一种被配置为多段装置的硅基光调制器，所述硅基光调制器利用修改的电数据输入信号格式解决与基于自由载流子色散的调制相关的相位调制非线性问题和衰减问题。所形成的调制器包括M个单独的段，并且数字信号编码器被用来将N位输入数据信号转换成用于M个调制器段的多个M个驱动信号，其中M≥2N/2。还可以调整调制器段的长度以解决非线性问题和衰减问题。可以在调制器的输出端(在组合波导以外)利用附加的相位调整。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及硅基光调制器，并且更具体地涉及利用数字编码器的分段的硅基光调制器，数字编码器用于将多位输入数据信号映射到用于驱动组合中的单独的调制器段的多个信号，选择所述多个信号以解决与硅基调制器的独特性质相关的性能问题(例如，衰减)。
技术介绍
多年来，光调制器由电光材料例如铌酸锂制成。光波导在电光材料内形成，且金属接触区域被设置在每个波导臂的表面上。连续波(CW)光信号被射入波导中，并且电数据信号输入被施加作为金属接触区域的输入。所施加的电信号改变接触下面的波导区域的折射率，因而改变沿着波导传播的速度。通过施加在两个臂之间产生η相移的电压，形成非线性(数字)马赫-曾德尔调制器。尽管这种类型的外置调制器已经证明极其有用，但日益期望在硅基平台上形成多种光学组件、子系统及系统。还期望将与这种系统相关的多种电子组件(例如，用于电光调制器的输入电数据驱动电路)与光学组件集成在同一硅衬底上。明显地，在这种情况下使用基于铌酸锂的光学装置不是一种选择。多种其他传统的电光装置类似地由不能直接地与硅平台相兼容的材料(例如III-V族化合物)制成。而且，众所周知这些基于场的装置中的任何一个在数据速率超过例如1GB/S时具有固有的性能限制。具体地，基于铌酸锂的布置需要被建模为行波结构，且需要相对复杂的电驱动结构来试图使装置在必要的速度下运行。在硅基平台中提供光调制能力方面已经取得重大进展，如在2005年1月18日授予R. K. Montgomery等人的编号为6，845，198的美国专利中所公开的内容，其已转让给本申请的受让人，并在此通过引用将其并入。附图说明图1图示了在Montgomery等人的专利中所公开的硅基调制器装置的示例性布置。在此实例中，硅基光调制器1包括掺杂的硅层2(通常为多晶硅)，掺杂的硅层2与亚微米厚的硅表层3 (通常在本领域中称为SOI层)的反向掺杂 (oppositely-doped)部分设置在重叠的布置中。SOI层3被示出为传统的绝缘硅(SOI)结构4的表层，该传统的绝缘硅结构4还包括硅衬底5和埋氧层6。重要地，相对薄的电介质层7(例如，二氧化硅、氮化硅、氧化钾、氧化铋、氧化铪，或其他高介电常数的电绝缘材料) 沿着SOI层3和掺杂的多晶硅层2之间的重叠区域设置。由多晶硅层2、电介质层7和SOI 层3限定的重叠区域限定了光调制器1的“作用区”。在一种实施方式中，多晶硅层2可以是P-掺杂的，SOI层3可以是η-掺杂的；也可以利用互补的掺杂布置(即，η-掺杂的多晶硅层2和ρ-掺杂的SOI层3)。图2是调制器1的作用区的放大视图，其图示了与穿过该结构(在垂直于纸面的方向上)传播的信号相关的光强，还图示了多晶硅层2和SOI层3之间重叠宽度W。在操作中，由于施加到掺杂的多晶硅层2的电压(Vkef2)和SOI层3的电压(Vkef3) ( S卩，电数据输入信号)的作用，自由载流子将聚积并耗尽在电介质层7的两侧。对自由载流子浓度的调制导致改变作用区中的有效折射率，因而引入对沿着由作用区限定的波导传播的光信号的相位调制。在图2所示的图中，光信号将沿着垂直于纸面方向的Y轴传播。图3图示了示例性的现有技术的硅基马赫-曾德尔干涉仪(MZI) 10，该干涉仪被配置成利用以上所描述的硅基调制装置1。如图所示，现有技术的MZI 10包括输入波导部分 12和输出波导部分14。一对波导调制器臂16和18被示出，其中在该示例中，所形成的波导臂16包括以上所描述的调制装置1。在操作中，来自激光源(未示出)的输入连续波(CW)光信号被耦合到输入波导部分12中。之后CW信号分开沿着波导臂16和18传播。向沿着臂16的调制器1施加电驱动信号将提供调制光信号所需的相移，从而形成沿着输出波导14的调制的光输出信号。图示了与调制器1相关的一对电极20，并且电极20被用于提供电驱动信号(VKEF2、Veef3)。可以沿着波导臂18设置类似的调制装置以同样地将相位延迟引入到传播的光信号上。当在数字域中操作时，当需要发送逻辑“1”时可以将电极接通，然后断开以发送逻辑“0”。根据第一级，以上所示出的传统的调制器的输出功率由以下等式给出P 出=P入/2(l+cosA φ)，其中Pa是来自调制器的输出功率，Ptl是输入功率，以及Δ φ是两个臂(例如，图 3的调制器10的臂16和18)之间的净光学相位差。因此，光输出功率水平通过改变两个臂之间的净相移Φ来控制。图4是这种关系的曲线图，其图示了作为两个臂之间的相移的函数的输出功率(“1”输出与最大功率输出Pa相关，“0”输出与最小功率输出Pa相关)。 也就是，调制器的两个臂之间的差分相移提供了相长干涉(例如，“1”)或相消干涉(例如， “0”)。尽管没有示出或没有描述，但应该理解的是，在实现中，这样的调制器可以利用DC部分以光学平衡臂，并沿着图4中示出的传递曲线在需要的位置设置工作点。在硅基光调制器的领域中，在利用先进的信号格式方面一直有进展。例如，参见在 2009年1月27日授予K. Shastri等人的美国专利7，483，597，其已转让给本申请的受让人并且在此通过引用并入。如其中所公开的，使用了多位电输入数据，并且调制器本身被配置成包括至少一个调制器臂，所述调制器臂包括多个具有不同长度的段，且总长度等于一个 η相移。在图5中示出了一个这样的示例性的调制器25。每个单独的段用数字逻辑“1” 或数字逻辑“0”驱动，也就是，被数字驱动成“开”或“关”，从而产生多级调制。已知可以在标称长度方面优化每个调制器段以提供在绝对值上近似相等的功率水平，而不管沿着调制器臂的段的位置(即，其相对于基于余弦的功率曲线的“位置”)。再次参照图4的传递函数曲线，明显的是，需要更长的调制段以在余弦曲线的波峰和波谷处工作，以及提供与和传递曲线的“较陡”的中间区域相关的段相同的输出功率变化。虽然由Shastri等人公开的布置对于允许多位数据信号驱动硅基光调制器是有用的，但已经认识到，用于硅中的光相位调制的自由载流子色散效应表现出非线性相位调制响应，同时还表现出与相位调制量成比例的衰减。图6(a)是图5的现有技术装置的非线性相位调制响应关于所施加的电压的曲线图，以及图6(b)是图5的现有技术装置的硅基光调制器的衰减作为所施加的电压的函数的曲线图。如在图6(a)中所示，对于小于大约1伏特的施加电压，相位调制是非线性的，其中如在图6(b)中所示，衰减随着所施加的电压的增加而增加，对于2V的施加电压及1550nm的工作波长，衰减达到接近3dB/mm的值。因此，本领域一直需要一种硅基光调制器，该硅基光调制器认识到并解决了与这些硅装置中的自由载流子色散效应相关的非线性问题和衰减问题。专利技术概述通过本专利技术解决了现有技术中存在的需求，本专利技术涉及硅基光调制器，且更具体地涉及一种被配置为多段装置的硅基光调制器，其利用修改的电数据输入信号格式来解决与沿着其波导区域的基于自由载流子色散的调制相关的相位调制非线性问题和衰减问题。依据本专利技术，通过利用多段调制器结构减轻了非线性相位调制和基于自由载流子色散的衰减，其中采用了 N位输入信号、M段调制器，其中M ^ 2N/2。N-到-M数字编码器被包括在调制器布置中，并被用于将N位输入信号映射到用于选择性地驱动调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克·韦伯斯特，阿纽吉·夏斯特里，卡尔潘都·夏斯特里，
申请(专利权)人：光导束公司，
类型：发明
国别省市：
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