具有预定的频啁啾的光学调制器制造技术

一种产生具有预定的频率线性调频的调制光学输出的光学调制器，包括：光学分光装置，该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂（３６，３８）传输；光学组合装置，该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光输出；与每个波导臂（３６，３８）相关的至少一个电极对（４０／４４，４２／４４），所说的电极对电串联连接以响应施加到其中的单电信号（Ｖ＃－［ｍｏｄ］）反相调制所说的光信号的相位。该调制器的特征在于电容性元件（６０），它连接到一个臂（３８）的电极对（４２）以改变单电信号（Ｖ＃－［ｍｏｄ］）的分割，以使在一个臂（３８）的电极对（４２／４４）上的电信号的幅值不同于在另一臂（３６）的电极对（４０／４４）上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率线性调频。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有预定的频率线性调频的光学调制器，更具体地说，涉及(但并不限于)在光学通信系统中使用的具有预定的频率线性调频(frequency chirp)的π电光Mach-Zehnder光学调制器或定向耦合器。正如大家所公知，色散是任何波导介质的基本特性，比如在光学通信系统中使用的光纤。色散使不同的波长以不同的速度传播，这时由于材料介质的特性和波导机理的缘故。在通信系统中，最基本的是，对要通信的数字或模拟数据流的载波进行调制以将载波的频率分成一个或多个边带。因此在边带彼此相移时在较长的光纤中的色散使数据随着距离渐渐失真。色散具有加宽或扩展数据脉冲的作用，而这种作用限制了光纤通信系统的工作范围和/或工作数据率。在光学通信中，大家公知的是使用如下的方法来调制光学载波(i)直接调制光源，最典型的是半导体激光器，或者(ii)外部调制，在这种外部调制中光源连续运行，使用外部调制器调制它的光输出。在直接调制中调制激光器的驱动电流，由此改变产生所需光输出的强度调制以及相关的光学频率调制的有效区的折射率。相关的光学频率调制公知为线性调频。通过下式定量地计算线性调频参数α线性调频参数α=2I]]>公式1这里I是强度， 是光学相位φ的变化率， 是强度的变化率。由于色散的缘故激光线性调频进一步限制了在光学通信中的工作范围和/或数据率。由于半导体激光通常容易产生较强的线性调频，因此可取的是使用外部调制，特别是在长途高位速率强度调制的光纤通信中使用电光干涉调制器。外部调制器(特别是Mach-Zehnder调制器)的特别优势在于，(i)它们的线性调频较低，(ii)它们能够运行在较高的调制频率下(已经证实可以运行在超过100GHz下)，(iii)它们的光/电压特性很好，并且奇数阶对称，这种奇数阶对称消除了偶数阶谐波失真结果，以及(iv)由于它们的光源连续运行在较高的稳定的功率下，因此它的光输出较高，并且具有能够理想地适合于波分多路复用(WDM)系统的光谱纯度。虽然光调制器能够以零线性调频调制光信号，因此能够使光纤的色散的影响最小化，但是工作范围和/或长途光纤通信的数据率仍然受色散的限制。为克服这种问题并得到最佳的系统性能，已经提出了使用调制器应用较小的容易控制的负线性调频来补偿纤维分散(A HGnauk等人的“Didspersion penalty reduction using opticalmodulatiors with adjus table chirp”IEEE Photon.Technol.Lett.vol 3(1991))。在提高光级并结合由于在调制器中的净折射率增加引起的光频下降(折射率越高，导致传播越慢，由此导致相位滞后增加和频率越低)或者相反时，实现了负线性调频。负线性调频参数的最佳值取决于光纤的类型和长，通常范围为α＝-0.5至-1.0。产生负线性调频的方法取决于调制器的类型。调制器在广义上是那些在本质上为电吸收或电折射特性的器件。电吸收器件利用半导体材料的带隙波长附近的材料的透明度的变化，并提供了具有非线性特性的简单的ON/OFF选通。由于在反向偏压节区中吸收光，因此它们易于在较高的光功率下造成电压雪崩而失控。存在与电吸收相关的电折射效应，这种效应导致了较高程度的线性调频。它们也是与波长高度相关。电折射(通常称为电光)调制器使用作为一定的材料的特性的电场感应的折射率变化。它们通常基于干涉计并且能够利用单片平面光学波导技术来在长达几厘米的距离上将光限制到调制电场的附近，因此非常微弱的电光效应能够积累。在OFF状态下并不能吸收先，但是重新将它导向到不同的端口。包括定向耦合器的这种级别的调制器不仅用于调制，而且还能够在光学通信系统中用于切换和光学通信。主要类型的光电光学调制器使用如在附附图说明图1中示意性地所示的Mach-Zehnder干涉计结构。Mach-Zehnder光学调制器包括分解施加到输入4中的光以使相等部分的光沿着两个波导臂6，8传播的分光器2和组合光以在两个输出12，14中的一个上产生输出的组合器10。由电光材料制成的每个臂6，8具有一个或多个调制电极以光沿着臂传输具有可选择的相移。正如大家所公知，一旦在组合器10中进行组合，在臂6，8之间电感应的±90相对相移使光整个地切换到输出12，14中的一个或另一个输出中。光透射相对于调制电压Vmod的响应具有周期性的升余弦形式。强度调制源于组合器10对在干涉仪的不同的臂6，8上的相位调制之间的不同的作用。在输出12，14上的任何净相位调制源自共有的并在两个输出中相同的相位调制。对于在接近线性(50∶50)工作点周围较小的范围通过下式确定Mach-Zehnder调制器的线性调频参数Mach-Zehnder线性调频αMZ=VL1+VL2VL1-VL2]]>式2这里VL1是第一波导臂6的电压长度乘积，VL2是第二波导臂8的电压长度乘积。电压长度乘积包括符号。从总的相位调制的有效源中，不同的和相同的相位调制分量相对比。因此，具有剩余相位调制(线性调频)的强度调制器在其它的方面比相应的零线性调频器件具有更低的效率。如现在所描述，Mach-Zehnder调制器可以以不同的方式运行。在第一驱动方法(称为单边驱动)中，单个的RF调制驱动电压Vmod施加到仅仅一个臂的调制电极上。这就得到了±1的线性调频参数。可以认为RF驱动电压等效于+Vmod/2的微分电压，该电压叠加在Vmod/2的公共电平上并得到了非零的线性调频参数。强度调制与Vmod成比例，并且要求驱动调制器的RF功率与V2mod成比例。在第二驱动方法(称为双驱动推挽法)中，独立的、相等的且相反的RF驱动电压±Vmod/2分别施加到两个臂中。这种驱动方法产生了零线性调频和与Vmod成比例的强度调制。所要求的RF驱动功率与V2mod/4+V2mod/4成比例，即单边驱动的一半。在第三驱动方法(称为串联推挽法)中，两个臂的驱动电极串联连接并以单RF驱动电压Vmod驱动。驱动电压的一半出现在每个臂上，并且它们反相作用以得到与上述两驱动方法相同强度的调制，但没有线性调频。RF功率要求与单边驱动的要求相同，但调制器具有该带宽的两倍，因为RF源的电容减半。最后，在称为并行推挽法的第四驱动结构中，两个臂的驱动电极平行交接并由单RF源驱动电压Vmod/2驱动。在这种结构中，臂反相工作以得到与上述的驱动方法相同的强度但没有线性调频。对这种驱动的RF功率要求仅仅是对单边方法的功率要求的四分之一。然而，RF源的电容是单边驱动的电容的两倍，因此调制器具有该带宽的大约一半的带宽。下文的表1总结了所描述的不同的驱动方法它们的线性调频参数、带宽和功率。在该表中所有的附图都归一化为单边驱动方法。在电光调制器设计中所要求的驱动电压和带宽相互作用，因为这两者与驱动电极的长度成反比。然而，根据带宽功率比(特征附图)，单位线性调频系数将总是2倍。 表1各种Mach-Zehnder调制器驱动方法的线性调频参数、功率、带宽和强度调制的“指标数字。”在光学通信中使用的特别优选的调制器形式是以GaAs/AlGaAs制造的Mach-Zehnder调制器。由于制造的缘故，这种类型的调制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生具有预定的频率线性调频的调制光学输出的光学调制器，包括：光学分光装置（２），该光学分光装置接收要调制的光输入信号并将其分解为两个光信号以沿着由光电材料制成的两个波导臂（４，６）传输；光学组合装置（８），该光学组合装置接收两个光信号并将其组合成所说的调制光输出；与每个波导臂相关的至少一个电极对（４０，４２／４４），所说的电极对电串联连接以响应施加到其中的单电信号（Ｖ↓［ｍｏｄ］）反相调制所说的光信号的相位；其特征在于电容性元件（６０，６２），它连接到一个臂（６）的电极对（４２／４４）以改变单电信号（Ｖ↓［ｍｏｄ］）的分割，以使在一个臂（６）的电极对上的电信号的幅值不同于在另一臂（４）的电极对上的电信号的幅值，由此在调制的光学输出中产生预定的频率线性调频。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RG沃克尔，
申请(专利权)人：布克哈姆技术公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]