[发明专利]四路并行数字调制和正交复用的波导芯片结构

说明书

技术领域

本发明涉及光通信和光子集成技术领域，尤其涉及一种基于光离散傅里叶变换的四路并行数字调制和正交复用的波导芯片结构，该结构用于主干网密集波分复用系统单信道的信号调制，用较低的调制速率实现高速码率的信号传输。

背景技术

在光通信领域中，密集波分复用系统(DWDM)的信道间隔已经缩小到100GHz，然而由于四波混频效应和波长漂移的存在，波长间隔难以进一步缩小。如何充分利用单信道的带宽资源，成了光通信主干传输网的一大技术热点。

按照传统的方法，人们通过采用电域或光域的时分复用技术(TDM)，以期充分利用单信道的信道容量。但是随着码率的提高，尤其是高于10Gbps以上时，采用时分复用技术传输光信号将对光纤色散和码间串扰提出更苛刻的限制，而且光电器件的工作速率越高，成本则越昂贵，因此受到了很大程度的限制。

为了进一步提升带宽利用率，近年来发展了全光的正交相位调制技术(OQPSK)，该技术利用了光的四个相位信息，使得一个光信号可以代表两个码元信息；从而在不需要提高调制速率的情况下，将传输速率提高了一倍。然而传输码率若要达到100Gbps以上的话，单纯采用QPSK技术还不够；于是又有了正交幅度调制技术(QAM)，这种技术在利用了光相位信息的同时进行了幅度调制，以使单个光信号表征更多的码元信息，更大程度地提高带宽利用率。

不过，正交幅度调制技术(QAM)将对数字模拟转换器的速率提出苛刻的要求。众所周知，电子信息处理相比于光信号处理，其速度受到了很大限制(目前尚处于百兆赫兹量级)，也即所谓的电子瓶颈效应。

因此，要达到百吉赫兹量级的传输码率，必须依托于光信息处理技术，而降低对电调制速率的要求。为了解决这个问题，我们做了充分的调查研究，以期寻找一种光子信息处理的方法，实现在较低的电调制速率下，更大程度的提升带宽利用率，并提升抗色散和码间串扰的传输性能。

光子信息处理中有一个很重要的概念，就是傅里叶变换，它是一种频域和时域间的变换算法：能将一个时域信号表征为正交的频域分量之和的形式，从而解出频域信息；也可以反过来，将频域上的信息变换为时域信号。由此联系到数字光通信领域，在理论上可以利用光学离散傅里叶变换算法实现信号的复用；通俗地讲，则是将多路信号看成频域上的信息，通过这种算法合成一个时域信号进行传输，然后利用逆算法，将频域上的信息解复用，从而提高带宽利用率。我们从中获得启发，想到通过光子集成技术，设计特定的光波导结构来实现这个过程。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于利用光子集成技术，提供一种多路并行正交相位调制(OQPSK)和全光离散傅里叶变换(ODFT)的波导芯片结构，以实现在较低的调制速率下达到高码率传输的功能。在我们的具体实施例中，采用4组(8路)并行的12.5Gbps电调制信号源和12.5GHz的光脉冲发生器，通过本发明的芯片结构，将一路光脉冲分为四路信号，分别进行正交相位调制，再经过全光离散傅里叶变换，实现100Gbps的信号传输。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于光离散傅里叶变换的四路并行数字调制和正交复用的波导芯片结构，该波导芯片结构包括Y型波导级联结构、四个双驱动马赫曾德调制器阵列和四个全光离散傅里叶变换波导单元，实现了四路并行光脉冲的正交相位调制(QPSK)和正交复用。

上述方案中，所述Y型波导级联结构由第一Y型波导Y1、第二Y型波导Y2、第三Y型波导Y3、第四Y型波导Y4、第五Y型波导Y5和第六Y型波导Y6级联而成，用于保证每一路对应的通道光程均相等，其中，第一Y型波导Y1的两个波导分支分光比为3∶1，前者接入第二Y型波导Y2，后者接入第四双驱动马赫曾德调制器阵列M4；第二Y型波导Y2的两个波导分支分光比为2∶1，前者接入第三Y型波导Y3，后者接入第三双驱动马赫曾德调制器阵列M3；第三Y型波导Y3的两个波导分支分光比为1∶1，分别接入第一双驱动马赫曾德调制器阵列M1和第二双驱动马赫曾德调制器阵列M2。