光收發(fā)器的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)基于并且要求2014年3月25日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2014-061156在 優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種光收發(fā)器，其在光通信、光互連等中執(zhí)行電信號(hào)和光信號(hào)之間的 信號(hào)轉(zhuǎn)換。
【背景技術(shù)】
[0003] 人們的注意力已經(jīng)集中到光調(diào)制器，其中，PIN(P-本征-n)結(jié)等形成在硅光 波導(dǎo)中、且載流子密度改變以調(diào)節(jié)區(qū)域的折射率。這是由于與已用作光調(diào)制器的鋰鈮 酸鹽光調(diào)制器相比，具有很多優(yōu)勢(shì)，例如小尺寸、低電壓驅(qū)動(dòng)、低成本、和容易與其他光 學(xué)元件和電子電路集成。已知，這種類型的光調(diào)制器在PIN結(jié)上正向偏置期間的效率 高，但是在高于由CR時(shí)間常數(shù)確定的截止頻率的頻率范圍內(nèi)，效率以20dB/deCade降 低。非專利文獻(xiàn)（S.Akiyama等人，〃12.5_Gb/soperationwith0.29-VcmVjtLusing siliconMach-Zehndermodulatorbased-onforward-biasedpindiode,"OPTICS EXPRESS,Vol. 20,No. 3,pp. 291 1-2923, 2012)公開了一種用于預(yù)先由FIR(有限脈沖響應(yīng)） 濾波器預(yù)強(qiáng)調(diào)輸入電信號(hào)的方法，以彌補(bǔ)這樣的頻率特性。
[0004] 另一方面，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No. 2012-063768公開了 一種能夠產(chǎn)生光去強(qiáng) 調(diào)信號(hào)的光調(diào)制器。
[0005] 相關(guān)的技術(shù)在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No. 2002-258228、日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開 No. 2004-085602、和國際公開號(hào)W02011/114753 中描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的示例性目的是提供一種光收發(fā)器，其可解決由于使用硅光調(diào)制器所導(dǎo)致 的問題。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的光收發(fā)器包括：干涉計(jì)，其包括輸入側(cè)光耦合器，輸出 側(cè)光耦合器，和兩個(gè)臂，通過該兩個(gè)臂傳播光，該兩個(gè)臂設(shè)置在所述輸入側(cè)光耦合器和所述 輸出側(cè)光耦合器之間，并且干涉計(jì)在通過所述兩個(gè)臂傳播的光束之間，附加大致JT/2+2n31 的偏置相位差，n表示整數(shù)；光相位調(diào)制器，其產(chǎn)生通過取決于輸入的電信號(hào)來調(diào)制輸入的 連續(xù)波光的相位而獲得的光信號(hào)；以及光延遲裝置，其產(chǎn)生由所述光相位調(diào)制器調(diào)制的光 信號(hào)到達(dá)所述輸出側(cè)光耦合器的時(shí)間差，其中，所述光相位調(diào)制器通過改變硅光波導(dǎo)中的 載流子密度而操作。
【附圖說明】
[0008] 當(dāng)參考附圖時(shí)，從接下來的詳細(xì)描述，本發(fā)明的示例性特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其 中：
[0009] 圖1是示意性地示例根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的光收發(fā)器的電路構(gòu)造的方 塊圖；
[0010] 圖2A是示例在本發(fā)明示例性實(shí)施例中的、沒有光延遲裝置的延遲時(shí)間的來自馬 赫-曾德爾干涉計(jì)的光學(xué)輸出的眼圖的特征圖；
[0011] 圖2B是示例在本發(fā)明示例性實(shí)施例中的、具有光延遲裝置的延遲時(shí)間的來自馬 赫-曾德爾干涉計(jì)的光學(xué)輸出的眼圖的特征圖；
[0012] 圖2C是示例在本發(fā)明示例性實(shí)施例中的、具有不同的光延遲裝置延遲時(shí)間的來 自馬赫-曾德爾干涉計(jì)的光學(xué)輸出的眼圖的特征圖；
[0013] 圖2D是示例在本發(fā)明示例性實(shí)施例中的、具有不同的光延遲裝置延遲時(shí)間的來 自馬赫-曾德爾干涉計(jì)的光學(xué)輸出的眼圖的特征圖；
[0014] 圖2E是示例在本發(fā)明示例性實(shí)施例中的、具有不同的光延遲裝置延遲時(shí)間的來 自馬赫-曾德爾干涉計(jì)的光學(xué)輸出的眼圖的特征圖；
[0015] 圖2F是示例在本發(fā)明示例性實(shí)施例中的、具有不同的光延遲裝置延遲時(shí)間的來 自馬赫-曾德爾干涉計(jì)的光學(xué)輸出的眼圖的特征圖；
[0016] 圖3是示意性地示例根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的光收發(fā)器的電路構(gòu)造的方 塊圖；
[0017] 圖4是示意性地示例根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施例的光收發(fā)器的電路構(gòu)造的方 塊圖；
[0018] 圖5是示意性地示例根據(jù)本發(fā)明第四示例性實(shí)施例的光收發(fā)器的電路構(gòu)造的方 塊圖；
[0019] 圖6是示意性地示例根據(jù)本發(fā)明第五示例性實(shí)施例的光收發(fā)器的電路構(gòu)造的方 塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面，將參考圖1描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖1是示意性地示例根據(jù)本發(fā)明 第一示例性實(shí)施例的光收發(fā)器的電路構(gòu)造的方塊圖。
[0021] 本示例性實(shí)施例的光收發(fā)器101是，附加大致31 /2的偏置相位差，使相位由輸入 電信號(hào)調(diào)制的光信號(hào)與相位由在該輸入電信號(hào)之前或之后的一定時(shí)間的輸入電信號(hào)調(diào)制 的光信號(hào)干涉的裝置。光收發(fā)器101包括：用于將輸入電信號(hào)輸入到相位調(diào)制器的至少一 根電線7,產(chǎn)生相位調(diào)制的光信號(hào)的光學(xué)相位調(diào)制器1、2,提供要使其互相干涉的兩個(gè)光信 號(hào)之間的時(shí)間差的光學(xué)延遲裝置3,調(diào)整要使其互相干涉的兩個(gè)光信號(hào)的振幅的光衰減器 9,和兩個(gè)光耦合器5、6。這些元件由如圖1所示的光波導(dǎo)8互連，并且作為一個(gè)整體構(gòu)成使 兩個(gè)光信號(hào)互相干涉的馬赫-曾德爾干涉儀。
[0022] 輸入到光親合器5的連續(xù)波光分為兩個(gè)光束。一個(gè)光束輸入到光相位調(diào)制器1。 另一個(gè)光束輸入到光衰減器9,在光衰減器中振幅被調(diào)整，然后輸入到光相位調(diào)制器2。光 相位調(diào)制器1、2取決于通過電線7輸入的電信號(hào)，調(diào)制分別輸入到光相位調(diào)制器的光束的 相位。相位由光相位調(diào)制器2調(diào)制的光信號(hào)輸入到光耦合器6。相位由光相位調(diào)制器1調(diào) 制的光信號(hào)由光學(xué)延遲裝置3延遲預(yù)定量的延遲時(shí)間，然后輸入到光耦合器6。光耦合器6 是在通過交叉端口（crossport)輸入的光束和通過橫桿端口（barport)輸入的光束之間 附加Jr/2+2nJr的相位差，而使光束相互干涉，然后輸出得到的光束的光耦合器，n表示整 數(shù)。
[0023] 從減小尺寸、高集成和降低成本的觀點(diǎn)來說，期望通過半導(dǎo)體材料的微加工來形 成如上所述的光收發(fā)器101，具體地，光收發(fā)器優(yōu)選地由在硅襯底上形成的平面光波導(dǎo)構(gòu) 成。然而，如在上述非專利文獻(xiàn)所示地，已知使用硅的PN結(jié)或PIN結(jié)的光相位調(diào)制器的效 率在由CR時(shí)間常數(shù)確定的截止頻率高的頻率范圍內(nèi)以-20dB/deCade降低。在本示例性實(shí) 施例中，光延遲裝置3的延遲時(shí)間設(shè)定為與在輸入到光相位調(diào)制器1和光相位調(diào)制器2中 的電信號(hào)的比特率（bitrate)下的大致0. 5至1. 5比特（bit)相對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度，這使得 能夠構(gòu)成光學(xué)有限脈沖響應(yīng)（FIR)濾波器。并且，能夠使用光學(xué)濾波器的頻率特性，補(bǔ)償上 述調(diào)制器的頻率特性，即-20dB/deCade，并且產(chǎn)生高速光學(xué)調(diào)制信號(hào)。
[0024] 因此，期望在半導(dǎo)體襯底上形成的光收發(fā)器101，光收發(fā)器特別優(yōu)選地由形成在硅 襯底上的平面光波導(dǎo)構(gòu)成。優(yōu)選地，使用形成在硅襯底上的硅光波導(dǎo)作為光波導(dǎo)8。
[0025] 優(yōu)選地，通過使用形成在硅光波導(dǎo)上的PN結(jié)或PIN結(jié)，來構(gòu)成光相位調(diào)制器1和 光相位調(diào)制器2。取決于施加到PN結(jié)或PIN結(jié)的電壓變化，結(jié)中的載流子聚集改變，并且由 于載流子等離子體效應(yīng)導(dǎo)致折射率改變，從而調(diào)制通過結(jié)的光束的相位。
[0026] 如上所述地，優(yōu)選地，光延遲裝置3附加與在施加到光相位調(diào)制器1和光相位調(diào)制 器2上的電信號(hào)的比特率下的大致0. 5至1. 5比特對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間。例如，如果電信號(hào)的 比特率等于28Gbps，則真空中的波長(zhǎng)接近lcm。因此，如果硅光波導(dǎo)的有效折射率等于大致 2,則長(zhǎng)度接近5_的硅光波導(dǎo)構(gòu)成光延遲裝置3的1比特元件。可以使用具有慢光效應(yīng)的 光子晶體波導(dǎo)、環(huán)諧振器、標(biāo)準(zhǔn)具諧振器等作為以較短光波導(dǎo)獲得類似延遲時(shí)間的裝置。
[0027] 光親合器5是這樣的光親合器：其中通過一個(gè)輸入端口輸入的光以相同的相位輸 出到兩個(gè)輸出端口，在下文中它被稱為同相光親合器。另一光親合器6是這樣的光親合器： 其在通過交叉端口輸入的光束和通過橫桿端口輸入的光束之間附加Ji/2的相位差，使它 們相互干涉，然后將它們輸出，在下文中它被稱為Ji/2光耦合器。這使得在馬赫-曾德爾 干涉計(jì)中相互干涉的兩個(gè)光信號(hào)之間附加n/2的偏置相位差。
[0028] 上面描述的是，設(shè)置在馬赫_曾德爾干涉計(jì)11輸入側(cè)上的、用作分光器的光耦合 器5構(gòu)成為同相光耦合器，并且設(shè)置在輸出側(cè)上的光耦合器6構(gòu)成為31/2光耦合器。然而， 也可以接受的是，設(shè)置在輸入側(cè)上的、用作分光器的光耦合器5構(gòu)成為31 /2光耦合器，設(shè)置 在輸出側(cè)上的光親合器6構(gòu)成為同相光親合器。在這種情況下，光親合器5是在輸出到交 叉端口的光和輸出到橫桿端口的光之間附加 31/2的相位差并將它們輸出的親合器；光親 合器6是使通過兩個(gè)輸入端口輸入的光束同相地相互干涉并將它們輸出的耦合器。
[0029] 在圖1中，設(shè)置在輸入側(cè)上的、用作分光器的光親合器5由1X2光親合器構(gòu)成，設(shè) 置在輸出側(cè)上的光耦合器6由2X 2光耦合器構(gòu)成。然而，也可以接受的是，設(shè)置在輸入側(cè)上 的、用作分光器的光親合器5由1X2光親合器構(gòu)成，設(shè)置在輸出側(cè)上的光親合器6由2X 1 光耦合器構(gòu)成。替代地，也可以接受的是，設(shè)置在輸入側(cè)上的、用作分光器的光耦合器5由 2X2光親合器構(gòu)成，設(shè)置在輸出側(cè)上的光親合器6由2X 1光親合器構(gòu)成。替代地，也