一种用单光源双NRZ调制实现PAM4码的光芯片的制作方法

本发明涉及光通信领域，尤其是一种体积小、实现方式简单、集成度高的用单光源双nrz调制实现pam4码的光芯片。

背景技术：

5g时代的来临，带来了更高网络传输速率的需求，系统容量要求也越来越高，单纯的不归零码(nrz，non-returntozero)系统已经不能满足需求，4电平幅度调制(pam4，pulseamplitudemodulation)码型格式日益受到重视。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信号的产生实现方式复杂，对器件要求高，色散受限，传输距离较短，带宽限制严重，限制了其应用范围。

技术实现要素：

针对现有的不足，本发明提供一种体积小、实现方式简单、集成度高的用单光源双nrz调制实现pam4码的光芯片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

包括通过输入模场耦合光波导与光源相连接导通的用于分波的非等分y分支光波导、能产生nrz信号的nrz组件、用于合波的高低位合波等分y分支光波导，所述非等分y分支光波导、nrz组件、高低位合波等分y分支光波导依次连接并相互光导通；所述nrz组件包括高位mz型干涉幅度调制器、低位mz型干涉幅度调制器，所述高位mz型干涉幅度调制器和低位mz型干涉幅度调制器均包括分波的等分y分支光波导、两个作为差分电光相位调制臂的电光调制光波导、合波的等分y分支光波导，每个所述分波的等分y分支光波导的输入端与非等分y分支光波导的输出端对应连接，每个所述分波的等分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相连接，且该两个电光调制光波导的输出端与对应mz型干涉幅度调制器的合波的等分y分支光波导的两个输入端对应连接，两个所述合波的等分y分支光波导的输出端与合波的高低位合波等分y分支光波导的两个输入端对应连接，所述高低位合波等分y分支光波导的输出端连接有输出模场耦合光波导；所述电光调制光波导上均设置有控制相位变化的与外接射频信号源相连接的射频控制电极。

作为优选，所述输入模场耦合光波导、非等分y分支光波导、高低位合波等分y分支光波导、分波的等分y分支光波导、电光调制光波导、射频控制电极、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、非等分y分支光波导、高低位合波等分y分支光波导、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。

作为优选，每个所述分波的等分y分支光波导和合波的等分y分支光波导连接的光路上还设置有用于静态补偿的能与外接直流电源电性连接的第一静态偏置电极。

作为优选，两个所述合波的等分y分支光波导的输出端与高低位合波等分y分支光波导的输入端所连接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第二静态偏置电极。

作为优选，所述高位mz型干涉幅度调制器设置的射频控制电极是能与外接高位射频信号源电性连接的高位射频电极。

作为优选，所述低位mz型干涉幅度调制器设置的射频控制电极是能与外接低位射频信号源电性连接的低位射频电极。

作为优选，所述非等分y分支光波导是按照2:1比例进行分支设置的。

作为优选，所述非等分y分支光波导两分支夹角的角度范围是0.001-10°。

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非等分y分支波导导入，分别经高位mz干涉型幅度调制器、低位mz干涉型幅度调制器、高低位合波等分y分支波导后汇合经输出模场耦合光波导输出，形成完整光回路，外接两路射频nrz信号通过高位mz干涉型幅度调制器与低位mz干涉型幅度调制器实现pam4码型光调制，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-输入模场耦合光波导2-非等分y分支光波导3-高低位合波等分y分支光波导4-高位mz型干涉幅度调制器40-分波的等分y分支光波导41-合波的等分y分支光波导42-电光调制光波导5-低位mz型干涉幅度调制器6-输出模场耦合光波导7-射频控制电极8-第一静态偏置电极9-第二静态偏置电极。

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。此外，本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附加图示的方向，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指本发明必须具有的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例如图1中所示，一种用单光源双nrz调制实现pam4码的光芯片，包括通过输入模场耦合光波导1与光源相连接导通的用于分波的非等分y分支光波导2、能产生nrz信号的nrz组件、用于合波的高低位合波等分y分支光波导3，所述非等分y分支光波导2、nrz组件、高低位合波等分y分支光波导3依次连接并相互光导通；所述nrz组件包括高位mz型干涉幅度调制器4、低位mz型干涉幅度调制器5，非等分y分支光波导2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1与单个的连续激光光源相耦合，耦合后的光，在非等分y分支光波导2中就形成了两个不等幅度输出，所述非等分y分支光波导2是优选为按照2:1比例进行分支设置的，其两分支的夹角在0.001-10°的范围内时，就能有效的减小y分支造成的光损耗，保证光的传输效率以及较好的模式分离，在确定y分支两分支的夹角后，2:1比例就可以按照光功率、光波导的宽度、在光传播方向上的传播角度等不同方式来设置，使得高位输出功率是低位输出功率的2倍。同时高低位合波等分y分支光波导3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mz型干涉幅度调制器的输出端对应连接，并叠加形成pam4调制码型光信号，高低位合波等分y分支光波导3的输出端将调制成pam4码型的光信号输出。所述高位mz型干涉幅度调制器4是由高位差分式电光相位调制器构成的，所述低位mz型干涉幅度调制器5是由低位差分式电光相位调制器构成的，电光相位调制具有宽调制带宽、低传输损耗、小啁啾、低噪声等特点，具有增大系统的动态解调范围,降低探测信号的噪声水平等优势，所述高位mz型干涉幅度调制器4和低位mz型干涉幅度调制器5均包括分波的等分y分支光波导40、两个作为差分电光相位调制臂的电光调制光波导42、合波的等分y分支光波导41，高位mz型干涉幅度调制器4外接高位输入nrz射频信号对电光调制光波导42中传输的光实现相位调制，并通过其两个电光调制光波导42的相位差形成高位mz干涉型幅度nrz调制信号光，低位mz型干涉幅度调制器5外接低位输入nrz射频信号对电光调制光波导42中传输的光实现相位调制，并通过其两个电光调制光波导42的相位差形成低位mz干涉型幅度nrz调制信号光，每个所述分波的等分y分支光波导40的输入端与非等分y分支光波导2的输出端对应连接，每个所述分波的等分y分支光波导40的两个输出端与两个电光调制光波导42的输入端对应相连接，且该两个电光调制光波导42的输出端与对应mz型干涉幅度调制器的合波的等分y分支光波导41的两个输入端对应连接，两个所述合波的等分y分支光波导41的输出端与合波的高低位合波等分y分支光波导3的两个输入端对应连接，所述合波的高低位合波等分y分支光波导41的输出端连接有输出模场耦合光波导6；这样就形成完整的光的通路，即单个连续激光光源发出的光经过输入模场耦合光波导1进入后，经过非等分y分支光波导2的分波，非等分y分支光波导2的高位输出与高位mz型干涉幅度调制器4的输入连接，高位mz型干涉幅度调制器4的输出与高低位合波等分y分支光波导3的高位输入连接，非等分y分支光波导2的低位输出与低位mz型干涉幅度调制器5的输入连接，低位mz型干涉幅度调制器5的输出与高低位合波等分y分支光波导3的低位输入连接，通过高低位合波等分y分支光波导3后形成pam4码型的光信号，最后通过输出模场耦合光波导6输出。所述电光调制光波导42上均设置有控制相位变化的与外接射频信号源相连接的射频控制电极7，这样外接的连续激光通过输入模场耦合光波导1与非等分y分支光波导2后，经高位mz型干涉幅度调制器4和低位mz型干涉幅度调制器5调制、由高低位合波等分y分支光波导3汇合经输出模场耦合光波导6输出，形成完整光回路。外接的两路射频nrz信号通过高位mz型干涉幅度调制器4与低位mz型干涉幅度调制器5实现pam4码型光调制。在按照2:1比例对输入激光进行分配的情况下，输入的在射频控制电极7上的电信号和输出的光幅度如下表所示：

表一

其中，c为输入信号值为1时对应的输入光功率。

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1、非等分y分支光波导2、高低位合波等分y分支光波导3、分波的等分y分支光波导40、电光调制光波导42、射频控制电极7、合波的等分y分支光波导41、输出模场耦合光波导6是集成在同一光芯片上的，其中输入模场耦合光波导1、非等分y分支光波导2、高低位合波等分y分支光波导3、分波的等分y分支光波导40、合波的等分y分支光波导41、输出模场耦合光波导6是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。射频控制电极7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42隔离，电极走向与电光调制光波导42平行，该电极在制作时与电光调制光波导42集成在同一光芯片上。在光经过电光调制光波导42时，通过射频控制电极7的调制，通过电光调制光波导42后光的相位幅度就产生变化，高位的两个电光调制光波导42通过合波的等分y分支光波导41汇合相干叠加，形成高位的nrz幅度调制信号；低位的两个电光调制光波导42通过合波的等分y分支光波导41汇合相干叠加，形成低位的nrz幅度调制信号，最后再经过高低位合波等分y分支光波导3的合波后通过输出模场耦合光波导6输出，就实现了pam4信号的输出。

进一步的改进，如图1中所示，每个所述分波的等分y分支光波导40和合波的等分y分支光波导41连接的光路上还设置有用于静态补偿的能与外接直流电源电性连接的第一静态偏置电极8，这样就可以解决由于电光调制光波导42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。而为了得到精确的pam4信号，两个所述合波的等分y分支光波导41的输出端与高低位合波等分y分支光波导3的输入端所连接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第二静态偏置电极9，用于调整高低位调制输出的相位平衡，进一步消除由于材料不均匀或生产中造成的折射率微小偏差而导致的信号偏差，使得产生的pam4码型信号更加精确，此时第一静态偏置电极8、第二静态偏置电极9和射频控制电极7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。在第一静态偏置电极8和第二静态偏置电极9上外接的直流电源是独立调整的直流电源，能各自独自进行调节，彼此不会产生影响。独立设置的静态偏置电极可以方便的实现光路上高低位信号相位的静态精细调整,保证良好的消光比。

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。