CN104218998B - 光源模块和光收发器 - Google Patents

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Abstract

光源模块和光收发器。一种光源模块包括：单个光源，其具有两个相对的光输出面；第一光放大器和第二光放大器，它们被设置在与对应的光输出面相邻的所述光源的相对侧；以及第一监测器，其被配置成监测所述第一光放大器的输出，其中，基于所述第一监测器的监测结果来独立于所述第二光放大器控制所述第一光放大器的功率输出电平。

Description

光源模块和光收发器
技术领域
本文讨论的实施方式涉及光源模块和使用该光源模块的光收发器。
背景技术
近年来并且持续地，对于创新的光传输系统的需求正随着传输业务量的增加而增长。与常规10Gbit/s系统中的传输距离和频率可用性相同程度的传输距离和频率可用性是下一代光传输系统所需要的。为了实现这个，已经推进了与常规系统的非归零(NRZ)调制方案相比在光信噪比(OSNR)容差和非线性容差方面优越的数字相干光通信方案的实际使用。
图1例示了常规的数字相干光收发器100。光收发器100对于收发器和接收器使用单独的光源。激光二极管(LD)模块106被用于传输并且LD模块104被用作接收器侧的本机振荡器源。数字信号处理器(DSP)102对输入的数据信号应用规定的调制方案以使得驱动器105驱动调制器107。调制器107通过数据驱动信号对从LD模块106发出的连续光进行调制并且从光发送器100输出调制信号。
在接收侧，在接收器103处接收到的光信号经历偏振成分的分离，并且各个成分干扰从本机振荡器LD模块104发出的本机振荡器光的对应成分，以提取同相成分和正交成分。DSP102执行接收信号与本机振荡器光之间的同步，减轻由于波长色散而导致的线性失真，并且将接收信号解调为电信号。
在LD模块104和106中的每一个中，高反射涂层被设置到后端面并且防反射涂层被设置到激光装置的输出面(或前端面)。
用于监测来自激光装置的后端面的输出的技术被提出，以使从激光装置的前端面发出的光电平维持恒定。参见例如日本特开2000-124541号公报。用于将从激光二极管的前端面和后端面输出的光束叠加在要被测量的对象上的另一技术被提出，以降低速度计的尺寸和功耗。参见例如日本特开2005-140619号公报。还提出了一种用于将微棱镜布置到激光阵列中的各个激光装置的前端面和后端面以使从前端面和后端面输出的光束偏转的又一个技术。参见例如日本特开2009-135312号公报。采用这种技术，光的照射角被加宽。
发明内容
待解决的问题
分别使用了发送光源和接收光源的图1中例示的布局从装置尺寸和功耗观点看是不利的。
为了解决对于发送系统和接收系统使用单独光源的图1的常规结构的缺点，可以在进行实施方式的处理期间设想图2所例示的结构。在图2中，从单个LD模块204输出的光束被光耦合器209分离成两个分支，并且已分离光束被分别输入到调制器207和接收器203。
然而，图2所例示的结构也产生一些问题。第一个问题是在光耦合器209中产生的损耗，该损耗需要高功率LD模块204。当使用具有1比1的分流比的1X2光耦合器209时，损耗变成大约4dB。
第二个问题是在优化光收发器200时的困难，因为在使用光耦合器209时不能够独立地控制发送光(或信号光)和本机振荡器光。因此，下面描述的实施方式提供了用于利用单个光源模块独立地控制发送光和本机振荡器光的技术，并且降低了光收发器的尺寸和功耗。
期望在彼此独立地控制发送光和本机振荡器光时，使用单个光源模块来使光收发器变得紧凑并且降低功耗。
用于解决问题的手段
为了解决问题，根据实施方式的一方面，一种光源模块包括：单个光源，其具有两个相对的光输出面；第一光放大器和第二光放大器，它们被设置在与对应的光输出面相邻的光源的相对侧；以及第一监测器，其被配置为监测第一光放大器的输出，其中，基于第一监测器的监测结果来独立于第二光放大器控制第一光放大器的功率输出电平。
发明的优点
发送光和本机振荡器光使用单个光源模块被彼此独立地控制。能够使光收发器变得紧凑并且能够降低功耗。
附图说明
图1是常规光收发器的示意图；
图2是在进行实施方式的处理期间设想的结构的示意图；
图3是根据第一实施方式的激光模块的示意图；
图4是根据第二实施方式的激光模块的示意图；
图5例示了图4的封装激光模块的顶视图以及沿着装置的光轴截取的激光器安装截面的垂直横截面图；
图6是用于图5的激光模块的控制机构的示意图；
图7是使用第一实施方式或第二实施方式的激光模块的光收发器的示意图；
图8是根据第三实施方式的激光模块的示意图；
图9是使用第三实施方式的激光模块的光收发器的示意图；
图10是根据第四实施方式的激光模块的示意图；以及
图11是使用第四实施方式的激光模块的光收发器的示意图。
具体实施方式
<第一实施方式>
图3是根据第一实施方式的激光模块10的示意图。激光模块10具有单个半导体激光二极管(LD)11。沿着LD11的光轴，半导体光放大器(SOA)12、透镜13、光隔离器14以及监测器16被布置在LD11的一侧，然而SOA18、透镜19、光隔离器21以及监测器23被布置在LD11的另一侧。波长锁定器15被设置到LD11的所述一侧。
LD11从前端面和后端面两者发射光束(所述端面与LD11的光轴垂直)。LD11通常是诸如分布式反馈激光二极管(DFB-LD)阵列或分布式布拉格反射器(DBR)的可调谐光源，但是不限于该示例。例如，可以使用单波长半导体激光器。
SOA12放大从LD11的端面中的所述一个输出的光束，并且SOA18放大从另一个端面输出的光束。由SOA12放大的光束穿过透镜13、光隔离器14以及波长锁定器15，并且从激光模块10的一端输出。由SOA18放大的光束穿过透镜19、光隔离器21以及分束器22，并且从激光模块10的另一端输出。
激光模块10通过光连接器27在一端连接到光传输路径25，并且通过光连接器28在另一端连接到光传输路径26。从波长锁定器15输出的光束被透镜17耦合到光传输路径25(由例如光纤形成)。从分束器22输出的光束被透镜24耦合到光传输路径26。
监测器16位于SOA12之后(或后面)并且监测第一输出束。监测器23位于SOA18之后(或后面)并且监测第二输出束。监测器16的监测结果被反馈给SOA12，监测器23的监测结果被反馈给SOA18。
从LD11的两个相对的端面输出的光束分别被SOA12和SOA18放大并且被监测器16和监测器23检测。由监测器16和监测器23作为电流检测到的光束在控制器(未在图3中例示，但是参见图6或图7)中经历功率检测，并且监测结果然后被分别提供给SOA12和SOA18。采用这种布置，从激光模块10发出的两个光束的输出电平能够被彼此独立地控制和稳定。
此外，波长锁定器15监测LD11的振荡波长。基于由波长锁定器15检测到的中心波长，LD11的振荡波长被控制为使得输出波长被锁定到固定波长。这种布置使LD11的波长稳定。
在图3的示例中，从LD11的任一端输出的光束可以被用于发送系统或接收系统。例如，来自波长锁定器15的光束可以被用作光载波，来自分束器22的光束可以被用作本机振荡器光。
利用第一实施方式的结构，数字相干光通信中使用的发送光(或信号光)和本机振荡光由单个激光模块10生成。使用诸如LD11的单个光源并且在LD11的相对输出侧布置SOA12和SOA18，能够降低激光模块10的尺寸和功耗。通过分别在SOA12和SOA18后面监测所输出的光束并且将监测结果反馈给SOA12和SOA18，发送光的功率电平和本机振荡器光的功率电平被独立地控制。使用波长锁定器15，LD11的输出波长被稳定。
<第二实施方式>
图4是根据第二实施方式的激光模块30的示意图。在第二实施方式中，分束器22和监测器23被从第一实施方式的结构中去除。来自LD31的两个端面的光束的输出电平基于设置在LD31的一侧的监测器36的监测结果被控制。
激光模块30具有单个激光二极管(LD)31。沿着LD31的光轴，SOA32、透镜33以及光隔离器34被布置在LD11的一侧，然而SOA38、透镜39以及光隔离器41被布置在LD31的另一侧。波长锁定器35和监测器36被设置到LD31的所述一侧。
光功率由位于SOA32后面的监测器36来监测，并且监测结果被反馈给SOA32和SOA38以使所输出的光电平稳定。波长锁定器35监测LD31的振荡波长。LD31的波长基于波长锁定器35的监测结果被控制。
与第一实施方式相比，第二实施方式的结构能够进一步降低激光模块30的尺寸。能够像在第一实施方式中那样使发送光和本机振荡器光两者的波长稳定。
图5更详细地例示了图4的激光模块30。激光模块30被封装在封装基板51上。在封装基板51上布置了热电冷却器(TEC)52、光隔离器34和41以及波长锁定器35。
LD31经由载体53被安装在TEC52上。在LD31的相应侧，沿着LD31的光轴布置了SOA32和SOA38。SOA32的输出通过布置在TEC52上的透镜33被耦合到光隔离器34。SOA38的输出通过布置在TEC52上的透镜39被耦合到光隔离器41。
TEC52被用来使LD31的温度稳定，并且连接到驱动控制器(未例示)。LD31、SOA32以及SOA38被整体式地制作在载体53上。如果LD31是由DFB阵列构造的，则光耦合器(或光复用器)被插入在LD31与SOA33之间以及LD31与SOA38之间。
从SOA32输出的光束穿过透镜33和光隔离器34并且被输入到波长锁定器35。波长锁定器35具有分束器61a和61b、校准器62以及光检测器(诸如光电二极管)63和64。
入射在波长锁定器35上的光束的一部分被分束器61a反射并且被校准器62导向PD63。校准器62的透射比具有波长依赖性，并且仅透射特定波长的光成分。发送光的中心波长由PD63来检测。PD63的检测结果被上面描述的驱动控制器反馈给TEC52以针对LD31执行温度控制。随后，LD31的波长被锁定到固定波长。
光束的另一个部分透射通过分束器61a。光成分的透射通过分束器61a的一部分被分束器61b反射并且导向PD64。PD64被用来检测激光模块30的输出光的功率电平。
透射通过分束器61b的光成分是来自激光模块30的输出中的一个，并且被透镜37耦合到保持在连接器27中的光纤25。来自激光模块30的输出中的另一个是穿过SOA38、透镜39以及光隔离器41的光束。光隔离器41的输出被透镜44耦合到保持在连接器28中的光纤26。
图6例示了用来将PD64的检测结果馈送到SOA32和SOA38的控制机构60。PD64将入射光转换为电流。从PD64输出的电流由电流监测器65来检测。电流监测器65的输出被连接到差分电路67的一个输入，并且与基准数据66(其是差分电路67的另一个输入)的差值被检测。所检测到的差值被提供给用于SOA32的SOA电流控制器68和用于SOA38的SOA电流控制器69。SOA电流控制器68控制SOA32以便最小化所检测到的差值。SOA电流控制器69控制SOA38以便最小化所检测到的差值。
尽管图3所描绘的第一实施方式未例示出控制机构的实际示例，但是可以在第一实施方式中使用图6的控制机构60。在这种情况下，电流监测器被提供用于监测器16和监测器23分别检测来自监测器16和23的电流。监测器16的电流与基准电流之间的差值被供应给SOA12，并且监测器23的电流与基准电流之间的差值被供应给SOA18。SOA12和SOA18被对应的电流监测器的输出分别地控制。
图7是使用第一实施方式的激光模块10或第二实施方式的激光模块30的光收发器1A的示意图。在以下描述中，激光模块30被用作示例。光收发器1A具有DSP2、接收器3、驱动器5、调制器7、控制器8以及激光模块30。
激光模块30的一个输出被作为载波导向调制器7，并且另一个输出被作为本机振荡器光导向接收器3。控制器8被连接到接收器3、驱动器5以及激光模块30。控制器8包括图6的控制机构60和用于根据波长锁定器35的PD63的输出来控制TEC52的驱动控制器。
DSP2将输入信号转换为例如偏分复用信号并且使得驱动器5驱动调制器7。调制器7利用驱动数据信号对从激光模块30发出的载波(连续光)进行调制。调制信号光被从光收发器1A的发送块输出。
接收器3接收通过光传输路径传播的光信号并且执行相互垂直的偏振成分的分离。各个分离偏振成分通过来自激光模块30的本机振荡器光来检测并且分离成同相成分和正交成分。与各个偏振成分的所检测到的同相成分和正交成分对应的电压信号被从接收器3输出。DSP2使接收信号与本机振荡器光同步，去除由于波长色散而导致的线性失真和其它不利影响，并且对接收信号进行调制。
利用单个激光模块30(或激光模块10)，光收发器1A在低功耗情况下被制成为紧凑的。
<第三实施方式>
图8是根据第三实施方式的激光模块70的示意图。在第三实施方式中，调制器71被组装在激光模块70中。
激光模块70具有诸如LD11的单个光源。在LD11的一侧，SOA12、调制器71、透镜13、光隔离器14以及波长锁定器15被以这种顺序布置在LD11的第一光束发射方向上。从波长锁定器15输出的光成分的一部分被输入到监测器16。在LD11的另一侧，SOA18、透镜19、光隔离器21以及分束器22被以这种顺序布置在第二光束发射方向上。由分束器22分支的光成分的一部分被输入到监测器23。
调制器71是利用例如在电场的施加下折射率的改变、由于电吸收而导致的折射率的改变或者由于温度改变而导致的折射率的改变的任意类型的光调制器。能够使用硅光子技术连同LD11和SOA12一起在同一基板上制作调制器71。驱动数据信号被从驱动器5(参见图9)供应给调制器71，并且从LD11输出的光束被调制。在这个示例中，从调制器71的截面发出的光束被用作信号光或发送光。
位于SOA12后面的监测器16监测LD11的一个束的输出功率电平并且将监测结果反馈给SOA12。位于SOA18后面的监测器23监测LD11的另一个束的输出功率电平并且将监测结果反馈给SOA18。波长锁定器15使LD11的输出光的波长稳定。这些结构与在第一实施方式中描述的结构相同。
图9是使用图8的激光模块70的光收发器1B的示意图。光收发器1B具有DSP2、接收器3、驱动器5、控制器8以及激光模块70。
激光模块70的输出中的一个被用作本机振荡器光并且连接到接收器3的输入。激光模块70的输出中的另一个被用作信号光并且从光收发器1B发送。控制器8被连接到接收器3、驱动器5以及激光模块70。
控制器8基于从激光模块70的监测器16和监测器23(图8)输出的电流彼此独立地控制SOA12和SOA18。控制器8还基于波长锁定器15的输出来控制LD11的波长。
DSP2将输入信号转换为例如偏分复用信号并且使得驱动器5驱动激光模块70的调制器71。由调制器71调制的信号光被从激光模块70输出。
接收器3接收通过光传输路径传播的光信号并且执行相互垂直的偏振成分的分离。各个分离偏振成分通过来自激光模块70的本机振荡器光来检测并且分离成同相成分和正交成分。与各个偏振成分的所检测到的同相成分和正交成分对应的电压信号被从接收器3输出。DSP2使接收信号与本机振荡器光同步，去除由于波长色散而导致的线性失真和其它不利影响，并且对接收信号进行调制。
与图7的结构相比能够进一步降低图9的光收发器1B的尺寸，因为独立于激光模块布置的外部调制器被去除了。
可以在第二实施方式中使用结合有调制器71的激光模块70来基于一个监测器输出独立地控制SOA32和SOA38。
<第四实施方式>
图10是根据第四实施方式的激光模块80的示意图。在第一实施方式至第三实施方式中，从激光模块的两个相对的输出面发出的两个光束在彼此相反的方向上被引导。在第四实施方式中，从激光模块80发出的两个光束在彼此垂直的方向上被引导。
激光模块80具有诸如LD11的单个光源。在LD11的一侧，SOA12、透镜13以及光隔离器14被以这种顺序沿着LD11的光轴布置。在LD11的另一侧，SOA18、透镜19以及光隔离器21被以这种顺序沿着LD11的光轴布置。波长锁定器15和监测器16被进一步布置在所述一侧，并且分束器22和监测器23被布置在另一侧。
从LD11发出的第一光束被SOA12放大，通过透镜13、光隔离器14以及波长锁定器15透射，并且在与LD11的光轴平行的方向上输出。从LD11发出的第二光束被SOA18放大，并且通过透镜19和光隔离器21透射。已经穿过光隔离器21的第二光束的一部分被分束器22在与LD11的光轴垂直的方向上偏转。经偏转的光成分被透镜24耦合到保持在连接器28中的光纤26。
第二光束的另一个光成分直接通过分束器22，并且它被监测器23转换成电流。电功率电平由控制器8(参见图11)来监测，并且SOA18基于监测结果而被控制。
配备有波长锁定器15的另一侧的结构与第一实施方式中的结构相同，并且冗余解释被省略。
图11是使用激光模块80的光收发器1C的示意图。从激光模块80的一个端面发出的第一光束被输入到调制器7。第二光束在与第一光束垂直的方向上从激光模块80的一侧发射并输入到接收器3。
DSP2、驱动器5、调制器7以及控制器8的操作与第一实施方式至第三实施方式中的操作相同，并且省略对它们的解释。
一般而言，诸如激光模块的光源被布置在光收发器的边缘或拐角处或附近。通过在激光模块80中以90度的角度发射发送光和本机振荡光，改进了装置的实现的自由度并且有利地实现了紧凑结构。
第四实施方式的布置可以应用于使用结合有调制器的激光模块的第三实施方式。在这种情况下，具有调制功能的激光模块位于光收发器的拐角处。这种布置能够进一步降低光收发器的尺寸。
第一实施方式至第四实施方式能够彼此任意地组合。在任何组合中，单个光源(诸如激光模块)被用来输出两个光束，并且发送光和本机振荡器光被彼此独立地控制。能够降低光收发器的尺寸和功耗。
通过将诸如分束器的附加光元件插入在透镜17与透镜24之间(图3、图8以及图10)或者透镜37与透镜44之间(图4至图6)，能够实现具有两个或更多个输出束的光源模块。

Claims (9)

1.一种在光收发器中使用的光源模块，该光源模块包括：
单个光源，其具有两个相对的光输出面；
第一光放大器和第二光放大器，它们被设置在与对应的光输出面相邻的所述光源的相对侧；以及
第一监测器，其被配置为监测所述第一光放大器的输出，
其中，基于所述第一监测器的监测结果来独立于所述第二光放大器控制所述第一光放大器的功率输出电平，从所述第一光放大器和所第二光放大器中的一个输出的光束被作为用于光信号的传输的光载波导向所述光收发器的调制器，且从所述第一光放大器和所第二光放大器中的另一个输出的光束被作为用于接收光信号的本机振荡器光导向所述光收发器的接收器。
2.根据权利要求1所述的光源模块，该光源模块还包括：
第二监测器，其被配置为监测所述第二光放大器的输出，
其中，基于所述第二监测器的监测结果来控制所述第二光放大器的功率输出电平。
3.根据权利要求1所述的光源模块，其中，所述第一监测器的监测结果被供应给所述第一光放大器和所述第二光放大器，并且所述第一光放大器的功率输出电平和所述第二光放大器的功率输出电平是基于所述第一监测器的监测结果而独立地控制的。
4.根据权利要求1所述的光源模块，该光源模块还包括：
波长锁定器，其在所述光源的光轴的方向上位于所述第一光放大器的后面，
其中，所述光源的波长通过所述波长锁定器而被控制为固定波长。
5.根据权利要求4所述的光源模块，其中，所述第一监测器是被配置为检测由所述波长锁定器分支的光成分的光检测器。
6.根据权利要求1所述的光源模块，其中，所述调制器在所述光源的光轴的方向上位于所述第一光放大器和所述第二光放大器中的任何一个的后面，并且被配置为基于从外部输入的驱动数据信号来对所述光束进行调制，所述光束为用于光信号的传输的所述光载波。
7.根据权利要求1所述的光源模块，该光源模块还包括：
光学系统，其被配置为在彼此相反的方向上引导从所述光源的所述两个相对的输出面发出的光束。
8.根据权利要求1所述的光源模块，该光源模块还包括：
光学系统，其被配置为在彼此垂直的方向上引导从所述光源的所述两个相对的输出面发出的光束。
9.一种光收发器，该光收发器包括：
根据权利要求1至8中的任一项所述的光源模块；
驱动器，其被配置为基于发送信号输出驱动信号，以对从所述光源模块发出的第一光束进行调制，所述第一光束为用于光信号的传输的所述光载波；
接收器，其被配置为利用从所述光源模块发出的第二光束来检测接收光，所述第二光束为用于接收光信号的所述本机振荡器光；以及
控制器，其被配置为基于所述光源模块的监测输出来独立于所述第二光放大器控制所述第一光放大器的功率输出电平。
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