CN106160872A - 一种可调的多波长光模块及多波长激光信号的产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调的多波长光模块及多波长激光信号的产生方法，所述多波长光模块包括：激光器和调制器，所述调制器用于接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压，并根据调制信号、调制电压和偏极电压对原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号；其中，原激光信号为激光器输出的信号；调制电压和偏极电压为可调电压，通过调节调制电压的大小和/或偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。本发明的实施例中，不仅能够实现波长频率可调，而且能够实现多波长频率同时可调及波长输出数目可调，解决了密集波分复用在需要多个独享波长而导致网络部署费用高的难题。

Description

一种可调的多波长光模块及多波长激光信号的产生方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种可调的多波长光模块及多波长激光信号的产生方法。

背景技术

光模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。其中发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器LD或发光二极管LED发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定；接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号。

光模块的作用是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。光模块作为传输系统中的关键部件，在很大程度上决定了光传输系统的性能。而在现有的光传输系统中，普遍使用特定波长的光模块，如1310nm或1550nm的光模块。

随着宽带用户的发展，促进了波分复用技术和无源光网络的结合发展，而WDM-PON(Wavelength Division Multiplexing PON波分复用无源光网络)系统要求每个用户能够独享一个波长，因此需要不同发射波长的激光器，若仍然使用特定波长的激光器，那么将需要为WDM-PON系统准备各种不同波长通道的激光器。同时，生产非可调的光模块只能产生某一波长，都需要单独备料，这样增加了备料的库存量，加大了运维成本和网络部置成本。

为此，业界开始研究一种可调波长的激光器或光模块，以降低生产成本和降低维护管理水平。现有技术的光模块或激光器，大多是实现单一输出波长的可调，虽然在一定程度上降低了运维成本、解决了仓储问题，但是对于波长独享的波分复用系统中，需要用到众多的波长的激光器，单一输出波长的可调光模块仍然解决不了网络部署费用高的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调的多波长光模块及多波长激光信号的产生方法，不仅能够实现波长频率可调，而且能够实现多波长频率同时可调及波长输出数目可调，解决了密集波分复用在需要多个独享波长而导致网络部署费用高的难题，扩大了通信系统的容量。

为达到上述目的，本发明提供了一种可调的多波长光模块，包括激光器，所述多波长光模块还包括：

调制器，用于接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压，并根据所述调制信号、所述调制电压和所述偏极电压对所述原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号；

其中，所述原激光信号为所述激光器输出的信号；

其中，所述调制电压和所述偏极电压为可调电压，通过调节所述调制电压的大小和/或所述偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。

进一步地，所述多波长光模块还包括：电接口和驱动芯片，其中，

所述驱动芯片，通过所述电接口与外部设备电连接，并与所述激光器电连接，用于接收外部设备发送的激光器的开关指令，并根据所述开关指令，将发射电信号转换为发射光驱动信号后发送给所述激光器。

进一步地，所述激光器内包含有布拉格光栅，所述激光器用于根据所述发射光驱动信号，产生并发射所述原激光信号至所述调制器。

进一步地，所述多波长光模块还包括：微控制器和信号发生器，其中，

所述微控制器，通过所述电接口与外部设备电连接，并分别与所述激光器和所述调制器电连接，用于接收外部设备发送的调节指令，根据所述调节指令，调节所述激光器发射的原激光信号的波长，以及，调节施加于所述调制器的所述调制电压和偏极电压；

所述信号发生器，与所述调制器连接，用于产生预定频率的所述调制信号并输出至所述调制器。

进一步地，所述微控制器具有用于接收外部设备发送的调节指令，根据所述调节指令，调节布拉格光栅电压进一步来调节所述原激光信号的波长。

进一步地，所述驱动芯片，进一步用于在接收到所述开关指令后，根据自身内部寄存器的值，将发射电信号转换为具有对应特征的发射光驱动信号后发送给所述激光器。

进一步地，所述多波长光模块还包括：

激光探测器，与所述驱动芯片电连接，用于接收外部输入的原激光信号并转换为电信号后，将转换得到的电信号经过所述驱动芯片限幅放大后，通过电接口发送给外部设备。

进一步地，所述调制器为双臂LiNbO3调制器。

进一步地，所述驱动芯片包括：控制器、激光驱动器、限幅放大器电路和时钟恢复电路。

进一步地，所述激光器为分布式反馈激光器。

进一步地，所述信号发生器为正弦波频率发生器。

进一步地，所述激光探测器为PIN二极管和APD二级管。

此外，本发明还提供了一种多波长激光信号的产生方法，包括：

接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压；

根据所述调制信号、所述调制电压和所述偏极电压对所述原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号。

进一步地，所述调制电压和所述偏极电压为可调电压，通过调节所述调制电压的大小和/或所述偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。

进一步地，所述接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压之前，所述产生方法还包括：

接收开关指令，并根据所述开关指令产生所述原激光信号。

进一步地，所述产生方法还包括：

接收调节指令；

根据所述调节指令，调节所述原激光信号的波长，以及，调节调制过程中施加的所述调制电压和所述偏极电压。

进一步地，所述根据调节指令，调节所述原激光信号的波长，具体包括：

根据所述调节指令，调节布拉格光栅电压进一步来调节所述原激光信号的波长。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，激光器的单波长输出可调通过控制布拉格光栅电压实现，而激光器多波长输出和多波长输出数目可调通过控制调制器的调制电压和偏极电压实现。还可以同时通过控制布拉格光栅电压和偏调制电压、偏极电压，实现多波长的频率可调输出。本实施例的光模块具有多波长输出、波长数目可调、波长的频率可调的功能，大大扩容通信系统的容量，且具有易维护及管理灵活等特点。

附图说明

图1表示本发明实施例中可调的多波长光模块的示意图；

图2表示本发明实施例中可调的多波长光模块的控制方法的流程图；

图3表示本发明实施例一中激光器默认情况下输出单波为193.1THz的光波示意图；

图4表示本发明实施例一中激光器电动改变会输出193.2THz的光波示意图；

图5表示本发明实施例二中两个光波长输出的示意图；

图6表示本发明实施例二中六个光波长输出的示意图；

图7表示本发明实施例三中激光器经调制后输出的三个波长的光波；

图8表示本发明实施例三中改变激光器输出波长后光模块输出的三个光波的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对目前光模块不能输出多波长的问题，提供了一种可调的多波长光模块及多波长激光信号的产生方法。

所述多波长光模块包括：调制器和用于输出原激光信号的激光器，其中，调制器用于接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压，并根据调制信号、调制电压和偏极电压对原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号；其中，调制电压和偏极电压为可调电压，通过调节调制电压的大小和/或偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。

如图1所示，本发明实施例提供了一种可调的多波长光模块，包括：

电接口、微控制器、激光器、激光探测器、驱动芯片、调制器和信号发生器，所述激光器内包含有布拉格光栅。激光器的单波长输出可调通过控制布拉格光栅电压实现，而激光器多波长输出和多波长输出数目可调通过控制调制器的调制电压和偏极电压实现，还可以同时通过控制布拉格光栅电压和偏调制电压、偏极电压，实现多波长的频率可调输出。具体地，

所述驱动芯片，通过所述电接口与外部设备电连接，并与所述激光器电连接，用于接收外部设备发送的激光器的开关指令，并根据所述开关指令，将发射电信号转换为发射光驱动信号后发送给所述激光器；进一步地，所述驱动芯片，用于在接收到所述开关指令后，根据自身内部寄存器的值，将发射电信号转换为具有对应特征的发射光驱动信号后发送给所述激光器。应当指出的是，所述驱动芯片包括：控制器、激光驱动器、限幅放大器电路和时钟恢复电路。

所述激光器，用于根据所述发射光驱动信号，产生并发射激光信号至所述调制器。本实施例中，所述激光器为分布式反馈激光器，分布式反馈激光器，属于侧面发射的半导体激光器，具有良好的单色性，它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比。激光器内置了布拉格光栅，每个光栅有一个微小的间距差，通过改变流经光栅谐振腔的电流来调节输出波长，它依次改变其折射率、选择匹配的谐振频率并产生相应的输出波长。

所述微控制器，通过所述电接口与外部设备电连接，并分别与所述激光器和所述调制器电连接，用于接收外部设备发送的布拉格光栅电压的调节指令，根据所述调节指令，调节激光器发射的激光波长，以及，调节所述调制器的调制电压和偏极电压。

所述信号发生器，与所述调制器连接，用于产生预定频率的信号并输出至所述调制器。本实施例中信号发生器为正弦波频率发生器，其振荡频率可以为5GHz、10GHz、25GHz、50GHz等，作为本方案优先采用25GHz。

所述调制器，分别与所述激光器、信号发生器和微控制器连接，用于接收激光器发射的激光信号，并将信号发生器输入的信号调制到所述激光信号上，以及根据所述调制电压和偏极电压，控制所述调制后的激光信号的输出波长的种类以及数量。本实施例中，所述调制器优选为双臂LiNbO3调制器。

激光探测器，与所述驱动芯片电连接，用于接收外部输入的激光信号并转换为电信号后，将转换得到的电信号经过所述驱动芯片限幅放大后，通过电接口发送给外部设备。本实施例中，所述激光探测器为PIN二极管和APD二级管。

应当补充的是，所述电接口即目前常用的金手指，所述电接口的外部连接到外部设备如交换机、传输设备等，以此与外部设备进行取电和通讯，所述设备与网管计算机通信。

本发明的上述实施例，光模块不仅具有波长频率可调的功能，而且具有多波长频率同时可调以及波长输出数目可调的特点，解决了密集波分复用在需要多个独享波长而导致网络部署费用高的问题，扩大了通信系统的容量。

此外，如图2所示，本发明实施例还提供了一种多波长激光信号的产生方法，包括：

步骤S11：接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压；

步骤S12：根据所述调制信号、所述调制电压和所述偏极电压对所述原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号。

进一步地，所述调制电压和所述偏极电压为可调电压，通过调节所述调制电压的大小和/或所述偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。

进一步地，在步骤S11接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压之前，所述产生方法还包括：

接收开关指令，并根据所述开关指令产生所述原激光信号。

进一步地，所述产生方法还包括：

接收调节指令；

根据所述调节指令，调节所述原激光信号的波长，以及，调节调制过程中施加的所述调制电压和所述偏极电压。

进一步地，所述根据调节指令，调节所述原激光信号的波长，具体包括：

根据所述调节指令，调节布拉格光栅电压进一步来调节所述原激光信号的波长。

为了更好地实现上述目的，对本实施例中光模块的工作原理、方法说明如下：

实施例一

单波长输出及可调

网管计算机通过开关激光器命令，下发指令到驱动芯片，驱动芯片根据其内部寄存器的寄存器值，将发射电信号转换成相应波长的发射光驱动信号后发送给激光器模块，从而驱动激光器发射激光信号。在默认情况下，调制器的调制电压为0V，激光器的光模块发射激光信号的光波长为默认值，本实施例优先采取默认值为193.1THz频率的波长，如图3所示。本实施例中，单波长发射光源的调谐通过改变激光器内部布拉格光栅间距实现。具体为网管计算机通过电接口向微控制器下发调切布拉格光栅电压指令，微控制器通过与激光器电连接进行电压的调节，从而使激光器布拉格光栅间距改变，激光器内部折射率发生变化，实现对波长的选择，如图4所示，为调整后的激光波长输出。

实施例二

多波长输出及其数目可调

当调制器的调制电压不为0时，激光器输出的单波长光波经过调制器后，信号发生器产生的频率通过调制器调制到光波上，会产生边带。当调制电压和偏极电压被设置为某预设值的时候，激光器经过调制器后所产生的中心边带会被抑制，从而只有两个一阶边带。例如，信号发生器产生的为25GHz正弦波，而激光器默认输出波长为193.1THz，当调制器的调制电压为3.44V时，两个偏极电压分别为0V和3V时，光模块将会输出如下两个光波，两工作波长间隔为50GHz，满足ITU—T G.692规定的特定波长要求，如图5所示。而当信号发生器产生的为12.5GHz正弦波，而激光器默认输出波长为193.1THz，当调制器的调制电压为7.32V时，两个偏极电压分别为0V和3V时，光模块将会输出如下六个光波，如图6所示。同时可以通过调节调制电压和偏极电压使调制后的奇数边带抑制，实现其他数目的波长输出。可见，本实施例具有多波长输出特点，且其数目可调。

实施例三

可调的多波长输出

由上述可知，激光器本身的输出可以通过调节电压来选择相应波长，也即可以通过同时改变布拉格光栅电压，以及调制器的调制电压、偏极电压来实现多波长的输出光频率可调。如当调制电压为4.32V、偏极电压都为0V，信号发生器产生的正弦波频率为25GHz时，光模块输出光波长如图7所示变为如图8所示。可见，本实施例具有多波长可调特征。综上所述，可调的多波长光模块不仅具有波长频率可调的功能，而且具有多波长频率同时可调以及波长输出数目可调的特点，这一特点使得维护储备成本也大大降低，提管了管理的灵活性。

本发明实施例的可调的多波长模块和多波长激光信号的产生方法，光模块包括有电接口、微控制器、激光器、激光探测器、驱动芯片、调制器、信号发生器。激光器的单波长输出可调通过控制布拉格光栅电压实现，而激光器多波长输出和多波长输出数目可调通过控制调制器的调制电压和偏极电压实现。还可以同时通过控制布拉格光栅电压和偏调制电压、偏极电压，实现多波长的频率可调输出。本实施例的光模块及多波长激光信号的产生方法具有多波长输出、波长数目可调、波长的频率可调的功能，大大扩容通信系统的容量，且具有易维护及管理灵活等特点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种可调的多波长光模块，包括激光器，其特征在于，所述多波长光模块还包括：

调制器，用于接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压，并根据所述调制信号、所述调制电压和所述偏极电压对所述原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号；

其中，所述原激光信号为所述激光器输出的信号；

其中，所述调制电压和所述偏极电压为可调电压，通过调节所述调制电压的大小和/或所述偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。

2.根据权利要求1所述的多波长光模块，其特征在于，所述多波长光模块还包括：电接口和驱动芯片，其中，

所述驱动芯片，通过所述电接口与外部设备电连接，并与所述激光器电连接，用于接收外部设备发送的激光器的开关指令，并根据所述开关指令，将发射电信号转换为发射光驱动信号后发送给所述激光器。

3.根据权利要求2所述的多波长光模块，其特征在于，所述激光器内包含有布拉格光栅，所述激光器用于根据所述发射光驱动信号，产生并发射所述原激光信号至所述调制器。

4.根据权利要求3所述的多波长光模块，其特征在于，所述多波长光模块还包括：微控制器和信号发生器，其中，

所述微控制器，通过所述电接口与外部设备电连接，并分别与所述激光器和所述调制器电连接，用于接收外部设备发送的调节指令，根据所述调节指令，调节所述激光器发射的原激光信号的波长，以及，调节施加于所述调制器的所述调制电压和偏极电压；

所述信号发生器，与所述调制器连接，用于产生预定频率的所述调制信号并输出至所述调制器。

5.根据权利要求4所述的多波长光模块，其特征在于，所述微控制器具有用于接收外部设备发送的调节指令，根据所述调节指令，调节布拉格光栅电压进一步来调节所述原激光信号的波长。

6.根据权利要求2所述的多波长光模块，其特征在于，所述驱动芯片，进一步用于在接收到所述开关指令后，根据自身内部寄存器的值，将发射电信号转换为具有对应特征的发射光驱动信号后发送给所述激光器。

7.根据权利要求2所述的多波长光模块，其特征在于，所述多波长光模块还包括：

激光探测器，与所述驱动芯片电连接，用于接收外部输入的原激光信号并转换为电信号后，将转换得到的电信号经过所述驱动芯片限幅放大后，通过电接口发送给外部设备。

8.根据权利要求1所述的多波长光模块，其特征在于，所述调制器为双臂LiNbO3调制器。

9.根据权利要求2所述的多波长光模块，其特征在于，所述驱动芯片包括：控制器、激光驱动器、限幅放大器电路和时钟恢复电路。

10.根据权利要求3所述的多波长光模块，其特征在于，所述激光器为分布式反馈激光器。

11.根据权利要求4所述的多波长光模块，其特征在于，所述信号发生器为正弦波频率发生器。

12.根据权利要求7所述的多波长光模块，其特征在于，所述激光探测器为PIN二极管和APD二级管。

13.一种多波长激光信号的产生方法，其特征在于，包括：

接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压；

根据所述调制信号、所述调制电压和所述偏极电压对所述原激光信号进行调制，得到并输出具有对应边带数量及对应边带中心频率的目的激光信号。

14.根据权利要求13所述的产生方法，其特征在于，所述调制电压和所述偏极电压为可调电压，通过调节所述调制电压的大小和/或所述偏极电压的大小得到边带数量不同和/或边带中心频率不同的目的激光信号。

15.根据权利要求13所述的产生方法，其特征在于，所述接收原激光信号、调制信号、调制电压和偏极电压之前，所述产生方法还包括：

接收开关指令，并根据所述开关指令产生所述原激光信号。

16.根据权利要求13所述的产生方法，其特征在于，所述产生方法还包括：

接收调节指令；

根据所述调节指令，调节所述原激光信号的波长，以及，调节调制过程中施加的所述调制电压和所述偏极电压。

17.根据权利要求16所述的产生方法，其特征在于，所述根据调节指令，调节所述原激光信号的波长，具体包括：

根据所述调节指令，调节布拉格光栅电压进一步来调节所述原激光信号的波长。