專利名稱：使用量子阱調(diào)制器進(jìn)行高速光學(xué)調(diào)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)通信設(shè)備，且更特定來(lái)說(shuō)(但非排他地)涉及光學(xué)調(diào)制器。
背景技術(shù)：
本章節(jié)介紹可幫助促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的更好理解的方面。因此，本章節(jié)的陳述應(yīng)鑒于此來(lái)閱讀且不應(yīng)理解為關(guān)于什么在現(xiàn)有技術(shù)中或什么不在現(xiàn)有技術(shù)中的承認(rèn)。光學(xué)調(diào)制器是光學(xué)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵啟用元件。為了滿足對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量容量的不斷增加的需求，期望現(xiàn)代光學(xué)調(diào)制器支持相對(duì)高(例如，> 10(ib/S)的數(shù)據(jù)速率同時(shí)具有數(shù)個(gè)其它所要特性，例如相對(duì)小的大小、能量消耗及構(gòu)成電光組件的成本。舉例來(lái)說(shuō)，正積極地開(kāi)發(fā)能夠以約100(ib/s操作的光學(xué)調(diào)制器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種具有量子阱(QW)調(diào)制器的光學(xué)發(fā)射器及一種操作所述光學(xué)發(fā)射器的方法。在一些實(shí)施例中，所述QW調(diào)制器可配置以執(zhí)行振幅調(diào)制及相位調(diào)制兩者。在一些實(shí)施例中，可選擇所述QW調(diào)制器的長(zhǎng)度、一個(gè)或一個(gè)以上驅(qū)動(dòng)電壓及/或操作波長(zhǎng)以使所述光學(xué)發(fā)射器能夠產(chǎn)生具有相對(duì)高位速率的經(jīng)調(diào)制光學(xué)信號(hào)，例如，具有大于約80(ib/s 的位速率的光學(xué)雙二進(jìn)制信號(hào)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種光學(xué)發(fā)射器，其具有馬赫-曾德(MZ)干涉儀，所述干涉儀具有第一及第二干涉儀臂。所述第一干涉儀臂包括第一 QW調(diào)制器。所述第二干涉儀臂包括第二 QW調(diào)制器。所述光學(xué)發(fā)射器進(jìn)一步具有經(jīng)電耦合以驅(qū)動(dòng)所述第一 QW調(diào)制器的第一驅(qū)動(dòng)器電路及經(jīng)電耦合以驅(qū)動(dòng)所述第二 QW調(diào)制器的第二驅(qū)動(dòng)器電路。光學(xué)地耦合到所述MZ干涉儀的激光器向其施加具有操作波長(zhǎng)的光學(xué)輸入信號(hào)。所述光學(xué)發(fā)射器進(jìn)一步具有控制器，所述控制器配置(i)所述第一驅(qū)動(dòng)器電路以產(chǎn)生用于所述第一 QW調(diào)制器的第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓；(ii)所述第二驅(qū)動(dòng)器電路以產(chǎn)生用于所述第二 QW調(diào)制器的所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓；及(iii)所述激光器以產(chǎn)生所述操作波長(zhǎng)。所述第一驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第一二進(jìn)制電平。所述第二驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第二二進(jìn)制電平。所述控制器操作以配置所述第一及第二驅(qū)動(dòng)器電路及所述激光器以致使對(duì)應(yīng)于所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的電折射峰到峰改變與電吸收峰到峰改變的比率S大于零但小于約二。根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種操作光學(xué)發(fā)射器的方法，其具有產(chǎn)生用于第一 QW調(diào)制器的第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓以產(chǎn)生用數(shù)據(jù)調(diào)制的光學(xué)信號(hào)的步驟。所述光學(xué)發(fā)射器包括所述第一 QW調(diào)制器。所述第一驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第一二進(jìn)制電平。所述第二驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第二二進(jìn)制電平。所述方法進(jìn)一步具有以下步驟產(chǎn)生具有用于所述光學(xué)發(fā)射器的操作波長(zhǎng)的輸入光學(xué)信號(hào)，使得對(duì)于所述第一 QW調(diào)制器，對(duì)應(yīng)于所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的電折射峰到峰改變與電吸收峰到峰改變的比率δ大于零但小于約二。根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種光學(xué)發(fā)射器，其具有第一 QW調(diào)制器及用于產(chǎn)生用于所述第一 QW調(diào)制器的第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓以產(chǎn)生用數(shù)據(jù)調(diào)制的光學(xué)信號(hào)的構(gòu)件。所述第一驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第一二進(jìn)制電平。所述第二驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第二二進(jìn)制電平。所述光學(xué)發(fā)射器進(jìn)一步具有用于產(chǎn)生具有用于所述光學(xué)發(fā)射器的操作波長(zhǎng)的輸入光學(xué)信號(hào)，使得對(duì)于所述第一 QW調(diào)制器，對(duì)應(yīng)于所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的電折射峰到峰改變與電吸收峰到峰改變的比率S大于零但小于約二的構(gòu)件。


依據(jù)以下詳細(xì)說(shuō)明、所附權(quán)利要求書(shū)及附圖，本發(fā)明的其它方面、特征及益處將變得更加顯而易見(jiàn)，附圖中圖1展示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光學(xué)發(fā)射器；圖2A到2C展示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例可在圖1的光學(xué)發(fā)射器中使用的光學(xué)調(diào)制器的不同視圖；圖3展示對(duì)應(yīng)于圖2的調(diào)制器的模型光學(xué)電路的示意圖；且圖4A到4B圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例操作圖1的光學(xué)發(fā)射器的方法。
具體實(shí)施例方式圖1展示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光學(xué)發(fā)射器100。發(fā)射器100具有給光學(xué)調(diào)制器120饋送輸入信號(hào)112的激光器110。調(diào)制器120基于電數(shù)據(jù)信號(hào)Datal及Data2而調(diào)制光學(xué)信號(hào)112以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制光學(xué)信號(hào)122。調(diào)制器120可由于下文更詳細(xì)描述的特性而有利地支持相對(duì)高(例如，>80(ib/S)的數(shù)據(jù)速率。在一種配置中，i^to/其中橫杠表示數(shù)據(jù)反演。如此項(xiàng)技術(shù)中已知，數(shù)據(jù)反演運(yùn)算(i)將二進(jìn)制一變換成二進(jìn)制零，及 ( )將二進(jìn)制零變換成二進(jìn)制一。信號(hào)112的波長(zhǎng)由控制器104經(jīng)由施加到激光器110的控制信號(hào)108控制?？刂破?04還經(jīng)由控制信號(hào)106a-b控制由驅(qū)動(dòng)器電路13^-b分別施加到濾波器130a_b或在不存在那些濾波器的情況下直接施加到光學(xué)調(diào)制器120的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓?？刂破?04基于從其中部署有發(fā)射器100的光學(xué)通信系統(tǒng)的主控制器(未明確展示)接收的配置信號(hào)102而產(chǎn)生控制信號(hào)106a-b及108。發(fā)射器100可任選地具有電低通濾波器130a_b及/或光學(xué)帶通濾波器140。假設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)Datal與Data2具有相同位速率，則第一代表性實(shí)施例為其中發(fā)射器100具有電低通濾波器130a-b但不具有光學(xué)帶通濾波器140的實(shí)施例，其中濾波器130a-b中的每一者具有對(duì)應(yīng)于所述位速率的約四分之一的帶寬。舉例來(lái)說(shuō)，為了產(chǎn)生此實(shí)施例，調(diào)制器120 可經(jīng)封裝使得所述封裝的在驅(qū)動(dòng)器電路13^-b與光學(xué)調(diào)制器120之間的電引線/連接及 /或所述調(diào)制器的電容提供在功能上等效于具有集總電低通濾波器130a-b的濾波。第二代表性實(shí)施例為其中發(fā)射器100具有光學(xué)帶通濾波器140但不具有電低通濾波器130a-b 的實(shí)施例，其中濾波器140具有對(duì)應(yīng)于所述位速率的約一半的帶寬。如果在不存在濾波器 130a-b及140的情況下經(jīng)調(diào)制光學(xué)信號(hào)122為二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)信號(hào)，那么在存在濾波器130a-b及/或?yàn)V波器140的情況下由發(fā)射器100產(chǎn)生的光學(xué)輸出信號(hào)142為光學(xué)雙二進(jìn)制信號(hào)。因此，發(fā)射器100可有利地作為光學(xué)雙二進(jìn)制發(fā)射器操作。圖2A到2C展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例可用作調(diào)制器120的光學(xué)調(diào)制器200。更具體來(lái)說(shuō)，圖2A展示調(diào)制器200的俯視圖。圖2B到2C展示在調(diào)制器200中使用的波導(dǎo)216的示范性橫截面圖，其中兩個(gè)橫截面分別對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)的有源及無(wú)源部分。參考圖2A，調(diào)制器200具有耦合于波導(dǎo)2(^a-b之間的馬赫-曾德(Mach-khnder， MZ)干涉儀210。MZ干涉儀210具有干涉儀臂2Ha_b，干涉儀臂2Ha_b經(jīng)由兩個(gè)1X2多模式干擾(MMI)耦合器耦合到波導(dǎo)20h-b。每一干涉儀臂214包括對(duì)應(yīng)波導(dǎo)216。 波導(dǎo)216的由金屬電極蓋頂?shù)囊徊糠址Q為有源部分(也參見(jiàn)圖2B)。波導(dǎo)216的由電介質(zhì)包層蓋頂且在其上方不具有金屬電極的一部分稱為無(wú)源部分(也參見(jiàn)圖2C)。舉例來(lái)說(shuō)，波導(dǎo)216的一個(gè)有源部分位于移相器230內(nèi)。波導(dǎo)216的另一有源部分位于量子阱(QW)調(diào)制器MO內(nèi)。波導(dǎo)216的無(wú)源部分位于移相器230與耦合到所述移相器的QW調(diào)制器240 之間。在圖2A中所示的實(shí)施例中，每一干涉儀臂214具有(i)QW調(diào)制器M0a_b中的對(duì)應(yīng)一者，及(ii)兩個(gè)移相器230。在替代實(shí)施例中，可從調(diào)制器200移除多達(dá)三個(gè)移相器 230，只要剩余的一個(gè)或一個(gè)以上移相器230使MZ干涉儀210能夠經(jīng)配置以使得在QW調(diào)制器MOa-b未經(jīng)偏置的情況下干涉儀臂2Ha_b產(chǎn)生所要的相位差即可。舉例來(lái)說(shuō)，所述所要的相位差可為約180度。在又一實(shí)施例中，可移除所有移相器230，只要對(duì)應(yīng)于干涉儀臂 214a的光學(xué)路徑比對(duì)應(yīng)于干涉儀臂214b的光學(xué)路徑長(zhǎng)或短一半波長(zhǎng)借此產(chǎn)生約180度的相位差即可。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)相位差介于約165度與約195度之間時(shí)，MZ干涉儀210將表現(xiàn)出令人滿意的性能。調(diào)制器200具有多個(gè)導(dǎo)電軌218、232及對(duì)2。導(dǎo)電軌218可用來(lái)(例如)向波導(dǎo) 216的無(wú)源部分的芯施加接地電位。導(dǎo)電軌218還接觸導(dǎo)電襯底(例如，基底250)以為調(diào)制器200的η側(cè)提供接地電位。導(dǎo)電軌232可用來(lái)向相應(yīng)移相器230施加所要的偏置電壓。 導(dǎo)電軌242用來(lái)向QW調(diào)制器MO的ρ側(cè)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。參考圖2Β到2C，波導(dǎo)216為(例如)具有支撐于基底250上的大體矩形脊252的脊?fàn)畈▽?dǎo)。包層邪4在以下各側(cè)上環(huán)繞脊252: (i)在波導(dǎo)216的有源部分中的兩個(gè)側(cè)上 (例如，圖2B中的左側(cè)及右側(cè))，及(ii)在波導(dǎo)的無(wú)源部分中的三個(gè)側(cè)上(例如，圖2C中的左側(cè)、右側(cè)及頂側(cè))。電極256覆蓋有源部分中脊252的頂側(cè)。脊252包括具有多層結(jié)構(gòu)的芯沈0，所述多層結(jié)構(gòu)含有多量子阱(MQW)，所述多量子阱包括N個(gè)量子阱(QW)層262及與其交錯(cuò)的N+1個(gè)勢(shì)壘層沈4。除芯260外，脊252還具有上部包覆層沈6、緩沖層268及270以及頂蓋層272。在代表性實(shí)施例中，可使用以下材料來(lái)制作圖2B到2C中所示的結(jié)構(gòu)⑴用于基底250的經(jīng)η摻雜^iP ； (ii)分別用于 QW層262及勢(shì)壘層沈4的兩種不同InGaAsP合金；(iii)用于上部包覆層沈6的未經(jīng)摻雜 InP ； (iv)用于緩沖層268的經(jīng)ρ摻雜InP ； (ν)用于緩沖層270的經(jīng)p.摻雜InP ； (vi)用于頂蓋層272的經(jīng)ρ+摻雜InGaAs5(Vii)用于電極256的金及/或鈦；及(viii)用于包層 254的苯并環(huán)丁烯。在圖2B到2C中所示的實(shí)施例中，N = 8。在替代實(shí)施例中，可類似地使用N的不同值。在操作中，調(diào)制器200依賴于量子限制斯塔克效應(yīng)(Mark effect)。一般來(lái)說(shuō)，斯塔克效應(yīng)是涉及由于存在外部靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)而對(duì)能級(jí)的移位及/或分裂的現(xiàn)象。在其中較小帶隙材料薄層夾在兩個(gè)較大帶隙材料層之間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(例如芯260中的MQW) 中，斯塔克效應(yīng)可得以顯著增強(qiáng)且稱為量子限制斯塔克效應(yīng)。由于斯塔克效應(yīng)，半導(dǎo)體材料的折射率η取決于傳播的光學(xué)波的頻率ω (或波長(zhǎng)入)及外部電場(chǎng)E兩者，如由方程式(1)表達(dá)η(ω , Ε) = H1 (ω , Ε)+ik(ω , Ε)(1)其中Ii1及k分別為折射率的實(shí)部及虛部。對(duì)于給定頻率ω = Coci，斯塔克效應(yīng)可由分別由方程式O)到⑶界定的An1及Ak的值量化Δηι(ω0,Ε) =H1(OqjE)-II1(OojO) (2)Δ1 (ω0，Ε) = k(co0，E)-k(co0，0)(3)Δ H1的值量化通常是造成例如QW調(diào)制器240的對(duì)應(yīng)QW調(diào)制器中的相位調(diào)制的原因的電折射。Ak的值量化通常是造成QW調(diào)制器中的振幅調(diào)制的原因的電吸收。圖3展示對(duì)應(yīng)于調(diào)制器200 (圖2)的模型光學(xué)電路300的示意圖。電路300為具有兩個(gè)干涉儀臂3Ha-b的馬赫-曾德(MZ)干涉儀。干涉儀臂31 具有對(duì)應(yīng)于圖2的調(diào)制器MOa的光學(xué)調(diào)制器340a。干涉儀臂314b具有⑴對(duì)應(yīng)于圖2的調(diào)制器MOb的光學(xué)調(diào)制器340b，及(ii)約180度的相移330，其表示圖2的四個(gè)對(duì)應(yīng)地配置的移相器230的組合效應(yīng)或?qū)τ诓痪哂幸葡嗥?30的實(shí)施例表示干涉儀臂2Ha-b之間的約一半波長(zhǎng)的光學(xué)路徑差。調(diào)制器340a_b分別由對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)信號(hào)Data及‘的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如，圖1驅(qū)動(dòng)信號(hào)13h-b)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)調(diào)制器340a_b兩者為純相位調(diào)制器或純振幅調(diào)制器時(shí)，由電路300產(chǎn)生的光學(xué)輸出信號(hào)322為近似無(wú)啁啾的BPSK信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，如果調(diào)制器340a-b中的每一者為經(jīng)配置以進(jìn)行以下操作的純相位調(diào)制器(i)當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為二進(jìn)制“一”時(shí)，施加約180度的相移，及(ii)當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為二進(jìn)制“零”時(shí)，施加約0度的相移，那么當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)從一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)切換為另一狀態(tài)時(shí)輸出信號(hào)322具有恒定強(qiáng)度但將相位改變180度。輸出信號(hào)322 的相位在位周期內(nèi)保持恒定(因此，無(wú)啁啾)且僅在輸出為零時(shí)改變。如果調(diào)制器340a-b 中的每一者為經(jīng)配置以進(jìn)行以下操作的純振幅調(diào)制器(i)當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為二進(jìn)制“一”時(shí)， 發(fā)射100%的光，及(ii)當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為二進(jìn)制“零”時(shí)，不發(fā)射光，那么獲得類似結(jié)果。由于電路300的振幅調(diào)制變體中調(diào)制器340a-b的接通/關(guān)斷操作，所述振幅調(diào)制變體具有比相位調(diào)制變體高6-dB的插入損耗。具有如下的調(diào)制器通常為有利的(i)產(chǎn)生低啁啾或根本不產(chǎn)生啁啾，及(ii)具有相對(duì)小的插入損耗。由于啁啾會(huì)導(dǎo)致線加寬且不利地影響光學(xué)通信系統(tǒng)的有效傳輸帶寬，因此具有低啁啾為重要的。另外，低啁啾有助于減少光纖傳輸鏈路中色度色散的不利效應(yīng)。由于插入損耗會(huì)降低對(duì)光學(xué)饋送源(例如圖1的激光器110)的光學(xué)功率要求，因此具有相對(duì)小的插入損耗為重要的。在一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，低啁啾/低插入損耗特性通常通過(guò)在與對(duì)應(yīng)于調(diào)制器中所使用的半導(dǎo)體材料的帶隙的波長(zhǎng)失諧非常大的量的波長(zhǎng)下操作所述調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些設(shè)計(jì)及操作約束致使對(duì)應(yīng)調(diào)制器實(shí)質(zhì)上作為純相位調(diào)制器操作。舉例來(lái)說(shuō)，在光學(xué)通信系統(tǒng)中廣泛使用的鈮酸鋰調(diào)制器產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上純相位調(diào)制，這是因?yàn)?i)鈮酸鋰具有約 ^V( 310nm)的帶隙，及(ii)操作波長(zhǎng)通常選自介于約1400nm與約1600nm之間的范圍， 所述范圍與對(duì)應(yīng)于鈮酸鋰的帶隙的310nm遠(yuǎn)失諧。另外，鈮酸鋰調(diào)制器依賴于泡克耳斯效應(yīng)(Pockels effect)而非量子限制斯塔克效應(yīng)。由于泡克耳斯效應(yīng)非常弱，因此鈮酸鋰調(diào)制器比InP調(diào)制器長(zhǎng)得多(例如，為其的約500倍長(zhǎng))。如上文已指示，如果調(diào)制器340a_b為純相位調(diào)制器，那么為了實(shí)施上述BPSK調(diào)制，所述調(diào)制器中的每一者需要產(chǎn)生約180度的峰到峰相移。如本說(shuō)明書(shū)中所使用，術(shù)語(yǔ) “峰到峰”標(biāo)示通過(guò)將調(diào)制器(例如，調(diào)制器240或340)的驅(qū)動(dòng)電壓從對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“零”的電壓改變?yōu)閷?duì)應(yīng)于二進(jìn)制“一”的電壓而產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)參數(shù)改變(在此情況下，為相移)。具有產(chǎn)生180度峰到峰相移的容量的要求對(duì)調(diào)制器的總長(zhǎng)度(即，沿波傳播方向的尺寸)強(qiáng)加下界。更具體來(lái)說(shuō)，如果將驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如，驅(qū)動(dòng)信號(hào)13h-b，參見(jiàn)圖1)的擺幅限制于特定的實(shí)際可行的值(例如，約5V)，那么對(duì)應(yīng)地限制每調(diào)制器單位長(zhǎng)度可由光學(xué)波獲取的最大峰到峰相移。因此，調(diào)制器需要具有至少某一最小長(zhǎng)度以使光學(xué)波能夠獲取所要的180 度相移。純相位調(diào)制器的相對(duì)大的大小呈現(xiàn)對(duì)增加數(shù)據(jù)速率的障礙。更具體來(lái)說(shuō)，相對(duì)大調(diào)制器的RC響應(yīng)固有地低，此使得所述調(diào)制器不適宜相對(duì)高(例如，> 10(ib/s)的位速率。 用以解決此問(wèn)題的一些現(xiàn)有技術(shù)方法導(dǎo)致相當(dāng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，例如行波設(shè)計(jì)。然而，行波調(diào)制器的占用面積保持不利地大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)及模擬，已發(fā)現(xiàn)可將調(diào)制器200實(shí)施為具有相對(duì)小的占用面積且同時(shí)能夠以相對(duì)高的位速率操作。舉例來(lái)說(shuō)，QW調(diào)制器MOa-b中的每一者可具有小于約500 μ m 或甚至小于約300 μ m的總長(zhǎng)度，或者具有來(lái)自介于約100 μ m與約200 μ m之間的范圍的任何總長(zhǎng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，QW調(diào)制器240的總長(zhǎng)度使得對(duì)于具有操作波長(zhǎng)的光學(xué)波，穿過(guò)QW調(diào)制器的渡越時(shí)間小于位速率的倒數(shù)的約20% (應(yīng)注意，位速率的倒數(shù)與位周期成比例或等于位周期)。調(diào)制器200的所得實(shí)施方案可有利地經(jīng)配置以展現(xiàn)出相對(duì)低的啁啾及相對(duì)低的插入損耗同時(shí)以大于約50(ib/S或甚至大于約80(ib/S的數(shù)據(jù)速率操作。圖4A到4B圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例操作光學(xué)發(fā)射器100的方法400。更具體來(lái)說(shuō)，圖4A展示方法400的流程圖。圖4B以曲線解說(shuō)明使用方法400產(chǎn)生的發(fā)射器100的代表性配置。雖然出于說(shuō)明性目的而參考具有調(diào)制器200的發(fā)射器100描述了方法400，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解所述方法可類似地用于操作其它光學(xué)發(fā)射器。在方法400的步驟402處，針對(duì)QW調(diào)制器M0a_b選擇操作波長(zhǎng)以及對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“零”及“一”的驅(qū)動(dòng)電壓，如下文所進(jìn)一步解釋?？稍诓襟E402處選擇的驅(qū)動(dòng)電壓通常限定于與調(diào)制器200 —起使用的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路(例如，圖1的驅(qū)動(dòng)電路13^-b)的電壓范圍。舉例來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路可能夠產(chǎn)生來(lái)自介于約OV與約-6V之間的電壓范圍的驅(qū)動(dòng)電壓。由于已知QW調(diào)制器MO的幾何形狀，因此可無(wú)歧義地確定由中的選定電壓感應(yīng)的電場(chǎng)。下文中，分別將對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“零”及 “一”的電場(chǎng)表示為及Ep在一種可能配置中，及E1中的一者可為零。類似地，可在步驟402處針對(duì)激光器110選擇的操作波長(zhǎng)λ通常由發(fā)射器100在其中操作的光學(xué)通信系統(tǒng)的規(guī)范/要求/配置限定。一般來(lái)說(shuō)，由控制器104從光學(xué)通信系統(tǒng)的主控制器接收的配置信號(hào)102指定發(fā)射器100的一個(gè)或一個(gè)以上可接受離散波長(zhǎng)或一可接受波長(zhǎng)范圍。因此，控制器104基于從主控制器接收的指令而配置激光器110。使用關(guān)于驅(qū)動(dòng)電路的電壓范圍的信息及來(lái)自主控制器的指令，控制器104基于由方程式(4)近似界定的參數(shù)δ而選擇操作波長(zhǎng)λ及對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“零”及“一”的驅(qū)動(dòng)電壓
其中An1及Ak分別由方程式⑵到(3)界定，且λ = 2 π c/ω，其中c為光在真空中的速度。如可看出，參數(shù)δ含有QW調(diào)制器MO中的電折射峰到峰改變與電吸收峰到峰改變的比率。操作波長(zhǎng)λ及驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)選擇使得δ落到指定的范圍中。舉例來(lái)說(shuō)， 在一個(gè)實(shí)施方案中，指定的范圍為介于約0與約2之間的正值范圍。在另一實(shí)施方案中，指定的范圍為介于約0. 1與約1.9之間的范圍。在又一實(shí)施方案中，指定的范圍為介于約0.5 與約1.5之間的范圍。Δηι(ω，E1)及Δ ηι ( ω，Etl)兩者均不為負(fù)也可為合意的。然而，應(yīng)注意，如果 Δηι(ω, E1)彡0，那么An1(G^Etl)彡0通常成立。參數(shù)δ的上文指定的范圍暗示，在操作波長(zhǎng)下，QW調(diào)制器240執(zhí)行振幅調(diào)制及相位調(diào)制兩者。由于QW調(diào)制器MO的相對(duì)小的長(zhǎng)度，在基于參數(shù)δ而選擇驅(qū)動(dòng)電壓及操作波長(zhǎng)的情況下，QW調(diào)制器中的峰到峰相移通常小于約180度或甚至小于約90度。圖4Β展示啁啾參數(shù)C為QW調(diào)制器240中的峰到峰相移及消光比率r的函數(shù)。由于所有這些數(shù)量為λ、及E1的函數(shù)，因此可使用圖4Β來(lái)確定λ、及E1的最優(yōu)值。對(duì)于非常短的QW調(diào)制器Μ0，峰到峰相移可(舉例來(lái)說(shuō))小于50度。圖4Β中所示的數(shù)據(jù)指示，為了在此情形下獲得相對(duì)低的插入損耗，QW調(diào)制器240需要以相對(duì)大的消光比率操作。返回參考圖4Α，在步驟404處，針對(duì)移相器230選擇偏置電壓并將所述偏置電壓施加到移相器230，使得干涉儀臂21 與214b之間存在約180度的相移。在步驟406處，激光器110向調(diào)制器200的波導(dǎo)20 施加光學(xué)輸入信號(hào)112(具有在步驟402處選擇的操作波長(zhǎng))。在步驟408處，分別向QW調(diào)制器M0a_b施加對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)信號(hào)Data及萬(wàn)冗的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有在步驟402處選擇的驅(qū)動(dòng)電壓。如上文已指示，所述數(shù)據(jù)信號(hào)可具有相對(duì)高的位速率，例如，大于約80(ib/S。在任選步驟410處，使施加到QW調(diào)制器MOa-b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)受具有對(duì)應(yīng)于位速率的約四分之一的帶寬的電低通濾波?？?例如)使用濾波器130a_b來(lái)執(zhí)行所述濾波。在任選步驟412處，使光學(xué)輸出信號(hào)122經(jīng)受具有對(duì)應(yīng)于位速率的約一半的帶寬的光學(xué)帶通濾波。可(例如)使用濾波器140來(lái)執(zhí)行所述濾波。簡(jiǎn)單地再次參考圖4B，所述圖中的點(diǎn)Q指示使用方法400獲得的發(fā)射器100的示范性配置。對(duì)應(yīng)于點(diǎn)Q的QW調(diào)制器MO的長(zhǎng)度為115 μ m。當(dāng)采用調(diào)制器200的此特定實(shí)施例的發(fā)射器100經(jīng)配置以使用對(duì)應(yīng)于由點(diǎn)Q指示的插入損耗L及峰到峰相移的值的驅(qū)動(dòng)電壓及操作波長(zhǎng)操作時(shí)，所述發(fā)射器能夠產(chǎn)生具有大于約85(ib/S的位速率的低啁啾光學(xué)雙二進(jìn)制信號(hào)。盡管已參考說(shuō)明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但此說(shuō)明并不既定解釋為具有限制意義。雖然上文針對(duì)QW調(diào)制器240指定了特定材料集合，但還可使用其它材料。舉例來(lái)說(shuō)， 芯沈0的MQW結(jié)構(gòu)可使用以下材料的子集來(lái)實(shí)施1η、P、Ga、As及Al。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明了的所描述實(shí)施例的各種修改以及本發(fā)明的其它實(shí)施例被認(rèn)為是在以上權(quán)利要求書(shū)中所表達(dá)的本發(fā)明原理及范圍內(nèi)。除非另有明確陳述，否則每一數(shù)值及范圍應(yīng)解釋為近似值，好像詞“約”或“近似” 在所述值或范圍的值之前。將進(jìn)一步理解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可做出為解釋本發(fā)明的性質(zhì)而已描述及圖解說(shuō)明的部件的細(xì)節(jié)、材料及布置的各種改變，而不背離以上權(quán)利要求書(shū)中所表述的本發(fā)明范圍。雖然以上方法權(quán)利要求書(shū)(如果有的話)中的元素是以具有對(duì)應(yīng)標(biāo)示的特定序列加以敘述，但除非權(quán)利要求書(shū)敘述另外暗示用于實(shí)施那些元素中的一些或全部的特定序列，否則那些元素未必既定限于以所述特定序列來(lái)實(shí)施。本文中提及“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意指結(jié)合所述實(shí)施例所描述的特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性可包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在本說(shuō)明的各個(gè)地方出現(xiàn)短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”未必全部是指同一實(shí)施例，單獨(dú)或替代實(shí)施例也未必與其它實(shí)施例相互排斥。相同情形適用于術(shù)語(yǔ)“實(shí)施方案”。在整個(gè)詳細(xì)說(shuō)明中，未按比例繪制的圖式僅為說(shuō)明性且加以使用旨在解釋而非限制本發(fā)明。例如高度、長(zhǎng)度、寬度、頂部、底部等術(shù)語(yǔ)的使用完全用以促進(jìn)本發(fā)明的說(shuō)明且不既定將本發(fā)明限于特定定向。舉例來(lái)說(shuō)，高度并不暗示僅垂直上升限制，而是用于識(shí)別如各圖中所示的三維結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度中的一者。此“高度”在電極是水平的情況下將為垂直的， 但在電極是垂直的情況下將為水平的，等等。類似地，盡管所有圖將不同層展示為水平層， 但此定向僅出于描述性目的且不應(yīng)解釋為限制。此外，出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“耦合(couple、coupling、coupled) ”、“連接 (connect,connecting或connected)，，是指此項(xiàng)技術(shù)中已知或稍后開(kāi)發(fā)的允許能量在兩個(gè)或兩個(gè)以上元件之間傳送的任一方式，且涵蓋一個(gè)或一個(gè)以上額外元件的間置，但并非所需的。相反，術(shù)語(yǔ)“直接耦合”、“直接連接”等暗示不存在此些額外元件。
權(quán)利要求
1.一種操作光學(xué)發(fā)射器的方法，其包括(A)產(chǎn)生用于第一量子阱QW調(diào)制器的不同的第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓以產(chǎn)生用數(shù)據(jù)調(diào)制的光學(xué)信號(hào)，其中所述光學(xué)發(fā)射器包括所述第一 QW調(diào)制器； 所述第一驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第一二進(jìn)制電平；且所述第二驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第二二進(jìn)制電平；及(B)產(chǎn)生用于所述光學(xué)發(fā)射器的具有操作波長(zhǎng)的輸入光學(xué)信號(hào)，使得對(duì)于所述第一QW 調(diào)制器，對(duì)應(yīng)于所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的電折射峰到峰改變與電吸收峰到峰改變的比率 δ大于零但約小于二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述數(shù)據(jù)具有大于約50(ib/s的位速率；且對(duì)于具有所述操作波長(zhǎng)的光學(xué)波，穿過(guò)所述QW調(diào)制器的渡越時(shí)間小于所述位速率的倒數(shù)的約20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)于所述第一QW調(diào)制器，對(duì)應(yīng)于所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的峰到峰相移小于180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述峰到峰相移小于約90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括調(diào)整以下各項(xiàng)中的至少一者以改變所述比率δ :(i)所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓以及(ii)所述操作波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光學(xué)發(fā)射器包括 馬赫-曾德MZ干涉儀，其具有第一及第二干涉儀臂，其中 所述第一 QW調(diào)制器位于所述第一干涉儀臂中；第二 QW調(diào)制器位于所述第二干涉儀臂中；且所述干涉儀臂中的至少一者包括一個(gè)或一個(gè)以上移相器；及激光器，其光學(xué)地耦合到所述MZ干涉儀以向所述MZ干涉儀施加具有所述操作波長(zhǎng)的所述光學(xué)輸入信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進(jìn)一步包括向所述第一 QW調(diào)制器施加具有所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)是基于第一數(shù)據(jù)信號(hào)；向所述第二 QW調(diào)制器施加具有所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)是基于第二數(shù)據(jù)信號(hào)；對(duì)所述第一數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行反相以產(chǎn)生所述第二數(shù)據(jù)信號(hào)； 使所述第一及第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的至少一者經(jīng)受低通濾波；及使由所述MZ干涉儀產(chǎn)生的光學(xué)輸出信號(hào)經(jīng)受光學(xué)帶通濾波，其中所述光學(xué)發(fā)射器產(chǎn)生具有所述操作波長(zhǎng)的光學(xué)雙二進(jìn)制信號(hào)流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進(jìn)一步包括配置所述一個(gè)或一個(gè)以上移相器以在所述第一與第二干涉儀臂之間產(chǎn)生來(lái)自介于約165度與約195度之間的范圍的相位差。
9.一種設(shè)備，其包括馬赫-曾德MZ干涉儀，其具有第一及第二干涉儀臂，其中 所述第一干涉儀臂包括第一量子阱QW調(diào)制器；所述第二干涉儀臂包括第二 QW調(diào)制器；及第一驅(qū)動(dòng)器電路，其經(jīng)電耦合以驅(qū)動(dòng)所述第一 QW調(diào)制器；第二驅(qū)動(dòng)器電路，其經(jīng)電耦合以驅(qū)動(dòng)所述第二 QW調(diào)制器，其中所述MZ干涉儀光學(xué)地耦合到激光器以從所述激光器接收具有操作波長(zhǎng)的光學(xué)輸入信號(hào)；及控制器，其配置所述第一驅(qū)動(dòng)器電路以產(chǎn)生用于所述第一 QW調(diào)制器的第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓； 所述第二驅(qū)動(dòng)器電路以產(chǎn)生用于所述第二 QW調(diào)制器的所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓；及所述激光器以產(chǎn)生所述操作波長(zhǎng)，其中 所述第一驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第一二進(jìn)制電平； 所述第二驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于第二二進(jìn)制電平；且所述控制器操作以配置所述第一及第二驅(qū)動(dòng)器電路及所述激光器以致使對(duì)應(yīng)于所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的電折射峰到峰改變與電吸收峰到峰改變的比率S大于零但約小于--ο
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一及第二 QW調(diào)制器中的至少一者包括波導(dǎo)，其具有交錯(cuò)的N個(gè)QW層及N+1個(gè)勢(shì)壘層，其中N為正整數(shù)；及電極，其與所述波導(dǎo)電接觸以接收具有所述第一及第二驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)器電路操作以基于數(shù)據(jù)流而驅(qū)動(dòng)所述QW調(diào)制器；對(duì)于具有所述操作波長(zhǎng)的光學(xué)波，穿過(guò)所述第一及第二 QW調(diào)制器中的至少一者的渡越時(shí)間小于所述數(shù)據(jù)流的位速率的倒數(shù)的約20% ；所述第一及第二 QW調(diào)制器中的至少一者具有小于約500 μ m的總長(zhǎng)度； 所述第一及第二干涉儀臂包括一個(gè)或一個(gè)以上移相器；且所述控制器操作以配置所述一個(gè)或一個(gè)以上移相器以在所述第一與第二干涉儀臂之間產(chǎn)生來(lái)自介于約165度與約195度之間的范圍的相位差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有量子阱QW調(diào)制器的光學(xué)發(fā)射器及一種操作所述光學(xué)發(fā)射器的方法。所述QW調(diào)制器可配置以執(zhí)行振幅調(diào)制及相位調(diào)制兩者。使用所揭示的方法，可選擇所述QW調(diào)制器的長(zhǎng)度、一個(gè)或一個(gè)以上驅(qū)動(dòng)電壓及/或操作波長(zhǎng)以使所述光學(xué)發(fā)射器能夠產(chǎn)生具有相對(duì)高位速率的經(jīng)調(diào)制光學(xué)信號(hào)，例如，具有大于約80Gb/s的位速率的光學(xué)雙二進(jìn)制信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/04GK102356570SQ201080012767
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者克里斯托弗·R·多爾 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊