CN107533245B - 无抖动偏置控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于调制光信号的马赫‑曾德尔调制器，包括：多个调制波导部；至少一个偏置电极，该至少一个偏置电极与至少一个调制波导部进行电通信并被配置成将至少一个电偏置信号施加至所述调制波导部的一者或多者；以及输出光组合器，该输出光组合器包括多个输入和多个输出，其中所述组合器的多个输入与所述多个调制波导部的输出侧进行光通信，以及其中所述组合器的多个输出是监视器输出。

Description

无抖动偏置控制
技术领域
本发明涉及光调制器的偏置。更具体地，本发明涉及但不限于马赫-曾德尔光调制器的偏置。
背景技术
在本说明书中，术语“光”将被使用，其在光学系统中使用的意义并不仅仅意味着可见光，而还意味着具有可见范围之外的波长的电磁辐射。
通过向具有低频的调制器偏置添加“音调(tone)”来控制马赫-曾德尔(MZ)调制器的偏置设置是众所周知的，该调制器偏压可以使用以比调制速度更低的速度工作的电子装置和光电探测器进行检测，以实现允许低噪音和低成本。该低频音调被输入到调制器并以平均值由在调制器的输出端的光电探测器(PD)来监测，并且调节调制器的偏置电压，直到发现最小的光输出。施加到调制器的音调增加和减小偏置电压，使得当由PD测量的输出随着偏置电压的增加或减小而上升时，可以发现最小的光输出。该过程称为偏置电压的“抖动”。
对偏置电压进行抖动的方法的替代方案如所述是已知的，例如在US6700907中，其中控制器使用监视的MZ激光调制器的光电流输出信号的监视值执行交错DC偏置和增益控制例程，以导出设置调制驱动信号的增益和设置DC偏置电平的偏置电平。
目前市场上需要降低诸如磷化铟(InP)调制器的设备件的功耗，并因此期望针对这些调制器使用较低的驱动电压。来自以较低振幅驱动的调制器的信号可以被半导体光放大器(SOA)放大，以便达到所需的线路传输功率。总体来说，低功率驱动MZ和SOA的组合导致设备消耗更少的功率并且散发较少的热量。较低的驱动电压导致MZ输出端的信号的振幅较小，因此，当使用颤音来控制偏置点时，相对于输出信号，音调的幅度可能变大(significant)，并引起传输问题。
广义地说，现有技术使用控制系统将监视器PD工作点设置在相位调制的最小值(或互补输出的最大值)上。控制系统可以使用爬山(hill-climbing)或抖动来查找最大/最小值。在任何情况下，系统需要从理想工作点进行一些移动以检测最大/最小值。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于调制光信号的MZ调制器，包括：多个调制波导部(modulating waveguide section)；与至少一个调制波导部电通信并且被配置为向一个或多个调制波导部施加至少一个电偏置信号的至少一个偏置电极；以及包括多个输入和多个输出的输出光组合器，其中所述组合器的所述多个输入与所述多个调制波导部的输出侧进行光通信，并且其中所述组合器的多个输出为监视输出。
应注意，“电通信”包含用于传递电编码数据的任何手段。电通信可以是有线或无线通信链路，并且可以利用本领域技术人员已知的任何通信协议。
还应注意，“光耦合”包含可以在元件之间传递光编码数据的任何手段。光耦合可以由波导部或类似的传输媒介来提供，或者可以经由元件之间的间隙来提供。该间隙内可以是空气，其它气体或真空。
可选地，偏置信号确定器被配置为基于从所述组合器的多个监视器输出接收到的信号来确定所述至少一个电偏置信号中的误差。
可选地，偏置信号确定器被配置为基于所述组合器的所述监视器输出中的两者之间的差异来确定所述误差。
可选地，所述组合器是n x n组合器并且n大于2。
可选地，所述组合器是3x 3组合器，并且其中所述3x 3组合器的所述多个输入中的一者与所述调制波导部的组合输出进行光通信。
可选地，另一nxn组合器包括多个输入和多个输出，其中所述另一组合器的多个输入与所述组合器的一个或多个所述监视器输出进行光通信，以及其中所述偏置信号生成器被配置为基于从所述另一耦合器的所述多个输出接收到的信号来确定所述至少一个电偏置信号中的所述误差。
可选地，所述调制器是包括上述嵌套在外MZ结构内的多个MZ调制器的I&Q调制器装置，其中所述偏置信号确定器被配置为确定I和Q电偏置信号中的每一者中的误差。
可选地，所述外MZ结构包括具有多个监视器输出的光组合器，用于确定外相电偏置信号中的误差。
可选地，所述调制器包括四个调制波导部，其中所述输出光组合器包括四个输入，并且每个调制波导部与所述组合器的输入进行光通信。
可选地，所述组合器包括四个输出。
可选地，所述偏置信号确定器被配置成基于以下等式确定至少一个电偏置信号中的所述误差：
ε＝A(p-s)
其中ε是所述电偏置信号中的误差的矢量，A是在调制器的校准期间确定的检测器矩阵，p包括所述另一组合器的所述输出的矢量。
可选地，p包括所述另一组合器的所述输出的所述矢量除以那些输出的和，s是在调制器的校准期间确定的设定点矢量。
可选地，所述偏置信号确定器被配置成确定在设置所述偏置信号以优化调制器的所述输出时的矢量s。
可选地，所述偏置信号确定器被配置成通过确定将所述偏置信号设置为偏置条件的三个线性独立集合中的每一者时的p-s及确定伪逆来通过以下等式确定矩阵A：
Figure GDA0002830709530000041
可选地，使用配置成向所述偏置信号确定器传送所测量的信号的至少一个光电探测器来测量所述另一组合器的所述输出。
可选地，所述组合器经由至少一个修剪器(trimmer)与所述另一组合进行光通信。
可选地，耦合器和/或所述另一耦合器包括多模干涉MMI耦合器。
根据前述权利要求中任一项所述的马赫-曾德尔调制器可以包括多个嵌套的调制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定马赫-曾德尔调制器中的至少一个电偏置信号中的误差的方法，所述调制器包括多个调制波导部和至少一个偏置电极，该偏置电极与至少一个调制波导部进行电通信并且被配置为向一个或多个调制波导部施加至少一个电偏置信号，所述方法包括：在与所述多个调制波导部的输出侧进行光通信的输出光组合器处接收光信号，并将所述光信号通过所述组合器传播到其多个输出端；在所述组合器的一个输出处提供所述调制器的光输出并在所述组合器的多个输出的多个剩余部分处提供多个监视器输出；以及基于所接收到的监视器输出确定所述至少一个电偏置信号中的误差。
可选地，所述至少一个电偏置信号中的所述误差在偏置信号生成器处被确定。
可选地，所述偏置信号确定器基于所述组合器的所述监视输出中的两者之间的差异确定所述误差。
可选地，所述组合器是3x 3组合器，并且其中在所述3x 3组合器的多个输入中的一者处从所述调制波导部的组合输出接收所述光信号。
可选地，所述方法还包括在另一组合器的多个输入处接收多个监视器输出，将剩余的光信号传播到其多个输出，并通过偏置信号生成器基于从所述另一组合器的所述多个输出接收到的信号来确定所述至少一个电偏置信号中的所述误差。
可选地，所述调制器是I&Q调制器装置，该I&Q调制器装置包括嵌套在外MZ调制器结构内的调制器、同相I偏置电极和正交相位Q偏置电极，所述偏置信号确定器确定I和Q电偏置信号中的误差。
可选地，外MZ结构包括具有多个监视器输出和相位偏置电极的光组合器，所述偏置信号确定器基于所述多个监视器输出来确定所述相位电偏置信号中的误差。
可选地，调制器包括四个调制波导部，并且其中所述输出光组合器包括四个输入，并且每个调制波导部与所述组合器的输入进行光通信。
可选地，所述组合器包括四个输出。
可选地，所述偏置信号确定器基于以下等式确定至少一个电偏置信号中的所述误差：
ε＝A(p-s)
其中ε是所述电偏置信号中的误差的矢量，A是在调制器的校准期间确定的检测器矩阵，p包括所述另一组合器的所述输出的矢量。
可选地，p包括所述另一组合器的所述输出的矢量除以那些输出的和，s是在调制器的校准期间确定的设定点矢量。
可选地，所述偏置信号确定器确定在设置所述偏置信号以优化调制器的所述输出时的矢量s。
可选地，所述偏置信号确定器通过确定将所述偏置信号设置为偏置条件的三个线性独立集合中的每一者时的p-s及确定伪逆来通过以下等式确定矩阵A：
Figure GDA0002830709530000061
可选地，使用至少一个光电探测器来测量从所述另一组合器输出的剩余光信号，所测量的信号被传送至所述偏置信号确定器。
可选地，所述组合器经由至少一个修剪器与所述另一组合器进行光通信。
根据本发明的另一方面，提供计算机程序，该计算机程序包括指令，当在至少一个处理器上执行该指令时促使所述至少一个处理器执行上述方法中的任意方法。
根据本发明的又一方面，提供载体，该载体包含所述计算机程序，其中所述载体是电信号、光信号、无线电信号或非暂时性计算机可读存储介质中的一者。
附图说明
于此参考附图公开了本发明的示例性实施方式，其中：
图1a和1b是示出MZ调制器的原理的调制波导部的示意图；
图2a和2b是MZ调制器的示意图；
图3是MZ调制器的示意图；
图4是MZ调制器的光场强度和光功率对调制器驱动电压的图；
图5是MZ调制器的示意图；
图6是I&Q MZ调制器的示意图；
图7是I&Q MZ调制器的示意图；
图8示出I&Q MZ调制器的示意图；
图9示出来自MZ调制器的多模指数耦合器的四个输出的每一者的星座图；
图10示出I&Q MZ调制器的示意图；
图11示出用于确定MZ调制器中至少一个偏置信号中的误差的方法；
图12示出I&Q MZ调制器的示意图；以及
图13示出I&Q MZ调制器的示意图。
具体实施方式
通常，于此公开的是允许使用低驱动电压的调制器的更好的控制系统信噪比的方法和装置。传统的全驱动调制器需要2Vπ的峰-峰驱动摆幅(见下文)，而当使用于此公开的方法和装置时，类似的调制器可能仅以0.1至0.6Vπ的摆幅驱动。例如，差分驱动的32Gb/s磷化铟调制器可以具有1.6伏特单端(Vse)的Vπ，在这种情况下，低驱动摆幅将在0.16至0.96Vse的范围内。于此公开的方法和装置允许使用中档信号代替最大或最小信号来反馈。在特定的示例性方法和装置中，用于耦合MZ调制器的调制波导部的耦合器包括调制器输出和多个监视器输出。这允许基于监视器输出之间的差异来确定调制器的偏置电压。在特定的方法和装置中，使用中档信号进行反馈可能会带来更多的PD的成本。与校准中档点的偏差提供了没有爬山(hill-climb)或抖动的签名误差，允许一个可以位于其理想点的不需要使用抖动或爬山(hill-climbing)来对附近进行搜索的更简单、“更安静”的控制系统。
图1a和1b是示出马赫-曾德尔调制器运行的基本原理的示意图。波导100a、100b中的材料被配置成随施加到材料上的电压(或电场)的变化来改变材料的折射率。调制器可以包括波导100a、100b以及施加调制电压的电极(未示出)。
在图1a中，没有调制电压被施加到波导100a，并且输入光信号102a通过因为材料的折射率没有改变而未受影响的波导100a。因此，输出光信号104a与输入光信号102a在相位上基本相等。这通过a位于输入光信号502a和输出光信号504a的波形上的相同位置的虚线103a、105a来示出。在图1a的示例性EO调制器100a中，调制电压V被设置为等于零伏的Von。
在图1b中，调制电压被施加到调制器100b的电极，使得波导100b在区域106中被“反向偏置”。这具有改变区域106中材料的折射率的效果。因此，输入光信号102b的相位在其通过波导部100b时发生变化。这通过位于输入光信号102b和输出光信号104b的波形上的不同位置的虚线103b、105b来示出。在图1b的示例性EO调制器100b中，调制电压V被设置为小于零伏的Voff。
图2a和2b示出不同偏置条件下示例性MZ调制器200a、200b的示意图。
调制器200a、200b包括输入波导部202和输出波导部204。输入202和输出204波导部经由调制波导部206进行光通信。调制波导部206包括配置成分割输入光信号212a、212b的第一波导208和第二波导210。输入信号212a、212b被分割，以使得输入信号212a、212b的第一部分214a、214b通过第一波导208来传播，以及输入信号212a、212b的第二部分216a、216b通过第二波导210来传播。输入信号212a、212b的第一部分和第二部分214a、214b、216a、216b被重新组合以形成输出信号218a、218b，该输出信号218a、218b从输出波导部204输出。这是MZ调制器的总体布置。输入光信号212a、212b的分割和重新组合成输出信号218a、218b可以通过耦合器来进行。
参考图2a，输入光信号212a进入输入波导部202。输入光信号可以从激光二极管发出。输入信号212a被分割成第一部分214a和第二部分216a，这两部分通过调制波导部206的第一波导208和第二波导210来传播。信号的第一部分214a和第二部分216a在输出波导部被重新组合以形成输出信号218a。
至少一个电极位于第一波导上并且被配置成施加调制电压。调制电压被设置成Von，在示例中其等于零伏。调制器200a或更具体地第一波导208因而是无偏置的。因此，第一波导214a的折射率不存在变化。因此光信号的第一部分214a和第二部分216a通过第一波导部208和第二波导部210传播并且相位没有变化。这可以通过点线209a看出，其示出信号214a、216a是同相的。当光信号的部分214a和216a被重新组合时，它们相互建设性干扰以产生基本上等于输入光信号212a的输出光信号218a，忽略了波导中经历的正常相位变化和损耗。
参考图2b，调制电压被设置成Voff，在示例中其小于零伏。因此，调制器200b或更具体地第一波导208被反向偏置。这具有改变第一波导部分208中半导体材料的折射率的效果。第一波导208的折射率的改变导致相移被施加至光信号的第一部分214b。因而，当光信号的第一部分214b和第二部分216b中的每一者分别达到第一波导部分208和第二波导部分210的端部时，光信号的第一部分214b和第二部分216b异相的。这通过虚线209b示出，其示出光信号的第一部分214b和第二部分216b是异相的。在最大218a和最小218b调制器输出功率的条件之间转换所需的电压变化可以被称为Vπ(Vpi)。
当光信号的第一部分214b和第二部分216b在输出波导部204中被重新组合时，它们彼此干扰以产生不同于输入光信号212b的输出光信号218b。在图2b的示例性调制器200b中。当与输入光信号212b相比时，输出光信号218b具有较小的幅度。
通过在图2a和图2b所描述的条件之间偏置调制器并且将具有Vπ摆幅的调制信号施加到调制器的电极，输出光信号218a、218b可以进行幅度调制以运载数据。类似地，通过在图2b所描述的零条件下偏置调制器并且将具有2Vπ的摆幅的调制信号施加到调制器的电极，输出光信号218a、218b可以进行相位调制以运载数据。
如图3所示，在MZ调制器300的实际实施中，数据电极350、352与第一波导208和第二波导210二者进行电通信。然后可以将两个电极结合使用以施加总调制电压。也就是说，调制器300的总调制电压是由每个电极施加的调制电压的总和。此外，应该注意，制造公差可导致第一波导208和第二波导210具有不同性能。因此，附加偏置电极354、356可以与第一波导208和第二波导210进行电通信，以恰当地偏置调制器。
调制器300还包括输出耦合器358。耦合器358包括两个输入，每个输入与调制波导部308、310进行光通信。耦合器358还包括两个输出360、362。第一输出360是调制器300的输出以及第二输出362是监视器输出，监视器输出是输出信号460的互补(complimentary)信号(即180度异相)，并且其被用于确定偏置电极354、356的偏置电压。这通常使用抖动来完成。
图4示出MZ调制器的光场强度和光功率对调制器驱动(或偏置)电压的图。在图4的示例性图中，偏置电压可以被设置为零伏，使得调制器在光场在零伏的任一侧上线性变化的范围内操作，并且耦合数据信号的AC使调制器的输出光场在正负之间摆动。
在该配置中，任何幅度的耦合数据信号的AC将导致光输出的相位调制。然而，随着数据信号摆动减小，光输出功率急剧下降，并且抖动反馈信号的信噪比降低。光放大(例如通过半导体光放大器或掺铒光纤放大器)可以恢复主光输出处的功率损耗，尽管光信噪比有一些降低。但是，在检测抖动的控制系统光电探测器之前放置光放大器可能需要增加设备尺寸、复杂性和成本；可能消耗大量的电力；和/或可能产生由放大过程降级的控制系统信号。
图5示出MZ调制器500的示意图。调制器500的许多特征与图3中示出的调制器300的特征相同或类似并且于此不在进行详细地解释。这些特征被给定对应的附图标记。
调制器500包括调制器500输出处的耦合器558。耦合器被配置成接收来自调制波导部508、510的光信号并被配置成具有多个监视器输出562、564。两个监视器输出562、564不与调制器输出560互补，但是每个监视器输出在调制器输出560的任一侧上相差90度。因而，两个监视器562、564之间的差异提供关于调制器输出560的信息。这可以被用于确定偏置电极554、556的恰当的偏置信号。在示例性方法和装置中，当监视器输出562,564之间的差异为零时，调制器输出560可以被认为是最小的。因此可以确定偏置信号以使监视器输出562、564之间的差异保持为零。不需要抖动。在其他示例性的MZ调制器中，输出耦合器可以包括两个以上的监视器输出。
图6示出I&Q MZ调制器600，其中已经嵌套了如图3所示的两个MZ调制器。也就是说，两个MZ调制器300并联布置，使得第一调制器处于同相(I)并且第二调制器是正交相位(Q)。在抖动偏置布置中，I和Q偏置电压被抖动以寻找I&Q调制器600的最小平均输出功率。相位(P)偏置电压也可以施加在I和Q调制器每一者的输出端。在抖动偏置布置中，P偏置电压被抖动以最小化I和Q调制器之间的射频(RF)干扰。
图7示出包括多个嵌套MZ调制器400a、400b的I&Q MZ调制器700。多个MZ调制器中的每一者的操作原理与MZ调制器400的操作原理类似或相同，因为每个MZ调制器包括多个监视器输出562a、564a、562b、564b。多个监视器输出562a、564a、562b、564b的相应对之间的差异可以被用于确定调制器输出560a、560b何时处于最小值，并因此被用于确定偏置电压。
图8示出包括与图3的MZ调制器中类似特征的示例性I&Q MZ调制器800。第一(同相)MZ调制器802a被配置为与第二(正交相位)MZ调制器802b并联。关于调制器800的描述是关于第一(I)MZ调制器802a而提供的，但应该注意，相同的描述通常可以应用于第二(Q)调制器802b，并且附图标记将以与‘a’相对的后缀‘b’来表示。
如参考图3所解释的，第一MZ调制器802a包括输入波导部804a和调制波导部806a。调制波导部806a包括被配置为分割输入光信号的第一波导808a和第二波导810a。输入信号被分割以使得输入信号的第一部分通过第一波导808a传播以及输入信号的第二部分通过第二波导810a传播。类似的特征存在于第二MZ调制器802b中。此外，公共输入波导部805被配置成接收输入信号并将输入信号分割至MZ调制器802a、802b的输入波导部804a、804b中。
I&Q MZ调制器800还包括多模干涉(MMI)耦合器812。在图8的示例性I&Q MZ调制器800中，MMI耦合器是4x4(即四个输入和四个输出)的MMI耦合器，但是其它示例性MZ调制器可以包括其他它配置的MMI耦合器。
I&Q MZ调制器800的第一调制波导部和第二调制波导部808a、808b、810a、810b的每一者被光耦合至MMI耦合器812的输入。MMI耦合器的输入可以被认为是输入1-4，在这种情况下可以使用以下光耦合：
第二MZ 802b的第二调制波导810b→输入1
第二MZ 802b的第一调制波导808b→输入2
第一MZ 802a的第二调制波导810a→输入3
第一MZ 802a的第一调制波导808a→输入4
使用这种配置，MMI耦合器812的输出还可以被编号1-4。MMI耦合器812的输入和输出的号码在图8中示出。
图9示出MMI耦合器712的输出1-4中每一者的星座图。输出1是调制器的输出信号并且输出2-4是监视器输出，其可以被用于确定调制器偏置中的误差。对于星座图的介绍，参见http://en.wikipedia.org/wiki/Constellation_diagram。按照检测符号的采样时间，光电场的余弦和正弦分量分别沿着x和y轴被标绘。仅考虑到端口1输出，星座图的四个点显示表示I&Q的四个不同符号的场。
图9示出图8的调制器可以被偏置，使得MMI输出1产生期望的I&Q调制。因此，输出1可以被用作调制器的输出。在相同的偏置条件下，输出2、3和4不产生有用的调制输出，但是它们中的一者或多者可以被用于偏置控制。例如，输出1-4可以光耦合到PD，从而可以提取偏置信号。为了经济性和低噪声，示例性方法和装置可以使用低速PD。这些PD可以具有从DC到大约1MHz的频率响应，并且不会看到GHz调制。
输出1包括I&Q MZ调制器800所需的光输出，即输出1处的星座为I&Q所需的形式。输出2-4包括与调制器700的偏置误差有关的信息，或者换种说法，输出2-4随着偏置变化而变化。因此，调制器800的输出可以取自MMI耦合器812的输出1，并且调制器812的偏置电压可以基于剩余输出中的一者或多者来确定。
MMI耦合器依赖于平板波导中的简单衍射，以产生输入光场和输出光场之间幅度和相位关系的期望集。
图10示出示例性I&Q MZ调制器1000。调制器1000的光输出取自第一MMI耦合器1012的输出1，第一MMI耦合器1012光耦合到第一调制波导部和第二调制波导部，如上面关于图8所解释的。调制器1000还包括光耦合到第一MMI耦合器1012的输出2-4的第二MMI耦合器1014。在图10的示例性调制器1000中，第一MMI耦合器1012的输出2-4被光耦合到第二MMI耦合器1014的输入1-3(如上所定义的)。
第一MMI耦合器1012可经由一个或多个修剪器1016a-c光耦合到第二MMI耦合器1014。修剪器1016a-c是可选的。修剪器1016a-c可以被用于在MMI耦合器和波导制造之后通过调整传输相位和/或每个修剪器的损失来改善产品产量，以提高条件数(参见下文)。如果优化的掩模设计和可重复的生产过程导致具有可接受的条件数的装置的足够产量，则可以省略修剪器1016a-c。
在图10中，修剪器1016a-c被示为连接第一MMI耦合器1012和第二MMI耦合器1014的三个短单模波导。透射光的幅度和相位将受到通过这三个波导中每一者的传播的影响。在到达第二MMI耦合器1014时通过相位修剪器1016a-c传播的三个信号的相对幅度和相位的变化将改变检测器矩阵A(参见下文)。如果通过校准A被确定为具有高条件数(参见下文)，则可以修剪传播通过修剪器1016a-c的三个信号中的一者或多者的幅度或相位中的一者或多者。这可能导致重新校准后的改善条件数。
所有波导和MMI耦合器可以使用单个掩模来制造。制造公差可以是这样的，一旦已经确定了所期望的幅度和/或相位，校准后调制器产量将不会被不合适的高条件数显着地降低，在这种情况下可以不需要修剪器。替代方案是每个调制器或每个生产运行可能需要调整修剪器以减少条件数并提高产量的设计。
在图10的示例性调制器1000中，I偏置、Q偏置和P偏置中每一者的偏置误差可以通过以下来确定：
ε3x1＝A3x4(p4x1-s4x1)
其中：
ε3x1是偏置误差的矢量
Figure GDA0002830709530000141
p4x1是第二MMI耦合器1014的输出1-4处的光电流的矢量除以那些光电流的和；
A3x4是调制器1000的校准期间确定的检测器矩阵；以及
S4x1是在调制器1000的校准期间确定的设定点矢量。
图10的配置导致最佳条件数，在优化修剪器之后大约为1.6。通过利用两个MMI耦合器4x4，可以重复使用单个MMI设计，从而利用了针对Oclaro相干接收机开发的现有4x4设计。
图11示出用于确定MZ调制器的至少一个偏置电压中的误差信号。
通过确定1100设定点矢量s开始校准。首先，偏置反馈环路被关闭，并且任何方法可以被使用来设置I偏置、Q偏置和P偏置以优化调制器的输出。例如，在使用光调制分析仪监测调制器的输出的同时，I、Q和P偏置可以通过反复试验来设置，以评估传送的张开度(eye opening)和星座质量。这确定一组产生最佳调制的I、Q和P偏置。在该条件下，s＝p，第二MMI耦合器914的输出1-4处的光电流的矢量，除以这些光电流的总和。还要注意I0、Q0和P0的理想偏置，以便随后在校准中使用。
然后使用多变量线性回归确定检测器矩阵A。注意，对于非常大的偏置误差，所有PD信号变为非线性。为了使线性回归工作，偏置误差应足够小，使得PD信号关于偏置的变化而大致线性变化。通常，偏置误差在±Vπ/10的范围内，因此易于满足要求。在校准期间，偏置误差被直接控制，并且可以保持足够小以符合该条件。在运行期间，只有调制器特性的微小漂移是预期的，使得与初始设定点的偏置变化会很小。四个PD信号除以它们的和是矢量p的元素。将PD信号除以它们的和(归一化)，以不依赖于光功率来保持结果。
元素pi＝PDi/(4PDi的和)，i＝1..4
在激光功率没有显着变化的情况下(例如由于功率控制反馈回路)，那么可以不需要PD信号的归一化。然而，由于偏置误差是p-s的线性函数，并且在校准之后s不会改变，所以归一化可能是优选的选择。
在三个线性独立的偏置条件集合上测量p个矢量1102。对此最直接的方法是将三个偏置中的每一者改变一个已知的小数量，每次测量一个新的p-s。例如，对应于第一已知误差矢量，偏置可以被设置为I0+dI、Q0和P0。
Figure GDA0002830709530000151
然后可以测量4×1矢量v1＝p-s，其中p是第二MMI耦合器914的输出1-4处的光电流的矢量除以那些光电流的和，以及s是预先确定的设置点矢量。
然后可以在对应于
Figure GDA0002830709530000161
的I0、Q0+dQ及P0的偏置的情况下测量矢量v2；以及可以在对应于
Figure GDA0002830709530000162
的I0、Q0及P0+dP的偏置的情况下测量矢量v3。然后将列矢量εn和vn分组以形成矩阵，并且使用伪逆(即Moore-Penrose逆)计算的检测器矩阵A1104：
Figure GDA0002830709530000163
偏置误差可以使用A、p和s来计算1106，并且可以被反馈到I、Q和P偏置电路，以校正由这些电路施加到调制器1000的偏置电压。
示例性调制器1000可以被配置成将输出矢量p传送到偏置信号确定器1016。偏置信号确定器1016可以包括至少一个存储器1018和至少一个处理器1020。存储器1018可以包括非易失性存储器和/或易失性存储器。存储器1018可以具有存储在其中的计算机程序1022。计算机程序1022可以被配置成承担本文公开的方法。计算机程序1022可以从存储有计算机程序的非暂时性计算机可读介质1024加载到存储器1018中。处理器1020被配置成至少承担基于偏置误差矢量p确定每个偏置电极的偏置信号的功能，如于此所述。
示例性调制器1000提供以下优点：如当前调制器中，通过经由耦合器抽出(tap)光而不会浪费光；在第二MMI耦合器1014的输出处的矢量p中测量的光电流是高的，这增加了信噪比；并且校准与激光功率的变化无关。
如图12所示，第二MMI耦合器可以是3x3MMI耦合器(即，三个输入和三个输出)，并且可以不在第一MMI和第二MMI之间设置修剪器。这在某些方面是最简单的方法，因为只需要三个PD，修剪器被消除，并且两个MMI耦合器可以组合成具有四个输入波导、在中心附近出去的单个主输出波导和至监视器PD的三个输出波导的单个设备。建模预测约为53的条件数(见关于校准的部分)。
如图13所示，第二MMI耦合器可以是3x3MMI耦合器，并且修剪器可以位于第一MMI和第二MMI之间。这种方法需要被分离的两个MMI耦合器，并且仍然使用三个监视器PD。在优化修剪器之后，建模预测约为22的条件数。
于此描述的任何光调制器可以成对使用，具有使用偏振组合器复用的两个光输出。所产生的双极化信号可以运载每个单独调制器的两倍的数据速率。
计算机程序可以被配置成为提供任何上述方法。计算机程序可以在计算机可读介质上被提供。计算机程序可以是计算机程序产品。产品可以包括非暂时性计算机可用存储介质。计算机程序产品可以具有实施在配置成执行方法的介质中的计算机可读程序代码。计算机程序产品可以被配置成促使至少一个处理器执行部分或所有方法。
于此参照计算机实施的方法、装置(系统和/或设备)和/或计算机程序产品的方框图或流程图描述了各种方法和装置。应当理解，框图和/或流程图的块以及框图和/或流程图中的块的组合可以通过由一个或多个计算机电路执行的计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机电路、专用计算机电路和/或其他可编程数据处理电路的处理器电路以生产机器，使得经由计算机的处理器和/或其他可编程数据处理设备执行的指令变换和控制晶体管、存储在存储器位置中的值以及这些电路中的其他硬件组件，以实现框图和/或一个或多个流程块中指定的功能/动作，从而创建用于实施框图和/或流程块(一个或多个)中指定的功能/动作的装置(功能)和/或结构。
计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生一种包括指令的产品，该指令实施框图和/或一个或多个流程块中指定的功能/动作。
有形的、非暂时性计算机可读介质可以包括电子、磁、光、电磁或半导体数据存储系统、装置或设备。计算机可读介质的更具体的示例将包括以下：便携式计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)电路、只读存储器(ROM)电路、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)电路、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)和便携式数字视频盘只读存储器(DVD/蓝光)。
计算机程序指令还可以被加载到计算机和/或其他可编程数据处理装置上，以促使在计算机和/或其他可编程装置上执行一系列操作步骤来产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施框图和/或一个或多个流程块中指定的功能/动作的步骤。
因此，本发明可以在处理器上运行的硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)中实现，其可以统称为“电路”、“模块”或其变体。
还应当注意，在一些替代实施方式中，块中记录的功能/动作可以不按照流程图所示的顺序进行。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行块。此外，流程图和/或框图的给定块的功能可以被分成多个块，和/或可以至少部分地整体化流程图和/或框图的两个或多个块的功能。最后，可以在所示的块之间添加/插入其他块。
在不背离所附权利要求的范围的情况下，技术人员将能够设想其他实施方式。

Claims (28)

1.一种用于调制光信号的马赫-曾德尔MZ调制器，包括：
多个调制波导部；
至少一个偏置电极，与至少一个调制波导部进行电通信并被配置成将至少一个电偏置信号施加至所述调制波导部的一者或多者；
输出光组合器，包括多个输入和多个输出，其中所述组合器的所述多个输入与所述多个调制波导部的输出侧进行光通信，以及其中所述多个输出包括信号输出以及多个监视器输出；其中所述组合器是n×n组合器并且n大于2；以及
偏置信号确定器，被配置成基于从所述多个监视器输出中的两者之间的差异，来确定所述至少一个电偏置信号中的误差。
2.根据权利要求1所述的调制器，进一步包括另一n×n组合器，该另一n×n组合器包括多个输入和多个输出，其中所述另一n×n组合器的多个输入与所述组合器的所述监视器输出的一者或多者进行光通信，以及其中所述偏置信号确定器被配置成基于从所述另一n×n组合器的所述多个输出接收到的信号来确定所述至少一个电偏置信号中的所述误差。
3.根据权利要求1所述的调制器，包括四个调制波导部，其中所述输出光组合器包括四个输入并且所述调制波导部中每一者与所述组合器的输入进行光通信。
4.根据权利要求3所述的调制器，其中所述组合器包括四个输出。
5.根据权利要求2所述的调制器，其中所述偏置信号确定器被配置成基于以下等式确定至少一个电偏置信号中的所述误差：
ε＝A(p-s)
其中，ε是所述电偏置信号中的误差的矢量，A是在所述调制器校正期间确定的检测器矩阵，p包括所述另一n×n组合器的所述多个输出的矢量，而s是在所述调制器校准期间确定的设置点矢量。
6.根据权利要求5所述的调制器，其中p包括所述另一n×n组合器的所述输出的所述矢量除以那些输出的和。
7.根据权利要求5所述的调制器，其中所述偏置信号确定器被配置成确定在所述偏置信号被设置以优化所述调制器的输出时的所述矢量s。
8.根据权利要求5所述的调制器，其中所述偏置信号确定器被配置成通过确定v及确定伪逆来通过以下等式确定矩阵A，其中在所述偏置信号被设置为偏置条件的三个线性独立集合中的每一者时，v＝p-s：
Figure FDA0002830709520000021
其中v1在偏置条件I0+dI、Q0及P0下被测量；v2在偏置条件I0、Q0+dQ及P0下被测量；以及v3在偏置条件I0、Qo及P0+dP下被测量，以及其中dI是对初始偏置条件I0进行的已知的小数量的改变，dQ是对初始偏置条件Q0进行的已知的小数量的改变，以及dP是对初始偏置条件P0进行的已知的小数量的改变。
9.根据权利要求2所述的调制器，其中使用被配置成向所述偏置信号确定器传送所测量的信号的至少一个光电探测器来测量所述另一n×n组合器的所述输出。
10.根据权利要求5所述的调制器，其中所述组合器经由至少一个修剪器与所述另一n×n组合器进行光通信。
11.根据权利要求2所述的调制器，其中所述组合器和/或所述另一n×n组合器包括多模干涉MMI耦合器。
12.一种I&Q调制器装置，该I&Q调制器装置包括嵌套在外MZ结构内的多个根据权利要求1所述的MZ调制器，其中所述偏置信号确定器被配置成确定I和Q电偏置信号中每一者中的误差。
13.根据权利要求12所述的I&Q调制器装置，其中所述外MZ结构包括光组合器，该光组合器具有多个监视器输出，用于确定外相电偏置信号中的误差。
14.一种马赫-曾德尔MZ调制器，该马赫-曾德尔MZ调制器包括多个嵌套的根据权利要求1所述的调制器。
15.一种用于确定马赫-曾德尔MZ调制器中至少一个电偏置信号中的误差的方法，所述调制器包括多个调制波导部和至少一个偏置电极，该至少一个偏置电极与至少一个调制波导部进行电通信并被配置成向所述调制波导部中的一者或多者施加至少一个电偏置信号，所述方法包括：
在与所述多个调制波导部的输出侧进行光通信的输出光组合器处接收光信号并通过所述组合器将该光信号传播至其多个输出；
在所述组合器的一个输出处提供所述调制器的光输出并在所述组合器的多个输出的多个剩余输出处提供多个监视器输出；其中所述组合器是n×n组合器并且n大于2；以及
在偏置信号确定器处，基于所述多个监视器输出中的两者之间的差异来确定所述至少一个电偏置信号中的误差。
16.根据权利要求15所述的方法，该方法进一步包括在另一组合器的多个输入处接收所述多个监视器输出，将剩余的光信号传播至其多个输出并通过所述偏置信号确定器基于从所述另一组合器的所述多个输出接收到的信号来确定所述至少一个电偏置信号中的所述误差。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述调制器是I&Q调制器装置，该I&Q调制器装置包括多个所述调制器，其中这些调制器嵌套在外MZ调制器结构内、同相I偏置电极和正交相位Q偏置电极，所述偏置信号确定器确定I和Q电偏置信号中的误差。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述外MZ结构包括具有多个监视器输出和相位偏置电极的光组合器，所述偏置信号确定器基于所述多个监视器输出来确定相位电偏置信号中的误差。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述调制器包括四个调制波导部，并且其中所述输出光组合器包括四个输入以及所述调制波导部中的每一者与所述组合器的输入进行光通信。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述组合器包括四个输出。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述偏置信号确定器基于以下等式确定至少一个电偏置信号中的所述误差：
ε＝A(p-s)
其中，ε是所述电偏置信号中的误差的矢量，A是在所述调制器校正期间确定的检测器矩阵，p包括所述另一组合器的所述多个输出的矢量，而s是在所述调制器校准期间确定的设置点矢量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述p包括所述另一组合器的所述输出的所述矢量除以那些输出的和。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述偏置信号确定器确定在所述偏置信号被设置以优化所述调制器的输出时的所述矢量s。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述偏置信号确定器通过确定v及确定伪逆来通过以下等式确定矩阵A，其中在所述偏置信号被设置为偏置条件的三个线性独立集合中的每一者时，v＝p-s：
Figure FDA0002830709520000051
其中v1在偏置条件I0+dI、Q0及P0下被测量；v2在偏置条件I0、Q0+dQ及P0下被测量；以及v3在偏置条件I0、Qo及P0+dP下被测量，以及其中dI是对初始偏置条件I0进行的已知的小数量的改变，dQ是对初始偏置条件Q0进行的已知的小数量的改变，以及dP是对初始偏置条件P0进行的已知的小数量的改变。
25.根据权利要求15所述的方法，其中使用至少一个光电探测器来测量从另一组合器输出的剩余光信号，所测量的信号被传送至所述偏置信号确定器。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述组合器经由至少一个修剪器与所述另一组合器进行光通信。
27.一种计算机程序，该计算机程序包括指令，当在至少一个处理器上执行所述指令时促使所述至少一个处理器执行根据权利要求15所述的方法。
28.一种载体，该载体包含权利要求27所述的计算机程序，其中所述载体是电信号、光信号、无线电信号或非暂时性计算机可读存储介质中的一者。
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