专利名称：带有偏振状态传感器的光检测器的制作方法
技术领域：
本发明所公开的实施例涉及光学网络，尤其涉及具有偏振状态传感器的光检测器。
背景技术：
光学网络正日益以更高的传输速率和在更长的距离上发送数据。然而，影响光学传输的信号完整性的某些限制已开始出现。一种这样的限制是偏振模色散(PMD)。
光束可以以多个偏振模通过光传输波导传播。例如，光束可以具有横磁(TM)偏振模和正交的横电(TE)偏振模。尽管这些偏振模自然地以相同的速度传播，但是某些条件可能导致其中的一个模比另一个更快速地传播，从而导致PMD。PMD可以源于光纤结构中的细微不规则性以及例如由弯曲、振动和热循环引起的作用在光纤上的机械应力。由于通过若干段光纤发送的光脉冲的机械和结构敏感性，已证明PMD难以补偿。当光学网络从10Gb/s进入到40Gb/s和以上时，PMD的效应将变得更加显著。
附图简述在附图的图形中作为例子而非限定性地示出了本发明的实施例，在所述附图中类似的参考数字表示类似的元件，其中
图1示出了根据本发明的实施例的包括偏振状态传感器的光检测器的透视图；图2示出了根据本发明的实施例的带有电子和光学补偿器的光接收器模块；图3示出了根据本发明的实施例的带有电子补偿器电路的光接收器模块；
图4示出了根据本发明的实施例的光收发器；以及图5示出了根据本发明的实施例的通信系统。
详细说明在此公开了用于带有偏振状态传感器的光检测器的方法、装置和系统。在以下的详细说明中，参考形成本文一部分的附图，其中在全部附图中类似的编号表示类似的部件。所述附图以图解说明的方式显示了在其中可实施本发明的特定实施例。然而，应当理解的是，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑变化而不脱离本发明的实施例的范围。还应当注意的是，方向和基准(例如，上、下、顶、底，等等)可以用来方便附图的说明，但是并不意味着限制本发明的实施例的应用。所以，不应当在限制意义上理解以下详细描述，本发明的实施例的范围由所附权利要求以及它们的等效替代方式限定。
图1示出了根据本发明的一个实施例的光检测器100的透视图，该光检测器100带有偏振状态传感器以检测传入的光信号的偏振。特别地，光检测器100包括布置在底层108和顶层112之间的吸收层104。吸收层可以接收传入的光信号116并且便于光信号116的光子转换成光电流。在一个实施例中，光信号116可以通过光耦合到吸收层104的光传输波导传播。所述的光检测器100可以称为边缘检测器；然而，本发明的其他实施例可以包括其他类型的光检测器。
在一个实施例中，底层108可以由N型掺杂半导体材料组成，顶层112可以由P型掺杂半导体材料组成。在另一实施例中，这些层可以颠倒。在各种实施例中，顶层108和底层112可以由半导体材料制造，包括但不限于磷化铟(InP)，砷化镓(GaAs)，硅(Si)，和锗(Ge)。
在一个实施例中，吸收层104可以称为固有层，光检测器100可以是p-i-n光电二极管。适合于本发明的实施例的其他类型的光电二极管的例子包括但不限于p-n光电二极管和雪崩光电二极管。
在一个实施例中，吸收层104可以包括量子阱。量子阱吸收层可以由例如GaAs和砷化铝镓(AlGaAs)或者砷化铟镓(InGaAs)和磷砷化铟镓(InGaAsP)等的许多交替层组成。通过这样做，可以通过对层的组成进行调节和在生长期间通过对层的厚度进行调节来控制吸收层104的光谱响应。
在一个实施例中，第一和第二电接触件120和128可以通过顶层112耦合到吸收层104。第一电接触件120可以适于呈现光电流I1，当光信号116穿过吸收层104的第一部分124时由它产生光电流I1。类似地，第二电接触件128可以适于呈现光电流I2，当光信号116穿过吸收层104的第二部分132时由它产生光电流I2。光电流I1和I2可以是电信号，其幅度与通过各个部分124和132的光信号116的强度相对应。
当光信号116进入吸收层104时它可以包括两个偏振。参考基准x-，y-，z-坐标系，在x方向上传播的光信号116例如可以包括y平面中的横磁(TM)偏振模136和z平面中的横电(TE)偏振模140。TM和TE偏振的方向是示例性的而不是限定性的。
在一个实施例中，吸收层104可以被设计成分别以不同的吸收率αTM和αTE吸收TM和TE偏振模136和140。在所示的实施例中，至少部分地由于吸收层104的不对称维度，吸收率αTM可以大于吸收率αTE。例如，在一个实施例中，较大吸收率αTM可以源于与TM偏振模136受到吸收层104的y维度的限制相比TE偏振模140受到吸收层104的z维度的限制要少。
通过第一部分124产生的光电流I1可以测量光信号116的总强度，该总强度可以代表光信号116携带的数据。第一部分124的长度可以被设计成使得大多数TM偏振模136被第一部分124的末端吸收。残余光电流I2因此主要可以由穿过第二部分132的(较少被吸收的)TE偏振模140产生。因此，光电流I2可以通过监视I2的相对变化来便于检测光信号的相对偏振模的变化。可以调节部分124和132的相对长度以适应实施例的特殊特性。
在一个实施例中，可以通过计算I2与总光电流(I1+I2)的比率来产生偏振状态变量。这可以保证光信号116的强度变化不会被误认为相对偏振模的变化。
在一个实施例中，通过第二部分132产生的光电流I2可以相对较小。然而，由于光信号116的偏振模可以随时间缓慢变化，因此有可能在时间上对该光电流进行积分以获得灵敏度。例如在一个实施例中，使用10Gb/s的数据传输速率，在1秒的时间上积分I2可以获得灵敏度的10^8因数。各种实施例可以在不同时间段上进行积分，包括小得多的尺度的时间段。
图2示出了根据本发明的实施例的光接收器模块200。在该实施例中光接收器模块200可以包括电子补偿器电路202和光学补偿器204以补偿传入的光信号212的偏振模色散。光学补偿器204可以与光传输波导208耦合以接收传入的光信号212并通过光传输波导208或通过其他手段将补偿后的光信号216传送到光检测器100。光检测器100可以以类似于上述的方式接收补偿后的光信号216并且输出I1和I2。
在一个实施例中，电子补偿器电路202可以接收输出的光电流I1和I2并且以类似于上述的方式确定偏振状态变量。如果偏振状态变量变化超过预定量，则电子补偿器电路202可以产生控制信号以便于调节传入的光信号212。控制信号然后可以作为反馈被发送到光学补偿器204以通过电和/或机械手段控制光信号的调节，从而在光域中补偿光信号的失真。
在一个实施例中，通过物理地操纵光传输波导208，例如通过沿特定方向弯曲或挤压波导208，光学补偿器204可以调节传入的光信号的相对偏振模。在其他实施例中，光学补偿器204可以包括自适应光学器件以重排和调节色散的光比特脉冲。可以重复地调节相对偏振模直到偏振状态变量在预定范围内，这将取决于特定实施例的因数。通过这种方式，电子补偿器电路202可以便于输出代表将由传入的光信号212传输的数据的信号。
图3示出了根据本发明的实施例的带有电子补偿器电路302的光接收器模块300。在该实施例中，如果偏振状态变量在预定范围内，则电子补偿器电路302可以便于输出代表由传入的光信号212传输的数据的I1。然而，如果偏振状态变量超出预定范围，则电子补偿器电路302可以利用许多校正措施中的一种从偏振色散的传入光信号212恢复数据信号。通过这种方式，可以在电域中补偿光信号的失真。
用于从偏振色散的光学载波恢复数据信号的措施可以被统称为电子色散补偿(EDC)。实现EDC措施的集成电路(IC)可以包括但不限于前馈均衡器(FFE)、判定反馈均衡器(DFE)(也称为反馈均衡器(FBE))，和最大似然序列检测器(MLSD)。在各种实施例中，EDC IC可以通过使用实现各种自适应算法的自适应滤波技术从失真的传入光信号恢复数据信号。
在各种实施例中，图2的光接收器模块200可以结合光学补偿器204附加地/备选地利用一个或多个EDC措施。在一个实施例中，可以在光域中对信号进行相对较大的调节，而在电域中可以进行微调，或者与之相反。
图4示出了根据本发明的实施例的光收发器400。在各种实施例中，光收发器400可以包括如图所示耦合在一起的光接收器模块404、光发射器模块408、物理媒体连接(physical medium attachment)412、控制器416、和电接口420。
光接收器模块404和光发射器模块408可以一起工作以便于在收发器400和光学网络440之间传输电子邮件、视频、多媒体、数据和语音。在各种实施例中，光学网络440可以是广域网(WAN)、局域网(LAN)、电话网等等。在各种实施例中网络440可以是，但不限于同步数字体系(SDH)网、同步光学网(SONET)、光学传送网和以太网。网络440可以是专用和/或公用网络。
光学接收器模块404可以具有类似于上述光检测器100的光检测器。在各种实施例中，光接收器模块404可以类似于光接收器模块200或300。另外，在一些实施例中，光接收器模块404可以包括其他功能部件，例如但不限于跨阻放大器和时钟恢复电路。
在一个实施例中，物理媒体连接(PMA)可以用于方便光/电通信。物理媒体连接(PMA)412可以包括多路复用和多路分用功能，其例如在时分复用(TMD)或密集波分复用(DWDM)系统中可能是必需的。在一个实施例中，PMA 412也可以用于设置收发器400的抖动参数。在其他实施例中，例如在低数据传输速率的实施例中，可以不使用PMA412。在各种实施例中，多路复用和多路分用功能可以分别出现在光发射器模块408和光接收器模块404中。另外，在各种实施例中，一些或所有补偿电路可以包括在PMA 412中。
在各种实施例中，控制器416执行的任务可以包括设置PMA412、光接收器模块404和光发射器模块408的控制参数。在一个实施例中，这些控制参数可以随着时间和温度而变化，或者当通信系统改变链路配置(即回送模式)时发生变化。
在一个实施例中，电接口420可以为光收发器400提供例如带有数据路由子系统的输入/输出数据传送、各种定时通道、控制和监视通道，以及直流电源和接地。
图5示出了根据一个实施例的通信系统的实例。如图所示，系统实例500包括如图所示彼此耦合的数据路由子系统502和光收发器400。光收发器400可以将通信系统500光耦合到网络440。光接收器模块404可以包括类似于以上实施例中所述的光检测器100的光检测器。
在一个实施例中，数据路由子系统502包括如图所示彼此耦合的处理器512和存储器514。存储器514在其中存储许多数据路由规则，根据所述规则处理器512路由通过光收发器400接收的数据。可以利用许多数据结构技术中的任何一种存储数据路由规则，例如表格、链接列表等等。可以根据许多通信协议中的任何一种接收和转发数据，所述许多通信协议包括但不限于传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)。
除了结合了带有光收发器400的光检测器之外，系统500的元件代表本领域中已知的或将要设计的多种多样的元件。
在各种实施例中，系统500的例子可以是路由器、开关、网关、服务器、再生器等等。
尽管为了描述优选实施例在此已说明和描述了具体实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解，想要实现相同目的的多种多样的替换和/或等效实现方式可以代替所显示和描述的具体实施例而不脱离本发明的范围。本领域的技术人员将容易理解可以以多种多样的实施例实现本发明。本申请意欲涵盖在此论述的实施例的任何修改或变化。所以，要表示的是本发明仅仅由权利要求及其等效替代限制。
权利要求
1.一种装置，包括适于接收光信号的吸收层；第一电接触件，其耦合到所述吸收层并且适于呈现第一电信号，所述第一电信号基于在所述吸收层的第一部分中的光信号；和第二电接触件，其耦合到所述吸收层并且适于呈现第二电信号，所述第二电信号基于在所述吸收层的第二部分中的光信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述光信号包括第一和第二偏振模。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述吸收层适于以不同的比率吸收所述第一和第二偏振模。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述光信号在穿过所述吸收层的第二部分之前穿过所述第一部分。
5.如权利要求3所述的装置，还包括第一半导体层；第二半导体层，其与第一和第二检测器耦合；并且所述吸收层布置在所述第一和第二半导体层之间。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述第一和第二层分别包括N和P型掺杂半导体材料。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述第一和第二半导体层包括磷化铟；并且所述吸收层包括砷化铟镓。
8.如权利要求3所述的装置，还包括电子补偿器电路，其适于接收所述第一和第二电信号；至少部分基于所述第一和第二电信号来补偿偏振色散；以及输出代表由所述光信号传输的数据的数据信号。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述电子补偿器电路适于至少部分基于所述第二电信号与所述第一和第二电信号的结合的比率来补偿偏振色散。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述电子补偿器电路适于通过产生控制信号来补偿偏振色散，并且所述装置还包括光学补偿器，其适于至少部分基于所述控制信号来调节所述光信号的第一和第二偏振模。
11.一种方法，包括由吸收层接收光信号；当所述光信号穿过所述吸收层的第一部分时基于该光信号产生第一电信号；以及当所述光信号穿过所述吸收层的第二部分时基于该光信号产生第二电信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述光信号包括第一和第二偏振模，并且由所述吸收层接收所述光信号还包括以第一比率吸收所述第一偏振模；和以比所述第一比率小的第二比率吸收所述第二偏振模。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一偏振模的大多数在所述第一部分中被吸收。
14.如权利要求11所述的方法，还包括利用第一电接触件检测所述第一电信号；和利用第二电接触件检测所述第二电信号。
15.如权利要求14所述的方法，还包括利用电子补偿器电路从各个第一和第二电接触件接收所述第一和第二电信号；和至少部分基于所述第一和第二电信号补偿所述光信号的偏振色散。
16.如权利要求15所述的方法，其中补偿偏振色散还至少部分基于所述第二电信号与所述第一和第二电信号的结合的比率。
17.如权利要求15所述的方法，其中补偿所述光信号的偏振色散还包括控制所述光信号的第一和第二偏振模的相对量。
18.如权利要求17所述的方法，其中控制所述第一和第二偏振模的相对量包括操纵所述光信号通过其传播的光传输波导。
19.一种系统，包括数据路由子系统，其包括具有多个数据路由规则的存储器，和耦合到所述存储器的处理器，用以至少部分基于所述数据路由规则来路由数据信号；和光收发器，其包括电接口，其耦合到所述数据路由子系统，以便于与所述数据路由子系统进行数据通信；和光检测器，其具有适于接收光信号的吸收层；第一电接触件，其耦合到所述吸收层并且适于呈现第一电信号，所述第一电信号基于在所述吸收层的第一部分中的光信号；和第二电接触件，其耦合到所述吸收层并且适于呈现第二电信号，所述第二电信号基于在所述吸收层的第二部分中的光信号。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述光信号包括第一和第二偏振模并且所述吸收层适于以不同的比率吸收所述第一和第二偏振模。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述光收发器还包括电子补偿器电路，其耦合到所述光检测器并且适于接收所述第一和第二电信号，从而至少部分基于所述第一和第二电信号来补偿偏振色散，以及输出代表由所述光信号传输的数据的数据信号；并且所述电接口适于方便所述数据信号从所述电子补偿器电路传输到所述数据路由子系统。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述电子补偿器电路适于至少部分基于所述第二电信号与所述第一和第二电信号的结合的比率来补偿偏振色散。
23.如权利要求21所述的系统，其中所述电子补偿器电路适于通过产生控制信号来补偿偏振色散，并且所述光收发器还包括光学补偿器，其适于至少部分基于所述控制信号来调节所述光信号的第一和第二偏振模。
24.如权利要求19所述的系统，其中所述系统包括从路由器、开关、网关和服务器所组成的组中选择的一个。
全文摘要
本发明包括用于带有偏振状态传感器的光检测器的方法、装置和系统。所述传感器装置包括适于接收光信号(116)的吸收层(104)；第一电接触件(120)，其耦合到所述吸收层并且适于呈现第一电信号(I1)，所述第一电信号基于在所述吸收层的第一部分(124)中吸收的光信号；和第二电接触件(128)，其耦合到所述吸收层并且适于呈现第二电信号(I2)，所述第二电信号基于在所述吸收层的第二部分(132)中吸收的光信号。
文档编号H01L31/105GK1957549SQ200580016735
公开日2007年5月2日 申请日期2005年6月3日 优先权日2004年6月24日
发明者彼得·汉伯格 申请人:英特尔公司