硅基调制深度可调双级联调制器及其微波光子链路高线性方法技术

本发明专利技术公开了一种硅基调制深度可调双级联调制器及其微波光子链路高线性方法，该方法通过两个基于载流子耗尽型的硅基MZM1、MZM2和一个TROPS；TROPS级联在MZM1和MZM2之间。激光器输出的光信号经过偏振控制器，通过光纤耦合器耦合到DSMZMs，调制小信号通过50/50的EPS加载DSMZMs上，在链路接收端用光电二极管直接检测。调整TROPS的分配比γ控制MZM2的调制深度，同时调控MZM1和MZM2直流反偏电压以及偏置工作点，使两个调制器中的IMD3信号相互抑制，从而实现了基于硅基调制器的高线性微波光子链路，并从理论上详细推导分析了DSMZMs的FH和IMD3信号变化与反偏直流电压以及γ之间的关系。

Silicon based depth adjustable double cascaded modulator and its high linearity method of microwave photon link

【技术实现步骤摘要】
硅基调制深度可调双级联调制器及其微波光子链路高线性方法
本专利技术涉及一种硅基调制深度可调双级联调制器及基于该硅基调制深度可调双级联调制器的微波光子链路高线性方法，特别涉及一种包含可调分配比光功分器(tunable-ratioOpticalPowerSplitter，TROPS)的双级联马赫曾德尔调制器(Dual-seriesMach-ZehnderModulators，DSMZMs)的微波光子链路高线性度方法。
技术介绍
近年来，融合了微波技术和光波技术的微波光子技术在有线电视、光纤无线系统等方面得到了广泛应用。它主要研究如何利用光电子学的器件和方法来实现微波/毫米波信号的产生、传输分配、处理等。随着技术的发展，微波光子技术在实现更高速度、带宽、处理能力及动态范围的同时，要求器件和系统具有尺寸小、重量轻、功耗低及更强的电磁干扰抗性。而在模拟光链路中，需要通过调制器，如马赫-曾德尔调制器(Mach-ZehnderModulators,MZM)、微环调制器(RingModulator,RM)等，将微波信号调制到光载波上进行传输。虽然光纤链路的传输损耗已经很低，但其中的电光和光电转换仍会引入额外的损耗。同时，在电光和光电转换的过程中链路还存在两种重要的影响因素，即链路噪声和非线性失真。要实现高保真度传输，模拟光链路需要具有高线性度和低噪声。然而由于调制器固有的非线性响应，会产生高次谐波和交调分量，其中位于系统通带内的三阶交调(the3rdintermodulationdistortion,IMD3)对微波链路影响最大，会极大降低微波光子链路的动态范围(Spurious-Free-Dynamic-Range,SFDR)。无杂散动态范围是综合了微波光子链路的线性度和噪声、增益的一个性能指标，可以定义为是从输入基频信号功率与噪声功率相等的输入射频功率点开始，到n阶非线性失真功率等于噪声功率时的输入射频信号功率之间的范围。有些定义中，会将n阶非线性失真特定为n阶交调失真，而该定义实际上对n阶谐波失真也是一样适用的。目前提高微波光子链路动态范围的方法主要集中在调制器非线性抑制上，调制器非线性抑制方法主要有两类。第一类是提高光功率或者降低噪声从而提高信噪比，这一类方法总体上是通过降低链路的噪声系数，改善动态范围的下限。另一类方法是通过抑制链路中的非线性失真，达到改善动态范围上限的目的。这一类方法通过抑制非线性失真改善动态范围上限、提高链路性能，被称为线性化方法。线性化技术研究是当前热点的前沿研究方向。承担光电转换的电光调制器是系统微波链路的关键器件，其传输函数的非线性会给链路带来失真，影响微波链路的线性度。在多种硅基电光调制器中，基于马赫曾德尔干涉结构的硅基MZM由于其高速、高消光比、低插入损耗以及制作简单等优点在微波光子链路中应用最多，国内外的研究针对硅基MZM的高线性微波光子链路提出了多种抑制IMD3的线性化方案，例如，通过改变硅基调制器中调制臂的掺杂浓度来改变光场与电场的交叠区域实现高线性链路；也有使用光学非线性DC-Kerr效应来补偿硅基调制器中载流子和正弦调制曲线的非线性，但是这两种办法改变了芯片代工厂的工艺流程，提高了芯片加工的复杂度与成本。另外，仿照并联MZM结构的铌酸锂高线性调制器的实现原理，也有通过调节硅基并联MZM的光功率分配比、偏置工作点以及调制小信号的光功率分配比来实现硅基高线性调制器，但是这种办法的操作复杂度较高，监测与控制变量较多。目前，级联硅基MZM还没有类似报道，尤其是包含可调分配比光功分器的级联MZM更是在其他材料调制器中也未有报道。本专利技术的包含可调功分器的双级联调制器在固定其工作点后，调控光功分器的功率分配比就可以实现高线性硅基调制器，相比并联结构的硅基MZM，该结构不需要过多的监测点以及不需要控制调制小信号的分配比，大大减小了控制的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅基调制深度可调双级联调制器及基于该硅基调制深度可调双级联调制器的微波光子链路高线性方法。本专利技术的技术方案如下：一种硅基调制深度可调双级联调制器包括：一个基于载流子耗尽型的硅基MZM1、一个基于载流子耗尽型的硅基MZM2和一个TROPS；且所述的TROPS级联在MZM1和MZM2之间。作为本专利技术的优选方案，所述的TROPS为马赫曾德尔干涉结构，通过热光效应或电光效应调控。作为本专利技术的优选方案，所述的MZM1是基于载流子耗尽型的硅基马赫曾德尔调制器，包含上下两个等长的PN结调制臂和用来调控偏置工作点的热电极；MZM2是基于载流子耗尽型的硅基马赫曾德尔调制器，包含上下两个等长的PN结调制臂和用来调控偏置工作点的热电极。本专利技术还公开了一种基于所述硅基调制深度可调双级联调制器的微波光子链路高线性方法，其包括如下步骤：1)单波长激光器输出光信号通过光纤耦合器耦合到MZM1上，双音调制小信号经过功率分配比为50/50的电功率功分器(ElectricalPowerSplitter,EPS)同时加载在MZM1和MZM2上；2)调控MZM1和MZM2的反向偏置电压VDC1和VDC2使其工作在PN结反偏区，同时调整MZM1和MZM2的热电极HTR1和HTR2，使MZM1和MZM2分别工作在π/2和-π/2偏置点；此时，MZM1和MZM2都工作在一阶谐波最大值，则微波链路中一阶谐波信号最大，而经过DSMZMs被双音调制小信号调制产生的IMD3信号并未达到最小值；3)调节TROPS上下臂的光相位差来控制通过MZM2上下臂的光功率的分配比γ调控MZM2的调制深度，记录FH/IMD3的功率差ΔP，单位为dB；4)在PN结调制臂工作在反偏区以及MZM1和MZM2工作在π/2和-π/2偏置点的基础上，循环步骤2)和3)，在不同VDC1和VDC2下，调控TROPS的分配比γ，直到使得ΔP达到最大，即此时达到调制器的最大线性点，从而实现了基于硅基调制器的高线性微波光子链路。相比于通过加工工艺或者调控调制信号分配比来提高硅基调制器的线性度，本专利技术的有益效果是，在不改变芯片代工厂工艺参数以及流程的前提下，通过简单地调控第二级调制器之前的光功分器分配比来连续调控MZM2的调制深度，不用调控调制信号的功率分配比，在能找到调制器的最佳线性工作点的前提下，大大降低了链路复杂度。这种方法既不用因为工艺改变而带来加工复杂度和成本，也不用因为调控高速调制信号而带来设计复杂度，仅通过改变第二级调制器的上下臂光功率分配比即可实现基于高线性硅基调制器的高线性微波光子链路。由于该芯片制造工艺基于CMOS工艺，即可以将光子芯片和电子芯片做在同一块芯片上，这样做可以将外围的控制芯片与其集成在同一块芯片上，大大减低了整个系统的尺寸与功耗，也节省了生产成本。附图说明图1是本专利技术的调制器结构示意图。图2是热电极与调制臂中PN结结构的横截面示意图。图3是DSMZMs基于文献(Q.Zhang,H.Yu,H.Jin,T.Qi,Y.Li,J.Yang,and本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基调制深度可调双级联调制器，其特征在于包括：一个基于载流子耗尽型的硅基MZM1、一个基于载流子耗尽型的硅基MZM2和一个TROPS；且所述的TROPS级联在MZM1和MZM2之间，通过改变TROPS的分配比γ控制MZM2的调制深度。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅基调制深度可调双级联调制器，其特征在于包括：一个基于载流子耗尽型的硅基MZM1、一个基于载流子耗尽型的硅基MZM2和一个TROPS；且所述的TROPS级联在MZM1和MZM2之间，通过改变TROPS的分配比γ控制MZM2的调制深度。


2.根据权利要求1所述的硅基调制深度可调双级联调制器，其特征在于所述的TROPS为马赫曾德尔干涉结构，通过热光效应或电光效应调控。


3.根据权利要求1所述的硅基调制深度可调双级联调制器，其特征在于所述的MZM1是基于载流子耗尽型的硅基马赫曾德尔调制器，包含上下两个等长的PN结调制臂和用来调控偏置工作点的热电极；MZM2是基于载流子耗尽型的硅基马赫曾德尔调制器，包含上下两个等长的PN结调制臂和用来调控偏置工作点的热电极。


4.一种基于权利要求1所述的硅基调制深度可调双级联调制器的微波光子链路高线性方法，其特征在于包括如下步骤：
1)单波长激光器输出光信号通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：余辉，张强，傅志磊，夏鹏辉，王肖飞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33