CN102077136A - 高阶调制的光学调制器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例，16-QAM光学调制器具有与驱动电路耦合的马赫-曾德调制器(MZM)，驱动电路基于两个电二元信号驱动MZM。MZM的输出对应于由相应的同相/正交相(I-Q)平面内直线排列的四个星座坐标点构成的中间星座坐标。这些星座坐标点中的两个星座坐标点与零相位相对应，其余的两个星座坐标点与π弧度的相位相对应。16-QAM光学调制器还包括移相器，移相器基于两个附加电二元信号调制MZM的输出。所得到的光输出信号与星形16-QAM星座坐标相对应，由中间星座坐标的递增转动来产生星形16-QAM星座坐标。

Description

高阶调制的光学调制器
技术领域
本发明涉及光通信设备，更具体地涉及一种用于产生幅度调制和/或相位调制信号的光学调制器。
背景技术
这一部分介绍可以有助于更好理解本发明的方面。因此，应该这样理解这一部分的陈述，而不应该理解为对于什么是现有技术或者什么不是现有技术的承认。
对于传输容量的不断增加的需求和光通信***中对于光谱带宽的多种限制致使使用“光谱高效”调制格式。这种调制格式通常是基于高阶光调制，例如8元(8-ary)和更高阶QAM(正交幅度调制)和APSK(幅移键控和相移键控)。QAM和APSK的各种亚种例如在如下文件中有所描述：(1)A.P.T.Lau和J.M.Kahn 2007年在Journal of Lightwave Technology，V25，pp.3008-3016的“Signal Design and Detection in Presence of Nonlinear Phase Noise”；(2)M.Seimetz等人2007年在Journal of Lightwave Technology，V25，pp.1515-1530的“Optical System with High-Order DPSK and Star QAM Modulation Based on Interferometric Direct Detection”；(3)J.Hongo等人2007年在IEEE Photonics Technology Letters，v.19，pp.638-640中的“1-Gsymbol/s 64-QAM Coherent Optical Transmission over 150km”；(4)K.Sekine等人2006年在Proceedings of Optical Fiber Communications Conference(OFC’06)，paper JThB 13中的“Modulation Parameter Tolerance for 8-and 16-APSK Signals”；以及(5)M.Ohm和J.Speidel 2005年5月在德国莱比锡的ITG-Fachtagung Photonische Netze，pp.211-217的“Receiver Sensitivity，Chromatic Dispersion Tolerance and Optimal Receiver Bandwidth for 40Gbit/s 8-LevelOptical ASK-DQPSK and Optical 8-DPSK”，所有这些文件整体结合在此作为参考。
适用于相对高调制速度(例如，大于10Gbaud)下的高阶调制的代表性现有技术光学调制器采用相对较多的光调制元件，每一个光调制元件具有相应的驱动电路。结果，在现有技术高阶光学调制器的实现中所涉及的光学器件和电学器件的总体复杂度相对较高。不利地是，这种复杂度使得这些光学调制器不切实际和/或成本效率低下。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种16-QAM光学调制器具有与驱动电路耦合的马赫-曾德调制器(MZM)，驱动电路基于两个电二元信号驱动MZM。MZM的输出对应于由相应的同相/正交相(I-Q)平面内直线排列的四个星座坐标点(constellation points)构成的中间星座坐标。这些星座坐标点中的两个星座坐标点与零相位相对应，其余的两个星座坐标点与π弧度的相位相对应。该16-QAM光学调制器还包括移相器，移相器基于两个附加电二元信号调制MZM的输出。所得到的光输出信号与星形16-QAM星座坐标相对应，实质上由中间星座坐标的递增转动来产生星形16-QAM星座坐标。
根据另一个实施例，一种光学器件包括：(A)马赫-曾德调制器(MZM)，适用于调制光输入信号的相位和幅度；以及(B)第一驱动电路，适用于基于j+1个电二元信号驱动MZM，以使MZM施加第一相移或者与第一相移相差约π弧度的第二相移，其中j是正整数。该光学器件适用于基于k-1个附加电二元信号施加2k-1个不同的相移，以进一步调制相位，并且产生与星形M-QAM星座坐标相对应的已调制光输出信号，其中k是大于1的整数，并且M＝2j+k。
根据另一个实施例，一种光学器件包括：(A)光学调制器，适用于调制光输入信号以产生已调制的光输出信号；以及(B)驱动电路，适用于基于j+1个电二元信号驱动光学调制器，其中j是正整数。驱动电路包括多个放大器，每一个放大器均适用于对所述j+1个电二元信号中的相应信号进行放大以产生相应的已放大电信号。驱动电路还适用于将所得到的j+1个已放大电信号进行组合以产生多值驱动信号来驱动光学调制器。
根据另一个实施例，一种调制光信号的方法包括：(A)使用马赫-曾德调制器(MZM)并且基于j+1个电二元信号来调制光输入信号的相位和幅度，其中MZM施加第一相移或者与第一相移相差约π弧度的第二相移，其中j是正整数；以及(B)基于k-1个附加电二元信号施加2k-1个不同的相移，来进一步调制相位，以产生与星形M-QAM星座坐标相对应的已调制光输出信号，其中k是大于1的整数，并且M＝2j+k。
根据另一实施例，一种光学器件包括：(A)光学调制器，适用于调制光输入信号的相位和幅度；以及(B)第一驱动电路，适用于基于j+1个电二元信号驱动光学调制器，以使光学调制器施加第一相移或者与第一相移相差约π弧度的第二相移，其中j是正整数。该光学器件适用于基于k-1个附加电二元信号施加2k-1个不同的相移，以进一步调制相位，并且产生与星形M-QAM星座坐标相对应的已调制光输出信号，其中k是大于1的整数，并且M＝2j+k。
附图说明
根据以下详细描述、所附权利要求和附图，本发明的其他方面、特征和益处将变得更加清楚，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的高阶光学调制器的方框图；
图2用图形示出了与图1所示调制器的光输出信号相对应的星形16-QAM星座坐标；
图3示出了根据本发明另一实施例的高阶光学调制器的方框图；
图4用图形示出了与图3所示调制器的光输出信号相对应的星形16-QAM星座坐标；
图5示出了根据本发明又一实施例的高阶光学调制器的方框图；
图6示出了根据本发明又一实施例的高阶光学调制器的方框图；
图7用图形示出了与图6所示调制器的光输出信号相对应的直线16-QAM星座坐标；以及
图8示出了根据本发明一个实施例的光发射机的方框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的高阶光学调制器100的方框图。调制器100接收四个电学二元信号Data1…Data4，并且产生相应的已调制光输出信号132。可以将信号132分类为2-ASK/8-PSK信号，其中缩写2-ASK和8-PSK分别代表二元幅移键控(binary amplitude-shift keying)和8元相移键控(8-ary phase-shift keying)。
图2用图形示出了与信号132相对应的星形16-QAM星座坐标(constellation)200。星座坐标200包括：(i)在半径r的圆上排列的8个星座坐标点；以及(ii)半径R的圆上排列的8个星座坐标点，其中R＞r。每一个圆上的相邻星座坐标点之间的角距是45°。星座坐标200的4个星座坐标点落在同相(I)轴上，另外4个星座坐标点落在正交相(Q)轴上。图2中每一个星座坐标点后面括号中的二进制值示出了对于由信号Data1…Data4(参见图1)构成的4比特信号的代表比特映射。下面更加详细地描述该比特映射。本领域技术人员将易于理解，可以更改所述比特映射，例如通过利用合适的二元预编码方法和/或外部预编码设备(图1中未明确示出)。在代表性实施例中，r/R的比率在约0.2至约0.8之间，例如0.5。
再参考图1，调制器100具有与驱动电路140相耦合的马赫-曾德调制器(MZM)110。MZM 100接收来自激光器(在图1中未明确示出)的光输入(例如连续波)信号102，并且响应于从驱动电路140接收到的驱动信号108，产生已调制光信号112。然后将信号112施加至移相器120。
驱动电路140基于二元信号Data 1和Data 2产生驱动信号108。在驱动电路140中，信号Data 1和Data 2分别施加至放大器142a-b。典型地，信号Data 1和Data 2是具有相同干线间隔(rail separation)的零均值(例如AC耦合高速)数字信号。例如，这些信号的下干线和上干线分别可以是-1V和+1V。驱动电路140配置用于使用dc偏置电压(V0)，所述dc偏置电压使驱动信号108平均起来在MZM 110中产生最大可能消光的电压(即，与MZM的光学零值相对应)周围两侧对称地摆动。换句话说，如果驱动信号108是电压V0，那么MZM 110实质上不透光，从而使信号112成为零值。
放大器142a-b配置用于分别提供信号增益ga和gb，例如，所述信号增益的相对值可以如下表示：
g a = 1 2 ( R + r ) - - - ( 1 a )
g b = 1 2 ( R - r ) - - - ( 1 b )
基于信号Data 1，放大器142a产生具有电压+gaΔV1/2和-gaΔV1/2的二值(bi-level)输出信号，其中ΔV1/2是信号Data 1/Data 2中上干线和下干线之间间隔的一半。类似地，基于信号Data 2，放大器142b产生具有电压+gbΔV1/2和-gbΔV1/2的二值输出信号。对放大器142a-b的输出信号求和，并且将所得到的信号叠加到偏置电压V0上。
表1示出了光信号112作为二元信号Data 1和Data 2的函数的特性。
表1：作为Data 1和Data 2的函数的MZM输出
  [Data 1][Data 2]   输出强度   输出相位
  00   IR   π
  01   Ir   π
  10   Ir   0
11 IR 0
在该表中，IR和Ir分别表示与星座坐标200外圆和内圆相对应的强度。
如果回想无啁啾MZM的传递性质，则可以理解表1中所示的信号特征，无啁啾MZM例如使用X切(X-cut)电光材料如LiNbO3、GaAs或InP实现或者按照推挽式结构差分驱动。更具体地，MZM具有cos2的传递函数，该函数的多个波瓣(lobe)由相应的零点分离。如果利用保持在传递函数的单一波瓣内的驱动信号驱动MZM，那么MZM产生实质上无啁啾的幅度调制光信号。然而，如果没有将驱动信号限制到传递函数的单一波瓣，并且可以穿越零点电压(例如V0)而进入相邻波瓣中，那么这种穿越引起MZM光学输出中约π弧度的离散相位增量，从而导致了幅度和(数字)相位调制。
如上所述，信号108使用电压V0作为基础电压，在所述基础电压周围来回摆动。在信号108的四个可能电平中，两个电平对应于传递函数的一个波瓣，而另两个电平对应于相邻的波瓣。结果，除了由表1的第二列表示的幅度调制以外，MZM 110实现了在表中第3列表示的相位调制。总之，上述调制方案将由信号Data 1和Data 2组成的两比特输入信号映射到由在I-Q平面内直线排列的四个星座坐标点组成的中间星座坐标上。这些星座坐标点中的两个与零相位相对应，而其余两个星座坐标点与π弧度的相位相对应。
移相器120响应于由驱动电路150产生的驱动信号118，调制光信号112的相位。从功能上来说，移相器120和驱动电路150用于将与光信号112相对应的四个星座坐标点转动一组不同的离散角度，在该具体示例中是转动一组四个不同的角度，每一个角度对应于由信号Data 3和Data 4组成的两比特信号的不同二进制值。这种转动使得由移相器120产生的已调制光信号122能够具有与星座坐标200的16个星座坐标点相对应的16个光学符号中任意一个。
在驱动电路150中，将信号Data 3和Data 4施加到与驱动电路140的放大器142a-b分别类似的放大器152a-b。对放大器152a-b的输出信号求和以产生驱动信号118。响应于驱动信号118，移相器120在光信号112和122之间引入与驱动电压成比例的相对相移。
基于信号Data 3，放大器152a产生具有电压+ΔVπ/4和-ΔVπ/4的二值输出信号，其中ΔVπ/4是与移相器120中的45度相移相对应的电压。类似地，基于信号Data 4，放大器152b产生具有电压+ΔVπ/8和-ΔVπ/8的二值输出信号，其中ΔVπ/8是与移相器120中的22.5度相移相对应的电压，并且在线性移相器情况下，ΔVπ/8＝ΔVπ/4/2。如果信号Data 3和Data 4具有相同的干线间隔，那么将放大器152a的信号增益设置为大约是放大器152b的信号增益的两倍。
表2示出了由驱动电路150施加到移相器120的驱动电压Vd和由移相器引入的结果相移作为二元信号Data 3和Data 4的函数。
表2：作为Data 3和Data 4函数的驱动电压和相移
  [Data 3][Data 4]   Vd-V1   相移
  00   -3ΔVπ/8   -3π/8
  01   -ΔVπ/8   -π/8
  10   +ΔVπ/8   π/8
  11   +3ΔVπ/8   3π/8
MZM 110和移相器120的组合效果是将由信号Data 1…Data 4组成的四比特信号映射到由图2中的每一个星座坐标点后括号内的相应二进制值表示的星座坐标200。在每一个二元值中，第一比特与信号Data 1相对应，第二比特与信号Data 2相对应，如此类推。
光信号122可以可选地施加到脉冲整形器(pulse carver)130，该脉冲整形器配置用于将信号转换为具有所需占空比的归零(RZ)光信号132。在图1所示的实施例中，使用由适当缩放的时钟信号驱动的MZM来实现脉冲整形器130。本领域技术人员应该理解，可以采用各种脉冲整形器作为脉冲整形器130，例如在P.J.Winzer和R-J.Essiambre的“Advanced Optical Modulation Formats”，Proc.IEEE，2006，vol.94(5)，pp952-985中所总结的脉冲整形器，其整体结合在此作为参考。
相对于典型的现有技术星形16-QAM光学调制器有利地的是，调制器100采用更少的光调制元件如MZM和移相器，和/或具有更少电平的驱动信号。例如，现有技术星形16-QAM光学调制器典型地基于8-PSK调制方案，并且使用8电平驱动信号或者8个分离的移相器来实现。相反，调制器100基于4-PSK调制方案，并且使用4电平驱动信号和单个移相器来实现。
图3示出了根据本发明另一实施例的高阶光学调制器300的方框图。调制器300基本上与调制器100(图1)类似，并且具有许多相同的部件。然而在调制器300中，驱动电路150被驱动电路350代替。驱动电路350与驱动电路150的不同之处在于其具有附加的放大器352。调制器300还具有“异或”(XOR)门360，信号Data 1和Data 2作为“异或”门360的输入信号。将由“异或”门360产生的输出数据信号362施加到放大器352。放大器352的输出信号与放大器152a-b的输出信号求和。
放大器352与放大器152a-b的每一个类似。基于数据信号362，放大器352产生具有电压+ΔVπ/16和-ΔVπ/16的二值输出信号，其中ΔVπ/16是与移相器120中的11.25度相移相对应的电压。在移相器120的线性范围内，ΔVπ/16＝ΔVπ/8/2＝ΔVπ/4/4。如果数据信号362具有与信号Data 3和Data 4相同的干线间隔，那么将放大器352的信号增益设置为放大器152b的信号增益的约二分之一，或者放大器152a的信号增益的约四分之一。
图4用图形示出了与调制器300所产生的光输出信号332相对应的星形16-QAM星座坐标400。星座坐标400基本上与星座坐标200(图2)类似。然而，星座坐标200和400之间的一个区别在于：在星座坐标400中，内圆相对于外圆转动约22.5度。在特定情况下，因为星座坐标400对于特定信号损伤例如检测噪声和光纤非线性的回复力，星座坐标400的使用是有益的。
从表1和图2中所示的比特映射清楚的看出，星座坐标200的内圆具有前两个比特或者是“01”或者是“10”的星座坐标点。向这些比特组合中的任一个施加“异或”函数导致二进制的“1”。类似地，星座坐标200的外圆具有前两个比特或者是“00”或者是“11”的星座坐标点。向这些比特组合中的任一个施加“异或”函数导致二进制的“0”。因此，可以将信号362的两个二元态用作针对星座坐标200的两个圆的相应标识符。这些标识符使得调制器300可以区分与星座坐标的不同圆相对应的星座坐标点。在调制器300内基于信号362将内圆相对于外圆转动22.5度有效地将星座坐标200转换为星座坐标400。图4中每一个星座坐标点后括号内的二进制值示出了针对星座坐标400所得到的比特映射。
图5示出了根据本发明又一实施例的高阶光学调制器500的方框图。调制器500具有与驱动电路570a-b耦合的双驱动MZM 510。MZM 510接收来自激光器(图5中未明确示出)的光输入(例如，连续波)信号502，并且响应于分别从驱动电路570a-b接收的驱动信号508a-b，产生已调制的光信号512。然后将信号512施加到可选的脉冲整形器130以产生RZ输出信号532。信号512和532都与星座坐标200(图2)相对应。尽管调制器500接收8个电二元信号，只有这些信号中的四个信号Data 1、...、Data 4是独立的数据信号。所述8个信号中的其余四个信号是分别根据四个独立信号得出的副本信号或者反相信号。
作为双驱动MZM，MZM 510能够实现推挽式操作(push-pull)和推起式操作(push-push)。推挽式操作用于实现由表1所述的幅度和相位调制。推起式操作用于实现表2所述的相移键控。如上所述，这两个调制方案的组合效果是如图2所示的比特映射。
每一个驱动电路570a-b具有四个放大器5721...5724。放大器5721和5722基本上分别与放大器142a和142b(参见图1)类似。然而与驱动电路570a的放大器5721和5722不同，驱动电路570b的放大器5721和5722配置用于接收反相的信号Data 1和Data 2。在图5中，反相操作由相应信号标记上的横条表示。本领域中众所周知，分别用与数据和反相数据相对应的两个驱动信号来驱动双驱动MZM，结果是推挽式操作。在MZM 510中，由两对放大器5721和5722实现的推挽式操作产生了表1所述的幅度和相位调制。
放大器5723和5724基本上分别与放大器152a和152b(参见图1)类似。然而，将放大器5723和5724的信号增益设置为与MZM 510而不是移相器120的特性相匹配。本领域众所周知，利用两个相同的驱动信号来驱动双驱动MZM，结果是推起式操作。在MZM 510中，由两对放大器5723和5724实现的推起式操作实现了表2所述的相位调制。
尽管将每一个高阶调制器100、300和500设计用于相应的星形16-QAM星座坐标，例如星座坐标200(图2)或者星座坐标400(图4)，但是也可以将类似的方法用于实现针对任意星形M-QAM星座坐标的高阶调制器，其中M＝2n，n是大于2的整数。例如，假设星形M-QAM星座坐标具有2j个同心圆，每一个圆具有2k个星座坐标点，其中j和k均是正整数且j+k＝n。那么，例如可以如下实现适用于这种星座坐标的高阶调制器。
调制器配置用于接收n个独立的二元数据信号。这n个数据信号中，将j+1个数据信号用于实现类似于表1所述的幅度和相位调制。更具体地，调制器具有例如与驱动电路140类似的驱动电路，包括例如与放大器142类似的j+1个放大器(参见图1)。该驱动电路配置用于驱动MZM，MZM产生与具有位于I-Q平面内直线上的2j+1个星座坐标点的中间星座坐标相对应的已调制光信号。这2j+1个星座坐标中，2j个星座坐标点具有0弧度的光学相位，其余2j个星座坐标点具有π弧度的光学相位。
将其余k-1(＝n-(j+1))个数据信号用于实现相移键控。更具体地，调制器具有例如与驱动电路150类似的驱动电路，包括例如与放大器152类似的k-1个放大器(参见图1)。该驱动电路配置用于驱动移相器，移相器进一步调制由MZM产生的已调制光信号。这种调制的效果是实质上将中间星座坐标转动2k-1个不同角度，从而产生所需的星形M-QAM星座坐标。注意，对于每一高阶调制器100、300和500，参数值如下：n＝4，j＝1，并且k＝3。
如果需要，组成星形M-QAM星座坐标的部分或全部圆可以相对于一个或多个其他圆转动。例如，通过向用于驱动MZM的j+1个数据信号的部分或全部施加合适的逻辑函数，调制器可以对于组成星形M-QAM星座坐标的每一个圆产生唯一的标识符。找到这种函数相对比较直接，例如通过分析星形M-QAM星座坐标中的比特映射模式。回想调制器300(参见图3)的情况，合适的逻辑函数是“异或”函数。然后可以使用所述唯一的标识符，来向星形M-QAM星座坐标的不同圆上排列的星座坐标点施加不同的相应相移，从而实现I-Q平面内这些圆的所需转动。另外，如本领域所知，通过在将逻辑信号施加给驱动电路之前对逻辑信号进行预编码，可以实现任意所需的比特模式-符号映射。
图6示出了根据本发明又一实施例的高阶光学调制器600的方框图。调制器600接收四个电二元信号Data 1...Data 4，并且产生相应的已调制光输出信号632。信号632是直线(rectilinear)16-QAM信号。
图7用图形示出了信号632相对应的直线16-QAM星座坐标700。相邻星座坐标点之间的水平(即，沿I轴)间隔是d1，以及相邻星座坐标点之间的垂直(即，沿Q轴)间隔是d2。在各种实现中，d1和d2可以具有相同值或不同值。I和Q轴的原点居中位于由四个内星座坐标点限定的矩形内。每一个星座坐标点后面括号内的二进制值示出了由信号Data1...Data 4组成的4比特信号的比特映射。
再参考图6，调制器600具有两个调制分支606a-b，每一个分支均耦合在功率分配器604和功率合成器608之间。每一个调制分支606a-b具有与相应驱动电路640耦合的MZM 610。每一个MZM 610从功率分配器604接收相应部分的光输入信号602，且响应于从相应驱动电路640接收到的驱动信号608，对所述部分光输入信号进行调制以产生相应的已调制光信号612。位于调制分支606b中的移相器620对信号612b实现了90度的相移以产生信号612b’。在功率合成器608中对信号612a和612b’合成。这种调制器结构通常称作QPSK调制器、I/Q调制器、或者单边带调制器。功率合成器608的输出施加到可选的脉冲整形器130(如以上参考图1所述)。脉冲整形器130的输出是信号632。
每一个驱动电路640a-b基本上与驱动电路140(图1)类似。驱动电路640a基于分别向该驱动电路的放大器642a-b施加的二元信号Data1和Data 2，产生驱动信号608a。类似地，驱动电路640b基于分别向该驱动电路的放大器642c-d施加的二元信号Data 3和Data 4，产生驱动信号608b。例如，放大器642a-d提供的信号增益的相对值可以表示如下：
ga＝d1    (2a)
g b = 1 2 d 1 - - - ( 2 b )
gc＝d2    (2c)
g d = 1 2 d 2 - - - ( 2 d )
基于相应的数据信号，每一个放大器642a-d产生具有电压+gxΔV1/2和-gxΔV1/2的二值输出信号，其中gx是由等式(2a)-(2d)之一给出的相应信号增益，以及ΔV1/2是信号Data 1、...、Data 4中的干线间隔的一半。在驱动电路640a中，对放大器642a-b的输出信号求和，并且将所得到的信号叠加到与MZM 610a相对应的调零(nulling)偏置电压上。在驱动电路640b中，类似地对放大器642c-d的输出信号求和，并且将所得到的信号叠加到与MZM 610b相对应的调零偏置电压上。如以上参考表1所述，这样驱动的每一个MZM 610a-b实质上将相应的2比特输入信号映射到由位于I-Q平面内直线上的4个星座坐标点组成的中间星座坐标上。这4个星座坐标点中，两个星座坐标点具有0弧度的光学相位，其余两个星座坐标点具有π弧度的光学相位。
移相器620的效果是将与MZM 610b相对应的中间星座坐标相对于与MZM 610a相对应的中间星座坐标转动90度。结果，功率合成器608实质上作为复数发生器，调制分支606a和606b分别为其提供实部和虚部。调制分支606a和606b的组合效果是将由信号Data 1、...、Data 4组成的4比特信号映射到由图7中每一星座坐标点后面括号内的相应二进制值表示的星座坐标700上。在这些二进制值的每一个中，第一比特与信号Data 1相对应；第二比特与信号Data 2相对应；以此类推。本领域技术人员应该理解，通过在将二元输入信号施加到驱动电路之前对二元输入信号进行预编码，可以实现不同的比特-符号分配。
驱动电路140、150、350、570和640的一个共同性质是它们中的每一个均设计用于首先对相应的二元数据信号进行放大、然后对所得到的已放大信号进行组合，以形成在诸如星座坐标200、400或700之类的相应高阶星座坐标的产生过程中使用的多值(multilevel)驱动信号。这里所使用的术语“多值”表示具有多于两个电平的信号。相反，典型的现有技术方法是驱动调制分支606a-b，以便首先对相应的二元数据信号进行组合以形成多值信号，然后只对多值信号进行放大以形成在相应高阶星座坐标的产生过程中使用的多值驱动信号。因为二元数据信号是相对低电压的信号，例如在1V的量级，并且多值驱动信号是相对高电压的信号，例如在10V的量级，现有技术的方法要求驱动电路采用特征在于在相对大电压范围内具有相对高线性度的放大器。另外，应该注意的是，使用具有调制分支606a-b的调制器通常将导致相对严格的量化要求。因此，可能有利的是采用与100或300类似的调制器和/或与驱动电路140、150、350、570和640类似的驱动电路，所述驱动电路有助于显著地缓和放大器的线性度规范，从而使得能够使用复杂度较低和/或成本效率更高的放大器件。
图8示出了根据本发明一个实施例的光发射机800的方框图。发射机800使用两个调制分支806a-b产生偏振复用的已调制光信号812，每一个调制分支均耦合在偏振分束器804和偏振合束器810之间。偏振分束器804将激光器802产生的光束分为两个正交偏振分量，并且将它们分别施加到调制分支806a-b。每一个调制分支806a-b均具有相应的光学调制器808，该光学调制器基于该调制器接收到的信号来调制相应的偏振分量。典型地，调制器808a-b接收不同的独立数据信号。在各种实施例中，调制器808可以是调制器100、300、500和600中的任意一个。偏振合束器810将从调制器808a-b接收到的已调制偏振分量进行合成以产生光信号812。如果将特征在于偏振相关性相对较弱的调制器用在光发射机800中，那么也可以在偏振合束器810的输出处放置共享光脉冲整形器，来代替在调制器808a-b中可选地使用的两个脉冲整形器。
在该说明书中所使用的术语“星形M-QAM星座坐标”指的是由在两个或多个同心圆上排列的M个星座坐标点组成的星座坐标。在一种实现中，星座坐标点排列成轮辐(wheel-and-spoke)图案，每一辐条(半径)包含与不同圆相对应的两个或多个星座坐标点。在另一种实现中，星座坐标点排列在它们各自的圆上，使得没有辐条(半径)可以包含超过规定数目的星座坐标点。例如，在具有N个圆的星座坐标中，星座坐标点可以排列在它们各自的圆上，使得每一辐条(半径)包含与不同圆相对应的n个星座坐标点，其中n是小于N+1的任选正整数。在典型的实现中，在每一个圆上两个相邻星座坐标点之间的角距是相同的，但是每一个圆可以具有或者也可以不具有相同数目的星座坐标点。
本领域技术人员应该理解的是，通常相对于某选定的参考相位测量光学相位。此外，通常将相差2π整数倍的光学相位看作是具有相同的值。因此，除非另外明确声明，不应该将表述“0弧度的相移”解释为局限于没有相移。类似地，表述“一个或多个不同相移”中所指的相移之一可以是“0弧度的相移”。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，这些描述并非要以限制的含义来理解。例如，本发明的特定实施例可以利用MZM型调制器之外的其他光学调制器来实现。例如，能够产生由I-Q平面内直线排列的2j+1(其中j是正整数)个星座坐标点组成的中间星座坐标的光学调制器可以包括：(i)幅度调制器，配置用于产生2j个不同的信号幅度；以及(ii)移相器，配置用于将零弧度相移或者π弧度相移可控地施加到幅度调制器的输出。这种光学调制器可以配置用于基于j+1个输入二元信号操作，并且用于高阶光学调制器的实施例中，例如用于与MZM 110(图1或图3)或者MZM 610(图6)类似的位置。
可以将用于产生QAM星座坐标圆标识符的逻辑电路结合到光学调制器500中。不同的二元信号，例如Data 1、...、Data 4，可以具有不同的干线间隔。本领域技术人员清楚，所述实施例以及本发明的其他实施例的各种修改视为落在所附权利要求所表达的本发明精神和范围之内。
可以将本发明的实施例实现为基于电路的处理，包括可能的实现为单独集成电路(例如混合光电集成电路)、多芯片模块、单卡电路封装或者多卡电路封装。
除非另外明确声明，应该将每一个数值和范围解释为是近似值，就如同在这些值或范围之前跟有词语“大约”或者“大致”。
还应该理解的是，本领域技术人员在不脱离所附权利要求所表示的本发明范围的情况下，可以对为了解释本发明的本质而描述或者说明的部件的细节、材料和设置做出各种变化。
尽管在所附方法权利要求中元素(如果有的话)按照相应标记的特定顺序进行描述，但是除非权利要求的描述暗示了用于实现这些元素中部分或全部元素的特定顺序，否则这些元素并非一定要局限于按照该特定顺序来实现。
这里对于“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的不同位置出现的短语“在一个实施例中”并非全部指的是相同实施例，也并非是必定与其他实施例互斥的单独或备选实施例。对于术语“实现”而言同样如此。
贯穿这种详细描述，没有按比例绘制的附图只是为了说明，并且用于解释而不是限制本发明。
同样为了描述的目的，术语“耦合”、“连接”指的是本领域已知或者随后研发的允许在两个或多个元件之间传递能量的任意方式，并且尽管不是必要的，可以构思***一个或多个附加元件。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等意味着不存在这种附加元件。

Claims (10)

1.一种光学器件，包括：
马赫-曾德调制器MZM，适用于调制光输入信号的相位和幅度；以及
第一驱动电路，适用于基于j+1个电二元信号驱动所述MZM，以使所述MZM导致第一相移或者与第一相移相差约π弧度的第二相移，其中所述光学器件适用于基于k-1个附加电二元信号施加2k-1个不同的相移，以进一步地调制相位，并且产生与星形M-QAM星座坐标相对应的已调制光输出信号，其中j是正整数，k是大于1的整数，并且M＝2j+k。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第一驱动电路适用于基于所述j+1个电二元信号驱动所述MZM，以便在所述已调制光输出信号中产生2j个不同的幅度。
3.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述MZM适用于施加所述2k-1个不同的相移，并且产生所述已调制光输出信号。
4.根据权利要求3所述的光学器件，其中：
所述MZM是双驱动MZM；
所述第一驱动电路还适用于基于所述k-1个附加电二元信号来驱动所述MZM；
所述光学器件还包括第二驱动电路，所述第二驱动电路适用于基于所述j+1个电二元信号和所述k-1个附加电二元信号驱动所述MZM；以及
所述第一和第二驱动电路适用于：
驱动所述MZM以使用所述j+1个电二元信号实现推挽式调制；以及
进一步驱动所述MZM以使用所述k-1个附加电二元信号实现推起式调制。
5.根据权利要求1所述的光学器件，还包括所述MZM外部的移相器，所述移相器适用于施加所述2k-1个不同的相移。
6.根据权利要求5所述的光学器件，其中：
所述MZM适用于产生与由相应的同相/正交相平面内直线排列的2j+1个星座坐标点组成的中间星座坐标相对应的中间已调制光信号；以及
向所述中间已调制光信号施加所述2k-1个不同的相移，导致所述中间星座坐标的递增转动，所述转动产生所述星形M-QAM星座坐标。
7.根据权利要求1所述的光学器件，其中j＝1并且k＝3。
8.根据权利要求1所述的光学器件，还包括逻辑电路，所述逻辑电路适用于处理所述j+1个电二元信号的一部分或全部，以得出针对所述星形M-QAM星座坐标的一个或多个圆的一个或多个标识符，其中所述光学器件进一步适用于基于所述一个或多个标识符向相位施加附加的相移。
9.根据权利要求1所述的光学器件，其中：
所述第一驱动电路包括多个放大器，每一个放大器均适用于对所述j+1个电二元信号中的相应信号进行放大以产生相应的已放大电信号；
所述第一驱动电路适用于将所得到的j+1个已放大电信号进行组合以产生多值驱动信号来驱动所述MZM；以及
所述第一驱动电路进一步适用于：
将所述多值驱动信号叠加到与所述MZM的光学零点相对应的偏置电压；以及
用所得到的叠加信号驱动所述MZM。
10.一种调制光信号的方法包括：
使用马赫-曾德调制器MZM并且基于j+1个电二元信号来调制光输入信号的相位和幅度，其中所述MZM导致第一相移或者与所述第一相移相差约π弧度的第二相移，其中j是正整数；以及
基于k-1个附加电二元信号施加2k-1个不同的相移来进一步调制相位，以产生与星形M-QAM星座坐标相对应的已调制光输出信号，其中k是大于1的整数，并且M＝2j+k。
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