阅读说明：本技术 一种线性相位调制实现pam4调制码的光芯片 (Optical chip for realizing PAM4 modulation code through linear phase modulation ) 是由 孔祥君 高军毅 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种线性相位调制实现PAM4调制码的光芯片,包括分波的等分Y分支光波导、合波的等分Y分支光波导、两个作为线性电光相位调制臂的电光调制光波导,分波的等分Y分支光波导的输入端通过输入模场耦合光波导与光源相连接导通,两个电光调制光波导对应连接导通分波的等分Y分支光波导的两个输出端与合波的等分Y分支光波导的两个输入端,合波的等分Y分支光波导的输出端连接有输出模场耦合光波导；每个电光调制光波导上均设置有控制线性相位变化的与外接射频信号源相连接的相位控制电极。该发明使用一个激光光源,通过线性相位调制就可实现PAM4调制码型,集成度高,实现方式简单,成本低,体积小,应用范围更广。(The invention relates to an optical chip for realizing PAM4 modulation code by linear phase modulation, which comprises a wave-splitting Y-branch optical waveguide, a wave-combining Y-branch optical waveguide and two electro-optic modulation optical waveguides serving as linear electro-optic phase modulation arms, wherein the input ends of the wave-splitting Y-branch optical waveguides are connected and conducted with a light source through an input mode field coupling optical waveguide; each electro-optical modulation optical waveguide is provided with a phase control electrode which is used for controlling the linear phase change and is connected with an external radio frequency signal source. The invention uses one laser source, can realize PAM4 modulation code pattern through linear phase modulation, and has the advantages of high integration level, simple realization mode, low cost, small volume and wider application range.)

一种线性相位调制实现PAM4调制码的光芯片

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其是一种体积小、实现方式简单、集成度高的线性相位调制实现PAM4调制码的光芯片。

背景技术

5G时代对网络传输速率有了更高的需求，对系统容量的要求也越来越高，为了提升高速互联的网络容量并降低每比特传输成本，引入了4电平幅度调制(PAM4，PulseAmplitude Modulation)技术来提高传输速率。PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3)，可以有效提升带宽利用效率，同时PAM4采用高阶调制格式，能降低对光学器件性能的要求，可在不同应用场合的性能，成本，功耗和密度之间达到一个平衡。但在现有技术中，PAM4信号的产生需要两个激光器，两个调制器，对器件控制精度要求高，实现方式复杂，成本也相对较高，限制了其应用范围。

发明内容

针对现有的不足，本发明提供一种体积小、实现方式简单、集成度高的线性相位调制实现PAM4调制码的光芯片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种线性相位调制实现PAM4调制码的光芯片，包括分波的等分Y分支光波导、合波的等分Y分支光波导、两个作为线性电光相位调制臂的电光调制光波导，所述分波的等分Y分支光波导的输入端通过输入模场耦合光波导与光源相连接导通，所述分波的等分Y分支光波导的两个输出端与两个电光调制光波导的输入端对应连接导通，所述合波的等分Y分支光波导的两个输入端与两个电光调制光波导的输出端对应连接导通，所述合波的等分Y分支光波导的输出端连接有输出模场耦合光波导；每个所述电光调制光波导上均设置有控制线性相位变化的与外接射频信号源相连接的相位控制电极。

作为优选，所述分波的等分Y分支光波导的两个输出端与合波的等分Y分支光波导的两个输入端对应连通的光路上均设置有用于静态补偿的能与外接直流电源电性连接的静态偏置电极。

作为优选，所述输入模场耦合光波导、分波的等分Y分支光波导、电光调制光波导、相位控制电极、合波的等分Y分支光波导、输出模场耦合光波导是集成在同一光芯片上的。

作为优选，所述输入模场耦合光波导、分波的等分Y分支光波导、电光调制光波导、合波的等分Y分支光波导、输出模场耦合光波导是一体成型的铌酸锂薄膜光波导。

本发明的有益效果在于：该发明仅需一个激光光源，外接连续激光通过输入模场耦合光波导与分波的等分Y分支波导导入，经过分波后形成两路幅度相等的光，之后分别经过电光调制光波导传输至合波的等分Y分支光波导的输入端，然后经由合波的等分Y分支光波导合波后通过输出场耦合光波导将信号导出，形成完整的光回路。在每个电光调制光波导上均设置相位控制电极，通过对外接射频信号的幅度调整，产生波导介质电场强度的调整，由于电光效应的作用使得电光调制光波导的折射率产生相应变化，导致通过两个电光调制光波导的光产生相位差，在外接射频信号幅度满足PAM4信号波形时，合波光波导产生干涉效应，输出的光幅度也就形成对应的PAM4信号波形，其实现方式更简单，成本更低，体积可缩小十到百倍，集成度大幅提高，扩大了其应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例的原理结构示意图；

图中零部件名称及序号：1-分波的等分Y分支光波导2-合波的等分Y分支光波导3-电光调制光波导4-输入模场耦合光波导5-输出模场耦合光波导6-相位控制电极7-静态偏置电极。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的目的、技术方案和优点，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例如图1中所示，一种线性相位调制实现PAM4调制码的光芯片，包括分波的等分Y分支光波导1、合波的等分Y分支光波导2、两个作为线性电光相位调制臂的电光调制光波导3，所述分波的等分Y分支光波导1的输入端通过输入模场耦合光波导4与光源相连接导通，所述分波的等分Y分支光波导1的两个输出端与两个电光调制光波导3的输入端对应连接导通，所述合波的等分Y分支光波导2的两个输入端与两个电光调制光波导3的输出端对应连接导通，所述合波的等分Y分支光波导1的输出端连接有输出模场耦合光波导5，这样就将分波的等分Y分支光波导1、电光调制光波导3、合波的等分Y分支光波导2依次连接起来并相互光导通，分波的等分Y分支光波导1是作为分波来使用的，也就意味着其有一个输入端两个输出端，其输入端是通过输入模场耦合光波导4与单个的连续激光光源相耦合，单个连续激光光源发出的光经过输入模场耦合光波导4进入后，通过分波的等分Y分支光波导1的分波就形成两路幅度相等的光，两路光传输至对应的电光调制光波导3中，同时合波的等分Y分支光波导2是合波使用的，也就是说其有两个输入端一个输出端，两个输入端与两个电光调制光波导3的输出端对应连接，这样光在经过电光调制光波导3后就传输至合波的等分Y分支光波导2的输入端，然后经由合波的等分Y分支光波导2合波后通过输出场耦合光波导5将信号导出，形成完整的光回路；此处每个所述电光调制光波导3上均设置有控制线性相位变化的与外接射频信号源相连接的相位控制电极6，通过对外接射频信号的幅度调整，产生波导介质电场强度的调整，通过相位控制电极6上的电压变化，在电光效应的作用下使得电光调制光波导3的折射率产生相应变化，从而使得通过两个电光调制光波导3的光产生相位差，在外接射频信号幅度满足PAM4信号波形时，合波光波导产生干涉效应，输出的光强度也就形成对应的PAM4信号波形，其调制的原理如下：

设输入光振幅为3A，第一和第二电光调制光波导中的光相位差为θ；经分波后，每个通道中的光振幅为1.5A，则两路光波导中的在t时间点的光强度可分别写为E₁(t)＝1.5Asin(ωt),E₂(t)＝1.5Asin(ωt+θ)

其叠加后的光强度则为E(t)＝E₁(t)+E₂(t)＝1.5Asin(ωt)+1.5Asin(ωt+θ)

E(t)＝3Asin(ωt+θ/2)cos(θ/2)

分别取θ值为180°，141.06°，96.38°和0°，整理后得到如表1所示：

表1

其中E(t)为光强度，A为单位光振幅值，t为时间，ω为角频率，θ为两个电光调制光波导中的光相位差。

进一步的改进，如图1中所示，所述分波的等分Y分支光波导1的两个输出端与合波的等分Y分支光波导2的两个输入端对应连通的光路上均设置有用于静态补偿的能与外接直流电源电性连接的静态偏置电极7。由于电光调制光波导3是连接在分波的等分Y分支光波导1的输出端与合波的等分Y分支光波导2的输入端之间并将两者光导通形成光路的，因此静态偏置电极7就可以是设置在分波的等分Y分支光波导1的输出端、电光调制光波导3、合波的等分Y分支光波导2的输入端上的任意位置，这样就可以解决由于电光调制光波导3在生产中造成的折射率的微小偏差，通过在偏置电极上施加直流偏置就可以予以消除。此时静态偏置电极7和相位控制电极6都是独立设置的，并且均通过光波导上下表面设置的绝缘层与对应的光波导隔离，电极走向与光波导平行，电极在制作时与光波导集成在同一光芯片上。在静态偏置电极7上外接的直流电源是独立调整的直流电源，各自能够独自进行调节，彼此不会产生影响，独立设置的静态偏置电极7就可以方便的实现光路上信号相位的静态精细调整,保证良好的消光比。

进一步的改进，如图1中所示，为了使光的传播更顺畅，避免干扰，所述输入模场耦合光波导4、分波的等分Y分支光波导1、电光调制光波导3、相位控制电极6、合波的等分Y分支光波导2、输出模场耦合光波导7是集成在同一光芯片上的。其中输入模场耦合光波导4、分波的等分Y分支光波导1、电光调制光波导3、合波的等分Y分支光波导2、输出模场耦合光波导7是一体成型的铌酸锂薄膜光波导，也就是说它们是在在同一个衬底上一体成型的并能光导通的，简化了结构，该衬底可以是不同的晶体材料，比如玻璃、铌酸锂、钽酸锂、砷化镓以及单晶硅等多层复合材料，优选具有良好电光特性的薄膜铌酸锂来作为衬底，将其制成铌酸锂薄膜光波导，使得其体积变小，便于生产小型化的产品。此时相位控制电极6通过在光波导上下表面设置的绝缘层与对应的电光调制光波导3隔离，电极走向与电光调制光波导平行，该电极在制作时与电光调制光波导集成在同一光芯片上。在光经过电光调制光波导3时，通过对相位控制电极6的调制，通过电光调制光波导3后光的相位幅度就产生变化，最后再经过合波的等分Y分支光波导2的合波后输出，当外接射频信号幅度满足PAM4信号波形时，输出光幅度也就形成对应完整的PAM4信号波形，最后通过输出模场耦合光波导输出，就实现了PAM4信号的输出。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。