本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著大數(shù)據(jù)的日益普及，核心網(wǎng)傳輸帶寬需求每年均有大幅度的提升，因此傳輸技術(shù)也需要進(jìn)一步發(fā)展以適應(yīng)這樣的市場需求。當(dāng)前進(jìn)一步提升帶寬的思路主要包括幾個(gè)方面：一是進(jìn)一步提升信號速率；二是增加傳輸鏈路的數(shù)量；三是在相同的時(shí)間窗口內(nèi)增加信息量（提升同一個(gè)Symbol中攜帶的數(shù)據(jù)Bit數(shù)量）；脈沖幅度調(diào)制（PAM，Pulse Amplitude Modulation）調(diào)制碼型格式就是用于在相同的時(shí)間窗口中增加信息量的一種方法。以太網(wǎng)802.3bj為100Gb/s的背板和線纜標(biāo)準(zhǔn)，使用的信號碼型可以為NRZ碼或者PAM4碼。因?yàn)閭鬏斆浇闉殂~，帶寬是有一定的限制的，所以如果使用NRZ碼，速率難以做得非常高，而如果使用PAM4碼型，每個(gè)Symbol中可以傳輸2個(gè)Bit位，所以能夠在相同波特率情況下傳輸多一倍的數(shù)據(jù)信息。

要產(chǎn)生PAM4的光信號（4個(gè)光強(qiáng)度），目前業(yè)界有很多種實(shí)現(xiàn)方法。一種方法是利用兩組不同幅度的OOK光信號進(jìn)行線性疊加，產(chǎn)生具有4個(gè)不同幅度的光信號，也可以通過電的PAM4信號，在馬赫-曾德爾調(diào)制器（Mach-Zehnder modulator，MZM）的電光響應(yīng)曲線的線性區(qū)驅(qū)動(dòng)該調(diào)制器，得到四個(gè)幅度的光信號。第一種方案需要兩個(gè)電光幅度調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)，第二種方案需要電的PAM4信號來驅(qū)動(dòng)，這無疑增加了電信號發(fā)生電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提出一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器及系統(tǒng)，該電光調(diào)制器配合相對簡單的驅(qū)動(dòng)電路使用，能產(chǎn)生PAM4光信號，以及更高階的PAM16信號。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器，包括光輸入端、MZI結(jié)構(gòu)、bias電極、上臂行波電極、下臂行波電極及光輸出端；

其中，光從所述光輸入端進(jìn)入MZI結(jié)構(gòu)后分為兩路，對于第一路包括所述上臂行波電極，從MZI結(jié)構(gòu)出來的第一路光進(jìn)入上臂行波電極，第一路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.1通過上臂行波電極加載在MZI結(jié)構(gòu)的上臂，使上臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，對于第二路包括所述bias電極和下臂行波電極，從MZI結(jié)構(gòu)出來的第二路光通過bias電極后進(jìn)入下臂行波電極，第二路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.2通過下臂行波電極加載在MZI結(jié)構(gòu)的下臂，使下臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，從上臂行波電極、下臂行波電極出來的兩路光從光輸出端輸出。

其中，所述上臂行波電極、下臂行波電極分別連接有終端匹配電阻。

其中，所述終端匹配電阻的阻值為40-60歐姆。

其中，所述上臂行波電極，包括上臂第一行波電極、上臂第二行波電極；所述下臂行波電極，包括下臂第一行波電極、下臂第二行波電極；

其中，光從所述光輸入端進(jìn)入MZI結(jié)構(gòu)后分為兩路，對于第一路包括所述上臂第一行波電極、上臂第二行波電極，從MZI結(jié)構(gòu)出來的第一路光依次進(jìn)入上臂第一行波電極、上臂第二行波電極，第一路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.1通過上臂第一行波電極加載在MZI結(jié)構(gòu)的上臂，使上臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，第二路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.2通過上臂第二行波電極加載在MZI結(jié)構(gòu)的上臂，使上臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，對于第二路包括所述bias電極和下臂第一行波電極、下臂第二行波電極，從MZI結(jié)構(gòu)出來的第二路光通過bias電極后依次進(jìn)入下臂第一行波電極、下臂第二行波電極，第三路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.3通過下臂第一行波電極加載在MZI結(jié)構(gòu)的下臂，使下臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，第四路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.4通過下臂第二行波電極加載在MZI結(jié)構(gòu)的下臂，使下臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，從上臂第二行波電極、下臂第二行波電極出來的兩路光從光輸出端輸出。

其中，所述上臂第一行波電極、上臂第二行波電極、下臂第一行波電極、下臂第二行波電極分別連接有終端匹配電阻。

其中，所述終端匹配電阻的阻值為40-60歐姆。

其中，所述電光調(diào)制器為馬赫曾德爾調(diào)制器。

一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器系統(tǒng)，包括上述所述的電光調(diào)制器、串并轉(zhuǎn)換器、可調(diào)延時(shí)器、射頻驅(qū)動(dòng)、可調(diào)諧激光器及直流電源；

原始電信號通過串并轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成多路并行電信號，多路并行電信號經(jīng)過可調(diào)延時(shí)器進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，使得多路并行電信號能夠同時(shí)到達(dá)電光調(diào)制器的行波電極；多路并行電信號的幅度通過射頻驅(qū)動(dòng)進(jìn)行幅度放大之后加載在電光調(diào)制器相應(yīng)的行波電極上，對電光調(diào)制器兩臂的相位進(jìn)行調(diào)制；電光調(diào)制器輸入端連接可調(diào)諧激光器，電光調(diào)制器的bias電極連接直流電源，調(diào)節(jié)電光調(diào)制器的bias電極偏置電壓，使其達(dá)到電光調(diào)制器的電光響應(yīng)線性區(qū)，電光調(diào)制器輸出PAM調(diào)制格式的光信號。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、相比于現(xiàn)有部分技術(shù)方案采取多個(gè)調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)PAM調(diào)制光信號，本實(shí)用新型中僅僅采用了一個(gè)馬赫曾德爾調(diào)制器結(jié)構(gòu)，就實(shí)現(xiàn)了PAM調(diào)制光信號的調(diào)制，這使得調(diào)制器芯片的尺寸可以設(shè)計(jì)的更為緊湊，降低了芯片成本；

2、相比于采用PAM電信號來產(chǎn)生PAM光信號的方案，本實(shí)用新型沒有將NRZ電信號轉(zhuǎn)換成PAM4電信號的過程，大大降低了信號發(fā)生電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和難度；

3、通過n級射頻驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生2n個(gè)相位差，如果有足夠?qū)挼木€性響應(yīng)區(qū)域的調(diào)制器，本方案能夠擴(kuò)展成更高階的PAM應(yīng)用（PAM32,PAM64等）。

附圖說明

圖1是產(chǎn)生PAM4信號電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是產(chǎn)生PAM16信號電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是產(chǎn)生PAM4信號電光調(diào)制器的電光響應(yīng)曲線；

圖4是產(chǎn)生PAM16信號電光調(diào)制器的電光響應(yīng)曲線；

圖5是PAM電光調(diào)制器的連接光路和工作驅(qū)動(dòng)電路框圖；

圖1中：

1：光輸入端；2：光輸出端；3：bias電極；4：MZI結(jié)構(gòu)；5：上臂行波電極；6：下臂行波電極；7：終端匹配電阻；8：終端匹配電阻；

圖2中：

9：光輸入端；10：光輸出端；11：bias電極；12：MZI結(jié)構(gòu)；13：上臂第一行波電極；14：下臂第一行波電極；15：上臂第二行波電極；16：下臂第二行波電極；17~20：終端匹配電阻；

圖5中：

21：原始電信號；22：串并轉(zhuǎn)換器；23：可調(diào)延時(shí)器；24：射頻驅(qū)動(dòng)；25：可調(diào)諧激光器；26：直流電源；27：電光調(diào)制器；28：輸出光信號。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作出詳細(xì)說明，實(shí)施例中，我們采用了鈮酸鋰調(diào)制器。

圖1是產(chǎn)生PAM4信號電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本實(shí)用新型所述的一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器，包括光輸入端1、MZI結(jié)構(gòu)4、bias電極3、上臂行波電極5、下臂行波電極6及光輸出端2；

其中，光從所述光輸入端1進(jìn)入MZI結(jié)構(gòu)4后分為兩路，對于第一路包括所述上臂行波電極5，從MZI結(jié)構(gòu)4出來的第一路光進(jìn)入上臂行波電極5，第一路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.1通過上臂行波電極5加載在MZI結(jié)構(gòu)4的上臂，使上臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，對于第二路包括所述bias電極3和下臂行波電極6，從MZI結(jié)構(gòu)4出來的第二路光通過bias電極3后進(jìn)入下臂行波電極6，第二路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.2通過下臂行波電極6加載在MZI結(jié)構(gòu)4的下臂，使下臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，從上臂行波電極5、下臂行波電極6出來的兩路光從光輸出端2輸出。

PAM4電光調(diào)制器為單個(gè)馬赫-曾德爾調(diào)制器，光從輸入端1進(jìn)入MZI結(jié)構(gòu)（馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)）4，第一路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.1通過上臂行波電極5加載在MZI結(jié)構(gòu)4的上臂，使上臂產(chǎn)生（0，φ1）的相位響應(yīng)，第二路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.2通過下臂行波電極6加載在MZI結(jié)構(gòu)4的下臂，使下臂產(chǎn)生（0，φ2）的相位響應(yīng)，上下兩路的行波電極分別接上50歐姆的終端匹配電阻7和終端匹配電阻8。當(dāng)兩路同時(shí)加射頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，兩路的相位響應(yīng)疊加在一起，相當(dāng)于額外給馬赫曾德爾調(diào)制器兩臂加了相位差Δφ，Δφ可以取4個(gè)值（0，φ1，-φ2，φ1-φ2），設(shè)計(jì)時(shí)選擇恰當(dāng)?shù)摩?和φ2的值，使Δφ的4個(gè)值呈等差數(shù)列，且該等差數(shù)列的最大最小值之差，剛好匹配調(diào)制器線性區(qū)的相位響應(yīng)范圍。此時(shí)，調(diào)節(jié)bias電極3的偏置電壓，使馬赫曾德爾調(diào)制器偏置點(diǎn)在線性區(qū)，此時(shí)由外界射頻驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的兩臂的4種相位差，由馬赫曾德爾調(diào)制器轉(zhuǎn)換成4種不同的光強(qiáng)度輸出，即輸出PAM4信號。實(shí)施例中，我們先通過測量的手段得出了鈮酸鋰馬赫曾德爾調(diào)制器的電光曲線，找出了其工作線性區(qū)起點(diǎn)對應(yīng)的bias電極3偏置電壓。射頻驅(qū)動(dòng)各通道的初始放大倍數(shù)初始值設(shè)定為設(shè)計(jì)值，通過調(diào)節(jié)射頻驅(qū)動(dòng)可以調(diào)節(jié)加載在各個(gè)行波電極上的射頻信號幅度，通過該方法可以微調(diào)兩個(gè)行波電極調(diào)制使調(diào)制臂產(chǎn)生相位變化φ1和φ2，使得輸出的PAM4光信號在示波器上的各電平的間隔平衡。圖3是PAM4電光調(diào)制器的電光響應(yīng)曲線。

圖2是產(chǎn)生PAM16信號電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本實(shí)用新型所述的一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器，包括光輸入端9、MZI結(jié)構(gòu)12、bias電極11、上臂行波電極、下臂行波電極及光輸出端10；

所述上臂行波電極，包括上臂第一行波電極13、上臂第二行波電極15；所述下臂行波電極，包括下臂第一行波電極14、下臂第二行波電極16；

其中，光從所述光輸入端9進(jìn)入MZI結(jié)構(gòu)12后分為兩路，對于第一路包括所述上臂第一行波電極13、上臂第二行波電極15，從MZI結(jié)構(gòu)12出來的第一路光依次進(jìn)入上臂第一行波電極13、上臂第二行波電極15，第一路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.1通過上臂第一行波電極13加載在MZI結(jié)構(gòu)12的上臂，使上臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，第二路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.2通過上臂第二行波電極15加載在MZI結(jié)構(gòu)12的上臂，使上臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，對于第二路包括所述bias電極11和下臂第一行波電極14、下臂第二行波電極16，從MZI結(jié)構(gòu)12出來的第二路光通過bias電極11后依次進(jìn)入下臂第一行波電極14、下臂第二行波電極16，第三路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.3通過下臂第一行波電極14加載在MZI結(jié)構(gòu)12的下臂，使下臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，第四路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.4通過下臂第二行波電極16加載在MZI結(jié)構(gòu)12的下臂，使下臂產(chǎn)生相位響應(yīng)，從上臂第二行波電極15、下臂第二行波電極16出來的兩路光從光輸出端10輸出。

PAM16電光調(diào)制器為單個(gè)馬赫-曾德爾調(diào)制器，光從輸入端9進(jìn)入MZI結(jié)構(gòu)（馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)）12，第一路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.1通過上臂第一行波電極13加載在MZI結(jié)構(gòu)12的上臂，使上臂產(chǎn)生（0，φ1）的相位響應(yīng)，第二路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.2通過上臂第二行波電極15加載在MZI結(jié)構(gòu)12的上臂，使上臂產(chǎn)生（0，φ2）的相位響應(yīng)，第三路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.3通過下臂第一行波電極14加載在MZI結(jié)構(gòu)12的下臂，使下臂產(chǎn)生（0，φ3）的相位響應(yīng)，第四路單極性NRZ驅(qū)動(dòng)信號Sig.4通過下臂第二行波電極16加載在MZI結(jié)構(gòu)12的下臂，使下臂產(chǎn)生（0，φ4）的相位響應(yīng)，上下兩路的行波電極分別接上50歐姆的終端匹配電阻17，終端匹配電阻18，終端匹配電阻19和終端匹配電阻20。當(dāng)四路行波電極同時(shí)加射頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，四路的相位響應(yīng)疊加在一起，相當(dāng)于額外給馬赫曾德爾調(diào)制器兩臂加了相位差Δφ，Δφ可以取16個(gè)值，設(shè)計(jì)時(shí)選擇恰當(dāng)?shù)摩?、φ2、φ3、φ4的值，使Δφ的16個(gè)值呈等差數(shù)列，而且該等差數(shù)列的最大最小值之差，剛好匹配調(diào)制器線性區(qū)的相位響應(yīng)范圍。此時(shí)，調(diào)節(jié)bias電極11的偏置電壓，使馬赫曾德爾調(diào)制器偏置點(diǎn)在線性區(qū)，此時(shí)由射頻驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的兩臂的16種相位差，由馬赫曾德爾調(diào)制器轉(zhuǎn)換成16種不同的光強(qiáng)度輸出，即輸出PAM16信號。實(shí)施例中，我們先通過測量的手段得出了鈮酸鋰馬赫曾德爾調(diào)制器的電光曲線，找出了其工作線性區(qū)起點(diǎn)對應(yīng)的bias電極11偏置電壓。射頻驅(qū)動(dòng)各通道的初始放大倍數(shù)初始值設(shè)定為設(shè)計(jì)值，通過調(diào)節(jié)射頻驅(qū)動(dòng)可以調(diào)節(jié)加載在各個(gè)行波電極上的射頻信號幅度，通過該方法來微調(diào)各個(gè)行波電極調(diào)制使調(diào)制臂產(chǎn)生相位變化φ1、φ2、φ3和φ4，使得輸出的PAM16光信號在示波器上波形的各個(gè)電平間隔平衡。圖4是PAM16電光調(diào)制器的電光響應(yīng)曲線。

需要說明的是，利用本實(shí)用新型不僅可以產(chǎn)生PAM4信號，PAM16信號，通過增加行波電極的數(shù)量，還可以產(chǎn)生更高階的PAM2N(N為大于4的整數(shù))信號。

圖5是PAM電光調(diào)制器的連接光路和工作驅(qū)動(dòng)電路框圖，如圖5所示，本實(shí)用新型所述的一種脈沖幅度調(diào)制型電光調(diào)制器系統(tǒng)，包括上述所述的電光調(diào)制器27、串并轉(zhuǎn)換器22、可調(diào)延時(shí)器23、射頻驅(qū)動(dòng)24、可調(diào)諧激光器25及直流電源26；

原始電信號21通過串并轉(zhuǎn)換電路22轉(zhuǎn)換成多路并行電信號，多路并行電信號經(jīng)過可調(diào)延時(shí)器23進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，使得多路并行電信號能夠同時(shí)到達(dá)電光調(diào)制器27的行波電極；多路并行電信號的幅度通過射頻驅(qū)動(dòng)24進(jìn)行幅度放大之后加載在電光調(diào)制器27相應(yīng)的行波電極上，對電光調(diào)制器27兩臂的相位進(jìn)行調(diào)制；電光調(diào)制器27輸入端連接可調(diào)諧激光器25，電光調(diào)制器27的bias電極連接直流電源26，調(diào)節(jié)電光調(diào)制器27的bias電極偏置電壓，使其達(dá)到電光調(diào)制器27的電光響應(yīng)線性區(qū)，電光調(diào)制器27輸出PAM調(diào)制格式的光信號。

實(shí)施例中我們測試了PAM4和PAM16兩種調(diào)制器，產(chǎn)生PAM調(diào)制光信號的過程，主要包括如下步驟：

步驟1、將高速的串行原始電信號21（32G NRZ電信號，幅值700mV vpp）通過串并轉(zhuǎn)換電路22，轉(zhuǎn)換成多路并行電信號（PAM4電光調(diào)制器采用兩路16G NRZ電信號驅(qū)動(dòng)，PAM16電光調(diào)制器采用四路8G NRZ電信號驅(qū)動(dòng)）；

步驟2、多路并行電信號經(jīng)過可調(diào)延時(shí)器23進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，使得多路并行電信號能夠同時(shí)到達(dá)電光調(diào)制器27的行波電極，實(shí)施例中我們通過眼圖的質(zhì)量來判斷并行電信號之間相位是否補(bǔ)償?shù)? ps；

步驟3、多路并行電信號的幅度通過射頻驅(qū)動(dòng)24進(jìn)行幅度放大之后（放大倍數(shù)的初始值為預(yù)先的設(shè)計(jì)值）加載在電光調(diào)制器27相應(yīng)的行波電極上，對電光調(diào)制器27兩臂的相位進(jìn)行調(diào)制；

步驟4、電光調(diào)制器27輸入端連接可調(diào)諧激光器25，電光調(diào)制器27的bias電極連接直流電源26，bias電極電壓設(shè)定為電光調(diào)制器27電光曲線線性區(qū)的起點(diǎn)偏置電壓值；

步驟5、電光調(diào)制器27輸出端接采樣示波器；微調(diào)電光調(diào)制器27的bias電極偏置電壓，使其精確達(dá)到電光調(diào)制器27的電光響應(yīng)線性區(qū)，進(jìn)一步微調(diào)射頻驅(qū)動(dòng)24的驅(qū)動(dòng)幅值和可調(diào)延時(shí)器23的時(shí)延值，使PAM眼圖質(zhì)量達(dá)到最好，此時(shí)，電光調(diào)制器27正常輸出PAM調(diào)制格式的輸出光信號28；

雖然本實(shí)用新型已經(jīng)詳細(xì)示例并描述了相關(guān)的特定實(shí)施例做參考，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在閱讀和理解了該說明書和附圖后，在不背離本實(shí)用新型的思想和范圍特別是上述裝置實(shí)施的功能上，可以在裝置形式和細(xì)節(jié)上作出各種改變。這些改變都將落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求所要求的保護(hù)范圍。