[发明专利]一种MZM调制器及实现PAM-16调制的方法

说明书

本发明提供一种MZM调制器及实现PAM‑16调制的方法，通过将硅光调制器划分为不同比例的4段，每个分段各自连接对应的驱动电极，通过外部驱动芯片对驱动电极施加数字电压信号，以实现某一时刻各分段上加载光信号的调制幅度累加。由于各分段按照1:2:4:8的长度比例设计，在各段上加载“0”、“1”信号，调制器累加调制相移量不会重复，并且能获得PAM‑16调制信号。

技术领域

本发明涉及利用电信号控制来进行光信号调制的调制器，及其调制方法，具体涉及一种MZM调制器及实现PAM-16调制的方法。

背景技术

相比于电互连而言，光互联具有高带宽、低功耗、低延时、低传输损耗、无电磁干扰、可并行传输等优点，能很好的解决现有网络系统中电互连存在的问题，是克服目前数据中心带宽限制的最佳手段。随着单通道信息速率达到甚至超过100Gbit/s，光互连通信系统中将会采用更高频谱利用率的方式，例如多电平调制。多电平调制技术被认为是400G光互连最具应用的前景的实现方案，具有重要的学术研究价值和应用前景。

铌酸锂马赫-曾德尔型强度调制器(MZM)作为光通讯链路的关键器件，由一个铌酸锂的衬底和共面型相位调制器组成，在这种调制器中，两个分支的相位调制和由基材的电光特性有关，每一个分支的相位变化转换为输出光功率的变化。影响MZM调制器性能的因素，包括其本身的光电特性以及制作工艺。通过调制激光幅度随输入高速微波信号改变，将电信号加载到激光载波上使之变成携带有用信息的光信号，即光波的幅度随基带信号变化而改变，该调制方式通常被称为脉冲幅度调制（PAM, Pulse-amplitude modulation）。但是通常情况下，PAM调制形式不局限于用来表示对幅度的调制，也可以用于表示对光波相位的调制等。该调制形式广泛应用于数字信号传输，PAM后接的数字表示能够输出不同调制信号的个数，比如：PAM-4表示可以实现4种调制信号的输出，PAM-16表示可以实现16种调制信号的输出。

如图1所示，有学者基于双驱马核增德尔调制器，构建了一套PAM-4光合成方案，并结合DD-MZM的调制特性和优势，通过在DD-MZM结构上的创新，直接由多路NRZ信号合成出线性度良好的PAM-8光信号。设计了一个结构上类似于IQ调制器的有两个DD-MZM并行连接组合而成的双路并行DD-MZM调制器。通过内部DD-MZM先分别单级调制出PAM-2和PAM-4光信号，然后在外部调制器光波导臂上再次实现两个多电平信号的光合成，最终实现由三路NRZ信号两级光合成PAM-8信号。基于DD-MZM的结构合成出了PAM-8光信号，该方案需要的驱动电压相对较小，且操控起来更方便。但是，在单信道信息速率达到甚至超过100Gbit/s时，PAM-4已经无法满足使用需求。并且基于DD-MZM的结构合成PAM-8光信号，仍需要DAC、ADC和DSP，制造成本偏高，且传输方式复杂低效。

CN107210821A公开了使用马赫曾德尔调制器（MZM）的多电平相移的数字生成，采用一种装置，在不采用DAC的情况下再单个MZI支路分段处提供多电平相移。舍弃了DAC可以降低一部分成本及调制复杂度，但是由于该方案通过多电平电信号来实现高阶调制，输入电路控制较为复杂，功耗较大，且电信号的抗干扰能力弱，传输损耗大。

CN101578544B公开了一种调制器，构成为包括用于动态调整调制器内的光信号路径的有效长度的可调驱动装置，每个调制器臂被分为多段，每段耦合到单独的电信号驱动器，可以“开启”或“关闭”单独的驱动器，来动态调整调制器的操作。虽然简化了输入控制电路，依然采用多颗驱动器来实现高阶调制，功耗相对较高，并且其无法实现更简单的电信号输入来实现PAM-16高阶调制。

发明内容