CN101958753B

CN101958753B - 采用电控方法实现平顶陡边的解复用接收器

Info

Publication number: CN101958753B
Application number: CN2009101606323A
Authority: CN
Inventors: 黄永清; 张阳安; 任晓敏; 段晓峰; 杨一粟; 黄辉; 王�琦
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: CN101958753A

Abstract

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种具有平顶陡边光谱响应性能的用于波分复用中的解复用接收器。本发明所提供的解复用接收器，包括：至少两个光探测器，所述光探测器信道相邻且具有滤波性能；信号处理单元，所述信号处理单元对探测器的输出信号的直流分量进行比较，以向所述光探测器中指定的光探测器输出的交流信号实现光谱响应。本发明所提供的是可以实现可变带宽的平顶陡边的解复用接收器，同时可以实现可调谐的平顶陡边的解复用接收器。

Description

采用电控方法实现平顶陡边的解复用接收器

技术领域：

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种具有平顶陡边光谱响应性能的用于波分复用(WDM)中的解复用接收器。特别涉及了实现平顶陡边的解复用性能时不同中心响应波长光探测器的使用方案，不同中心响应波长光探测器的输出电信号的电路处理方法，以及平顶陡边光谱响应解复用接收器的采用电路控制的实现方法。

背景技术：

光纤通信正在从追求高速大容量的干线传输向以智能化、集成化、低成本和高可靠性为特征，以城域网和接入网为发展重点，以基于波分复用(WDM)的全光网络为目标的新一代光通信网络演进。解复用接收器是用于WDM系统的接收器件，它可以取代传统的“解复用器(分波器)+探测器”的分立器件组合方式，是WDM的关键技术之一，它是保证WDM技术能够应用于实际系统和网络、发挥自身强大功能的保证。目前的解复用接收器主要采用的方案有：①谐振腔增强型(RCE)光探测器，基本结构是将吸收层引入到F-P谐振腔当中，这样探测器本身就具有了波长选择特性，而无须外加滤波器；②滤波器加PIN光探测器，基本结构是吸收层位于滤波器外，光波被滤波之后再进行光电转换。

RCE光探测器存在着一定的缺陷。它的光谱响应峰都是尖顶的，如果信号光波长有微小漂移，探测器的响应电流将有大幅变化；RCE光探测器的响应峰的边缘下降比较缓慢，这种不稳定性和边缘缓慢下降不能满足波分解复用接收的要求。对于滤波器加PIN光探测器类型的解复用接收器，其光谱响应受到滤波器性能的影响，对于集成的器件来讲，需要集成多个谐振腔来实现，或者和解复用器件集成，集成方案较为复杂，目前尚无很好的实现方案。

发明内容：

本发明的目的是提供一种利用电路控制的方法实现具有平顶陡边光谱响应的解复用接收器的方法，本方案具有实现方法简单，易于实现，不影响接收的高速性能等优点。

本发明提供一种解复用接收器，包括：

至少两个光探测器，所述光探测器信道相邻且具有滤波性能；

信号处理单元，所述信号处理单元对所述至少2个光电探测器件的输出信号的直流分量进行比较，以向所述光探测器中指定的光探测器输出的交流信号实现光谱响应。

优选其中所述解复用接收器包括至少3个光探测器。

其中所述滤波性光探测器选自垂直腔型光探测器、非垂直腔型光探测器或多腔型光探测器。

其中所述滤波性光探测器选自如谐振腔增强型光探测器或一镜斜置三镜腔光探测器。

其中所述光探测器的输出电流-波长特性曲线形状一致。

其中所述光探测器光谱响应中心波长不同，且所述光探测器集成在一起，同时输入信号光。

其中所述光探测器光谱响应中心波长不同，且所述光探测器非集成，经由用耦合器将信号光分别输入进探测器。

所述解复用接收器的所述信号处理单元：

a.经耦合器将光探测器输出信号的直流分量提出；

b.采用电放大器将所得直流信号放大；

c.在比较器中比较放大的直流信号。

其中采用限幅放大器对指定光探测器输出的交流信号进行放大，放大器的输出由比较器的输出信号控制，

a.若指定光探测器的输出信号直流分量比其它探测器的直流分量大，或者指定光探测器的输出信号直流分量等于其它探测器的直流分量时，则不控制限幅放大器的输出；

b.若指定光探测器的输出信号直流分量比其它探测器的直流分量小，则控制限幅放大器的输出，且使输出为零。

其中进一步包括数字逻辑电路控制单元或模拟电路控制单元。

采用直流或交流耦合。

本发明实现原理如下：N(N大于或等于2)个光探测器，记为PD₁...PD_N，其中任意探测器PD_x的光谱响应曲线的峰值波长为λ_x，peak，将其值写入寻址寄存器中，光谱响应曲线从λ_x，peak对应的强度I_x，peak下降到β_xI_x，peak，(0＜β_x＜1，如50％等)对应的波长记作λ_x，1，λ_x，2，且λ_x，1＜λ_x，2，通过合理设定探测器的参数，调节光谱响应曲线并选取合适的参数β_x，满足λ_1，2＝λ_2，1，λ_2，2＝λ_2，1，…λ_N-1，2＝λ_N，1，将通过校准测试实验得到的这些波长也写入寻址寄存器中。所述N个光探测器非集成，经由用耦合器将功率相等的信号光分别输入进探测器。通过对N个光探测器的输出电信号进行放大和直流分量提取后进行比较，可得在相同光强的入射信号光激励下，输出电信号最强的探测器为PD_M，经过数字电路逻辑判断，如果1＜M＜N，根据下标M查表得到对应寻址寄存器中的值λ_M，peak是否属于理想整形响应曲线所示的响应范围内[λ_downλ_up](满足λ_down＞λ_1，2且λ_up＜λ_N，1)，如果λ_M，peak在响应范围内，寻址寄存器输出探测器PD_M的地址，将此地址输入程控开关阵列，作为控制信号，使PD_M的输出信号通过程控开关阵列，其他光探测器的输出信号禁止输出。最后将开关阵列输出的电信号经过交流耦合放大后作为最终的整形信号输出，完成了处理流程。如果λ_M，peak不在响应范围内，寻址寄存器输出控制信号，使程控开关阵列禁止所有PD输出信号到下一级电路。如果M＝1或N，认为入射光信号的波长已经偏离了预期容限谱响应，寻址寄存器输出控制信号，使程控开关阵列禁止所有PD输出信号到下一级电路。从而实现较为理想的平顶陡边的光谱响应。

本发明专利与其它解复用接收器相比的优点有：利用波长可选择半导体光探测器和控制电路采用电控的方法控制光探测器的输出，可以获得比较理想的平顶陡边的光谱响应曲线，且通过改变波长可选择半导体光探测器的光谱响应的带宽和中心波长，可以实现可变带宽的平顶陡边的解复用接收器和波长可调谐的平顶陡边的解复用接收器。这使得波分复用系统可以在一定程度上放松对光发射端激光器波长的准确性和稳定性的要求，对于降低系统成本非常有利；这一方法将会使得波分复用系统的接收的多个波长间的串扰大大降低；这一方法可以实现可变的光谱响应带宽；通过设计光探测器的结构可以实现光谱响应的可调谐；本发明专利可以同时获得传统RCE光探测器的高量子效率和高响应速度的优点。本发明设计的方法具有将集成解复用接收器件和控制电路的优势相结合的特点，给出了实现平顶陡边的解复用接收器的光电子和微电子集成的实现方案，将对类似光电子器件的设计和发展产生重要的影响。该解复用接收器可以广泛应用于光通信、光信息处理等，具有较广泛的应用前景。

附图说明：

图1为基于本发明的解复用接收器的示意图；

图2为基于本发明的三个光探测器的光谱响应示意图；

图3为基于本发明所实现的平顶陡边光谱响应图。

PD1、PD2、PD3均为具有波长选择性的光探测器，PD2为指定光探测器；

A1、A2和A3为电放大器；

C为电容

L1、L2和L3为电感

比较器为数字电路或者模拟电路

限幅放大器为数字电路或者模拟电路。

具体实施方式：

实施例1：包含2个光探测器的解复用接收器

光信号分别进入PD1、PD2光探测器进光电转换；转换的电信号分别经过放大器A1和A2进行放大；A1和A2的输出信号经直流耦合后直流信号送入比较器，A2的输出信号同时进行交流耦合，其交流信号输入限幅放大器，限幅放大器输出的信号为转换的高速电信号。

设计的PD2器件为具有高速响应性能和波长选择性能的光探测器。PD1接收的辅助探测，它们的响应速度可以不必很高，但需具有波长选择性能，以配合控制电路的工作。

改变光探测器PD2和PD1电流-波长特性曲线的交点的波长位置，可以改变响应的宽度大小，从而调整个光谱响应带宽。

改变光探测器PD2和PD1的响应的中心波长位置，可以实现大范围的调谐。

实施例2：包含3个光探测器的解复用接收器

参见图1，光信号分别进入PD1、PD2、PD3光探测器进光电转换；转换的电信号分别经过放大器A1、A2和A3进行放大；A1、A2和A3的输出信号经直流耦合后直流信号送入比较器，A2的输出信号同时进行交流耦合，其交流信号输入限幅放大器，限幅放大器输出的信号为转换的高速电信号。

设计的PD2器件为具有高速响应性能和波长选择性能的光探测器。PD1和PD3接收的辅助探测，它们的响应速度可以不必很高，但需具有波长选择性能，以配合控制电路的工作。

改变光探测器PD2和PD1、PD3电流-波长特性曲线的交点的波长位置，可以改变响应的宽度大小，从而调整个光谱响应带宽。

改变光探测器PD2和PD1、PD3的响应的中心波长位置，可以实现大范围的调谐。

实施例3：包含4个光探测器的解复用接收器

光信号分别进入PD1、PD2、PD3和PD4光探测器进光电转换；转换的电信号分别经过放大器A1、A2、A3和A4进行放大；A1、A2、A3和A4的输出信号经直流耦合后直流信号送入比较器，A2的输出信号同时进行交流耦合，其交流信号输入限幅放大器，限幅放大器输出的信号为转换的高速电信号。

设计的PD2器件为具有高速响应性能和波长选择性能的光探测器。PD1、PD3和PD4接收的辅助探测，它们的响应速度可以不必很高，但需具有波长选择性能，以配合控制电路的工作。

改变光探测器PD2和PD1、PD3、PD4电流-波长特性曲线的交点的波长位置，可以改变响应的宽度大小，从而调整个光谱响应带宽。

改变光探测器PD2和PD1、PD3、PD4的响应的中心波长位置，可以实现大范围的调谐。

综上所述，本发明通过设计具有波长选择性能的光探测器，结合控制电路的作用，使得本发明能提供一种具有较为理想的平顶陡边光谱响应的光探测器，从而克服一般的解复用接收器件的尖顶缓降响应峰在波分复用系统中应用时的不足。虽然此器件针对在波分复用系统中应用设计，实际上它还可以光通信以外的场合，如光学测量、光信息处理等其它领域。以上所述乃本发明的具体实例及所运用的技术原理，依本发明的构想所做的等效变换，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，如将实施例中的波长选择光探测器拓展为其它具有滤波性能的光探测器，半导体波长选择光探测器和控制电路采用光电子集成方案均应在本发明的范围内。本发明所提出器件结构不仅能够应用于PIN光电探测器，还可以应用于金属-半导体-金属(MSM)光电探测器和雪崩光电二极管(APD)，这些应用也均应在本发明的范围内，特此说明。

Claims

1.一种解复用接收器，包括：

信号处理单元，所述信号处理单元对所述至少两个光探测器的输出信号的直流分量进行比较，以向所述光探测器中指定的光探测器输出的交流信号实现光谱响应；

其中所述信号处理单元：

a.采用电放大器将转换的电信号放大；

b.经耦合器将光探测器输出信号的直流分量提出；

c.在比较器中比较放大的直流信号；

若指定光探测器的输出信号直流分量比其它探测器的直流分量大，或者指定光探测器的输出信号直流分量等于其它探测器的直流分量时，则不控制限幅放大器的输出；

若指定光探测器的输出信号直流分量比其它探测器的直流分量小，则控制限幅放大器的输出，且使输出为零。

2.如权利要求1所述的解复用接收器，其中所述解复用接收器包括三个光探测器。

3.如权利要求1或2所述的解复用接收器，其中所述滤波性光探测器选自垂直腔型光探测器、非垂直腔型光探测器或多腔型光探测器。

4.如权利要求3所述的解复用接收器，其中，所述滤波性光探测器选自谐振腔增强型光探测器或一镜斜置三镜腔光探测器。

5.如权利要求1所述的解复用接收器，其中所述光探测器的输出电流一波长特性曲线形状一致。

6.如权利要求1或2所述的解复用接收器，其中所述光探测器光谱响应中心波长不同，且所述光探测器集成在一起，同时输入信号光。

7.如权利要求1或2所述的解复用接收器，其中所述光探测器光谱响应中心波长不同，且所述光探测器非集成，经由用耦合器将信号光分别输入进探测器。

8.根据权利要求1或2所述的解复用接收器，其中进一步包括数字逻辑电路控制单元或模拟电路控制单元。