【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光模块，具体涉及一种低功耗驱动的400g dr4硅光子板集成光模块。
技术介绍
1、随着数字信息的爆炸性增长和高速通信需求的不断增加，光通信技术已经成为满足这些需求的重要途径之一。在现代通信系统中，高速光通信模块扮演了至关重要的角色，这些模块能够实现光信号的高速传输和处理。然而，随着通信速率的不断提高和通信设备的不断集成，对光通信模块的性能和功耗要求也在不断增加。
2、在目前的光通信领域，已经存在了一些技术问题和挑战，这些问题需要解决以满足日益增长的通信需求。随着大数据、云计算和高清视频等应用的普及，对通信系统的传输速率提出了更高的要求。传统的100g和200g光通信模块已经无法满足这些需求，因此需要更高速的通信模块。随着通信速率的增加，光通信模块的功耗也在不断增加。高功耗不仅会导致能源浪费，还会引发散热问题，限制了光通信模块的密集集成和长时间稳定运行。在高速光通信中，非线性效应如相位失真和信号失真变得更加明显。这些效应会影响信号质量和通信性能，需要有效的调制和校正方法。多波长光通信系统需要有效的波长管理和分配方法，以充分利用光谱资源并减少波长间的干扰。高速光通信模块在工作时产生大量热量，需要高效的散热和温度管理技术，以确保模块的长期稳定性。
3、为了应对上述问题，已经提出了一些现有技术解决方案。然而，这些解决方案仍然存在一些局限性，需要进一步改进。以下是一些主要的现有技术解决方案：为了提高传输速率，已经开发了400g和800g光通信模块。这些模块采用了高速光发射器和光接收器，但其功耗问题仍
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种低功耗驱动的400g dr4硅光子板集成光模块，通过优化电路设计、非线性效应管理、波长管理和热传导优化等多项创新技术，实现了高速传输能力的提升、低功耗设计、非线性效应管理、波长管理和光路优化，以及实时控制电路的应用，显著提高了高速光通信系统的性能、降低了功耗、提高了通信质量、优化了波长资源利用和提高了热稳定性，为未来通信系统提供了更高效、可靠和灵活的解决方案。
2、为了解决上述问题，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种低功耗驱动的400g dr4硅光子板集成光模块，它包括：四个独立的光发射器、四个独立的光接收器、光调制器、光耦合器、驱动电路、控制电路和光学组件；四个独立的光发射器包括四个独立的光发射器通道，每个光发射器通道负责一个光信号；四个独立的光接收器包括四个独立的光接收器通道，每个光接收器通道负责一个光信号；光调制器用以调制电信号以控制光信号的强度和相位，在运行过程中，光调制器将按照设定的优化目标函数对电极参数进行调整，以确保电极参数既能够满足功耗要求又能够实现电阻均衡，同时，设定非线性调制目标，求解电光调制方程，以按照设定的非线性调制目标运行；光耦合器用以将所有的光信号进行合并或者分割，以使得光信号可以共享相同的光纤或被分配给不同的光接收器通道和光发射器通道，在合并或者分割光信号时，进行噪声分析，计算非平稳噪声功率谱密度，再进行自适应功率调整，以保证输出功率在设定的阈值之下；驱动电路用以为光调制器提供电压信号，以实现电光调制，在提供电压信号时，基于电压信号进行非线性波导处理，以保证通过电光调制，生成的光信号的传输速率超过400gbps；控制电路用以实时获取运行过程中的运行参数，进行热传导优化和光路优化。
4、进一步的，运行参数包括：温度场、温度场变化率、热导率、热源项功率、散热项功率、光场复振幅、线性系数和非线性系数。
5、进一步的，优化目标函数使用如下公式记性表示：
6、；
7、其中，是优化目标值，通过最小化优化目标值，找到对应的电极参数，基于电极参数进行调整，以确保电极参数既能够满足功耗要求又能够实现电阻均衡；是电极的数量，表示有多少个电极需要被优化；每个电极用不同的电阻来调制光信号；是每个电极的当前功耗，表示每个电极实际消耗的电能；是目标功耗，表示希望每个电极达到的功耗水平；是每个电极的权重，用于调整每个电极在目标函数中的影响程度；是正则化参数，用于平衡功耗优化和电阻均衡；正则化参数控制着目标函数中功耗项和电阻均衡项之间的权衡。较大的值会更强调电阻均衡，而较小的值会更强调功耗优化；是每个电极的电阻值，表示电极的电阻大小；是电阻的最大允许值，用于限制电极电阻的上限；通过调整电阻值，可以改变每个电极的电阻，以满足目标功耗和电阻均衡的要求。
8、进一步的，设定非线性调制目标为光场复振幅的最小值大于设定的下限值，再求解电光调制方程，以按照设定的非线性调制目标运行；所述电光调制方程使用如下公式进行表示：
9、；
10、其中，是光场复振幅，它代表了光波的电场分布随时间和空间的变化，在电光调制中，光场复振幅会根据电信号的变化而变化，从而实现光信号的调制；是约化普朗克常数；是群速度色散参数，它描述了光信号在光纤或波导中传播时，不同频率成分的传播速度差异；是线性损耗系数，它表示光信号在传播中的能量损失率；是非线性系数，描述了光波的非线性响应；为虚数符号；为时间；为传播距离。
11、进一步的，光耦合器使用如下公式，计算非平稳噪声功率谱密度：
12、；
13、其中，是非平稳噪声功率谱密度，它表示随时间和频率变化的噪声强度，描述了信号在频域上的能量分布；是玻尔兹曼常数；是光模块的温度，以开尔文为单位；是光模块的电阻；是频率；是时间；是信噪比。
14、进一步的，光耦合器使用如下公式，进行自适应功率调整：
15、；
16、；其中，为总时间；为设定的阈值；是在时间时刻的输出功率；是通道的数量，表示光模块中的多个通道或通信通道的数量，每个通道可以传输不同的数据；是光模块的最小输出功率；是光模块的最大输出功率；是在时间时刻的通道的数据需求量；是光模块的最大通信数据速率。
17、进一步的，驱动电路在提供电压信号时，通过如下公式，基于电压信号进行非线性波导处理：
18、；
19、其中，是光场复振幅关于传播距离的偏导数，表示光波在空间中的传播变化；表示群速度色散的影响，是群速度色散参数，它描述了不同频率分量的光波在传播中的相速度差异，表示光波关于时间的二阶导数，用来描述光波的频率变化；表示高阶色散的影响，其中是高阶色散参数；表示光波关于时间的三阶导数，用来描述更高阶的频率变化；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，它包括：四个独立的光发射器、四个独立的光接收器、光调制器、光耦合器、驱动电路、控制电路和光学组件；四个独立的光发射器包括四个独立的光发射器通道，每个光发射器通道负责一个光信号；四个独立的光接收器包括四个独立的光接收器通道，每个光接收器通道负责一个光信号；光调制器用以调制电信号以控制光信号的强度和相位，在运行过程中，光调制器将按照设定的优化目标函数对电极参数进行调整，以确保电极参数既能够满足功耗要求又能够实现电阻均衡，同时，设定非线性调制目标，求解电光调制方程，以按照设定的非线性调制目标运行；光耦合器用以将所有的光信号进行合并或者分割，以使得光信号可以共享相同的光纤或被分配给不同的光接收器通道和光发射器通道，在合并或者分割光信号时，进行噪声分析，计算非平稳噪声功率谱密度，再进行自适应功率调整，以保证输出功率在设定的阈值之下；驱动电路用以为光调制器提供电压信号，以实现电光调制，在提供电压信号时，基于电压信号进行非线性波导处理，以保证通过电光调制，生成的光信号的传输速率超过400Gbps；控制电路用以实时获取运行过程中
2.如权利要求1所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，运行参数包括：温度场、温度场变化率、热导率、热源项功率、散热项功率、光场复振幅、线性系数和非线性系数。
3.如权利要求2所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，优化目标函数使用如下公式记性表示：
4.如权利要求3所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，设定非线性调制目标为光场复振幅的最小值大于设定的下限值，再求解电光调制方程，以按照设定的非线性调制目标运行；所述电光调制方程使用如下公式进行表示：
5.如权利要求4所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，光耦合器使用如下公式，计算非平稳噪声功率谱密度：
6.如权利要求5所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，光耦合器使用如下公式，进行自适应功率调整：
7.如权利要求6所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，驱动电路在提供电压信号时，通过如下公式，基于电压信号进行非线性波导处理：
8.如权利要求7所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，控制电路实时获取运行过程中的运行参数，通过如下公式，进行热传导优化：
9.如权利要求8所述的低功耗驱动的400G DR4硅光子板集成光模块，其特征在于，控制电路实时获取运行过程中的运行参数，通过如下公式，进行光路优化：
...【技术特征摘要】
1.一种低功耗驱动的400g dr4硅光子板集成光模块，其特征在于，它包括：四个独立的光发射器、四个独立的光接收器、光调制器、光耦合器、驱动电路、控制电路和光学组件；四个独立的光发射器包括四个独立的光发射器通道，每个光发射器通道负责一个光信号；四个独立的光接收器包括四个独立的光接收器通道，每个光接收器通道负责一个光信号；光调制器用以调制电信号以控制光信号的强度和相位，在运行过程中，光调制器将按照设定的优化目标函数对电极参数进行调整，以确保电极参数既能够满足功耗要求又能够实现电阻均衡，同时，设定非线性调制目标，求解电光调制方程，以按照设定的非线性调制目标运行；光耦合器用以将所有的光信号进行合并或者分割，以使得光信号可以共享相同的光纤或被分配给不同的光接收器通道和光发射器通道，在合并或者分割光信号时，进行噪声分析，计算非平稳噪声功率谱密度，再进行自适应功率调整，以保证输出功率在设定的阈值之下；驱动电路用以为光调制器提供电压信号，以实现电光调制，在提供电压信号时，基于电压信号进行非线性波导处理，以保证通过电光调制，生成的光信号的传输速率超过400gbps；控制电路用以实时获取运行过程中的运行参数，进行热传导优化和光路优化。
2.如权利要求1所述的低功耗驱动的400g dr4硅光子板集成光模块，其特征在于，运行参数包括：温度场、温度场变化率、热导率、热源项功率、散热项...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭德军，陈享郭，王峻岭，许广俊，
申请(专利权)人：深圳市光为光通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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