CN103916195A - 一种多波长光接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长光接收装置，通过WDM光波分解复用器将光模块接收到的多波长光信号解复用为多路单一波长的光信号，通过光探测器阵列中的光探测器将每一路单一波长的光信号转换为电流信号；光电二极管偏置电压电路为光探测器整列中的探测器提供正常工作所需的偏置电压；跨阻抗放大器阵列，用于将光探测器阵列输出的电流信号转换为电压信号；通道切换电路，它主要用于在波长通道选择信号的作用下，有选择性的导通跨阻抗放大器阵列各路输出端与限幅放大器输入端的连接；限幅放大电路，他主要用于将跨阻抗放大器阵列输出的各路电压信号进一步放大后输出到系统主机。

Description

一种多波长光接收装置

技术领域

本发明涉及光波分复用通信系统，尤其涉及一种多波长光接收装置。

背景技术

在光波分复用通信系统中，为降低仓储成本，往往要求作为设备核心器件的光模块具备能接收特定的多种波长光信号能力，即实现接收机的无色化。

尤其是在下一代40GTWDM-PON时分波分无源光网络中，为实现从上一代EPON/GPON和10GPON网络平滑升级，降低网络升级改造成本，同时做到后向兼容，必须保持原有的ODN光分配网络。但原有的ODN网络主要基于无源光分路器构成，并不具备波长选择功能，故必须要求作为光网络单元核心器件的40GTWDM-PONONU光模块接收机能选择性的工作在任一特定的波长。

如图1所示，40GTWDM-PON下行采用并行通道间隔为100GHz的4路波长光信号，在OLT输出端经过WDM波分复用器耦合进单模光纤中进行传输，再经过无源分光器后到达ONU接收端。由于无源光分路器不具有波长选择特性，每个ONU均能同时接收到4个不同波长的下行光信号。

传统的ONU光接收机具有较宽的光波长信号接收范围，但在采用波分复用技术的40GTWDM-PON网络中，必须要求ONU接收机只能接收四路下行光信号中某一特定波长的光信号，同时为降低ONU光模块的种类和仓储成本，还要求ONU光模块接收机具备可调谐接收任意一个下行波长光信号的能力，即实现ONU光接收机的无色化。

如图2所示，给出了一种目前实现光模块接收机无色化的接收装置。该接收装置由U101光电二极管偏置电压电路，U102可调谐光滤波器，U103光探测器，U104跨阻抗放大器，U105限幅放大器组成。可调谐光滤波器可在波长选择控制信号的作用下，自动调谐其中心波长，只允许特性波长的光信号通过；光探测器实现光电信号转换，将接收到滤波后的光信号转变成电流信号；光电二极管偏置电压电路为光探测器提供其正常工作时所需的偏置电压；跨阻抗放大器将光探测器输出的电流信号转换为电压信号，并经限幅放大器进一步放大后输出到系统主机。该接收装置中，可调谐光滤波器为核心光器件，要求小尺寸、低成本、可调谐范围需覆盖整个工作波段。目前可调谐光滤波器有多种实现方式，包括电调谐、温度调谐、机械调谐等，但不管何种方式，其调谐方式实现起来均较复杂，同时受限于其较低的产品良率、复杂的生产工艺、高昂的价格和较窄的波长可调谐范围，并不适合在波分复用光通信系统光模块中批量大规模使用，目前基本上不具有规模商用的条件。因此急需一种能以较低成本和通过成熟器件的方式实现光模块无色接收的装置。

发明内容

本发明针对现有技术的弊端，针对上述问题，本发明提供一种多波长光接收装置。创造性的采用多波长并行接收和电信号开关切换的方式，突破了在以40GTWDM-PON为代表的光波分复用系统中实现光接收机无色化所遇到的技术瓶颈，并通过将光器件的成本压力向电器件转移的方式，大大降低了无色ONU光模块的成本。

本发明的技术方案为：

一种多波长光接收装置，包括：

WDM光波分解复用器，用于将接收到的多波长光信号分解复用为多路单一波长的光信号；

光探测器阵列，由多个光探测器组成，每一个光探测器接收WDM光波分解复用器输出的一路单一波长的光信号，并且将接收的光信号转换为相对应的电流信号；

跨阻抗放大器阵列，由多个跨阻抗放大器组成，每一个跨阻抗放大器对应连接光探测器阵列中的一个光探测器，跨阻抗放大器用于将光探测器输出的电流信号转换为对应的电压信号；

通道切换电路，所述通道切换电路的控制端与系统主机连接，用于从系统主机获取波长通道选择控制信号；所述通道切换电路输出端与限幅放大器输入端相连接，所述通道切换电路的通道切换开关可以在波长通道选择信号的作用下，有选择性的连接跨阻抗放大器阵列中一个跨阻抗放大器的输出端，使连接的一个跨阻抗放大器与限幅放大器相连通；

限幅放大电路，主要由限幅放大器组成，用于将跨阻抗放大器阵列输出的电压信号进一步放大后输出到系统主机。

优选的所述的一种多波长光接收装置，系统主机与通道切换电路之间还具有微处理器，系统主机发送的波长通道选择控制信号先发送到微处理器，微处理器接收到操作指令后再控制通道切换电路的通道切换开关选择导通跨阻抗放大器阵列输出一路信号与限幅放大器输入端的连接。

优选的所述的一种多波长光接收装置，所述光探测器阵列还连接有光电二极管偏置电压电路，所述光电二极管偏置电压电路为光探测器阵列中的光探测器提供正常工作所需的偏置电压。

优选的所述的一种多波长光接收装置，所述光探测器阵列包括2或4或6或8个光探测器，对应的所述跨阻抗放大器阵列包括与光探测器阵列内光探测器一样数目的跨阻抗放大器。

优选的所述的一种多波长光接收装置，所述通道切换电路具有多个通道切换开关，每一个通道切换开关对应一个跨阻抗放大器阵列中的跨阻抗放大器的输出端。

优选的所述的一种多波长光接收装置，所述通道切换开关包括第一可控制开关、第二可控制开关，所述跨阻抗放大器阵列中的每个跨阻抗放大器具有第一输出端和第二输出端，用以输出电压信号；通道切换开关的第一可控制开关与跨阻抗放大器的第一输出端对应连接；通道切换开关的第二可控制开关与跨阻抗放大器的第二输出端对应连接。

优选的所述的一种多波长光接收装置，所述跨阻抗放大器输出的电压信号为差分数据信号，第一输出端为数据负端，第二输出端为数据正端。

采用该发明的优点在于避免了采用价格昂贵、工艺复杂和技术并不成熟的可调谐光滤波器，创造性的将由可调谐光滤波器实现的波长选择功能由通道切换开关以电信号切换的方式实现，同时该装置理论上可实现对任意波长范围光信号的调谐接收，成功克服了可调谐光滤波器调谐波长范围窄的缺点。由于该接收装置使用的都是技术成熟的器件和电路，可大大降低光波分复用通信系统中实现光接收机无色化的技术难度，尤其是在40GTWDM-PON时分波分无源光网络系统中具有广阔的技术应用前景。

附图说明：

图140GTWDM-PON网络拓扑

图2现有实现光模块接收机无色化的接收装置

图3一种多波长光接收装置

具体实施方式：

下面结合附图3对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

图3给出了一种多波长光接收装置的具体实施方式。该接收装置由U1光电二极管偏置电压电路，U2WDM波分复用单元，U3光探测器阵列，U4跨阻抗放大器阵列，U5通道切换电路，U6限幅放大电路组成。U2WDM波分复用单元进一步包括U21WDM光波分解复用器；U3光探测器阵列进一步包括P1第一光探测器、P2第二光探测器、P3第三光探测器、P4第四光探测器；U4跨阻抗放大器阵列进一步包括T1第一跨阻抗放大器、T2第二跨阻抗放大器、T3第三跨阻抗放大器、T4第四跨阻抗放大器；U5通道切换电路进一步包括U51通道切换开关，U6限幅放大电路进一步包括U61限幅放大器。U51通道切换开关进一步包括K1第一可控开关、K2第二可控开关，其中，

U2WDM光波分解复用器将光信号分解为四路光信号λ1、λ2、λ3、λ4，其中光信号λ1输出与U3光探测器阵列中P1第一光探测器耦合，光信号λ2输出与U3光探测器阵列中P2第二光探测器耦合，光信号λ3输出与U3光探测器阵列中P3第三光探测器耦合，光信号λ4输出与U3光探测器阵列中P4第四光探测器耦合；

U1光电二极管偏置电压电路连接U3光探测器阵列中P1第一光探测器、P2第二光探测器、P3第三光探测器、P4第四光探测器，给每个光探测器提供正常工作时候所需要的偏置电压；

P1第一光探测器输出端与U4跨阻抗放大器阵列中T1第一跨阻抗放大器的输入端连接，P1第一光探测器将接收到的光信号λ1转变成光电流并输出到T1第一跨阻抗放大器；

P2第二光探测器输出端与U4跨阻抗放大器阵列中T2第二跨阻抗放大器的输入端连接，P2第二光探测器将接收到的光信号λ2转变成光电流并输出到T2第二跨阻抗放大器；

P3第三光探测器输出端与U4跨阻抗放大器阵列中T3第三跨阻抗放大器的输入端连接，P2第三光探测器将接收到的光信号λ3转变成光电流并输出到T3第三跨阻抗放大器；

P4第四光探测器输出端与U4跨阻抗放大器阵列中T4第四跨阻抗放大器的输入端连接，P4第四光探测器将接收到的光信号λ4转变成光电流并输出到T4第四跨阻抗放大器；

U4跨阻抗放大器阵列中的T1第一跨阻抗放大器、T2第二跨阻抗放大器、T3第三跨阻抗放大器、T4第四跨阻抗放大器均包含两个输出端分为输出正端和输出负端，输出正端和输出负端用以产生差分数据信号；

U5通道切换电路的U51通道切换开关进一步包括K1第一可控开关、K2第二可控开关，K1第一可控开关、K2第二可控开关可选择性连接U4跨阻抗放大器阵列中的T1第一跨阻抗放大器、T2第二跨阻抗放大器、T3第三跨阻抗放大器、T4第四跨阻抗放大器的其中一个跨阻抗放大器的输出正端和输出负端；其中K1第一可控开关连接跨阻抗放大器的输出正端，K2第二可控开关连接跨阻抗放大器的输出负端；

U6限幅放大电路进一步包括U61限幅放大器，U61限幅放大器包括数据正输入端和数据负输入端，K1第一可控制开关的输出端与限幅放大器的数据正输入端连接；K2第二可控制开关的输出端与限幅放大器的数据负输入端连接；

U61限幅放大器的输出端与系统主机连接，用于将接收到的差分数据信号放大后送到系统主机；

U5通道切换电路的控制端与系统主机连接，用于从系统主机获取波长通道选择控制信号，控制K1第一可控制开关、K2第二可控制开关分别与T1第一跨抗阻放大器、T2第二跨阻抗放大器、T3第三跨阻抗放大器、T4第四跨阻抗放大器输出端的断开或闭合。

当在具体的使用中，如在四路不同波长光信号的光网络中，光信号通过光纤进入多波长光接收装置，WDM光波分解复用器将光纤内传输的四路不同波长的光信号进行分解，分解出单一波长的光信号后通过WDM光波分解复用器的四个输出端将单一波长的光信号分别输出进入光探测器阵列；光电二极管偏置电压电路为光探测器阵列提供工作所需的偏置电压；光探测器阵列中的每一个光探测器接收一路波长的光信号并将光信号转换为光电流输出到跨阻抗放大器阵列，跨阻抗放大器阵列中的每一个跨阻抗放大器对应连接一个光探测器，并将光探测器输出的光电流通过跨阻抗放大器的输出正端和输出负端产生电压并成为差分数据信号；通过主机选择需要波长的光信号，将波长选择控制信号发送到通道切换电路的控制端，通过通道切换电路的控制端控制第一可控开关、第二可控开关，连接所需波长的跨阻抗放大器输出端。连接好以后，跨阻抗放大器输出的差分数据信号输入到限幅放大电路进步一放大后输入到主机。

在一些实施实例当中，可采用2波长或8波长并行接收的方式，这样对应的探测器阵列和跨阻抗放大器阵列，需包含2或8个光探测器和2或8个跨阻抗放大器，对应的通道切换开关需包含2路或8路输入端。

在一些实施实例中，光模块接收装置还包含微处理器，该微处理器具有和系统主机通信的接口，系统主机可通过该通信接口将波长通道选择控制信号发送到微处理器，微处理器接收到操作指令后再控制通道切换开关选择导通跨阻抗放大器阵列输出各路信号与限幅放大器输入端的连接。

在一些实施实例中，还可采用限幅放大器阵列，并将跨阻抗放大器阵列各路输出信号直接与限幅放大器阵列各输入端连接，各路信号经进一步放大后，再通过通道切换开关选择性输出到系统主机的方式。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种多波长光接收装置，其特征在于，包括：

WDM光波分解复用器，用于将接收到的多波长光信号分解复用为多路单一波长的光信号；

光探测器阵列，由多个光探测器组成，每一个光探测器接收WDM光波分解复用器输出的一路单一波长的光信号，并且将接收的光信号转换为相对应的电流信号；

跨阻抗放大器阵列，由多个跨阻抗放大器组成，每一个跨阻抗放大器对应连接光探测器阵列中的一个光探测器，跨阻抗放大器用于将光探测器输出的电流信号转换为对应的电压信号；

通道切换电路，所述通道切换电路的控制端与系统主机连接，用于从系统主机获取波长通道选择控制信号；所述通道切换电路输出端与限幅放大器输入端相连接，所述通道切换电路的通道切换开关可以在波长通道选择信号的作用下，有选择性的连接跨阻抗放大器阵列中一个跨阻抗放大器的输出端，使连接的一个跨阻抗放大器与限幅放大器相连通；

限幅放大电路，主要由限幅放大器组成，用于将跨阻抗放大器阵列输出的电压信号进一步放大后输出到系统主机。

2.根据权利要求1所述的一种多波长光接收装置，其特征在于，系统主机与通道切换电路之间还具有微处理器，系统主机发送的波长通道选择控制信号先发送到微处理器，微处理器接收到操作指令后再控制通道切换电路的通道切换开关选择导通跨阻抗放大器阵列输出一路信号与限幅放大器输入端的连接。

3.根据权利要求1所述的一种多波长光接收装置，其特征在于，所述光探测器阵列还连接有光电二极管偏置电压电路，所述光电二极管偏置电压电路为光探测器阵列中的光探测器提供正常工作所需的偏置电压。

4.根据权利要求1所述的一种多波长光接收装置，其特征在于，所述光探测器阵列包括2或4或6或8个光探测器，对应的所述跨阻抗放大器阵列包括与光探测器阵列内光探测器一样数目的跨阻抗放大器。

5.根据权利要求1所述的一种多波长光接收装置，其特征在于，所述通道切换电路具有多个通道切换开关，每一个通道切换开关对应一个跨阻抗放大器阵列中的跨阻抗放大器的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种多波长光接收装置，其特征在于，所述通道切换开关包括第一可控制开关、第二可控制开关，所述跨阻抗放大器阵列中的每个跨阻抗放大器具有第一输出端和第二输出端，用以输出电压信号；通道切换开关的第一可控制开关与跨阻抗放大器的第一输出端对应连接；通道切换开关的第二可控制开关与跨阻抗放大器的第二输出端对应连接。

7.根据权利要求5所述的一种多波长光接收装置，其特征在于，所述跨阻抗放大器输出的电压信号为差分数据信号，第一输出端为数据负端，第二输出端为数据正端。