CN101834669B - 基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置 - Google Patents
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Abstract
一种光纤通信技术领域的基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置，包括：可调激光器、射频信号发生器、马赫曾德调制器、数据源和硅基微环谐振腔系统，其中：可调激光器与马赫曾德调制器输入端相连传输光载波信号，射频信号发生器和马赫曾德调制器射频接口相连传输高频电信号，马赫曾德调制器的输出端和硅基微环谐振腔系统相连传输载波抑制光信号，数据源和硅基微环谐振腔系统相连传输幅度可调的电信号。本发明使用的硅基微环谐振腔结构简单，体积小，微环半径只有几微米到几十微米，易于集成，调制简单，易于控制，且调制速率高，可以达到几个Gbit/s。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的装置，具体涉及一种基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置。
背景技术
频移键控(FSK)光调制信号，是通过控制光载波频率的不同来携带信号，在光纤通信中具有重要的应用价值。与差分相移键控、幅移键控光调制信号相比，频移键控光调制信号对光纤非线性损伤最不敏感，而且具有恒定包络，能进行幅度再调制，所以此码型在无源光网络和光分组交换网络中有很好的应用。频移键控光调制信号可以采用平衡接收机解调，接收灵敏度比单端检测器提高3dB，同时色散容忍度也可大大提高。但现有的频移键控光调制信号产生技术都有：调制技术复杂、调制速率低、体积大、不利于系统集成的缺点。
经对现有文献检索发现，《IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY(IEEE光波技术期刊)》2004年第16卷“Performance Implications of Wide-Band Lasers for FSK ModulationLabeling Scheme(宽带激光器对频移键控调制标签方案的性能影响)”中，提出了一种射频电信号直接调制激光器产生频移键控光调制信号的装置，该装置通过射频信号源连接激光器，直接产生频移键控光调制信号，由于采用内调制技术，容易形成啁啾，且调制速率受到限制，为几十Mbit/s。
又经检索发现，《IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY(IEEE光波技术期刊)》2005年第23卷“High-Speed Optical FSK Modulator for Optical Packet Labeling(应用于光分组交换中的高速光频移键控调制器)”中，提出了一种使用单边带调制器(SSB)产生频移键控光调制信号的装置，该装置由一个可调激光器，一个单边带调制器，一个射频信号源以及电移相器、电功分器组成，其中单边带调制器由两个马赫曾德(MZ)结构组成，价格昂贵，一对频率相同、相位相差90°的射频信号加到两个射频电极上，数据信号加载到偏置电极上控制信号的输出，实现频移键控调制。该技术调制器结构复杂，同时需要严格控制各路射频信号之间的相位关系，增加了调制的难度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置。本发明通过电压注入载流子，移动硅基微环谐振腔的谐振峰，使得间隔很近的两个直流光同时携带幅度互补的信息，实现频移键控光调制，具有结构简单，成本低，易于控制，所用器件尺寸小，易于集成，调制速率高等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：可调激光器、射频信号发生器、马赫曾德调制器(MZM)、数据源和硅基微环谐振腔系统，其中：可调激光器与马赫曾德调制器输入端相连传输光载波信号，射频信号发生器和马赫曾德调制器射频接口相连传输高频电信号，马赫曾德调制器的输出端和硅基微环谐振腔系统相连传输载波抑制(OCS)光信号，数据源和硅基微环谐振腔系统相连传输幅度可调的电信号。
所述的硅基微环谐振腔系统包括：硅基微环谐振腔和微波探针，其中：微波探针的输入端与数据源的输出端相连传输幅度可调的电信号，微波探针的输出端与硅基微环谐振腔相连以改变硅基微环谐振腔的谐振波长，硅基微环谐振腔与马赫曾德调制器相连传输载波抑制光信号。
所述的硅基微环谐振腔包括：电极、硅基微环和直波导，其中：电极设置在硅基微环的p+掺杂区域和n+掺杂区域以加载正负电压，硅基微环和直波导之间的空气间隔为几十纳米至几百纳米。
所述的硅基微环谐振腔的谱特性是周期性的带阻滤波特性，在谐振波长上透射率为0或接近为0。
所述的可调激光器用于输出连续激光，该连续激光输入到马赫曾德调制器进行载波抑制调制以后产生双边带，其右边带波长位于环形谐振腔的一个谐振波长。
所述的射频信号发生器用于输出高速射频正弦信号，其输出端口与马赫曾德调制器的射频输入端口相连，用于进行载波抑制调制，得到双边带信号，该双边带信号的两个边带频率间隔为射频信号频率的两倍。
所述的马赫曾德调制器偏置在最低点，进行载波抑制调制。
所述的数据源用于产生电信号，其信号幅度可调，其输出加载到硅基微环谐振腔上。
本发明的工作原理是：利用硅基微环的光传输谱与载流子色散效应，电极注入的载流子会改变硅的折射率，使谐振峰发生蓝移。若载波抑制调制产生的双边带信号，右边带位于硅基微环谐振腔的一个谐振峰，左边带位于谐振峰左侧，则当不加电压时，只有左边带频率光可以通过，当加电压时使得谐振峰左移到左边带频率处，而右边带频率位于谐振峰以外，则只有右边带频率光可以通过，从而实现了频移键控光调制。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明使用的硅基微环谐振腔结构简单，体积小，微环半径只有几微米到几十微米，易于集成，调制简单，成本低，易于控制，且调制速率高，可以达到几个Gbit/s。
附图说明
图1为本发明装置的组成结构示意图。
图2为硅基微环谐振腔的组成结构示意图。
图3为实施例仿真结果图；
其中：图(a)是马赫曾德调制器的输出光谱；图(b)是数据源的信号；图(c1)为经过硅基微环谐振腔后滤出的右边带输出信号；图(c2)为经过硅基微环谐振腔后滤出的右边带输出信号眼图；图(d1)为经过硅基微环谐振腔后滤出的左边带输出信号；图(d2)为经过硅基微环谐振腔后滤出的左边带输出信号眼图；图(e1)为经过硅基微环谐振腔后总的输出信号；图(e2)为经过硅基微环谐振腔后的输出信号的眼图；图(e3)为总的输出信号的频谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：可调激光器、射频信号发生器、马赫曾德调制器、数据源和硅基微环谐振腔系统，其中：可调激光器与马赫曾德调制器输入端相连传输光载波信号，射频信号发生器和马赫曾德调制器射频接口相连传输高频电信号，马赫曾德调制器的输出端和硅基微环谐振腔系统相连传输载波抑制光信号，数据源和硅基微环谐振腔系统相连传输幅度可调的电信号。
所述的硅基微环谐振腔系统包括：硅基微环谐振腔和微波探针，其中：微波探针加载电压到硅基微环谐振腔上，微波探针的输入端与数据源的输出端相连传输幅度可调的电信号，微波探针的输出端与硅基微环谐振腔相连以改变硅基微环谐振腔的谐振波长，硅基微环谐振腔与马赫曾德调制器相连传输载波抑制光信号。
如图2所示，所述的硅基微环谐振腔包括：电极、硅基微环和直波导，其中：电极分别设置在硅基微环的p+掺杂区域和n+掺杂区域，直波导位于硅基微环下方且与硅基微环的空气间隔为90纳米，硅基微环的周长是36um，光在直波导中传输，外加电压通过微波探针加载到电极上，通过注入载流子，载流子色散效应使得硅基微环谐振腔的谐振峰移动。
所述的硅基微环谐振腔的谱特性是周期性的带阻滤波特性，在谐振波长上透射率为0或接近为0。
所述的可调激光器的型号是TSL-210F，其用于输出连续激光，该连续激光输入到马赫曾德调制器进行载波抑制调制以后产生双边带，其右边带波长位于硅基微环谐振腔的一个谐振峰处。
所述的射频信号发生器采用Agilent E8257D PSG，其用于输出高速射频正弦信号，其输出端口与马赫曾德调制器的射频输入端口相连，用于进行载波抑制调制，得到双边带信号，该双边带信号的两个边带频率间隔为射频信号频率的两倍。
所述的马赫曾德调制器的型号是JDS-10G-MZM：21023816，其偏置在最低点，进行载波抑制调制。
所述的数据源的型号是TG2P1A，用于产生电信号，其信号幅度可调，其输出加载到硅基微环谐振腔上。
本实施例的工作过程：可调激光器产生波长为1551.68nm的连续光且输入到马赫曾德调制器的光输入端口；马赫曾德调制器的偏置端口连接电压源，电压源输出为6V，此值为马赫曾德调制器的传输曲线最低点；射频信号发生器连接到马赫曾德调制器的射频输入端口，产生频率为5GHz的射频信号，峰值为2V；由于马赫曾德调制器偏置于最低点，会产生载波抑制光双边带信号，此信号进入到硅基微环谐振腔中，硅基微环谐振波长为1551.72nm，3dB带宽为0.12nm；数据源输出速率为2.5Gbit/s、幅度为4.5V的伪随机序列(PRBS)格式的电信号，数据源连接到微波探针的电信号输入端口，微波探针加载到硅基微环谐振腔的电极上，通过电压注入载流子来控制硅基微环谐振腔的谐振峰移动。由载波抑制调制产生的双边带信号，右边带位于硅基微环谐振腔的一个谐振峰，左边带位于谐振峰左侧，则当不加电压时，只有左边带频率光可以通过，当加电压时使得谐振峰左移到左边带频率处，而右边带频率位于谐振峰以外，则只有右边带频率光可以通过，从而实现了频移键控光调制。
本实施例仿真结果图如图3所示，其中：图3(a)是马赫曾德调制器的输出光谱，该光谱包括两个一阶边带信号，间隔为10GHz，其与边带被抑制大于20dB；图3(b)是数据源的信号，其电压幅度为4.5V；图3(c1)为经过硅基微环谐振腔后滤出的右边带输出信号；图3(c2)为经过硅基微环谐振腔后滤出的右边带输出信号眼图；图3(d1)为经过硅基微环谐振腔后滤出的左边带输出信号，图3(d2)为经过硅基微环谐振腔后滤出的左边带输出信号眼图，由图3(c1)和图3(d1)可知，经过硅基微环谐振腔后滤出的两个边带信号携带信息互补；图3(e1)为经过硅基微环谐振腔后总的输出信号；图3(e2)为经过硅基微环谐振腔后的输出信号的眼图；图3(e3)为总的输出信号的频谱图。信号比特边界有一定过冲，这是由于硅基微环具有一定线宽所致。
本实施例的硅基微环谐振腔系统大小只有微米级，但其调制速率可达2.5Gbit/s，能在未来的系统集成中得到广泛的应用。
Claims (3)
1.一种基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置，包括：可调激光器、射频信号发生器、马赫曾德调制器和数据源，其特征在于，还包括：硅基微环谐振腔系统，其中：可调激光器与马赫曾德调制器输入端相连传输光载波信号，射频信号发生器和马赫曾德调制器射频接口相连传输高频电信号，马赫曾德调制器的输出端和硅基微环谐振腔系统相连传输载波抑制光信号，数据源和硅基微环谐振腔系统相连传输幅度可调的电信号；
所述的硅基微环谐振腔系统包括：硅基微环谐振腔和微波探针，其中：微波探针的输入端与数据源的输出端相连传输幅度可调的电信号，微波探针的输出端与硅基微环谐振腔相连以改变硅基微环谐振腔的谐振波长，硅基微环谐振腔与马赫曾德调制器相连传输载波抑制光信号。
2.根据权利要求1所述的基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置，其特征是，所述的硅基微环谐振腔包括：电极、硅基微环和直波导，其中：电极设置在硅基微环的p+掺杂区域和n+掺杂区域以加载正负电压，硅基微环与直波导之间有空气间隔。
3.根据权利要求2所述的基于硅基微环谐振腔的频移键控光调制信号产生装置，其特征是，所述的硅基微环和所述的直波导之间的空气间隔为90纳米。
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