CN106324867A - 可集成光信号收发一体机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供了提供一种用于光信号收发的三端口器件，它可以完成光信号接收和发送的功能，还可以充当路由器件和可变耦合比例的耦合器，同时还可以作为光信号的时隙分离器，即将不同时隙的光信号按照应用的要求分配至不同的端口。通过特殊设置，该器件还可以作为光接入系统中上下行波长的波分复用器。这些功能的实现仅仅依靠器件上加载电压的不同来实现，因此便于控制，且可以根据需要调谐器件功能。该器件便于集成在硅基光学芯片上，因此便于构成低成本和高可靠性的光学模块，应用于光通信与光互联系统中。

Description

可集成光信号收发一体机及控制方法

技术领域

本发明涉及一种集成光学器件构成的光信号收发装置，特别涉及应用于光接入与光互联的可集成光信号收发装置。

背景技术

集成光子器件是光电子领域的一项关键技术。由于技术的发展，人们在硅基材料构成的光学芯片上已经可以制作出光耦合器、光分束器、光滤波器等无源光学器件，或是光调制器、电光开关等有源光学器件。由于采用绝缘衬底上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技术的硅基集成器件能够很好的与CMOS工艺相兼容，因此硅基器件便于大规模生产且具有成本优势，人们希望将计算机间的光互联设备、光通信和光网络中的器件集成在单个硅基光学芯片上，最终实现片上光网络(network onchip，NOC)，从而使集成光学回路(Photonic integrated circuits，PIC)像集成电路一样，能够很好的提供未来信息传输和信息处理中的光模块资源。

硅基光器件具有尺寸小，设计灵活等优点，便于将一些已有的光模块结构集成在单个的硅片上。例利用半导体的CMOS工艺，能够在硅片上制作出包含大量微环等谐振结构的光学器件，可以应用在光学滤波器和调制器当中。除此之外，硅基光器件也可以直接应用在光通信当中，例如一些研究人员将光接入系统中的某些模块集成在硅基芯片上，形成如图1和2所示的结构^1-2。在图1中，光网络单元(ONU)中的光发射机和光接收机可以通过波分复用器相连，其中，光发射机包括光调制器和调制电信号的驱动器，光接收机包括光电探测器、跨阻放大器和线性放大器。由于器件中没有光源，这些器件从原理上看，都可以集成在单个的硅片上，从而大大减小器件尺寸。除了当前光接入系统ONU中的光模块可以采用硅基光子集成技术，波分复用无源光网络(WDM-PON)中的无色ONU同样可以采用硅基集成器件来实现。在用户端，无色ONU的技术是一项关键技术，无色ONU技术的实现方式直接关系到WDM-PON的商用前景。在图2中，研究人员采用硅基光子集成技术将环形波分复用器、光电探测器和微环光调制器集成在一块硅基芯片²，该模块可以直接接收包含下行光信号的波长λ1，同时可以将上行光信号通过微环光调制器调制到λ2上。虽然文献2中并未真正实现无色ONU的硅基光子集成，仅仅提出了上述概念，但是在该器件中，一个集成的模块将兼具接收和发射光信号的功能，对光通信等方面的应用而言，还是很具有吸引力的。

硅基光子集成技术是一项新兴的技术，从技术层面上说还存在不少需要解决的问题，但是，随着成本和性能要求越来越严苛的光纤通信等领域的需求不断发展，硅基光子集成技术的应用是大势所趋，考虑到技术的进步，在未来5年中，适合不同应用场合的硅基光子器件将会逐步出现，其应用也将会成为现实。

参考文献：

1.Jing Zhang*，Tsung-Yang Liow，Guo-Qiang Lo，etal，“10Gbps monolithic silicon FTTH transceiverwithout laser diode for a new PON configuration，”Opt.Expre.，18(5)：5135-5141(2010)

2.Lin Xu，Qi Li，Noam Ophir，etal，“Colorless Optical Network Unit Based on Silicon PhotonicComponents for WDM PON”IEEE Photon.Technol.Lett.24，1372-1374(2012).

发明内容：

针对背景技术中的需求，本发明的目的在于提供一种用于光信号收发的三端口器件，它可以完成光信号接收和发送的功能，还可以充当路由器件，同时还可以作为光信号的时隙分离器，即将不同时隙的光信号按照应用的要求分配至不同的端口。这些功能的实现仅仅依靠器件上加载电压的不同来实现，因此便于控制。该器件便于集成在硅基光学芯片上，因此便于构成低成本和高可靠性的光学模块应用于光通信与光互联系统中。

本发明提供的光信号收发一体机的基本结构如图3所示，包括如下结构：1)第一2×2光学耦合器(10)，该器件用于将a端口或者b端口的光信号耦合到所述光信号收发一体机中，该第一2×2光学耦合器(10)的两个端口作为所述光信号收发一体机的两个端口；2)第二2×2光学耦合器(20)，该器件用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到c端口或者耦合至光接收机，该第二2×2光学耦合器的其中一个端口作为所述光信号收发一体机的一个端口，该第二2×2光学耦合器的一个端口还连接着光接收机；3)第一直波导(30)，用于连接第一2×2光学耦合器(10)的一个端口和第二2×2光学耦合器(20)的一个端口；4)第二直波导(40)，用于连接第一2×2光学耦合器(10)的另一个端口和第二2×2光学耦合器(20)的另一个端口；5)第一电极(50)，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；6)第二电极(60)，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；7)光接收机(70)，用于接收发送于此光接收机的光信号；8)a端口(80)，为所述光信号收发一体机的其中一个端口；9)b端口(90)，为所述光信号收发一体机的其中一个端口；10)c端口(95)，为所述光信号收发一体机的其中一个端口。在本发明中，第一2×2光学耦合器(10)和第二2×2光学耦合器(20)可以采用50∶50耦合比例的光学耦合器，也可以采用接近于50∶50耦合比例的光学耦合器。

在本发明提供的光信号收发一体机中，光波既可以从a端口或者b端口入射，光信号输出至光接收机或c端口，或者，光接收机和c端口均存在光信号；光波也可以从a端口和b端口同时入射，光信号输出至光接收机或c端口，或者，光接收机和c端口均存在光信号；与此同时，光波可以从反方向，即c端口入射，光信号输出至a端口或b端口，或者，a端口和b端口均存在光信号。

第一电极和第二电极上所加载电压分别为V1和V2，它们可以是直流电压，也可以是交流电压，也可以按照某个比例同时加载直流电压和交流电压。例如，V1＝3+2cos(ω_ct)，V2＝-V1，或者V1＝3+2cos(ω_ct)，V2＝0v。当所加载电压类型或者数值不同时，所述光信号收发一体机可以工作在不同的模式，这些模式包括：1)接收模式(101)，即完成输入光信号仅仅到达光接收机的功能，在此模式中，光信号从a端口或者b端口入射，输出至光接收机；2)通路模式(102)，即完成输入光信号仅仅到达a端口，或者b端口，或者c端口的功能，在此模式中，光信号从a端口或者b端口入射，输出至c端口，或者，光信号从c端口入射，输出至a端口或者b端口；3)可变耦合比例光学耦合器模式(103)，即完成输入光信号部分到达光接收机，部分到达c端口，且这两部分的比例可以调谐的功能，或者，完成输入光信号部分到达a端口，部分到达b端口，且这两部分的比例可以调谐的功能，在此模式中，光信号的方向同样是双向的；4)本地信号调制模式(104)，即完成将本地电信号调制在光载波上的功能，在此模式中，连续光波从a端口或者b端口入射，已调制光信号输出至c端口；5)时域光信号交叉分离模式(105)，即完成将接收到的光信号在时间上交叉分离到c端口和光接收机的功能，在此模式中，光信号从a端口或者b端口入射，时隙分离后的光信号输出至光接收机和c端口。6)波分复用器模式(106)，即该器件等效于一个波分复用器，公共端口为a端口或者b端口，下行波长连接光接收机，用于接收下行光信号，上行波长连接c端口，将包含调制的光信号发送至公共端口。

本发明提供的光信号收发一体机中六种模式的适用条件和控制方法在实施例1-6中进行陈述。由于不同模式之间的主要差别在于控制电压V1和V2的不同，因此，存储不同模式下V1和V2电压的数值也是很必要的，这六种模式下的电压值可以存储于本地的存储器中，需要用到时，直接查找相应的数值，并进行调用。考虑到硅基器件的器件参数可能会随着使用时间的增长发生变化，或者外界环境的随机变化会影响到相关器件参数，因此，可以不断调整这些电压的数值。

本发明所述的光信号收发一体机可以应用在光接入网络中或者应用在光互联系统中作为收发模块使用。考虑到集成光子器件技术的进步，整个光信号收发一体机，包括光接收机部分，极有可能集成在单个硅片上，从而形成小尺寸的器件。该器件直接应用于光通信系统中将会降低系统成本，同时提供新的功能。

附图说明

根据下面结合附图的示例性实施方式的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得明显，在附图中：

图1是利用硅基光子集成技术实现TDM-PON光网络单元收发模块的示意图。

图2是利用硅基光子集成技术实现WDM-PON光网络单元收发模块的示意图。

图3是本发明提供的多功能光信号收发一体机基本结构图。

图4是本发明提供的光信号收发一体机工作于接收模式的两种信号图：(a)光信号从a端口输入至光接收机，(b)光信号从b端口输入至光接收机。

图5是本发明提供的光信号收发一体机工作于通路模式的两种信号图：(a)光信号从a端口输入而从c端口输出，或者从c端口输入而从a端口输出；(b)光信号从b端口输入而从c端口输出，或者从c端口输入而从b端口输出。

图6是本发明提供的光信号收发一体机工作于可变耦合比例光学耦合器模式的三种信号图：(a)光信号从a端口输入，光信号按照某一功率比例从c端口输出，剩余功率的光信号输出至光接收机；(b)光信号从b端口输入，光信号按照某一功率比例从c端口输出，剩余功率的光信号输出至光接收机；(c)光信号从c端口输入，光信号按照某一功率比例从a端口输出，剩余功率的光信号输出至b端口。

图7是本发明提供的光信号收发一体机工作于本地信号调制模式的两种信号图：(a)连续光从a端口输入的情况；(b)连续光从b端口输入的情况。

图8是本发明提供的光信号收发一体机工作于时域光信号交叉分离模式的三种信号图：(a)光信号从a端口输入，部分时隙的光信号从c端口输出，剩余时隙的光信号输出至光接收机；(b)光信号从b端口输入，部分时隙的光信号从c端口输出，剩余时隙的光信号输出至光接收机；(c)一种不等长时隙模式，部分时隙的光信号从c端口输出，剩余时隙的光信号输出至光接收机。

图9是本发明提供的光信号收发一体机工作于波分复用器模式的两种信号图：(a)公共端口为a端口的情况；(b)公共端口为b端口的情况。

具体实施方式

1，光信号收发一体机作为光接收机使用的实施例：

按照如图3所述的器件结构，通过在第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，当输入光信号为如下两种情况时，所述光信号收发一体机可以作为光接收机使用，如图4所示。

在图4(a)中，光信号从a端口输入至光接收机，V1和V2的设定应该满足T_a-r为最大值；在图4(b)中，光信号从b端口输入至光接收机，V1和V2的设定应该满足T_b-r为最大值。T_a-r和T_b-r可以用如下公式表示：

$T_{a-r}={|a_1{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{\δ}}_2{e}^{{-\mathrm{jkl}}_1-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_1}-a_2{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\κ}}_1{e}^{{-\mathrm{jkl}}_2-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_2}|}^2---\left(1\right)$

$T_{b-r}={|{\mathrm{ja}}_1{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{\κ}}_2{e}^{{-\mathrm{jkl}}_1-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_1}+{\mathrm{ja}}_2{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\δ}}_2{e}^{{-\mathrm{jkl}}_2-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_2}|}^2---\left(2\right)$

T_a-r为光接收机接收光功率相对于a端口光功率的比值，T_b-r为光接收机接收光功率相对于b端口光功率的比值。δ₁和κ₁为第一2×2光学耦合器的波导耦合系数和交叉波导耦合系数，δ₂和κ₂为第二2×2光学耦合器的波导耦合系数和交叉波导耦合系数，a₁为第一直波导的损耗系数，a₂为第二直波导的损耗系数，a₁和a₂中包括硅基波导所加电压引起的波导吸收系数变化。k为硅基波导中的相位常数，l₁为第一直波导的长度，l₂为第二直波导的长度。Vk(V₁)为第一直波导上所加电压为V₁时引起相位常数的改变，Vk(V₂)为第一直波导上所加电压为V₂时引起相位常数的改变。

如果第一2×2光学耦合器(10)和第二2×2光学耦合器(20)均采用50∶50耦合比例的光学耦合器，且忽略上下两臂波导损耗的差异，即a₁＝a₂。若V₂＝-V₁，则在图4(a)中，V₁＝V_π/2+V_πθ/2π，在图4(b)中，V₁＝V_πθ/2π。其中，θ＝k(l₁-l₂)mod 2π，θ为上下臂的长度差导致的相位差对2π求模，V_π为半波电压。

在实际过程中，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最大值。

2，光信号收发一体机作为路由器件使用的实施例：

第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，当输入光信号入射方向不同时，存在如下两种情况：

a)如图5(a)所示，光信号从a端口输入，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值，记录达到该最小光功率时的V1和V2数值，即V1＝V_1a和V2＝V_2a；或者光信号从b端口输入，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值，记录达到该最小光功率时的V1和V2数值，即V1＝V_1b和V2＝V_2b。

b)如图5(b)所示，当光信号从c端口输入时，则光信号仅仅到达a端口时，V1和V2的数值取如下数值：V1＝V_1b和V2＝V_2b；当光信号从c端口输入时，则光信号仅仅到达b端口时，V1和V2的数值取如下数值：V1＝V_1a和V2＝V_2a。此处的V_1a、V_2a、V_1b和V_2b的数值为最接近本次调谐的历史数据。

以上V_1a、V_2a、V_1b和V_2b的电压值可以按照上述调谐的方法得到，但是实际使用时，不一定每次都要调谐一次，因此，可以采用器件运行过程中的记录数据。从原理上讲，当V2＝-V1，V_1a和V_2a为满足下述T_a-c达到最大值时的电压值。

$T_{a-c}={|{\mathrm{ja}}_1{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{\κ}}_2{e}^{{-\mathrm{jkl}}_1-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_1}+{\mathrm{ja}}_2{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\δ}}_2{e}^{{-\mathrm{jkl}}_2-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_2}|}^2---\left(3\right)$

V_1b和V_2b为满足下述T_b-c达到最大值时的电压值。

$T_{b-c}={|a_1{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{\δ}}_2{e}^{{-\mathrm{jkl}}_1-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_1}-a_2{\mathrm{\κ}}_1{\mathrm{\κ}}_1{e}^{{-\mathrm{jkl}}_2-\mathrm{jVk}\left(V_1\right)l_2}|}^2---\left(4\right)$

按照实施例1中的数据，此处的电压满足下述关系：

V_1a＝V_πθ/2π＝-V_2a (5)

V_1b＝V_π/2+V_πθ/2π＝-V_2b (6)

3，光信号收发一体机作为可变耦合比例的光耦合器使用的实施例：

在此实施例中，第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，V1的数值在V_1a和V_1b之间，V2的数值在V_2a和V_2b之间。按照实施例1中的数据，V1在V_πθ/2π到V_π/2+V_πθ/2π之间取值且V2＝-V1时，可以保证该光信号收发一体机作为可变耦合比例的光耦合器使用。具体的说，当θ＝π/4时，V1在V_π/8到5V_π/8之间取值，V2在-5V_π/8到-V_π/8之间取值，此时该器件可以作为可变耦合比例的光耦合器使用。

根据图6中所示的信号结构图，存在三种不同的光信号输入输出方式。在图6(a)中，光信号从a端口输入，光信号按照功率比例T_a-c从c端口输出，剩余功率的光信号输出至光接收机；在图6(b)中，光信号从b端口输入，光信号按照功率比例T_b-c从c端口输出，剩余功率的光信号输出至光接收机；在图6(c)中，光信号从c端口输入，光信号按照功率比例T_a-c从a端口输出，剩余功率的光信号输出至b端口。

4，光信号收发一体机作为光信号发送装置使用的实施例：

如果仅有一个波长，则光信号收发一体机可以工作于本地信号调制模式，即作为光信号发送装置使用，此时必须保证当前光信号收发一体机中没有调制的光信号，即仅有连续激光，否则将会影响器件中传输的光信号。如果满足上述条件，则可以进行信号调制，因此该模式的启用条件如图7所示：在图7(a)中，连续光波从a端口输入，当光接收机检测到当前有光但是没有任何光信号发送时，即光波为连续激光时，可以开启本地电信号调制的功能。同理，在图7(b)中，是连续光波从b端口输入的情况。

在该模式下，其控制方法如下：

a)根据光调制器静态偏置点的要求，选择第一电极上的直流分量V_1dc，同时选择第二电极上的直流分量V_2dc；

b)根据本地调制速率和消光比的要求，分别选择第一电极和第二电极上的交流分量V_1ac和V_2ac；

c)第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量。

按照实施例1中的数据，若V2＝-V1，V_1dc＝V_π/4+V_πθ/2π，V_1ac＝(V_π/4)cos(2πf_ct)，V1＝V_1dc+V_1ac。此时，光信号收发一体机可以将频率为f_c的电信号调制到光载波上，此器件作为光信号发送装置使用。若V_1ac不为上述值，会影响实际的消光比。

5，光信号收发一体机作为光信号时隙分离装置使用的实施例：

时域光信号交叉分离模式，其启用条件为：光波从a端口或者b端口输入，当光接收机检测到当前存在光信号发送时，可以开启时域光信号交叉分离的功能。时域光信号交叉分离模式的特征是：在第一电极和第二电极上所加载电压的控制下，光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至c端口。

为了实现时域光信号交叉分离模式，需要特殊的电压控制，其控制方法如下：

a)第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，V1＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量。此处V1和V2的具体数值，可以参照实施例4中的情况。

b)设置V_1ac和V_2ac的频率和光波上调制的电信号的频率一致，或者为光波上调制的电信号频率的1/N，N为自然数。例如，光波上调制的电信号的频率为2.5GHz，V_1ac和V_2ac的频率为2.5GHz、2.5/2GHz、2.5/3GHz、2.5/4GHz、2.5/5GHz等频率，即2.5GHz、1.25GHz、0.8333GHz、0.625GHz、0.5GHz。并保证V_1ac和V_2ac载波同步，即同频且同相，同时与所述光信号收发一体机中的光信号相位同步。只有这样才能够保证，光波上调制的电信号被整个时隙的分配至c端口或者光接收机。

c)设置V_1ac和V_2ac的具体波形，保证光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至c端口。

根据图8中所示的信号结构图，存在两种不同的光信号输入输出方式。在图8(a)中，光信号从a端口输入，t2和t4时隙的光信号从c端口输出，剩余时隙的光信号输出至光接收机；在图8(b)中，光信号从b端口输入，t2和t4时隙的光信号从c端口输出，剩余时隙的光信号输出至光接收机。在图8(a)和(b)中，显示的是等长时隙的情况，但是从原理上说，该模式可以支持不等长时隙的情况，图8(c)是一种不等长时隙的模式，t1、t2和t4时隙的光信号从c端口输出，t3时隙的光信号输出至光接收机。但是t3时隙的长度是t1时隙的3倍。

6，光信号收发一体机作为上下行波分复用器使用的实施例：

在实际的光接入网络中，往往需要支持多个波长的光信号，例如GPON或者XGPON中的ONU。该光信号收发一体机经过特殊设置，可以作为上下行波分复用器使用。下行波长从a端口输入至光接收机，上行波长从c端口输入至a端口，或者，下行波长从b端口输入至光接收机，上行波长从c端口输入至b端口。此时，该器件等效于一个上下行的波分复用器。

在该模式下，所加电压的控制方法如下：

第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，选择V1和V2满足如下关系：

a)下行波长工作于接收模式，上行波长工作于通路模式。

或者，当上述条件不能满足时，需要满足如下条件：

b)下行波长工作于接收模式，上行波长工作于可变耦合比例光学耦合器模式。

上述a)条件为上下行波长的间隔为某些特殊值的情况下才能够设置的理想情况，例如，上下行波长间隔满足30nm，或者30nm整数倍才能够使用a)条件，因此，b)条件为一般情况，即优先保证下行波长工作于接收模式，上行波长光信号的一部分功率能够发送，另一部分功率到了无用的端口。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤。在不出现逻辑冲突的情况下，上述实施例中的模式也可以单独使用一个或组合使用多个模式，因此该集成光学器件可以根据不同的应用场合，使用某个模式，或者几种不同模式的组合。

Claims (14)

1.一种光信号收发一体机，包括：

第一2×2光学耦合器，用于将a端口或者b端口的光信号耦合到所述光信号收发一体机中，该第一2×2光学耦合器的两个端口作为所述光信号收发一体机的两个端口；

第二2×2光学耦合器，用于将所述光信号收发一体机中的光信号耦合到c端口或者耦合至光接收机，该第二2×2光学耦合器的其中一个端口作为所述光信号收发一体机的一个端口，该第二2×2光学耦合器的一个端口还连接着光接收机；

第一直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的一个端口和第二2×2光学耦合器的一个端口；

第二直波导，用于连接第一2×2光学耦合器的另一个端口和第二2×2光学耦合器的另一个端口；

第一电极，固定于第一直波导上，通过加载电压，用于改变第一直波导的折射率等光学参数；

第二电极，固定于第二直波导上，通过加载电压，用于改变第二直波导的折射率等光学参数；

a端口，为所述光信号收发一体机的其中一个端口；

b端口，为所述光信号收发一体机的其中一个端口；

c端口，为所述光信号收发一体机的其中一个端口；

光接收机，用于接收发送于此光接收机的光信号。

2.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：

光波既可以从a端口或者b端口入射，或者从a端口和b端口同时入射，也可以从c端口入射。

3.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：

第一电极和第二电极上可以加载直流电压，也可以加载交流电压，也可以按照某个比例同时加载直流电压和交流电压。

当所加载电压类型或者数值不同时，所述光信号收发一体机可以工作在不同的模式，这些模式包括：1)接收模式，即完成输入光信号仅仅到达光接收机的功能；2)通路模式，即完成输入光信号仅仅到达a端口，或者b端口，或者c端口的功能；3)可变耦合比例光学耦合器模式，即完成输入光信号部分到达光接收机，部分到达c端口，且这两部分的比例可以调谐的功能，或者，完成输入光信号部分到达a端口，部分到达b端口，且这两部分的比例可以调谐的功能；4)本地信号调制模式，即完成将本地电信号调制在光载波上的功能；5)时域光信号交叉分离模式，即完成将接收到的光信号在时间上交叉分离到c端口和光接收机的功能；6)波分复用器模式，即该器件等效于一个波分复用器，公共端口为a端口或者b端口，下行波长连接光接收机，用于接收下行光信号，上行波长连接c端口，将包含调制的光信号发送至公共端口。

4.如权利要求3所述的接收模式，其控制方法如下：

第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，当输入光信号为如下两种情况时，即光信号从a端口输入或者光信号从b端口输入，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最大值。

5.如权利要求3所述的通路模式，其控制方法如下：

第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，当输入光信号入射方向不同时，存在如下两种情况：

a)光信号从a端口输入，V1和V2的调控方法为：调节V1和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值，记录达到该最小光功率时的V1和V2数值，即VI＝V_1a和V2＝V_2a；或者光信号从b端口输入，V1和V2的调控方法为：调节VI和V2使得光接收机接收到的光功率为最小值，记录达到该最小光功率时的V1和V2数值，即V1＝V_1b和V2＝V_2b。

b)当光信号从c端口输入时，则光信号仅仅到达a端口时，VI和V2的数值取如下数值：V1＝V_1b和V2＝V_2b；当光信号从c端口输入时，则光信号仅仅到达b端口时，V1和V2的数值取如下数值：V1＝V_1a和V2＝V_2a。此处的V_1a、V_2a、V_1b和V_2b的数值为最接近本次调谐的历史数据。

6.如权利要求3所述的可变耦合比例光学耦合器模式，其控制方法如下：

第一电极和第二电极上同时加载直流电压VI和V2，V1的数值在V_1a和V_1b之间，V2的数值在V_2a和V_2b之间。

7.如权利要求3所述的本地信号调制模式，其启用条件为：

光波从a端口或者b端口输入，当光接收机检测到当前有光但是没有任何光信号发送时，即光波为连续激光时，可以开启本地电信号调制的功能。

8.如权利要求3所述的本地信号调制模式，其控制方法如下：

a)根据光调制器静态偏置点的要求，选择第一电极上的直流分量V_1dc，同时选择第二电极上的直流分量V_2dc；

b)根据本地调制速率和消光比的要求，分别选择第一电极和第二电极上的交流分量V_1ac和V_2ac；

c)第一电极和第二电极上同时加载电压VI和V2，V1＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量。

9.如权利要求3所述的时域光信号交叉分离模式，其启用条件为：

光波从a端口或者b端口输入，当光接收机检测到当前存在光信号发送时，可以开启时域光信号交叉分离的功能。

10.如权利要求3所述的时域光信号交叉分离模式，其特征在于：

在第一电极和第二电极上所加载电压的控制下，光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至c端口。光接收机与c端口得到的光信号时隙可以相同，也可以不相同。

11.如权利要求3所述的时域光信号交叉分离模式，其控制方法如下：

a)第一电极和第二电极上同时加载电压V1和V2，VI＝V_1dc+V_1ac，V2＝V_2dc+V_2ac，V_1dc和V_2dc为V1和V2中的直流分量，V_1ac和V_2ac为V1和V2中的交流分量；

b)设置V_1ac和V_2ac的频率和光波上调制的电信号的频率一致，或者为光波上调制的电信号频率的1/N，N为自然数，并保证V_1ac和V_2ac载波同步，且与所述光信号收发一体机中的光信号相位同步；

c)设置V_1ac和V_2ac的具体波形，保证光信号在某些时隙被分配至光接收机，在另外一些时隙被分配至c端口。

12.如权利要求3所述的波分复用器模式，其特征在于：

下行波长从a端口输入至光接收机，上行波长从c端口输入至a端口，或者，下行波长从b端口输入至光接收机，上行波长从c端口输入至b端口。

13.如权利要求3所述的波分复用器模式，其控制方法如下：

第一电极和第二电极上同时加载直流电压V1和V2，选择VI和V2满足如下关系：

a)下行波长工作于接收模式，上行波长工作于通路模式。

或者，当上述条件不能满足时，需要满足如下条件：

b)下行波长工作于接收模式，上行波长工作于可变耦合比例光学耦合器模式。

14.如权利要求1所述的光信号收发一体机，其特征在于：

整个光信号收发一体机的如下单元可以优先考虑形成于单个硅基芯片上。

所述单元包括：第一2×2光学耦合器、第二2×2光学耦合器、第一直波导、第二直波导、a端口、b端口、c端口和光接收机。