专利名称：光学副载波的高速调制的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字数据的光学和无线传输。
背景技术：
一些方案传输编码为光学副载波上的调制信号的数字数据。光学副载波是基本上单色的光学载波上的周期幅度调制。通过对连续波激光器的输出调幅，或者通过干涉来自具有相邻波长的两个连续波激光器的光线，可产生未调制的光学副载波。未调制的光学副载波的波长远远大于基础光学载波的波长。
目前的方法和系统使用复杂的调制器和调制方法，借助光学副载波的调制传送数据。需要在光学副载波上传送数据的改进方法和系统。
发明内容
各个实施例为通过光学副载波的同相分量和正交相分量的调制，传输数字数据创造条件。这些分量的调制幅度构成具有四个或更个信号点的简单2维(2D)星座图的点。这种2D星座图能够实现按符号间隔，2位或多位数字数据的传输。
一方面，传输数字数据的方法包括把具有副载波的相干光学载波分成互相干的光学载波，在每个互相干的光学载波中产生对应序列的相移，并干涉互相干的光学载波。干涉步骤产生具有调制副载波的输出光学载波。调制副载波具有带有一系列数值对的同相分量和正交相分量。干涉步骤产生的调制同相分量和正交相分量的数值对还对应于4-PSK、16-QAM或16-PSK 2D星座图的信号点的一系列坐标。
在一些实施例中，该方法包括在分光(splitting)和干涉之间，时间延迟每个互相干光学载波的副载波。不同的互相干光学载波的时间延迟之间的差值与整数个载波周期至少相差载波周期的0.1倍。
在一些实施例中，该方法包括把相干光学载波分成四个互相干的第二光学载波，在每个互相干的第二光学载波上产生第二相移的第二序列，随后，干涉互相干的第二光学载波。该第二干涉步骤产生具有调制同相分量和正交相分量的第二系列的成对数值的副载波。第二系列的调制同相分量和正交相分量的成对值对应于4-PSK、偏移4-PSK或梯形2D星座图的信号点的坐标。
另一方面，光学传输数据的系统包括电光调制器和控制器。调制器能够接收具有副载波的光学载波。控制器被配置成响应数字数据流的接收，对电光调制器施加一系列的多组控制电压。调制器响应施加的每组控制电压，输出具有调制副载波的光学载波。调制器通过调制副载波，产生副载波的同相分量和正交相分量的一系列调制数值对，对来自控制器的一系列多组控制电压作出反应。数值对对应于4-PSK、16-QAM或16-PSK 2D星座图的信号点的坐标。
在该系统的一些实施例中，数值对5％或更高地对应于4-PSK、16-QAM或16-PSK 2D星座图的信号点的坐标。
在该系统的一些实施例中，电光调制器包括一对层叠的第一和第二电光调制器。第一调制器被配置成通过调制副载波，产生副载波的同相分量和正交相分量的一系列调制的第二数值对。第二数值对对应于4-PSK、梯形或偏移4-PSK 2D星座图的信号点的坐标。
在该系统的一些实施例中，调制器包括接收光学载波，具有四个输出端的分光器，具有四个输入端的光学组合器，和四个光波导。每个波导连接分光器的输出端之一和组合器的输入端之一，从而每个输入端被连接到一个输出端。波导包括与接收的控制器施加的多组控制电压连接的电光调制器。在一些实施例中，任意两个波导的长度之间的差值与整数个载波波长至少相差载波波长的0.1倍。
另一方面，系统包括一个电光调制器和一个控制器。电光调制器包括具有四个输出端的分光器，具有四个输入端的光学组合器，和四个波导。分光器被配置成接收光学载波。波导连接所述输出端和所述输入端，以致每个输入端被连接到输出端之一。每个波导具有对施加的电压起反应的电光移相器。控制器被配置成响应接收的一组数字数据，向电光移相器施加多组控制电压之一。响应多组控制电压中施加的每组控制电压，组合器输出具有调制副载波的光学载波。调制器通过调制副载波的同相分量和正交相分量的值，以致调制数值对对应于2D信号星座图的信号点的坐标，响应所述多组控制电压。所述星座图具有长度相同的信号点。
图1A是在光学副载波上产生对应于4点2D星座图的信号点的调制图案的光发射器的顶视图；图1B是在包含AA-AA线的垂直面，图1A的光学调制器的横截面图；图2表示了四点相移键控(4-PSK)星座图的表示法；图3表示了梯形2D星座图的表示法；图4表示了偏移4-PSK 2D星座图的表示法；图5是在光学副载波上产生对应于16点2D星座图的信号点的调制图案的光发射器的顶视图；图6A是利用图1A-1D或5的发射器，传送数字数据的方法的流程图；图6B是表示图6A的方法的一些实施例的其它步骤的流程图；图7A表示图5的调制器的一些实施例在光学副载波上产生的16点QAM星座图的表示法；图7B表示图5的调制器的一些实施例在光学副载波上产生的16点PSK星座图的表示法；图8-13是在作为集成光学器件的图1A-1B和5的光学调制器的制备过程中，产生的中间结构的横截面图；图14是图1A-1B和5的光学调制器的一个集成光学器件中的单个电光移相器的横截面图；
图15是具有如图1A-1B和5中的一对电光相位调制器和相关电极的集成光学器件的一部分的顶视图；图16A是图15的结构的横截面图；图16B是图解说明图15和图16A的结构中的偏压的等效电路图；图17表示了使用电光调制器对数字数据高频编码的无线发射器。
在附图和正文中，相同的附图标记，一直到撇号(′)、双撇号(″)和/或字母表示具有相同功能的部件。
具体实施例方式
图1A-1B表示了被配置成把数字数据编码成光学副载波的同相和正交相分量的幅度的光学发射器10。发射器10包括光源12、电光调制器14和电控制器16。光源12产生具有未调制的光学副载波，即单频的恒幅子载波的相干光学载波。这里，光学副载波的波长至少为光学载波的波长的20倍，最好为光学载波的波长的100倍或更大。电光调制器14调制光学副载波的同相分量和正交相分量的幅度。电控制器16在线路38A-38D上产生电压，以便控制光学调制器14进行的光学副载波的调制。在Young-Kai Chen和Andreas Leven于2002年4月26日申请的美国专利申请No.10/133469中描述了产生具有调制副载波的光学载波的光学发射器的例子，该专利申请作为参考整体包含于此。
光学调制器14包括分光器18，光学组合器20和四个光波导A、B、C、D。分光器18具有接收来自光源12的相干光学载波的输入端口17，并在输出端口22A、22B、22C、22D产生彼此相干的输出光波。光学组合器20组合在输入端口24A、24B、24C、24D接收的彼此相干的光波，从而在输出端口25产生具有调制副载波的一个光学载波。独立的波导A-D分别连接分光器18的输出端口22A、22B、22C、22D与光学组合器20的输入端口24A、24B、24C、24D，从而输出端口22A、22B、22C、22D分别与输入端口24A、24B、24C、24D连接。分光器18和光学组合器20可以是单模或多模干扰耦合器。
不同的彼此相干波的载波和副载波相位沿着光波导A-D独立发展。特别地，波导A-D包括光延迟部件26B、26C、26D，名义上相同的电光可控移相器28A、28B、28C、28D。光延迟部件26B、26C、26D产生相应光波导B、C和D中的光学载波的副载波和光波导A中的光学载波的副载波之间的固定相对延迟TB、TC和TD。TB、TC和TD的量值一般与整数倍副载波周期TSC至少相差0.1TSC。通过波导A、B、C和D的光学载波的传播时间之间的差值同样与整数倍TSC相差至少0.1TSC。电光移相器28A、28B、28C、28D是光波导A-D的基本相同的电光有效部分。电光移相器28A-28D按照响应向其施加的电压的方式，把光学载波的相位移动例如0-2π。施加的DC偏压预置电光移相器28A-28D，从而在缺少其它施加电压的情况下，波导A-D在输出端口25提供同相光学载波。操作中，线路38A、38B、38C和38D供给控制电压VA、-VA、VC和-VC，从而电光移相器28A-28D按照响应从输入端口8、9接收的输入数据的方式，调制载波的相位。
电控制器16包括控制器30和第一及第二可变电压源32、34。第一和第二电压源32、34分别产生控制电压对(VA、-VA)和控制电压对(VC、-VC)。每对控制电压对在数据输入端8或数据输入端9接收的数字数据的对应位起反应。控制电压对(VA、-VA)和(VC、-VC)按照对DC噪声不太敏感的差分模式操纵相应的电极对(36A、36B)和(36C、36D)。控制电压VA、VC固定光学移相器28A、28B、28C、28D在互相干光学载波中引起的相对相位。这些相位确定这些光学载波在光学组合器20的输出端口25将如何干涉。
光学发射器10按符号周期接收并对数字数据的两位编码。在电控制器16的输入数据线8、9接收数据的这两位的电压信号，随后光学调制器14把所述电压信号编码成光学副载波的相应同相分量和正交相分量的幅度。控制电压VA、VC和来自时间延迟部件26B、26C、26D的副载波延迟TB、TC和TD确定光学调制器14如何调制光学副载波的相应同相分量和正交相分量。选择控制电压VA和VC，以及副载波延迟{TB、TC、TD}，以致调制后的值对应于选择的2维(2D)星座图的四个信号点的坐标。特别地，光学副载波的同相分量和正交相分量的各对调制幅度或其线性组合将对应于2D星座图中信号点的“x”和“y”坐标。
在2D星座图中，信号点是复平面中的矢量，即，从原点指向平面上的相关复数的矢量。
如果{A1、A2、A3、A4}是代表2D星座图的四个信号点的复数，那么如果固定延迟{TB、TC、TD}和四组载波相移，即{j(m)}，m＝1、2、3、4，满足下述四个等式，则光学调制器10将产生代表这些点的调制载波。
等式(1)的一组解答定义延迟部件26B-26产生的固定延迟{Ta}，和电压源32、34施加的各组控制电压产生的相对相位{a(m)}。这里，TA＝0。线路38A-38D上的各组控制电压最好是诸如{VA，low，VC，low}，{VA，low，VC，high}，{VA，high，VC，low}和{VA，high，VC，high}之类的四组电压，因为这样的电压组便于差分二进制编码。由于控制器30按照差分模式操作名义上相同的移相器28A、28B、28C、28D，并且移相正比于施加的控制电压。相移满足A(m)＝-B(m)，并且C(m)＝-D(m)。从而，A(m)＝-B(m)，并且C(m)＝-D(m)的等式(1)的每个解答提供产生所需2D星座图的实施例中的调制器14的制造参数，和控制器30的四组许可的控制电压。
这里，如果存在代表对于下标m的每个值来说，比值|Bm-Am|/|Am|小于0.10的星座图的一组信号点{Am}，则平面中的一组点{Bm}对应于星座图的信号点。对于这样的一组对应点{Bm}来说，上述比值优选小于0.05，上述比值最好小于0.01。各种各样的多组复数{Am}可代表2D星座图。特别地，如果{Am}代表2D星座图，则{λAm}代表相同的2D星座图，这里λ是任意非零复数。即，2D星座图的任意表现的信号点的整体旋转和/或有限整体重定比例产生相同2D星座图的等同表现。
等式(1)的数字解答给出产生数个2D星座图的制造和操作参数。制造参数包括延迟部件26B-26D产生的副载波延迟{Tj}。操作参数是四组工作电压{VA(m)、VC(m)}，即一组用于一个信号点。这些解答使得至少能够产生其同相分量和正交相分量对应于图2-4中所示2D星座图的信号点的坐标的调制副载波。
图2表示了例证的四点相移键控(4-PSK)2D星座图的信号点。在4-PSK 2D星座图中，信号点是长度相同的矢量。这些矢量形成在围绕原点旋转90度情况下不变的图案，并且由复数1+j、1-j，-1+j和-1-j表示，这里“j”是-1的平方根。通常，4-PSK 2D星座图具有从原点辐射的四个矢量，并且具有任意但是相同的长度。在该图案中，这四个矢量间隔90度的旋转角，但是在各种表现中，一个矢量可相对于实轴成任意角度。
就4-PSK星座图来说，关于制造参数，即延迟Tj和各组控制电压，即{VA(m)、VC(m)}的一个解答如下。TB、TC和TC分别由5/(8fsc)、1/(2fsc)和7/(8fsc)给出。对于这些延迟中的每一个，可以增加光源12的副载波周期Tsc的任意整数倍。四组控制电压{VA、VC}具有下述值{+0.5Vπ，-0.375Vπ}；{+0.5Vπ，+0.625Vπ}；{+1.0Vπ，-0.375Vπ}；{+1.0Vπ，+0.625Vπ}。这里，向电光移相器28A、28B、28C、28D之一施加电压Vπ产生比为0的施加电压大π的附加光学载波相移。
图3和图4表示了代表其它4点2D星座图的多组信号点。在图3的2D星座图中，例证的信号点是长度为1的复数。数字定义从原点辐射的矢量的终点。该表示法的四个矢量由到点“1”的矢量绕原点反时针旋转0°、67.5°、135°和202.5°形成。图3的四个矢量代表称为梯形2D星座图的2D星座图。在图4的2D星座图中，例证的信号点是从原点射向位于复数1+j/3、-1/3+j/3、-1/3-j和1-j的终点的矢量。图4的四个矢量代表这里称为偏移4-PSK 2D星座图的2D星座图。通过用从一个或多个特定矢量旋转90°的整数倍的矢量，替换上述表示法的一个或多个特定矢量，得到上述这些2D星座图的其它表示法。通过把某一表示法的所有四个矢量的复数乘以相同的非零复数，获得其它表示法。
对于图3的2D星座图来说，如下定义例证的副载波延迟和各组控制电压。副载波延迟TB、TC和TD分别由0.4965/fsc、0.4821/fsc和0.9856/fsc给出，其中每个延迟可被移动Tsc的任意整数倍。四组控制电压{VA、VC}是{-0.9934Vπ，-0.4787Vπ}；{-0.5624Vπ，+0.4848Vπ}；{-0.9934Vπ，+0.4848Vπ}；和{-0.5624Vπ，-0.4787Vπ}。延迟{Ti}和上述各组控制电压的各组相对相移{A(m)，-A(m)，C(m)，C(m)}解答了关于图3的2D星座图的信号点的等式(1)。
对于图4的2D星座图来说，如下定义例证的副载波延迟和各组控制电压。延迟时间TB、TC和TD分别由0.7104/fsc、0.3962/fsc和0.6353/fsc给出，其中每个延迟可被移动Tsc的任意整数倍。四组控制电压{VA、VC}是{-0.7476Vπ，-0.4787Vπ}；{-0.7476Vπ，+0.4848Vπ}；{+0.6759Vπ，-0.4787Vπ}；和{+0.6759Vπ，+0.4848Vπ}。当等式(1)的右手侧是图4中所示的2D星座图的信号点的复数时，延迟{Ti}和与上述各组控制电压相关的各组相对相移{A(m)，-A(m)，C(m)，-C(m)}解答了等式(1)。
在层叠的光发射器的实施例中使用图3和4的梯形2D及偏移4-PSK星座图。这些实施例产生具有16或更多信号点的2D星座图。
图5表示被配置成根据具有16个信号点的2D星座图，调制光学副载波的光发射器10′。同样，调制副载波的同相分量和正交相分量的幅度对应于2D星座图的信号点的相应“x”和“y”坐标。
光发射器10′包括光源12，两个层叠的光学调制14′、14″，和电控制器16′。光源12如前参考图1A-1B所述，产生具有非调制光学副载波的相干光学载波。光学调制器14′、14″具有关于图1A-1B的光学调制器14说明的结构。电控制器16′包括第一对电压源(32′、34′)和第二对电压源(32″、34″)。第一对及第二对电压源分别产生第一组控制电压{VA′、-VA′、VC′、-VC′}和第二组控制电压{VA″、-VA″、VC″、-VC″}。第一控制电压VA′、-VA′、VC′和-VC′控制第一光学调制器14′的相应电光移相器28A、28B、28C和28D。第二控制电压VA″、-VA″、VC″、-VC″控制第二光学调制器14″的相应电光移相器28A、28B、28C和28D。电压源32′、34′和电压源32″、34″分别响应在输入端口8′、9′和输入端口8″、9″接收的成对数据位，产生控制电压。从而，来自输入端口8′、9′的数据位控制第一光学调制器14′产生的调制图案，来自输入端口8″、9″的数据位控制第二光学调制器14″产生的调制图案。
每对电压源(32′、34′)和(32″、34″)按符号周期，把两位的数字数据编码到光学副载波上。为此，每对电压源和相关的光学调制器，即(32′、34′、14′)和(32″、34″、14″)调制光学副载波，以便携带具有四个点的2D星座图中的信号点。层叠的一对光学调制器14′、14″产生具有16个信号点的2D星座图中的信号点。
在一些实施例中，第一和第二光学调制器14′、14″及相关的电压源(32′、34′)，(32″、34″)产生不同2D星座图中的信号点。光发射器10′的一些这种实施例调制光学副载波，以便携带图7A或7B的2D星座图中的信号点。
图7A表示了16点正交调幅(QAM)2D星座图的例证表示法。在该表示法中，星座图包括位于正方体2D网格的格点的16个信号点。网格的基本网格矢量1/3+j/3是该表示法的一个信号点。在该表示法中，其它点在单位正方形中，并且位于复数1/3+j/3+(2a/3+2b·j/3)，这里“a”和“b”是整数。
图7B表示了16-PSK 2D星座图的例证表示法。在该表示法中，信号点是从原点辐射出的，长度为1的矢量。通过把到复数“1”的矢量顺时针旋转22.5°的整数倍，可获得该表示法的各个矢量。
通过把某一表示法的所有信号点的复数乘以相同的非零复数，即整体旋转和/或重定比例，能够获得图7A和7B的2D星座图的其它表示法。
参见图5，光发射器10′的一个实施例调制光学副载波，从而其同相分量和正交相分量的幅度对应于16-QAM星座图的信号点。本实施例中，第一电压源32′、34′和第一光学调制器14′的时间延迟部件26B-26D导致根据图2的4-PSK星座图，调制来自光源12的光学副载波。在例证的实施例中，第一光学调制器14′，TB、TC和TC分别等于5/(8fsc)、1/(2fsc)和7/(8fsc)，一直到Tsc的整数倍。另外，第一调制器14′的例证控制电压组{VA′，VC′}具有下述值{+0.5Vπ，-0.375Vπ}；{+0.5Vπ，+0.625Vπ}；{+1.0Vπ，-0.375Vπ}；{+1.0Vπ，+0.625Vπ}。这些实施例中，第二电压源32″、34″和第二光学调制器14″的时间延迟部件26B-26D导致根据图4的4点星座图，进一步调制来自第一光学调制器14′的光学副载波。在例证的实施例中，第二光学调制器14″，TB、TC和TD分别等于0.7104/fsc、0.3962/fsc和0.6353/fsc，一直到Tsc的整数倍。另外，第二调制器14″的例证控制电压组{VA″，VC″}是{-0.7476Vπ，-0.4787Vπ}；{-0.7476Vπ，+0.4848Vπ}；{+0.6759Vπ，-0.4787Vπ}；和{+0.6759Vπ，+0.4848Vπ}。
根据16-QAM 2D星座图，调制光学副载波的光发射器10′的另一实施例相对于上述实施例，交换第一对和第二对电压源(32′、34′)和(32″、34″)，并交换第一和第二光发射器14′和14″。即，在本实施例中，第一和第二光学调制器14′、14″分别产生图4和图2的星座图的信号点。
图5的光发射器10′的另一实施例调制光学副载波，以致其同相分量和正交相分量对应于图7B的16-PSK 2D星座图的信号点。本实施例中，第一电压源32′、34′和第一光学调制器14′的时间延迟部件26B-26D导致根据图2的4-PSK星座图调制来自光源12的光学副载波。在例证的实施例中，第一光学调制器14′，TB、TC和TC分别等于5/(8fsc)、1/(2fsc)和7/(8fsc)，一直到Tsc的任意整数倍。另外，第一光学调制器14′的例证控制电压组{VA′，VC′}具有下述值{+0.5Vπ，-0.375Vπ}；{+0.5Vπ，+0.625Vπ}；{+1.0Vπ，-0.375Vπ}；{+1.0Vπ，+0.625Vπ}。这些实施例中，第二电压源32″、34″和第二光学调制器14″的时间延迟部件26B-26D导致根据图3的4点星座图，进一步调制来自第一光学调制器14′的光学副载波。在例证的实施例中，第二光学调制器14″，TB、TC和TD分别等于0.4965/fsc、0.4821/fsc和0.9856/fsc，一直到Tsc的任意整数倍。另外，第二调制器14″的例证控制电压组{VA，VC}具有下述值{-0.9934Vπ，-0.4787Vπ}；{-0.5624Vπ，+0.4848Vπ}；{-0.9934Vπ，+0.4848Vπ}；和{-0.5624Vπ，-0.4787π}。
最后，根据16-PSK 2D星座图，调制光学副载波的光发射器10′的另一实施例相对于上述实施例，交换第一对和第二对电压源(32′、34′)和(32″、34″)，并交换第一和第二光发射器14′和14″。即，在本实施例中，第一和第二光学调制器14′、14″分别产生图3和图2的星座图的信号点。
图6A表示利用图1A-1D或5的发射器10、10′，传送数字数据的方法40。方法40包括把具有副载波的相干光学载波分成互相干的光学载波(步骤41)。方法40包括在每个互相干的光学载波中，产生相移序列(步骤42)。方法40还包括干涉互相干光学载波，以便产生其副载波具有调制的同相分量和正交相分量的输出光学载波(步骤43)。在执行分光步骤和干涉步骤之间，还可在每个互相干的光学载波的副载波中产生时间延迟。通过干涉产生的调制同相分量和正交相分量的数值对对应于4-PSK 2D星座图、16-QAM 2D星座图或16-PSK 2D星座图的信号点的坐标对。
参见图6B，图6A的方40的一些实施例包括下述步骤。首先，相干光学载波被分成四个互相干第二光学载波(步骤45)。随后，在每个互相干的第二光学载波上，产生第二序列的第二相移(步骤46)。随后，干涉互相干的第二光学载波，产生具有第二序列的成对调制同相分量和正交相分量的副载波(步骤47)。第二序列的成对的调制同相分量和正交相分量的值对应于4-PSK、偏移4-PSK或梯形2D星座图的信号点的坐标对。
图1A-1B和5的调制器14、14′、14″的一些实施例是集成的光学器件。在这些器件中，分光器18、光学组合器20、光波导A-D、时间延迟部件26B-26C，及电光移相器28A-28D是磷化铟(InP)基体上的台式(mesa)族III-V半导体结构。在InP基体上，光学核心层和覆层的例证材料分别是砷化铟铝镓(InAlGaAs)合金和砷化铟铝(InAlAs)合金。最好，这两种合金均与InP基体晶格匹配，并且具有1.3电子伏或更高的能带隙，从而在电信波长下，光学吸收较低。InAlAs和InAlGaAs具有对在电光移相器28A-28D中所需的施加电压作出反应的折射率。
在这种集成的光学器件中，光波导和控制电极的肖特基肋形结构能够实现无线电波、亚毫米波或毫米波的速度和光学载波之间的更好匹配，从而提高上截止频率。在Robert G.Walker的题为“High-SpeedIII-V Semiconductor Intensity Modulators”(IEEE Journal ofQuantum Electronics，Vol.27，No.3(1991)，第654-667页)的文章中，描述了肖特基肋形波导结构，该文章作为参考整体包含于此。
下面说明以具有肖特基肋形波导结构的集成光学器件的形式制备调制器14、14′、14″的例证方法。图8-13表示了在该制备方法中产生的中间结构71-76的各个部分。图14表示了包括具有肋形波导结构的的波导和电极的最终集成光学器件的一部分77，例如图1A-1B或5的电光移相器28A-28D。
制备方法包括在InP基体52上外延生长多层结构的族III-V半导体。多层结构包括具有下述从上到下子层序列的下部多层54约100纳米的InxAl1-x-yGayAs，约25纳米的InP，约475纳米的InxAl1-x-yGayAs，约500纳米的内部InzAl1-zAs，和约300纳米的n形InzAl1-zAs。这里，x＝0.529，y＝0.335，z＝0.520。InAlAs、InP和InAlGaAs子层的合金成分能够实现与InP生长基体52的晶格匹配。多层结构还包括与层54中的InzAl1-zAs合金相同的约800纳米的上层56，从而能够实现与InP生长基体52的晶格匹配。
多层结构形成如图1A和5中所示的分光器、组合器20、光波导A-D、时间延迟部件26B-26D和电光移相器28A-28D的平面光学覆盖层和核心层。在层54中，InAlGaAs子层和InAlAs子层起上述光学器件的的光学核心层和下部光学覆盖层的作用。InAlAs层56起所述光学器件的上部光学覆盖层的作用。
在层54中，InAlAs的下半部被大量掺杂n+，从而起图1A和5的电光移相器28A-28D的下电极的作用。InAlAs的下半部的例证掺杂物深度约为2×1018n形掺杂原子/立方厘米。一般来说，InP基体52被掺杂铁，从而是不导电的。
接下来，制备方法包括形成图1A-1B和5的每个电光移相器28A-28D的金属上电极58，如图8的结构71中所示。例证的金属电极58是具有下述从下到上结构的金属多层约30纳米的钛(Ti)，约35纳米的铂(Pt)，约50纳米的金(Au)，和约40纳米的钯(Pd)。金属上电极59覆盖在InAlAs层的将形成图1A-1B和5的电光移相器28A-28D的横向区域上。形成金属上电极58包括以平版印刷方式形成保护InAlAs层56的其它横向区域的光刻胶掩模，进行金属的一系列蒸发-沉积，随后剥去光刻胶掩模。
随后，制备方法包括执行产生如图9的结构72中图解说明的光波导器件的上部光学覆盖层的台式结构60的一系列步骤。该系列步骤包括在结构71的上表面上，约40纳米的保护性SiO2的等离子增强化学气相沉积(PECVD)，随后，在接下来要蚀刻的SiO2层的横向部分上形成光刻胶掩模。可用氮化硅层替代所有或部分保护性SiO2。接下来，气相沉积约30纳米的Ti，之后气相沉积约70纳米的镍(Ni)。随后，常规剥离除去光刻胶掩模和覆盖金属，在要保护的一部分SiO2层和InAlAs层56上留下Ni/Ti硬质掩模。随后，进行一系列的常规干蚀刻，例如氯和氮化学蚀刻，除去不受保护的SiO2层部分和多数或全部InAlAs层56，产生台式结构60。干蚀刻被计时，以便接近层54和56之间的界面。随后，湿法浸蚀除去层56的任意剩余的不受保护的InAlAs和/或层54中的上部InAlGaAs。湿法蚀刻是选择性的，以便止于InP的掩埋子层。从而，所述这些蚀刻在上部光学覆盖层和一部分光学核心层上形成图案，从而形成肋形光波导。在干蚀刻之后，用常规溶剂，例如NMP冲洗，除去剩余的SiO2以及上覆的硬质金属掩模。
随后，止于InP的层54的常规蚀刻或湿法蚀刻产生下部的台式结构62。执行所述蚀刻包括首先形成保护用于下部台式结构62、上部台式结构60和金属电极58的层54的各个部分的光刻胶掩模。在蚀刻之后，常规的剥离步骤除去光刻胶掩模，产生图10的结构73。
上下台式结构60、62定义光波导器件的横向尺寸。在图1A-1B和5的光波导A-D中，上部台式结构60的宽度约为2-3微米，下部台式结构62的宽度约为10-100微米。下部台式结构62连接相邻各对电光移相器，即对(28A、28B)和(28C、28D)的肋形结构。
在形成结构73之后，制备方法包括形成苯并环丁烯(BCB)保护层，以便形成图11的结构74。BCB层覆盖台式结构60、62和金属电极58。形成BCB层包括在结构73的上表面上旋转涂覆所需厚度的BCB的液态先驱体，随后加热，固化所述先驱体，形成交联BCB。
接下来，制备方法包括形成电光移相器的电极和控制线，例如图1A-1D和5的线路38A-38D和电极36A-36D的金属化层66和金属总线68。步骤包括形成光刻胶，随后加热结构74到约135℃，保温约5分钟，从而表面张力导致光刻胶回流。回流使光刻胶中蚀刻窗的边缘变薄。步骤还包括进行干蚀刻，在BCB层中形成接触通孔64，随后，剥离光刻胶，产生图12的结构75。蚀刻被计时，以便蚀穿光刻胶掩模的变薄区域。这导致接触通孔64的上边缘成为圆形，有助于后面形成金属化层66。在结构75中，接触通孔64暴露金属电极58的上表面。步骤还包括进行金属的蒸发-沉积，随后剥离光刻胶掩模，以便产生如图13中所示的结构76的金属化多层66。金属化多层66具有从上到下，约20纳米的Au和约30纳米的Ti的结构。金属化多层66填充先前形成的接触通孔64，从而提供与下面的金属电极58的电连接。步骤还包括进行金属的另一掩膜控制沉积，产生如图14的最终的集成光学结构77中所示的低电阻金属总线68。
在集成光学器件中，图1A-1D和5的控制电极36A-36D的几何形状有助于匹配电光移相器28A-28D中的高频控制电波和光波的群速。图15表示了一对电耦接的控制电极36A-36A的一种几何形状和形成于相同的台式结构60、62中的相关DC偏压结构29。图14的金属总线68连接金属化层66中的一系列横向T形结构70。T形结构70覆盖III-V半导体的结点区，从而每个波导结构具有由电容器，即T形结构70下的结点区交联的一对平行的长感应器的形状。选择T形结构70的尺寸，以便调整电容，从而高频控制电波的相速更好地匹配电光移相器28A-28D中光波的群速。对于高频操作来说，T形结构70的例证尺寸是长度L约为48-30微米，宽度w约为1.6微米。
图16A是电光移相器28A-28B和图15的DC偏压结构29的电耦接对的横截面图。初始层54的大量掺杂的n型InAlAs子层72形成电光移相器28A-28B和DC偏压结构29的相邻III-V半导体异质结构之间的短路。部件28A、28B和29中的异质结构起如图16B中所示的等效电路中图解说明的二极管的作用。由于大量掺杂的n型InAlAs子层72的缘故，按照背对背几何形状，连接DC偏压结构29和电光移相器28A、28B的二极管结构。操作中，大的DC偏压VDC跨越偏压结构29的二极管结构，从而该二极管处于ON状态。操作中，电光移相器28A、28B的二极管结构由量值小于VDC的信号电压VsignalA，VsignalB加偏压。为此，在操作中，与移相器28A、28B相关的二级管结构处于OFF状态。
这里描述的各种光发射器，例如图1A和5的发射器10和10′可用在高频无线发射器中。图17表示了这样的一个无线发射器80。无线发射器80包括光发射器82、光纤链路84、半导体结光检测器86，例如检光二极管，和天线88。光发射器82把接收的数字数据编码成光学载波上的副载波的调制。光学载波通过光纤链路84，从光发射器82传播到半导体结光检测器86。半导体结光检测器86根据光学副载波产生电载波，并使用所述电载波驱动天线88，从而产生和光学副载波的调制频率相关的高频无线传输。
鉴于本申请的说明书、附图和权利要求书，对本领域的技术人员来说，本发明的其它实施例是显而易见的。
权利要求
1.一种传输数字数据的方法，包括把具有副载波的相干光学载波分成互相干的光学载波；在每个互相干的光学载波中产生相移序列；和干涉互相干的光学载波，产生输出光学载波，所述输出光学载波的副载波具有带有对应的数值对序列的调制同相分量和正交相分量；以及其中干涉产生的调制同相分量和正交相分量的数值对对应于4-PSK 2D星座图、16-QAM 2D星座图，和16-PSK 2D星座图之一的信号点的坐标对。
2.按照权利要求1所述的方法，其中干涉产生的数值对约5％或更高地对应于信号点。
3.按照权利要求1所述的方法，其中分光步骤形成四个互相干的光学载波，所述产生步骤在四个互相干的光学载波上形成相移序列。
4.按照权利要求1所述的方法，其中所述产生步骤还包括使每个互相干光学载波通过独立的电光移相器，同时向电光移相器施加一系列的控制电压，以在其上产生调制序列。
5.按照权利要求1所述的方法，还包括把相干光学载波分成四个互相干的第二光学载波；在每个互相干的第二光学载波上，产生第二相移的第二序列；和随后，干涉互相干的第二光学载波，产生具有成对调制同相分量和正交相分量的第二序列的副载波；和其中第二序列的调制同相分量和正交相分量的数值对对应于4-PSK 2D星座图，偏移4-PSK 2D星座图和梯形2D星座图之一的信号点的坐标对。
6.一种系统，包括能够接收具有副载波的光学载波的电光调制器；和响应数字数据流的接收，对电光调制器施加控制电压组流的控制器，调制器被配置成响应施加的每组控制电压，输出具有调制副载波的光学载波；其中调制器被配置成通过调制副载波以产生其同相分量和正交相分量的调制数值对流，对来自控制器的一系列多组控制电压进行响应，数值对对应于4-PSK 2D星座图、16-QAM 2D星座图和16-PSK 2D星座图之一的信号点的坐标对。
7.按照权利要求6所述的系统，其中调制器被配置成通过调制副载波以产生其同相分量和正交相分量的调制数值对流，对来自控制器的控制电压组流进行响应，数值对5％或更高地对应于4-PSK 2D星座图的信号点的坐标对。
8.按照权利要求6所述的系统，其中调制器被配置成通过调制副载波以产生其同相分量和正交相分量的调制数值对流，对来自控制器的控制电压组流进行响应，数值对5％或更高地对应于16-QAM星座图和16-PSK星座图之一的信号点的坐标对。
9.按照权利要求6所述的系统，其中调制器还包括接收光学载波的，具有四个输出端的分光器；具有四个输入端的光学组合器；以及四个光波导，每个波导连接分光器的输出端之一和组合器的输入端之一，从而每个输入端与一个输出端连接，波导包括与接收的由控制器施加的控制电压组连接的电光调制器。
10.按照权利要求6所述的系统，其中电光调制器包括一对层叠的第一和第二电光调制器；并且其中第一调制器被配置成通过调制副载波以产生其同相分量和正交相分量的调制的第二数值对流，对控制电压组进行响应，第二数值对对应于4-PSK 2D星座图、梯形2D星座图和偏移4-PSK 2D星座图之一的信号点的坐标对。
全文摘要
传输数字数据的方法，包括把具有副载波的相干光学载波分成互相干的光学载波，在每个互相干的光学载波中产生相移序列，随后，干涉互相干的光学载波。干涉产生输出光学载波，所述输出光学载波的副载波具有带有对应的一系列数值对的调制同相分量和正交相分量。干涉产生的调制同相分量和正交相分量的数值对对应于4－PSK2D、16－QAM 2D或16－PSK 2D星座图的信号点的一系列坐标对。
文档编号H04B10/04GK1604580SQ20041004766
公开日2005年4月6日 申请日期2004年5月28日 优先权日2003年9月30日
发明者陈阳闿, 安德里亚斯·列文 申请人:朗迅科技公司