CN103050887A - 电吸收方式调制激光器系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电吸收方式调制激光器系统。该系统包括分布式反馈DFB激光器和电吸收调制器EAM；还包括：匹配电阻，与所述EAM并联；耦合电容，与所述匹配电阻串联；匹配电路，与所述EAM串联，用于为所述EAM提供工作电压；所述EAM与所述匹配电路之间串联有电感，用于阻止交流驱动信号进入所述匹配电路。本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统可以降低整个链路上的功耗，以及电路成本。

Description

电吸收方式调制激光器系统

技术领域

本发明实施例涉及光通信技术，尤其涉及一种电吸收方式调制激光器系统。

背景技术

目前，长距离（如80千米）传输的光模块都采用制冷的电吸收方式调制激光器（Electro-Absorption Modulator Laser-cooled，简称EML-cooled）。该激光器即在分布式反馈激光器（Distributed FeedBack Laser，简称：DFB激光器）上集成电吸收调制器（Electro-Absorption Modulator，简称：EAM），通过热电制冷器（Thermal Electric Cooler，简称：TEC）对管芯温度进行控制。

现有技术的电路原理图如图1所示。图1中，由于EAM102对电信号具有高阻抗，为很好的匹配驱动信号加载，采用在EAM上并联一个50欧姆的匹配电阻RL103。EAM工作于负2伏（-2V）左右的电压，而-2V的电压是经正5V电源经电压转换得到-5V电压，再由匹配电路104降压后得到的。由于EAM具有高阻抗，流过EAM的直流电流很小，为微安培（μA）级的，而-2V电压在电阻RL上产生的直流电流为40毫安培（mA），因此忽略EAM上的直流电流，则整个链路上产生的功耗约为5V*40mA=200mW。因此，使得整个链路上产生较高的功耗。而且在图1中，在DFB激光器101的后端通过设置的普通监控光电二极管（Monitor PhotoDiode，简称MPD）106，来检测光功率的大小，并反馈给自动功率控制（Automatic Power Control，简称APC）回路107，通过微控制器（Micro Controller Unit，简称MCU）控制APC回路控制基准电流Ibias，来实现控制DFB激光器发光稳定，增加了电路成本。

因此，在现有技术中，由于在EAM上并联一个50欧姆的匹配电阻RL，由于EAM具有高阻抗，流过的直流电流很小，但流过电阻RL上的电流约为40mA，使得整个链路上功耗较高。而且由于使用MPD来监测DFB的光稳定，增加电路成本。

发明内容

本发明实施例提供一种电吸收方式调制激光器系统，可以解决现有技术中整个链路上功耗较高、电路成本高的问题。

本发明实施例提供了一种电吸收方式调制激光器系统，包括：

分布式反馈DFB激光器和电吸收调制器EAM；

其中，所述电吸收方式调制激光器系统，还包括：

匹配电阻，与所述EAM并联；

耦合电容，与所述匹配电阻串联；

匹配电路，与所述EAM串联，用于为所述EAM提供工作电压；

所述EAM与所述匹配电路之间串联有电感，用于阻止交流驱动信号进入所述匹配电路。

上述电吸收方式调制激光器系统，还包括：

自动功率控制APC回路，与DFB激光器连接，用于根据经过所述EAM的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率。

其中，所述匹配电路包括有镜像电流源，与所述APC回路连接；所述镜像电流源用于获取经过所述EAM的直流电流，并发送给所述APC回路。

上述电吸收方式调制激光器系统，还包括：

监控光电二极管MPD，与所述APC回路连接；所述MPD用于获取所述DFB激光器发出的激光并将其转换为电信号；对应地，所述APC回路还用于获取经过所述MPD的直流电流，并根据所述经过所述MPD的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过在给出的电吸收方式调制激光器系统中电吸收调制器并联匹配电阻上，串联一个耦合电容，隔绝直流从匹配电阻上通过，可以降低整个链路上的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的电吸收方式调制激光器系统电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统一实施例的电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统另一实施例的电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统APC回路的简单电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统另一实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中的电吸收方式调制激光器系统用于长距离（如80千米）传输光模块。其中，该系统包括了发送端光组件（Transmitter OpticalSubassembly，简称：TOSA），所述TOSA由EAM以及EAM上并联的50Ω的匹配电阻RL、DFB激光器、耦合电容CL和TEC构成，其中，TEC在各图中未示出，该系统通过金属有机化合物化学气相沉淀（Metal-organic ChemicalVapor Deposition，简称：MOCVD）生长技术实现将EAM和DFB激光器集成在同一块InP衬底上，因此EAM和DFB激光器是共地的。然而EAM工作于反向电压，电压大小为-2V左右，因此需要供电系统提供一个-2V左右的电压。而供电电源一般为正5V，因此，采用电压转换电路将正5V电源转换成-5V，然后经匹配电路分压输出-2V的电压。其中，所述耦合电容是在本发明实施例中添加的，用于隔绝匹配电阻RL上的直流电流，将现有方案的直流耦合方式变为交流耦合方式。由于长距离传输光模块具有较高的功耗，因此，在EAM上并联的匹配电阻RL串联一个耦合电容改为交流耦合的方式，可以降低TOSA组件整个链路上的功耗。进一步，可以将匹配电路中加入镜像电流源，获取所述EAM的直流电流，通过APC回路对EAM的直流电流的变化量进行控制，实现由所述EAM对DFB激光器输出光功率的监控，在降低TOSA组件整个链路上的功耗的同时，还可以降低电路成本。更进一步，该系统的发送端光组件还可以包括MPD，匹配电路中没有镜像电流源，通过APC回路对所述MPD的直流电流的变化量进行控制，实现由所述MPD对所述DFB激光器输出光功率的监控，该方案在实现对所述DFB激光器输出光功率监控的同时，也可以实现降低TOSA组件整个链路上的功耗。

图2为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统一实施例的电路结构示意图。如图2所示，本实施例的电吸收方式调制激光器系统，包括：分布式反馈DFB激光器101和电吸收调制器EAM102；

其中，所述DFB激光器与所述EAM共阴极接地。

其中，所述DFB激光器用于发出光功率稳定的激光；

其中，所述EAM用于对所述DFB激光器发出的激光进行调制，以得到调制后的激光信号。

其中，所述电吸收方式调制激光器系统，还包括：匹配电阻103、耦合电容201、匹配电路104、电感105；

其中，所述匹配电阻与所述EAM并联；

其中，所述匹配电阻RL为50欧姆（Ω）。

其中，所述耦合电容与所述匹配电阻串联；

其中，所述耦合电容CL用于隔绝直流。

其中，所述匹配电路与所述EAM串联，用于为所述EAM提供工作电压；

其中，所述工作电压为反向偏置电压，为-2V左右。

其中，所述匹配电路为所述EAM提供工作电压，具体包括：

由所述匹配电路将-5V电压转换为-2V；

其中，所述-5V电压可由电压转换电路将+5V的供电电压转换为-5V。

其中，所述EAM与所述匹配电路之间串联有电感LB，用于阻止交流驱动信号进入所述匹配电路。

其中，所述交流驱动信号为所述EAM用于对所述DFB激光器发出的激光进行调制的调制信号；

其中，所述交流驱动信号可以由驱动器提供，可以由所述EAM的阳极输入。

其中，所述驱动器输入的交流驱动信号可通过电容CD输入，可以阻止所述驱动器和所述匹配电路上直流电流的相互影响。

其中，所述匹配电阻用于在所述交流驱动信号进行加载时，使得所述交流驱动信号与所述EAM能很好的匹配。

其中，所述EAM正常工作需要施加所述反向偏置电压，同时要施加所述交流驱动信号，使得所述EAM的反向偏置电压处在可调制的工作状态，使得DFB发出的激光通过所述EAM后变为带有调制信号的激光；

其中，所述EAM的反向偏置电压处在可调制的工作状态，具体为：

所述EAM的反向偏置电压在所述交流驱动信号的作用下，跟随所述交流驱动信号进行调制变换。

可选的，所述交流驱动信号为-0.5V～+0.5V，则所述EAM的反向偏置电压在所述交流驱动信号的作用下，所述EAM的工作特性范围内认为是线性，并且所述EAM的反向偏置电压跟随所述交流驱动信号进行调制变换，则所述EAM两侧电压浮动为-2.5V～-1.5V。

其中，所述EAM用于对所述DFB激光器发出的激光进行调制，以得到调制后的激光信号，具体包括：

当所述交流驱动信号与所述EAM的反向偏置电压同相时，所述EAM两侧的电压增加，则对所述DFB激光器发出的激光吸收的多；

或者，当所述交流驱动信号与所述EAM的反向偏置电压反相时，所述EAM两侧的电压减小，则对所述DFB激光器发出的激光吸收的少。

可选的，当所述交流驱动信号与所述EAM的反向偏置电压同相时，如为-0.5V，则所述EAM两侧的电压为-2.5V，则激光信号对应的输出为“0”，所述激光信号被所述EAM吸收；当所述交流驱动信号与所述EAM的反向偏置电压反相时，如为+0.5V，则所述EAM两侧的电压为-1.5V，则激光信号对应的输出为“1”，所述激光信号通过了所述EAM，并发射出去。这样所述EAM在所述交流驱动信号的作用下，所述EAM两侧电压在-2.5V～-1.5V交替变换，使得所述DFB激光器发出的激光以“0”、“1”交替变换，实现了对所述DFB激光器发出的激光的调制。

其中，由所述EAM反向偏置电压为-2V左右，则在所述匹配电阻未串联所述耦合电容时，流过所述匹配电阻的直流电流大小约为2V/50Ω=40mA；

其中，由所述EAM具有高阻抗，则流过所述EAM的直流电流为μA级的，很小，相对于40mA可以忽略。

其中，在所述匹配电阻上串联一个耦合电容CL后，所述耦合电流隔绝了该40mA大小的直流电流的通过。

其中，所述电吸收方式调制激光器系统减少了由所述匹配电阻产生的直流功耗大小约为40mA*5V=200mW。

本实施例通过在电吸收方式调制激光器系统中将匹配电阻串联一个耦合电容，可以阻止直流经过该匹配电阻，由于EAM的高阻抗特性，流过EAM的直流很小，从而可以降低整个链路上的功耗。

图3为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统另一实施例的电路结构示意图。如图3所示，本实施例基于上述实施例实现。本实施例的电吸收方式调制激光器系统，还包括：自动功率控制APC回路107；

其中，所述匹配电路包括有镜像电流源，与所述APC回路连接；所述镜像电流源用于获取经过所述EAM的直流电流，并发送给所述APC回路。

其中，所述APC回路，与DFB激光器连接，用于根据经过所述EAM的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率。

其中，所述APC回路根据经过所述EAM的直流电流的变化量，通过调整经过所述DFB激光器的Ibias值，来控制所述DFB激光器的输出光功率。

可选的，图4为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统APC回路的简单电路结构示意图，下面结合图4给出本发明实施例实现由APC回路根据经过所述EAM的直流电流的变化量，通过调整经过所述DFB激光器的Ibias值，来控制所述DFB激光器的输出光功率的过程。

其中，所述APC回路根据经过所述EAM的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率，包括：

所述APC回路接收所述镜像电流源获取的经过所述EAM的直流电流I₁；

所述APC回路将由接收的所述直流电流I₁和采样电阻R402得到的电压值输入给电压比较器401，并将所述电压值与微控制器中预设的电压值进行比较，来控制所述DFB激光器的输出光功率的恒定。

可选的，由所述电压比较器根据所述直流电流和采样电阻得到的所述电压值与所述微控制器预设的电压值进行比较，来控制所述DFB激光器的输出光功率的恒定，具体包括：

所述根据所述直流电流和采样电阻得到所述电压值可以根据所述DFB激光器的发光效率和所述EAM的转换效率来求得，如图4所示，由DFB激光器发出激光，通过APC回路接收到的EAM的直流电流I₁，在采样电阻R402上对应电压为V+，则由电压比较器对所述V+和所述微控制器中预设电压V-进行比较判断，然后根据判断结果，通过改变Ibias来维持DFB激光器的输出光功率的恒定。

可选的，所述根据所述DFB激光器的发光效率和所述EAM的转换效率，由电压比较器对所述V+和所述微控制器中预设电压V-进行比较判断，然后根据判断结果，通过改变Ibias来维持DFB激光器的输出光功率的恒定，具体包括：

所述DFB激光器的发光效率为0.035mW/mA，所述EAM的转换效率为0.6mA/mW，定义Ibias=β*I₁；

其中，β为Ibias与I₁之间的对应关系，由所述DFB激光器的发光效率为0.035mW/mA，则Ibias为1mA时，在所述DFB激光器上产生的光功率为0.035mW。而由所述EAM的转换效率为0.6mA/mW，则光功率为1mW的光在所述EAM上产生的电流I₁为0.6mA。因此，当所述DFB激光器的光功率为0.035mW（即Ibias为1mA）时，对应的在所述EAM上产生的电流I₁为：

I₁=(0.6mA/1mW)*0.035mW，

则由Ibias=β*I₁，则可以得出β的值为：

$\mathrm{\β}=\mathrm{Ibias}/I_1=\frac{1\mathrm{mA}}{((0.6\mathrm{mA}/1\mathrm{mW})*0.035\mathrm{mW})},$

则根据所述直流电流I₁得到Ibias值为：

$\mathrm{Ibias}=I_1*\frac{1\mathrm{mA}}{((0.6\mathrm{mA}/1\mathrm{mW})*0.035\mathrm{mW})},$

即所述根据所述直流电流I₁得到的Ibias值为：

Ibias=I₁*47.62，即β=47.62。

则由微控制器通过设定电压值V-，由V+=I₁*R，则I₁=V+/R，则所述根据所述直流电流得到的Ibias值为β*V+/R，再由积分对比使得V+=V-，可以得出Ibias=β*V-/R。其中，该Ibias的值是由所述微控制器预设的电压值V-、所述DFB激光器的发光效率以及所述EAM的转换效率共同决定的。

其中，所述微控制器中预设的电压值V-，可以根据实际需要进行设定。

本实施例通过在电吸收方式调制激光器系统中将匹配电阻串联一个耦合电容，可以阻止直流经过该匹配电阻，由于EAM的高阻抗特性，流过EAM的直流很小，从而可以降低整个链路上的功耗。同时，去掉现有方案中的MPD，由EAM检测所述DFB激光器的光功率的大小，由APC回路根据经过EAM的直流电流的变化量，实现对所述DFB激光器的输出光功率的控制，可以降低电路成本。

图5为本发明实施例提供的电吸收方式调制激光器系统另一实施例的电路结构示意图。如图5所示，本实施例基于上述实施例实现。本实施例的电吸收方式调制激光器系统，还包括：监控光电二极管MPD106；

其中，所述匹配电路104不包括镜像电流源，所述匹配电路只是为所述EAM提供所述工作电压。

其中，所述MPD位于所述DFB激光器的一侧。

其中，所述MPD，与所述APC回路连接；所述MPD用于获取所述DFB激光器发出的激光并将其转换为电信号；对应地，所述APC回路还用于获取经过所述MPD的直流电流，并根据所述经过所述MPD的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率。

其中，当所述DFB激光器的输出光功率稳定时，即不变，则经过所述MPD的直流电流是恒定的，因此可以根据经过所述MPD的直流电流的变化量，来判断所述DFB激光器的输出光功率是否改变。

可选的，所述根据所述经过所述MPD的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率的方法与上一实施例中的方法类似，此处不再赘述。

本实施例通过在电吸收方式调制激光器系统中将匹配电阻串联一个耦合电容，可以阻止直流经过该匹配电阻，由于EAM的高阻抗特性，流过EAM的直流很小，从而可以降低整个链路上的功耗。同时，在所述DFB激光器的一侧设置了一个MPD，用于检测所述DFB激光器的光功率的大小，由APC回路根据经过MPD的直流电流的变化量，实现对所述DFB激光器的输出光功率的控制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种电吸收方式调制激光器系统，包括分布式反馈DFB激光器和电吸收调制器EAM，其特征在于，还包括：

匹配电阻，与所述EAM并联；

耦合电容，与所述匹配电阻串联；

匹配电路，与所述EAM串联，用于为所述EAM提供工作电压；

所述EAM与所述匹配电路之间串联有电感，用于阻止交流驱动信号进入所述匹配电路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

自动功率控制APC回路，与DFB激光器连接，用于根据经过所述EAM的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述匹配电路包括有镜像电流源，与所述APC回路连接；所述镜像电流源用于获取经过所述EAM的直流电流，并发送给所述APC回路。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：

监控光电二极管MPD，与所述APC回路连接；所述MPD用于获取所述DFB激光器发出的激光并将其转换为电信号；对应地，所述APC回路还用于获取经过所述MPD的直流电流，并根据所述经过所述MPD的直流电流的变化量，控制所述DFB激光器的输出光功率。

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