一种基于谐波检测的光延时线自校准方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于谐波检测的光延时线自校准方法，在MZI热光开关处于cross或者bar状态下的大致偏置电压值的范围内设定初始直流偏置的电压值为V0；任意指定N级硅基可调真延时线芯片中的一个MZI热光开关，随后引入微扰信号到当前一级延时线上，实时采集直流信号V

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐波检测的光延时线自校准方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种光延时线校准方法，特别是一种基于谐波检测的光延时线自校准方法，同时本专利技术中还涉及一种一种基于谐波检测的光延时线自校准系统。

技术介绍

[0002]在光通信网络以及微波光子信号处理技术中，延迟线在点信号处理和降低系统复杂性等方面有着广泛而重要的意义，它在光网络和信号处理等方面也有很多的应用。在光交换电信网络节点中，它们执行分组同步、缓冲、冲突管理等任务。硅基延时线经常与基于MZI(Mach
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Zehnder interferometer，马赫增德尔干涉仪)热光开关结合形成可重构延时线。2014年9月，Jingya Xie等人提出了一种基于光开关切换光波导的7bit可重构SOI(Silicon
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On
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Insulator，绝缘体上硅)光延时线，该延时线由8个级联的2
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2MZI型光开关和7对延时波导组成，通过嵌入可变光衰减器，可抑制因光开关消光比有限而引起的串扰。实验证明，该延时线最大可实现1.27ns的延时。2018年，巴仑西亚理工大学的Jose Capmany课题组提出了一种基于集成波导网络的可编程延时线，整个器件的结构由若干个六角形单元组成，每个单元由9个基础可调单元、12个内部节点和12个外部节点组成。整个结构可通过程序对不同的可调单元进行调节来选择不同的路径，从而实现延时可调。大多数可调延时线为了避免由于开关制造误差引起的光路泄露问题会适当的在MZI光开关后添加衰减器或者分光器，时刻监测光功率，例如2021年，Bingchen Pan等人提出的为减小因开关消光比不理想导致不能在一个输出端口输出所有信号，故在每两个开关之间连接一个PD(Photo
‑
Diode，光电二极管)，并在N+1个开关后连接一个衰减器来抑制干扰的方式，虽然这种方式有效减少了干扰，但依旧引入了很多分光器和耦合器，增加光功率损耗，尤其是当可编程延时线因为应用场景而需要扩展时，分光器的大量引入会使得系统损耗会大大增加，也会造成测量结果的不准确。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种基于谐波检测的光延时线自校准方法，考虑到光学器件的工艺误差、热串扰等问题，MZI热光开关型光延时线均需要引入内部监测点保证开关的通断，通过引入抖动信号，设计了一种锁定反馈控制算法来确认链路中各级MZI热光开关的工作状态并进行相应调控，以减小系统误差，增加测量的准确性。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所设计的一种基于谐波检测的光延时线自校准方法，采用N级硅基可调真延时线芯片结构，其将N+1个MZI热光开关和N个延迟分别为20τ，21τ，22τ,...,2
N
‑1τ的延迟线级联，组成了一个Nbit可重构延迟线；
[0005]其包括以下的步骤：
[0006]步骤一，扫描N级硅基可调真延时线芯片结构中MZI热光开关的一个周期的偏置电压，得到MZI热光开关处于cross或者bar状态下的大致偏置电压值的范围，并且在该范围内
设定MZI热光开关的初始直流偏置的电压值为V0；
[0007]步骤二，任意指定N级硅基可调真延时线芯片结构中的一个MZI热光开关，随后引入微扰信号到当前一级延时线上，实时采集低通滤波后的直流信号V
OUT1
；
[0008]步骤三，连续的向当前一级的MZI热光开关的初始偏置上加入一个小的步进电压ΔV,并且实时采集每次低通滤波后的直流信号V
OUT2
，计算d＝(V
OUT2
‑
V
OUT1
)/ΔV，根据d是否大于零来判断下一次所加步进电压ΔV的正负值，直到V
OUT2
‑
V
OUT1
小于预先设定的阈值，此时判定已经将当前一级的MZI热光开关调到所需的状态，以保持此时的偏置电压值；
[0009]步骤四，重复上述步骤二和步骤三逐级将剩余N个MZI热光开关调到所需的状态。
[0010]本专利技术一种无需任何内部监测点的MZI热光开关切换型光延时线校准方法，只需要在延时线上引入的低频抖动信号，并通过谐波检测的方法对输出光路进行检测即可来获取内部MZI热光开关的工作状态，并可实现各级MZI热光开关的自校准及锁定。通过采用这种方法避免引入大量的内部监测单元，减少了器件损耗。此外由于该方法可以避免在片上集成探测器，可以避免使用相对比较昂贵的离子注入工艺，降低了工艺的复杂程度，同时也适用于氮化硅、氧化铝等无源工艺制作的延时线器件，增加了可扩展性。
[0011]另外，本专利技术中还提供了一种基于谐波检测的光延时线自校准系统，其采用上述一种基于谐波检测的光延时线自校准方法。所述系统包括：一个N级硅基可调真延时线芯片、一个光电探测器、一个跨阻放大器、N个信号发生器、N个乘法器、N个低通滤波器、N个模数转换器、一个反馈控制电路和N个数模转换器；
[0012]所述N级硅基可调真延时线芯片为N+1个MZI热光开关和N个延迟分别为20τ，21τ，22τ,...,2
N
‑1τ的延迟线级联组成的一个Nbit可重构延迟线；
[0013]其中，所述MZI热光开关、延迟线、信号发生器、乘法器、低通滤波器、模数转换器和数模转换器均逐一相对应；一个N级硅基可调真延时线芯片的一个输出端连接一个光电探测器的一个输入端，一个光电探测器的一个输出端连接一个跨阻放大器的一个输入端，一个跨阻放大器的一个输出端独立连接每个乘法器的一个输入端，每个乘法器的一个输出端连接其对应一个低通滤波器的一个输入端，每个低通滤波器的一个输出端连接其对应一个模数转换器的一个输入端，每个模数转换器的一个输出端连接一个反馈控制电路的一个输入端，一个反馈控制电路的一个输出端独立连接每个数模转换器的一个输入端，每个数模转换器的一个输出端连接N级硅基可调真延时线芯片中其对应一级MZI热光开关的偏压输入端口，每个信号发生器的一个输出端连接其对应一个乘法器的另一个输入端，其另一个输出端则连接N级硅基可调真延时线芯片中其对应一级MZI热光开关的相对应延时线。
[0014]与现有技术相比较，本专利技术具备以下的优点：
[0015]1、相较于传统可重构延时线，本专利技术所设计的芯片不必在每个MZI热光开关后嵌入衰减器或者光电检测器，也不会添加额外的分束器，仅在系统末端加入了两个检测端来提供反馈控制信号，大大减小了光功率损耗，并且这随着级数增加损耗也不会成比例的增加，增加了系统的可扩展性。
[0016]2、由于本专利技术方法可以避免在片上集成探测器，可以避免使用相对比较昂贵的离子注入工艺，降低了工艺的复杂程度，同时也适用于氮化硅、氧化铝等无源工艺制作的延时线器件，增加了可扩展性。
[0017]3、所有电路均采用闭环响应系统，实时监控工作点的运动，实现控制，稳定工作
点。通过相干调制解调的方法进行谐波检测，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波检测的光延时线自校准方法，采用N级硅基可调真延时线芯片结构，其将N+1个MZI热光开关和N个延迟分别为20τ，21τ，22τ,...,2
N
‑1τ的延迟线级联，组成了一个Nbit可重构延迟线；其特征是包括以下的步骤：步骤一，扫描N级硅基可调真延时线芯片结构中MZI热光开关的一个周期的偏置电压，得到MZI热光开关处于cross或者bar状态下的大致偏置电压值的范围，并且在该范围内设定MZI热光开关的初始直流偏置的电压值为V0；步骤二，任意指定N级硅基可调真延时线芯片结构中的一个MZI热光开关，随后引入微扰信号到当前一级延时线上，实时采集低通滤波后的直流信号V
OUT1
；步骤三，连续的向当前一级的MZI热光开关的初始偏置上加入一个小的步进电压ΔV,并且实时采集每次低通滤波后的直流信号V
OUT2
，计算d＝(V
OUT2
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V
OUT1
)/ΔV，根据d是否大于零来判断下一次所加步进电压ΔV的正负值，直到V
OUT2
‑
V
OUT1
小于预先设定的阈值，此时判定已经将当前一级的MZI热光开关调到所需的状态，以保持此时的偏置电压值；步骤四，重复上述步骤二和步骤三逐级将剩余N个MZI热光开关调到所需的状态。2.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴庭舸，刘姝涵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：