: – einen schrägen Gitterkoppler, der so konfiguriert ist, dass er das einfallende optische Signal empfängt und es in eine Richtung überträgt, und – einen Y-Splitter (510), der so konfiguriert ist, dass er das von dem schrägen Gitterkoppler empfangene einfallende optische Signal mit dem vorgegebenen Verhältnis in den ersten und zweiten Pfad aufspaltet, – wobei der Y-Splitter das von dem Reflexionsgitterkoppler reflektierte zweite optische Signal mit dem zweiten phasenmodulierten Signal kombiniert und das kombinierte Signal abgibt und – wobei der schräge Gitterkoppler das kombinierte Signal von dem Y-Koppler in eine Richtung abgibt, die unter einem vorgegebenen Winkel schräg zu der Richtung senkrecht zu der Richtung ist, in der die Signale von dem optischen Wellenleiter eingegeben wurden.
Optischer Modulator mit – einer Lichteingabeeinheit (310, 410), die so konfiguriert ist, dass sie ein einfallendes optisches Signal empfängt, das nicht moduliert wurde, und das einfallende optische Signal in ein erstes optisches Signal und ein zweites optisches Signal aufspaltet, – einen Phasenschieber (130), der so konfiguriert ist, dass er eine Phase des ersten optischen Signals, jedoch nicht des zweiten optischen Signals moduliert, und – eine Lichtausgabeeinheit (320, 420), die so konfiguriert ist, dass sie das phasenmodulierte erste optische Signal und das zweite optische Signal kombiniert, wobei – die Lichteingabeeinheit und die Lichtausgabeeinheit jeweils einen vertikalen Gitterkoppler (310, 410) beinhalten oder – die Lichteingabeeinheit einen vertikalen Gitterkoppler (310) beinhaltet und die Lichtausgabeeinheit einen Y-Splitter (420) beinhaltet oder – die Lichteingabeeinheit einen Y-Splitter (410) beinhaltet und die Lichtausgabeeinheit einen vertikalen Gitterkoppler (320) beinhaltet.