一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片及其应用系统的制作方法

本发明属于光子集成，尤其涉及一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片及其应用系统。

背景技术：

1、随着信号速率的增加，高速信号的趋肤效应和传输线的介质损耗，使信号在传输过程中受损很大，此外，当信号经过无源链路时，由于信道损耗、阻抗不连续（如反射、回损）、其它信道的干扰（如串扰）等，信号完整性受到破坏、信噪比降低，以至于信号传递可能出现误码。为了在接收终端能得到比较好的波形，就需要对受损的信号通过均衡器进行均衡补偿。

2、均衡器实际上是一个高通滤波器，可以通过数字有限冲击响应滤波器模型或模拟有限冲击响应滤波器模型实现，但受限于模数转换器速度以及电子延迟线带宽，基于电子技术实现均衡器的信号速率在提升时受到限制。而光子技术因具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势，为光子辅助电子信号处理提供了一种技术选择，特别是光子集成技术，具有光子技术优势的同时，可以实现小尺寸集成。基于光子技术实现信号的均衡技术目前已经有相关研究报道，但具体的光子均衡芯片方案还少有研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片及其应用系统，通过调节光子均衡单元中微环谐振器谐振特性及微环谐振器间移相器的相位实现光子均衡单元光域频谱响应重构，从而通过光域均衡补偿传输信道的非理想传输响应。具有损耗低、动态范围大等优势，可降低接收端对电域均衡的需求。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明实施例第一方面提供了一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，所述基于光域均衡的硅光阵列发射芯片由电光调制器阵列、光子均衡阵列及波分复用器一体化集成，其中：

4、电光调制器阵列，包括m个相同的电光调制器，每个电光调制器具有1个电输入端、1个光输入端及1个光输出端；所述m个电光调制器的光输入端为所述硅光阵列发射芯片的光输入端，用于分别接收波长不同的外部光载波信号；所述m个电光调制器的电输入端用于分别接收外部待调制数据信号，m个待调制数据信号通过所述m个电光调制器分别调制输入到电光调制器的外部光载波信号，得到m个调制光信号；

5、光子均衡阵列，包括m个具有相同结构的光子均衡单元，每个光子均衡单元具有1组电输入端、1个光输入端及1个光输出端。每个光子均衡单元包括n个微环谐振器及n-1个延时移相器，且n个微环谐振器及n-1个延时移相器通过1个直通波导及1个耦合波导串连连接，延时移相器位于直通波导上相邻两个微环谐振器之间。每个光子均衡单元中，第一个微环谐振器的直通波导输入端为所述光子均衡单元的光输入端，最后一个微环谐振器的耦合波导输出端为所述光子均衡单元的光输出端。1组电输入端用于接收均衡控制信号，均衡控制信号通过控制n个微环谐振器的耦合系数及n-1个延时移相器的相位，将单个调制光信号按不同耦合系数及延时移相量耦合到耦合波导中，得到光域均衡光信号。

6、波分复用器，包括m个光输入端及1个光输出端，所述波分复用器的光输入端分别连接m个光子均衡单元的光输出端，用于将m个光域均衡光信号合为一路光域均衡波分复用光信号。所述波分复用器的输出端为所述硅光阵列发射芯片的光输出端，用于将所述光域均衡波分复用光信号送入信号传输介质中。

7、优选地，所述基于光域均衡的硅光阵列发射芯片基于硅基集成工艺集成。

8、进一步地，所述电光调制器中m个电光调制器可以为马赫-曾德尔调制器、iq调制器、微环调制器等。

9、优选地，所述光子均衡阵列中每个光子均衡单元中n个微环谐振器具有相同的半径，且微环谐振器的谐振波长与输入对应电光调制器的光载波信号波长相同，即m个光子均衡单元分别对应m个波长不同的光载波信号。

10、进一步地，所述光子均衡单元中延时移相器由一段长为的延时波导以及移相器串联组成，其中c为光在真空中速度，nw为延时波导有效折射率，为待卷积信号即待调制数据信号单个符号持续时间，sm为待卷积信号符号速率。

11、优选地，所述移相器为热控移相器或电控移相器等。

12、进一步地，所述每个光子均衡单元中n个微环耦合器耦合系数及n-1个延时移相器中n-1个移相器的移相量确定方法为：

13、首先根据每个信道频谱响应特性确定光子均衡单元n个抽头系数及对应相位，每个光子均衡单元中n个微环谐振器耦合系数分别对应光子均衡单元的抽头系数；第2到第n个抽头系数对应相位减去第1个抽头系数对应相位后，得到一个由n-1个相位组成的一维相位矩阵，光子均衡单元中第一个移相器移相量为一维相位矩阵第一个元素对应相位，光子均衡单元中第n个移相器的移相量为一维相位矩阵中第n个元素对应相位减去第1到第n-1个移相器移相量之和，n=2,3,4…,n。

14、进一步地，所述波分复用器结构为栅格滤波器结构或阵列波导光栅结构；所述波分复用器的通道中心频率分别与光载波信号频率一一对应。

15、本发明提供了一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片的应用系统，所述应用系统包括：

16、上述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，包括电光调制器阵列，光子均衡阵列和波分复用器；

17、激光器阵列，包含m个激光器，用于提供m个波长不同的光载波信号并分别输入至电光调制器阵列中m个电光调制器的光输入端；

18、数字信号处理单元，用于产生m路待调制数据信号，并将m路待调制光信号分别输入到电光调制器阵列中m个电光调制器的电输入端；

19、均衡控制单元，用于根据均衡参数分别控制光子均衡阵列中m个光子均衡单元中微环谐振器的耦合系数及移相器的相位，所述均衡控制单元与所有光子均衡单元的1组电输入端连接；

20、所述电光调制器阵列通过其光输入端分别接收激光器阵列产生的m个波长不同的光载波信号，数字信号处理单元输出的m路待调制数据信号通过电光调制器阵列电输入端传输到电光调制器处对光载波分别调制，得到m路调制光信号；所述光子均衡阵列中m个光子均衡单元根据数字信号处理单元输出的均衡控制信号分别对m路调制光信号实现光域均衡，得到m路光域均衡调制光信号；所述波分复用器将m路光域均衡光信号波分复用为一路光域均衡波分复用光信号，并传输给外部传输介质。

21、进一步地，所述阵列发射芯片支持的待调制数据信号调制格式为直调格式、相干格式。

22、本发明的有益效果是：

23、（1）本发明基于级联微环谐振器与延时移相器实现光子均衡器，光子均衡器频率响应动态可调，且相对传统光子均衡器具有较低的损耗，较大的动态范围；

24、（2）本发明在光域实现宽带发射信号的均衡，基于光子技术大带宽特性，支持高速光信号的光域均衡，可有效降低接收单元信号处理需求；

25、（3）本发明将低损耗的光子均衡单元与波分复用器单片集成，可支持多通道同时均衡，并基于波分复用技术增大信号传输速率。

技术特征：

1.一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，所述基于光域均衡的硅光阵列发射芯片由电光调制器阵列、光子均衡阵列及波分复用器一体化集成，其中：

2.根据权利要求1所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，所述基于光域均衡的硅光阵列发射芯片基于硅基集成工艺集成。

3.根据权利要求1所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，所述电光调制器为马赫-曾德尔调制器、iq调制器或微环调制器。

4.根据权利要求1所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，所述光子均衡单元中n个微环谐振器具有相同的半径，且微环谐振器的谐振波长与输入对应电光调制器的光载波信号波长相同。

5.根据权利要求1所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于， 所述延时移相器由一段长为的延时波导以及移相器串联组成，其中c为光在真空中速度，nw为延时波导有效折射率，为待卷积信号单个符号持续时间，sm为待卷积信号符号速率。

6.根据权利要求5所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，所述移相器为热控移相器或电控移相器。

7.根据权利要求1所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，每个光子均衡单元中n个微环耦合器耦合系数及n-1个延时移相器中n-1个移相器的移相量确定方法为：

8.根据权利要求1所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片，其特征在于，所述波分复用器结构为栅格滤波器结构或阵列波导光栅结构；所述波分复用器的通道中心频率分别与外部光载波信号频率一一对应。

9.一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片的应用系统，其特征在于，所述应用系统包括：

10.根据权利要求9所述的基于光域均衡的硅光阵列发射芯片的应用系统，其特征在于，所述基于光域均衡的硅光阵列发射芯片支持的待调制数据信号调制格式为直调格式、相干格式。

技术总结
本发明公开了一种基于光域均衡的硅光阵列发射芯片及其应用系统，适用于光通信领域的数据发射端。本发明通过光子集成技术将电光调制器、光子均衡单元与波分复用器一体化集成在芯片主体上。通过调节光子均衡单元中微环谐振特性及微环间移相器的相位实现光子均衡单元光域频谱响应重构，从而通过光域均衡补偿传输信道的非理想传输响应；在此基础上，将光域均衡后的信号通过波分复用器合为一路波分复用信号，实现单光纤大容量信号传输。本发明基于多个微环与移相器级联实现单通道光域均衡，损耗低、动态范围大，可降低接收端对电域均衡的需求。

技术研发人员：郭清水,尹坤,余辉,张强,刘硕
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17