CN105553557A - 光纤通信光接收单元结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤通信光接收单元结构，包括：光复用/解复用单元、多个光探测器、后级电学传输单元；密集波分复用光信号通过光复用/解复用单元按照波长解复用后，不同波长的光信号分别引到单独的光探测器上，各光探测器分别把所处理波长的光信号转换成电信号；后级电学传输单元对多个光探测器输出的电信号进行排布和整理，然后输出。光探测器中的光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换。本发明可处理比单个光探测器响应频率大得多的光信号，实现探测器的带宽倍增。

Description

光纤通信光接收单元结构
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种光接收单元。
背景技术
近几年通信网络发展迅速，随着光纤通信的广泛普及，通信网络面临着提供更快传输速率、更短时延、更高频带以及更低运营成本的迫切需求。由于目前光纤资源紧张，新铺设费用高，且基站分布距离较远，小型可插拔(SFP+)封装的单纤双向光收发模块的需求逐步增大。
SFP双向光收发模块分为光接收和光发射两部分，其中光接收部分由光接收器，跨阻放大器，限幅放大器以及相应的供电器件组成。这些组件中影响带宽的主要器件是光接收器，光接收器一般分为PIN和APD两种。光接收器的带宽是由其响应速度决定的，而影响响应速度的因素包括：光生电子渡越时间，电容，耗尽区外载流子扩散的时间延迟等，而这些因素跟光探测器本身的设计和材料有关。所以对于光探测器来讲，都有一个最大的工作频率，如果超过这个频率，那么探测器就会因为没有足够的时间完成光电转换和电子转移过程而出现噪声，增大误码率。
本文中PIN指PIN光电二极管，APD是指雪崩光二极管（AvalanchePhotoDiode）。
而未来光通信对带宽的要求越来越大，如果在现有条件下，光探测器的响应速度不能有突破，那么未来光探测器就会严重制约光通信带宽的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种光纤通信光接收单元结构，利用阵列式排布光探测器和光探测器内的光电转换单元；使得每一个光电探测器的光电转换单元都可以独立工作；通过光交叉开关，将同一波长的光信号分别导入不同的探测器光电转换单元上，这样每个探测器光电转换单元执行光电转换时，其他的信号不会影响它，使其有足够的时间来实现光电激发，载流子渡越等过程，这样整个阵列就可以处理比单个探测器响应频率大得多的光信号，实现探测器的带宽倍增。本发明采用的技术方案是：
一种光纤通信光接收单元结构，包括：光复用/解复用单元、多个光探测器、后级电学传输单元；
密集波分复用光信号通过光复用/解复用单元按照波长解复用后，不同波长的光信号分别引到单独的光探测器上，各光探测器分别把所处理波长的光信号转换成电信号；
后级电学传输单元对多个光探测器输出的电信号进行排布和整理，然后输出。
进一步地，
所述光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、与光电转换元件数量一致且一一对应的多个信号处理单元、一个前级电学传输单元；
光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换，每个光电转换元件输出的电信号进入各自对应的信号处理单元；所有信号处理单元的输出电信号进入前级电学传输单元，在前级电学传输单元中重新排布后，按照时间顺序导出。
或，进一步地，
所述光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、一个信号处理单元、一个前级电学传输单元；
光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换，每个光电转换元件输出的电信号进入同一个信号处理单元；信号处理单元的输出电信号进入前级电学传输单元，在前级电学传输单元中重新排布后，按照时间顺序导出。
或，进一步地，
所述光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、与光电转换元件数量一致且一一对应的多个信号处理单元、与信号处理单元数量一致且一一对应的多个前级电学传输单元；
光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换，每个光电转换元件输出的电信号进入各自对应的信号处理单元；各信号处理单元的输出电信号分别进入各自对应的前级电学传输单元，通过各前级电学传输单元重新排布后，按照时间顺序导出。
具体地，光电探测器的光电转换元件采用PIN或APD。
本发明的优点在于：
1）提高了光探测器的响应速度。
2）大大增加了光通信带宽。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的光探测器结构之一示意图。
图3为本发明的光探测器结构之二示意图。
图4为本发明的光探测器结构之三示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出的光纤通信SFP光接收单元结构，如图1所示，包括：光复用/解复用单元、多个光探测器、后级电学传输单元；
光复用/解复用单元通过密集波分复用技术将密集波分复用光信号通过解波分复用，按照不同的波长分别引到单独的光探测器上，各光探测器分别把所处理波长的光信号转换成电信号；
图1中，画出了包含λ1、λ2、λ3三个不同波长的密集波分复用光信号，通过解复用后，λ1波长光信号进入PD1（本实施例中光探测器简写为PD，下同），λ2波长光信号进入PD2，λ3波长光信号进入PD3；PD1、PD2、PD3分别把λ1波长光信号、λ2波长光信号、λ3波长光信号转换成各自对应的电信号，然后，后级电学传输单元对多个光探测器输出的电信号进行排布和整理，然后输出。
密集波分复用光信号可以是包含四个波长或八个以上波长的光信号，通过解复用后，分出的波导数为四通道、八通道或更多，各波导分别接入各个PD；PD（光电探测器）可以采用PIN或APD，其辅助器件可以包括跨阻放大器和限幅放大器等，其主要功能是把光信号转换成相应的电信号；
光探测器如图2所示，包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、与光电转换元件数量一致且一一对应的多个信号处理单元、一个前级电学传输单元；光电转换元件可采用PIN或APD；PIN指PIN光电二极管，APD是指雪崩光二极管（AvalanchePhotoDiode）。
进入一个光探测器的同一个波长的光信号被光交叉开关分别转到不同的光电转换元件上进行光电转换获得电信号；光信号是按照一定的频率进行传输的，每个单独的信号之间都有时间间隔，光交叉开关可以将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
光电探测器PD上的光电转换元件阵列可以是同一个芯片上有2,4,8个阵列式光电转换元件结构，也可以是单独的2,4,8个光电转换元件组成；不管是阵列式结构还是单独的光电转换元件组，每个光电转换元件（PIN或APD）都可以单独工作，不受其他PIN或APD的影响；光信号可以通过波导传输到光电转换元件上；
每个光电转换元件获得光信号的时间都不一样，这样第一个光电转换元件获得光信号开始进行光电转换的时候，后续的光信号会传递到第二个光电转换元件，直到一轮光信号传递到最后一个信号后，此时第一个光电转换元件已经完成了光电转换和电信号的收集与输出，光交叉开关重新把光信号传递到第一个光电转换元件上，开始下一轮的工作；
电信号转出光电转换元件后，可以是如图2所示，每个光电转换元件输出的电信号进入各自对应的信号处理单元；如图2中的信号处理单元1、信号处理单元2、信号处理单元3所示；该信号处理单元包括跨阻放大器和限幅放大器等，还可以包括时钟恢复和定时提取等器件，可以把电信号转换成可以传输和识别的信号；然后所有信号处理单元的输出电信号进入前级电学传输单元，在前级电学传输单元中重新排布后，按照时间顺序导出；
也可以是如图3所示，光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、一个信号处理单元、一个前级电学传输单元；每个光电转换元件输出的电信号进入同一个信号处理单元；该信号处理单元包括跨阻放大器和限幅放大器等，还可以包括时钟恢复和定时提取等器件，可以把电信号转换成可以传输和识别的信号；然后，信号处理单元的输出电信号进入前级电学传输单元，在前级电学传输单元中重新排布后，按照时间顺序导出。
也可以是如图4所示，光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、与光电转换元件数量一致且一一对应的多个信号处理单元、与信号处理单元数量一致且一一对应的多个前级电学传输单元；信号处理单元包括跨阻放大器和限幅放大器等，还可以包括时钟恢复和定时提取等器件，可以把电信号转换成可以传输和识别的信号；每个光电转换元件输出的电信号进入各自对应的信号处理单元；各信号处理单元的输出电信号分别进入各自对应的前级电学传输单元，通过各前级电学传输单元重新排布后，按照时间顺序导出。
每个光探测器PD输出的电信号都是对应同一个波长的光信号的，不同波长的光信号转换成的各电信号，需要进入后续的后级电学传输单元，重新进行排布和整理，组成完整的信号组输出。如图1中所示。后级电学传输单元会对前面的信号进行排布和整理，然后输出到终端。

Claims (5)

1.一种光纤通信光接收单元结构，其特征在于，包括：光复用/解复用单元、多个光探测器、后级电学传输单元；
密集波分复用光信号通过光复用/解复用单元按照波长解复用后，不同波长的光信号分别引到单独的光探测器上，各光探测器分别把所处理波长的光信号转换成电信号；
后级电学传输单元对多个光探测器输出的电信号进行排布和整理，然后输出。
2.如权利要求1所述的光纤通信光接收单元结构，其特征在于：
所述光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、与光电转换元件数量一致且一一对应的多个信号处理单元、一个前级电学传输单元；
光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换，每个光电转换元件输出的电信号进入各自对应的信号处理单元；所有信号处理单元的输出电信号进入前级电学传输单元，在前级电学传输单元中重新排布后，按照时间顺序导出。
3.如权利要求1所述的光纤通信光接收单元结构，其特征在于：
所述光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、一个信号处理单元、一个前级电学传输单元；
光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换，每个光电转换元件输出的电信号进入同一个信号处理单元；信号处理单元的输出电信号进入前级电学传输单元，在前级电学传输单元中重新排布后，按照时间顺序导出。
4.如权利要求1所述的光纤通信光接收单元结构，其特征在于：
所述光探测器包括：一个光交叉开关、多个光电转换元件、与光电转换元件数量一致且一一对应的多个信号处理单元、与信号处理单元数量一致且一一对应的多个前级电学传输单元；
光交叉开关用于将同一个波长的光信号按照该波段信号的时间间隔进行调配，把按照时间顺序分割的每个光信号调配给各单独的光电转换元件；
各光电转换元件根据获得光信号时间先后，进行光电转换，每个光电转换元件输出的电信号进入各自对应的信号处理单元；各信号处理单元的输出电信号分别进入各自对应的前级电学传输单元，通过各前级电学传输单元重新排布后，按照时间顺序导出。
5.如权利要求2、3或4所述的光纤通信光接收单元结构，其特征在于：
光电探测器的光电转换元件采用PIN或APD。
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