WO2018115123A1 - Mach-zehnder-modulator und verfahren zum betreiben eines mach-zehnder-modulators - Google Patents

Mach-zehnder-modulator und verfahren zum betreiben eines mach-zehnder-modulators Download PDF

Info

Publication number
WO2018115123A1
WO2018115123A1 PCT/EP2017/083819 EP2017083819W WO2018115123A1 WO 2018115123 A1 WO2018115123 A1 WO 2018115123A1 EP 2017083819 W EP2017083819 W EP 2017083819W WO 2018115123 A1 WO2018115123 A1 WO 2018115123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mode
phase
waveguide arm
electric field
modulation signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/083819
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alessandro Aimone
Tomasz Fraczek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of WO2018115123A1 publication Critical patent/WO2018115123A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/524—Pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/212—Mach-Zehnder type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/217—Multimode interference type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/05—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 multimode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/128—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode field shaping

Definitions

  • Mach Zehnder modulator and method of operating a Mach Zehnder modulator
  • the invention relates to a Mach-Zehnder electro-optical modulator according to claim 1 and to a method for operating a Mach-Zehnder modulator according to claim 17.
  • Mach Zehnder modulators are used in particular as part of an optical transmitter in an optical data transmission system.
  • multilevel modulation formats are used; for example, pulse amplitude modulation (PAM) or quadrature amplitude modulation (QAM).
  • PAM pulse amplitude modulation
  • QAM quadrature amplitude modulation
  • modulation formats increase the complexity on the transmitter and receiver sides. In particular, the use of multiple transmitter and receiver is required.
  • the problem underlying the invention is to increase the spectral efficiency in the simplest possible way. This problem is solved by the provision of the Mach-Zehnder modulator with the features of claim 1 and by the method with the features of claim 17. Further developments of the invention are specified in the dependent claims. Thereafter, an electro-optic Mach-Zehnder modulator is provided with
  • the first and the second waveguide arm is in each case for guiding at least a first and a second optical mode is formed, and wherein
  • the modulator is designed to adjust the phase of a first optical mode propagating in the first and / or second waveguide arm as a function of a first (electrical)
  • the Mach-Zehnder modulator is designed to generate from the two modulated modes an output signal with which a (dependent on the first and second modulation signal) and a second optical data signal is provided.
  • the output signal of the Mach-Zehnder modulator according to the invention thus comprises a first mode modulated according to the first modulation signal and a second mode modulated in accordance with the second modulation signal. From these two (in particular different) modulated modes of the output signal, a first (corresponding to the first modulation signal) and a second (the second modulation signal corresponding) optical data signal can be obtained, wherein the two optical data signals are different in particular.
  • the first modulation signal is a first (electrical) data signal and the second modulation signal is a second (electrical) data signal, wherein the first data signal differs, for example, from the second data signal.
  • the modulator according to the invention is compatible with complex modulation formats and polarization multiplexing methods.
  • the change of the phase of the first mode is at least substantially independent of the second modulation signal, and vice versa, the change of the phase of the second mode is independent of the first modulation signal. It is conceivable that only the phase of the propagating in one of the two waveguide arms mode is changed while the phase of the corresponding mode in the other waveguide remains unchanged.
  • the phase of the first mode in the first waveguide arm could be changed depending on the first modulation signal, while the phase of the first mode in the second waveguide arm remains unchanged.
  • both the phase of the mode propagating in the first waveguide arm and the phase of the corresponding mode propagating in the second waveguide arm are changed.
  • a phase shift of the first mode propagating in the first waveguide arm and also an (eg opposite) phase shift of the first mode propagating in the second waveguide arm could be generated (analogously for the second mode).
  • the waveguide arms are embodied as a "wav mode" waveguide, ie as a waveguide in which a limited number of modes (eg less than 20 or 10 modes) are capable of propagation.
  • the modulator according to the invention may be a "waveguide". mode "modulator act.
  • the modulator comprises an electrode arrangement, via which at least one first electric field dependent on the first modulation signal and one second electric field dependent on the second modulation signal can be generated in the first and / or second waveguide arm.
  • the first and second electric field By means of the first and second electric field, the phase change is generated with respect to the first and second modes. It is possible that the first or second electric field is generated in each case only in one of the waveguide arms.
  • the first electric field (analogous to the second electric field) may well exist in both the first waveguide arm and the second waveguide arm, ie have a field portion located in the first waveguide arm, and another field share passing through the second waveguide arm.
  • the two field components generate opposite phase shifts.
  • the efficiency of a first voltage applied to the electrode arrangement for generating the first electric field is greater with respect to the first mode than with respect to the second mode
  • the efficiency of a second voltage applied to the electrode arrangement for generating the second electric field with respect to the second mode is greater than with respect to the first mode.
  • the generated phase shift of the respective mode with respect to the applied voltage or the modulation efficiency, i. understood at the modulator output caused extinction of the respective mode with respect to the applied voltage.
  • the first electric field generates a change of the phase of the first mode, which is greater than a change of the phase of the second mode, generated by the first electric field
  • a change of the phase of the second mode the larger is a change of the phase of the first mode generated by the second electric field.
  • the efficiency (in particular the phase change caused) of the first electrical voltage with respect to the first mode is at least 1.5 times, at least twice, at least five times, or at least ten times the efficiency with respect to the second mode is.
  • the efficiency of the second electrical voltage with respect to the second mode may also be at least 1.5 times, at least two times, at least five times, or at least ten times its efficiency with respect to the first mode.
  • the efficiency differences of the voltages with respect to the two modes are lower.
  • the electrode arrangement comprises a plurality of electrodes, wherein in each case at least one first and one second electrode are arranged on the first and / or second waveguide arm; in particular next to each other (viewed transversely to the direction of the waveguide arms).
  • first and the second electrode With the aid of the first and the second electrode, the above-mentioned first and second electric field can be generated. It is conceivable here that the first and the second electrode for generating the first electric field with a first wiring (ie, applying first potentials) and for generating the second electric field with a second wiring (ie, applying second potentials of different from the first potentials).
  • the modulator according to the invention may comprise insulation means which counteract a short circuit between the first and the second electrode or prevent such a short circuit.
  • the insulation means comprise a (for example slot-shaped) recess between the first and the second electrode in the respective waveguide arm.
  • the recess is located in an electrically conductive layer on which the electrodes are arranged.
  • there is at least one electrically insulating layer which, for example, belongs to a light-conducting structure of the modulator, which extends between the first and / or second electrode and the respective waveguide arm.
  • the recess extends in an electrically conductive layer, which is arranged on the insulating layer. It is conceivable here that the recess extends up to the insulating layer or even into the insulating layer.
  • the modulator according to the invention comprises a first section which is adapted to change the phase of the first mode in dependence on the first modulation signal, and a second section which is adapted to change the phase of the second mode in dependence on the second modulation signal.
  • the first section is associated with the first waveguide arm and the second section is associated with the second waveguide arm.
  • the first section may comprise electrodes for generating the above-mentioned first electric field and the second section electrodes for generating the second electric field.
  • the first section may comprise a first geometry of the waveguide arm (the action of the first electric field favoring the first mode) and the second section comprises a different, second geometry of the waveguide arm (which favors an action of the second electric field on the second mode).
  • the sections have the same waveguide geometry.
  • both the first and the second section are assigned to the same waveguide arm.
  • the two sections are arranged one behind the other along the waveguide arm.
  • the first and the second section are respectively assigned to both the first and the second waveguide arm.
  • the first section acts both on the first mode in the first waveguide arm and on the first mode in the second waveguide arm, while the second section acts analogously on the second mode in the first waveguide arm and the second mode in the second waveguide arm.
  • the invention also relates to a method for operating a Mach-Zehnder modulator, which has a first and a second waveguide arm for guiding at least one first and one second optical mode and, in particular, as described above, comprising the steps:
  • the embodiments described above in connection with the Mach-Zehnder modulator according to the invention can be used analogously to the development of the method according to the invention.
  • at least one first electric field dependent on the first modulation signal and / or one second electric field dependent on the second modulation signal are generated in the first and / or second waveguide arm.
  • the generation of the first and the second electric field takes place in particular at least approximately simultaneously.
  • FIG. 1 schematically shows the construction of a Mach-Zehnder modulator according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 schematically shows the structure of a Mach-Zehnder modulator according to a second embodiment of the invention
  • 3 shows a section through a section of a Mach-Zehnder modulator according to the invention, which is designed to influence a first mode
  • Figure 4 shows a section of a Mach-Zehnder modulator according to the invention for
  • FIG. 5 shows a modification of FIG. 3
  • FIG. 6 shows an alternative wiring of the electrode arrangement from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a further alternative wiring of the electrode arrangement from FIG.
  • FIG. 8 shows a modification of FIGS. 5 to 7.
  • the Mach-Zehnder modulator 1 according to the invention shown in FIG. 1 has a coupling-in waveguide 11 and an input splitter 12.
  • the input splitter 12 divides light coupled into the modulator 1 via the coupling-in waveguide 1 1 (for example of a laser, not shown). in two paths, which are formed by two waveguide arms 13, 14.
  • the waveguide arms 13, 14 are combined in a combiner 15, which decouples an output signal of the modulator 1 via an output waveguide 16.
  • the Mach-Zehnder modulator 1 is in particular, an integrated-optical component, for example a semiconductor component (for example an InP or GaAs component) Components of the modulator 1 (eg, the two waveguide arms 13, 14) formed by integrated optical components.
  • the two waveguide arms 13, 14 are each designed as multi-mode waveguides, i. Both the first waveguide arm 13 and the second waveguide arm 14 are designed to guide a plurality of spatial optical modes.
  • the first waveguide arm 13 comprises a first section S1, which is designed to change the phase of a guided in the waveguide arm 13 first optical mode in response to a first (in particular high-frequency) modulation signal (modulation voltage).
  • the second waveguide arm 14 comprises a second section S2 which is designed to change the phase of a second mode (different from the first mode) as a function of a second (in particular also high-frequency) modulation signal.
  • the first section S1 produces a change of the phase of the first mode which is greater than a change of the phase of the second mode, while the second section S2 causes a change of the phase of the second mode which is greater than a change of the phase of the first mode ,
  • the first section S1 acts at least substantially only on the first mode
  • the second section S2 acts at least substantially only on the second mode.
  • the sections S1, S2 differ in the geometry of the waveguide arms and / or in the configuration of electrodes for generating an electric field in the waveguide arms.
  • the first waveguide arm 13 has a waveguide cross section according to FIG. 3 or FIG.
  • the second waveguide arm 14 in the second section S2 may have such a cross section.
  • the first and the second section S1, S2 differ at least in that different electric fields are generated for influencing the guided in the waveguide arm 13, 14 modes.
  • an electric field is generated which acts with higher efficiency on the first mode than on the second mode
  • an electric field is generated, which in turn acts with higher efficiency on the second mode as in the first fashion.
  • the modulator 1 of FIG. generate two modes (according to the first and second modulation signal) differently modulated modes.
  • the modulator 1 simultaneously provides two different optical data streams.
  • An alternative embodiment of the Mach-Zehnder modulator according to the invention is shown in FIG. Thereafter, the modulator comprises a plurality of (N) sections S1 to SN, which are arranged one behind the other along the waveguide arms 13, 14.
  • the sections S1 to SN are each designed to change the phase of an optical mode guided by N in the waveguide arms 13, 14.
  • the first section S1 serves to change the phase of a first mode propagating in the first and / or second waveguide arm 13, 14 in response to a first modulation signal, the section Sn for changing the phase of an nth mode as a function of an N-th modulation signal and the section SN for changing the phase of an N-th mode depending on an N-th modulation signal.
  • the sections S1 to SN differ, in particular, in that they each generate an electric field in the first and / or second waveguide arm 13, 14, which acts with greater efficiency on the respective mode than on the other modes.
  • the modulator 1 can provide an output signal with N differently modulated modes and thus parallel N different optical data streams.
  • a conceivable embodiment of the sections S1 or S2 of the waveguide arms 13, 14 of FIG. 1 already mentioned above or at least some of the sections S1 to SN of FIG. 2 is shown in FIG.
  • the waveguide arm 13, 14 is formed as a rib waveguide comprising a (disposed on a substrate) pedestal 131 and a rib 132.
  • the electrodes 21, 22 are designed such that they each have a higher potential (denoted by "+") in relation to ground.
  • the potentials applied to the electrodes 21, 22 each depend on the first modulation signal (modulation voltage) or become direct generated by the first modulation signal, however, need not be identical.
  • the waveguide arm 13, 14 has the electric field E indicated by arrows in FIG. 3.
  • the electrodes 21, 22 are arranged side by side transversely to the direction of the waveguide arm and are provided by insulating means in the form of a (in particular etched) recess 3 in an upper surface of the rib 132, which is located between them, electrically separated from each other.
  • the electrodes 21, 22 are placed and wired such that the generated electric field E acts with greater efficiency on a fundamental optical mode M1 guided in the waveguide arm 13, 14 than on higher modes. Accordingly, with the wiring of the electrodes 21, 22 shown in FIG. 3, essentially the phase of the fundamental mode M1 is modulated. It is conceivably already mentioned that both the first and the second waveguide arm 13, 14 are provided with electrodes 21, 22, whereby approximately the electrodes of the one waveguide arm according to FIG.
  • the electrodes of the other waveguide arm are charged with a potential. be hit, which has a reverse (here negative) sign, so that an opposite electric field and thus an opposite phase shift is generated.
  • the opposite phase shifts are then added together when combining the first two modes in the combiner 15.
  • the other of the sections S1 or S2 or one of the other sections S1 to SN has an identical to FIG Electrode arrangement on (with electrodes 21, 22).
  • the electrodes 21, 22 are connected differently, as shown in Fig. 4. Accordingly, a positive potential is present at the left electrode 21 and a negative potential at the right electrode 22, whereby an electric field E 'with differently directed field components is generated in the waveguide arm 13, 14.
  • This field is such that it acts in a different way (in particular with greater efficiency) on a second mode M2 than on the first mode M1 whose spatial position and extent differ from the first mode M2.
  • the potentials applied to the electrodes 21, 22 depend on the second modulation signal or are generated directly by the second modulation signal.
  • FIGS. 3 and 4 modifications of the configuration of the waveguide arms and of the electrodes for influencing various optical modes shown in FIGS. 3 and 4 are conceivable.
  • a possible modification of FIGS. 3 and 4 is shown in FIG.
  • the first one and / or the second waveguide arm 13 and 14 have sections with three electrodes 21-23 electrically separated from each other by a recess 31, 32 in an upper surface of the waveguide arm 13, 14 (the rib 132).
  • the electrodes 21-23 By different wiring of the electrodes 21-23, different electric fields E, ⁇ ', E "are produced, each acting on different optical modes in the waveguide arm.
  • the wiring shown in Fig. 5 is conceivable, whereafter the electrodes 21-23 face each other Mass each have a positive potential (analogous to Fig.
  • This variant can be used, for example, for influencing and thus modulating in particular the first mode (fundamental mode) in the first and / or second waveguide arm 13, 14.
  • other modes may be influenced and thus modulated, for example, by one of the electrodes 21-23 having a negative potential relative to ground; for example, one of the outer electrodes 21, 23 (FIG. 6) or the middle electrode 22 (FIG. 7).
  • an electrically insulating layer 4 is provided, which extends between an upper side of the waveguide rib 132 and the electrodes 21-23. This is shown in FIG. It should be noted that elements of the embodiments described above, of course, can also be used in combination with each other. For example, additionally or alternatively to the recess 3 of FIGS. 3 and 4, an insulation layer according to FIG. 8 may also be provided.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektro-optischer Mach-Zehnder-Modulator, mit einem ersten und zweiten Wellenleiterarm (13, 14), wobei der erste und der zweite Wellenleiterarm (13, 14) jeweils zur Führung mindestens einer ersten und einer zweiten optischen Mode (M1, M2) ausgebildet ist, und wobei der Modulator (1) ausgebildet ist, die Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) ausbreitenden ersten optischen Mode (M1) abhängig von einem ersten Modulationssignal und die Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) ausbreitenden zweiten optischen Mode (M2) abhängig von einem zweiten Modulationssignal zu verändern wobei der Mach-Zehnder-Modulator ausgebildet ist, aus den beiden modulierten Moden (M1, M2) ein Ausgangssignal zu erzeugen, mit dem ein erstes und ein zweites optisches Datensignal bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modulators.

Description

Mach-Zehnder-Modulator und Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modula- tors
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen elektro-optischen Mach-Zehnder-Modulator gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modulators gemäß Anspruch 17.
Mach-Zehnder-Modulatoren werden insbesondere als Bestandteil eines optischen Senders in einem optischen Datenübertragungssystem eingesetzt. Zur Erhöhung der spektralen Effizienz der Datenübertragung werden zum Beispiel Multilevel-Modulationsformate verwendet; zum Beispiel die Puls-Amplituden-Modulation (PAM) oder die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM). Derartige Modulationsformate erhöhen jedoch die Komplexität auf Sender- und Empfängerseite. Insbesondere ist die Verwendung mehrerer Sender- und Empfänger erforderlich.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, auf möglichst einfache Weise die spektrale Effizienz zu erhöhen. Dieses Problem wird durch die Bereitstellung des Mach-Zehnder-Modulators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Danach wird ein elektro-optischer Mach-Zehnder-Modulator bereitgestellt, mit
- einem ersten und zweiten Wellenleiterarm, wobei
- der erste und der zweite Wellenleiterarm jeweils zur Führung mindestens einer ersten und einer zweiten optischen Mode ausgebildet ist, und wobei
- der Modulator ausgebildet ist, die Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellen- leiterarm ausbreitenden ersten optischen Mode abhängig von einem ersten (elektrischen)
Modulationssignal und die Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm ausbreitenden zweiten optischen Mode (die von der ersten Mode verschieden ist) abhängig von einem zweiten (elektrischen) Modulationssignal zu verändern, wobei
- der Mach-Zehnder-Modulator ausgebildet ist, aus den beiden modulierten Moden ein Aus- gangssignal zu erzeugen, mit dem ein (von dem ersten bzw. zweiten Modulationssignal abhängiges) erstes und ein zweites optisches Datensignal bereitgestellt wird.
Das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Mach-Zehnder-Modulators enthält somit eine erste, gemäß dem ersten Modulationssignal modulierte Mode und eine zweite gemäß dem zweiten Modulationssignal modulierte Mode. Aus diesen beiden (insbesondere unterschiedlich) modulierten Moden des Ausgangssignals lässt sich ein erstes (dem ersten Modulationssignal entsprechendes) und ein zweites (dem zweiten Modulationssignal entsprechendes) optisches Datensignal gewinnen, wobei die beiden optischen Datensignale insbesondere unterschiedlich sind. Bei dem ersten Modulationssignal handelt es sich insbesondere um ein erstes (elektrisches) Datensignal und bei dem zweiten Modulationssignal um ein zweites (elektrisches) Datensignal, wobei sich das erste Datensignal beispielsweise von dem zweiten Datensignal unterscheidet.
Mit einem einzigen erfindungsgemäßen Mach-Zehnder-Modulator können demnach parallel mindestens zwei voneinander unabhängige optische Datensignale erzeugt werden, so dass sich die spektrale Effizienz der Datenübertragung zumindest um den Faktor 2 erhöht. Somit erfolgt eine Erhöhung der spektralen Effizienz ohne aufwendigere Elektronik oder Erhöhung der optischen Bandbreite. Zudem ist der erfindungsgemäße Modulator mit komplexen Modulationsformaten und Polarisationsmultiplexing-Verfahren kompatibel. Beispielsweise erfolgt die Veränderung der Phase der ersten Mode zumindest im Wesentlichen unabhängig von dem zweiten Modulationssignal und umgekehrt die Veränderung der Phase der zweiten Mode unabhängig von dem ersten Modulationssignal. Denkbar ist, dass lediglich die Phase der sich in einem der beiden Wellenleiterarme ausbreitenden Mode verändert wird, während die Phase der entsprechenden Mode in dem anderen Wellenleiterarm unverändert bleibt. So könnte z.B. die Phase der ersten Mode in dem ersten Wellenleiterarm abhängig von dem ersten Modulationssignal verändert werden, während die Phase der ersten Mode in dem zweiten Wellenleiterarm unverändert bleibt. Möglich ist allerdings auch, dass sowohl die Phase der sich in dem ersten Wellenleiterarm ausbreitenden Mode, als auch die Phase der entsprechenden sich in dem zweiten Wellenleiterarm ausbreitenden Mode verändert wird. So könnte z.B. eine Phasenverschiebung der sich in dem ersten Wellenleiterarm ausbreitenden ersten Mode und zudem eine (z.B. entgegengesetzte) Phasenverschiebung der sich in dem zweiten Wellenleiterarm ausbreitenden ersten Mode erzeugt werden (analog für die zweite Mode).
Darüber hinaus können in dem ersten und dem zweiten Wellenleiterarm jeweils mehr als zwei optische Moden geführt werden, wobei der Modulator ausgebildet ist, mehr als zwei optische Moden in Abhängigkeit von mehr als zwei Modulationssignalen zu modulieren, um die spekt- rale Effizienz weiter zu steigern. Beispielsweise sind die Wellenleiterarme als„Few-mode"- Wellenleiter ausgebildet, d.h. als Wellenleiter, in dem eine begrenzte Anzahl von Moden (z.B. weniger als 20 oder 10 Moden) ausbreitungsfähig ist. Entsprechend kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Modulator um einen„Few-mode"-Modulator handeln. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Modulator eine Elektrodenanordnung, über die in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm mindestens ein von dem ersten Modulationssignal abhängiges erstes elektrisches Feld und ein von dem zweiten Modulationssignal abhängiges zweites elektrisches Feld erzeugbar ist. Mittels des ersten und zweiten elektrischen Felds wird die Phasenveränderung in Bezug auf die erste und zweite Mode erzeugt. Möglich ist, dass das erste oder zweite elektrische Feld jeweils nur in einem der Wellenleiterarme erzeugt wird. Allerdings kann das erste elektrische Feld (analog das zweite elektrische Feld) durchaus sowohl in dem ersten Wellenleiterarm als auch in dem zweiten Wellenleiterarm bestehen, d.h. einen Feldanteil aufweisen, der in dem ersten Wellenleiterarm lokalisiert ist, und einen weiteren Feldanteil, der den zweiten Wellenleiterarm durchsetzt. Beispielsweise erzeugen die beiden Feldanteile entgegengesetzte Phasenverschiebungen.
Insbesondere ist die Effizienz einer zur Erzeugung des ersten elektrischen Feldes an die Elekt- rodenanordnung angelegten ersten Spannung in Bezug auf die erste Mode größer als in Bezug auf die zweite Mode, und die Effizienz einer zur Erzeugung des zweiten elektrischen Feldes an die Elektrodenanordnung angelegten zweiten Spannung in Bezug auf die zweite Mode ist größer als in Bezug auf die erste Mode. Beispielsweise wird unter der Effizienz die erzeugte Phasenverschiebung der jeweiligen Mode bezogen auf die angelegte Spannung oder die Mo- dulationseffizienz, d.h. die am Modulatorausgang hervorgerufene Auslöschung der jeweiligen Mode bezogen auf die angelegte Spannung verstanden.
So wird z.B. mit dem ersten elektrischen Feld eine Änderung der Phase der ersten Mode erzeugt, die größer ist als eine durch das erste elektrische Feld erzeugte Änderung der Phase der zweiten Mode, und mit dem zweiten elektrischen Feld wird eine Änderung der Phase der zweiten Mode erzeugt, die größer ist als eine durch das zweite elektrische Feld erzeugte Änderung der Phase der ersten Mode.
Denkbar ist z.B., dass die Effizienz (insbesondere die hervorgerufene Phasenänderung) der ersten elektrischen Spannung in Bezug auf die erste Mode mindestens das 1 ,5-Fache, mindestens das Zweifache, mindestens das Fünffache oder mindestens das Zehnfache der Effizienz in Bezug auf die zweite Mode beträgt. Analog kann die Effizienz der zweiten elektrischen Spannung in Bezug auf die zweite Mode ebenfalls mindestens das 1 ,5-Fache, mindestens das Zweifache, mindestens das Fünffache oder mindestens das Zehnfache seiner Effizienz in Be- zug auf die erste Mode betragen. Denkbar ist natürlich durchaus auch, dass die Effizienzunterschiede der Spannungen bezüglich der beiden Moden geringer ausfallen.
Möglich ist auch, dass mit dem ersten elektrischen Feld die Phase der ersten Mode, zumindest Wesentlichen jedoch nicht die Phase der zweiten Mode, und mit dem zweiten elektrischen Feld die Phase der zweiten Mode, zumindest im Wesentlichen jedoch nicht die Phase der ersten Mode verändert wird. Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Modulators umfasst die Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von Elektroden, wobei auf dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm jeweils mindestens eine erste und eine zweite Elektrode angeordnet sind; insbesondere nebeneinander (quer zur Richtung der Wellenleiterarme betrachtet). Mit Hilfe der ers- ten und der zweiten Elektrode lässt sich das oben erwähnte erste und zweite elektrische Feld erzeugen. Denkbar ist hierbei, dass die erste und die zweite Elektrode zum Erzeugen des ersten elektrischen Feldes mit einer ersten Beschaltung (d.h. unter Anlegen von ersten Potentialen) und zum Erzeugen des zweiten elektrischen Feldes mit einer zweiten Beschaltung (d.h. unter Anlegen von zweiten Potentialen, die von den ersten Potentialen verschieden) betrieben werden.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Modulator Isolierungsmittel aufweisen, die einem Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode entgegenwirken oder einen solchen Kurzschluss verhindern. Beispielsweise umfassen die Isolierungsmittel eine (zum Bei- spiel schlitzförmige) Ausnehmung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode in dem jeweiligen Wellenleiterarm. Insbesondere befindet sich die Ausnehmung in einer elektrisch leitfähigen Schicht, auf der die Elektroden angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass alternativ oder zusätzlich zu der Ausnehmung mindestens eine elektrisch isolierende Schicht, die z.B. zu einer lichtführenden Struktur des Modulators gehört, vorhanden ist, die sich zwischen der ersten und/oder zweiten Elektrode und dem jeweiligen Wellenleiterarm erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich die Ausnehmung in einer elektrisch leitfähigen Schicht, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist. Denkbar ist hierbei, dass die Ausnehmung bis zu der isolierenden Schicht oder sogar in die isolierende Schicht hinein verläuft. Gemäß einer anderen Weiterbildung umfasst der erfindungsgemäße Modulator eine erste Sektion, die zur Veränderung der Phase der ersten Mode in Abhängigkeit von dem ersten Modulationssignal, und eine zweiten Sektion, die zur Veränderung der Phase der zweiten Mode in Abhängigkeit von dem zweiten Modulationssignal ausgebildet ist. Beispielsweise ist die erste Sektion dem ersten Wellenleiterarm und die zweiten Sektion dem zweiten Wellenleiterarm zugeordnet. So kann die erste Sektion Elektroden zum Erzeugen des oben erwähnten ersten elektrischen Feldes und die zweite Sektion Elektroden zur Erzeugung des zweiten elektrischen Feldes aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Sektion eine erste Geometrie des Wellenleiterarms (die ein Einwirken des ersten elektrischen Feldes auf die erste Mode begünstigt) und die zweite Sektion eine davon abweichende, zweite Geometrie des Wellenleiterarms (die ein Einwirken des zweiten elektrischen Feldes auf die zweite Mode begünstigt) umfassen. Denkbar ist allerdings auch, dass die Sektionen dieselbe Wellenleitergeometrie besitzen.
Denkbar ist auch, dass sowohl die erste als auch die zweite Sektion demselben Wellenleiterarm zugeordnet sind. Beispielsweise sind die beiden Sektionen entlang des Wellenleiterarms hintereinander angeordnet. Möglich ist zudem, dass die erste und die zweite Sektion jeweils sowohl dem ersten und dem zweiten Wellenleiterarm zugeordnet sind. Die erste Sektion wirkt hier sowohl auf die erste Mode in dem ersten Wellenleiterarm als auch auf die erste Mode in dem zweiten Wellenleiterarm, während die zweite Sektion analog auf die zweite Mode in dem ersten Wellenleiterarm und die zweite Mode in dem zweiten Wellenleiterarm wirkt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modulators, der einen ersten und einen zweiten Wellenleiterarm zur Führung mindestens einer ersten und einer zweiten optischen Mode aufweist und insbesondere wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, mit den Schritten:
- Verändern der Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm ausbreitenden ersten optischen Mode abhängig von einem ersten Modulationssignal;
- Verändern der Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm ausbreitenden zweiten optischen Mode abhängig von einem zweiten Modulationssignal; und
- Erzeugen eines Ausgangssignals aus den beiden modulierten Moden, mit dem ein erstes und ein zweites optisches Datensignal bereitgestellt wird.
Selbstverständlich können die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mach- Zehnder-Modulator beschriebenen Ausführungsbeispiele analog auch zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. So wird beispielsweise in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm mindestens ein von dem ersten Modulationssignal abhängiges erstes elektrisches Feld und/oder ein von dem zweiten Modulationssignal abhängiges zweites elektrisches Feld erzeugt. Das Erzeugen des ersten und des zweiten elektrischen Feldes erfolgt insbesondere zumindest näherungsweise gleichzeitig. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 schematisch den Aufbau eines Mach-Zehnder-Modulators gemäß ei- nem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 schematisch den Aufbau eines Mach-Zehnder-Modulators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 3 einen Schnitt durch eine Sektion eines erfindungsgemäßen Mach-Zehnder-Modulators, die zur Beeinflussung einer ersten Mode ausgebildet ist;
Figur 4 eine Sektion eines erfindungsgemäßen Mach-Zehnder-Modulators zur
Beeinflussung einer zweiten Mode;
Figur 5 eine Abwandlung der Fig. 3;
Figur 6 eine alternative Beschaltung der Elektrodenanordnung aus Figur 5;
Figur 7 eine weitere alternative Beschaltung der Elektrodenanordnung aus Fig.
5; und
Figur 8 eine Abwandlung der Figuren 5 bis 7.
Der in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Mach-Zehnder-Modulator 1 weist einen Einkoppelwellenleiter 1 1 und einen Eingangsteiler 12 („Splitter") auf. Der Eingangsteiler 12 teilt über den Einkoppelwellenleiter 1 1 in den Modulator 1 eingekoppeltes Licht (z.B. eines nicht dargestellten Lasers) in zwei Pfade auf, die durch zwei Wellenleiterarme 13, 14 gebildet sind. Die Wellenleiterarme 13, 14 sind in einem Kombinierer 15 zusammengeführt, der über einen Ausgangswellenleiter 16 ein Ausgangssignal des Modulators 1 auskoppelt. Bei dem Mach-Zehnder-Modulator 1 handelt es sich insbesondere um ein integriert-optisches Bauelement; z.B. um ein Halbleiter-Bauelement (etwa ein InP- oder GaAs-Bauelement). Entsprechend sind die Bestandteile des Modulators 1 (z.B. die beiden Wellenleiterarme 13, 14) durch integriert-optische Komponenten ausgebildet.
Die beiden Wellenleiterarme 13, 14 sind jeweils als mehrmodige Wellenleiter ausgelegt, d.h. sowohl der erste Wellenleiterarm 13, als auch der zweite Wellenleiterarm 14 sind zur Führung mehrerer räumlicher optischer Moden ausgebildet.
Des Weiteren umfasst der erste Wellenleiterarm 13 eine erste Sektion S1 , die zur Veränderung der Phase einer in dem Wellenleiterarm 13 geführten ersten optischen Mode in Abhängigkeit von einem ersten (insbesondere hochfrequenten) Modulationssignal (Modulationsspannung) ausgebildet ist. Der zweite Wellenleiterarm 14 umfasst hingegen eine zweite Sektion S2, die zur Veränderung der Phase einer zweiten (von der ersten Mode verschiedenen) Mode in Abhängigkeit von einem zweiten (insbesondere ebenfalls hochfrequenten) Modulationssignal ausgebildet ist. Die erste Sektion S1 erzeugt eine Änderung der Phase der ersten Mode, die größer ist als eine Änderung der Phase der zweiten Mode, während die zweite Sektion S2 eine Änderung der Phase der zweiten Mode hervorruft, die größer ist als eine Änderung der Phase der ersten Mode. Insbesondere wirkt die erste Sektion S1 zumindest im Wesentlichen nur auf die erste Mode, während die zweite Sektion S2 zumindest im Wesentlichen nur auf die zweite Mode wirkt.
Beispielsweise unterscheiden sich die Sektionen S1 , S2 hinsichtlich der Geometrie der Wellenleiterarme und/oder durch die Konfiguration von Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in den Wellenleiterarmen. So weist der erste Wellenleiterarm 13 z.B. in der ersten Sektion S1 einen Wellenleiterquerschnitt gemäß Figur 3 oder Figur 5 auf. Analog kann auch der zweiten Wellenleiterarm 14 in der zweiten Sektion S2 einen derartigen Querschnitt besitzen. Allerdings unterscheiden sich die erste und die zweite Sektion S1 , S2 zumindest darin, dass unterschiedliche elektrische Felder zur Beeinflussung der in den Wellenleiterarm 13, 14 geführten Moden erzeugt werden. So wird insbesondere in der ersten Sektion S1 ein elektrisches Feld erzeugt, das mit höherer Effizienz auf die erste Mode wirkt als auf die zweite Mode, während in der zweiten Sektion S2 ein elektrisches Feld erzeugt wird, das umgekehrt mit höherer Effizienz auf die zweite Mode wirkt als auf die erste Mode. Somit lässt sich mit dem Modulator 1 der Figur 1 ein Ausgangs- signal erzeugen, das zwei (gemäß dem ersten bzw. zweiten Modulationssignal) unterschiedlich modulierte Moden aufweist. Somit stellt der Modulator 1 gleichzeitig zwei unterschiedliche optische Datenströme bereit. Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mach-Zehnder-Modulators ist in Figur 2 dargestellt. Danach umfasst der Modulator mehrere (N) Sektionen S1 bis SN, die entlang der Wellenleiterarme 13, 14 hintereinander angeordnet sind.
Die Sektionen S1 bis SN sind jeweils zur Veränderung der Phase einer von N in den Wellen- leiterarmen 13, 14 geführten optischen Moden ausgebildet. So dient zum Beispiel die erste Sektion S1 zur Veränderung der Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm 13, 14 ausbreitenden ersten Mode in Abhängigkeit von einem ersten Modulationssignal, die Sektion Sn zur Veränderung der Phase einer n-ten Mode in Abhängigkeit von einem n-ten Modulationssignal und die Sektion SN zur Veränderung der Phase einer N-ten Mode abhängig von einem N-ten Modulationssignal.
Die Sektionen S1 bis SN unterscheiden sich insbesondere darin, dass sie jeweils ein elektrisches Feld in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm 13, 14 erzeugen, das mit höherer Effizienz auf die jeweilige Mode wirkt als auf die anderen Moden. So erfolgt in der ersten Sek- tion zum Beispiel im Wesentlichen nur eine Veränderung der Phase der ersten Mode in Anhängigkeit von dem ersten Modulationssignal. Entsprechend kann der Modulator 1 ein Ausgangssignal mit N unterschiedlich modulierten Moden und damit parallel N unterschiedliche optische Datenströme bereitstellen. Eine bereits oben angesprochene denkbare Ausgestaltung der Sektionen S1 oder S2 der Wellenleiterarme 13, 14 der Fig. 1 oder zumindest einiger der Sektionen S1 bis SN der Fig. 2 ist in Figur 3 dargestellt. Danach ist der Wellenleiterarm 13, 14 als Rippenwellenleiter ausgebildet, der einen (auf einem Substrat angeordneten) Sockel 131 und eine Rippe 132 umfasst. Auf einem Abschnitt der Rippe 132 befindet sich eine erste und zweite Elektrode 21 , 22, über die in dem Wellenleiterarm 13, 14 ein elektrisches Feld E erzeugbar ist. Beispielsweise werden die Elektroden 21 , 22 so gestaltet, dass sie jeweils ein höheres Potential (mit„+" gekennzeichnet) gegenüber Masse aufweisen. Das an den Elektroden 21 , 22 anliegenden Potentiale hängen jeweils von dem ersten Modulationssignal (Modulationsspannung) ab oder werden direkt von dem ersten Modulationssignal erzeugt, müssen allerdings nicht identisch sein. Bei Kopplung des Sockels 131 oder des Substrats mit Masse ergibt sich in dem Wellenleiterarm 13, 14 das in Figur 3 durch Pfeile angedeutete elektrische Feld E. Die Elektroden 21 , 22 sind quer zur Richtung des Wellenleiterarms nebeneinander angeordnet und durch Isolierungsmittel in Form einer (insbesondere geätzten) Aussparung 3 in einer Oberseite der Rippe 132, die sich zwischen ihnen befindet, elektrisch voneinander getrennt. Die Elektroden 21 , 22 sind so platziert und beschaltet, dass das erzeugte elektrische Feld E mit größerer Effizienz auf eine in dem Wellenleiterarm 13, 14 geführte optische Grundmode M1 wirkt als auf höhere Moden. Entsprechend wird mit der in Figur 3 gezeigten Beschaltung der Elektroden 21 , 22 im Wesentlichen die Phase der Grundmode M1 moduliert. Denkbar ist wir bereits erwähnt, dass sowohl der erste als auch der zweite Wellenleiterarm 13, 14 mit Elektroden 21 , 22 versehen ist, wobei etwa die Elektroden des einen Wellenleiterarms gemäß Fig. 3 beschaltet sind und die Elektroden des anderen Wellenleiterarms mit einem Potential beauf- schlagt werden, das ein umgekehrtes (hier negatives) Vorzeichen besitzt, so dass ein entgegengesetztes elektrisches Feld und damit eine entgegengesetzte Phasenverschiebung erzeugt wird. Die entgegengesetzten Phasenverschiebungen addieren sich dann bei Zusammenführen der beiden ersten Moden in dem Kombinierer 15. Zur Veränderung der Phase der zweiten Mode weist beispielsweise die andere der Sektionen S1 oder S2 bzw. eine der anderen der Sektionen S1 bis SN zwar eine zur Fig. 3 identische Elektrodenanordnung auf (mit Elektroden 21 , 22). Die Elektroden 21 , 22 sind jedoch anders beschaltet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Demnach liegt an der linken Elektrode 21 ein positives und an der rechten Elektrode 22 ein negatives Potential an, wodurch in dem Wellenlei- terarm 13, 14 ein elektrisches Feld E' mit unterschiedlich gerichteten Feldkomponenten erzeugt wird. Dieses Feld verläuft so, dass es auf andere Weise (insbesondere mit größerer Effizienz) auf eine zweite Mode M2 wirkt als auf die ersten Mode M1 , deren räumliche Position und Ausdehnung sich von der ersten Mode M2 unterscheidet. Die an den Elektroden 21 , 22 anliegenden Potentiale hängen von dem zweiten Modulationssignal ab oder werden direkt von dem zweiten Modulationssignal erzeugt.
Denkbar sind natürlich Abwandlungen der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Konfiguration der Wellenleiterarme und der Elektroden zur Beeinflussung verschiedener optischer Moden. Eine mögliche Abwandlung der Figuren 3 und 4 ist in der Figur 5 gezeigt. Danach weist der erste und/oder der zweite Wellenleiterarm 13 und 14 Sektionen mit drei Elektroden 21 -23 auf, die jeweils durch eine Ausnehmung 31 , 32 in einer Oberseite des Wellenleiterarms 13, 14 (der Rippe 132) elektrisch voneinander getrennt sind. Durch unterschiedliche Beschaltung der Elektroden 21-23 werden verschiedene elektrische Felder E, Ε', E" erzeugt, die jeweils auf unterschiedliche optische Moden in dem Wellenleiterarm wirken. Denkbar ist zum Beispiel die in Figur 5 gezeigte Beschaltung, wonach die Elektroden 21 -23 gegenüber Masse jeweils ein positives Potential aufweisen (analog zur Fig. 1 mit „+" gekennzeichnet). Diese Variante kann z.B. zur Beeinflussung und damit Modulation insbe- sondere der ersten Mode (Grundmode) in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm 13, 14 verwendet werden. Andere Moden lassen sich insbesondere zum Beispiel dadurch beeinflussen und somit modulieren, dass eine der Elektroden 21-23 ein gegenüber Masse negatives Potential aufweist; zum Beispiel eine der äußeren Elektroden 21 , 23 (Figur 6) oder die mittlere Elektrode 22 (Figur 7).
Denkbar ist auch, dass anstelle der isolierenden Ausnehmungen 31 , 32 eine elektrisch isolierende Schicht 4 vorgesehen ist, die sich zwischen einer Oberseite der Wellenleiterrippe 132 und den Elektroden 21 -23 erstreckt. Dies ist in Figur 8 gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass Elemente der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele natürlich auch in Kombination miteinander verwendet werden können. Beispielsweise kann zusätzlich oder alternativ zu der Aussparung 3 der Fig. 3 und 4 auch eine Isolationsschicht gemäß Fig. 8 vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Elektro-optischer Mach-Zehnder-Modulator, mit
- einem ersten und zweiten Wellenleiterarm (13, 14), wobei
- der erste und der zweite Wellenleiterarm (13, 14) jeweils zur Führung mindestens einer ersten und einer zweiten optischen Mode (M1 , M2) ausgebildet ist, und
- der Modulator (1 ) ausgebildet ist, die Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) ausbreitenden ersten optischen Mode (M1 ) abhängig von einem ersten Modulationssignal und die Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wel- lenleiterarm (13, 14) ausbreitenden zweiten optischen Mode (M2) abhängig von einem zweiten Modulationssignal zu verändern, wobei
- der Mach-Zehnder-Modulator ausgebildet ist, aus den beiden modulierten Moden (M1 , M2) ein Ausgangssignal zu erzeugen, mit dem ein erstes und ein zweites optisches Datensignal bereitgestellt wird.
2. Modulator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Modulationssignal um ein erstes Datensignal und bei dem zweiten Modulationssignal um ein zweites Datensignal handelt.
3. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Modulationssignal von dem zweiten Modulationssignal unterscheidet.
4. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste von dem zweiten optischen Datensignal unterscheidet.
5. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterarme (13, 14) jeweils zur Führung von mehr als zwei optischen Moden ausgebildet sind.
6. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Elektrodenanordnung, über die in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) mindestens ein von dem ersten Modulationssignal abhängiges erstes elektrisches Feld (E) und/oder ein von dem zweiten Modulationssignal abhängiges zweites elektrisches Feld (Ε') erzeugbar ist.
7. Modulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Erzeugung des ersten elektrischen Feldes (E) an die Elektrodenanordnung angelegte erste Spannung mit größerer Effizienz auf die erste Mode (M1 ) wirkt als auf die zweite Mode (M2) und das eine zur Erzeugung des zweiten elektrische Feldes (Ε') an die Elektrodenanordnung angelegte zweite Spannung mit größerer Effizienz auf die zweite Mode (M2) wirkt als auf die erste Mode (M1 ).
8. Modulator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten elektri- sehen Feld (E) eine Änderung der Phase der ersten Mode (M1 ) erzeugt wird, die größer ist als eine durch das erste elektrische Feld (E) erzeugte Änderung der Phase der zweiten Mode (M2), und mit dem zweiten elektrischen Feld (Ε') eine Änderung der Phase der zweiten Mode (M2) erzeugt wird, die größer ist als eine durch das zweite elektrische Feld (Ε') erzeugte Änderung der Phase der ersten Mode (M1 ).
9. Modulator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten elektrischen Feld (E) die Phase der ersten Mode (M1 ), zumindest im Wesentlichen jedoch nicht die Phase der zweiten Mode (M2), und mit dem zweiten elektrischen Feld (Ε') die Phase der zweiten Mode (M2), zumindest im Wesentlichen jedoch nicht die Phase der ersten Mode (M1 ) verändert wird.
10. Modulator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von Elektroden (21 , 22, 23) umfasst, wobei auf dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) jeweils mindestens eine erste und eine zweite Elektrode (21 , 22) angeordnet ist.
1 1. Modulator nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Isolierungsmittel, die einem Kurz- schluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (21 , 22) entgegenwirken.
12. Modulator nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungsmittel eine Ausnehmung (3) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (21 , 22) in dem jeweiligen Wellenleiterarm (13, 14) aufweisen.
13. Modulator nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungs- mittel mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (4) umfassen, die sich zwischen der ersten und/oder zweiten Elektrode (21 , 22) und dem jeweiligen Wellenleiterarm (13, 14) erstreckt.
14. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindes- tens eine erste Sektion (S1 ), die zur Veränderung der Phase der ersten Mode (M1 ) in
Abhängigkeit von dem ersten Modulationssignal ausgebildet ist, und eine zweite Sektion (S2), die zur Veränderung der Phase der zweiten Mode (M2) in Abhängigkeit von dem zweiten Modulationssignal ausgebildet ist.
15. Modulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sektion (S1 ) dem ersten Wellenleiterarm (13) und die zweite Sektion (S2) dem zweiten Wellenleiterarm (14) zugeordnet ist.
16. Modulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sektion (S1 , S2) demselben Wellenleiterarm (13, 14) zugeordnet sind.
17. Modulator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektionen (S1 , S2) entlang des Wellenleiterarms (13, 14) hintereinander angeordnet sind.
18. Modulator nach einem der Ansprüche 14 bis 17 soweit rückbezogen auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sektion (S1 ) mindestens eine Elektrode zum Erzeugen des ersten elektrischen Felds (E) und die zweite Sektion (S2) mindestens eine Elektrode zum Erzeugen des zweiten elektrischen Felds (Ε') aufweist.
19. Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modulators (1 ), der einen ersten und einen zweiten Wellenleiterarm (13, 14) jeweils zur Führung mindestens einer ersten und einer zweiten optischen Mode (M1 , M2) aufweist und insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, mit den Schritten: - Verändern der Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13,
14) ausbreitenden ersten optischen Mode (M1 ) abhängig von einem ersten Modulationssignal;
Verändern der Phase einer sich in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) ausbreitenden zweiten optischen Mode (M2) abhängig von einem zweiten Modu- lationssignal; und Erzeugen eines Ausgangssignals aus den beiden modulierten Moden (M1 , M2), mit dem ein erstes und ein zweites optisches Datensignal bereitgestellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und/oder zweiten Wellenleiterarm (13, 14) mindestens ein von dem ersten Modulationssignal abhängiges erstes elektrisches Feld (E) und/oder ein von dem zweiten Modulationssignal abhängiges zweites elektrisches Feld (Ε') erzeugt wird.
PCT/EP2017/083819 2016-12-20 2017-12-20 Mach-zehnder-modulator und verfahren zum betreiben eines mach-zehnder-modulators Ceased WO2018115123A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016225682.3 2016-12-20
DE102016225682 2016-12-20
DE102017200764.8A DE102017200764A1 (de) 2016-12-20 2017-01-18 Mach-Zehnder-Modulator und Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modulators
DE102017200764.8 2017-01-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018115123A1 true WO2018115123A1 (de) 2018-06-28

Family

ID=62251240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/083819 Ceased WO2018115123A1 (de) 2016-12-20 2017-12-20 Mach-zehnder-modulator und verfahren zum betreiben eines mach-zehnder-modulators

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017200764A1 (de)
WO (1) WO2018115123A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140169722A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Electro-optic modulator
US20140321792A1 (en) * 2013-04-30 2014-10-30 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Electro-optical modulator having high extinction ratio when functioning as switch
US20140334765A1 (en) * 2013-05-09 2014-11-13 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Electro-optic modulator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936645A (en) * 1989-08-24 1990-06-26 Hoechst Celanese Corp. Waveguide electrooptic light modulator with low optical loss

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140169722A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Electro-optic modulator
US20140321792A1 (en) * 2013-04-30 2014-10-30 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Electro-optical modulator having high extinction ratio when functioning as switch
US20140334765A1 (en) * 2013-05-09 2014-11-13 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Electro-optic modulator

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017200764A1 (de) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014203925B4 (de) Elektro-optischer Modulator und Verfahren zum Herstellen eines elektro-optischen Modulators
DE60311046T2 (de) Modulator und Verfahren zur Erzeugung von optischen Pulsen mit variablem Tastverhältnis
DE69428970T2 (de) Optischer Modulator mit steuerbarem "Chirp"
DE69025481T2 (de) Optischer Modulator
DE69332131T2 (de) Optischer Modulator, optischer Sender und optisches Übertragungssystem
DE202013104314U1 (de) Optischer Mach-Zehnder-Modulator unter Verwendung einer symmetrischen koplanaren Streifenleitung mit seitlichen Masseebenen
DE60025975T2 (de) Optischer Sender und Verfahren zur Steuerung des optischen Senders, die die Einstellung eines variablen Tastverhältnisses und die wechselnde Phaseninvertierung für optische Taktsignale verwendet
DE69122939T2 (de) Optische Steuervorrichtung
DE69119019T2 (de) Polarisationsunabhängige optische Schalter/Modulatoren
DE112017002791T5 (de) Optischer Modulator
DE112013000181T5 (de) Fortschrittliche Techniken zum Verbessern von optischen Hochleistungsmodulatoren
DE60020241T2 (de) Optische Modulationsart für NRZ-Signale und optischer Sender
EP4214641A1 (de) Optische matrixmultiplikationseinheit für ein optoelektronisches system zur bildung eines künstlichen neuronalen netzes
DE112017004943B4 (de) Vorrichtung und Verfahren bezüglich eines optischen Kamms mit Intervallsteuerung
EP1180250B1 (de) Verfahren und anordnung zur erzeugung von rz-signalen
DE3713990A1 (de) Opto-elektronischer richtungskoppler fuer ein vorspannungsfreies steuersignal
EP3420390B1 (de) Schaltkreisanordnung und verfahren zum herstellen einer schaltkreisanordnung
DE60222918T2 (de) Verfahren und vorrichtung zum schalten und modulieren eines optischen signals mit erhöhter empfindlichkeit
EP4465117A1 (de) Modulatoranordnungen
DE102017200764A1 (de) Mach-Zehnder-Modulator und Verfahren zum Betreiben eines Mach-Zehnder-Modulators
DE102014119195B4 (de) Elektro-optischer Modulator
DE102016224615B4 (de) Modulatoranordnung und Verfahren zum Modulieren von Licht
DE69504223T2 (de) Elektrooptischer Halbleitermodulator und optisches Transmissionssystem unter Verwendung dieses Modulators
DE602005000276T2 (de) Optischer Modulator mit niedrigen Bandbreiteanforderungen und Steuerungsverfahren dafür
DE112005003326T5 (de) Optischer Schalter und optische Prüfvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17825505

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17825505

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1