CN116566497A - 一种mzi调制器、该mzi调制器工作点控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MZI调制器，使用2x2多模干涉器作为MZI结构的光束合束器；本发明还公开一种MZI调制器的工作点控制装置，包括：分别设置于MZI调制器的两个输出链路中的两个监控探测器，两个监控探测器串联并在两个监控探测器之间引出工作点电流监测口；本发明还公开一种MZI调制器的工作点控制方法，通过监测此工作点电流监测口的电流方向与数值来向MZI调制器的相位控制单元提供反馈，用于自动偏压控制。工作点锁定效果与调制器的线性度无关，并可降低对激光器输出光功率稳定性以及监控探测器响应度稳定性的影响，能够广泛适用于各种材料的MZI调制器的工作点控制，并且操作简单，锁定精度高。

Description

一种MZI调制器、该MZI调制器工作点控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种MZI调制器、该MZI调制器工作点控制装置以及控制方法。

背景技术

在光通信技术领域，直调直检技术由于成本低廉，系统简单，被广泛应用于数据中心等中短距的传输系统中，其中，用于将电信号转换为光信号的MZI调制器是直调直检系统中的核心器件。当MZI调制器工作在NRZ、PAM4等信号模式条件下时，其工作点往往设定在QUAD点，简称为Q点，且为保证MZI调制器稳定工作于Q点，需进行偏压控制以锁定两个调制臂的静态相位差。

关于MZI调制器的偏压控制，目前已有的一种方案是功率检测法，即在调制器的光信号输出链路中分出1％～10％比例的光，并通过监测探测器(MPD，MonitorPD)监控平均光功率。调制器工作在PEAK点时，调制器的光输出功率最大，MPD监测到的光电流最大；调制器工作在Q点时，平均输出光功率为最高点的一半，MPD监测到的光电流也为最大值的一半；调制器工作在NULL点时，平均输出光功率最低，MPD监测到的光电流也最小。因此，可根据MPD监测到的光电流数据进行调控以稳定MZI调制器的工作点，但此种方案的准确性会受到激光器光功率稳定性的影响，也受到探测器响应度的影响。

为解决上述技术问题，本领域技术人员提出导频信号法，其主要利用MZI调制器传输特性曲线在不同偏置点具有不同的线性度。在调制器的控制单元上增加导频信号，获得导频信号相关的一阶，二阶谐波或者一阶分量与直流分量的比值来稳定单个调制器的工作点。但上述方案主要针对的是铌酸锂MZI调制器，偏置电压与产生的相移成正比，而半导体材料的相位响应往往是非线性的，导频信号所导致的相移量会产生额外的非线性失真，影响控制准确性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种MZI调制器、该MZI调制器工作点控制装置以及控制方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种MZI调制器，包括：光束合束器；所述光束合束器为2×2多模干涉器，以形成两个输出链路分别输出两路能量互补的光信号。

进一步的，所述的一种MZI调制器，还包括：输入波导，用于导入信号光；光束分束器，与所述输入波导连接，用于将导入的信号光分为两束；两个调制臂，分别与所述光束分束器的两个输出端连接，用于对所述光束分束器分出的两束光进行相位调制。

进一步的，所述的一种MZI调制器，还包括：输出波导，设置于所述MZI调制器的两个输出链路中；经所述两个调制臂进行相位调制后的两路信号光进入所述2×2多模干涉器中进行干涉，且干涉后的信号光经所述MZI调制器的两个输出链路输出两路能量互补的光信号。

本发明还提供一种MZI调制器工作点控制装置，用于控制所述MZI调制器，包括：两个监控探测器，分别设置于所述MZI调制器的两个输出链路中，用于检测输出链路的平均输出光功率，所述两个监控探测器串联并在所述两个监控探测器之间引出工作点电流监测口；监测单元，用于监测所述工作点电流监测口的电流方向与数值。

进一步的，所述的MZI调制器工作点控制装置，还包括：相位控制单元，用于获取所述监测单元反馈的电流方向与数值，并依据电流方向与数值进行偏压控制。

进一步的，所述的MZI调制器工作点控制装置，还包括：位于同一芯片中的两个分束器，用于将所述2×2多模干涉器输出的两路信号光分出一部分至所述两个监控探测器。

本发明还提供一种MZI调制器工作点控制方法，用于控制所述MZI调制器，包括：通过分别设置于所述MZI调制器的两个输出链路中的两个监控探测器检测输出链路的平均输出光功率，并使得所述两个监控探测器形成串联结构；监测所述两个监控探测器之间的工作点电流监测口的电流方向与数值；获取所述工作点电流监测口的电流方向与数值，并依据电流方向与数值进行偏压控制。

本发明所带来的有益效果：工作点锁定效果与调制器的线性度无关，并可降低对激光器输出光功率稳定性以及监控探测器响应度稳定性的影响，能够广泛适用于各种材料的MZI调制器的工作点控制，并且操作简单，锁定精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明MZI调制器工作点控制装置的布置示意图；

图2是本发明MZI调制器工作在Q点的电路原理图；

图3是本发明MZI调制器工作在PEAK点的电路原理图；

图4是本发明MZI调制器工作在NULL点的电路原理图；

图5是Pout1和Pout2曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明提供一种MZI调制器，包括：输入波导1、光束分束器2、两个调制臂3、光束合束器4以及两个输出波导5。

输入波导1，用于将外部信号光导入MZI调制器中。光束分束器2，与输入波导1连接，用于将输入波导1导入的信号光分为两束，分别进入两个调制臂3中。两个调制臂3，分别与光束分束器2的两个输出端连接，用于对光束分束器2分出的两束光进行相位调制。

光束合束器4为2×2多模干涉器，使得MZI调制器的信号输出为两路能量互补的光信号，即采用2×2多模干涉器以形成两个输出链路，两个输出链路分别输出两路能量互补的光信号，分别记为输出光信号与互补光信号。

如图5所示，Pout1和Pout2分别代表两路输出信号的归一化光能量值，在理想情况下，即在不考虑多模干涉器的插入损耗以及光在波导中的传输损耗因素下，Pout1和Pout2之和与MZI调制器两臂的光能量之和相等，而由于MZI调制器两臂的光相位差异，会呈现出Pout1和Pout2此消彼长，即两个输出链路输出的光信号为能量互补的关系。

两个输出波导5，分别设置于MZI调制器的两个输出链路中。经两个调制臂3进行相位调制后的两路信号光进入2×2多模干涉器中进行干涉，且干涉后的信号光经MZI调制器的两个输出链路输出，以便后续结构对MZI调制器的输出光进行监测并作出反馈措施，以使得MZI调制器稳定工作于Q点。

如图1-2所示，本发明还提供一种MZI调制器的工作点控制装置，用于保证MZI调制器稳定工作于Q点，具体包括：两个监控探测器、监测单元6、相位控制单元7、两个分束器8。

两个监控探测器，分别设置于MZI调制器的两个输出链路中，分别记为第一监控探测器PM1与第二监控探测器PM2，其用于检测输出链路的平均输出光功率。其中，第一监控探测器PM1与第二监控探测器PM2串联以形成串联结构，并在两个监控探测器之间引出工作点电流监测口，监测单元6用于监测工作点电流监测口的电流方向与数值。相位控制单元7设置在其中一个调制臂上，用于获取监测单元6反馈的电流方向与数值，并依据该电流方向与数值进行偏压控制，以调节MZI调制器信号光的相位。

两个分束器8位于同一芯片中，用于将2×2多模干涉器输出的两路信号光分出一部分至两个监控探测器，一般在1％～10％。本实施例中，用于向两个监控探测器分光的两个分束器8采用完全一致的设计，位于同一个芯片中，工艺加工也一致，因此其分光比可认为是相等的。同时，两个监控探测器采用完全一致的设计，位于芯片中非常近距离的位置，同样的加工工艺，因此两个监控探测器的暗电流和响应度等特性也是基本相等的。当MZI调制器处于Q点工作时，则MZI调制器的输出光信号的平均光功率和互补光信号的平均光功率相等，则两个监控探测器的光电流I1和I2相等，此时工作点电流监测口的电流接近为零(理想中为零，实际中会因各种因素有非常弱的电流)。MZI调制器的相位控制单元7根据工作点电流监测口的电流Ib作为反馈，实现自动偏压控制。

本发明还提供一种MZI调制器的工作点控制方法，包括如下步骤：

S1：监测MZI调制器输出链路的平均输出光功率。

其中，MZI调制器具有两个输出链路，且在每一输出链路中均设置一个监控探测器用于检测输出平均光功率的大小，同时此两个监控探测器在电路上形成串联结构。实际监测时，具体是通过分别设置于MZI调制器的两个输出链路中的两个监控探测器检测输出链路的平均输出光功率。

S2：在两个监控探测器之间引出工作点电流监测口，并监测工作点电流监测口的电流方向与数值，通过监测此电流方向与数值来向MZI调制器的相位控制单元提供反馈，用于自动偏压控制。

S3：获取工作点电流监测口的电流方向与数值，并依据电流方向与数值进行偏压控制。

如图2所示，对于强度调制器，一般工作在Q点，此时输出光信号和互补光信号的输出光功率相等；则对应的，PM1的光电流I1＝PM2的光电流I2。此时Ib为零(实际中为接近零的非常弱的电流)。通过相位控制单元7调节MZI调制器其中一臂的相位使得Ib电流值最小，则此时便可控制MZI调制器工作在Q点；为稳定的使MOD工作在Q点，需要实时监测Ib的电流，通过相位控制单元7调节MZI调制器的两臂相位差，使Ib处于极小值。

如图3所示，在器件复位等情况下，也可根据工作点电流监测口的电流值确定MZI调制器的PEAK点。当MZI调制器工作在PEAK点时，MZI调制器的信号输出端的光功率为最大，互补光信号的输出光功率为极小值；则对应的，PM1的光电流I1为极大值，PM2的光电流I2为极小值。I1＝I2+Ib,此时Ib为极大值，电流从Vb口流出。

如图4所示，在器件复位等情况下，也可根据工作点电流监测口的电流值确定MZI调制器的NULL点。当MZI调制器处于NULL点时，此时输出光信号的光功率为极小值，互补光信号的输出光功率为极大值；则对应的，PM1的光电流I1为极小值，PM2的光电流I2为极大值。I1+Ib＝I2,此时Ib为极大值，电流从Vb口流入。

本发明提供的MZI调制器以及该MZI调制器工作点稳定装置及方法，其工作点锁定效果与调制器的线性度无关，激光器输出光功率稳定性以及监控探测器响应度稳定性对其影响也很弱，锁定精度高，控制简单。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种MZI调制器，包括：光束合束器；其特征在于，所述光束合束器为2×2多模干涉器，以形成两个输出链路分别输出两路能量互补的光信号。

2.如权利要求1所述的一种MZI调制器，其特征在于，还包括：

输入波导，用于导入信号光；

光束分束器，与所述输入波导连接，用于将导入的信号光分为两束；

两个调制臂，分别与所述光束分束器的两个输出端连接，用于对所述光束分束器分出的两束光进行相位调制。

3.如权利要求2所述的一种MZI调制器，其特征在于，还包括：输出波导，设置于所述MZI调制器的两个输出链路中；经所述两个调制臂进行相位调制后的两路信号光进入所述2×2多模干涉器中进行干涉，且干涉后的信号光经所述MZI调制器的两个输出链路输出两路能量互补的光信号。

4.一种MZI调制器工作点控制装置，其特征在于，用于控制权利要求1-3任一项所述的MZI调制器，包括：

两个监控探测器，分别设置于所述MZI调制器的两个输出链路中，用于检测输出链路的平均输出光功率，所述两个监控探测器串联并在所述两个监控探测器之间引出工作点电流监测口；

监测单元，用于监测所述工作点电流监测口的电流方向与数值。

5.如权利要求4所述的一种MZI调制器工作点控制装置，其特征在于，还包括：相位控制单元，用于获取所述监测单元反馈的电流方向与数值，并依据电流方向与数值进行偏压控制。

6.如权利要求5所述的一种MZI调制器工作点控制装置，其特征在于，还包括：位于同一芯片中的两个分束器，用于将所述2×2多模干涉器输出的两路信号光分出一部分至所述两个监控探测器。

7.一种MZI调制器工作点控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-3任一项所述的MZI调制器，包括：

通过分别设置于所述MZI调制器的两个输出链路中的两个监控探测器检测输出链路的平均输出光功率，并使得所述两个监控探测器形成串联结构；

监测所述两个监控探测器之间的工作点电流监测口的电流方向与数值；

获取所述工作点电流监测口的电流方向与数值，并依据电流方向与数值进行偏压控制。