利用表现出法诺共振的结构的调制的相干光信号的直接探测

1.本发明涉及光接收器和调制的相干光信号的直接探测，特别是将相干光信号的相位调制转换为光信号上的强度调制。


背景技术：

2.光接收器是光通信系统的关键元件。光接收器的功能是将光信号转换为电域，从而可以提取和处理正在发送的数据。为了增加带宽，当代的光信号是通过将信息编码到载波信号的振幅和/或相位上来调制的。
3.在直接探测中，光电探测器对接收到的光信号的光功率变化做出响应。直接探测通常在任何光接收器的末端，并且是从光域到电域转换发生的地方。光电探测器通常有速度限制，而且它不能从具有恒定功率的光信号中提取任何相位或频率信息。因此，接收到的光信号在通过直接探测探测到之前，通常经过不同阶段的解复用和转换。
4.在相干探测中，振幅和相位信息都从接收到的光信号中提取。在典型的光相干接收器中，作为本地振荡器(lo)的窄线宽可调谐激光器与接收到的光信号相结合，然后产生的混合产物(叠加波)通过平衡探测器进行探测。平衡探测器由两个背对背连接的光电探测器组成。在适当的偏振方向、频率失谐以及lo和接收信号的相位匹配条件下。由此产生的光电流包含了接收到的光信号的振幅和相位信息，并且两者都可以通过使用数字信号处理器(dsp)进行提取。
5.为了实现超快的光传输速率，光信号使用先进的相干调制格式进行调制，诸如正交相移键控(qpsk)和高阶正交振幅调制(qam)。用于探测此信号的光接收器通常属于两类之一：相干光接收器(诸如us 8,406,638)，以及基于滤波器的光接收器(诸如us 10,075,245)。


技术实现要素：

6.在一个实施方案中，本公开提供了一种用于探测调制的相干光信号的光接收器，该光接收器包括：
[0007]-波导耦合腔结构，该波导耦合腔结构包括光波导，该光波导具有用于接收光信号的输入端口和用于提供输出光信号的输出端口，其中，
[0008]
该波导耦合腔结构被配置为表现出法诺共振，并且其中，该波导耦合腔结构被设计为法诺共振的传输频谱与接收的调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制调制的相干光信号的至少一个边带通过该结构的传输，边带抑制相对于调制的相干光信号的载波频率是不对称的；以及
[0009]-光电探测器，被设置为从输出端口接收输出光信号。
[0010]
在本公开中，相干光信号是源自相干光源(例如激光)的任何信号。相干光信号是经过调制的，即信息已经通过使用任何现有调制技术通过相位、频率或振幅调制中的一种或多种进行了编码。光信号的相干程度通常由电磁(em)波的相干时间或相干长度来量化。
一般来说，相干程度取决于光源和“传输历史”，诸如信号穿过的介质以及路径长度。
[0011]
在光学中，法诺共振是由于离散光模式和光模式的连续体之间的干扰而产生的，导致传输或反射频谱中的特征线型。实现法诺共振的器件结构可以分为平面内结构和平面外结构，对应于光相对于器件平面的传播。在这两种情况下，当光在支持模式的连续体的结构或介质中传播时，法诺干扰就会发生，该结构或介质与支持离散光学模式的光学腔体有一定的光学距离。这允许从模式连续体中激发离散光学模式。光学距离，也被称为光路长度，是光通过给定系统经过的路径的几何长度与光传播的介质的折射率的乘积。这样的结构的组合被称作可以表现出法诺共振。特征线型将在后面总结，但要注意的是，对物理结构设计的修改可能会引起对所产生的线型的修改，使其偏离特征线型。只要这种修改的线型背后的物理原理是离散光学模式和连续的光学模式之间的干扰，这些就被称为法诺共振。在本公开中，术语“法诺共振”因此被解释为覆盖不对称的法诺共振以及对称的法诺共振，对称的法诺共振也被称为逆洛伦兹共振(inverse lorentzian resonance)。当相干光信号被耦合到波导耦合腔结构中时，这些共振就会产生，该波导耦合腔结构是为了在光信号的波长处发生法诺干扰而设计的。这样的结构被配置为表现出法诺共振。
[0012]
优选地，光波导支持模式的连续体，而波导耦合腔结构包括支持共振频率为ω0的离散模式的光学腔体，光波导被设置为在光学腔体的光学距离内，以允许从模式连续体中对离散腔模式进行渐逝激发(evanescent excitation)。
[0013]
在现有技术中，表现出法诺共振的结构已被用于实现各种光信号处理功能。bekele等人在laser photonics rev.[激光与光子学评论]2019,1900054的论文“in-plane photonic crystal devices using fano resonances(使用法诺共振的平面内光子晶体器件)”提供了对此类结构的良好概述。
[0014]
本公开还提供了一种光通信套件，包括：
[0015]-光发送器，该光发送器包括相干光源和至少一个光相位调制器，该光相位调制器用于将数据编码到来自相干光源的光中，以形成调制的相干光信号；
[0016]-如上所述的光接收器，该光接收器用于接收和探测调制后的相干光信号。
[0017]
这种由相应的光发送器和接收器组成的套件为信号传送提供了简单且具有成本效益的解决方案。
[0018]
本公开还提供了一种用于将相干光信号上的相位调制转换为光信号的强度调制的方法，该方法包括将相干光信号耦合到表现出法诺共振的腔结构的光波导中，其中，法诺共振的传输频谱与相干光信号的频谱重叠，以抑制相干光信号的至少一个边带通过光波导的传输，边带抑制相对于相干光信号的载波频率是不对称的。
[0019]
本发明还提供了一种波导耦合腔结构的用途，该波导耦合腔结构表现出法诺共振，用于将相干光信号的相位调制转换为光信号的强度调制，其中，相干光信号被耦合到腔结构的光波导中，并且其中，法诺共振的传输频谱与相干光信号的频谱重叠，以抑制相干光信号的至少一个边带通过光波导的传输，该边带抑制相对于相干光信号的载波频率是不对称的。
[0020]
在一个实施例中，该用途是在光接收器中用于探测调制的相干光信号的相位调制。
[0021]
在另一个实施例中，该用途是用于光格式转换，优选地用于将调制的相干光信号
的相位调制格式转换为强度调制格式。该用途可以是在光格式转换器中。
[0022]
因此，在另一个实施例中，本公开提供了一种光格式转换器，该光格式转换器用于将调制的相干光信号的相位调制格式转换为强度调制格式，并且包括：
[0023]-波导耦合腔结构，该波导耦合腔结构包括光波导，该光波导具有用于接收光信号的输入端口和用于提供转换的输出光信号的输出端口，其中，该波导耦合腔结构被配置为表现出法诺共振，并且其中，该波导耦合腔结构被设计为法诺共振的传输频谱与接收到的调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制调制的相干光信号的至少一个边带通过该结构的传输，该边带抑制相对于调制的相干光信号的载波频率是不对称的。
[0024]
上述实施例的优势在于，它们提供了一种将光信号中的相位变化转换为光强度变化的全光方法。这些实施例的优势还在于，它们能够直接探测调制的相干光信号。这些实施方式的进一步优势在于，它们允许在不需要本地振荡器(lo)激光器和数字信号处理(dsp)的情况下探测调制的相干光信号。这些实施例的优势还在于，因为它们也可用于直接探测更先进的相干调制格式，如正交相移键控(qpsk)信号和高阶正交振幅调制(n-qam)信号。
[0025]
在下文中，将总结出一些优选和/或可选的特征、元件和实例。在适用的情况下，与光接收器实施方式有关的特征或元件可与其他实施方式或方面结合或应用于其他实施方式或方面。例如，应用于与光接收器实施方式有关的结构和功能特征也可作为与用途或方法有关的特征，反之亦然。此外，发明人所实现的对本发明的基本机制的解释是出于解释目的而提出的，并且不应用于推断本发明的事后分析。
[0026]
在一个实施例中，法诺共振的传输频谱的局部或全局最小值与调制的相干光信号的边带重叠。这是有利的，因为与最小传输位于两个边带之间的情况相比，最小传输与边带的精确对准会导致更强的边带抑制。优选地，最小传输与具有最大振幅的边带重叠。这是有利的，因为它产生了最强的边带抑制。
[0027]
在一个实施例中，光学腔体的共振频率可以被调谐，以调整法诺共振的传输频谱与调制的相干光信号的频谱。这是有利的，因为它允许精确地调谐传输频谱的传输最小值，使其与上述调制的相干光信号的所需边带重叠。
[0028]
在一个优选的实施例中，光接收器是平衡接收器设置的一部分。这是有利的，因为它抑制噪声。
附图说明
[0029]
图1是示出了法诺共振的特征线型以及洛伦兹共振的线型的图。
[0030]
图2a至图2c示出了表现出不同类型法诺共振的波导耦合腔结构。
[0031]
图3a至图3e示出了展示本公开实施例的数值模拟结果的图。
[0032]
图4a至图4e示出了根据本公开的光接收器(4a)和波导耦合腔结构(4b-4e)的不同物理实施方式。
[0033]
图5a至图5c是表现出不同类型法诺共振的光子晶体结构的扫描电子显微镜图像。
[0034]
图6a至图6c是示出了图5a至图5c的相应光子晶体结构的法诺线型的图。
[0035]
图7a至图7c示出了根据本公开的实施例的用于直接探测不同相干调制格式的设置。
[0036]
图8a至图8d示出了展示根据本公开的实施例使用法诺共振将qpsk信号转换为强
度调制信号的数字模拟结果的图。
[0037]
图9示出了根据本公开的实施例的光通信套件。
具体实施方式
[0038]
光学腔体的共振频谱的特征在于具有被称为洛伦兹共振(lorentzian resonance)的对称线型，在共振频率ω0处达到峰值，并具有线宽δω。比值ω0/δω是腔的时间存储容量的无量纲度量，并且表示为质量因子q。典型的法诺传输频谱可以写作：
[0039][0040]
其中tb是系统的非共振振幅传输系数，q是法诺不对称参数或q参数，并且归一化频率失谐为δ＝(ω-ω0)/γ，其中γ是腔场衰减率，由γ＝ω0/2q给出。从等式(1)中可以看出，t
max
＝|tb|2(q2+1)的传输最大值出现在δ＝1/q，而传输最小值t
min
＝0出现在δ＝-q。
[0041]
法诺不对称参数决定共振的线型轮廓。图1示出了对应于q值为-1、0、1和100的四种情况下作为波长失谐的函数的功率传输线型。在q＝0的情况下(黑色虚线)示出了共振频率处的对称凹陷，表明离散模式和模式的连续体之间发生了破坏性干扰。在此，这被称为对称法诺共振，而在一些文献中，它被表示为逆洛伦兹或反共振。在q＝-1和q＝1的情况下(分别由灰色实线和黑色实线示出)，对应于不对称的线型，表明离散模式和模式的连续体之间存在建设性干扰和破坏性干扰。与q＝-1(1)的传输最大值相比，传输最小值的频谱位置是蓝移的(红移的)。因此，对于法诺不对称参数的负值和正值，线型通常被称为蓝色奇偶性(blue-parity)或红色奇偶性(red-parity)法诺共振。在这两种情况下，共振频率在频谱上位于传输最大值和传输最小值的中间位置。通过仔细选择法诺q参数，可以设计不对称的法诺共振，其中腔的共振频率在频谱上位于传输最大值和传输最小值之间的任何地方。与q值为-1、0和1相对应的法诺传输线型是前面提到的特征线型。在本公开中，当波导耦合腔结构被称作“被配置为表现出法诺共振”时是指当具有预定波长的相干光信号被耦合到波导耦合腔结构中时，将产生由离散模式和模式的连续体之间的干扰导致的不对称法诺共振(对应于q≈-1或1)或对称法诺共振(对应于q≈0，也被称为逆洛伦兹共振)。
[0042]
图2a示出了波导耦合腔结构2，其包括支持模式的连续体的光波导4和支持离散模式的光学腔体6。光波导4具有接收光信号的输入端口8和提供输出光信号的输出端口10。该结构经由输入端口用频率为ωs的光激发，并从输出端口收集发送的光。腔的共振频率为ω0，其场振幅用a(t)表示。腔模式分别以γ1和γ2的速率衰减到输入端口和输出端口。平面外的衰减率为γ
in
。腔场的变化率可以写作：
[0043][0044]
等式(2)中的第一项表示腔场包络振幅的失谐依赖性及其衰减，而第二项表示输入场与腔场的耦合。
[0045]
该结构的输出场振幅由等式(3)给出：
[0046][0047]
其中第一项表示输入信号到输出端口的直接传输。该路径的振幅由部分发送元件
(pte)12的振幅传输系数确定。等式(3)中的第二项表示空场对输出场的贡献。这两项的干扰产生了法诺共振。
[0048]
图2a至图2c示出了三种不同的示例性设计，具有法诺不对称参数或q参数q的不同值。图2a示出了产生了对应于等式(1)中的q＝1和图1中的黑色实线的红色奇偶性法诺共振的设计。图2b示出了产生了对应于等式(1)中的q＝-1和图1中的灰色实线的蓝色奇偶性法诺共振的设计。最后，图2c示出了产生了对应于等式(1)中的q＝0和图1中的黑色虚线的对称法诺共振(也被称为逆洛伦兹共振)的设计。
[0049]
如果光波导不允许从输入端口直接传输到输出端口，则传输将只可能经由穿过腔的隧穿实现，当共振与其他模式隔离时，这将导致具有特征洛伦兹线型的传统法布里-珀罗(fabry-perot)共振。这就是等式(1)中q＝100的特殊情况，并且在图1中示出为灰色虚线。该线型是腔共振处的传统洛伦兹线型，离散模式和模式的连续体之间没有干扰特征。因此，这个线型不是法诺共振，也不是表现出法诺共振的结构的结果。
[0050]
因此，优选的是，波导耦合腔结构的光波导允许光从输入端口直接传输到输出端口。
[0051]
根据本发明，通过使用法诺共振结构改变光载波和光边带之间的振幅相等和相位关系，可以将相位调制的相干光信号转换为强度调制信号。下面参考图3a至图3e，通过数值模拟来阐明这一原理。
[0052]
图3a是示出了40ghz相位调制(pm)输入信号的归一化频谱的图(灰色实线)。pm频谱以1550nm为中心，并且由等距边带组成，这些等距边带从光载波上移开k倍fm，其中fm是相位调制频率。该图还示出了根据本公开的实施例的波导耦合腔结构的传输频谱，该波导耦合腔结构表现出红色奇偶性法诺共振(黑色实线)，以及法诺共振(黑色虚线)的相位响应(右序数)。为了与图1中的线型相比较，应该注意到图1中的横坐标是频率，而图3a中的横坐标是波长。
[0053]
图3b示出了根据本公开的实施例，通过波导耦合腔结构传输后的pm信号的频谱。边带振幅和相位的改变与法诺共振的传输线型成正比。特别是，k＝2边带的传输被抑制了。
[0054]
法诺共振的传输频谱的最小传输优选与调制的相干光信号的边带重叠，如图3a中的情况。这是有利的，因为与最小传输位于两个边带之间的情况相比，最小传输与边带的精确对准会导致更强的边带抑制。优选地，最小传输与具有最大振幅的边带重叠。这是有利的，因为它产生了最强的边带抑制，如图3b中的情况。为了确保理想的重叠，可以调谐光学腔体的共振频率，以调整法诺共振的传输频谱与调制的相干光信号的频谱或载波信号的关系。
[0055]
图3c和图3d中分别比较了输入pm信号和转换的强度以及相位调制信号随时间变化的功率和相位。输入的pm信号具有1mw的恒定功率(黑线)。为了模拟传播造成的信号损伤，假设加性高斯白噪声对应的信噪比(snr)为20db。输入pm信号的相位(灰线)在40ghz的[0,2π]范围内进行正弦振荡，对应的周期为25ps。另一方面，图3d中的转换信号示出了0mw至1.2mw之间的振荡功率(黑线)，其振荡周期与输入pm信号的相位的震荡周期相同。与输入pm信号的平均功率相比，在pm到im的转换信号中观察到更高的峰值功率。图3d中所示的pm到im的转换信号的相位(灰线)示出了与pm输入信号的振荡周期相对应的振荡。图3e中比较了输入pm信号(黑线)和转换信号(灰线)的电功率频谱密度(psd)。在转换信号的电频谱中
可以清楚地看到40ghz的调制射频(rf)信号，而在输入pm信号的电频谱中看不到调制rf信号。这示出了边带之间的振幅不平衡已经实现，表明转换信号有强度调制。请注意，为了视觉上的清晰，pm信号的电频谱衰减了10db。
[0056]
在图4a所示的一个实施例中，本发明提供了用于探测调制的相干光信号的光接收器1，该光接收器包括与图2a至图2c有关的波导耦合腔结构2和光电探测器12，该光电探测器被设置为从输出端口10接收输出光信号。波导耦合腔结构2被配置为表现出法诺共振，如图1和图2a至图2c所述。此外，波导耦合腔结构2被设计为法诺共振的传输频谱与调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制调制的相干光信号的至少一个边带通过该结构的传输，该边带抑制相对于调制的相干光信号的载波频率是不对称的，图3a至图3b中示出了这一实例。
[0057]
当调制的相干光信号(实例示出于图3c)经由输入端口8输入到光接收器1时，波导耦合腔结构2经由输出端口10提供转换的输出光信号(实例示出于图3d)。光电探测器12(本文为光电二极管)探测来自输出端口10的输出光信号的功率(图3d中的黑线)，并且来自光电二极管的输出光电流包含调制的相干光信号上调制的信息。然后，该光电流可以通过电信号处理进行处理。
[0058]
在一个实例中，波导耦合腔结构可以实现为平面内光子晶体器件，如图4b示出。图4b是在340nm厚的磷化铟上使用六边形排列的光子晶体气孔实现的示例性法诺结构的扫描电子显微镜(sem)图像。波导14是通过去除一排气孔而形成的线缺陷类型，而腔16是通过将气孔从腔中心移开而形成的h0纳米腔。气孔的典型半径约为120nm，而光子晶体的晶格常数约为450nm。部分发送元件是通过放置在腔下方波导中间的单个气孔实现的。在一个优选的实施例中，光学腔体的共振频率是通过热光学效应并通过加热其中形成腔的光子晶体结构的材料来调谐的。为此，光接收器可以包括加热元件，该加热元件被设置为通过加热波导耦合腔结构来调谐光学腔体的共振频率。
[0059]
在另一个实例中，波导耦合腔结构2可以实现为环形共振器18，包括赛道形共振器或其他形状的环，侧向耦合到总线波导20，如图4c和图4e所示。与光子晶体器件类似，环形共振器18和伴随的总线波导20可以在绝缘衬底上的硅、玻璃或其他iii-v半导体平台上实现。在本发明的示例性实施例中，环形共振器的典型直径为几十微米。环形共振器可以通过其尺寸和材料组成来设计，使其共振频率处于或接近接收光信号的载波频率。环形共振器的设计参数在本领域中是众所周知的。环形共振器的共振频率可以利用热光学效应并通过加热其中形成环形共振器的材料来进行调谐。
[0060]
在示例性的实施例中，如图4d和图4e所示，环形共振器可以耦合到环形的相对两侧的两个波导20和22。在这样的配置中，额外的波导22具有辐射出环形共振器的损耗信道的技术效果，使共振处的传输下降到零，从而提供实现更高消光比的优势。
[0061]
本发明还提供了一种用途和方法，利用图2a至图2c所述的波导耦合腔结构2，并且包括光接收器1。该用途和方法源于已经描述的波导耦合腔结构2的利用，也涵盖了与下文描述的光接收器的实施例相应的用途和方法步骤。
[0062]
根据实施例，与图4a至图4c有关的波导耦合腔结构2还包括了光格式转换器。这种光格式转换器相当于接收器1省略了光电探测器12。因此，利用波导耦合腔结构2进行光格式转换的用途，优选地用于调制的相干光信号的相位调制格式转换为强度调制格式，也由接收器1的描述所公开。
[0063]
如前所述，对光波导和/或波导耦合腔结构的设计的修改可能会引起对所产生的传输频谱的修改。在一个实施例中，光波导包括部分发送元件(pte)，该部分发送元件影响波导耦合腔结构的法诺不对称参数，也可参见之前对等式(1)的讨论。这是有利的，因为它可以改变传输频谱的形状和/或传输最小值的位置，以改善与调制的相干光信号的边带的重叠。波导和腔体之间的耦合相位可以根据pte的位置而改变，从而确定建设性和破坏性干扰的频谱位置，分别称为传输频谱中的最大和最小传输点。此外，将pte放置在通过腔中间的镜像平面的左侧或右侧(图2a和图2b中的虚线)，将导致打破结构的对称性，导致腔场对输入端口和输出端口的不同衰减率。此外，波导的传输系数可以由pte气孔的大小来控制。大的pte半径会导致通过波导的光的低传输。
[0064]
图5a至图5c是根据本发明的示例性实施例的使用六边形排列的光子晶体气孔实现的波导耦合腔结构2的扫描电子显微镜(sem)图像。图6a至图6c是示出相应的理论的(公式(1))传输频谱(黑色实线)和测量的传输频谱(灰色实线)。
[0065]
图5a的结构表现出图6a中所示的对称法诺(或逆洛伦兹)共振。腔6是准h1类型的，通过减少中心气孔的半径并使腔周围的气孔远离腔中心而形成。请注意，这种结构在波导中没有pte气孔。
[0066]
图5b的结构表现出图6b中所示的红色奇偶性法诺共振。在此，光波导4包括pte 12，该pte12位于波导中相对于腔16的中心的中心平面。腔16是通过将腔周围的气孔远离腔中心而形成的h0类型的。
[0067]
图5c的结构表现出图6c中所示的蓝色奇偶性法诺共振。在此，光波导4包括pte 12，相对于腔16，该pte12位于距中心平面左侧一个晶格常数，因此打破了该结构的镜像对称性。腔16是与图5b相同的h0类型的。
[0068]
在图5a至图5c的结构中，波导是通过去除一排气孔并将最里面的一排气孔移向波导中心而形成的w1类型的。假设质量因子和腔模式对称性相同，选择准h1或h0并不影响线型。然而，h0腔的特征在于模式约束更大，以及腔模式与材料重叠地更好。
[0069]
因此，在优选的实施例中，除了pte的放置外，通过波导耦合腔结构的最小传输的频谱位置是由诸如共振频率和腔的质量因子的参数确定的。
[0070]
尽管表现出对称法诺(逆洛伦兹)共振的波导耦合腔结构可用于将相位调制信号转换为强度调制信号，但表现出不对称法诺共振的结构往往是有利的，因为可以在最大和最小传输之间实现更大的消光比。这可以用来实现对相位调制边带更有效的抑制。因此，在优选的实施例中，波导耦合腔结构表现出蓝色或红色奇偶性法诺共振。
[0071]
图7a至图7c示出了用于探测根据不同相干调制格式调制的相干光信号的一些设置的示意图。
[0072]
图7a示出了用于直接探测二进制相移键控(bpsk)信号的建议的接收器设置70，其中输入bpsk信号通过红色奇偶法诺器件2’发送。然后输出信号被光电二极管12直接探测。然后使用跨阻抗放大器(tia)22将光电二极管的输出光电流转换为电压。基于对称或蓝色或红色奇偶性法诺共振，不同的波导耦合腔结构可用于将bpsk信号转换为强度调制信号。这种设置类似于图4a所描述的接收器1。
[0073]
图7b所示的接收器设置72可用于将正交相移键控(qpsk)信号转换为强度调制信号，从而能够直接探测qpsk信号。接收到的光信号被分离器24分成两组，这两组含有表现出
相反对称性的法诺共振的结构(红色奇偶性结构2’和蓝色奇偶性结构2”)。使用平衡光电二极管设置21探测蓝色和红色奇偶性法诺之后的信号的随时间变化的光功率。平衡光电二极管21包括两个串联的光电二极管。它也被称为平衡光接收器，并且设计用于比较两个相关的光信号之间的光电流差异，同时抑制输入信号的任何共同波动。光电流的差异被送到跨阻抗放大器22，该放大器产生与光电流差异成比例的输出电压。
[0074]
图8a至图8d示出了展示使用图7b的设置将qpsk信号转换为强度调制信号的数字模拟结果的图。图8a示出了qpsk信号的归一化光学频谱(灰线)和蓝色奇偶性(黑色虚线)和红色奇偶性(黑色实线)法诺共振的传输频谱。图8b示出了分别通过蓝色奇偶性(黑线)和红色奇偶性(灰线)法诺共振传输后的信号的归一化光学频谱。图8c示出了输入qpsk信号在15db snr下的星座图。图8d示出了将22的输出电压叠加到两个符号槽(如图7(g)所示)上形成的眼图。它示出了对应于七个独特位转换的七个电压水平。
[0075]
因此，在优选的实施例中，光接收器72优选地被配置为探测正交相移键控信号，因此该光接收器72包括：
[0076]-第一波导耦合腔结构和第二波导耦合腔结构，包括各自的第一光波导和第二光波导，每个光波导都有用于接收光信号的输入端口和用于提供输出光信号的输出端口，其中，第一波导耦合腔结构被配置为表现出蓝色奇偶性法诺共振，而第二波导耦合腔结构被配置为表现出红色奇偶性法诺共振，并且其中，第一波导耦合腔结构和第二波导耦合腔结构被设计为法诺共振的传输频谱与调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制调制的相干光信号的至少一个边带通过该结构的传输，该边带抑制相对于调制的相干光信号的载波频率是不对称的；
[0077]-第一分离器24，用于在第一波导耦合腔结构和第二波导耦合腔结构的输入端口之间分离调制的相干光信号；以及
[0078]-平衡光电二极管设置，被设置在第一波导耦合腔结构和第二波导耦合腔结构的输出。
[0079]
图7c示出了用于直接探测高阶正交振幅调制(n-qam)信号的建议的接收器设置74。与qpsk信号相比，除了相位探测外，还需要强度探测。因此，接收到的信号被分离器26分离成相位探测支路75和振幅探测支路76。相位探测支路75中的信号通过分离器24进一步分离成两组，这两组包含的法诺器件具有相反的奇偶性，类似于上面图7b中描述的qpsk信号的探测设置。振幅探测支路76采用直接探测方案，采用光电二极管77和tia 78。高阶正交振幅调制(n-qam)由于其高系统容量和增加的频谱效率而被广泛用于长距离光通信链路。因此，非常需要能够探测n-qam调制格式的经济有效的接收器。
[0080]
因此，在优选的实施例中，光接收器74优选地被配置为探测高阶正交振幅调制信号，因为该光接收器74除了包括光接收器设置72之外，还包括：
[0081]-第二分离器26，用于在相位探测支路75和振幅探测支路76之间分离调制的相干光信号，该相位探测支路75包括被设置为从第二分离器接收调制的相干光信号的第一分离器24，该振幅探测支路76包括被设置为从第二分离器接收光信号的光电探测器。
[0082]
在另外的实施例中，本发明提供了图9所示的光通信套件80。该光通信套件80包括根据本发明的实施例的光接收器1和光发送器82，该光发送器包括相干光源86(通常是激光器)和光调制器88，该光调制器用于将传入数据编码到来自相干光源的光中以形成调制的
相干光信号。
[0083]
在示例性的实施例中，套件80的光调制器88包括一个或多个光相位调制器，诸如只有光相位调制器而没有其他调制器(例如，强度调制器)。在基于该实施例的方法中，相干光信号将通过只调制光载波信号的相位而不调制光载波信号的振幅来提供。该实施例适用于qpsk系统，并提供了一个优势，即根据本发明的实施例，调制的相干光信号被优化为由光接收器探测，从而提高了生成的强度调制信号的质量。由于发送器和接收器将涉及更少的组件，这提供了系统进一步的更简单且更便宜的优势。
[0084]
在另一个示例性的实施例中，光调制器88包括至少一个光相位调制器和至少一个振幅或强度调制器。该实施例允许传输和探测高级调制格式，诸如16-qam信号。
[0085]
对于先进的调制格式，诸如n-qam，光调制器88还将包括振幅调制器或更一般的i-q调制器。一种包括波导的光网络，诸如光纤链路84，从光发送器82接收调制的相干光信号，并最终将调制的相干光信号送到光接收器1。光接收器1的描述涉及图4a，并且接收并探测调制的相干光信号，以提供模拟编码的传入数据
‘
输入(in)’的数据
‘
输出(out)’。

技术特征：
1.一种用于探测调制的相干光信号的光接收器，包括：波导耦合腔结构，所述波导耦合腔结构包括光波导，所述光波导具有用于接收光信号的输入端口和用于提供输出光信号的输出端口，其中，所述波导耦合腔结构被配置为表现出法诺共振，并且其中，所述波导耦合腔结构被设计为所述法诺共振的传输频谱与接收的调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制所述调制的相干光信号的至少一个边带通过结构的传输，边带抑制相对于所述调制的相干光信号的载波频率是不对称的；以及光电探测器，被设置为从所述输出端口接收所述输出光信号。2.根据权利要求1所述的光接收器，其中，所述法诺共振的所述传输频谱中的最小传输频谱与所述调制的相干光信号的边带重叠。3.根据权利要求2所述的光接收器，其中，最小传输与具有最大振幅的所述边带重叠。4.根据前述权利要求中任一项所述的光接收器，其中，所述波导耦合腔结构表现出蓝色奇偶性法诺共振或红色奇偶性法诺共振。5.根据前述权利要求中任一项所述的光接收器，其中，所述光波导支持模式的连续体，并且其中，所述波导耦合腔结构包括支持具有共振频率ω0的离散模式的光学腔体，所述光波导被设置为在所述光学腔体的光学距离内，以允许从模式连续体对离散腔模式进行渐逝激发。6.根据权利要求5所述的光接收器，还包括加热元件，所述加热元件被设置为通过热光效应调谐所述光学腔体的所述共振频率。7.根据前述权利要求中任一项所述的光接收器，其中，所述光波导包括部分发送元件(pte)。8.根据前述权利要求中任一项所述的光接收器，其中，所述波导耦合腔结构是环形共振器。9.根据权利要求8所述的光接收器，还包括额外的光波导，所述额外的光波导与所述波导耦合腔结构渐逝耦合，以提供用于辐射出所述环形共振器的损耗信道。10.根据前述权利要求中任一项所述的光接收器，其中，所述波导耦合腔结构是第一波导耦合腔结构，所述第一波导耦合腔结构被配置为表现出红色奇偶性法诺共振，所述光接收器还包括：第二波导耦合腔结构，所述第二波导耦合腔结构包括光波导，所述光波导具有用于接收光信号的输入端口和用于提供输出光信号的输出端口，其中，所述波导耦合腔结构被配置为表现出蓝色奇偶性法诺共振，并且其中，所述第二波导耦合腔结构被设计为所述蓝色奇偶性法诺共振的传输频谱与接收的调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制所述调制的相干光信号的至少一个边带通过结构的传输，所述边带抑制相对于所述调制的相干光信号的载波频率是不对称的；第一分离器，用于在所述第一波导耦合腔结构的输入端口和所述第二波导耦合腔结构的输入端口之间分离所述调制的相干光信号；以及平衡光电二极管，所述平衡光电二极管包括所述光电探测器，并且所述平衡光电二极管被设置在所述第一波导耦合腔结构和所述第二波导耦合腔结构的输出处。11.根据权利要求10所述的光接收器，还包括：第二分离器，用于在相位探测支路和振幅探测支路之间分离所述调制的相干光信号，
所述相位探测支路包括被设置为从所述第二分离器接收所述调制的相干光信号的所述第一分离器，所述振幅探测支路包括被设置为从所述第二分离器接收光信号的光电探测器。12.一种光通信套件，包括：光发送器，所述光发送器包括相干光源和至少一个光相位调制器，所述光相位调制器用于将数据编码到来自所述相干光源的光上以形成调制的相干光信号；根据前述权利要求中任一项所述的光接收器，所述光接收器用于接收和探测所述调制的相干光信号。13.根据权利要求12所述的光通信套件，其中，所述光发送器仅包括用于编码数据的一个或多个的光相位调制器。14.根据权利要求12所述的光通信套件，其中，所述光发送器还包括至少一个用于编码数据的光强度调制器。15.一种波导耦合腔结构的用途，所述波导耦合腔结构表现出法诺共振，用于将相干光信号的相位调制转换为光信号的强度调制，其中，所述相干光信号被耦合到腔结构的光波导中，并且其中，所述法诺共振的传输频谱与所述相干光信号的频谱重叠，以抑制所述相干光信号的至少一个边带通过所述光波导的传输，边带抑制相对于所述相干光信号的载波频率是不对称的。16.根据权利要求15所述的用途，其中，所述用途是在光接收器中，用于探测调制的相干光信号的相位调制。17.根据权利要求15所述的用途，其中，所述用途是在光格式转换器中。18.一种用于将相干光信号上的相位调制转换为光信号的强度调制的方法，所述方法包括将所述相干光信号耦合到表现出法诺共振的腔结构的光波导中，其中，所述法诺共振的传输频谱与所述相干光信号的频谱重叠，以抑制所述相干光信号的至少一个边带通过所述光波导的传输，边带抑制相对于所述相干光信号的载波频率是不对称的。

技术总结
一种被配置为表现出法诺共振(如非对称法诺共振或对称法诺共振(逆洛伦兹共振))的波导耦合腔结构，被用于光接收器或方法中用于通过将相干光信号的相位调制转换为光信号的强度调制来直接探测相干光信号。该波导耦合腔结构被设计为法诺共振的传输频谱与调制的相干光信号的频谱重叠，以抑制调制的相干光信号的至少一个边带通过该结构的传输，边带抑制相对于调制的相干光信号的载波频率是不对称的。本发明可用于直接探测更先进的相干调制格式，如正交相移键控(QPSK)信号和高阶正交振幅调制(n-QAM)信号。QAM)信号。QAM)信号。


技术研发人员：达格马维
受保护的技术使用者：丹麦技术大学
技术研发日：2022.01.19
技术公布日：2023/9/9