CN108616310B - 基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法 - Google Patents

基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法：将激光输入马赫增德尔调制器，第一光耦合器将所输入的激光处理为等光强的两束激光后分别输出到上调制臂和下调制臂，所述上调制臂包括波导、掺杂区以及上臂驱动电极，所述下调制臂包括波导、掺杂区以及下臂驱动电极，其中，上臂驱动电极和下臂驱动电极其中一个的长度为另一个的长度的一半；第一、第二电信号驱动器输出驱动信号，可调电延迟线对所述驱动信号进行时序调整，驱动信号分别将两束激光信号进行脉冲幅度调制后，再将两束调制后的激光信号输入到第二光耦合器，两束调制后的激光信号经第二光耦合器作用后，输出四级脉冲幅度调制(PAM‑4)激光信号。

Description

基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法
技术领域
本公开涉及硅基电光调制器及集成光学领域，尤其涉及一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法。
背景技术
随着光通信技术在高速、大容量通信环境(例如数据中心、超级计算机等)中的大量应用，通信系统对于光链路的传输容量要求越来越高。为了满足用户对于网络带宽日益增长的需求，各大互联网内容提供商正在不断建造超大规模数据中心，因此需要提出低成本、高效率以及小体积的高速互联方案。随着硅基光子学的迅速发展，硅基光集成由于其利用CMOS工艺制作高密度片上集成光路，以低成本在芯片上实现复杂功能，成为近十年新兴的研究热点。在硅基光集成芯片中，硅基光调制器具有将电信号转换为光信号的功能，是该领域的核心器件之一。传统通信领域一般运用长距离大容量光通信系统中相干光通信技术，但其有制备成本过高，传输速率低等缺点。因此，在短距离通信中，采用PAM-4(Four-level Pulse-amplitude-modulation)调制格式具有更好的效果，且不需要在发送端使用DAC(Digital to analog converter，数模转换)芯片，可降低光通信系统的成本和复杂度，进而可达到低成本和高效率的效果。
公开内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，通过把马赫增德尔调制器的其中一个调制臂中的驱动电极长度设置为另一调制臂中驱动电极长度的一半，配合电信号驱动器及电延迟线，即可调制产生四级脉冲幅度调制激光信号，缓解现有技术所制备的通信系统中的硅基调制器体积大、成本高、集成复杂度高、传输效率低等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，包括：步骤1：将激光输入马赫增德尔调制器；步骤2：第一光耦合器将步骤1所输入的激光处理为等光强的两束激光后分别输出到上调制臂和下调制臂；所述上调制臂包括波导、掺杂区以及上臂驱动电极，所述下调制臂包括波导、掺杂区以及下臂驱动电极，其中，上臂驱动电极和下臂驱动电极其中一个的长度为另一个的长度的一半；步骤3：第一、第二电信号驱动器输出驱动信号，可调电延迟线对所述驱动信号进行时序调整；步骤4：步骤3中所输出的驱动信号分别将步骤2中所输出的两束激光进行脉冲幅度调制后，再将两束调制后的激光信号输入到第二光耦合器；以及步骤5：步骤4所述的两束调制后的激光信号经第二光耦合器作用后，输出四级脉冲幅度调制激光信号。
在本公开实施列中，步骤2中所述第一光耦合器为1×2多模干涉型光耦合器，用于将输入的单束光分成等光强的两束光。
在本公开实施列中，所述可调电延迟线数量为1个，配合第一电信号驱动器或第二电信号驱动器中的任意一个设置。
在本公开实施列中，所述可调电延迟线数量为2个，分别配合第一电信号驱动器和第二电信号驱动器设置。
在本公开实施列中，所述第、第二电信号驱动器为OOK电信号驱动器。
在本公开实施列中，所述第二光耦合器为2×1多模干涉型光耦合器。
在本公开实施列中，所述上臂驱动电极和下臂驱动电极分别用以加载第一、第二电信号驱动器所发出的驱动信号，以此对激光信号进行调制。
在本公开实施列中，所述第一、第二电信号驱动器所输出的驱动信号幅值相同。
在本公开实施列中，经短的驱动电极上加载的驱动信号脉冲幅度调制后的激光信号幅值为经长的驱动电极上加载的驱动信号调制后的激光信号幅值的一半。
在本公开实施列中，步骤5中所述四级脉冲幅度调制激光信号为分别调制后的两束激光信号线性叠加后所输出的。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)所用的马赫增德尔调制器上臂驱动电极长度为下臂驱动电极的一半，节约成本；
(2)不需DAC芯片，可降低光通信系统的成本。
附图说明
图1为本公开实施例基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法的流程示意图。
图2为本公开实施例以基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法的架构示意图。
图3为本公开实施例使用OOK电信号驱动器时基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法的原理示意图。
图4为本公开实施例只有上调制臂处于工作状态时，上臂驱动电极上加载的时序脉冲示意图。
图5为本公开实施例只有上调制臂处于工作状态时输出光信号眼图。
图6为本公开实施例只有下调制臂处于工作状态时，下臂驱动电极上加载的时序脉冲示意图。
图7为本本公开实施例只有下调制臂处于工作状态时输出光信号眼图。
图8为本公开实施例中当上、下调制臂都处在工作状态时，上、下臂驱动电极上加载的两路调制电信号同步的时序脉冲分布示意图。
图9为本公开实施例当上、下调制臂都处在工作状态时，合成输出的PAM-4光信号眼图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-第一光耦合器； 2-第一电信号驱动器；
3-第二电信号驱动器； 4-可调电延迟线；
5-上调制臂； 6-下调制臂； 7-第二光耦合器。
具体实施方式
本公开提供了一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法。所述方法由马赫增德尔调制器和第一电信号驱动器2、第二电信号驱动器3以及可调电延迟线4所组成的系统实现，所述马赫增德尔调制器包括第一光耦合器、上调制臂5、下调制臂6以及第二光耦合器；通过把马赫增德尔调制器的其中一个调制臂中的驱动电极长度设置为另一调制臂中驱动电极长度的一半，配合电信号驱动器及电延迟线，即可调制产生四级脉冲幅度调制激光信号，缓解现有技术所制备的通信系统中的硅基调制器体积大、成本高、集成复杂度高、传输效率低等技术问题
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开提供一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，图1为本公开实施例基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法的流程示意图，如图1所示，所述基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法包括：
步骤1：将激光输入马赫增德尔调制器；
步骤2：第一光耦合器1将步骤1所输入的激光处理为等光强的两束激光后分别输出到上调制臂5和下调制臂6；
所述上调制臂5包括波导、掺杂区以及上臂驱动电极，所述下调制臂6包括波导、掺杂区以及下臂驱动电极，其中，上臂驱动电极和下臂驱动电极其中一个的长度为另一个的长度的一半。
步骤3：第一、第二电信号驱动器输出驱动信号，可调电延迟线4对所述驱动信号进行时序调整；
步骤4：步骤3中所输出的驱动信号分别将步骤2中所输出的两束激光进行脉冲幅度调制后，再将两束调制后的激光信号输入到第二光耦合器7；以及
步骤5：步骤4所述的两束调制后的激光信号经第二光耦合器7作用后输出四级脉冲幅度调制(PAM-4)激光信号。
在本公开实施列中，步骤2中所述第一光耦合器1为1×2多模干涉型光耦合器，用于将输入的单束光分成等光强的两束光。
所述1×2多模干涉型光耦合器一侧具有一个端口，另一侧具有两个端口。
在本公开实施列中，所述可调电延迟线4数量为1个，配合第一电信号驱动器2或第二电信号驱动器3中的任意一个设置。
在本公开实施列中，所述可调电延迟线4数量为2个，分别配合第一电信号驱动器2和第二电信号驱动器3设置。
在本公开实施列中，步骤3中所述第一、第二电信号驱动器优选为OOK电信号驱动器。
在本公开实施列中，步骤5中所述第二光耦合器7为2×1多模干涉型光耦合器。
在本公开实施列中，所述上臂驱动电极和下臂驱动电极分别用以加载第一、第二电信号驱动器所发出的驱动信号，以此对激光信号进行调制。
在本公开实施列中，经短的驱动电极上加载的驱动信号脉冲幅度调制后的激光信号幅值为经长的驱动电极上加载的驱动信号调制后的激光信号幅值的一半。
在本公开实施例中，所述第一、第二电信号驱动器所输出的驱动信号幅值相同。
在本公开实施中，步骤5中所述四级脉冲幅度调制激光信号为分别调制后的两束激光信号线性叠加后所输出的。
在本公开一具体实施例中，图2为基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法原理示意图，如图2所示，具有线偏振的激光从输入端波导输入，当输入光经过1×2多模干涉型光耦合器后，将变成等光强的两束光，分别输入马赫增德尔调制器的上、下调制臂。由OOK电信号驱动器同步产生两路幅值相等的OOK电信号，其中一路OOK电信号经过可调电延迟线调节，可调整至两路OOK电信号的上升沿或下降沿在时间上的同步，两路电信号分别输入至马赫增德尔强度调制器的上、下臂行波电极，由于马赫增德尔强度调制器的上臂电极为下臂电极的一半，则加载在上臂驱动电极的驱动信号(序列：22200020)对于输入信号光进行脉冲幅度调制后的光信号幅值为下臂驱动电极的驱动信号(序列：20020200)的一半，两者线性叠加后输出为四级脉冲幅度调制(PAM-4)光信号(序列：31120210)。
在本公开一具体实施例中，图4和图5为当只有上调制臂处于工作状态时，一路OOK电信号加载在上臂驱动电极上的时序脉冲序列示意图和该工作状态下输出的光信号眼图。图6和图7为当只有下调制臂处于工作状态时，一路OOK电信号加载在下臂驱动电极上的时序脉冲序列示意图和该工作状态下输出的光信号眼图。由于上臂驱动电极的长度为下臂驱动电极长度的一半，因此图5中光信号眼图上的消光比相比于图7中的光信号眼图下降了一半。当两个调制臂均处于工作状态时，需调节两路调制电信号的时序脉冲，使两路电信号的上升沿或下降沿在时间上同步，图8和图9为两路同步的OOK电信号分别加载在上、下臂驱动电极上的时序序列示意图和该工作状态下输出的光信号眼图，由于该系统为线性系统，光信号的整体响应为两个调制臂单独工作时响应的线性叠加，因而该系统输出PAM-4激光信号的眼图如图9所示。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)可调电延迟线还可以用时序控制器来代替；
(2)上、下臂驱动电极可以直接用驱动电极来表示；
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，通过把马赫增德尔调制器的其中一个调制臂中的驱动电极长度设置为另一调制臂中驱动电极长度的一半，配合电信号驱动器及电延迟线，即可调制产生四级脉冲幅度调制激光信号，缓解现有技术所制备的通信系统中的硅基调制器体积大、成本高、集成复杂度高、传输效率低等技术问题。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，包括：
步骤1：将激光输入马赫增德尔调制器；
步骤2：第一光耦合器(1)将步骤1所输入的激光处理为等光强的两束激光后分别输出到上调制臂(5)和下调制臂(6)；
所述上调制臂(5)包括波导、掺杂区以及上臂驱动电极，所述下调制臂(6)包括波导、掺杂区以及下臂驱动电极，其中，上臂驱动电极和下臂驱动电极其中一个的长度为另一个的长度的一半；
步骤3：第一、第二电信号驱动器输出幅值相同的驱动信号，可调电延迟线(4)对所述驱动信号进行时序调整；
步骤4：步骤3中所输出的驱动信号分别将步骤2中所输出的两束激光进行脉冲幅度调制后，再将两束调制后的激光信号输入到第二光耦合器(7)；以及
步骤5：步骤4所述的两束调制后的激光信号经第二光耦合器(7)作用后，输出四级脉冲幅度调制激光信号。
2.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，步骤2中所述第一光耦合器(1)为1×2多模干涉型光耦合器，用于将输入的单束光分成等光强的两束光。
3.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，所述可调电延迟线(4)数量为1个，配合第一电信号驱动器(2)或第二电信号驱动器(3)中的任意一个设置。
4.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，所述可调电延迟线(4)数量为2个，分别配合第一电信号驱动器(2)和第二电信号驱动器(3)设置。
5.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，所述第一、第二电信号驱动器为OOK电信号驱动器。
6.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，所述第二光耦合器(7)为2×1多模干涉型光耦合器。
7.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，所述上臂驱动电极和下臂驱动电极分别用以加载第一、第二电信号驱动器所发出的驱动信号，以此对激光信号进行调制。
8.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，经短的驱动电极上加载的驱动信号脉冲幅度调制后的激光信号幅值为经长的驱动电极上加载的驱动信号调制后的激光信号幅值的一半。
9.根据权利要求1所述的基于马赫增德尔调制器进行四级脉冲幅度调制的方法，其中，步骤5中所述四级脉冲幅度调制激光信号为分别调制后的两束激光信号线性叠加后所输出的。
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