[发明专利]单片相干光探测器

说明书

本申请要求Young-Kai Chen、Christopher R.Doerr、Vincent Houtsma、Andreas Leven、Ting-Chen Hu、David T.Neilson、Nils G.Weimann和Liming Zhang于2008年8月19日递交的题为“MONOLITHIC COHERENT OPTICAL DETECTORS”的美国临时申请No.61/189,557的权益。

技术领域

本发明一般地涉及光数据通信，更具体地，涉及用于光接收机的设备和方法。

背景技术

这一部分介绍了有助于更好地理解本发明的一些内容。因此，应该这样理解这一部分的陈述，即不应该将其理解为对于什么是现有技术或者什么不是现有技术的承认。

一些带宽高效光调制方案使用相移键控(phase-shift keying)而不是简单的开关键控(on-off keying)来将数据调制到光载波上。在这些方案中，光接收机可以使用光本地振荡器来从接收到的调制光载波中解调数据。本地振荡器提供参考信号，该参考信号用于将调制光载波下混频至例如基带。

在这些方案中，光接收机可以包括光分束器、90°光混合器、光本地振荡器和光电探测器。光分束器可以基于偏振来分离入射光束的不同偏振分量，以便分别进行处理。光混合器可以将接收到的调制光载波与来自光本地振荡器的相干光进行光学地混合以产生下混频的光信号。光电二极管可以探测这种下混频的光信号的强度来产生电信号，该电信号可用于恢复由接收到的调制光载波所携带的数据。

发明内容

各个实施例提出了平面衬底上的相干光接收机、制造这种光接收机的方法和/或操作这种光接收机的方法。该相干光接收机可以单片地集成光学部件和电学部件，所述光学部件将调制光载波与光参考载波光学地混合，所述电学部件根据由光学混合产生的信号来探测调制光载波所携带的同相和正交相位数据流。

在第一实施例中，光接收机具有单片集成光电回路，所述单片集成光电回路包括具有平面表面的衬底。沿平面表面，单片集成光电回路至少包括光混合器、一个或多个可变光衰减器和光电探测器。光混合器连接来接收光束，以将接收到的具有多个相对相位的光束的光进行干涉，并且经由其光输出来输出干涉后的光。所述一个或多个可变光学衰减器中的每一个连接在相应的光输出和相应的光电探测器之间。

在一些具体的第一实施例中，集成光电回路包括沿所述表面定位的偏振分束器和光本地振荡器。集成光电回路连接来从所述光本地振荡器接收光，使得偏振分束器将所述光分为两个光束。集成光电回路配置为执行所述分束，而不会在横电偏振模式和横磁偏振模式之间交换接收到的光的能量。

在一些具体的第一实施例中，光接收机包括反馈控制器，连接来操作可变光衰减器，以对由光混合器的第一光输出传送至一个光电探测器的时间平均光强度和由光混合器的第二光输出传送至另一光电探测器的时间平均光强度之间的差进行补偿。

在一些具体的第一实施例中，光混合器包括平面多模干涉器件，配置为在其不同的光学输出处输出光强度，所述光强度表示由光接收机接收到的调制光载波的不同的第一和第二相位分量。第一光接收机也可以包括反馈控制器，连接来按照以下方式操作光混合器中的移相器：减小光电探测器对同相和正交相位分量的光强度测量的时间平均之间的不平衡。

在一些具体的第一实施例中，单片集成光电回路沿平面表面包括：一对偏振分束器、第二光混合器、一个或多个第二可变光衰减器和第二光电探测器。第二可变光衰减器中的每一个连接在第二光混合器的相应光输出和相应的第二光电探测器之间。每一个光混合器连接来从两个偏振分束器接收光。每一个光混合器也可以配置为输出一个或多个光束，所述一个或多个光束的强度表示由光接收机接收到的调制光载波的同相分量上调制和调制光载波的正交相位分量上调制的数据。

在第二实施例中，光接收机包括平面衬底，所述平面衬底具有位于其表面上的多个半导体层。对所述层进行构图以在所述表面上形成两个光混合器、多个可变光衰减器；以及多个光电探测器。所述光混合器的一些光输出经由所述可变光衰减器连接至相应的光电探测器。所述光混合器和所述可变光衰减器包括垂直p-n、n-p、n-i-p或p-i-n掺杂的半导体层结构。

在一些具体的第二实施例中，可变光衰减器包括垂直顺序的光混合器的半导体合金。

在一些具体的第二实施例中，在没有偏置的情况下，光混合器和可变光衰减器的掺杂半导体层结构对于C波段通信波长处的光是透明的。