CN105553565A - 一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器，包括N个串联的马赫曾德强度调制器，每个马赫曾德强度调制器的输入输出端口首尾相接，以第一个马赫曾德强度调制器的输入端口作光源输入端口，最后一个马赫曾德强度调制器的输出端口作为调制信号输出端口，在每个马赫曾德强度调制器上加载幅度相同的OOK信号实现2N级脉冲幅度调制信号调制；其中，每个马赫曾德强度调制器之间的有效调制臂长度比值关系为20：21：22：……：2N-1，且具有上述有效调制臂长度比值关系的马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序。本发明通过改进调制器结构实现相位偏置点的灵活控制和调制信号在调制器两臂上光信号的均衡性，提升调制器的消光比。
Description
技术领域
本发明涉及光通信器件领域，具体涉及一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，人类对信息的需求量越来越大，现代社会信息数据量呈现指数式的爆发增长，光通信网络技术的迅猛发展为这一难题的解决提供了可靠有效的方案。光调制器是整个光通信网络的核心器件之一，负责将电信号转换为可在光通信网络中传输的光信号；传统基于铌酸锂材料的电光高速调制器往往外形尺寸较大，在5-10厘米的量级，同时功耗也较大，不利于通信系统的小型化和节能化，因此，研究高调制带宽、高消光比、低功耗、易集成及低成本的光调制器具有重要现实意义。
目前，为了进一步提高光通信系统的容量，提高单载波的速率势在必行。要提高单载波的速率有提高系统的波特率和使用先进调制格式两种途径；对于第一种途径而言，如果将信号的波特率提高到50G以上，将对整个电芯片带来很大的挑战，功耗和成本都难以控制。因此，在现有的波特率前提下，采用先进调制格式成为首选的方案，而要采用高阶的先进调制格式就要求电光调制器具有较高的线性度和较大的消光比。对于采用单个马赫曾德强度调制器来实现复杂格式调制功能来说，除了需要器件本身有较高的线性度和消光比外，还要求驱动的电芯片具有较高的输出电压摆幅和较高的线性度，这一点对于电芯片来说非常难以实现。为改进上述缺点提出了电极分段驱动的调制器结构，该调制器结构可以通过多个OOK信号来驱动产生多级幅度调制光信号，但是电极分段驱动的调制器结构仍共用一个相位偏置控制器，存在相位控制不灵活的缺点，对电光调制器的相应线性度要求较高；另外，随着调制信号脉冲幅度阶数的提高，上述电极分段驱动的调制器结构的单个器件长度将更大，导致整体消光比降低。
综上所述，急需通过对调制器结构上的改进实现相位偏置点的灵活控制，以降低对调制器的线性度要求，并实现调制高阶调制信号时，在调制器上两臂光信号的均衡性，从而提升调制器的消光比。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过对调制器结构上的改进实现相位偏置点的灵活控制，以降低对调制器的线性度要求，并实现调制高阶调制信号在调制器上两臂光信号的均衡性，从而提升调制器的消光比的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器，包括N个串联的马赫曾德强度调制器，N为大于1的正整数，每个所述马赫曾德强度调制器的输出端口连接下一个马赫曾德强度调制器的输入端口，形成一个以第一个马赫曾德强度调制器的输入端口作光源输入端口，最后一个马赫曾德强度调制器的输出端口作为2N级脉冲幅度调制信号输出端口的2N级脉冲幅度调制器，在每个所述马赫曾德强度调制器上加载幅度相同的OOK信号实现2N级脉冲幅度调制信号调制；
其中，每个马赫曾德强度调制器之间的有效调制臂长度比值关系为20：21：22：……：2N-1，且具有上述有效调制臂长度比值关系的马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序。
在上述多级脉冲幅度调制器中，每个所述马赫曾德强度调制器带有用来调节调制器工作点的相位偏置点控制电极，每个马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极相互独立，通过调节所述相位偏置控制电极可以实现多级脉冲幅度调制信号的均衡功能；
其中，每个所述马赫曾德强度调制器之间的相位偏置点控制电极改变量比值关系为20：21：22：……：2N-1，且具有上述相位偏置点控制电极改变量比值关系的马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序。
在上述多级脉冲幅度调制器中，通过调整相位偏置点控制电极实现调制信号幅度均衡，具体调制方式为：
将串联的马赫曾德强度调制器的有效调制长度最长的一个工作点通过调整偏置点控制电极设置于正交工作点处，然后按照有效调制臂长度由大到小依次设置马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极，以控制作用于光信号的消光比大小，从而控制输出的2N级脉冲幅度调制信号各级脉冲幅度的大小。
在上述多级脉冲幅度调制器中，由于有效调制臂长度最短的马赫曾德强度调制器输出的脉冲幅度值对应于最靠近眼图中心的两级，依顺序类推，有效调制臂长度最长的马赫曾德强度调制器输出的脉冲幅度值对应于离眼图中心最远的两级，则设置马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极主要分为以下三种情况：
(1)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级收缩靠向眼图中心位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到消光比较低的位置；
(2)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级处在平均分配眼图的位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到其消光比处于中间的大小；
(3)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级拉伸远离眼图中心位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到其消光比较大的位置。
在上述多级脉冲幅度调制器中，所述2N级脉冲幅度调制器结构，从光源输入端口起，从左到右依次包括第一马赫曾德强度调制器、第二马赫曾德强度调制器、第三马赫曾德强度调制器等N个马赫曾德强度调制器；
所述第一马赫曾德强度调制器的输出端口与所述第二马赫曾德强度调制器的输入端口连接；所述第二马赫曾德强度调制器的输出端口与所述第三马赫曾德强度调制器的输入端口连接，依次类推，第N-1马赫曾德强度调制器的输出端口与第N马赫曾德强度调制器的输入端口连接，以第一马赫曾德强度调制器的输入端口作为光源输入端口，以第N马赫曾德强度调制器的输出端口作为2N级脉冲幅度调制信号输出端口；
其中，第一马赫曾德强度调制器带有一个第一相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-1L；第二马赫曾德强度调制器带有一个第二相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-2L；依次类推，第N马赫曾德强度调制器带有一个第N相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-NL；
在上述每个马赫曾德强度调制器上通过其KOO驱动器同时施加N个强度相同的KOO信号，实现2N级脉冲幅度调制信号调制。
在上述多级脉冲幅度调制器中，当N取4时，为4级脉冲幅度调制信号调制器，其结构从光源输入端口起、从左到右依次包括：第一马赫曾德强度调制器和第二马赫曾德强度调制器，所述第一马赫曾德强度调制器的输出端口直接与所述第二马赫曾德强度调制器的输入端口连接；第一马赫曾德强度调制器的有效控制臂长度为2L，并带有第一相位偏置点控制器；所述第二马赫曾德强度调制器的有效控制臂长度为L，带有第二相位偏置点控制器；在所述第一马赫曾德强度调制器和第二马赫曾德强度调制器上分别施加两个强度相同的OOK电信号，调制出4级脉冲幅度调制信号。
本发明通过对调制器结构上的改进实现多级脉冲幅度调制器，不仅通过将调制器结构由单个调制器长电极分段改为由多个较短的马赫曾德强度调制器串联而成，使两臂上光信号更加均衡，优化整体消光比；并通过在每个马赫曾德强度调制器上设置独立的相位偏置点控制电极实现对相位偏置点的灵活控制，对整个信号非线性失真进行补偿，降低了调制器的线性度要求，并为阶数较高的脉冲幅度调制信号产生的情况提供较大的消光比。
附图说明
图1为本发明提供的一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器的结构示意图；
图2为本发明中4级脉冲幅度调制器结构示意图；
图3为本发明中中间两个幅度的位置使得中间两个幅度值收缩向眼图幅度中间位置靠拢时的眼图；
图4为本发明中中间两个幅度的位置处在平均分配的高度上时的眼图；
图5为本发明中中间两个幅度的位置使得中间两个幅度值拉伸与眼图幅度中间位置远离时的眼图。
具体实施方式
本发明通过一种新的调制器结构实现多级脉冲幅度调制器，同时能够灵活的对相位偏置点进行控制，从而实现调制信号幅度的均衡功能，降低对调制器线性度的要求，并为阶数较高的脉冲幅度调制信号产生的情况提供较大的消光比。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。
本发明提供的一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器，要实现2N级脉冲幅度调制器，其通用结构需要用N个马赫曾德强度调制器，N个马赫曾德强度调制器需要串联在一起，每个马赫曾德强度调制器的输入输出首尾相接，最终形成一个整体的2N级脉冲幅度调制器，第一个马赫曾德强度调制器的输入端口作为整个2N级脉冲幅度调制器的光源输入端口，最后一个的输出端口作为整个2N级脉冲幅度调制器的输出端口。其中，每个马赫曾德强度调制器之间的有效调制臂(有源调制器长度或者调制部分电极)长度比值关系为20：21：22：……：2N-1，即在2N级脉冲幅度调制器中，单个马赫曾德强度调制器有效调制臂长度最长为2N-1L时，最短为2N-NL，且具有上述有效调制臂长度比值关系的每个马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序，可以进行任意顺序的排列，串联起来后都可以实现2N级脉冲幅度调制信号的输出，只需使用时，在每个马赫曾德强度调制器上加载幅度相同的OOK信号即可以工作，对电芯片要求较低。
本发明提供的调制器结构由于是由多个较短的马赫曾德强度调制器串联而成，相对于单个调制器长电极分段来讲，两臂上光信号更加均衡，整体消光比亦优于分段电极的结构，同时，在本发明中，每个马赫曾德强度调制器都带有用来调节调制器工作点的相位偏置点控制电极，每个马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极相互独立；其中，每个所述马赫曾德强度调制器之间的相位偏置点控制电极改变量比值关系为20：21：22：……：2N-1，且具有上述相位偏置点控制电极改变量比值关系的马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序；通过调节这些相位偏置控制电极可以实现多级脉冲幅度调制信号的均衡功能，对整个信号非线性失真进行补偿，具体调制方式为：
将串联的马赫曾德强度调制器的有效调制长度最长的一个工作点通过调整偏置点控制电极设置于正交工作点处，即产生一个消光比较大的OOK信号，然后按照有效调制臂长度由大到小依次设置马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极，以控制作用于光信号的消光比大小，从而控制输出的2N级脉冲幅度调制信号各级脉冲幅度的大小。
本发明相位偏置点控制电极最短(有效调制臂长度最短)的马赫曾德强度调制器输出的脉冲幅度值对应于最靠近眼图中心的两级，依顺序类推，相位偏置点控制电极最长(有效调制臂长度最长)的马赫曾德强度调制器输出的脉冲幅度值对应于离眼图中心最远的两级；设置马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极主要分为以下三种情况：
(1)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级收缩靠向眼图中心位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到消光比较低的位置，具体需要调整到多少可根据两级要靠近眼图中心位置的多少来确定，消光比越小越靠近中间位置。
(2)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级处在平均分配眼图的位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到其消光比处于中间的大小。
(3)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级拉伸远离眼图中心位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到其消光比较大的位置，具体需要调整到多少可根据两级要远离眼图中心位置的多少来确定，消光比越大越远离中间位置。
实施例一。
本实施例为本发明中一种2N级脉冲幅度调制器结构，N取大于1的正整数，如图1所示，从光源输入端口起，从左到右依次包括第一马赫曾德强度调制器、第二马赫曾德强度调制器、第三马赫曾德强度调制器等N个马赫曾德强度调制器，第一马赫曾德强度调制器的输出端口与第二马赫曾德强度调制器的输入端口连接，第二马赫曾德强度调制器的输出端口与第三马赫曾德强度调制器的输入端口连接，依次类推，第N-1马赫曾德强度调制器的输出端口与第N马赫曾德强度调制器的输入端口连接，第一马赫曾德强度调制器的输入端口作为整个2N级脉冲幅度调制器的光源输入端口，第N马赫曾德强度调制器的输出端口作为整个2N级脉冲幅度调制器的2N级脉冲幅度调制信号输出端口。
其中，第一马赫曾德强度调制器带有一个第一相位偏置点控制器(相位偏置点控制电极)，其有效调制臂长度为2N-1L；第二马赫曾德强度调制器带有一个第二相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-2L；依次类推，第N马赫曾德强度调制器带有一个第N相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-NL，即L。
在上述每个马赫曾德强度调制器上通过其KOO驱动器同时施加N个强度相同的电信号，即可调制出2N级脉冲幅度调制信号。
实施例二。
本实施例为本发明中4级脉冲幅度调制器结构，如图2所示，从光源输入端口起，从左到右依次为第一马赫曾德强度调制器和第二马赫曾德强度调制器，第一马赫曾德强度调制器的输出端口直接与第二马赫曾德强度调制器的输入端口连接；第一马赫曾德强度调制器的长度(有效控制臂长)为2L，并带有第一相位偏置点控制器；第二马赫曾德强度调制器的长度为L，带有第二相位偏置点控制器；在第一、第二马赫曾德强度调制器上分别通过第一、第二OOK驱动器施加两个强度相同的OOK电信号，并由第一马赫曾德强度调制器输入端口输入光源，将调制出4级脉冲幅度调制光信号，由第二马赫曾德强度调制器输出端口。其中，长度分别为2L和L的调制器前后顺序可以任意调换，依然可实现4级脉冲幅度调制信号的调制。
在本发明中，由于调制器结构是由多个较短的马赫曾德强度调制器串联而成，相对于单个调制器长电极分段来讲，两臂上光信号更加均衡，整体消光比亦优于分段电极的结构；同时还可以通过可以调整相位偏置点控制电极实现调制信号幅度均衡，对整个信号非线性失真进行补偿，具体调制方式为，将串联的马赫曾德强度调制器的有效调制长度较长的一个工作点通过调整偏置点控制电极设置于正交工作点处，即产生一个消光比较大的OOK信号，然后通过设置有效调制长度相对较短的马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极，控制作用于光信号的消光比大小，从而控制输出的4级脉冲幅度调制信号眼图中心两级对应幅度的大小，如图3、图4和图5所示依次为提高有效调制长度较长臂较短的马赫曾德强度调制器的消光比所获得的信号眼图示意图。设置有效调制长度相对较短的马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极主要分为以下三种情况：
(1)当需要均衡4级脉冲幅度调制信号中间两级的位置使得其收缩靠向眼图中心位置时(如图3所示)，将有效调制臂长度相对较短马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极调整到其消光比较低的位置。
(2)当需要均衡4级脉冲幅度调制信号中间两级的位置处在平均分配眼图的高度上时(如图3所示)，将有效调制臂长度相对较短马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极调整到其消光比处于中间的大小。
(3)当需要均衡4级脉冲幅度调制信号中间两级的位置使得其拉伸远离眼图中心位置时(如图5所示)，将有效调制臂长度相对较短马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极调整到其消光比较大的位置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种实现调制信号幅度均衡的多级脉冲幅度调制器，其特征在于，包括N个串联的马赫曾德强度调制器，N为大于1的正整数，每个所述马赫曾德强度调制器的输出端口连接下一个马赫曾德强度调制器的输入端口，形成一个以第一个马赫曾德强度调制器的输入端口作光源输入端口，最后一个马赫曾德强度调制器的输出端口作为2N级脉冲幅度调制信号输出端口的2N级脉冲幅度调制器，在每个所述马赫曾德强度调制器上加载幅度相同的OOK信号实现2N级脉冲幅度调制信号调制；
其中，每个马赫曾德强度调制器之间的有效调制臂长度比值关系为20：21：22：……：2N-1，且具有上述有效调制臂长度比值关系的马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序。
2.如权利要求1所述的多级脉冲幅度调制器，其特征在于，每个所述马赫曾德强度调制器带有用来调节调制器工作点的相位偏置点控制电极，每个马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极相互独立，通过调节所述相位偏置控制电极可以实现多级脉冲幅度调制信号的均衡功能；
其中，每个所述马赫曾德强度调制器之间的相位偏置点控制电极改变量比值关系为20：21：22：……：2N-1，且具有上述相位偏置点控制电极改变量比值关系的马赫曾德强度调制器的排列不限于上述比例顺序。
3.如权利要求2所述的多级脉冲幅度调制器，其特征在于，通过调整相位偏置点控制电极实现调制信号幅度均衡，具体调制方式为：
将串联的马赫曾德强度调制器的有效调制长度最长的一个工作点通过调整偏置点控制电极设置于正交工作点处，然后按照有效调制臂长度由大到小依次设置马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极，以控制作用于光信号的消光比大小，从而控制输出的2N级脉冲幅度调制信号各级脉冲幅度的大小。
4.如权利要求3所述的多级脉冲幅度调制器，其特征在于，由于有效调制臂长度最短的马赫曾德强度调制器输出的脉冲幅度值对应于最靠近眼图中心的两级，依顺序类推，有效调制臂长度最长的马赫曾德强度调制器输出的脉冲幅度值对应于离眼图中心最远的两级，则设置马赫曾德强度调制器的偏置点控制电极主要分为以下三种情况：
(1)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级收缩靠向眼图中心位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到消光比较低的位置；
(2)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级处在平均分配眼图的位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到其消光比处于中间的大小；
(3)当需要均衡2N级脉冲幅度的位置使得2N级脉冲幅度值对应的两级拉伸远离眼图中心位置时，将对应马赫曾德强度调制器的相位偏置点控制电极调整到其消光比较大的位置。
5.如权利要求4所述的多级脉冲幅度调制器，其特征在于，所述2N级脉冲幅度调制器结构，从光源输入端口起，从左到右依次包括第一马赫曾德强度调制器、第二马赫曾德强度调制器、第三马赫曾德强度调制器等N个马赫曾德强度调制器；
所述第一马赫曾德强度调制器的输出端口与所述第二马赫曾德强度调制器的输入端口连接；所述第二马赫曾德强度调制器的输出端口与所述第三马赫曾德强度调制器的输入端口连接，依次类推，第N-1马赫曾德强度调制器的输出端口与第N马赫曾德强度调制器的输入端口连接，以第一马赫曾德强度调制器的输入端口作为光源输入端口，以第N马赫曾德强度调制器的输出端口作为2N级脉冲幅度调制信号输出端口；
其中，第一马赫曾德强度调制器带有一个第一相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-1L；第二马赫曾德强度调制器带有一个第二相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-2L；依次类推，第N马赫曾德强度调制器带有一个第N相位偏置点控制器，其有效调制臂长度为2N-NL；
在上述每个马赫曾德强度调制器上通过其KOO驱动器同时施加N个强度相同的KOO信号，实现2N级脉冲幅度调制信号调制。
6.如权利要求4所述的多级脉冲幅度调制器，其特征在于，当N取4时，为4级脉冲幅度调制信号调制器，其结构从光源输入端口起、从左到右依次包括：第一马赫曾德强度调制器和第二马赫曾德强度调制器，所述第一马赫曾德强度调制器的输出端口直接与所述第二马赫曾德强度调制器的输入端口连接；第一马赫曾德强度调制器的有效控制臂长度为2L，并带有第一相位偏置点控制器；所述第二马赫曾德强度调制器的有效控制臂长度为L，带有第二相位偏置点控制器；在所述第一马赫曾德强度调制器和第二马赫曾德强度调制器上分别施加两个强度相同的OOK电信号，调制出4级脉冲幅度调制信号。
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