[发明专利]半导体马赫－陈德尔调制器

说明书

本发明涉及半导体马赫-陈德尔调制器，更具体地说，是涉及一种用于光纤通信系统或光学数据通信系统并由推挽式调制结构中的单个驱动器驱动的半导体马赫-陈德尔调制器。

近来，光纤通信技术越来越向着高比特率发送的方向发展.在光纤通信系统中，在世界各地特别是北美地区安装的大多数光纤是1.3微米的零色散光纤，在这些光纤中1.55微米范围内的损失最小。常规上说，半导体激光直接调制技术一般已用于光纤通信中。但是，这种技术当高比特率的1.55微米范围的光纤信号通过1.3微米的零色散光纤传送时由于色散而有波长的间歇噪声问题，从而导致信号的失真。失真的水平一般与(比特率)²×(传送距离)的积成比例。

波长的间歇噪声问题可以用外部调制技术在一定程度上加以解决。在其它的外部调制器中，一种吸收型的调制器与半导体激光器相比具有较小的间歇噪声，但也并非为零。另一方面，如果采用光的相干原理工作的马赫-陈德尔调制器用作在推挽式调制结构中工作的外部调制器，从理论上说，波长的间歇噪声问题可以完全解决。因此，人们期望马赫-陈德尔调制器作为超高速和长距离光纤通信系统中使用的关键的外部调制器。

一些已知的马赫-陈德尔调制器具有诸如LiNbO₃这样的介电物质。另一方面，半导体马赫-陈德尔调制器在考虑与光学元件如半导体激光器或半导体光学放大器以及电气元件如FETs的集成能力和考虑到它们的较小的尺寸和较低的功耗方面被认为比介电类型的马赫-陈德尔调制器更优。图1A所示是常规的半导体马赫-陈德尔调制器的透视图，而图1B所示是沿图1A的X-X方向的横截面图。

图1A所示的半导体马赫-陈德尔调制器包括一输入波导6；一对输入分支波导7-1和7-2，其将输入波导6分支；一对相位调制器8-1和8-2，其接收来自各分支波导7-1和7-2的输入；一对输出分支波导9-1和9-2，其接收各相位调制器8-1和8-2的输出；以及一输出波导10，其接收输出分支波导9-1和9-2的合成输出。

图lA所示的马赫-陈德尔调制器是通过顺序地在n型InP衬底上淀积非掺杂的InP层102、非掺杂的In_xGa_l-xAs_yP_1-y层103(λ_PL＝1.3μm)、p型InP层104，并使指定的淀积层图样化以形成一组合的台面结构，并形成独立的驱动电极105-1和105-2以及调制器的共用电极106，如图lB所示。

一般而言，半导体马赫-陈德尔调制器要对加到p-n结上的反偏电压产生的折射率的变化加以利用。半导体马赫-陈德尔调制器的光学特性如图2所示，其中相对于驱动电压(反偏电压)画出了它的光学信号输出。由”Vl”所指的曲线显示了一个单臂驱动即调制器中的一个被驱动的情况，而”V1&V2”所指的曲线显示了双臂驱动即两个调制器都被驱动以进行推挽调制的情况。

图3所示是图lA和1B所示的调制器推挽调制的定时图，其中调制器8-1通过电极105-1被施加一反偏电压V1，该电压在0到V_π/2之间变化，而调制器8-2通过电极105-2被施加一反偏电压V2，该电压在V_π/2到V_π之间变化，其相位与电压V1相反。V_π提供了一个π相移到相位调制器，而V_π/2提供了一个π/2相移。如图2所示，对于具体的光学信号输出，双臂调制(即推挽式调制)的驱动电压(V1&V2)大约是单臂调制电压(V1)的一半。

John C.Cartledge等人在”对基于半导体马赫-陈德尔调制器的10Gb/s光波系统的色散补偿”一文中报告了一种双臂调制方案，其传输距离为单臂调制机构传输距离的两倍。见IEEE Photonics Technology.Letters，1995年2月，Vol.7，No.2，第224-226页。

图4所示是在最大值一半处，半导体马赫-陈德尔调制器的单臂调制和双臂调制(即推挽式调制)相对于光纤长度(千米)画出的高斯脉冲的全脉冲宽度，是在我们的实验中得到的。从图4可知，推挽式调制由于脉冲压缩而实现了小的波形失真，从而维持了比单臂调制好一半值的宽度。根据上述结果，可以认为推挽式调制可以提供两倍或三倍于单臂调制的传输距离。