TW201626747A - 支援同調光學通信之系統及裝置 - Google Patents

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葛歐夫Ｗ 泰勒
張嚴
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歐普光電有限責任公司
美國康乃狄格大學
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Abstract

本發明揭示一種接收一光學PSK調變信號之同調光學接收器，其所包含之若干光學元件組合該光學PSK調變信號與一光學本地振盪(LO)信號且將該等經組合之光學信號分裂成相對於彼此具有一預定義相位偏移之多個部分。該接收器進一步包含至少一閘流體及可操作地耦合至該至少一閘流體之終端之控制電路。該控制電路經組態以接收該等經組合之光學信號之該多個部分且根據光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之相位偏移控制該至少一閘流體之切換操作。亦描述及主張該同調光學接收器之其他部分。

Description

支援同調光學通信之系統及裝置
本發明係關於光學通信系統且特定言之係關於光學通信信號之接收器以及其光學及電光組件。
相移鍵控(PSK)係用於光學通信中之藉由改變或調變一參考光學信號(光學載波)之相位來傳送資料之一數位調變方案。PSK使用有限數目個相位，各相位被指派二進制數字之一獨特型樣。通常，各相位編碼相等數目個位元。位元之各型樣形成藉由特定相位表示之符號。經特定設計以用於由調變器(或傳輸器)所使用之符號集之解調變器(或接收器)判定經接收光學信號之相位且將其映射回至其表示之符號，因此使原始資料復原。解調變之一形式要求接收器能夠比較該經接收光學信號之相位與一光學本地振盪信號，該光學本地振盪信號之相位追蹤該參考光學信號之相位。此一接收器通常被稱為一同調PSK光學接收器。該同調PSK光學接收器通常採用一光學鎖相迴路以使該光學本地振盪信號之相位與藉由傳輸器使用之參考光學信號之相位同步。
通常使用星座圖來表示PSK方案。該星座圖展示其中在此背景內容中實軸及虛軸歸因於其等90°分離而分別被命名為同相軸及正交軸之複平面中之點。關於垂直軸之此一表示適於簡單實施方案。明確言之，通常依圍繞一圓之均勻角間距選擇該等星座點。此給定鄰近點之間之最大相位分離及因此對訛誤之最佳免疫力。該等星座點定位於一 圓上使得其等可全部以相同能量傳輸。以此方式，其等表示之複數之模數將相同且相位調變之載波之振幅不改變。
兩個常見PSK方案係使用分離達180度之兩個相位之二進制相移鍵控(BPSK或2-PSK)及使用分離達90度之四個相位之正交相移鍵控(QPSK或4-PSK)，但亦可使用任何數目個相位。因為待傳送之資料本質上通常為二進制(或數位)的，所以PSK方案通常經設計使得星座點之數目係2次冪。高階PSK方案通常使用用於各自方案之相位之數目來標記。因此，採用分離達45度之8個相位之一PSK方案通常被稱為8-PSK，採用分離達22.5度之16個相位之一PSK方案通常被稱為16-PSK且採用分離達(360/M)度之M個相位之一通用PSK方案通常被稱為M-PSK或M階PSK。
對於同調BPSK光學接收器，相位對準之本地振盪信號可經分裂且藉由3-dB光纖耦合器之一網路在光學域中混合以供應至如圖1中所展示之對應光偵測器。此組態將經接收之光學信號轉換至表示該經接收之光學信號之同相分量及正交分量之基頻電信號。可藉由一信號處理器在電域中處理此兩個分量信號以判定該經接收之光學信號之相位且將其映射回至其表示之符號，因此使原始資料復原。
本發明係關於一種接收一光學PSK調變信號之同調光學接收器。該接收器包含光學元件，該等光學元件組合該光學PSK調變信號與一光學本地振盪(LO)信號且將該等經組合之光學信號分裂成相對於彼此具有一預定義相位偏移之多個部分。該接收器進一步包含至少一閘流體及可操作地耦合至該至少一閘流體之終端之控制電路。該控制電路可經組態以接收該等經組合之光學信號之該多個部分且根據光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之相位偏移來控制該至少一閘流體之切換操作。
在一項實施例中，該接收器之該至少一閘流體根據光學PSK調變信號相對於光學LO信號之相位偏移產生一數位電信號輸出。
在另一實施例中，該接收器之該至少一閘流體根據光學PSK調變信號相對於光學LO信號之相位偏移產生一數位光學信號輸出。
在又另一實施例中，該接收器之該至少一閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。該閘流體進一步包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，該接收器之該控制電路可包含與一給定閘流體相關聯之第一、第二、第三及第四光電晶體。該等第一及第二光電晶體可各經組態以接收經組合之光學信號之相對於彼此相位偏移達π/2弧度之各自部分。該第一光電晶體可電耦合至該給定閘流體之p型注入極終端且該第二光電晶體可電耦合至該給定閘流體之n型注入極終端。該等第三及第四光電晶體可各經組態以接收該等經組合之光學信號之相對於彼此相位偏移達π/2弧度之其他各自部分。該第三光電晶體可電耦合至該給定閘流體之p型注入極終端且該第四光電晶體電耦合至該給定閘流體之n型注入極終端。第一及第四光電晶體可經組態為導通光電晶體，該等導通光電晶體針對光學PSK調變信號相對於光學LO信號之一特定第一相位偏移而使給定閘流體在其導通狀態中操作，其中該第一光電晶體將電洞流供應至p型注入極終端以使給定閘流體在其導通狀態中操作，且該第四光電晶體將電子流供應至n型注入極終端以使給定閘流體在其導通狀態中操作。第二及第三光電晶體可經組態為關斷光電晶體，該等關斷光電晶體針對光學PSK調變信 號相對於光學LO信號之一特定第二相位偏移而使給定閘流體在其關斷狀態中操作，其中該第二光電晶體自p型注入極終端汲取電洞流以使給定閘流體在其關斷狀態中操作，且該第三光電晶體自n型注入極終端汲取電子流以使給定閘流體在其關斷狀態中操作。第一光電晶體可為一p通道HFET光電晶體，該p通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與給定閘流體之p型注入極終端之間。第二光電晶體可為一p通道HFET光電晶體，該p通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與給定閘流體之n型注入極終端之間。第三光電晶體可為一n通道HFET光電晶體，該n通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與給定閘流體之p型注入極終端之間。第四光電晶體可為一n通道HFET光電晶體，該n通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與給定閘流體之n型注入極終端之間。
在一項實施例中，該接收器之該等光學元件可包含：一第一波導耦合器，其經組態以將經組合之光學信號分裂成分別供應至第一光電晶體及第二光電晶體兩者之兩個部分；及一第二波導耦合器，其經組態以將經組合之光學信號分裂成分別供應至第三光電晶體及第四光電晶體兩者之兩個部分。
在一項實施例中，該接收器之該至少一閘流體之磊晶層結構可為III-V族材料。該接收器之閘流體之磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。控制電路可包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。控制電路亦可包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由磊晶層結構之p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
在一項實施例中，該光學PSK調變信號採用二進制相位，且該接收器之至少一閘流體及控制電路包含一閘流體及控制該閘流體之切換動作以產生對應於該光學PSK調變信號之經偵測二進制相位之一數位輸出信號之相關聯控制電路。
在另一實施例中，該光學PSK調變信號採用大於兩個之複數個相位，且該接收器之至少一閘流體及控制電路包含複數個閘流體及控制該複數個閘流體之切換動作以產生對應於該光學PSK調變信號之經偵測相位之複數個數位輸出信號之相關聯控制電路。該接收器可進一步包含用於處理藉由該複數個閘流體產生之數位輸出信號以導出表示該光學PSK調變信號之經偵測相位之數位信號之至少一光學XOR電路。該接收器之光學元件可進一步經組態以在將光學PSK調變信號之部分與光學LO信號之對應部分組合之前將該光學PSK調變信號及該光學LO信號兩者分裂成多個部分。該接收器之該等光學元件可進一步包含一光學混合耦合器，其經組態以在將光學PSK調變信號之一部分與光學LO信號之一對應部分組合之前將一所要相位偏移引入至該光學PSK調變信號之該一部分。
在又另一實施例中，該光學PSK調變信號採用具有許多振幅調變位準之PSK調變與QAM調變之一組合，且該接收器之複數個閘流體經組態而具有不同臨限位準以用於根據該QAM調變之振幅調變位準之數目啟動該複數個閘流體使得該複數個閘流體產生對應於該QAM調變之經偵測振幅調變位準之複數個數位輸出信號。
在又一實施例中，該接收器之光學元件可包含複數個混合光學耦合器。
在另一態樣中，本發明係關於一種光學XOR電路，其包含一閘流體及可操作地耦合至該閘流體之終端之控制電路。該控制電路經組態以回應於兩個數位光學信號輸入之導通/關斷狀態來控制該閘流體 之切換操作使得該閘流體產生一數位信號輸出(其為該兩個數位光學信號輸入之XOR函數)。
該光學XOR電路之閘流體可產生一數位電信號輸出(其為兩個數位光學信號輸入之XOR函數)。該閘流體亦可產生一數位光學信號輸出(其為兩個數位光學信號輸入之XOR函數)。
在一項實施例中，該光學XOR電路之閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。該閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，該光學XOR電路之控制電路可包含各經組態以接收兩個數位光學信號輸入之一者之第一及第二光電晶體，其中該第一光電晶體電耦合至閘流體之p型注入極終端且其中該第二光電晶體電耦合至該閘流體之n型注入極終端。該控制電路亦可包含各經組態以接收該兩個數位光學信號輸入之另一者之第三及第四光電晶體，其中該第三光電晶體電耦合至該閘流體之p型注入極終端且其中該第四光電晶體電耦合至該閘流體之n型注入極終端。當一數位光學輸入之狀態係導通且另一數位光學輸入之狀態係關斷時，該第一光電晶體可經組態為一導通光電晶體，該導通光電晶體將電洞流供應至p型注入極終端且使閘流體在其導通狀態中操作。當該另一數位光學輸入之狀態係導通且該一數位光學輸入之狀態係關斷時，該第四光電晶體可經組態為一導通光電晶體，該導通光電晶體將電子流供應至n型注入極終端且使閘流體在其導通狀態中操作。當一數位光學輸入之狀態係導通且另一數位光學輸入之狀態係關斷時，第二及第三光電晶體可經 組態為關斷光電晶體，該等關斷光電晶體使閘流體在其關斷狀態中操作。該第二光電晶體可經組態以自閘流體之n型注入極終端汲取電子流且該第三光電晶體可經組態以自閘流體之p型注入極終端汲取電洞流。該等第二及第三光電晶體可在尺寸上大於該等第一及第四光電晶體。第一光電晶體可為一p通道HFET光電晶體，該p通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與閘流體之p型注入極終端之間。第二光電晶體可為一p通道HFET光電晶體，該p通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與閘流體之n型注入極終端之間。第三光電晶體可為一n通道HFET光電晶體，該n通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與閘流體之p型注入極終端之間。第四光電晶體可為一n通道HFET光電晶體，該n通道HFET光電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與閘流體之n型注入極終端之間。
在另一實施例中，該光學XOR電路之一第一波導耦合器可經組態以將一數位光學信號輸入分裂成分別供應至第一光電晶體及第二光電晶體兩者之兩個部分。一第二波導耦合器可經組態以將另一數位光學信號輸入分裂成分別供應至第三光電晶體及第四光電晶體兩者之兩個部分。
在又一實施例中，該光學XOR電路之閘流體之磊晶層結構可包含III-V族材料。該閘流體之磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。控制電路可包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由該磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。控制電路亦可包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由該磊晶層結構之p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
在又另一態樣中，本發明係關於一種光學正反器電路，其包含一光學閘流體及控制電路。該光學閘流體經組態以接收一數位光學信號輸入且基於該數位光學信號輸入之導通/關斷狀態產生一數位信號輸出。該控制電路可操作地耦合至該光學閘流體之終端。該控制電路經組態以回應於一數位電信號輸入之位準而控制該光學閘流體之切換操作。
可藉由對應於數位光學信號輸入之導通/關斷狀態之光學閘流體之切換動作來產生該光學正反器電路之數位信號輸出，除非該切換動作藉由控制電路回應於數位電信號輸入之位準撤銷。藉由光學閘流體產生之數位信號輸出可為一數位光學信號輸出。藉由光學閘流體產生之數位信號輸出可為一數位電信號輸出。
在一項實施例中，該光學正反器電路之光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間P型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，該光學正反器電路之控制電路可包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與光學閘流體之n型注入極終端之間且該第一場效電晶體之閘極接收與數位電信號輸入互補之一數位電信號。該控制電路亦可包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於光學閘流體之p型注入極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間且該第二場效電晶體之閘極接收數位電信號輸入。該第一場效電晶體可為具有耦合至該正電壓供應端之一源極終端之一p通道 HFET電晶體。該第二場效電晶體可為具有一起耦合至該負電壓供應端或接地電壓供應端之一源極終端之一n通道HFET電晶體。光學閘流體可在該光學閘流體之陰極終端處產生對應於數位光學信號輸出之一第一數位電信號輸出。該光學閘流體亦可在該光學閘流體之陽極終端處產生與該第一數位電信號輸出互補之一第二數位電信號輸出。
在又一態樣中，本發明係關於一種光學AND閘，其包含一光學閘流體及控制電路。該光學閘流體經組態以接收第一及第二數位光學信號輸入。該控制電路可操作地耦合至該光學閘流體之終端。該控制電路經組態以回應於該等第一及第二數位光學信號輸入之導通/關斷狀態而控制該光學閘流體之切換操作使得該光學閘流體產生表示該等第一及第二數位光學信號輸入之AND函數之一數位輸出信號。該光學閘流體可產生表示該等第一及第二數位光學信號輸入之AND函數之一數位電信號。該光學閘流體亦可產生表示該等第一及第二數位光學信號輸入之AND函數之一數位光學信號。
在一項實施例中，該光學AND閘之光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。該光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，該光學AND閘之控制電路可包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與光學閘流體之n型注入極終端之間。該控制電路亦可包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與光學閘流體之p型注入極終端之 間。該第一場效電晶體可為具有一起耦合至該正電壓供應端之一閘極終端及一源極終端之一p通道HFET電晶體。該第二場效電晶體可為具有一起耦合至該負電壓供應端或接地電壓供應端之一閘極終端及一源極終端之一n通道HFET電晶體。
在一項實施例中，該光學AND閘之光學閘流體之磊晶層結構包含III-V族材料。該光學閘流體之磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。控制電路可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。控制電路亦可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
在又另一態樣中，本發明係關於一種AND閘，其包含一閘流體及可操作地耦合至該閘流體之終端之控制電路。該控制電路經組態以接收第一及第二數位電信號輸入且回應於該等第一及第二數位電信號輸入之位準而控制該閘流體之切換操作使得該閘流體產生表示該等第一及第二數位電信號輸入之AND函數之一數位輸出信號。該閘流體可產生表示該等第一及第二數位電信號輸入之AND函數之一數位電信號。該閘流體亦可產生表示該等第一及第二數位電信號輸入之AND函數之一數位光學信號。
在一項實施例中，該AND閘之閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。該閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，該AND閘之控制電路可包含一第一對場效電晶體，該第一對場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中一第一中間節點耦合至閘流體之n型注入極終端，其中將第一數位電信號輸入供應至該第一對場效電晶體以控制閘流體之切換操作。該控制電路亦可包含一第二對場效電晶體，該第二對場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中一第二中間節點耦合至閘流體之p型注入極終端，其中將第二數位電信號輸入供應至該第二對場效電晶體以控制閘流體之切換操作。該第一對場效電晶體可包含一p通道HFET電晶體，該p通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該正電壓供應端與該第一中間節點之間，其中該p通道HFET電晶體具有接收第一數位電信號單一輸入之一閘極終端。該第一對場效電晶體亦可包含一n通道HFET電晶體，該n通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該第一中間節點與該負電源供應端或接地電源供應端之間，其中該n通道HFET電晶體具有接收第一數位電信號單一輸入之一閘極終端。該第二對場效電晶體可包含一p通道HFET電晶體，該p通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該正電壓供應端與該第二中間節點之間，其中該p通道HFET電晶體具有接收第二數位電信號單一輸入之一閘極終端。該第二對場效電晶體亦可包含一n通道HFET電晶體，該n通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該第二中間節點與該負電源供應端或接地電源供應端之間，其中該n通道HFET電晶體具有接收第二數位電信號單一輸入之一閘極終端。
在一項實施例中，該AND閘之閘流體之磊晶層結構包含III-V族材料。該閘流體之磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。控制電路可包 含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。控制電路亦可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
在又一態樣中，本發明係關於一種用於一光學鎖相迴路之光學相位偵測器電路。該光學相位偵測器包含第一及第二光學正反器電路及一AND閘。該第一光學正反器電路經組態以基於一第一數位光學輸入之導通/關斷狀態及一數位電控制信號產生一第一數位輸出。該第二光學正反器電路經組態以基於一第二數位光學輸入之導通/關斷狀態及該數位電控制信號產生一第二數位輸出。該AND閘可操作地耦合至該第一光學正反器及該第二光學正反器兩者。該AND閘經組態以根據藉由該等第一及第二光學正反器電路產生之該等第一及第二數位輸出之一AND函數產生數位電控制信號以供應至該等第一及第二光學正反器電路。該等第一及第二數位輸出可為第一及第二數位光學信號，且AND閘可經組態以根據該等第一及第二數位光學信號之導通/關斷狀態之AND函數產生數位電控制信號。該等第一及第二數位輸出可為第一及第二數位電信號，且AND閘可經組態以根據該等第一及第二數位電信號之位準之AND函數產生數位電控制信號。
在一項實施例中，該等第一及第二光學正反器電路各包含一光學閘流體及耦合至該光學閘流體之終端之控制電路。該控制電路可經組態以回應於一數位電信號輸入之位準而控制該光學閘流體之切換操作。可藉由對應於數位光學信號輸入之光學閘流體之切換動作來產生數位光學信號輸出，除非該切換動作藉由控制電路回應於數位電信號輸入之位準撤銷。
在一項實施例中，各自光學正反器電路之光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底 部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端，其中該光學閘流體經組態以接收一數位光學信號輸入且產生一數位信號輸出。
在一項實施例中，各自光學正反器電路之控制電路可包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與光學閘流體之n型注入極終端之間且該第一場效電晶體之閘極接收與數位電信號輸入互補之一數位電信號。該控制電路亦可包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於光學閘流體之p型注入極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間且該第二場效電晶體之閘極接收數位電信號輸入。該第一場效電晶體可為具有耦合至該正電壓供應端之一源極終端之一p通道HFET電晶體。該第二場效電晶體可為具有一起耦合至該負電壓供應端或接地電壓供應端之一源極終端之一n通道HFET電晶體。
各自正反器電路之光學閘流體可在該光學閘流體之陰極終端處產生對應於數位光學信號輸出之一第一數位電信號輸出。該各自正反器電路之該光學閘流體亦可在該光學閘流體之陽極終端處產生(較佳與該第一數位電信號輸出互補之)一第二數位電信號輸出。
在一項實施例中，各自正反器電路之光學閘流體之磊晶層結構包含III-V族材料。該磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。控制電路可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。控制電路亦可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之p 型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
光學相位偵測器可為一光學鎖相迴路之部分，該光學鎖相迴路亦包含一光學時脈源及一回饋電路。該光學時脈源產生一光學時脈信號。該光學相位偵測器可經組態以量測一參考光學信號與藉由該光學時脈源產生之該光學時脈信號之間之相位差。該回饋電路可經組態以基於該光學相位偵測器之輸出而產生至少一控制信號輸入以供應至該光學時脈源。該光學時脈源可包含另一光學閘流體。該回饋電路可包含一充電泵電路，該充電泵電路包含至少一光學閘流體。該光學鎖相迴路可經組態以執行一時脈復原功能。
在又另一態樣中，本發明係關於一種用於一光學鎖相迴路之充電泵電路。該充電泵電路包含第一及第二光學閘流體，其中該第一光學閘流體經組態以接收一第一數位光學信號輸入，且其中該第二光學閘流體經組態以接收一第二數位光學信號輸入。一第一濾波器電路可操作地耦合至該第一光學閘流體。第一控制電路可操作地耦合至該第一光學閘流體之終端且接收對應於該第二數位光學信號輸入之一第一數位電信號輸入。一第二濾波器電路可操作地耦合至該第二光學閘流體。第二控制電路可操作地耦合至該第二光學閘流體之終端且接收對應於該第一數位光學信號輸入之一第二數位電信號輸入。該第一控制電路經組態以回應於該第一數位光學信號輸入及該第一數位電信號輸入之位準而控制流出電流至第一濾波器電路之第一光學閘流體之切換操作。該第二控制電路經組態以回應於該第二數位光學信號輸入及該第二數位電信號輸入之位準而控制自第二濾波器電路汲入電流之第二光學閘流體之切換操作。
第一濾波器電路可經組態以執行第一光學閘流體之一陰極終端之電壓電位之增加隨時間之積分。藉由第一濾波器電路執行之積分之結果可為該第一光學閘流體之陰極終端處之一增加電壓信號，該增加 電壓信號隨時間之變化追蹤第一數位光學信號輸入及第二數位光學輸入之相位偏移。第二濾波器電路可經組態以執行第二光學閘流體之一陽極終端之電壓電位之減小隨時間之積分。藉由第二濾波器電路執行之積分之結果可為該第二光學閘流體之陽極終端處之一減小電壓信號，該減小電壓信號隨時間之變化追蹤第二數位光學信號輸入及第一數位光學輸入之相位偏移。
在一項實施例中，充電泵電路之第一及第二光學閘流體各藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。各光學閘流體進一步包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，充電泵電路之第一控制電路可包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與第一光學閘流體之n型注入極終端之間，其中將對應於第二數位光學信號輸入之第一數位電信號輸入供應至該第一場效電晶體以控制該第一光學閘流體之切換操作。該第一控制電路亦可包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電源供應端或接地電源供應端與第一光學閘流體之p型注入極終端之間，其中將對應於第二數位光學信號輸入之第一數位電信號輸入供應至該第二場效電晶體以控制該第一光學閘流體之切換操作。第二控制電路可包含一第三場效電晶體，該第三場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與第二光學閘流體之n型注入極終端之間，其中將對應於第一數位光學信號輸入之第二數位電信號輸入供應至該第三場效電晶體以控制該第二光學閘流體之切換操作。該第二 控制電路亦可包含一第四場效電晶體，該第四場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電源供應端或接地電源供應端與第二光學閘流體之p型注入極終端之間，其中將對應於第一數位光學信號輸入之第二數位電信號輸入供應至該第四場效電晶體以控制該第二光學閘流體之切換操作。該第一場效電晶體可為具有接收對應於第二數位光學信號輸入之第一數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。該第二場效電晶體可為具有接收對應於第二數位光學信號輸入之第一數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。該第三場效電晶體可為具有接收對應於第一數位光學信號輸入之第二數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。該第四場效電晶體可為具有接收對應於第一數位光學信號輸入之第二數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。
在一項實施例中，充電泵電路之第一及第二光學閘流體之磊晶層結構包含III-V族材料。該磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。第一及第二控制電路可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由第一及第二光學閘流體之磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。第一及第二控制電路亦可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由第一及第二光學閘流體之磊晶層結構之p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
充電泵電路可為一光學鎖相迴路之一回饋電路之部分，該光學鎖相迴路亦包含一光學時脈源及一光學相位偵測器。該光學時脈源產生一光學時脈信號。該光學相位偵測器量測一參考光學信號與藉由該光學時脈源產生之該光學時脈信號之間之相位差。該回饋電路採用充電泵電路以產生第一及第二控制信號輸入以供應至該光學時脈源。該光學時脈源可包含另一光學閘流體。該光學相位偵測器可包含藉由另 一光學閘流體實現之一光學正反器。該光學相位偵測器可包含藉由另一光學閘流體實現之一光學AND閘。該光學相位偵測器可包含藉由一閘流體實現之一AND閘。該光學鎖相迴路可經組態以執行一時脈復原功能。
在又另一態樣中，本發明係關於一種用於產生一光學時脈信號之光電子電路。該光電子電路包含一光學閘流體、一波導結構及控制電路。該波導結構經組態以分裂藉由該光學閘流體產生之一光學脈衝使得此光學脈衝之一第一部分作為該光學時脈信號之部分輸出且此光學脈衝之一第二部分經導引回至該光學閘流體以產生另一光學脈衝(其作為該光學時脈信號之部分輸出)。該控制電路可操作地耦合至該光學閘流體之終端。該控制電路接收第一及第二控制信號輸入。該控制電路經組態以基於該第一控制信號輸入選擇性減小該光學時脈信號之頻率且基於該第二控制信號輸入選擇性增加該光學時脈信號之頻率。
在一項實施例中，光電子電路之光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區。該光學閘流體進一步包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
在一項實施例中，光電子電路之控制電路可包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與陽極終端之間，其中將第一控制輸入信號供應至該第一場效電晶體以控制藉由光學閘流體產生之光學脈衝之輸出功率使得光學時脈信號之頻率減小。該控制電路亦可包含一第二場效電晶體，該第二場 效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與n型注入極終端之間，其中將第一控制輸入信號供應至該第二場效電晶體以控制自光學閘流體之中間n型區排出電子之一偏壓電流使得光學時脈信號之頻率減小。該控制電路亦可包含一第三場效電晶體，該第三場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於陰極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中將第二控制輸入信號供應至該第三場效電晶體以控制藉由光學閘流體產生之光學脈衝之輸出功率使得光學時脈信號之頻率增加。該控制電路亦可包含一第四場效電晶體，該第四場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於p型注入極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中將第二控制輸入信號供應至該第二場效電晶體以控制自光學閘流體之中間p型區排出電洞之一偏壓電流使得光學時脈信號之頻率增加。該第一場效電晶體可為具有接收第一控制輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。該第二場效電晶體可為具有接收第一控制輸入之一閘極終端之一p通道HFET電晶體。該第三場效電晶體可為具有接收第二控制輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。該第四場效電晶體可為具有接收第二控制輸入之一閘極終端之一p通道HFET電晶體。
在一項實施例中，光電子電路之光學閘流體之磊晶層結構包含III-V族材料。該光學閘流體之磊晶層結構之中間n型區及中間p型區可分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。控制電路可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該光學閘流體之磊晶層結構之n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道。控制電路亦可包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該光學閘流體之磊晶層結構之p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
在另一實施例中，波導結構可包含一光學放大器裝置，該光學 放大器裝置經組態以放大光學脈衝之經導引回至光學閘流體之第二部分。光學閘流體可產生一電時脈信號，該電時脈信號之頻率匹配藉由該波導結構輸出之光學時脈信號。
在一項實施例中，可藉由一光學諧振器實現光學閘流體，該光學諧振器包含支援光之循環傳播之一閉合路徑波導及與該光學諧振器之該閉合路徑波導間隔開之一波導結構以在該閉合路徑波導與該波導結構之間提供漸逝波光學耦合。該光學諧振器之該波導結構可具有安置成與一輸出端相對之一端。該光學諧振器可包含整合至該波導結構之該一端之一反射器結構，其中該反射器結構包含一布拉格(Bragg)光柵。
光電子電路可為一光學鎖相迴路之部分，該光學鎖相迴路亦包含一光學相位偵測器及一回饋電路。該光學相位偵測器量測一參考光學信號與藉由該光電子電路產生之光學時脈信號之間之相位差。該回饋電路經組態以基於該光學相位偵測器之輸出產生第一及第二控制信號輸入以供應至該光電子電路。該回饋電路可包含一充電泵電路(其較佳包括至少另一光學閘流體)。該光學相位偵測器可包含藉由另一光學閘流體實現之至少一光學正反器。該光學相位偵測器可包含藉由另一光學閘流體實現之一光學AND閘。該光學相位偵測器可包含藉由一閘流體實現之一AND閘。該光學鎖相迴路可經組態以執行一時脈復原功能。
在又另一態樣中，本發明係關於一種半導體裝置，其包含形成於一基板上之一磊晶層結構中之兩個波導結構。該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。該兩個波導結構在一間隙區上方藉由漸逝波耦合彼此光學耦合且實現一180度混合耦合器，其中兩個輸入光學信號之功率在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂。
在又一態樣中，本發明係關於一種半導體裝置，其包含形成於一基板上之一磊晶層結構中之兩個波導結構。該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。該兩個波導結構在一間隙區上方藉由漸逝波耦合彼此光學耦合且實現用於一輸入光學信號之一相位調變器。
在另一態樣中，本發明係關於一種半導體裝置，其包含形成於一基板上之一磊晶層結構中之一場效光電晶體。該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。該場效光電晶體包含安置於一主動波導區之相對側上之一源極終端電極及一汲極終端電極，其中該主動波導區之n型調變摻雜之QW結構界定該源極終端電極與該汲極終端電極之間的一長形量子井通道。該長形量子井通道之電傳導藉由一光學信號輸入加以控制，該光學信號輸入藉由場效光電晶體之主動波導區接收且在該主動波導區中傳播。
在又另一態樣中，本發明係關於一種半導體裝置，其包含形成於一基板上之一磊晶層結構中之一場效光電晶體。該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。該場效光電晶體包含安置於一主動波導區之相對側上之一源極終端電極及一汲極終端電極，其中該主動波導區之p型調變摻雜之QW結構界定該源極終端電極與該汲極終端電極之間的一長形量子井通道。該長形量子井通道之電傳導藉由一光學信號輸入加以控制，該光學信號輸入藉由場效光電晶體之主動波導區接收且在該主動波導區中傳播。
100‧‧‧光學通信系統
100’‧‧‧光學通信系統
112‧‧‧傳輸器
112’‧‧‧傳輸器
114‧‧‧雷射本地振盪器
116‧‧‧光學二進制相移鍵控(BPSK)調變器
116’‧‧‧光學相移鍵控(PSK)相位調變器/光學相移鍵控(PSK)調變器
117‧‧‧符號編碼器
118‧‧‧通信媒體
120‧‧‧接收器
120’‧‧‧接收器
122‧‧‧光學鎖相迴路(OPPL)
124‧‧‧光學二進制相移鍵控(BPSK)同調解調變器/時脈復原區塊
124’‧‧‧光學相移鍵控(PSK)同調解調變器
124A‧‧‧光學混頻器及基於閘流體之光學二進制相移鍵控(BPSK)偵測器
124A’‧‧‧光學混頻器及基於閘流體之光學相移鍵控(PSK)偵測器/光學混頻器及光學相移鍵控(PSK)偵測器
124A”‧‧‧光學混頻器及光學相移鍵控(PSK)偵測器
124A'''‧‧‧光學混頻器及光學相移鍵控(PSK)偵測器
124A''''‧‧‧光學混頻器及光學相移鍵控(PSK)偵測器
124A-1‧‧‧光學二進制相移鍵控(BPSK)偵測器
124A’-1‧‧‧光學正交相移鍵控(QPSK)偵測器
124A-2‧‧‧光學二進制相移鍵控(BPSK)偵測器/基於閘流體之光學二進制相移鍵控(BPSK)偵測器
124A’-2‧‧‧光學正交相移鍵控(QPSK)偵測器
124A’-3‧‧‧光學正交相移鍵控(QPSK)偵測器
124A’-4‧‧‧光學正交相移鍵控(QPSK)偵測器
124B‧‧‧光學時脈復原區塊/時脈復原區塊
124B’‧‧‧光學時脈復原區塊
126‧‧‧電路/信號解碼電路
126’‧‧‧電路
128‧‧‧相位符號解碼器/符號解碼器
201‧‧‧雷射本地振盪器
203‧‧‧迴路濾波器
205‧‧‧偏振控制模組
300A‧‧‧180度光學混合耦合器/第一180度光學混合耦合器
300B‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
300C‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
301A‧‧‧波導/輸入波導
301B‧‧‧波導/輸入波導
303A‧‧‧波導
303B‧‧‧波導
305A‧‧‧波導
305B‧‧‧波導
305C‧‧‧波導
305D‧‧‧波導
307‧‧‧四終端垂直閘流體
309A‧‧‧第一負載元件
309B‧‧‧第二負載元件
600A‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
600B‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
601A‧‧‧波導/輸入波導
601B‧‧‧波導/輸入波導
603A‧‧‧波導
603B‧‧‧波導
603C‧‧‧波導
603D‧‧‧波導
700A‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
700B‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
701A‧‧‧波導
701B‧‧‧波導
703A‧‧‧波導
703B‧‧‧波導
703C‧‧‧波導
703D‧‧‧波導
705‧‧‧光學相位調變器
707‧‧‧基於閘流體之光學XOR區塊
800A‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
800B‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
801A‧‧‧波導
801B‧‧‧波導
803A‧‧‧波導
803B‧‧‧波導
803C‧‧‧波導
803D‧‧‧波導
807‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
809A‧‧‧第一負載元件
809B‧‧‧第二負載元件
900A‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
900B‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
900C‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
900D‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
900E‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
900F‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
901A‧‧‧波導
901B‧‧‧波導
903A‧‧‧波導
903B‧‧‧波導
903C‧‧‧波導
903D‧‧‧波導
903E‧‧‧波導
903F‧‧‧波導
903G‧‧‧波導
903H‧‧‧波導
903I‧‧‧波導
903J‧‧‧波導
903K‧‧‧波導
903L‧‧‧波導
903M‧‧‧波導
903N‧‧‧波導
903O‧‧‧波導
905A‧‧‧光學相位調變器
905B‧‧‧光學相位調變器
905C‧‧‧光學相位調變器
907A‧‧‧基於閘流體之光學XOR區塊/光學XOR區塊
907B‧‧‧基於閘流體之光學XOR區塊/光學XOR區塊
907C‧‧‧基於閘流體之光學XOR區塊/光學XOR區塊
907D‧‧‧基於閘流體之光學XOR區塊/光學XOR區塊
1000A‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
1000B‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
1000C‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
1000D‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
1000E‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
1000F‧‧‧180度光學混合耦合器/180度混合耦合器
1001A‧‧‧波導
1001B‧‧‧波導
1003A‧‧‧波導
1003B‧‧‧波導
1003C‧‧‧波導
1003D‧‧‧波導
1003E‧‧‧波導
1003F‧‧‧波導
1003G‧‧‧波導
1003H‧‧‧波導
1003I‧‧‧波導
1003J‧‧‧波導
1003K‧‧‧波導
1003L‧‧‧波導
1101‧‧‧相位可調諧光電子振盪器/光電子振盪器
1103‧‧‧光學相位偵測器
1105‧‧‧光學充電泵及迴路濾波器電路/光學充電泵及濾波器電路/光學充電泵
1107‧‧‧起始信號
1109A‧‧‧光學時脈信號/時脈信號
1109B‧‧‧電時脈信號
1111‧‧‧數位光學信號輸入/經復原之數位光學信號輸入/數位光學信號/經復原之數位光學信號
1113‧‧‧數位相位差信號
1115‧‧‧相位調諧信號
1203A‧‧‧光學正反器
1203B‧‧‧光學正反器
1205‧‧‧AND閘
1205’‧‧‧AND閘
1300‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1301A‧‧‧第一負載元件
1301B‧‧‧第二負載元件
1302‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1303A‧‧‧第一負載元件
1303B‧‧‧第二負載元件
1400‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1400’‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1401A‧‧‧第一負載元件
1401B‧‧‧第二負載元件
1403A‧‧‧第一負載元件
1403B‧‧‧第二負載元件
1500‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1501A‧‧‧第一負載元件
1501B‧‧‧第二負載元件
1503‧‧‧電容器
1504‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1505A‧‧‧第一負載元件
1505B‧‧‧第二負載元件
1506‧‧‧電容器
1600‧‧‧四終端垂直閘流體/閘流體
1603‧‧‧回饋波導/回饋波導結構
1605‧‧‧半導體光學放大器
1701‧‧‧基板
1703‧‧‧底部分佈式布拉格反射器(DRB)鏡
1705‧‧‧n型歐姆接觸層/層/底部n型歐姆接觸層/底部n型層/底部n型接觸層
1707‧‧‧n型層/底部n型層
1709‧‧‧未摻雜之間隔層
1711‧‧‧p型調變摻雜之量子井(QW)結構
1713‧‧‧間隔層/層
1715‧‧‧n型調變摻雜之量子井(QW)結構/層
1717‧‧‧未摻雜之間隔層/頂部層/頂部p型層/層
1719‧‧‧p型層/頂部層/頂部p型層/層
1721‧‧‧p型歐姆接觸件/p型歐姆接觸層/頂部p型歐姆接觸層/p型層/頂部p+接觸層/頂部層/頂部p型層/層
1801‧‧‧Z字形主動波導結構/Z字形波導結構
1803‧‧‧Z字形主動波導結構/Z字形波導結構
1805‧‧‧肋形波導/波導
1807‧‧‧肋形波導/波導
1809‧‧‧光學模態
1811‧‧‧側壁/頂部肋形側壁
1813‧‧‧側壁/頂部肋形側壁
1815‧‧‧光學模態
1816‧‧‧n型離子植入物
1817‧‧‧植入區
1819‧‧‧頂部控制電極/頂部控制終端電極
1821‧‧‧植入區
1823‧‧‧植入區
1825‧‧‧頂部控制電極/頂部控制終端電極
1827‧‧‧第二控制終端電極/第二控制電極
1829‧‧‧底部電極
1830‧‧‧頂部分佈式布拉格反射器(DRB)鏡/頂部鏡
1831‧‧‧第二控制終端電極/第二控制電極
1833‧‧‧底部電極
1900‧‧‧n通道異質結構場效電晶體(HFET)(NHFET)光電晶體裝置
1901‧‧‧筆直被動肋形波導區段/被動肋形波導區段
1902‧‧‧垂直側壁/側壁
1903‧‧‧光學模態
1905‧‧‧n型離子植入物/n型植入物
1907‧‧‧垂直側壁/側壁
1909‧‧‧長形中間台面/台面
1911‧‧‧長形中間台面/台面
1913‧‧‧垂直側壁
1915‧‧‧長形中間台面/台面
1917‧‧‧n型離子植入區
1930‧‧‧頂部分佈式布拉格反射器(DRB)鏡/頂部分佈式布拉格反射器(DRB)鏡結構
2000‧‧‧p通道異質結構場效電晶體(HFET)(PHFET)光電晶體裝置
2001‧‧‧筆直被動肋形波導區段/被動肋形波導區段
2002‧‧‧垂直側壁/側壁
2003‧‧‧光學模態
2005‧‧‧n型離子植入物/n型植入物
2007‧‧‧垂直側壁/側壁
2009‧‧‧長形中間台面/台面
2011‧‧‧長形中間台面/台面
2013‧‧‧垂直側壁
2015‧‧‧長形中間台面/台面
2017‧‧‧p型離子植入區
2030‧‧‧頂部分佈式布拉格反射器(DRB)鏡/頂部分佈式布拉格反射器(DRB)鏡結構
2100‧‧‧光學閘流體
2101‧‧‧閘流體閉合路徑波導諧振器/諧振器
2102‧‧‧諧振腔波導/波導/肋形波導/主動波導/微諧振器波導
2104‧‧‧光學模態信號/光學模態
2109A‧‧‧第一Z字形波導結構/Z字形波導/波導
2109B‧‧‧第二Z字形波導結構/Z字形波導/波導
2110A‧‧‧光學模態
2110B‧‧‧光學模態
2113A‧‧‧間隙區/間隙
2113B‧‧‧間隙區/間隙
2115A‧‧‧第一耦合控制終端電極/耦合控制電極
2115B‧‧‧第一耦合控制終端電極/耦合控制電極
2117A‧‧‧第二控制電極/控制電極
2117B‧‧‧第二控制電極/控制電極
2121‧‧‧n型接觸植入區/布拉格光柵反射器/反射器/調諧反射器
2123‧‧‧中心植入區/布拉格光柵/光柵
2125‧‧‧p型離子植入區
2127A‧‧‧植入區
2127B‧‧‧植入區
2129A‧‧‧植入區
2129B‧‧‧植入區
2131A‧‧‧n型離子植入區/n型植入物
A‧‧‧數位電信號/數位光學信號
A'‧‧‧數位電信號/輸入數位光學信號/數位光學信號
‧‧‧數位電信號
a‧‧‧數位電信號/數位光學信號
a'‧‧‧數位電信號/數位光學信號
A1‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
A2‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
A3‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
A4‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
B‧‧‧數位電信號/數位光學信號
B'‧‧‧數位電信號/輸入數位光學信號/數位光學信號
‧‧‧數位電信號
b‧‧‧數位電信號/數位光學信號
b'‧‧‧數位電信號/數位光學信號
B1‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
B2‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
B3‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
B4‧‧‧數位電信號/數位光學信號/電信號
C‧‧‧數位電信號/數位光學信號/控制信號
c‧‧‧數位光學信號
c'‧‧‧數位光學信號
D‧‧‧數位電信號/數位光學信號/控制信號
DA‧‧‧數位光學信號輸入/輸入端/輸入光學信號
DB‧‧‧光學時脈信號/輸入端/時脈信號/輸入光學信號
G‧‧‧間隙區
In0‧‧‧輸入波導
In1‧‧‧輸入波導
N2‧‧‧區
Out0‧‧‧輸出波導
Out1‧‧‧輸出波導
Q1‧‧‧光電晶體/p通道異質結構場效電晶體(HFET)光電晶體/導通光電晶體/導通p通道異質結構場效電晶體(HFET)光電晶體/導通電晶體/p通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/電晶體/n通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體
Q2‧‧‧光電晶體/n通道異質結構場效電晶體(HFET)光電晶體/關斷光電晶體/關斷電晶體/導通光電晶體/n通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/電晶體/p通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體
Q3‧‧‧光電晶體/p通道異質結構場效電晶體(HFET)光電晶體關斷光電晶體/關斷電晶體/導通光電晶體/n通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/電晶體/p通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體
Q4‧‧‧光電晶體/n通道異質結構場效電晶體(HFET)光電晶
體/導通光電晶體/導通n通道異質結構場效電晶體(HFET)光電晶體/導通電晶體/p通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/異質結構場效電晶體(HFET)電晶體/電晶體/n通道異質結構場效電晶體(HFET)電晶體
QA‧‧‧數位光學信號輸出/數位電信號輸出/數位電輸出信號/數位光學信號/數位電信號/數位電輸入/數位光學輸入/輸出光學信號/輸入光學信號
QB‧‧‧數位光學信號輸出/數位電信號輸出/數位電輸出信號/電信號/數位電信號/數位光學信號/數位電輸入/數位光學輸入/輸出光學信號/輸入光學信號
R‧‧‧輸入端
‧‧‧輸入端
S0‧‧‧輸入光學信號
S1‧‧‧輸入光學信號
T1‧‧‧振幅調變位準
T2‧‧‧振幅調變位準
T3‧‧‧振幅調變位準
T4‧‧‧振幅調變位準
VT2‧‧‧電壓供應電位
VT3‧‧‧電壓供應電位
VT4‧‧‧電壓供應電位
Vcc‧‧‧正電壓供應端
圖1係一先前技術同調BPSK光學接收器之一示意圖。
圖2A係可體現本發明之態樣之同調BPSK光學通信系統之一示意性方塊圖。
圖2B係根據本發明之同調BPSK光學接收器之一闡釋性實施例之 一示意性方塊圖。
圖3A係圖2B之光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器之一示意性電路圖。
圖3B係相位至由藉由圖3A之光學BPSK偵測器產生之數位輸出信號表示之二進制符號之一例示性映射之一表。
圖3C係如圖3B之表中所展示之相位至二進制符號之例示性映射之一星座圖。
圖4係可體現本發明之態樣之同調PSK光學通信系統之一示意性方塊圖。
圖5係根據本發明之同調PSK光學接收器之一闡釋性實施例之一示意性方塊圖。
圖6A係適用於圖5之接收光學QPSK調變信號之同調PSK光學接收器中之一光學混頻器及基於閘流體之光學QPSK偵測器之一示意圖。
圖6B係相位至由藉由圖6A之光學QPSK偵測器產生之數位輸出信號表示之四個符號之一例示性映射之一表。
圖6C係如圖6B之表中所展示之相位至符號之例示性映射之一星座圖。
圖7A係適用於圖5之接收光學8-PSK調變信號之同調PSK光學接收器中之一光學混頻器及基於閘流體之光學8-PSK偵測器之一示意圖。
圖7B係相位至由藉由圖7A之光學8-PSK偵測器產生之數位輸出信號表示之八個符號之一例示性映射之一表。
圖7C係如圖7B之表中所展示之相位至符號之例示性映射之一星座圖。
圖8A係根據本發明之一基於閘流體之光學XOR電路之一示意性電路圖。
圖8B係展示藉由圖8A之光學XOR電路提供之XOR函數之一表。
圖9A及圖9B共同地作為適用於圖5之接收光學16-PSK調變信號之同調PSK光學接收器中之光學混頻器及基於閘流體之光學16-PSK偵測器之一示意圖。
圖9C係相位至由藉由圖9A及圖9B之光學16-PSK偵測器產生之數位輸出信號表示之十六個符號之一例示性映射之一表。
圖9D係如圖9C之表中所展示之相位至符號之例示性映射之一星座圖。
圖10A及圖10B共同地作為適用於圖5之接收光學PSK-QAM調變信號之同調PSK光學接收器中之光學混頻器及基於閘流體之光學PSK-QAM偵測器之一示意圖。
圖10C係相位及兩種振幅調變(T1及T2)至由藉由圖10A及圖10B之光學PSK-QAM偵測器產生之數位輸出信號表示之八個符號之一例示性映射之一表。
圖10D係如圖10C之表中所展示之相位及兩種振幅調變(T1及T2)至八個符號之例示性映射之一星座圖。
圖10E係圖10A及圖10B之用於偵測T2振幅調變位準之相位之光學PSK-QAM偵測器之部分之一示意性電路圖。
圖10F係相位及兩種振幅調變(T3及T4)至由藉由圖10A及圖10B之光學PSK-QAM偵測器產生之數位輸出信號表示之八個符號之一例示性映射之一表。
圖10G係如圖10F之表中所展示之相位及兩種振幅調變(T3及T4)至八個符號之例示性映射之一星座圖。
圖10H係圖10A及圖10B之用於偵測T3振幅調變位準之相位之光學PSK-QAM偵測器之部分之一示意性電路圖。
圖10I係圖10A及圖10B之用於偵測T4振幅調變位準之相位之光學 PSK-QAM偵測器之部分之一示意性電路圖。
圖10J展示可藉由圖10A及圖10B之光學PSK-QAM偵測器偵測之相位及四種振幅調變(T1、T2、T3及T4)至十六個符號之例示性映射之全星座圖。
圖11係用作適用於圖2A及圖5之同調光學接收器中之時脈復原電路之光學鎖相迴路(OPPL)之一例示性實施例之一示意性方塊圖。
圖12A係適用於圖11之光學鎖相迴路(時脈復原電路)中之光學相位偵測器之一例示性實施例之一示意圖。
圖12B係繪示圖12A之光學正反器A之邏輯功能之一表。
圖12C係繪示圖12A之光學正反器B之邏輯功能之一表。
圖12D係繪示圖12A之AND閘之邏輯功能之一表。
圖13A係經組態以用作圖12A之光學正反器A之一光學正反器之一例示性實施例之一示意性電路圖。
圖13B係經組態以用作圖12A之光學正反器B之一光學正反器之一例示性實施例之一示意性電路圖。
圖14A係經組態以用作圖12A之AND閘之一AND閘之一例示性實施例之一示意性電路圖。
圖14B係經組態以用作圖12A之AND閘之一光學AND閘之一例示性實施例之一示意性電路圖。
圖15A係適用於圖11之光學鎖相迴路(時脈復原電路)中之光學充電泵及迴路濾波器電路之一例示性實施例之一示意圖。
圖15B係繪示藉由圖15A之光學充電泵及迴路濾波器電路產生之一控制信號D之一實例之一圖表。
圖15C係繪示藉由圖15A之光學充電泵及迴路濾波器電路產生之一控制信號C之一實例之一圖表。
圖16係適用於圖11之光學鎖相迴路(時脈復原電路)中之光電子振 盪器之一例示性實施例之一示意圖。
圖17係可用於實現本文中所描述之各種電路配置之電裝置、光電子裝置及光學裝置之一例示性磊晶層結構之一示意性圖解。
圖18A至圖18C係可利用圖17之層結構製成之一光學混合耦合器之一例示性實施例之示意性圖解。
圖19A及圖19B係可利用圖17之層結構製成之一n通道HFET光電晶體裝置之一例示性實施例之示意性圖解。
圖20A及圖20B係可利用圖17之層結構製成之一p通道HFET光電晶體裝置之一例示性實施例之示意性圖解。
圖21A至圖21F係可利用圖17之層結構製成且經組態用作一光電子振盪器之一光學閘流體及相關聯光電子電路元件之一例示性實施例之示意性圖解。
圖2A展示採用光學二進制相移鍵控(BPSK)信號之一光學通信系統100。該系統100包含具有一雷射本地振盪器114之一傳輸器112，該雷射本地振盪器114以一預定波長產生一光學載波信號。藉由該雷射本地振盪器114輸出之該光學載波信號之強度以一預定義頻率振盪。該雷射本地振盪器114可為一分佈式回饋(DFB)雷射或其他合適雷射發射器。將藉由雷射本地振盪器114輸出之該光學載波信號供應至一光學BPSK調變器116，該光學BPSK調變器116根據二進制位元值之一經供應信號串流及一符號時脈調變光學載波信號之相位。該符號時脈定義該信號串流之個別位元值之邊界之時序。對於該信號串流中之一二進制位元值「1」，該光學BPSK調變器116產生一相移光學載波信號，該相移光學載波信號具有相對於藉由雷射本地振盪器114輸出之載波光學信號之一預定義對應相位偏移(諸如一0度相位偏移)。對於該信號串流中之一二進制位元值「0」，光學BPSK調變器116產生一相移光 學載波信號，該相移光學載波信號具有相對於藉由雷射本地振盪器114輸出之載波光學信號之一預定義對應相位偏移(諸如一180度或π相位偏移)。光學BPSK調變器116可用以將(在△φ=ω△t時)對應於所需相變之時間延遲併入至光學信號路徑中。此可藉由一環形諧振器實現，其中以某一方式(諸如回應於供應至該環形諧振器之一或多個電信號)控制通過該環形諧振器之有效光學速度。藉由一通信媒體118(諸如一光纖)將藉由光學BPSK調變器116產生之相移光學載波信號載送至一接收器120。
該接收器120接收經由通信媒體118載送之相移光學載波信號。接收器120包含一雷射本地振盪器(其係一光學鎖相迴路(OPPL)122之部分)，該光學鎖相迴路(OPPL)122用以自經接收之光學相移載波信號復原光學載波信號。以此方式，接收器120之OPPL 122之雷射本地振盪器產生一光學信號(被稱為一「光學本地振盪信號」)，該光學信號以匹配藉由傳輸器112之雷射本地振盪器114輸出之光學載波信號之一頻率及相位振盪。OPPL 122估計及補償接收器之雷射本地振盪器與傳輸器112之光學載波信號之間的振盪頻率之差。OPPL 122亦使接收器之雷射本地振盪器之相位對準至傳輸器112之光學載波信號之相位。藉由一光學BPSK同調解調變器124處理藉由OPPL 122產生之光學本地振盪信號以及經接收之光學相移載波信號以識別該經接收之光學相移載波信號相對於該光學本地振盪信號之相位偏移。此係攜載於經接收之相移光學載波信號中之相位資訊之同調零差偵測之一形式。該光學BPSK同調解調變器124產生一電信號，該電信號編碼對應於經接收之相移光學載波信號之相位偏移資訊之二進制位元值。相位偏移資訊與該等二進制位元值之間之對應性係藉由由傳輸器112之光學BPSK調變器116採用之BPSK調變方案指示。以此方式，光學BPSK同調解調變器124使藉由經接收之相移光學載波信號攜載之二進制位元值之 信號串流復原。光學BPSK同調解調變器124亦操作以產生對應於傳輸器112之符號時脈之一電時脈信號(時序資訊)。將該經復原之信號串流及該時脈信號供應至解碼信號串流(視需要)且執行串列轉並列資料轉換之電路126。視需要可將並列資料(通常，位元組大小之資料塊)輸出至一資料處理電路。
圖2B係繪示圖2A之接收器120之一實施例之一方塊圖，該接收器120包含一OPPL 122、一光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A、一光學時脈復原區塊124B及信號解碼電路126。該OPPL 122包含一雷射本地振盪器201及一迴路濾波器203。該迴路濾波器203用以估計及補償藉由雷射本地振盪器201產生之光學本地振盪信號與傳輸器112之光學載波信號之間的振盪頻率之差。該迴路濾波器203亦用以使該光學本地振盪信號之相位對準至傳輸器112之該光學載波信號之相位。將雷射本地振盪器之輸出供應至一偏振控制模組205，該偏振控制模組205固定光學本地振盪信號之偏振狀態以匹配經接收之光學信號之偏振。此可為必要的，因為雷射本地振盪器201可產生不同於經接收之光學信號之一光學偏振狀態。
該光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A經組態以識別經接收之光學相移載波信號相對於光學本地振盪信號之相位偏移。此係攜載於經接收之相移光學載波信號中之相位資訊之同調零差偵測之形式。該光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A產生一電信號，該電信號編碼對應於經接收之相移光學載波信號之相位偏移資訊之二進制位元值。相位偏移資訊與該等二進制位元值之間之對應性係藉由由傳輸器112之光學BPSK調變器116採用之BPSK調變方案所指示。以此方式，光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A使藉由經接收之相移光學載波信號攜載之二進制位元值之信號串流復原。
光學時脈復原區塊124B操作以產生一電時脈信號，該電時脈信號之導通/關斷轉變係與傳輸器之符號時脈同步。此符號時脈係嵌入於藉由光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A產生之光學信號中，該光學信號表示藉由經接收之相移光學載波信號攜載且藉由光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A偵測之二進制位元值之經復原之信號串流。
信號解碼電路126利用藉由時脈復原區塊124B產生之電時脈信號(經復原之符號時脈)以取樣藉由光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A產生之電信號之脈衝。此電信號表示藉由經接收之相移光學載波信號攜載且藉由光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A偵測之二進制位元值之經復原之信號串流。此取樣依對應於經復原之符號時脈之時序執行且因此對準至藉由經接收之相移光學載波信號攜載之二進制位元值。信號解碼電路126亦執行將各經復原之相位樣本映射回至其所表示之二進制符號之信號解碼操作且因此使原始資料復原。
圖3A中展示光學混頻器及基於閘流體之光學BPSK偵測器124A之一實施例。其採用三個180度光學混合耦合器300A、300B、300C之一網路以用於光學混合經接收之相移載波信號與藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號。
各180度光學混合耦合器包含兩個輸入波導(In0/In1)及兩個輸出波導(Out0/Out1)。該兩個輸入波導In0、In1接收兩個分離輸入光學信號S0及S1。該180度光學混合耦合器將該兩個輸入光學信號S0與S1混合以產生自Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號，其中該兩個輸入光學信號S0、S1之功率在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(對於各輸入信號50：50分裂)。明確言之，自輸出波導Out0傳播出之光學信號之強度I0係如下給定： 其中E S1係供應至In1輸入波導之輸入光學信號S1之場振幅，E S0係供應至In0輸入波導之輸入光學信號S0之場振幅，κ及L eff 係180度光學混合耦合器之耦合常數及有效耦合長度，及係在Out0及Out1輸出波導中產生之光學信號之相位差。類似地，自輸出波導Out2傳播出之光學信號之強度I1係如下給定： 在50：50分裂比之情況中，κL eff 係π/4且方程式(1)及方程式(2)變為： 此等方程式展示兩個輸出信號之最大強度具有180度或π弧度之一相位差。此外，存在關於S0光學信號分量(其係自輸出波導Out1傳播之輸出信號之部分)相對於S0光學信號分量(其係自輸出波導Out0傳播之輸出信號之部分)之π/2弧度之90度之一相位延遲(滯後)。
如圖3A中所展示，三個180度光學混合耦合器(300A、300B、300C)提供經接收之相移光學載波信號與自OPPL 122輸出之光學LO信號之混合。兩個波導301A、301B將經接收之相移光學載波信號及光學LO信號分別供應至第一180度光學混合耦合器300A之In0及In1輸入波導。在此組態中，該第一180度光學混合耦合器300A將經接收之相移光學載波信號與光學LO信號混合以產生自該180度光學混合耦合器300A之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。兩個輸入光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中該兩個輸出信號之最大強度具有180度(π弧度)之一相位差。
一波導303A將來自180度光學混合耦合器300A之Out0輸出波導之 輸出信號供應至180度光學混合耦合器300B之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器300B產生自該180度光學混合耦合器300B之Out0及Out1輸出波導傳播出之兩個輸出信號。輸入信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中該兩個輸出信號之最大強度具有180度(π弧度)之一相位差。
一波導303B將自180度光學混合耦合器300A之Out1輸出波導輸出之輸出信號供應至180度光學混合耦合器300C之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器300C產生自該180度混合耦合器300C之Out0及Out1輸出波導傳播出之兩個輸出信號。輸入信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中該兩個輸出信號之最大強度具有180度(π弧度)之一相位差。
波導305A、305B、305C、305D將自180度混合耦合器300B之Out0及Out1輸出波導輸出之光學信號以及自180度混合耦合器300C之Out0及Out1輸出波導輸出之光學信號供應至如下所述之基於閘流體之光學相位偵測器之對應光電晶體Q1、Q2、Q3、Q4。
該基於閘流體之光學相位偵測器包含具有一分裂負載之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)307。一第一負載元件309A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體307之陽極終端之間。一第二負載元件309B耦合於該閘流體307之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體307亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。
一p通道HFET光電晶體Q1及一n通道HFET光電晶體Q2串聯耦合於正電壓供應端(Vcc)與負電壓供應端(接地)之間。該p通道HFET光電晶體Q1具有皆連接至正電壓供應端(Vcc)之一源極終端及一閘極終端。該n通道HFET光電晶體Q2具有皆連接至負電壓供應端(接地)之一源極終端及一閘極終端。該p通道HFET光電晶體Q1之汲極及該n通道HFET光電晶體Q2之汲極耦合在一起且至閘流體307之p通道注入極終 端。
一p通道HFET光電晶體Q3及一n通道HFET光電晶體Q4串聯耦合於正電壓供應端(Vcc)與負電壓供應端(接地)之間。該p通道HFET光電晶體Q3具有皆連接至正電壓供應端(Vcc)之一源極終端及一閘極終端。該n通道HFET光電晶體Q4具有皆連接至負電壓供應端(接地)之一源極終端及一閘極終端。該p通道HFET光電晶體Q3之汲極及該n通道HFET光電晶體Q4之汲極耦合在一起且至閘流體307之n通道注入極終端。
將自180度光學混合耦合器300B之Out0輸出波導輸出之光學信號導引至p通道HFET光電晶體Q1之波導區中且將自該180度光學混合耦合器之Out1輸出波導輸出之光學信號導引至p通道HFET光電晶體Q3之波導區中。將自180度光學混合耦合器300C之Out0輸出波導輸出之光學信號導引至n通道HFET光電晶體Q2之波導區中且將自該180度光學混合耦合器300C之Out1輸出波導輸出之光學信號導引至n通道HFET光電晶體Q4之波導區中。
在此組態中，使光學載波信號分量(其係自180度光學混合耦合器300B之Out0輸出波導傳播(且供應至p通道HFET光電晶體Q1之波導區)之輸出信號之部分)之相位對準(滯後接近0度或0弧度)至經接收之相移光學載波信號之相位。光學載波信號分量(其係自180度光學混合耦合器300B之Out1輸出波導傳播(且供應至p通道HFET光電晶體Q3之波導區)之輸出信號之部分)在相位上滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達90度(π/2弧度)。光學載波信號分量(其係自180度光學混合耦合器300C之Out0輸出波導傳播(且供應至n通道HFET光電晶體Q2之波導區)之輸出信號之部分)之相位在相位上滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達90度(π/2弧度)。光學載波信號分量(其係自180度光學混合耦合器300C之Out1輸出波導傳播(且供應至n通道HFET光電晶體Q4 之波導區)之輸出信號之部分)之相位在相位上滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達180度(π弧度)。
此外，在此組態中，當經接收之相移光學載波信號之相位對應於一第一預定義相位偏移(諸如0度或0弧度)時，p通道HFET光電晶體Q1及n通道HFET光電晶體Q4經啟動且操作為用於閘流體307之導通光電晶體。在啟動時，p通道HFET光電晶體Q1將電洞流供應至p通道注入極，且n通道HFET光電晶體將電子流供應至n通道注入極，使得閘流體307在其導通狀態中操作，在該導通狀態中該閘流體307在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。當經接收之相移光學載波信號之相位對應於一第二預定義相位偏移(諸如180度或π弧度)時，p通道HFET光電晶體Q3及n通道HFET光電晶體Q2經啟動且操作為關斷光電晶體。在啟動時，p通道HFET光電晶體Q3自n通道注入極汲取電子流，且n通道HFET光電晶體Q2自p通道注入極汲取電洞流，使得閘流體307在其關斷狀態中操作，在該關斷狀態中在該閘流體307之陽極終端與陰極終端之間存在垂直最小傳導。
閘流體307之導通及關斷狀態分別在陰極終端及陽極終端處產生數位(二進制)電信號A、。注意，在陰極終端處產生之該數位電信號A與在陽極終端處產生之該數位電信號互補。閘流體307之導通狀態亦可經組態以高於雷射臨限值，使得該閘流體307發射對應於在該閘流體307之陰極終端處產生之該數位電信號A之一數位(導通/關斷)光學信號。在此組態中，針對閘流體307之導通及關斷狀態之數位電信號A、之二進制位準(及可能自閘流體發射之數位光學信號之導通/關斷狀態)對應於經接收之相移光學載波信號之兩個可能相位偏移。數位電信號A、(及可能藉由閘流體發射之數位光學信號)之二進制位準與經接收之相移光學載波信號之兩個相位偏移之間之對應性之一實例係展示於圖3B之圖表及圖3C之相位星座圖中。注意，此兩個可 能相位偏移係彼此分開180度(或π弧度)。
QPSK及較高通信系統
圖4展示採用光學QPSK(或高階)相移鍵控信號之一光學通信系統100’。傳輸器112’類似於用於BPSK系統之傳輸器112，其中添加將信號串流之兩個循序位元映射至一對應符號相位中之一符號編碼器117。光學PSK相位調變器116’根據藉由該符號編碼器117產生之符號相位調變藉由雷射本地振盪器116產生之光學載波信號之相位。該光學PSK調變器116’可用以將(在△φ=ω△t時)對應於所需相變之時間延遲併入至光學信號路徑中。此可藉由一環形諧振器實現，其中以某一方式(諸如回應於供應至該環形諧振器之一或多個電信號)控制通過該環形諧振器之有效光學速度。藉由通信媒體(諸如一光纖)將藉由光學PSK調變器116’產生之相移光學載波信號載送至接收器120’。
光學通信系統100’之接收器120’類似於BPSK系統之接收器120，包含用以估計及補償接收器之雷射本地振盪器與傳輸器112’之光學載波信號之間的振盪頻率之差之一OPPL 122。該OPPL 122亦使接收器之雷射本地振盪器之相位對準至傳輸器112’之光學載波信號之相位。藉由光學PSK同調解調變器124’處理藉由OPPL 122產生之光學本地振盪信號以及經接收之光學相移載波信號以識別該經接收之光學相移載波信號相對於該光學本地振盪信號之相位偏移。此係攜載於經接收之相移光學載波信號中之相位資訊之同調零差偵測之一形式。該光學PSK同調解調變器124’產生一電信號，該電信號編碼對應於經接收之相移光學載波信號之相位偏移資訊之符號相位資料。相位偏移資訊與符號資料值之間之對應性藉由由傳輸器112’之光學PSK調變器116’採用之PSK調變方案所指示。光學PSK同調解調變器124’亦操作以產生對應於傳輸器112’之符號時脈之一電時脈信號(時序資訊)。以此方式，光學PSK同調解調變器124’使藉由經接收之相移光學載波信號攜 載之符號相位資料復原。將該經復原之相位資料及時脈信號供應至一相位符號解碼器128，該相位符號解碼器128解碼經復原之相位符號資料以產生藉由符號資料表示之二進制信號串流。該二進制信號串流係藉由符號解碼器128輸出至解碼信號串流(視需要)及執行串列轉並列資料轉換之電路126’。視需要可將並列資料(通常，位元組大小之資料塊)輸出至一資料處理電路。
圖5係繪示圖4之接收器120’之一實施例之一方塊圖，該接收器120’包含一OPPL 122、一光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’、一光學時脈復原區塊124B’、一符號解碼器128及信號解碼電路126。該OPPL 122包含一雷射本地振盪器201及一迴路濾波器203。該迴路濾波器203用以估計及補償藉由雷射本地振盪器201產生之光學本地振盪信號與傳輸器112'之光學載波信號之間的振盪頻率之差。該迴路濾波器203亦用以使該光學本地振盪信號之相位對準至傳輸器10之該光學載波信號之相位。將雷射本地振盪器之輸出供應至一偏振控制模組205，該偏振控制模組205固定光學本地振盪信號之偏振狀態以匹配經接收之光學信號之偏振。此可為必要的，因為雷射本地振盪器201可產生不同於經接收之光學信號之一光學偏振狀態。
該光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’經組態以識別經接收之光學相移載波信號相對於光學本地振盪信號之相位偏移。此係攜載於經接收之相移光學載波信號中之相位資訊之同調零差偵測之形式。該光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’產生一電信號，該電信號編碼對應於經接收之相移光學載波信號之相位偏移資訊之符號資料。該相位偏移資訊與該符號資料之間之對應性係藉由由傳輸器112’之光學PSK調變器116’採用之QPSK(或高階)調變方案所指示。以此方式，光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’使藉由經接收之相移光學載波信號攜載之符號之信號串流復原。
光學時脈復原區塊124B’操作以產生一電時脈信號，該電時脈信號之導通/關斷轉變與傳輸器112’之符號時脈同步。此符號時脈係嵌入於藉由光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’產生之光學信號中，該光學信號表示藉由經接收之相移光學載波信號攜載且藉由光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’偵測之符號之經復原之信號串流。
信號解碼電路126利用藉由時脈復原區塊124B’產生之電時脈信號(經復原之符號時脈)以取樣藉由光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’產生之符號資料。此符號資料表示藉由經接收之相移光學載波信號攜載且藉由光學混頻器及基於閘流體之光學PSK偵測器124A’偵測之符號之經復原之信號串流。此取樣依對應於經復原之符號時脈之時序執行且因此對準至藉由經接收之相移光學載波信號攜載之二進制位元值。信號解碼電路126亦執行將各經復原之相位樣本映射回至其所表示之二進制符號之信號解碼操作且因此使原始資料復原。
光學QPSK偵測器
圖6A中展示用於偵測及解調變光學QPSK信號之光學混頻器及光學PSK偵測器124A’之一實施例。其採用兩個180度光學混合耦合器600A及600B及如上文關於圖3A所描述之兩個光學BPSK偵測器124A-1及124A-2之一網路以用於光學混合及解調變經接收之相移載波信號與藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號。如圖6A中所展示，一180度光學混合耦合器600A係用於分裂經接收之相移載波信號以供應至該兩個光學BPSK偵測器124A-1及124A-2。另一180度光學混合耦合器600B係用於分裂藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號以供應至該兩個光學BPSK偵測器124A-1及124A-2。
波導601A將經接收之相移光學載波信號供應至180度光學混合耦 合器600A之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器600A產生自該180度光學混合耦合器600A之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。經接收之相移光學載波信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導601B將光學LO信號供應至180度光學混合耦合器600B之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器600B產生自該180度光學混合耦合器600B之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。光學LO信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
如所展示，波導603A及603C將自180度混合耦合器600A及600B之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學BPSK偵測器124A-1之輸入波導301A及301B。如所展示，波導603B及603D將自180度混合耦合器600A及600B之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學BPSK偵測器124A-2之輸入波導301A及301B。在此組態中，經由波導603A供應至光學BPSK偵測器124A-1之輸入波導301A之經接收之相移光學載波信號之相位在相位上與經接收之相移光學載波信號之相位對準(滯後接近0度或0弧度)。經由波導603B供應至光學BPSK偵測器124A-2之輸入波導301A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導603C供應至光學BPSK偵測器124A-1之輸入波導301B之光學LO信號之相位在相位上與藉由OPPL 122產生之光學LO信號之相位對準(滯後接近0度或0弧度)。經由波導603D供應至光學BPSK偵測器124A-2之輸入波導301B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122產生之光學LO信號之相位 達90度(π/2弧度)。
光學BPSK偵測器124A-1之閘流體307之導通及關斷狀態分別在陰極終端及陽極終端處產生數位電信號A、。注意，在陰極終端處產生之該數位電信號A與在陽極終端處產生之該數位電信號互補。此閘流體307之導通狀態亦可經組態以高於雷射臨限值使得該閘流體307發射對應於在光學BPSK偵測器124A-1之閘流體307之陰極終端處產生之數位電信號A之二進制位準之一數位(導通/關斷)光學信號。基於閘流體之光學BPSK偵測器124A-2之閘流體307之導通及關斷狀態分別在陰極終端及陽極終端處產生數位電信號B、。注意，在陰極終端處產生之該數位電信號B與在陽極終端處產生之該數位電信號互補。此閘流體307之導通狀態亦可經組態以高於雷射臨限值使得該閘流體307發射對應於在光學BPSK偵測器124A-2之閘流體307之陰極終端處產生之數位電信號B之一數位(導通/關斷)光學信號。
在此組態中，針對光學BPSK偵測器124A-1及124A-2內之閘流體之導通及關斷狀態之數位電信號A、、B、之二進制位準(及可能自閘流體發射之數位光學信號之導通/關斷狀態)對應於經接收之相移光學載波信號之四個可能相位偏移。數位電信號A、B之二進制位準(及可能自閘流體發射之對應數位光學信號之導通/關斷狀態)與經接收之相移光學載波信號之四個相位偏移之間之對應性之一實例係展示於圖6B之圖表及圖7C之相位星座圖中。注意，此兩個可能相位偏移係彼此分開90度(或π/2弧度)。
光學8-PSK偵測器
圖7A中展示用於偵測及解調變光學8-PSK信號之光學混頻器及光學PSK偵測器124A”之一實施例。其採用兩個180度光學混合耦合器700A及700B及如上文關於圖6A所描述之兩個光學QPSK偵測器124A’-1及124A’-2之一網路以用於光學混合及解調變經接收之相移載波信號 與藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號。如圖7A中所展示，該180度光學混合耦合器700A用以分裂經接收之相移載波信號以供應至該兩個光學QPSK偵測器124A’-1及124A’-2。該180度光學混合耦合器700B用以分裂藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號以供應至該兩個光學QPSK偵測器124A’-1及124A’-2。
波導701A將經接收之相移光學載波信號供應至180度光學混合耦合器700A之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器700A產生自該180度光學混合耦合器700A之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。經接收之相移光學載波信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導701B將光學LO信號供應至180度光學混合耦合器700B之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器700B產生自該180度光學混合耦合器700B之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。光學LO信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導703A將自180度混合耦合器700A之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至一光學相位調變器705，該光學相位調變器705用以使所供應之經接收相移光學載波信號之相位延遲達45度(或π/4弧度)。如所展示，將所得光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601A。如所展示，波導703B將自180度混合耦合器700A之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601A。如所展示，波導703C將自180度混合耦合器700B之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601B。如所展 示，波導703D將自180度混合耦合器700B之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601B。
在此組態中，經由波導703A供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達45度(π/4弧度)。經由波導703B供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導703C供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601B之光學LO信號之相位對準至藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位(滯後接近0度或0弧度)。經由波導703D供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位達90度(π/2弧度)。
此外，在此組態中，光學QPSK偵測器124A’-1之閘流體之導通及關斷狀態產生數位電信號A、、B、(及可能對應數位光學信號A、B)且光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體之導通及關斷狀態產生數位電信號A'、、B'、(及可能對應數位光學信號A'、B')。將數位光學信號A'、B'供應至一基於閘流體之光學XOR區塊707，該基於閘流體之光學XOR區塊707產生一數位電信號C(其係數位光學信號A'、B'之導通/關斷狀態之布林(Boolean)XOR函數)。數位電信號A、B、C之二進制位準對應於經接收之相移光學載波信號之八個可能相位偏移。電信號A、B、C之二進制位準與經接收之相移光學載波信號之八個相位偏移之間之對應性之一實例係展示於圖7B之圖表及圖7C之相位星座圖中。注意，此八個可能相位偏移彼此分開45度(或π/4弧度)。
基於閘流體之光學XOR區塊
圖8A中展示基於閘流體之光學XOR區塊707之一實施例。其採用 兩個180度光學混合耦合器800A、800B之一網路以分裂輸入數位光學信號A'、B'。一波導801A將輸入數位光學信號A'供應至180度光學混合耦合器800A之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器800A產生自該180度光學混合耦合器800A之Out0及Out1輸出波導傳播出之兩個輸出信號。數位光學信號A'之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)。一波導801B將輸入數位光學信號B'供應至180度光學混合耦合器800B之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器800B產生自該180度光學混合耦合器800B之Out0及Out1輸出波導傳播出之兩個輸出信號。數位光學信號B'之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)。
波導803A、803B、803C、803D將自180度混合耦合器800A及800B之Out0及Out1輸出波導輸出之光學信號供應至如下所述之一基於閘流體之電路之對應光電晶體Q1、Q2、Q3、Q4。
該基於閘流體之電路包含具有一分裂負載之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)807。一第一負載元件809A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體807之陽極終端之間。一第二負載元件809B耦合於該閘流體807之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體807亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。
一p通道HFET光電晶體Q1及一n通道HFET光電晶體Q2串聯耦合於正電壓供應端(Vcc)與負電壓供應端(接地)之間。該p通道HFET光電晶體Q1具有皆連接至正電壓供應端(Vcc)之一源極終端及一閘極終端。該n通道HFET光電晶體Q2具有皆連接至負電壓供應端(接地)之一源極終端及一閘極終端。該p通道HFET光電晶體Q1之汲極及該n通道HFET光電晶體Q2之汲極耦合在一起且至閘流體807之p通道注入極終端。
一p通道HFET光電晶體Q3及一n通道HFET光電晶體Q4串聯耦合 於正電壓供應端(Vcc)與負電壓供應端(接地)之間。該p通道HFET光電晶體Q3具有皆連接至正電壓供應端(Vcc)之一源極終端及一閘極終端。該n通道HFET光電晶體Q4具有皆連接至負電壓供應端(接地)之一源極終端及一閘極終端。該p通道HFET光電晶體Q3之汲極及該n通道HFET光電晶體Q4之汲極耦合在一起且至閘流體807之n通道注入極終端。
將自180度光學混合耦合器800A之Out0輸出波導輸出之數位光學信號A'導引至p通道HFET光電晶體Q1之波導區中且將自該180度光學混合耦合器800A之Out1輸出波導輸出之數位光學信號A'導引至p通道HFET光電晶體Q3之波導區中。將自180度光學混合耦合器800B之Out0輸出波導輸出之數位光學信號B'導引至n通道HFET光電晶體Q2之波導區中且將自該180度光學混合耦合器800B之Out1輸出波導輸出之數位光學信號B'導引至n通道HFET光電晶體Q4之波導區中。
在此組態中，當數位光學信號A'之狀態係導通時，啟動p通道HFET光電晶體Q1及Q3且當數位光學信號B'之狀態係導通時，啟動n通道HFET光電晶體Q2及Q4。當數位光學信號A'之狀態係導通且數位光學信號B'之狀態係關斷時，p通道HFET光電晶體Q1經組態以操作為用於閘流體807之一導通光電晶體。當數位光學信號B'之狀態係導通且數位光學信號A'之狀態係關斷時，n通道HFET光電晶體Q4經組態以操作為用於閘流體807之一導通光電晶體。當數位光學信號A'及數位光學信號B'兩者之狀態皆係導通時，p通道HFET光電晶體Q3及n通道HFET光電晶體Q2經組態以操作為用於閘流體807之一關斷光電晶體。
明確言之，光電晶體Q1、Q2、Q3及Q4可經定尺寸使得關斷光電晶體Q2及Q3比導通光電晶體Q1及Q4大(例如，大兩倍)。當數位光學信號A'之狀態係導通且數位光學信號B'之狀態係關斷時，啟動p通道 HFET光電晶體Q1及Q3而不啟動n通道HFET光電晶體Q2及Q4。在此情況中，導通p通道HFET光電晶體Q1將電洞流供應至p通道注入極且關斷電晶體Q3自n通道注入極汲取電子流；然而，歸因於閘流體之內部增益，使閘流體807在其導通狀態中操作之電子之內部電流係主要的，在該導通狀態中該閘流體807在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。當數位光學信號A'之狀態係關斷且數位光學信號B'之狀態係導通時，不啟動p通道HFET光電晶體Q1及Q3而啟動n通道HFET光電晶體Q2及Q4。在此情況中，導通n通道HFET光電晶體Q4將電子流供應至n通道注入極且關斷電晶體Q2自p通道注入極汲取電洞流；然而，歸因於閘流體之內部增益，使閘流體807在其導通狀態中操作之電洞之內部電流係主要的，在該導通狀態中該閘流體807在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。當數位光學信號A'及數位光學信號B'兩者之狀態皆係導通時，導通光電晶體Q1、Q2、Q3及Q4全部啟動。然而，在此情況中，較大關斷電晶體Q2之電洞流排出操作主宰較小導通電晶體Q1之電洞注入操作，該較小導通電晶體Q1有效操作以自閘流體807之p通道注入極排出電洞流。類似地，較大關斷電晶體Q3之電子流排出操作主宰較小導通電晶體Q4之電子注入操作，該較小導通電晶體Q4有效操作以自閘流體807之n通道注入極排出電子流。自p通道注入極排出電洞流結合自n通道注入極排出電子流使閘流體807在其關斷狀態中操作，在該關斷狀態中在該閘流體807之陽極終端與陰極終端之間存在最小垂直電流傳導。當數位光學信號A'及B'兩者之狀態皆係關斷時，光電晶體Q1、Q2、Q3、Q4未啟動且閘流體807在其關斷狀態中操作。
閘流體807之導通及關斷狀態在閘流體808之陰極終端處產生數位電信號C。閘流體807之導通狀態亦可經組態以高於雷射臨限值使得該閘流體807發射對應於在該閘流體807之陰極終端處產生之數位電 信號C之一數位(導通/關斷)光學信號。在此組態中，針對閘流體807之導通及關斷狀態之數位電信號C之二進制位準(及可能自閘流體發射之對應數位光學信號之導通/關斷狀態)對應於數位光學信號A'及B'之導通/關斷狀態之布林XOR函數，如圖8B之表中所展示。
光學16-PSK偵測器
圖9A及圖9B中展示用於偵測及解調變光學16-PSK信號之光學混頻器及光學PSK偵測器124A'''之一實施例。其採用六個180度光學混合耦合器900A、900B、900C、900D、900E及900F以及如上文關於圖6A所描述之四個光學QPSK偵測器124A’-1、124A’-2、124A’-3、124A’-4之一網路以用於經接收之相移載波信號與藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號之光學混合及解調變。
如圖9A中所展示，波導901A將經接收之相移光學載波信號供應至180度光學混合耦合器900A之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器900A產生自該180度光學混合耦合器900A之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。經接收之相移光學載波信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導901B將光學LO信號供應至180度光學混合耦合器900D之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器900D產生自該180度光學混合耦合器900D之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。光學LO信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導903A將自180度混合耦合器900A之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至一光學相位調變器905A，該光學相位調變器905A用以使 所供應之經接收相移光學載波信號之相位延遲達67.5度(或3π/8弧度)。藉由波導903C將所得光學信號供應至180度光學混合耦合器900B之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器900B產生自該180度光學混合耦合器900B之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導903D將自180度混合耦合器900B之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至一光學相位調變器905B，該光學相位調變器905B用以使所供應之經接收相移光學載波信號之相位延遲達45度(或π/4弧度)。藉由波導903E將所得光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601A。波導903F將自180度混合耦合器900B之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601A。
波導903B將自180度混合耦合器900A之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至180度光學混合耦合器900C之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器900C產生自該180度光學混合耦合器900C之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導903G將自180度混合耦合器900C之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至一光學相位調變器905C，該光學相位調變器905C用以使所供應之經接收相移光學載波信號之相位延遲達45度(或π/4弧度)。藉由波導903H將所得光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601A。波導903I將自180度混合耦合器900C之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601A。
波導903J將自180度混合耦合器900D之Out0輸出波導輸出之光學LO信號供應至180度光學混合耦合器900E之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器900E產生自該180度光學混合耦合器900E之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導903L將自180度混合耦合器900E之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601B。波導903M將自180度混合耦合器900E之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601B。
波導903K將自180度混合耦合器900D之Out1輸出波導輸出之光學LO信號供應至180度光學混合耦合器900F之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器900F產生自該180度光學混合耦合器900F之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導903N將自180度混合耦合器900F之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601B。波導903O將自180度混合耦合器000F之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601B。
在此組態中，經由波導903E供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達112.5度(5π/8弧度)。經由波導903F供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達157.5度(7π/8弧度)。經由波導903H供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601A 之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達135度(3π/4弧度)。經由波導903I供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達180度(π弧度)。經由波導903L供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601B之光學LO信號之相位對準至藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位(滯後接近0度或0弧度)。經由波導903M供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導903N供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導903O供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位達180度(π弧度)。
此外，在此組態中，光學QPSK偵測器124A’-1之閘流體之導通及關斷狀態產生數位電信號A、、B、(及可能對應數位光學信號A、B)。光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體之導通及關斷狀態產生數位電信號A'、、B'、(及可能對應數位光學信號A'、B')。光學QPSK偵測器124A’-3之閘流體之導通及關斷狀態產生數位電信號a、、b、(及可能對應數位光學信號a、b)。光學QPSK偵測器124A’-4之閘流體之導通及關斷狀態產生數位電信號a'、、b'、(及可能對應數位光學信號a'、b')。
如圖9B中所展示，將數位光學信號A'、B'供應至一基於閘流體之光學XOR區塊907A，該基於閘流體之光學XOR區塊907A產生作為數位光學信號A'、B'之導通/關斷狀態之布林XOR函數之一數位電信號C(及可能一對應數位光學信號C)。將數位光學信號a、b供應至一基於閘流體之光學XOR區塊907B，該基於閘流體之光學XOR區塊907B產 生作為數位光學信號a、b之導通/關斷狀態之布林XOR函數之一數位光學信號c(及可能一對應數位光學信號c)。將數位光學信號a'、b'供應至一基於閘流體之光學XOR區塊907C，該基於閘流體之光學XOR區塊907C產生作為數位光學信號a'、b'之導通/關斷狀態之布林XOR函數之一數位光學信號c'(及可能一對應數位光學信號c)。將數位光學信號c、c'供應至一基於閘流體之光學XOR區塊907D，該基於閘流體之光學XOR區塊907D產生作為數位光學信號c、c'之導通/關斷狀態之布林XOR函數之一數位電信號D(及可能一對應數位光學信號D)。該等光學XOR區塊907A、907B、907D及907D可用上文關於圖8A及圖8B所描述之光學XOR區塊來實現。
數位電信號A、B、C、D之二進制位準對應於經接收之相移光學載波信號之十六個可能相位偏移。數位電信號A、B、C、D之二進制位準與經接收之相移光學載波信號之四個相位偏移之間之對應性之一實例係展示於圖9C之圖表及圖9D之相位星座圖中。注意，此十六個可能相位偏移彼此分開22.5度(或π/8弧度)。
光學16-QAM偵測器
圖10A及圖10B中展示用於偵測及解調變光學16-QAM信號之光學混頻器及光學PSK偵測器124A''''之一實施例。其採用六個180度光學混合耦合器1000A、1000B、1000C、1000D、1000E及1000F及如上文關於圖6A所描述之四個光學QPSK偵測器124A’-1、124A’-2、124A’-3、124A’-4之一網路以用於經接收之相移載波信號與藉由OPPL 122輸出之光學本地振盪信號之光學混合及解調變。光學16-QAM信號採用振幅調變(具有在量值上增加且指定為T1、T2、T3及T4之振幅調變之四個可能位準)與PSK調變(具有每振幅調變位準四個可能相位偏移)之一組合。該四個光學QPSK偵測器之Q1及Q4光電晶體操作以將電洞/電子流注入至對應閘流體注入極終端中。類似地，該四個光學QPSK 偵測器之Q2及Q3光電晶體操作以自對應閘流體注入極終端排出電洞/電子流。此外，調整供應至該四個光學QPSK偵測器之閘流體之供應電壓使得用於啟動此等閘流體之臨限位準遍及該四個光學QPSK偵測器在量值上增加以對應於振幅調變之四個可能位準T1、T2、T3及T4。以此方式，用於啟動光學QPSK偵測器124A’-1之閘流體之臨限位準小於用於啟動光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體之臨限位準，用於啟動光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體之臨限位準小於用於啟動光學QPSK偵測器124A’-3之閘流體之臨限位準，用於啟動光學QPSK偵測器124A’-3之閘流體之臨限位準小於用於啟動光學QPSK偵測器124A’-4之閘流體之臨限位準。此組態提供光學16-QAM信號之光學偵測及解調變。
如圖10A中所展示，波導1001A將經接收之相移光學載波信號供應至180度光學混合耦合器1000A之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器1000A產生自該180度光學混合耦合器1000A之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。經接收之相移光學載波信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導1001B將光學LO信號供應至180度光學混合耦合器1000D之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器1000D產生自該180度光學混合耦合器1000D之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。光學LO信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。
波導1003A將自180度混合耦合器1000A之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至180度光學混合耦合器1000B之In0輸入波導。在此組態 中，該180度光學混合耦合器1000B產生自該180度光學混合耦合器1000B之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導1003C將自180度混合耦合器1000B之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601A。波導1003D將自180度混合耦合器1000B之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601A。
波導1003B將自180度混合耦合器1000A之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至180度光學混合耦合器1000C之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器1000C產生自該180度光學混合耦合器1000C之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導1003E將自180度混合耦合器1000C之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601A。波導1003F將自180度混合耦合器1000C之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601A。
波導1003G將自180度混合耦合器1000D之Out0輸出波導輸出之光學LO信號供應至180度光學混合耦合器1000E之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器1000E產生自該180度光學混合耦合器1000E之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導1003I將自180度混合耦合器1000E之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入 波導601B。波導1003J將自180度混合耦合器1000E之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601B。
波導1003H將自180度混合耦合器1000D之Out1輸出波導輸出之光學LO信號供應至180度光學混合耦合器1000F之In0輸入波導。在此組態中，該180度光學混合耦合器1000F產生自該180度光學混合耦合器1000F之Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號。所得光學信號之強度在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(50：50分裂)，其中自Out1波導傳播出之輸出信號相對於自Out0波導傳播出之輸出信號具有90度(π/2弧度)之一相位延遲(滯後)。波導1003K將自180度混合耦合器1000F之Out0輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601B。波導1003L將自180度混合耦合器1000F之Out1輸出波導輸出之光學信號供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601B。
在此組態中，經由波導1003C供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位對準至經接收之相移光學載波信號之相位(滯後接近0度或0弧度)。經由波導1003D供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導1003E供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導1003F供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601A之經接收之相移光學載波信號之相位滯後於經接收之相移光學載波信號之相位達180度(π弧度)。經由波導1003I供應至光學QPSK偵測器124A’-1之輸入波導601B之光學LO信號之相位對準至藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位(滯後接近0度或0弧度)。經由波導1003J供應至光學QPSK偵測器124A’-2之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位 達90度(π/2弧度)。經由波導1003K供應至光學QPSK偵測器124A’-3之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位達90度(π/2弧度)。經由波導1003L供應至光學QPSK偵測器124A’-4之輸入波導601B之光學LO信號之相位滯後於藉由OPPL 122供應之光學LO信號之相位達180度(π弧度)。
如上所述，四個光學QPSK偵測器之Q1及Q4光電晶體操作以將電洞/電子流注入至對應閘流體注入極終端中。類似地，該四個光學QPSK偵測器之Q2及Q3光電晶體操作以自對應閘流體注入極終端排出電洞/電子流。此外，調整供應至該四個光學QPSK偵測器之閘流體之供應電壓使得用於啟動此等閘流體之臨限位準遍及該四個光學QPSK偵測器在量值上增加以對應於振幅調變之四個可能位準T1、T2、T3及T4。
在此組態中，光學QPSK偵測器124A’-1之閘流體之導通及關斷狀態產生對應於振幅調變之T1位準之四個可能相位偏移之數位電信號A1、、B1、(及可能對應數位光學信號A1、B1)。光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體之導通及關斷狀態產生對應於振幅調變之T2位準之四個可能相位偏移之數位電信號A2、、B2、(及可能對應數位光學信號A2、B2)。光學QPSK偵測器124A’-3之閘流體之導通及關斷狀態產生對應於振幅調變之T3位準之四個可能相位偏移之數位電信號A3、、B3、(及可能對應數位光學信號A3、B3)。光學QPSK偵測器124A’-4之閘流體之導通及關斷狀態產生對應於振幅調變之T4位準之四個可能相位偏移之數位電信號A4、、B4、(及可能對應數位光學信號A4、B4)。以此方式，電信號A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4之二進制位準對應於振幅調變位準(T1/T2/T3/T4)與經接收之光學載波信號之相位偏移之十六個可能組合。
數位電信號A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4之二進制位準與振幅調變位準(T1/T2/T3/T4)及經接收之光學載波信號之相位偏移之十六個組合之間的對應性之一實例係展示於圖10C及圖10E之圖表及圖10D及圖10F之相位星座圖中。圖10C之圖表及圖10D之星座圖展示電信號A1、B1、A2、B2之二進制位準與振幅調變位準(T1/T2)及經接收之光學載波信號之相位偏移之八個組合之間的對應性之一實例。
圖10E展示用於振幅調變之T2位準之光學QPSK偵測器124A’-2之一部分(用於A2信號之BPSK偵測器)之一實施例。在此實施例中，電壓供應電位(VT2)經組態以設定閘流體307之切換臨限值(使閘流體307在其導通狀態中操作之點，在該導通狀態中閘流體307在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流)使得大於用於振幅調變之T1位準之光學QPSK偵測器124A’-1之閘流體307之切換臨限值。針對用於振幅調變之T2位準之光學QPSK偵測器124A’-2之另一部分(用於B2信號之BPSK偵測器)使用一類似組態。
圖10F之圖表及圖10G之星座圖展示數位電信號A3、B3、A4、B4之二進制位準與振幅調變位準(T3/T4)及經接收之光學載波信號之相位偏移之八個組合之間的對應性之一實例。
圖10H展示用於振幅調變之T3位準之光學QPSK偵測器124A’-3之一部分(用於A3信號之BPSK偵測器)之一實施例。在此實施例中，電壓供應電位(VT3)經組態以設定閘流體307之切換臨限值使得大於用於振幅調變之T2位準之光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體307之切換臨限值。針對用於振幅調變之T3位準之光學QPSK偵測器124A’-3之另一部分(用於B3信號之BPSK偵測器)使用一類似組態。
圖10I展示用於振幅調變之T4位準之光學QPSK偵測器124A’-4之一部分(用於A4信號之BPSK偵測器)之一實施例。在此實施例中，電壓供應電位(VT4)經組態以設定閘流體307之切換臨限值使得大於用於 振幅調變之T3位準之光學QPSK偵測器124A’-2之閘流體307之切換臨限值。針對用於振幅調變之T4位準之光學QPSK偵測器124A’-4之另一部分(用於B4信號之BPSK偵測器)使用一類似組態。
圖10J展示圖10D及圖10G之星座圖之組合以展示可藉由數位電信號A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4之二進制位準表示之振幅調變位準(T1/T2/T3/T4)與經接收之光學載波信號之相位偏移之十六個組合。注意，用於各振幅調變位準之四個可能相位偏移彼此分開90度(或π/2弧度)。
光學鎖相迴路/時脈復原區塊
圖11係繪示圖2B(及圖5)之藉由一光學鎖相迴路實現之時脈復原區塊124之一實施例之一方塊圖，該光學鎖相迴路包含一相位可調諧光電子振盪器1101、一光學相位偵測器1103及一光學充電泵及迴路濾波器電路1105。該時脈復原區塊(特定言之光學相位偵測器1103)被供應一參考光學信號輸入(在此實例中，藉由PSK偵測器產生之數位光學信號輸入1111，其表示藉由一經接收之相移光學載波信號攜載之符號之一經復原之信號串流)。藉由一傳輸器採用以調變光學載波信號之相位之符號時脈係嵌入於此數位光學信號輸入1111中。時脈復原區塊之相位可調諧光電子振盪器1101經組態以產生具有與參考光學信號輸入之時序(在此實例中，嵌入於數位光學信號輸入1111中之傳輸器之符號時脈之時序)同步之導通/關斷轉變之一光學時脈信號(及對應電時脈信號)。
光電子振盪器1101在藉由一起始信號1107啟動之後產生一光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B。根據供應至光電子振盪器1101之一或多個相位調諧信號1115來調諧該光學時脈信號1109A及該對應電時脈信號1109B兩者之相位。藉由PSK偵測器產生之數位光學信號輸入1111以及藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A 係藉由波導供應至光學相位偵測器1103，該光學相位偵測器1103用以判定數位光學信號輸入1111與光學時脈信號1109A之間的數位相位差(或等效地判定數位相位之差)且將表示此相位差之一或多個光學相位差信號1113輸出至光學充電泵及迴路濾波器1105。該光學充電泵及迴路濾波器電路1105用作一迴路濾波器以隨時間對光學相位差信號1113求積分且產生(若干)相位調諧信號1115用於控制光學時脈信號1109A之相位(以及對應電時脈信號1109B之相位)使得其匹配嵌入於數位光學信號輸入1111內之符號時脈信號之相位。在光學時脈信號1109A之相位(及對應電時脈信號1109B之相位)匹配符號時脈信號之相位之鎖定狀態中，該光學時脈信號1109A之頻率(及該對應電時脈信號1109B之頻率)匹配該符號時脈信號之頻率。以此方式，時脈復原區塊124操作以將光學時脈信號1109A之頻率及相位(及對應電時脈信號1109B之頻率及相位)自動調諧至此鎖定狀態中以使嵌入於數位光學信號輸入1111中之符號時脈信號復原。
圖11之光學鎖相迴路可經調適以執行超出時脈復原之廣泛多種其他功能。此等應用可包含時脈產生(諸如一低頻率時脈至一較高頻率時脈之升頻轉換或一較高頻率時脈至一較低頻率時脈之降頻轉換)、用於通信系統之本地振盪信號之產生(諸如用於調變及解調變之本地振盪信號之產生)及積體電路、儀器系統及通信系統中之時脈分佈及抖動補償。
光學相位偵測器
圖12A繪示圖11之光學相位偵測器1103之一實施例，其包含可操作地耦合於兩個光學正反器1203A與1203B之間之一AND閘1205。該光學正反器1203A在其DA輸入端處接收數位光學信號輸入(DA)1111且 用以根據圖12B之表基於其輸入端處之互補數位電信 號及其DA輸入端處之數位光學信號輸入(DA)1111之二進制位準來產 生一數位光學信號輸出QA及對應數位電信號輸出QA。該光學正反器1203B在其DB輸入端處接收光學時脈信號(DB)1109A且用以根據圖12C之表基於其輸入端處之互補數位電信號及其DB輸入端處之時脈信號(DB)1109A之二進制位準來產生一數位光學信號輸出QB及對應數位電信號輸出QB。該AND閘1205接收藉由光學正反器1203A及1203B輸出之數位電輸出信號QA及QB且根據圖12D之表產生互補電信號。將該等互補電信號供應至光學正反器1203A及1203B兩者之R及輸入端。
在此組態中，數位光學信號輸入QA之導通位準(及數位電信號輸出QA之對應高位準)表示數位光學信號輸入1111與光學時脈信號1109A之間的數位相位差(其中該數位光學信號輸入1111導通且該光學時脈信號1109A關斷)。類似地，數位光學信號輸出QB之導通位準(及電信號QB之對應高位準)表示光學時脈信號1109A與數位光學信號輸入1111之間的數位相位差(其中該光學時脈信號1109A導通且該數位光學信號輸入1111關斷)。將數位電及光學信號QA以及數位電及光學信號QB輸出至光學充電泵及濾波器電路1105。
光學充電泵及濾波器電路1105操作為將數位光學信號QA轉換成一對應電壓信號之一迴路濾波器，該對應電壓信號隨時間追蹤數位光學信號輸出QA(及對應數位電信號QA)是否大於數位光學信號輸出QB(及對應數位電信號QB)。此輸出係用作供應至光電子振盪器1101之一相位調諧信號1115以增加藉由該光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B之頻率。光學充電泵及迴路濾波器電路1105亦操作為將數位光學信號QB轉換成一對應電壓信號之一迴路濾波器，該對應電壓信號隨時間追蹤數位光學信號輸出QB(及對應數位電信號QB)是否大於數位光學信號輸出QA(及對應數位電信號QA)。此輸出係用作供應至光電子振盪器1101之一相位調諧信號1115以減小 藉由該光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B之頻率。在此組態中，將調整藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B之頻率及相位使得其匹配用於經復原之數位光學信號輸入1111之符號時脈之頻率及相位。
圖13A繪示圖12A之光學正反器1203A之一實施例。該光學正反器係具有兩個穩定狀態且可用於儲存狀態資訊之一電路。該電路可經製成以藉由施加至一或多個控制輸入(其中至少一控制輸入係一光學信號)之信號改變狀態且將具有一或多個輸出(其中此等輸出之一或多者可為一光學信號)。該電路可用作循序邏輯中之基本儲存元件。其亦可用作電腦、通信及許多其他類型之系統中所使用之數位電子系統之一基礎建置區塊。當用於一有限狀態機中時，輸出及下一狀態不僅取決於其當前輸入，而且取決於其當前狀態(且因此先前輸入)。該電路亦可用於脈衝之計數及用於使可變定時之輸入信號與某一參考定時信號同步。
一波導(未展示)(其為光學正反器1203A之DA輸入端)將一光學控制輸入信號(在此實例中，經復原之數位光學信號輸入1111)供應至具有一分裂負載之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)1300之波導區。一第一負載元件1301A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1300之陽極終端之間。一第二負載元件1301B耦合於該閘流體1300之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體1300亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。一p通道HFET電晶體Q1耦合於正電壓供應端(Vcc)與該n通道注入極終端之間。一n通道HFET電晶體Q2耦合於負電壓供應端(接地)與該p通道注入極終端之間。兩個互補電控制輸入(信號)(在此實例中其等藉由AND閘1205輸出)係作為輸入供應至光學正反器1203A。電信號係作為一輸入供應至p通道HFET電晶體Q1之閘極終端。電Reset信號係作為一輸入供應至n 通道HFET電晶體Q2之閘極終端。當電信號之位準為低時，p通道HFET電晶體Q1經啟動且操作為用於閘流體1300之一關斷電晶體。當電Reset信號之位準為高時，n通道HFET電晶體Q2經啟動且操作為用於閘流體1300之一關斷電晶體。電Reset信號與電信號之互補性質指示在電信號之位準為低且互補電Reset信號之位準為高時同時啟動p通道HFET電晶體Q1與n通道HFET電晶體Q2。當經啟動時，p通道HFET電晶體Q1自閘流體1300之n通道注入極排出電子流(即，將電洞流供應至該n通道注入極)且n通道HFET電晶體Q2自閘流體1300之p通道注入極排出電洞流(即，將電子流供應至該p通道注入極)使得該閘流體1300關閉且在該閘流體1300之陽極終端與陰極終端之間存在最小電流傳導。當電信號為高(且互補電Reset信號為低)且光學控制輸入信號(在此實例中，經復原之數位光學信號輸入1111)導通時，藉由閘流體1300吸收該光學控制輸入信號以將多數電荷載子引入至閘流體1300中。此經吸收之電荷足以使閘流體1300在其導通狀態中操作，在該導通狀態中該閘流體1300在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。在此導通狀態中，在陽極終端與陰極終端之間垂直傳導之電流高於閘流體1300之雷射臨限值以產生自該閘流體1300發射之一數位光學信號QA。在閘流體1300之陰極終端處產生一對應數位電信號QA。注意，回應於電信號為低(且互補電Reset信號為高)使閘流體1300在其關斷狀態中操作之HFET電晶體Q1及Q2之電流排出操作撤銷藉由光學控制輸入信號之導通狀態觸發之閘流體1300之導通狀態操作。此由於HFET電晶體Q1及Q2迫使閘流體1300進入關斷狀態而發生。以此方式，閘流體1300之導通及關斷狀態發射一數位(導通/關斷)光學信號QA且在該閘流體1300之陰極終端處產生一對應數位電信號QA。根據圖12B之表，數位光學信號QA之導通/關斷狀態及數位電信號QA之對應二進制位準對應於經復原之數位光學信 號1111(DA)及互補電信號之二進制位準。
圖13B繪示類似於圖13A之光學正反器之圖12A之光學正反器1203B之一實施例。一波導(未展示)(其為光學正反器1203B之DB輸入端)將一光學控制輸入信號(在此實例中，光學時脈信號1009A)供應至具有一分裂負載之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)1302之波導區。一第一負載元件1303A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1302之陽極終端之間。一第二負載元件1303B耦合於該閘流體1303之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體1302亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。一p通道HFET電晶體Q1耦合於正電壓供應端(Vcc)與該n通道注入極終端之間。一n通道HFET電晶體Q2耦合於負電壓供應端(接地)與該p通道注入極終端之間。兩個互補電控制輸入(信號)(在此實例中其等藉由AND閘1205輸出)作為輸入供應至光學正反器1203B。電信號係作為一輸入供應至p通道HFET電晶體Q1之閘極終端。電Reset信號係作為一輸入供應至n通道HFET電晶體Q2之閘極終端。當電信號之位準為低時，p通道HFET電晶體Q1經啟動且操作為用於閘流體1302之一關斷電晶體。當電Reset信號之位準為高時，n通道HFET電晶體Q2經啟動且操作為用於閘流體1302之一關斷電晶體。電Reset信號與電信號之互補性質指示在電信號之位準為低且互補電Reset信號之位準為高時同時啟動p通道HFET電晶體Q1與n通道HFET電晶體Q2。當經啟動時，p通道HFET電晶體Q1自閘流體1302之n通道注入極排出電子流(即，將電洞流供應至該n通道注入極)且n通道HFET電晶體Q2自閘流體1302之p通道注入極排出電洞流(即，將電子流供應至該p通道注入極)使得該閘流體1302關閉且在該閘流體1302之陽極終端與陰極終端之間存在最小電流傳導。當電信號為高(且互補電Reset信號為低)且光學控制輸入信號(在此實例中，光學時脈信號1009A)導通時， 藉由閘流體1302吸收該光學控制輸入信號以將多數電荷載子引入至閘流體1302中。此經吸收之電荷足以使閘流體1302在其導通狀態中操作，在該導通狀態中該閘流體1302在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。在此導通狀態中，在陽極終端與陰極終端之間垂直傳導之電流高於閘流體1302之雷射臨限值以產生自該閘流體1302發射之一數位光學信號QB。在閘流體1302之陰極終端處產生一對應數位電信號QB。注意，回應於電信號為低(且互補電Reset信號為高)使閘流體1302在其關斷狀態中操作之HFET電晶體Q1及Q2之電流排出操作撤銷藉由光學控制輸入信號之導通狀態觸發之閘流體1302之導通狀態操作。此由於HFET電晶體Q1及Q2迫使閘流體1302進入關斷狀態而發生。以此方式，閘流體1302之導通及關斷狀態發射一數位(導通/關斷)光學信號QB且在該閘流體1302之陰極終端處產生一對應數位電信號QB。根據圖12C之表，數位光學信號QB之導通/關斷狀態及數位電信號QB之對應二進制位準對應於光學時脈信號1009A(DB)及互補電信號之導通/關斷狀態。
圖14A繪示圖12之具有電輸入之一AND閘1205之一實施例。該AND閘1205係根據圖12D之表產生一數位電輸出信號(在此實例中，電Reset信號)之基本數位邏輯閘，該數位電輸出信號係兩個數位電輸入(在此實例中，數位電信號QA及QB)之邏輯積(布林AND函數)。該AND閘1205包含具有一分裂負載之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)1400。一第一負載元件1401A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1400之陽極終端之間。一第二負載元件1401B耦合於該閘流體1400之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體1400亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。
一p通道HFET電晶體Q1及一n通道HFET光電晶體Q2串聯耦合於正電壓供應端(Vcc)與負電壓供應端(接地)之間。該p通道HFET電晶體 Q1具有連接至正電壓供應端(Vcc)之一源極終端。該n通道HFET電晶體Q2具有連接至負電壓供應端(接地)之一源極終端。該p通道HFET電晶體Q1之汲極終端及該n通道HFET電晶體Q2之汲極終端耦合在一起且至閘流體1400之n通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q3及一p通道HFET電晶體Q4串聯耦合於正電壓供應端(Vcc)與負電壓供應端(接地)之間。該n通道HFET電晶體Q3具有連接至正電壓供應端(Vcc)之一汲極終端。該p通道HFET電晶體Q4具有連接至負電壓供應端(接地)之一汲極終端。該n通道HFET電晶體Q3之源極終端及該p通道HFET電晶體Q4之源極終端耦合在一起且至閘流體1400之p通道注入極終端。
數位電輸入QA(在此實例中其自光學正反器1203A供應)係作為一輸入供應至p通道HFET電晶體Q1及n通道HFET電晶體Q2兩者之閘極終端。數位電輸入QB(在此實例中其自光學正反器1203B供應)係作為一輸入供應至n通道HFET電晶體Q3及p通道HFET電晶體Q4兩者之閘極終端。在此組態中，當數位電輸入QA之二進制位準為高時，n通道HFET電晶體Q2經啟動且操作為用於閘流體1400之一導通電晶體。當經啟動時，n通道HFET電晶體Q2將電子流供應至n通道注入極。類似地，當數位電輸入QB之二進制位準為高時，n通道HFET電晶體Q3經啟動且操作為用於閘流體1400之一導通電晶體。當經啟動時，n通道HFET電晶體Q3將電洞流供應至p通道注入極。藉由n通道HFET電晶體Q2及Q3兩者注入之電流經組態使得閘流體1400在其導通狀態中操作，在該導通狀態中該閘流體1400在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。當數位電輸入QA之二進制位準為低時，p通道HFET電晶體Q1經啟動且操作為用於閘流體1400之一關斷電晶體。當經啟動時，p通道HFET電晶體Q1自n通道注入極汲取電子流(即，將電洞流供應至該n通道注入極)使得該閘流體1400在其關斷狀態中操作，在該關斷狀態中在該閘流體1400之陽極終端與陰極終端之間存在最小垂直電流傳 導。類似地，當數位電輸入QB之二進制位準為低時，p通道HFET電晶體Q4經啟動且操作為用於閘流體1400之一關斷電晶體。當經啟動時，p通道HFET電晶體Q4自p通道注入極汲取電洞流(即，將電子流供應至該p通道注入極)使得該閘流體1400在其關斷狀態中操作。因此，當數位電信號QA及QB之兩者為高時，閘流體1400在其導通狀態中操作。當數位電信號QA及QB之任一者(但非兩者)為高時，閘流體1400在其關斷狀態中操作。當數位電信號QA及QB之任一者(且可能兩者)為低時，閘流體1400在其關斷狀態中操作。
閘流體1400之導通及關斷狀態在該閘流體1400之陽極終端處產生數位電信號且在該閘流體1400之陰極終端處產生(具有相反極性之)一互補Reset信號。在此組態中，根據圖12D之表，針對閘流體1400之導通及關斷狀態之數位電Reset信號之二進制位準對應於兩個數位電輸入QA及QB之邏輯積(布林AND函數)。
圖14B繪示適用於圖12之電路中之具有光學輸入之一AND閘1205’之一實施例。該AND閘1205’係根據圖12D之表產生一數位電輸出信號(在此實例中，電Reset信號)之基本數位邏輯閘，該數位電輸出信號係兩個數位光學輸入(在此實例中，數位光學信號QA及QB)之邏輯積。該AND閘1205’包含具有一分裂負載之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)1400’。一第一負載元件1403A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1400’之陽極終端之間。一第二負載元件1403B耦合於該閘流體1400’之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體1400’亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。
一p通道HFET電晶體Q1耦合於正電壓供應端(Vcc)與閘流體1400’之n通道注入極終端之間。該p通道HFET電晶體Q1之源極終端及閘極終端連接至正電壓供應端(Vcc)。該p通道HFET電晶體Q1之汲極終端耦合至閘流體1400’之n通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q2耦合 於負電壓供應端(接地)與閘流體1400’之p通道注入極終端之間。該n通道HFET電晶體Q2之源極終端及閘極終端連接至負電壓供應端(接地)。該n通道HFET電晶體Q2之汲極終端耦合至閘流體1400’之p通道注入極終端。
波導(未展示)將數位光學輸入QA及QB兩者供應至閘流體1400’之波導區。在此組態中，藉由閘流體1400’吸收該等數位光學輸入QA及QB以將多數電荷載子引入至閘流體1400’中。當數位光學輸入QA及QB兩者皆處於導通狀態中時，此經吸收之電荷足以使閘流體1400’在其導通狀態中操作，在該導通狀態中該閘流體1400’在其陽極終端與陰極終端之間垂直傳導電流。當數位光學輸入QA及QB之任一者(但非兩者)處於導通狀態中時，p通道HFET電晶體Q1及n通道HFET電晶體Q2操作為用於閘流體1400’之一關斷電晶體使得該閘流體1400在其關斷狀態中操作，在該關斷狀態中在該閘流體1400’之陽極終端與陰極終端之間存在最小垂直電流傳導。在閘流體1400’之導通狀態中，在該閘流體1400’之陽極終端與陰極終端之間垂直傳導之電流在該閘流體1400’之陽極終端處產生數位輸出，且在該閘流體1400’之陰極終端處產生(具有相反極性之)互補Reset輸出。當數位光學信號QA及QB兩者皆處於關斷狀態中時，p通道HFET電晶體Q1及n通道HFET電晶體Q2之偏壓組態亦使閘流體1400’在其關斷狀態中操作。閘流體1400’之導通及關斷狀態在該閘流體1400’之陽極終端處產生數位輸出，且在該閘流體1400’之陰極終端處產生(具有相反極性之)互補Reset輸出。在此組態中，根據圖12D之表，針對閘流體1400’之導通及關斷狀態之數位Reset輸出之二進制位準對應於兩個數位電輸入QA及QB之邏輯積(布林AND函數)。
光學充電泵
圖15A繪示用於圖11之電路中之一光學充電泵及濾波器電路1105 之一實施例。該光學充電泵及濾波器電路1105操作為其中將正電流脈衝及負電流脈衝注入至兩個對應迴路濾波器級中之一切換式電流源及迴路濾波器，其中一迴路濾波器級輸出一電控制輸出(控制D信號)，該電控制輸出係用於對藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B引入頻率之一正向變化，且其中另一迴路濾波器級輸出一電控制輸出(控制C信號)，該電控制輸出係用於對藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B引入頻率之一負向變化。
該光學充電泵及濾波器電路1105包含各具有一分裂負載之兩個四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)1500及1504。對於閘流體1500，一第一負載元件1501A耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1500之陽極終端之間。一第二負載元件1501B與一電容器1503並聯耦合於該閘流體1500之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。耦合於該閘流體1500之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間之該第二負載元件1501B與該電容器1503之並聯配置用作輸出一電控制輸出(控制D信號)之一迴路濾波器級，該電控制輸出係用於對藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B引入頻率之一正向變化。該閘流體1500亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q1耦合於正電壓供應端(Vcc)與閘流體1500之n通道注入極終端之間。該n通道HFET電晶體Q1之汲極終端連接至正電壓供應端(Vcc)。該n通道HFET電晶體Q1之源極終端耦合至閘流體1500之n通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q2耦合於負電壓供應端(接地)與閘流體1500之p通道注入極終端之間。該n通道HFET電晶體Q2之源極終端連接至負電壓供應端(接地)。該n通道HFET電晶體Q2之汲極終端耦合至閘流體1500之p通道注入極終端。一波導(未展示)將數位光學輸入QA作為輸入供應至閘流體1500之波導區。數位電輸 入QB係作為輸入供應至n通道HFET電晶體Q1及Q2之閘極終端。
對於閘流體1504，一第一負載元件1505A與一電容器1506並聯耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1504之陽極終端之間。耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1504之陽極終端之間之該第一負載元件1505A與該電容器1506之並聯配置用作輸出一電控制輸出(控制C信號)之一迴路濾波器級，該電控制輸出係用於對藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B引入頻率之一負向變化。一第二負載元件1505B耦合於該閘流體1504之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。該閘流體1504亦具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q3耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1504之n通道注入極終端之間。該n通道HFET電晶體Q3之汲極終端連接至正電壓供應端(Vcc)。該n通道HFET電晶體Q3之源極終端耦合至閘流體1504之n通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q4耦合於負電壓供應端(接地)與閘流體1504之p通道注入極終端之間。該n通道HFET電晶體Q4之源極終端連接至負電壓供應端(接地)。該n通道HFET電晶體Q4之汲極終端耦合至閘流體1504之p通道注入極終端。一波導(未展示)將數位光學信號QB作為輸入供應至閘流體1504之波導區。數位電輸入QA係作為輸入供應至n通道HFET電晶體Q3及Q4之閘極終端。
在此組態中，數位光學信號QA輸入之導通位準(及數位電信號QA輸入之對應高位準)表示經復原之數位光學信號1111與時脈信號1109A之間的相位差(其中該經復原之數位光學信號1111導通且該時脈信號1109A關斷)。類似地，數位光學信號QB輸入之導通位準(及數位電信號QB輸入之對應高位準)表示時脈信號1109A與經復原之數位光學信號1111之間的相位差(其中該時脈信號1109A導通且該經復原之數位光學信號1111關斷)。
閘流體1500吸收數位光學信號QA以將多數電荷載子引入閘流體1500中。作為輸入供應至n通道HFET電晶體Q1之閘極終端之數位電信號QB選擇性啟動(或撤銷啟動)該n通道HFET電晶體Q1之汲極-源極電流路徑。當數位電信號QB為高時，該n通道HFET電晶體Q1之汲極-源極電流路徑經啟動以自閘流體1500之n通道注入極排出電子。當數位電信號QB為低時，該n通道HFET電晶體Q1之汲極-源極電流路徑經撤銷啟動使得存在自閘流體1500之n通道注入極之最小傳導。類似地，作為輸入供應至n通道HFET電晶體Q2之閘極終端之數位電信號QB選擇性啟動(或撤銷啟動)該n通道HFET電晶體Q2之汲極-源極電流路徑。當數位電信號QB為高時，該n通道HFET電晶體Q2之汲極-源極電流路徑經啟動以自閘流體1500之p通道注入極排出電洞。當數位電信號QB為低時，該n通道HFET電晶體Q2之汲極-源極電流路徑經撤銷啟動使得存在自閘流體1500之p通道注入極之最小傳導。因此，在數位電信號QB為高的情況下，n通道HFET電晶體Q1及Q2經啟動以自閘流體1500排出多數載子且抵消由於吸收數位光學信號QA而將多數載子引入至閘流體中。在此組態中，僅在數位光學信號QA導通且數位電信號QB為低(即，對應數位光學信號QB關斷)時，閘流體1500開啟以提供流動至藉由並聯負載1501B及電容器1503提供之RC負載之正電流。在閘流體1500處於導通狀態之情況下，閘流體1500之陰極終端之電壓電位增加且藉由並聯負載1501B及電容器1503提供之RC負載操作為一濾波器級，該濾波器級隨時間對陰極終端之電壓電位之此等增加求積分。此積分之結果係陰極終端處之一增加之電壓信號，該電壓信號隨時間之變化隨時間追蹤數位光學信號QA相對於數位光學信號QB之相位偏移。於閘流體1500之陰極終端處產生之該增加之電壓信號之一實例係展示於圖15B中。閘流體1500之陰極終端電壓信號係用作一控制D信號，該控制D信號經輸出及供應至光電子振盪器1101以對藉 由該光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B引入頻率之一正向變化。
閘流體1504吸收數位光學信號QB以將多數電荷載子引入閘流體1504中。作為輸入供應至n通道HFET電晶體Q3之閘極終端之數位電信號QA選擇性啟動(或撤銷啟動)該n通道HFET電晶體Q3之汲極-源極電流路徑。當數位電信號QA為高時，該n通道HFET電晶體Q3之汲極-源極電流路徑經啟動以自閘流體1504之n通道注入極排出電子。當數位電信號QA為低時，該n通道HFET電晶體Q3之汲極-源極電流路徑經撤銷啟動使得存在自閘流體1504之n通道注入極之最小傳導。類似地，作為輸入供應至n通道HFET電晶體Q4之閘極終端之數位電信號QA選擇性啟動(或撤銷啟動)該n通道HFET電晶體Q4之汲極-源極電流路徑。當數位電信號QA為高時，該n通道HFET電晶體Q4之汲極-源極電流路徑經啟動以自閘流體1504之p通道注入極排出電洞。當數位電信號QA為低時，該n通道HFET電晶體Q4之汲極-源極電流路徑經撤銷啟動使得存在自閘流體1504之p通道注入極之最小傳導。因此，在數位電信號QA為高的情況下，n通道HFET電晶體Q3及Q4經啟動以自閘流體1504排出多數載子且抵消由於吸收數位光學信號QB而將多數載子引入至閘流體中。在此組態中，僅在數位光學信號QB導通且數位電信號QA為低(即，對應數位光學信號QA關斷)時，閘流體1504開啟以提供自藉由並聯負載1505A及電容器1506提供之RC負載流出之負電流。在閘流體1504處於導通狀態之情況下，閘流體1504之陽極終端之電壓電位減小且藉由並聯負載1505A及電容器1506提供之RC負載操作為一濾波器級，該濾波器級隨時間對陽極終端之電壓電位之此等減小求積分。此積分之結果係陽極終端處之一減小之電壓信號，該電壓信號隨時間之變化隨時間追蹤數位光學信號QB相對於數位光學信號QA之相位偏移。於閘流體1504之陽極終端處產生之該減小之電壓信號之 一實例係展示於圖15C中。閘流體1504之陽極終端電壓信號係用作一控制C信號，該控制C信號經輸出及供應至光電子振盪器1101以對藉由該光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B之頻率引入一負向變化。
在此組態中，控制信號C及D動態調整藉由光電子振盪器1101產生之光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B之頻率及相位使得其在達成相位/頻率鎖定條件時匹配嵌入於經復原之光學信號中之符號時脈之頻率及相位。當C及D控制信號變得恆定(獨立於時間)時達成此相位/頻率鎖定條件。此鎖定條件並未展示於圖15B及圖15C中。
光電子振盪器
圖16展示適用於圖11之電路中之一光電子振盪器1101之一實施例。該光電子振盪器1101產生一振盪光學輸出信號及對應振盪電輸出信號(即，在本文中之實例中之一光學時脈信號1109A及對應電時脈信號1109B)，該振盪光學輸出信號及對應振盪電輸出信號之振盪頻率係受兩個電輸入信號控制。一電輸入信號(即，在本文中之實例中之控制C信號)對該振盪光學輸出信號(及對應振盪電輸出信號)之振盪頻率引入一負向變化。另一電輸入信號(即，在本文中之實例中之控制D信號)對該振盪光學輸出信號(及對應振盪電輸出信號)之振盪頻率引入一正向變化。
該光電子振盪器1101包含具有一p通道注入極終端及一n通道注入極終端之一四終端垂直閘流體(N區-P區-N區-P區)1600。一n通道HFET電晶體Q1耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1600之陽極終端之間。一p通道HFET電晶體Q2耦合於正電壓供應端(Vcc)與該閘流體1500之該n通道注入極終端之間。P通道HFET電晶體Q2之源極終端連接至正電壓供應端(Vcc)。該p通道HFET電晶體Q2之汲極終端耦合至該n通道注入極終端。一p通道HFET電晶體Q3耦合於負電壓供應端(接 地)與閘流體1600之p通道注入極終端之間。該p通道HFET電晶體Q3之汲極終端連接至負電壓供應端(接地)。該p通道HFET電晶體Q3之源極終端耦合至閘流體1600之p通道注入極終端。一n通道HFET電晶體Q4耦合於閘流體1500之陰極終端與負電壓供應端(接地)之間。
一回饋波導1603耦合至閘流體1600之波導區。該閘流體1600之波導區充當回應於一經偵測輸入光學脈衝發射一輸出光學脈衝之一光學脈衝再生器。在閘流體1600之陰極終端處產生對應於該輸出光學脈衝之一電輸出脈衝。該回饋波導結構1603將該輸出光學脈衝分裂成兩個部分。一部分係自該回饋波導結構1603輸出以形成定義輸出光學時脈信號之一列光學脈衝。另一部分係藉由回饋波導1603導引使得其作為一輸入光學脈衝傳回至閘流體1600以產生另一輸出光學脈衝。如所展示，可藉由供應至閘流體之n通道注入極之一電啟動脈衝信號來起始此光學脈衝再生。在閘流體1600之陰極終端處產生之對應電脈衝列係作為電脈衝信號輸出。一半導體光學放大器1605可整合至回饋波導1603且經組態以放大藉由該回饋波導導引之光學脈衝信號。此放大可補償使光學時脈信號自電路分裂之損耗。
輸出光學脈衝(及對應輸出電脈衝)之脈衝寬度係藉由以下給定：tpulse=tintrinsic+ttrigger. (5)
參數tintrinsic係裝置之固有時間延遲，其係基於該裝置之製造及生長參數(且通常為約1皮秒至4皮秒)。參數ttrigger如下般與閘流體1600之有效面積、臨限電荷密度及充電電流有關：A*σtrigger=Qtrigger=Itrigger*ttrigger. (6)參數A係閘流體1600之有效面積。參數σtrigger係臨限電荷密度。參數Qtrigger係臨限電荷。參數Itrigger係充電電流或觸發電流。
該觸發電流Itrigger如下般與光學誘發之光電流及偏壓電流有關： Itrigger=Iinput-IBiasN-IBiasP. (7)參數Iinput係藉由輸入光學脈衝之吸收產生之光學誘發之光電流。IBiasN係自閘流體1600之n通道注入極汲取之電子流。IBiasP係自閘流體1600之p通道注入極汲取之電洞流。
該光學誘發之光電流Iinput係藉由以下給定：Iinput=ηi*Pinput. (8)參數ηi表示閘流體1600之量子效率。參數Pinput係輸入光學脈衝之功率。
使用用於參數Itrigger之方程式(7)及(8)求解用於參數ttrigger之方程式(6)產生：ttrigger=Qtrigger/Itrigger；及ttrigger=A*σtrigger (9)
(ηi*Pinput)-IBiasN-IBiasP (10)自方程式(10)、(9)及(5)之檢驗，若輸入光學脈衝之光學功率保持恆定(Pinput恆定)，則偏壓電流IBiasN之一增加導致Itrigger之一減小、ttrigger之一增加及tpulse之一增加。tpulse之增加減小形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝列之匹配頻率。相比而言，偏壓電流IBiasP之一減小導致Itrigger之一增加、ttrigger之一減小及tpulse之一減小。tpulse之減小增加形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝列之匹配頻率。
此外，自方程式(10)、(9)及(5)之檢驗，若偏壓電流IBiasN及IBiasP保持恆定，則輸入光學脈衝之光學功率之一減小(Pinput之減小)導致 Itrigger之一減小、ttrigger之一增加及tpulse之一增加。tpulse之增加減小形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝列之匹配頻率。相比而言，輸入光學脈衝之光學功率之一增加(Pinput之增加)導致Itrigger之一增加、ttrigger之一減小及tpulse之一減小。tpulse之減小增加形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝列之匹配頻率。
利用此等關係來控制形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝列。
明確言之，C控制信號(其可藉由如上文實例中所描述之光學充電泵1105產生)係作為輸入供應至HFET電晶體Q1及Q2之閘極終端，且D控制信號(其可藉由如上文實例中所描述之光學充電泵1105產生)係作為輸入供應至HFET電晶體Q3及Q4之閘極終端。C控制信號在供應至n通道HFET電晶體Q1之閘極終端時控制該電晶體Q1之可變源極-汲極電阻。C控制信號之一減小增加電晶體Q1之源極-汲極電阻且因此減小跨閘流體1600之導通狀態電壓降，藉此減小輸出光學脈衝之功率位準。功率位準之此減小導致傳回至閘流體1600之輸入光學脈衝之光學功率之一減小(Pinput之減小)。C控制信號在供應至p通道HFET電晶體Q2之閘極終端時控制該電晶體Q2之可變源極-汲極電阻。C控制信號之一減小減小電晶體Q2之源極-汲極電阻且因此增加偏壓電流IBiasN。因此，C控制信號之一減小導致輸入光學脈衝之光學功率之一減小(Pinput之減小)以及偏壓電流IBiasN之一增加。此等條件之兩者減小形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝 列之匹配頻率。
D控制信號在供應至n通道HFET電晶體Q4之閘極終端時控制該電晶體Q4之可變源極-汲極電阻。D控制信號之一增加降低電晶體Q4之源極-汲極電阻且因此增加跨閘流體1600之導通狀態電壓降，藉此增加輸出光學脈衝之功率位準。功率位準之此增加導致傳回至閘流體1600之輸入光學脈衝之光學功率之一增加(Pinput之增加)。D控制信號在供應至p通道HFET電晶體Q3之閘極終端時控制該電晶體Q3之可變源極-汲極電阻。D控制信號之一增加增加電晶體Q3之源極-汲極電阻且因此減小偏壓電流IBiasP。因此，D控制信號之一增加導致輸入光學脈衝之光學功率之一增加(Pinput之增加)以及偏壓電流IBiasP之一減小。此等條件之兩者增加形成光學時脈信號之自閘流體1600發射之輸出光學脈衝列之頻率及形成電時脈信號之在閘流體1600之陰極終端處產生之對應輸出電脈衝列之匹配頻率。
在此組態中，藉由控制信號C之減小及控制信號D之增加來動態調整光學時脈信號及對應電時脈信號之頻率及相位。
POET建置區塊
如本文中所描述之電路之電子電路組件(諸如HFET電晶體及電閘流體)以及光電子電路組件(諸如光學混合耦合器及光學閘流體)可基於技術(被申請者稱為「平面光電子技術」或「POET」)實施於一或多個積體電路中。POET提供利用如以下各者中詳細描述之反轉量子井通道裝置結構實現各種裝置(光電子裝置、邏輯電路及/或信號處理電路)：美國專利第6,031,243號；於2000年4月24日申請之美國專利申請案第09/556,285號；於2001年3月2日申請之美國專利申請案第09/798,316號；於2002年3月4日申請之國際申請案第PCT/US02/06802號；於1997年10月14日申請之美國專利申請案第08/949,504號；於2002年7月23日申請之美國專利申請案第10/200,967號；於2000年11月 10日申請之美國申請案第09/710,217號；於2002年4月26日申請之美國專利申請案第60/376,238號；於2002年12月19日申請之美國專利申請案第10/323,390號；於2002年10月25日申請之美國專利申請案第10/280,892號；於2002年12月19日申請之美國專利申請案第10/323,390號；於2002年12月19日申請之美國專利申請案第10/323,513號；於2002年12月19日申請之美國專利申請案第10/323,389號；於2002年12月19日申請之美國專利申請案第10/323,388號；於2003年1月13日申請之美國專利申請案第10/340,942號；於2012年8月17日申請之國際專利申請案第PCT/US12/51265號；於2013年6月19日申請之美國專利申請案第13/921,311號；及於2014年3月24日申請之美國專利申請案第14/222,841號，所有該等案之全文以引用的方式併入本文中。
藉助此等結構，可使用一製造序列以在一共同基板上製成裝置。換言之，可使用n型及p型接觸、關鍵蝕刻等以在一共同基板上同時實現所有此等裝置。此裝置結構之本質特徵包含：1)一n型調變摻雜之量子井介面及一p型調變摻雜之量子井介面；2)藉由離子植入形成之自對準n型及p型通道接觸件；3)至n型離子植入物及底部n型層結構之n型金屬接觸件；及4)至p型離子植入物及頂部p型層結構之p型金屬接觸件。主動裝置結構可用III-V族材料實現。此等III-V族材料可包含鎵(Ga)及砷(As)(用於砷化鎵層結構)以及鋁(Al)及銦(In)，且因此可包含GaAs、AlGaAs及InGaAs半導體合金。替代性地，此等III-V族材料可包含鎵(Ga)及氮(N)(用於氮化鎵層結構)以及鋁(Al)及銦(In)，且因此可包含GaN、AlGaN及InGaN半導體合金。
POET可用於建構各種光電子裝置。POET亦可用於建構各種高效能電晶體裝置，諸如互補n通道及p通道HFET單極電晶體裝置以及n型及p型HBT雙極電晶體裝置。
現參考圖17，本申請案之裝置結構包含形成於基板1701上之一選用底部介電分佈式布拉格反射器(DBR)鏡1703。可藉由沈積具有不同折射率之半導體或介電材料對來形成該底部DBR鏡1703。當將具有不同折射率之兩種材料放置在一起以形成一接面時，光將在該接面處反射。在一此邊界處反射之光量為小。然而，若週期性地堆疊多個接面/層對(其中各層具有四分之一波(λ/4)光學厚度)，則自邊界之各者之反射將在相位上增加以產生特定中心波長λC之大量反射光(例如，一大反射係數)。適用於實現互補異質結構場效電晶體(HFET)裝置之主動裝置結構沈積於底部DBR鏡1703上或基板1701上(針對其中省略底部DBR鏡1703之情況)。此等互補HFET裝置之第一者係由一p型調變摻雜之量子井(QW)結構1711與該p型調變摻雜之QW結構1711下方之一n型閘極區(即，n型歐姆接觸層1705及(若干)n型層1707)形成之一p通道HFET。一未摻雜之間隔層1709安置於該p型調變摻雜之量子井(QW)結構1711與該(等)下伏n型層1707之間。一或多個間隔層1713安置於該p型調變摻雜之QW結構1711上方。此等互補HFET裝置之第二者係藉由一n型調變摻雜之QW結構1715與安置於該n型調變摻雜之QW結構1715上方之一p型閘極區(即，(若干)p型層1719及p型歐姆接觸件1721)形成之一n通道HFET。一未摻雜之間隔層1717安置於該n型調變摻雜之QW結構1715與該(等)下伏p型層1719之間。包含間隔層1713及n型調變摻雜之QW結構1715之層形成p通道HFET之集極區。類似地，包含間隔層1713及p型調變摻雜之QW結構1711之層形成n通道HFET之集極區。此等集極區係類似於如熟知之一MOSFET裝置之基板區。因此，一非反轉n通道HFET裝置可堆疊於一反轉p通道HFET裝置上作為主動裝置結構之部分。
主動裝置層結構以實現至其歐姆接觸之形成之(若干)n型歐姆接觸層1705開始。在層1705上沈積一或多個n型層1707及一未摻雜之間 隔層1709，其等在電學上用作p通道HFET裝置之閘極之部分且視需要用作主動裝置結構之下波導包層之一部分。在層17089上沈積界定自一或多個QW(其等可由發生應變或未發生應變之異質接面材料形成)偏移達一未摻雜之間隔層之一p型充電板之p型調變摻雜之QW結構1711。該p型充電板首先形成於該未摻雜之間隔件及p型調變摻雜之QW結構1711之一或多個QW下方。目前為止已生長之所有層形成在底部上具有閘極歐姆接觸件之p通道HFET裝置。在p型調變摻雜之QW結構1711上沈積一或多個間隔層1713。
在該(等)間隔層1713上沈積n型調變摻雜之QW結構1715。該n型調變摻雜之QW結構1715界定自一或多個QW偏移達一未摻雜之間隔層之一n型充電板。該n型充電板最後形成於該未摻雜之間隔件及n型調變摻雜之QW結構1715之一或多個QW上方。
在n型調變摻雜之QW結構1715上沈積一未摻雜之間隔層1717及一或多個p型層1719，其等在電學上可用作n通道HFET之閘極之部分且視需要用作裝置之上波導包層之部分。該等p型層1719可包含藉由一輕度摻雜之p材料層分離之高度摻雜之p材料之兩個平面摻雜板。此等p型層自n型調變摻雜之量子井結構1715偏移達未摻雜之間隔層1717。在此組態中，頂部充電板達成低閘極接觸電阻且底部充電板界定n通道HFET相對於n型調變摻雜之QW結構1715之電容。在(若干)p型層1719上沈積實現至其歐姆接觸之形成之一或多個p型歐姆接觸層1721。
對於n通道HFET裝置，該n通道HFET裝置之一閘極終端電極介接至(若干)頂部p型歐姆接觸層1721。該n通道HFET裝置之一源極終端電極及一汲極終端電極可操作地耦合至實現於n型調變摻雜之QW結構1715中之一QW通道區之相對側。一或多個集極終端電極可操作地耦合至p型調變摻雜之QW結構1711。
對於p通道HFET裝置，該p通道HFET裝置之一閘極終端電極介接至底部n型歐姆接觸層1705。一源極終端電極及一汲極終端電極可操作地耦合至實現於p型調變摻雜之QW結構1711中之一QW通道區之相對側。P通道HFET裝置之層結構可經圖案化及向下蝕刻以在間隔層1713處形成一台面，其中一集極(或背閘極)電極形成於此台面上。
針對形成於基板上之p通道HFET裝置背閘極台面之深度均勻可為有益的。歸因於蝕刻不均勻性及熱變動，試圖藉由定時蝕刻達成此均勻深度係困難的。可藉由在p通道HFET裝置之背閘極台面之層級處之磊晶生長期間引入一極薄AlAs層(例如，10A)來找到一解決方案。此AlAs層可在蝕刻期間充當一蝕刻停止層以對形成於基板上之p通道HFET裝置之背閘極台面提供一均勻深度。在一項實施例中，可執行一乾式蝕刻至薄AlAs層上方及薄AlAs層之600A內。接著可執行一濕式蝕刻(較佳採用檸檬酸及H2O2)。此蝕刻程序在AlAs層處自然停止(即，10A之AlAs極其抵抗此蝕刻程序)。因此僅在具有MBE生長之準確度之背閘極層級處建立一平坦表面。
n通道HFET裝置及p通道HFET裝置兩者係其中電流作為一二維氣體流動通過QW通道區(其中在該通道區之任一側上具有接觸件)之場效電晶體。基本電晶體動作係藉由垂直於QW通道之一經調變電場調變QW通道傳導性。該經調變電場藉由依據閘極電壓相對於源極電壓之一函數控制一反轉層(即，用於n通道HFET裝置之一二維電子氣體及用於p通道HFET之一二維電洞氣體)來調變該QW通道傳導性。
對於n通道HFET裝置，藉由依其中閘極區及源極區之P/N接面在最小閘極傳導之情況下正向偏壓且在源極終端電極與汲極終端電極之間n型調變摻雜之量子井結構1715之QW通道中產生電子氣體之一反轉層之電壓加偏壓於閘極終端電極及源極終端電極來導通QW通道傳導性。在此組態中，源極終端電極係電子載子自其進入n型調變摻雜之 量子井結構1715之QW通道之終端電極，汲極終端電極係電子載子離開裝置之終端電極且閘極終端電極係裝置之控制終端。
P通道HFET裝置以類似於n通道HFET裝置之一方式操作，其中電流方向及電壓極性相對於該n通道HFET裝置之電流方向及電壓極性反轉。對於p通道HFET裝置，藉由依其中源極區及閘極區之P/N接面在最小閘極傳導之情況下正向偏壓且在源極終端電極與汲極終端電極之間之p型調變摻雜之量子井結構1711之QW通道中產生電洞氣體之一反轉層之電壓加偏壓於閘極終端電極及源極終端電極來導通QW通道傳導性。在此組態中，源極終端電極係電洞載子自其進入p型調變摻雜之量子井結構1711之QW通道之終端，汲極終端電極係電洞載子離開裝置之終端且閘極終端電極係裝置之控制終端。
本申請案之裝置結構亦可經組態以實現具有一n型調變摻雜之量子井反轉通道基底區(n通道基底BICFET)或一p型調變摻雜之量子井反轉通道基底區(p通道基底BICFET)之雙極反轉通道場效電晶體(BICFET)。
對於n通道基底BICFET裝置，該n通道基底BICFET裝置之一射極終端電極介接至主動裝置結構之(若干)頂部p型歐姆接觸層1721。該n通道基底BICFET裝置之一基極終端電極可操作地耦合至實現於n型調變摻雜之QW結構1715中之QW通道區。該n通道基底BICFET裝置之一集極終端電極可操作地耦合至p型調變摻雜之QW結構1711。該n通道基底BICFET裝置係一雙極接面類型電晶體，其可藉由施加一正向偏壓至射極區與基底區之PN接面同時施加一反向偏壓至基極區與集極區之PN接面(此引起電洞自射極終端電極注入至集極終端電極)而在一主動模式中操作。因為電洞係正載子，所以其等之注入促進電流自集極終端電極流出以及電流流動至射極終端電極中。偏壓條件亦引起電子自基極注入至射極，此促進電流自基極終端電極流出以及電流流動 至射極終端電極中。
P通道基底BICFET裝置藉由以下調適而在構造上類似於p通道HFET裝置。該P通道基底BICFET裝置之類似於p通道HFET裝置之閘極終端電極之一射極終端電極介接至主動裝置結構之(若干)底部n型歐姆接觸層1721。該p通道基底BICFET裝置之類似於p通道HFET裝置之源極或汲極電極之一基極終端電極可操作地耦合至實現於p型調變摻雜之QW結構1711中之QW通道區。該p通道基底BICFET裝置之類似於p通道HFET裝置之集極終端電極之一集極終端電極可操作地耦合至間隔層1713。該p通道基底BICFET裝置係一雙極接面類型電晶體，其可藉由施加一正向偏壓至射極區與基底區之PN接面同時施加一反向偏壓至基極區與集極區之PN接面(此引起電子自射極終端電極注入至集極終端電極)而在一主動模式中操作。因為電子係負載子，所以其等之注入促進電流流動至集極終端電極中以及電流自射極終端電極流出。偏壓條件亦引起電洞自基極注入至射極，此促進電流流動至基極終端電極中以及電流自射極終端電極流出。
本申請案之主動裝置結構亦可經組態以實現具有一垂直P-N-P-N閘流體結構之各種電及光電子閘流體裝置。該垂直P-N-P-N閘流體結構之上p型區(即，第一P)係藉由主動裝置結構之p型層1719、1721形成。該垂直P-N-P-N閘流體結構之上n型區(即，第一N)係由主動裝置結構之n型調變摻雜之QW結構1715形成。該垂直P-N-P-N閘流體結構之下p型區(即，第二P)係由主動裝置結構之p型調變摻雜之QW結構1711形成。該垂直P-N-P-N閘流體結構之下n型區(即，第二N)係藉由主動裝置結構之底部n型層1705、1707形成。
180度光學混合耦合器
圖18A至圖18C繪示可利用圖17之層結構製成之一180度光學混合耦合器之一組態，其包含整合於基板1701上且藉由一間隙區G上方之 漸逝波耦合彼此光學耦合之兩個Z字形主動波導結構1801、1803。該Z字形波導結構1801係藉由形成一Z字形路徑之一肋形波導1805界定。類似地，該Z字形波導結構1803係藉由形成一Z字形路徑之一肋形波導1807界定。行進通過各自肋形波導之光學模態藉由該肋形波導之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該各自肋形波導內。明確言之，藉由頂部DBR鏡1830及底部DBR鏡1703來提供用於導引肋形波導1807中之光學模態1809之包層，如圖18B之橫截面中最佳展示。藉由界定波導18007之外邊界之側壁1811、1813(圖18A及圖18B)處、鄰近頂部肋形側壁1811、1813之n型離子植入物1816(圖18B)處、角隅側壁處及覆蓋波導1807之頂部鏡1830之介面處之折射率變化來提供波導1807中之光學模態1809之橫向侷限。使用類似結構來導引肋形波導1805中之光學模態1815。
在耦合區中，波導1805及1807包含彼此平行延伸且藉由間隙區G彼此緊密間隔開之筆直區段。在波導1805之筆直區段中，可藉由如所展示經形成以覆蓋波導1805、1807之頂部及側壁之頂部鏡1830來促進波導1805、1807中之光學模態1815、1809之垂直侷限。光學模態1815之橫向侷限係藉由以下各者提供：i)如圖18C中所展示，在頂部控制電極1819之金屬下方之植入區1817之周邊處之一折射率變化；及ii)如自圖18C顯而易見，在耦合區(間隙G)中之植入區1821之周邊處之一折射率變化。在波導1807之筆直區段中，光學模態1809之橫向侷限係藉由以下各者提供：i)如圖18C中所展示，在頂部控制電極1825之金屬下方之植入區1823之周邊處之一折射率變化；及ii)如自圖18C顯而易見，在耦合區(間隙G)中之植入區1821之周邊處之一折射率變化。
波導1805、1807之寬度(W)可小於2μm及可能1μm或更小。間隙區G之寬度(即，波導1805、1807之間之間距)可小於2μm及可能大約1μm或更小。
Z字形主動波導結構1801包含：頂部控制終端電極1819，其電耦合至頂部p型歐姆接觸層1107；一第二控制終端電極1827，其經由一n型離子植入物1816電耦合至n型調變摻雜之QW結構1715；及一底部電極1829，其電耦合至底部n型接觸層1705，如圖18C中最佳展示。
Z字形主動波導結構1803包含：一頂部控制終端電極1825，其電耦合至頂部p型歐姆接觸層1107；一第二控制終端電極1831，其經由一n型離子植入物1816電耦合至n型調變摻雜之QW結構1715；及一底部電極1833，其電耦合至底部n型接觸層1705，如圖18C中最佳展示。注意，植入區1817、1821、1823可使下伏n型調變摻雜之量子井結構1715中之帶隙局部移位。此帶隙移位可阻止n型調變摻雜之QW結構1715之QW中跨鄰近波導1805、1807之間之間隙區G之電荷轉移。對於波導1805，施加至頂部控制電極1819之電壓信號可克服此效應以容許電荷視需要經由對應第二控制電極1827自n型調變摻雜之QW結構1715之QW進入(或離開)。對於波導1807，施加至頂部控制電極1525之電壓信號可克服此效應以容許電荷視需要經由對應第二控制電極1831自n型調變摻雜之QW結構1715之QW進入(或離開)。亦預期可執行額外程序步驟(諸如蝕除頂部p+接觸層1721及可能在其下方之在鄰近波導1805與1807之間之間隙區G中之額外層)以防止跨鄰近波導1805與1807之間之間隙區G之任何電荷轉移。
圖18A至圖18C之180度混合耦合器包含兩個輸入波導(In0/In1)及兩個輸出波導(Out0/Out1)。輸入波導In0係藉由波導1805之一端界定。輸出波導Out0係藉由Z字形波導1805之另一端界定。輸入波導In1係藉由波導1807之一端界定。輸出波導Out0係藉由Z字形波導1807之另一端界定。如所展示，該兩個輸入波導In0、In1接收兩個分離輸入光學信號S0及S1。兩個波導1805與1807之耦合區(即，彼此平行延伸，且藉由間隙區G彼此緊密間隔開之筆直區段)之長度經組態使得該兩個 波導1805與1807之耦合區上方之漸逝耦合混合該兩個輸入光學信號S0及S1以產生自Out0及Out1波導傳播出之兩個輸出信號，其中該兩個輸入光學信號S0、S1之功率在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂(對於各輸入信號50：50分裂)。
兩個輸入波導(In0/In1)之間之功率轉移比可寫為△β之一函數，△β係歸因於由該兩個波導中之電荷差引入之相位失配之傳播常數差。方程式係如下給定： 其中L o =π/2ζ係固定耦合長度且ζ係耦合係數。對於△β=0，在L o 中轉移100%功率，且對於△βLo=3π，無功率轉移。對於其中兩個輸入光學信號S0、S1之功率在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂之一50：50分裂，根據方程式(11)將針對一固定L o 使用△β之值。
圖18A至圖18C之結構亦可經調適以提供如上文所描述之特定相位調變器-針對圖7A及圖9A為π/4且針對圖9A為3π/8。相位調變器係裝置之最簡單者。沿著一或兩側將電荷注入一筆直波導以在傳播一距離L o 之後產生對應於所要相變之△β，該距離L o 係根據上文方程式(11)選擇。
NHFET光電晶體
圖19A及圖19B展示一n通道HFET(NHFET)光電晶體裝置1900之一例示性實施例。一筆直被動肋形波導區段1901操作以被動地導引光(圖19B之光學模態1903)至該n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區中。該筆直被動肋形波導區段1901可採用一頂部DBR鏡(在圖19B中標記為1930，其可藉由具有不同折射率之半導體或介電材料對來實現)，該頂部DBR鏡操作為包層以提供在該頂部DBR鏡與形成於基板1701上之底部DBR鏡1703之間導引光學模態1903。可藉由與被動肋形 波導區段1901之垂直側壁1902及可能頂部層1721、1719、1717中之n型離子植入物(在圖19B中標記為1905)相關聯之折射率變化來提供被動肋形波導區段1901內之光學模態1903之橫向侷限。被動肋形波導區段1901之n型植入物在經歷快速熱退火時可將無雜質空位無序化引入至鄰近波導核心區中。局部增加無序波導核心區之帶隙以實質上降低吸收及相關聯光學損耗。亦可藉由用頂部DBR鏡覆蓋側壁1902來支援光學模態1903之橫向侷限。頂部DBR鏡結構亦可以一連續方式延伸以在n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區上方形成包層，如自圖19B之橫截面顯而易見。在此組態中，頂部DBR鏡結構1930操作為用於藉由n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區接收之光學模態1903之包層。
n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區係藉由形成於頂部層1721、1719、1717中之與被動肋形波導區段1901對準(垂直及橫向兩者)之一肋形波導界定，如自圖19A顯而易見。可藉由與形成於頂部層1721、1719、1717中之肋之垂直側壁1907及可能如圖19B中所展示之頂部p型層1721、1719、1717中之n型離子植入物1905相關聯之折射率變化來提供n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區內之光學模態1903之橫向侷限。該n型植入物1905在經歷快速熱退火時可將無雜質空位無序化引入至鄰近波導核心區中。局部增加無序波導核心區之帶隙以實質上降低吸收及相關聯光學損耗。亦可藉由用頂部DBR鏡1230覆蓋側壁1907來支援光學模態1903之橫向侷限。
一源極終端電極及一汲極終端電極可操作地耦合至實現於n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之n型調變摻雜之QW結構1715中之一(若干)長形QW通道之相對側。一集極終端電極可耦合至n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之p型調變摻雜之QW結構1711。
明確言之，n通道HFET光電晶體裝置1900之層結構經圖案化及蝕刻以形成延伸至n型調變摻雜之QW結構1715上方之間隔層1717中之相對長形中間台面1909、1911之主動波導區之肋。該層結構亦經圖案化及蝕刻以形成一垂直側壁1913，該垂直側壁1913界定n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之與被動肋形波導區段1901相對之端。該垂直側壁1913向下延伸至p型調變摻雜之QW結構1711上方之間隔層1713中之一長形中間台面1915。
n型施體離子可透過台面1909、1911植入以形成n型離子植入區1917，該n型離子植入區1917產生至形成n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之(若干)QW通道之n型調變摻雜之量子井結構1715之自對準n型接觸件。p型施體離子可透過台面1915植入以形成一p型離子植入區，該p型離子植入區產生至n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之p型調變摻雜之量子井結構1711之一自對準p型接觸件。可執行一快速熱退火(RTA)氧化物之沈積及後續RTA操作以活化植入區。
將定義源極及汲極終端電極之金屬沈積及圖案化於與n型離子植入區1917接觸之台面1909及1911上以接觸形成n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之(若干)QW通道之n型調變摻雜之量子井結構1715。將定義集極終端電極之金屬沈積及圖案化於與p型離子植入區接觸之台面1915上以接觸n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區之p型調變摻雜之量子井結構。可視需要加熱所得結構以處理源極、汲極及集極電極之金屬。
n通道HFET光電晶體裝置1900係一場效電晶體，其中電流作為一二維氣體流動通過主動波導區之n型調變摻雜之量子井結構1715之QW通道區(其中在該QW通道區之任一側上具有源極及汲極終端)。基本電晶體動作係藉由一反轉層(即，一二維電子氣體)調變QW通道傳導 性，該反轉層係藉由吸收在n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區內傳播之光學模態1903而產生。明確言之，該QW通道傳導性係藉由在n通道HFET光電晶體裝置1900之主動波導區內傳播之光學模態1903之吸收控制，該吸收在源極終端電極與汲極終端電極之間之n型調變摻雜之量子井結構1715之QW通道中產生電子氣體之一反轉層。在此組態中，源極終端電極係電子載子自其進入n型調變摻雜之量子井結構1715之QW通道之終端電極且汲極終端電極係電子載子離開裝置之終端電極。
PHFET光電晶體
圖20A及圖20B展示一p通道HFET(PHFET)光電晶體裝置2000之一例示性實施例。一筆直被動肋形波導區段2001操作以被動地導引光(圖20B之光學模態2003)至該p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區中。該筆直被動肋形波導區段2001可採用一頂部DBR鏡(在圖20B中標記為2030，其可藉由具有不同折射率之半導體或介電材料對來實現)，該頂部DBR鏡操作為包層以提供在該頂部DBR鏡與形成於基板1701上之底部DBR鏡1703之間導引光學模態2003。可藉由與被動肋形波導區段2001之垂直側壁2002及可能頂部層1721、1719、1717中之n型離子植入物(在圖19B中標記為2005)相關聯之折射率變化來提供被動肋形波導區段2001內之光學模態2003之橫向侷限。被動肋形波導區段2001之n型植入物在經歷快速熱退火時可將無雜質空位無序化引入至鄰近波導核心區中。局部增加無序波導核心區之帶隙以實質上降低吸收及相關聯光學損耗。亦可藉由用頂部DBR鏡覆蓋側壁2002來支援光學模態2003之橫向侷限。頂部DBR鏡結構亦可以一連續方式延伸以在p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區上方形成包層，如自圖20B之橫截面顯而易見。在此組態中，頂部DBR鏡結構2030操作為用於藉由p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區接收之光學模態 2003之包層。
P通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區係藉由形成於層1721、1719、1717、1715及1713中之與被動肋形波導區段2001對準(垂直及橫向兩者)之一肋形波導界定，如自圖20A顯而易見。可藉由與形成於層1721、1719、1717、1715及1713中之肋之垂直側壁2007及可能如圖20B中所展示之頂部p型層1721、1719、1717中之n型離子植入物2005相關聯之折射率變化來提供p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區內之光學模態2003之橫向侷限。該n型植入物2005在經歷快速熱退火時可將無雜質空位無序化引入至鄰近波導核心區中。局部增加無序波導核心區之帶隙以實質上降低吸收及相關聯光學損耗。亦可藉由用頂部DBR鏡2030覆蓋側壁2007來支援光學模態2003之橫向侷限。
一源極終端電極及一汲極終端電極可操作地耦合至實現於p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區之p型調變摻雜之QW結構171中之一(若干)長形QW通道之相對側。一集極終端電極可耦合至p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區之n型調變摻雜之QW結構1715。
明確言之，p通道HFET光電晶體裝置2000之層結構經圖案化及蝕刻以形成延伸至p型調變摻雜之QW結構1711上方之間隔層1713中之相對長形中間台面2009、2011之主動波導區之肋。該層結構亦經圖案化及蝕刻以形成一垂直側壁2013，該垂直側壁2013界定p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區之與被動肋形波導區段2001相對之端。該垂直側壁2013向下延伸至n型調變摻雜之QW結構1715上方之間隔層1717中之一長形中間台面2015。
p型施體離子可透過台面2009、2011植入以形成p型離子植入區2017，該p型離子植入區2017產生至形成p通道HFET光電晶體裝置 2000之主動波導區之(若干)QW通道之p型調變摻雜之量子井結構1711之自對準p型接觸件。n型施體離子可透過台面2015植入以形成一n型離子植入區，該n型離子植入區產生至p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區之n型調變摻雜之量子井結構1715之一自對準n型接觸件。可執行一快速熱退火(RTA)氧化物之沈積及後續RTA操作以活化植入區。
將定義源極及汲極終端電極之金屬沈積及圖案化於與p型離子植入區2017接觸之台面2009及2011上以接觸形成p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區之(若干)QW通道之p型調變摻雜之量子井結構1711。將定義集極終端電極之金屬沈積及圖案化於與n型離子植入區接觸之台面2015上以接觸p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區之n型調變摻雜之量子井結構。可視需要加熱所得結構以處理源極、汲極及集極電極之金屬。
P通道HFET光電晶體裝置2000係一場效電晶體，其中電流作為一二維氣體流動通過主動波導區之p型調變摻雜之量子井結構1711之QW通道區(其中在該QW通道區之任一側上具有源極及汲極終端)。基本電晶體動作係藉由一反轉層(即，一二維電洞氣體)調變QW通道傳導性，該反轉層係藉由吸收在p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區內傳播之光學模態2003而產生。明確言之，該QW通道傳導性係藉由在p通道HFET光電晶體裝置2000之主動波導區內傳播之光學模態2003之吸收控制，該吸收在源極終端電極與汲極終端電極之間p型調變摻雜之量子井結構1711之QW通道中產生電洞氣體之一反轉層。在此組態中，源極終端電極係電洞載子自其進入p型調變摻雜之量子井結構1711之QW通道之終端且汲極終端電極係電洞載子離開裝置之終端。
注意，n通道HFET光電晶體與P通道HFET光電晶體將具有類似光 學響應，此係因為吸收特性係類似的且在兩者中皆需要電洞及電子兩者之傳輸。在n通道HFET光電晶體中，光學模態將藉由兩組量子井導引；而在p通道HFET光電晶體中，將移除頂部量子井因此僅底部量子井將提供光學模態之導引。一差異係操作所需之電壓之極性。n通道HFET光電晶體用一正汲極-源極電壓操作使得該n通道HFET光電晶體之源極終端電極可接地且光增加自一正電路節點流動至接地之通道電流。相比而言，p通道HFET光電晶體用一負汲極-源極電壓操作使得該p通道HFET光電晶體之源極終端電極可電耦合至一正供應電壓且經吸收之光增加自固定正導軌電壓流動至一弱正電路節點之電流。由於此參考電壓差，n通道及p通道HFET光電晶體對於將光電流導入至依正供應電壓與負供應電壓之間之電壓操作之一中間電路節點(諸如，如本文中所描述之一閘流體之n通道注入極終端或p通道注入極終端)中或導出該中間電路節點係理想的。此係同調平衡接收器之組態。
n通道及p通道HFET光電晶體具有優於簡單二極體偵測器之優點。更明確言之，一二極體偵測器產生以低電流(高電阻)及高電容為特徵之光電流。因此，需要一轉阻放大器來放大該二極體偵測器之輸出以增加頻寬。然而，n通道及p通道HFET光電晶體具有一內跨導(gm=dV/dI)且因此直接產生電壓輸出而無需一轉阻放大器。
基於閘流體之光電子振盪器
圖21A至圖21D展示可經組態以用作光電子振盪器之由圖17之磊晶裝置結構形成之一光學閘流體2100之一實施例。該光學閘流體2100包含藉由一間隙區2113A與一第一Z字形波導結構2109A之一區段間隔開之一閘流體閉合路徑波導諧振器2101，如圖21A及圖21B中所展示。該第一Z字形波導結構2109A藉由該間隙區2113A上方之漸逝波耦合光學耦合至該諧振器2101。該光學閘流體2100亦可包含藉由一間隙區2113B與該閘流體閉合路徑波導諧振器2101間隔開之一選用第二Z 字形波導結構2109B。該第二Z字形波導結構2109B藉由該間隙區2113B上方之漸逝波耦合光學耦合至該諧振器2101。
諧振器2101界定沿著形狀大體為矩形之一閉合路徑之一諧振腔波導2102。該諧振腔波導2102之光學路徑長度經調諧至將在該諧振腔波導2102中傳播之光學模態信號之特定波長。明確言之，諧振腔波導2102之矩形閉合路徑之長度係給定為2(L1+L2)且L1及L2參數經選擇以符合以下： 其中L1及L2係主動諧振腔波導2102之相對側之有效長度；m係大於零之一整數；λC係將在諧振腔波導2102中傳播之光學模態之中心波長；及n eff 係諧振腔波導2102之有效折射率。
諧振腔波導2102之寬度(W)可小於2μm及可能1μm或更小。間隙區2113A之寬度(即，諧振腔波導2102與Z字形波導2109A之間之間距)可小於2μm及可能大約1μm或更小。間隙區2113B之寬度(即，諧振腔波導2102與Z字形波導2109B之間之間距)可小於2μm及可能大約1μm或更小。
光學模態圍繞諧振腔波導2102循環且藉由該諧振腔波導2102之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該諧振腔波導2102內。Z字形波導2109A界定形成一Z字形路徑之一被動肋形波導。光學模態藉由該Z字形波導2109A之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該Z字形波導2109A內。Z字形波導2109B界定形成一Z字形路徑之一被動肋形波導。光學模態藉由該Z字形波導2109B之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該Z字形波導2109B內。
諧振腔波導2102可邏輯上分割成藉由角隅彼此耦合之四個區 段，如圖21A中所展示。該四個區段包含一筆直區段，該筆直區段平行於第一Z字形波導2109A之一筆直區段延伸且藉由間隙區313A與該第一Z字形波導2109A之筆直區段緊密間隔。此筆直區段經組態以針對在諧振腔波導2102中循環之光學模態信號提供至Z字形波導2109A之筆直區段(或自該Z字形波導2109A之筆直區段)之漸逝耦合。相對筆直區段經組態以針對在諧振腔波導2102中循環之光學模態信號提供至Z字形波導2109B之筆直區段(或自該Z字形波導2109B之筆直區段)之漸逝耦合。諧振腔波導2102之全部四個區段經組態為促成在該諧振腔波導2102中循環之光學模態信號之偵測(及可能產生)之主動部分。此等主動部分可經組態而具有台面、接觸植入物及金屬化以操作為一切換光學閘流體。
在此組態中，該等台面、接觸植入物及金屬化提供至用於光學閘流體之陽極終端電極(或其部分)之頂部p型歐姆接觸層1721之電接觸及至用於光學閘流體之一n通道注入極終端電極或其部分之n型調變摻雜之QW結構1715之電接觸以及至用於光學閘流體之一p通道注入極終端電極或其部分之p型調變摻雜之QW結構1171之電接觸以及至用於光學閘流體之一陰極終端電極或其部分之底部n型接觸層1705之電接觸。
沿著間隙區2113A延伸之Z字形波導2109A可經組態而具有台面、接觸植入物及金屬化以電接觸至用於一第一耦合控制終端電極2115A之頂部p型歐姆接觸層1721以及電接觸至用於一第二控制電極2117A之n型調變摻雜之QW結構1715，該第一耦合控制終端電極2115A及該第二控制電極2117A係用於控制諧振腔波導2102與Z字形波導2109A之間之漸逝波耦合之耦合係數。偏壓電路(未展示)可經組態以控制漸逝波耦合之耦合係數。明確言之，可藉由控制填充用於沿著間隙區2113A延伸之諧振腔波導2102之筆直區段之n型調變摻雜之QW結構 1715之(若干)QW之電荷(電子)之量來改變(即，調變)兩個波導之間之漸逝波耦合之耦合係數，該電荷(電子)之量指示用於諧振腔波導2102之此筆直區段之n型調變摻雜之QW結構1715之(若干)QW之吸收邊緣及折射率之移位。偏壓電路可藉由可一體地形成於積體電路之基板上之合適電晶體電路來實現。
沿著間隙區2113B延伸之Z字形波導2109B可經組態而具有台面、接觸植入物及金屬化以電接觸至用於一第一耦合控制終端電極2115B之頂部p型歐姆接觸層1721以及電接觸至用於一第二控制電極2117B(圖21A中未展示)之n型調變摻雜之QW結構1715，該第一耦合控制終端電極2115B及該第二控制電極2117B係用於控制諧振腔波導2102與Z字形波導2109B之間之漸逝波耦合之耦合係數。偏壓電路(未展示)可經組態以控制漸逝波耦合之耦合係數。明確言之，可藉由控制填充用於沿著間隙區2113B延伸之諧振腔波導2102之筆直區段之n型調變摻雜之QW結構1715之(若干)QW之電荷(電子)之量來改變(即，調變)兩個波導之間之漸逝波耦合之耦合係數，該電荷(電子)之量指示用於諧振腔波導2102之此筆直區段之n型調變摻雜之QW結構1715之(若干)QW之吸收邊緣及折射率之移位。偏壓電路可藉由可一體地形成於積體電路之基板上之合適電晶體電路來實現。
如圖21C中所展示，圍繞波導2102循環之光學模態信號2104係藉由該波導2102之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該波導2102內。明確言之，可藉由一頂部DBR鏡結構(未展示)及底部DBR鏡1703來提供用於導引波導2102中之光學模態2104之包層。可藉由以下各者來提供波導2102中之光學模態2104之橫向侷限：i)界定波導2102之外邊界之側壁處之一折射率變化；ii)在定位成鄰近肋形波導2102之側壁之n通道注入極電極部分下方之n型接觸植入區2121之周邊處之一折射率變化；iii)定位於頂部陽極電極下方之中心植入區2123之周邊處之一 折射率變化；及v)在覆蓋波導之側壁之頂部DBR鏡之介面處之一折射率變化。p通道注入極定位於藉由陽極終端圍繞之一中心井中。該井係藉由安置於p型調變摻雜之QW結構1711上方之間隔層1713中之一台面界定。p型施體離子可透過此台面植入以形成一p型離子植入區2125，該p型離子植入區2125產生至主動波導2102之p型調變摻雜之量子井結構1711之一自對準p型接觸。
如圖21D中所展示，傳播通過Z字形波導2109A之光學模態2110A係藉由該波導2109A之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該Z字形波導2109A內。明確言之，可藉由頂部DBR鏡結構(未展示)及底部DBR鏡1703來提供用於導引波導2109A中之光學模態2110A之包層。可藉由以下各者來提供波導2109A中之光學模態2110A之橫向侷限：i)界定波導2109A之外邊界之側壁處之一折射率變化；ii)在安置成鄰近波導2109A之頂部肋形側壁之n型離子植入區2131A(未展示)處之一折射率變化；及iii)在覆蓋波導2109A之側壁之頂部鏡之介面處之一折射率變化。在耦合區中，波導2109A包含平行於微諧振器波導2102之一筆直區段延伸且藉由間隙區2113A與微諧振器波導2102之筆直區段緊密間隔開之一區段。在波導2109A之此區段中，藉由如所展示在耦合控制電極2115A之金屬下方之植入區2127A之周邊處之一折射率變化及如自圖18D顯而易見在耦合區(間隙2113A)中之植入區2129A之周邊處之一折射率變化來提供光學模態2110A之橫向侷限。在微諧振器波導2102之耦合區段中，藉由如自圖18D顯而易見之在耦合區(間隙G-2113A)中之植入區2129A之周邊處之一折射率變化進一步提供光學模態2104之橫向侷限。一n型植入物2131A安置於控制電極2117A下方以接觸至Z字形波導2109A之n型調變摻雜之量子井結構1715。
如圖21D中所展示，傳播通過Z字形波導2109B之光學模態2110B係藉由該波導2109B之反射介面處之內部反射而強烈侷限於該Z字形 波導2109B內。明確言之，可藉由頂部DBR鏡結構(未展示)及底部DBR鏡1703來提供用於導引波導2109B中之光學模態2110B之包層。可藉由以下各者來提供波導2109B中之光學模態2110N之橫向侷限：i)界定波導2109B之外邊界之側壁處之一折射率變化；ii)在安置成鄰近波導2109A之頂部肋形側壁之n型離子植入區2131B(未展示)處之一折射率變化；及iii)在覆蓋波導2109A之側壁之頂部鏡之介面處之一折射率變化。在耦合區中，波導2109B包含平行於微諧振器波導2102之一筆直區段延伸且藉由間隙區2113B與微諧振器波導2102之筆直區段緊密間隔開之一區段。在波導2109B之此區段中，藉由如所展示在耦合控制電極2115B之金屬下方之植入區2127B之周邊處之一折射率變化及如自圖18D顯而易見在耦合區(間隙2113B)中之植入區2129B之周邊處之一折射率變化來提供光學模態2110B之橫向侷限。在微諧振器波導2102之耦合區段中，進一步藉由如自圖18D顯而易見之在耦合區(間隙G-2113B)中之植入區2129B之周邊處之一折射率變化來提供光學模態2104之橫向侷限。一n型植入物2131B安置於控制電極2117B下方以接觸至Z字形波導2109B之n型調變摻雜之量子井結構1715。如所展示閘流體閉合路徑波導諧振器2101之陰極終端形成於定位於底部n型接觸層1705中之一台面上之諧振器外部。
對於作為一光電子振盪器之組態，閘流體閉合路徑波導諧振器2101可經組態以用於其中在波導2102中傳播之光學信號藉由吸收產生光電流之數位光電轉換，該吸收增加至n型調變摻雜之QW結構1715之電子且增加至p型調變摻雜之QW結構1711之電洞使得閘流體裝置開啟且傳導電流通過陽極終端電極與陰極終端電極之間之裝置。此等光電子操作提供偵測、電流轉電壓轉換(通常藉由一轉阻放大器提供)、位準移位之功能以獲得一接地參考及一決定電路(通常藉由一比較器實現)。此外，閘流體閉合路徑波導諧振器2101具有其將僅以諧振器頻 率吸收且因此可經調適以支援用於分波多工應用之不同波長之一優點。此外，流動於閘流體諧振器之陽極終端電極與陰極終端電極之間之導通狀態電流經組態以高於用於雷射之臨限值ITH使得光子發射將在裝置結構內發生。原則上，諧振器產生沿著諧振腔波導2102之光學路徑順時針及逆時針傳播之光。此外，跨諧振腔波導2102與Z字形波導1209A之間之間隙區2113A之漸逝耦合對諧振腔波導2102內之順時針光傳播及逆時針光傳播兩者操作。類似地，跨諧振腔波導2102與Z字形波導1209B之間之間隙區2113B之漸逝耦合對諧振腔波導2102內之順時針光傳播及逆時針光傳播兩者操作。
在此組態中，可如圖21A中所展示將輸入光學脈衝供應至Z字形波導2109A之一端使得該輸入光學脈衝傳播通過鄰近間隙區2113A之Z字形波導2109A之筆直區段，在該間隙區2113A中該輸入光學脈衝藉由漸逝耦合耦合至波導2102中以在該波導2102內傳播，如藉由圖21B之箭頭所展示。接著傳播於波導2102內之輸入脈衝信號經受藉由如本文中所描述之閘流體切換動作之數位光電轉換及脈衝再生。
如圖21A中所展示，一布拉格光柵反射器2121光學耦合至與其輸出端相對之Z字形波導結構210B9。該布拉格光柵反射器212係形成為一光反射器之一線性主動波導裝置，其基於諧振器之諧振腔波導2102中之光傳播之多個方向以及提供於Z字形波導2109B與諧振器之諧振腔波導2102之間之漸逝耦合之多個方向。布拉格光柵反射器2121具有經界定貫穿主動波導裝置之長度之布拉格光柵2123(諸如一階或三階布拉格光柵)。該布拉格光柵2123可藉由蝕刻至頂部層(諸如圖17之層結構之層1721、1719、1717)中來界定，如圖21E及圖21F中最佳展示。布拉格光柵2123操作以反射沿著反射器2121之方向傳播於Z字形波導2109B中之任何光學模態，其中此等光學模態之波長與布拉格光柵2123之布拉格頻率一致。其他波長之全部光學模態將穿過調諧反射 器2121或被吸收。布拉格光柵2123可經組態使得該布拉格光柵2123之布拉格頻率緊密匹配用於諧振器之所要輸出波長。
由諧振器之閘流體切換動作引起之脈衝再生產生在諧振器之諧振腔波導2102內順時針傳播之(若干)光學模態，該(等)光學模態耦合至Z字形波導2109B中以產生在該Z字形波導2109B中傳播至反射器321之(若干)光學模態。在與反射器2121之布拉格光柵2123之布拉格頻率一致之波長之(若干)入射光學模態被反射回且在Z字形波導2109B內沿著反向方向傳播，其中該模態耦合至諧振器中以產生在該諧振器之諧振腔波導2102中逆時針傳播之(若干)光學模態且產生更多受激發射。此操作經多次重複使得傳播於諧振器之諧振腔波導2102中之主光學模態之波長對應於布拉格光柵2123之布拉格頻率。在諧振器之諧振腔波導2102中逆時針傳播之此主光學模態耦合至Z字形波導2109B以產生經再生之輸出光學脈衝信號(其如圖21A中所展示沿著遠離調諧反射器2121之方向傳播)。以此方式，與反射器2121之布拉格光柵2123之布拉格頻率一致之光學模態兩次穿過諧振器之諧振腔波導2102以用於改良之受激發射。此操作經重複使得傳播於諧振器之諧振腔波導2102中之主光學模態或主要光學模態之波長對應於布拉格光柵2123之布拉格頻率。藉助此操作，自Z字形波導2109B輸出傳播於諧振器之諧振腔波導2102中之主光學模態或主要光學模態，而藉由反射器2121之操作自輸出脈衝信號移除與布拉格光柵2123之布拉格頻率不一致之光學模態。
布拉格光柵2123用作一窄頻濾波器，其中光柵2123之布拉格頻率指示傳播於諧振器之諧振腔波導2102中之主光學模態或主要光學模態之波長。此窄頻濾波可用於較大閉合迴路諧振器，其中自然模態諧振彼此緊密間隔開且因此並不提供用於傳播於閉合迴路諧振器中之光學模態之一窄波長帶。亦預期可藉由修改布拉格光柵323之區n2之折 射率之電荷之經控制注入而電控制(或調諧)該布拉格光柵2123之布拉格頻率，如於2014年3月24日申請之美國專利申請案第14/222,841號中所描述，該案已共同讓與給本發明之受讓人且其全文以引用的方式併入本文中。
亦預期圖21A至圖21C之光學閘流體2100可易於經組態為用於本文中所描述之其他電路功能之一光學閘流體。在一實例中，圖21A至圖21C之光學閘流體2100可經組態為圖3A、圖10E、圖10H及圖10I之光學相位偵測器之部分，其中自波導2109B之輸出端輸出由光學閘流體之切換動作引起之輸出光學信號。在另一實例中，圖21A至圖21C之光學閘流體2100可經組態為圖8A之光學XOR閘之部分，其中自波導2109B之輸出端輸出由光學閘流體之切換動作引起之輸出光學信號C。在又另一實例中，圖21A至圖21C之光學閘流體2100可經組態為圖13A及圖13B之光學正反器之部分，其中將輸入光學信號(DA或DB)供應至波導2109A之一端(類似於圖21A中之輸入光學脈衝)且自波導2109B之輸出端輸出由光學閘流體之切換動作引起之輸出光學信號(QA或QB)。在又另一實例中，圖21A至圖21C之光學閘流體2100可經組態為圖14A之光學輸入AND閘之部分，其中將輸入光學信號QA供應至波導2109A之一端(類似於圖21A中之輸入光學脈衝)且將輸入光學信號QB供應至波導2109A之另一端。在又一實例中，圖21A至圖21C之光學閘流體2100可經組態為圖15A之光學充電泵之部分，其中將輸入光學信號(QA或QB)供應至波導2109A之一端(類似於圖21A中之輸入光學脈衝)。
偏振分集系統
使PSK及QAM調變方案與偏振分集組合亦為常見的，其中經調變之載波信號採用具有正交偏振之光。在此等系統中，如本文中所描述之同調光學接收器設計可複製於光學元件之下游，該等光學元件將 經接收之光學信號分裂成對應於正交偏振之多個分支且接著處理各分支以隔離對應偏振狀態之光學信號以用於偵測。
分波多工(WDM)系統
使PSK及QAM調變方案結合分波多工亦為常見的，其中經調變之載波信號可藉由光之特定波長定義。在此等系統中，如本文中所描述之同調光學接收器設計可複製於光學元件之下游，該等光學元件將經接收之光學信號分裂成對應於特定光波長之多個分支且接著處理各分支以隔離對應波長之光學信號以用於偵測。
本文中已描述及繪示可用於廣泛多種通信及資料處理應用之一同調光學接收器及其部分之若干實施例。雖然已描述本發明之特定實施例，但並不希望本發明限於該等實施例，此係因為希望本發明在範疇上如此項技術將容許般廣泛且同樣地讀取本說明書。因此熟習此項技術者將理解可在不偏離本發明之如所主張之精神及範疇之情況下對本發明進行又其他修改。
100‧‧‧光學通信系統/系統
112‧‧‧傳輸器
114‧‧‧雷射本地振盪器
116‧‧‧光學二進制相移鍵控(BPSK)調變器
118‧‧‧通信媒體
120‧‧‧接收器
122‧‧‧光學鎖相迴路(OPPL)
124‧‧‧光學二進制相移鍵控(BPSK)同調解調變器/時脈復原區塊
126‧‧‧電路/信號解碼電路

Claims (79)

  1. 一種接收一光學PSK調變信號之同調光學接收器，其包括：光學元件，其等組合該光學PSK調變信號與一光學本地振盪(LO)信號且將該等經組合之光學信號分裂成相對於彼此具有一預定義相位偏移之多個部分；至少一閘流體；及控制電路，其可操作地耦合至該至少一閘流體之終端，其中該控制電路經組態以接收該等經組合之光學信號之該多個部分且根據光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之相位偏移控制該至少一閘流體之切換操作。
  2. 如請求項1之同調光學接收器，其中：該至少一閘流體根據該光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之相位偏移產生一數位電信號輸出；及/或該至少一閘流體根據光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之相位偏移產生一數位光學信號輸出；及/或該等光學元件包含複數個混合光學耦合器。
  3. 如請求項1之同調光學接收器，其中：該至少一閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中各光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  4. 如請求項3之同調光學接收器，其中： 該控制電路包含與一給定閘流體相關聯之第一、第二、第三及第四光電晶體，其中該等第一及第二光電晶體各經組態以接收該等經組合之光學信號之相對於彼此相位偏移達π/2弧度之各自部分，其中該第一光電晶體電耦合至該給定閘流體之該p型注入極終端，其中該第二光電晶體電耦合至該給定閘流體之該n型注入極終端，其中該等第三及第四光電晶體各經組態以接收該等經組合之光學信號之相對於彼此相位偏移達π/2弧度之其他各自部分，其中該第三光電晶體電耦合至該給定閘流體之該p型注入極終端且其中該第四光電晶體電耦合至該給定閘流體之該n型注入極終端。
  5. 如請求項4之同調光學接收器，其中：該等第一及第四光電晶體經組態為導通光電晶體，該等導通光電晶體針對該光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之一特定第一相位偏移使該給定閘流體在其導通狀態中操作，其中該第一光電晶體將電洞流供應至該p型注入極終端以使該給定閘流體在其導通狀態中操作，且其中該第四光電晶體將電子流供應至該n型注入極終端以使該給定閘流體在其導通狀態中操作；及/或該等第二及第三光電晶體經組態為關斷光電晶體，該等關斷光電晶體針對該光學PSK調變信號相對於該光學LO信號之一特定第二相位偏移使該給定閘流體在其關斷狀態中操作，其中該第二光電晶體自該p型注入極終端汲取電洞流以使該給定閘流體在其關斷狀態中操作，且其中該第三光電晶體自該n型注入極終端汲取電子流以使該給定閘流體在其關斷狀態中操作；及/或該第一光電晶體係一p通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該給定閘流體之該p型注入極終端之間； 該第二光電晶體係一p通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該給定閘流體之該n型注入極終端之間；及/或該第三光電晶體係一n通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與該給定閘流體之該p型注入極終端之間；及/或該第四光電晶體係一n通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與該給定閘流體之該n型注入極終端之間；及/或該等光學元件包含一第一波導耦合器，該第一波導耦合器經組態以將該等經組合之光學信號分裂成分別被供應至該第一光電晶體及該第二光電晶體兩者之兩個部分；及/或該等光學元件包含一第二波導耦合器，該第二波導耦合器經組態以將該等經組合之光學信號分裂成分別被供應至該第三光電晶體及該第四光電晶體兩者之兩個部分。
  6. 如請求項3之同調光學接收器，其中：該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  7. 如請求項6之同調光學接收器，其中：該控制電路包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或該控制電路包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  8. 如請求項1之同調光學接收器，其中：該光學PSK調變信號採用二進制相位，且該至少一閘流體及該控制電路包括一閘流體及控制該閘流體之切換動作以產生對應於該光學PSK調變信號之該經偵測二進制相位之一數位輸出信號之相關聯控制電路；及/或該光學PSK調變信號採用大於兩個之複數個相位，且該至少一閘流體及該控制電路包括複數個閘流體及控制該複數個閘流體之切換動作以產生對應於該光學PSK調變信號之該經偵測相位之複數個數位輸出信號之相關聯控制電路。
  9. 如請求項8之同調光學接收器，其中：至少一光學XOR電路經組態以處理藉由該複數個閘流體產生之數位輸出信號以導出表示該光學PSK調變信號之該經偵測相位之數位信號；及/或該等光學元件進一步經組態以在將該光學PSK調變信號之該等部分與該光學LO信號之對應部分組合之前將該光學PSK調變信號及該光學LO信號兩者分裂成多個部分；及/或該等光學元件進一步包含一光學混合耦合器，該光學混合耦合器經組態以在將該光學PSK調變信號之一部分與該光學LO信號之一對應部分組合之前將一所要相位偏移引入至該光學PSK調變信號之該一部分。
  10. 如請求項8之同調光學接收器，其中：該光學PSK調變信號採用具有許多振幅調變位準之PSK調變與QAM調變之一組合；且該複數個閘流體經組態而具有不同臨限位準以根據該QAM調變之振幅調變位準之數目啟動該複數個閘流體使得該複數個閘流體產生對應於該QAM調變之經偵測振幅調變位準之複數個數 位輸出信號。
  11. 一種光學XOR電路，其包括：一閘流體；及控制電路，其可操作地耦合至該閘流體之終端，其中該控制電路經組態以回應於兩個數位光學信號輸入之導通/關斷狀態來控制該閘流體之切換操作使得該閘流體產生一數位信號輸出，該數位信號輸出係該兩個數位光學信號輸入之XOR函數。
  12. 如請求項11之光學XOR電路，其中：該閘流體產生一數位電信號輸出，該數位電信號輸出係該兩個數位光學信號輸入之XOR函數；及/或該閘流體產生一數位光學信號輸出，該數位光學信號輸出係該兩個數位光學信號輸入之XOR函數。
  13. 如請求項11之光學XOR電路，其中：該閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中該閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  14. 如請求項13之光學XOR電路，其中：該控制電路包含各經組態以接收該兩個數位光學信號輸入之一者之第一及第二光電晶體，其中該第一光電晶體電耦合至該閘流體之該p型注入極終端且其中該第二光電晶體電耦合至該閘流體之該n型注入極終端；且該控制電路包含各經組態以接收該兩個數位光學信號輸入之 另一者之第三及第四光電晶體，其中該第三光電晶體電耦合至該閘流體之該p型注入極終端且其中該第四光電晶體電耦合至該閘流體之該n型注入極終端。
  15. 如請求項14之光學XOR電路，其中：當該一數位光學輸入之狀態係導通且該另一數位光學輸入之狀態係關斷時，該第一光電晶體經組態為一導通光電晶體，該導通光電晶體將電洞流供應至該p型注入極終端且使該閘流體在其導通狀態中操作；及/或當該另一數位光學輸入之狀態係導通且該一數位光學輸入之狀態係關斷時，該第四光電晶體經組態為一導通光電晶體，該導通光電晶體將電子流供應至該n型注入極終端且使該閘流體在其導通狀態中操作；及/或當一數位光學輸入之狀態係導通且另一數位光學輸入之狀態係關斷時，該等第二及第三光電晶體經組態為關斷光電晶體，該等關斷光電晶體使該閘流體在其關斷狀態中操作，其中該第二光電晶體經組態以自該閘流體之該n型注入極終端汲取電子流，且其中該第三光電晶體經組態以自該閘流體之該p型注入極終端汲取電洞流；及/或該等第二及第三光電晶體在尺寸上大於該等第一及第四光電晶體；及/或該第一光電晶體係一p通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該閘流體之該p型注入極終端之間；及/或該第二光電晶體係一p通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該閘流體之該n型注入極終端之間；及/或 該第三光電晶體係一n通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與該閘流體之該p型注入極終端之間；及/或該第四光電晶體係一n通道HFET光電晶體，其源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與該閘流體之該n型注入極終端之間；及/或一第一波導耦合器經組態以將該一數位光學信號輸入分裂成分別被供應至該第一光電晶體及該第二光電晶體兩者之兩個部分；及/或一第二波導耦合器經組態以將該另一數位光學信號輸入分裂成分別被供應至該第三光電晶體及該第四光電晶體兩者之兩個部分。
  16. 如請求項13之光學XOR電路，其中：該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  17. 如請求項16之光學XOR電路，其中：該控制電路包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或該控制電路包含至少一光電晶體，該至少一光電晶體包含藉由該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  18. 一種光學正反器電路，其包括：一光學閘流體，其經組態以接收一數位光學信號輸入且基於該數位光學信號輸入之導通/關斷狀態產生一數位信號輸出；及 控制電路，其可操作地耦合至該光學閘流體之終端，其中該控制電路經組態以回應於一數位電信號輸入之位準而控制該光學閘流體之切換操作。
  19. 如請求項18之光學正反器電路，其中：藉由對應於該數位光學信號輸入之導通/關斷狀態之該光學閘流體之切換動作來產生該數位信號輸出，除非該切換動作藉由該控制電路回應於該數位電信號輸入之位準撤銷；及/或藉由該光學閘流體產生之該數位信號輸出係一數位光學信號輸出；及/或藉由該光學閘流體產生之該數位信號輸出係一數位電信號輸出。
  20. 如請求項18之光學正反器電路，其中：該光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中各光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  21. 如請求項20之光學正反器電路，其中：該控制電路包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該光學閘流體之該n型注入極終端之間且其閘極接收與該數位電信號輸入互補之一數位電信號；及/或該控制電路包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該光學閘流體之該p型注入極終端與一 負電壓供應端或接地電壓供應端之間且其閘極接收該數位電信號輸入。
  22. 如請求項21之光學正反器電路，其中：該第一場效電晶體包括具有耦合至該正電壓供應端之一源極終端之一p通道HFET電晶體；及/或該第二場效電晶體包括具有一起耦合至該負電壓供應端或接地電壓供應端之一源極終端之一n通道HFET電晶體。
  23. 如請求項20之光學正反器電路，其中：該光學閘流體在該光學閘流體之該陰極終端處產生對應於該數位光學信號輸出之一第一數位電信號輸出。
  24. 如請求項23之光學正反器電路，其中：該光學閘流體在該光學閘流體之該陽極終端處產生與該第一數位電信號輸出互補之一第二數位電信號輸出。
  25. 一種光學AND閘，其包括：一光學閘流體，其經組態以接收第一及第二數位光學信號輸入；及控制電路，其可操作地耦合至該光學閘流體之終端，其中該控制電路經組態以回應於該等第一及第二數位光學信號輸入之導通/關斷狀態而控制該光學閘流體之切換操作使得該光學閘流體產生表示該等第一及第二數位光學信號輸入之AND函數之一數位輸出信號。
  26. 如請求項25之光學AND閘，其中：該光學閘流體產生表示該等第一及第二數位光學信號輸入之AND函數之一數位電信號；及/或該光學閘流體產生表示該等第一及第二數位光學信號輸入之AND函數之一數位光學信號。
  27. 如請求項25之光學AND閘，其中：該光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中各光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  28. 如請求項27之光學AND閘，其中：該控制電路包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該光學閘流體之該n型注入極終端之間；及/或該控制電路包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電壓供應端或接地電壓供應端與該光學閘流體之該p型注入極終端之間。
  29. 如請求項28之光學AND閘，其中：該第一場效電晶體包括具有一起耦合至該正電壓供應端之一閘極終端及源極終端之一p通道HFET電晶體；及/或該第二場效電晶體包括具有一起耦合至該負電壓供應端或接地電壓供應端之一閘極終端及源極終端之一n通道HFET電晶體。
  30. 如請求項27之光學AND閘，其中：該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該光學閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  31. 如請求項30之光學AND閘，其中： 該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  32. 一種AND閘，其包括：一閘流體；及控制電路，其可操作地耦合至該閘流體之終端，其中該控制電路經組態以接收第一及第二數位電信號輸入且回應於該等第一及第二數位電信號輸入之位準而控制該閘流體之切換操作使得該閘流體產生表示該等第一及第二數位電信號輸入之AND函數之一數位輸出信號。
  33. 如請求項32之AND閘，其中：該閘流體產生表示該等第一及第二數位電信號輸入之AND函數之一數位電信號；及/或該閘流體產生表示該等第一及第二數位電信號輸入之AND函數之一數位光學信號。
  34. 如請求項32之AND閘，其中：該閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中該閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  35. 如請求項34之AND閘，其中：該控制電路包含一第一對場效電晶體，該第一對場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中一第一中間節點耦合至該閘流體之該n型注入極終端，其中將該第一數位電信號輸入供應至該第一對場效電晶體以控制該閘流體之切換操作；且該控制電路包含一第二對場效電晶體，該第二對場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中一第二中間節點耦合至該閘流體之該p型注入極終端，其中將該第二數位電信號輸入供應至該第二對場效電晶體以控制該閘流體之切換操作。
  36. 如請求項35之AND閘，其中：該第一對場效電晶體包含一p通道HFET電晶體，該p通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該正電壓供應端與該第一中間節點之間，其中該p通道HFET電晶體具有接收該第一數位電信號單一輸入之一閘極終端；及/或該第一對場效電晶體包含一n通道HFET電晶體，該n通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該第一中間節點與該負電源供應端或接地電源供應端之間，其中該n通道HFET電晶體具有接收該第一數位電信號單一輸入之一閘極終端；及/或該第二對場效電晶體包含一p通道HFET電晶體，該p通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該正電壓供應端與該第二中間節點之間，其中該p通道HFET電晶體具有接收該第二數位電信號單一輸入之一閘極終端；及/或該第二對場效電晶體包含一n通道HFET電晶體，該n通道HFET電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該第二中間節點與該負電 源供應端或接地電源供應端之間，其中該n通道HFET電晶體具有接收該第二數位電信號單一輸入之一閘極終端。
  37. 如請求項34之AND閘，其中：該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  38. 如請求項37之AND閘，其中：該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或該控制電路包含至少一場效電晶體，該場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  39. 一種用於一光學鎖相迴路之光學相位偵測器電路，該光學相位偵測器包括：一第一光學正反器電路，其經組態以基於一第一數位光學輸入及一數位電控制信號之導通/關斷狀態產生一第一數位輸出；一第二光學正反器電路，其經組態以基於一第二數位光學輸入及該數位電控制信號之導通/關斷狀態產生一第二數位輸出；及一AND閘，其可操作地耦合至該第一光學正反器及該第二光學正反器兩者，該AND閘根據藉由該等第一及第二光學正反器電路產生之該等第一及第二數位輸出之一AND函數產生該數位電控制信號以供應至該等第一及第二光學正反器電路。
  40. 如請求項39之光學相位偵測器電路，其中：該等第一及第二數位輸出係第一及第二數位光學信號；且 該AND閘經組態以根據該等第一及第二數位光學信號之該等導通/關斷狀態之AND函數產生該數位電控制信號。
  41. 如請求項39之光學相位偵測器電路，其中：該等第一及第二數位輸出係第一及第二數位電信號；且該AND閘經組態以根據該等第一及第二數位電信號之位準之AND函數產生該數位電控制信號。
  42. 如請求項39之光學相位偵測器電路，其中：該等第一及第二光學正反器電路各包括一光學閘流體及耦合至該光學閘流體之終端之控制電路。
  43. 如請求項42之光學相位偵測器電路，其中：該控制電路經組態以回應於一數位電信號輸入之位準控制該光學閘流體之切換操作；及/或藉由對應於該數位光學信號輸入之該光學閘流體之切換動作來產生一數位光學信號輸出，除非該切換動作藉由該控制電路回應於該數位電信號輸入之位準撤銷。
  44. 如請求項42之光學相位偵測器電路，其中：該光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中各光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端，其中該光學閘流體經組態以接收一數位光學信號輸入且產生一數位信號輸出。
  45. 如請求項44之光學相位偵測器電路，其中：該控制電路包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源 極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該光學閘流體之該n型注入極終端之間且其閘極接收與該數位電信號輸入互補之一數位電信號；及/或該控制電路包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該光學閘流體之該p型注入極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間且其閘極接收該數位電信號輸入。
  46. 如請求項45之光學相位偵測器電路，其中：該第一場效電晶體包括具有耦合至該正電壓供應端之一源極終端之一p通道HFET電晶體；及/或該第二場效電晶體包括具有一起耦合至該負電壓供應端或接地電壓供應端之一源極終端之一n通道HFET電晶體。
  47. 如請求項44之光學相位偵測器電路，其中：該光學閘流體在該光學閘流體之該陰極終端處產生對應於該數位光學信號輸出之一第一數位電信號輸出；及/或該光學閘流體在該光學閘流體之該陽極終端處產生(較佳與該第一數位電信號輸出互補之)一第二數位電信號輸出。
  48. 如請求項44之光學相位偵測器電路，其中：該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該光學閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  49. 如請求項48之光學相位偵測器電路，其中：該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或 該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  50. 一種光學鎖相迴路，其包括：一光學時脈源，其產生一光學時脈信號；一如請求項39之光學相位偵測器，其經組態以量測一參考光學信號與藉由該光學時脈源產生之該光學時脈信號之間之相位差；一回饋電路，其經組態以基於該光學相位偵測器之輸出產生至少一控制信號輸入以供應至該光學時脈源。
  51. 如請求項50之光學鎖相迴路，其中：該光學時脈源包括另一光學閘流體。
  52. 如請求項50之光學鎖相迴路，其中：該回饋電路包括一充電泵電路，該充電泵電路包含至少一光學閘流體。
  53. 如請求項50之光學鎖相迴路，其經組態以執行一時脈復原功能。
  54. 一種用於一光學鎖相迴路之充電泵電路，該充電泵電路包括：第一及第二光學閘流體，其中該第一光學閘流體經組態以接收一第一數位光學信號輸入，且其中該第二光學閘流體經組態以接收一第二數位光學信號輸入；一第一濾波器電路，其可操作地耦合至該第一光學閘流體；第一控制電路，其可操作地耦合至該第一光學閘流體之終端且接收對應於該第二數位光學信號輸入之一第一數位電信號輸入；一第二濾波器電路，其可操作地耦合至該第二光學閘流體；及 第二控制電路，其可操作地耦合至該第二光學閘流體之終端且接收對應於該第一數位光學信號輸入之一第二數位電信號輸入；其中該第一控制電路經組態以回應於該第一數位光學信號輸入及該第一數位電信號輸入之位準而控制流出電流至該第一濾波器電路之該第一光學閘流體之切換操作；且其中該第二控制電路經組態以回應於該第二數位光學信號輸入及該第二數位電信號輸入之位準而控制自該第二濾波器電路汲入電流之該第二光學閘流體之切換操作。
  55. 如請求項54之充電泵電路，其中：該第一濾波器電路執行該第一光學閘流體之一陰極終端之電壓電位之增加隨時間之積分；且該第二濾波器電路執行該第二光學閘流體之一陽極終端之電壓電位之減小隨時間之積分。
  56. 如請求項55之充電泵電路，其中：藉由該第一濾波器電路執行之該積分之結果係該第一光學閘流體之該陰極終端處之一增加之電壓信號，該增加之電壓信號隨時間之變化追蹤該第一數位光學信號輸入及該第二數位光學輸入之相位偏移；且藉由該第二濾波器電路執行之該積分之結果係該第二光學閘流體之該陽極終端處之一減小之電壓信號，該減小之電壓信號隨時間之變化追蹤該第二數位光學信號輸入及該第一數位光學輸入之相位偏移。
  57. 如請求項54之充電泵電路，其中：該等第一及第二光學閘流體各藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一 中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中各光學閘流體包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  58. 如請求項57之充電泵電路，其中：該第一控制電路包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該第一光學閘流體之該n型注入極終端之間，其中將對應於該第二數位光學信號輸入之該第一數位電信號輸入供應至該第一場效電晶體以控制該第一光學閘流體之切換操作；及/或該第一控制電路包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電源供應端或接地電源供應端與該第一光學閘流體之該p型注入極終端之間，其中將對應於該第二數位光學信號輸入之該第一數位電信號輸入供應至該第二場效電晶體以控制該第一光學閘流體之切換操作；及/或該第二控制電路包含一第三場效電晶體，該第三場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該第二光學閘流體之該n型注入極終端之間，其中將對應於該第一數位光學信號輸入之該第二數位電信號輸入供應至該第三場效電晶體以控制該第二光學閘流體之切換操作；及/或該第二控制電路包含一第四場效電晶體，該第四場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一負電源供應端或接地電源供應端與該第二光學閘流體之該p型注入極終端之間，其中將對應於該第一數位光學信號輸入之該第二數位電信號輸入供應至該第四場效電晶體以控制該第二光學閘流體之切換操作。
  59. 如請求項58之充電泵電路，其中：該第一場效電晶體包括具有接收對應於該第二數位光學信號輸入之該第一數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體；及/或該第二場效電晶體包括具有接收對應於該第二數位光學信號輸入之該第一數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體；及/或該第三場效電晶體包括具有接收對應於該第一數位光學信號輸入之該第二數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體；及/或該第四場效電晶體包括具有接收對應於該第一數位光學信號輸入之該第二數位電信號輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體。
  60. 如請求項57之充電泵電路，其中：該等第一及第二光學閘流體之該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該光學閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  61. 如請求項60之充電泵電路，其中：該等第一及第二控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該等第一及第二光學閘流體之該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或該等第一及第二控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該等第一及第二光學閘流體之該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  62. 一種光學鎖相迴路，其包括：一光學時脈源，其產生一光學時脈信號；一光學相位偵測器，其量測一參考光學信號與藉由該光學時脈源產生之該光學時脈信號之間之相位差；及一回饋電路，其經組態以產生第一及第二控制信號輸入以供應至該光學時脈源，其中該回饋電路包括如請求項54之充電泵電路。
  63. 如請求項62之光學鎖相迴路，其中：該光學時脈源包括另一光學閘流體；及/或該光學相位偵測器包括藉由另一光學閘流體實現之一光學正反器；及/或該光學相位偵測器包括藉由另一光學閘流體實現之一光學AND閘；及/或該光學相位偵測器包括藉由一閘流體實現之一AND閘。
  64. 如請求項62之光學鎖相迴路，其經組態以執行一時脈復原功能。
  65. 一種用於產生一光學時脈信號之光電子電路，該光電子電路包括：一光學閘流體；一波導結構，其經組態以分裂藉由該光學閘流體產生之一光學脈衝使得此光學脈衝之一第一部分輸出為該光學時脈信號之部分且此光學脈衝之一第二部分經導引回至該光學閘流體以產生輸出為該光學時脈信號之部分之另一光學脈衝；及控制電路，其可操作地耦合至該光學閘流體之終端且接收第一及第二控制信號輸入，其中該控制電路經組態以基於該第一控制信號輸入選擇性減小該光學時脈信號之頻率且基於該第二 控制信號輸入選擇性增加該光學時脈信號之頻率。
  66. 如請求項65之光電子電路，其中：該光學閘流體係藉由一磊晶層結構界定，該磊晶層結構包含一底部n型陰極區、形成於該底部n型區上方之一中間p型區、形成於該中間p型區上方之一中間n型區及形成於該中間n型區上方之一頂部p型陽極區，其中該光學閘流體進一步包含電耦合至該頂部p型陽極區之一陽極終端、電耦合至該中間n型區之一n型注入極終端、電耦合至該中間p型區之一p型注入極終端及電耦合至該n型陰極區之一陰極終端。
  67. 如請求項66之光電子電路，其中：該控制電路包含一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該陽極終端之間，其中將該第一控制輸入信號供應至該第一場效電晶體以控制藉由該光學閘流體產生之該光學脈衝之輸出功率使得該光學時脈信號之該頻率減小；及/或該控制電路包含一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於一正電壓供應端與該n型注入極終端之間，其中將該第一控制輸入信號供應至該第二場效電晶體以控制自該光學閘流體之該中間n型區排出電子之一偏壓電流使得該光學時脈信號之該頻率減小；及/或該控制電路包含一第三場效電晶體，該第三場效電晶體之源極-汲極電流路徑電耦合於該陰極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中將該第二控制輸入信號供應至該第三場效電晶體以控制藉由該光學閘流體產生之該光學脈衝之輸出功率使得該光學時脈信號之該頻率增加；及/或該控制電路包含一第四場效電晶體，該第四場效電晶體之源 極-汲極電流路徑電耦合於該p型注入極終端與一負電壓供應端或接地電壓供應端之間，其中將該第二控制輸入信號供應至該第二場效電晶體以控制自該光學閘流體之該中間p型區排出電洞之一偏壓電流使得該光學時脈信號之該頻率增加。
  68. 如請求項67之光電子電路，其中：該第一場效電晶體包括具有接收該第一控制輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體，其中該第一控制輸入信號之一減小增加該n通道HFET電晶體之源極-汲極電阻使得藉由該光學閘流體產生之該光學脈衝之輸出功率減小且該光學時脈信號之該頻率減小；及/或該第二場效電晶體包括具有接收該第一控制輸入之一閘極終端之一p通道HFET電晶體，其中該第一控制輸入信號之一減小減小該p通道HFET電晶體之源極-汲極電阻使得自該光學閘流體之該中間n型區排出電子之該偏壓電流增加且該光學時脈信號之該頻率減小；及/或該第三場效電晶體包括具有接收該第二控制輸入之一閘極終端之一n通道HFET電晶體，其中該第二控制輸入信號之一增加減小該n通道HFET電晶體之源極-汲極電阻使得藉由該光學閘流體產生之該光學脈衝之輸出功率增加且該光學時脈信號之該頻率增加；及/或該第四場效電晶體包括具有接收該第二控制輸入之一閘極終端之一p通道HFET電晶體，其中該第二控制輸入信號之一增加增加該p通道HFET電晶體之源極-汲極電阻使得自該光學閘流體之該中間p型區排出電洞之該偏壓電流減小且該光學時脈信號之該頻率增加。
  69. 如請求項66之光電子電路，其中： 該光學閘流體之該磊晶層結構包括III-V族材料；及/或該光學閘流體之該磊晶層結構之該等中間n型區及中間p型區分別包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構。
  70. 如請求項69之光電子電路，其中：該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該光學閘流體之該磊晶層結構之該n型調變摻雜之QW結構形成之一n型QW通道；及/或該控制電路包含至少一場效電晶體，該至少一場效電晶體包含藉由該光學閘流體之該磊晶層結構之該p型調變摻雜之QW結構形成之一p型QW通道。
  71. 如請求項65之光電子電路，其中：該波導結構包含一光學放大器裝置，該光學放大器裝置經組態以放大該光學脈衝之經導引回至該光學閘流體之該第二部分；及/或該光學閘流體產生一電時脈信號，該電時脈信號之頻率匹配藉由該波導結構輸出之該光學時脈信號；及/或藉由一光學諧振器實現該光學閘流體，該光學諧振器包含支援光之循環傳播之一閉合路徑波導及與該光學諧振器之該閉合路徑波導間隔開以在其等之間提供漸逝波光學耦合之一波導結構。
  72. 如請求項71之光電子電路，其中：該光學諧振器之該波導結構具有安置成與一輸出端相對之一端，且該光學諧振器進一步包含整合至該波導結構之該一端之一反射器結構，其中該反射器結構包含一布拉格光柵。
  73. 一種光學鎖相迴路，其包括： 一如請求項65之光電子電路，其用於產生一光學時脈信號；一光學相位偵測器，其量測一參考光學信號與藉由該光電子電路產生之該光學時脈信號之間之相位差；及一回饋電路，其經組態以基於該光學相位偵測器之輸出產生第一及第二控制信號輸入以供應至該光電子電路。
  74. 如請求項73之光學鎖相迴路，其中：該回饋電路包括一充電泵電路(較佳包括至少另一光學閘流體)；及/或該光學相位偵測器包括藉由另一光學閘流體實現之至少一光學正反器；及/或該光學相位偵測器包括藉由另一光學閘流體實現之一光學AND閘；及/或該光學相位偵測器包括藉由一閘流體實現之一AND閘。
  75. 如請求項73之光學鎖相迴路，其經組態以執行一時脈復原功能。
  76. 一種半導體裝置，其包括：兩個波導結構，其等形成於一基板上之一磊晶層結構中，其中該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構，其中該兩個波導結構藉由一間隙區上方之漸逝波耦合彼此光學耦合且實現一180度混合耦合器，其中兩個輸入光學信號之功率在兩個輸出信號之每一者中均勻分裂。
  77. 一種半導體裝置，其包括：兩個波導結構，其等形成於一基板上之一磊晶層結構中，其中該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構，其中該兩個波導結構藉由一間隙區上方之漸逝波耦合彼此光學耦合且實現用於一輸入光學信號之一相位調變器。
  78. 一種半導體裝置，其包括：一場效光電晶體，其形成於一基板上之一磊晶層結構中，其中該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構，其中該場效光電晶體包含安置於一主動波導區之相對側上之一源極終端電極及一汲極終端電極，其中該主動波導區之該n型調變摻雜之QW結構界定該源極終端電極與該汲極終端電極之間的一長形量子井通道，其中該長形量子井通道之電傳導係藉由一光學信號輸入控制，該光學信號輸入藉由該場效光電晶體之該主動波導區接收且在該主動波導區中傳播。
  79. 一種半導體裝置，其包括：一場效光電晶體，其形成於一基板上之一磊晶層結構中，其中該磊晶層結構包含一n型調變摻雜之QW結構及一p型調變摻雜之QW結構，其中該場效光電晶體包含安置於一主動波導區之相對側上之一源極終端電極及一汲極終端電極，其中該主動波導區之該p型調變摻雜之QW結構界定該源極終端電極與該汲極終端電極之間的一長形量子井通道，其中該長形量子井通道之電傳導係藉由一光學信號輸入控制，該光學信號輸入藉由該場效光電晶體之該主動波導區接收且在該主動波導區中傳播。
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