[发明专利]光学设备

说明书

在此公开了一种由多个电驱动器驱动的包括光信号路径的光学设备。电驱动器配置为优化两个相邻电驱动器之间的延迟。通过对延迟进行优化，使得光学设备中的功率损耗得以降低。

技术领域

本发明总体上涉及光学设备，并且具体地但非排他地涉及光学调制器。

背景技术

运行“信息技术”的骨干基础设施包括两个主要部分，即“信息处理”和“信息传递”。信息处理是通过利用无处不在的晶体管(Shockley-Bardeen-Brattain获得的1956年诺贝尔物理奖的主题)在电域中完成，所述晶体管以数百万至数百亿的数量集成在微小的集成电路中(Jack Kilby获得的2000年诺贝尔物理奖的主题)。这些电路通常在几十赫兹(Hz)到几十千兆赫(GHz)的范围内工作。

然而，当涉及到信息传递时，电信号就表现出了较大的缺陷，而在光频率(即数百太赫兹(THz)范围内的频率)下的信号却具备明显的优势。

首先，数百太赫兹下的光信号的载波频率远离黑体辐射曲线的峰值，因而几乎没有热噪声。其次，与存在固有损耗的通过金属结构来引导电信号的过程不同的是，通过介电结构引导光信号(光)的过程自身是不存在损耗的，而且，在实践中观察到的损耗主要是由制造缺陷导致的，而不是由任何基本物理现象所导致。这一事实是光通信的基础，并最终让Charles Kao获得了2009年的诺贝尔物理奖。光信号通过介质波导进行传递，与用于传递射频(RF)信号的金属基传输线的每米几十分贝(dB/m)的损耗相比，这些介质波导的损耗在每千米少量分贝(dB/km)的数量级内。

不过，为了利用光通信所提供的所有独特功能，执行“信息处理”的电信号必须以某种方式传递到光域。这是光学调制领域的主题，光学调制领域研究的是将低得多的频率下的信号递送到光频率，从而利用这些极高频率所提供的所有优点。

为了执行这种调制，通常是以可控的方式对光信号的某些传播特性加以修改。光信号的这种传播特性可以是以下特性中的至少一种：相位、振幅、空间分布、极化、啁啾、相位速度、群速度、传播方向、振荡频率、频谱、波矢量、电场的三个分量的大小、磁场的三个分量的大小、电场的三个分量的相位以及磁场的三个分量的相位。为了控制光信号的传播特性，需要具有可控光学特性的元件。可控光学特性可以是以下中的至少一种：有效折射率、吸收系数、群折射率、双折射率、折射率椭球以及折射率的空间分布。使用输入信号(其对元件的可控光学特性进行调整)来控制光信号的传播特性的设备被称为“光学调制器”。如果输入信号是电信号，则它还可以被称为“电光调制器”、“光电调制器”或者本领域技术人员所能理解的类似名称。如果输入信号是声学信号，则它可以被称为“声光调制器”。

这种该电信号可以是自由地传播、被引导、或者是自由传播和被引导的组合。例如，在广泛使用的钛蓝宝石(Ti：Sapph)激光放大器中应用的普克尔斯盒通常是偏振调制器，所述偏振调制器在施加了适当的电信号时改变晶体的双折射率，并且由此改变自由传播光束的偏振态。另一方面，电信(telecom)级铌酸锂(LiNbO₃)调制器包括相位调制部分，所述相位调制部分通过LiNbO₃中离子交换形成的信道波导来改变二维导波光信号的相位。可选地，对穿过基于薄膜的平板聚合物波导的光信号进行相位调制是平板平面中自由空间传播和通过全内反射(TIR)现象而在与平板平面正交的方向上的一维波导的组合。

调制器的主要性能指标是速度、成本、能效以及以多种方式量化的调制信号的质量，例如消光比。

在设计光学调制器时，多个参数会影响性能指标，其中主要的参数是光信号的空间分布、电端口的结构、光端口的结构、光信号与电信号之间的相互作用性质、以及电端口相对于光信号的空间分布的相对位置。