CN106324866A - 一种硅基调制器偏置点控制装置 - Google Patents

一种硅基调制器偏置点控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种硅基调制器偏置点控制装置，包括：第一相位控制器，根据接入的电压来控制向第一微环结构施加的温度；第二相位控制器，根据接入的电压来控制向第二微环结构施加的温度；第一耦合器，从所述第一波导中分出一部分光输出给第一光电探测器；第二耦合器，从所述第三波导中分出一部分光输出给第二光电探测器；采集模块，采集第一光电探测器和第二光电探测器所检测的光平均功率输出给处理模块；处理模块，用于记录光平均功率，将上次记录的光平均功率与本次记录的光平均功率进行比较，根据比较结果分别控制接入第一相位控制器和第二相位控制器的电压。本发明可以同时控制两个微环的状态，实现数据化控制微环，结构简单，灵敏度高。

Description

一种硅基调制器偏置点控制装置
技术领域
本发明涉及硅光子集成领域，尤其涉及一种硅基相位调制器偏置点控制装置。
背景技术
硅基光电子的应用有广大的前景，对其研究也越来越多，受限于调制速率及消光比等影响，调制器一直是技术难点。光路选择型调制器(waveguideselecting modulator，简称WSM)的出现极大的推进了调制器的性能，有望在产品中被普遍使用。
WSM中的关键器件Optic switch(光路选择器)一般采用微环结构来实现。微环本身有许多缺点，如热敏感，不同波长响应不同等。如果不对微环的状态进行实时的控制是不能实现相位调制的。
单独实现一个微环的状态控制是可以很容易实现的，在微环内部加一个可以实时控制的相位控制器(phase shifter)，利用微环处于共振状态时through(上选择)端输出功率最小为反馈条件来控制phase shifter的改变就可以实现单个微环的状态控制。但是，对于WSM来说，要同时控制两个微环的状态，并且两个微环的状态又不同是很难实现的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅基调制器偏置点控制装置，以实现数字化，结构简单，灵敏度高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅基调制器偏置点控制装置，适用于一种硅基调制器，所述硅基调制器包括：光路选择器、第一组波导、第二组波导和光耦合器，其中，所述光路选择器，用于接收输入光，在电信号的控制下，控制光输入到第一组波导或者输入到第二组波导；所述第一组波导和所述第二组波导，一端与所述光路选择器连接，另一端连接所述光耦合器，所述第一组波导或所述第二组波导将光输出给所述光耦合器，由所述光耦合器耦合输出，所述第一组波导和所述第二组波导的光程不相等，且其光程差与待获得的相位差相应；所述第一组波导包括两条长度相等且输出光场相位相同的第一波导和第四波导，所述第一波导和所述第四波导组成MZ结构，所述第二组波导包括两条长度相等且输出光场相位相同的第二波导和第三波导，所述第二波导和所述第三波导组成MZ结构，所述第一组波导和所述第二组波导的长度不相等，且长度差与所述光程差对应，所述第一组波导与所述第二组波导输出光场相位相反，所述光路选择器包括第一微环结构和第二微环结构，所述第一微环结构的上行端与所述第一波导连接，所述第一微环结构的下行端与所述第二波导连接，所述第二微环结构的上行端与所述第三波导连接，所述第二微环结构的下行端与所述第四波导连接，所述硅基调制器偏置点控制装置包括：
第一相位控制器，根据接入的电压来控制向所述第一微环结构施加的温度；
第二相位控制器，根据接入的电压来控制向所述第二微环结构施加的温度；
第一耦合器，接入所述第一波导，从所述第一波导中分出一部分光输出给第一光电探测器；
第二耦合器，接入所述第三波导，从所述第三波导中分出一部分光输出给第二光电探测器；
所述第一光电探测器和所述第二光电探测器，用于检测接收到的光的光平均功率，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器共地；
采集模块，采集所述第一光电探测器和所述第二光电探测器所检测的光平均功率，输出给处理模块；
所述处理模块，用于记录所述光平均功率，将上次记录的光平均功率与本次记录的光平均功率进行比较，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压。
进一步地，上述硅基调制器偏置点控制装置还具有下面特点：所述处理模块，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压包括：在所述第一相位控制器和所述第二相位控制器初始化为最小值时，控制接入所述第一相位控制器的电压直到接收到的光平均功率稳定；如平均光功率为0，则将所述第二相位控制器初始化为最大值，控制接入所述第二相位控制器的电压直到接收到的光平均功率稳定，如平均光功率为0，将所述第一相位控制器初始化为最大值，控制接入所述第一相位控制器的电压直到接收到的光平均功率稳定。
进一步地，上述硅基调制器偏置点控制装置还具有下面特点：
所述第一光电探测器和所述第二光电探测器检测的光平均功率经一转移阻抗放大器放大后输出给所述采集模块进行采集。
进一步地，上述硅基调制器偏置点控制装置还具有下面特点：
所述处理模块，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压，是通过数模转换器接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的。
进一步地，上述硅基调制器偏置点控制装置还具有下面特点：
所述采集模块，为模数转换器。
进一步地，上述硅基调制器偏置点控制装置还具有下面特点：
所述第一相位控制器为热相移器；
所述第二相位控制器为热相移器。
综上，本发明提供一种硅基调制器偏置点控制装置，可以同时控制两个微环的状态，实现数据化控制微环，结构简单，灵敏度高。
附图说明
图1为本发明实施例涉及的硅基调制器的示意图；
图2为本发明实施例的硅基调制器偏置点控制装置的示意图；
图3为本发明实施例涉及的平衡检测器的示意图；
图4为本发明实施例的控制偏置点方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例涉及的硅基调制器包括：光路选择器、第一组波导、第二组波导和光耦合器，其中，
所述光路选择器，用于接收输入光，在电信号的控制下，控制光输入到第一组波导或者输入到第二组波导；
所述第一组波导和所述第二组波导，一端与所述光路选择器连接，另一端连接所述光耦合器，所述第一组波导或所述第二组波导将光输出给所述光耦合器，由所述光耦合器耦合输出，所述第一组波导和所述第二组波导的光程不相等，且其光程差与待获得的相位差相应；其中，
所述第一组波导包括两条长度相等且输出光场相位相同的第一波导和第四波导，所述第一波导和所述第四波导组成MZ结构，
所述第二组波导包括两条长度相等且输出光场相位相同的第二波导和第三波导，所述第二波导和所述第三波导组成MZ结构，
所述第一组波导和所述第二组波导的长度不相等，且长度差与所述光程差对应，所述第一组波导与所述第二组波导输出光场相位相反。
所述光路选择器包括第一微环结构和第二微环结构，所述第一微环结构的上行端与所述第一波导连接，所述第一微环结构的下行端与所述第二波导连接，所述第二微环结构的上行端与所述第三波导连接，所述第二微环结构的下行端与所述第四波导连接。
如图1所示，本发明实施例涉及的硅基调制器的输入光经过耦合器把光分为两路，分别进入微环102和微环103，上臂的光进入微环102的through(上行)端，微环102的through端与波导106相连，下臂的光进入微环103的through端，微环103的through端与波导108相连，微环102的drop(下行)端与波导105相连，微环103的drop端与波导107相连。波导105、106、107和108经过4*1的耦合器耦合输出。
通过设计，波导105和波导108等长，输出相位同相。波导106和波导107等长，输出相位同相，Select1和Select2的长度差决定了相位差，对于使用此调制器用作QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)信号调制，需要使得其相位差为π，那么长度差其中，λ为传播的光波长，n为波导的有效折射率。在硅基波导中，strip(矩形)型波导的有效折射率n＝2.443，λ＝1550nm，则ΔL＝317.2nm可以延时相位π。.
基于WSM的设计理念，调制相位信息时，差分电信号S+，S-分别作用于微环上，调节微环状态从而选择光传播路径，实现相位信息的调制。假设S+、S-的电压幅度为2V，那么：上下微环调制分别2V和-2V时，微环102调制0V电压时，其处于共振条件，光经过微环的drop(下行)端及波导106，微环103调制-4V，微环103的共振条件被破坏，光经过微环的through端及波导108，调制相位为π；上下微环调制分别-2V和2V时，微环102调制-4V电压，其共振条件被破坏，光经过微环的through端及波导105，微环103调制0V，微环103处于共振条件，光经过微环的drop端及波导107，调制相位为0。
由此可见，控制偏置点要达到上下微环在不同的电信号下处于共振条件,即，上微环共振时，下微环非共振；上微环非共振时，下微环共振。
根据微环的性质可知，在电信号的作用下，微环在共振和非共振状态下变化，信号1和0出现的概率大体一致，through端输出平均光功率最小，drop端输出平均光功率最大。又因为，上下微环在同一时刻状态相反，所以，利用平衡检测上下微环的through端可以区分上下微环的状态。当上下微环状态一致时，两个微环的through端都有功率输出，平衡检测就会相消，没有电流输出。当上下微环状态相反时，through端的平衡检测平均光电流最小则上下微环处于正确偏置。
图2为本发明实施例的硅基调制器偏置点控制装置的示意图，本实施例的硅基调制器偏置点控制装置包括：
第一相位控制器，根据接入的电压来控制向所述第一微环结构施加的温度；
第二相位控制器，根据接入的电压来控制向所述第二微环结构施加的温度；
第一耦合器，接入所述第一波导，从所述第一波导中分出一部分光输出给第一光电探测器；
第二耦合器，接入所述第三波导，从所述第三波导中分出一部分光输出给第二光电探测器；
所述第一光电探测器和所述第二光电探测器，用于检测接收到的光的光平均功率，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器共地；
采集模块，采集所述第一光电探测器和所述第二光电探测器所检测的光平均功率，输出给处理模块；
所述处理模块，用于记录所述光平均功率，将上次记录的光平均功率与本次记录的光平均功率进行比较，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压。
如图2所示，在硅基调制器的设计基础上，在上下微环的through端加入5/95的coupler109和110，5％的分光分别用PD100和PD101检测。两个PD共地。PD检测信号经过TIA(Transimpedance Amplifer，转移阻抗放大器)放大后由ADC数模转换。ADC采集的数据送入MCU/DSP处理，经过算法处理后，把偏置点的变化信息由DAC经过Heater1和Heater2调节上下微环的偏置点。
两个PD组成的平衡检测器如图3所示，上面PD为图2中PD100，下面PD为图2中PD101。当光入射到上面PD100时，TIA输出正值。当光入射到下面PD101时，TIA输出负值。当上下PD同时入射光，且功率一致时TIA无输出。对应上微环共振，下微环非共振时，TIA输出负值。上微环非共振，下微环共振时，TIA输出正值。上下微环共振条件相同时，TIA无输出。根据这个性质，可以在MCU/DSP中设计合理算法，以达到理想偏置点的实时控制。
本发明实施例的控制偏置点的流程如图4所示：要达到上下微环偏置状态不同，需要每个微环的偏置范围大于1个周期，包括以下步骤：
步骤101、开始，对heater1和heater1初始化为最小值。
步骤102、按一定步长向一方向变化(增大/减小)heater1，ADC检测的平均光功率与之前的平均光功率比较，平均光功率减小，继续向相同方向变化heater1；平均光功率增大，向相反方向变化heater1，如平均光功率不为0，则重复步骤102，直至光平均功率稳定，然后转向步骤103；如平均光功率为0，则初始化heater2为最大值，然后转向步骤103。
步骤103、按一定步长向一方向变化(增大/减小)heater2，ADC检测的平均光功率与之前的平均光功率比较，平均光功率减小，继续向相同方向变化heater2，平均光功率增大，向相反方向变化heater2，如平均光功率不为0，则重复步骤103直至光平均功率稳定，然后转向步骤102；如平均光功率为0，则初始化heater1为最大值，然后转向步骤102。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上仅为本发明的优选实施例，当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种硅基调制器偏置点控制装置，适用于一种硅基调制器，所述硅基调制器包括：光路选择器、第一组波导、第二组波导和光耦合器，其中，所述光路选择器，用于接收输入光，在电信号的控制下，控制光输入到第一组波导或者输入到第二组波导；所述第一组波导和所述第二组波导，一端与所述光路选择器连接，另一端连接所述光耦合器，所述第一组波导或所述第二组波导将光输出给所述光耦合器，由所述光耦合器耦合输出，所述第一组波导和所述第二组波导的光程不相等，且其光程差与待获得的相位差相应；所述第一组波导包括两条长度相等且输出光场相位相同的第一波导和第四波导，所述第一波导和所述第四波导组成MZ结构，所述第二组波导包括两条长度相等且输出光场相位相同的第二波导和第三波导，所述第二波导和所述第三波导组成MZ结构，所述第一组波导和所述第二组波导的长度不相等，且长度差与所述光程差对应，所述第一组波导与所述第二组波导输出光场相位相反，所述光路选择器包括第一微环结构和第二微环结构，所述第一微环结构的上行端与所述第一波导连接，所述第一微环结构的下行端与所述第二波导连接，所述第二微环结构的上行端与所述第三波导连接，所述第二微环结构的下行端与所述第四波导连接，所述硅基调制器偏置点控制装置包括：
第一相位控制器，根据接入的电压来控制向所述第一微环结构施加的温度；
第二相位控制器，根据接入的电压来控制向所述第二微环结构施加的温度；
第一耦合器，接入所述第一波导，从所述第一波导中分出一部分光输出给第一光电探测器；
第二耦合器，接入所述第三波导，从所述第三波导中分出一部分光输出给第二光电探测器；
所述第一光电探测器和所述第二光电探测器，用于检测接收到的光的光平均功率，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器共地；
采集模块，采集所述第一光电探测器和所述第二光电探测器所检测的光平均功率，输出给处理模块；
所述处理模块，用于记录所述光平均功率，将上次记录的光平均功率与本次记录的光平均功率进行比较，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压。
2.如权利要求1所述的硅基调制器偏置点控制装置，其特征在于：
所述处理模块，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压包括：在所述第一相位控制器和所述第二相位控制器初始化为最小值时，控制接入所述第一相位控制器的电压直到接收到的光平均功率稳定；如平均光功率为0，则将所述第二相位控制器初始化为最大值，控制接入所述第二相位控制器的电压直到接收到的光平均功率稳定，如平均光功率为0，将所述第一相位控制器初始化为最大值，控制接入所述第一相位控制器的电压直到接收到的光平均功率稳定。
3.如权利要求1所述的硅基调制器偏置点控制装置，其特征在于：
所述第一光电探测器和所述第二光电探测器检测的光平均功率经一转移阻抗放大器放大后输出给所述采集模块进行采集。
4.如权利要求1所述的硅基调制器偏置点控制装置，其特征在于：
所述处理模块，根据比较结果分别控制接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的电压，是通过数模转换器接入所述第一相位控制器和所述第二相位控制器的。
5.如权利要求1所述的硅基调制器偏置点控制装置，其特征在于，
所述采集模块，为模数转换器。
6.如权利要求1-5任一项所述的硅基调制器偏置点控制装置，其特征在于，
所述第一相位控制器为热相移器；
所述第二相位控制器为热相移器。
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