[發明專利]集成化的相干光通信用電光調制器結構

有效

• 申請號: 201310045575.0
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103091869B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 張磊;楊林;冀瑞強
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02F1/025
• 分類號: G02F1/025
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

一種集成化的相干光通信用電光調制器結構，包括：一光分束器，其具有一個輸入端，一個多模波導區和四個輸出端，該四個輸出端所輸出光場光強相等，外側的兩個輸出光場的相位與居中的兩個輸出光場的相位相差90度；四個電光調制器，其輸入端與光分束器的四個輸出端連接；兩個光合束器，每一光合束器具有兩個輸入端，一個多模波導區和一個輸出端，每一光合束器的輸入端與四個電光調制器中一側的兩個電光調制器的輸出端連接；一偏振旋轉器，其輸入端與一個光合束器的輸出端連接；一偏振合束器，其一輸入端與偏振旋轉器的輸出端連接，另一輸入端與兩個光合束器中另一個輸出端連接。

技術領域

本發明涉及光纖通信技術領域，特別涉及一種集成化的相干光通信用電光調制器結構。

背景技術

近年來，隨著高質量視頻，社交網絡服務及云存儲等新業務的流行及高速大容量接入網的持續推動，電信網絡對傳輸設備及通信鏈路的帶寬需求呈現持續快速增長的態勢。基于偏振復用的正交相移鍵控(DP-QPSK，Dual Polarization Quadrature PhaseShift Keying)調制格式的100G相干通信系統已經開始逐漸從實驗室走向商用。更高速的下一代400G技術已經被業界普遍關注，使用具有更高光譜利用效率的高級調制格式已經成為普遍共識。其中，使用偏振復用的包含16種符號的正交幅度調制(DP16QAM，DualPolarization16Quadrature Amplitude Modulation)調制格式來實現400G傳輸已經被業界廣泛認可。

在相干光通信系統各子系統中，光發送機的信號質量直接決定了傳輸系統的傳輸效率。而電光調制器是光發送機中最為重要的單元，其設計直接決定了發送機產生的光脈沖信號質量，從而影響通信系統的服務質量。相干光通信用電光調制器已不再是傳統光強度調制-直接檢波(IM-DD，Intensity Modulation-Direct Detection)光通信模式中傳統馬赫-曾德爾干涉型電光調制器那樣的單元型器件，而是包含光分束器、90度相移器、馬赫-曾德爾干涉型電光調制器、光合束器、偏振旋轉器以及偏振合束器等諸多功能單元的復雜光學系統。由于利用了光信號的相位信息來進行信息的編解碼，利用分立的體光學元件的組合來實現這一相干電光調制器系統是不現實的。這一方面是因為體光學元件的加工精度難以達到光波長量級，從而難以保證對其中傳輸的光波相位的精確控制。另一方面，體光學元件的長度遠大于光波波長，環境中溫度變化或振動等因素會很容易地改變其中所傳播光信號的相位，從而使傳輸系統的信噪比惡化。

因此，對于相干光通信而言，集成化的電光調制器結構設計具有重要意義。這一方面是由于集成光學元件及其系統是依賴半導體加工工藝實現的，可以實現對器件幾何參數的精確控制，從而保證對光波相位的精確控制。另一方面，由于集成化的電光調制器體積較小，外界溫度變化所引起的相位變化較小；此外還可以通過集成溫度控制單元或設計對稱波導結構來降低器件的溫度敏感性，從而使光發送機具有更穩定的工作特性。

近年來，集成光學得到了長足的發展。利用硅材料平臺、磷化銦材料平臺實現的集成光學元件與子系統均已在實驗室實現或者得到初步商用。相干光通信用電光調制器所需的各個功能單元，包括光分束器、90度相移器、馬赫曾德爾干涉型電光調制器、光合束器、偏振旋轉器以及偏振合束器等諸多器件均有集成化方案被提出。

對于相干光通信用電光調制器設計而言，光學帶寬是一個重要參數。高的光學帶寬可以使器件具有波長不敏感性，大大降低了電光調制器對激光器波長穩定度的要求。同時該類電光調制器更加便于被應用于波分復用系統(WDM，Wavelength DivisionMultiplexing)中。在相干光通信用電光調制器的組成單元中，光分束器、光合束器、偏振旋轉器及偏振合束器均有具有高光學帶寬的器件結構被提出。而實現同相/正交電光調制器所必須的90度相移器目前還沒有高光學帶寬的集成化實現方案。這是由于傳統的分立的90度相移器是一段折射率可調的直波導，它的相移特性與波長密切相關，難以實現高光學帶寬特性。