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电光式数字波导调制器
申请号	CN201180048426.9	申请日	2011-08-10	公开(公告)号	CN103189784A	公开(公告)日	2013-07-03
申请人	诺思路格鲁曼利特夫有限责任公司;			发明人	S.沃伊特;
摘要	本发明涉及一种数字集成光调制器，特别用于光纤的信号传输或测量设备，带有两条波导臂（13a,13b）和被布置在沿着两条波导臂（13a,13b）的光衬底之中或之上的电极（eO…e15），其中电极（eO…e15）沿着两条波导臂（13a,13b）的布置互不相同。
权利要求	1.一种带有两条波导臂（13a,13b）和沿着两条波导臂（13a,13b）在光衬底之中或之上布置的电极（e0…e15）的数字集成光调制器，其特征在于，沿着两条波导臂（13a,13b）的电极（e0…e15）的布置互不相同。 2.根据上述权利要求1所述的数字集成光调制器，其特征在于，最显著加权的电极（MSB电极）（e15）被沿着两条波导臂（13a,13b）布置。 3.根据上述权利要求2所述的数字集成光调制器，其特征在于，所述MSB电极（e15）沿着两条波导臂（13a,13b）分别布置了其一半的长度。 4.根据上述权利要求2或3所述的数字集成光调制器，其特征在于，所述MSB电极（e15）布置于两条波导臂（13a,13b）相互面对的面上。 5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的数字集成光调制器，其特征在于，第二长电极（e14）沿着两条波导臂的第一条（13a）并且与MSB电极（e15）相对布置。 6.根据上述权利要求5所述的数字集成光调制器，其特征在于，所有其余电极（e0…e13）沿着两条波导臂的第二条（13b）并且与MSB电极（e15）相对布置。 7.根据上述权利要求2至6中任一项所述的数字集成光调制器，其特征在于，MSB电极（e15）的至少一部分沿着和所述两条波导臂（13a,13b）相连接的Y型分叉（12）的两条另外的波导臂布置。 8.根据上述权利要求5至7中任一项所述的数字集成光调制器，其特征在于，上述第二长电极（e14）沿着两条另外的波导臂之中与第一条波导臂（13a）相连接的第一条布置，以及，至少另一个沿着第二条波导臂（13b）布置的电极（e0…e13）沿着Y型分叉（12）的与上述第二条波导臂（13b）相连接的第二条波导臂布置。 9.根据上述权利要求1至8中任一项所述的数字集成光调制器，其特征在于，所有沿着一条或两条波导臂附加布置的非二元的电极，构成了微调制器。 10.根据上述权利要求1至9中任一项所述的数字集成光调制器，其特征在于，位于波导臂（13b）的两侧相对布置的电极（e0…e5）的距离（g0…g5）是不同的。 11.根据上述权利要求1至10中任一项所述的数字集成光调制器，其特征在于，此调制器被设计为相位调制器。 12.根据上述权利要求1至10中任一项所述的数字光集成调制器，其特征在于，此调制器被设计为调幅器。 13.根据上述权利要求1至10中任一项所述的数字光集成调制器，其特征在于，此调制器被设计为调频器。
说明书全文	电光式数字波导调制器技术领域 [0001] 本发明涉及一种数字集成光调制器，特别用于光纤的信号传输或测量设备。此种调制器配备有电极布置，其实现了在保留公知的布置的芯片长度的条件下相对更高的分辨率。背景技术 [0002] 专利文献DE103078525B4给出一种用于光纤的信号传输或测量设备的带有更高分辨率的数字相位调制器。在此通过二元和非二元电极组合为一个粗调制器和一个细调制器可以将数字电极的分辨率提高至12bit到13bit，同时所需的芯片长度与一个纯二元9bit布置相比保持不变。 [0003] 在上述的出版物中描述的解决方案虽说是实现了在保留总芯片长度的前提下的增加到12bit或13bit的分辨率，不过依照该处所表述的结构无法进一步增加分辨率，因为例如来自DE10307525B4的公知配置中的总芯片长度无法被保留。其原因在于，最少必需的总芯片长度取决于最小电极(LSB电极)的最小结构尺寸。为一个非常短的LSB电极进行精确的bit权重确定，尤其是对于二元/非二元布置，是非常困难的，因此LSB电极的一定的最小长度是必须的。LSB电极的长度反之也制约了最长或者最显著加权的电极(MSB电极)的长度，其相对于第二长电极必须具有两倍的长度。 [0004] 但是因为技术要求集中在经由一个16bit相位调制器而进一步提高的分辨率上，以便例如在光纤光陀螺仪中减小量化误差从而减小量化噪声，因而有必要创造一个更高的bit设计，然而不须要同时对结构尺寸做出不利的改变。 [0005] 除了在反相干涉仪(光纤光陀螺仪，光纤的电流传感器)中的数字相位调制器的应用，在集成的光调幅器(马克詹德干涉仪)中的应用也是可能的。此类的数字调制器可以适用于用于宇宙间光传输的卫星追踪中或数字激光曝光仪(数字生成色阶)。另外一个应用是作为激光-多普勒-风速计中的数字调频器。相位调制器同时是调频器(产生边带)。一般说来，所有使用一个纯粹模拟的相位调制器﹑调频器或者调幅器并结合以一个集成的光调制器的应用都可以实现。发明内容 [0006] 由此得出本发明所需解决的问题是，提供一种用于光纤的信号传输或测量设备的数字调制器，其保留了目前公知的电极布置的总芯片长度并能够通过新的合适的电极布置使一个16bit的数字电极布置变为现实。 [0007] 本发明要解决的问题由根据本发明的权利要求1的调制器来解决。附图说明 [0008] 以下结合附图举例详细解释本发明和其他有利的细节。其中 [0009] 图1示出16bit调制器的可能的电极布置； [0010] 图2示出集成的光调制器中的波导体段的显示； [0011] 图3示出16bit调制器的五个最小的电极的布置。具体实施方式 [0012] 图1显示了作为本发明的具体的实施方式的一个带有两条波导臂13a、13b的16bit相位调制器可能的电极布置。(各个波导体段连同其附属的Y型分叉12在图2被再次放大示出，其中为了获得更一目了然的显示仅仅示范性地出了e10到e15四个电极。)在此涉及到一种用于光纤的信号传输或测量设备的数字相位调制器，其具有不同长度的多个电极e0到e15，这些电极沿着两条波导臂13a,13b与其平行地在光衬底之中或之上被布置。 [0013] 分别根据电极e0到e15之于光导轨道或光导臂的位置，所述有电压加载的电极会在调制器的输出端导致光相位的正或负的偏移。与之相对应，这些电极也会被标识为“正”或“负”电极。 [0014] 在图1中示出，最长(MSB：最高有效位)的电极e15紧贴着两条波导臂13a,13b。电极e14到e5分别紧贴着波导臂13a,13b之中各一条的仅一面。最长电极e15沿着波导臂13b被分成片段，其中这些片段分别面对着短电极e13到e5并且通过连接导线20相互连接。 [0015] 电极e0到e15在此可以优选地加载一个对所有电极相同的电压。这样进行该加载，即通过在给定的值域内交替地激活选择电极组合来设置多个相位值。 [0016] 根据本发明的调制器一般以在多功能集成光芯片(MIOC)之中或者之上的结构单元来实现，在所述光芯片的衬底之上或之中，维持偏振的光导轨道作为光导臂来实现，所述衬底由例如铌酸锂(LiNbO3)制成。在调制器被用于光纤的陀螺仪(FOG)情况下，这样的MIOC除了分光镜以外，还包括例如偏光器。所述调制器自身，也即是说其不同长度的正或负的电极，会影响两个经过分叉之后的相反的光路的相位。因为带有集成数字调制器的MIOC原理上是公知的，其大体上对于本发明没有意义的细节不再继续深入。 [0017] 如图2所示在所述芯片的衬底中经过Y分叉12之后延伸出两条平行的波导臂13a和13b，用于穿过光纤陀螺仪的测量线圈的偏振光波的向前和向后路径。在此更一目了然的，在Y分叉12的区域布置着不仅最长电极e15的若干部分，还有例如第二长电极e14的若干部分。 [0018] 图1所示的根据本发明的二元/非二元16bit调制器的电极e0到e15被布置在位置b0到b15上。所述电极关于二元和非二元电极的划分，如同已经公知的一样，例如源自DE10307525B4，例如保持存在。 [0019] 在根据图1的本发明的设计方案中，得出一个所谓的“11+5配置”，其中电极e5到e15拥有二元加权并构成被称为“粗调制器”的电极组，与此同时电极e0到e4通过合适的内部互联实现了所追求的更高的分辨率。此第二组电极构成了“细调制器”，其布置在图3中被再次具体示出。在此所有五个电极e0到e4在所示的“细调制器”的实例中应具有不同的大小，以避免消光。 [0020] 通过所述电极在两条波导臂上的分布的自由布置产生如下可能性，即，在两条波导臂中设置不同的光相位偏移—例如－2/3π和1/3π的总相位偏移。此外相对于公知的在两条波导臂上配备相同电极布置的“推—拉—布置”，可以得出调制器长度的减少。 [0021] 除此以外还具有优势的是，将最长或者说最显著加权的电极(MSB电极)分别布置在两条波导臂上的其一半的长度并且随之造成按照份额来说在两条波导臂中大约相同的相位偏移，因为其它非对称方式的方案更加复杂和昂贵。 [0022] 对此图1和图2示出了所述最长或者说最显著加权的电极(MSB电极)e15。这个是沿着两条波导臂13a，13b布置的。该布置可以借助沿着波导臂的分别一半的长度来形成。 [0023] 此外可以把所述布置配备在两条波导臂的互相相对的面上—也就是如图1和图2所示沿着上波导臂13a的下面和沿着下波导臂13b的上面。在此该MSB电极e15的至少一部分可以布置在两条波导臂13a，13b的Y分叉12的区域中。通过Y分叉12的区域的使用可以获得更进一步的长度减少。 [0024] 所述第二长电极e14相对所述MSB电极e15的一个片段沿着第一条波导臂布置。该第二长电极e14同样可以至少部分地在该第一条波导臂的Y分叉12的区域的中布置。 [0025] 其余的电极e0到e13可以相对MSB电极e15的另一半布置在两条波导臂的第二条上，其中在第二条波导臂上布置的电极中至少另一个电极能够至少部分地布置在该第二条波导臂的Y分叉12的弯曲区域中。 [0026] 通过图1所示的电极布置相对于公知的12bit调制器设计减少了电极送料的或者说波导体上的交叉点的数目，从而改善芯片的光传输。 [0027] 所述电极的长度与它们的光相位偏移方面的加权相应。下表1示出了这样一个16bit相位调制器的长度加权的实例。这些在对光相位偏移的贡献方面有更高显著加权的电极e5到e15构成了粗调制器而五个较低显著加权的电极e0到e4被归入细调制器： [0028] 表1 [0029]电极加权/长度值细调制器 e0 14 F e1 -13 F e2 -15 F e3 -19 F e4 22 F e5 30 e6 60 e7 120 e8 240 [0030]e9 480 e10 960 e11 1920 e12 3840 e13 7639 e14 15278 e15 -30556 [0031] 构成细调制器的电极e0到e4，在此可以沿着仅仅一条或两条波导臂布置。 [0032] 图3示出了所述电极e0到e5之于波导臂13a的不同间距。在波导臂的相反两面上的电极之间的间距接下来也会被标识为间隙长度g0到g5。 [0033] 下表2展示了一个带有最小电极(LSB电极)e0的布置，此最小电极和上面的图示相比更短。借助间隙长度的改变，可以影响特定长度的电极的加权。 [0034] 表2 [0035]电极加权间隙长度电极长度 e0 1 35 3.5 e1 2 30 6 e2 4 25 10 e3 8 20 16 e4 16 15 24 e5 32 10 32 e6 64 10 64 e7 128 10 128 e8 256 10 256 e9 512 10 512 e10 1024 10 1024 e11 2048 10 2048 e12 4096 10 4096 e13 8192 10 8192 e14 16384 10 16384 e15 -32768 10 32768 [0036] 如果使加权与与其相关的电极长度在μm等级上相同，那么得出所述LSB电极e0的长度为仅仅1μm。依据以截至目前的发现，最短的电极需要有数μm(例如30μm)的一定的最短长度，只要在结构工艺方面例如通过晶片分档器和压印光刻技术上取得重要进步，实现这样的一个微小的结构不存在困难。 [0037] 通过所述小电极和为电极的相应送料的合适的布置，可以确定最小光相位偏移并且根据DE19753427C1提供的修正表将其修正到期望值。 [0038] 在根据表2布置时，五个最小电极可以按照间隙长度之于电极长度的特定的比例来布置，这样最小电极(LSB电极)不再具有长度1而是长度3.5。与之相反，所述光相位偏移保持二元并且其值为1/65536π。 [0039] 在此，所述光相位偏移和电极长度成正比并且和间隙长度成反比并且可以通过公式 [0040] 来描述，其中如下缩写适用： [0041] n 光波导体的有效折射率 [0042] r33 电光系数 [0043] L 电极长度 [0044] g 间隙长度 [0045] Γ 电场和光场的复合积分 [0046] λ 波长 [0047] U 调制器电压 [0048] 电极在此被从位置到位置地延长，同时间隙长度被扩大，以实现相对应的光相位偏移。 [0049] 该如图3所示的布置是可以实现的，因为关于不同的间隙长度的复合积分Γ是不变的，例如在8μm到30μm之间。 [0050] 通过所建议的数字集成光调制器实现了在保持调制器长度的前提下的更高的bit分辨率或者说在保持bit分辨率的前提下更短的调制器长度。

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