本发明涉及光学调制器件。本发明特别适用于单片集成光学调制器件。
背景技术：
在本说明书中，将术语“光”将用于其在光学系统中使用的意义，即不仅仅意味着是可见光，而且还意味着波长在可见光范围之外的电磁辐射。类似地，术语的“波束”和“光束”将不仅用于描述可见光束，而且还用于描述具有在可见光范围之外的波长的电磁辐射。
在本说明书中，术语“下游”和“上游”将用于描述光路上或附近的部件的相对位置。特别地，“下游”可以被解释为“沿着波导中的预期光路之后”，而“上游”可以被解释为“沿着波导中的预期路径之前”。
典型地，光学调制器件包括光束在其中传播的一个或多个波导。通常，光学调制器件被配置为在光束通过一个或多个这种波导传播的时候调制所述光束。在可被调制的光束中有许多光波性质，包括相位、幅度和偏振化。参考相位和幅度调制器件阐述了以下文件中的大部分，但将认识到，这里描述的一般原理可适用于调制光的其他性质。
在其他应用之中，电光调制器可用于调制相干光束的相位。电光相位调制器通常包括呈现出电光效应的元件。诸如铌酸锂、磷化铟、和砷化镓等的某些结晶固体呈现出这样的效应。某些结晶固体的合金也可以呈现出这样的效应。当材料的折射率相对于施加到该材料上的电场而变化时发生电光效应。材料折射率的这种变化可以用来引起通过该材料传播的光波的相位调制。
电光相位调制器通常通过使光穿过呈现电光效应的材料(电光材料)以及通过具有透过该材料的变化的电场来操作。在一些情况下，可以简单地通过使电光材料布置在具有可变电压源的一个或多个平行板电容器之间来实现变化的电场。实际上，上述配置可以用于将供应给电光调制器的电信号转换成光相位调制信号。
图1示出了常规光学调制器件100。特别地，该光学调制器件100是开关键控(ook)光学调制器件。
图1所示的光学调制器件100单片集成在包括基片105的芯片上。光学调制器件100包括输入光端口110和输出光端口115。输入光端口110和输出光端口115面对面地布置在器件100的端面(facet)上。所述器件100还包括一系列互连的波导120、多模干涉(mmi)分离器125和mmi组合器130(尽管可以认识到，例如y型分支等的其他结构可用于代替mmi分离器和组合器)。
在分离器125和组合器130之间，器件100包括两个独立的调制臂。调制臂在分离器125从源于所述输入光端口110的中心波导分离。调制臂在组合器130处重新组合到另一个中心波导，该中心波导馈送到输出光端口115。
每个调制臂包括从分离器125延伸到组合器130的波导。每个调制器臂具有与其关联并耦合的直流(dc)元件135a、135b。dc元件135a、135b允许对通过调制器臂传播的光束进行静态相位校正。每个dc元件135a、135b被施加在分离器125下游的其相关联的调制器臂的波导的一部分上。每个dc元件135a、135b连接到与其耦合的相关联的dc电输入端子140a、140b。dc电输入端子140a、140b被布置为面朝外地邻近光学调制器件100的侧壁。dc电输入端子140a、140b可以连接到一个或多个dc源。
每个调制器臂还具有与其耦合的调制元件145a、145b。每个调制元件145a、145b被施加在其相关联的调制器臂的对应dc元件135a、135b的上游或下游的波导的一部分上。每个调制元件145a、145b具有电耦合到其一端的相关联的电信号输入端子150a、150b，其可以被认为是输入端。在图1的示例中，输入端位于光通过调制器的光流意义上的元件的上游端。电信号150a、150b输入端子被布置为面朝外地邻近光学调制器件100的侧壁。电信号输入端子可以连接到包括驱动源的一个或多个电源，所述驱动源通常被称为“射频(rf)”电源。在本公开的上下文中，将理解的是，“rf”不限于用于无线电传输的传统频带，并且驱动信号通常包含宽的光谱带宽，其范围可以从接近于dc直到可能40ghz甚至可能更高。还可以理解的是，dc和驱动电流可以经由单个元件提供：独立的dc和rf元件并不总是需要的。每个调制元件145a、145b还具有相关联的终端耦合155a、155b。终端耦合155a、155b电连接到其相关联的调制元件145a、145b的“输出”端。终端耦合155a、155b延伸到光学调制器件100的外部。终端耦合155a、155b可以连接到外部终端单元(例如，一接地连接)。为了本公开的目的，可以认为调制元件145a、145b形成光学调制器件100的整体调制组件145的一部分。
在光学调制器件100的操作期间，相干光束(由图1中的虚线箭头表示)被馈送到输入光端口110。该波束沿着源自输入光端口110的中心波导传播。当光束到达分离器125时，它被分成具有近似相等的强度的两个独立的相干波束。每个波束被指引并且沿着光学调制器件100的独立的调制器臂的波导传播。组合或独立地，dc元件135a、135b和调制元件145a、145b被配置为调制相干光束的相位。在典型的情况下，dc元件135a、135b用于维持通过光学器件100的调制器臂传播的光束的正确相对相位，而调制元件145a、145b使用在电信号输入端子150a、150b处输入的rf电信号来调制通过所述调制器臂传播的光束。调制元件145a、145b的终端耦合确保输入到调制元件145a、145b的rf信号有效地终止。被调制的波束在mmi组合器130处叠加，从而得出最终ook调制信号。该ook调制信号在输出光端口115输出。
包括光学调制器件(例如，如上所述的光学调制器件100)的光学组件的设计标准正趋于更小的尺寸和更强大的功能。总的来说，这导致了多部件光模块上的更多部件的集成。特别地，越来越多地，诸如硅、二氧化硅、磷化铟和砷化镓等材料制成的光学芯片的功能已经使得能够创建结合光学调制器的多功能和小型光学模块。然而，仍然存在着在建立这样的多功能和小型光学模块的挑战：在复杂光学模块中固定、对齐、组装多个光学部件的的复杂性和成本仍然是一个挑战。多部件模块中的光学元件的精确对齐可能现在需要每个模块几个小时。
技术实现要素：
本发明人已经认识到，需要一种更实际能安装在多部件光学模块上的单片集成光学调制器件。本发明人还认识到，需要一种允许生产更紧凑的多部件光学模块的单片集成光学调制器件。
对于常规单片集成光学调制器件，例如如图1所示的光学调制器件100中，在形成多部件模块的一部分时前端面和后端面必须相对于其他部件对齐。特别地，为了接收和转发光束，器件的输入光端口和输出光端口正确对齐是非常重要的。另外，在多部件模块的设计中必须考虑光学调制器件的dc和rf电输入端子。常规光学调制器件具有位于或邻近其侧壁的dc和rf电输入端子。dc和rf电气输入端子的侧面放置意味着光学调制器件必须与邻近器件充分间隔开以便为dc和rf输入端子上的必要的电连接留有空间。在设计多部件光学模块时，还必须考虑常规光学调制器件的任何rf电输入端子的外部电端子。
总体而言，本发明人已经认识到，在多部件光学模块上安装单片集成光调制器器件是复杂的、昂贵的、且耗时的。此外，由于在其他考虑因素之中这种器件对间隔的要求，单片集成光调制器器件的当前配置减少了多部件光器件模块的设计者的很多设计自由度。
根据本发明的一个方面，提供了一种单片集成光学调制器件，该器件包括：输入光端口；输出光端口；以及光波导，用于引导光从所述输入光端口至所述输出光端口。所述光波导的一部分被分成至少两个分支。所述波导被配置成在引导所述光从所述输入光端口至所述输出光端口的同时引起在所述光的方向上的净180°变化，使得所述输入光端口和所述输出光端口位于所述器件的第一边缘上。在方向上的净180°变化的至少一些在所述波导的所述分支内被实现。
所述集成器件的第一边缘可以是解理端面(cleavedfacet)。
波导的每个分支可以包括方向的净180°变化。光波导的至少一个分支可以包括迂回，使得至少两个分支的每一个分支中的光路长度基本相等。所述光波导的至少两个分支可以迂回程度不同，使得每个分支中的光路长度基本相等。
所述器件还可以包括耦合到所述波导的一个或多个各自分支的一个或多个调制元件，用于将光信号赋予给各自分支中的光。
所述器件还可以包括耦合到一个或多个调制元件的一个或多个电信号输入轨线，用于向所述一个或多个调制元件供应电信号。
所述一个或多个电信号输入轨线可以从所述器件的第二边缘延伸到所述一个或多个调制元件。第二边缘可以位于与所述器件上的第一边缘相对的位置。第二边缘可以是所述器件的一个端面。
所述一个或多个电信号输入轨线可以被配置成接收和发射rf驱动电信号。每个电信号输入轨线可以连接到对应的调制元件的输入。
每个调制元件包括至少一个导电路径，所述至少一个导电路径具有接近所述波导的一个或多个各自分支的一部分的部分。
所述器件还可以包括电耦合到所述一个或多个调制元件中的至少一个调制元件的输出的电阻器。所述器件还可以包括电耦合到所述电阻器的电容器。所述电阻器和所述电容器可以被配置成向所述集成器件内的所述一个或多个调制元件的至少一个调制元件提供电终端。
所述一个或多个调制元件可以被配置成调制所述光以产生正交相移调制信号或正交相移调制信号的部分。可替换地，所述一个或多个调制元件可以被配置成调制所述光以产生：
幅度调制信号或幅度调制信号的部分；
相位调制信号或相位调制信号的部分；
幅度和相位调制信号或幅度和相位调制信号的部分；或者
正交幅度调制信号或正交幅度调制信号的部分。
在引导所述光从输入光端口至输出光端口的过程中，在光的方向上引起净180°变化时，所述波导可以被配置成使光远离从所述器件的中心纵向轴线传播，由此避免波导的交叉。
根据本发明的另一个方面，提供了一种单片集成光学调制器件，该器件包括：前边缘；以及后边缘。输入光端口和输出光端口布置在所述前边缘上。所述器件还包括具有至少两个波导分支的至少一个马赫－泽德(mach-zehnder)调制器，所述至少一个马赫－泽德调制器被提供在所述器件内的，所述分支在所述调制器的输入和输出之间独立地经历方向的净180°变化。所述器件还包括用于向所述调制器提供电信号至少一个信号驱动器电输入端子，其被布置在所述后边缘上。
根据本发明的第二方面，所述集成器件的前边缘可以是端面。
根据本发明的再一方面，提供了一种单片集成光学调制器件，该器件包括：前边缘；以及后边缘。输入光端口和输出光端口布置在所述前边缘上，并且两个或更多个信号驱动器电输入端子布置在所述后边缘上。
根据本发明的第三方面，所述集成器件的前边缘可以是端面。
根据本发明的另一方面，提供了一种单片集成光学调制器件，该器件包括：输入和输出光端口；光波导，用于引导光从所述输入光端口至所述输出光端口；以及调制组件，用于将光信号赋予给所述光波导中的光。所述调制组件包括：耦合到所述波导的调制元件；以及耦合到所述调制元件的终端单元。
所述终端单元包括串联连接的电阻器、电容器、和接地的电路径。所述接地的电路径包括掺杂半导体、导电轨线、和/或焊线。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括任何上述单片集成光学调制器件的并排阵列的芯片。
所述阵列中的器件可以以2.5mm或更小，可选地2mm或更小的空间频率并排部署，并且在某些情况下，可选地1mm或更小或0.5mm或更小。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的示例性实施方式，在附图中：
图1是常规光学调制器件的示意图；
图2是示例性折叠式(folded)ook光学调制器件的示意图；
图3是示例性器件上(on-device)终端单元的示意图；
图4是示例性折叠式正交相移键控(qpsk)光学调制器件的示意图；
图5是另一个示例性器件上终端单元的示意图；以及
图6是示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件的示意图。
具体实施方式
这里主要公开的是安装简单的光学调制器件。这里公开的光学调制器件允许更紧凑的构造和可能复杂的多部件光学模块。
这里公开的光学调制器件是单片集成的，并且通常被配置为将其光输入和光输出布置在单个前向(front-facing)边缘上，该边缘通常是解理端面。通过将光输入与光输出一起布置在光学调制器件的单个端面上，当器件安装在多部件模块上时，只需要对齐边缘。相比之下，常规光学调制器件要求其前向和后向边缘都相对于相邻部件对齐，以确保其光学输入和输出可以适当地发射和接收光学信号。对齐附加端面会增加构建多部件器件时的额外的潜在误差来源，这可能造成构建器件的额外时间和困难。此外，如果光输入和输出都提供在一个端面上，则不需要将相对边缘制造成这样的高容限，和/或可能不需要特殊的涂层来减少光损失或反射。
这里公开的光学调制器件通常包括内部调制器臂，其在方向上经历净(net)180°变化。换句话说，光调制器臂在它们各自的器件内弯曲约180°。此特征允许光输入和输出将共同位于光学调制器件的前向边缘或端面上。对于包括多个调制器臂的器件，迂回(meander)可以结合在调制器臂中，以确保每个调制器臂的光路都是相同的。
调制器臂在方向上经历净180°变化可以最小化光学调制器件内的不希望的光散射的影响。特别是，除了输入和输出端口位于单个端面之外，该调制器臂中的弯曲协助维持纯净的输出信号。在这里公开的示例性调制器器件中，输出波束不易与来自波导的杂散光耦合。
这里公开的光学调制器件通常也被配置为使得rf输入端子置于器件的后向边缘上或与器件的后向边缘相邻。另外，与包括连接到外部(器件外)终端的导电轨的常规器件相比，光学调制器件包括器件上终端装置。这样的器件可以提供许多优点，包括使rf输入端子能够靠近驱动器集成电路。这在更复杂的调制器件中具有特别的益处，并且可以使得这种器件中的所有调制器能够由具有多个输出的单个驱动器驱动。进一步的优点包括：驱动器和调制器芯片之间的更短和/简单的rf轨线、调制器芯片内更简单的rf设计，以及芯片内的rf元件的更高的密度。这种设计还使得一个芯片内的复杂调制器阵列更加可行。
现在将参照附图描述示例性光学调制器件。
将参考单片集成光学调制器件的前边缘和后边缘。术语“边缘”旨在包含示例性单片集成光学调制器件的任何侧面、表面、面，或其他面朝外的构件。输入和输出光端口可布置在示例性单片集成光学调制器件的前边缘和/或并入到示例性单片集成光学调制器件的前边缘。本领域技术人员在阅读以下描述后将认识到，示例性单片集成光学调制器件的前边缘可以是该器件的前端面。在某些情况下，该端面可以是包含输入和输出光端口的高级光学端面。
本领域技术人员在阅读以下描述之后还将认识到，电端子和/或其他电连接装置可以布置在示例性单片集成光学调制器件的后边缘上和/或并入到示例性单片集成光学调制器件的后边缘。示例性光学调制器件的后边缘在一些情况下可以是器件的后端面。
图2是示例性折叠式开关键控(ook)光学调制器件200的示意图。光学调制器件200单片集成在基片205上。基片205可以由硅和/或适合的用于形成单片集成光学部件的其他成分或混合物组成。
光学调制器件200包括位于器件200的前边缘上的输入光端口210。光学调制器件200包括位于器件200的前边缘上的输出光端口215。光学调制器件200还包括一系列互连波导。互连波导被配置为将来自输入光端口210的光束引导至输出光端口215。
光学调制器件200还包括分束器220和合束器225。在示例性光学调制器件中，分束器可以是mmi分离器。在示例性光学调制器件中，合束器可以是mmi组合器。波导提供了从所述输入光端口210到分束器220的光路。波导提供了从合束器225到输出光端口215的光路。
光学调制器件200包括两个调制臂。特别地，器件200包括内调制臂230a和外调制臂230b。这里的“内”和“外”是相对于器件200的中心而言。之后对于其他所描述的示例性光学调制器件将参考类似的“内”和“外”。每个调制器臂连接到分束器220和合束器225。每个调制器臂230a，230b提供从分束器220到合束器225的光路。
内和外调制臂230a、230b中的每一者包括dc元件235a、235b。dc元件235a、235b位于分束器220的下游。dc元件235a、235b被施加在其各自的调制器臂230a、230b的波导上并与之耦合。在该示例性器件200中，dc元件位于调制器臂230a、230b的波导的大致笔直的部分上。dc元件235a、235b被放置在调制器臂230a、230b上的等同位置处。每个dc元件235a、235b具有其自己关联的dc电输入端子240a、240b。在其他示例性光学调制器件中，dc元件可具有关联的多于一个的dc电输入端子。每个dc元件235a、235b通过导电轨线连接到其相关联的dc电输入端子240a、240b。dc电输入端子240a、240b布置在光学调制器件200的侧边缘外部。dc电输入端子240a、240b可以连接到一个或多个dc源。其他示例性光学调制器件可以包括附加dc元件。在这些其他示例性光学调制器件中，dc元件可以耦合到调制器臂的波导的其他部分。
内和外调制臂230a、230b中的每一者包括在方向上180°净改变或在它们各自的波导上的“弯曲”。在该示例性光学调制器件200中，弯曲出现在dc元件235a、235b的下游。波导中的弯曲被配置成反转进入输入光端口210的光的方向，使得光被引导回到器件200的前边缘。因此波导中的弯曲被配置成引起进入和离开光学调制器件200的光之间方向上的净180°变化。
内调制臂230a还在其相应的波导中包括迂回236。迂回236位于紧挨着波导中的180°弯曲之前的调制臂的波导一部分上。迂回236的目的是即使每个调制器臂230a、230b进行了180°净弯曲也要确保每个调制器臂230a、230b的光路长度保持相同。如果没有迂回236，内调制器臂230a将具有比外调制器臂230b短得多的光路长度。通过配置调制器臂230a、230b的波导使得光路长度基本相等，对于dc元件的需求将减少，以确保通过调制器臂230a、230b上传播的光束在合束器225处以正确的相对相位被叠加并且两个光束之间具有最小时间延迟。如果该器件在大波长范围内使用，这是特别有利的。在其他示例性光学调制器件，内调制臂的波导的迂回可位于沿所述调制器臂的长度的不同点。在一些示例性器件中，内和外调制臂两者上都可以存在一个或多个迂回。迂回和弯曲可以彼此重叠：在图2中，迂回和180°弯曲显示为独立的实体，但是应该理解，它们不需要是独立的部分，只要与附加迂回一起使得总体结果总体上为方向上180°改变，以确保两臂的光路长度相同。
内和外调制臂230a、230b的每一者具有与之耦合的调制元件245a、245b。在该示例性光学调制器件中，调制元件245a、245b是rf调制元件。也就是说，调制元件245a、245b被配置为利用rf电信号调制通过调制器臂230a、230b的波导传播的相干光束的相位。如上所述，在这种情况下，“rf电信号”可以包括从接近于dc直到40或50ghz或甚至更高的宽带信号。典型地，调制元件245a、245b包括一系列平行板电容器和经由导电路径连接的其他部件。调制元件245a、245b的部件被配置为引起变化的电场透过它们各自调制臂的波导的部分。调制元件245a、245b被施加在波导中的180°净弯曲之后的它们各自的调制臂230a，230b的波导的大致笔直的部分上。调制元件245a、245b被放置在调制器臂230a、230b上的等同位置处。本公开的目的在于，调制元件245a、245b可以被认为形成器件200的整体调制组件245的一部分。
每个调制元件245a、245b都有自己的相关联的电输入端子250a、250b。每个调制元件245a、245b的输入通过电信号输入轨线连接到其相关联的电输入端子250a、250b。在该示例性光学调制器件200中，电输入端子250a、250b被配置成从一个或多个rf电源(器件200的外部)接收rf电信号。在其他示例性器件中，每个调制元件可以包括或具有多个关联的电输入端子，并且调制元件可以被配置为从多个源接收rf或其他电信号。
在该示例性器件200中，电输入端子250a、250b位于光学调制器件的后边缘外(在之上或与之靠近)。电输入端子250a、250b的位置允许将器件200更简单地安装在多部件模块上。此外，通过使电输入端子250a、250b位于后边缘上，将调制元件245a、245b的输入连接到它们各自的电输入端子250a、250b的导电轨线可以比如果电输入端子被布置在器件200的侧壁或边缘上更短。
调制元件245a、245b也电耦合到各自的终端单元255a、255b。终端单元255a、255b电连接到它们相关联的调制元件245a、245b的输出。所述终端单元255a、255b位于光学调制器件200的内部。所述终端单元255a、255b被配置为最小化供给调制元件245a、245b的rf能量反射回调制元件245a、245。本发明人已经认识到的，由于波导中的180°净弯曲以及简化光学调制器件安装的目的，即“芯片上”或“器件上”终端单元可用于光学调制器件。示例性器件上终端单元将在下面参考图3更详细地描述。
光学调制器件的合束器225被配置为叠加从内和外调制器臂230a，230b的波导到达的调制的光束。然后，合束器225被配置为将叠加的波束沿着波导引导至输出光端口215，其可以输出最终ook调制的波束。
参照图2，本领域技术人员将认识到，可以对所示的光学调制器件200进行许多调整。特别地，本领域技术人员将会认识到，在一些示例性光学调制器件中，调制元件可以在波导弯曲180°时施加在调制器臂的波导上。本领域技术人员还将认识到，dc元件可以被放置在其他示例性光学调制器件的调制器臂上的不同点处。在一些示例性光学调制器件中，每个调制器臂可以存在多于一个dc元件。因此，dc元件的电输入端子可以放置在其他示例性光学调制器件的不同侧壁/边缘或前边缘或后边缘上。dc元件和调制元件可以被并入到相同的电极中并且不需要是被施加在调制器臂上的独立的实体。
图3是示例性器件上终端单元300的示意图。器件上终端单元300等同于形成图2中示出的示例性光学调制器件200的一部分的器件上终端单元255a、255b。
终端单元300包括由以下组成的电路：电阻器305、电容器310，和接地的电路径315。电阻器305、电容器310、和接地315串联连接。电阻器305被配置为电连接到调制元件的输出，例如电连接到形成图2所示的示例性光学调制器件200的一部分的调制元件245a、245b中的一者。典型地，电阻器305将电连接到调制元件的导电轨线的端部。电阻器305的另一侧电连接至所述电容器310的第一板。电容器310的第二板直接利用焊线或者通过导电材料的附加部分(例如掺杂半导体)、或通过两者的组合，被电连接到接地315。
终端单元300被配置为替换或补充通常与单片集成光学调制器件一起使用的“芯片外”或“器件外”终端。在示例性光学调制器件200中，调制器臂230a、230b的波导中的180°弯曲可能使调制元件245a、245b的器件外终端不实际。特别地，由于器件外终端的位置靠近器件200的中心，因此调制元件245a的器件外终端将是不切实际的。特别地，调制元件245a的器件外终端将需要使用具有不可避免地高电感的长焊线。这样不可避免地高电感会妨碍由调制元件245a、245b对光束的精确调制。本发明人已经认识到，所述电阻器305和所述电容器310的组合(和与地连接的提供)最小化调制臂的rf能量反射回这些调制臂。此外，即使芯片上终端300受到限制(可能因为芯片上电容器310的最大实际尺寸太小而不能给出最佳终端)，芯片上终端300仍然是有利的，因为即使是小电容器310也可以有效地补偿接地长焊线的电感损伤。在其他示例性终端单元中，外部电容器可以插入在终端单元的内部电容器和将内部电容器接地的电路径之间。此外，或可替换地，终端单元的内部电容器可连接到外部偏置或漏极(通过外部电容器或其他方式)。
图4是示例性折叠式正交相移键控(qpsk)光学调制器件400的示意图。光学调制器件400具有与如图2所示的折叠式ook光学调制器件200相类似的配置。光学调制器件400被单片集成在基片405上。光学调制器件还包括输入光端口410和输出光端口415。光学调制器件400内的一系列波导引导从输入光端口410进入的光到输出光端口415。但是，不同于示例性折叠式ook光学调制器件200，该折叠式qspk光学调制器件400包括4个调制器臂，而不是两个。
光学调制器件400还包括三个分束器420a、420b、420c和三个合束器425a、425b、425c。初级分束器420a被配置为将来自输入光端口410的传入光束分离为两束并引导每束到次级分束器420b、420c。次级分束器420b、420c被配置为将后续的束再分成两束。分束器420a、420b、420c的部署被配置为使原始光束的基本相等部分进入器件400的每个调制臂。类似地，合束器425a、425b、425c的部署被配置为将来自每个调制臂的调制的光束叠加成最终qpsk调制光信号。然后，可以将最终qpsk调制信号引导至输出光端口415。
光学调制器件的dc元件430位于分束器420a、420b、420c的下游。每个调制臂具有施加在其波导上并与波导耦合的相关联的dc元件。每个dc元件430具有与其电连通的相关联的dc电输入端。dc电输入端子位于光学调制器件400的面向外部的侧壁或边缘上。
如同如图2所示的示例性折叠式ook光学调制器件200，光学调制器件400的每个调制臂在其各自的波导中包括180°净弯曲。为了使调制器臂之间的光路长度没有变化，三个最内调制器臂在它们各自的波导中包括迂回。在示例中所示，迂回435位于紧挨着各个波导中的180°弯曲的上游，但应该认识到，这种部署是示例性的并且180°弯曲和迂回可以被重新排序和/或叠加。调制器臂的每个波导的迂回435具有不同的程度：最终的结果应该是每个调制器臂具有相同的光路长度。最内调制器臂的波导迂回程度最大，接着是第二最内调制器臂的波导，然后是第三最内调制器臂。
光学调制器件的调制元件440a、440b位于调制臂的波导中的180°净弯曲的下游。每个调制臂具有施加在其波导上并与波导耦合的相关联的调制元件440a、440b。调制元件440a、440b中的每一者都具有与其电连通的相关联的电输入端子。电输入端子445位于光学调制器件的后边缘的外部。为了本公开的目的，调制元件440a、440b可被认为形成光学调制器件400的整体调制组件440的一部分。
形成两个最内调制器臂的一部分的两个最内调制元件440a电耦合到器件上终端单元450a。终端单元450a电耦合到两个最内调制元件440a的输出。形成两个最外调制器臂的一部分的两个最外调制元件440b电耦合到另一个器件上终端单元450b。终端单元450b电耦合到两个最外调制元件440b的输出。在其他示例性光学调制器件中，一个器件上终端单元可以被配置为向所有调制元件提供器件上或“芯片上”终端。在其他示例性光学调制器件中，器件上或“芯片上”终端单元可以彼此电耦合。
在该示例性qpsk光学调制器件400中，两个最内调制器臂及其相关联的调制元件440a与合束器425b组合且被配置为产生qpsk调制信号的同相分量。两个最外调制器臂及其相关联的调制元件440b与合束器425c组合且被配置为产生qpsk调制信号的正交分量。目的在于，同相和正交分量的叠加将得到由合束器425a组合的最终qpsk调制光信号。然后，可以在输出光端口410处输出最终qpsk调制光信号。
图5是另一示例性器件上终端单元500的示意图。终端单元500具有与图3所示的示例性器件上终端单元300类似的配置。该终端单元500的不同之处在于其包括两个电阻器505、510。第一电阻器505被配置成电耦合到第一调制元件的输出(如图所示)。第二电阻器510被配置为电耦合到第二调制元件的输出(如图所示)。然后，通过导电轨线将电阻器连接到电容器上。因此，终端单元500被配置成为两个独立的调制元件同时提供电终端。该终端单元500适用于有差别地驱动两个调制臂的应用。
终端单元500应用于图4所示的示例性折叠式qpsk光学调制器件400中。也就是说，终端单元500相当于包含在示例性折叠式qpsk光学调制器件400中的终端单元450a、450b。在一些示例性光学调制器件中，终端单元的电容器可以连接到附加的外部电容器。另外或替换地，终端单元500的电容器可以连接到外部偏置或漏极(通过外部电容器或其他)。此外，或替代地，终端单元500的电容器可以连接到接地的电路径(通过外部电容器或其他)。
还将认识到，终端单元500可以与光学调制器件200结合使用以及终端单元300可以与折叠式qpsk光学调制器件400或折叠式双偏振qpsk光学调制器件600结合使用。然而，终端单元500与折叠式qpsk光学调制器件400或折叠式双偏振qpsk光学调制器件600结合使用是有优势的，因为终端单元500更紧凑并且与两个终端单元300相比使用更少地片上部件。随着任何给定芯片上调制元件的数量增加，该优势变得更加显着。
图6是示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件600的示意图。器件600包括两个折叠式单偏振qpsk光调制器器件，其具有与图4所示的示例性折叠式qpsk光学调制器件400相似的配置。然而，器件600包括单个输入光端口605，通过该输入光端口605相干偏振光束可以被输入到器件600。器件600还包括能量分离器610被配置为使来自输入光端口605的光波分离在两个qpsk调制器之间。
示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件(例如图6所示)的宽度可以小于2.5毫米。对于其他示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件，宽度可以小于2mm。如前所述，两个这样的器件的阵列具有小于5毫米或小于4毫米的宽度。
两个单偏振qpsk光调制器各自具有四个弯曲180°的调制臂，以将光束重新导向回器件600的前边缘。每个单偏振qpsk光调制器的三个最内调制器臂包括迂回的波导以保持器件600的所有调制器臂之间的光路长度一致。再次，应该理解的是，所有臂可以包括迂回，并且迂回和180°弯曲可以叠加。
dc电输入端615a、615b位于器件600的侧壁或边缘的外部。用于器件600的调制元件的电信号输入620位于器件600的后边缘上。为了本公开的目的，调制元件可以被认为形成了器件600的整体调制组件。两个单偏振qpsk光调制器被配置为将调制的光束引导到独立的输出光端口625a、625b，输出光端口625a、625b与输入光端口605共位于器件600的前边缘上。从器件输出之后波束中的一者的偏振旋转90°(尽管可以理解偏振旋转器可以制作在芯片上)。
替换的示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件700的进一步的示意性设计在图7中示出。其类似于图6所示的部署，不同之处在于rf元件(以及因此的信号输入720a、720b)位于朝向芯片的左边缘和右边缘，并且dc元件715a、715b是在中心。其具有消除波导交叉的优点，并且可以减少对片上终端的需求。其具有潜在的缺点，即光端口会被更宽的间隔开以及信号输入端口720a、720b分开。基本上，通过被配置成使光通过远离器件的中心轴线的波导传播波导的分支来避免波导交叉。所提及的轴线基本上垂直于器件的前边缘和后边缘，并且从器件的前部延伸到后部。
在示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件700中，dc元件715a，715b的电输入端子725布置在集成器件700的中心。电输入端子可以被配置为经由一个或多个可控塌陷连接(也被称为倒装芯片连接)而连接到器件700的外部电路。在其他示例性器件中，电输入端子可位于一个或多个波导的弯曲的内部。
在其他示例性器件中，dc电输入端子可以布置在器件的前或后边缘上。替换地或另外地，dc电输入端子可以保持布置在器件的侧壁上，例如图6所示的示例性器件600中。然而，用于dc电输入端子的可控塌陷连接的放置和使用可以导致波导的导电轨线较少的交叉。因此，在某些情况下，对dc电输入连接使用可控塌陷连接可以是优选的。
其他示例性折叠式双偏振qpsk光学调制器件可以包括布置在其前向边缘上的两个输入光端口和两个输出光端口。在这样的示例性器件中，不需要诸如图6所示的器件600的分束器610的分束器。如果需要，可以在示例性折叠式双偏振qpsk光调制器件的外部提供分束器。
如前所述，上面公开的部署有助于制造阵列中紧密封装的器件。例如，如本文所述的单片集成光学调制器件的并排阵列可以布置在光学芯片上。光学调制器件可以部署成阵列，使得它们的前边缘和后边缘在阵列中对齐。每个器件的侧壁或侧边缘可以与阵列中相邻器件的侧壁或侧边相邻且平行的放置。
这里公开的光学调制器件对于在阵列中使用是有利的，因为它们可以一起放置在比常规光学调制器件更接近的位置。部分地，这是由于rf输入端子的位置在器件的后向边缘处，而不是在器件的侧壁或侧边缘上。这种部署意味着需要在器件的侧壁或侧边缘上形成更少的电连接或不需要形成电连接。因此，可以一起减少或消除器件侧面上的电连接的间距裕量(spacingallowance)。
这里公开的光学调制器件允许形成单片集成光学调制器件的并排阵列，其宽度小于由相同数量的常规光学调制器件形成的阵列的宽度。在本公开的上下文中阵列的宽度是指阵列中两个最外面的光学调制器件的面朝外的侧壁或侧边缘之间的距离。实际上，由于对每个器件侧面处rf触点没有要求，阵列中每个器件的宽度的唯一限制因素是每个器件背面的rf触点焊盘的组合宽度。在示例性器件中的每个单独的rf触点可以具有250μm的触点宽度。因此，对于图6和7所示的类型的d-qpsk器件，单个器件(具有八个触点焊盘620、720a、720b)可以小至2mm宽。在实践中，其可能稍大一些，但制作具有2.5mm或甚至2mm空间频率的器件的并排阵列是现实的。对于图3所示的类型的器件，器件阵列的空间频率可以小至1mm，并且图2所示的类型的器件的阵列可以具有大约0.5mm的空间频率。
光学透镜阵列可以布置在与集成光学调制器件阵列相邻的光学芯片上。透镜阵列可以被部署使得它们与光学调制器件的前向边缘上的光输入和/或输出端口对齐。使用如上所述的集成光学调制器件和透镜阵列是有利的，因为其避免了在光学芯片上对单个器件-透镜对齐的需要。相反，透镜和器件可以作为其各自阵列的一部分集体对齐。
诸如dc或rf驱动器电路的阵列等的其他部件可以与光学调制器件的后向边缘邻近放置。驱动器电路可以连接到各自光学调制器件的dc和/或rf电输入端子。驱动器电路可以连接到位于各个光学调制器件的后向边缘上的dc和/或rf电输入端子。
尽管已经按照上述实施方式描述了本发明，但应该理解的是，这些实施方式仅是说明性的并且权利要求不限于那些实施方式。本领域技术人员将能够根据被认为落入所附权利要求的范围内的公开内容进行修改和替代。例如，在使用倒装芯片焊接的情况下，不需要在芯片的侧面提供dc连接以进行线焊接。
还将理解的是，本领域技术人员将能够将附加元件和/或部件与上述实施方式集成。例如，以上描述的器件可以与元件(例如监控光电二极管、半导体光放大器和/或激光器)组合。还可以有利地包括诸如用于晶圆或条(bar)级评估的波导环路或其他测试特征的特征。
无论是单独的还是与本文公开或说明的任何其他特征的任何适当组合，在本说明书中公开或说明的每个特征可以并入本发明中。