專利名稱：高速、硅基電－光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅基電-光調(diào)制器，尤其涉及通過把信道均衡技術(shù)結(jié)合到該調(diào)制器和相關(guān)電驅(qū)動電路中來提供高速(例如大于1Gb/s)的調(diào)制器。
背景技術(shù)：
光傳輸系統(tǒng)通?；诠庑盘柕膬蓚€調(diào)制方法之一，直接調(diào)制或外調(diào)制。在第一個方法中，施加到激光器的偏置電流被調(diào)制，以″接通″和″斷開″激光器。這個方法的缺點在于當需要較高的開關(guān)速度時，激光器本身的半導體材料的動態(tài)特性主要以啁啾聲形式引入了失真。具有調(diào)制電信號的光信號的外調(diào)制產(chǎn)生啁啾聲大大減少的調(diào)制的光輸出信號，并且外調(diào)制器已經(jīng)優(yōu)選地用于高速應用。特別地，諸如馬赫曾耳(Mach-Zehnder)干涉儀之類的電-光調(diào)制器一般用于高速應用。
多年以來，外調(diào)制器一直由諸如鈮酸鋰之類的電光材料制造。光波導形成在電光材料內(nèi)，在每個波導支路的表面上設置金屬觸點區(qū)。向金屬觸點施加電壓將改變觸點下的波導區(qū)的折射率，從而改變沿該波導的傳播速度。通過施加電壓來制造兩個支路之間的π相移，形成非線性(數(shù)字)的Mach-Zehnder調(diào)制器。特別地，光信號被射入該波導，并且1/0電數(shù)字信號輸入被施加到觸點(如上所述的，使用適當?shù)碾妷弘娖?。然后光輸出被″調(diào)制″以生成光1/0輸出信號。用線性(模擬)的光輸出信號可以得到類似的結(jié)果。
盡管已經(jīng)證明這類的外調(diào)制器非常有用，然而一直以來都希望在硅基平臺上形成各種光學元件、子系統(tǒng)以及系統(tǒng)。還希望把與此類系統(tǒng)(例如電-光調(diào)制器的輸入電數(shù)據(jù)驅(qū)動電路)有關(guān)的各種電子元件與光學元件一起集成在同一個硅基片上。無疑，在這類情況下不會選擇使用基于鈮酸鋰的光學裝置。各種其它常規(guī)的電光裝置是沒有直接與硅平臺兼容的類似的材料(比如III-V化合物)。
然而如在2004年3月8日申請的我們的未決的申請序列號10/795,748中所公開的，能夠在硅基平臺中提供光學調(diào)制的一個重要發(fā)展已經(jīng)做出。

圖1說明在我們的未決申請中公開的硅基調(diào)制器裝置的一個示例的布置。在這種情況下，依據(jù)摻雜(即″類金屬″)的硅層2(通常是多晶硅)的MOSCAP″結(jié)構(gòu)1被放置在硅絕緣體(SOI)晶片4的相對較薄(亞微米)表層3的摻雜部分上，這個薄表層3在本領(lǐng)域常常稱為″硅絕緣體層″。薄介質(zhì)層5位于摻雜的、″類金屬″多晶硅層2和摻雜的SOI層3之間，這樣放置這些層以形成如圖1所示的重疊來定義裝置的活動區(qū)。作為施加到SOI層3(VREF3)和/或多晶硅層2(VREF2)上的電壓的函數(shù)，自由載體將在介質(zhì)層5的兩側(cè)上累加和消耗。自由載體的濃度的調(diào)制導致活動區(qū)中的有效折射率改變，從而引入沿著在活動區(qū)形成的波導傳播的光信號的相位調(diào)制(波導方向垂直于紙面)。
現(xiàn)在，這類硅基電-光調(diào)制器已經(jīng)被優(yōu)化以最小化光損耗。光損耗通過減少沿波導范圍的光信號吸收來控制。因為吸收直接與載體摻雜密度相關(guān)，所以最小的光損耗要求在多晶硅層2和SOI層3中都要最小的摻雜密度。然而，這個光損耗技術(shù)要求直接與高速運行的需求背道而馳。即，提供高速(即開關(guān)速度大于1Gb/s)裝置，則需要相對較高的摻雜密度。因為系統(tǒng)需求即使現(xiàn)在向10Gb/s靠攏，非常需要提高硅基電-光調(diào)制器的開關(guān)速度，而不需要很大的光能來獲得高速運行。

發(fā)明內(nèi)容
先有技術(shù)中剩余的需要由本發(fā)明來解決，涉及硅基電-光調(diào)制器，尤其涉及通過把信道均衡技術(shù)結(jié)合到該調(diào)制器和相關(guān)的電驅(qū)動電路中提供高速(例如大于1Gb/s)調(diào)制器。
根據(jù)本發(fā)明，信道均衡是通過開發(fā)提供光損耗的期望限制的裝置終端的摻雜分布(profile)實現(xiàn)的。對于給定的摻雜分布，有一個相關(guān)的最大開關(guān)速度，在使用簡單驅(qū)動電路時(即，在比如VDD和VSS兩個參考電壓電平之間轉(zhuǎn)換來在光″0″和光″1″之間切換)，調(diào)制器以該開關(guān)速度運行。根據(jù)本發(fā)明，為了提高開關(guān)速度，在″1″和″0″(下降沿轉(zhuǎn)換)以及″0″和″1(上升沿轉(zhuǎn)換)之間轉(zhuǎn)換期間施加預加重電壓，該預加重電壓將加快MOSCAP(或調(diào)制器有效電容)的充電和放電，因此分別減少在狀態(tài)之間的下降和上升時間。應當懂得，這類預加重電路的輸出阻抗應盡可能低并且實際上接近由電壓類型信號驅(qū)動的那些調(diào)制器的電壓電源。因此，在下文中描述的預加重電路和技術(shù)還允許數(shù)據(jù)源的阻抗(通常為50Ω的阻抗)變換為低得多的值(當然小于25Ω并且通常大約為1Ω)，從而接近理想的電壓源。
在本發(fā)明的一個實施例中，在制造期間最佳的預加重電壓電平和脈沖持續(xù)時間可以一個裝置一個裝置地定義，并且存儲在與該調(diào)制器共同設置的微處理器相關(guān)的存儲器(或其它存儲器類型的裝置)中。在這個實施例的進一步發(fā)展中，反饋技術(shù)可以使用參考電壓表和相關(guān)的預加重電壓/持續(xù)時間值(存儲在查找表中)，隨著調(diào)制條件的變化(即溫度、電源電壓變動、使用期限時效等等)，最佳參數(shù)值可以從數(shù)據(jù)庫中選擇以調(diào)整裝置性能。最后，通過增加信道帶寬，使用預加重來擴展信道帶寬減少了模型相關(guān)抖動。特別地，一部分光輸出信號可以分出和分解以確定必要的變化。
本發(fā)明的一個優(yōu)選布局安排利用沿接觸區(qū)中的多晶硅層和SOI層長度的多個分開的接觸點。因為光速在硅中是有限的，所以光信號沿調(diào)制器長度的″飛行時間″可能變成比特周期的一個重要部分。從而，通過沿活動區(qū)范圍的扇形擴大(即分配)電信號輸入，整個波導基本上同時地加能以至于波導的所有部分立即看到電壓的變化。
本發(fā)明的其它以及進一步的優(yōu)點、實施例和特點將參考附圖在以下說明的過程中變得明顯。
附圖簡單說明現(xiàn)在參見附圖，圖1是硅基調(diào)制器裝置的示例性安排；圖2(a)以簡化的方框圖形式說明帶寬有限的非線性信道，圖2(b)說明同一個信道，但是顯示使用本發(fā)明的均衡器/預加重電路改善高速光調(diào)制器的光輸出特性；圖3以簡化的方框圖形式說明線性信道均衡安排，失真受限信道安排(圖3(a))和使用根據(jù)本發(fā)明的均衡器/預加重電路的安排(圖3(b))之間的對比用以線性化該調(diào)制器信道；圖4說明Mach-Zehnder干涉儀調(diào)制器的簡化方框圖，示出該設計的各個累加和消耗支路；圖5包含一組參考電壓和與圖2(a)的帶寬有限信道安排和圖3(a)的失真受限信道安排有關(guān)的驅(qū)動模型；圖6包含根據(jù)本發(fā)明的示例性組的參考電壓和驅(qū)動模型，包括可用于完成增加的開關(guān)速度(大于1Gb/s)的預加重；圖7是簡化形式的根據(jù)本發(fā)明形成的Mach-Zehnder電-光調(diào)制器的示例性的俯視圖，以提供高速(大于1Gb/s)操作；圖8是按照用來定義參考電壓和預加重電壓的電壓電平的圖7的調(diào)制器的優(yōu)選安排；圖9是與圖8安排有關(guān)的參考電壓和驅(qū)動模型的圖；圖10以方框圖形式說明本發(fā)明的示例性的調(diào)制器安排，包括調(diào)制器輸出和均衡器/預加重電路之間的反饋回路；圖11說明反饋安排的另一個實施例，該安排可以與根據(jù)本發(fā)明形成的電-光調(diào)制器一起使用，其中分出的輸出信號由光電二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號；圖12說明示例性的基于吸收的調(diào)制器，它可以使用本發(fā)明的預加重技術(shù)來增加調(diào)制器的開關(guān)速度；圖13是與圖12安排有關(guān)的參考電壓和驅(qū)動模型的圖；圖14包含一個繪圖，說明使用根據(jù)與累加情況有關(guān)的本發(fā)明的均衡器/預加重的電-光調(diào)制器的開關(guān)速度的改善；圖15包含一個曲線圖，說明使用根據(jù)與消耗情況有關(guān)的本發(fā)明的均衡器/預加重的電-光調(diào)制器的開關(guān)速度的改善；和圖16說明在施加和不施加預加重脈沖情況下作為時間函數(shù)的載體濃度性能的變化。
具體實施例方式
圖2以簡化形式說明非線性信道均衡安排，示出使用本發(fā)明的均衡器/預加重電路來改善高速光調(diào)制器的光輸出特性。圖2(a)說明帶寬有限的信道安排，其中來自數(shù)據(jù)源10的電輸入數(shù)據(jù)信號作為電輸入加在硅基調(diào)制器結(jié)構(gòu)12，如圖1中所示的調(diào)制器。應當懂得，本發(fā)明的理論同樣適用于任何類型的電驅(qū)動光調(diào)制器，即通過調(diào)制電輸入信號產(chǎn)生調(diào)制的光輸出信號從而改變光波導的折射率性質(zhì)的調(diào)制器。這類的電-光調(diào)制器包括但不限于基于自由載體的調(diào)制器，特別是硅基電光調(diào)制。
再參見圖2，來自光源14的光輸入作為第二輸入加在調(diào)制器12，如在我們上述的未決申請中所述的，光信號耦合到相對薄的SOI層(比如圖1的SOI層3)，隨后沿波導結(jié)構(gòu)的活動區(qū)傳播。一旦來自源10的電輸入信號的開關(guān)速度超過一定值(例如高于1Gb/s)，硅基調(diào)制器中的自由載體就不能足夠快地充電和放電調(diào)制器以在比特期間完全地改變狀態(tài)。因此在這時，調(diào)制器性能開始退化，并且光輸出信號變得失真，如圖2(a)中的元件16所示。
圖2(b)以簡化形式說明本發(fā)明所建議的解決方案，其中均衡器/預加重電路18放置在電輸入源10和調(diào)制器結(jié)構(gòu)12之間。配置均衡器/預加重電路18用于識別輸入信號中的邏輯電平之間的每個轉(zhuǎn)換，并向在轉(zhuǎn)換時施加的電壓插入一個附加的″引導″。這個預加重電壓脈沖的作用是加速自由載體運動，以使基本上所有的充電和放電都能在比特周期結(jié)束之前完成。因此，如元件20所示的，光輸出信號仍然是清潔的，并且清晰的、清楚地定義光″1″和光″0″之間的轉(zhuǎn)換。因此均衡器/預加重電路18允許調(diào)制器結(jié)構(gòu)12的帶寬擴展而不增加系統(tǒng)的光損耗。實際上，活動區(qū)內(nèi)的摻雜分布可以保持在相對低的水平(例如1×1019厘米-3)并仍然提供大于1Gb/s的光交換。
如上所述，本發(fā)明的信道均衡技術(shù)同樣適用于使用模擬輸入信號(例如調(diào)幅信號)的線性系統(tǒng)。圖3以方框圖形式說明一個簡化的線性信道均衡安排，失真限制信道安排(圖3(a))和使用根據(jù)本發(fā)明的均衡器/預加重電路(圖3(b))來線性化該調(diào)制器信道的安排之間的對比。在這種情況下，調(diào)制器12和光源14是與圖2相關(guān)的裝置相同。線性的電信號源22被說明為給調(diào)制器12加入電輸入。一旦這個電輸入信號的幅度增加高于預定電平，光輸出再不能跟蹤線性輸入信號并且光輸出就開始飽和，導致輸出失真。這個飽和導致在圖3(a)的輸出元件24中所示的″急劇″轉(zhuǎn)變。根據(jù)本發(fā)明，預加重電路26的使用起著推進線性輸入電壓信號(即預加重)末端的作用，從而增加調(diào)制器的線性范圍。如元件28中所示的，從而結(jié)果輸出更加緊密地跟蹤輸入的形狀(和頻率)。有利地，將使用預加重作為線性信道均衡技術(shù)提供光輸出功率的改善，正如圖3(c)中所說明的，其包含作為電輸入功率函數(shù)的光輸出功率的曲線圖，與該安排有關(guān)的虛曲線沒有預加重。如圖所示，對于這個安排來說存在著朝向最大功率的漸變的漸近曲線。相反，包括預加重的本發(fā)明的安排允許光輸出功率的恒定增加從而增加了線性動態(tài)范圍，達到最大值而沒有增益壓縮，避免信號失真。最終在一些功率電平處出現(xiàn)導致失真的消波，但是線性化的裝置不工作在該飽和點或高于該飽和點。實際上，在到達飽和點之前很好地使用預加重得到重要的線性范圍。飽和點只能通過增加操作電源電壓來增加。
圖4說明一個示例性的Mach-Zehnder干涉儀調(diào)制器的簡化方框圖，示出該設計的各個累加和消耗支路。干涉儀的每個支路都包含具有兩個終端的調(diào)相器。終端1由圖1中描述的硅(常常是多晶硅)層2、累加支路中和消耗支路的n型摻雜區(qū)50和60構(gòu)成。終端2由圖1中也示出的SOI層3、累加支路中和消耗支路的p型摻雜區(qū)56和62構(gòu)成。
圖5包含一組參考電壓和與圖2(a)的帶寬有限信道安排及圖3(a)的失真限制信道安排有關(guān)的驅(qū)動模型。被發(fā)射的示例性的光數(shù)據(jù)被說明為沿著圖5中的頂部軌跡。提供這個數(shù)據(jù)模型為調(diào)制器12的輸入的一個安排是讓電數(shù)據(jù)源10的輸出保持一個終端在預定義的參考電勢(在這種情況下″終端2″被保持在VDD)，如軌跡B所示。然后剩余的終端(″終端1″)移動到第二參考電勢(REF1A/REF1D)以定義光″1″和″0″，如軌跡C所示。參見圖5，當圖4調(diào)制器的累加和消耗支路的終端1都保持在這個預定義參考電壓(即REF1A_REF1D)時，光″1″的狀態(tài)被定義。對于光″0″，消耗支路終端1切換到較高電壓(REF0D)，其可以高達VDD(而不一定必須等于VDD)，而累加支路終端1切換到較低電壓(REF0A)，其可以低到VSS(而不一定必須等于VSS)。如果該安排軌對軌地(即在VDD和VSS之間)被驅(qū)動，則存在一個自然的阻容時間常數(shù)，則限制調(diào)制器的開關(guān)速度。
正如圖2(b)和3(b)所說明的，通過在光″0″和光″1″之間(反之亦然)的每個轉(zhuǎn)換時加上電信號預加重，可以分別克服帶寬限制和失真限制信道的限制，其中預加重將加快載體運動并提高開關(guān)速度。圖6包含根據(jù)本發(fā)明有預加重的一個示例性組的參考電壓和驅(qū)動模型，可用于實現(xiàn)提高開關(guān)速度(大于1Gb/s)。如圖5所示的先有技術(shù)的驅(qū)動模型組，在預加重情況中的″終端2″可以保持在預定的參考電勢(例如VDD)，并且施加到″終端1″的電壓被改變?yōu)閿?shù)據(jù)模型的函數(shù)以將這個數(shù)據(jù)模型疊加在傳播光信號上。也類似于與圖5驅(qū)動模型有關(guān)的安排，當圖4的調(diào)制器的累加和消耗支路的終端1都基本上保持在相同的預定義參考電壓(即REF1A≈REF1D)時，光″1″的狀態(tài)被定義用于本發(fā)明的安排。
如圖6所示，在從光″1″到光″0″的第一次轉(zhuǎn)換(后沿轉(zhuǎn)換)期間，施加到消耗支路的終端1的電壓包括一個起始脈沖，它將過沖與光″0″的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)的電壓電平(REF0D)，起始脈沖具有足以加快消耗支路裝置信道輸出的自由載體運動的幅度MD10和持續(xù)時間tD10。這個陰影脈沖區(qū)被說明為圖6中的″D10″，其中在從光″1″到光″0″的每次轉(zhuǎn)換，相同的脈沖D10施加到消耗支路。以類似的方式，施加到累加支路的終端1的電壓包括一個起始脈沖，其過沖與光″0″的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)的電壓電平(REF0A)，其中脈沖幅度MA10和持續(xù)時間ta10被選擇來加快累加支路裝置信道中的自由載體的累加。這個陰影脈沖區(qū)被說明為圖6中的″A10″，其中在從光″1″到光″0″的每次(下降沿)轉(zhuǎn)換，相同的脈沖A10將被施加到累加支路。
以類似的方式，預加重也可以在從光″0″到光″1″的轉(zhuǎn)換期間使用，再次提高自由載體的運動并實現(xiàn)較高的開關(guān)速度。參見圖6，在從光″0″到光″1″的轉(zhuǎn)換期間，表示為D01的過沖脈沖被加到需要把累加支路從REF0D切換到REF1D的電壓變化，其中脈沖D01被說明為包括預定的幅度MD01和持續(xù)時間tD01。與累加支路有關(guān)的預加重被說明為脈沖A01，具有幅度MA01和持續(xù)時間Ta01。應當注意，用于累加和消耗支路的″1″到″0″的轉(zhuǎn)換和″0″到″1″的轉(zhuǎn)換的不同脈沖幅度和持續(xù)時間可能是不同的，因為在每個狀態(tài)中的自由載體的運動可能是不同的并且可能在較長/較短的持續(xù)時間中需要較高/較低幅度的脈沖。本發(fā)明的一方面是對于每種情況分別地定制這些變量的每個變量，從而最優(yōu)化自由載體的運動并實現(xiàn)光調(diào)制器的高速運行。此外，只希望″上升沿″預加重或許只希望″下降沿″預加重的情況也是存在的。所有這些情況都被認為落入本發(fā)明的范圍。
圖7是一個簡化形式的根據(jù)本發(fā)明形成的、以提供高速(大于1Gb/s)運行的一個示例性的Mach-Zehnder電-光調(diào)制器30的俯視圖。光信號Iin被說明沿著輸入波導32傳播并進入分光器34。傳播在此處，如在我們上述的未決申請中所述的并參考圖1，其中輸入波導32和分光器34可以形成在SOI晶片的SOI層內(nèi)(比如圖1的SOI層3)。分光器34可以把信號中存在的光能簡單地分成兩半，以使得平衡的50/50拆分的信號Iin提供給調(diào)制器30的每個支路。然而也可以使用任何其它的拆分，或者期望，根據(jù)累加和消耗支路的參數(shù)(參數(shù)比如摻雜濃度、每個有效面積的長度、形成終端1和終端2使用的材料等等)。如圖7所示，來自分光器34、表示為IinA的第一輸出此后作為累加支路36的光輸入信號，其中光信號IinA沿光波導38傳播，光波導38沿著累加支路36的范圍形成。來自分光器34、表示為IinD的第二輸出此后作為消耗支路40的光輸入信號，其中光信號IinD沿光波導42傳播，光波導42沿著消耗支路40的范圍形成。應當指出，分光器34內(nèi)不可避免地將出現(xiàn)一些損失，這個損失由圖7中的信號Iloss表示。在它們各自的活動波導區(qū)域內(nèi)調(diào)制之后，調(diào)制的光信號IoutA和IoutD將在光組合器44內(nèi)組合，然后作為調(diào)制信號Iout沿著輸出波導46傳播。
在我們上述的未決申請中詳細敘述的，發(fā)生調(diào)制的活動波導區(qū)域由SOI層(比如圖1的SOI層3)和覆蓋硅層(例如，圖1的多晶層)的重疊部分形成，它們之間放置一個相對較薄的介質(zhì)層(層5)。介質(zhì)層在圖7的調(diào)制器30俯視圖中不明顯，但是在圖1的裝置側(cè)視圖中是可見的。參見累加支路36，表示為區(qū)50的″終端1″材料包括圖1的一部分已經(jīng)摻雜(例如″n″型摻雜)的硅(一般為多晶硅)層2，其中摻雜分布可以根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地控制以在活動波導區(qū)域52內(nèi)形成稍微摻雜的部分，以及沿終端1電觸點區(qū)域54的更大摻雜的部分。如圖所示，可以包括圖1的SOI層3的″終端2″材料形成在終端1的摻雜區(qū)50的下面。形成終端2的SOI區(qū)56(相對于終端1區(qū)相對地摻雜)以重疊活動波導區(qū)域52中的區(qū)50，然后在相反方向上擴展以形成它的接觸區(qū)58。如前所述，區(qū)56的摻雜密度在活動波導區(qū)域52中維持在一個較低的級別上以最小化光損耗(雖然允許接觸區(qū)58中的摻雜密度較高)。
在一個優(yōu)選安排中，多晶硅區(qū)50和60包括輸入和輸出漸縮區(qū)以給進入和退出活動波導區(qū)域52和64的光信號提供梯度折射率變化，從而在相關(guān)活動波導區(qū)域的輸入和輸出最小化光反射。參見圖7，多晶硅區(qū)50被表示為包括輸入錐體66和輸出錐體68，而多晶硅區(qū)60被表示為包括輸入錐體70和輸出錐體72。輸入錐體66和70起著逐漸增加波導層的有效折射率的作用，其中與簡單地在SOI層上放置一個多晶硅層和引入折射率突變來傳播光信號相比，漸變的錐體引入較少的反射。以類似的方式，輸出錐體68和72將逐漸減少有效折射率。這類錐體多晶硅層的使用的詳細說明可以在2004年4月5日申請的我們同未決的申請序列號10/818,415中找到。
依據(jù)施加電調(diào)制信號并參考圖6和7，在這個特定例子中，分別定義為累加支路36和消耗支路40的″終端2″輸入的SOI區(qū)56和62被耦合到參考電壓(比如在這個實施例中的VDD)。一組四個不同的輸入信號表示為耦合(在這個實施例中)到累加支路36和消耗支路40的″終端1″連接。這些信號對應于上述結(jié)合圖6討論的那些信號，也就是光″0″到″1″轉(zhuǎn)換的″預加重″脈沖、光″1″的參考電平、光″0″的參考電平和光″1″到″0″轉(zhuǎn)換的預加重脈沖。根據(jù)該特定的數(shù)據(jù)模型，控制這些不同的輸入以在每個轉(zhuǎn)換都施加恰當?shù)念A加重信號，后面是特定邏輯電平的剩余持續(xù)時間的恰當?shù)膮⒖茧娖健?br> 圖8是按照用來定義參考電壓和預加重電壓的電壓電平的圖7調(diào)制器30的一個優(yōu)選實施例。圖9是與圖8的安排有關(guān)的參考電壓和驅(qū)動模型的圖。如圖所示，″終端2″被固定在VDD的參考電壓電勢(CMOS應用的常規(guī)漏電壓)。對于光″0″到″1″轉(zhuǎn)換，用于向累加支路36的終端1施加預加重脈沖的最大電壓電平也定義為VDD。類似地，VDD電壓電平用來定義消耗支路40上″1″到″0″轉(zhuǎn)換的預加重脈沖的最高電平。也如圖9中所示，常規(guī)的參考電壓電平VSS用來定義累加支路36上″1″到″0″轉(zhuǎn)換和消耗支路40上″0″到″1″轉(zhuǎn)換的預加重脈沖的最大值。穩(wěn)態(tài)的光″1″的參考電壓電平定義為VDD和VSS之間的中點，消耗支路40上的邏輯″0″(REF0D)的參考電壓大于這個中點值，但是小于VDD，而累加支路36上邏輯″0″的參考電壓(REF0A)小于這個中點值，但是大于VSS。
在硅中光的速度大約是0.833×108米/秒。因為本發(fā)明的一個示例性的調(diào)制器的長度大約為1mm(典型值)，所以光信號從調(diào)制器的輸入到輸出的傳播時間大約是12psec。對于特別適合本發(fā)明的相對高速的應用，12psec可能變成比特周期的重要部分，從而導致誤碼率的增加。因此，與本發(fā)明的改進的實施例相關(guān)，區(qū)50和60的電觸點被放置在沿調(diào)制器活動波導區(qū)域長度的″扇形展開″配置中。圖7說明沿區(qū)50的長度放置的多個第一觸點54和沿區(qū)60的長度放置的多個第二觸點82。如果給″終端2″和″終端1″區(qū)制作觸點，則一系列觸點可以在如圖7所示的每個區(qū)上形成。每個觸點或小群的觸點可以由分開的金屬線(未示出)和晶體管(也未示出)加能，它們在相同時間沿著全長形成開和關(guān)該裝置的平行分布網(wǎng)絡，而在該裝置的一端和另一端之間沒有傳播延遲差。然而應當懂得，有一些解決方案希望在輸入和輸出之間給予一個時間延遲(例如，將負的啁啾聲引入信號)，所以在那些情況下需要相對少的觸點、或者只需要一個觸點。
如上所述，依據(jù)確定恰當?shù)膮⒖茧妷弘娖胶鸵罁?jù)確定預加重脈沖的幅度、極性和持續(xù)時間，存在著可以影響電-光調(diào)制器性能的制造和環(huán)境差異。制造的偏差(比如摻雜密度差異)可以在制造過程結(jié)束的時候來研究以確定最佳電壓電平和持續(xù)時間，這些信息存儲在與調(diào)制器共同設置的存儲元件(比如非易失性存儲器查找表)中(存儲元件是在芯片內(nèi)或芯片外的)。更重要地，按照需要，反饋安排可用于連續(xù)地監(jiān)視調(diào)制器的光輸出并調(diào)整一個或多個控制信號以保持最佳輸出信號。反饋安排還可以提供查找表常數(shù)的自適應的實時更新。
圖10以方框圖形式說明本發(fā)明的一個示例性的調(diào)制器安排，包括調(diào)制器輸出和均衡器/預加重電路18之間的一個反饋回路。如圖所示，一部分調(diào)制的輸出信號(優(yōu)選地是相對小的部分)從輸出中被分出并作為光電二極管90的輸入，光電二極管90把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。在這個特定的實施例中，光電二極管90的模擬電輸出則經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器91形成數(shù)字反饋信號。然后該數(shù)字反饋信號作為輸入加到微控制器92。然后使用數(shù)字信號處理技術(shù)分析這個數(shù)字反饋信號的特性并與預定義的″控制″值(可能已經(jīng)存儲在查找表94中)比較以評定調(diào)制器的性能。實際上，隨著可能發(fā)生的不同環(huán)境的變化(溫度偏離、電源電壓變動等等)，可能需要改變施加給預加重電路18的一個或多個參考值(包括預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間)。因此，與不同的工作條件有關(guān)的一組不同的參考電壓值也可以存儲在查找表94中并作為調(diào)整輸入發(fā)送到預加重電路18。包括系統(tǒng)接口96并且可用來與外部控制系統(tǒng)(未示出)接口以便向集中記錄保持設備發(fā)送有關(guān)電路調(diào)整的信息和/或從集中控制源接收更新信息(或許包括數(shù)字控制電路92中使用的算法的改變)。
圖11說明反饋安排的另一個實施例，可以與根據(jù)本發(fā)明形成的電-光調(diào)制器一起使用。在這種情況下，分出的輸出信號又被光電二極管90轉(zhuǎn)換成模擬電信號。在這個安排中，電信號作為輸入加在模擬反饋電路98，模擬反饋電路98對輸出信號執(zhí)行一個或多個分析，提供經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器99的多個輸出，然后作為輸入加在數(shù)字邏輯元件100。因此模擬反饋電路98和數(shù)字邏輯元件100的組合用來控制不同的均衡器/預加重參數(shù)。這些參數(shù)例如包括預加重幅度、持續(xù)時間和極性；參考電壓幅度和累加和/或消耗信號幅度。如圖11中所示的，一個特定實施向被控制的每個參數(shù)分配一個不同的低頻″抖動″信號(f1、f1、…)。8然后模擬反饋電路9用來分開這些選定的控制頻率的每個控制頻率，在將它們作為輸入加到數(shù)字邏輯元件100之前生成一組控制″簽名″信號。模擬反饋電路98還用適當?shù)难h(huán)時間常數(shù)調(diào)節(jié)每個控制信道以消除不穩(wěn)定性。在經(jīng)由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器99數(shù)字化之后，提供該控制信號作為數(shù)字邏輯元件100內(nèi)數(shù)字邏輯門系統(tǒng)的輸入，該門被安排用于最大化(或最小化)特定的控制信號。然后邏輯門的輸出使用預定的算法(可能是固定的或自適應的)恰當?shù)匦薷木馄鲄?shù)。數(shù)字邏輯元件100的輸出也可以作為輸入經(jīng)系統(tǒng)接口102加在外部控制系統(tǒng)(未示出)，用于錯誤報告和/或新的、更新算法的安裝。然后提供給數(shù)字邏輯元件100的值用來確定預加重電路18所用的電壓電平和/或脈沖持續(xù)時間的變化。
應當懂得，本發(fā)明的預加重技術(shù)可應用于任何類型的硅基電-光調(diào)制器。按照Mach-Zehnder干涉儀，該技術(shù)可以與對稱的干涉儀(即沿每個支路的輸入光信號的50∶50拆分)一起使用以及用作不對稱的干涉儀(不等分)。盡管上述的特定安排把一個終端(在這種情況下是″終端2″)保持在恒定參考值，同時改變剩余終端的參考值，然而也可能向每個終端施加不同的電壓電平和偏移以產(chǎn)生相同的預加重脈沖，以及光″1″和光″0″輸出值。實際上，本發(fā)明的安排同樣適用于與如具有非線的數(shù)字裝置一樣的線性調(diào)制器一起使用。關(guān)于預加重技術(shù)與其它類型調(diào)制器一起使用，圖12說明一個示例性的基于吸收的調(diào)制器，其可以使用本發(fā)明的預加重技術(shù)來提高調(diào)制器的開關(guān)速度。
電吸收調(diào)制器可以用MOSCAP裝置驅(qū)動來形成，最大化自由載體吸收。吸收可以通過調(diào)制電壓來控制，從而在正確狀況下，″0″(或低)調(diào)制信號使得來自光源的光信號被調(diào)制器部分地吸收(累加狀態(tài))，而″1″(或高)調(diào)制信號使得調(diào)制器允許信號實質(zhì)上未吸收地通過(消耗狀態(tài))。因此，隨著電數(shù)據(jù)信號輸入的變化，DC光輸入信號實質(zhì)上被吸收或不被吸收，產(chǎn)生調(diào)制光輸出信號。圖12(a)說明在累加狀態(tài)的本發(fā)明的示例性電吸收調(diào)制器110。電吸收調(diào)制器110包括輸入波導120，類似于上述的調(diào)制器，輸入波導120包括SOI結(jié)構(gòu)的相對薄的SOI層的選定部分。DC光輸入信號Iin作為輸入加在波導12055555。在這種情況下，通過摻雜硅(一般是多晶硅)層124(定義為″終端1″材料)的部分與摻雜SOI材料126(定義為″終端2″材料)的部分的重疊形成活動波導區(qū)域122。在這個實施例中，薄介質(zhì)層放置在這些層之間(在圖12的俯視圖中看不見)。
為了獲得這個特定結(jié)構(gòu)中的光″0″輸出，終端2被保持在預定的參考值(例如VDD)，而終端1的電觸點設置為與累加狀態(tài)有關(guān)的值，累加狀態(tài)將吸收足夠量的光信號。從而，圖12(a)的光輸出表示為Iout0。圖12(b)說明消耗狀態(tài)中的電吸收調(diào)制器110，施加允許光信號沿著活動波導區(qū)域122基本上未改變傳播有關(guān)的電壓，從而輸出代表光″1″并表示為Iout1。圖13是與圖12的安排有關(guān)的參考電壓和驅(qū)動模型的圖，根據(jù)本發(fā)明，在光″1″和光″0″之間的轉(zhuǎn)換期間(即下降沿轉(zhuǎn)換)，與保持光″1″狀態(tài)有關(guān)的相對高的電壓降至VSS軌，以一個持續(xù)預定時間周期tA10的脈沖形式(脈沖A10)。在這個脈沖的末尾，施加到部分124的″終端1″材料的參考電壓(REF0)則維持在與光″0″值有關(guān)的相對低的參考電壓，這個電壓稍微大于VSS。以類似的方式，在光″0″和光″1″之間轉(zhuǎn)換期間(前沿轉(zhuǎn)換)，在回到與保持光″1″值有關(guān)的電壓電平(REF1)之前，對于持續(xù)時間tD01的脈沖(脈沖DO1)，該電壓將增加到VDD軌。從而，如電光干涉儀的情況，通過在邏輯電平之間的初始轉(zhuǎn)換期間加快自由載體的運動，根據(jù)本發(fā)明，電吸收調(diào)制器也可以提供提高的開關(guān)速度。
與馬赫曾耳干涉儀相關(guān)的上述各種其它的調(diào)制器改進技術(shù)同樣地適用于與電吸收調(diào)制器一起使用。例如，可以控制區(qū)124和126內(nèi)的摻雜分布，從而在活動波導區(qū)域122中提供相對小的摻雜(優(yōu)選地最小化光損耗)和在接觸區(qū)中提供相對大的摻雜(優(yōu)選地最大化開關(guān)速度)。此外，在活動波導區(qū)域122的輸入和輸出的光反射可以通過在多晶硅區(qū)域124的拓撲中包括錐體來最小化，通過光信號傳播通過活動波導區(qū)域，該錐體引入看見的有效折射率的漸變。而且，轉(zhuǎn)換時間不齊的問題可以使用沿著終端1觸點(區(qū)124)和終端2(區(qū)126)形成的多個接觸區(qū)來解決。
圖14和15包含表示使用根據(jù)本發(fā)明的均衡/預加重的電-光調(diào)制器的開關(guān)速度改進的曲線圖。圖14中表示的值是與累加情況有關(guān)的模擬值，而在圖15中表示的值是與消耗情況有關(guān)的模擬值。實際上，這些值可以與圖6中所示的理想情況比較。對于圖14中所示的非線性累加情況，施加到″終端2″(調(diào)制器結(jié)構(gòu)的SOI層)的電壓是恒定的，如曲線A所示，在這個例子中為值1.7V。對于沒有預加重的安排，施加到多晶硅″終端1″的調(diào)制電壓表示為曲線B，在0.65v的光″1″值和0.35V的光″1″之間切換。曲線C表示相同的調(diào)制電壓，根據(jù)本發(fā)明的教導，在這種情況下包括預加重。在這種情況下，選擇預加重脈沖具有這樣的幅度，以至于脈沖在回到穩(wěn)態(tài)光″1″值0.35V之前到達VSS。如圖所示，加上預加重導致增加的終端1充電電流，具有由較大dv/dt所引起的較短的衰變時間(表示為曲線D)。在除去脈沖預加重之后，終端1充電電流歸零，指示在比特間隔內(nèi)達到所希望的光狀態(tài)。對于這個例子，″1″到″0″和″0″到″1″的預加重電壓幅度和持續(xù)時間是相等的。這不是必需的情況。
圖15包含非線性消耗情況的類似結(jié)果，其中又施加到SOI層的(前一圖形中的終端″2″)電壓保持在值1.7V(即如上面討論的，與用于累加支路使用的基本上相同的值)。標記為曲線B的、施加到終端″1″的切換電壓表示為從值0.7V升高到1.3V。應當注意，要求幅度大約為累加情況有關(guān)的幅度的兩倍的電壓來產(chǎn)生相同的自由載體變化，從而在圖4中所示的調(diào)制器的每個支路中實現(xiàn)大約π/2弧度的相移。曲線C表示施加到終端″1″的改變電壓，包括根據(jù)本發(fā)明建議的預加重脈沖。如圖15中所示的脈沖具有一個幅度，在消耗情況下施加到終端1的光″1″電壓基本上等于在圖14中所示的累加情況下施加到終端1的光″1″電壓。這不是必需的情況。對于這個例子，″1″到″0″和″0″到1″的預加重電壓幅度和持續(xù)時間是不等的，表示更一般的情況。如曲線D所示的，結(jié)果電流曲線圖類似于圖14的電流曲線圖，表示依據(jù)具有微乎其微過沖的急劇上升和下降時間的改進，可以使用根據(jù)本發(fā)明的預加重來取得的速度改進的所有指示。
使用根據(jù)本發(fā)明的預加重的結(jié)果的開關(guān)速度的重要改進通過圖16的曲線圖也是很明顯的，表示作為時間函數(shù)的載體濃度的變化。不使用預加重，很明顯，上升沿和下降沿都存在顯著的時間延遲，不能獲得完全的光″1″或″光″0″自由載體濃度。相反，對于使用根據(jù)本發(fā)明的預加重的安排，上升沿和下降沿上的延遲大大地減少，在比特周期的重要部分中達到并保持光″1″和光″0″電平。
對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會產(chǎn)生本發(fā)明的其它實施例，本發(fā)明范圍將由所附的權(quán)利要求書的條款和認可的等效物來定義。例如，通過適當顛倒所施加電壓的極性，SOI層的p型摻雜和覆蓋硅層的n型摻雜可以互換。另外，還可能存在這種情況，即只在數(shù)據(jù)模型的上升沿或下降沿(非線性情況)上需要預加重。而且如上所述，本發(fā)明的技術(shù)同樣可適用于使用線性(例如AM)輸入數(shù)據(jù)信號的系統(tǒng)?？傊?，因此認為本發(fā)明的范圍僅僅由所附的權(quán)利要求書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生由輸入數(shù)據(jù)模型調(diào)制的高速光輸出信號的裝置，該裝置包括一個電-光調(diào)制器，它響應光輸入信號和調(diào)制電輸入信號，用于生成調(diào)制的光輸出信號；和放置在電-光調(diào)制器的電輸入的均衡器/預加重模塊，該均衡器/預加重模塊用于在輸入數(shù)據(jù)模型的第一數(shù)據(jù)值和第二數(shù)據(jù)值之間的每個轉(zhuǎn)換處把預定幅度的預加重脈沖和預定的持續(xù)時間插入到該調(diào)制的電輸入信號，該插入的預加重脈沖用于擴展電-光調(diào)制器的帶寬而不增加它的光損耗。
2.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該電-光調(diào)制器的輸出是線性模擬信號。
3.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該電-光調(diào)制器的輸出是非線性數(shù)字信號。
4.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該均衡器/預加重模塊包括多個開關(guān)，用于把預加重脈沖信號切換入和切換出電調(diào)制信號，該多個開關(guān)通過在第一和第二數(shù)據(jù)值之間的轉(zhuǎn)換得到控制。
5.如權(quán)利要求4定義的裝置，其中該多個開關(guān)包括多個半導體裝置。
6.如權(quán)利要求5定義的裝置，其中該多個開關(guān)包括多個MOS通過晶體管。
7.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的幅度以便提供期望的擴展的調(diào)制器帶寬。
8.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的持續(xù)時間以便提供期望的擴展的調(diào)制器帶寬。
9.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的幅度以及持續(xù)時間以便提供期望的擴展的調(diào)制器帶寬。
10.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該調(diào)制電輸入信號是調(diào)制電流信號。
11.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該調(diào)制電輸入信號是調(diào)制電壓信號。
12.如權(quán)利要求11定義的裝置，其中該調(diào)制電壓信號是低壓信號，具有沿著該電-光調(diào)制器的范圍在多個分開的接觸位置施加的調(diào)制電壓信號來提高調(diào)制器的開關(guān)速度。
13.如權(quán)利要求12定義的裝置，其中分開的接觸位置的數(shù)目至少部分地由被引入到已調(diào)制的光輸出信號中的預定的啁啾聲量所確定。
14.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該均衡器/預加重模塊的功能是在第二數(shù)據(jù)值和第一數(shù)據(jù)值之間的每個轉(zhuǎn)換把預定幅度和預定持續(xù)時間的第二預加重脈沖插入到調(diào)制電輸入信號中，第二預加重脈沖具有與第一預加重脈沖相反的極性，引入的第二預加重脈沖用于進一步擴展電-光調(diào)制器的帶寬而不增加它的光損耗。
15.如權(quán)利要求14定義的裝置，其中選擇第二預加重脈沖的幅度以便提供期望的擴展的帶寬。
16.如權(quán)利要求14定義的裝置，其中選擇第二預加重脈沖的持續(xù)時間以便提供期望的擴展的帶寬。
17.如權(quán)利要求14定義的裝置，其中選擇第二預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間以便提供期望的擴展的帶寬。
18.如權(quán)利要求14定義的裝置，其中該裝置還包括一個控制模塊，它響應調(diào)制的光輸出信號的一部分，用于測量調(diào)制的光輸出信號并確定來自如下組中的至少一個操作參數(shù)的最佳值第一預加重脈沖持續(xù)時間、第二預加重脈沖持續(xù)時間、第一預加重脈沖幅度和第二預加重脈沖幅度。
19.如權(quán)利要求18定義的裝置，其中該控制模塊提供確定的最佳值給均衡器/預加重裝置以便在制造過程完成時設置插入的第一和第二預加重脈沖的工作特性。
20.如權(quán)利要求18定義的裝置，其中該控制模塊包括一個反饋元件，它連續(xù)地測量調(diào)制的光輸出信號的一部分并與改變操作條件結(jié)合來更新第一和第二預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間值。
21.如權(quán)利要求20定義的裝置，其中該控制模塊還包括一個查找表，該查找表包括與改變操作條件相關(guān)的預加重脈沖幅度和持續(xù)時間值的列表。
22.如權(quán)利要求21定義的裝置，其中相對于存儲在該查找表中的預加重脈沖幅度和持續(xù)時間值的實時更新，該控制模塊是自適應的。
23.如權(quán)利要求21定義的裝置，其中該控制模塊包括一個接口來接受來自外部源對于查找表數(shù)值的更新。
24.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該電-光調(diào)制器包括一個基于自由載體的調(diào)制器，它利用載體密度的變化來生成調(diào)制光輸出信號。
25.如權(quán)利要求24定義的裝置，其中該基于自由載體的調(diào)制器包括具有第一傳導性類型的自由載體摻雜物的第一元件，和具有第二相反傳導性類型的自由載體摻雜物的第二元件，放置第一和第二元件使得形成一個波導并支持光信號從電-光調(diào)制器輸入傳播到電-光調(diào)制器輸出，其中該調(diào)制電輸入信號加在電-光調(diào)制器產(chǎn)生自由載體運動，以便調(diào)制第一和第二元件中的自由載體密度并在波導的折射指數(shù)中引入調(diào)制，從而生成調(diào)制的光輸出信號，該插入的預加重脈沖加速在第一數(shù)據(jù)值和第二數(shù)據(jù)值之間的轉(zhuǎn)換的自由載體運動。
26.如權(quán)利要求25定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的幅度使相對低的摻雜物濃度能夠?qū)㈩A定的調(diào)制器開關(guān)速度的光損耗減到最少。
27.如權(quán)利要求25定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的持續(xù)時間使相對低的摻雜物濃度能夠?qū)㈩A定的調(diào)制器開關(guān)速度的光損耗減到最少。
28.如權(quán)利要求25定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間使相對低的摻雜物濃度能夠?qū)㈩A定的調(diào)制器開關(guān)速度的光損耗減到最少。
29.如權(quán)利要求28定義的裝置，其中對于至少1Gb/s的調(diào)制器開關(guān)速度，摻雜物濃度不大于1×1019cm-3。
30.如權(quán)利要求25定義的裝置，其中第一元件包括一個相對薄的單晶硅層，而第二元件包括一個硅層，該硅層放置到該相對薄的單晶硅層的一部分，具有分開第一和第二元件的相對薄的介質(zhì)層。
31.如權(quán)利要求30定義的裝置，其中第一和第二元件形成在硅絕緣體(SOI)平臺內(nèi)。
32.如權(quán)利要求25定義的裝置，其中該電-光調(diào)制器是一個相位調(diào)制器，其中與預加重脈沖有關(guān)的自由載體密度的變化把預定的相位變化引入通過那里傳播的光信號中。
33.如權(quán)利要求32定義的裝置，其中該相位調(diào)制器是消耗模式的相位調(diào)制器。
34.如權(quán)利要求32定義的裝置，其中該相位調(diào)制器是累加模式的相位調(diào)制器。
35.如權(quán)利要求32定義的裝置，其中該相位調(diào)制器包括以相同模式工作的第一相位元件和第二相位元件。
36.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該電-光調(diào)制器是一個干涉儀，包括一個分光器，它放置在該調(diào)制器輸入，把光輸入信號劃分成為第一支路和第二支路；第一調(diào)制元件，它沿著第一支路放置，第一調(diào)制元件具有第一傳導性類型的第一區(qū)域和第二傳導性類型的第二區(qū)域；第二調(diào)制元件，它沿著第二支路放置，第二調(diào)制元件具有第一傳導性類型的第一區(qū)域和第二傳導性類型的第二區(qū)域；和一個光組合器，它放置在調(diào)制器輸出，用于組合來自第一和第二支路的調(diào)制的光輸出信號，其中該調(diào)制電輸入信號施加到第一和第二調(diào)制元件中的至少一個調(diào)制元件以便產(chǎn)生調(diào)制的光輸出信號。
37.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中該干涉儀是平衡的，以使該分光器提供基本相等量的光輸入信號給第一支路和第二支路。
38.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中該干涉儀是不平衡的，其中該分光器提供不等的光輸入信號給第一和第二支路。
39.如權(quán)利要求38定義的裝置，其中不平衡的拆分是固定的。
40.如權(quán)利要求38定義的裝置，其中不平衡的拆分是可調(diào)的。
41.如權(quán)利要求40定義的裝置，其中該分光器的分光比在制造期間是可調(diào)的，以便獲得期望的分光比。
42.如權(quán)利要求40定義的裝置，其中該分光器的分光比是動態(tài)的和連續(xù)可調(diào)的。
43.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中第一調(diào)制元件以累加模式工作，而第二調(diào)制元件以消耗模式工作。
44.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中第一和第二調(diào)制元件都以累加模式工作，其中一個調(diào)制元件比另外一個調(diào)制元件更累加。
45.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中第一和第二調(diào)制元件都以消耗模式工作，其中一個調(diào)制元件比另外一個調(diào)制元件更消耗。
46.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中對于邏輯″1″數(shù)值，兩個元件都是完全消耗。
47.如權(quán)利要求36定義的裝置，其中與輸入數(shù)據(jù)模型相關(guān)的調(diào)制電輸入信號包括代表第一調(diào)制元件的邏輯″0″值的第一參考電壓(REF0A)、代表第二調(diào)制元件的邏輯″0″值的第二參考電壓(REF0D)、代表第一調(diào)制元件的邏輯″1″值的第三參考電壓(REF1A)以及代表第二調(diào)制元件的邏輯″1″值的第四參考電壓(REF1D)，其中未調(diào)制的可能電壓(REF)施加到每個調(diào)制元件的一個區(qū)域。
48.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中選擇第一和第二參考電壓電平以使調(diào)制的光輸出信號最小化。
49.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中選擇第三和第四參考電壓電平以使調(diào)制的光輸出信號最大化。
50.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中當?shù)谝恢返拈L度基本上等于第二支路并且第一支路中的摻雜濃度基本上等于第二支路中的摻雜濃度時，第三參考電壓基本上等于第四參考電壓。
51.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中第三參考電壓不等于第四參考電壓。
52.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中第三參考電壓和第一參考電壓之間的差值基本上等于第四參考電壓和第二參考電壓之間的差值，以便取得在第一和第二支路中基本上相等的自由載體變化。
53.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中選擇第三參考電壓和第一參考電壓之間的差值以及第四參考電壓和第二參考電壓之間的差值，以便取得沿著第一支路基本上π/2相移以及沿著第二支路基本上π/2相移。
54.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中該調(diào)制電輸入信號只加到第一支路并且選擇第三和第一參考電壓之間的差值以便取得基本上等于調(diào)制的第一支路和未調(diào)制的第二支路之間π的相移。
55.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中該調(diào)制電輸入信號只加到第二支路并且選擇第四和第二參考電壓之間的差值，以便取得基本上等于調(diào)制的第二支路與未調(diào)制的第一支路之間π的相移。
56.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中選擇第三參考電壓和第一參考電壓之間的差值以及第四參考電壓和第二參考電壓之間的差值，以便取得沿著第一支路的第一隨機相移以及沿著第二支路的第二隨機相移。
57.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中選擇第三參考電壓和第一參考電壓之間的差值以及第四參考電壓和第二參考電壓之間的差值，以便取得沿著第一支路的π相移的第一部分以及沿著第二支路的π相移的第二部分，因此引入總數(shù)為n的相移。
58.如權(quán)利要求47定義的裝置，其中該裝置還包括一個反饋模塊，響應調(diào)制的光輸出信號，調(diào)節(jié)由以下組成的組中選擇的至少一個調(diào)制器參數(shù)以便優(yōu)化作為時間函數(shù)的調(diào)制器性能第一、第二、第三和第四參考電壓，未調(diào)制的可能電壓，預加重脈沖幅度和預加重脈沖持續(xù)時間。
59.如權(quán)利要求58定義的裝置，其中分開的低頻控制信號加到每個選擇的調(diào)制器參數(shù)上，和該反饋模塊還包括一個模擬反饋元件，通過濾波存在于調(diào)制的光輸出信號中的每個低頻控制信號分量來分開，然后該反饋模塊能夠分析恢復的低頻信號以便確定對與一定的低頻信號相關(guān)的特定調(diào)制器參數(shù)進行調(diào)節(jié)。
60.如權(quán)利要求58定義的裝置，其中該反饋模塊還包括一個光電檢測器，用于捕獲一部分調(diào)制光輸出信號并且把捕獲的部分轉(zhuǎn)換成為模擬電反饋信號；一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于把該模擬電反饋信號轉(zhuǎn)換成為多個數(shù)字反饋信號；和一個數(shù)字邏輯單元，它耦合到該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出，然后多個數(shù)字反饋信號由該數(shù)字邏輯單元使用數(shù)字信號處理技術(shù)進行分析。
61.如權(quán)利要求60定義的裝置，其中該數(shù)字信號處理技術(shù)包括對于每個選定參數(shù)的一個或多個循環(huán)方程式的快速收斂算法。
62.如權(quán)利要求58定義的裝置，其中該反饋模塊還包括一個接口，用于與外部源通信以便更新該數(shù)字邏輯單元的過程。
63.如權(quán)利要求62定義的裝置，其中該反饋模塊通過該接口發(fā)送并且接收更新信息到在外部源的報告設備。
64.如權(quán)利要求58定義的裝置，其中反饋模塊還包括一個光電檢測器，用于捕獲一部分調(diào)制光輸出信號并且把捕獲的部分轉(zhuǎn)換成為模擬電反饋信號；耦合到光電檢測器的一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于把該模擬電反饋信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字電反饋信號；一個控制元件，響應該數(shù)字電反饋信號，確定調(diào)制的光輸出信號質(zhì)量的變化；和耦合到該控制元件的查找表，該查找表包括多個不同操作條件的每個調(diào)制器參數(shù)的多個不同值的列表，其中該控制元件使用調(diào)制的光輸出信號中確定的變化從查找表中找到適當?shù)恼{(diào)制器參數(shù)值。
65.如權(quán)利要求14定義的裝置，其中該電-光調(diào)制器是吸收調(diào)制器，包括第一傳導性類型摻雜的第一半導體元件；和第二傳導性類型摻雜的第二半導體元件，它們之間放置相對薄的介質(zhì)層，其中對于光的″0″狀態(tài)，該調(diào)制電輸入信號的應用使得該光輸入信號由第一和第二元件部分地吸收，并且對于光″1″狀態(tài)，基本上不吸收；生成調(diào)制的光輸出信號，預加重脈沖從而加速吸收狀態(tài)和不吸收狀態(tài)之間的變化。
66.如權(quán)利要求65定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的幅度使相對低摻雜濃度能夠?qū)㈩A定的調(diào)制器開關(guān)速度的光損耗減到最少。
67.如權(quán)利要求65定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的持續(xù)時間使相對低摻雜濃度能夠?qū)㈩A定的調(diào)制器開關(guān)速度的光損耗減到最少。
68.如權(quán)利要求65定義的裝置，其中選擇該預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間使相對低的摻雜濃度能夠?qū)㈩A定的調(diào)制器開關(guān)速度的光損耗減到最少。
69.如權(quán)利要求65定義的裝置，其中該裝置還包括一個控制模塊，響應調(diào)制的光輸出信號的一部分，用于測量調(diào)制的光輸出信號并確定以下組中選擇的至少一個操作參數(shù)的最佳值第一預加重脈沖持續(xù)時間、第二預加重脈沖持續(xù)時間、第一預加重脈沖幅度和第二預加重脈沖幅度。
70.如權(quán)利要求69定義的裝置，其中該控制模塊提供確定的最佳值給均衡器/預加重裝置以便在吸收調(diào)制器制造過程完成時設置插入的第一和第二預加重脈沖的工作特性。
71.如權(quán)利要求69定義的裝置，其中該控制模塊包括一個反饋元件，連續(xù)地測量調(diào)制的光輸出信號的一部分并與改變操作條件結(jié)合更新第一和第二預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間值。
72.如權(quán)利要求69定義的裝置，其中該控制模塊還包括一個查找表，該查找表包括與變化的操作條件相關(guān)的預加重脈沖幅度和持續(xù)時間值的列表。
73.一種基于自由載體的電-光干涉儀，包括第一支路，它包括第一光波導；第二支路，它包括第二光波導；一個分光器，用于把光輸入信號劃分成為耦合到第一支路中的第一輸入信號和耦合到第二支路中的第二輸入信號；第一調(diào)制元件，沿著第一支路放置，第一調(diào)制元件具有第一傳導性類型的第一區(qū)域和第二傳導性類型的第二區(qū)域；第二調(diào)制元件，沿著第二支路放置，第二調(diào)制元件具有第一傳導性類型的第一區(qū)域和第二傳導性類型的第二區(qū)域；一個光組合器，放置在第一和第二支路的輸出來組合來自第一和第二支路的輸出光信號，其中電調(diào)制信號加到第一和第二調(diào)制元件中的至少一個調(diào)制元件以便形成調(diào)制的光輸出信號；和一個電信號源，用于生成代表第一調(diào)制元件的邏輯″0″值的第一參考電壓(REF0A)、表示第二調(diào)制元件的邏輯″0″值的第二參考電壓(REF0D)、代表第一調(diào)制元件的邏輯″1″值的第三參考電壓(REF1A)、代表第二調(diào)制元件的邏輯″1″值的第四參考電壓(REF1D)以及加到每個調(diào)制元件的一個區(qū)域上的未調(diào)制的可能電壓(REF)。
74.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中選擇第一和第二參考電壓電平以使調(diào)制的光輸出信號最小化。
75.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中選擇第三和第四參考電壓電平以使調(diào)制的光輸出信號最大化。
76.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中第一調(diào)制元件以累加模式工作，而第二調(diào)制元件以消耗模式工作。
77.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中第一和第二調(diào)制元件都以累加模式工作，一個調(diào)制元件比另外一個調(diào)制元件更累加。
78.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中第一和第二調(diào)制元件都以消耗模式工作，一個調(diào)制元件比另外一個調(diào)制元件更消耗。
79.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中對于邏輯″1″值，第一和第二調(diào)制元件都是完全消耗。
80.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中當?shù)谝恢返拈L度基本上等于第二支路，并且第一支路中的摻雜濃度基本上等于第二支路中的摻雜濃度時，第三參考電壓基本上等于第四參考電壓。
81.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中第三參考電壓不等于第四參考電壓。
82.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中第三參考電壓和第一參考電壓之間的差值基本上等于第四參考電壓和第二參考電壓之間的差值以便取得第一和第二支路中基本上相等的自由載體變化。
83.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中選擇第三參考電壓和第一參考電壓之間的差值以及第四參考電壓和第二參考電壓之間的差值以便取得沿著第一支路的基本上π/2相移以及沿著第二支路的基本上π/2相移。
84.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中該調(diào)制電輸入信號只加到第一支路，并且選擇第三和第一參考電壓之間的差值以便取得基本上等于調(diào)制的第一支路和未調(diào)制的第二支路之間的π相移。
85.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中該調(diào)制電輸入信號只加到第二支路，并且選擇第四和第二參考電壓之間的差值以便取得基本上等于調(diào)制的第二支路與未調(diào)制的第一支路之間的π相移。
86.如權(quán)利要求73定義的裝置，其中該裝置還包括一個反饋模塊，響應調(diào)制的光輸出信號，調(diào)節(jié)由以下組成的組中選擇的至少一個調(diào)制器參數(shù)第一、第二、第三和第四參考電平，未調(diào)制的可能電壓，預加重脈沖幅度和預加重脈沖持續(xù)時間，以便優(yōu)化作為時間函數(shù)的干涉儀性能。
87.如權(quán)利要求86定義的裝置，其中分開的低頻控制信號加到每個選擇的調(diào)制器參數(shù)上，并且該反饋模塊還包括一個濾波器，用于分出在調(diào)制的光輸出信號中的每個低頻控制信號分量，然后該反饋模塊能夠分析恢復的低頻信號以便確定對選擇的干涉儀參數(shù)的調(diào)節(jié)。
88.如權(quán)利要求86定義的裝置，其中該反饋模塊還包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生多個數(shù)字反饋信號，然后該多個數(shù)字反饋信號由反饋模塊使用數(shù)字信號處理技術(shù)進行分析。
89.如權(quán)利要求1定義的裝置，其中該均衡器/預加重模塊的輸出阻抗趨近理想的電壓源，使得極小影響電-光調(diào)制器的開關(guān)速度。
全文摘要
一個實現(xiàn)開關(guān)速度大于1Gb/s電－光調(diào)制器裝置使用預加重脈沖加快用于形成電－光調(diào)制器的光波導的折射率的變化。在一個實施例中，可以添加反饋回路以便使用一部分調(diào)制的光輸出信號來調(diào)整預加重脈沖的幅度和持續(xù)時間，以及用于調(diào)制的各個參考電平。對于包括硅基電－光調(diào)制器的基于自由載體的電－光調(diào)制器，在輸入信號數(shù)據(jù)值之間轉(zhuǎn)換時預加重脈沖用來加快自由載體的運動。
文檔編號H04B10/04GK1784842SQ200480012311
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者卡爾潘都·夏斯特里, 普拉卡什·約托斯卡, 馬格利特·吉龍, 威普庫馬·帕特爾, 羅伯特·凱斯·蒙特哥莫里, 索哈姆·帕塔克, 凱瑟琳·A·亞努舍弗斯奇 申請人:斯歐普迪克爾股份有限公司