[发明专利]光学器件、可调激光器以及实现可调激光器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术，尤其涉及光通信技术中的可调激光器。

背景技术

目前，虽然GPON(千兆无源光网络)和EPON(以太无源光网络)已经被部署，而10G无源光网络(XGPON)的标准化也已经完成，但是带宽消耗的增长趋势仍然在迅猛增加，这是由于数据业务量的增加以及对更高质量的视频的需求。根据下一代PON2(NGPON2)白皮书中的运营商要求，在数年的时间内，预计带宽需求将超过250Mbit/s，因此，该带宽的增长可能造成目前的GPON部署的一个瓶颈。甚至，已经标准化的XGPON技术都无法满足这一持续增长的带宽消耗。因此，具有40Gbit/s能力以及大量用户数的光接入技术应被开发出来。

对于40Gbit/s PON，时分和波分复用PON(TWDM-PON)是一个很有竞争力的解决方案，并且它也被运营商选为它们主要的“下一代PON2的解决方案”。TWDM-PON的关键技术在于ONU中的两个可调设备的实现，如图1所示。其中的可调激光器将它的波长调节到上行波长中的任一个；而可调的滤波器将它的波长调节到下行波长中的任一个。但是，商用的可调器件的成本很高，这限制了TDWM-PON的广泛应用。

现有的可调激光器有以下一些较为成熟的方案：

-带有温度控制的分布式反馈(DFB)激光器；

-不带冷却的多段DFB；

-不带冷却的、具有机械控制的外腔激光器(ECL)；

-不带冷却的、具有热/电/压/磁-光控制的ECL。

为了减少可调器件的成本，推荐使用基于硅的集成电路，近几年，提出了几种基于微环(micro-ring)可调激光器的解决方案。大体上说，它们可以划分为两类：主动式微环和被动式微环。其中，主动式微环同时提供增益和滤波功能，而被动式微环是作为模式选择性滤波器。

图2中示出了一种主动式微环。它可以产生直接单个模式。但是，主动式微环通常由复合材料组成，III-V微环和硅的微型碟，它们的可调特性并不足够好。

图3中示出了被动式微环，其中包括两种构思的实现。(a)中，环谐振腔被放置在回路镜的路径上；而在(b)中，使用布拉格镜。通过改变微环的谐振波长(谐振频率)，这些结构能够改变输出的纵模，而改变谐振波长可以通过图中的加热电极来实现：加热电极改变硅波导的折射率，从而谐振波长(频率)被容易地调节到所需的波长(频率)。

对于被动式微环来说，存在一些问题。首先，调节范围和谐振曲线的稳定性无法满足TDWM-PON的需求。通过计算在1550nm附近的、谐振的温度相关性，可以发现谐振曲线的移位是每摄氏度0.085nm。因此，为了在红移方向实现4.25nm的移位，需要50摄氏度的温度增加，这对于光接入网的ONU设备来说是很难接受的。除了调节范围的问题之外，谐振曲线的稳定性也是一个问题。第二，在所选波长上的调制信号的质量应能得到改善。在TDWM-PON中，单个波长的比特率必须支持2.5G-10Gbit/s，因此，直接调制的可调光器方案可能遭遇严重的啁啾(chirp)问题，它恶化了信号质量并且缩短了传输距离。

发明内容

基于现有技术中的缺点，应能利用硅光学领域的新近成果，设计出具有大可调范围和良好稳定性的可调激光器，并且，调制信号的质量也应能得到改善。

根据本发明的优选的实施方式，提供了一种新颖的结构，它能够同时完成选择上行波长(纵模)的功能，以及将待调制的信息(电信号)调制在该波长上的功能，图4示出了这种实施方式的结构，图5示出了这种实施方式的光路图。优选地，能够使用相兼容的CMOS SOI工艺，将该设计制作在单个硅片上，从而一个额外的硅片就能够提供波长调节和外调制功能。该结构的关键创新点至少包括以下：

1.使用FP-LD(法布里-珀罗激光源)来提供多个纵模，多个纵模的频谱间隔满足上行波长的需求

FP-LD的输出纵模应能够覆盖波分复用中的各个上行波长，并且，FP-LD提供了增益功能并且输出多纵模的激光信号。

2.使用一个新颖的、集成了调制功能的热可调滤波器，同时完成选择所需的上行波长以及将电信号调制在该波长上的功能。