TWI690170B - 用於具有局域分流之分散式光學發射器之方法與系統 - Google Patents

用於具有局域分流之分散式光學發射器之方法與系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於具有局域分流之一分散式光學發射器之方法與系統，且該等方法可包含在整合於一矽光子晶片中之一光學調變器中：接收電信號；利用一或多個延遲線沿著該光學調變器之波導之一長度將該等電信號傳遞至域分流器；利用該等域分流器在電壓域中產生電信號；藉由以在該等電壓域中產生之該等電信號驅動二極體而調變該光學調變器之該等波導中之所接收光學信號；及透過使該光學調變器之該等波導中之該經調變光學信號干涉而產生一經調變輸出信號。該等延遲線可包括每域分流器一個延遲元件，或可針對一第一子組的該等域分流器包括每域分流器一延遲元件及針對一第二子組的該等域分流器包括每域分流器一個以上延遲元件。

Description

用於具有局域分流之分散式光學發射器之方法與系統 相關申請案之交叉參考/以引用方式併入
本申請案主張在2015年1月16日提出申請之美國臨時申請案62/125,291之優先權及權益。本申請案亦參考在2016年10月25日提出申請之14/922,916。上文所提及申請案中之每一者特此以全文引用之方式併入本文中。
本發明之某些實施例係關於半導體光子學。更具體而言，本發明之某些實施例係關於一種用於具有局域分流之一分散式光學發射器之方法與系統。
隨著資料網路擴縮以滿足日益增加之頻寬要求，銅資料通道之不足越來越明顯。歸因於所輻射電磁能量之信號衰減及串擾係此類系統之設計者所遇到之主要障礙。該等障礙可在某種程度上藉助等化、編碼及屏蔽而減輕，但此等技術需要相當大功率、複雜性及纜線塊體懲罰，而僅在所及限度內提供適度改良及極有限可擴縮性。擺脫了此等通道限制，光學通信已被公認為對銅鏈路之繼承者。
透過將此類系統與如參考圖式在本申請案之剩餘部分中陳述之本發明進行比較，熟習此項技術者將顯而易見習用及傳統方法之其他限制及缺點。
一種用於具有局域分流之一分散式光學發射器之系統及/或方法，其實質上如各圖中之至少一者中所展示及/或結合各圖中之至少一者所闡述，如申請專利範圍中更完整陳述。
依據以下說明及圖式，將更全面地理解本發明之各種優點、態樣及新穎特徵以及本發明之一說明性實施例之細節。
101:雷射總成
103A:耦合器/分流器
103B:耦合器/分流器
103C:耦合器/分流器
105A至105D:光學調變器
107A至107D:放大器
109:類比與數位控制電路
110:光學波導/波導
111A至111D:光電二極體/光電偵測器/高速異質接面光電二極體
112A至112D:控制區段
113A至113D:監測光電二極體
117A至117H:光柵耦合器
130:具光子處理能力之積體電路/積體電路/互補金屬氧化物半導體晶片
131:電子裝置/電路
133:光學與光電子裝置
135:光源介面
137:晶片前表面/互補金屬氧化物半導體晶片表面/晶片表面
139:光纖介面
141:互補金屬氧化物半導體防護環
143:表面照明式監測光電二極體
145:濾波器至晶片耦合器/濾波器晶片耦合器
147:光學源總成
149:光纖纜線
200:分流域馬赫-曾德爾調變器/馬赫-曾德爾調變器
209:發射線驅動器/T線驅動器
211:波導
213A至213D:發射線/T線/波導
215A至215H:二極體驅動器
219A至219D:二極體
300:局部分流域馬赫-曾德爾調變器/馬赫-曾德爾調變器
309:局域分流器
310A至310F:局部調變器區段/調變器區段
311:波導
311A:波導
313:延遲線/延遲元件
315A至315D:二極體驅動器
319A至319B:二極體
321:相位校準器
400:局部分流域馬赫-曾德爾調變器/馬赫-曾德爾調變器
409:局域分流器
410A至410F:局部調變器區段
413:延遲元件
420:局域分流
430:延遲線
500:馬赫-曾德爾調變器
510A至510F:局部調變器區段
513:延遲元件
530A:單獨延遲線區段/延遲線區段
530B:單獨延遲線區段/延遲線區段
540:添加之延遲線區段
Gnd:電壓位準
RTL1至RTL4:發射線終端電阻器
Vd:電壓位準/電壓
Vdd:電壓位準/供應電壓
圖1A係根據本發明之一實例性實施例之具有包含局域分流之分散式光學發射器之一具光子處理能力之積體電路的一方塊圖。
圖1B係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之一例示性具光子處理能力之積體電路之一圖式。
圖1C係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之耦合至一光纖纜線之一具光子處理能力之積體電路的一圖式。
圖2係根據本發明之一實例性實施例之具有全域分流之一分流域馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)調變器之一方塊圖。
圖3係根據本發明之一實例性實施例具有局域分流之一分流域馬赫-曾德爾調變器之一方塊圖。
圖4係根據本發明之一實例性實施例具有用於局域分流之一單個延遲線之一分流域馬赫-曾德爾調變器之一方塊圖。
圖5係根據本發明之一實例性實施例之具有用於局域分流之額外延遲匹配之一分流域馬赫-曾德爾調變器之一方塊圖。
圖6係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之在具有局域分流之一馬赫-曾德爾調變器中之操作之實例性步驟的一流程圖。
本發明之某些態樣可在於一種用於具有局域分流之一分散式光學發射器之方法與系統。本發明之例示性態樣可包括在整合於一矽光 子晶片中之一光學調變器中：接收一或多個電信號；利用一或多個延遲線沿著該光學調變器之波導之一長度將該一或多個電信號傳遞至域分流器；利用該等域分流器在至少兩個電壓域中產生電信號；藉由以在該至少兩個電壓域中產生之該等電信號驅動二極體而調變該光學調變器之該等波導中之所接收光學信號；及透過使該光學調變器之該等波導中之該經調變光學信號干涉而產生一經調變輸出信號。該一或多個延遲線可包括每域分流器一個延遲元件。該一或多個延遲線可針對一第一子組的該等域分流器中之每一者包括每域分流器一延遲元件及針對一第二子組的該等域分流器包括每域分流器一個以上延遲元件。該光學調變器可包括耦合至該第一子組的該等域分流器之一第一輸入及耦合至該第二子組的該等域分流器之一第二輸入。可使用耦合至該等第一及第二輸入之電信號產生一4階脈衝振幅調變(PAM-4)輸出信號。該等域分流器中之每一者可接收一差動輸入信號以在該至少兩個電壓域中產生該等電信號。可使用一連續波(CW)雷射信號產生該光學調變器之該等波導中之該等所接收光學信號。該光學調變器可包括一馬赫-曾德爾干涉儀調變器。可利用具有耦合至該等域分流器中之一者之輸入之兩個驅動器來驅動該等二極體中之每一者。該一或多個延遲線可包括一串聯互補金屬氧化物半導體(CMOS)反相器陣列。
圖1A係根據本發明之一實例性實施例之具有包含局域分流之分散式光學發射器之一具光子處理能力之積體電路的一方塊圖。參考圖1A，其展示一具光子處理能力之積體電路130上之包括光學調變器105A至105D、光電二極體111A至111D、監測光電二極體113A至113D的光電子裝置以及包括耦合器103A至103C及光柵耦合器117A至117H的光學裝置。亦展示包括放大器107A至107D、類比與數位控制電路109以及控制區段112A至112D之電裝置及電路。舉例而言，放大器107A至107D可包括轉阻抗放大器及限制放大器(TIA/LA)。
在一實例性情境中，具光子處理能力之積體電路130包括具有耦合至IC 130之頂部表面之一雷射總成101之一CMOS光子晶粒。雷射總成101可包括具有用於將一或多個連續波(CW)光學信號引導至耦合器103A之隔離器、透鏡及/或旋轉器之一或多個半導體雷射。舉例而言，一CW光學信號可包括一未經調變光學信號，該未經調變光學信號包括處於一波長λ1之一同調頻率分量。具光子處理能力之積體電路130可包括單一晶片，或可整合於諸如具有一或多個電子晶粒及一或多個光子晶粒之複數個晶粒上。
光學信號經由製作於具光子處理能力之積體電路130中之光學波導110在光學裝置與光電子裝置之間傳遞。可在光子積體電路中使用單模式或多模式波導。單模式操作使得能夠直接連接至光學信號處理及網路連線元件。術語「單模式」可用於支援兩種極化(橫向電場(TE)及橫向磁場(TM))中之每一者之單一模式之波導，或用於係真正單模式且僅支援一個模式之波導。舉例而言，此一個模式可具有係TE之一極化，TE包括平行於支撐波導之基板之一電場。所利用之兩個典型波導剖面包括條帶波導及肋狀波導。條帶波導通常包括一矩形剖面，而肋狀波導在一波導平板之頂部上包括一肋狀區段。當然，本發明亦預期其他波導剖面類型且其在本發明之範疇內。
在一實例性情境中，耦合器103A至103C可包括低損耗Y接面功率分流器，其中耦合器103A自雷射總成101接收一光學信號且將該信號分流為兩個分支，該兩個分支將該等光學信號引導至耦合器103B及103C，耦合器103B及103C再次將該光學信號分流，從而產生四個粗略相等之功率光學信號。
光學功率分流器可包括至少一個輸入波導及至少兩個輸出波導。圖1A中所展示之耦合器103A至103C圖解說明二分分流器，其將一個波導中之光學功率均勻地劃分至另兩個波導中。此等Y接面分流 器可用於其中需要一分流器及一組合器之一光電子系統中(諸如一馬赫-曾德爾(馬赫-曾德爾)干涉儀(MZI)調變器(例如，光學調變器105A至105D)中)之多個位置中，此乃因一功率組合器可係反向使用之一分流器。
舉例而言，光學調變器105A至105D包括馬赫-曾德爾調變器或環形調變器，且實現連續波(CW)雷射輸入信號之調變。光學調變器105A至105D可包括高速及低速相位調變區段且由控制區段112A至112D控制。光學調變器105A至105D之高速相位調變區段可以一資料信號調變一CW光源信號。光學調變器105A至105D之低速相位調變區段可補償緩慢變化之相位因子(諸如由波導、波導溫度或波導應力之間的不匹配誘發之彼等緩慢變化之相位因子)，且稱為被動相位或MZI之被動偏壓。
在一實例性情境中，高速光學相位調變器可基於自由載子色散效應而操作，且可展示自由載子調變區與光學模式之間的一高重疊。在一波導中傳播之一光學模式之高速相位調變係用於高資料速率光學通信之數個類型之信號編碼之構建區塊。可需要以數Gb/s為單位之速度來維持用於現代光學鏈路中之高資料速率，且該速度可在整合式Si光子器件中藉由調變跨越攜載光束之波導放置之一PN接面之空乏區而達成。
光學調變器105A至105D中之每一者之一個輸出可經由波導110光學耦合至光柵耦合器117E至117H。光學調變器105A至105D之其他輸出可光學耦合至監測光電二極體113A至113D以提供一回饋路徑。IC 130可利用基於波導之光學調變及接收功能。因此，接收器可採用一整合式波導光電偵測器(PD)，該整合式PD可以(舉例而言)直接沈積於矽上之磊晶鍺/SiGe膜來實施。
在光學調變器中，功率及信號完整性挑戰在較高波特速率(baud rate)下增加，且進一步最佳化在當前架構中係困難的。馬赫-曾德爾驅動器架構可藉由將至離散單元驅動器之驅動器電壓域分流而修改。可並聯放置該等驅動器，且可在一較低電壓域中執行高速串聯分佈，藉此保持在一單個較低域中之高頻寬分佈。此一結構之一個優點包含對域之間的供應器不匹配之一免疫性。並且，單元驅動器之並聯放置允許其為頻寬「缺乏的」，此防止歸因於脈衝變窄之抖動相互作用。另外，離散單元驅動器實現對延遲路徑之較大控制及電光學速度匹配。
光柵耦合器117A至117H可包括使得能夠將光耦合至具光子處理能力之積體電路130中及使得能夠耦合離開該積體電路之光的光學光柵。光柵耦合器117A至117D可用於將自光纖接收之光耦合至具光子處理能力之積體電路130中，且光柵耦合器117E至117H可用於將來自具光子處理能力之積體電路130之光耦合至光纖中。光柵耦合器117A至117H可包括單極化光柵耦合器(SPGC)及/或極化分流光柵耦合器(PSGC)。在其中利用一PSGC之例項中，可利用兩個輸入或輸出波導。
可用環氧樹脂將光纖黏合(舉例而言)至CMOS晶片，且可以與法向於具光子處理能力之積體電路130之表面成一角度將光纖對準以最佳化耦合效率。在一實例性實施例中，光纖可包括單模式光纖(SMF)及/或極化-維持光纖(PMF)。
在圖1B中所圖解說明之另一例示性實施例中，可藉由將一光源引導於晶片中之一光學耦合裝置(諸如光源介面135及/或光纖介面139)上而在不使用光纖之情況下將光學信號直接傳遞至具光子處理能力之積體電路130之表面中。此情況可藉助覆晶接合至具光子處理能力之積體電路130之另一晶片上之經引導雷射源及/或光學源而完成。
光電二極體111A至111D可將自光柵耦合器117A至117D接收之光 學信號轉換成傳遞至放大器107A至107D以進行處理之電信號。在本發明之另一實施例中，舉例而言，光電二極體111A至111D可包括高速異質接面光電晶體，且可在集電極及基極區中包括鍺(Ge)以用於在1.3μm至1.6μm光學波長範圍中吸收，且可整合於一CMOS絕緣體上矽(SOI)晶圓上。
類比與數位控制電路109可控制放大器107A至107D之操作中之增益位準或其他參數，該等放大器可然後傳遞電信號離開具光子處理能力之積體電路130。控制區段112A至112D包括使得能夠調變自分流器103A至103C接收之CW雷射信號之電子電路。光學調變器105A至105D可需要高速電信號來調變一馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)(舉例而言)之各別分支中之折射率。在一實例性實施例中，控制區段112A至112D可包含可利用一單個雷射實現一雙向鏈路之匯(sink)及/或源驅動器電子器件。
在操作中，具光子處理能力之積體電路130可操作以發射及/或接收光學信號且處理光學信號。光學信號可由光柵耦合器117A至117D自光纖接收且由光電偵測器111A至111D轉換為電信號。該等電信號可由放大器107A至107D(舉例而言)中之轉阻抗放大器放大且隨後傳遞至具光子處理能力之積體電路130中之其他電子電路(未展示)。
整合式光子平台允許一光學收發器之全功能性整合於一單個晶片上。一光學收發器晶片含有形成及處理發射器(Tx)及接收器(Rx)側上之光學/電信號之光電子電路以及將光學信號耦合至一光纖及耦合來自一光纖之光學信號之光學介面。信號處理功能性可包含調變光學載子、偵測光學信號、將資料流分流或組合及對具有不同波長之載子上之資料進行多工或解多工。
圖1B係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之一例示性具光子處理能力之積體電路之一圖式。參考圖1B，其展示具光子處理能 力之積體電路130，該積體電路包括電子裝置/電路131、光學與光電子裝置133、一光源介面135、一晶片前表面137、一光纖介面139、CMOS防護環141及一表面照明式監測光電二極體143。
光源介面135及光纖介面139包括光柵耦合器(舉例而言)，該等光柵耦合器使得能夠經由如同習用邊緣發出/接收裝置與晶片之邊緣相對之CMOS晶片表面137而耦合光信號。經由晶片表面137耦合光信號使得能夠使用CMOS防護環141，該CMOS防護環機械上保護晶片且防止污染物經由晶片邊緣進入。
舉例而言，電子裝置/電路131包括諸如關於圖1A所闡述之放大器107A至107D及類比與數位控制電路109之電路。光學與光電子裝置133包括諸如耦合器103A至103C、光學終端、光柵耦合器117A至117H、光學調變器105A至105D、高速異質接面光電二極體111A至111D及監測光電二極體113A至113D之裝置。
在一實例性情境中，光學與光電子裝置133可包括具有局域分流之馬赫-曾德爾干涉儀調變器。因此，離散單元驅動器可沿著調變器中之波導組態，其中可並聯放置驅動器且因此可在一較低電壓域中執行高速串聯分佈，藉此保持一單個較低域中之高頻寬分佈。
圖1C係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之耦合至一光纖纜線之一具光子處理能力之積體電路的一圖式。參考圖1C，其展示具光子處理能力之積體電路130，該積體電路包括晶片表面137及CMOS防護環141。亦展示一濾波器至晶片耦合器145、一光纖纜線149及一光學源總成147。
具光子處理能力之積體電路130包括電子裝置/電路131、光學與光電子裝置133、光源介面135、晶片表面137及CMOS防護環141，其可如關於圖1B所闡述。
在一實例性實施例中，光纖纜線可經由環氧樹脂(舉例而言)貼附 至CMOS晶片表面137。濾波器晶片耦合器145使得光纖纜線149能夠實體耦合至具光子處理能力之積體電路130。
圖2係根據本發明之一實例性實施例之具有全域分流之一分流域馬赫-曾德爾調變器之一方塊圖。參考圖2，其展示一分流域馬赫-曾德爾調變器(MZM)200，該分流域MZM包括一發射線驅動器209、波導211、發射線213A至213D、二極體驅動器215A至215H、二極體219A至219D及發射線終端電阻器RTL1至RTL4。亦展示電壓位準Vdd、Vd及Gnd。在一實例性情境中，Vd等於一電壓Vdd/2，因此產生兩個電壓域，此歸因於發射線驅動器209之堆疊式電路之對稱本質。然而，本發明不限於兩個電壓域。因此，可利用任何數目個電壓域，此取決於每一域之所要電壓擺動及總電壓範圍，此處定義為Vdd至接地。類似地，每一電壓域中之電壓範圍之量值可為不同於其他域之一值。
發射線(T線)驅動器209包括用於以一偶數耦合模式驅動發射線之電路，其中每一對發射線上之信號係相等的，惟具有一DC偏移。以此方式，可利用兩個或兩個以上電壓域來驅動產生MZM 200之各別分支中之折射率改變之二極體。在另一實施例中，T線驅動器209可以奇數耦合模式驅動發射線。偶數耦合模式可產生發射線中之一較高阻抗，而奇數耦合可產生較低阻抗。
波導211包括MZM 200之光學組件且使得光學信號能夠在CMOS晶片130周圍路由。波導211包括藉由CMOS製作程序形成之矽及二氧化矽，從而利用Si與SiO2之間的折射率差異以約束波導211中之一光學模式。發射線終端電阻器RTL1至RTL4實現與T線213A至213D匹配之阻抗且因此實現減小之反射。
二極體驅動器215A至215H包括用於驅動二極體219A至219D藉此局部地改變波導211中之折射率之電路。此折射率改變繼而改變波導211中之光學模式之速度，使得當波導在驅動器電路之後再次合併 時，光學信號相長地或相消地干涉，因此調變雷射輸入信號。藉由以一差動信號驅動二極體219A至219D(其中在一個二極體之每一端子處驅動一信號，此與一個端子繫結至AC接地相反)，功率效率及頻寬兩者可歸因於每一域中所需之減小之電壓擺動而增加。
在操作中，一CW或未經調變光學信號可耦合至「CW光學輸入」中，且一調變差動電信號係傳遞至T線驅動器209。T線驅動器209產生互補電信號以經由T線213A至213D傳遞，其中每一對信號偏移達一DC位準以最小化每一二極體驅動器215A至215H之電壓擺動，同時仍實現跨越二極體219A至219D之一全電壓擺動。
反向偏壓二極體219A至219D產生改變折射率且因此改變傳播穿過波導213A至213D之光學信號之速度之場效應。該等光學信號然後相長地或相消地干涉，從而產生「經調變光」信號。
圖3係根據本發明之一實例性實施例之具有局域分流之一分流域馬赫-曾德爾調變器之一方塊圖。參考圖3，其展示一局部分流域馬赫-曾德爾調變器(MZM)300，該局部分流域MZM包括波導311/311A、延遲線313、一相位校準器321及局部調變器區段310A至310F，該等局部調變器區段中之每一者包括一局域分流器309、二極體驅動器315A至315D以及二極體319A及319B。圖3中為了清晰起見而僅標示重複元件之第一及最後例項。
在一實例性情境中，局域分流器309中之每一者可產生控制二極體驅動器315A至315D之兩個電壓域，該等二極體驅動器繼而驅動二極體319A及319B。該等電壓域可關於一電壓Vd對稱，在一實例性情境中，電壓Vd可等於一電壓Vdd/2，因此產生在一供應電壓Vdd內之兩個電壓域。然而，本發明不限於兩個電壓域。因此，可利用任何數目個電壓域，此取決於每一域之所要電壓擺動及總電壓範圍，此處定義為Vdd至接地。類似地，每一電壓域中之電壓範圍之量值可係不同於 其他域之一值。
波導311及311A包括MZM 200之光學組件且使得光學信號能夠在CMOS晶片130周圍路由。波導311包括藉由CMOS製作程序形成之矽及二氧化矽，從而利用Si與SiO2之間的折射率差異以約束波導311中之一光學模式。
六組二極體驅動器315A至315D可包括用於驅動二極體319A及319B藉此局部地改變波導311A中之折射率之電路。此折射率改變繼而改變波導311A中之光學模式之速度，使得當波導在驅動器電路之後再次合併成單個波導311時，光學信號相長地或相消地干涉，因此調變雷射輸入信號。藉由以一差動信號驅動該等組之二極體319A及319B(其中在一個二極體之每一端子處驅動一信號，此與一個端子繫結至AC接地相反)，功率效率及頻寬兩者可歸因於每一域中所需之減小之電壓擺動而增加。
相位校準器321可包括可個別定址二極體，該等可個別定址二極體可操作以調整在波導311A中行進之光學信號之相位延遲。延遲元件313可包括用於組態至局部調變器區段310A至310F中之每一者之電信號之時間延遲之CMOS延遲元件(舉例來說，諸如反相器或緩衝器)。在圖3中所展示之實例中，延遲元件接收串聯連接之延遲元件之一單個輸入。其他組態係可能的，舉例而言，如圖5所圖解說明。
在操作中，一CW或未經調變光學信號可耦合至「CW光學輸入」輸入中，且一調變差動電信號可耦合至「電信號輸入」輸入。所接收電信號可然後經由延遲元件313傳遞至局部調變器區段310A至310F。
局域分流器309可產生輸出信號，該等輸出信號偏移達一DC位準以最小化每一二極體驅動器315A至315D之電壓擺動，同時仍實現跨越每一調變器區段310A至310F中之二極體319A及319B之一全電壓擺 動。在一實例性情境中，局域分流器309中之每一者可接收一差動輸入信號且產生兩個差動輸出信號。
在一實例性情境中，域分流器可包括一對堆疊式NFET及PFET源極隨耦器電路，其中一個NFET之一汲極耦合至PFET中之一者之一汲極，耦合至一電壓域邊界，使得每一對然後在一不同電壓域中操作。此一電路進一步詳細地闡述於第14/922,916號申請案中，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
反向偏壓二極體319A及319B產生改變折射率且因此改變傳播穿過波導311A之光學信號之速度之場效應。該等光學信號然後相長地或相消地干涉，從而產生「經調變光」信號，(舉例而言)其可包括一不歸零(NRZ)信號。
圖4係根據本發明之一實例性實施例之具有用於局域分流之一單個延遲線之一分流域馬赫-曾德爾調變器的一方塊圖。參考圖4，其展示實質上類似於MZM 300之一局部分流域MZM 400，其具有包括延遲元件413之延遲線430及包括局域分流器409之局域分流420。MZM 400中之個別元件實質上類似於關於圖3之MZM 300所闡述之彼等元件。
在所展示之組態中，可利用一單個延遲線430來將一所接收單個差動NRZ電信號傳遞至局域分流420，該局域分流可產生用於局部調變器區段410A至410F中之每一者之個別驅動信號，從而在MZM 400之輸出處產生一NRZ光學信號。
舉例而言，圖3及圖4中所展示之調變器MZM 300及MZM 400圖解說明產生一單個NRZ輸出之一單個輸入組態。然而，本發明不限於此。可使用局域分流器組態產生高階編碼輸出之多輸入調變器，如圖5中所圖解說明。另外，基於非MZI之調變器(諸如相移鍵控)可利用局域分流器。
圖5係根據本發明之一實例性實施例之具有用於局域分流之額外 延遲匹配之一分流域馬赫-曾德爾調變器之一方塊圖。參考圖5，其展示一局部分流域MZM 500，其實質上類似於MZM 400，但具有包括單獨延遲線區段530A及530B(其包括延遲元件513)以及添加之延遲區段540(其包括延遲元件513)之延遲線。MZM 500中之個別元件可實質上類似於關於圖3及圖4之MZM 300及MZM 400所闡述之彼等元件。
在所展示之組態中，一第一輸入信號(輸入1)可傳遞至延遲線區段530A，且一第二輸入信號(輸入2)可傳遞至添加之延遲區段540且隨後傳遞至延遲線區段530B。來自延遲線區段530A及530B之輸出信號可傳遞至局部調變器區段510A至510F，其中局域分流器在偏移達一DC電壓之單獨電壓域中產生驅動器信號，藉此以一差動信號驅動局部調變器區段510A至510F中之若干組二極體，其中在一個二極體之每一端子處驅動一信號，此與一個端子繫結至AC接地相反。以此方式，功率效率及頻寬兩者可歸因於每一域中所需之減小之電壓擺動而增加。
用於局部調變器區段510A至510F中之每一者之個別驅動信號產生改變折射率且因此改變傳播穿過MZM 500之波導之光學信號之速度之場效應。該等光學信號然後相長地或相消地干涉，從而產生「經調變光輸出」信號，在此實例中，此在MZM 500之輸出處產生一PAM至4經調變光學信號。
圖6係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之在具有局域分流之一馬赫-曾德爾調變器之操作中之實例性步驟之一流程圖。在步驟603中，在開始步驟601之後，可施加一差動電信號至一或多個延遲線且可將一CW光學信號耦合至MZM之波導。在步驟605中，可將電信號傳遞至局部調變器區段。在步驟607中，可在每一局部調變器區段處產生局部電壓域，亦即，域分流。在步驟609中，可由不同域中之信號驅動MZM二極體，借此在每一局部調變器區段處致使光學信號 延遲達變化之量。波導中之光學信號之相長及/或相消干涉然後產生一經調變光學信號，後續接著結束步驟613。
在一實例性實施例中，揭示一種用於具有局域分流之一分散式光學發射器之方法與系統。在此方面，本發明之態樣可包括整合於一矽光子晶片中之一光學調變器，該光學調變器可操作以：接收一或多個電信號，利用一或多個延遲線沿著該光學調變器之波導之一長度將該一或多個電信號傳遞至域分流器，利用該等域分流器在至少兩個電壓域中產生電信號，藉由以在該至少兩個電壓域中產生之該等電信號驅動二極體而調變該光學調變器之該等波導中之所接收光學信號，及透過使該光學調變器之該等波導中之該經調變光學信號干涉而產生一經調變輸出信號。
該一或多個延遲線可包括每域分流器一個延遲元件。該一或多個延遲線可針對一第一子組的該等域分流器中之每一者包括每域分流器一延遲元件及針對一第二子組的該等域分流器包括每域分流器一個以上延遲元件。該光學調變器可包括耦合至該第一子組的該等域分流器之一第一輸入及至該第二子組的該等域分流器之一第二輸入。可使用耦合至該等第一及第二輸入之電信號來產生一4階脈衝振幅調變(PAM至4)輸出信號。
該等域分流器中之每一者可接收一差動輸入信號以在該至少兩個電壓域中產生該等電信號。可使用一連續波(CW)雷射信號產生該光學調變器之該等波導中之該等所接收光學信號。該光學調變器可包括一馬赫-曾德爾干涉儀調變器。可利用具有耦合至該等域分流器中之一者之輸入之兩個驅動器來驅動該等二極體中之每一者。該一或多個延遲線可包括一串聯互補金屬氧化物半導體(CMOS)反相器陣列。
在另一實例性實施例中，揭示一種用於具有局域分流之一分散式光學發射器之系統。在此方面，本發明之態樣可包括整合於一矽光 子晶片中之一光學調變器，該光學調變器包括：一對光學波導；局部調變器區段，其沿著該對光學波配置，其中每一局部調變器包括配置於每一光學波導中之一個二極體；用於每一二極體之一對二極體驅動器；及一域分流器，其可操作以為該等二極體驅動器中之每一者產生單獨電壓域。
如本文中所利用，術語「電路(circuit及電路)」係指實體電子組件(亦即，硬體)以及可組態硬體、由硬體執行及/或以其他方式與硬體相關聯之任何軟體及/或韌體(「程式碼」)。如本文中所使用，舉例而言，一特定處理器與記憶體可在執行第一一或多個行之程式碼時包括一第一「電路」且可在執行第二一或多個行之程式碼時包括一第二「電路」。如本文中所利用，「及/或」意指由「及/或」連結之清單中之物項中之任何一或多者。作為一實例，「x及/或y」意指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中之任一元素。換言之，「x及/或y」意指「x及y中之一者或兩者」。作為另一實例，「x、y及/或z」意指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中之任一元素。換言之，「x、y及/或z」意指「x、y及z中之一或多者」。如本文中所利用，術語「例示性」意指充當一非限制性實例、例項或說明。如本文中所利用，術語「例如(e.g.,)」及「舉例而言(for example)」引出一或多項非限制性實例、例項或說明之清單。如本文中所利用，電路或一裝置「可操作」以每當該電路或裝置包括執行一功能所必要之硬體及程式碼時(在任何硬體及程式碼係必要的情況下)執行該功能，而無論是否停用或不啟用(例如，藉由一使用者可組態設定、工廠修整等)該功能之執行。
儘管已參考某些實施例闡述了本發明，但熟習此項技術者將理解，可在不背離本發明之範疇之情況下做出各種改變且可對等效物進行替代。另外，可在不背離本發明之範疇之情況下對本發明之教示做 出諸多修改以適應一特定情況或材料。因此，本發明並不意欲受限於所揭示之特定實施例，但本發明將包含歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之所有實施例。
101‧‧‧雷射總成
103A‧‧‧耦合器/分流器
103B‧‧‧耦合器/分流器
103C‧‧‧耦合器/分流器
105A至105D‧‧‧光學調變器
107A至107D‧‧‧放大器
109‧‧‧類比與數位控制電路
110‧‧‧光學波導/波導
111A至111D‧‧‧光電二極體/光電偵測器/高速異質接面光電二極體
112A至112D‧‧‧控制區段
113A至113D‧‧‧監測光電二極體
117A至117H‧‧‧光柵耦合器
130‧‧‧具光子處理能力之積體電路/積體電路/互補金屬氧化物半導體晶片

Claims (20)

  1. 一種用於光學通信之方法，該方法包括：在整合於一矽光子晶片中之一光學調變器中：接收一或多個電信號；利用一或多個延遲線沿著該光學調變器之波導之一長度將該一或多個電信號傳遞至域分流器；利用該等域分流器在至少兩個電壓域中產生電信號；藉由以在該至少兩個電壓域中產生之該等電信號驅動二極體而調變該光學調變器之該等波導中之所接收光學信號；及透過使該光學調變器之該等波導中之該經調變光學信號干涉而產生一經調變輸出信號。
  2. 如請求項1之方法，其中該一或多個延遲線包括每域分流器一個延遲元件。
  3. 如請求項1之方法，其中該一或多個延遲線針對一第一子組的該等域分流器中之每一者包括每域分流器一延遲元件及針對一第二子組的該等域分流器包括每域分流器一個以上延遲元件。
  4. 如請求項3之方法，其中該光學調變器包括耦合至該第一子組的該等域分流器之一第一輸入及耦合至該第二子組的該等域分流器之一第二輸入。
  5. 如請求項4之方法，其包括使用耦合至該等第一及第二輸入之電信號來產生一4階脈衝振幅調變(PAM-4)輸出信號。
  6. 如請求項1之方法，其中該等域分流器中之每一者接收一差動輸入信號以在該至少兩個電壓域中產生該等電信號。
  7. 如請求項1之方法，其包括使用一連續波(CW)雷射信號產生該光學調變器之該等波導中之該等所接收光學信號。
  8. 如請求項1之方法，其中該光學調變器包括一馬赫-曾德爾干涉儀調變器。
  9. 如請求項1之方法，其包括利用具有耦合至該等域分流器中之一者之輸入之兩個驅動器來驅動該等二極體中之每一者。
  10. 如請求項1之方法，其中該一或多個延遲線包括一串聯互補金屬氧化物半導體(CMOS)反相器陣列。
  11. 一種用於通信之系統，該系統包括：一光學調變器，其整合於一矽光子晶片中，該光學調變器可操作以：接收一或多個電信號；利用一或多個延遲線沿著該光學調變器之波導之一長度將該一或多個電信號傳遞至域分流器；利用該等域分流器在至少兩個電壓域中產生電信號；藉由以在該至少兩個電壓域中產生之該等電信號驅動二極體而調變該光學調變器之該等波導中之所接收光學信號；及透過使該光學調變器之該等波導中之該經調變光學信號干涉而產生一經調變輸出信號。
  12. 如請求項11之系統，其中該一或多個延遲線包括每域分流器一個延遲元件。
  13. 如請求項11之系統，其中該一或多個延遲線針對一第一子組的該等域分流器中之每一者包括每域分流器一延遲元件及針對一第二子組的該等域分流器包括每域分流器一個以上延遲元件。
  14. 如請求項13之系統，其中該光學調變器包括耦合至該第一子組的該等域分流器之一第一輸入及耦合至該第二子組的該等域分流器之一第二輸入。
  15. 如請求項14之系統，其中該光學調變器可操作以使用耦合至該 等第一及第二輸入之電信號來產生一4階脈衝振幅調變(PAM-4)輸出信號。
  16. 如請求項11之系統，其中該等域分流器中之每一者接收一差動輸入信號以在該至少兩個電壓域中產生該等電信號。
  17. 如請求項11之系統，其中該光學調變器可操作以在該光學調變器之該等波導中自一連續波(CW)雷射信號接收該等光學信號。
  18. 如請求項11之系統，其中該光學調變器包括一馬赫-曾德爾干涉儀調變器。
  19. 如請求項11之系統，其中該光學調變器可操作以利用具有耦合至該等域分流器中之一者之輸入之兩個驅動器來驅動該等二極體中之每一者。
  20. 一種用於通信之系統，該系統包括：一光學調變器，其整合於一矽光子晶片中，該光學調變器包括：一對光學波導；局部調變器區段，其沿著該對光學波導配置，其中每一局部調變器包括配置於每一光學波導中之一個二極體、用於每一二極體之一對二極體驅動器及可操作以為該等二極體驅動器中之每一者產生單獨電壓域之一域分流器。
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