CN104718748B - 用于catv应用的集成激光器和调制器发射器 - Google Patents

Abstract

一种有线电视(CATV)光学发射器，包括具有相位偏置输入和增益偏置输入的可调谐激光器。该可调谐激光器在输出处生成光束。半导体光学放大器包括电偏置输入和与该可调谐激光器的输出光学耦合的光学输入。该半导体放大器放大由该可调谐激光器生成的光束。集成平衡调制器包括接收模拟CATV信号的电调制输入以及连接到该半导体放大器的输出的光学输入。三阶预失真电路包括电连接到该集成平衡调制器的调制输入的输出。该三阶预失真电路生成信号，所述信号在与该模拟CATV调制信号组合时，至少部分地抵消在调制期间引入的三阶失真。

Description

用于CATV应用的集成激光器和调制器发射器

本文所用的章节标题仅用于组织目的，不应以任何方式被解释为限制在本申请中描述的主题。

对相关申请的交叉引用章节

本申请要求于2012年8月23日提交的、题为“Integrated Laser and ModulatorTransmitter for CATV Applications”的美国临时专利申请No.61/692693的优先权。美国临时专利申请No.61/692693的全部内容在此通过引用并入本文。

介绍

现今通过遍及世界的广泛而复杂的网络来广泛地部署同轴有线电视(CATV)系统。典型的模拟CATV光学发射器被构造为单个模块或电路板。每个发射器模块通常包括单波长的激光器，这提供了单通道发射器。在首端(head-end)单元中提供多个通道。一些CATV系统有多达40个或更多的首端单元。有线电视运营商通常为每个信道备有额外的电路板，从而在发射器电路板发生故障时能够迅速地更换故障的发射器电路板。为改变发射频率，经常备有其他发射器电路板。

现有技术发射器电路板相对昂贵并且物理尺寸大。许多现有技术的发射器电路板是昂贵的，因为它们是为特定的传输频率定制并测试的。最近，描述了小型可插拔光学CATV发射器，它比现有技术CATV发射器电路板紧凑得多。这些小型发射器电路板可以很容易地更换，并且通常更划算。对于CATV提供商来说，在库存中备有这些发射器电路板更划算，因为它们具有更小的物理尺寸并且更便宜。

附图说明

根据优选的和示例性的实施例在随后的详细说明中结合附图更具体描述了本教导以及其进一步优点。本领域技术人员将理解，下面描述的附图仅用于说明的目的。附图不一定按比例绘制，而是通常把重点放在说明教导的原理。在附图中，相同的附图标记通常指代各图中的相同的特征和结构元素。附图并不是要以任何方式限制本申请的教导的范围。

图1示出根据本教导的包括可调谐的InP调制器的可调谐的CATV发射器。

图2示出用于本教导的可调谐CATV发射器的放大器/预失真电路的一个实施例。

具体实施方式

在说明书中引用“一个实施例”或“实施例”是指：结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包含在该教导的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的术语“在一个实施例中”不一定全部指同一实施例。

应当理解的是，只要本教导保持可操作，本教导的方法的单个步骤可以以任何顺序执行和/或同时执行。此外，应该理解的是，只要本教导保持可操作，本教导的装置和方法可包括任何数量或全部的描述的实施例。

将参考附图中示出的本教导的示例性实施例来更加详细地描述本教导。虽然结合各种实施例和示例描述了本教导，但是本教导并不是要被限于这些实施例。相反，本领域的技术人员将理解，本教导包括各种替代、修改和等同物。那些能够接触到此处的教导的本领域普通技术人员将认识到在此处描述的本公开的范围内的另外的实现方式、修改和实施例，以及其他领域的应用。

本教导涉及用于实现用于CATV应用的可调谐的磷化铟(InP)调制器的方法和设备。磷化铟是由铟和磷构成的二元III-V半导体。它具有与GaAs和大多数其他的III-V半导体的晶体结构相同的晶体结构。磷化铟对于光电器件是特别有用的，因为它有直接的带隙和较高的电子速度。

现有技术的CATV发射器通常是使用外部调制的单波长发射器。一些现有技术的CATV发射器使用外部Mach-Zehnder型干涉测量调制器，诸如外部铌酸锂Mach-Zehnder调制器。其他现有技术的CATV发射器使用外部调制激光器(EML)。这些使用外部调制器的现有技术的CATV发射器通常包括与外部调制器结合的相位调制器，以减少受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)。SBS抑制信号被施加到相位调制器的输入，以减少受激布里渊散射。这些现有技术的CATV发射器不太灵活，因为它们是单一固定频率的发射器。此外，这些现有技术的CATV发射器不能被容易地集成到小面积或小外形中。另外，这些使用外部调制器的现有技术的CATV发射器明显比集成调制器的效率低。

结合单片集成InP激光器/调制器组合来描述本教导的一些方面。然而，应该理解的是，本教导既涉及分立InP调制器，也涉及把InP调制器与激光器和/或半导体光学放大器集成在一起的单片集成InP调制器。此外，应当理解的是，本教导不限于集成的InP调制器。许多其它类型的调制器可以用于本教导的CATV。

图1示出根据本教导的包括可调谐调制器102的可调谐CATV发射器100。CATV发射器100包括单片集成半导体激光器104、半导体光学放大器106、以及InP调制器102。根据本教导，可在CATV发射器中使用的一个合适的单片集成器件是可从Finisar公司购买得到的Syntune S5400。

图1所示的激光器104是半导体激光器。在一个具体实施例中，激光器104是集成调制光栅Y分支激光器，其包括激光腔108，左反射器110和右反射器112在激光腔108的一端。左和右反射器110、112在激光腔108的一侧产生多个反射峰。通过使用分离器/组合器114把来自左和右反射器110、112的反射相加。在一个实施例中，分离器/组合器114是多模图像(MMI)组合器。分离器/组合器114包括激光相位偏置输入116。

在一些实施例中，SBS抑制音发生器118被用于将SBS抑制音注入激光相位偏置信号。SBS抑制音发生器118具有输出，该输出通过组合器120电连接到分离器/组合器114的激光相位偏置输入。SBS信号发生器118生成抑制音或者信号，所述抑制音或者信号用于减少、最小化或抵消在调制过程中生成的调制的光信号中的SBS。向激光器的偏置输入施加SBS抑制信号的能力相对于现有技术的CATV发射器具有许多优点。一个优点是，在半导体放大器106之前将SBS抑制信号施加到集成激光器的偏置输入将更彻底地抵消受激布里渊散射。另一个优点是，不再需要在现有技术的发射器中用于抑制SBS的分离的相位调制器，这减少了需要在发射器中使用的部件的数量，并减少了操作发射器所需的功率的量。这是重要的，因为许多发射器被设计为具有一个小外形，并具有有限的功率预算。从而，本教导的一个方面是所述可调谐的InP调制器可以在InP调制器自身内实现SBS抑制，而无需使用分离的相位调制器。

激光器104还包括具有激光增益偏置输入的增益介质122，所述激光增益偏置输入将增益介质122进行偏置以提供光学增益。激光器104还包括在激光腔108另一端的前反射镜124。前反射镜124是部分透射并且部分反射的。在一个实施例中，前反射镜124是集成的布拉格反射器。前反射镜124可以具有被优化以实现高光学输出功率的反射率。在根据本教导的一些集成激光器中，前反射镜124的反射率被优化以实现在整个调谐范围上输出功率的变化小于2dB。

半导体光学放大器106具有输入端，所述输入端光学地耦合到激光器104的部分反射并且部分透射的前反射镜124的输出。半导体放大器106具有用于接收偏置输入信号的偏置输入，所述偏置输入信号对半导体光学放大器106进行偏置以便提供光学增益。在一些实施例中，调幅(AM)抖动/噪声抑制发生器126被用于将AM抑制音或信号注入半导体光学放大器106偏置输入端口，以减少或有效地消除已调制光信号中的AM噪声。AM抖动/噪声抑制发生器126包括输出，所述输出利用求和电路128电耦合到半导体放大器106的偏置输入。AM抖动/噪声抑制发生器126产生抖动/噪声抑制信号，所述抖动/噪声抑制信号降低在调制期间生成的已调制光信号中的AM噪声。

InP调制器102是集成Mach-Zehnder型光学调制器，其包括双调制输入或平衡调制输入。平衡配置提供显著的共模噪声抑制。第一调制输入端接收第一调制信号，第二调制输入端接收第二调制信号。例如，InP调制器102可以是集成的10Gb/s的Mach-Zehnder调制器。这样的器件具有相对低的驱动电压(约2.5V)。各实施例可以包括零或负啁啾调制器。此外，InP调制器102包括相位调制输入。

Mach-Zehnder型干涉测量调制器展示出类似升余弦函数的传输特性。当这些Mach-Zehnder集成调制器波正交偏置时，二阶失真被最小化，从而不显著影响已调制光信号。然而，三阶失真是显著的并且需要被减少，以使得CATV发射器满足当前水平的操作规范。通过使用三阶预失真电路130处理第一和第二调制信号，可以容易地减小、最小化或消除这些三阶失真。三阶预失真电路130用于在第一和第二调制信号被施加至第一和第二调制输入之前，将第一和第二调制输入预失真，以减少或有效地将失真抵消至对CATV信号可用的水平。根据本教导，可以与CATV发射器一起使用多种类型的预失真电路。在一些实施例中，预失真电路130包括用于放大调制信号的集成电子放大器。在其他实施例中，分离的电子放大器放大调制信号。

在各种应用中，根据本教导的可调谐InP调制器可以工作在各种频段。例如，根据本教导，可调谐InP调制器可以在部分或整个C频段(以50GHz间隔的89个信道)上被调谐。根据本教导，可调谐InP调制器还可以在L频段上提供调谐。

从而，根据本教导，用于CATV的集成可调谐InP调制器相对于现有技术具有许多优点。一个优点是，与现有技术的CATV相比，受激布里渊散射较低，因此可以更容易地实现预失真。使用外部调制的现有技术的CATV发射器通常需要用于抑制受激布里渊散射的两个高功率并且高频率的SBS抑制音。与此相反，根据本教导，用于CATV的集成可调谐InP调制器可以通过使用具有相对低的功率水平的单频音来将受激布里渊散射抑制到与现有技术的CATV发射器相同的水平。用于CATV的集成可调谐InP调制器另一个优点是，可以容易地将音添加到半导体放大器106来抑制AM噪声。

图2示出用于本教导的可调谐CATV发射器的放大器/预失真电路200的一个实施例。预失真电路200的输入包括平衡信号输入202。在一个实施例中，平衡信号输入202是平衡的100欧姆，其馈通至XFP型边缘连接器。平衡RF放大器204被电连接到平衡信号输入202。平衡RF放大器204包括各种电子部件，诸如AC耦合电容器C1和C2、以及反馈电子部件RI、C3和R2、C4。直流(DC)偏置电路206、208被电连接到平衡RF放大器204的输出中的每一个。DC偏置电路206、208包括电感器L1和L2、以及电容器C5和C6。

通过耦合电容器C7和C8，平衡三阶预失真电路210被电耦合到平衡RF放大器204。可以使用本领域已知的多种类型的平衡预失真电路。在图2所示的实施例中，平衡三阶预失真电路210包括二极管D1-D8和包括电阻器R4-R6和R7-R9在内的电阻网络。电容器C10、C14提供延迟补偿。这些通常被称为“加速”电容器。偏置电路212被用于控制通过R3和R10施加的预失真三阶电平。该偏置调整用于调整为了抵消在调制器中产生的失真所需要的电平。本领域技术人员将理解，可以使用许多其它类型的预失真电路。

等同变型

虽然结合各实施例描述了申请人的教导，但并不意味着申请人的教导限于这些实施例。相反，本领域的技术人员将理解，申请人的教导包括在不偏离本教导的精神和范围的情况下作出的各种替代、修改和等同物。

Claims (25)

1.一种有线电视CATV光学发射器，该光学发射器包括：

a)可调谐激光器，具有相位偏置输入和增益偏置输入，该可调谐激光器在输出处产生光载波光束；

b)半导体放大器，具有偏置输入和光耦合到该可调谐激光器的输出的光输入，该半导体放大器放大由该可调谐激光器产生的光载波光束；

c)集成平衡调制器，具有连接到该半导体放大器的输出的光输入、以及接收模拟CATV信号的电调制输入；和

d)三阶预失真电路，具有电连接到该集成平衡调制器的电调制输入的输出，该三阶预失真电路产生信号，所述信号在与该模拟CATV信号组合时至少部分地消除在调制期间引入的三阶失真，该集成平衡调制器产生具有降低的三阶失真的调制CATV信号。

2.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该可调谐激光器包括调制光栅Y分支可调谐激光器，所述调制光栅Y分支可调谐激光器包括多模图像MMI组合器。

3.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该半导体放大器还包括用于接收AM噪声抑制信号的抖动输入。

4.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该集成平衡调制器包括集成InP调制器。

5.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该集成平衡调制器包括Mach-Zehnder干涉测量调制器。

6.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该集成平衡调制器包括展示出升余弦传输特性的调制器。

7.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该集成平衡调制器包括被正交偏置以将二阶失真最小化的调制器。

8.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该三阶预失真电路产生信号，所述信号在与该模拟CATV信号组合时基本消除所有的三阶失真。

9.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该三阶预失真电路包括二极管网络。

10.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该CATV光学发射器在C频段范围内可调谐。

11.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中该CATV光学发射器在L频段范围内可调谐。

12.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中模拟CATV信号包括具有100GHz的信道间隔的40个信道。

13.根据权利要求1的CATV光学发射器，其中模拟CATV信号包括具有50GHz的信道间隔的80个信道。

14.根据权利要求1的CATV光学发射器，还包括射频RF放大器，所述RF放大器具有接收模拟CATV信号输入、以及电连接到该集成平衡调制器的电调制输入的输出，该RF放大器在调制前放大该CATV信号。

15.根据权利要求1的CATV光学发射器，还包括诊断电路，所述诊断电路提供关于工作温度、激光器偏置电流、发送的光功率、接收到的光功率、供电电压和热电冷却器的温度中的至少一个的信息。

16.根据权利要求15的CATV光学发射器，还包括从该诊断电路接收数据的诊断收发器控制器。

17.一种发送光学调制的有线电视CATV信号的方法，该方法包括：

a)利用具有电偏置输入的可调谐激光器来产生可调谐光载波光束；

b)将受激布里渊散射SBS抑制信号施加到该可调谐激光器的激光相位偏置输入；

c)接收模拟CATV信号；

d)将该模拟CATV信号和预失真信号组合，所述预失真信号至少部分地消除在调制期间引入的三阶失真；和

e)在光载波上调制处理后的模拟CATV信号，以产生光学调制的CATV信号。

18.根据权利要求17的方法，还包括利用RF放大器来放大接收到的模拟CATV信号。

19.根据权利要求17的方法，还包括利用光学放大器在调制之前放大该光载波光束。

20.根据权利要求19的方法，还包括将AM噪声抑制音施加到该光学放大器的偏置信号。

21.根据权利要求17的方法，其中模拟CATV信号与预失真信号的组合基本消除在调制期间引入的所有的三阶失真。

22.根据权利要求17的方法，还包括调谐该光载波光束的频率。

23.根据权利要求17的方法，其中已调制光学CATV信号的频率在C频段范围内可调谐。

24.根据权利要求17的方法，其中该模拟CATV信号包括具有100GHz的信道间隔的40个信道。

25.根据权利要求17的方法，其中该模拟CATV信号包括具有50GHz的信道间隔的80个信道。