本发明涉及通信领域， 尤其涉及一种光调制器和光信号发射装置。 背景技术

光调制器是高速、 长距离光通信的关键器件， 也是最重要的集 成光学器件之一， 主要是通过电压或电场的变化最终调控输出光 的 折射率、 吸收率、 振幅或相位的器件。

现有的光调制器包括 MZM ( Mach-Zehnder Modulator, 马赫曾 德、调制器）， EAM ( Electro Absorption Modulator , 电吸 4丈光调制 器）。 其中， ΜΖΜ包括输入 Υ分支器、 衬底层、 两个光波导、 电极、 输出 Υ分支器。 其中， 直流光信号在输入 Υ分支器上被分成两束光， 两束光分别进入两个光波导， 根据通过调整施加在电极上的电压， 使得两个光波导的折射率得到调整， 并由此改变两束光信号的相位， 使得两束光之间的相位差得到调整， 之后， 两束光在输出 Υ 分支器 上进行合并， 并根据该相位差进行干涉， 以实现对直流光信号的调 制。

从上所述可知 ΜΖΜ 需要分别调整通过电极施加在两个光波导上 的电压， 从而调整两个光波导的折射率， 另外， ΜΖΜ 需要通过如输 入 Υ分支器和输出 Υ分支器等分光器件对光信号进行分路和合路� �� 因此， 该 ΜΖΜ 的结构复杂， 并且由于 ΜΖΜ 的光波导釆用基于线性电 光效应的铌酸锂晶体 LiNb03制作， 而铌酸锂晶体造价辱贵， 因此， 通过该 MZM实现光调制的成本较高。

而对于 EMA, 它釆用电吸收原理制成， 通过调整施加在吸收层 上的电压对直流光信号吸收程度进行调整， 实现对直流光信号的调 制， 其中， 吸收层的宽度会根据施加电压的调整而调整， 但是， 吸 收层材料在透射光功率最大时会产生插入损耗 ， 而这种插入损耗是 釆用 EMA所不可避免的固有损耗。 发明内容

本发明的实施例提供一种光调制器和光信号发 射装置， 该光调 制器的结构简单、 成本低且插入损耗小。

为达到上述目的， 本发明的实施例釆用如下技术方案：

第一方面， 提供一种光调制器， 包括：

平面光波导 PLC、 电极、 金属波导和电光材料层， 其中， 所述 电极与所述电光材料层的一表面相接触，所述 金属波导位于所述 PLC 的芯层中， 所述金属波导的第一表面与所述电光材料层的 另一表面 相接触， 所述金属波导的第二表面位于所述 PLC的芯层中；

所述 PLC用于通过所述 PLC的芯层传输光信号；

所述金属波导用于在起始端将在所述 PLC 的芯层中传输的所述 光信号分为第一光信号和第二光信号， 其中， 所述第一光信号在所 述金属波导的第一表面上传输， 所述第二光信号在所述第二表面上 传输， 所述第二表面位于所述 PLC的芯层中；

所述电光材料层用于通过施加在所述电极和所 述金属波导上电 压的调整而调整折射率；

所述金属波导还用于， 在所述金属波导的末端将所述第一光信 号和所述第二光信号合并， 以根据折射率的调整得到调制光信号。

在第一方面第一种可能的实现方式中， 所述 PLC 具体用于， 通 过所述 PLC的芯层传输直流光信号；

所述金属波导具体用于， 在起始端将在所述 PLC 的芯层中以波 导模式传输的所述直流光信号分为第一直流光 信号和第二直流光信 号， 其中， 所述第一直流光信号在所述金属波导的第一表 面上以表 面等离子体振子 SPP 的模式传输， 所述第二直流光信号在所述第二 表面上以所述 SPP 的模式传输， 所述第二表面位于所述 PLC 的芯层 中；

所述金属波导还用于， 在所述金属波导的末端将所述第一直流 光信号和所述第二直流光信号合并， 以根据折射率的调整得到调制 光信号， 并将所述 SPP 的传输模式转换为所述波导模式在所述 PLC 的芯层中传输。

结合第一种可能的实现方式， 在第二种可能的实现方式中， 所 述电光材料层具体用于， 根据在所述电极和所述金属波导上施加的 电压调整所述折射率， 以调整所述第一直流光信号的相位， 使得所 述第一直流光信号与所述第二直流光信号之间 的相位差得到调整并 在所述金属波导的末端合并时根据所述相位差 进行干涉， 以根据所 述干涉结果得到所述调制光信号。

结合第一方面， 在第三种可能的实现方式中， 所述 P L C 具体用 于， 通过所述 P L C 的芯层传输调制光信号， 其中， 所述调制光信号 包括高电平信号和低电平信号。

所述金属波导 1 3具体用于， 在起始端将以波导模式传输的所述 调制光信号中的高电平信号分为第一高电平信 号和第二高电平信 号， 将所述调制光信号中的低电平信号分为第一低 电平信号和第二 低电平信号， 其中， 所述第一高电平信号和所述第一低电平信号在 所述金属波导的第一表面上以 S P P 的模式传输， 所述第二高电平信 号和所述第二低电平信号在所述第二表面上以 S P P 的模式传输， 所 述第二表面位于所述 P L C的芯层中；

所述金属波导 1 3具体用于， 在所述金属波导的末端将所述第一 高电平信号和所述第二高电平信号合并， 将所述第一低电平信号和 所述第二低电平信号合并， 以根据折射率的调整得到调整后的调制 光信号， 并将所述 S P P 的传输模式转换为所述波导模式在所述 P L C 的芯层中传输；

所述电光材料层 1 4 具体用于， 根据施加的电压调整所述折射 率， 以调整所述第一高电平信号和所述第一低电平 信号的相位， 使 得所述第一高电平信号与所述第二高电平信号 之间的相位差得到调 整并在金属波导的末端合并时根据所述相位差 进行相长干涉， 以根 据所述干涉结果保持所述高电平信号的发射功 率； 使得所述第一低 电平信号与所述第二低电平信号之间的相位差 得到调整并在金属波 导的末端合并时根据所述相位差进行相消干涉 ， 以根据所述干涉结 果减小所述低电平信号的发射功率， 使得所述调制光信号的消光比 增大， 其中， 所述消光比为所述高电平信号的发射功率与所 述低电 平信号的发射功率之比。

第二方面， 提供一种光信号发射装置， 包括光信号发射器和光 调制器；

所述光信号发射器， 用于向所述光调制器发送直流光信号； 所述光调制器包括上述第一方面至第二种可能 的实现方式中任 一所述的光调制器。

在第二方面第一种可能的实现方式中， 所述光信号发射器包括 直调激光器 DML。

第三方面， 提供一种光信号发射装置， 包括光信号发射器和光 调制器；

所述光信号发射器， 用于向所述光调制器发送调制光信号； 所述光调制器包括上述第一方面第三种可能的 实现方式所述的 光调制器。

在第三方面第一种可能的实现方式中， 所述光信号发射器包括 直调激光器 DML。

釆用本发明实施例提供的光调制器和光信号发 射装置， 该光调 制器通过金属波导将光信号分为第一光信号和 第二光信号， 其中， 该第一光信号在该金属波导的第一表面上传输 ， 该第二光信号在该 第二表面上传输， 该第二表面位于该 PLC 的芯层中， 并通过施加在 电极和金属波导上电压的调整而调整电光材料 层的折射率， 并最终 通过折射率的调整实现对光信号的调制， 该光调制器中的 PLC 所涉 及的材料广泛， 因此成本较低， 且不需要设置分光器件， 实现结构 简单且插损较小。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创 造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1为本发明实施例提供的一种光调制器的结构� �意图；

图 2为本发明实施例提供的一种发射功率与电光� �料层的折射率之 间的关系示意图；

图 3为本发明实施例提供的一种光信号发射装置� �结构示意图； 图 4为本发明实施例提供的另一种光信号发射装� �的结构示意图。 具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本 领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种光调制器 10, 如图 1 所示， 图中箭头表 示光信号的传输方向， 该光调制器 10 包括： PLC 11、 电极 12、 金 属波导 13和电光材料层 14。

其中， 该 PLC 11 包括芯层 111、 底衬层 112和覆盖层 113, 该 电极 12 与该电光材料层 14 的一表面 （如图中所示的电光材料上表 面） 相接触， 该金属波导 13位于该 PLC 11 的芯层 111 中， 该金属 波导 13的第一表面 a (如图中所示的金属波导的上表面） 与该电光 材料层的另一表面 （如图中所示的电光材料层的下表面 ） 相接触， 该金属波导 13的第二表面 b (如图中所示的金属波导的下表面 ） 位 于该 PLC 11 的芯层 111 中。 其中， 该 PLC 11 用于通过该 PLC的芯 层 111传输光信号。

需要说明的是，衬底层 112和覆盖层 113的折射率小于芯层 111, 这就将光信号集中限制在 PLC 芯层 111 中传输。 其中， 该光信号可 以是直流光信号， 也可以是调制光信号， 当该光调制器用于对光信 号进行调制时， 则在该 PLC 的芯层中传输的光信号可以为直流光信 号， 当该光调制器用于增加光信号的消光比时， 该 PLC 的芯层中传 输的光信号可以为调制光信号。

该金属波导 13用于在起始端 （如图中所示金属波导的 A端）将 在该 PLC的芯层中传输的该光信号分为第一光信号和 第二光信号。

其中， 该第一光信号在该金属波导的第一表面上传输 ， 该第二 光信号在该第二表面上传输， 该第二表面位于该 PLC的芯层中。

需要说明的是， 在金属波导的上下表面有着密度很高且分布均 匀的自由电子， 当受到电场的激发时， 该金属波导的上表面和下表 面分别依电场方向形成不均匀的密度分布， 亦即生成瞬间的诱导式 电偶极， 并以某一特定频率进行集体式的电偶极振荡， 形成 SPP ( Surface Plasmon Polariton, 表面等离子体振子）， 贝' J该第一光 信号和第二光信号以该 SPP 的模式在金属波导的上表面和下表面传 输光信号。

该电光材料层 14 用于通过施加在该电极和该金属波导上电压 的调整而调整折射率。

需要说明的是， 由于该电光材料层的不同， 则调整该电光材料 层的折射率施加的电压也不同， 也就是说， 施加的电压与折射率之 间的关系是根据电光材料层的材料决定的。

该金属波导 13还用于， 在该金属波导的末端 （如图中所示的 B 端） 将该第一光信号和该第二光信号合并， 以根据折射率的调整得 到调制光信号。

具体地， 该第一光信号和第二光信号在该金属波导的末 端合成 为调制光信号， 则合成后的调制光信号继续在该 PLC的芯层中传输。

在本发明实施例中， 可以通过在电光材料层的上表面和下表面 施力。电压， 例如， 在电极和金属波导上施加电压， 由于电极的下表 面与电光材料层的上表面相接触， 且该金属波导的上表面与电光材 料层的下表面相接触， 因此， 通过电极和金属波导的导电性将该电 压施加在该电光材料层的上表面和下表面， 则该电光材料层的折射 率随着该施加的电压的变化而变化， 另外， 由于第一光信号在金属 波导的上表面以 SPP 的模式传输且该金属波导的上表面与该电光材 料层的下表面相接触， 因此， 该电光材料层折射率的变化， 改变了 该第一光信号的相位， 则在该金属波导的末端， 当该第一光信号与 该第二光信号合并时， 形成相位差， 并根据该相位差发生干涉， 以 根据干涉结果得到调制光信号， 并且， 该调制光信号以波导模式在 该 PLC 芯层中传输， 从而实现了对该光信号的发射功率的调整， 进 而实现对该光信号的调制或者提高了该光信号 的消光比。 例如， 当 光信号为直流光信号时， 实现了光信号的调制， 当光信号为调制光 信号， 则增加了该光信号的消光比。

在本发明实施例一种可能的实现方式中， 该光调制器可以用作 对直流光信号的调制， 则该光调制器 10 中的 PLC 11 具体用于， 通 过所述 PLC 11 的芯层 111传输直流光信号， 该金属波导 13具体用 于， 在起始端将在该 PLC 11 的芯层 111 中以波导模式传输的该直流 光信号分为第一直流光信号和第二直流光信号 ， 其中， 该第一直流 光信号在该金属波导的第一表面上以该 SPP 的模式传输， 该第二直 流光信号在该第二表面上以该 SPP 的模式传输， 该第二表面位于该 PLC 11 的芯层 111 中， 该金属波导 13 还用于， 在该金属波导的末 端将该第一直流光信号和该第二直流光信号合 并， 以根据折射率的 调整得到调制光信号， 并将该 SPP 的传输模式转换为该波导模式在 所述 PLC的芯层中传输。

具体地， 该电光材料层 14 具体用于， 根据在该电极 12 和该金 属波导 13上施加的电压调整该折射率， 以调整该第一直流光信号的 相位， 使得该第一直流光信号与该第二直流光信号之 间的相位差得 到调整并在金属波导末端合并时根据该相位差 进行干涉， 以根据该 干涉结果得到该调制光信号。

示例地， 直流光信号从 PLC 的芯层平行于该 PLC入射， 在接触 到该金属波导时， 分为第一直流光信号和第二直流光信号， 其中， 该第一直流光信号在该金属波导的上表面以该 SPP 的模式传输， 该 第二直流光信号在该金属波导的下表面以该 SPP的模式传输， 此时， 通过施加在电光材料层的电压调整该电光材料 层的折射率， 从而实 现对该第一直流光信号相位的调整， 这样， 当该第一直流光信号在 该金属波导的末端与该第二直流光信号合并时 ， 产生相位差， 并根 据该相位差进行干涉， 以根据干涉结果得到调制光信号， 该调制光 信号以该波导模式在该 PLC 芯层中传输， 从而实现对该直流光信号 的调制。

图 2 展示了直流光信号经过该光调制器调制后的调 制光信号的 发射功率与电光材料层的折射率之间的关系， 在图 2 所示的实施例 中， 该直流光信号波长为 1 55 0nm (纳米）， 则通过施加的电压对电 光材料层的折射率进行调整， 进而得到如图 2 所示的折射率所对应 的调制光信号的发射功率。

这样， 光信号在 PLC 的芯层中传输时， 通过该金属波导分为第 一光信号和第二光信号， 并通过调整施加在电光材料层两端的电压 调整该电光材料层的折射率， 从而根据折射率的调整得到调制光信 号。

需要说明的是， 上述 PLC所涉及材料非常广泛， 例如二氧化硅、 磷化铟等材料， 金属波导可用金、 银、 铝、 铜等， 因此， 成本较低。

在本发明另一种可能的实现方式中， 该光调制器可以用作增加 光信号的消光比， 当本发明实施例釆用 DML ( D i r e c t Modu l a t ed La s e r , 直调激光器） 作为高速光信号发射器时， 会使得光信号产生 正啁啾， 使得信号脉冲展宽， 导致消光比降低， 从而发生色散， 则 该光调制器用于增大消光比， 从而消除色散引起的信号畸变。

可选地， 该光调制器 1 0 中的 PLC 1 1 具体用于， 通过该 PLC 的 芯层 1 1 1传输调制光信号。

其中， 该调制光信号包括高电平信号和低电平信号。

该金属波导 1 3具体用于， 在起始端将以波导模式传输的该调制 光信号中的高电平信号分为第一高电平信号和 第二高电平信号， 将 该调制光信号中的低电平信号分为第一低电平 信号和第二低电平信 号， 其中， 该第一高电平信号和该第一低电平信号在该金 属波导的 第一表面上以该 SPP 的模式传输， 该第二高电平信号和该第二低电 平信号在该第二表面上以该 SPP的模式传输，该第二表面位于该 PLC 的芯层中。

该金属波导 13具体用于， 在该金属波导的末端将该第一高电平 信号和该第二高电平信号合并， 将该第一低电平信号和该第二低电 平信号合并， 以根据折射率的调整得到调整后的调制光信号 ， 并将 该 SPP的传输模式转换为该波导模式在所述 PLC的芯层中传输。

该电光材料层 14具体用于， 根据施加的电压调整该折射率， 以 调整该第一高电平信号和该第一低电平信号的 相位， 使得该第一高 电平信号与该第二高电平信号之间的相位差得 到调整并在该金属波 导末端合并时根据该相位差进行相长干涉， 以根据该相长干涉的结 果保持该高电平信号的发射功率； 使得该第一低电平信号与该第二 低电平信号之间的相位差得到调整并在该金属 波导末端合并时根据 该相位差进行相消干涉， 以根据该相消干涉结果减小该低电平信号 的发射功率， 使得该调制光信号的消光比增大， 其中， 该消光比为 该高电平信号的发射功率与该低电平信号的发 射功率之比。

示例的， 调制光信号中的高电平信号和低电平信号从 PLC 的芯 层平行于该 PLC 入射， 在接触到该金属波导时， 该高电平信号分为 第一高电平信号和第二高电平信号， 其中， 该第一高电平信号与该 第二高电平信号的功率均为该高电平信号功率 的一半， 该第一高电 平信号在该金属波导的上表面以该 SPP 的模式传输， 该第二高电平 信号在该金属波导的下表面以该 SPP 的模式传输，通过施加在电光 材料层的电压调整该电光材料层的折射率， 使得该第一高电平信号 与该第二高电平信号之间的相位差得到调整并 在金属波导末端合并 时根据该相位差进行相长干涉， 则功率均为原高电平信号一半的第 一高电平信号与第二高电平信号由于相长干涉 合并后的信号的发射 功率依然为该高电平信号的发射功率， 以保持该调制光信号中高电 平信号的发射功率； 该低电平信号分为第一低电平信号和第二低电 平信号， 其中， 该第一低电平信号在该金属波导的上表面以该 SPP 的模式传输， 该第二低电平信号在该金属波导的下表面以该 SPP 的 模式传输， 此时， 通过施加在电光材料层的电压调整该电光材料 层 的折射率， 使得该第一低电平信号与该第二低电平信号之 间的相位 差得到调整并在金属波导末端合并时根据该相 位差进行相消干涉， 以根据该相消干涉结果减小该调制光信号中低 电平信号的发射功 率， 使得该调整后的调制光信号的消光比增大， 其中， 该调整后的 调制光信号以该波导模式在该 PLC的芯层中传输。

这样， 当釆用 DML 发射调制光信号时， 本发明实施例提供的光 调制器能够增大该调制光信号的消光比， 从而消除色散引起的信号 畸变。

本发明实施例提供一种光信号发射装置 3 0 , 如图 3所示， 包括： 光信号发射器 3 1和光调制器 1 0。

该光信号发射器 3 1 , 用于向该光调制器 1 0发送直流光信号。 该光调制器 1 0 包括上述用于对光信号进行调制时的光调制器 ， 其具体的描述可以参照上一实施例中用于对光 信号进行调制时的光 调制器的对应描述， 此处不再赘述。

需要说明的是， 该光信号发射器可以为 DML , 此时， 该 DML 发 射直流光信号， 该光调制器 1 0作为外调制器对该直流光信号进行调 制得到调制光信号， 由于该光调制器在调制的过程中可获得很高的 工作速率， 调制信号的频率啁啾非常小， 调制性能对波长的依赖性 很小， 因此， 不会对光信号产生色散， 从而能够抑制色散引起的信 号畸变。

这样， 釆用本发明实施例提供的光信号发射装置， 该光信号发 射装置中的光调制器通过金属波导将直流光信 号分为第一直流光信 号和第二直流光信号， 其中， 该第一直流光信号在该金属波导的第 一表面上传输， 该第二直流光信号在该第二表面上传输， 该第二表 面位于该 PLC 的芯层中， 并通过施加在电极和金属波导上电压的调 整而调整电光材料层的折射率， 并最终通过折射率的调整实现对直 流光信号的调制， 该光调制器中的 PLC 所涉及的材料广泛， 因此成 本较低， 且不需要设置分光器件， 实现工艺简单且插损较小。 本发明实施例提供一种光信号发射装置 40, 如图 4所示， 包括： 光信号发射器 41和光调制器 10。

该光信号发射器 41, 用于向该光调制器 10发送调制光信号。 该光调制器 10 包括上述用于增强光信号的消光比时的光调制 器， 其具体的描述可以参照上一实施例中用于增加 光信号的消光比 时的光调制器的对应描述， 此处不再赘述。

需要说明的是， 该光信号发射器可以为 DML, 此时， 该 DML 发 射调制光信号， 该光调制器 10用于增强该调制光信号的消光比， 从 而消除色散引起的信号畸变。

这样， 釆用本发明实施例提供的光信号发射装置， 能够增大调 制光信号的消光比， 从而消除色散引起的信号畸变。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围 并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技 术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围 之内。 因此， 本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范 围为准。