專利名稱：電吸收調(diào)制器的干涉儀操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速光通信領(lǐng)域，尤其是涉及電吸收調(diào)制方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器(EAM)提供低驅(qū)動電壓、小尺寸以及可與有 源光器件集成的能力的優(yōu)點。EAM集成激光器被廣泛地用于都市距離 (metro-distance)通信網(wǎng)絡(luò)。EAM還是高度集成的光子電路的關(guān)鍵構(gòu) 件。EAM的低驅(qū)動電壓要求特別有望用于新興的高比特率(〉100 Gb/s) 通信，在該高比特率通信中難以得到驅(qū)動鈮酸鋰調(diào)制器(L麗)所需的 寬帶電放大。
與一般利用結(jié)合了干涉儀結(jié)構(gòu)的相位調(diào)制來操作的L麗不同，EAM 被用作單獨的幅度調(diào)制器件?？紤]到包括正交相移鍵控(QPSK)的相移 鍵控(PSK)調(diào)制和正交幅度調(diào)制(QAM)在高比特率、高頻語效率傳輸 中的重要性，期望將EAM用于除了幅度調(diào)制的更大范圍的調(diào)制格式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及利用結(jié)合了光干涉儀的電吸收來調(diào)制光信號。在示例性 的實施例中，利用干涉儀地操作的偏振敏感的電吸收調(diào)制器(EAM)來 執(zhí)行相移鍵控(PSK)調(diào)制。通過干涉儀地合并通過EAM的光信號的橫 電場(TE)模與橫磁場(TM)模來實現(xiàn)PSK調(diào)制。
在另一示例性實施例中，EAM的干涉儀操作被用于執(zhí)行幅移鍵控 (ASK)調(diào)制，比如開關(guān)鍵控(00K)。對于ASK調(diào)制，EAM的干涉儀操 作提供相同驅(qū)動電壓下的顯著改善的消光比性能，或者其允許EAM在低 很多的驅(qū)動電壓下操作以獲得要求的消光比。本發(fā)明可用于增大EAM的 電光帶寬，克服消光比與帶寬之間的折衷關(guān)系。
在另外的示例性實施例中，EAM合并到干涉儀結(jié)構(gòu)中，比如馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)。在一個這樣的實施例中，EAM被包括在MZI的每 條臂中，干涉儀地合并這些EAM的輸出。根據(jù)本發(fā)明，可以將多個這種
4EAM-MZI結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合以提供不同的調(diào)制格式。
除了上述內(nèi)容以外，本發(fā)明還可用于各種各樣的調(diào)制格式，包括， 例如，QPSK和QAM。
下面將更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的上述和其它特征和方面。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括電吸收調(diào)制器(EAM)的干涉儀型調(diào)制器
件的示例性實施例的框圖。
圖2A-2C用圖形示出根據(jù)本發(fā)明的EAM的干涉儀操作。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的EAM馬赫-曾德爾干涉儀(EAM-MZI)結(jié)構(gòu)的
示例性實施例。
圖4A和4B示出用圖3的EAM-MZI結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的00K和PSK信號。 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合了半導(dǎo)體光放大器(S0A)的EAM-MZI 結(jié)構(gòu)的示例性實施例。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合了多個E認(rèn)-MZI結(jié)構(gòu)的調(diào)制器的示例性
實施例。
圖7A和7B分別示出在解調(diào)制之前和解調(diào)制之后根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制 器件的示例性實施例所產(chǎn)生的PSK信號的眼圖。
圖8A和8B分別示出沒有干涉儀操作和有干涉儀操作的EAM所產(chǎn)生 的開關(guān)鍵控(00K)信號的眼圖。
圖9示出有干涉儀操作和沒有干涉儀操作的EAM所產(chǎn)生的OOK信號 的消光比和接收機靈敏度的曲線圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括干涉儀地操作的電吸收調(diào)制器(EAM)的 系統(tǒng)100的示例性實施例的框圖。在系統(tǒng)100中，具有標(biāo)注為E^的電場 的激光通過偏振控制器UO發(fā)射到EAM 120中。發(fā)射的激光可以是任何 合適的激光，并且可以是已調(diào)制的或未調(diào)制的，包括，例如，連續(xù)波(CW)
激光或光脈沖序列。偏振控制器iio控制激光的發(fā)射角e。發(fā)射角e是
激光的電場E^目對于EAM 120的橫電場(TE)軸的角度。在EAM 120的 輸出，相對于EAM 120的TE軸以取向角4)布置有分析偏振器130。
圖2A用圖形示出上述布置的操作原理。電場E^皮示為向量，沿EAM120的TE和橫磁場(TM)軸對其進(jìn)行分解。在圖2A中，將電場E^的TE 和TM分量分別示為向量ETE ( t )和ETM ( t ) 。 TE和TM分量ETE ( t )和 ETM ( t )投影到分析偏振器130上，該分析偏振器13G干涉儀地合并各 投影。
EAM 120根據(jù)數(shù)據(jù)流(數(shù)據(jù))對激光進(jìn)行幅度調(diào)制。由于用數(shù)據(jù)調(diào) 制激光并且激光的電場EL隨著時間改變，TE和TM分量場ETE(t )和ETM(t ) 以及它們在分析偏振器130上的投影將相應(yīng)地改變，如跡線210和220 在圖2A中沿t軸所示。
從圖2A容易理解的是，通過分別控制發(fā)射角e和分析器取向角(]), 可以調(diào)節(jié)兩個投影場210、 220的相對幅度和調(diào)制深度。
基于量子阱的EAM表現(xiàn)出優(yōu)先的TE偏振吸收，除非拉伸應(yīng)變消除 了各向異性。如圖2A所示，TE調(diào)制深度比TM調(diào)制深度大很多。例如， 對于2V驅(qū)動信號幅度和-lV偏置電壓，例如OKI OM5753C-30B的商用 EAM器件具有大概比TM調(diào)制深度大9dB的TE調(diào)制深度。
如分別由圖2B和2C所示，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)影響TE和TM投影的角 度參數(shù)6和4)，可實現(xiàn)PSK調(diào)制或幅移鍵控(ASK)調(diào)制，比如開關(guān)鍵 控(00K)。因此，雖然TE和TM模的"原始"調(diào)制深度是由EAM的屬 性以及偏置和驅(qū)動電壓來設(shè)定的，本發(fā)明利用干涉儀操作，使得有可能 通過調(diào)節(jié)角度參數(shù)6和cj)來實現(xiàn)PSK或改善幅度調(diào)制深度，即消光比。 如圖2B所示，當(dāng)TM和TE ^:影場210和220的平均值大致相等時，可 以實現(xiàn)PSK調(diào)制。
如圖2C所示，當(dāng)TE和TM投影場210和220的低幅度相等時，可 以實現(xiàn)具有提高的消光比的OOK調(diào)制。
在另外的示例性實施例中，可采用其它布置來實現(xiàn)本發(fā)明的操作原 理，這些布置包括，例如，在每個臂中具有EAM的馬赫-曾德爾干涉儀 (MZI),如圖3所示。除了降低偏振敏感性以外，該實施例還可能有 利于減少額外損耗，如下所述。
如圖3所示，MZI 300包括第一臂中的第一 EAM 301和第二臂中的 第二EAM 302,在第二臂中布置有與EAM 302在一條線上的移相器305。 (可以理解的是，移相器可被布置在第一臂而不是第二臂中，或在兩條 臂中，只要能提供兩臂之間的適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系。)以各自的驅(qū)動信號， 驅(qū)動信號1和驅(qū)動信號2,來驅(qū)動EAM 301和302。通過輸入耦合器(或分束器)303將CW激光提供給EAM 301、 302。用輸出耦合器304合并EAM 301、 302 (通過移相器305 )的輸出。
可使用不同的驅(qū)動信號配置，這取決于調(diào)制格式的類型、EAM的規(guī)格以及輸入和輸出耦合器303、 304的耦合比。
在第一個這種配置中，EAM驅(qū)動信號之一 (例如，驅(qū)動信號1)是要調(diào)制的數(shù)據(jù)信號。另一EAM驅(qū)動信號(例如，驅(qū)動信號2)是DC偏置電壓，選擇該DC偏置電壓，使得通過相應(yīng)的EAM ( 302 )的CW傳輸?shù)窒硪?EAM ( 301 )中的調(diào)制信號的低幅度，如圖4A所示。在圖4A中，點線表示第一EAM 301中的NRZ-OOK調(diào)制信號，虛線表示被第二 EAM 302衰減的CW傳輸信號，而實線表示由上述信號的相消干涉產(chǎn)生的輸出信號。該配置提供了相比于常規(guī)操作的單個EAM產(chǎn)生的OOK的消光比改善。
要施加的DC偏置電壓(如驅(qū)動信號2)將取決于第一EAM301的動態(tài)消光比和耦合器303、 304的耦合比。耦合比,皮優(yōu)選地選擇為降低EAM-MZI結(jié)構(gòu)的傳輸損耗。影響最佳耦合比的因素包括第一 EAM 301的原始消光比、計劃的調(diào)制格式和兩個EAM的插入損耗。如果目的是提高OOK的消光比，則在第二EAM 302具有與第一EAM 301相同的插入損耗并且沒有向第二EAM 302施加電壓的情況下，輸入耦合器303的分功率比應(yīng)當(dāng)是￡/ (1+￡ ),其中s是原始消光比。如果要對第二 EAM 302
施力口偏置以4空制傳賴r損壽毛，可i'吏用其它的井禺4、比。由于可能只,以予員先^口道所有的器件參數(shù)，可變耦合器是有優(yōu)勢的。然而，耦合比可以是固定
的，并且通過調(diào)節(jié)對第二EAM 302施加的偏置電壓來優(yōu)化消光比。通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)DC偏置電壓(驅(qū)動信號2),該單數(shù)據(jù)驅(qū)動信號配置還可用于產(chǎn)生PSK信號。
在第二驅(qū)動信號配置中，驅(qū)動信號1是數(shù)據(jù)信號D,而驅(qū)動信號2是互補的數(shù)據(jù)信號萬。該配置可用于，例如，產(chǎn)生具有降低的光損耗的二相相移鍵控(BPSK)信號。圖4B中示出該驅(qū)動配置中的信號，在該圖4B中，點線表示第一EAM(由數(shù)據(jù)信號D驅(qū)動)的OOK信號輸出，虛線表示第二 EAM (由互補的數(shù)據(jù)信號萬驅(qū)動)的OOK信號輸出，而實線表示由兩個EAM輸出信號的相消干涉產(chǎn)生的PSK信號。與用單數(shù)據(jù)驅(qū)動信號產(chǎn)生PSK相比，該雙驅(qū)動方案將光損耗降低了至少6dB。
圖2A和2B與圖4A和4B的比較顯示了 EAM-MZI結(jié)構(gòu)在降低由相消干涉帶來的光損耗方面的有益之處。對于產(chǎn)生PSK來說，由于在相消干
7涉的過程中減少的光功率至少要少6dB,圖4B所示的布置優(yōu)于圖2B所示的。類似地，由于在相消干涉的過程中損耗的光功率更少，在產(chǎn)生消光提高的OOK信號的方面，圖4A優(yōu)于圖2C。
用于根據(jù)本發(fā)明的原理產(chǎn)生信號的相消干涉導(dǎo)致光損耗。然而，像在圖5中所示的示例性器件中那樣，可通過提供放大來補償該光損耗。在圖5的器件中，優(yōu)選將半導(dǎo)體光放大器(S0A) 510集成到EAM-MZI器件500中，以補償上述光損耗。為了最小化SOA的任何碼型相關(guān)性的影響，優(yōu)選地，對于產(chǎn)生PSK,將SOA安裝在調(diào)制器的輸出(如所示)，或者對于產(chǎn)生OOK,將SOA安裝在調(diào)制器的輸入。本發(fā)明的易于將SOA與基于EAM的調(diào)制器集成的能力是相對于例如鈮酸鋰調(diào)制器的其它器件的優(yōu)點。
盡管參照非歸零(NRZ)信號格式進(jìn)行了上述說明，相同的光調(diào)制器同樣也可以用于RZ格式。獲得用于產(chǎn)生RZ格式的驅(qū)動信號的示例性布置包括AND電路，該AND電路在NRZ數(shù)據(jù)信號和線路速率的時鐘信號之間執(zhí)行布爾操作。AND操作的結(jié)果可用于驅(qū)動EAM-MZI調(diào)制器，以產(chǎn)生RZ格式信號。由于低驅(qū)動電壓以及與驅(qū)動電壓成高非線性關(guān)系的光傳輸特性，基于EAM的調(diào)制器，例如本發(fā)明的基于EAM的調(diào)制器，比鈮酸鋰調(diào)制器更適合于采用該技術(shù)。在高比特率下，布爾AND操作易于引入信號畸變，尤其是對于大幅乂復(fù)1'言號。由于鈮酸4里調(diào)制器的只于于驅(qū)動電壓的良好的線性傳輸響應(yīng)，它們對這樣的信號畸變更敏感。
通過組合多個根據(jù)本發(fā)明的EAM-干涉儀結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)產(chǎn)生更復(fù)雜的調(diào)制格式。圖6中示出可用于產(chǎn)生QPSK信號的調(diào)制器的示例性實施例。圖6所示的調(diào)制器包括布置在MZI結(jié)構(gòu)600中的第一EAM-MZI結(jié)構(gòu)610和笫二 EAM-MZI結(jié)構(gòu)620。 EAM-MZI結(jié)構(gòu)610和620各自分別包括tt移相器611、 621，并且各自被數(shù)據(jù)信號及其互補信號(A、 Z和B、 5,分別地)驅(qū)動，以產(chǎn)生相應(yīng)的BPSK調(diào)制信號。通過在兩路信號之間引入7i/2的相對相移，將BPSK信號合并起來以產(chǎn)生QPSK信號。由移相器625提供該相移。
利用EAM干涉儀，比如通過圖6的示例性實施例，來產(chǎn)生QPSK,享有降低了很多的驅(qū)動電壓要求，從而降低了驅(qū)動電路的成本和功耗。
圖6的器件可用于產(chǎn)生其它的信號格式，包括，例如，8-QAM信號。為了實現(xiàn)這個目的，例如，通過向要停用的EAM-MZI的兩個驅(qū)動信號輸
8入施加同樣的電壓，EAM-MZI610、 620中的一個(不是全部)被有效地停用1個比特周期。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的基于EAM的干涉儀器件的示例性實施例的性能。
在例如圖1的示例性實施例的器件中，使用波長為1 55 3nm的CW光，并且用HP8169A偏振控制器(110)控制該CW光進(jìn)入EAM ( 120)的發(fā)射角。用片式偏4展控制器(paddle polarization controller)控制EAM的輸出的偏振，并且用光纖偏振器分析EAM的輸出。EAM具有30GHz的3dB帶寬，并且驅(qū)動信號的幅度是2. 6V。
圖7A示出由該系統(tǒng)產(chǎn)生的40Gb/s的PSK信號的電眼圖。圖7B示出在由25ps延遲的干涉儀進(jìn)行解調(diào)制之后PSK信號的眼圖。然后，解調(diào)制信號被電解復(fù)用，并且在噪聲系數(shù)為5.6dB的摻鉺光纖放大器(EDFA)和帶寬為lnm的光濾波器之后測量10Gb/s下的誤比特率(BER )。接收機在10—9BER的靈敏度是-24. 3dBm。這比用使用零偏置的鈮酸鋰調(diào)制器產(chǎn)生的PSK所獲得的接收機靈敏度大約差3dB。如解調(diào)制的眼圖(圖7B)所示，代價主要來自TE和TM場之間的不完全干涉所導(dǎo)致的波形畸變，由于兩種;f莫式對驅(qū)動信號有不同的響應(yīng)，該波形畸變具有不相同的時間形態(tài)。
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與驅(qū)動信號的幅度相關(guān)。對于降低功耗和驅(qū)動電路的復(fù)雜度，使用低電壓驅(qū)動的操作是優(yōu)選的。
圖8A示出從常規(guī)地而不是以干涉儀模式操作的EAM直接獲得的00K信號的電眼圖。在該情況下，當(dāng)CW激光與EAM的TE軸對準(zhǔn)時，獲得最高消光比(ER),在該情況下，1. 1V驅(qū)動電壓下的最高消光比為5. 7dB。
圖7B示出以優(yōu)化了角度6和c|)的干涉儀模式來操作EAM時的ER的明顯改善。(對于圖7B所示的示例性數(shù)據(jù)，角度是29度。)在相同的驅(qū)動電壓1.1V下，測得改善的ER為12. 5dB。
對于BER為10—9的情況，圖9示出非干涉儀地操作和干涉儀地操作的EAM所產(chǎn)生的00K信號的消光比(ER )和接收機靈敏度(RS )與驅(qū)動電壓的關(guān)系。對于非干涉儀型EAM,空心圓和空心方塊分別表示ER和RS,而對于干涉儀型EAM，實心圓和實心方塊分別表示ER和RS。對于非干涉儀操作，當(dāng)輸入激光與EAM的TE軸對準(zhǔn)時獲得最佳的ER和RS。利用根據(jù)本發(fā)明的干涉儀操作，圖9示出0. 8V驅(qū)動電壓下的8. 7dB的ER改善和7dB的RS改善。有利的是，根據(jù)本發(fā)明，可以在不使用電放大器的情況下產(chǎn)生0. 8V、 40Gb/s的驅(qū)動信號。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例說明了可以代表本發(fā)明的應(yīng)用的少數(shù)可能的特定實施例。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)造各式各樣的其它布置。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制光信號的方法，包括步驟將要調(diào)制的光信號分解為至少兩個光模式；使用至少一個電吸收調(diào)制器(EAM)調(diào)制所述光模式中的至少一個的電場；以及干涉儀地合并所述光模式，以產(chǎn)生調(diào)制光信號。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括步驟將激光發(fā)射到所述的至少一個EAM中，所述激光的電場具有相對于 所述EAM的軸的發(fā)射角，由此將所述激光分解為橫電場(TE)和橫磁場 (TM)分量；將所述TE和TM分量投影到具有相對于所述EAM的所述軸的取向角 的分析偏振器上，由此產(chǎn)生TE分量投影和TM分量投影；以及干涉儀地合并所述TE分量投影和TM分量投影，以產(chǎn)生調(diào)制信號。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中調(diào)制光信號包括相移鍵控(PSK) 調(diào)制信號和幅移鍵控(ASK)調(diào)制信號中的至少一種。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，包括調(diào)節(jié)所述發(fā)射角和所述取向角 中的至少 一 個以控制調(diào)制信號的步驟。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述EAM的所述軸是所述EAM 的TE軸。
6. —種用于調(diào)制光信號的設(shè)備，包括 用于將要調(diào)制的光信號分解為至少兩個光模式的裝置；用于調(diào)制所述光模式中的至少一個的電場的電吸收調(diào)制器(EAM ) 裝置；以及用于干涉儀地合并所述光模式以產(chǎn)生調(diào)制光信號的裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，包括偏振控制器裝置，用于控制激光的電場相對于所述EAM裝置的軸的 發(fā)射角，由此將所述激光分解為橫電場(TE)和橫磁場(TM)分量；以 及分析偏振器裝置，所述分析偏振器裝置具有相對于所述EAM的所述 軸的取向角，由此產(chǎn)生TE分量投影和TM分量投影，干涉儀地合并所述 TE分量投影和所述TM分量投影以產(chǎn)生調(diào)制光信號。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述調(diào)制光信號包括相移鍵控 (PSK)調(diào)制信號和幅移鍵控(ASK)調(diào)制信號中的至少一種。
9. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述發(fā)射角和所述取向角中的 至少一個是可調(diào)節(jié)的，并且控制所述調(diào)制信號。
10. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述EAM裝置的所述軸是所述 EAM裝置的TE軸。
全文摘要
描述了用于利用結(jié)合了光干涉儀的電吸收來調(diào)制光信號的方法和設(shè)備。通過將要調(diào)制的信號分解為多個光模式并且在用EAM調(diào)制這些模式中的至少一個之后干涉儀地合并這些模式，可以實現(xiàn)幅度調(diào)制器驅(qū)動信號比常規(guī)方法更低的相移鍵控調(diào)制。利用本發(fā)明，在給定的驅(qū)動電壓下，可以顯著改善ASK的消光比性能，或者可以以低很多的驅(qū)動電壓實現(xiàn)要求的消光比。因此，通過克服消光比與帶寬之間的折衷關(guān)系，可以增大EAM的光電帶寬。而且，本發(fā)明可用于產(chǎn)生驅(qū)動電壓低很多的其它調(diào)制格式，例如QPSK或QAM，從而降低用于調(diào)制的高速驅(qū)動電路的成本和功耗。
文檔編號H04B10/152GK101517460SQ200780035147
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者I·康 申請人:盧森特技術(shù)有限公司