專利名稱：用于光學通信的光學芯片和器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及光學接收器，并且特別涉及用于接收利用諸如正交相移鍵控 (QPSK)之類的相移鍵控調(diào)制而編碼的光學信號的此類接收器。
背景技術：
諸如光學差分正交相移鍵控(DQPSK)和偏振分割多路復用光學正交相移鍵控 (PDM-QPSK)之類的光學調(diào)制使得能夠在光學域內(nèi)進行光譜高效的通信。此類調(diào)制的信號可以由發(fā)送器發(fā)送，經(jīng)過光學波導傳播，并且利用接收器來解調(diào)(或解碼)。圖1示出了傳統(tǒng)上已知的用于解調(diào)DQPSK信號的接收器100的功能。在104處把利用DQPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)編碼的傳入光學載波信號102近似相等地分離成兩個數(shù)據(jù)信號，其中一個在106處招致一定延遲，所述延遲近似等于所述調(diào)制的信號的符號周期。通過使用相位控制電極110以及可選地輔助控制電極108來調(diào)節(jié)兩個光學數(shù)據(jù)信號中的光學載波的相對相位。這兩個數(shù)據(jù)信號在90°光學混合橋接式混合器112(hybrid-90)中被重新組合。 hybrid-90 112用以把兩個信號輸入組合成四個信號輸出。每個輸出組合輸入信號的相等比例，但是分別具有0°、90°、180°和270° (但不一定以此順序)的不同相對相位。具有 0°和180°的相對相位差的兩個輸出攜帶已編碼的同相數(shù)據(jù)(I通道)，具有90°和270° 的相對相位差的兩個輸出攜帶已編碼的正交相位數(shù)據(jù)(Q通道)。通過使用波導光電二極管 114和跨阻抗放大器116 (TIA)的組合，hybrid-90 112的四個光學輸出信號被相繼轉(zhuǎn)換成電流并且隨后被轉(zhuǎn)換成經(jīng)放大的電壓信號。差分地檢測針對I通道和Q通道當中的每個的光學信號。這可以利用連接到兩個TIA 116的兩對平衡光電二極管114來實現(xiàn)，或者可以利用連接到兩個差分輸入TIA 116的四個單端光電二極管114來實現(xiàn)。圖2示出了傳統(tǒng)上已知的用于解調(diào)PDM-QPSK信號的接收器200的功能。在這里， 利用QPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)的兩個正交偏振態(tài)來對傳入光學載波信號202進行編碼。在204處將傳入光學載波信號202分離成兩個單獨的光學分量。所述兩個偏振分量當中的一個可以在206處被旋轉(zhuǎn)從而具有共同的單一偏振態(tài)，以便與來自本地振蕩器108 (LO)的參考信號進行比較。由相應的hybrid-90 212、波導光電二極管214和TIA 216執(zhí)行的對兩個光學信號的檢測類似于在DQPSK接收器100中所執(zhí)行的檢測，除了所調(diào)制的是絕對相位狀態(tài)，而不是一個比特槽與下一個比特槽之間的差分相位。為了解碼絕對相位狀態(tài)，把所述信號與相同或類似光學頻率下的LO 208參考信號進行比較?？梢园严嗤腖O 208信號分離成兩個輸出或要素，以便在相應的hybrid-90 212處與QPSK數(shù)據(jù)的兩個偏振分量進行比較，通過使用光電二極管214和TIA 216的組合將所述hybrid-90 212的輸出相繼轉(zhuǎn)換成電流并且隨后轉(zhuǎn)換成經(jīng)放大的電壓信號。出于說明的目的，圖2示出了 PDM-QPSK解調(diào)器接收器的所有功能。但是為了方便起見，每個hybrid-90及其伴隨的波導光電二極管可以處在單獨的芯片上，其中例如在微光學組件中芯片外執(zhí)行偏振分離、偏振旋轉(zhuǎn)以及LO分離。隨著光學通信變得更快，部分地由于對成本減少的更小光學組件的需求，在芯片級別的光學組件集成得到了快速發(fā)展。例如，在授予Parsons等人的美國專利號7，259，901 中公開了一種光學DQPSK解碼器的設計。Parsons等人公開了將4x4多模干涉濾波器(MMI) 作為光學移相器(hybrid-90)與芯片上光學延遲和芯片外檢測一起使用。這種器件優(yōu)選地用硅光子學來實現(xiàn)。公開了類似的實現(xiàn)方式。例如，C R Doerr (Lucent Bell實驗室)公布了光學 hybrid-90 的硅基二氧化硅(silica-on-silicon)實現(xiàn)方式(IEEE JLT 24(1)，第 171 頁， 2006年1月)，其中利用了星形耦合器。C R Doerr (Lucent Bell實驗室)在“Monolithic InP DQPSK 53. 5-Gb/s receiver，，文章(EC0C-07 會議，2007 年 9 月)中公布了一種單片 hP DQPSK接收器，其中利用了 2x4星形耦合器、熱光和電流注入移相器、波導光電檢測器以及芯片上光學延遲。M Oguma等人(NTT)給出了"Single MZI-based 1x4 DQPSK demodulator” 文章(0FC-2008會議，2008年3月)，其中利用了具有MMI耦合器的hybrid-90設計、通過插入半波片而實現(xiàn)的芯片上光學延遲以便抵制由于光學雙折射不對稱性而導致的損害。然而這些傳統(tǒng)的芯片實現(xiàn)方式全都具有相關聯(lián)的缺陷。其遭受到不對稱雙折射 (或雙重折射)和相位控制問題的影響。特別當所述器件需要對于一個未知偏振態(tài)把一個信號或通道與另一個信號或通道進行比較時，雙折射可能是成問題的。相位或視路徑長度的差異可能影響器件到使其無效的程度。半導體波導的雙折射還使得難以在集成芯片上實現(xiàn)和控制光學延遲功能。此外， 所述延遲的量值(例如1個符號延遲通常是20 - 50ps)需要實施相對大面積的半導體材料。對于圖2中所示的PDM-QPSK相干接收器，要求是在固定的偏振條件下在操作的波長和溫度上實現(xiàn)hybrid-90功能和平衡檢測。對于DQPSK接收器和PDM-QPSK相干接收器來說，這迫使需要波導插入損耗的對稱性。在芯片級別的光學組件集成需要有足夠的生產(chǎn)量以證明在芯片上的投資是合理的，并且一旦設立之后，就幾乎沒有為顧客提供定制解決方案的空間。與設計DQPSK解碼器相關聯(lián)的挑戰(zhàn)是選擇并集成功能元件，從而在一定操作波長范圍(例如C波段或L波段)內(nèi)、 在所有偏振態(tài)下、在所需外殼溫度范圍內(nèi)并且在解碼器的壽命內(nèi)保持性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導體解調(diào)器芯片，例如QPSK解碼器芯片，其包含90°混合橋接式結構和特別利用InP制造的光電二極管檢測器，所述光電二極管檢測器包含在插入損耗和雙折射方面得到平衡的波導路徑。插入損耗和雙折射的平衡是通過一個或多個虛設 (dummy)波導跨越(cross-over)或MMI跨越或者其組合來實現(xiàn)的。QPSK芯片的對稱設計允許所述芯片在一定波長和溫度的范圍內(nèi)操作。還可以將芯片外延遲與QPSK芯片相結合地使用，從而允許在芯片上使用對延遲周期的定制。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于解調(diào)光學信號的QPSK芯片包括用于接收QPSK調(diào)制的信號的輸入；用于接收QPSK調(diào)制的信號并且把QPSK調(diào)制的信號混合成多個輸出信號的光學混合橋接式混合器；多個光電二極管，每個檢測所述多個輸出信號當中對應的一個；多個輸出波導，每個把所述多個光電二極管當中的一個耦合到與所述多個輸出信號當中的一個相對應的所述光學混合橋接式混合器的相應輸出；以及沿著所述多個輸出波導當中的一個所包括的至少第一虛設波導跨越，用來在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)一個實施例，第一虛設波導跨越對由于所述多個輸出波導當中的至少兩個之間的第一跨越而導致的不平衡進行平衡。根據(jù)另一個實施例，第一虛設波導跨越在與所述多個輸出波導當中的至少兩個之間的第一跨越相同的相交角下與所述一個輸出波導相交。根據(jù)另一個實施例，所述QPSK芯片包括沿著所述一個輸出波導所包括的第二虛設波導跨越以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)另一個實施例，第二虛設波導跨越對由于所述多個輸出波導當中的至少兩個之間的第二跨越而導致的不平衡進行平衡。根據(jù)另一個實施例，所述QPSK芯片包括沿著相應的其他輸出波導所包括的第三虛設波導跨越和第四虛設波導跨越以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)另一個實施例，所述輸入耦合到芯片外延遲單元，其分離并延遲QPSK調(diào)制的信號。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于解調(diào)光學信號的QPSK芯片包括用于接收QPSK 調(diào)制的信號的輸入；用于接收QPSK調(diào)制的信號并且把QPSK調(diào)制的信號混合成多個輸出信號的光學混合橋接式混合器；多個光電二極管，每個檢測所述多個輸出信號當中對應的一個；多個輸出波導，每個把所述多個光電二極管當中的一個耦合到與所述多個輸出信號當中的一個相對應的所述光學混合橋接式混合器的相應輸出；以及沿著所述多個輸出波導當中的至少兩個所包括的至少第一雙倍長度MMI耦合器，用來跨越所述多個輸出波導當中的所述至少兩個并且在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)一個實施例，所述QPSK芯片包括沿著所述多個輸出波導當中的至少兩個所包括的第二雙倍長度MMI耦合器以便跨越所述多個輸出波導當中的所述至少兩個并且在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)另一個實施例，所述QPSK芯片還包括沿著所述多個輸出波導當中的至少一個所包括的至少第一虛設雙倍長度MMI耦合器以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)另一個實施例，所述QPSK芯片包括沿著所述多個輸出波導當中的另一個所包括的第二虛設雙倍長度MMI耦合器以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)另一個實施例，所述輸入耦合到芯片外延遲單元，其分離并延遲QPSK調(diào)制的信號。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于解調(diào)光學信號的QPSK芯片包括用于接收QPSK 調(diào)制的信號的輸入；用于接收QPSK調(diào)制的信號并且把QPSK調(diào)制的信號混合成多個輸出信號的光學混合橋接式混合器，所述光學混合橋接式混合器包括MMI耦合器的非對稱網(wǎng)絡， 所述非對稱網(wǎng)絡包括1X2 MMI耦合器和第一 2X2 MMI耦合器；多個光電二極管，每個檢測所述多個輸出信號當中對應的一個；以及多個輸出波導，每個把所述多個光電二極管當中的一個耦合到與所述多個輸出信號當中的一個相對應的所述光學混合橋接式混合器的相應輸出。根據(jù)一個實施例，所述1X2匪I耦合器和2X2匪I耦合器對QPSK調(diào)制的信號施加 90°相位差。根據(jù)另一個實施例，所述1X2 MMI耦合器包括多個輸出；第一 2X2 MMI耦合器包括多個輸出；并且多個中間波導把所述1X2 MMI耦合器和第一 2X2 MMI耦合器的相應輸出耦合到第二 2X2 MMI耦合器和第三2X2 MMI耦合器當中的一個。根據(jù)另一個實施例，所述QPSK芯片包括所述多個中間波導當中的至少兩個之間的跨越。根據(jù)另一個實施例，第一 2X2 MMI耦合器被設計成使得其在其輸出功率中具有刻意的不平衡。根據(jù)另一個實施例，所述光學混合橋接式混合器包括沿著所述多個中間波導當中的一個所包括的至少一個虛設波導跨越以便在所述多個中間波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個，并且第一虛設波導跨越對由于所述多個中間波導當中的至少兩個之間的跨越而導致的不平衡進行平衡。根據(jù)另一個實施例，所述光學混合橋接式混合器包括沿著所述多個中間波導當中的至少兩個所包括的雙倍長度MMI耦合器以便跨越所述多個中間波導當中的所述至少兩個并且在所述多個中間波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。根據(jù)另一個實施例，所述輸入耦合到芯片外延遲單元，其分離并延遲QPSK調(diào)制的信號。在下文中參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明的前述和其他特征。


圖1是用于解調(diào)DQPSK信號的接收器的功能的示意圖。圖2是用于解調(diào)PDM-QPSK信號的接收器的功能的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到虹4 MMI耦合器的對稱輸入、用以重新排序輸出的波導跨越、虛設波導跨越以及單端波導PIN光電二極管。圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到虹4 MMI耦合器的對稱輸入、用以重新排序輸出的雙倍長度MMI耦合器以及單端波導PIN光電二極管。圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到虹4 MMI耦合器的對稱輸入、用以重新排序輸出的波導跨越、虛設波導跨越以及用于在芯片上進行差分檢測的平衡波導PIN光電二極管。圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和波導跨越的&2 MMI耦合器的網(wǎng)絡的對稱輸入、虛設波導跨越以及單端波導PIN光電二極管。圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性DQPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和雙倍長度MMI耦合器的MMI耦合器的網(wǎng)絡的對稱輸入以及單端波導PIN光電二極管。圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性DQPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和雙倍長度&2 MMI耦合器的&2 MMI耦合器的網(wǎng)絡的對稱輸入、虛設雙倍長度&2 MMI耦合器以及單端波導PIN光電二極管。圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和波導跨越的1x2和MMI耦合器的非對稱網(wǎng)絡的對稱輸入以及單端波導PIN光電二極管。圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和波導跨越的1x2和MMI耦合器的網(wǎng)絡的對稱輸入、虛設波導跨越以及單端波導PIN光
電二極管。圖11是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和波導跨越的MMI耦合器的網(wǎng)絡的對稱輸入、虛設波導跨越以及用于在芯片上進行差分檢測的平衡波導PIN光電二極管。圖12是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到具有相位控制和雙倍長度&2 MMI耦合器的&2 MMI耦合器的網(wǎng)絡的對稱輸入以及用于在芯片上進行差分檢測的平衡波導PIN光電二極管。圖13是根據(jù)本發(fā)明的示例性QPSK芯片的示意圖，其包括進入到虹4 MMI耦合器的對稱輸入、用以重新排序輸出的波導跨越以及布置在芯片的不同側的單端波導PIN光電二極管以便于耦合到兩個單獨的TIA。圖14是根據(jù)本發(fā)明的用于相干檢測的示例性PDM-QPSK芯片的示意圖，其包括用于本地振蕩器(LO)的光學輸入以及對應于已編碼數(shù)據(jù)信號的兩個偏振分量的兩個光學輸入，其中所述偏振分量被旋轉(zhuǎn)到與LO的偏振態(tài)相同的共同偏振態(tài)。圖15是根據(jù)本發(fā)明的光學延遲系統(tǒng)的操作原理的示意圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明的合并熱可調(diào)諧延遲的光學塊延遲的第一實施例的示意圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的合并熱可調(diào)諧延遲的光學塊延遲的第二實施例的示意圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明的偏振分束器的示意圖，其可以被用來當光學信號被 PDM-QPSK編碼時向芯片提供光學輸入。
具體實施例方式本發(fā)明的原理對用于解調(diào)DQPSK和PDM-QPSK信號的芯片具有特別應用，因此下面將主要在這一情境下進行描述。當然將認識到并且還理解的是，本發(fā)明的原理可以用于其他應用，特別包括用于解調(diào)其他光學調(diào)制的芯片和光學感測應用并且更一般地是其中通過光學芯片來解調(diào)光學信號的應用。在以下的描述中為相似的組件給出相同的附圖標記，而不管其是否是在不同實施例中示出的。為了以清楚且簡潔的方式說明本發(fā)明的(一個或多個)實施例，附圖可能不一定是按比例繪制的并且某些特征可能是以略微示意性的形式而示出的。關于一個實施例描述和/或說明的特征可以按照相同方式或按照類似方式被用在一個或多個其他實施例中和/或與其他實施例的特征組合使用或者取代其他實施例的特征被使用。QPSK 芯片
現(xiàn)在詳細參照附圖并且首先參照圖3和4，在10處總體上示出示例性QPSK芯片的示意圖。芯片襯底12可以由InP構造。然而要理解的是，還可以由適于在緊湊器件內(nèi)提供光學波導、光學耦合器、光學相位控制和高速檢測的集成的任何半導體材料(例如InGaAs、 InGaAsP)構造芯片襯底12。在本實施例中，利用虹4匪I耦合器14將hybrid-90實施在芯片上。本文中所公開的虹4 MMI耦合器14和其他MMI耦合器具有標準設計并且在本領域中已知的現(xiàn)有工藝設計規(guī)則內(nèi)被實施。例如在以下文獻中討論了在hybrid-90實現(xiàn)方式中使用MMI耦合器 Lucas B. Soldano 禾口 Erik C. M. Pennings 的"Optical Multi-Mode Interference Device Based on Self_Imaging”(IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL. 13，NO. 4，1995 年 4 月，p615)；Matthias Seimetz 禾口 Carl-Michael Weinert 的“Options, Feasibility, and Availability of 2 χ 4 90° Hybrids for Coherent Optical Systems，，(IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24，NO. 3，2006 年 3 月，pl317)；以及 E. C. Μ. Pennings、R. J. Deri、R. Bhat、T. R. Hayes 禾口 N. C. Andreadakis 的“Ultracompact, All-Passive Optical 90° -Hybrid on InP Using Self-Imaging" (IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 5，NO. 6，1993 年 6 月，p701)。芯片10包括輸入端口 16和18。更特別地，可以把QPSK編碼的信號輸入到輸入端口 16和18當中的至少一個并且可以由其接收。在差分QPSK接收器應用中，輸入到相應的輸入端口 16和18的已編碼數(shù)據(jù)信號可以代表直接信號和時間延遲的信號。在相干接收器應用中，輸入到相應輸入端口 16和18當中的任一個的已編碼信號可以代表QPSK編碼的數(shù)據(jù)信號，并且在另一個輸入端口處可以輸入處在非?？拷盘柾ǖ赖妮d波頻率下的來自LO (未示出)的參考信號。芯片10包括多個波導20和22 (即輸入波導或光學通道)，其把信號輸入端口 16 和18當中的相應端口耦合到虹4 MMI耦合器14。波導是用于引導波的結構——在該情況中是光波(信號)。光學信號可以經(jīng)過相應的波導20和22到達虹4匪I耦合器14。波導 20和22在芯片10上可以用硬壁圍起(hard-walled)，從而以低光學損耗支持急彎(tight bend)。例如，可以通過外延生長和半導體蝕刻的公知方法來制造公知的脊形引導的波導設計，以便提供受控材料組成和厚度的一組半導體層，從而形成較高折射率的一層或多層的波導核心以及上方和下方的、較低折射率的一個或多個包覆層。上包覆、波導核心以及下包覆的一部分被蝕刻掉從而定義波導的寬度。在一個實施例中，波導20和22在雙折射和路徑長度方面是光學等效的。在這里， 這樣的光學等效波導被稱作“對稱”。除非另行聲明，否則術語“對稱”應當被理解成意味著在光學雙折射和光學路徑長度方面是等效的。描述針對兩個等效波導的設計的另一種方式將是“匹配對”設計。在其中芯片10被用于任何偏振態(tài)的應用中，波導20和22被設計成在從信號輸入直到4x4 MMI耦合器14的輸入的長度和寬度方面是完全匹配或接近完全匹配的。這是為了確保波導中的任何雙折射都是匹配的。兩個波導20和22耦合到虹4匪I耦合器14的單獨的特定輸入M以用于90°相位混合器功能。也就是說，4x4 MMI耦合器14包括四個輸入Ma — d，并且兩個輸入M分別耦合到波導20和22以用于接收輸入信號，而另外兩個輸入M未被使用。波導20和22 可以按照任何這些特定可能布置(2 和24b，2 和2 ，2 和Md，以及24b和Md)耦合到輸入24。沿著波導20和22還可以包括相位和輔助控制。具體地，沿著波導20和22可以包括一個或多個相位電極，以便使得能夠調(diào)節(jié)信號的相對光學相位。脊形波導頂部上的電阻性加熱器被用來提供對波導核心的局部化加熱，這導致用以調(diào)節(jié)光學相位的模態(tài)折射率改變。這一折射率改變基本上與偏振無關，因此這一相位改變不會在單獨調(diào)節(jié)相位電極和^b時引入任何顯著的非對稱雙折射。與此相對，注入到半導體核心層中的正向偏置電流對光學傳播的相位引入可能與偏振有關的改變。這取決于光學模式受到波導的約束隨著光學模式的偏振而變化的程度。此外，沿著波導20和22可以包括一個或多個輔助電極28，以便控制信號的相對光學相位的對準和附加調(diào)節(jié)。正如所公知的那樣，這些輔助電極連接到被摻雜以便形成電 PIN 二極管結構的波導區(qū)域。在這種情況下，一個實例將是利用受主和施主對一個或多個上和下包覆層進行摻雜或部分摻雜，以便分別提供P或N型導電性，并且波導核心層為部分或全部未摻雜，以便形成本征層。具體地，如果輔助電極觀被偏置，則其可以被部署為正向偏置以便將載流子注入到波導光學核心中并且因此修改其光學屬性；或者被部署為反向偏置以便提供對波導光學核心的光學屬性的與電場有關的修改。在包括正向偏置操作的實施例中，輔助電極觀引入可變雙折射，其可以被用來抵消否則將在DQPSK解調(diào)器的性能中導致不合期望的與偏振有關的頻率偏移(PDFS)的任何其他雙折射源，正如C R Doerr在 EC0C-07上所給出的文章中所教導的那樣。在包括反向偏置操作的實施例中，輔助電極觀可以以相對低的反向偏置被使用以便調(diào)節(jié)相位并且部分地衰減光學信號，從而校正兩個輸入之間的耦合中的任何不平衡(這一校正也是與偏振有關的)；或者以增加水平的反向偏置被使用以便強烈衰減輸入光并且檢測所得到的光電流，從而在器件的設立期間監(jiān)視所耦合的光學功率。在這種情況下，波導PIN結構將被設計成具有一個或多個半導體核心層，其具有一定帶隙能量，從而使得在反向偏置下的帶隙吸收邊沿與光學信號的光子能量具有某種程度的重疊。雖然沒有示出，但是在芯片10的每個輸入端口 16和18處另外可以有可選的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器以易于制造過程中的光學對準。在每個波導20和22內(nèi)還可以有靠近輸入端口 16和18的可選的光學功率監(jiān)視器(未示出)，以用于輸入對準以及用于操作中的診斷目的。芯片10包括高速波導光電二極管30、32、34和36 (檢測器)，其具有足夠的帶寬以在給定比特率下檢測QPSK調(diào)制的信號。在一個實施例中，波導光電二極管30、32、34和36 包括P摻雜、本征(未摻雜)和N摻雜半導體層的組合，從而在波導的已定義長度內(nèi)形成PIN 二極管結構，其中所述本征層包括InGaAs的吸收層(其成分通常為53)Ga(0. 47)As)。 接收器的操作波長(例如1550nm)下的光學信號在沿著波導PIN 二極管的長度的該InGaAs 層內(nèi)被部分或全部吸收，并且在半導體中生成電子和空穴電荷載流子，在施加反向偏置下可以在分別連接到P摻雜和N摻雜層的陽極電極和陰極電極處收集所述電荷載流子作為光電流。波導光電二極管的設計是公知的。在M G Boudreau等人的文章“An Integrated Waveguide Detector for Power Control in an InP Mach-Zehnder Modulator Based 10 Gb/s Transmitter"(在 2006 年舉辦白勺 Proceedings of the Indium Phosphide and Related Materials Conference (IPRM)中)中示出了可能實現(xiàn)方式的一個實例。波導檢測器的設計寬度和長度被選擇成在由其電容施加于檢測器結面積的約束內(nèi)提供最大響應度。 本征摻雜層(包括InGaAs吸收層)的厚度被選擇成使得能夠把光生載流子快速輸送到P和 N摻雜區(qū)，以便滿足針對所述應用的檢測器的所需操作速度。這些波導光電二極管30、32、34和36被設計成具有基本上相等的響應度(光學功率到電流的轉(zhuǎn)換)和電帶寬。還可以可選地包括芯片上解耦電容器(未示出)以便減輕來自外部焊線 (wirebond)的電感的影響，所述焊線連接到波導光電二極管30、32、34和36的陰極并且向其提供DC反向偏置。所述解耦電容器可以被構造成金屬一絕緣體一金屬(MIM)或金屬一絕緣體一半導體(MIS)電容器，正如本領域技術人員所公知的那樣。波導光電二極管30、32、34和36可以被構造成分別耦合到虹4匪I耦合器14的四個輸出46a - d當中的每個的單端檢測器并且在TIA (未示出)處具有芯片外差分檢測， 或者被構造成兩對平衡二極管以用于對4x4 MMI耦合器14的I通道和Q通道輸出對進行芯片上差分檢測。例如在圖3和4中示出了單端實施例。下面例如參照圖5更加詳細地討論平衡實施例。波導38、40、42和44 (即輸出波導或光學通道)把虹4匪I耦合器14的輸出端口 46耦合到相應的波導光電二極管30、32、34和36。光學信號可以經(jīng)過相應的波導38、44、40 和42到達相應的波導光電二極管30、32、34和36。具體地，波導38、40、42和44被布置成兩對。波導對38和44在一端分別耦合到輸出端口 46a和46d (具有相對相位偏移量0° 和180°的I通道輸出)，并且在另一端分別耦合到光電二極管30和32。波導對40和42在一端分別耦合到輸出端口 46b和46c (具有相對相位偏移量90°和270°的Q通道輸出)，并且在另一端分別耦合到光電二極管34和36。來自虹4匪I耦合器14的信號輸出可以包含兩個輸入信號16和18的相等混合，但是具有前面提到的不同相對相位偏移量(即0°、90°、 180° 和 270° )。4x4 MMI耦合器14的輸出與光電二極管30、32、；34和36之間的波導38、40、42和 44被設計成為完全相同或接近完全相同的長度。這是為了確保在操作中I通道與Q通道之間的數(shù)據(jù)偏斜在可允許的上限內(nèi)(例如小于數(shù)據(jù)比特周期的5%)。當與對稱波導20和22 的長度組合來看時，從光學輸入端口 16和18到四個光電二極管30、32、34和36的總波導路徑長度被設計成基本上相等。將虹4匪I耦合器14的輸出耦合到相應的光電二極管30、32、34和36的波導38、 40、42和44被重新排序作為針對光電二極管處的適當I、Q通道的平衡檢測的前驅(qū)。結果， 波導38或44跨越波導40和42。例如可以通過使用RF共面波導跨越(未示出)來重新排序波導38、40、42和44。然而正如下面詳細地描述的那樣，可以通過使用一個或多個虛設波導跨越或MMI跨越或者其組合來重新排序波導38、40、42和44。特別參照圖3，可以通過使用光學波導跨越48來重新排序耦合到虹4 MMI耦合器 14的輸出端口 46的波導38、40、42和44。波導跨越48是兩個波導的相交。如圖3中所示， 波導跨越48a存在于波導44與波導42的相交處。類似地，波導跨越48b存在于波導44與波導40的相交處。優(yōu)選的是跨越48具有高相交角以防止從一個波導到另一個波導的光學信號串擾。在一個實施例中，所述相交角是大約90°。在另一個實施例中，所述相交角大于 60°。此外，雖然可能有來自跨越48的散射損耗，但是這通過對波導寬度的適當選擇而被最小化。例如，在光學核心厚度通常處于大約0. 25到0. 50微米的范圍內(nèi)的脊形引導的波導的情況下，波導寬度可以處于大約1. 0到2. 5微米的范圍內(nèi)。到達光電二極管30、32、34和36的光學信號經(jīng)受波導38、40、42和44中的光學損耗和/或雙折射，并且重要的是匹配(或平衡)針對每個波導輸出的光學損耗。來自波導跨越48的光學損耗可能對波導中的光學損耗有所貢獻。可以通過在波導38中包括“虛設”跨越50以匹配波導44中的波導跨越48，來平衡波導38和44之間的損耗。虛設跨越50可以利用“虛設”波導來制造，所述“虛設”波導在與跨越48相同或類似的相交角下與實際波導相交從而確保相同的損耗。所述虛設波導在兩端終結，并且可以具有與實際波導相同或類似的脊寬。如圖所示，波導38包括虛設波導50a和50b。類似地，虛設跨越50可以被添加到每個波導40和42，以便平衡Q通道與I通道中的平均信號功率和/或雙折射。如圖所示，波導40包括虛設跨越50d，并且波導42包括虛設跨越50c。在某些情況下，I通道與Q通道中的平均功率不一定要匹配，因此波導40和 42中的虛設跨越40是可選的。通過合并(一個或多個)虛設跨越50，可以在相應的波導38、 40、42和44之間實現(xiàn)功能上的光學對稱性。特別參照圖4，可以通過使用雙倍長度MMI 3dB耦合器52來重新排序耦合到 4x4匪I耦合器14的輸出端口 46的波導38、40、42和44，該雙倍長度匪I 3dB耦合器 52充當光學跨越，正如例如(前面所引用的)L B Soldano所教導的那樣。如果標準的 (成對干涉)MMI 3dB耦合器在長度上加倍從而具有等于MMI波導內(nèi)的兩個最低階模式之間的拍長的長度，則其充當交叉耦合器，即把信號發(fā)送到作為該信號被輸入到的輸入端口的交叉端口的輸出端口。下面也將把該MMI交叉耦合器稱作雙倍長度MMI耦合器和雙倍長度2X2 MMI跨越。如圖所示，波導38直接耦合到光電二極管30。正如圖4的實施例中所利用的那樣，兩個雙倍長度2X2匪I耦合器52執(zhí)行把波導44跨越波導40和42的功能。具體地，波導4 的第一端耦合到虹4 MMI耦合器14的輸出端口 46d，而波導4 的第二端耦合到雙倍長度2X2 MMI耦合器52a的輸入端口。波導44b的第一端耦合到雙倍長度2X2 MMI耦合器52a的交叉端口輸出端口，而波導44b的第二端耦合到雙倍長度2X2 MMI耦合器52b的輸入端口。波導Mc的第一端耦合到MMI耦合器52b的交叉端口輸出端口，而波導44c的第二端耦合到光電二極管32。波導42通過雙倍長度2X2匪I耦合器5 耦合到光電二極管36。也就是說，波導42a的第一端耦合到虹4 MMI耦合器14的輸出端口 46c，而波導42a的第二端耦合到雙倍長度2X2 MMI耦合器52a的第二輸入端口。波導42b的第一端耦合到雙倍長度2X2 MMI 耦合器52a的交叉端口輸出端口，而波導42b的第二端耦合到光電二極管36。波導40通過雙倍長度2X2匪I耦合器52b耦合到光電二極管34。也就是說，波導40a的第一端耦合到虹4匪I耦合器14的輸出端口 46b，而波導40a的第二端耦合到雙倍長度2X2 MMI耦合器52b的第二輸入端口。波導40b的第一端耦合到雙倍長度2X2 MMI 耦合器52b的交叉端口輸出端口，而波導40b的第二端耦合到光電二極管34。在該光學混合橋接式芯片內(nèi)把雙倍長度2X2 MMI耦合器52用作跨越的優(yōu)點在于， 所述雙倍長度2X2 MMI耦合器在橫向上緊湊，從而把波導保持靠近在一起。雙倍長度2X2 MMI耦合器的尺度也被選擇成在目標操作波長和溫度下給出最優(yōu)轉(zhuǎn)移性能。因此，通過使用雙倍長度2X2 MMI耦合器52實現(xiàn)了插入損耗和雙折射的平衡，并且這樣的雙倍長度2X2 MMI耦合器52的使用還實現(xiàn)了相應的波導38、40、42和44之間的功能上的光學對稱性。正如對于MMI耦合器所公知的那樣，該最優(yōu)性能在一定波長范圍內(nèi)有一定程度的容差，但是對于較大的波長改變，在插入損耗和串擾水平方面可能有惡化。出于這種原因，可以按照與圖3的虛設跨越50類似的方式在其他波導上引入虛設雙倍長度2X2 MMI交叉耦合器(未示出)，以便平衡所有波導上的任何過多損耗和雙折射，從而進一步幫助保持所述功能上的光學對稱性。具體地，可以沿著波導38引入兩個虛設雙倍長度2X2 MMI交叉耦合器。此外，可以沿著波導40引入虛設雙倍長度2X2 MMI交叉耦合器，并且可以沿著波導 42引入虛設雙倍長度2X2 MMI交叉耦合器。在每一種情況下，波導都被輸入到虛設雙倍長度2X2 MMI耦合器的輸入端口，并且從虛設雙倍長度2X2 MMI耦合器的交叉端口輸出端口輸出。可以利用芯片上的兩對單端光電二極管(如圖3和4中所示)來實現(xiàn)平衡(或差分) 檢測，其中每一對的輸出連接到差分輸入TIA。備選地，如圖5中所示，可以利用芯片10上的兩對平衡光電二極管31和35而直接在芯片10上實現(xiàn)平衡(或差分)檢測。例如，在其中光電二極管30和32操作為對31并且光電二極管34和36操作為對35的實施例中，檢測 30與32之間的光電流差(I3tl-I32),并且檢測34與36之間的光電流差(Im-I36)。正如所公知的那樣，平衡光電二極管對31和35是通過把一個光電二極管的陽極連接到另一個的陰極并且在該點處監(jiān)視兩個光電二極管的凈信號而構造的，其中所述兩個光電二極管具有匹配的響應度和電帶寬。對于平衡光電二極管布置，在兩個光電二極管的 P摻雜半導體區(qū)(其連接到各個陽極)之間以及兩個光電二極管的N摻雜半導體層(其連接到各個陰極)之間提供電隔離。在單端PIN光電二極管對構造的情況下，提供兩個光電二極管的P摻雜半導體區(qū)之間的隔離，其N摻雜區(qū)相連接(共同陰極);或者提供兩個光電二極管的N摻雜半導體區(qū)之間的隔離，其P摻雜區(qū)相連接(共同陽極)。備選地，P摻雜和N摻雜互連層在光電二極管之間可以電隔離。hybrid-90可以被實施為QPSK芯片上的對稱2X2匪I耦合器M、56、58、60的網(wǎng)絡，而不是為前面所描述的4X4 MMI耦合器14。圖6 — 8示出了包括這種網(wǎng)絡的本發(fā)明的 QPSK芯片10的實例，其中在網(wǎng)絡的四個輸出當中的每個上有單端波導光電二極管30、32、 34和36。芯片10被設計成使得波導20和22分別把芯片10的輸入端口 16和18耦合到 2X2 MMI耦合器M和56。兩個波導20和22耦合到相應的2X2 MMI耦合器M和56的單獨的特定輸入。也就是說，2X2 MMI耦合器M和56每個包括兩個輸入，并且每個2X2 MMI 耦合器M和56的輸入之一分別耦合到波導20和22中的一個，而另一個輸入未被使用。波導62、64、66和68 (即中間波導或光學通道)分別把2X2匪I耦合器M和56耦合到2X2匪I耦合器58和60。將匪I 54和56互連到匪I 58和60的四條單獨的光學路徑的長度是匹配的。MMI和波導的這一網(wǎng)絡還包括I通道與Q通道之間的光學波導跨越48。 如圖6中所示，所述光學波導跨越可以被實施為類似于關于圖3所討論的跨越48的簡單波導跨越48。在該實施例中，沿著每個波導62和68的路徑設置虛設跨越。如圖7和8中所示，所述光學波導跨越可以被實施為雙倍長度2X2 MMI耦合器70，其充當類似于關于圖4所討論的雙倍長度2X2匪I耦合器52的跨越。如圖8中具體所示，還可以沿著波導62和68 引入虛設雙倍長度MMI耦合器67a和67b，以便確保在所有波導上匹配任何過多損耗， 從而保持所述功能上的光學對稱性。除了輸入相位電極26a和^b以及輔助電極28之外，可以沿著波導62和68引入網(wǎng)絡相位電極26c和^d?？梢哉{(diào)節(jié)這些網(wǎng)絡相位電極26c和沈山以便在I通道與Q通道之間引入90°相位改變。
可以修改這一 2X2 MMI耦合器網(wǎng)絡以便包括1X2 (對稱干涉)MMI耦合器，其執(zhí)行前面提到的90°相位改變功能。具體地，圖9示出了使用1X2匪I耦合器72替代2X2匪I 耦合器討。1x2 MMI耦合器72用來在網(wǎng)絡中的I通道與Q通道之間引入所述90°相位改變。當然，仍然可以包括網(wǎng)絡相位電極26c和^d以便對相位做出微小校正(與滿90°相位改變不同)。如圖所示，可以通過調(diào)節(jié)波導20的長度以便給出與到匪I耦合器56的輸入波導的光學路徑長度相等的光學路徑長度，來校正MMI耦合器56和1x2 MMI耦合器72的長度的不對稱性。網(wǎng)絡中的所述不對稱性可能影響輸出波導38、40、42、44中的光學功率的平衡。例如，1x2匪I耦合器72的插入損耗可能不同于匪I耦合器56的插入損耗。出于這種原因，虛設波導50a和50b當中的一個或兩個可能是不需要的，因此是可選的。此外，2x2 MMI耦合器56可以被設計成使得其在其進入到波導66和68的輸出功率中具有刻意的不平衡以便補償這種不對稱性。當然，與圖7和8的實施例類似，光學波導跨越48 (和虛設跨越50)可以被替換地實施為雙倍長度2X2 MMI耦合器70 (和虛設雙倍長度 2X2 MMI 耦合器 67)。引入90°相位偏移量的傳統(tǒng)方法包括把網(wǎng)絡波導之一的長度調(diào)節(jié)ΔΖ。這導致相位改變ΔΦ=2πηΔΖ/λ弧度(其中η是在自由空間內(nèi)的波長為λ的光學信號的波導傳播模態(tài)折射率)。長度△ Z被設計成使得在特定操作波長下ΔΦ=π/2弧度。這種方法的困難在于，這一相位改變將隨著波長而改變，這既是由于直接的反波長相關性又是因為模態(tài)傳播折射率中的任何色散效應而導致的。此外，模態(tài)傳播折射率具有一定的溫度相關性，特別在半導體波導的情況下尤其如此。因此，所述相位偏移量將也隨著操作溫度而改變。引入90°相位偏移量的另一種傳統(tǒng)方法包括修整網(wǎng)絡波導之一的傳播折射率(例如通過調(diào)節(jié)波導寬度或材料屬性)或者通過修整波導材料屬性然后ΔΦ=2π ΔηΖ/λ。然而仍然有波長相關性，并且可能有調(diào)節(jié)Δη的波長和溫度相關性。引入90°相位偏移量的又一種傳統(tǒng)方法包括向一個或多個網(wǎng)絡波導添加相位控制電極。然而這一相位控制的設定可能需要在波長和溫度上是固定的，這難以實現(xiàn)。 一種常用方法是在波導上或者靠近波導使用電阻性加熱器來把其溫度局部增加受控數(shù)量ΔΤ。這通過其溫度相關性而修改波導模態(tài)傳播折射率η，從而可以實現(xiàn)折射率改變 Δη=η(Τ+ΔΤ)-η(Τ)(其中T是網(wǎng)絡中的其他波導的溫度)。一個缺陷在于，Δη的數(shù)值可能具有波長相關性，這是由于被用來構造波導的材料的光學屬性的溫度相關性的差異而導致的。其次，如果需要光學混合橋接在溫度T的一定范圍內(nèi)運作，則需要根據(jù)操作溫度T來適配相位控制。原因在于，η(T) 一般將不會具有關于溫度的純線性相關性，并且更加重要的是，在波導中實現(xiàn)的局部加熱ΔΤ取決于電阻器中耗散的功率以及構成波導的材料的熱導率。隨著操作溫度改變，這些屬性的任何溫度相關性都將導致不同的加熱效果ΔΤ。其他方法包括通過施加正向偏置(以便向波導核心中引入受控密度的載流子)或反向偏置(以便向波導核心中引入受控電場)來修改波導核心的折射率。這種方法具有與操作波長相關的相位相關性。在圖9的實施例中，1x2匪I耦合器72和&2 MMI耦合器56的輸入與輸出端口的相位關系由其設計固定。此外，存在MMI設計在其內(nèi)容許波長和溫度的改變的操作范圍。 通過利用1x2和&2 MMI耦合器的固有輸入/輸出相位關系的差異而不是修改波導網(wǎng)絡內(nèi)的相位，在波長和溫度操作狀況的更廣范圍內(nèi)實現(xiàn)了改進的性能穩(wěn)定性。此外，圖9的網(wǎng)絡具有如下優(yōu)點使與網(wǎng)絡相位控制26c和^d當中的任一個或兩個相關聯(lián)的任何偏振相關性的影響最小化。如圖10中所示，前面討論的2X2匪I耦合器M、56、58和60的網(wǎng)絡還可以被修改成使得用1X2 MMI耦合器69和71來替代2X2 MMI耦合器M和56。這樣修改的網(wǎng)絡可以提供改進的分光比處理容差的優(yōu)點。圖11禾Π 12示出了基于2X2 MMI 54、56、58和60的網(wǎng)絡的本發(fā)明的QPSK芯片10 的實例，所述2X2 MMI按照類似于關于圖7和8所討論的方式充當3dB耦合器，所述芯片具有虛設波導跨越以及兩對平衡波導光電二極管31和35。圖13示出了本發(fā)明的QPSK芯片10的實例，其中所述芯片的配置被設計成滿足為耦合到兩個單獨TIA (未示出)的要求。波導38、40、42和44包括類似于關于圖3所討論的那些的跨越。光電二極管對30和32、34和36位于芯片10的相鄰兩側，而不是位于同一側。當然，其他配置也是可能的(例如全部位于芯片的同一側、位于芯片的相對側等等)。圖14示出了本發(fā)明的芯片10的實例，其集成有平衡波導光電二極管31和35以用于PDM-QPSK解調(diào)器。在這種情況下，輸入信號對于兩個不同的正交偏振態(tài)處于QPSK格式。如圖所示，輸入信號在芯片外被分離成兩個單獨的偏振分量，并且這些當中的一個被旋轉(zhuǎn)到用在芯片上的共同單一偏振態(tài)。因此，所述芯片具有兩個光學信號輸入端口 16和18以及還具有針對LO信號的輸入端口 17，所述LO信號提供用于對編碼在兩個QPSK信號上的相移數(shù)據(jù)進行解碼的參考相位。輸入端口 17耦合到1X2 MMI耦合器13，其又耦合到4X4 MMI 耦合器1 和14b并且提供了虛設波導跨越。當然，可以備選地使用任何前述芯片設計和 /或利用單端光電二極管30、32、34和36來設計圖13中所示的芯片。光學延遲
可以與本發(fā)明的QPSK芯片10相結合地使用QPSK信號的光學延遲，并且使用低雙折射和高熱穩(wěn)定性光學玻璃來執(zhí)行所述光學延遲。具體地，所述光學延遲可以被構造為光學塊， 其把光學輸入信號分離成兩個信號，并且把兩個分離信號之一延遲一個比特周期或者延遲一個周期加上或減去比特周期的分數(shù)。來自光學延遲的經(jīng)延遲和未經(jīng)延遲的輸出信號可以被分別耦合到本發(fā)明的QPSK芯片10的輸入。此外，該延遲的長度可以是可變的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)所述光學塊來調(diào)節(jié)光學延遲。在芯片外執(zhí)行光學延遲會克服與具有對芯片上光學延遲的有限控制數(shù)量相關聯(lián)的缺陷，同時提供對延遲周期的相對容易的定制以適合各個要求。根據(jù)本發(fā)明，相同的QPSK 芯片可以被用于多個芯片外光學延遲當中的任一個，反之亦然。圖15示出了光學延遲系統(tǒng)74的操作原理。輸入光束76在Sl處入射到光學塊78 上并且被折射到點S2，在該處它被分離。具體地，光束76的大約50%被透射，并且光束76 的大約50%被反射。透射光束76沿著路徑1繼續(xù)經(jīng)過一個或多個透鏡80、82到達芯片上的輸入端口(未示出)。在S2處反射的光束76在S3處進一步反射，并且在S4處離開所述塊， 它從此沿著路徑2繼續(xù)經(jīng)過一個或多個透鏡84和86到達芯片上的單獨的輸入端口。透鏡沿著路徑1和2引導光束進入到芯片上的相應波導。光學路徑差(其確定光學延遲)以及兩個光束的分離將與塊78的厚度和輸入光束76的入射角相關。所述延遲和分離還將與光學塊78的折射率相關。通過在Sl和S4處施加抗反射(AR)涂層、在S2處施加50%反射涂層并且在S3處施加100%反射涂層來確定所述塊的端面的反射屬性。
根據(jù)本發(fā)明的光學塊系統(tǒng)還可以包括可調(diào)諧延遲88?？烧{(diào)諧延遲88可以由諸如硅之類的材料制成，其在以受控方式加熱時可以在比特周期的分數(shù)內(nèi)修整光學路徑。圖16示出了光學延遲系統(tǒng)的實施例，其在光學塊78和芯片之間的輸出光學路徑之一中合并熱可調(diào)諧延遲88。圖17示出了光學延遲系統(tǒng)的實施例，其在光學塊78上(例如在S4處)合并熱可調(diào)諧延遲88，而不是如圖16中那樣合并到透鏡。圖18示出了可以在期望偏振分集時使用的光學元件90。它包括兩個偏振分束器 92 (PBS)和半波片94，PBS立方體的尺度被用來實現(xiàn)光束分離。所述器件取得輸入光束77 (包括TE和TM偏振)，將其分離成TE和TM偏振，并且把TM轉(zhuǎn)換成TE，從而把兩個TE光束施加到光學接收器芯片。備選地，可以類似地產(chǎn)生兩個TM光束并且把其施加到光學接收器
-H-· I I心片。雖然關于一個或多個特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是顯而易見的是，通過閱讀并理解本說明書和附圖，本領域技術人員將會想到等效改動和修改。特別關于由前面描述的元件(組件、套件、器件、成分等等)所執(zhí)行的各種功能，除非另行聲明，否則被用來描述這種元件的術語(包括對“裝置”的引用)意圖對應于執(zhí)行所描述的元件的指定功能的任何元件(即其在功能上等效)，盡管結構上不等效于在本文中說明的本發(fā)明的一個或多個示例性實施例中執(zhí)行所述功能的所公開結構。此外，雖然本發(fā)明的特定特征可能前面關于幾個所示實施例當中的僅僅一個或多個來描述，但是這樣的特征可以與其他實施例的一個或多個其他特征相組合，正如對于任何給定或特定應用所期望和有利的那樣。
權利要求
1.一種用于解調(diào)光學信號的QPSK芯片，包括用于接收QPSK調(diào)制的信號的輸入；用于接收QPSK調(diào)制的信號并且把QPSK調(diào)制的信號混合成多個輸出信號的光學混合橋接式混合器；多個光電二極管，每個檢測所述多個輸出信號當中對應的一個；多個輸出波導，每個把所述多個光電二極管當中的一個耦合到與所述多個輸出信號當中的一個相對應的所述光學混合橋接式混合器的相應輸出；以及沿著所述多個輸出波導當中的一個所包括的至少第一虛設波導跨越，用來在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
2.根據(jù)權利要求1的QPSK芯片，其中第一虛設波導跨越對由于所述多個輸出波導當中的至少兩個之間的第一跨越而導致的不平衡進行平衡。
3.根據(jù)權利要求2的QPSK芯片，其中第一虛設波導跨越在與所述多個輸出波導當中的至少兩個之間的第一跨越相同的相交角下與所述一個輸出波導相交。
4.根據(jù)權利要求1一 3當中的任一項的QPSK芯片，包括沿著所述一個輸出波導所包括的第二虛設波導跨越以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
5.根據(jù)權利要求4的QPSK芯片，其中第二虛設波導跨越對由于所述多個輸出波導當中的至少兩個之間的第二跨越而導致的不平衡進行平衡。
6.根據(jù)權利要求4和5當中的任一項的QPSK芯片，包括沿著相應的其他輸出波導所包括的第三虛設波導跨越和第四虛設波導跨越以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
7.根據(jù)權利要求1一 6當中的任一項的QPSK芯片，其中所述輸入耦合到芯片外延遲單元，其分離并延遲QPSK調(diào)制的信號。
8.一種用于解調(diào)光學信號的QPSK芯片，包括用于接收QPSK調(diào)制的信號的輸入；用于接收QPSK調(diào)制的信號并且把QPSK調(diào)制的信號混合成多個輸出信號的光學混合橋接式混合器；多個光電二極管，每個檢測所述多個輸出信號當中對應的一個；多個輸出波導，每個把所述多個光電二極管當中的一個耦合到與所述多個輸出信號當中的一個相對應的所述光學混合橋接式混合器的相應輸出；以及沿著所述多個輸出波導當中的至少兩個所包括的至少第一雙倍長度MMI耦合器，用來跨越所述多個輸出波導當中的所述至少兩個并且在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
9.根據(jù)權利要求8的QPSK芯片，包括沿著所述多個輸出波導當中的至少兩個所包括的第二雙倍長度MMI耦合器以便跨越所述多個輸出波導當中的所述至少兩個并且在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
10.根據(jù)權利要求8的QPSK芯片，還包括沿著所述多個輸出波導當中的至少一個所包括的至少第一虛設雙倍長度MMI耦合器以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
11.根據(jù)權利要求8的QPSK芯片，包括沿著所述多個輸出波導當中的另一個所包括的第二虛設雙倍長度MMI耦合器以便在所述多個輸出波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
12.根據(jù)權利要求8— 11當中的任一項的QPSK芯片，其中所述輸入耦合到芯片外延遲單元，其分離并延遲QPSK調(diào)制的信號。
13.一種用于解調(diào)光學信號的QPSK芯片，包括 用于接收QPSK調(diào)制的信號的輸入；用于接收QPSK調(diào)制的信號并且把QPSK調(diào)制的信號混合成多個輸出信號的光學混合橋接式混合器，所述光學混合橋接式混合器包括MMI耦合器的非對稱網(wǎng)絡，所述非對稱網(wǎng)絡包括1X2匪I耦合器；和第一 2X2匪I耦合器；多個光電二極管，每個檢測所述多個輸出信號當中對應的一個；以及多個輸出波導，每個把所述多個光電二極管當中的一個耦合到與所述多個輸出信號當中的一個相對應的所述光學混合橋接式混合器的相應輸出。
14.根據(jù)權利要求13的QPSK芯片，其中所述1X2MMI耦合器和2X2 MMI耦合器對QPSK 調(diào)制的信號施加90°相位差。
15.根據(jù)權利要求13和14當中的任一項的QPSK芯片，其中所述1X2 MMI耦合器包括多個輸出；第一 2X2 MMI耦合器包括多個輸出；并且多個中間波導把所述1X2 MMI耦合器和第一 2X2 MMI耦合器的相應輸出耦合到第二 2X2 MMI耦合器和第三2X2 MMI耦合器當中的一個。
16.根據(jù)權利要求15的QPSK芯片，包括所述多個中間波導當中的至少兩個之間的跨越。
17.根據(jù)權利要求13- 16當中的任一項的QPSK芯片，其中第一 2X2 MMI耦合器被設計成使得其在其輸出功率中具有刻意的不平衡。
18.根據(jù)權利要求16的QPSK芯片，其中所述光學混合橋接式混合器包括沿著所述多個中間波導當中的一個所包括的至少一個虛設波導跨越以便在所述多個中間波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個，并且第一虛設波導跨越對由于所述多個中間波導當中的至少兩個之間的跨越而導致的不平衡進行平衡。
19.根據(jù)權利要求16的QPSK芯片，其中所述光學混合橋接式混合器包括沿著所述多個中間波導當中的至少兩個所包括的雙倍長度MMI耦合器以便跨越所述多個中間波導當中的所述至少兩個并且在所述多個中間波導之間平衡插入損耗和雙折射當中的至少一個。
20.根據(jù)權利要求13- 19當中的任一項的QPSK芯片，其中所述輸入耦合到芯片外延遲單元，其分離并延遲QPSK調(diào)制的信號。
全文摘要
公開了光學器件，其由具有光學上對稱或匹配的設計和屬性的光學芯片(平面光波電路)以及在所述光學器件中產(chǎn)生不對稱性的光學組件構成。所述器件在相干和非相干光學通信系統(tǒng)中的檢測中找到應用。
文檔編號H04L27/22GK102396196SQ201080016962
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月17日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者P. 詹森 A., 史密斯 C., 弗思 P., A. 格里芬 R., 瓊斯 S. 申請人:奧蘭若技術有限公司