本申請(qǐng)涉及一種具有馬赫-詹德調(diào)制器(mach-zehndermodulator，mzm)的光傳送器及其操作方法；特別涉及一種光傳送器的mzm的無振動(dòng)偏壓控制(dither-freebiascontrol)技術(shù)及其操作方法。

背景技術(shù)：

模擬、振幅調(diào)制的光學(xué)通信系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)越來越引起關(guān)注。相比于數(shù)字系統(tǒng)，模擬通信系統(tǒng)提供有效使用帶寬(bandwidth)。這對(duì)于需要經(jīng)由光纖傳送許多視頻頻道的有線電視(cabletelevision，catv)傳送系統(tǒng)的應(yīng)用特別有用。此外，傳送容量日益增加的需求以及光學(xué)通信系統(tǒng)中的帶寬(spectralbandwidth)的許多限制，造成“頻譜效率(spectrallyefficient)”調(diào)制格式的使用。這一調(diào)制格式通常以更高階的光學(xué)調(diào)制為基礎(chǔ)。

關(guān)于有線電視(catv)應(yīng)用，外部調(diào)制傳送器應(yīng)用于傳送距離大于30km，因而系統(tǒng)效能不受到光纖色散(fiberchromaticdispersion)與激光啁啾(laserchirp)交互作用所產(chǎn)生的非線性失真(nonlineardistortions，nlds)限制。雖然越來越多需要較高信號(hào)逼真度(signalfidelity)的模擬通道被收回且被數(shù)字正交振幅調(diào)制(quadratureamplitudemodulation，qam)頻道取代，然而信號(hào)噪聲比(signal-to-noiseratio，snr)需求并不因而降低。通過最新的docsis3.1標(biāo)準(zhǔn)，高達(dá)4096-qam的較高階qam被提出以增加頻譜利用，因此需要具有較佳snr的連接效能以支持較高階的調(diào)制格式。例如，對(duì)于docsis3.14096-qam信號(hào)，需要電性背靠背(back-to-back)nsr是34db，而對(duì)于docsis3.0256-qam信號(hào)則是28db。通常，光學(xué)鏈接的所需的snr比電性背靠背需求高約10db。換言之，支持4096-qam傳送的光學(xué)鏈接的理想snr約為～44db。

盡管不具有激光啁啾(laserchirp)，光強(qiáng)度調(diào)制器(例如鈮酸鋰基(linbo3-based)mzm)仍限制snr，這是由于調(diào)制器本身轉(zhuǎn)移函數(shù)的非線性造成nld。如圖1所示，背景技術(shù)在施加的調(diào)制信號(hào)與鈮酸鋰基mzm之間使用三階預(yù)失真電路，以抑制三階nld(也已知為catv產(chǎn)業(yè)中的復(fù)合三次沖擊(compositetriplebeat，ctb))。同時(shí)，鈮酸鋰基mzm偏壓在其正交點(diǎn)而完全抑制偶數(shù)階nld(也已知為catv產(chǎn)業(yè)中的復(fù)合二階(compositesecondorder，cso)。因此，在catv外部調(diào)制的光傳送器中使用鈮酸鋰基mzm可通過設(shè)置預(yù)失真電路與鈮酸鋰基mzm偏壓控制器而符合嚴(yán)格的失真要求。

至于>100gb/s的高速光學(xué)傳輸技術(shù)，傳送距離受到光纖色散(cd)與增加的數(shù)據(jù)速度的偏極化模式色散(polarizationmodedispersion，pmd)限制。長(zhǎng)距離系統(tǒng)中使用的cd與pmd補(bǔ)償技術(shù)對(duì)于存取網(wǎng)絡(luò)并不具吸引力，對(duì)于>100gb/s技術(shù)已經(jīng)提出并且討論具有較高頻譜效率的進(jìn)階調(diào)制格式，例如離散多音調(diào)(discretemulti-tone，dmt)與四階脈沖振幅調(diào)制(pam4)。再者，隨著進(jìn)階調(diào)制格式的導(dǎo)入，元件頻寬的要求降低有助于符合現(xiàn)場(chǎng)布建(fielddeployment)的經(jīng)濟(jì)考慮。

dmt技術(shù)使用許多均勻頻率間隔的子載體傳送數(shù)據(jù)，并且通過各個(gè)子載體攜載高階正交振幅調(diào)制(qam)信號(hào)。根據(jù)對(duì)于各個(gè)子載體的可獲得的系統(tǒng)snr，適應(yīng)調(diào)制qam調(diào)制階層(qammodulationorder)。如上所述，此配置類似于catv存取網(wǎng)絡(luò)的docsis3.1所用的存取技術(shù)。然而，相比于對(duì)于二位不歸零(non-return-to-zero，nrz)調(diào)制格式的較大非線性耐受度，dmt方法需要高線性系統(tǒng)以維持足夠的snr(或是準(zhǔn)確的sndr，信號(hào)噪聲及失真比例)。雖然通過沃特非線性濾波器(volterranonlinearfilter)的數(shù)字信號(hào)處理(dsp)可補(bǔ)償nld，線性元件的使用或是在其最大線性區(qū)中操作元件有助于降低dsp的電力消耗。

同樣地，為了防止光纖色散與激光啁啾(laserchirp)交互作用所產(chǎn)生的nld，使用光強(qiáng)度調(diào)制器替換直接調(diào)制激光(directmodulationlaser，dml)。然而，應(yīng)注意操作光強(qiáng)度調(diào)制器，以防止來自調(diào)制器自身的nld(如已知的dmt技術(shù)的ssii，子載體對(duì)子載體交互混合干擾)，其可能降低可獲得的sndr。

pam4調(diào)制是二位元nrz信號(hào)的波特率(baudrate)的一半，因此這一調(diào)制格式也有助于>100gb/s光學(xué)傳輸。當(dāng)通過增加額外的信號(hào)階層以增加頻譜效率時(shí)，相比于二位元nrz，其間的間隔的信號(hào)階層減少3倍。因此，pam4更容易受到噪聲，且所需的snr增加也為使用pam4調(diào)制的缺點(diǎn)。線性也為眼圖開度(eyeopening)的重要系數(shù)，且應(yīng)謹(jǐn)慎管理對(duì)于pam4調(diào)制的光強(qiáng)度調(diào)制器非線性誘發(fā)的沖擊。

圖2a是一示意圖，其說明鈮酸鋰基mzm的正弦電-光(e/o)轉(zhuǎn)移函數(shù)與電性pam4眼圖以及所造成的輸出光強(qiáng)度變化。多階層pam信號(hào)的輸出眼圖開度(outputeyeopening)受到系統(tǒng)中的線性控制。如圖2a所示，當(dāng)鈮酸鋰基mzm偏壓在正交點(diǎn)(空心圓為mzm偏壓點(diǎn))時(shí)，由于相對(duì)于該正交點(diǎn)的正弦對(duì)稱性質(zhì)，垂直高度vh10(從階層1至階層0的眼圖開度)與vh32(從階層3至階層3的眼圖開度)為相等。然而，通過轉(zhuǎn)移曲線的非線性而使峰至峰信號(hào)擺幅飽和，因而在線性區(qū)中的垂直高度vh21(從階層2至階層1的眼圖開度)大于飽和區(qū)中的vh10與vh32。在施加調(diào)制信號(hào)至mzm之前，可能需要在圖1中的的預(yù)失真電路或在數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(dca)中間階層調(diào)整，因而可達(dá)成對(duì)于最佳可獲得的snr的相等信號(hào)階層間隔(即vh21＝vh10＝vh32)。

圖2b為鈮酸鋰基mzm的輸出端口的pam4眼圖，其偏壓在半功率點(diǎn)(歸一化的光強(qiáng)度為0.5)，其中施加的信號(hào)擺幅顯然不在最佳線性區(qū)的。不對(duì)稱的偏壓點(diǎn)導(dǎo)致不相同的垂直高度(即vh32>vh10)，最大可獲得的snr因而降低。在圖2c中可看到類似的snr降低，其顯示偏壓在半功率點(diǎn)的眼圖。因此，關(guān)于dmt與pam4調(diào)制權(quán)利要求的鈮酸鋰基mzm的操作原理類似于用于catv的操作原理。鈮酸鋰基mzm應(yīng)偏壓在對(duì)稱的正交點(diǎn)(或是半功率點(diǎn))，以完全抑制偶數(shù)階的nld，并且導(dǎo)入預(yù)失真以緩和殘留的奇數(shù)階。因此，通過鈮酸鋰基mzm的線性化方案達(dá)成最佳可獲得的snr。

由于廣泛的頻寬、低啁啾(chirp)與低光插耗損(opticalinsertionlose)，多年來，已將鈮酸鋰基mzm使用于外部調(diào)制的傳送器中。進(jìn)入mzm的cw光分為兩條光學(xué)路徑。在兩條光學(xué)路徑結(jié)合并且彼此干擾之前，通過施加的電子信號(hào)，調(diào)制兩條光學(xué)路徑中(或是一條光學(xué)路徑中)的光學(xué)相位偏移。在mzm輸出端口所得到的光強(qiáng)度是兩條光學(xué)路徑之間相差的上升正弦或是上升余弦函數(shù)，而該相差(以及波導(dǎo)的有效折射率變化)與進(jìn)入linbo3波導(dǎo)的所施加的電子信號(hào)成正比。

在所施加的調(diào)制電壓與調(diào)制光功率之間，馬赫-詹德干涉儀(mach-zehnderinterferometer，mzi)誘發(fā)的正弦轉(zhuǎn)移函數(shù)限制鈮酸鋰基mzm傳送器的線性效能，如方程式(1)所示。已知鈮酸鋰基mzm應(yīng)偏壓于正弦轉(zhuǎn)移曲線的正交點(diǎn)，以最小化偶數(shù)階lnd，如以下簡(jiǎn)述的鈮酸鋰基mzm的操作原理。文章(w.i.way,broadbandhybridfiber/coaxaccesssystemtechnologies.sandiego,ca,usa:academic,1998,chapter7)中可得知鈮酸鋰基mzm的操作原理，其全文并入本申請(qǐng)作為參考。

一種商業(yè)可取得的鈮酸鋰基mzm通過例如光定向耦合器(opticaldirectionalcoupler)作為輸出功率結(jié)合器而具有兩個(gè)光學(xué)輸出端口。在輸出端口與互補(bǔ)輸出端口，鈮酸鋰基mzm的靜態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)分別為以下的方程式：

其中，pout,+(t)與pout,-(t)是鈮酸鋰基mzm在輸出端口與互補(bǔ)輸出端口的光強(qiáng)度，pin是cw激光的mzm的輸入功率，la是mzm的插入耗損，vapp(t)是施加至mzm的電子信號(hào)，vπ是180度光學(xué)相偏移的半波電壓，以及φ0是靜態(tài)偏壓相偏移。假設(shè)該所施加的電子信號(hào)包含離散多音調(diào)(discretemulti-tone)rf信號(hào)與dc偏壓電壓vdc如下：

其中，a與ωi是第i通道的振幅與角頻率。從方程式(1)、(3)以及bessel函數(shù)展開(besselfunctionexpansion)，基頻幅值(fundamentalamplitude)可表示如下：

在ωi+ωj，二階交互調(diào)制失真(intermodulationdistortion，imd)的振幅可表示如下：

其中，jn是第一類第n階層bessel函數(shù)。因此，二階imd的振幅變成零，而鈮酸鋰基mzm偏壓在正交點(diǎn)如下所示：

因此，本申請(qǐng)調(diào)整鈮酸鋰基mzm的dc偏壓電壓vdc，以符合方程式(6)的條件，將偶數(shù)階nld最小化。

圖3a說明歸一化的輸出強(qiáng)度為偏壓電壓vdc歸一化為vπ的函數(shù)，其中令φ0＝0以簡(jiǎn)化分析而不失一般性。對(duì)應(yīng)的歸一化基頻功率、mzi誘發(fā)的二階imd功率以及二階imd相位分別為如圖3b、圖3c以及圖3d所示。可觀察得知在正交點(diǎn)(即半功率點(diǎn))的歸一化光強(qiáng)度為0.5，而二階imd功率為最小(即零)。當(dāng)鈮酸鋰基mzm的偏壓稍微偏移正交點(diǎn)時(shí)，mzi誘發(fā)的二階imd顯著增加。此外，二階imd的相位可在偏壓偏移量的不同方向中變化(0或180度)。

維持最佳的snr與/或眼圖開度需要在適當(dāng)條件操作mzm。然而，裝置漂移、操作溫度變化、元件老化以及其他影響均可能造成mzm偏離最佳偏壓點(diǎn)。因此，提出許多控制方法與設(shè)備以維持該mzm一致的操作。偏壓控制方案可分為兩類。一類是施加振幅調(diào)制(amplitudemodulation，am)振動(dòng)信號(hào)的偏壓控制，另一類是無振動(dòng)控制方案。在us5208817、us5321543、us5343324、us5900621、us6392779、us6426822、us6539038、us6570698、us6687451、us7106486、us7184671、us7369290、us7561810、us7715732、us8532499與us8543010的公開內(nèi)容可得知施加振幅調(diào)制(amplitudemodulation，am)振動(dòng)信號(hào)的偏壓控制的細(xì)節(jié)，以及在us7916377的公開內(nèi)容可得知無振動(dòng)控制方案的細(xì)節(jié)，其全文并入本申請(qǐng)作為參考。

在施加振幅調(diào)制(amplitudemodulation，am)振動(dòng)信號(hào)的偏壓控制中，施加低頻am振動(dòng)音調(diào)至mzm的dc偏壓端口中。當(dāng)mzm未受到正確偏壓時(shí)，產(chǎn)生二階諧波失真(harmonicdistortion)(或是交互調(diào)制失真)。在該mzm輸出的二階nld被檢測(cè)到，并且乘以所施加的振動(dòng)音調(diào)的二階諧波。此乘積的符號(hào)表示偏壓偏差的方向，而此乘積的振幅是自最佳偏壓點(diǎn)的偏差。因此，此偏壓控制方案可持續(xù)改變偏壓點(diǎn)，使得mzm可維持最佳操作不受各種環(huán)境影響。

然而，用am振動(dòng)信號(hào)的偏壓控制需要復(fù)雜的電路，其在尺寸與功率消耗難以使用于現(xiàn)代光學(xué)模塊設(shè)計(jì)中。此外，此am振動(dòng)信號(hào)僅用于偏壓控制，并且對(duì)于調(diào)制信號(hào)而言是干擾。us6570698的公開內(nèi)容提出使用相位調(diào)制器或是cw激光以抑制在該mzm的輸出的am振動(dòng)，其全文并入本申請(qǐng)作為參考。

在無振動(dòng)控制方案中，可通過在該光調(diào)制器的兩個(gè)輸出端口的光分接器(opticaltaps)減去監(jiān)視器光二極管信號(hào)以產(chǎn)生誤差信號(hào)(errorsignal)。通過最小化誤差信號(hào)而調(diào)整mzm的偏壓點(diǎn)。然而，這一誤差信號(hào)的零點(diǎn)發(fā)生在半功率點(diǎn)，其中來自兩個(gè)互補(bǔ)輸出分支(包含分接器、監(jiān)視器光二極管以及光功率檢測(cè)電路)的所檢測(cè)的光功率相等。

如前文所述硅基mzm的失真特性，為了達(dá)到最小的偶數(shù)階nld，硅基mzm的偏壓點(diǎn)應(yīng)稍微自半功率點(diǎn)偏移。就失真效能方面，us7916377公開內(nèi)容所揭露的偏壓控制方法并不適用于硅基mzm，因而對(duì)于硅基mzm而言，較佳地使用無振動(dòng)偏壓控制方案以任意設(shè)置偏壓點(diǎn)。

上文的“背景技術(shù)”說明僅是提供相關(guān)技術(shù)，并未承認(rèn)上文的“背景技術(shù)”說明公開本申請(qǐng)的目標(biāo)，不構(gòu)成本申請(qǐng)的背景技術(shù)，且上文的“背景技術(shù)”的任何說明均不應(yīng)作為本申請(qǐng)的任一部分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的實(shí)施例提供一種在光傳送器中的mzm的無振動(dòng)偏壓控制(dither-freebiascontrol)及其操作方法。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，一種光傳送器包含一激光源用以產(chǎn)生一光載波信號(hào)；一光調(diào)制器用以調(diào)制一rf輸入信號(hào)至該光載波信號(hào)并且提供rf調(diào)制光信號(hào)于一第一輸出端口和一第二輸出端口上；以及一控制模塊，其考慮一反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上；其中該控制模塊一并考慮在該第一輸出端口上的該rf調(diào)制光信號(hào)的一第一光功率位準(zhǔn)、在該第二輸出端口上的該rf調(diào)制光信號(hào)的一第二光功率位準(zhǔn)、以及該第一光功率位準(zhǔn)與該第二光功率位準(zhǔn)之間的一加權(quán)差，產(chǎn)生該反饋信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊通過以下式子，產(chǎn)生該反饋信號(hào)：

反饋信號(hào)

其中，pout,+(t)代表該第一光功率位準(zhǔn)，pout,-(t)代表該第二光功率位準(zhǔn)，以及w代表一加權(quán)系數(shù)。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊通過使用以下式子，產(chǎn)生該加權(quán)系數(shù)：

其中，φtotal,minnld代表一偏壓相位，其實(shí)質(zhì)具有最小偶數(shù)階非線性失真。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊一并考慮馬赫-詹德(mach-zehnder)干擾誘發(fā)的偶數(shù)階非線性失真以及電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階非線性失真，產(chǎn)生該加權(quán)差。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上控制該光調(diào)制器中傳遞的該rf調(diào)制光信號(hào)的一相位。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊經(jīng)由一熱電冷卻器控制器而控制該光調(diào)制器的一溫度。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊經(jīng)由該光調(diào)制器上的一電極而控制該光調(diào)制器的一偏壓電壓。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊控制來自該激光源的該光載波信號(hào)的一波長(zhǎng)。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊控制該激光源的一溫度。

在一些實(shí)施例中，該控制模塊控制該激光源的一偏壓電流。

在一些實(shí)施例中，該光調(diào)制器是一硅基雙光輸出調(diào)制器，其具有兩個(gè)功率監(jiān)視光二極管，該兩個(gè)功率監(jiān)視光二極管經(jīng)由兩個(gè)定向耦合器而檢測(cè)該第一光功率位準(zhǔn)與該第二光功率位準(zhǔn)；其中該光調(diào)制器、該兩個(gè)功率監(jiān)視光二極管以及該兩個(gè)定向耦合器整合形成于單一芯片上。

在一些實(shí)施例中，該光調(diào)制器是一硅基雙光輸出調(diào)制器，其具有一第一功率監(jiān)視光二極管與一第二功率監(jiān)視光二極管，該第一功率監(jiān)視光二極管經(jīng)由一定向耦合器而檢測(cè)該第一光功率位準(zhǔn)，該第二功率監(jiān)視光二極管則未使用定向耦合器而檢測(cè)該第二光功率位準(zhǔn)；其中該光調(diào)制器、該兩個(gè)功率監(jiān)視二極管以及該定向耦合器整合形成于單一芯片上。

本申請(qǐng)的另一實(shí)施例提供一種光傳送器的操作方法，該操作方法包含步驟：產(chǎn)生一光載波信號(hào)；調(diào)制一rf輸入信號(hào)至該光載波信號(hào)并且提供rf調(diào)制光信號(hào)于一第一輸出端口與一第二輸出端口上；一并考慮在該第一輸出端口的該rf調(diào)制光信號(hào)的一第一光功率位準(zhǔn)、在該第二輸出端口的該rf調(diào)制光信號(hào)的一第二光功率位準(zhǔn)、以及該第一光功率位準(zhǔn)與該第二光功率位準(zhǔn)之間的一加權(quán)差，產(chǎn)生一反饋信號(hào)；以及考慮該反饋信號(hào)，控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上。

在一些實(shí)施例中，產(chǎn)生一反饋信號(hào)的該步驟通過使用以下式子而進(jìn)行：

其中，pout,+(t)代表該第一光功率位準(zhǔn)，pout,-(t)代表該第二光功率位準(zhǔn)，以及w代表一加權(quán)系數(shù)。

在一些實(shí)施例中，該加權(quán)系數(shù)通過使用以下式子而設(shè)定：

其中，φtotal,minnld代表一偏壓相位，其實(shí)質(zhì)上具有一最小偶數(shù)階非線性失真。

在一些實(shí)施例中，該操作方法產(chǎn)生該加權(quán)差時(shí)，一并考慮馬赫-詹德(mach-zehnder)干擾誘發(fā)的偶數(shù)階非線性失真以及電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階非線性失真。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上控制該光調(diào)制器中傳遞的該rf調(diào)制光信號(hào)的一相位。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上經(jīng)由一熱電冷卻器控制器而控制該光調(diào)制器的一溫度。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上經(jīng)由該光調(diào)制器上的一電極而控制該光調(diào)制器的一偏壓電壓。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上控制來自該激光源的該光載波信號(hào)的一波長(zhǎng)。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上控制該激光源的一溫度。

在一些實(shí)施例中，考慮該反饋信號(hào)以控制該光調(diào)制器實(shí)質(zhì)上操作在該光調(diào)制器的一轉(zhuǎn)移特性的一非正交點(diǎn)上控制該激光源的一偏壓電流。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光調(diào)制器的無振動(dòng)偏壓控制技術(shù)，可應(yīng)用于具有硅基mzm的外部調(diào)制傳送器，其中非線性失真(nld)通過硅基mzm的電漿色散效應(yīng)而產(chǎn)生。本申請(qǐng)?zhí)岢鰧⒃摴杌鵰zm的偏壓點(diǎn)自其正交點(diǎn)稍微偏移，因而可產(chǎn)生該馬赫-詹德干擾(mzi)誘發(fā)的偶數(shù)階nld以消除該電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階nld。

此外，本申請(qǐng)也將該無振動(dòng)mzm偏壓控制技術(shù)應(yīng)用于任意調(diào)整且鎖定一光調(diào)制器的偏壓點(diǎn)，因而整合硅基mzm的光傳送器可通過自該正交點(diǎn)偏移而達(dá)到最佳偶數(shù)階nld。本申請(qǐng)?zhí)岢龅臒o振動(dòng)mzm偏壓控制方案可確保對(duì)于各種傳統(tǒng)與具潛力的模擬/數(shù)字光學(xué)傳送系統(tǒng)的光學(xué)mzm的線性操作，其中模擬/數(shù)字光學(xué)傳送系統(tǒng)例如catv子載體多任務(wù)光波系統(tǒng)、光纖載微波(radio-over-fiber)應(yīng)用、具有離散多音調(diào)(discretemulti-tone，dmt)或四階脈沖振幅調(diào)制(pam4)的>100gb/s光傳輸?shù)鹊取?/p>

再者，本申請(qǐng)所提出的無振動(dòng)控制技術(shù)可任意調(diào)整且鎖定mzm的偏壓點(diǎn)，接收器可通過使用這一偏壓控制技術(shù)以調(diào)整多階信號(hào)(例如二位nrz、pam4等)的消光比而將優(yōu)化接收器的靈敏度。

上文已相當(dāng)廣泛地概述本申請(qǐng)的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)，從而使下文的本申請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述得以獲得較佳了解。構(gòu)成本申請(qǐng)的權(quán)利要求目標(biāo)的其它技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)將描述于下文。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，可相當(dāng)容易地利用下文公開的概念與特定實(shí)施例可作為修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或制造過程(工藝)制造方法而實(shí)現(xiàn)與本申請(qǐng)相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)了解，這類等效建構(gòu)無法脫離所附的權(quán)利要求所界定的本申請(qǐng)的精神和范圍。

附圖說明

由以下詳細(xì)說明與附隨圖式得以最佳了解本申請(qǐng)案揭示內(nèi)容的各方面。注意，根據(jù)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施方式，各種特征并非依比例繪示。實(shí)際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特征的尺寸。

圖1為框圖，說明相關(guān)技術(shù)的外部調(diào)制傳送器。

圖2a至圖2c是眼圖，說明相關(guān)技術(shù)經(jīng)由將鈮酸鋰基mzm偏壓在半功率點(diǎn)的pam4信號(hào)。

圖3a至圖3d說明相關(guān)技術(shù)的鈮酸鋰基mzm的歸一化偏壓電壓與輸出特性(歸一化光強(qiáng)度、歸一化基頻功率、歸一化imd2以及imd2相位)的函數(shù)關(guān)系圖。

圖4是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器。

圖5a是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第一輸出光功率強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系圖。

圖5b是圖5a的局部放大圖式。

圖6a是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第二輸出光功率強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系圖。

圖6b是圖6a的局部放大圖式。

圖7a是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第一輸出端口的正斜率誤差信號(hào)的函數(shù)關(guān)系圖。

圖7b是圖7a的局部放大圖式。

圖8a是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第一輸出端口的負(fù)斜率誤差信號(hào)的函數(shù)關(guān)系圖。

圖8b是圖8a的局部放大圖式。

圖9a是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與歸一化光強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系圖。

圖9b是圖9a的局部放大圖式。

圖10a是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與cso及ctb的函數(shù)關(guān)系圖。

圖10b是圖10a的局部放大圖式。

圖11是根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的光傳送器。

符號(hào)說明：

10：光傳送器

10'：光傳送器

11：cw激光

20：光學(xué)裝置

21：光學(xué)模塊

21a：第一輸出端口

21b：第二輸出端口

21c：光輸入

21d：rf電極

21e：dc電極

25a：第一光檢測(cè)器

25b：第二光檢測(cè)器

50：控制模塊

51a：光功率檢測(cè)電路

51b：光功率檢測(cè)電路

53：誤差信號(hào)產(chǎn)生電路

55：pid控制器

57：數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器

60：微控制器

61：驅(qū)動(dòng)器控制電路

63：rf/高速驅(qū)動(dòng)器

65：預(yù)失真電路

67：激光溫度控制器

69：激光偏壓控制器。

具體實(shí)施方式

以下揭示內(nèi)容提供許多不同的實(shí)施例或范例，用于實(shí)施本申請(qǐng)案的不同特征。元件與配置的特定范例的描述如下，以簡(jiǎn)化本申請(qǐng)案的揭示內(nèi)容。當(dāng)然，這些僅為范例，并非用于限制本申請(qǐng)案。例如，以下描述在第二特征上或上方形成第一特征可包含形成直接接觸的第一與第二特征的實(shí)施例，也可包含在該第一與第二特征之間形成其他特征的實(shí)施例，因而該第一與第二特征并非直接接觸。此外，本申請(qǐng)案可在不同范例中重復(fù)元件符號(hào)與/或字母。此重復(fù)為了簡(jiǎn)化與清楚的目的，而非支配不同實(shí)施例與/或所討論體系結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

再者，本申請(qǐng)案可使用空間對(duì)應(yīng)語詞，例如“之下”、“低于”、“較低”、“高于”、“較高”等類似語詞的簡(jiǎn)單說明，以描述圖式中一元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系?？臻g對(duì)應(yīng)語詞用以包含除了圖式中描述的位向之外，裝置于使用或操作中的不同位向。裝置或可被定位(旋轉(zhuǎn)90度或是其他位向)，并且可相應(yīng)解釋本申請(qǐng)案使用的空間對(duì)應(yīng)描述?？衫斫猱?dāng)一特征形成于另一特征或基板上方時(shí)，可有其他特征存在于其間。再者，本申請(qǐng)案可使用空間對(duì)應(yīng)語詞，例如“之下”、“低于”、“較低”、“高于”、“較高”等類似語詞的簡(jiǎn)單說明，以描述圖式中一元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系?？臻g對(duì)應(yīng)語詞用以包含除了圖式中描述的位向之外，裝置于使用或操作中的不同位向。裝置或可被定位(旋轉(zhuǎn)90度或是其他位向)，并且可相應(yīng)解釋本申請(qǐng)案使用的空間對(duì)應(yīng)描述。

本申請(qǐng)涉及一種無振動(dòng)偏壓控制技術(shù)，應(yīng)用于具有馬赫-詹德調(diào)制器的光傳送器及其操作方法。為了使本申請(qǐng)得以被完全理解，以下說明提供詳細(xì)的步驟與結(jié)構(gòu)。顯然，本申請(qǐng)的實(shí)施未限制本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的特定細(xì)節(jié)。此外，不詳細(xì)說明已知的結(jié)構(gòu)與步驟，因而不會(huì)不必要地限制本申請(qǐng)。以下將詳細(xì)描述本申請(qǐng)的較佳實(shí)施例。然而，除了詳細(xì)說明之外，本申請(qǐng)也可廣泛實(shí)施于其他實(shí)施例中。本申請(qǐng)的范圍不限于詳細(xì)說明，并且是由權(quán)利要求定義。

本申請(qǐng)的實(shí)施例是在未施加任何振幅調(diào)制(am)振動(dòng)信號(hào)下，將光調(diào)制器偏壓在任意點(diǎn)的設(shè)備及方法。特別地，本申請(qǐng)應(yīng)用于硅基mzm的線性操作，其可利用相位調(diào)制的電漿色散或是電吸收效應(yīng)。然而，應(yīng)理解本申請(qǐng)所提出的偏壓控制方法并不限于硅基mzm，其可應(yīng)用于其他晶體與材料制成的mzm。

就成本、尺寸與功率消耗而言，許多缺點(diǎn)限制鈮酸鋰基光調(diào)制器使用于現(xiàn)代小型可插入光學(xué)模塊中。利用可擴(kuò)充的cmos技術(shù)，近來已提出且發(fā)展芯片尺寸硅基mzm。因此，可用分離的或是芯片上整合的半導(dǎo)體cw激光與硅基mzm，大幅縮小外部調(diào)制光源的尺寸。此外，硅基mzm的半波電壓vπ大幅小于相同尺寸的鈮酸鋰基mzm的半波電壓，這意味可因而降低硅基mzm驅(qū)動(dòng)器的功率消耗。使用硅基光學(xué)元件，低成本、低功率消耗以及小尺寸可插入收發(fā)器解決方案是可行的。

發(fā)展硅基mzm的一種方式是利用自由載體電漿色散效應(yīng)(freecarrierplasmadispersioneffect)。鈮酸鋰基mzm與硅基mzm之間一主要差別是線性效能。關(guān)于鈮酸鋰基mzm，有效折射率變化(以及因而兩臂之間的相位偏移)與所施加的電性電壓成線性比例；然而，對(duì)于硅基mzm而言，由于電漿色散效應(yīng)，兩者的關(guān)系并非線性?？捎谖恼?f.vacondioetal,asiliconmodulatorenablingrfoverfiberfor802.11ofdmsignals,ieeej.sel.top.quantumelectron.,vol.16,pp.141-148,2010；a.m.gutierrezetal,analyticalmodelforcalculatingthenonlineardistortioninsilicon-basedelectro-opticmach–zehndermodulators,j.lightwavetechnol.,vol.31,no.23,pp.3603-3613,2013)中得知電漿色散效應(yīng)的細(xì)節(jié)，其全文并入本文作為參考并且不再重復(fù)說明。輸出光強(qiáng)度以及硅基mzm的兩臂之間的總相位偏移如以下方程式所示：

其中，λ為cw激光的波長(zhǎng)，為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，vbi為內(nèi)建電壓，lact為主動(dòng)區(qū)的相位偏移器長(zhǎng)度，n為波導(dǎo)折射率，δl為兩個(gè)mzi臂之間的長(zhǎng)度差，為熱光系數(shù)，δt為mzm的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的溫度變化，以及φ0為靜態(tài)偏壓相位偏移(staticbiasphaseshift)。因此，方程式(9)說明相位改變與施加電性信號(hào)(方程式(3)中的vapp(t))為非線性，如下列泰勒級(jí)數(shù)自然對(duì)數(shù)函數(shù)所示。

其中x²為二階nld，x³為三階nld等等。因此，nld也可通過硅基mzm中電漿色散效應(yīng)而產(chǎn)生，并且取決于尺寸與p-n接合埋置波導(dǎo)中的摻雜濃度設(shè)計(jì)。

參考鈮酸鋰基mzm的方程式(1)，施加電性信號(hào)至輸出光強(qiáng)度的轉(zhuǎn)移函數(shù)對(duì)應(yīng)于上升正弦函數(shù)。然而，將方程式(9)代入方程式(7)，硅基mzm的轉(zhuǎn)移函數(shù)不再是正弦關(guān)系。顯然，不像鈮酸鋰基mzm，硅基mzm的正交點(diǎn)不是最小化偶數(shù)階nld的最佳操作點(diǎn)；mzi誘發(fā)的上升正弦函數(shù)(方程式(7))與電漿色散誘發(fā)的對(duì)數(shù)函數(shù)(方程式((9))的交互作用在硅基mzm的輸出端口產(chǎn)生額外的nld。

因此，本申請(qǐng)?zhí)岢鰧⒐杌鵰zm的偏壓點(diǎn)自半功率點(diǎn)稍微偏移，并且預(yù)期可產(chǎn)生mzi誘發(fā)的偶數(shù)階nld以消除電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)基層nld。在此操作方案中，尋求正交點(diǎn)或是半功率點(diǎn)的那些鈮酸鋰基mzm偏壓控制方法并不適宜，硅基mzm需要可任意調(diào)整且鎖定偏壓點(diǎn)的mzm偏壓控制模塊。

圖4是根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器10。在一些實(shí)施例中，光傳送器10包含激光源11以產(chǎn)生光載波信號(hào)；包含光學(xué)模塊21的光學(xué)裝置20用以調(diào)制rf輸入信號(hào)至光載波信號(hào)并且提供rf調(diào)制光信號(hào)于第一輸出端口21a與第二輸出端口21b上；以及控制模塊50，其考慮反饋信號(hào)(誤差信號(hào))以控制光學(xué)模塊21實(shí)質(zhì)操作在光學(xué)模塊21的轉(zhuǎn)移特性的非正交點(diǎn)上；其中控制模塊50在產(chǎn)生反饋信號(hào)時(shí)一并考慮在第一輸出端口21a上的rf調(diào)制光信號(hào)的功率、在第二輸出端口21b上的rf調(diào)制光信號(hào)的功率、以及偏壓偏移。

在一些實(shí)施例中，激光源11是連續(xù)波(cw)激光，選自于由分布反饋(distributedfeedback，dfb)激光、外腔激光(externalcavitylaser，ecl)或可調(diào)式激光(tunablelaser)所組成的群組，其在輸出端口產(chǎn)生光束。在一些實(shí)施例中，可依照通信應(yīng)用或標(biāo)準(zhǔn)，例如o帶、c帶、l帶或其他，選擇激光的光波長(zhǎng)。

在一些實(shí)施例中，光學(xué)裝置20包含：第一光檢測(cè)器25a，其經(jīng)由第一定向耦合器23a監(jiān)視在第一輸出端口21a的rf調(diào)制光信號(hào)；以及第二光檢測(cè)器25b，其經(jīng)由第二定向耦合器23b監(jiān)視在第二輸出端口21b的rf調(diào)制光信號(hào)。在一些實(shí)施例中，光調(diào)制器21為硅基雙光輸出mzm，其具有在兩個(gè)輸出端口的兩個(gè)功率監(jiān)視光二極管(光檢測(cè)器25a與光檢測(cè)器25b)，該兩個(gè)功率監(jiān)視光二極管通過定向耦合器(例如，定向耦合器23a與定向耦合器23b)檢測(cè)輸出端口的光功率。此一功率監(jiān)視結(jié)構(gòu)可整合在相同的單一硅芯片上或是經(jīng)由外部分離的光學(xué)定向耦合器與硅芯片外部的監(jiān)視器光二極管(pd)而實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施例中，控制模塊50包含兩個(gè)光功率檢測(cè)電路51a與51b、一反饋信號(hào)(誤差信號(hào))產(chǎn)生電路53、一pid(比例-積分-微分(proportional-integral-derivative))控制器55、一微控制器60、一mzm偏壓驅(qū)動(dòng)器(或數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，dac)57、一驅(qū)動(dòng)器控制電路61、一rf/高速驅(qū)動(dòng)器(或數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器)63、一預(yù)失真電路65、一激光溫度控制器67以及一激光偏壓控制器69。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)光功率檢測(cè)電路51a與51b用以檢測(cè)光功率位準(zhǔn)，兩個(gè)光功率檢測(cè)電路可由轉(zhuǎn)阻放大器(trans-impedanceamplifier)或?qū)?shù)放大器組成，其將所檢測(cè)的光電流轉(zhuǎn)換為電壓電平。

在一些實(shí)施例中，光調(diào)制器21包含光輸入端口21c連接至激光源11的光輸出，rf電極21d用于接收rf或高速電性調(diào)制信號(hào)，以及dc電極21e用于調(diào)整mzm偏壓點(diǎn)；其中兩個(gè)輸出端口21a與21b(pout,+(t)與pout,-(t))具有彼此180度相位差。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)整合或分離的監(jiān)視器pd(光檢測(cè)器25a與光檢測(cè)器25b)經(jīng)由兩個(gè)光學(xué)定向耦合器(定向耦合器23a與定向耦合器23b)而檢測(cè)在兩個(gè)mzm輸出端口21a與21b的光功率位準(zhǔn)。

在一些實(shí)施例中，本申請(qǐng)所提出的無振動(dòng)控制方案可在任意點(diǎn)操作mzm。此一控制方案包含使用兩個(gè)光輸出功率以及在兩個(gè)輸出端口(pout,+(t)與pout,-(t))的光功率位準(zhǔn)的歸一化加權(quán)差，作為負(fù)反饋控制的誤差信號(hào)。通過負(fù)反饋控制回路的mzm偏壓驅(qū)動(dòng)器(或dac)根據(jù)環(huán)境變化產(chǎn)生更新的mzm偏壓電壓。pid控制器依循誤差信號(hào)，持續(xù)計(jì)算誤差值(量測(cè)結(jié)果與設(shè)定點(diǎn)之間的差值與方向)，并且嘗試通過調(diào)整控制變量(例如dc偏壓電壓vdc)而將誤差信號(hào)對(duì)時(shí)間最小化。以下將討論更多的控制變量。

在一些實(shí)施例中，本申請(qǐng)可通過數(shù)字處理或是模擬電路，實(shí)現(xiàn)誤差信號(hào)產(chǎn)生電路53與pid控制器55。關(guān)于數(shù)字方法，通過具足夠分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)，將來自兩個(gè)光功率檢測(cè)電路的兩個(gè)檢測(cè)電壓予以數(shù)字化，因而可在微控制器60中計(jì)算產(chǎn)生誤差信號(hào)與pid控制信號(hào)。關(guān)于模擬方法，分離或整合的驅(qū)動(dòng)器與操作放大器可用于實(shí)現(xiàn)誤差函數(shù)(具有光功率位準(zhǔn)的歸一化加權(quán)差)，并且可通過微控制器60額外調(diào)整mzm轉(zhuǎn)移函數(shù)的加權(quán)系數(shù)與斜率符號(hào)。

在一些實(shí)施例中，控制模塊50也包含預(yù)失真電路65，其進(jìn)一步通過部分或完全消除光調(diào)制器21產(chǎn)生的奇數(shù)階nld而將光外部調(diào)制傳送器線性化，而且控制模塊50實(shí)現(xiàn)于rf/高速驅(qū)動(dòng)器(或dac)63與光調(diào)制器21的rf電極21d之間。此外，已知可對(duì)于cw激光實(shí)施自動(dòng)功率控制(apc)或自動(dòng)溫度控制(atc)以維持光輸出功率與波長(zhǎng)穩(wěn)定。

在一些實(shí)施例中，本申請(qǐng)?zhí)峁┑臒o振動(dòng)控制方案在最線性區(qū)域中操作硅基mzm。這一控制方案包含使用兩個(gè)光功率檢測(cè)器，而且兩個(gè)輸出端口(pout,+(t)與pout,-(t))的光功率位準(zhǔn)的歸一化加權(quán)差作為負(fù)反饋控制的誤差信號(hào)，其持續(xù)調(diào)整且鎖定硅基mzm的偏壓點(diǎn)至所欲的偏壓相位而最小化偶數(shù)階nld。換言之，歸一化加權(quán)差用以偏移偏壓點(diǎn)(或偏壓相位)離開半功率點(diǎn)，而由于硅基mzm中的電漿色散效應(yīng)，半功率點(diǎn)并不是最佳偏壓點(diǎn)。輸出端口的電-光(e/o)轉(zhuǎn)移函數(shù)的正斜率與負(fù)斜率操作的誤差信號(hào)分別如下所示：

其中，w為在兩個(gè)輸出端口的光功率差的加權(quán)系數(shù)，其使得調(diào)整偏壓點(diǎn)離開半功率點(diǎn)。本申請(qǐng)可通過設(shè)定特定加權(quán)差而任意選擇操作點(diǎn)以最小化二階nld。

圖5a為根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第一輸出光功率強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系圖，圖6a為根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第二輸出光功率強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系圖，以及圖5b和圖6b分別為圖5a和圖6a的局部放大圖式。圖7a為根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第一輸出端口的正斜率誤差信號(hào)的函數(shù)關(guān)系圖，圖8a為根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與第一輸出端口的負(fù)斜率誤差信號(hào)的函數(shù)關(guān)系圖，以及圖7b和圖8b分別為圖7a和圖8a的局部放大圖式。當(dāng)考慮兩個(gè)光功率的相同差時(shí)，即w＝1，誤差信號(hào)的零發(fā)生在正交點(diǎn)(偏壓相位為mπ，其中m屬于整數(shù))與半功率點(diǎn)(歸一化的光強(qiáng)度為0.5)。如圖7b所示，通過設(shè)定加權(quán)系數(shù)為1.1與0.9而分別偏移誤差信號(hào)的零交叉點(diǎn)至偏壓相位約2.7度與約-3度。從圖8a可得知用于第一輸出端口21a的負(fù)斜率的誤差信號(hào)。注意圖7a和圖8a所示的中空?qǐng)A形為不同例示誤差信號(hào)的所欲的偏壓目標(biāo)。

考慮方程式(11)與(12)中的誤差信號(hào)等于零，用于mzm偏壓控制回路的誤差信號(hào)的零交叉點(diǎn)如下所示：

其中，

同樣地，本申請(qǐng)?zhí)岢龅臒o振動(dòng)控制方案將硅基mzm的偏壓點(diǎn)從半功率點(diǎn)稍微偏移，并且預(yù)期可產(chǎn)生mzi誘發(fā)的偶數(shù)階nld，以消除電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階nld。然而，電漿色散誘發(fā)的nld取決于材料與硅基板的波導(dǎo)設(shè)計(jì)。因此，本申請(qǐng)?zhí)岢龅目刂品桨甘┘与娦孕盘?hào)于硅基mzm中，并且對(duì)于各種偏壓偏移量測(cè)所得到的nld或是總諧波失真(totalharmonicdistortion，thd))。因此，本申請(qǐng)?zhí)岢龅膍zm偏壓控制方案的誤差信號(hào)的零交叉點(diǎn)設(shè)定為對(duì)準(zhǔn)最小化nld或是thd的偏壓偏移量以，即φtotal,zero-crossing＝φtotal,minnld。關(guān)于從正交點(diǎn)稍微偏移，在兩個(gè)光輸出的光功率差的加權(quán)系數(shù)成為最小nld的所量測(cè)的偏壓偏移量的函數(shù)如以下方程式所示：

參閱方程式(9)，硅基mzm的兩臂之間的總相位偏移與數(shù)個(gè)參數(shù)相關(guān)，包含(a)cw激光的波長(zhǎng)(λ)；(b)vapp的施加電性信號(hào)的dc(即方程式()33中的vdc)，以及(c)波導(dǎo)基板的溫度變化δt。這些參數(shù)可作為反饋控制回路的控制變量以達(dá)到零誤差，即φtotal＝φtotal,zero-crossing，以及用于最小化nld或thd的偏壓偏移量，即φtotal＝φtotal,minnld。

在一些實(shí)施例中，控制模塊50控制來自激光源11的光載波信號(hào)的波長(zhǎng)，例如控制激光源11的溫度或是激光源11的偏壓電流；即根據(jù)方程式(9)，通過改變光載波信號(hào)的波長(zhǎng)而控制在光調(diào)制器21中傳遞的rf調(diào)制光信號(hào)的相位。cw激光的波長(zhǎng)可作為控制變量，以通過改變施加于cw激光的正向偏壓電流或是激光芯片的溫度而調(diào)整mzm偏壓。公開文獻(xiàn)(nursidikyulianto,bambangwidiyatmoko,purnomosidipriambodo,temperatureeffecttowardsdfblaserwavelengthonmicrowavegenerationbasedontwoopticalwavemixing,internationaljournalofoptoelectronicengineering,vol.5no.2,2015,pp.21-27.doi:10.5923/j.ijoe.20150502.01.)可得知cw激光的波長(zhǎng)控制的細(xì)節(jié)，其全文并入本文作為參考。

在一些實(shí)施例中，控制模塊50經(jīng)由光調(diào)制器21上的dc電極21e而控制光調(diào)制器21的偏壓電壓；即根據(jù)方程式(9)，通過改變光調(diào)制器21的偏壓電壓而控制光調(diào)制器21中傳遞的rf調(diào)制光信號(hào)的相位。施加dc電壓至mzm是一般的控制變量，用以調(diào)整且鎖定光強(qiáng)度調(diào)制器的偏壓點(diǎn)。若個(gè)別電極分別用于rf/高速信號(hào)與dc偏壓，則mzm偏壓驅(qū)動(dòng)器(或是dac)57可直接連接至mzm的dc電極21e，如圖4所示。在僅有一個(gè)電極用于rf/高速信號(hào)與dc偏壓的實(shí)施例中(即在設(shè)計(jì)沒有dc電極)，則mzm偏壓驅(qū)動(dòng)器(或dac)57應(yīng)經(jīng)由中介于其間的一t型偏壓器(bias-tee)(未繪示于圖4)而連接至rf電極21d。

在一些實(shí)施例中，控制模塊50經(jīng)由熱電冷卻器(tec)控制器而控制光調(diào)制器21的溫度；即根據(jù)方程式(9)，通過改變光調(diào)制器21的溫度而控制在光調(diào)制器21傳遞的rf調(diào)制光信號(hào)的相位。改變硅基板的溫度也為調(diào)整mzm偏壓點(diǎn)的選擇之一。然而，對(duì)于cw激光與硅基mzm的單片整合的設(shè)計(jì)應(yīng)更小心。當(dāng)熱電冷卻器控制器改變硅基板的溫度作為mzm偏壓調(diào)整時(shí)，激光芯片的溫度以及光波長(zhǎng)可因而變化。

通常，當(dāng)電流流過tec時(shí)，tec的一側(cè)會(huì)加熱，而同時(shí)冷卻tec另一側(cè)。通過控制電流流向可以控制tec加熱的一側(cè)與冷卻的一側(cè)。因此，電流于一方向流動(dòng)會(huì)加熱第一側(cè)，而當(dāng)電流反向流動(dòng)時(shí)，相同的第一側(cè)會(huì)被冷卻。如此，通過變化電流方向，可使用連接至激光或是光調(diào)制器的tec以加熱或是冷卻激光或光調(diào)制器，以維持固定的操作溫度。

基于歸一化加權(quán)光功率差的無振動(dòng)mzm偏壓控制方案，本申請(qǐng)可通過分別使用方程式(11)與(12)的誤差信號(hào)在正斜率與負(fù)斜率上調(diào)整且鎖定mzm偏壓。光強(qiáng)度變化的極性與在正斜率上操作所施加的電性信號(hào)相同，而對(duì)于在負(fù)斜率上操作，其為180相位差。因此，若需要維持相同極性，則對(duì)于負(fù)斜率操作，微控制器60可經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器控制電路61傳送極性倒轉(zhuǎn)命令至rf/高速驅(qū)動(dòng)器(或dac)63，如圖4所示。

圖9a為根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與歸一化光強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系圖，圖10a為根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的光傳送器的偏壓相位與cso及ctb的函數(shù)關(guān)系圖，其中具有及不具有現(xiàn)有三階預(yù)失真的catv78模擬信號(hào)分別施加至硅基mzm，以及圖9b和圖10b分別為圖9a和圖10a的局部放大圖式。cso為二階nld與信號(hào)載體的功率比，以及ctb為三階nld與信號(hào)載體的功率比。在半功率點(diǎn)(歸一化的光功率為0.5)附近，由于不對(duì)稱的偏壓操作，cso急劇變化，而ctb幾乎維持固定。參閱圖10b，當(dāng)硅基mzm于零度偏壓時(shí)(即其正交點(diǎn))，對(duì)應(yīng)的cso約-55dbc，其源自于電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階nld，這是由于當(dāng)mzm在其正交點(diǎn)偏壓時(shí)，沒有馬赫-詹德干擾(mzi)誘發(fā)的偶數(shù)階nld。若刻意將硅基mzm的偏壓點(diǎn)自其正交點(diǎn)偏移，造成馬赫-詹德干擾(mzi)誘發(fā)的偶數(shù)階nld與電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階nld的組合。

硅基mzm的偏壓相位應(yīng)偏移離開其正交點(diǎn)約1.5度，以達(dá)到最佳的cso效能。關(guān)于最新catv/ftth(光纖到家)需求，cso與ctb的典型的目標(biāo)規(guī)格小于-60dbc。本申請(qǐng)?zhí)岢龅膍zm偏壓方案與現(xiàn)有的預(yù)失真設(shè)計(jì)硅基mzm經(jīng)驗(yàn)證符合catv/ftth規(guī)格。在一些實(shí)施例中，控制模塊50通過方程式(14)中的最小nld(cso)的偏壓偏移量而產(chǎn)生加權(quán)系數(shù)，這表示一并考慮馬赫-詹德干擾誘發(fā)的偶數(shù)階非線性失真以及電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階非線性失真。

圖11為根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的光傳送器10'。相比于圖4中的光傳送器10使用兩個(gè)定向耦合器23a與23b以分別導(dǎo)引在兩個(gè)mzm輸出端口21a與21b的一部分光功率至兩個(gè)監(jiān)視器pd(光檢測(cè)器25a與光檢測(cè)器25b)，圖11中的光傳送器10'使用一個(gè)光學(xué)定向耦合器23a以從第一輸出端口21a導(dǎo)引一部分光功率至第一光檢測(cè)器25a，而第二輸出端口21b上的光功率則不需使用定向耦合器被導(dǎo)引至第二光檢測(cè)器25b。在不考慮光纖冗余的存取網(wǎng)絡(luò)中，雙光輸出mzm的互補(bǔ)輸出端口(第二輸出端口21b)并不用于信號(hào)傳輸。如此，可直接檢測(cè)互補(bǔ)輸出端口的光功率位準(zhǔn)，其節(jié)省實(shí)現(xiàn)光學(xué)定向耦合器的空間。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N光調(diào)制器的無振動(dòng)偏壓控制技術(shù)，可應(yīng)用于具有硅基mzm的外部調(diào)制傳送器，其中非線性失真(nld)通過硅基mzm的電漿色散效應(yīng)而產(chǎn)生。本申請(qǐng)?zhí)岢鰧⒃摴杌鵰zm的偏壓點(diǎn)自其正交點(diǎn)稍微偏移，因而可產(chǎn)生該馬赫-詹德干擾(mzi)誘發(fā)的偶數(shù)階nld以消除該電漿色散誘發(fā)的偶數(shù)階nld。

此外，本申請(qǐng)也將該無振動(dòng)mzm偏壓控制技術(shù)應(yīng)用于任意調(diào)整且鎖定一光調(diào)制器的偏壓點(diǎn)，因而整合硅基mzm的光傳送器可通過自該正交點(diǎn)偏移而達(dá)到最佳偶數(shù)階nld。本申請(qǐng)?zhí)岢龅臒o振動(dòng)mzm偏壓控制方案可確保對(duì)于各種傳統(tǒng)與具潛力的模擬/數(shù)字光學(xué)傳送系統(tǒng)的光學(xué)mzm的線性操作，其中模擬/數(shù)字光學(xué)傳送系統(tǒng)例如catv子載體多任務(wù)光波系統(tǒng)、光纖載微波(radio-over-fiber)應(yīng)用、具有離散多音調(diào)(discretemulti-tone，dmt)或四階脈沖振幅調(diào)制(pam4)的>100gb/s光傳輸?shù)鹊取?/p>

再者，本申請(qǐng)所提出的無振動(dòng)控制技術(shù)可任意調(diào)整且鎖定mzm的偏壓點(diǎn)，接收器可通過使用此一偏壓控制技術(shù)以調(diào)整多階信號(hào)(例如二位nrz、pam4等)的消光比而將優(yōu)化接收器的靈敏度。

前述內(nèi)容概述一些實(shí)施方式的特征，因而本領(lǐng)域技術(shù)人員可更加理解本申請(qǐng)公開內(nèi)容的各方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可輕易使用本申請(qǐng)公開內(nèi)容作為基礎(chǔ)，用于設(shè)計(jì)或修飾其他制造過程(工藝)制造方法與結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)與本申請(qǐng)所述的實(shí)施方式具有相同目的與/或達(dá)到相同優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解此等同體系結(jié)構(gòu)并不脫離本申請(qǐng)公開內(nèi)容的精神與范圍，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種變化、取代與替換，而不脫離本申請(qǐng)公開內(nèi)容的精神與范圍。