專利名稱：具有電壓感應(yīng)光學(xué)吸收的光學(xué)馬赫－曾德調(diào)制器的偏壓控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種馬赫-曾德(Mach-Zehnder)調(diào)制器，更具體地，涉及一種具有電壓感應(yīng)光學(xué)吸收的光學(xué)馬赫-曾德調(diào)制器的偏壓控制。
背景技術(shù)：
(注意本申請參考許多不同的出版物，這些出版物在整個(gè)說明書中通過包含在括號(hào)中的參考數(shù)字例如[x]表示。根據(jù)這些參考數(shù)字排序的這些不同出版物的列表可以在下面標(biāo)題為“參考書目”的部分中找到。這些出版物的每一個(gè)在此結(jié)合作為參考)。
馬赫-曾德調(diào)制器(MZM)通過調(diào)制兩個(gè)波導(dǎo)之間的光學(xué)相位差進(jìn)行操作，這兩個(gè)波導(dǎo)然后相長或相消干涉以實(shí)現(xiàn)輸出的振幅調(diào)制(AM)。它們常規(guī)由鈮酸鋰(LiNbO3)材料制成。
這些LiNbO3MZM是現(xiàn)代光學(xué)通信系統(tǒng)中的必需元件。在不同的構(gòu)形中，這些調(diào)制器能夠顯示出良好的發(fā)射性能，例如高消光比，低插入損耗，高頻帶寬度和低瞬態(tài)啁啾(lowtransient chirp)。這些所需的特性導(dǎo)致LiNbO3MZM在模擬和數(shù)字光學(xué)通信系統(tǒng)中大規(guī)模的使用。
然而，為了保持良好的發(fā)射性能，兩個(gè)波導(dǎo)之間的相位差必須被精確地控制以便抵消環(huán)境變化或元件老化的影響。從而，需要偏壓控制回路以抵消平均相位差的緩慢變化。偏壓控制回路產(chǎn)生直流(DC)補(bǔ)償信號(hào)，其保持MZM在其傳遞特性上的積分點(diǎn)附近工作。
對LiNbO3MZM的DC偏壓控制回路設(shè)計(jì)在現(xiàn)有技術(shù)中被很好地建立。控制回路一般采取對于MZM的射頻(RF)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低頻AM抖動(dòng)的形式，檢測輸出的該窄波段頻率分量，并調(diào)節(jié)DC偏壓以將低頻輸出信號(hào)保持在零處。
由于對于容量的需求不斷增加，因此需要減少所有元件的成本、功耗和封裝形式(footprint)。將激光器和調(diào)制器共同封裝到單個(gè)組件中在減少發(fā)射機(jī)的封裝形式和成本方面具有很好的作用，但是在尺寸和功耗方面的進(jìn)一步減小僅能通過激光器和調(diào)制器的單片集成來實(shí)現(xiàn)[1，2]。這個(gè)可能已經(jīng)導(dǎo)致半導(dǎo)體MZM，例如基于磷化銦(InP)的MZM的研發(fā)。
圖1是典型半導(dǎo)體MZM100的框圖，該MZM包括光學(xué)輸入102，1×2多模式干涉(MMI)耦合器104，分別相對于彼此具有0°或180°(PI)相位延遲或偏移的兩個(gè)調(diào)制器臂106，108，臂106上的M0(0°)電極110，臂106上的M0相位(0°)電極112，臂108上的MP(180°)電極114，臂108上的MP相位(180°)電極116，以及2×2MMI耦合器118，其是MZM100的輸出。2×2MMI耦合器118的兩個(gè)輸出120、122被稱為DATA120和DATABAR_TAP122。DATA輸出120通過準(zhǔn)直透鏡124光纖被耦合到一個(gè)或多個(gè)輸出光纖126，以及光學(xué)分接頭128，同時(shí)DATABAR_TAP輸出122被耦合到功率分接頭光電二極管130。通過將電壓施加到調(diào)制器臂106，108中的一個(gè)上，通過臂106、108傳播的兩個(gè)光波之間的相位差通過電光作用被改變，并且在輸出處作為干涉的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化。這產(chǎn)生理論正弦電光(E/O)傳遞函數(shù)，其中當(dāng)MZM100被用作強(qiáng)度調(diào)制器時(shí)，其在積分點(diǎn)(PI/4的微分相位)處工作。
如上所述，為了長時(shí)期內(nèi)保持一致的發(fā)射特性，一般需要MZM控制回路以抵消各種作用例如漂移，元件的老化和溫度變化，這些作用阻止MZM總是在積分點(diǎn)處工作。MZM中控制回路的使用是關(guān)鍵的，控制LiNbO3MZM的方案大致可以分為兩種類型(a)基于失真的LiNbO3MZM控制，其尋求最小化偶數(shù)級(jí)項(xiàng)(一般第2級(jí))與基頻之比，導(dǎo)致MZM總是在E/O傳遞函數(shù)的積分點(diǎn)處[3，4]工作。該控制方案使用下述事實(shí)在積分點(diǎn)處，泰勒的級(jí)數(shù)展開具有非零奇數(shù)級(jí)項(xiàng)，而所有的偶數(shù)級(jí)項(xiàng)皆為零。一般的實(shí)現(xiàn)通過使用施加到偏壓的頻率為Fm處的小幅度抖動(dòng)信號(hào)來完成。使用光電檢測器以提供光電轉(zhuǎn)換以及檢測作為抖動(dòng)信號(hào)結(jié)果的光學(xué)功率的小變化。測量檢測信號(hào)的基頻(在頻率Fm處)和第2級(jí)(在頻率2×Fm處)分量的振幅?？刂品桨笇で蟾淖兤珘阂员阕钚』O(jiān)視信號(hào)的第2級(jí)與基頻之比。
(b)基于RF驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅調(diào)制的MZM偏壓控制[5]。該控制方案使用正弦E/O傳遞函數(shù)的對稱特性，以便在離積分操作點(diǎn)距離相等的任何兩點(diǎn)處的斜率相同。從而，由于在光學(xué)一級(jí)和光學(xué)零級(jí)處的異相AM調(diào)制彼此相消在積分點(diǎn)處給定的對稱性質(zhì)，在積分操作點(diǎn)處的振幅調(diào)制(AM)電輸入信號(hào)將導(dǎo)致在AM頻率(FmHz)處檢測到的最小振幅。一般的實(shí)現(xiàn)通過在MZM的RF放大器驅(qū)動(dòng)器的增益控制上施加頻率為FmHz的低頻抖動(dòng)來完成。光學(xué)信號(hào)利用光電檢測器分接和檢測，并且基于光電轉(zhuǎn)換，測量頻率為FmHz處的振幅。由于光學(xué)級(jí)處的AM不再導(dǎo)致理想的相消，因此任何與積分點(diǎn)的偏離都將導(dǎo)致檢測的振幅的增加，從而控制方案尋求改變積分操作點(diǎn)以便檢測信號(hào)處于最小值。
基于LiNbO3的MZM和基于半導(dǎo)體的MZM之間的主要差別在于，在半導(dǎo)體MZM中，電壓感應(yīng)相移與電吸收同時(shí)發(fā)生。光波的該吸收通常與電壓成非線性關(guān)系，并導(dǎo)致MZM臂的加熱。
從而，半導(dǎo)體MZM與LiNbO3MZM在兩個(gè)主要方面不相同(1)E/O傳遞函數(shù)不再相應(yīng)于通常的正弦函數(shù)。
(2)電吸收導(dǎo)致光電流，從而導(dǎo)致MZM臂的加熱。這引起熱誘導(dǎo)光學(xué)指數(shù)移動(dòng)，其使半導(dǎo)體MZM的操作和控制變復(fù)雜。
(1)和(2)的含義是基于上述(a)和(b)的控制方案，其將在產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)方面存在困難，該信號(hào)可以用于偏壓半導(dǎo)體MZM以使其正常操作。
在(a)的情況下，E/O傳遞的半功率點(diǎn)和具有最大斜度效率的點(diǎn)不再彼此重合，需要變形以控制最小化第2級(jí)與基頻諧波之比的方案。取決于抖動(dòng)信號(hào)的頻率，控制方案也必須處理作為熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)結(jié)果的任何附加的影響。
對于(b)，已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)方法示出熱指數(shù)移動(dòng)導(dǎo)致對于消光比的合理范圍的單側(cè)AM光學(xué)輸出。圖2示出了利用PI相移半導(dǎo)體MZM作為例子，在光學(xué)電吸收存在時(shí)產(chǎn)生單側(cè)AM光學(xué)輸出的物理學(xué)原因。圖2A是電輸入的曲線圖，B是E/O傳遞和電吸收與輸入電壓關(guān)系的曲線圖，以及C是光學(xué)輸出與電輸入A的曲線圖。利用圖2A所示的振幅調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，除了調(diào)制光學(xué)功率振幅以外，也調(diào)制由吸收所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)，特別是在相應(yīng)于高吸收斜率的電壓處。該熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)改變了調(diào)制器的傳遞曲線，使其在高吸收斜率區(qū)域處相對于振幅調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)以異相方式而改變。異相傳遞曲線位移現(xiàn)在跟蹤低吸收端處的振幅調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，取消或顯著減小光學(xué)振幅調(diào)制，從而導(dǎo)致一側(cè)AM調(diào)制輸出，其中分接和E/O轉(zhuǎn)換信號(hào)將不再顯示任何最小信號(hào)供控制回路鎖定。該作用在圖2B和圖2C中示出。
因此，存在改善半導(dǎo)體MZM控制的需要。明確地，由于正常正弦傳遞特性的失真，存在以下控制方案的需要，該控制方案能防止偏壓控制回路不正確地控制到錯(cuò)誤操作點(diǎn)。此外，因?yàn)闊岷驼穹{(diào)制作用有害地彼此干擾，因此存在以下控制方案的需要，該控制方案能防止與光學(xué)吸收同時(shí)發(fā)生的加熱引起控制回路不能在所需操作點(diǎn)處偏壓半導(dǎo)體MZM。本發(fā)明滿足這些需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種偏壓控制電路，所述偏壓控制電路為在其干涉臂處經(jīng)歷光學(xué)吸收的馬赫-曾德調(diào)制器提供操作點(diǎn)控制。該偏壓控制電路產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，所述補(bǔ)償信號(hào)用于抵消由所述光學(xué)吸收所造成的熱誘導(dǎo)光學(xué)指數(shù)移動(dòng)。此外，具有所需發(fā)射特性的操作點(diǎn)也可以通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱效應(yīng)來任意選擇。該技術(shù)可應(yīng)用于具有或不具有吸收的馬赫-曾德調(diào)制器。


現(xiàn)在參考附圖，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在整個(gè)說明書中表示相應(yīng)的部分圖1是典型半導(dǎo)體馬赫-曾德調(diào)制器的方框圖。
圖2示出了利用PI相移MZM作為例子，在存在光學(xué)電吸收時(shí)，利用雙側(cè)AM調(diào)制電輸入信號(hào)產(chǎn)生了單側(cè)AM光學(xué)輸出。
圖3A是振幅調(diào)制電輸入的圖，圖3B是在PI相移馬赫-曾德調(diào)制器的輸出處的矢量圖，說明了怎樣使用AC補(bǔ)償信號(hào)抵消熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)并導(dǎo)致雙側(cè)AM光學(xué)輸出。
圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的PI相移馬赫-曾德調(diào)制器的控制方案的方框圖。
圖5是示出了通過用于控制馬赫-曾德調(diào)制器的操作設(shè)置點(diǎn)的控制器進(jìn)行的步驟或邏輯的流程圖。
圖6是示出了控制器所執(zhí)行的步驟或邏輯的流程圖，用于控制馬赫-曾德調(diào)制器的補(bǔ)償信號(hào)。
圖7示出了改變AC補(bǔ)償信號(hào)的振幅的例子，以說明過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償熱誘導(dǎo)光學(xué)指數(shù)移動(dòng)，以便給MZM加偏壓，使其距離可獲得最高消光比的點(diǎn)(右軸)在一定控制量的原理。
具體實(shí)施例方式
在下面優(yōu)選實(shí)施例的描述中，參考形成其部分的所附附圖，以及在附圖中通過說明本發(fā)明可以實(shí)施的具體實(shí)施例的方式示出。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以利用其它實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)改變。
本發(fā)明是在存在電吸收時(shí)用于半導(dǎo)體MZM的改進(jìn)控制方案。該改進(jìn)控制方案包括作為輸入到半導(dǎo)體MZM的電輸入的AM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的使用以及通過偏壓控制方案產(chǎn)生的兩個(gè)附加補(bǔ)償信號(hào)。
第一補(bǔ)償信號(hào)，其為直流(DC)補(bǔ)償信號(hào)，補(bǔ)償了由電輸入的DC分量所造成的平均熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。第二補(bǔ)償信號(hào)，其為交流(AC)補(bǔ)償信號(hào)，特別地補(bǔ)償了作為電輸入的AM分量的瞬時(shí)熱指數(shù)移動(dòng)，如圖2所解釋。結(jié)果，AC補(bǔ)償信號(hào)與AM分量具有同樣的頻率并且與其同相或異相，這取決于MZM的類型、其中施加了AC補(bǔ)償信號(hào)的臂以及MZM的放大器驅(qū)動(dòng)器的增益控制的斜率。此外，AC補(bǔ)償信號(hào)的頻率必須慢于MZM的熱時(shí)間常數(shù)的頻率。
DC補(bǔ)償信號(hào)被施加到MZM的第一臂，同時(shí)AC補(bǔ)償信號(hào)是施加到MZM的第一臂或第二臂的正弦信號(hào)，其中AC補(bǔ)償信號(hào)使由于光學(xué)吸收而引起的加熱效應(yīng)無效。AC補(bǔ)償信號(hào)的振幅與第一臂中產(chǎn)生的平均光電流成比例，其中比例常數(shù)通過校準(zhǔn)確定。此外，比例常數(shù)可以被校準(zhǔn)以除了補(bǔ)償熱效應(yīng)以外，還補(bǔ)償失真(非正弦)傳遞曲線。換句話說，比例常數(shù)允許我們的控制方案遠(yuǎn)離積分點(diǎn)進(jìn)行操作，該積分點(diǎn)可能需要最佳化其它與傳輸相關(guān)的參數(shù)(例如啁啾)。如下一部分所述，AC和DC補(bǔ)償信號(hào)的結(jié)合將導(dǎo)致誤差信號(hào)的正確產(chǎn)生，該信號(hào)適合于存在光學(xué)電吸收時(shí)的MZM的偏壓點(diǎn)控制。
圖3利用PI相移MZM(PI-phase-shifted MZM)的矢量圖作為例子，示出了本發(fā)明的工作原理。圖3A是AM電輸入的圖，以及圖3B是在MZM的輸出處的矢量圖，以及AC補(bǔ)償信號(hào)的作用。圖3A和3B的圖有意以說明本發(fā)明的原理的方式繪出，示出了對于電輸入，橫向相位小于PI并具有高AM指數(shù)，以及在平均熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)(由DC補(bǔ)償信號(hào)提供)的補(bǔ)償之后。標(biāo)記為M0的矢量表示穿過M0臂的光波的電場，該臂在該情況下是被施加調(diào)制信號(hào)的臂。標(biāo)記為MP的矢量表示穿過MP臂的光波的電場，在該臂中它積累附加的關(guān)于M0臂的PI相移。同樣在圖中示出的是當(dāng)電壓施加到M0臂時(shí)電場將橫過的振幅軌跡300。作為電壓感應(yīng)光學(xué)吸收的結(jié)果，該軌跡300具有減小的振幅。
平均熱分量(DC補(bǔ)償信號(hào))的補(bǔ)償是簡單的并且不作進(jìn)一步的解釋。
點(diǎn)(A)、(B)、(C)和(D)標(biāo)記在圖3A所示的AM輸入上，它們的相應(yīng)矢量在圖3B中示出。作為從(A)至(B)(或相應(yīng)的從(C)至(D))的電壓轉(zhuǎn)換的結(jié)果，熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)的作用在于矢量(B)和(D)分別被轉(zhuǎn)換為(B’)和(D’)。從圖3B中可以看出，當(dāng)矢量(C)和(D’)幾乎彼此重合時(shí)，MZM光學(xué)輸出具有單側(cè)AM，而B’和A則不是這樣。在MZM控制方案中使用AC補(bǔ)償信號(hào)補(bǔ)償這些熱指數(shù)移動(dòng)通過以下方式將(D’)移動(dòng)回到(D)，或?qū)⑹噶?MP)旋轉(zhuǎn)至(MP’)以便(B)和(MP)之間的角度總是等于(B’)和(MP’)之間的角度。前者相應(yīng)于在與M0相同的臂中施加補(bǔ)償信號(hào)，而后者等效于在MP臂中施加補(bǔ)償信號(hào)。兩者都實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生雙側(cè)AM光學(xué)輸出的相同結(jié)果。
圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于PI相移MZM400的控制方案的方框圖。MZM400包括光學(xué)輸入402，1×2多模式干涉(MMI)耦合器404，分別相對于彼此具有0°或180°(PI)相位延遲或移動(dòng)的兩個(gè)調(diào)制器臂406，408，臂406上的M0電極410，臂406上的M0相位電極412，臂408上的MP電極414，臂408上的MP相位電極416，以及2×2MMI耦合器418，其是MZM400的輸出。2×2MMI耦合器418的兩個(gè)輸出420、422稱為MZ_OUT_OPTICAL420和DATABAR_TAP422。MZ_OUT_OPTICAL420也被光學(xué)分接到稱為TAP_OPTICAL424的輸出。
對于MZM400的控制方案在偏壓控制電路中實(shí)現(xiàn)，該偏壓控制電路產(chǎn)生用于抵消由MZM400在其干涉臂406、408處經(jīng)歷光學(xué)吸收的所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)的補(bǔ)償信號(hào)，其中具有所需發(fā)射特性的操作點(diǎn)通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱效應(yīng)任意選擇用于MZM400。該偏壓控制電路是控制回路，其包括控制器426、光電檢測器428、放大器430、電流源432、RF調(diào)制器驅(qū)動(dòng)器434、電容器436、光電流檢測電阻器438、放大器440、偏壓T形感應(yīng)器442、放大器444和振蕩器446。偏壓控制電路的操作在下面更詳細(xì)的描述。
控制方案使用AM RF輸入信號(hào)，DC和AC補(bǔ)償分別在M0相位電極412和MP電極414處注入。明確地，偏壓控制電路產(chǎn)生的第一補(bǔ)償信號(hào)是直流(DC)補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由電輸入信號(hào)的DC分量所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)，以及產(chǎn)生的第二補(bǔ)償信號(hào)是交流(AC)補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由電輸入的振幅調(diào)制(AM)分量所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)，其中DC補(bǔ)償信號(hào)被施加到MZM400的第一臂406或408，而AC補(bǔ)償信號(hào)是被施加到MZM400的第二臂406或408的正弦信號(hào)。
結(jié)果，可以使用下述控制方案(1)標(biāo)記為SRF_AM_M0的AM RF輸入信號(hào)被施加在M0電極410、MP電極414處，或同時(shí)施加到M0電極410和MP電極414處。
(2)標(biāo)記為IPH的DC補(bǔ)償信號(hào)被施加在MP電極414、MP相位電極416或M0相位電極412處。
(3)標(biāo)記為SD_MP的AC補(bǔ)償信號(hào)被施加在MP電極414、MP相位電極416、M0相位電極412或M0電極410處。優(yōu)選地，AC補(bǔ)償信號(hào)與電輸入的AC分量具有相同的頻率并且與其同相或異相，AC補(bǔ)償信號(hào)的振幅與MZM400的第一臂406或408中產(chǎn)生的平均光電流成比例。AC補(bǔ)償信號(hào)的定相必須以其抵消熱指數(shù)移動(dòng)的方式進(jìn)行。
作為本發(fā)明的說明，MZM400的三個(gè)電極如下所述使用(a)M0相位電極412。如上所述，DC補(bǔ)償信號(hào)IPH被施加到該電極412。由強(qiáng)加于M0電極410的信息承載信號(hào)SRF_AM_M0所造成的平均熱指數(shù)移動(dòng)由通過減小折射率而注入到該電極412中的電流來調(diào)諧。其中操作MZM400的操作點(diǎn)通過改變電流IPH進(jìn)行控制，該電流通過控制的電流源432注入到該電極412。
(b)M0電極410。如上所述，信息承載AM RF輸入信號(hào)SRF_AM_M0在該電極410處被注入。在本發(fā)明的控制方案中，低頻(Fm＝0.1-10kHz)電壓抖動(dòng)信號(hào)(其由振蕩器446提供)被施加到RF調(diào)制器驅(qū)動(dòng)器434的增益以產(chǎn)生AM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其隨后由電容器436進(jìn)行DC濾波。大約5％或更小的典型電AM指數(shù)足夠用于此目的。
(c)MP電極414。如上所述，AC補(bǔ)償信號(hào)SD_MP注入到該電極414中。MP電極414是臂408處的第二調(diào)制器電極414，其中相對于M0臂406，光學(xué)波形累積零相移(在常規(guī)MZM400中)或額外的PI相移(在PI相移MZM400中)。SD_MP是來源于放大器444和振蕩器446的電壓抖動(dòng)信號(hào)，然后其被施加在該電極414處。該電壓抖動(dòng)用于補(bǔ)償由在M0電極410處施加的AM RF驅(qū)動(dòng)信號(hào)SRF_AM_M0所造成的附加熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。施加到該電極414的抖動(dòng)信號(hào)SD_MP的定相取決于放大器434的增益斜率符號(hào)和MZM400的類型，其類型為零或PI相移MZM400。抖動(dòng)信號(hào)SD_MP的定相(同相或異相)和振幅控制通過放大器444實(shí)現(xiàn)。
控制方案的邏輯流程在控制器426處實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，控制器426進(jìn)行低通濾波以及測量Fm處的輸入信號(hào)的頻率分量的振幅。此外，誤差信號(hào)被控制器426用來計(jì)算ΔIPH。此外，S_POW由控制器426用來計(jì)算SD_MP的振幅。這些和其它功能在下面被更詳細(xì)地描述。
信息承載RF信號(hào)SRF_AM_M0被注入到電極M0 410中，該信號(hào)通過434處的信號(hào)SD_GA進(jìn)行振幅調(diào)制，導(dǎo)致了光學(xué)輸出420處的標(biāo)記為MZ_OUT_OPTICAL的振幅開-關(guān)鍵控信號(hào)。如上所述，作為光學(xué)吸收的結(jié)果，振幅調(diào)制輸入信號(hào)SRF_AM_M0導(dǎo)致速率為FmHz的熱指數(shù)移動(dòng)改變。這不希望的熱指數(shù)移動(dòng)被抖動(dòng)信號(hào)SD_MP補(bǔ)償，其取消了任何傳遞函數(shù)移動(dòng)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腁M光學(xué)信號(hào)MZ_UT_OPTICAL420，TAP_OPTICAL424和DATABAR_TAP422。
頻率為Fm的信號(hào)S_TAP的振幅由控制器426測量。S_TAP通過光電檢測器428從TAP_OPTICAL424或DATABAR_TAP422產(chǎn)生?？刂破?26通過改變注入到M0相位電極412中的電流IPH尋求最小化S_TAP。這確保MZM 400總是保持在具有所需發(fā)射特性的傳遞函數(shù)的目標(biāo)點(diǎn)處操作。
圖5是用控制器426控制MZM400操作設(shè)置點(diǎn)的步驟或邏輯的流程圖。方框500至510表示MZM控制啟動(dòng)，而方框512至522表示MZM操作中的偏壓點(diǎn)控制實(shí)質(zhì)上，啟動(dòng)程序是斜率檢測程序，其設(shè)置IPH值以便得到電輸入和光學(xué)輸出之間的所需邏輯關(guān)系(反向或非反向)。利用正確的輸出相對于輸入的極性，控制方案繼續(xù)到操作中的偏壓點(diǎn)控制，其通過不斷地最小化頻率Fm處的信號(hào)S_TAP的振幅來將偏壓點(diǎn)保持在目標(biāo)操作點(diǎn)處。產(chǎn)生校正電流ΔIPH(n)的操作中的控制方案可以使用同步或非同步檢測方法。非同步檢測方案在方框512至522中表示，僅需要對操作中的偏壓控制和圖4作微小的改變，以使圖4至圖6中所示內(nèi)容適合于同步檢測方法。
方框500表示邏輯的啟動(dòng)。
方框502表示控制器426將IPH(n)設(shè)置到預(yù)置值并接通RF調(diào)制信號(hào)SRF_AM_M0。
方框504表示控制器426測量0Hz處的S_TAP并將該值存儲(chǔ)在S_TAP0HZ(n)中。
方框506表示控制器426將IPH(n+1)設(shè)置到下述值IPH(n+1)＝IPH(n)+ΔIPH，Step其中ΔIPH，Step是對于啟動(dòng)程序預(yù)先確定的電流步驟。
方框508表示控制器426測量0Hz處的S_TAP并將該值存儲(chǔ)在S_TAP0HZ(n+1)中。
方框510是判定方框，其中控制器426根據(jù)測量的S_TAP0HZ(n)和S_TAP0HZ(n+1)確定是否電流偏壓設(shè)置點(diǎn)在輸入和輸出之間具有正確的邏輯關(guān)系(非反向或反向)。換句話說，方框510根據(jù)S_TAP0HZ(n)和S_TAP0HZ(n+1)確定斜率是否具有正確的符號(hào)。如果不是這樣，則通過控制器426將n增加1，并控制移動(dòng)返回方框506；否則，控制移動(dòng)到方框512。
方框512是操作中偏壓控制的開始。該方框分別將IPH(n)和ΔIPH初始化到下述值IPH(n)＝IPH，start-up+ΔIPH，in-opΔIPH＝ΔIPH，in-op其中IPH，start-up是來自啟動(dòng)程序的IPH的最終值，ΔIPH，in-op是用于操作中控制的預(yù)先確定的電流步驟。在將相位電流設(shè)置到M0相位電極412時(shí)，方框512還表示控制器426測量FmHz處的S_TAP，并將該值存儲(chǔ)在S_TAPFmHz(n)中。
方框514表示控制器426利用在方框512中設(shè)置的ΔIPH來將IPH(n+1)更新到下述值IPH(n+1)＝IPH(n)+ΔIPH(n)其中通過控制器426將電流源432設(shè)置到新電流IPH(n+1)。
方框516表示控制器426測量FmHz處的S_TAP并將該值存儲(chǔ)在S_TAPFmHZ(n+1)中。該方框還表示控制器426將ΔS_TAPFmHZ設(shè)置到下述值ΔS_TAPFm＝S_TAPFm(n+1)-S_TAPFm(n)方框518是判定方框，其中控制器426確定是否ΔS_TAPFm＞0。如果不是，控制移動(dòng)到方框520；否則，控制移動(dòng)到方框522。
方框520表示控制器426將ΔIPH(n+1)設(shè)置到下述值ΔIPH(n+1)＝G*ΔS_TAPFm其中G*是操作中的回路增益，其是預(yù)先確定的以便得到所需的控制回路性能，例如收斂時(shí)間和過沖擊的量。下一更新ΔIPH(n+1)通過將回路增益乘以ΔS_TAPFm.的振幅來實(shí)現(xiàn)。
方框522表示控制器426將ΔIPH(n+1)設(shè)置到下述值ΔIPH(n+1)＝-G*ΔS_TAPFm注意在該情況下，ΔIPH(n+1)的下一更新通過將-1乘以回路增益G*和ΔS_TAPFm.的乘積來實(shí)現(xiàn)。
從方框520和522可以看出，通過控制器426將n增加1并且控制移動(dòng)返回方框514。
除了圖5所示的啟動(dòng)控制和操作中的偏壓控制以外，也需要圖6所示的補(bǔ)償信號(hào)振幅控制，并且通過控制器426同時(shí)執(zhí)行該控制。這兩個(gè)控制過程(圖5和圖6所示)彼此獨(dú)立運(yùn)行。
由于熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)隨著光學(xué)功率的增加而增加，當(dāng)光功率被吸收時(shí)，導(dǎo)致更高量的光電流和散逸熱，因此抖動(dòng)信號(hào)的振幅控制根據(jù)光功率水平改變抖動(dòng)信號(hào)SD_MP的振幅。利用光電流檢測電阻器438和放大器440測量通過調(diào)制器臂406的光學(xué)功率，而偏壓T形感應(yīng)器442將DC反偏壓施加到電極410上。然后放大的信號(hào)S_POW被控制器426用來將SD_GE的所需振幅計(jì)算到放大器444的增益控制中，以便SD_MP總是取消不同光學(xué)功率水平處的熱指數(shù)移動(dòng)。
圖6是說明了通過用于控制MZM400補(bǔ)償信號(hào)SD_MP的控制器426進(jìn)行的控制邏輯的流程圖。
方框600表示控制邏輯的啟動(dòng)。
方框602表示控制器426測量光電流并將該值存儲(chǔ)在S_POW中。
方框604表示控制器426基于來自方框602中的S_POW值和預(yù)先存儲(chǔ)的信息計(jì)算SD_MP的振幅。明確地，方框606表示被控制器426使用的補(bǔ)償SD_MP校準(zhǔn)信息，其存儲(chǔ)為系數(shù)或查找表。
方框606表示控制器426設(shè)置SD_GE的值以實(shí)現(xiàn)對于給定光學(xué)功率水平的SD_MP的所需振幅。
除了基于光學(xué)功率來改變SD_MP以外，可以有意地以這樣的方式來衡量改變，即最小的S_TAP信號(hào)總是出現(xiàn)在具有所需發(fā)射特性的傳遞函數(shù)的目標(biāo)點(diǎn)處。這通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)也應(yīng)用于其中熱效應(yīng)最小的MZM400的情況中，因?yàn)橥ㄟ^調(diào)節(jié)其他臂406或408上的抖動(dòng)振幅增加或減小光學(xué)一和零軌道處的異相AM信號(hào)，從而允許最小的S_TAP信號(hào)在任何選定的傳遞函數(shù)的操作點(diǎn)處。
圖7示出了過補(bǔ)償(SD_MP320)或欠補(bǔ)償(SD_MP220)SD_MP時(shí)以不同消光比(ER)操作半導(dǎo)體MZM的例子。在過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)那闆r下，其中操作中偏壓控制尋求最小化的S_TAP_Fm信號(hào)的最小值不再與最大的消光比重合。這說明了利用SD_MP振幅，以有意將MZM偏壓到將導(dǎo)致最大消光比的操作點(diǎn)以外的其它操作點(diǎn)的可能性。
參考書目下述參考書目在此結(jié)合作為參考[1]Yuliya Akulova，Greg Fish，Ping Koh，Peter Kozodoy，Mike Larson，Clint Schow，Eric Hall，Hugues Marchand，Patrick Abraham，Larry Coldren，“10Gb/s Mach-Zehndermodulator integrated with widely-tunable sampled grating DBR laser，”TuE4，OFC 2004. Xun Li；Huang，W.-P.；Adams，D.M.；Rolland，C.；Makino，T.；“Modeling and design ofa DFB laser integrated with a Mach-Zehnder modulator，” Quantum Electronics，IEEE Journal of，Volume 34，Issue 10，Oct.1998，pp.1807-1815. Photonics Systems，Inc.，“Modulator Bias Controller PSI 0202 Data Sheet.”[4]E.I.Ackerman，C.H.Cox，International Topical Meeting on Microwave Photonics，Sept.2000，pp.121-124. Joseph P Farina，Scott Meritt，Gregory J.McBrien，“Bias Control for DigitalTransmission using JDSU Uniphase External Modulators.”結(jié)論現(xiàn)在對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述進(jìn)行總結(jié)。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的前述說明是出于例證和描述的目的被提出的。不意圖窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制到公開的精確形式。根據(jù)上述教導(dǎo)，許多修改和變化是可能的。意圖本發(fā)明的范圍不受該詳細(xì)描述限制，而是通過所附權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種為馬赫-曾德調(diào)制器MZM提供操作點(diǎn)控制的設(shè)備，其中所述馬赫-曾德調(diào)制器在其干涉臂處經(jīng)歷光學(xué)吸收，所述設(shè)備包括偏壓控制電路，其產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，該補(bǔ)償信號(hào)用于抵消由所述光學(xué)吸收所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中具有所需發(fā)射特性的操作點(diǎn)通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱效應(yīng)來任意選擇，用于所述馬赫-曾德調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述偏壓控制電路產(chǎn)生第一補(bǔ)償信號(hào)，該第一補(bǔ)償信號(hào)為直流DC補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由電輸入信號(hào)的DC分量所造成的平均熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述偏壓控制電路產(chǎn)生第二補(bǔ)償信號(hào)，該第二補(bǔ)償信號(hào)為交流AC補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由所述電輸入的振幅調(diào)制AM分量所造成的瞬時(shí)熱指數(shù)移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述AC補(bǔ)償信號(hào)與所述電輸入所述AM分量具有相等的頻率并與其同相或異相。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述DC補(bǔ)償信號(hào)被施加到所述MZM的第一臂，同時(shí)所述AC補(bǔ)償信號(hào)是被施加到所述MZM的第一臂或第二臂的正弦信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述AC補(bǔ)償信號(hào)的振幅與所述MZM的第一臂中產(chǎn)生的平均光電流成比例。
8.一種為馬赫-曾德調(diào)制器MZM提供操作點(diǎn)控制的方法，其中所述馬赫-曾德調(diào)制器在其干涉臂處經(jīng)歷光學(xué)吸收，所述方法包括以下步驟在偏壓控制電路中產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，該補(bǔ)償信號(hào)用于抵消由所述光學(xué)吸收所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中具有所需發(fā)射特性的操作點(diǎn)通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱效應(yīng)來任意選擇，用于所述馬赫-曾德調(diào)制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述偏壓控制電路產(chǎn)生第一補(bǔ)償信號(hào)，該第一補(bǔ)償信號(hào)為直流DC補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由電輸入信號(hào)的DC分量所造成的平均熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述偏壓控制電路產(chǎn)生第二補(bǔ)償信號(hào)，該第二補(bǔ)償信號(hào)為交流AC補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由所述電輸入的振幅調(diào)制AM分量所造成的瞬時(shí)熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述AC補(bǔ)償信號(hào)與所述電輸入的所述AM分量具有相等的頻率并與其同相或異相。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述DC補(bǔ)償信號(hào)被施加到所述MZM的第一臂，同時(shí)所述AC補(bǔ)償信號(hào)是被施加到所述MZM的第一臂或第二臂的正弦信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述AC補(bǔ)償信號(hào)的振幅與所述MZM的第一臂中產(chǎn)生的平均光電流成比例。
15.一種調(diào)制光學(xué)信號(hào)的設(shè)備，包括在其干涉臂處經(jīng)歷光學(xué)吸收的馬赫-曾德調(diào)制器；以及偏壓控制電路，其通過產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)而為所述馬赫-曾德調(diào)制器提供操作點(diǎn)控制，所述補(bǔ)償信號(hào)用于抵消由所述光學(xué)吸收所造成的熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中具有所需發(fā)射特性的操作點(diǎn)通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱效應(yīng)來任意選擇，用于所述馬赫-曾德調(diào)制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述偏壓控制電路產(chǎn)生第一補(bǔ)償信號(hào)，該第一補(bǔ)償信號(hào)為直流DC補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由電輸入信號(hào)的DC分量所造成的平均熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述偏壓控制電路產(chǎn)生第二補(bǔ)償信號(hào)，該第二補(bǔ)償信號(hào)為交流AC補(bǔ)償信號(hào)，其補(bǔ)償由所述電輸入的振幅調(diào)制AM分量所造成的瞬時(shí)熱誘導(dǎo)指數(shù)移動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述AC補(bǔ)償信號(hào)與所述電輸入的所述AM分量具有相等的頻率并與其同相或異相。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述DC補(bǔ)償信號(hào)被施加到所述MZM的第一臂，同時(shí)所述AC補(bǔ)償信號(hào)是被施加到所述MZM的第一臂或第二臂的正弦信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述AC補(bǔ)償信號(hào)的所述振幅與所述MZM的第一臂中產(chǎn)生的平均光電流成比例。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種偏壓控制電路，其為在其干涉臂處經(jīng)歷光學(xué)吸收的馬赫－曾德調(diào)制器提供操作點(diǎn)控制。偏壓控制電路產(chǎn)生用于抵消由吸收所造成的熱誘導(dǎo)光學(xué)指數(shù)移動(dòng)的補(bǔ)償信號(hào)。此外，具有所需發(fā)射特性的操作點(diǎn)也可以通過過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償熱效應(yīng)來任意選擇。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101065915SQ200580026619
公開日2007年10月31日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者許平杰, 邁克爾·C.·拉爾森 申請人:Jds尤尼弗思公司