CN113141213B - 一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统 - Google Patents

一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统 Download PDF

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CN113141213B CN202010057408.8A CN202010057408A CN113141213B CN 113141213 B CN113141213 B CN 113141213B CN 202010057408 A CN202010057408 A CN 202010057408A CN 113141213 B CN113141213 B CN 113141213B
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Abstract

本申请实施例公开了一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统。相干发射机包括：第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移调整单元、第一合束器、第二合束器、第一PD和控制器。第一分束器对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号；第一调制器调制第二光信号得到第一调制信号；相移调整单元对第一调制信号中的第一子信号进行相位调整，并对相位调整后的第一子信号中的第四子信号进行相位调整；第一合束器对第一调制信号中的第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号；第一PD对第一合路信号进行光电转换得到第一电信号；控制器根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压。

Description

一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统
技术领域
本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统。
背景技术
近年来，随着数据中心内部及数据中心之间的信息交换量极速增长，直接调制模式受限于器件带宽，已难以满足单波200G乃至单波400G的需求。相干调制模式因其频谱效率高、单波调制速率高而受到青睐，将逐步应用于短距光传输系统。
相干调制需要在同相正交(In-phase and Quadrature，I/Q)信号之间实现90°相移。通常的设计是，通过在集成芯片的热调器(heater)上加载一定的电压来实现。然而，在信号的调制过程中，可能会由于热调器的不稳定而导致90°相移存在偏差，使得调制的相干信号质量变差。
发明内容
本申请实施例提供了一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统。
第一方面，本申请实施例提供了一种相干发射机。相干发射机包括第一信号调制模块、第一光电二极管(Photo-Diode，PD)和控制器，第一信号调制模块、第一PD和控制器相互连接，其中，第一信号调制模块包括第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移调整单元、第一合束器和第二合束器。具体地，第一分束器对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号。第一调制器调制第二光信号得到第一调制信号。第二调制器调制第三光信号得到第二调制信号。相移调整单元对第一调制信号中的第一子信号进行相位调整，并对相位调整后的第一子信号中的第四子信号进行相位调整。第一合束器对第一调制信号中的第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号。第二合束器对相位调整后的第一子信号中的第三子信号和第二调制信号进行合路得到第二合路信号。第一PD对第一合路信号进行光电转换得到第一电信号。控制器根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压，以使得第一相位差在预设范围内。
需要说明的是，相干发射机包括I/Q两路的信号调制，第一调制器位于Q路上，第二调制器位于I路上。第一调制信号与第二调制信号具有相同相位。相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间具有第一相位差，相位调整后的第四子信号与第一调制信号之间具有第二相位差，第二相位差是第一相位差的二倍。
在该实施方式中，相干发射机的Q路上的一部分光用于相位调整并和I路上的光进行相干调制，Q路上的另一部分光用于监控相位调整后的相位差是否在预设范围内，若否，则控制器可以调整加载在相移调整单元上的电压，以将相位差调整到预设范围内。通过这种监控和调节的方式，在不影响业务传输的前提下，可以实时监控相位调整后的相位差，并将相位差控制在预设范围内，提高了相位调整精度，使得相干设计调制的相干信号质量更好。另外，相干发射机的结构和控制方法中无需设置数模转换器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)和模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)等复杂的电器件，便于集成，且器件成本更低，功耗更小。
可选地，在一些可能的实施方式中，相移调整单元包括相移器、第二分束器和第三分束器，控制器所控制的电压加载在相移器上。具体地，第二分束器对第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号。相移器对第一子信号进行相位调整。第三分束器对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号。相移器再对第四子信号进行相位调整。
在该实施方式中，提供了一种相移调整单元的具体实现方式，即通过在相移器的前端和后端分别设置分束器将光信号分为两路，一路用于相干调制，另一路用于实时监控相位变化，提高了本方案的可实现性。
可选地，在一些可能的实施方式中，相干发射机还包括光源、第四分束器、第二信号调制模块、第二PD和偏振转换装置，第一信号调制模块和第二信号调制模块具有相同的结构和功能，第二信号调制模块、第二PD和控制器相互连接。具体地，光源输出光信号。第四分束器对光信号进行分路得到第一光信号和第四光信号，并将第一光信号传输至第一信号调制模块，将第四光信号传输至第二信号调制模块。第二信号调制模块根据第四光信号输出第三合路信号和第四合路信号，第二合路信号和第三合路信号的偏振模式为横向电场偏振(Transverse Electric，TE)。偏振转换装置对第二合路信号和第三合路信号进行合路得到第五合路信号，并将第二合路信号或第三合路信号的偏振模式转换为横向磁场偏振(Transverse Magnetic，TM)。第二PD用于对第四合路信号进行光电转换得到第二电信号。控制器用于根据第二电信号控制加载在第二信号调制模块的相移调整单元上的电压。
在该实施方式中，相干发射机还可以支持双偏振模式，即第一信号调制模块和第二信号调制模块输出信号的偏振模式不同，提高了本方案的扩展性。
可选地，在一些可能的实施方式中，控制器具体用于：
获取第一电信号的第一电流值。若第一电流值大于电流阈值，则提高加载在相移器上的电压。之后，获取第一电信号的第二电流值。若第二电流值小于第一电流值且大于电流阈值，则持续提高电压，以使得第二电流值小于或等于电流阈值。若第二电流值大于第一电流值，则降低电压，以使得第二电流值小于或等于电流阈值。需要说明的是，在相移器实现的相移为90°时，第一PD上产生的电流最小，而相移越偏离90°，第一PD上产生的电流越大。
在该实施方式中，提供了一种控制器根据PD上产生的电流大小来实时控制加载在相移器上电压的具体实现方式，提高了本方案的实用性。
可选地，在一些可能的实施方式中，可以通过实验将加载在相移器上的电压和第一PD上的电流之间的对应关系记录下来，得到对应关系表，控制器具体用于：
获取该对应关系表，若第一PD上产生的电流值大于电流阈值，那么控制器根据对应关系表确定目标电流对应的目标电压。其中，该目标电流小于或等于电流阈值。进而，控制器将加载在相移器上的电压调整为目标电压。
在该实施方式中，提供了另一种控制器根据PD上产生的电流大小来实时控制加载在相移器上电压的具体实现方式，提高了本方案的灵活性。
可选地，在一些可能的实施方式中，第二子信号在第一调制信号中的占比为第一比例，第四子信号在相位调整后的第一子信号中的占比为第二比例，第一比例与第二比例之间具有对应关系式。
对应关系式包括：(1-x％)*y％＝x％；其中，x％表示第一比例，y％表示第二比例。
在该实施方式中，通过控制第二分束器和第三分束器的分光比使得第一比例和第二比例满足上述对应关系式，即输入到第一合束器的两路光的功率相同，使得相移90°时第一PD上产生的电流最小，降低了第一PD的能耗。
可选地，在一些可能的实施方式中，第一调制器和第二调制器的调制方式包括幅移键控(Amplitude Shift Keying，ASK)。第一调制器和第二调制器的类型包括但不限于微环调制器(Micro-ring Modulator，MRM)、马赫增德调制器、波导型电光吸收调制器和布拉格光栅调制器。在该实施方式中，提供了多种第一调制器和第二调制器所适用的类型，提高了本方案的扩展性。
可选地，在一些可能的实施方式中，光源的类型包括但不限于分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器、量子点光梳激光器和磷化铟激光器，偏振转换装置的类型包括反向偏振分束旋转器(Polarization Splitter and Rotator，PSR)和光栅耦合器。在该实施方式中，提供了多种光源的类型和多种偏振转换装置的类型，提高了本方案的扩展性。
可选地，在一些可能的实施方式中，光信号耦合至第四分束器的耦合方式和第五合路信号耦合至光纤的耦合方式包括但不限于边耦合、垂直光栅耦合和透镜折射耦合。在该实施方式中，提供了多种光输入和光输出的耦合方式，提高了本方案的扩展性。
可选地，在一些可能的实施方式中，第一PD与第一信号调制模块集成在光芯片上，集成在光芯片上的技术包括但不限于绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator，SOI)集成、铌酸锂薄膜集成和磷化铟集成。此外，第一PD也可以与控制器集成在印制电路板(PrintedCircuit Board，PCB)上。在该实施方式中，第一PD可以与第一信号调制模块集成在光芯片上，也可以是与控制器集成在PCB上，进一步提高了本方案的扩展性。
第二方面，本申请实施例提供了一种控制相干发射机的方法，相干发射机包括第一信号调制模块、第一PD和控制器，第一信号调制模块、第一PD和控制器相互连接，其中，第一信号调制模块包括第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移调整单元、第一合束器和第二合束器。方法包括：
通过第一分束器对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号。通过第一调制器调制第二光信号得到第一调制信号，并通过第二调制器调制第三光信号得到第二调制信号，第一调制信号与第二调制信号具有相同相位。通过相移调整单元对第一调制信号中的第一子信号进行相位调整，并对相位调整后的第一子信号中的第四子信号进行相位调整，相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间具有第一相位差，相位调整后的第四子信号与第一调制信号之间具有第二相位差，第二相位差是第一相位差的二倍。通过第一合束器对第一调制信号中的第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号。通过第二合束器对相位调整后的第一子信号中的第三子信号和第二调制信号进行合路得到第二合路信号。通过第一PD对第一合路信号进行光电转换得到第一电信号。通过控制器并根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压，以使得相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间的第一相位差在预设范围内。
可选地，在一些可能的实施方式中，相移调整单元包括相移器、第二分束器和第三分束器，电压加载在相移器上，方法还包括：
通过第二分束器对第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号。通过相移器对第一子信号进行相位调整。通过第三分束器对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号。通过相移器对第四子信号进行相位调整。
可选地，在一些可能的实施方式中，相干发射机还包括光源、第四分束器、第二信号调制模块、第二PD和偏振转换装置，第一信号调制模块和第二信号调制模块具有相同的结构和功能，第二信号调制模块、第二PD和控制器相互连接，方法还包括：
通过光源输出光信号。通过第四分束器对光信号进行分路得到第一光信号和第四光信号，并将第一光信号传输至第一信号调制模块，将第四光信号传输至第二信号调制模块。通过第二信号调制模块并根据第四光信号输出第三合路信号和第四合路信号，第二合路信号和第三合路信号的偏振模式为TE。通过偏振转换装置对第二合路信号和第三合路信号进行合路得到第五合路信号，并将第二合路信号或第三合路信号的偏振模式转换为TM。通过第二PD对第四合路信号进行光电转换得到第二电信号。通过控制器并根据第二电信号控制加载在第二信号调制模块的相移调整单元上的电压。
可选地，在一些可能的实施方式中，通过控制器并根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压包括：
获取第一电信号的第一电流值。若第一电流值大于电流阈值，则提高加载在相移器上的电压。获取第一电信号的第二电流值。若第二电流值小于第一电流值且大于电流阈值，则持续提高电压，以使得第二电流值小于或等于电流阈值。若第二电流值大于第一电流值，则降低电压，以使得第二电流值小于或等于电流阈值。
可选地，在一些可能的实施方式中，通过控制器并根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压包括：
获取对应关系表，对应关系表包括加载在相移器上的电压和第一电信号的电流值之间的对应关系。根据对应关系表确定目标电流值对应的目标电压，目标电流值小于或等于电流阈值。将加载在相移器上的电压调整为目标电压。
可选地，在一些可能的实施方式中，第二子信号在第一调制信号中的占比为第一比例，第四子信号在相位调整后的第一子信号中的占比为第二比例，第一比例与第二比例之间具有对应关系式；
对应关系式包括：(1-x％)*y％＝x％；其中，x％表示第一比例，y％表示第二比例。
可选地，在一些可能的实施方式中，第一调制器和第二调制器的调制方式包括ASK，第一调制器和第二调制器的类型包括MRM、马赫增德调制器、波导型电光吸收调制器和布拉格光栅调制器。
可选地，在一些可能的实施方式中，光源的类型包括DFB激光器、量子点光梳激光器和磷化铟激光器，偏振转换装置的类型包括反向PSR和光栅耦合器。
可选地，在一些可能的实施方式中，光信号耦合至第四分束器的耦合方式和第五合路信号耦合至光纤的耦合方式包括边耦合、垂直光栅耦合和透镜折射耦合。
可选地，在一些可能的实施方式中，第一PD与第一信号调制模块集成在光芯片上，集成在光芯片上的技术包括SOI集成、铌酸锂薄膜集成和磷化铟集成。此外，第一PD也可以与控制器集成在PCB上。
第三方面，本申请实施例提供了一种相干收发系统，包括光源、相干接收机和如第一方面中任一实施方式所示的相干发射机。具体地，光源用于输出光信号。相干发射机用于输出调制信号。相干接收机用于对光信号和调制信号进行混频，并对混频后的信号进行解调。
可选地，在一些可能的实施方式中，相干收发系统还包括分束器。分束器用于对光信号进行分路得到第一光信号和第二光信号。相干发射机用于调制第一光信号得到调制信号，并输出调制信号。相干接收机用于对第二光信号和调制信号进行混频，并对混频后的信号进行解调。
第四方面，本申请实施例提供了一种相干发射机。相干发射机包括第一信号调制模块、第一PD和控制器，第一信号调制模块、第一PD和控制器相互连接，其中，第一信号调制模块包括第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移器、第二分束器、第三分束器、第一合束器和第二合束器。具体地，第一分束器对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号。第一调制器调制第二光信号得到第一调制信号。第二调制器调制第三光信号得到第二调制信号，第一调制信号与第二调制信号具有相同相位。第二分束器对第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号。相移器对第一子信号进行相位调整，相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间具有第一相位差。第三分束器对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号。相移器再对第四子信号进行相位调整，相位调整后的第四子信号与第一调制信号之间具有第二相位差，第二相位差是第一相位差的二倍。第一合束器对第一调制信号中的第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号。第二合束器对相位调整后的第一子信号中的第三子信号和第二调制信号进行合路得到第二合路信号。第一PD对第一合路信号进行光电转换得到第一电信号。控制器根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压，以使得第一相位差在预设范围内。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中，相干发射机包括I/Q两路的信号调制，其中，Q路上的一部分光用于相位调整并和I路上的光进行相干调制，Q路上的另一部分光用于监控相位调整后的相位差是否在预设范围内，若否，则控制器可以调整加载在相移调整单元上的电压，以将相位差调整到预设范围内。通过这种监控和调节的方式，在不影响业务传输的前提下，可以实时监控相位调整后的相位差，并将相位差控制在预设范围内，提高了相位调整精度，使得相干设计调制的相干信号质量更好。另外，相干发射机的结构和控制方法中无需设置ADC和DAC等复杂的电器件，便于集成，且器件成本更低，功耗更小。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种相干发射机的结构示意图；
图2为第一PD上产生的电流与相移之间的仿真关系示意图；
图3为控制器控制电压的操作流程图；
图4为不同分光比对应的第一PD上产生的电流大小的示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种相干发射机的结构示意图；
图6为本申请实施例中一种控制相干发射机的方法的示意图；
图7为本申请中一种相干收发系统的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种相干发射机、控制相干发射机的方法及相干收发系统。在不影响业务传输的前提下，可以实时监控相位调整后的相位差，并将相位差控制在预设范围内，提高了相位调整精度，使得相干设计调制的相干信号质量更好。另外，相干发射机的结构中无需设置ADC和DAC等复杂的电器件，便于集成，且器件成本更低，功耗更小。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1为本申请实施例提供的一种相干发射机的结构示意图。该相干发射机包括第一信号调制模块10、第一光电二极管(Photo-Diode，PD)20和控制器30。其中，第一信号调制模块10包括第一分束器101、第一调制器102、第二调制器103、第二分束器104、相移器105、第三分束器106、第一合束器107和第二合束器108。
下面分别对上述相干发射机中各组成部分的功能进行介绍：
第一分束器101对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号。可以理解的是，相干发射机需要将信号分为两路(I路和Q路)并分别进行调制，即第二光信号用于Q路调制，第三光信号用于I路调制。
第一调制器102调制第二光信号得到第一调制信号。第二调制器103调制第三光信号得到第二调制信号。其中，第一调制器102和第二调制器103的结构和调制原理相同。具体地，第一调制器102和第二调制器103通过加载各自独立(同频率且时钟同步)的射频驱动电信号(RF driving signals)分别对输入的光信号进行调制。需要说明的是，如果相干发射机实现的相干调制是N2级正交振幅调制(N2-Quadrature Amplitude Modulation，N2-QAM)，那么第一调制器102和第二调制器103进行的调制是N级幅移键控(N-Amplitude ShiftKeying,N-ASK)。例如，相干发射机实现的是16-QAM，则第一调制信号和第二调制信号为相互独立的4-ASK信号。并且，该第一调制信号和第二调制信号具有相同相位。
第二分束器104对第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号。相移器105对第一子信号进行相位调整。第三分束器106对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号。相移器105对第四子信号进行相位调整。需要说明的是，相位调整后的信号与相位调整前的信号具有相位差，理想状态下该相位差为90°，也即是说，相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间具有第一相位差。那么，第三子信号和第四子信号同样与第一信号之间具有第一相位差。而第四子信号经过相位调整后与第一调制信号之间具有第二相位差，并且该第二相位差是第一相位差的二倍。例如，若第一相位差为90°，那么第二相位差就是180°。另外，第二分束器104、相移器105和第三分束器106可以集成为相移调整单元。
第二合束器108对第三子信号和第二调制信号进行合路得到第二合路信号并输出。可以理解的是，第三子信号和第二调制信号之间具有第一相位差。如果该相干发射机实现的是16-QAM，那么由两路正交的4-ASK信号合路得到的第二合路信号即为16-QAM信号。
第一合束器107对第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号。第一PD(20)对第一合路信号进行光电转换得到第一电信号。控制器30根据第一电信号控制加载在相移器105上的电压，以控制第一相位差在预设范围内(接近90°)。
图2为第一PD上产生的电流与相移之间的仿真关系示意图。根据仿真结果可知，在相移器105实现的相移为90°时，第一PD(20)上产生的电流最小，而相移越偏离90°，第一PD(20)上产生的电流越大。理论上来说，若相移器105实现的相移为90°(第一相位差为90°)，那么第二相位差为180°，在第一合束器107合束后的第一合路信号由于光的干涉光强为0，那么第一PD产生的电流也应为0。不过实际上，由于分光不均或器件损耗等原因，在相移为90°时，第一PD(20)上电流并不一定为0，但是必定是最小的。那么也即是说，若第一PD(20)上产生的电流小于预设值，那么即可保证相移在预设范围内(近似90°)。例如，如图2所示，90°相移时电流的最小值约为47μA，可以将预置电流设置为50μA，若第一PD上产生的电流值小于50μA，那么相移在88.5°-91.5°的预设范围内，此时调制信号的质量在可接受范围内。由此可知，控制器30可以通过读取第一PD(20)上产生的电流值来判断当前的相移是否在预设范围内，若否，则调整加载在相移器上的电压，以将相移控制在预设范围内。
控制器30具体可以有多种不同的控制方式，下面分别进行介绍：
第一种、可以通过实验将加载在相移器105上的电压和第一PD(20)上的电流之间的对应关系记录下来，得到对应关系表。控制器30可以获取该对应关系表，若第一PD(20)上产生的电流值大于电流阈值，那么控制器30根据对应关系表确定目标电流对应的目标电压。其中，该目标电流小于或等于电流阈值。进而，控制器30将加载在相移器105上的电压调整为目标电压。
第二种、控制器按照预置的操作机制调整加载电压。图3为控制器控制电压的操作流程图，下面对该操作流程进行详细介绍：
301、获取第一PD上的实时电流I1。
控制器30读取第一PD(20)产生的第一电信号的实时电流。
302、判断实时电流I1是否小于或等于电流阈值I0；若是，则保持当前电压；若否，则执行步骤303。
303、提高加载在相移器上的电压。
304、获取第一PD上的实时电流I2。
305、判断实时电流I2是否小于实时电流I1且大于电流阈值I0；若是，则重复执行步骤303，以使得实时电流I2小于或等于电流阈值I0；若否，则执行步骤306。
306、降低加载在相移器上的电压，以使得实时电流I2小于或等于电流阈值I0。
需要说明的是，相移大于预设范围或小于预设范围都会导致实时电流大于电流阈值。因此，通过步骤303测试相移是大了还是小了。如果提高电压后实时电流开始变小，则证明实时电流大于电流阈值是由于相移小于预设范围引起的，那么继续提高电压直至实时电流小于或等于电流阈值即可。如果提高电压后实时电流还在变大，则证明实时电流大于电流阈值是由于相移大于预设范围引起的，那么则需要开始降低电压直至实时电流小于或等于电流阈值。
可选地，相移器105的类型可以有多种，例如具体可以是热调器(heater)，通过热调器改变相位的常见方式有如下两种。第一、在光波导上覆盖金属，通过在金属上加电压使金属发热，改变光波导的折射率，从而改变相位。第二、在调制器光波导及周围进行载流子掺杂(如硅光集成的光波导及周围掺杂磷原子)，通过加载电压改变波导内载流子浓度，也能改变光波导的折射率，从而改变相位。需要说明的是，除了上述列举的热调器，其他类型用于实现相位调整的相移器均属于本申请的保护范围，具体此处不做限定。
可选地，为了使得相移90°时第一PD(20)上产生的电流尽可能的小，输入到第一合束器107的两路光的功率应当越接近越好。具体地，可以通过设置第二分束器104和第三分束器106的分光比来实现。第二子信号在第一调制信号中的占比为第一比例(x％)，第四子信号在相位调整后的第一子信号中的占比为第二比例(y％)，那么第一比例和第二比例之间应当具有如下关系式：(1-x％)*y％＝x％。其中，可以通过改变波导耦合区域的长度来实现不同的分光比设计。
图4为不同分光比对应的第一PD上产生的电流大小的示意图。按照上述关系式，若x％＝5％，那么y％＝5.2％。从图4中可以看出，x％＝5％且y％＝5.2％的条件下第一PD上产生的电流最小，小于x％＝5％且y％＝6和x％＝5％且y％＝4的两种条件下第一PD上产生的电流。需要说明的是，在实际应用中，第一比例和第二比例也可以不满足上述关系式，具体此处不做限定。
可选地，本申请实施例中的相干发射机处理可以支持如图1所示的单偏振模式外，还可以支持双偏振模式，下面进一步进行介绍：
图5为本申请实施例提供的另一种相干发射机的结构示意图。与上述图1所示的相干发射机的主要不同之处在于，相干发射机还包括第二信号调制模块60和偏振转换装置80，从而实现第一信号调制模块10和第二信号调制模块60具有不同的偏振模式。另外，该相干发射机还可以包括光源40、第四分束器50和第二PD(70)。其中，第一信号调制模块10和第二信号调制模块60具有相同的结构和功能，具体此处不再赘述。
光源40输出光信号。进而，第四分束器50对光信号进行分路得到第一光信号和第四光信号，并将第一光信号传输至第一信号调制模块10，将第四光信号传输至第二信号调制模块60。
第二信号调制模块60根据第四光信号输出第三合路信号和第四合路信号。其中，第三合路信号对应图2所示实施例中的第二合路信号，第四合路信号对应图2所示实施例中的第一合路信号。
第二PD(70)对第四合路信号进行光电装换得到第二电信号。同理，控制器30可以根据第二电信号控制加载在第二信号调制模块60的相移器上的电压。具体地，控制器的控制方式与上述实施例中的介绍类似，此处不再赘述。
偏振转换装置80转换第二合路信号或第三合路信号的偏振模式，并对第二合路信号和第三合路信号进行合路得到第五合路信号。例如，第二合路信号和第三合路信号原本的偏振模式均为横向电场偏振(Transverse Electric，TE)，经过偏振转换装置80的处理后，第二合路信号或第三合路信号的偏振模式转换为横向磁场偏振(TransverseMagnetic，TM)。
可选地，第一调制器102和第二调制器103的类型包括但不限于微环调制器(Micro-ring Modulator，MRM)、马赫增德调制器、波导型电光吸收调制器和布拉格光栅调制器等。
可选地，本实施例中的光源40类型包括但不限于分布式反馈(DistributedFeedback Laser，DFB)激光器、量子点光梳激光器和磷化铟激光器等。
可选地，光源40可以同第一信号调制模块10和第二信号调制模块60集成在同一芯片上，此外，光源40也可以作为芯片外的光源。第一PD(20)、第二PD(70)、第一信号调制模块10和第二信号调制模块60可以集成咋同一芯片上，此外，第一PD(20)和第二PD(70)也可以同控制电路集成在印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)上。其中，集成在芯片上的技术包括但不限于绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator，SOI)集成、铌酸锂薄膜集成和磷化铟集成等。
可选地，光源40发射的光信号耦合至第四分束器50的耦合方式以及偏振转换装置80输出的第五合路信号耦合至光纤的耦合方式包括但不限于边耦合、垂直光栅耦合和透镜折射耦合等。
可选地，偏振转换装置80的类型包括但不限于反向偏振分束旋转器(Polarization Splitter and Rotator，PSR)和光栅耦合器。
可选地，第二分束器104和第三分束器106的类型包括但不限于多模干涉仪(Multi-mode Interferometer，MMI)和Y型分束器(Y-branch)等。
本申请实施例中，相干发射机包括I/Q两路的信号调制，其中，Q路上的一部分光用于相位调整并和I路上的光进行相干调制，Q路上的另一部分光用于监控相位调整后的相位差是否在预设范围内，若否，则控制器可以调整加载在相移调整单元上的电压，以将相位差调整到预设范围内。通过这种监控和调节的方式，在不影响业务传输的前提下，可以实时监控相位调整后的相位差，并将相位差控制在预设范围内，提高了相位调整精度，使得相干设计调制的相干信号质量更好。另外，本方案的相干发射机的结构和控制方法中无需设置数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)和模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)等复杂的电器件，便于集成，且器件成本更低，功耗更小。
下面请参阅图6，图6为本申请实施例中一种控制相干发射机的方法的示意图。该相干发射机包括第一信号调制模块、第一光电二极管PD和控制器，第一信号调制模块、第一PD和控制器相互连接，其中，第一信号调制模块包括第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移调整单元、第一合束器和第二合束器。
在该示例中，控制相干发射机的方法包括如下步骤。
601、通过第一分束器对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号。
602、通过第一调制器调制第二光信号得到第一调制信号，并通过第二调制器调制第三光信号得到第二调制信号。
本实施例中，第一调制器和第二调制器的结构和调制原理相同。并且，该第一调制信号和第二调制信号具有相同相位。
603、通过相移调整单元对第一调制信号中的第一子信号进行相位调整，并对相位调整后的第一子信号中的第四子信号进行相位调整。
本实施例中，相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间具有第一相位差，相位调整后的第四子信号与第一调制信号之间具有第二相位差，第二相位差是第一相位差的二倍。
其中，相移调整单元可以包括相移器、第二分束器和第三分束器，电压加载在相移器上。具体地，通过第二分束器对第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号。通过相移器对第一子信号进行相位调整。通过第三分束器对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号。通过相移器对第四子信号进行相位调整。
604、通过第一合束器对第一调制信号中的第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号。
605、通过第二合束器对相位调整后的第一子信号中的第三子信号和第二调制信号进行合路得到第二合路信号。
606、通过第一PD对第一合路信号进行光电转换得到第一电信号。
607、通过控制器并根据第一电信号控制加载在相移调整单元上的电压，以使得相位调整后的第一子信号与第一调制信号之间的第一相位差在预设范围内。
需要说明的是，本实施例中的相干发射机具体可以是如上述图1和图5所示任一实施例中的相干发射机。
下面请参阅图7，图7为本申请中一种相干收发系统的结构示意图。相干收发系统包括光源701、相干发射机702和相干接收机703。光源701输出光信号。相干发射机702输出调制信号。相干接收机703对光源701输出的光信号和相干发射机702输出的调制信号进行混频，并对混频后的信号进行解调。具体地，相干发射机702可以是图1和图5中任一实施例所示的相干发射机，相干发射机702的功能介绍请参阅上述图1和图5所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
可选地，该相干收发系统还包括分束器704。分束器对光源701输出的光信号进行分路得到第一光信号和第二光信号。相干发射机702调制第一光信号得到第一调制信号并输出该第一调制信号。相干接收机703对第二光信号和调制信号进行混频，并对混频后的信号进行解调。
可选地，相干发射机702和相干接收机703所采用的光源可以是同一光源，也可以是不同光源，具体此处不做限定。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种相干发射机，其特征在于，包括第一信号调制模块、第一光电二极管PD和控制器，所述第一信号调制模块、所述第一PD和所述控制器相互连接，其中，所述第一信号调制模块包括第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移器、第二分束器、第三分束器、第一合束器和第二合束器；
所述第一分束器用于对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号；
所述第一调制器用于调制所述第二光信号得到第一调制信号；
所述第二调制器用于调制所述第三光信号得到第二调制信号，所述第一调制信号与所述第二调制信号具有相同相位；
所述第二分束器用于对所述第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号；
所述相移器用于对所述第一子信号进行相位调整，相位调整后的第一子信号与所述第一调制信号之间具有第一相位差；
所述第三分束器用于对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号；
所述相移器用于对所述第四子信号进行相位调整，相位调整后的第四子信号与所述第一调制信号之间具有第二相位差，所述第二相位差是所述第一相位差的二倍；
所述第一合束器用于对所述第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号；
所述第二合束器用于对所述第三子信号和所述第二调制信号进行合路得到第二合路信号；
所述第一PD用于对所述第一合路信号进行光电转换得到第一电信号；
所述控制器用于根据所述第一电信号控制加载在所述相移器上的电压，以使得所述第一相位差与90°的差值的绝对值小于或等于预设值。
2.根据权利要求1所述的相干发射机，其特征在于，所述相干发射机还包括光源、第四分束器、第二信号调制模块、第二PD和偏振转换装置，所述第一信号调制模块和所述第二信号调制模块结构相同，所述第二信号调制模块、所述第二PD和所述控制器相互连接；
所述光源用于输出光信号；
所述第四分束器用于对所述光信号进行分路得到所述第一光信号和第四光信号，并将所述第一光信号传输至所述第一信号调制模块，将所述第四光信号传输至所述第二信号调制模块；
所述第二信号调制模块用于根据所述第四光信号输出第三合路信号和第四合路信号，所述第二合路信号和所述第三合路信号的偏振模式为横向电场偏振TE；
所述偏振转换装置用于对所述第二合路信号和所述第三合路信号进行合路得到第五合路信号，并将所述第二合路信号或所述第三合路信号的偏振模式转换为横向磁场偏振TM；
所述第二PD用于对所述第四合路信号进行光电转换得到第二电信号；
所述控制器用于根据所述第二电信号控制加载在所述第二信号调制模块的相移调整单元上的电压。
3.根据权利要求1或2所述的相干发射机，其特征在于，所述控制器具体用于：
获取所述第一电信号的第一电流值；
若所述第一电流值大于电流阈值，则提高加载在所述相移调整单元上的电压；
获取所述第一电信号的第二电流值；
若所述第二电流值小于所述第一电流值且大于所述电流阈值，则持续提高所述电压，以使得所述第二电流值小于或等于所述电流阈值；
若所述第二电流值大于所述第一电流值，则降低所述电压，以使得所述第二电流值小于或等于所述电流阈值。
4.根据权利要求1或2所述的相干发射机，其特征在于，所述控制器具体用于：
获取对应关系表，所述对应关系表包括加载在所述相移调整单元上的电压和所述第一电信号的电流值之间的对应关系；
根据所述对应关系表确定目标电流值对应的目标电压，所述目标电流值小于或等于所述电流阈值；
将加载在所述相移调整单元上的电压调整为所述目标电压。
5.根据权利要求1或2所述的相干发射机，其特征在于，所述第二子信号在所述第一调制信号中的占比为第一比例，所述第四子信号在相位调整后的第一子信号中的占比为第二比例，所述第一比例与所述第二比例之间具有对应关系式；
所述对应关系式包括：(1-x％)*y％＝x％；
其中，所述x％表示所述第一比例，所述y％表示所述第二比例。
6.根据权利要求1或2所述的相干发射机，其特征在于，所述第一调制器和所述第二调制器的调制方式包括幅移键控ASK，所述第一调制器和所述第二调制器的类型包括微环调制器MRM、马赫增德调制器、波导型电光吸收调制器和布拉格光栅调制器。
7.根据权利要求2所述的相干发射机，其特征在于，所述光源的类型包括分布式反馈DFB激光器、量子点光梳激光器和磷化铟激光器，所述偏振转换装置的类型包括反向偏振分束旋转器PSR和光栅耦合器。
8.根据权利要求2所述的相干发射机，其特征在于，所述光信号耦合至所述第四分束器的耦合方式和所述第五合路信号耦合至光纤的耦合方式包括边耦合、垂直光栅耦合和透镜折射耦合。
9.根据权利要求1或2所述的相干发射机，其特征在于，所述第一PD与所述第一信号调制模块集成在光芯片上，所述集成在光芯片上的技术包括绝缘体上硅SOI集成、铌酸锂薄膜集成和磷化铟集成；或者，所述第一PD与所述控制器集成在印制电路板PCB上。
10.一种控制相干发射机的方法，其特征在于，所述相干发射机包括第一信号调制模块、第一光电二极管PD和控制器，所述第一信号调制模块、所述第一PD和所述控制器相互连接，其中，所述第一信号调制模块包括第一调制器、第二调制器、第一分束器、相移器、第二分束器、第三分束器、第一合束器和第二合束器；所述方法包括：
通过所述第一分束器对输入的第一光信号进行分路得到第二光信号和第三光信号；
通过所述第一调制器调制所述第二光信号得到第一调制信号，并通过所述第二调制器调制所述第三光信号得到第二调制信号，所述第一调制信号与所述第二调制信号具有相同相位；
通过所述第二分束器对所述第一调制信号进行分路得到第一子信号和第二子信号；
通过所述相移器对所述第一子信号进行相位调整，相位调整后的第一子信号与所述第一调制信号之间具有第一相位差；
通过所述第三分束器对相位调整后的第一子信号进行分路得到第三子信号和第四子信号；
通过所述相移器对所述第四子信号进行相位调整，相位调整后的第四子信号与所述第一调制信号之间具有第二相位差，所述第二相位差是所述第一相位差的二倍；
通过所述第一合束器对所述第二子信号和相位调整后的第四子信号进行合路得到第一合路信号；
通过所述第二合束器对所述第三子信号和所述第二调制信号进行合路得到第二合路信号；
通过所述第一PD对所述第一合路信号进行光电转换得到第一电信号；
通过所述控制器并根据所述第一电信号控制加载在所述相移器上的电压，以使得所述第一相位差与90°的差值的绝对值小于或等于预设值。
11.一种相干收发系统，其特征在于，包括：相干发射机和相干接收机，所述相干发射机包括权利要求1-9中任一项所述的相干发射机；
所述相干发射机用于输出调制信号；
所述相干接收机用于对输入的光信号和所述调制信号进行混频，并对混频后的信号进行解调。
12.根据权利要求11所述的相干收发系统，其特征在于，所述相干收发系统还包括分束器；
所述分束器用于对输入的光信号进行分路得到其中一路光信号和其中另一路光信号；
所述相干发射机用于调制所述其中一路光信号得到所述调制信号，并输出所述调制信号；
所述相干接收机用于对所述其中另一路光信号和所述调制信号进行混频，并对混频后的信号进行解调。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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