专利名称：具有可控制线性调频脉冲的光调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光调制器，并且更具体而言，涉及基于半导体的光调制器，该基于半导体的光调制器包括一个分离的相位控制段来调节存在于调制输出信号中的线性调频脉冲量。
背景技术：
多年来，用例如铌酸锂的电光材料制造光调制器。在该电光材料中形成光波导，其中金属接触区安排在每个波导支路的表面上。向该波导中发射一个连续波(CW)光信号，并且施加一个电数据信号输入作为向这些金属接触区的一个输入。该施加的电信号对在触点下的波导区域的折射率进行更改，因而改变沿着该波导的传播速度。通过施加在两个支路之间产生一个n相移的(一些)电压，形成一个非线性(数字)马赫一曾德尔(Mach-Zehnder)调制器。尽管已经证明这种类型的外部调制器极其有用，但是越来越期望从半导体材料系统(例如，InP，GaAs，硅等等)中形成不同的光学部件、子系统以及系统，其中基于硅的平台是总体上优选的。进一步期望的是，将与这种系统(例如，一个电光调制器的输入电数据驱动电路)相关联的不同电子部件与同一硅衬底上的光学部件相结合。明显地，在这种情况下使用基于铌酸锂的光学装置不是一个选择。此外，众所周知的是，基于铌酸锂的装置在例如超过lGB/s的数据率下具有固有的性能限制，因为它们需要被建模成行波结构，其中需要相对复杂的电驱动结构来尝试让该装置以需要的速度操作。如2005年I月18号颁给R. K.蒙哥马利(R. K. Montgomery)等人,转让给本申请的受让人并且通过引用结合在此的美国专利6，845，198号中所披露的，对于在一个基于硅的平台中提供光调制的能力已经得到了重大进步。图I说明如在蒙哥马利等人的专利中所披露的一个基于娃的调制器装置的不例性安排。在此情况下，一个基于娃的光调制器I包括一个掺杂的娃层2 (典型地,多晶娃),该娃层2被安排在与一个亚微米厚的娃表面层3 (在本领域中通常称为SOI层)的相反掺杂的一部分重叠的安排中。SOI层3展示为一个常规的绝缘体上硅(SOI)结构4的表面层，该SOI层进一步包括一个硅衬底5以及一个埋入的氧化物层6。重要的是，一个相对较薄的电介质层7 (例如二氧化硅、氮化硅、氧化钾、氧化铋、氧化铪或者其他高介电常数的电绝缘材料)被沿着在SOI层3与掺杂的多晶硅层2之间的重叠区域安排。由多晶硅层2、电介质7以及SOI层3限定的重叠区域限定光调制器I的“活性区”。在一个实施方案中，多晶硅层2可以是p掺杂的并且SOI层3可以是n掺杂的；还可以利用互补的掺杂安排(即，n掺杂的多晶硅层2以及p掺杂的SOI层3)。图2是调制器I的活性区的放大的视图，展示了与通过该结构(在垂直于纸的方向上)传播的一个信号相关联的光强度，并且还展示了多晶硅层2与SOI层3之间的重叠部分的宽度W。在操作中，随着施加到掺杂的多晶硅层2 (Vkef2)以及SOI层3 (Vkef3)的电压(SP，这些电数据输入信号)的变化，自由载流子将在电介质层7的任一侧上积累并且耗尽。对自由载流子浓度的调制导致改变该活性区中的有效折射率，因而引入对一个光信号的相位调制，该光信号沿着由该活性区限定的一个波导传播。在图2的图式中，该光信号将在垂直于纸的方向上沿着I轴传播。图3展示了一个示例性现有技术基于硅的马赫一曾德尔干涉仪(MZI) 10，该马赫一曾德尔干涉仪10被配置成利用如上文所描述的基于硅的调制装置I。如图所示，现有技术MZI 10包括一个输入波导部分12以及一个输出波导部分14。示出了一对波导调制器支路16和18，其中在此实例中，将波导支路16形成为包括如上文所描述的一个调制装置
Io在操作中，将来自一个激光源(未示出)的入射的连续波(CW)光信号连接到输入波 导部分12中。此后，该CW信号被分路，以便沿着波导支路16和18传播。沿着支路16施加一个电驱动信号到调制器I上将提供所期望的相移来调制该光信号，从而沿着输出波导14形成一个调制光输出信号。一对电极20被展示为与调制器I相关联并且用于提供电驱动信号(VKEF2，Veef3).可以沿着波导支路18安排一个类似的调制装置，以便同样引入一个相位延迟到该传播光信号上。当在数字域中操作时，在期望传输一个逻辑“I”时可以“接通”这些电极，并且随后可以“关闭”这些电极以传输一个逻辑“O”。图4是调制器10的一个图解展示，展示了与现有技术调制器相关联的不同的电场部件，限定线性调频脉冲参数，这是本发明中重要的具体主题。参看图4，该入射CW光信号由电场Ein限定。假定一个50:50功率被分路到波导支路16、18中，每个波导将在其相应输入端经历一个爲/Vl的电场(也示出为^和^)。每个传播信号将以上文所描述的方式沿着其相应的支路被调制，并且如下表达离开波导支路16、18的输出信号的电场 Eigjft — Si6l El, andErigkt = Er.沿着输出波导14结合这两个信号产生以下输出电场Ewt的值
I ,%Ecut = -= (Elsft - Ert3ht)
\ 2= Eir, CQs(Afp)其中A ￠ = ( 0 K- 0 L)/并且￠ = ( 0 K+ 0 l)/2。该cos( A ￠)项与振幅调制相关联，借助于施加的电输入信号，该振幅调制被给予到该传播光信号上。该ei4>项是一个“纯”相位项，在与该输入信号相比时，代表在输出信号中剩余的全部相位。针对第一阶，如上文所示的一个常规调制器的输出功率Pwt由以下等式给出Pout= EoutI2 = 1/2 |Ein|2[l+cos( 0 K-0 L)]其中通过改变两个支路之间的净相位差A Cj5的值来控制光输出功率水平。图5是此关系的曲线图，展示了输出功率随着两个支路之间的相移而变化(“I”输出与最大输出功率Ptjut相关联，并且“0”输出与最小输出功率Ptjut相关联)。也就是说，该调制器的两个支路之间的差分相移提供相长干涉(例如，“I”)或者相消干涉(例如，“O”)。如下文将描述的，调制器还可以包括一个DC部分来光学地平衡这些支路，并且沿着图5所示的传递曲线将操作点设定在一个期望的位置上。尽管基于硅的光调制器被认为是在铌酸锂调制器的现有技术水平中的一个重大进步，但是已知基于硅的光调制器总体上并且特别是图3的示例性配置会发生线性调频脉冲，原因在于固有的相位响应以及该调制器的两个支路之间的光损耗差。线性调频脉冲是一个时变的光相位，该光相位可以在一个光信号穿过色散光纤传播时对该光信号的传输行为有害。光调制器的线性调频脉冲行为通常使用一个被限定为相位调制量的“阿尔法参数”表征，该相位调制量被规格化成由该调制器产生的振幅(强度)调制量。该阿尔法(a)参数可以如下限定
权利要求
1.一种基于半导体的光调制器，包括 一个输入光波导，该输入光波导对ー个入射连续波光信号作出响应； 一个输入光波导分路器，该输入光波导分路器连接到该输入光波导上并且被配置成将该入射连续波光信号分路成ー对分离的信号； ー对光波导支路，每个波导支路从该输入光波导分路器连接到ー个分离的输出端上，并且每个光波导支路包括一个基于半导体的调制装置，该调制装置由ー个第一区域和ー个第二区域组成，该第一区域具有ー个第一导电类型的掺杂剂并且该第二区域具有ー个第二导电类型的掺杂剂，其中沿着每个光波导支路施加一个电调制数据信号到该调制装置上，以便创建一个调制光信号； 一个输出光波导组合器，该输出光波导组合器连接到该对光波导支路的输出端上，以便组合该对独立调制的光信号并且随后创建ー个被光学地调制的输出信号，该输出信号然后连接到一个输出光波导上；以及 一个相位调制控制部分，该相位调制控制部分被沿着该光调制器安排，以便给予ー个预先确定的相位到该光学地调制的输出信号中，这个预先确定的相位随着该相位调制控制部分的长度变化。
2.如权利要求I所述的基于半导体的光调制器，其中该相位调制控制部分被沿着该对光波导支路安排。
3.如权利要求2所述的基于半导体的光调制器，其中该相位调制控制部分包括ー个第一片段以及ー个第二片段，该第一片段被沿着ー个第一波导支路安排并且该第二片段被沿着ー个第二波导支路安排，该第一和第二片段实质上具有相同的长度Lphase并且由相同的输入信号驱动，以便给予ー个已知的相位V到每个独立调制的光信号上。
4.如权利要求3所述的基于半导体的光调制器，其中该第一和第二片段由该电调制数据信号驱动。
5.如权利要求I所述的基于半导体的光调制器，其中该相位调制控制部分被沿着该输入光波导安排。
6.如权利要求I所述的基于半导体的光调制器，其中该相位调制控制部分被沿着该输出光波导安排。
7.如权利要求I所述的基于半导体的光调制器，其中该相位调制控制部分包括多个分离的片段，每个片段具有ー个不同的长度，用于给予ー个不同的相位延迟，并且每个片段可由ー个分离的输入信号控制，以便允许给予该光信号的总相位延迟由该多个片段中的每个片段的単独激活/去激活控制。
8.如权利要求I所述的基于半导体的光调制器，其中该调制器包括硅。
全文摘要
在此呈现了一种基于半导体的光调制器，该光调制器包括一个分离的相位控制部分来调节存在于调制输出信号中的线性调频脉冲量。至少一个部分被添加到该调制器配置中并且被驱动来创建一个纯“相位”信号，该信号将被添加到输出信号中并且更改调制函数中固有的eiφ项。该相位调制控制部分可以定位在该调制器本身内(其中每条支路上有一个片段，由相同的输入信号驱动)，或者可以被安排在输入波导部分或者输出波导部分上的调制器的“外部”。该相位控制部分可以被形成为包括多个片段(具有不同长度)，其中通过选择有待激发的不同片段以便给予一个相位延迟到一个通过这个(这些)被激发的部分传播的信号中来控制被添加到传播信号中的总相位。
文档编号G02B6/12GK102782567SQ201180012488
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年3月10日
发明者卡尔潘都·夏斯特里, 马克·韦伯斯特 申请人:光导束有限责任公司