CN102638313A - 归零码电光调制信号的产生装置和产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种归零码电光调制信号的产生装置和产生方法，使用了一个基于分插复用结构的微环谐振腔，通过电光调制，产生无啁啾的归零码信号。通过在输入耦合区加载单极性时钟信号和输出耦合区加载双极性的不归零信号，产生归零移相键控调制信号；通过在输入耦合区加载双极性时钟信号和输出耦合区加载单极性的不归零信号，产生载波抑制归零调制信号；通过在输入耦合区加载单极性时钟信号和输出耦合区加载单极性的不归零信号，产生归零幅度调制信号。

Description

归零码电光调制信号的产生装置和产生方法
技术领域
本发明涉及的是光纤通信技术领域，具体涉及一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生装置和产生方法。
背景技术
归零码(简称为RZ码)是光纤传输系统中一种重要的调制码型。相比较于非归零码(简称为NRZ)，RZ码对码间干扰和非线性传输失真鲁棒性更大。近年来，微环谐振腔在集成光电子领域作为调制器受到越来越多的关注。通过改变微环波导折射率或者微环和波导之间的耦合系数，微环调制器被用来作在NRZ或相移键控(简称为PSK)的调制，并且已经被实现。然而，对于采用微环作RZ调制的研究较少。
经对现有文献检索发现《Conference on Lasers andElectro-Optics/Quantum Electronicsand Laser Science Conferenceand Photonic Applications Systems Technologies》2008年”CreatingRZ Data Modulation Formats using Parallel Silicon MicroringModulators for Pulse Carving in DPSK(用平行硅基微环调制器产生RZ调制信号用来作差分相移键控(DPSK)中的脉冲成形)”中，提出了用三个微环作低啁啾的RZ-PSK调制。其中前一个环作PSK调制，后两个嵌在马赫-曾德分光仪臂上的微环作低啁啾RZ脉冲成形。这种三环结构要求三个环在同一个波长上谐振，对工艺要求较高。它的另一个缺点是，没法实现严格的无啁啾调制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生装置和产生方法，利用一个微环谐振腔产生RZ调制信号，不仅结构简单，相比已有方案对工艺的要求有所降低，并且能产生多种无啁啾的RZ调制信号，包括RZ-PSK，载波抑制归零(CSRZ)，和RZ幅度调制。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生装置，其特征在于，该产生装置包括微环谐振腔，该微环谐振腔与输入直波导通过第一耦合器耦合，形成输入耦合区，所述的微环谐振腔与输出直波导通过第二耦合器耦合，形成输出耦合区；
所述的第一耦合器由马赫-曾德干涉仪(简称为MZI)置于两个3dB耦合器之间构成，第二耦合器由马赫-曾德干涉仪置于两个3dB耦合器之间构成。
本发明的原理是：施加在输入耦合区和输出耦合区的信号，输出信号反映了两处交叉耦合系数相乘关系，实现RZ调制。
作为RZ调制器，对于加载在输入耦合区的电信号是有带宽限制的，因此，在作RZ调制时，将NRZ信号加载在输出耦合区而CLK信号加载在输入耦合区；RZ调制需要特别对加载在输入耦合端的信号有一个预先的相位提前，这种调制器适宜产生RZ-PSK和RZ-CSRZ调制，若要产生很好的RZ幅度调制需要使环损耗增大。
一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A.将连续光接入输入直波导，并且使该连续光波长工作在谐振波长上；
B.进入输入直波导的光通过输入耦合区，耦合进入微环谐振腔，经由输出耦合区耦合出来，最后从输出直波导输出。
在步骤B中光在经过所述的输入耦合区和输出耦合区时，分别被调制，具体步骤如下：
B1.分别在所述的输入耦合区和输出耦合区中MZI臂的内嵌电极上施加电信号；
B2.该电信号引起MZI臂上的载流子浓度改变，从而改变输入波导和输出波导的有效折射率。
B3.波导有效折射率的改变引起耦合区的耦合系数发生改变，实现对经过输入耦合区和输出耦合区的连续光的调制。
步骤B1具体是在所述的输入耦合区中MZI臂的内嵌电极上施加CLK信号，在所述的输出耦合区中MZI臂的内嵌电极上施加NRZ调制信号：
当施加的CLK信号是单极性，NRZ信号是双极性时，在输出直波导的输出端获得RZ-PSK调制信号；
当施加的CLK信号是双极性，NRZ信号是单极性时，在输出直波导的输出端获得CSRZ调制信号；
当施加的CLK信号是单极性，NRZ信号是单极性时，在输出直波导的输出端获得RZ调制信号。
本发明的技术效果如下：
10Gb/s调制速率下的基于硅环谐振腔的计算仿真证明这种调制机制的可行性。仿真结果验证了该调制机制的无啁啾特性。其中CSRZ调制信号输出相位在0-π过渡时的出现尖刺。该相位尖刺是由于硅电光效应引起MZI耦合器两臂的损耗不平衡所导致的，所幸该尖刺对应的输出幅度很小，所以影响很小。其中该机制应用于幅度调制，为取得更好的输出信号需要降低微环谐振腔的Q值。
附图说明
图1是本发明归零码电光调制信号的产生装置的结构示意图。
其中：1是微环谐振腔、2是输入直波导、3是输出直波导、4是输入耦合区、5是输出耦合区、6是第一耦合器、7是第二耦合器。
图2是本发明归零码电光调制信号的产生方法的实现方案。
图3，4，5，为仿真结果。在10Gb/s下调制速率下，给定环的周长为420μm，MZI的臂长为200μm，波导的线性损耗为α为21dB/cm，有效折射率为2.5。电驱动NRZ是由27-1伪随机二进制序列产生，并通过一个巴特沃思滤波器使得上升和下降沿为15ps。光波在微环中传递的仿真，使用基于Heebner工作的分段模型。
图3，RZ PSK调制的输出功率和相位。电驱动电压引起的有效折射率变化Δn1和Δn2的幅度分别是4×10-4和1.4×10-4，CLK信号需要的相移为0.25π。
图4，CSRZ调制的输出的功率和相位。电驱动电压引起的有效折射率变化Δn1和Δn2的幅度分别是8×10-4和4×10-4，CLK信号需要的相移为0.2π。
图5，幅度调制的输出的功率和相位。电驱动电压引起的有效折射率变化Δn1和Δn2的幅度分别是4×10-4和4×10-4，CLK信号需要的相移为0.35π。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1，图1是本发明归零码电光调制信号的产生装置的结构示意图，如图所示，一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生装置，包括一个基于分插复用结构微环谐振腔1，该微环谐振腔1与输入直波导2通过第一耦合器6耦合，形成输入耦合区4，所述的微环谐振腔1与输出直波导3通过第二耦合器7耦合，形成输出耦合区5。
所述的第一耦合器6和第二耦合器7分别由马赫-曾德干涉仪构成。
具体地，第一耦合器6由马赫-曾德干涉仪置于两个3dB耦合器之间构成，第二耦合器7同样由马赫-曾德干涉仪置于两个3dB耦合器之间构成。同时，两个马赫-曾德干涉仪的工作方式为推拉式，即施加于马赫-曾德干涉两臂电极上的电压信号大小相同相位相反。
图2是本发明归零码电光调制信号的产生方法的实现方案，该方法包括如下步骤：
A.将连续光接入输入直波导2，并且使该连续光波长工作在谐振波长上；
B.进入输入直波导2的光通过输入耦合区4，耦合进入微环谐振腔1，经由输出耦合区5耦合出来，最后从输出直波导3输出。
连续光在经过所述的输入耦合区(4)和输出耦合区(5)时，分别被调制，具体步骤如下：
在所述的输入耦合区4中MZI臂的内嵌电极上施加CLK电信号，在所述的输出耦合区5中MZI臂的内嵌电极上施加NRZ调制电信号：
当施加的CLK信号是单极性，NRZ信号是双极性时，在输出直波导(3)的输出端获得RZ-PSK调制信号；
当施加的CLK信号是双极性，NRZ信号是单极性时，在输出直波导(3)的输出端获得CSRZ调制信号；
当施加的CLK信号是单极性，NRZ信号是单极性时，在输出直波导(3)的输出端获得RZ调制信号。
由于电信号引起MZI臂上的载流子浓度改变，从而改变输入波导和输出波导的有效折射率。波导有效折射率的改变引起耦合区的耦合系数发生改变，从而最终实现对经过输入耦合区4和输出耦合区5的连续光的调制。

Claims (5)

1.一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生装置，其特征在于，该产生装置包括微环谐振腔(1)，该微环谐振腔(1)与输入直波导(2)通过第一耦合器(6)耦合，形成输入耦合区(4)，所述的微环谐振腔(1)与输出直波导(3)通过第二耦合器(7)耦合，形成输出耦合区(5)。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生装置，其特征在于，其特征在于所述的第一耦合器(6)由马赫-曾德干涉仪置于两个3dB耦合器之间构成，第二耦合器(7)由马赫-曾德干涉仪置于两个3dB耦合器之间构成。
3.一种基于微环谐振腔的归零码电光调制信号的产生方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A.将连续光接入输入直波导(2)，并且使该连续光波长工作在谐振波长上；
B.进入输入直波导(2)的光通过输入耦合区(4)，耦合进入微环谐振腔(1)，经由输出耦合区(5)耦合出来，最后从输出直波导(3)输出。
4.根据权利要求3所述的归零码电光调制信号的产生方法，其特征在于，在步骤B中光在经过所述的输入耦合区(4)和输出耦合区(5)时，分别被调制，具体步骤如下：
B1.分别在所述的输入耦合区(4)和输出耦合区(5)中MZI臂的内嵌电极上施加电信号；
B2.该电信号引起MZI臂上的载流子浓度改变，从而改变输入波导和输出波导的有效折射率；
B3.波导有效折射率的改变引起耦合区的耦合系数发生改变，实现对经过输入耦合区(4)和输出耦合区(5)的连续光的调制。
5.根据权利要求4所述的归零码电光调制信号的产生方法，其特征在于，步骤B1具体是在所述的输入耦合区(4)中MZI臂的内嵌电极上施加CLK信号，在所述的输出耦合区(5)中MZI臂的内嵌电极上施加NRZ调制信号：
当施加的CLK信号是单极性，NRZ信号是双极性时，在输出直波导(3)的输出端获得RZ-PSK调制信号；
当施加的CLK信号是双极性，NRZ信号是单极性时，在输出直波导(3)的输出端获得CSRZ调制信号；
当施加的CLK信号是单极性，NRZ信号是单极性时，在输出直波导(3)的输出端获得RZ调制信号。
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