CN116599596B - 片上倍频程速率可调的dpsk解调器及调谐方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信技术，具体涉及片上倍频程速率可调的DPSK解调器及调谐方法，为解决现有解调器无法满足DPSK信号多速率、高性能解调需求的不足之处，本发明一种片上倍频程速率可调的DPSK解调器包括第一分束器、参考臂、延时臂、第一耦合单元、控制器以及两个温度控制模块，参考臂和延时臂均设置为长螺旋线波导，通过延时调谐实现倍频程速率调谐；第一耦合单元采用MZI光波导结构，设置有两个输出端，用于输出两个解调信号，两个解调信号的分光比任意可调，实现高消光比解调。本发明可以实现解调速率快速、高效、精确、灵活地连续调谐，对推动片上DPSK解调器的广泛工程化应用具有重要意义。

Description

片上倍频程速率可调的DPSK解调器及调谐方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，具体涉及片上倍频程速率可调的DPSK解调器及调谐方法。

背景技术

差分相移键控(DPSK)是自由空间光通信系统和光纤通信系统中常用的一种调制格式。相比于其他调制格式，DPSK调制具有调制后光强稳定、对激光线宽要求较低、对光纤色散和非线性具有较高的容忍度等优点。DPSK接收机包括结构简单的DPSK解调器和平衡探测器，相比于通断键控（OOK）调制方式，系统灵敏度提高3dB。

DPSK信号采用相邻比特间的相位差携带数据信息，通常采用解调器使前后码元光信号干涉将相位差信息转换为振幅信息。解调器主要有三种类型：自由空间迈克尔逊干涉型、双芯光纤型、平面光波导型。相比于前两种，平面光波导型体积更小、消光比高、性能更稳定、利于批量生产。平面光波导型DPSK解调器的工作原理如图1中a所示，具体使用片上马赫-泽德延迟线干涉仪结构，光信号通过分束器01被分为两路，其中一路延时臂波导03相对另一路参考臂波导02存在1Bit的固定延时（1Bit的固定延时等于DPSK信号符号率的倒数），然后两路光信号经过定向耦合器04干涉，使相邻码元间的相位差始终为0或π，实现相长干涉或相消干涉。基于传统的离散元器件搭建的DPSK接收机难以满足自由空间光通信系统对于尺寸、重量和功耗(SWaP)的需求。片上马赫-泽德延迟线干涉仪（MZI）解调器是一种常用DPSK解调器，利用MZI光波导结构，体积小，易于实现接收机全片集成，可以解决传统DPSK接收机所面临的问题，是实现DPSK信号解调的主要技术方案。

但由于现有解调器的延时长度固定，只能解调固定速率的DPSK信号，针对不同速率的DPSK信号需要更换与之匹配的解调器，因此现有MZI解调器的使用缺乏灵活性。为了满足通信系统对DPSK信号多速率、高性能解调的需求，需要一种可以根据DPSK信号速率灵活调谐且解调效果良好的技术方案。

发明内容

本发明的目的是解决现有解调器无法满足DPSK信号多速率、高性能解调需求的不足之处，而提供一种片上倍频程速率可调的DPSK解调器及调谐方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

一种片上倍频程速率可调的DPSK解调器，包括第一分束器、参考臂、延时臂、合束器以及第一耦合单元，第一分束器用于将DPSK信号分为两路，两路信号分别经参考臂和延时臂传输至合束器，合束后再由第一耦合单元耦合输出解调信号，其特殊之处在于：还包括控制器和两个温度控制模块；

所述参考臂包括参考臂波导，所述延时臂包括延时臂波导；所述参考臂波导和延时臂波导均设置为长螺旋线波导，用于通过调节延时实现倍频程速率调谐；所述第一耦合单元采用MZI光波导结构，设置有两个输出端，用于输出两个解调信号，两个解调信号的分光比任意可调，实现高消光比解调，所述高消光比指大于等于25dB的消光比；两个所述温度控制模块分别用于控制参考臂波导和延时臂波导的温度；所述控制器分别连接第一耦合单元以及两个温度控制模块，用于控制第一耦合单元的分光比，并通过温度控制模块控制参考臂波导和延时臂波导的温度，从而控制其延时长度，使延时臂和参考臂的光程差为1Bit或1Bit的正整数倍，实现解调速率连续调谐。

进一步地，所述第一耦合单元包括第二分束器、上臂波导、下臂波导、对应上臂波导和下臂波导设置的两个加热电极，以及耦合器；

所述第二分束器的输入端连接合束器的输出端，使得两路信号进行干涉，第二分束器的输出端分别连接上臂波导和下臂波导的输入端；

所述上臂波导和下臂波导的输出端分别连接所述耦合器，耦合器为分光比任意可调的耦合器，用于将两路信号的相位信息转换为强度信息，经过耦合后输出两个解调信号；

两个所述加热电极连接控制器输出端，通过控制加热电极以控制上臂波导和下臂波导的温度变化，从而实现第一耦合单元的分光比控制，使得输出的解调信号具有较高的消光比。

进一步地，所述温度控制模块包括热敏电阻和微加热器；

所述热敏电阻连接控制器的输入端，用于实时监测对应参考臂波导或延时臂波导的温度；

所述微加热器连接控制器对应输出端，通过控制器控制微加热器的工作状态，从而对参考臂波导或延时臂波导进行加热或制冷。

进一步地，所述加热电极采用金属薄膜加热器，金属薄膜材料为Al、Cu、Ti、W、Ni、Cr、Au中的一种；

所述耦合器采用MMI结构或定向耦合器结构；

所述微加热器为半导体制冷器。

进一步地，还包括分别在参考臂和延时臂上设置的至少一个额外级联光波导，额外级联光波导为MZI光波导结构，参考臂和延时臂上的额外级联光波导数量相同；

所述额外级联光波导包括第二耦合单元，第二耦合单元的结构与第一耦合单元相同，第二耦合单元的一个输出端连接第一耦合单元的输入端，另一个输出端通过延时波导连接第一耦合单元的输入端或下一级额外级联光波导的输入端；

所述第二耦合单元与控制器的对应输出端连接，通过控制器控制第二耦合单元两个输出端的开关状态，实现对延时长度的开关跳跃调谐。

进一步地，所述参考臂和延时臂上均设置有两个额外级联光波导；

第二耦合单元的一个输出端连接第一耦合单元，另一个输出端通过延时波导长螺旋线波导连接第一耦合单元或下一级额外级联光波导的输入端；

所述延时波导为长螺旋线波导。

进一步地，所述第一分束器的分光比例为5:5；

所述参考臂波导、延时臂波导为硅、二氧化硅、高折射率差掺杂玻璃、铌酸锂、氮化硅及III-V材料中的一种；

所述控制器为现场可编程逻辑门阵列或微处理器。

同时，还提供一种片上倍频程速率调谐方法，基于上述片上倍频程速率可调的DPSK解调器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过下式确定解调速率y；

Y=b*y

其中，Y为DPSK信号的速率，Y≥X，X为解调速率下限，b为解调速率的倍数，取正整数；

步骤二、通过控制器调节延时长度δ，使得解调器的解调速率为y；

步骤三、利用控制器控制第一耦合单元，使其输出具有高消光比的解调信号。

进一步地，步骤二中所述调节延时长度具体为：

2.1、通过控制器控制温度控制模块调节参考臂波导和延时臂波导的温度，连续调节延时长度δ，从而连续调谐解调速率；

2.2、判断解调速率是否调谐至y；

如果是，则进入步骤三；

如果否，则同时控制参考臂和延时臂上设置的额外级联光波导对延时长度进行跳跃式调节，从而实现解调速率的开关跳跃调谐，通过开关跳跃调谐和连续调谐两种方式结合，使解调器的解调速率为y。

进一步地，延时长度δ通过下式计算：

ΔL通过下式计算：

其中，c为光速，n_g为参考臂波导和延时臂波导的群折射率，R为DPSK信号的码元速率，ΔL为延时臂相对参考臂的长度差，为随温度变化的自由光谱范围，m为模式数，取值为正整数，α为波导的谐振峰随温度的偏移，ΔT为参考臂波导和延时臂波导的温度差。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明可以实现解调器的延时长度连续、精确、高效、灵活地调节，从而实现DPSK信号多速率、高性能解调；当延时长度连续可调范围达到倍频程时，可以用单个片上解调器实现任意速率大于某一固定值的DPSK信号解调，对推动片上DPSK解调器的广泛工程化应用具有重要意义。

2.本发明利用长螺旋线波导的热光效应，利用控制器改变长螺旋线波导的温度，从而改变延时臂相对参考臂的长度差和解调速率。

3.本发明通过连续热调谐和开关跳跃调谐两种方式结合实现倍频程速率连续调谐，克服了由于工艺误差造成的解调速率随机性大且不易调谐的难题。

附图说明

图1是传统的解调器的工作原理图；其中，a为传统的马赫-泽德延迟线干涉仪解调器结构示意图，b为整数倍速率解调原理图，c为倍频程速率连续调谐原理图，其中1,2,3…为解调速率1Gbps,2Gbps,3Gbps,…；

图2是本发明实施例一中DPSK解调器的结构示意图（未示出合束器）；

图3是本发明实施例一中第一耦合单元的结构示意图；

图4是本发明实施例二中DPSK解调器的结构示意图（未示出合束器）；

图5是本发明实施例二中调谐原理图；

图6是本发明实施例二中调谐方法的流程图；

图7是本发明实施例一中基于高折射率差掺杂玻璃光子集成平台的DPSK解调器的谐振峰随温度变化的瀑布图；

图8是本发明实施例二中基于硅基光子集成平台，在不同参考臂长度L的情况下FSR随温度变化的仿真结果图；

附图标记说明：

01-分束器，02-参考臂波导，03-延时臂波导，04-定向耦合器；

10-第一分束器，20-参考臂波导，30-延时臂波导，40-控制器，50-温度控制模块，51-热敏电阻，52-微加热器，60-第一耦合单元，61-第二分束器，62-上臂波导，63-下臂波导，64-加热电极，65-耦合器，70-第二耦合单元。

具体实施方式

实施例一

针对现有DPSK解调器只能解调固定速率信号的问题和硅基光芯片在光通信领域的应用价值与前景，本发明提供一种片上倍频程速率可调的DPSK解调器及调谐方法，核心是提供一种倍频程速率可调的DPSK解调器的调谐思想。

如图1的a所示为传统的平面光波导型DPSK解调器，常采用不等臂马赫-泽德延迟线干涉仪结构，参考臂波导02的直波导结构较短，并与延时臂波导03的两路光程差正好为1Bit或其正整数倍延时，使对应固定速率和其正整数倍速率的DPSK信号能被解调，解调原理如图1的b所示，若1Bit延时对应的解调速率为1Gbps，则2Gbps、3Gbps、4Gbps、5Gbps…等信号均可被解调，图1的c为倍频程速率连续调谐原理图。

本发明的解调器为平面光波导型结构，采用两路长螺旋线波导构成MZI光波导结构，基于波导材料的热光效应，通过控制器40和温度控制模块50连续调节两路波导的延时长度，进而实现倍频程速率连续调谐，另外，通过改变分光比任意可调的耦合器65两端电极的电压，可实现高消光比解调。

本发明片上倍频程速率可调的DPSK解调器包括第一分束器10、参考臂、延时臂、第一耦合单元60、合束器、控制器40以及两个温度控制模块50，如图2所示；所述参考臂包括参考臂波导20，延时臂包括延时臂波导30，参考臂波导20和延时臂波导30均为长螺旋线波导，用于通过大范围延时调节实现DPSK解调器的倍频程速率调谐。合束器用于将参考臂和延时臂的信号进行干涉得到合束信号传输至第一耦合单元60。

第一耦合单元60采用MZI光波导结构，如图3所示，设置有两个输出端，用于输出两个解调信号，两个解调信号的分光比任意可调，实现大于等于25dB的高消光比解调。第一耦合单元60包括第二分束器61、上臂波导62、下臂波导63、对应上臂波导62和下臂波导63设置的两个加热电极64，以及耦合器65，第二分束器61用于将合束信号分为两束信号分别传输至上臂波导62、下臂波导63，上臂波导62、下臂波导63的输出端分别连接耦合器65；加热电极64与控制器40的输出端连接，通过控制加热电极64以控制上臂波导62、下臂波导63的温度，实现第一耦合单元60的分光比控制；耦合器65用于将上臂波导62、下臂波导63所传输信号的相位信息转换为强度信息，经过耦合后输出两个解调信号，采用多模波导干涉耦合器结构（MMI结构）或定向耦合器结构。为了使上下两臂光强尽可能相等，进而更利于实现高消光比解调，第一分束器10和第二分束器61的分光比例均为5：5。由于上臂波导62和下臂波导63长度不同、参考臂波导20和延时臂波导30长度不同，两路光信号的强度有损耗，第一分束器10和第二分束器61均为5：5时，两路分别合束后，经第一耦合单元60和第二耦合单元70调节分光比得到的消光比最大。

温度控制模块50包括热敏电阻51和微加热器52，热敏电阻51用于实时监测参考臂波导20和延时臂波导30的温度，并反馈至控制器40，微加热器52采用半导体制冷器，用于对参考臂波导20和延时臂波导30进行高精度加热或制冷；所述控制器40为现场可编程逻辑门阵列（FPGA）或微处理器（MCU），控制器40的输出端分别与第一耦合单元60中的两个加热电极64以及温度控制模块50中的微加热器52和热敏电阻51连接，用于控制第一耦合单元60的分光比实现分光比任意可调，同时，通过温度控制模块50的温度调节控制参考臂波导20和延时臂波导30的延时。

解调器由热效应较明显的材料平台制成，通过改变温度对其光程或延时进行大范围调节，其中，加热电极64采用金属薄膜加热器，金属薄膜材料为Al、Cu、Ti、W、Ni、Cr、Au等材料中的一种；参考臂波导20、延时臂波导30采用硅、二氧化硅、高折射率差掺杂玻璃、铌酸锂、氮化硅及III-V材料中的一种。

解调器的工作原理为：DPSK信号经过第一分束器10后分为两路，其中一路经过参考臂波导20，另一路经过延时臂波导30，通过温度控制模块50对参考臂波导20和延时臂波导30进行独立控温，使两路光程差正好为1Bit或其正整数倍延时，再由第一耦合单元60对两路光信号进行干涉，将相位信息转换为强度信息，并对分光比进行控制，使解调器输出具有高消光比的解调信号。

上述解调器的调谐方法，包括以下步骤：

步骤一、根据输入的DPSK信号的速率Y（Y≥X）和公式Y=b*y（b∈N+），确定解调速率y；

解调速率y在解调速率下限X和其倍频程解调速率2X之间。由于参考臂和延时臂均由热效应明显的长螺旋线波导制成，当参考臂的延时长度足够长，解调器的解调速率下限为X，则其倍频程解调速率为2X，若解调速率可在X至2X之间连续调谐，则任意速率高于X的DPSK信号均可被该解调器解调。其原理在于：对于任意速率高于X的DPSK信号，总能在X至2X之间找到一个解调速率y，使得Y=b*y，其中b为解调速率的倍数，取正整数（即b∈N+），因此使得速率为Y的DPSK信号能够被解调速率为y的解调器解调。

步骤二、控制器40通过温度控制模块50调节参考臂波导20和延时臂波导30的温度，进而连续调节延时长度，使解调器的解调速率为y；

步骤三、利用控制器40控制第一耦合单元60中的加热电极64电压，调整上臂波导62、下臂波导63的温度，使其输出具有高消光比的解调信号。

延时长度与解调速率的关系、延时长度和解调速率随温度变化的关系如下所示：

设DPSK信号的码元速率为R（Gbps），参考臂长度为L，延时臂长度为ΔL+L，波导的群折射率为n_g，c为光速，Δt为延时时间，则对应的延时长度δ为：

(1)

自由光谱范围与解调速率一致，表示为：

(2)

根据干涉条件：

(3)

其中，n为波导介质的有效折射率，m为模式数（m∈N+），λ_m为波导介质中该模式所对应的波长。通过温度控制模块50改变微加热器的温度为ΔT，基于长螺旋线波导的热效应（热光效应和热膨胀效应），假设波导的谐振峰随温度的偏移为α（pm/℃/ΔL mm），则由温度引起的延时长度的变化量为Δδ，利用公式表示为：

（pm/℃/ΔL mm） (4)

根据公式（1）、公式（2）和公式（4）可以推出对应的随温度变化的自由光谱范围表达式为：

(5)

确定目标延时长度后，将其代入公式（5）的中，在ΔT或ΔL中的一个量确定的情况下，即可求解得到另一量的调节范围，对长螺旋线波导进行调节，从而实现对延时长度的调节。

本实施例中，为了表征长螺旋线波导的热效应情况，图7给出了基于高折射率差掺杂玻璃光子集成工艺平台的DPSK解调器的谐振峰随温度变化的瀑布图。其中，自由光谱范围为10GHz，参考臂长度为1.67 mm，延时臂相对参考臂的长度差ΔL为18.4mm，当温度从20℃以1℃的间隔逐渐变化到32℃时，谐振峰近似线性移动，移动速度为1.67 GHz/℃/18.4mm，每6℃正好移动一个自由光谱范围。

实施例二

如图4所示，本实施例中的DPSK解调器基于实施例一的DPSK解调器结构，在参考臂和延时臂上设置有额外级联光波导，通过开关跳跃调谐和连续热调谐两种方式结合，使延时长度达到倍频程，其原理如图5所示。

额外级联光波导为MZI光波导结构，包括第二耦合单元70，第二耦合单元70的结构与第一耦合单元60相同，第二耦合单元70的一个输出端连接第一耦合单元60的输入端，另一个输出端通过延时波导连接第一耦合单元60的输入端或下一级额外级联光波导的输入端；第二耦合单元70与控制器40的对应输出端连接，通过控制器40控制第二耦合单元70两个输出端的开关状态，实现开关跳跃调谐延时长度。参考臂和延时臂上额外级联光波导的数量至少为一个。

为了进一步说明本实施例DPSK解调器的调谐效果，图8给出了基于硅基光子集成平台，在不同参考臂长度L的情况下自由光谱范围FSR随温度变化的仿真结果图，当采用50Gbps的延时解调器时，所需要的ΔL为1.4mm，此时硅基波导的谐振峰随温度的偏移为10GHz/℃/1.4mm（80pm/℃/1.4mm）。其中，波导的有效折射率为3.476，群折射率为4.36，当ΔL为14mm，对应的自由光谱范围为5GHz；如果改变温度使解调速率连续调谐范围未达到目标的倍频程，则利用额外级联光波导，通过第二耦合单元70进行延时长度台阶式改变，进而实现速率开关跳跃调谐。因此通过基于波导材料热光效应的连续热调谐和开关跳跃调谐两种方式结合实现倍频程速率连续、精确、高效、灵活地调谐。对于参考臂长度约为1m的情况，当延时臂波导30的温度从25℃变化到90℃时，延时长度加倍，解调速率从5Gbps连续变化到2.5Gbps，即实现解调速率倍频程连续调谐，可以在单个片上解调器上实现任意速率大于2.5Gbps的DPSK信号解调。若考虑到损耗因素，可以缩短长螺旋线波导的长度，但只通过连续热调谐难以实现倍频程连续调谐。如图8所示，当参考臂长度为0.5m或者0.2m时，只通过连续热调谐难以使解调速率达到2.5Gbps，此时使用实施例二中的解调器则可以使得解调速率达到2.5Gbps。本实施例中，参考臂和延时臂上均设置有两个额外级联光波导；第二耦合单元70的一个输出端连接第一耦合单元60，另一个输出端通过长螺旋线波导连接第一耦合单元60或下一额外级联光波导的输入端，使得参考臂和延时臂各有3种波导长度选择，因此共有9种ΔL组合。假设实现倍频程需要ΔL的变化量为S_ΔL（对于2.5Gbps解调速率下限，S_ΔL为14 mm），则将图4中额外级联光波导结构的参考臂与延时臂长度按照如表1设计，其中固定波导长度 =S_ΔL/9：

表1 参考臂、延时臂长度及其对应的ΔL

为了对本实施例进一步说明，假设目标解调速率下限为2.5Gbps，则变化量S_ΔL为14 mm，固定波导长度 应设置为1.56mm，对应的参考臂长度可以从原先的1m缩减到约115mm。具体实现过程为：通过MZI光波导结构依次将ΔL设为0、 />，两个相邻ΔL之间的固定波导长度 />范围通过连续热调谐实现，从而通过两种方式结合实现0至 />连续调谐，即实现2.5Gbps倍频程连续调谐。

在使用过程中，当参考臂的延时长度有限，通过温度调谐未能使ΔL达到倍频程，例如解调速率可在X至1.25X之间连续调谐，则任意速率高于5X的DPSK信号均可被该解调器解调，而在X至5X之间的区域存在一部分速率不能被解调，其能够被解调和不能够被解调的速率区域分别如图1的c中的深色阴影部分和两个虚线之间的部分所示。此时使用本实施例的解调器对其进行解调，通过增加的额外级联光波导结构进行延时长度台阶式改变，进而实现速率开关跳跃调谐。将连续热调谐和开关跳跃调谐两种方式结合实现X至2X倍频程速率连续、精确、高效、灵活地调谐。另外，因为解调速率下限X和对应的ΔL呈反比关系，是一对矛盾量，更小的解调速率下限X需要更大范围的延时长度调节，进而需要更长的参考臂和延时臂，这会导致较大的光损耗，因此在实际应用中，应折衷考虑材料的热光系数和波导损耗，确定出更合理的解调速率下限X。

利用本实施例解调器的调谐方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤一、根据输入的DPSK信号的速率Y（Y≥X）和公式Y=b*y（b∈N+），计算得到解调速率y；

步骤二、调谐解调速率y

2.1.控制器40通过温度控制模块50调节参考臂波导20和延时臂波导30的温度，连续调谐延时长度，从而调整解调速率；

2.2.判断解调速率是否调谐至y；

如果是，进入步骤三；

如果否，则同时控制参考臂和延时臂上设置的额外级联光波导对延时长度进行开关跳跃调谐，通过连续热调谐和开关跳跃调谐两种方式结合，使解调器的解调速率为y，进入步骤三；

步骤三、利用控制器40控制第一耦合单元60中的加热电极64的电压，调整上臂波导62、下臂波导63的温度，使其输出具有高消光比的解调信号。

受现有工艺水平的限制，不同材料平台的波导损耗和热光系数均不相同。若在其它实施例中热光系数更大，则推荐采用实施例一的方式实现倍频程速率可调，若热光系数较小，则推荐采用实施例二的方式。若波导损耗更大，则采用实施例二实现倍频程速率可调，若波导损耗较小，则推荐采用实施例一的方式。

Claims (8)

1.一种片上倍频程速率可调的DPSK解调器，包括第一分束器(10)、参考臂、延时臂、合束器以及第一耦合单元(60)，第一分束器(10)用于将DPSK信号分为两路，两路信号分别经参考臂和延时臂传输至合束器，合束后再由第一耦合单元(60)耦合输出解调信号，其特征在于：

还包括控制器(40)和两个温度控制模块(50)；

所述参考臂包括参考臂波导(20)，所述延时臂包括延时臂波导(30)；所述参考臂波导(20)和延时臂波导(30)均设置为长螺旋线波导，用于通过调节延时实现倍频程速率调谐；

所述第一耦合单元(60)采用MZI光波导结构，设置有两个输出端，用于输出两个解调信号，两个解调信号的分光比任意可调，实现高消光比解调，所述高消光比指大于等于25dB的消光比；

两个所述温度控制模块(50)分别用于控制参考臂波导(20)和延时臂波导(30)的温度；

所述控制器(40)分别连接第一耦合单元(60)以及两个温度控制模块(50)，用于控制第一耦合单元(60)的分光比，并通过温度控制模块(50)控制参考臂波导(20)和延时臂波导(30)的温度，从而控制其延时长度，使延时臂和参考臂的光程差为1Bit或1Bit的正整数倍，实现解调速率连续调谐；

所述第一耦合单元(60)包括第二分束器(61)、上臂波导(62)、下臂波导(63)、对应上臂波导(62)和下臂波导(63)设置的两个加热电极(64)，以及耦合器(65)；

所述第二分束器(61)的输入端连接合束器的输出端，使得两路信号进行干涉，第二分束器(61)的输出端分别连接上臂波导(62)和下臂波导(63)的输入端；

所述上臂波导(62)和下臂波导(63)的输出端分别连接所述耦合器(65)，耦合器(65)为分光比任意可调的耦合器(65)，用于将两路信号的相位信息转换为强度信息，经过耦合后输出两个解调信号；

两个所述加热电极(64)连接控制器(40)输出端，通过控制加热电极(64)以控制上臂波导(62)和下臂波导(63)的温度变化，从而实现第一耦合单元(60)的分光比控制，使得输出的解调信号具有高消光比；

参考臂和延时臂上分别设置有至少一个额外级联光波导，额外级联光波导为MZI光波导结构，参考臂和延时臂上的额外级联光波导数量相同；

所述额外级联光波导包括第二耦合单元(70)，第二耦合单元(70)的结构与第一耦合单元(60)相同，第二耦合单元(70)的一个输出端连接第一耦合单元(60)的输入端，另一个输出端通过延时波导连接第一耦合单元(60)的输入端或下一级额外级联光波导的输入端；

所述第二耦合单元(70)与控制器(40)的对应输出端连接，通过控制器(40)控制第二耦合单元(70)两个输出端的开关状态，实现对延时长度的开关跳跃调谐。

2.根据权利要求1所述的片上倍频程速率可调的DPSK解调器，其特征在于：

所述温度控制模块(50)包括热敏电阻(51)和微加热器(52)；

所述热敏电阻(51)连接控制器(40)的输入端，用于实时监测对应参考臂波导(20)或延时臂波导(30)的温度；

所述微加热器(52)连接控制器(40)对应输出端，通过控制器(40)控制微加热器(52)的工作状态，从而对参考臂波导(20)或延时臂波导(30)进行加热或制冷。

3.根据权利要求2所述的片上倍频程速率可调的DPSK解调器，其特征在于：

所述加热电极(64)采用金属薄膜加热器，金属薄膜材料为Al、Cu、Ti、W、Ni、Cr、Au中的一种；

所述耦合器(65)采用MMI结构或定向耦合器结构；

所述微加热器(52)为半导体制冷器。

4.根据权利要求1-3任一所述的片上倍频程速率可调的DPSK解调器，其特征在于：

所述参考臂和延时臂上均设置有两个额外级联光波导；

第二耦合单元(70)的一个输出端连接第一耦合单元(60)，另一个输出端通过延时波导连接第一耦合单元(60)或下一级额外级联光波导的输入端；

所述延时波导为长螺旋线波导。

5.根据权利要求4所述的片上倍频程速率可调的DPSK解调器，其特征在于：

所述第一分束器(10)的分光比例为5:5；

所述参考臂波导(20)、延时臂波导(30)为硅、二氧化硅、高折射率差掺杂玻璃、铌酸锂、氮化硅及III-V材料中的一种；

所述控制器(40)为现场可编程逻辑门阵列或微处理器。

6.一种片上倍频程速率调谐方法，基于权利要求1-5任一所述的片上倍频程速率可调的DPSK解调器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过下式确定解调速率y；

Y＝b*y

其中，Y为DPSK信号的速率，Y≥X，X为解调速率下限，b为解调速率的倍数，取正整数；

步骤二、通过控制器(40)调节延时长度δ，使得解调器的解调速率为y；

步骤三、利用控制器(40)控制第一耦合单元(60)，使其输出具有高消光比的解调信号。

7.根据权利要求6所述的片上倍频程速率调谐方法，其特征在于：

步骤二中所述调节延时长度具体为：

2.1、通过控制器(40)控制温度控制模块(50)调节参考臂波导(20)和延时臂波导(30)的温度，连续调节延时长度δ，从而连续调谐解调速率；

2.2、判断解调速率是否调谐至y；

如果是，则进入步骤三；

如果否，则同时控制参考臂和延时臂上设置的额外级联光波导对延时长度进行跳跃式调节，从而实现解调速率的开关跳跃调谐，通过开关跳跃调谐和连续调谐两种方式结合，使解调器的解调速率为y。

8.根据权利要求7所述的片上倍频程速率调谐方法，其特征在于，延时长度δ通过下式计算：

其中，△L通过下式计算：

FSR(△T)＝c/[n_g·(△L+m·α·△T)]

其中，c为光速，n_g为参考臂波导(20)和延时臂波导(30)的群折射率，R为DPSK信号的码元速率，ΔL为延时臂相对参考臂的长度差，FSR(△T)为随温度变化的自由光谱范围，m为模式数，取值为正整数，α为波导的谐振峰随温度的偏移，ΔT为参考臂波导(20)和延时臂波导(30)的温度差。