[发明专利]反射式光调制器结构的光学接收发送一体机及控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(network on chip, NOC)，从而使集成光学回路(Photonic integrated circuits,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（参见参考文献1-2）。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（参见参考文献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.Jing Zhang*,Tsung-Yang Liow,Guo-Qiang Lo,etal,“10Gbps monolithicsilicon FTTH transceiver without laser diode for a new PON configuration,”Opt.Expre.,18(5):5135–5141(2010)

2.Lin Xu,Qi Li,Noam Ophir,etal,“Colorless Optical Network Unit Basedon Silicon Photonic Components for WDM PON”IEEE Photon.Technol.Lett.24,1372-1374(2012).

发明内容