CN113721403A - 光调制装置 - Google Patents
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Abstract
一种光调制装置，包含一分光器、一光相位调制器，及一光结合器。该分光器将一输入光信号以一分光比进行分光，以产生一第一分光信号及一第二分光信号，该光相位调制器将所述第一及第二分光信号进行相位调制，以分别产生一第一调制光信号及一第二调制光信号，该光结合器将所述第一及第二调制光信号以一结合比进行结合，以产生一具有一啁啾的输出光信号，该结合比等于该分光比，该结合比的一比值为正数，且该比值为小于一及大于一的二者其中之一。
Description
技术领域
本发明涉及一种装置，特别涉及一种光调制装置。
背景技术
在光纤通信系统中，光纤色散是一种因波速与其波长的相依性而令光波分散成不同波长的光谱成分的现象。当光调制装置所发出的光信号或脉冲投射至如光纤通道中时，其的波封沿着光纤通道以波群速度传播至光接收装置。由于此脉冲包含一系列的光谱成分，各光谱成分以不同的波群速度前进，造成波群速度色散(Group velocity dispersion，GVD)、模内(intramodal)色散，或简单地光纤色散。这个色散现象亦常称为脉冲展宽。当脉冲沿着光纤前进，光谱成分在空间与时间上持续分散，使得脉冲变得太宽，一脉冲的前缘与上一个脉冲的后缘重叠，则会发生符号间干扰(Inter symbol interference，ISI)并导致位元模糊，造成光接收装置于接收到光信号并据以进行解调时，其无法分辨出“0”位元与“1”位元间的差异而发生解调错误。此外，光纤的色散与光纤的长度成正比，也就是说，光信号的传输距离受到光纤色散的限制。另外，光接收装置所接收到的光信号的一讯杂比(signal-to-noise ratio，SNR)好坏也会影响光接收装置的解调准确度。
如此一来，光信号的讯杂比好坏及光纤色散便成为影响光纤通信的信号品质的重要因素之一。因此，如何避免光信号的讯杂比太低及光纤色散对光纤通信系统造成严重影响，以提升光传输距离，为相关通信业者所欲改善的课题。
发明内容
因此，本发明的一目的，即在提供一种能够克服现有技术的缺点的光调制装置。
于是，本发明光调制装置包含一分光器、一光相位调制器，及一光结合器。
该分光器用于接收一输入光信号，并将该输入光信号以一分光比进行分光，以产生一第一分光信号及一第二分光信号。
该光相位调制器耦接该分光器以接收所述第一及第二分光信号，且将所述第一及第二分光信号进行相位调制，以分别产生一第一调制光信号及一第二调制光信号。
该光结合器耦接该光相位调制器以接收所述第一及第二调制光信号，并将所述第一及第二调制光信号以一结合比进行结合，以产生一具有一啁啾的输出光信号，该结合比等于该分光比，该结合比的一比值为正数，且该比值为小于一及大于一的二者其中之一。
本发明的技术效果在于：通过使该分光比等于该光结合比，使得该输出光信号具有较好的讯杂比，以致接收到该输出光信号的光接收装置据以进行解调时，具有较佳的解调准确度，且该输出光信号具有该啁啾，可降低光纤引起的色散对该输出光信号的传输所造成的影响，进而提升光通信系统的传输性能。
附图说明
本发明的其他的特征及技术效果，将于参照附图的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一平面图，说明本发明光调制装置的一第一实施例；
图2是一模拟图，说明该第一实施例的一输出光信号的啁啾为不同数值时，一结合比中的第一数值对一分光比中的第一数值的变化；
图3是一模拟图，说明该第一实施例的该输出光信号的啁啾为不同数值时，该输出光信号的一光调制幅度对该分光比中的第一数值的变化；及
图4是一平面图，说明本发明光调制装置的一第二实施例。
附图标记说明：
1····················光调制装置
11··················分光器
111、112·········输入端
12··················光相位调制器
121·················第一波导
122·················第二波导
123·················第一电极
124·················第二电极
125·················偏压电极
13··················光结合器
131、132·········输出端
14··················比例调整器
141·················第一电极
142·················第二电极
V1·················第一调制电压
V2·················第二调制电压
Vb·················偏压信号
Vdc················直流电压
Oin·················输入光信号
Oout···············输出光信号
Om1···············第一调制光信号
Om2···············第二调制光信号
Os1················第一分光信号
Os2················第二分光信号
OMA··············光调制幅度
ε1··················分光比中的第一数值
ε2··················结合比中的第一数值
α····················啁啾
具体实施方式
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
<第一实施例>
参阅图1，本发明光调制装置1的一实施例适用于一光通信系统(图未示)。该光通信系统包括一光纤(图未示)及一光接收装置(图未示)。该光调制装置1用来将一呈连续波(Continuous wave)的一输入光信号Oin进行调制，以产生并发射出一具有一啁啾(chirp)的输出光信号Oout，并将该输出光信号Oout经由该光纤传送至该光接收装置。该光接收装置再将其所接收到的该输出光信号Oout进行解调处理。
本实施例的该光调制装置1包含一分光器11、一光相位调制器12，及一光结合器13。该光调制装置1为一马赫-詹德调制器(Mach-Zehnder modulator，MZM)，该马赫-詹德调制器由一铌酸锂基(LiNbO3-based)、一硅(Silicon)及一磷化铟(Inp)中的一者所制成。
该分光器11用于接收该输入光信号Oin，并将该输入光信号Oin以一分光比(即，ε1:(1-ε1)，0<ε1<1)进行分光，以产生一第一分光信号Os1及一第二分光信号Os2。需补充说明的是，在本实施例中，该分光器11为一光定向耦合器(Optical directional coupler)，且仅接收该输入光信号Oin，但不限于此。在其他实施例中，该分光器11的一输入端111接收该输入光信号Oin，而另一输入端112接收另一输入光信号。该分光器11可为一Y分支波导(Y-branch waveguide)或一多模干涉仪(multi-mode interferometer)。
该光相位调制器12耦接该分光器11以接收所述第一及第二分光信号Os1、Os2，且将所述第一及第二分光信号Os1、Os2进行相位调制，以分别产生一第一调制光信号Om1及一第二调制光信号Om2。在本实施例中，该光相位调制器12包括一第一波导121、一第二波导122、一第一电极123、一第二电极124，及一偏压电极125。
该第一波导121耦接在该分光器11与该光结合器13之间，接收来自该分光器11的该第一分光信号Os1，并据以产生该第一调制光信号Om1。该第二波导122耦接在该分光器11与该光结合器13之间，接收来自该分光器11的该第二分光信号Os2，并据以产生该第二调制光信号Om2。该第一电极123与该第一波导121对应设置，且用于接收一第一调制电压V1。该第二电极124与该第二波导122对应设置，且用于接收一第二调制电压V2。详细来说，所述第一及第二电极123、124是分别设置在所述第一及第二波导121、122的上表面。所述第一及第二电极123、124分别根据所述第一及第二调制电压V1、V2，使得所述第一及第二波导121、122各自的自身折射率产生变化(例如，根据所述第一及第二调制电压V1、V2产生热来使所述第一及第二波导121、122各自的折射率改变，但不限于此)，以致所述第一及第二波导121、122所分别传播的所述第一及第二分光信号Os1、Os2的传播速度改变(即所述第一及第二波导121、122中传播的光之间产生相位差(进行相位调制))，并分别产生所述第一及第二调制光信号Om1、Om2。如此一来，所述第一及第二调制光信号Om1、Om2的相位分别随所述第一及第二调制电压V1、V2的变化而改变。
该偏压电极125与该第二波导122及该第二电极124对应设置(或，该偏压电极125与该第一波导121及该第一电极123对应设置)，且用于接收一偏压信号Vb。
详细来说，该输出光信号Oout的该啁啾的极性是相关于该光调制装置1操作在其自身的一转移函数(Transfer Function)的正斜率或负斜率，而该输出光信号Oout的该啁啾的大小是相关于该光调制装置1的一偏压点与该转移函数的一正交点间的偏移。因此，本实施例通过使该光相位调制器12受该偏压信号Vb控制而调整该光调制装置1操作在该转移函数的正斜率或负斜率，以改变该啁啾的极性，并通过该偏压信号Vb将该偏压点偏离该转移函数的该正交点，以改变该啁啾的大小，以致该输出光信号Oout的该啁啾随该偏压信号Vb的变化而改变。
该光结合器13耦接该光相位调制器12以接收所述第一及第二调制光信号Om1、Om2，并将所述第一及第二调制光信号Om1、Om2以一结合比(即，ε2:(1-ε2)，0<ε2<1)进行结合，以产生该输出光信号Oout。需注意的是，该结合比与该分光比皆为定值。该结合比等于该分光比(即，ε1:(1-ε1)＝ε2:(1-ε2))，该结合比的一比值为正数，且该比值为小于一及大于一的二者其中之一。此外，在本实施例中，该光结合器13为一光定向耦合器，且仅输出该输出光信号Oout，但不限于此。在其他实施例中，该光结合器13的一输出端131输出该输出光信号Oout，而另一输出端132输出另一输出光信号。该输出光信号Oout与该另一输出光信号可具有不同的啁啾。该光结合器13可为一Y分支波导或一多模干涉仪。
在本实施例中，所述第一及第二调制电压V1、V2的振幅相同，且所述第一及第二调制电压V1、V2的相位相差180度。该输出光信号Oout的一光调制幅度(Optical ModulationAmplitude，OMA)可由下式(1)获得：
其中，参数OMA是该光调制幅度，参数Po,max、Po,min分别是该输出光信号Oout的一最大光功率及一最小光功率，参数ε1为该分光比中的第一数值，参数ε2为该结合比中的第一数值，参数Pin是该输入光信号Oin的一光功率。根据式(1)可知该输出光信号Oout的该光调制幅度OMA相关于该分光比及该结合比，因此本发明在确定该输入光信号Oin的波长及传输距离并得知其所对应的一光纤色散量时，根据该光纤色散量选定该输出光信号Oout的该啁啾，并通过调整该偏压信号Vb来获得所需的该啁啾，且以一方式预先设定该分光比及该结合比，使得该输出光信号Oout具有该啁啾的同时该光调制幅度OMA最大化。如此一来，该输出光信号Oout经由该光纤传输至该光接收装置时仍具有较好的讯杂比(signal-to-noise ratio，SNR)。
参阅图2及图3，图2说明在不同的该啁啾情况下(图中以一参数α作为该输出光信号Oout的该啁啾)，该分光比中的第一数值ε1与该结合比中的第一数值ε2间的关系。图3说明在不同的该啁啾情况下，该分光比中的第一数值ε1与该输出光信号Oout的该光调制幅度OMA间的关系。从图2及图3可知，在不同的该啁啾情况下，当该分光比中的第一数值ε1等于该结合比中的第一数值ε2时(即，ε1＝ε2)，该输出光信号Oout的该光调制幅度OMA具有一最大值。因此，本发明通过确定所需的该啁啾，并取得一对应且相同的该分光比及该结合比来预先设定该光调制装置1，使得该输出光信号Oout具有该啁啾的同时该光调制幅度OMA最大化，以改善光链路预算(Optical link budget)。
<第二实施例>
参阅图4，本发明光调制装置1的第二实施例与该第一实施例相似，二者不同之处在于，该第二实施例中：(1)该分光比与该结合比非定值(即，非预先设定好)；及(2)该光调制装置1还包含一比例调整器14。
该比例调整器14用于接收一可变的直流电压Vdc，并根据该直流电压Vdc调整该分光比与该结合比的比例。在本实施例中，该比例调整器14包括一第一电极141，及一第二电极142。该第一电极141与该分光器11对应且邻近设置，且用于接收该直流电压Vdc。该第二电极142与该光结合器13对应且邻近设置，且用于接收该直流电压Vdc。详细来说，所述第一及第二电极141、142各自根据该直流电压Vdc产生热，以调整各自所对应的该分光比与该结合比的比例。在本实施例中，该结合比同样等于该分光比，该结合比的该比值为正数，且该比值为小于一及大于一的二者其中之一。
综上所述，本发明光调制装置1通过使该分光比等于该光结合比，使其所输出的该输出光信号Oout具有较大的光调制幅度OMA，使得该输出光信号Oout经由该光纤传输至该光接收装置时仍具有较好的讯杂比，以致该光接收装置根据该输出光信号Oout进行解调时具有较佳的解调准确度。此外，该光调制装置1通过使该输出光信号Oout具有优化的该啁啾，可降低该光纤引起的色散对该输出光信号Oout的传输所造成的影响，进而提升该光通信系统的传输性能，并增加光传输距离。
而以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种光调制装置，包含：
一分光器，用于接收一输入光信号，并将该输入光信号以一分光比进行分光，以产生一第一分光信号及一第二分光信号；
一光相位调制器，耦接该分光器以接收所述第一分光信号及所述第二分光信号，且将所述第一分光信号及所述第二分光信号进行相位调制，以分别产生一第一调制光信号及一第二调制光信号；及
一光结合器，耦接该光相位调制器以接收所述第一调制光信号及所述第二调制光信号，并将所述第一调制光信号及所述第二调制光信号以一结合比进行结合，以产生一具有一啁啾的输出光信号，该结合比等于该分光比，该结合比的一比值为正数，且该比值为小于一及大于一的二者其中之一。
2.如权利要求1所述的光调制装置，其中，该光相位调制器包括：
一第一波导，耦接在该分光器与该光结合器之间，接收来自该分光器的该第一分光信号，并据以产生该第一调制光信号，
一第二波导，耦接在该分光器与该光结合器之间，接收来自该分光器的该第二分光信号，并据以产生该第二调制光信号，
一第一电极，与该第一波导对应设置，且用于接收一第一调制电压，该第一调制光信号的相位随该第一调制电压的变化而改变，及
一第二电极，与该第二波导对应设置，且用于接收一第二调制电压，该第二调制光信号的相位随该第二调制电压的变化而改变。
3.如权利要求2所述的光调制装置，其中，该啁啾为一变数，该光相位调制器还包括：
一偏压电极，与该第二波导及该第二电极对应设置，且用于接收一偏压信号，该输出光信号的该啁啾随该偏压信号的变化而改变。
4.如权利要求2所述的光调制装置，其中，所述第一调制电压及所述第二调制电压的相位相差180度，所述第一调制电压及所述第二调制电压的振幅相同。
5.如权利要求1所述的光调制装置，其中，该分光器及该光结合器各自为一Y分支波导。
6.如权利要求1所述的光调制装置，其中，该分光器及该光结合器各自为一光定向耦合器。
7.如权利要求1所述的光调制装置，其中，该分光器及该光结合器各自为一多模干涉仪。
8.如权利要求1所述的光调制装置，其中，该分光比与该结合比皆为定值。
9.如权利要求1所述的光调制装置，还包含：
一比例调整器，用于接收一可变的直流电压，并根据该直流电压调整该分光比与该结合比的比例。
10.如权利要求9所述的光调制装置，其中，该比例调整器包括
一第一电极，与该分光器对应设置，且用于接收该直流电压，及
一第二电极，与该光结合器对应设置，且用于接收该直流电压。
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