CN116318393A - 一种马赫曾德尔调制器的功率监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了马赫曾德尔调制器的功率监测装置及系统，其中功率监测模块分别监测多路光束上的光功率信号，外部控制电路模块采集多路光束的光电流信号并处理，根据处理结果输出反馈电信号控制第一热相移器和第二热相移器，实现Mach–Zehnder调制器工作点的锁定；因此在马赫曾德尔调制器光信号传输的路径上只有一个功率监测模块，降低了光波的损耗，从而降低对激光器输出功率的要求，降低器件的功耗。

Description

一种马赫曾德尔调制器的功率监测装置及系统

技术领域

本发明涉及光调制器件的功率监测技术，尤其涉及一种马赫曾德尔调制器的功率监测装置。

背景技术

为了实现高速的光通信，马赫曾德尔（Mach–Zehnder）调制器常用来实现快速的光电转换，特别实在目前的硅基调制器、三五族调制器中。Mach–Zehnder调制器具有大光学带宽、温度不敏感等特点。但是，在Mach–Zehnder调制器工作时，需要对Mach–Zehnder调制器的工作点进行锁定。

目前采用的方案如图1所示，是在Mach–Zehnder调制器的前后各增加一个功率监测的探测器，对比两个功率监测探测器的监测到的电流的相对变化，并通过外部控制电路实现对Mach–Zehnder调制器工作点的锁定。但是现存在以下几个问题：

1.在Mach–Zehnder调制器的前后各增加一个功率监测的探测器会导致更多的光功率进入探测器，从而增加调制器的光学损耗，进一步需要激光器有更大的输出功率，增加器件整体的功耗；

2.Mach–Zehnder调制器前后的两个功率监测探测器的光电流差别较大，一般在几倍甚至几十倍，增加了外部处理电路的难度。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明旨在马赫曾德尔调制器的光信号传输的路径上只设置一个功率监测模块，实现降低马赫曾德尔调制器光学损耗与器件功耗的同时，减少了外部处理电路复杂度的目的。

本发明提供一种马赫曾德尔调制器的功率监测装置，包括：

功率监测模块，所述功率监测模块的输入端连接至所述马赫曾德尔调制器的多路光束，用于监测所述多路光束的光功率，生成所述多路光束的光电流信号；

外部控制电路模块，所述外部控制电路模块的输入端与所述功率监测模块的输出端连接，用于接收所述功率监测模块的光电流信号，所述外部控制电路的输出端分别与位于所述多路光束的热相移器连接，用于设置所述热相移器的相位补偿，对所述马赫曾德尔调制器的工作点锁定。

根据本发明一实施例，所述功率监测模块包括第一功率监测探测器和第二功率监测探测器，所述多路光束包括第一分路光束和第二分路光束；

所述第一分路光束上设置第一分光器，所述第一分光器分别连接所述第一功率监测探测器和光学终端，所述第二分路光束上设置第二分光器，所述第二分光器分别连接所述第二功率监测探测器和输出光口。

根据本发明一实施例，所述功率监测模块包括第一功率监测探测器和第二功率监测探测器，所述多路光束包括第一分路光束和第二分路光束；

所述第一分路光束上设置第一分光器，所述第一分光器分别连接所述第一功率监测探测器和光学终端，所述第二分路光束上设置第二分光器，所述第二分光器分别连接所述第二功率监测探测器和输出光口。

根据本发明一实施例，所述外部控制电路模块包括偏压控制单元，所述偏压控制单元连接所述热相移器，通过偏置电压调节所述热相移器的相位补偿。

根据本发明一实施例，所述第一分光器和所述第二分光器的分光比相同。

根据本发明一实施例，所述分光比的比例为1%-10%。

本发明还提供一种马赫曾德尔调制器系统，包括：

第一分束器，所述第一分束器的输入端与所述马赫曾德尔调制器系统的输入光口连接；

马赫曾德尔调制器，所述马赫曾德尔调制器与所述第一分束器的输出端连接；

第二分束器，所述第二分束器的输入端与所述马赫曾德尔调制器连接，所述第二分束器的输出端对应连接多路光束；

功率监测装置，配置为前述任一实施例所述的功率监测装置。

根据本发明一实施例，所述马赫曾德尔调制器包括铌酸锂调制器、硅基调制器或Ⅲ-Ⅴ族调制器。

根据本发明一实施例，所述马赫曾德尔调制器包括第一调制臂和第二调制臂，所述第一调制臂包括第一调制区域和第一热相移器，所述第二调制臂包括第二调制区域和第二热相移器；

所述功率监测装置分别连接所述第一热相移器和所述第二热相移器，用于调节所述第一热相移器和所述第二热相移器的相位补偿，实现所述马赫曾德尔调制器的工作点锁定。

根据本发明一实施例，所述第一分束器为1X2分束器，所述第二分束器为2X2分束器。

本发明的有益效果是：本发明提供的马赫曾德尔调制器的功率监测装置，功率监测模块分别监测多路光束上的光功率信号，外部控制电路模块采集多路光束的光电流信号并处理，根据处理结果输出反馈电信号控制第一热相移器和第二热相移器，实现Mach–Zehnder调制器工作点的锁定；因此在马赫曾德尔调制器光信号传输的路径上只有一个功率监测模块，降低了光波的损耗，从而降低对激光器输出功率的要求，降低器件的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的马赫曾德尔调制器功率监测系统示意图；

图2是本发明实施例提供的马赫曾德尔调制器功率监测系统示意图。

附图标记：1-输入光口；2-第一分束器；3-第一调制臂；4-第二调制臂；5-第一调制区域；6-第二调制区域；7-第一热相移器；8-第二热相移器；9-第二分束器；10-第一分光器；11-第二分光器；12-第一功率监测探测器；13-第二功率监测探测器；14-光学终端；15-输出光口；16-外部控制电路模块；17-功率监测模块。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。

本发明提供一种马赫曾德尔调制器的功率监测装置，如图2所示，所述功率监测装置包括功率监测模块17和外部控制电路模块16，功率监测模块17包括第一功率监测探测器12和第二功率监测探测器13，所述第一功率监测探测器12和所述第二功率监测探测器13分别监测马赫曾德尔调制器的上下两路光束，上部的第一分路光束的端口连接至光学终端14，下部的第二分路光束的端口连接至输出光口15。第一分路光束上设置第一分光器10，第二分路光束上设置第二分光器11，第一分光器10分出的光的一部分进入第一功率监测探测器12，光的另一部分进入光学终端14；第二分光器11分出的光的一部分进入第二功率监测探测器13，光的另一部分进入输出光口15。

外部控制电路模块16的输入端连接至所述功率监测模块17的输出端，用于接收所述功率监测模块17的光电流信号，既是外部控制电路模块16采集第一功率监测探测器12和第二功率监测探测器13的光电流信号，经过处理之后，外部控制电路模块16根据处理结果输出反馈电信号控制第一热相移器7和第二热相移器8的相位补偿，实现马赫曾德尔调制器工作点的锁定。

需要说明的是，不同的调制方式，调制器工作点的锁定也不同。对于强度调制来说，一般是将调制器锁定在Quad点，此时，两个功率监测探测器的光电流相同，可以通过对两个功率监测探测器的光电流相减为最小值时，来完成锁定；对于相位调制来说，一般是将调制器锁定在Null点，此时，第一功率监测探测器12有最大光电流，第二功率监测探测器13有最小光电流，因此，第一功率监测探测器12的光电流减去第二功率探测器13的光电流为最大值时，即可完成工作点锁定。

相较于现有技术，本发明的功率监测装置在光信号传输的路径上只有一个功率监测模块，降低了光波的损耗，从而降低对激光器输出功率的要求，降低器件的功耗；在光耦合时，通过监测两个功率监测探测器的光电流的和来提供反馈，当光电流的和达到最大时，即为外部光源与输入光口的最优耦合。

根据本发明一实施例，所述外部控制电路模块包括偏压控制单元，所述偏压控制单元连接所述热相移器，通过偏置电压调节所述热相移器的相位补偿。

根据本发明一实施例，所述第一分光器10和所述第二分光器11的分光比相同。优选地，第一分光器10和第二分光器的所述分光比的比例为1%-10%。

相较于现有技术的马赫曾德尔调制器前后的两个功率监测探测器的光电流差别较大，从而增加了外部处理电路的难度。所述第一分光器10和第二分光器11的分光比相同，如此设置后，当两路光束的光功率基本一致时，光束的第一功率监测探测器12和第二功率监测探测器13所获取的光电流信号也基本一致，可以降低外部电路的处理难度。

本发明还提供一种马赫曾德尔调制器系统，如图2所示，包括：输入光口1、第一分束器2、第一调制臂3、第二调制臂4、第一调制区域5、第二调制区域6、第一热相移器7、第二热相移器8、第二分束器9、第一分光器10、第二分光器11、第一功率监测探测器12、第二功率监测探测器13、光学终端14、输出光口15、外部控制电路模块16、功率监测模块17。

外部光源激光器输出的连续光，通过输入光口1进入马赫曾德尔调制器，经过第一分束器2均分成两束，分别进入马赫曾德尔调制器的第一调制臂3和第二调制臂4，第一调制区域5和第二调制区域6分别置于第一调制臂3和第二调制臂4上，实现电信号到光信号的转换。具体地，施加在第一调制区域5和第二调制区域6上的电信号（为了提高调制器的带宽，第一调制区域和第二调制区域主要是采用行波电极结构），会基于Kerr效应或者等离子色散效应等改变光波导的折射率，使得第一调制臂3和第二调制臂4的相位不一致，产生相位差。当这两束有相位差的光波经过2X2分束器干涉后光波的强度就会随加载的电信号发生变化，实现电信号到光信号的转换。

第一热相移器7和第二热相移器8通过热电阻实现，分别至于第一调制臂3和第二调制臂4的上方，用于控制上述两个调制臂上光波的相位差。第一调制臂3和第二调制臂4分别与第二分束器11的两个输入口相连；第二分束器11的两个输出口输出的光，分别进入第一分光器10和第二分光器11，其中两个分光器的分光比相同，一般在1%-10%之间。第一分光器9分出的光一部分进入第一功率监测探测器12，另一部分进入光学终端14，其中光学终端14是为了防止光波的反射。第二分光器分10出的光一部分进入第二功率监测探测器13，另一部分经输出光口15输出。

外部控制电路模块16采集第一功率监测探测器12和第二功率监测探测器13的光电流信号并进行处理，在处理之后就根据处理结果，外部控制电路模块16输出反馈电信号控制第一热相移器7和第二热相移器8，实现马赫曾德尔调制器工作点的锁定。本发明的马赫曾德尔调制器系统内包括功率监测装置，该功率监测装置在光信号传输的路径上只有一个功率监测模块，降低了光波的损耗，从而降低对激光器输出功率的要求，降低器件的功耗。

需要说明的是，不同的调制方式，调制器工作点的锁定也不同。对于强度调制来说，一般是将调制器锁定在Quad点，此时，两个功率监测探测器的光电流相同，可以通过对两个功率监测探测器的光电流相减为最小值时，来完成锁定；对于相位调制来说，一般是将调制器锁定在Null点，此时，第一功率监测探测器12有最大光电流，第二功率监测探测器13有最小光电流，因此，第一功率监测探测器12的光电流减去第二功率探测器13的光电流为最大值时，即可完成工作点锁定。此外，在进行激光器耦合时，可以通过两个功率监测探测器的光电流的和来进行标定，当光电流的和为最大值时，即表示外部激光器和调制器之间有最优的耦合。

根据本发明一实施例，外部控制电路模块16包括偏压控制单元，所述偏压控制单元连接所述热相移器，通过偏置电压调节所述热相移器的相位补偿。具体地，将偏置电压分别施加于第一热相移器7和第二热相移器8，随着偏置电压的不断变化，两个热相移器的相移量也随之发生改变，最终实现马赫曾德尔调制器的工作点锁定。

根据本发明一实施例，所述第一分束器为1X2分束器，所述第二分束器为2X2分束器。采用1X2分束器和2X2分束器相结合的方案，可以保证具有较大的消光比。

根据本发明一实施例，所述马赫曾德尔调制器包括铌酸锂调制器、硅基调制器或Ⅲ-Ⅴ族调制器。应当说明的是，此处仅为示例性的说明，不应理解为对本发明的唯一限定。

综上所述，本发明实施例提供的马赫曾德尔调制器的功率监测装置及系统，其中功率监测模块分别监测多路光束上的光功率信号，外部控制电路模块采集多路光束的光电流信号并处理，根据处理结果输出反馈电信号控制第一热相移器和第二热相移器，实现Mach–Zehnder调制器工作点的锁定；因此在马赫曾德尔调制器光信号传输的路径上只有一个功率监测模块，降低了光波的损耗，从而降低对激光器输出功率的要求，降低器件的功耗。

需要说明的是，虽然本发明以具体实施例揭露如上，但上述实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定发范围为准。

Claims (10)

1.一种马赫曾德尔调制器的功率监测装置，其特征在于，包括：

功率监测模块，所述功率监测模块的输入端连接至所述马赫曾德尔调制器的多路光束，用于监测所述多路光束的光功率，生成所述多路光束的光电流信号；

外部控制电路模块，所述外部控制电路模块的输入端与所述功率监测模块的输出端连接，用于接收所述功率监测模块的光电流信号，所述外部控制电路的输出端分别与位于所述多路光束的热相移器连接，用于设置所述热相移器的相位补偿，对所述马赫曾德尔调制器的工作点锁定。

2.根据权利要求1所述的马赫曾德尔调制器的功率监测装置，其特征在于，

所述功率监测模块包括第一功率监测探测器和第二功率监测探测器，所述多路光束包括第一分路光束和第二分路光束；

所述第一分路光束上设置第一分光器，所述第一分光器分别连接所述第一功率监测探测器和光学终端，所述第二分路光束上设置第二分光器，所述第二分光器分别连接所述第二功率监测探测器和输出光口。

3.根据权利要求2所述的马赫曾德尔调制器的功率监测装置，其特征在于，

所述外部控制电路模块的输入端分别连接所述第一功率监测探测器和所述第二功率监测探测器，获取所述第一功率监测探测器输出的第一光电流信号和所述第二功率监测探测器输出的第二光电流信号，根据所述第一光电流信号和所述第二光电流信号的差值，调节所述热相移器的相位补偿。

4.根据权利要求3所述的马赫曾德尔调制器的功率监测装置，其特征在于，

所述外部控制电路模块包括偏压控制单元，所述偏压控制单元连接所述热相移器，通过偏置电压调节所述热相移器的相位补偿。

5.根据权利要求2所述的马赫曾德尔调制器的功率监测装置，其特征在于，

所述第一分光器和所述第二分光器的分光比相同。

6.根据权利要求5所述的马赫曾德尔调制器的功率监测装置，其特征在于，

所述分光比的比例为1%-10%。

7.一种马赫曾德尔调制器系统，其特征在于，包括：

第一分束器，所述第一分束器的输入端与所述马赫曾德尔调制器系统的输入光口连接；

马赫曾德尔调制器，所述马赫曾德尔调制器与所述第一分束器的输出端连接；

第二分束器，所述第二分束器的输入端与所述马赫曾德尔调制器连接，所述第二分束器的输出端对应连接多路光束；

功率监测装置，配置为权利要求1-6任一项所述的功率监测装置。

8.根据权利要求7所述的马赫曾德尔调制器系统，其特征在于，

所述马赫曾德尔调制器包括铌酸锂调制器、硅基调制器或Ⅲ-Ⅴ族调制器。

9.根据权利要求7所述的马赫曾德尔调制器系统，其特征在于，

所述马赫曾德尔调制器包括第一调制臂和第二调制臂，所述第一调制臂包括第一调制区域和第一热相移器，所述第二调制臂包括第二调制区域和第二热相移器；

所述功率监测装置分别连接所述第一热相移器和所述第二热相移器，用于调节所述第一热相移器和所述第二热相移器的相位补偿，实现所述马赫曾德尔调制器的工作点锁定。

10.根据权利要求7所述的马赫曾德尔调制器系统，其特征在于，

所述第一分束器为1X2分束器，所述第二分束器为2X2分束器。

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