差动驱动光调制器的制作方法

专利名称：差动驱动光调制器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及用在光通信系统中的光调制器，尤其涉及可与低压调制信号兼容的差动驱动光调制器。
在中长通信距离的电信市场中，光的外部调制需要光调制器。密集波分复用(DWDM)允许系统的信号负荷量增加40倍以上。每个DWDM信道成本的降低为电信设备制造商提供了竞争优势。每个信道需要调制器和合适的电气RF驱动器。已经开发出的调制器要求仅2-3V的开关信号，能用低成本的电气驱动器作为输入调制信号源。这些源也以低功率耗散为特征。
铌酸锂(LiNbO3)和半导体型的低开关电压调制器是可利用的。铌酸锂器件用电光效应在马赫陈德尔干涉仪(MZI)内部产生调相，同时半导体器件利用在MZI内部的调相或者经电吸附(EA)效应直接对调制进行放大。半导体器件内部的多量子阱(MQW)结构具有固有的远大于用铌酸锂观察到的波长关系式。使半导体器件适于DWDM应用所需的紧密过程控制难以实现，从而使得它们不能使用或者不适于很多中长通信距离DWDM的应用。低开关电压铌酸锂器件本身是宽带比波长，但是，当与半导体调制器相比时，由于每个晶片上的器件数量较少，成本较高。
美国专利US5,303,079公开了一种器件，其中在为波导提供基本相同的输入光束的双波导器件中实现外部调制，并对通过其电极的每个波导进行单独、互斥控制。为每个波导提供控制信号，用于将调制线性调频脉冲参数调整为理想的固定的非零值。将从波导引出的调制后的光波信号合并，形成适于在光纤中传输的单输出信号。但是，最初打算生产受控线性调频脉冲的′079设备是用Z-切割的铌酸锂制造的，并且发现与低成本电驱动器一起使用非常有效。此外，其特性是本身是非波长依赖型的；所以，更适于用于DWDM应用中。但是，′079设备需要缓冲层和电荷泄放层，这增加了生产成本。
美国专利US5,138,480公开了在X-切割的铌酸锂上的行进波光调制器。行进波光调制器的阻抗可以增大到理想输入阻抗而不会对驱动电压或调制器的速度匹配造成负面影响。这是在′480设备中通过将接地电极的宽度减小到不大于热电极宽度的3倍来实现的。
美国专利5,101,450公开了光通信方法和设备，以高光谱效率在单光纤上用不同的光学载波频率传输两个或两个以上光信号。每个光学载波用多个调制后的副载波调制。光调相器消去了每个光信号中的二阶相互调制分量，从而允许光学载波频率间隔2fmax1，其中fmax是最大调制频率。在另一个实施例中，单边带光调制器消去了二阶相互调制分量和一个信号边带，从而允许光学载波频率隔开fmax。
现有技术包括利用电吸附(EA)或马赫陈德尔干涉仪(MZI)光调制器的器件，装配在InP这样的半导体衬底上。这些半导体器件的驱动电压适合输出电压约2伏的低成本电驱动器。但是，EA器件在从ON到OFF状态的过渡过程中会遇到光波长中感应的线性调频脉冲。EA和MZI半导体器件的特性也是波长依赖型的，所以它们都难以为了应用而制造，这些应用例如密集波分复用(DWDM)，其中必须牢牢控制工作波长。
本发明的目的是提供一种在具有差动输入的光通信系统中使用的光调制器。
本发明的另一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，它与具有互补输出的低成本、低电压输出电驱动器兼容。
本发明的再一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，它允许使用X-切割的LiNbO3衬底，代替Z-切割的LiNbO3衬底。
本发明的另一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，它去掉了现有技术器件中的缓冲层和电荷泄放层。
本发明的另一个目的是提供一种前面所述类型的光调制器，其特征在于降低了制造成本。
根据本发明的一个方面，一种用在光信号通过其中的光通信系统中的电光调制器具有电光衬底，电光轴的方向与衬底的上表面平行。有适于接收光信号的光波导，光信号形成在衬底的上表面中。光波导具有彼此隔开的第一和第二腿。在衬底上表面上形成有第一和第二输入电极，每个输入电极配置成与其中相应的一个光波导腿电光通信但实质上不与其对准。调制器还包括形成在衬底上表面上的第一和第二接地电极，第一和第二接地电极与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。
根据本发明的另一个方面，一种用于调制通过光通信系统的光信号的电光调制设备，包括具有电光衬底的光调制器，电光轴的方向与衬底的上表面平行。有适于接收形成在衬底上表面中的光信号的光波导。光波导具有彼此隔开的第一和第二腿。有形成在衬底上表面上的第一和第二输入电极，每个输入电极配置成与光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。有形成在衬底上表面上的第一和第二接地电极，第一和第二接地电极与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。设备还包括接收用于调制光束的调制信号的接口结构。接口结构配置成与光调制器第一和第二输入电极电通信。


图1是具有Z-切割铌酸锂衬底的现有技术光调制器的简化示意图。
图2是图1光调制器的另一个视图，示出了负责调制的外加场的方向。
图3是图1光调制器的顶视图，示出了从衬底相对侧上路由选择的电信号。
图4是根据本发明制造的光调制器的简化截面示意图。
图5是图4光调制器的另一个简化示意图，示出了器件衬底中波导内外加场的方向。
图6是图4光调制器的简化示意图，示出了输入电信号的同侧布线。
图7是本发明提供的光调制器另一个实施例的简化示意图。
图8是简化示意图，示出了与图7的光调制器一起使用的信号换向带状线馈电装置的一部分。
图9是概略视图，描绘了作为对图4光调制器的调制信号中频率函数的理想和不理想的调制响应。
图10是图4光调制器的顶视图，示出了用于降低调制信号中寄生RF模式的补充引线键合点(wire bond)。
图11是部分RF接口结构的截面简化示意图，示出了光调制器内的电场路径。
图12是本发明提供的RF接口结构一部分的截面简化示意图，示出了电场路径。
图13是根据本发明制造的光调制器的第二可替换实施例的简化示意图。
图14是根据本发明制造的光调制器的部分电极结构的顶视图，具有倒相区域。
图15是根据本发明制造的光调制器的部分电极结构的顶视图，具有利用5个电极的倒相区域。
图16更详细地描绘了在用于本发明所提供的光调制器的热电极附近的电场。
如上所述，可以得到铌酸锂(LiNbO3)和半导体型的低开关电压光调制器。低开关电压铌酸锂器件具有固有的宽带-波长特性，尽管当与半导体光调制器相比较时，由于每个晶片上的器件较少，成本较高。图1以简化示意图的形式示出了现有技术光调制器10的横截面。
光调制器10制作在Z-切割的LiNbO3衬底12上，通过在输入电极14和16上接收低压开关(调制)信号来工作。接地电极18、20、22也包括在现有技术光调制器10中。器件中还包括电荷耗散层24和缓冲层26，它们都制作在衬底的上表面上和电极下面。还有与电极14和16对准形成的光波导28、30。
图2示意性地示出了负责调制(通过电光效应)横穿波导的外加光信号的外加场32、34。这些场平行于结晶Z轴36行进，方向分别如箭头所示。
图3示出了光调制器10的顶视图。光调制器10的特征在于两个输入电极38和40，这两个电极使器件与具有互补输出的驱动器兼容。从图3还可看到布置在光调制器10相邻侧面上的RF接口结构42、44。每个RF接口包含RF导体。接口结构42具有导体46和地48及50；接口结构44具有导体52和地54、56。每个导体适于建立接地连接或者通过引线键合点57将其中一个输入调制信号导入光调制器10。光调制器10是高度对称的，在光波导的顶部具有用于每个接收到的调制信号的输入(“热”)电极。每个光波导形成MZI的一个臂。每个热电极布置在波导的正上方导致波导中垂直场通量集中，使输入调制信号的低开关电压成为可能。
注意，图1-3的光调制器所示每个波导中产生的垂直场的方向对两个输入电极来说都是相同的。即，在每个驱动器上正电压产生的场方向与结晶Z轴方向相同，结晶Z轴与器件表面垂直。为了使器件与具有互补输出的电驱动器兼容，外加场的这种对称性是很关键的。不象其他的单输入器件(X或Z切割)，MZI中的推挽效应是通过电驱动器而不是通过电极极性建立的。外加电压随时间变化的分量在幅度上是相等的，但两个输入信号极性相反。
图3示出了现有技术光调制器的另一个特征。从集成光学器件的相对侧面对称输送电信号。这种对称性保证进入两个输入端的电脉冲同时到达MZI。任何时间上的不匹配都导致MZI的一个臂在另一个臂之前接收脉冲，导致外加输入信号电压幅度的瞬时不平衡。这种瞬时不平衡导致在器件输出端的瞬时脉冲调制或者线性调频脉冲，这对接收器上光信号的质量是有害的。脉冲的上升和下降沿也被加宽。
与低压驱动器兼容的光调制器被其他负荷防碍。已知的采用Z-切割的LiNbO3衬底的光调制器需要用缓冲层来防止由电极负载造成光损失，需要用耗散层来防止干涉仪静态工作(偏置点)的过漂移时间(drift-over time)。缓冲和电荷耗散层都增加光调制器的制造成本。此外，Z-切割的LiNbO3衬底在制造光调制器方面提出了技术挑战。热电效应在制造光调制器过程中在以该方向切割的LiNbO3衬底上下表面上建立电荷。
此外，典型的现有技术中输入电极的相反取向不便于剩下的光发射器的设计，且由于RF信号布线问题在发射器内需要大量宝贵的空间。典型地，产生输入调制信号的电驱动器线路的互补输出电极在物理上彼此靠近。来自那些输出电极的信号必须经路由选择到达光调制器上彼此隔得很远的输入电极。由于与上面提出的同样的原因，这些电信号的转接时间必须匹配，这要求必须将调制信号的额外延迟插入其中一条用于输入电极的线路中。该额外延迟浪费了与光调制器相关联的发射器卡上的空间，增大了每个发射器卡的整个尺寸。
相反，本发明通过允许用X-切割代替Z-切割的LiNbO3衬底得到器件为电信设备制造商提供了一种低成本方案。用X-切割的LiNbO3衬底对于2.5Gb/s光调制器来说不需要缓冲层，对2.5和10Gb/s光调制器来说不需要电荷耗散层。也简化了晶片加工。
图4示出了本发明最佳实施例的截面简化示意图。光调制器58包括X-切割的铌酸锂衬底60,Z结晶轴的方向如61所示。在衬底的上表面66上形成有第一和第二输入电极62、64。在上衬底表面上设有接地电极68、70，与相应的输入电极隔开但相邻。在衬底上形成光波导70、72，用于承载输入光信号。与现有技术的光调制器不同，本发明的光波导不与输入电极对准，基本与输入和接地电极之间的隔开区74对齐。补充接地电极78也装配在衬底表面上，与输入电极64隔开预选距离。正如下文详细描述的，补充电极是随意的，只根据应用包含在特定实施例中。
现在参考图5，再次看图4的光调制器的截面。箭头80、82示出了输入到输入电极的调制信号所施加的衬底中场的方向。箭头84、86指示了输入电极及其相邻的接地电极之间较弱的边缘场的方向。对于X-切割的器件来说，电光活动(active)Z轴61横向行进，从而能通过波导旁边的电极进行有效调制而不用缓冲层。大多数的外加场通量在输入电极和最邻近的接地电极之间行进。两个电极之间场通量集中允许电阻抗在30-40Ohm范围内，高于典型的用于单输入X-切割的2.5Gb/s光调制器的传统X-切割共面波导(CPW)的20-25Ohm。较高的阻抗与具有互补输出电极(图中未示出)的低成本电驱动器电路兼容。
图5所示的补充接地电极使两个输入电极的电阻抗平衡。一些来自输入电极62的边缘场线到达接地电极的右侧。离开那个输入电极的额外通量增大了每单位长度的电容；与隔离的输入和接地电极相比，导致那个输入的电阻抗稍微低一些。补充接地电极从输入电极64吸引一些边缘场，降低其阻抗以便匹配另一个输入电极的阻抗。平衡后的电阻抗确保调制器的两个输入电极在所有频率调制效率相同以防止光的线性调频脉冲。
图6是图4光调制器的简化示意图，示出了输入电信号的同侧布线。图6示出了RF接口结构90，该结构在功能上与现有技术器件中的接口结构类似，进入输入电极的输入信号准备提供给光调制器本身。但注意，本发明允许去掉现有技术光调制器所需的其中一个RF接口结构。仔细选择的RF接口结构的输入电极92、94电路径长度不平衡补偿集成光学器件的路径长度不平衡，以便(RF)调制信号同时到达MZI。
在本发明的另一个实施例中，通过两套CPW电极实现双驱动功能，两套电极是串联的，但有两个RF输入电极独立驱动。来自一个输入的RF调制信号送入第一套电极的中央导体中。来自另一个输入的RF信号送入第二套电极的外部导体中。
图7是本发明所提供的光调制器的另一个实施例的简化示意图。光调制器98适于在两个串联CPW电极100、102上接收差动驱动(输入调制器信号)。接地电极104、106邻近电极100，而接地电极108、110邻近电极102。这些电极都平行装配在X-切割的LiNbO3衬底111上。同步驱动电极，但每个调制器信号中的数据内容互补。
在该实施例中，第二输入电极用与第一电极互补的输入信号驱动，但被延迟光从第一电极起点行进到第二电极起点所需的时间。该延迟通过一短节传输线(未示出)就可以很容易地产生，其内含物可以由用户实现。或者，可以用光调制器外壳带状线延迟。带状线造成的调制信号的衰减和频散可忽略不计。
表1概述了光调制器98的两种可能配置参数；一个有缓冲层一个没有，分别为UTP1和UTP2。在表1中还列出的是朗讯科技出售的现有技术器件的特性。由于每个电极仅需要产生π/2相移，所以每个调制器输入信号的驱动电压和功率给为Vπ/2和Pπ/2。驱动功率简单地给为Pπ/2=V2π/2/4Z并假设从连接器到电极没有损失。假设平直50ohm带状线(将输入调制信号提供给电极)以及匹配的阻抗终端计算反射功率S11，这样只有信号反射来自带状线电极接口。在某些应用中，可以采用锥形带状线来改变阻抗，这样可以改善S11。
表1不带缓冲层的光调制器98的电极长度选为在12.5GHz给出3dB衰减。对于65mm长度的衬底来说，带缓冲层的光调制器98的电极长度选得尽可能长同时仍有用于偏置电极、Y-分支和可以在电路中采用的空间模滤波器的空间。对于以上实施例，可以将缓冲层厚度选为在12.5GHz给出3dB衰减。
当将光调制器与不同电极阻抗相比较时最好用Pπ/2作为品质因数，原因是Vπ/2时输入电极上的电压，不是来自调制器信号源的连接器的电压。由于光调制器98所需的驱动功率较高，所以需要作若干改装以便将光调制器98包括在当前生产光学系统中。当与标准器件相比较时，光调制器98的优点是降低了驱动电压。缺点是需要两个互补输入信号。
象若干现有技术器件那样，不带缓冲层的光调制器98用输入电极进行偏置，而带缓冲层的光调制器98需要单独的偏置电极113。对于希望使逻辑极性作成与已知器件相同的应用中，可以用图8所示的带状线馈电来翻转第二输入电极的极性。调制信号显示在配置在接口结构112上的主输入电极115(微波传输带)上。带状线馈电114包括由区域120隔开的两个腿116、118。腿116、118与衬底119上的输入电极122电连接。输入电极122包括两个由第128隔开的腿124、126。衬底上电极及其接口结构或外壳上相应元件之间的电连接通过传统的引线键合点130来完成。
某些现有技术器件可以通过变化两个电极的驱动电平的比来改变特征信号线性调频脉冲。通过使两个输入电极显示反向的线性调频脉冲使光调制器98包含该特征。当调制器信号的驱动电平相等时，总的线性调频脉冲为零。通过改变调制器信号驱动电平的比改变由光调制器98显示的线性调频脉冲。
根据本发明提供的光调制器降低了制造差动输入光调制器的成本，这种光调制器兼容低成本、具有互补输出的低压输出电驱动器。通过消除了对缓冲和电荷泄放层的需要在某种程度上实现了成本降低。
本发明的实施例与现有技术相比有很多区别特征。在这些实施例中至少有四个电极；地-输入信号-地-输入信号或输入信号-地-输入信号-地。第二和第三电极之间的间隙大小足以使那些电极之间的边缘场最小。结果，用相应的波导优化场叠加，电路显示更高更理想的电极阻抗。
可以包括阻抗平衡第五电极来平衡边缘场通量，使两个RF输入的电极阻抗相等。本发明允许集成光调制器的输入电极和器件外壳放在同一侧，从而增强整个器件的紧凑性。本发明的另一个特征是为了均衡连接器到马赫陈德尔RF转接时间允许增加外壳上连接器和调制器之间阻抗匹配结构的长度。
本发明容易与现有技术区别。′079器件这种器件需要缓冲层和电荷耗散层，而本发明不需要。′450专利描述了两个臂的马赫陈德尔干涉仪(MZI)的独立调制。但是，图5、6、16、17和18揭示了那个专利和本发明器件之间的区别。在′450专利第7页教导在图5和6中中央电极是接地的，而信号加到外部电极上。
′450电极结构不能用于以净零相位调制产生强度调制。如果用带互补输出的电驱动器作为调制信号源，则将由于相对于结晶轴外加场的相反极性而抵消外加电压的推挽特性(相反极性)。与本发明中两个外加信号相对应的外加场相对于外加电压具有相同的极性和幅度，目的是推挽驱动电压在臂式马赫陈德尔干涉仪中产生净相差。用Olshansky的专利中其他电极的其中一个电极作为接地电极可能导致产生强度调制的器件。但是，在这种情况下，在MZI两个臂中的相位调制由于缺乏对称性在幅度上是不同的。这导致在器件输出端的净相位调制，于是带来对系统性能有害的线性调频脉冲。
由于波导间隔紧凑，所以本发明的电极结构(地-输入电极-地-输入电极-地)需要用比正常接地电极窄的电极。本领域的技术人员可以假定更窄的地可以导致RF调制信号沿行波电极向下传播时额外损失。但注意′048公开了使用具有窄地的传统三个电极(地-输入电极-地)结构的器件。在该专利中没有描述RF传播损失。但是，′048器件所包含的电极长度最好短到不能由于窄地电极而导致调制信号损失。
而且，′048专利没有教导或暗示本发明所采用的更复杂的电极结构。本发明中地宽度的选择可以是由于接地电极加宽而减少的RF信号传播损失最小化和由于接地电极加宽而加强的边缘场最小化之间的一个折衷。见本发明的图5。在′048专利中没有承认这个问题。
由于准对称设计，本发明的制造成本较低，这允许用X-切割的LiNbO3衬底代替Z-切割的LiNbO3衬底。具有X-切割的LiNbO3衬底的光调制器根据操作速度可以需要也可以不需要缓冲层且不需要波导表面上的电荷泄放层。具有Z-切割LiNbO3衬底的光调制器在电极和光波导之间总是需要缓冲层和电荷耗散层，这两个层都增加制造成本。此外，由于电荷聚集在+/-Z表面上，所以带Z-切割LiNbO3的器件装配问题更多，因此更为昂贵。
带传统共面波导(CPW)电极的器件例如图1-3所示的那些器件具有相对宽的接地电极，接地电极具有(1)对RF电流的低电阻(2)彼此之间的高电容。这两个特征降低了在器件中传播的寄生RF模式的可能性。
当一个或一个以上接地电极变成与其他接地电极上的电压或器件外壳的金属壁上的电压不同时，在调制信号中出现寄生模式。这种非理想接地导致接地电极象热电极一样动作，允许RF能量在其中传播(这通常不会出现)。
在器件前后端部上的接地引线键合点例如引线键合点57实际上反射该RF能量，与本发明某些实施例中抑制它相反；从而建立谐振腔，在某些频率上，器件对调制信号的响应与理想的不同。图9描绘了图6器件对调制信号频率的理想和非理想响应。曲线132总体示出了器件的调制响应。响应曲线中倾角134-138和峰值140时寄生RF模式在接地电极中行进的结果。这些倾角和峰值可以是或可以不是特定基频的某个倍数。
如图4-6所见，本光调制器的接地电极通常比现有技术的接地电极窄，使得本器件在某些实施例中更易受前述问题的影响。所述问题可以通过在不同点处将接地电极彼此连接或者连接到外壳上得到解决，如图10所示。
图10是根据本发明提供的光调制器142的顶视图，示出了用于减少调制信号中寄生RF模式的补充引线键合点144。光调制器142与图6所描述的本光调制器实施例基本相同。接地电极146-149用芯片上引线键合点沿电极长度在1/4、1/2和3/4点处在电极本身之间和外壳表面150或接口地之间互连。这些低电阻引线键合点在那些特定点上强迫接地电极上的电压相同且等于外壳地板上的电压。
引线键合点不抑制寄生微波模式，但为它们提供反射点。在不用芯片上引线键合点的情况下，在器件(152,154)的端部反射寄生RF模式，其中强制接地电极为相同电压。在调制响应中倾角或峰值出现的最低频率与反射点之间的电极长度成反比。在1/2点处的芯片上引线键合点提供附加反射点，导致第一谐振频率加倍。在1/4和3/4点处的芯片上引线键合点再次将腔长度一分为二，使第一谐振频率再次加倍。通过沿接地电极在充足位置上放置引线键合点，能将谐振移出有利害关系的频带。
抑制寄生RF模式的有害影响的另一个方法是通过利用改进的RF接口结构简单地避免激励，所述改进的RF接口结构将信号发射到热电极上，又防止任何差动电压出现在任何接地电极之间或任何接地电极和外壳地板之间。这两种方法可以单独使用也可以合起来使用，从而用本光调制器缓和寄生RF模式问题。
用级联探针(提供几乎理想的RF发射条件的测试设备)将RF调制信号发射到调制器中防止寄生模式受到激励，正如图9中所见的调制响应-频率曲线中缺乏非理想峰值和倾角所证明的。即使器件安装在外壳中该结果也是成立的，在外壳中，器件靠近外壳地板。级联发射具有两个有利特征(1)与正被驱动的热电极相邻的接地电极与外壳保持相同电势，(2)由于所有接地电流必须经引线键合点到达级联探针和增加电感的其他特征使有助于激励寄生模式的接地电流回路最小化从而抑制这种模式。
用传统外壳和RF接口结构，接地电流可以找到电感与理想电流路径一样低的返回路径。外壳中的该外来接地电流使外壳地电压与调制器上的接地电极电压不同，产生上文所述类型的寄生模式。因此，提供理想RF调制器信号发射具有两个组成部分(1)电势与外壳地相同的电极地以及(2)通过外壳金属壁的最小额外接地电流。由于引线键合点总是具有某一电阻所以第一部分难以访问；允许两个地电势稍微不同。通过强制额外接地电流取尽可能长的路径比较容易实现第二特性。
图11示出了RF接口结构156，用于将RF调制信号发射到光调制器上。热电极158和最近接地电极160之间的间隙与箭头162所指示的接口结构的厚度处于同一数量级。接口结构通常由陶瓷材料制造。注意来自热电极158的电场线164、165越到接地电极166和160以及RF接口结构底部上的金属喷镀层168上。电场线到达接地电极166和到达金属喷镀层168导致在那些位置上的接地电流，这是一个不想要的特征。
图12是本发明所提供的RF接口结构一部分的截面简化示意图，示出了电场路径。图12所见是一个接口结构170，在热电极174和相邻接地电极176之间有小间隙172。紧密间隙使到达接地电极178和底部接口结构表面上的金属喷镀层180的场力线177最小，从而减小那些位置上的接地电流。换言之，接口结构不支持被迫取较长电路径的接地电流的存在。
图13示出了根据本发明制造的RF接口结构182的第二可替换实施例的简化示意图。接口结构与图12或图11所示基本类似。上文详细描述类型的接地电流也通过将铁氧体管184放在部分或全部RF接口周围而得到抑制。根据安培定律，任何经接口结构顶部的热电极185进入经外壳壁或表面187返回的电流回路在铁氧体材料中建立磁通。磁通产生电感，所以使这些电流成分有大RF能量损失，从而抑制它们。同样的原理可以适用于光调制器本身。通过在光调制器周围放置铁氧体管189(剖视图中局部示出)，所有接地电流被迫经上表面电极(186,188)返回，并防止经外壳壁返回。图13中，虚线箭头190示出了接地电流的位置，该接地电流被铁氧体管抑制。仅示出了接口结构的一部分。仅示出了调制器上五个电极中的其中两个。另外输入电极的接口结构和输出结构的接口结构未示出。
在光调制器设计中必须被访问的另一个参数是带宽，它由器件的频率响应定义。在很大程度上，光调制器带宽由器件行进长度上光和电信号之间的速度差来限制。速度不匹配导致两个行进信号(光和电)之间的相位不匹配。当不采用缓冲层时，这种不匹配限制最大工作频率。美国专利US4,448,479公开了一种器件，其中能通过沿电极长度在某一点上翻转其极性来扩展器件带宽。但是，′479专利的教导限制为那个器件。该专利没有建议如何在最佳实施例的5个电极结构中翻转极性。
图14局部示出了本发明的另一个实施例，该实施例的电极与最佳实施例的电极类似但特征在于倒相区。在图14中，示出了根据本发明制造的光调制器192的电极结构一部分的顶视图。地(194-198)和热(200,202)电极在倒相区206内跨越器件的上表面204横向移动，在倒相区，以这样的方式相对于结晶z轴翻转电极极性维持电极阻抗同时在调制信号沿轴208纵向翻转时翻转其极性。光信号转接光波导210、212。箭头214、216示出了调制信号所感应的外加电场的方向。
图15示出了一种与图14所示实施例不同的的相位翻转方法。在图15中，示出了根据本发明制造的另一个光调制器218的电极结构一部分的顶视图，提供5个电极的倒相。在这种方法中，所有的接地电极220-224和热电极226、228少量横向平移，建立倒相区230。因此，波导232、234对具有相反极性的边缘电场进行采样。箭头236、238示出了调制信号所感应的外加电场的方向。
根据图5所描述的光调制器希望在这些位置上的外加电场的方向非常弱，使倒相不能实现。但是，图5的示意图可能过于简化。图16更详细地示意性描绘了图15的光调制器218内的电场。图16所示是热电极228和两个最近接地电极222、224的横截面图，用于光调制器218的倒相区230。在热电极228附近，就在热电极228左侧的场力线的子集240翻回并终止在最邻近的接地电极222而不是更远的附近的的接地电极224上。尽管信号极性被翻转，但这些场力线导致光信号翻转波导234中感应的电光响应比期望的更大。
虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但是，应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神的条件下进行修改和变型，本发明的范围由权利要求书限定。本文和附图所述内容是解释性的而非限制性的。
权利要求
1．一种电光调制器，用在转接光信号的光通信系统中，调制器包括电光衬底，电光轴的方向与衬底的上表面平行；光波导，适于接收光信号且形成在所述衬底的上表面中，所述光波导具有彼此隔开的第一和第二腿；第一和第二输入电极，形成在所述衬底上表面且适于接收调制信号，每个所述输入电极配置成与其中相应的一个所述光波导腿电光通信但实质上不与其对准；以及第一和第二接地电极，形成在所述衬底上表面，与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与所述光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准。
2．根据权利要求1的电光调制器，其中所述衬底还包括铌酸锂。
3．根据权利要求2的电光调制器，其中所述衬底由X-切割的铌酸锂晶体制造。
4．根据权利要求1的电光调制器，其中每个所述输入电极和相应的一个所述接地电极沿其中一个所述波导腿并排形成。
5．根据权利要求1的电光调制器，还包括形成在所述上衬底表面上的补充接地电极，以平衡所述第一和第二输入电极的电阻抗。
6．根据权利要求1的电光调制器，其中所述输入电极提供超过25ohm的电阻抗。
7．根据权利要求1的电光调制器，其中两个所述输入电极都配置成接收邻近所选择的所述第一和第二光波导腿之一的所述调制信号。
8．根据权利要求1的电光调制器，其中所述输入电极沿所述光波导第一和第二腿顺序配置。
9．根据权利要求1的电光调制器，其中所述第一和第二输入电极配置成适于接收第一和第二调制信号。
10．根据权利要求1的电光调制器，其中所述输入电极配置成相对于所述接地电极的宽度比约为1∶3。
11．根据权利要求1的电光调制器，其中所述输入电极包含共面波导电极(CPW)。
12．根据权利要求1的电光调制器，其中相对于所述光波导腿将所述第一输入电极配置为中央电极，相对于所述光波导腿将所述第二电极配置为外部电极。
13．一种电光调制设备，用于调制通过光通信系统转接的光信号，所述设备包括光调制器，具有电光衬底，电光轴的方向与衬底的上表面平行；光波导，适于接收光信号且形成在衬底上表面中；所述光波导具有彼此隔开的第一和第二腿；第一和第二输入电极，形成在衬底上表面上，适于接收调制信号，每个所述输入电极配置成与所述光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准；以及第一和第二接地电极，形成在衬底上表面上，与所述输入电极中对应的一个电极隔开并配置成与所述光波导腿中相应的一个腿电光通信但实质上不与其对准；以及接口结构，用于接收调制光束的调制信号，所述接口结构配置成与所述光调制器第一和第二输入电极电通信。
14．根据权利要求13的电光调制设备，其中所述接口结构还包括用于调整设备电阻抗值的装置。
15．根据权利要求13的电光调制设备，其中所述接口结构调整装置包括不等长的第一和第二RF信号路径。
16．根据权利要求13的电光调制设备，其中所述接口结构还包括带状线。
17．根据权利要求16的电光调制设备，其中所述接口结构带状线还包括Y型导体。
18．权利要求8的电光调制调制器还包括偏置电极。
19．根据权利要求17的电光调制设备，其中每个所述输入电极还包括通过电气地隔开的第一和第二区域。
20．根据权利要求16的电光调制设备，其中所述带状线还包括锥形带状线。
21．根据权利要求1的电光设备还包括用于使所述接地电极外部额外接地电流最小化的装置。
22．根据权利要求21的电光设备，其中所述接地电流最小化装置还包括在在所述第一和第二接地电极之间形成的导电路径，沿所述路径选择一个位置使所述外来接地电流的频率增大到超过所述调制信号的频率。
23．根据权利要求22的电光调制器，其中所述导电路径包括引线键合点。
24．根据权利要求13的电光调制器，还包括提供级联发射所述调制信号的装置。
25．根据权利要求13的电光调制器，还包括适于接收所述接地电极外面的外来接地电流所产生的磁通的外部导体，从而使所述外来接地电流产生大RF能量损失。
26．根据权利要求25的电光调制设备，其中所述外部导体还包括与部分所述电光调制设备隔开的铁氧体管。
27．根据权利要求1的电光调制器，还包括倒相区，在所述倒相区中，所述输入和接地电极的小部分沿所述衬底上表面与其大部分横向对称移位以便维持电极阻抗。
28．根据权利要求27的电光调制器，其中所述倒相区横向移位具有一个幅度，以便对所述衬底内感应的具有相反极性的边缘电场进行采样。
29．根据权利要求1的电光调制器，还包括保持所述接地电极处于相同电压的装置。
全文摘要
本发明提供一种差动输入光调制器,适于带互补输出的电驱动器。一个实施例用X－切割的LiNbO3衬底,带或不带缓冲层,从而与采用Z－切割的LiNbO～衬底的一些已知器件相比能降低成本。这些现有技术器件既需要缓冲层又需要电荷泄放层。本发明还包括准对称电极结构,其中外加场与衬底表面平行行进。
文档编号G02F1/01GK1310807SQ99808872
公开日2001年8月29日 申请日期1999年7月20日 优先权日1998年7月24日
发明者卡尔·基萨, 格里高利·迈克布莱恩, 爱德华·伍顿 申请人:单相电信产品公司