CN116137548A - 谐波生成器、谐波调制组件、光模块和光通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种谐波生成器，应用于光通信领域。第一分束器的第一输出端口通过第一光传输路径和第一光耦合器的第一输入端口相连。第一分束器的第二输出端口通过第二光传输路径和第一光耦合器的第二输入端口相连。第一光传输路径上设置有抑制器。抑制器用于通过调制载波光束得到谐波光束，抑制谐波光束中的载波和偶数次谐波。第一光耦合器的一个输出端口连接有第一移相器。第一移相器用于输出第一光束。第一光耦合器的另一个输出端口用于输出第二光束。第一光束和第二光束中的载波同相，奇数次谐波反向。在本申请中，可以通过抑制器抑制偶数次谐波的功率，从而提高后续调制光信号的信噪比。

Description

谐波生成器、谐波调制组件、光模块和光通信设备

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及谐波生成器、谐波调制组件、光模块和光通信设备。

背景技术

在光通信领域中，许多器件的带宽制约了传输速率的提升。例如，互补式金属氧化物半导体数模转换器(complementary metal oxide semiconductor digital analogconverter CMOS DAC)的带宽一般在100GHz以下。

为此，可以通过光域频谱拼接技术降低对器件的带宽的要求。图1为光通信设备的结构示意图。如图1所示，光通信设备包括光源101、谐波生成器102、调制器组103和合束器110。光通信设备用于将待调制的电信号分为第一电信号和第二电信号。第一电信号和第二电信号的频谱范围为待调制的电信号的频谱范围的一半。第一电信号和第二电信号的带宽相同，且都小于待调制电信号的带宽。光源101用于输出光束。谐波生成器102包括分束器104、调制器105、移相器(phase shifter，PS)106和光耦合器107。分束器104用于将光束分为光束1和光束2。调制器105用于根据第一驱动信号调制光束1。调制器105还用于根据第二驱动信号调制光束2。第一驱动信号和第二驱动信号互补。第一驱动信号和第二驱动信号是时钟信号。时钟信号的频率大于或等于待调制的电信号的带宽的一半。PS 106用于改变光束1的相位。光耦合器107用于耦合光束1和光束2，输出第一光束和第二光束。第一光束和第二光束的载波同相，一次谐波反向。调制器组103包括调制器108和调制器109。调制器108用于根据第一电信号调制第一光束，以得到调制光信号1。调制器109用于根据第二电信号调制第二光束，以得到调制光信号2。合束器110用于对调制光信号1和调制光信号2进行合束，得到调制光信号。通过光域频谱拼接技术，可以用低带宽的光电器件产生高波特率的光调制信号。例如，调制器108和调制器109的带宽可以为待调制信号频谱的一半。类似地，其它的器件的带宽也可以为待调制信号频谱的一半。例如对第一电信号进行数模转换的DAC和放大第一电信号的驱动器。

但是，调制器105会产生相位同相的偶数次谐波。例如二次谐波。因此，第一光束和第二光束也会携带二次谐波。例如，当phi＝π/2，S＝m*π/4*cos(2*pi*BW*t)时，图1中光耦合器107输出的第一光束(Esout1)和第二光束(Esout2)的光学方程如下。

其中，“*”表示两个数值相乘。phi为移相器106的移相值。phi可以通过直流偏置电压调整。BW为第一驱动信号和第二驱动信号的频率。t为时间。m为调制深度，此处设为1。

为贝塞尔展开式的系数。从公式1和2可以看出，107输出后的第一光束和第二光束中除了有载波和一次谐波分量，还存在二次谐波分量。在经过后续调制器组103的调制过程中，相位相同的二次谐波会引入噪声，从而降低调制光信号的信噪比。

发明内容

本申请提供了一种谐波生成器、谐波调制组件、光模块和光通信设备。在本申请中，可以通过抑制器降低第一光束和第二光束中偶数次谐波的功率，从而提高后续调制光信号的信噪比。

本申请第一方面提供了一种谐波生成器。谐波生成器包括第一分束器、抑制器、第一光耦合器和第一移相器。第一分束器的第一输出端口通过第一光传输路径和第一光耦合器的第一输入端口相连。第一分束器的第二输出端口通过第二光传输路径和第一光耦合器的第二输入端口相连。第一分束器用于接收光束，将光束分为两个子光束。两个子光束不携带谐波或谐波的功率很小。因此，两个子光束也称为两个载波光束。第一光传输路径上设置有抑制器。抑制器用于接收载波光束，根据驱动信号调制载波光束，以得到谐波光束。谐波光束携带载波和谐波。抑制器还用于抑制谐波光束中的载波和偶数次谐波。在忽略载波和偶数次谐波的功率的情况下，抑制器用于输出奇数次谐波。第一光耦合器的第一输入端口用于接收奇数次谐波。第一光耦合器的第二输入端口用于接收载波。第一光耦合器用于耦合奇数次谐波和载波。第一光耦合器包括两个输出端口。两个输出端口中的一个输出端口连接有第一移相器。第一移相器用于输出第一光束。两个输出端口中的另一个输出端口用于输出第二光束。第一移相器用于改变光束的相位，使得第一光束的载波和第二光束的载波同相，第一光束的奇数次谐波和第二光束的奇数次谐波反向。

在本申请中，抑制器可以抑制载波和谐波中的偶数次谐波，从而得到较为纯净的奇数次谐波。再通过第一光耦合器和第一移相器，可以得到载波同相，奇数次谐波反向的第一光束和第二光束。因此，本申请可以降低第一光束和第二光束中二次谐波的功率，从而提高后续调制光信号的信噪比。

在第一方面的一种可选方式中，谐波生成器还包括功率调节器。第一光传输路径或第二光传输路径上设置有功率调节器。功率调节器用于调节光束的功率。其中，第一光束或第二光束中的载波和一次谐波的功率比值与调制光信号的信噪比相关。具体地，假设一次谐波和载波的功率比值为R。当后续调制器组的电信号的噪声较大时，较大的R值会增大调制后的光信号噪声，进而降低调制光信号的信噪比。在预处理过程中，较小的R值会降低有效电信号的功率，从而也会降低调制后光信号的信噪比。因此，在增加功率调节器后，本申请可以通过调节功率比值来提高调制光信号的信噪比。

在第一方面的一种可选方式中，谐波生成器还包括第二移相器。第一光传输路径或第二光传输路径上设置有第二移相器。第二移相器用于改变光束的相位。其中，第一光传输路径和第二光传输路径的长度可能不同，从而产生载波和奇数次谐波之间的相位差。当载波和奇数次谐波之间存在相位差时，会降低调制光信号的信噪比。因此，通过增加第二移相器，可以补偿相位差，从而提高调制光信号的信噪比。

在第一方面的一种可选方式中，第一光耦合器的分光比为a∶1-a。a的取值范围在0.4至0.6之间。其中，当a的取值和0.5的差值过大时，第一光束和第二光束中载波的功率差值会变大，一次谐波的功率差值也会变大。在后续通过调制器组调制第一光束和第二光束后，调制器组产生的两路输出光信号经过耦合后产生的频谱拼接噪声增大，从而影响调制光信号的信噪比。因此，本申请可以提高调制光信号的信噪比。

在第一方面的一种可选方式中，抑制器为马赫曾德调制器(mach-zehndermodulator，MZM)。MZM包括第二分束器、上调制器、下调制器、第三移相器和第二光耦合器。第二分束器的输入端口连接第一分束器的第一输出端口。第二分束器的第一输出端口通过第三光传输路径和第二光耦合器的第一输入端口相连。第二分束器的第二输出端口通过第四光传输路径和第二光耦合器的第二输入端口相连。第三光传输路径上设置有上调制器。第四光传输路径上设置有下调制器。上调制器和下调制器用于接收差分时钟驱动信号，根据差分时钟驱动信号调制载波光束得到谐波光束。谐波光束携带载波和谐波。第三光传输路径或第四光传输路径上设置有第三移相器。第三移相器用于使得第三光传输路径和第四光传输路径中传输的光束之间产生相位差。第二光耦合器用于根据相位差抑制谐波光束中的载波和偶数次谐波。第二光耦合器用于输出奇数次谐波。其中，通过使用MZM作为抑制器，可以降低谐波生成器的成本。

在第一方面的一种可选方式中，抑制器为线性化光调制器。其中，通过使用线性化光调制器，可以降低高频次谐波和低频次谐波的功率比值。例如可以降低三次谐波和一次谐波的功率比值。在后续调制第一光束和第二光束的过程中，本申请主要依赖于低频次谐波。高频次谐波的功率作为损耗丢失。因此，通过降低高频次谐波和低频次谐波的功率比值，可以降低谐波生成器的损耗。

在第一方面的一种可选方式中，线性化光调制器包括第一MZM、第二MZM、第二光耦合器和第三移相器。第一MZM的输入端口和第一分束器的第一输出端口相连。第一MZM的第一输出端口通过第三光传输路径和第二光耦合器的第一输入端口相连。第一MZM的第二输出端口通过第四光传输路径和第二光耦合器的第二输入端口相连。第三光传输路径上设置有第二MZM。第三光传输路径或第四光传输路径上设置有第三移相器。

在第一方面的一种可选方式中，线性化光调制器包括第一MZM、反光片、第二光耦合器和第三移相器。第一MZM的第一输入端口和第一分束器的第一输出端口相连。第一MZM的第一输出端口连接反光片。第一MZM的第二输出端口通过第三光传输路径和第二光耦合器的第一输入端口相连。第一MZM的第二输入端口通过第四光传输路径和第二光耦合器的第二输入端口相连。第三光传输路径或第四光传输路径上设置有第三移相器。其中，通过增加反光片，可以减少MZM的数量，从而降低谐波生成器的成本。

在第一方面的一种可选方式中，第二光耦合器的分光比为r∶1-r。r的取值范围为0.02至0.2。其中，在线性化光调制器输出的光束中，高频次谐波和低频次谐波的功率比值和线性化光调制器的线性度相关。线性度越好，功率比值越低。线性度和r的值相关。当r的取值范围为0.02至0.2时，线性化光调制器有较好的线性度。因此，本申请可以降低高频次谐波和低频次谐波的功率比值，从而降低谐波生成器的损耗。

在第一方面的一种可选方式中，第二光耦合器为可调光耦合器。其中，当第一MZM输出的分光比为0.5∶0.5，r取0.02至0.2时，线性化光调制器具较好的线性度。但是，第三光传输路径和第四光传输路径中的光路损耗可能不同。不同的光路损耗会改变r的较优取值范围。当第二光耦合器为可调光耦合器时，可以通过可调光耦合器改变r值，从而降低高频次谐波和低频次谐波的功率比值，降低谐波生成器的损耗。

本申请第二方面提供了一种谐波调制组件。谐波调制组件包括调制器组、合束器和前述第一方面或第一方面中任意一项所述的谐波生成器。调制器组包括第一调制器和第二调制器。谐波生成器的一个输出端口和第一调制器相连。谐波生成器的另一个输出端口和第二调制器相连。第一调制器的输出端和合束器的第一输入端相连。第二调制器的输出端和合束器的第二输入端相连。

在第二方面的一种可选方式中，第一调制器和第二调制器为强度调制器。

在第二方面的一种可选方式中，第一调制器和第二调制器为IQ调制器。

在第二方面的一种可选方式中，谐波调制组件还包括偏振分波器、另一调制器组、另一合束器、偏振合波器和另一前述第一方面或第一方面中任意一项所述的谐波生成器。偏振分波器的第一输出端口和谐波生成器的输入端口相连。偏振分波器的第二输出端口和另一谐波生成器的输入端口相连。另一调制器组包括第三调制器和第四调制器。另一谐波生成器的一个输出端口和所述第三调制器相连。另一谐波生成器的另一个输出端口和第四调制器相连。第三调制器的输出端口和另一合束器的第一输入端口相连。第四调制器的输出端口和另一合束器的第二输入端口相连。合束器的输出端口和偏振合波器的第一输入端口相连。另一合束器的输出端口和偏振合波器的第二输入端口相连。

在第二方面的一种可选方式中，第一调制器和第二调制器为线性化光调制器。其中，线性化光调制器降低了调制器的非线性，从而减少了高次谐波分量带来的带内噪声，可以进一步提高调制光信号的信噪比。

本申请第三方面提供了一种光模块。光模块包括光源和前述第二方面或第二方面中任意一项所述的谐波调制组件。光源用于生成光束，向谐波调制组件传输光束。谐波调制组件用于调制光束，得到调制光信号。

本申请第四方面提供了一种光通信设备。光通信设备包括处理器和前述第三方面所述的光模块。处理器用于将待调制的电信号分为第一电信号和第二电信号。第一电信号和第二电信号的带宽相同，且都小于待调制电信号的带宽。处理器还用于向光模块传输第一电信号和第二电信号。光模块用于生成光束，根据光束得到第一光束和第二光束。第一光束的载波和第二光束的载波同相。第一光束的奇数次谐波和第二光束的奇数次谐波反向。光模块还用于通过第一电信号调制第一光束，得到第一调制光信号。光模块还用于通过第二电信号调制第二光束，得到第二调制光信号。光模块还用于对第一调制光信号和第二调制光信号进行合束，得到调制光信号。

本申请第五方面提供了一种谐波生成方法。谐波生成方法包括以下步骤：通过分束器将载波光束分为两个载波光束。调制所述两个载波光束中的一个载波光束得到谐波光束。所述谐波光束包括载波和谐波。抑制所述谐波光束中的载波和偶数次谐波，得到奇数次谐波光束。耦合所述奇数次谐波光束和所述两个载波光束中的另一个载波光束，得到两个光束。通过移相器改变所述两个光束中的一个光束的相位，使得所述两个光束的载波同相，奇数次谐波反向。

在第五方面的一种可选方式中，谐波生成方法还包括以下步骤：通过功率调节器调节所述一个载波光束、所述另一个载波光束、或所述奇数次谐波光束的功率。

在第五方面的一种可选方式中，谐波生成方法还包括以下步骤：通过移相器改变所述一个载波光束、所述另一个载波光束、或所述奇数次谐波光束的相位。

附图说明

图1为光通信设备的结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的谐波生成器的第一个结构示意图；

图3a为本申请实施例中提供的第一光束的载波和谐波的分布示意图；

图3b为本申请实施例中提供的第二光束的载波和谐波的分布示意图；

图4a为本申请实施例中提供的抑制器的第一个结构示意图；

图4b为本申请实施例中提供的谐波生成器的第二个结构示意图

图5为本申请实施例中提供的抑制器的第二个结构示意图；

图6为本申请实施例中提供的抑制器的第三个结构示意图；

图7为本申请实施例中提供的谐波生成器的第三个结构示意图；

图8为本申请实施例中提供的功率调节器的结构示意图；

图9为本申请实施例中提供的谐波调制组件的第一个结构示意图；

图10为本申请实施例中提供的谐波调制组件的第二个结构示意图；

图11为本申请实施例中提供的光模块的结构示意图；

图12为本申请实施例中提供的光通信设备的结构示意图；

图13为本申请中提供的光通信系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种谐波生成器、谐波调制组件、光模块和光通信设备。在本申请中，抑制器可以抑制载波和谐波中的偶数次谐波。因此，本申请可以降低第一光束和第二光束中二次谐波的功率，从而提高后续调制光信号的信噪比。应理解，本申请中使用的“第一”、“第二”、“目标”等仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。另外，为了简明和清楚，本申请多个附图中重复参考编号和/或字母。重复并不表明各种实施例和/或配置之间存在严格的限定关系。

本申请中的谐波生成器应用于光通信领域。在光通信领域中，器件的带宽制约了传输速率。因此，可以通过光域频谱拼接技术降低对器件的带宽的要求。但是，在图1中，谐波生成器102输出的第一光束和第二光束携带偶数次谐波。偶数次谐波中的二次谐波会引入频谱拼接噪声。合束器110并不能消除二次谐波带来的噪声。在后续的处理中，噪声会降低调制光信号的信噪比。

为此，本申请提供了一种谐波生成器。图2为本申请实施例中提供的谐波生成器的第一个结构示意图。如图2所示，谐波生成器200包括分束器201、抑制器202、第一光耦合器204和第一移相器(phase shifter，PS)203。

分束器201的第一输出端口通过第一光传输路径和第一光耦合器204的第一输入端口相连。分束器201的第二输出端口通过第二光传输路径和第一光耦合器204的第二输入端口相连。分束器201用于接收光束，将光束分为两个光束。光束为连续光信号。两个光束包括光束1和光束2。第一光传输路径用于传输光束1。第二光传输路径用于传输光束2。第一光传输路径上设置有抑制器202。抑制器202用于根据驱动信号调制光束1，得到调制后的光束1。抑制器202的驱动信号可以为时钟信号，也可以为占空比百分之五十的周期信号。光束1也称为载波光束，调制后的光束1也称为谐波光束。载波光束携带载波。谐波光束携带载波和谐波。载波的频率和分束器201接收的光束的频率相同。谐波包括偶数次谐波和奇数次谐波。偶数次谐波包括二次谐波、四次谐波等。奇数次谐波包括一次谐波、三次谐波等。抑制器202还用于抑制谐波光束中的载波和偶数次谐波。在抑制载波和偶数次谐波后，可以忽略载波和偶数次谐波的功率。此时，抑制器202用于向第一光耦合器204传输奇数次谐波。第一光耦合器204用于从抑制器202接收奇数次谐波。第一光耦合器204用于从分束器201接收载波。第一光耦合器204用于对奇数次谐波和载波进行光耦合。第一光耦合器204的一个输出端口连接第一移相器203。第一移相器203为90°移相器。在实际应用中，第一移相器203的移相值可以和90°存在差值。差值用于补偿第一光束和第二光束在光耦合器204输出后的光传输路径上的光程差。第一移相器203用于改变光束的相位，输出第一光束。第一光耦合器204的另一个输出端口用于输出第二光束。

第一光束的载波和第二光束的载波的相位相同(简称同相)。第一光束的奇数次谐波和第二光束的奇数次谐波的相位相反(简称反相)。图3a为本申请实施例中提供的第一光束的载波和谐波的分布示意图。如图3a所示，横坐标为频率，纵坐标表示幅度。第一光束包括载波f0和一次谐波f11。载波f0的幅度高于一次谐波f11的幅度。实际应用中，载波f0的幅度可以等于或小于一次谐波f11的幅度。载波f0和一次谐波f11的频率差等于驱动信号的频率。驱动信号的频率可以等于后续待调制的电信号的带宽的一半。图3b为本申请实施例中提供的第二光束的载波和谐波的分布示意图。如图3b所示，第二光束包括载波f0和一次谐波f12。第二光束的载波f0和第一光束的载波f0同相。一次谐波f12和一次谐波f11反向。第二光束的载波f0和第一光束的载波f0的功率相同。一次谐波f12和一次谐波f11的功率相同。其中，奇数次谐波中的高频次谐波对噪声的影响较小，因此此处可以忽略三次谐波及以上的高频次谐波。在抑制器202抑制偶数次谐波后，此处也可以忽略偶数次谐波。

在本申请中，抑制器202可以抑制谐波光束中的载波和偶数次谐波，从而得到较为纯净的奇数次谐波。再通过第一光耦合器和第一移相器，可以得到载波同相，奇数次谐波反向的第一光束和第二光束。在实际应用中，偶数次谐波中的二次谐波是产生噪音的主要原因。因此，本申请可以降低第一光束和第二光束中二次谐波的功率，从而提高后续调制光信号的信噪比。

应理解，在实际应用中，由于器件的制造误差，第一光束的载波和第二光束中的载波的相位可能会存在一些偏差。类似地，第一光束的奇数次谐波和第二光束中的奇数次谐波的相位差和180°也可能会存在一些偏差。

应理解，在图2中，第一移相器203与第一光耦合器204的第一输出端口相连。在实际应用中，第一移相器203可以与第一光耦合器204的第二输出端口相连。此时，第一移相器203用于改变第二光束的相位。或者，谐波生成器200包括两个第一移相器203。一个第一移相器203连接第一光耦合器204的第一输出端口。另一个第一移相器203连接第一光耦合器204的第二输出端口。其中一个第一移相器203为90°移相器。另一个第一移相器203为180°移相器。

第一光耦合器204的分光比影响第一光束和第二光束中载波的功率差值，同时也影响第一光束和第二光束中一次谐波功率差值。第一光耦合器的分光比可以为a∶1-a。a的取值范围在0.4至0.6之间。当a的取值和0.5的差值过大时，第一光束和第二光束中载波的功率差值会变大，一次谐波的功率差值也会变大。在后续通过调制器组调制第一光束和第二光束后，两路光信号经过耦合后产生的频谱拼接噪声增大，从而影响调制光信号的信噪比。因此，本申请可以提高调制光信号的信噪比。下面对本申请中提供的抑制器202的结构进行描述。图4a为本申请实施例中提供的抑制器的第一个结构示意图。如图4a所示，抑制器202包括第二分束器401、上调制器402、下调制器403、第三移相器404和第二光耦合器405。第二分束器401的输入端口连接第一分束器(图4a中未示出)的第一输出端口。第二分束器401用于接收光束1，将光束1分为光束11和光束12。第二分束器401的第一输出端口通过第三光传输路径和第二光耦合器405的第一输入端口相连。第二分束器401的第二输出端口通过第四光传输路径和第二光耦合器405的第二输入端口相连。第三光传输路径上设置有上调制器402。第四光传输路径上设置有下调制器403。上调制器402用于接收第一驱动信号，根据第一驱动信号调制光束11，得到光束21。下调制器403用于接收第二驱动信号，根据第一驱动信号调制光束12，得到光束22。第一驱动信号和第二驱动信号为差分时钟驱动信号。第二驱动信号和第一驱动信号的电压相反。经过调制后，光束21和光束22携带载波和谐波。第三光传输路径上设置有第三移相器404。第三移相器404用于改变光束21的相位，使得光束21和光束22存在相位差。第二光耦合器405用于耦合光束21和光束22。由于光束21和光束22中存在一定的相位差，因此，在耦合过程中，第二光耦合器405可以抑制偶数次谐波和载波。第二光耦合器405用于输出奇数次谐波。

图4b为本申请实施例中提供的谐波生成器的第二个结构示意图。如图4b所示，当采用图4a所示的抑制器时，谐波生成器200包括分束器201、抑制器202、第一光耦合器204和第一移相器203。分束器201用于将光束分为两个光束。两个光束包括光束1和光束2。光束1和光束2也称为载波光束。第一光传输路径上设置有抑制器202。抑制器202的结构如图4a所示。抑制器202用于调制光束1，得到调制后的光束1。调制后的光束1包括载波和谐波。抑制器202还用于抑制调制后的光束1中的载波和偶数次谐波，输出奇数次谐波。第一光耦合器204用于从抑制器202接收奇数次谐波，从分束器201接收载波。第一光耦合器204用于对奇数次谐波和载波进行光耦合。谐波生成器200用于输出第一光束和第二光束。第一移相器203用于改变光束的相位，使得第二光束的载波和第一光束的载波同相，第二光束的奇数次谐波和第一光束的奇数次谐波反向。图4a中的抑制器202为非线性光调制器。此时，在奇数次谐波中，高频次谐波和低频次谐波的功率比值较高。在后续的处理中，高频次谐波的功率将作为损耗。为了降低损耗，抑制器202可以为线性化光调制器。当线性化光调制器的输入和输出存在近似的线性关系时，线性化光调制器输出的光束中携带的高频次谐波的功率较小。当线性化光调制器的输入和输出存在线性关系时，线性化光调制器输出的光束不携带的高频次谐波。假设线性化光调制器的输出Eout(t)等于公式3。

此时，谐波生成器200输出的第一光束output1和第二光束output2可以用以下公式表示。

其中，“*”表示两个数值相乘。OC为谐波生成器200的输入光束的光强幅值。将公式3代入到公式4，得到公式5和公式6。

在公式5和公式6中，并未计算第一移相器203的功能。此时，第一光束和第二光束存在额外的相位差j。通过第一移相器203可以消除第一光束和第二光束的相位差。在消除相位差后，根据公式5和公式6可知，当线性化光调制器的输入和输出存在线性关系时，谐波生成器200的输出不携带三次谐波及以上的高频、奇数次谐波。因此，本申请可以降低损耗。

根据前面的描述可知，当抑制器202为线性化光调制器时，可以降低损耗。在实际应用中，线性化光调制器可以拥有不同的结构。下面以两个不同的结构为例，对本申请中的线性化光调制器进行描述。

图5为本申请实施例中提供的抑制器的第二个结构示意图。如图5所示，抑制器202包括第一MZM、第二MZM、第二光耦合器502和第三移相器501。第一MZM的输入端口用于和第一分束器(图5中未示出)的第一输出端口相连。第一MZM的输入端口用于接收光束1。第一MZM用于根据第一驱动信号调制光束1，得到光束11和光束12。第一MZM包括光耦合器503。光耦合器503的分光比为0.5∶0.5。光耦合器503用于对光束11和光束12进行光耦合，得到光束21和光束22。其中，光束22是被抑制了载波和偶数次谐波的光束。光束21为携带载波和偶数次谐波的光束。第一MZM的第一输出端口通过第三光传输路径和第二光耦合器502的第一输入端口相连。第一MZM的第二输出端口通过第四光传输路径和第二光耦合器502的第二输入端口相连。第一MZM用于通过的第一输出端口输出光束21。第一MZM用于通过第二输出端口输出光束22。

第三光传输路径上设置有第二MZM。第二MZM用于根据第二驱动信号调制光束21，将光束21中携带的载波和偶数次谐波转换为奇数次谐波。第二MZM输出奇数次谐波。第一驱动信号和第二驱动信号为差分时钟驱动信号。第二驱动信号和第一驱动信号的电压相反。第四光传输路径上设置有第三移相器501。第三移相器501用于补偿第三光传输路径和第四光传输路径的光程差。在实际应用中，也可以通过调整第四光传输路径的长度来补偿光程差。第二光耦合器502用于接收光束21和光束22。在耦合过程中，通过调整第二光耦合器502的分光比，可以抑制高频次谐波。第二光耦合器502用于输出奇数次谐波且其中高频次谐波的能量被抑制。

图5中的线性化光调制器的光场可以表示为如下公式。

其中，Eout(t)为奇数次谐波。调制后的光束21和光束22的功率比值为1-r∶r。1-r∶r也可以称为第二光耦合器502的分光比。Vπ为第一MZM和第二MZM的半波电压。V(t)为第一MZM和第二MZM的驱动电压的绝对值。

令

|x|≤1。将公式7化简为如下公式。

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正弦函数的泰勒展开式，如公式9所示。由于x的绝对值小于1，所以只要展开到5次方即可，更高阶的影响很小。因此，在公式9中，(x⁵)表示更高阶的次方。更高阶的次方的系数用O表示。

将公式9带入公式8中。当r＝0.112时，可以得到公式10。

Eout(t)≈0.98x(t) 公式10

驱动电压V(t)小于半波电压Vπ。因此，可以对公式10进一步化简，得到前述公式3。

由公式8的归一化泰勒公式展开可知，光场第一项的非线性可以由第二项非线性进行补偿。通过调整系数r可以得到更好的线性度。通过数值仿真可知，r在区间范围0.02至0.2时，线性化光调制器具有一定的线性度。r的取值范围包括0.02或0.2。并且，当r取0.112时，线性化光调制器具有较好的线性度。

图6为本申请实施例中提供的抑制器的第三个结构示意图。如图6所示，抑制器202包括第一MZM、反光片601、第二光耦合器603和第三移相器602。第一MZM的第一输入端口用于和第一分束器(图6中未示出)的第一输出端口相连。第一MZM的第一输入端口用于接收光束1。第一MZM用于将光束1分为光束11和光束12。第一MZM用于根据驱动信号调制光束11和光束12。第一MZM还用于耦合光束11和光束12，得到光束21和光束22。其中，光束22是被抑制了载波和偶数次谐波的光束。光束21为携带载波和偶数次谐波的光束。光束21和光束22互补。第一MZM的第一输出端口连接反光片601。第一MZM的第一输出端口用于输出光束21。反光片601用于反射光束21。反射的光束21通过第一MZM的第一输出端口进入第一MZM。第一MZM用于根据驱动信号调制反射的光束21，将光束21中携带的载波和偶数次谐波转换为奇数次谐波。第一MZM用于通过第二输入端口输出调制后的光束21。调制后的光束21携带奇数次谐波。

第一MZM的第二输出端口通过第三光传输路径和第二光耦合器603的第一输入端口相连。第一MZM的第二输出端口用于向第二光耦合器603传输光束22。第一MZM的第二输入端口通过第四光传输路径和第二光耦合器603的第二输入端口相连。第一MZM的第二输入端口用于向第二光耦合器603传输调制后的光束21。第三光传输路径上设置有第三移相器602。第三移相器602用来补偿第三光传输路径和第四光传输路径的光程差。第二光耦合器603用于耦合光束21和光束22。在耦合过程中，通过调整第二光耦合器603的分光比，可以抑制高频次谐波。第二光耦合器603用于输出奇数次谐波且其中高频次谐波的能量被抑制。

在图6中，通过一个MZM实现了两个MZM的功能。因此，相比于图5，该方案可以降低谐波生成器的成本或体积。光束21(E2)和光束22(E1)可以用如下公式表示。

光束21经过反光片601后原路返回。此时，反射的光束21作为第一MZM的输入光束(不考虑光的路径延迟)。第一MZM根据驱动信号调制反射的光束21。调制后的光束21(E3)可以用如下公式表示。

经过第三移相器602后，第二光耦合器603根据光束22(E1)和调制后的光束21(E3)得到奇数次谐波。奇数次谐波可以通过以下公式表达。

其中，Eout(t)为奇数次谐波。调制后的光束21和光束22的功率比值为1-r∶r。1-r∶r也可以称为第二光耦合器603的分光比。Vπ为第一MZM的半波电压。V(t)为第一MZM的驱动电压。公式14和公式7相同。按照前述简化公式7的方式简化公式14，可以得到公式3。并且，也可以通过调节r的值来调整线性化光调制器的线性度。

应理解，在图5，第三移相器501被设置于第四光传输路径。第三移相器501用于改变光束22的相位。在实际应用中，第三移相器也可以被设置于第三光传输路径。第三移相器501用于改变调制后的光束21的相位。类似地，在图6中，第三移相器602被设置于第三光传输路径。第三移相器602用于改变光束22的相位。在实际应用中，第三移相器602也可以被设置于第四光传输路径。第三移相器602用于改变调制后的光束21的相位。

根据前述对图5的描述可知，当光耦合器503的分光比为0.5∶0.5，r取0.02至0.2时，线性化光调制器具较好的线性度。但是，第三光传输路径和第四光传输路径中的光路损耗可能不同。不同的光路损耗会改变r的较优取值范围。当第二光耦合器为可调光耦合器时，可以通过可调光耦合器改变r值，从而降低高频次谐波和低频次谐波的功率比值，降低谐波生成器的损耗。

在图2中，第一光传输路径和第二光传输路径的长度可能不同。不同的长度会产生相位差。当载波和奇数次谐波之间存在较大的相位差时，会降低后续调制光信号的信噪比。为此，谐波生成器还可以包括第二移相器。第二移相器用于补偿由于光传输路径的长度不同产生的光程差。例如，图7为本申请实施例中提供的谐波生成器的第三个结构示意图。如图7所示，在图2的基础上，谐波生成器还包括第二移相器702。第二移相器702被设置于第二光传输路径。第二移相器702用于改变光束2的相位。应理解，在实际应用中，第二移相器702也可以被设置于第一光传输路径。

在图2中，当第一分光器201的分光比发生改变时，第一光束或第二光束中的载波和奇数次谐波的功率比值会发生改变。功率比值和调制光信号的信噪比相关。因此，第一分光器201可以为可调分束器。通过调节分光器201的分光比来调节调制光信号的信噪比。或者，谐波生成器还包括功率调节器。功率调节器用于调节载波或奇数次谐波的功率。例如，如图7所示，在图2的基础上，谐波生成器还包括功率调节器701。第二光传输路径上设置有功率调节器701。功率调节器701用于调节功率光束2的功率。当光束2的功率发生改变时，第一光束或第二光束中载波的功率会发生改变，从而调节第一光束或第二光束中的载波和奇数次谐波的功率比值。应理解，在实际应用中，功率调节器701也可以被设置于第一光传输路径。此时，功率调节器701用于调节奇数次谐波的功率。

图8为本申请实施例中提供的功率调节器的结构示意图。如图8所示，功率调节器701包括分束器801、移相器802和光耦合器803。分束器801用于将光束2分为两个光束。分束器801的第一输出端口通过光传输路径1和光耦合器803的第一输入端口相连。分束器801的第二输出端口通过光传输路径2和光耦合器803的第二输入端口相连。光传输路径1上设置有移相器802。移相器802用于改变光束的相位。光耦合器803用于对两个光束进行光耦合，输出功率调节后的光束2。通过控制移相器802，可以调节光束2的功率。

前面对本申请中提供的谐波生成器进行描述，下面对本申请中提供的谐波调制组件进行描述。图9为本申请实施例中提供的谐波调制组件的第一个结构示意图。如图9所示。谐波调制组件900包括谐波生成器200、调制器组904和合束器903。

关于谐波生成器200的描述可以参考前述图2-8中的相关描述。谐波生成器200用于接收光束，根据驱动信号和光束得到第一光束和第二光束。第一光束的载波和第二光束的载波同相。第一光束的奇数次谐波和第二光束的奇数次谐波反向。谐波生成器200用于向调制器组904传输第一光束和第二光束。

调制器组904包括第一调制器901和第二调制器902。第一调制器901和第二调制器902可以为强度调制器或IQ调制器。第一调制器901用于接收第一光束。第一调制器901用于根据第一电信号调制第一光束，得到第一调制光信号。第二调制器902用于接收第二光束。第二调制器902用于根据第二电信号调制第二光束，得到第二调制光信号。其中，第一电信号和第二电信号是根据待调制的电信号得到的。第一电信号和第二电信号的带宽相同，且都小于待调制电信号的带宽。例如，待调制的电信号的频谱范围为0至2B。通过数字信号预处理(digital signal processing，DSP)模块产生两个带宽为B的电信号。两个带宽为B的电信号分别为第一电信号和第二电信号。

合束器903的第一输入端和第一调制器901的输出端相连。合束器903的第二输入端和第二调制器902的输出端相连。合束器903用于对第一调制光信号和第二调制光信号进行合束，得到调制光信号。在合束过程中，第一调制光信号和第二调制光信号发生干涉现象，实现频谱拼接。

图10为本申请实施例中提供的谐波调制组件的第二个结构示意图。如图10所示。谐波调制组件1000包括偏振分波器1001和偏振合波器1005。偏振分波器1001用于接收光束，将光束分为X偏振光束和Y偏振光束。偏振分波器1001的第一输出端口通过光传输路径3和偏振合波器1005第一输入端口相连。偏振分波器1001的第二输出端口通过光传输路径4和偏振合波器1005第二输入端口相连。

偏振分波器1001的第一输出端口用于输出X偏振光束。在光传输路径3上设置有谐波生成器200、调制器组904和合束器903。关于谐波生成器200、调制器组904和合束器903的描述，可以参考图9中对谐波调制组件900的相关描述。谐波调制组件900用于输出X偏振调制光束。

偏振分波器1001的第二输出端口用于输出Y偏振光束。在光传输路径4上设置有谐波生成器1002、调制器组1003和合束器1004。谐波生成器1002用于接收Y偏振光束，根据驱动信号和Y偏振光束得到第三光束和第四光束。第三光束和第四光束中的载波同相，奇数次谐波反向。谐波生成器1002用于向调制器组1003传输第三光束和第四光束。调制器组1003包括第三调制器和第四调制器。第三调制器用于接收第三光束，根据第一电信号调制第一光束，得到第三调制光信号。第四调制器用于接收第四光束，根据第四电信号调制第四光束，得到第四调制光信号。其中，第三电信号和第四电信号是根据待调制的Y偏振电信号得到的。第三电信号和第四电信号的带宽相同，且都小于待调制电信号的带宽。合束器1004用于接收第三调制光信号和第四调制光信号。合束器1004用于对第三调制光信号和第四调制光信号进行合束，得到Y偏振调制光信号。应理解，关于光传输路径4的描述可以参考前述对光传输路径3的描述。

偏振合波器1005的第一输入端口和合束器903的输出端口相连。偏振合波器1005用于从合束器903接收X偏振调制光信号。偏振合波器1005的第二输入端口和合束器1004的输出端口相连。偏振合波器1005用于从合束器1004接收Y偏振调制光信号。偏振合波器1005用于对Y偏振调制光信号和X偏振调制光信号进行合波，得到目标光信号。

前面对本申请中的谐波调制组件进行描述，下面对本申请中提供的光模块进行描述。图11为本申请实施例中提供的光模块的结构示意图。如图11所示。光模块1100包括光源1101和谐波调制组件1102。光源1101用于生成光束，向谐波调制组件1102传输光束。关于谐波调制组件1102的描述可以参考前述图9或图10中谐波调制组件的相关描述。谐波调制组件1102用于根据电信号调制光束，得到调制光信号。

前面对本申请中的光模块进行描述，下面对本申请中提供的光通信设备进行描述。图12为本申请实施例中提供的光通信设备的结构示意图。如图12所示，光通信设备1200包括处理器1201和光模块1100。

处理器1201可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)或者CPU和NP的组合。处理器1201还可以进一步包括硬件芯片或其他通用处理器。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。具体地，处理器1201可以是光数字信号处理(optical digital signal processing，oDSP)芯片。oDSP芯片可以包括DSP模块。

处理器1201用于根据待调制的电信号得到第一电信号和第二电信号。第一电信号和第二电信号的带宽相同，且都小于待调制电信号的带宽。此外，处理器1201还可以对待调制的电信号进行调制格式映射、整形、滤波、或链路预补偿等。处理器1201用于向光模块1100传输第一电信号和第二电信号。在实际应用中，光通信设备1200还可以包括两个DAC和两个电驱动器。两个DAC用于分别对第一电信号和第二电信号进行数模转换。两个电驱动器用于分别对第一电信号和第二电信号进行功率放大。

光模块1100用于接收第一电信号和第二电信号。关于光模块1100的描述，可以参考前述图11中的相关描述。光模块1100用于生成光束，根据光束得到第一光束和第二光束。第一光束和第二光束的载波同相，奇数次谐波反向。光模块1100用于通过第一电信号调制第一光信号，得到第一调制光信号。光模块1100还用于通过第二电信号调制第二光信号，得到第二调制光信号。光模块1100用于对第一调制光信号和第二调制光信号进行合束，得到调制光信号。调制光信号的带宽和待调制的电信号的带宽相同。

在其它实施例中，光通信设备1200还可以包括存储器。存储器用于存储待调制的电信号。存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、或闪存等。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)。

前面对本申请中提供的光通信设备进行描述，下面对本申请中提供的光通信系统进行描述。图13为本申请中提供的光通信系统的结构示意图。如图13所示，光通信系统包括光通信设备1200和光网络设备1301。

关于光通信设备1200的描述可以参考前述对图12的相关描述。光通信设备1200用于根据待调制的电信号得到第一电信号和第二电信号。第一电信号和第二电信号的带宽相同，且都小于待调制电信号的带宽。光通信设备1200用于根据光束得到第一光束和第二光束。第一光束和第二光束的载波同相，奇数次谐波反向。光通信设备1200用于根据第一电信号调制第一光束，得到第一调制光信号。光通信设备1200还用于根据第二电信号调制所述第二光束，得到第二调制光信号。光通信设备1200还用于对第一调制光信号和第二调制光信号进行合束，得到调制光信号。光通信设备1200用于向光网络设备1301传输调制光信号。

光网络设备1301用于接收调制光信号，解调调制光信号，得到电信号。在实际应用中，光网络设备1301还可以向光通信设备1200传输光信号。光网络设备1201得到光信号的方法可以参考前述光通信设备1200得到调制光信号的相关描述。

在其它实施例中，光通信系统还可以包括复用器(multiplexer，MUX)和解复用器(demultiplexer，DEMUX)。MUX连接N个光通信设备1200。N为大于0的整数。每个光通信设备1200用于向MUX传输不同波长的调制光信号。MUX用于对N个不同波长的调制光信号进行合波，得到具有N个波长的光信号。MUX用于向DEMUX传输具有N个波长的光信号。DEMUX用于对具有N个波长的光信号进行分波，得到N个具有不同波长的调制光信号。DEMUX和N个光网络设备1301相连。DEMUX用于向每个光网络设备1301传输携带一个波长的调制光信号。

本申请还提供了一种谐波生成方法。谐波生成方法包括以下步骤：通过分束器将载波光束分为两个载波光束。调制两个载波光束中的一个载波光束得到谐波光束。谐波光束包括载波和谐波。抑制谐波光束中的载波和偶数次谐波，得到奇数次谐波光束。耦合奇数次谐波光束和两个载波光束中的另一个载波光束，得到两个光束。通过移相器改变两个光束中的一个光束的相位，使得两个光束的载波同相，奇数次谐波反向。

关于谐波生成方法的描述，可以参考前述谐波生成器的相关描述。例如，两个载波光束为光束1和光束2。两个光束为第一光束和第二光束。又如，谐波生成方法包括以下步骤：通过功率调节器调节一个载波光束、另一个载波光束、或奇数次谐波光束的功率。又如，谐波生成方法还包括以下步骤：通过第二移相器改变一个载波光束、另一个载波光束、或奇数次谐波光束的相位。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种谐波生成器，其特征在于，包括第一分束器、抑制器、第一光耦合器和第一移相器，其中：

所述第一分束器的第一输出端口通过第一光传输路径和所述第一光耦合器的第一输入端口相连；

所述第一分束器的第二输出端口通过第二光传输路径和所述第一光耦合器的第二输入端口相连；

所述第一光传输路径上设置有所述抑制器，所述抑制器用于通过调制载波光束得到谐波光束，抑制所述谐波光束中的载波和偶数次谐波；

所述第一光耦合器包括两个输出端口，所述两个输出端口中的一个输出端口连接有所述第一移相器，所述第一移相器用于输出第一光束，所述两个输出端口中的另一个输出端口用于输出第二光束，所述第一光束的载波和所述第二光束的载波同相，所述第一光束的奇数次谐波和所述第二光束的奇数次谐波反向。

2.根据权利要求1所述的谐波生成器，其特征在于，所述谐波生成器还包括功率调节器；

所述第一光传输路径或所述第二光传输路径上设置有所述功率调节器。

3.根据权利要求1或2所述的谐波生成器，其特征在于，所述谐波生成器还包括第二移相器；

所述第一光传输路径或所述第二光传输路径上设置有所述第二移相器。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的谐波生成器，其特征在于，所述第一光耦合器的分光比为a∶1-a，所述a的取值范围在0.4至0.6之间。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的谐波生成器，其特征在于，所述抑制器包括第二分束器、上调制器、下调制器、第三移相器和第二光耦合器；

所述第二分束器的输入端口连接所述第一分束器的第一输出端口；

所述第二分束器的第一输出端口通过第三光传输路径和所述第二光耦合器的第一输入端口相连；

所述第二分束器的第二输出端口通过第四光传输路径和所述第二光耦合器的第二输入端口相连；

所述第三光传输路径上设置有所述上调制器，所述第四光传输路径上设置有所述下调制器，所述上调制器和所述下调制器用于接收差分时钟驱动信号，根据所述差分时钟驱动信号调制所述载波光束，以得到所述谐波光束；

所述第三光传输路径或所述第四光传输路径上设置有所述第三移相器，所述第三移相器用于产生所述第三光传输路径和所述第四光传输路径中传输的光束之间的相位差，所述第二光耦合器用于根据所述相位差抑制所述谐波光束中的载波和偶数次谐波。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的谐波生成器，其特征在于，所述抑制器为线性化光调制器。

7.根据权利要求6所述的谐波生成器，其特征在于，所述线性化光调制器包括第一马赫曾德调制器MZM、第二MZM、第二光耦合器和第三移相器；

所述第一MZM的输入端口和所述第一分束器的第一输出端口相连；

所述第一MZM的第一输出端口通过第三光传输路径和所述第二光耦合器的第一输入端口相连；

所述第一MZM的第二输出端口通过第四光传输路径和所述第二光耦合器的第二输入端口相连；

所述第三光传输路径上设置有所述第二MZM；

所述第三光传输路径或所述第四光传输路径上设置有所述第三移相器。

8.根据权利要求6所述的谐波生成器，其特征在于，所述线性化光调制器包括第一MZM、反光片、第二光耦合器和第三移相器；

所述第一MZM的第一输入端口和所述第一分束器的第一输出端口相连；

所述第一MZM的第一输出端口连接所述反光片；

所述第一MZM的第二输出端口通过第三光传输路径和所述第二光耦合器的第一输入端口相连；

所述第一MZM的第二输入端口通过第四光传输路径和所述第二光耦合器的第二输入端口相连；

所述第三光传输路径或所述第四光传输路径上设置有所述第三移相器。

9.根据权利要求7或8所述的谐波生成器，其特征在于，所述第二光耦合器的分光比r∶1-r，其中，r的取值范围为0.02至0.2。

10.根据权利要求7至9中任意一项所述的谐波生成器，其特征在于，所述第二光耦合器为可调光耦合器。

11.一种谐波调制组件，其特征在于，包括调制器组、合束器和前述权利要求1至10中任意一项所述的谐波生成器，其中：

所述调制器组包括第一调制器和第二调制器；

所述谐波生成器的一个输出端口和所述第一调制器相连；

所述谐波生成器的另一个输出端口和所述第二调制器相连；

所述第一调制器的输出端和所述合束器的第一输入端相连；

所述第二调制器的输出端和所述合束器的第二输入端相连。

12.根据权利要求11所述的谐波调制组件，其特征在于，所述第一调制器和所述第二调制器为强度调制器。

13.根据权利要求11所述的谐波调制组件，其特征在于，所述第一调制器和所述第二调制器为IQ调制器。

14.根据权利要求13所述的谐波调制组件，其特征在于，所述谐波调制组件还包括偏振分波器、另一调制器组、另一合束器、偏振合波器和另一前述权利要求1至10中任意一项所述的谐波生成器；

所述偏振分波器的第一输出端口和所述谐波生成器的输入端口相连；

所述偏振分波器的第二输出端口和所述另一谐波生成器的输入端口相连；

所述另一调制器组包括第三调制器和第四调制器；

所述另一谐波生成器的一个输出端口和所述第三调制器相连；

所述另一谐波生成器的另一个输出端口和所述第四调制器相连；

所述第三调制器的输出端口和所述另一合束器的第一输入端口相连；

所述第四调制器的输出端口和所述另一合束器的第二输入端口相连；

所述合束器的输出端口和所述偏振合波器的第一输入端口相连；

所述另一合束器的输出端口和所述偏振合波器的第二输入端口相连。

15.根据权利要求11至14任意一项所述的谐波调制组件，其特征在于，所述第一调制器和所述第二调制器为线性化光调制器。

16.一种光模块，其特征在于，包括光源和前述权利要求11至15中任意一项所述的谐波调制组件，其中：

所述光源用于生成光束，向所述谐波调制组件传输所述光束；

所述谐波调制组件用于调制所述光束，得到调制光信号。

17.一种光通信设备，其特征在于，包括处理器和前述权利要求16所述的光模块，其中：

所述处理器用于将待调制的电信号分为第一电信号和第二电信号，所述第一电信号和所述第二电信号的带宽相同且都小于所述待调制的电信号的带宽，向所述光模块传输所述第一电信号和所述第二电信号；

所述光模块用于生成光束，根据所述光束得到第一光束和第二光束，所述第一光束的载波和所述第二光束的载波同相，所述第一光束的奇数次谐波和所述第二光束的奇数次谐波反向；

所述光模块还用于通过所述第一电信号调制所述第一光束，得到第一调制光信号，通过所述第二电信号调制所述第二光束，得到第二调制光信号；

所述光模块还用于对所述第一调制光信号和所述第二调制光信号进行合束，得到调制光信号。

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