反射式光調(diào)制器結(jié)構(gòu)的光學(xué)接收發(fā)送一體機(jī)及控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的實(shí)施方式提供了一種用于光接入系統(tǒng)或者光互聯(lián)系統(tǒng)中的光學(xué)接收和發(fā)送一體機(jī)，它可以完成光信號(hào)接收或者反射的功能，或者按一定比例同時(shí)完成信號(hào)接收和反射的功能，該器件還可以進(jìn)行本地信號(hào)的光幅度調(diào)制、光相位調(diào)制，以及支持高階光調(diào)制格式，同時(shí)還可以作為光信號(hào)的時(shí)隙分離器，即將不同時(shí)隙的光信號(hào)按照應(yīng)用的要求分配至對外光端口和光接收機(jī)。這些功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依靠器件上加載電壓的不同來實(shí)現(xiàn)，因此便于控制，且可以根據(jù)需要調(diào)諧器件功能。該器件便于集成在硅基光學(xué)芯片上，因此便于構(gòu)成低成本和高可靠性的光學(xué)模塊，應(yīng)用于光通信與光互聯(lián)系統(tǒng)中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種集成光學(xué)器件構(gòu)成的光信號(hào)收發(fā)裝置，特別涉及應(yīng)用于光接入與光互聯(lián)的可集成光信號(hào)收發(fā)裝置。
技術(shù)介紹
集成光子器件是光電子領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于技術(shù)的發(fā)展，人們在硅基材料構(gòu)成的光學(xué)芯片上已經(jīng)可以制作出光耦合器、光分束器、光濾波器等無源光學(xué)器件，或是光調(diào)制器、電光開關(guān)等有源光學(xué)器件。由于采用絕緣襯底上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技術(shù)的硅基集成器件能夠很好的與CMOS工藝相兼容，因此硅基器件便于大規(guī)模生產(chǎn)且具有成本優(yōu)勢，人們希望將計(jì)算機(jī)間的光互聯(lián)設(shè)備、光通信和光網(wǎng)絡(luò)中的器件集成在單個(gè)硅基光學(xué)芯片上，最終實(shí)現(xiàn)片上光網(wǎng)絡(luò)(networkonchip,NOC)，從而使集成光學(xué)回路(Photonicintegratedcircuits,PIC)像集成電路一樣，能夠很好的提供未來信息傳輸和信息處理中的光模塊資源。硅基光器件具有尺寸小，設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，便于將一些已有的光模塊結(jié)構(gòu)集成在單個(gè)的硅片上。例利用半導(dǎo)體的CMOS工藝，能夠在硅片上制作出包含大量微環(huán)等諧振結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件，可以應(yīng)用在光學(xué)濾波器和調(diào)制器當(dāng)中。除此之外，硅基光器件也可以直接應(yīng)用在光通信當(dāng)中，例如一些研究人員將光接入系統(tǒng)中的某些模塊集成在硅基芯片上，形成如圖1和2所示的結(jié)構(gòu)1-3。在圖1中，光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)中的光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)可以通過波分復(fù)用器相連，其中，光發(fā)射機(jī)包括光調(diào)制器和調(diào)制電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器，光接收機(jī)包括光電探測器、跨阻放大器和線性放大器。由于器件中沒有光源，這些器件從原理上看，都可以集成在單個(gè)的硅片上，從而大大減小器件尺寸。除了當(dāng)前光接入系統(tǒng)ONU中的光模塊可以采用硅基光子集成技術(shù)，波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)中的無色ONU同樣可以采用硅基集成器件來實(shí)現(xiàn)。在用戶端，無色ONU的技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，無色ONU技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式直接關(guān)系到WDM-PON的商用前景。在圖2中，研究人員采用硅基光子集成技術(shù)將環(huán)形波分復(fù)用器、光電探測器和微環(huán)光調(diào)制器集成在一塊硅基芯片2，該模塊可以直接接收包含下行光信號(hào)的波長λ1，同時(shí)可以將上行光信號(hào)通過微環(huán)光調(diào)制器調(diào)制到λ2上。雖然文獻(xiàn)2中并未真正實(shí)現(xiàn)無色ONU的硅基光子集成，僅僅提出了上述概念，但是在該器件中，一個(gè)集成的模塊將兼具接收和發(fā)射光信號(hào)的功能，對光通信等方面的應(yīng)用而言，還是很具有吸引力的。硅基光子集成技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù)，從技術(shù)層面上說還存在不少需要解決的問題，但是，隨著成本和性能要求越來越嚴(yán)苛的光纖通信等領(lǐng)域的需求不斷發(fā)展，硅基光子集成技術(shù)的應(yīng)用是大勢所趨，考慮到技術(shù)的進(jìn)步，在未來5年中，適合不同應(yīng)用場合的硅基光子器件將會(huì)逐步出現(xiàn)，其應(yīng)用也將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。參考文獻(xiàn)：1.JingZhang*,Tsung-YangLiow,Guo-QiangLo,etal,“10GbpsmonolithicsiliconFTTHtransceiverwithoutlaserdiodeforanewPONconfiguration,”O(jiān)pt.Expre.,18(5):5135–5141(2010)2.LinXu,QiLi,NoamOphir,etal,“ColorlessOpticalNetworkUnitBasedonSiliconPhotonicComponentsforWDMPON”IEEEPhoton.Technol.Lett.24,1372-1374(2012).
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：針對
技術(shù)介紹
中的需求，本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于光信號(hào)收發(fā)的單端口器件，它可以完成光信號(hào)接收和反射發(fā)送的功能，還可以作為光信號(hào)的時(shí)隙分離器，即將不同時(shí)隙的光信號(hào)按照應(yīng)用的要求分配至對外光端口和光接收機(jī)。這些功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依靠器件上加載電壓的不同來實(shí)現(xiàn)，因此便于控制。該器件便于集成在硅基光學(xué)芯片上，因此便于構(gòu)成低成本和高可靠性的光學(xué)模塊應(yīng)用于光通信與光互聯(lián)系統(tǒng)中。本專利技術(shù)提供的光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括如下結(jié)構(gòu)：1)第一2×2光學(xué)耦合器(10)，該器件用于將對外光端口的光信號(hào)耦合到所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中，或者將反射光信號(hào)耦合出對外光端口；該第一2×2光學(xué)耦合器(10)的一個(gè)端口作為所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)的對外光端口，令一個(gè)端口還連接著光接收機(jī)。2)第二2×2光學(xué)耦合器(20)，用于將所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中的光信號(hào)耦合到反饋移相單元，該第二2×2光學(xué)耦合器的其中兩個(gè)端口分別連接著第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)，該第二2×2光學(xué)耦合器的另外兩個(gè)端口還連接著反饋移相單元。3)第一直波導(dǎo)(30)，用于連接第一2×2光學(xué)耦合器(10)的一個(gè)端口和第二2×2光學(xué)耦合器(20)的一個(gè)端口；4)第二直波導(dǎo)(40)，用于連接第一2×2光學(xué)耦合器(10)的另一個(gè)端口和第二2×2光學(xué)耦合器(20)的另一個(gè)端口；5)第一電極(50)，固定于第一直波導(dǎo)上，通過加載電壓，用于改變第一直波導(dǎo)的折射率等光學(xué)參數(shù)；6)第二電極(60)，固定于第二直波導(dǎo)上，通過加載電壓，用于改變第二直波導(dǎo)的折射率等光學(xué)參數(shù)；7)光接收機(jī)(70)，用于接收發(fā)送于此光接收機(jī)的光信號(hào)；8)b端口(75)，為所述第一2×2光學(xué)耦合器連接光接收機(jī)的端口；9)反饋移相單元(80)，用于連接第二2×2光學(xué)耦合器的兩個(gè)端口，使得正向輸出的光信號(hào)經(jīng)過光學(xué)移相后，反饋回第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)；10)第三電極(85)，固定于反饋移相單元上，通過加載電壓，用于改變反饋移相單元的折射率等光學(xué)參數(shù)；11)對外光端口(90)，為所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)的其中一個(gè)端口。在本專利技術(shù)中，第一2×2光學(xué)耦合器(10)和第二2×2光學(xué)耦合器(20)可以采用50∶50耦合比例的光學(xué)耦合器，也可以采用接近于50：50耦合比例的光學(xué)耦合器。在本專利技術(shù)提供的光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中，通過第一電極、第二電極和第三電極所加電壓的控制，光波既可以從對外光端口入射，通過反饋回路再從對外光端口反射出去；或者從對外光端口入射最終到達(dá)光接收機(jī)；或者，可以從對外光端口入射，部分功率通過反饋回路從對外光端口反射出去，部分功率到達(dá)光接收機(jī)。第三電極、第一電極和第二電極上所加載電壓分別為V3、V1和V2，它們可以是直流電壓，也可以是交流電壓，也可以按照某個(gè)比例同時(shí)加載直流電壓和交流電壓。例如，V1＝3+2cos(ωct)，V2＝-V1，或者V1＝3+2cos(ωct)，V2＝0v，V3根據(jù)光相位的需要加載。當(dāng)所加載電壓類型或者數(shù)值不同時(shí)，所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)可以工作在不同的模式，如圖4所示，這些模式包括：1)接收模式(101)，即完成輸入光信號(hào)僅僅到達(dá)光接收機(jī)的功能；2)反射模式(102)，即完成輸入光信號(hào)僅僅反饋到對外光端口的功能；3)可變接收與發(fā)射比例的光學(xué)信號(hào)耦合模式(103)，即完成輸入光信號(hào)部分到達(dá)光接收機(jī)，部分反饋到對外光端口，且這兩部分的比例可以調(diào)諧的功能；4)本地信號(hào)反射式強(qiáng)度調(diào)制模式(104)，即完成將本地電信號(hào)反射調(diào)制在輸入光載波上的功能，調(diào)制方式為光強(qiáng)度調(diào)制；5)本地信號(hào)反射式相位調(diào)制模式(105)，即完成將本地電信號(hào)反射調(diào)制在輸入光載波上的功能，調(diào)制方式為光相位調(diào)制；6)本地信號(hào)反射式強(qiáng)度-相位聯(lián)合調(diào)制模式(106)，即完成將本地電信號(hào)反射調(diào)制在輸入光載波上的功能，調(diào)制方式為光正交幅度調(diào)制(QA本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)，包括：第一2×2光學(xué)耦合器，用于將對外光端口的輸入光信號(hào)耦合到所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中，該第一2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口作為所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)的對外光端口，該第一2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口連接著光接收機(jī)，該第一2×2光學(xué)耦合器的另外兩個(gè)端口還分別連接著第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)；第二2×2光學(xué)耦合器，用于將所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中的光信號(hào)耦合到反饋移相單元，該第二2×2光學(xué)耦合器的其中兩個(gè)端口分別連接著第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)，該第二2×2光學(xué)耦合器的另外兩個(gè)端口還連接著反饋移相單元；第一直波導(dǎo)，用于連接第一2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口和第二2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口；第二直波導(dǎo)，用于連接第一2×2光學(xué)耦合器的另一個(gè)端口和第二2×2光學(xué)耦合器的另一個(gè)端口；反饋移相單元，用于連接第二2×2光學(xué)耦合器的兩個(gè)端口，使得正向輸出的光信號(hào)經(jīng)過光學(xué)移相后，反饋回第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)；第一電極，固定于第一直波導(dǎo)上，通過加載電壓，用于改變第一直波導(dǎo)的折射率等光學(xué)參數(shù)；第二電極，固定于第二直波導(dǎo)上，通過加載電壓，用于改變第二直波導(dǎo)的折射率等光學(xué)參數(shù)；第三電極，固定于反饋移相單元上，通過加載電壓，用于改變反饋移相單元的折射率等光學(xué)參數(shù)；對外光端口，為所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)唯一的一個(gè)對外光端口；b端口，為所述第一2×2光學(xué)耦合器連接光接收機(jī)的端口；光接收機(jī)，用于接收發(fā)送于此光接收機(jī)的光信號(hào)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)，包括：第一2×2光學(xué)耦合器，用于將對外光端口的輸入光信號(hào)耦合到所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中，該第一2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口作為所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)的對外光端口，該第一2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口連接著光接收機(jī)，該第一2×2光學(xué)耦合器的另外兩個(gè)端口還分別連接著第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)；第二2×2光學(xué)耦合器，用于將所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)中的光信號(hào)耦合到反饋移相單元，該第二2×2光學(xué)耦合器的其中兩個(gè)端口分別連接著第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)，該第二2×2光學(xué)耦合器的另外兩個(gè)端口還連接著反饋移相單元；第一直波導(dǎo)，用于連接第一2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口和第二2×2光學(xué)耦合器的一個(gè)端口；第二直波導(dǎo)，用于連接第一2×2光學(xué)耦合器的另一個(gè)端口和第二2×2光學(xué)耦合器的另一個(gè)端口；反饋移相單元，用于連接第二2×2光學(xué)耦合器的兩個(gè)端口，使得正向輸出的光信號(hào)經(jīng)過光學(xué)移相后，反饋回第一直波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)；第一電極，固定于第一直波導(dǎo)上，通過加載電壓，用于改變第一直波導(dǎo)的折射率等光學(xué)參數(shù)；第二電極，固定于第二直波導(dǎo)上，通過加載電壓，用于改變第二直波導(dǎo)的折射率等光學(xué)參數(shù)；第三電極，固定于反饋移相單元上，通過加載電壓，用于改變反饋移相單元的折射率等光學(xué)參數(shù)；對外光端口，為所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)唯一的一個(gè)對外光端口；b端口，為所述第一2×2光學(xué)耦合器連接光接收機(jī)的端口；光接收機(jī)，用于接收發(fā)送于此光接收機(jī)的光信號(hào)。2.如權(quán)利要求1所述的光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)，其特征在于：通過第一電極、第二電極和第三電極所加電壓的控制，光波的光路如下：光波既可以從對外光端口入射，通過反饋回路再從對外光端口反射出去；或者從對外光端口入射最終到達(dá)光接收機(jī)；或者，可以從對外光端口入射，部分功率通過反饋回路從對外光端口反射出去，部分功率到達(dá)光接收機(jī)。3.如權(quán)利要求1所述的光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)，其特征在于：所述反饋移相單元既可以由單個(gè)光波導(dǎo)構(gòu)成，也可以由復(fù)雜的光路構(gòu)成，用來提供電壓控制的光波移相功能。4.如權(quán)利要求1所述的光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)，其特征在于：第一電極、第二電極和第三電極上可以加載直流電壓，也可以加載交流電壓，也可以按照某個(gè)比例同時(shí)加載直流電壓和交流電壓；當(dāng)所加載電壓類型或者數(shù)值不同時(shí)，所述光信號(hào)收發(fā)一體機(jī)可以工作在不同的模式，這些模式包括：1）接收模式，即完成輸入光信號(hào)僅僅到達(dá)光接收機(jī)的功能；2）反射模式，即完成輸入光信號(hào)僅僅反饋到對外光端口的功能；3）可變接收與發(fā)射比例的光學(xué)信號(hào)耦合模式，即完成輸入光信號(hào)部分到達(dá)光接收機(jī)，部分反饋到對外光端口，且這兩部分的比例可以調(diào)諧的功能；4）本地信號(hào)反射式強(qiáng)度調(diào)制模式，即完成將本地電信號(hào)反射調(diào)制在輸入光載波上的功能，調(diào)制方式為光強(qiáng)度調(diào)制；5）本地信號(hào)反射式相位調(diào)制模式，即完成將本地電信號(hào)反射調(diào)制在輸入光載波上的功能，調(diào)制方式為光相位調(diào)制；6）本地信號(hào)反射式強(qiáng)度-相位聯(lián)合調(diào)制模式，即完成將本地電信號(hào)反射調(diào)制在輸入光載波上的功能，調(diào)制方式為光正交幅度調(diào)制（QAM）；7）時(shí)域光信號(hào)交叉分離模式，即完成將接收到的光信號(hào)在時(shí)間上交叉分離到對外光端口和光接收機(jī)的功能。5.如權(quán)利要求3所述的接收模式，其控制方法如下：第三電極上加載的直流電壓為V3，令V3=0；第一電極和第二電極上同時(shí)加載直流電壓V1和V2，使得V2=-V1；V1和V2的調(diào)控方法為：調(diào)節(jié)V1和V2使得光接收機(jī)接收到的光功率為最大值，記錄達(dá)到該最大光功率時(shí)的V1和V2數(shù)值，即V1=V_1a和V2=V_2a。6.如權(quán)利要求3所述的反射模式，其控制方法如下：第三電極上加載的直流電壓為V3，令V3=0；第一電極和第二電極上同時(shí)加載直流電壓V1和V2，使得V2=-V1；V1和V2的調(diào)控方法為：調(diào)節(jié)V1和V2使得光接收機(jī)接收到的光功率為最小值，記錄達(dá)到該最小光功率時(shí)的V1和V2數(shù)值，即V1=V_1b和V2=V_2b。7.如權(quán)利要求3所述的可變接收與發(fā)射比例的光學(xué)信號(hào)耦合模式，其控制方法如下：第一電極和第二電極上同時(shí)加載直流電壓V1和V2，V1的數(shù)值在V_1a和V_1b之間，V2的數(shù)值在V_2a和V_2b之間。8.如權(quán)利要求...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：桂林，
申請(專利權(quán))人：桂林，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31