[发明专利]集成化的相干光通信用电光调制器结构

说明书

一种集成化的相干光通信用电光调制器结构，包括：一光分束器，其具有一个输入端，一个多模波导区和四个输出端，该四个输出端所输出光场光强相等，外侧的两个输出光场的相位与居中的两个输出光场的相位相差90度；四个电光调制器，其输入端与光分束器的四个输出端连接；两个光合束器，每一光合束器具有两个输入端，一个多模波导区和一个输出端，每一光合束器的输入端与四个电光调制器中一侧的两个电光调制器的输出端连接；一偏振旋转器，其输入端与一个光合束器的输出端连接；一偏振合束器，其一输入端与偏振旋转器的输出端连接，另一输入端与两个光合束器中另一个输出端连接。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种集成化的相干光通信用电光调制器结构。

背景技术

近年来，随着高质量视频，社交网络服务及云存储等新业务的流行及高速大容量接入网的持续推动，电信网络对传输设备及通信链路的带宽需求呈现持续快速增长的态势。基于偏振复用的正交相移键控(DP-QPSK，Dual Polarization Quadrature PhaseShift Keying)调制格式的100G相干通信系统已经开始逐渐从实验室走向商用。更高速的下一代400G技术已经被业界普遍关注，使用具有更高光谱利用效率的高级调制格式已经成为普遍共识。其中，使用偏振复用的包含16种符号的正交幅度调制(DP16QAM，DualPolarization16Quadrature Amplitude Modulation)调制格式来实现400G传输已经被业界广泛认可。

在相干光通信系统各子系统中，光发送机的信号质量直接决定了传输系统的传输效率。而电光调制器是光发送机中最为重要的单元，其设计直接决定了发送机产生的光脉冲信号质量，从而影响通信系统的服务质量。相干光通信用电光调制器已不再是传统光强度调制-直接检波(IM-DD，Intensity Modulation-Direct Detection)光通信模式中传统马赫-曾德尔干涉型电光调制器那样的单元型器件，而是包含光分束器、90度相移器、马赫-曾德尔干涉型电光调制器、光合束器、偏振旋转器以及偏振合束器等诸多功能单元的复杂光学系统。由于利用了光信号的相位信息来进行信息的编解码，利用分立的体光学元件的组合来实现这一相干电光调制器系统是不现实的。这一方面是因为体光学元件的加工精度难以达到光波长量级，从而难以保证对其中传输的光波相位的精确控制。另一方面，体光学元件的长度远大于光波波长，环境中温度变化或振动等因素会很容易地改变其中所传播光信号的相位，从而使传输系统的信噪比恶化。

因此，对于相干光通信而言，集成化的电光调制器结构设计具有重要意义。这一方面是由于集成光学元件及其系统是依赖半导体加工工艺实现的，可以实现对器件几何参数的精确控制，从而保证对光波相位的精确控制。另一方面，由于集成化的电光调制器体积较小，外界温度变化所引起的相位变化较小；此外还可以通过集成温度控制单元或设计对称波导结构来降低器件的温度敏感性，从而使光发送机具有更稳定的工作特性。

近年来，集成光学得到了长足的发展。利用硅材料平台、磷化铟材料平台实现的集成光学元件与子系统均已在实验室实现或者得到初步商用。相干光通信用电光调制器所需的各个功能单元，包括光分束器、90度相移器、马赫曾德尔干涉型电光调制器、光合束器、偏振旋转器以及偏振合束器等诸多器件均有集成化方案被提出。

对于相干光通信用电光调制器设计而言，光学带宽是一个重要参数。高的光学带宽可以使器件具有波长不敏感性，大大降低了电光调制器对激光器波长稳定度的要求。同时该类电光调制器更加便于被应用于波分复用系统(WDM，Wavelength DivisionMultiplexing)中。在相干光通信用电光调制器的组成单元中，光分束器、光合束器、偏振旋转器及偏振合束器均有具有高光学带宽的器件结构被提出。而实现同相/正交电光调制器所必须的90度相移器目前还没有高光学带宽的集成化实现方案。这是由于传统的分立的90度相移器是一段折射率可调的直波导，它的相移特性与波长密切相关，难以实现高光学带宽特性。