本發(fā)明涉及硅光子集成領域，尤其涉及一種硅基相位調制器偏置點控制裝置。

背景技術：

硅基光電子的應用有廣大的前景，對其研究也越來越多，受限于調制速率及消光比等影響，調制器一直是技術難點。光路選擇型調制器(waveguide selecting modulator，簡稱WSM)的出現(xiàn)極大的推進了調制器的性能，有望在產品中被普遍使用。

WSM中的關鍵器件Optic switch(光路選擇器)一般采用微環(huán)結構來實現(xiàn)。微環(huán)本身有許多缺點，如熱敏感，不同波長響應不同等。如果不對微環(huán)的狀態(tài)進行實時的控制是不能實現(xiàn)相位調制的。

采用平衡檢測上下微環(huán)through(上行)端平均光功率，利用檢測功率最小且不為0的特點進行反饋控制是可以實現(xiàn)偏置點的實時控制的。但是，在寸土寸金的硅基芯片上采用兩個PD(光電探測器)檢測，無疑會增大使用面積，并且PD的成本和功耗也很高，同時在電路上設計平衡檢測也會有很大的困難。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種硅基相位調制器偏置點控制裝置，以節(jié)省硅基芯片的面積。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種硅基調制器偏置點控制裝置，適用于一種硅基調制器，所述硅基調制器包括：光路選擇器、第一組波導、 第二組波導和光耦合器，其中，所述光路選擇器，用于接收輸入光，在電信號的控制下，控制光輸入到第一組波導或者輸入到第二組波導；所述第一組波導和所述第二組波導，一端與所述光路選擇器連接，另一端連接所述光耦合器，所述第一組波導或所述第二組波導將光輸出給所述光耦合器，由所述光耦合器耦合輸出，所述第一組波導和所述第二組波導的光程不相等，且其光程差與待獲得的相位差相應；所述第一組波導包括兩條長度相等且輸出光場相位相同的第一波導和第四波導，所述第一波導和所述第四波導組成MZ結構，所述第二組波導包括兩條長度相等且輸出光場相位相同的第二波導和第三波導，所述第二波導和所述第三波導組成MZ結構，所述第一組波導和所述第二組波導的長度不相等，且長度差與所述光程差對應，所述第一組波導與所述第二組波導輸出光場相位相反，所述光路選擇器包括第一微環(huán)結構和第二微環(huán)結構，所述第一微環(huán)結構的上行端與所述第一波導連接，所述第一微環(huán)結構的下行端與所述第二波導連接，所述第二微環(huán)結構的上行端與所述第三波導連接，所述第二微環(huán)結構的下行端與所述第四波導連接，所述硅基調制器偏置點控制裝置包括：

第一相位控制器，根據接入的電壓來控制向所述第一微環(huán)結構施加的溫度；

第二相位控制器，根據接入的電壓來控制向所述第二微環(huán)結構施加的溫度；

第一耦合器，接入所述第一波導，從所述第一波導中分出一部分光輸入第三耦合器；

第二耦合器，接入所述第三波導，從所述第三波導中分出一部分光輸入所述第三耦合器；

所述第三耦合器，將接收到的光耦合輸出給光電探測器；

所述光電探測器，用于檢測接收到的光的光平均功率；

采集模塊，采集所述光電探測器所檢測的光平均功率，輸出給處理模塊；

所述處理模塊，記錄所述光平均功率，將上次記錄的光平均功率與本次記錄的光平均功率進行比較，根據比較結果控制接入所述第一相位控制器或 所述第二相位控制器的電壓。

進一步地，上述硅基調制器偏置點控制裝置還具有下面特點：

所述處理模塊，根據比較結果控制接入所述第一相位控制器或所述第二相位控制器的電壓包括：在所述第一相位控制器和所述第二相位控制器初始化為最小值時，控制接入所述第一相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，然后控制接入所述第二相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，記錄此時的光平均功率為第一光平均功率；在所述第二相位控制器初始化為最大值時，控制接入所述第二相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，記錄此時的光平均功率為第二光平均功率，比較所述第一光平均功率和所述第二光平均功率，利用值較小的光平均功率對應的電壓值來初始化所述第一相位控制器和所述第二相位控制器，控制接入所述第一相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，控制接入所述第二相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定。

進一步地，上述硅基調制器偏置點控制裝置還具有下面特點：

所述處理模塊，根據比較結果控制接入所述第一相位控制器或所述第二相位控制器的電壓，是通過數模轉換器接入所述第一相位控制器或所述第二相位控制器的。

進一步地，上述硅基調制器偏置點控制裝置還具有下面特點：

所述采集模塊，為模數轉換器。

進一步地，上述硅基調制器偏置點控制裝置還具有下面特點：

所述第一相位控制器為熱相移器；

所述第二相位控制器為熱相移器。

本發(fā)明提供一種硅基調制器偏置點控制裝置,能夠節(jié)省硅基芯片的面積，實現(xiàn)平衡檢測，結構簡單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例涉及的硅基調制器的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的硅基調制器偏置點控制裝置的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例涉及的硅基調制器的偏置點與輸出光功率的關系圖；

圖4為本發(fā)明實施例的控制偏置點方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

本發(fā)明實施例涉及的硅基調制器包括：光路選擇器、第一組波導、第二組波導和光耦合器，其中，

所述光路選擇器，用于接收輸入光，在電信號的控制下，控制光輸入到第一組波導或者輸入到第二組波導；

所述第一組波導和所述第二組波導，一端與所述光路選擇器連接，另一端連接所述光耦合器，所述第一組波導或所述第二組波導將光輸出給所述光耦合器，由所述光耦合器耦合輸出，所述第一組波導和所述第二組波導的光程不相等，且其光程差與待獲得的相位差相應；其中，

所述第一組波導包括兩條長度相等且輸出光場相位相同的第一波導和第四波導，所述第一波導和所述第四波導組成MZ結構，

所述第二組波導包括兩條長度相等且輸出光場相位相同的第二波導和第三波導，所述第二波導和所述第三波導組成MZ結構，

所述第一組波導和所述第二組波導的長度不相等，且長度差與所述光程差對應，所述第一組波導與所述第二組波導輸出光場相位相反。

所述光路選擇器包括第一微環(huán)結構和第二微環(huán)結構，所述第一微環(huán)結構的上行端與所述第一波導連接，所述第一微環(huán)結構的下行端與所述第二波導 連接，所述第二微環(huán)結構的上行端與所述第三波導連接，所述第二微環(huán)結構的下行端與所述第四波導連接。

如圖1所示，本發(fā)明實施例涉及的硅基調制器的輸入光經過耦合器把光分為兩路，分別進入微環(huán)102和微環(huán)103，上臂的光進入微環(huán)102的through(上行)端，微環(huán)102的through端與波導106相連，下臂的光進入微環(huán)103的through端，微環(huán)103的through端與波導108相連，微環(huán)102的drop(下行)端與波導105相連，微環(huán)103的drop端與波導107相連。波導105、106、107和108經過4*1的耦合器耦合輸出。

通過設計，波導105和波導108等長，輸出相位同相。波導106和波導107等長，輸出相位同相，Select1和Select2的長度差決定了相位差，對于使用此調制器用作QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移鍵控)信號調制，需要使得其相位差為π，那么長度差其中，λ為傳播的光波長，n為波導的有效折射率。在硅基波導中，strip(矩形)型波導的有效折射率n＝2.443，λ＝1550nm，則△L＝317.2nm可以延時相位π。

基于WSM的設計理念，調制相位信息時，差分電信號S+，S-分別作用于微環(huán)上，調節(jié)微環(huán)狀態(tài)從而選擇光傳播路徑，實現(xiàn)相位信息的調制。假設S+、S-的電壓幅度為2V，那么：上下微環(huán)調制分別2V和-2V時，微環(huán)102調制0V電壓時，其處于共振條件，光經過微環(huán)的drop(下行)端及波導106，微環(huán)103調制-4V，微環(huán)103的共振條件被破壞，光經過微環(huán)的through端及波導108，調制相位為π；上下微環(huán)調制分別-2V和2V時，微環(huán)102調制-4V電壓，其共振條件被破壞，光經過微環(huán)的through端及波導105，微環(huán)103調制0V，微環(huán)103處于共振條件，光經過微環(huán)的drop端及波導107，調制相位為0。

由此可見，控制偏置點要達到上下微環(huán)在不同的電信號下處于共振條件,即，上微環(huán)共振時，下微環(huán)非共振；上微環(huán)非共振時，下微環(huán)共振。

根據微環(huán)的性質可知，在電信號的作用下，微環(huán)在共振和非共振狀態(tài)下變化，信號1和0出現(xiàn)的概率大體一致，through端輸出平均光功率最小，drop端輸出平均光功率最大。由于上下微環(huán)共振狀態(tài)相反。上微環(huán)through端打 開時，下微環(huán)through端關閉，利用光功率最小可以反饋得到每個微環(huán)的偏置。如果上下微環(huán)共振狀態(tài)一致，那么也會使得光功率增大。所以，搜索兩個through端輸出總功率的最小值是可以得到正確偏置的。

圖2為本發(fā)明實施例的硅基調制器偏置點控制裝置的示意圖，本實施例的硅基調制器偏置點控制裝置包括：

第一相位控制器，根據接入的電壓來控制向所述第一微環(huán)結構施加的溫度；

第二相位控制器，根據接入的電壓來控制向所述第二微環(huán)結構施加的溫度；

第一耦合器，接入所述第一波導，從所述第一波導中分出一部分光輸入第三耦合器；

第二耦合器，接入所述第三波導，從所述第三波導中分出一部分光輸入所述第三耦合器；

所述第三耦合器，將接收到的光耦合輸出給光電探測器；

所述光電探測器，用于檢測接收到的光的光平均功率；

采集模塊，采集所述光電探測器所檢測的光平均功率，輸出給處理模塊；

所述處理模塊，記錄所述光平均功率，將上次記錄的光平均功率與本次記錄的光平均功率進行比較，根據比較結果控制接入所述第一相位控制器或所述第二相位控制器的電壓。

其中，所述處理模塊，根據比較結果控制接入所述第一相位控制器或所述第二相位控制器的電壓包括：在所述第一相位控制器和所述第二相位控制器初始化為最小值時，控制接入所述第一相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，然后控制接入所述第二相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，記錄此時的光平均功率為第一光平均功率；在所述第二相位控制器初始化為最大值時，控制接入所述第二相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，記錄此時的光平均功率為第二光平均功率，比較所述第一光平均功率和所述第二光平均功率，利用值較小的光平均功率對應的電壓值 來初始化所述第一相位控制器和所述第二相位控制器，控制接入所述第一相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定，控制接入所述第二相位控制器的電壓直到接收到的光平均功率穩(wěn)定。

如圖2所示，在硅基調制器的設計基礎上，在上下微環(huán)的through端加入例如5/95的coupler(耦合器)109和110，5％的分光分別用coupler111耦合后，由PD101檢測。PD的數據由ADC(模數轉換器)采集，ADC采集的數據送入MCU(Micro Control Unit，微控制單元)/DSP(Digital Signal Processing，數字信號處理)處理，經過算法處理后，把偏置點的變化信息由DAC(數模轉換器)經過Heater(熱相移器)1和Heater2調節(jié)上下微環(huán)的偏置點。

heater被電壓大小控制，輸出不同的溫度，溫度影響微環(huán)的折射率進而影響微環(huán)的狀態(tài)。

MCU/DSP處理器將采集到的數據經過所述算法處理后，判斷所要輸出的電壓信號，按數字信號輸出給DAC，讓DAC輸出特定電壓來控制heater的發(fā)熱量。

此處coupler代替其他方案中的PD，可以節(jié)省很大的空間，同時降低成本和功耗。

圖3中，橫坐標為上下微環(huán)總的偏置點，豎坐標為coupler111耦合輸出檢測到的總平均功率。

Heater1和heater2每個偏置點的變化都會影響輸出功率?？傮w效果如圖3示意。其中，A點是上下微環(huán)的共振狀態(tài)相反時的偏置點。B點是上下微環(huán)共振狀態(tài)相同時的偏置點。利用檢測總功率最小值可以得到最佳偏置點。但是，需要注意的是，要避免算法陷入B的穩(wěn)態(tài)。

本發(fā)明實施例的控制偏置點的流程如圖4所示：要達到上下微環(huán)偏置狀態(tài)不同，需要每個微環(huán)的偏置范圍大于1個周期，包括以下步驟：

步驟101、開始，對heater1和heater1初始化為最小值。

步驟102、按一定步長(例如，微環(huán)溫度變化1度所需的電壓值)向一 方向變化(增大/減小)heater1，ADC檢測的平均光功率與之前的平均光功率比較。平均光功率減小，繼續(xù)向相同方向變化heater1；平均光功率增大，向相反方向變化heater1，直至光平均功率穩(wěn)定。

處理器輸出數字信號給DAC，此數字信號是電壓的二進制表示，DAC將二進制數字轉為電壓輸出給heater，heater受到不同電壓的驅動，產生的溫度也會有變化，溫度會影響微環(huán)的狀態(tài)。

步驟103、按一定步長向一方向變化(增大/減小)heater2，ADC檢測的平均光功率與之前的平均光功率比較。平均光功率減小，繼續(xù)向相同方向變化heater2.平均光功率增大，向相反方向變化heater2，直至光平均功率穩(wěn)定，然后轉向步驟104；當初始化heater2最大值后，調節(jié)到光平均功率穩(wěn)定時，轉向步驟105。

步驟104、記錄此時平均光功率為P(1)，然后初始化heater2最大值；轉向步驟103。

步驟105、記錄此時平均光功率為P(2)；比較P(1)和P(2)，將Heater1和Heater2的值初始化為較小的P。

步驟106、然后重復步驟102和步驟103。

本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬件完成，所述程序可以存儲于計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁盤或光盤等?？蛇x地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現(xiàn)。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。本發(fā)明不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結合。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。