一种光调制器的啁啾补偿方法和驱动器与流程

1.本技术涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光调制器的啁啾补偿方法和驱动器。


背景技术：

2.在光通信技术的传输领域中，信号调制方式已由传统的强度调制转变为相位调制，比如100g相干相位调制码型的光模块已在长距和超长距密集型光波复用(dense wavelength division multiplexing，dwdm)光传输系统中大量应用。随着现代社会的高速发展，更高容量的200g、400g相干相位调制码型的光模块应用于dwdm光传输系统中的需求也在增加。
3.采用磷化铟或硅光为材料制成的相干相位调制器，尤其是光调制器，是基于pn节方式改变光波导的折射率变化来达到光调制的目的。就光调制器的两臂而言，pn节相对于波导的位置、pn节掺杂分布都不能完全做到一样，因此两个臂的折射率的变化程度不同；以及，电极和波导的尺寸有几百nm，而工艺精度就为几十nm，工艺偏差占结构尺寸的十分之一左右，使得位置偏差对折射率的变化程度被放大，故而两个臂的折射率不相同。在两个臂的折射率不同时，两个臂的相位偏转也不相同，产生啁啾。啁啾导致光调制器在调制“1”和“0”时的调制相位夹角小于180
°
，形成欠调制。
4.显然地，采用磷化铟或硅光为材料制成的相干相位调制器的材料工艺缺陷产生的啁啾也导致了dwdm光传输系统中的光模块传输性能受损问题更为突出，进而导致对这类材料的调制器的应用推广造成不便。
5.申请内容
6.本技术的主要目的在于提供一种光调制器的啁啾补偿方法和驱动器，以解决现有技术中相干光相位调制器的啁啾过大而导致光模块传输性能受损劣化的问题。
7.第一方面，本技术提供了一种光调制器的啁啾补偿方法，应用于驱动器，所述驱动器包括可调电阻rp1，所述啁啾补偿方法包括以下步骤：
8.基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw，以使具有两路光调制信号输入的光调制器基于输出的差分信号vrfup和差分信号vrfdw得到视为相等的光相位和光相位
9.一些实施例中，所述基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw具体的具体步骤包括：
10.通过改变所述可调电阻rp1的阻值，记录各个阻值对应的纠前误码率；
11.确定多个纠前误码率中的最小纠前误码率对应的阻值，即为啁啾补偿的最佳阻值。
12.一些实施例中，所述基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw的具体步骤包括：
13.若接收到幅度相同的差分信号vin 和差分信号vin-，则通过改变所述可调电阻rp1的阻值改变电流；
14.根据改变后的电流，输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw。
15.一些实施例中，所述基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw的具体步骤包括：
16.通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值，调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw；
[0017]
其中，ri和rq为所述可调电阻rp1在所述输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw满足公式时的最小值和最大值，
[0018]
式中，v
rfup
和v
rfdw
依次为差分信号vrfup和差分信号vrfdw的幅度，α为光调制器的啁啾系数。
[0019]
一些实施例中，所述通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值具体包括以下步骤：
[0020]
按照设定的步距
△
r，通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值。
[0021]
第二方面，本技术还提供了一种驱动器，所述驱动器包括可调电阻rp1，用于执行如上述的光调制器的啁啾补偿方法的步骤。
[0022]
一些实施例中，还包括：
[0023]
记录模块，其用于通过改变所述可调电阻rp1的阻值，记录各个阻值对应的纠前误码率；
[0024]
确定模块，其用于确定多个纠前误码率中的最小纠前误码率对应的阻值，即为啁啾补偿的最佳阻值。
[0025]
一些实施例中，所述可调电阻rp1的调节范围的下限在设定的阈值ri以下，上限在设定的阈值rq以上，其中，ri和rq为所述可调电阻rp1在所述输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw满足公式时的最小值和最大值，
[0026]
式中，v
rfup
和v
rfdw
依次为差分信号vrfup和差分信号vrfdw的幅度，α为光调制器的啁啾系数。
[0027]
一些实施例中，所述驱动器还包括差分对管和四个电阻，所述差分对管包括两个晶体管，
[0028]
每个所述晶体管的基极与正向电源vcc和大地之间分别串接一个所述电阻，且四个所述电阻中的一个为所述可调电阻rp1；
[0029]
两个所述晶体管的基极分别被配置为接收差分信号vin 和差分信号vin-，发射极分别被配置为输出差分信号vrfup和差分信号vrfdw，集电极均接地。
[0030]
一些实施例中，两个所述晶体管分别为第一晶体管t1和第二晶体管t2，四个所述电阻分别为第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和所述可调电阻rp1；
[0031]
所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的发射极均接正向电源vcc，且依次被配置为输出差分信号vrfup和差分信号vrfdw，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的基极依次被配置为接收差分信号vin 和vin-，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的集电极均接地；
[0032]
所述第一电阻r1的一端接正向电源vcc，另一端接所述第一晶体管t1的基极；
[0033]
所述第二电阻r2的一端接所述第一晶体管t1的基极，另一端接地；
[0034]
所述第三电阻r3的一端接正向电源vcc，另一端接所述第二晶体管t2的基极；以及，
[0035]
所述可调电阻rp1的一端接所述第二晶体管t2的基极，另一端接地。
[0036]
本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：使得mzi调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角恰好为180
°
，实现光调制器的啁啾补偿，降低光调制器啁啾对光模块性能的负面影响。
[0037]
本技术实施例提供了一种光调制器的啁啾补偿方法，相较于常规驱动器输出至光调制器的两路幅度相同的差分信号，本技术实施例中的驱动器基于可调电阻来调整输出幅度不同的差分信号，以使光调制器基于输出的差分信号得到视为相等的光相位，即使得mzi调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角恰好为180
°
，实现光调制器的啁啾补偿，一方面，降低了啁啾的影响，避免了材料工艺缺陷带来的啁啾导致光模块传输性能受损，另一方面，也降低了光调制器的啁啾指标要求，又一方面，还提升了极限光信噪比容限，提高了传输距离，缩短了生产时间，提高了生产效率和器件良率。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
[0039]
图1为本技术实施例提供的一种光调制器的啁啾补偿方法中驱动器的结构图；
[0040]
图2为本技术实施例提供的一种光调制器的啁啾补偿方法的无啁啾情况矢量图；
[0041]
图3为本技术实施例提供的一种光调制器的啁啾补偿方法的有啁啾情况矢量图；
[0042]
图4为本技术实施例提供的一种光调制器的啁啾补偿方法中光调制器的电调制信号的输入结构图。
具体实施方式
[0043]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0044]
本技术实施例提供了一种光调制器的啁啾补偿方法，使得mzi调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角恰好为180
°
，实现光调制器的啁啾补偿，一方面，降低了啁啾的影响，避免了材料工艺缺陷带来的啁啾导致光模块传输性能受损，另一方面，也降低了光调制器的啁啾指标要求，又一方面，还提升了极限光信噪比容限，提高了传输距离，缩短了生产时间，提高了生产效率和器件良率。
[0045]
如图1所示，本技术实施例提供了一种光调制器的啁啾补偿方法，应用于驱动器，所述驱动器包括可调电阻rp1，所述啁啾补偿方法包括以下步骤：
[0046]
基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号
vrfdw，以使具有两路光调制信号输入的光调制器基于输出的差分信号vrfup和差分信号vrfdw得到视为相等的光相位和光相位
[0047]
相较于常规驱动器输出至光调制器的两路幅度相同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw，本技术实施例中的驱动器基于可调电阻来调整输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw，以使光调制器基于输出的差分信号得到视为相等的光相位和光相位即使得光调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角恰好为180
°
，实现光调制器的啁啾补偿。
[0048]
需要说明的是，光调制器调制得到的光相位可以进行啁啾补偿，使光调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角正好为最优的180度。
[0049]
一般来讲，光调制器的上臂和下臂的调制电信号和光相位的关系式满足：
[0050][0051][0052]
式中，为所述上臂的光相位，为所述下臂的光相位，v
rfup
′
为所述上臂的电调制信号的幅度，v
rfdw
′
为所述下臂的电调制信号的幅度，α为光调制器的啁啾系数(常量)，v
π
为所述光调制器在相位变化为π时对应的相位变化电压值。
[0053]
其中，光调制器的上臂和下臂的调制电信号vrfup
′
和调制电信号vrfdw
′
即等同于由驱动器输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw；而差分信号vrfup和差分信号vrfdw在常规情况下是幅度相同的差分信号，即v
rfup
和v
rfdw
，那么，从光调制器的上臂和下臂的调制电信号和光相位的关系式中我们可以看出，若v
rfup
′
和v
rfdw
′
，由于啁啾系数α的存在，则若则光调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角小于180
°
，形成欠调制。
[0054]
如图2所示，调制“1”和“0”时的相位夹角，正好为180度的情况；如图3所示，调制“1”和“0”时的相位夹角，该相位夹角小于180度，形成欠调制的情况。在图2和图3中，虚线矢量表示的是上臂或下臂被调制时的矢量情况，其中，横轴上方表示的是上臂的矢量情况，横轴下方表示的是下臂的矢量情况，纵轴左边表示的是调制“0”时上臂或下臂的矢量情况，纵轴右边表示的是调制“1”时上臂或下臂的矢量情况，实线矢量表示的是上臂和下臂干涉后的矢量情况。
[0055]
因此，若想要消除光调制器的啁啾，调制“1”和“0”时的相位夹角需为180
°
，此时，令则v
rfup
和v
rfdw
满足公式：
[0056][0057]
式中，v
rfup
和v
rfdw
依次为差分信号vrfup和差分信号vrfdw的幅度，α为光调制器的啁啾系数。
[0058]
在实际应用中，啁啾系数α是一个常量，其大小可能为正也可能为负，且啁啾系数α不随温度、时间的变化而变化，但是生产的每一个光调制器的啁啾系数α却不尽相同，尤其
是不同批次间存在着较大的差别，因此，若要精确补偿光调制器的啁啾补偿，必须对每一个光调制器均进行可调电阻rp1的调节。光调制器啁啾对光模块功能的影响与纠前误码率是单调相关的，因此，啁啾补偿的补偿量能够通过监测纠前误码率的变化来确定。
[0059]
因此，作为本技术实施例的一种优选方案，所述基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw的具体步骤包括：
[0060]
通过改变所述可调电阻rp1的阻值，记录各个阻值对应的纠前误码率；
[0061]
确定多个纠前误码率中的最小纠前误码率对应的阻值，即为啁啾补偿的最佳阻值。
[0062]
在本技术实施例中，最小纠前误码率对应的可调电阻rp1的阻值，对应输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw能够使得光调制器啁啾对光模块功能影响最小，也即是光调制器基于输出的差分信号vrfup和差分信号vrfdw得到最接近于相等的光相位和光相位
[0063]
进一步地，所述基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw具体的具体步骤包括：
[0064]
若接收到幅度相同的差分信号vin 和差分信号vin-，则通过改变所述可调电阻rp1的阻值改变电流；
[0065]
根据改变后的电流，输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw。
[0066]
在本技术实施例中，当驱动器中的可调电阻rp1的阻值发生变化，那么驱动器输出差分信号的两条线路上的电流也会发生变化，进而能够改变输出的差分信号的幅度，而差分信号vrfup和差分信号vrfdw作为两路光调制信号加载到光调制器的上臂和下臂上，具有两路光调制信号输入的光调制器即mzi型调制器，如图4所示。
[0067]
当驱动器输出的差分信号vrfup和差分信号vrfdw基本满足公式时，光调制器能够基于输出的差分信号vrfup和差分信号vrfdw得到视为相等的光相位和光相位
[0068]
进一步地，所述基于所述可调电阻rp1的阻值调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw的具体步骤包括：
[0069]
通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值，调整并输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw；
[0070]
其中，ri和rq为所述可调电阻rp1在所述输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw满足公式时的最小值和最大值，
[0071]
式中，v
rfup
和v
rfdw
依次为差分信号vrfup和差分信号vrfdw的幅度，α为光调制器的啁啾系数。
[0072]
在本技术实施例中，啁啾系数α是一个为正或为负的常量，且啁啾系数α不随温度、时间的变化而变化，但是生产的每一个光调制器的啁啾系数α却不尽相同，尤其是不同批次间存在着较大的差别。若α＞0，可调电阻rx存在最大值rq，若α＜0，可调电阻rx存在最小值ri。通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值，能够根据快速确定可调电阻rp1的大致范围，进而更快地找到最佳阻值对光调制器进行啁啾补偿。
[0073]
更进一步地，所述通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值具体包括以下步骤：
[0074]
按照设定的步距
△
r，通过在区间[ri，rq]的范围内改变所述可调电阻rp1的阻值。
[0075]
在本技术实施例中，按照设定的步距
△
r在区间[ri，rq]进行可调电阻rp1的阻值调节，并记录每一个阻值rx对应的纠前误码率，并将最小纠前误码率对应的阻值rx作为进行光调制器啁啾补偿的最佳阻值。
[0076]
本技术实施例还提供了一种驱动器，所述驱动器包括可调电阻rp1，用于执行如上述的光调制器的啁啾补偿方法的步骤。
[0077]
相较于常规驱动器输出至光调制器的两路幅度相同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw，本技术实施例中的驱动器基于可调电阻rp1来调整输出幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw，使得光调制器基于输出的差分信号得到视为相等的光相位和光相位即使得光调制器在调制“1”和“0”时的相位夹角恰好为180
°
，实现光调制器的啁啾补偿。
[0078]
进一步地，还包括：
[0079]
记录模块，其用于通过改变所述可调电阻rp1的阻值，记录各个阻值对应的纠前误码率；
[0080]
确定模块，其用于确定多个纠前误码率中的最小纠前误码率对应的阻值，即为啁啾补偿的最佳阻值。
[0081]
在实际应用中，啁啾系数α是一个常量，其大小可能为正也可能为负，且啁啾系数α不随温度、时间的变化而变化，但是生产的每一个光调制器的啁啾系数α却不尽相同，尤其是不同批次间存在着较大的差别，因此，若要精确补偿光调制器的啁啾补偿，必须对每一个光调制器均进行可调电阻rp1的调节。光调制器啁啾对光模块功能的影响与纠前误码率是单调相关的，因此，啁啾补偿的补偿量能够通过监测纠前误码率的变化来确定。
[0082]
在本技术实施例中，一个可调电阻rp1的阻值对应一组差分信号vrfup和差分信号vrfdw，选取最小纠前误码率对应的可调电阻rp1的阻值作为光调制器的啁啾补偿的最佳阻值，那么该最佳阻值对应输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw能够使得光调制器啁啾对光模块功能影响最小，也即是光调制器基于输出的差分信号vrfup和差分信号vrfdw得到最接近于相等的光相位和光相位
[0083]
进一步地，所述驱动器还包括差分对管和四个电阻，所述差分对管包括两个晶体管，
[0084]
每个所述晶体管的基极与正向电源vcc和大地之间分别串接一个所述电阻，且四个所述电阻中的一个为所述可调电阻rp1；
[0085]
两个所述晶体管的基极分别被配置为接收差分信号vin 和差分信号vin-，发射极分别被配置为输出差分信号vrfup和差分信号vrfdw，集电极均接地。
[0086]
在本技术实施例中，当可调电阻rp1的阻值为最佳阻值时，若驱动器输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw满足公式：
[0087][0088]
则两个晶体管的集电极上的电流也存在着相应的比例关系；
[0089]
式中，v
rfup
和v
rfdw
依次为差分信号vrfup和差分信号vrfdw的幅度，α为光调制器的啁啾系数。
[0090]
如图1所示，更进一步地，两个所述晶体管分别为第一晶体管t1和第二晶体管t2，四个所述电阻分别为第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和所述可调电阻rp1；
[0091]
所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的发射极均接正向电源vcc，且依次被配置为输出差分信号vrfup和差分信号vrfdw，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的基极依次被配置为接收差分信号vin 和vin-，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的集电极均接地；
[0092]
所述第一电阻r1的一端接正向电源vcc，另一端接所述第一晶体管t1的基极；
[0093]
所述第二电阻r2的一端接所述第一晶体管t1的基极，另一端接地；
[0094]
所述第三电阻r3的一端接正向电源vcc，另一端接所述第二晶体管t2的基极；以及，
[0095]
所述可调电阻rp1的一端接所述第二晶体管t2的基极，另一端接地。
[0096]
如图1所示，所述驱动器包括差分对管、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、所述可调电阻rp1、第五电阻r5和第六电阻r6，所述差分对管包括第一晶体管t1和第二晶体管t2，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的发射极分别通过所述第五电阻r5、所述第六电阻r6接正向电源vcc，且依次被配置为输出差分信号vrfup和差分信号vrfdw，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的基极依次被配置为接收差分信号vin 和vin-，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的集电极均接地；所述第一电阻r1的一端接正向电源vcc，另一端接所述第一晶体管t1的基极；所述第二电阻r2的一端接所述第一晶体管t1的基极，另一端接地；所述第三电阻r3的一端接正向电源vcc，另一端接所述第二晶体管t2的基极；以及，所述可调电阻rp1的一端接所述第二晶体管t2的基极，另一端接地。
[0097]
进一步地，所述驱动器还包括电容c1、电容c2、电容c3、电容c4，所述第一晶体管t1的基极通过所述电容c1接收差分信号vin ，所述第一晶体管t1的发射极通过所述电容c2输出差分信号vrfdw，所述第二晶体管t2的基极通过所述电容c3接收差分信号vin-，所述第二晶体管t2的发射极通过所述电容c4输出差分信号vrfup。
[0098]
在本技术实施例中，所述电容c1、电容c2、电容c3、电容c4保护第一晶体管t1和第二晶体管t2，避免造成器件损坏。
[0099]
更进一步地，所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的集电极均串接一个电流计a后接地，所述电流计a能够读取出线路上的电流，以供所述第一晶体管t1和所述第二晶体管t2的放大倍数的计算处理用。
[0100]
如图1所示，vin 和vin是输入驱动器的一组差分信号，其幅度相等，是模拟信号，而vrfup和vrfdw是驱动器输出的一组差分信号，其幅度比例由可调电阻rp1决定，t1和t2为差分对管，放大系数均为β。r1＝r3，若rp1＝r2，t1和t2的基极电压相等，基极电流也相等，v
rfup
＝v
rfdw
；若rp1＜r2，t1的基极电压＜t2的基极电压，t1的基极电流＜t2的基极电流，v
rfup
＜v
rfdw
；若rp1＞r2，t1的基极电压＞t2的基极电压，t1的基极电流＞t2的基极电流，v
rfup
＞v
rfdw
。当rx的可调范围为[ri，rq]时，ri和rq的推导过程如下：
[0101]
设t1和t2基极电流分别为ib1、ib2，集电极电流分别为ic1、ic2，基极电压分别为vb1、vb2；第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3、可调电阻rp1的阻值依次为r1、r2、r3、r
x
；
[0102]
根据三极管的特征，得到：ic1＝β
·
ib1，ic2＝β
·
ib2；
[0103]
若光调制器啁啾补偿恰好完全，则定义
[0104]
且v
rfup
与v
rfdw
与ic1、ic2分别成正比，所以ic1＝k
·
ic2，进而得到ib1＝k
·
ib2；
[0105]
以及，vb1、vb2与ib1、ib2分别成正比，所以vb1＝k
·
vb2；
[0106]
而vb1＝vcc
·
rx/(r3 rx)，vb2＝vcc
·
r2/(r1 r2)，代入vb1＝k
·
vb2，得到：
[0107][0108]
式中，若α＞0，rx有最大阻值rq；若α＜0，rx有最小阻值ri。
[0109]
进一步地，所述可调电阻rp1的调节范围的下限在设定的阈值ri以下，上限在设定的阈值rq以上，其中，ri和rq为所述可调电阻rp1在所述输出的幅度不同的差分信号vrfup和差分信号vrfdw满足公式时的最小值和最大值，式中，v
rfup
和v
rfdw
依次为差分信号vrfup和差分信号vrfdw的幅度，α为光调制器的啁啾系数。
[0110]
在本技术实施例中，所述可调电阻rp1的阻值的可调范围不小于设定的范围[ri，rq]，那么不管光调制器的啁啾系数是多少，均能都找到使得光调制器啁啾得到补偿。
[0111]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0112]
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0113]
以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。