反射式光调制器结构的光学接收发送一体机及控制方法技术

本发明专利技术的实施方式提供了一种用于光接入系统或者光互联系统中的光学接收和发送一体机，它可以完成光信号接收或者反射的功能，或者按一定比例同时完成信号接收和反射的功能，该器件还可以进行本地信号的光幅度调制、光相位调制，以及支持高阶光调制格式，同时还可以作为光信号的时隙分离器，即将不同时隙的光信号按照应用的要求分配至对外光端口和光接收机。这些功能的实现仅仅依靠器件上加载电压的不同来实现，因此便于控制，且可以根据需要调谐器件功能。该器件便于集成在硅基光学芯片上，因此便于构成低成本和高可靠性的光学模块，应用于光通信与光互联系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成光学器件构成的光信号收发装置，特别涉及应用于光接入与光互联的可集成光信号收发装置。
技术介绍
集成光子器件是光电子领域的一项关键技术。由于技术的发展，人们在硅基材料构成的光学芯片上已经可以制作出光耦合器、光分束器、光滤波器等无源光学器件，或是光调制器、电光开关等有源光学器件。由于采用绝缘衬底上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技术的硅基集成器件能够很好的与CMOS工艺相兼容，因此硅基器件便于大规模生产且具有成本优势，人们希望将计算机间的光互联设备、光通信和光网络中的器件集成在单个硅基光学芯片上，最终实现片上光网络(networkonchip,NOC)，从而使集成光学回路(Photonicintegratedcircuits,PIC)像集成电路一样，能够很好的提供未来信息传输和信息处理中的光模块资源。硅基光器件具有尺寸小，设计灵活等优点，便于将一些已有的光模块结构集成在单个的硅片上。例利用半导体的CMOS工艺，能够在硅片上制作出包含大量微环等谐振结构的光学器件，可以应用在光学滤波器和调制器当中。除此之外，硅基光器件也可以直接应用在光通信当中，例如一些研究人员将光接入系统中的某些模块集成在硅基芯片上，形成如图1和2所示的结构1-3。在图1中，光网络单元(ONU)中的光发射机和光接收机可以通过波分复用器相连，其中，光发射机包括光调制器和调制电信号的驱动器，光接收机包括光电探测器、跨阻放大器和线性放大器。由于器件中没有光源，这些器件从原理上看，都可以集成在单个的硅片上，从而大大减小器件尺寸。除了当前光接入系统ONU中的光模块可以采用硅基光子集成技术，波分复用无源光网络(WDM-PON)中的无色ONU同样可以采用硅基集成器件来实现。在用户端，无色ONU的技术是一项关键技术，无色ONU技术的实现方式直接关系到WDM-PON的商用前景。在图2中，研究人员采用硅基光子集成技术将环形波分复用器、光电探测器和微环光调制器集成在一块硅基芯片2，该模块可以直接接收包含下行光信号的波长λ1，同时可以将上行光信号通过微环光调制器调制到λ2上。虽然文献2中并未真正实现无色ONU的硅基光子集成，仅仅提出了上述概念，但是在该器件中，一个集成的模块将兼具接收和发射光信号的功能，对光通信等方面的应用而言，还是很具有吸引力的。硅基光子集成技术是一项新兴的技术，从技术层面上说还存在不少需要解决的问题，但是，随着成本和性能要求越来越严苛的光纤通信等领域的需求不断发展，硅基光子集成技术的应用是大势所趋，考虑到技术的进步，在未来5年中，适合不同应用场合的硅基光子器件将会逐步出现，其应用也将会成为现实。参考文献：1.JingZhang*,Tsung-YangLiow,Guo-QiangLo,etal,“10GbpsmonolithicsiliconFTTHtransceiverwithoutlaserdiodeforanewPONconfiguration,”Opt.Expre.,18(5):5135–5141(2010)2.LinXu,QiLi,NoamOphir,etal,“ColorlessOpticalNetworkUnitBasedonSiliconPhotonicComponentsforWDMPON”IEEEPhoton.Technol.Lett.24,1372-1374(2012).
技术实现思路
：针对
技术介绍
中的需求，本专利技术的目的在于提供一种用于光信号收发的单端口器件，它可以完成光信号接收和反射发送的功能，还可以作为光信号的时隙分离器，即将不同时隙的光信号按照应用的要求分配至对外光端口和光接收机。这些功能的实现仅仅依靠器件上加载电压的不同来实现，因此便于控制。该器件便于集成在硅基光学芯片上，因此便于构成低成本和高可靠性的光学模块应用于光通信与光互联系统中。本专利技术提供的光信号收发一体机的基本结构如图3所示，包括如下结构：1)第一2×2光学耦合器(10)，该器件用于将对外光端口的光信号耦合到所述光信号收发一体机中，或者将反射光信号耦合出对外光端口；该第一2×2光学耦合器(10)的一个端口作为所述光信号收发一体机的对外光端口，令一个端口还连接着光接收机。2)第二2×2光学耦合器(20)，用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到反馈移相单元，该第二2×2光学耦合器的其中两个端口分别连接着第一直波导和第二直波导，该第二2×2光学耦合器的另外两个端口还连接着反馈移相单元。3)第一直波导(30)，用于连接第一2×2光学耦合器(10)的一个端口和第二2×2光学耦合器(20)的一个端口；4)第二直波导(40)，用于连接第一2×2光学耦合器(10)的另一个端口和第二2×2光学耦合器(20)的另一个端口；5)第一电极(50)，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；6)第二电极(60)，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；7)光接收机(70)，用于接收发送于此光接收机的光信号；8)b端口(75)，为所述第一2×2光学耦合器连接光接收机的端口；9)反馈移相单元(80)，用于连接第二2×2光学耦合器的两个端口，使得正向输出的光信号经过光学移相后，反馈回第一直波导和第二直波导；10)第三电极(85)，固定于反馈移相单元上，通过加载电压，用于改变反馈移相单元的折射率等光学参数；11)对外光端口(90)，为所述光信号收发一体机的其中一个端口。在本专利技术中，第一2×2光学耦合器(10)和第二2×2光学耦合器(20)可以采用50∶50耦合比例的光学耦合器，也可以采用接近于50：50耦合比例的光学耦合器。在本专利技术提供的光信号收发一体机中，通过第一电极、第二电极和第三电极所加电压的控制，光波既可以从对外光端口入射，通过反馈回路再从对外光端口反射出去；或者从对外光端口入射最终到达光接收机；或者，可以从对外光端口入射，部分功率通过反馈回路从对外光端口反射出去，部分功率到达光接收机。第三电极、第一电极和第二电极上所加载电压分别为V3、V1和V2，它们可以是直流电压，也可以是交流电压，也可以按照某个比例同时加载直流电压和交流电压。例如，V1＝3+2cos(ωct)，V2＝-V1，或者V1＝3+2cos(ωct)，V2＝0v，V3根据光相位的需要加载。当所加载电压类型或者数值不同时，所述光信号收发一体机可以工作在不同的模式，如图4所示，这些模式包括：1)接收模式(101)，即完成输入光信号仅仅到达光接收机的功能；2)反射模式(102)，即完成输入光信号仅仅反馈到对外光端口的功能；3)可变接收与发射比例的光学信号耦合模式(103)，即完成输入光信号部分到达光接收机，部分反馈到对外光端口，且这两部分的比例可以调谐的功能；4)本地信号反射式强度调制模式(104)，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光强度调制；5)本地信号反射式相位调制模式(105)，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光相位调制；6)本地信号反射式强度-相位联合调制模式(106)，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光正交幅度调制(QA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光信号收发一体机，包括：第一2×2光学耦合器，用于将对外光端口的输入光信号耦合到所述光信号收发一体机中，该第一2×2光学耦合器的一个端口作为所述光信号收发一体机的对外光端口，该第一2×2光学耦合器的一个端口连接着光接收机，该第一2×2光学耦合器的另外两个端口还分别连接着第一直波导和第二直波导；第二2×2光学耦合器，用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到反馈移相单元，该第二2×2光学耦合器的其中两个端口分别连接着第一直波导和第二直波导，该第二2×2光学耦合器的另外两个端口还连接着反馈移相单元；第一直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的一个端口和第二2×2光学耦合器的一个端口；第二直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的另一个端口和第二2×2光学耦合器的另一个端口；反馈移相单元，用于连接第二2×2光学耦合器的两个端口，使得正向输出的光信号经过光学移相后，反馈回第一直波导和第二直波导；第一电极，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；第二电极，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；第三电极，固定于反馈移相单元上，通过加载电压，用于改变反馈移相单元的折射率等光学参数；对外光端口，为所述光信号收发一体机唯一的一个对外光端口；b端口，为所述第一2×2光学耦合器连接光接收机的端口；光接收机，用于接收发送于此光接收机的光信号。...

【技术特征摘要】
1.一种光信号收发一体机，包括：第一2×2光学耦合器，用于将对外光端口的输入光信号耦合到所述光信号收发一体机中，该第一2×2光学耦合器的一个端口作为所述光信号收发一体机的对外光端口，该第一2×2光学耦合器的一个端口连接着光接收机，该第一2×2光学耦合器的另外两个端口还分别连接着第一直波导和第二直波导；第二2×2光学耦合器，用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到反馈移相单元，该第二2×2光学耦合器的其中两个端口分别连接着第一直波导和第二直波导，该第二2×2光学耦合器的另外两个端口还连接着反馈移相单元；第一直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的一个端口和第二2×2光学耦合器的一个端口；第二直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的另一个端口和第二2×2光学耦合器的另一个端口；反馈移相单元，用于连接第二2×2光学耦合器的两个端口，使得正向输出的光信号经过光学移相后，反馈回第一直波导和第二直波导；第一电极，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；第二电极，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；第三电极，固定于反馈移相单元上，通过加载电压，用于改变反馈移相单元的折射率等光学参数；对外光端口，为所述光信号收发一体机唯一的一个对外光端口；b端口，为所述第一2×2光学耦合器连接光接收机的端口；光接收机，用于接收发送于此光接收机的光信号。2.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：通过第一电极、第二电极和第三电极所加电压的控制，光波的光路如下：光波既可以从对外光端口入射，通过反馈回路再从对外光端口反射出去；或者从对外光端口入射最终到达光接收机；或者，可以从对外光端口入射，部分功率通过反馈回路从对外光端口反射出去，部分功率到达光接收机。3.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：所述反馈移相单元既可以由单个光波导构成，也可以由复杂的光路构成，用来提供电压控制的光波移相功能。4.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：第一电极、第二电极和第三电极上可以加载直流电压，也可以加载交流电压，也可以按照某个比例同时加载直流电压和交流电压；当所加载电压类型或者数值不同时，所述光信号收发一体机可以工作在不同的模式，这些模式包括：1）接收模式，即完成输入光信号仅仅到达光接收机的功能；2）反射模式，即完成输入光信号仅仅反馈到对外光端口的功能；3）可变接收与发射比例的光学信号耦合模式，即完成输入光信号部分到达光接收机，部分反馈到对外光端口，且这两部分的比例可以调谐的功能；4）本地信号反射式强度调制模式，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光强度调制；5）本地信号反射式相位调制模式，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光相位调制；6）本地信号反射式强度-相位联合调制模式，即完成将本地电信号反射调制在输入光载波上的功能，调制方式为光正交幅度调制（QAM）；7）时域光信号交叉分离模式，即完成将接收到的光信号在时间上交叉分离到对外光端口和光接收机的功能。5.如权利要求3所述的接收模式，其控制方法如下：第三电极上加载的直流电压为V3，令V3=0；第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，使得V2=-V1；V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最大值，记录达到该最大光功率时的V1和V2数值，即V1=V_1a和V2=V_2a。6.如权利要求3所述的反射模式，其控制方法如下：第三电极上加载的直流电压为V3，令V3=0；第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，使得V2=-V1；V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值，记录达到该最小光功率时的V1和V2数值，即V1=V_1b和V2=V_2b。7.如权利要求3所述的可变接收与发射比例的光学信号耦合模式，其控制方法如下：第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，V1的数值在V_1a和V_1b之间，V2的数值在V_2a和V_2b之间。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂林，
申请(专利权)人：桂林，
类型：发明
国别省市：上海;31