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      具有交錯啁啾陣列波導(dǎo)光柵的相干接收器的制作方法

      文檔序號:7912979閱讀:155來源:國知局
      專利名稱:具有交錯啁啾陣列波導(dǎo)光柵的相干接收器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及光學(xué)通信設(shè)備,且更具體來說(但非排他地)涉及相干光學(xué)接收器。
      背景技術(shù)
      本章節(jié)介紹可幫助促進對本發(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。相干光學(xué)檢測方案不僅能夠檢測光學(xué)信號的振幅,而且能夠檢測信號的相位。這些能力使光學(xué)相干檢測與光譜高效調(diào)制格式(例如正交振幅調(diào)制及呈各種形式的相移鍵控(PSK)(例如,差分二進制PSK及差分正交PSK))的使用兼容。與不相干檢測器相比,光學(xué)相干檢測器提供相對容易的波長可調(diào)諧性、對來自波長分割多路復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的鄰近信道的干擾的良好抑制、電磁場到電信號的線性變換以有效地應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)及使用偏振分割多路復(fù)用(PDM)的機會。光學(xué)相干檢測器通常采用90度混合器件,其將所接收的光學(xué)通信信號與本機振蕩器信號混合以使得可恢復(fù)由所述光學(xué)通信信號載送的數(shù)據(jù)。然而,現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)相干檢測器的一個問題是其通常需要單獨90度混合器件用于光學(xué)通信信號的每一 WDM及/或PDM分量。不利地,組成裝置的此多重性使得在WDM及/或PDM系統(tǒng)中使用光學(xué)相干檢測相對昂貴且致使對應(yīng)接收器變得相對大及/或展示出相對高光學(xué)衰減。

      發(fā)明內(nèi)容
      本文中揭示具有交錯啁啾陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的光學(xué)相干檢測器的各種實施例。所述AWG具有使得所述AWG能夠用作光學(xué)90度混合器件的周期性啁啾型式。如果使用雙折射材料實施所述AWG,那么所述AWG也可用作偏振多路分用器。在一個實施例中,所述AWG經(jīng)設(shè)計以同時用作波長多路分用器、每一波長分割多路復(fù)用(WDM)信號分量的偏振多路分用器及每一 WDM信號分量的每一偏振分割多路復(fù)用分量的90度混合器件。相對于現(xiàn)有技術(shù)有利地,本發(fā)明的光學(xué)相干檢測器可使用相對少的組成裝置來實施。根據(jù)一個實施例,提供一種具有AWG的設(shè)備,所述AWG包括⑴襯底,其具有平面表面;(ii)第一光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入以及第一空間光學(xué)輸出陣列;(iii)第二光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第二空間光學(xué)輸入陣列以及第三空間光學(xué)輸出陣列;及(iv)波導(dǎo)臂陣列,每一波導(dǎo)臂將所述第一空間陣列中的一個光學(xué)輸出連接到所述第二空間陣列中的對應(yīng)光學(xué)輸入。所述波導(dǎo)臂陣列經(jīng)配置以響應(yīng)于在所述第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入處接收的光具有約相同波長而致使所述第三空間陣列中的第一組四個光學(xué)輸出接收在所述第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入處接收的所述光的四個不同相位組合。根據(jù)另一實施例,提供一種處理光學(xué)信號的方法,其具有提供包括以下各項的AWG的步驟(i)襯底,其具有平面表面;(ii)第一光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入以及第一空間光學(xué)輸出陣列;(iii)第二光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第二空間光學(xué)輸入陣列以及第三空間光學(xué)輸出陣列;及(iv)波導(dǎo)臂陣列,每一波導(dǎo)臂將所述第一空間陣列中的一個光學(xué)輸出連接到所述第二空間陣列中的對應(yīng)光學(xué)輸入。所述方法進一步具有以下步驟將(a)光學(xué)輸入信號施加到所述AWG的第一光學(xué)輸入波導(dǎo)且將(b)本機振蕩器信號施加到所述AWG的第二光學(xué)輸入波導(dǎo),以在所述第三空間陣列的一組四個光學(xué)輸出處產(chǎn)生所述光學(xué)輸入信號與所述本機振蕩器信號的四個不同相位組合。


      舉例說明,依據(jù)以下詳細說明及附圖,本發(fā)明的各種實施例的其它方面、特征及益處將變得更加顯而易見,附圖中圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的相干光學(xué)接收器的框圖;圖2示意性地展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可用在圖1的接收器中的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的布局;圖3示意性地展示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的可用在圖1的接收器中的AWG的布局;圖4示意性地展示根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的可用在圖1的接收器中的AWG的布局;且圖5A到5B展示根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的可用在圖1的接收器中的AWG的圖示。
      具體實施例方式圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的相干光學(xué)接收器100的框圖。接收器100具有陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 110,其具有⑴標記為S及R的兩個輸入端口及(ii)標記為1到N的多個輸出端口。AWG 110光學(xué)上混合分別施加到輸入端口 S及R的輸入信號102及104,以分別在輸出端口 1到N處產(chǎn)生N個混合信號11 到112n。在各種實施例中,輸入信號102可以是非多路復(fù)用信號或具有波長分割多路復(fù)用(WDM)及/或偏振分割多路復(fù)用(PDM)信號分量的多路復(fù)用信號。取決于輸入信號102的既定類型,AWG 110可經(jīng)設(shè)計以執(zhí)行以下功能(i)90度混合器件;(ii)波長多路分用器及每一 WDM分量的90度混合器件;(iii)偏振多路分用器及每一 PDM分量的90度混合器件;或(iv)波長多路分用器、每一 WDM分量的偏振多路分用器及每一 WDM分量的每一 PDM分量的90度混合器件。下文參考圖2到5更詳細地描述對應(yīng)于AWG 110的這些實施例的代表性AWG結(jié)構(gòu)。輸入信號104是用于輸入信號102的相干檢測的本機振蕩器(LO)信號。因此,輸入信號104具有對應(yīng)于輸入信號102的信號分量的信號分量。舉例來說,如果輸入信號102具有η個WDM分量,那么LO信號104也具有η個光譜分量,每一者具有與輸入信號102的對應(yīng)WDM分量大致相同的光學(xué)載波頻率(波長)。類似地,如果輸入信號102針對每一光學(xué)載波頻率具有兩個PDM分量,那么LO信號104針對每一光學(xué)載波頻率也具有兩個對應(yīng)偏振分量。在一個實施例中,如所述技術(shù)中已知,例如,使用光鎖相環(huán)路(PLL,圖1中未明確展示)在接收器100處產(chǎn)生LO信號104。在替代實施例中,從遠程發(fā)射器(圖1中未明確展示)接收LO信號104,例如,如第7,269,356號美國專利中所揭示,所述美國專利以整體引用方式并入本文中。
      注意,經(jīng)設(shè)計用于處理PDM信號的接收器100的實施例可包含位于AWG 110的輸入端口 R處的任選偏振控制元件106。偏振控制元件106的一個功能是確保LO信號104為相關(guān)信號偏振中的每一者提供充足光學(xué)功率。舉例來說,偏振控制元件106可經(jīng)配置以改變/旋轉(zhuǎn)LO信號104的偏振,以使得在耦合到AWG 110中之后,LO信號在橫向電(TE)及橫向磁(TM)波導(dǎo)偏振模式中具有大致相等光學(xué)功率。例如,當偏振控制元件106致使以下情況時將發(fā)生相等功率劃分(i)致使線性偏振的LO信號104的偏振相對于AWG 110的平面以約45度定向或(ii)致使LO信號104圓偏振。如此說明書中所使用,術(shù)語TE及TM偏振/模式包含兩種情況⑴常規(guī)TE及TM偏振/模式及(ii)準TE及準TM偏振/模式。接收器100進一步具有檢測器陣列120,其將N個光學(xué)信號11 到11 轉(zhuǎn)換成K個電信號12 到12 ,所述K個電信號指示對應(yīng)于輸入信號102的獨立調(diào)制的分量的復(fù)值。電信號12 到12 中的每一者可在對應(yīng)(任選)放大器130處放大。在對應(yīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 140中將所得信號132i到13 中的每一者轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。所得數(shù)字信號14 到142κ由數(shù)字信號處理器(DSP) 150處理以恢復(fù)由輸入信號102的每一獨立調(diào)制的分量載送的數(shù)據(jù)。在代表性實施例中,N = K或N= I。在一個實施例中,在共用襯底上將AWG 110及檢測器陣列120實施為單個集成電路的部分。圖2示意性地展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可用作AWG 110 (圖1)的AWG 200的布局。更具體來說,AWG 200對應(yīng)于N = 4(參見圖1)且經(jīng)設(shè)計以用作光學(xué)90度混合器件。AWG 200具有由AWG波導(dǎo)臂222的復(fù)數(shù)體220連接的波導(dǎo)耦合器(有時也稱作星形耦合器)210及230。如果將AWG 200用作AWG 110 (圖1),那么耦合器210的輸入端口 208i及20 分別充當接收器100的輸入端口 S及R。耦合器230的輸出端口 23 到2324對應(yīng)于AWG 110的輸出端口 1至Ij 4。在非啁啾AWG中,任何兩個鄰近AWG臂(類似于AWG 200的AWG臂222)之間的長度差為常數(shù)(后文標示為Δ 。在數(shù)學(xué)上,可使用等式(1)來表達非啁啾AWG的此性質(zhì)Lm = L0+m Δ L (1)其中m為識別平面襯底上的所述臂的橫向空間序列中的第m個波導(dǎo)臂的索引。此處,m = 0對應(yīng)于第一或最短AWG臂,其具有長度Ltl ;且Lm是橫向空間序列中的第m個AWG臂的長度。相比來說,在交錯啁啾AWG中,鄰近AWG臂之間的長度差可(例如)以周期性方式調(diào)制,且取決于索引m。在數(shù)學(xué)上,可使用等式( 近似表達交錯啁啾AWG的此性質(zhì)Lm = L0+m Δ L+l (m mod Μ) (2)其中M為啁啾型式的周期,且l(m mod Μ)是離散臂長度調(diào)制函數(shù),其取決于索引m除以周期M的余數(shù)??稍贏L = 0的情形下實施一些啁啾AWG及一些非啁啾AWG。例如,可在第5,909,522及6,049,640號共同擁有的美國專利中發(fā)現(xiàn)關(guān)于交錯啁啾AWG的設(shè)計及實施方案的額外細節(jié),所述美國專利均以整體引用方式并入本文中。在一個實施例中,AWG 200是交錯啁啾AWG,其中AWG臂222具有由選自(例如)表1中所列出的一組八個代表性離散函數(shù)I1(D-I8G)的臂長度調(diào)制函數(shù)l(m mod Μ)描述的啁啾型式。注意,表1中所列出的離散函數(shù)對應(yīng)于M = 4個AWG臂的周期。所列出的離散函數(shù)中的每一者是經(jīng)正規(guī)化的,其中所關(guān)注波長(λ。)充當正規(guī)化因子。在各種實施例中,λ。可以是輸入信號的載波波長或?qū)⒃谳斎胄盘栔写嬖诘亩鄠€WDM分量的平均波長。
      表1 代表性AWG啁啾型式
      權(quán)利要求
      1.一種設(shè)備,其包括陣列波導(dǎo)光柵AWG,所述陣列波導(dǎo)光柵包括襯底,其具有平面表面;第一光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入以及第一空間光學(xué)輸出陣列;第二光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第二空間光學(xué)輸入陣列以及第三空間光學(xué)輸出陣列;及波導(dǎo)臂陣列,每一波導(dǎo)臂將所述第一空間陣列中的一個光學(xué)輸出連接到所述第二空間陣列中的對應(yīng)光學(xué)輸入,其中所述波導(dǎo)臂陣列經(jīng)配置以響應(yīng)于在所述第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入處接收的光具有約相同波長而致使所述第三空間陣列中的第一組四個光學(xué)輸出接收在所述第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入處接收的所述光的四個不同相位組合。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述四個不同相位組合為來自第一光學(xué)輸入端口及第二光學(xué)輸入端口的光的具有約0、π /2弧度、π弧度及3 π /2弧度的相對相位的組合。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,所述波導(dǎo)臂陣列經(jīng)配置以致使所述第三陣列中的單獨第二組四個光學(xué)輸出接收所述光的四個第二組合,所述第二組合為所述光的分量的約正交于輸出到所述第三陣列中的所述第一組光學(xué)輸出的所述光的偏振的偏振。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,所述波導(dǎo)臂陣列經(jīng)配置以致使所述第三陣列中的單獨第二組四個光學(xué)輸出接收所述光的四個第二組合,所述第二組合具有不同于輸出到所述第三陣列中的所述第一組光學(xué)輸出的所述光的波長的波長。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中,對于所述波導(dǎo)臂中的至少一些波導(dǎo)臂,所述臂的至少一部分包括雙折射波導(dǎo);且所述設(shè)備進一步包括偏振控制元件,所述偏振控制元件經(jīng)配置以改變在所述第二光學(xué)輸入處接收的所述光的偏振以使得在第一偏振與大約正交于所述第一偏振的第二偏振之間劃分光學(xué)功率。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述AWG適于用作η信道波長多路分用器,其中η為大于1的正整數(shù);且所述第三空間光學(xué)輸出陣列包括如個光學(xué)輸出,其每一者用于接收在以下兩方面中的至少一個方面不同于其余Gn-I)個混合信號中的每一者的對應(yīng)混合信號(i)載波波長及(ii)施加到所述第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入的所述光之間的相對相移值。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述波導(dǎo)臂陣列具有周期性啁啾型式,其中四個波導(dǎo)臂為一周期;且所述啁啾型式由按選定次序布置的以下各項組成 ⑴兩個
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述設(shè)備為光學(xué)接收器,所述光學(xué)接收器進一步包括光檢測器陣列,每一光檢測器光學(xué)耦合到所述第三空間光學(xué)輸出陣列中的對應(yīng)輸出且適于將對應(yīng)光學(xué)輸出信號轉(zhuǎn)換成電信號;模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,其適于將由所述光檢測器陣列產(chǎn)生的所述電信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)字信號;及數(shù)字信號處理器,其接收所述數(shù)字信號,其中施加到所述第一光學(xué)輸入的光學(xué)輸入信號包括多個獨立調(diào)制的分量;且所述數(shù)字信號處理器適于處理所述數(shù)字信號以恢復(fù)由所述獨立調(diào)制的分量中的每一者載送的數(shù)據(jù),其中所述多個獨立調(diào)制的分量包括兩個或兩個以上WDM分量。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備,其中所述多個獨立調(diào)制的分量還包括兩個或兩個以上PDM分量。
      10.一種處理光學(xué)信號的方法,其包括(a)提供陣列波導(dǎo)光柵AWG,其包括襯底,其具有平面表面;第一光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第一光學(xué)輸入及第二光學(xué)輸入以及第一空間光學(xué)輸出陣列;第二光學(xué)星形耦合器,其沿著所述表面且具有第二空間光學(xué)輸入陣列以及第三空間光學(xué)輸出陣列;及波導(dǎo)臂陣列,每一波導(dǎo)臂將所述第一空間陣列中的一個光學(xué)輸出連接到所述第二空間陣列中的對應(yīng)光學(xué)輸入;及(b)將(i)光學(xué)輸入信號施加到所述AWG的第一光學(xué)輸入波導(dǎo)且將(ii)本機振蕩器信號施加到所述AWG的第二光學(xué)輸入波導(dǎo),以在所述第三空間陣列中的一組四個光學(xué)輸出處產(chǎn)生所述光學(xué)輸入信號與所述本機振蕩器信號的四個不同相位組合。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種采用交錯啁啾陣列波導(dǎo)光柵AWG的光學(xué)相干檢測器。所述AWG具有使得所述AWG能夠用作光學(xué)90度混合器件的周期性啁啾型式。如果使用雙折射材料實施所述AWG,那么所述AWG也可用作偏振多路分用器。在一個實施例中,所述AWG經(jīng)設(shè)計以同時用作波長多路分用器、每一波長分割多路復(fù)用WDM信號分量的偏振多路分用器及每一WDM信號分量的每一偏振分割多路復(fù)用分量的90度混合器件。
      文檔編號H04J14/02GK102598548SQ201080036185
      公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
      發(fā)明者克里斯托弗·R·多爾 申請人:阿爾卡特朗訊
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