CN106921438B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光模块，涉及光通信领域。本发明实施例提供的光模块，采用旋光器改变所接收信息光的偏振化方向；采用偏振分束器将来自旋光器的信息光分为第一束光及第二束光，第一束光与第二束光具有不同的偏振化方向；采用第一光探测器检测第一束光的强度信息；采用第二光探测器检测第二束光的强度信息；采用处理器接收第一束光的强度信息及接收第二束光的强度信息，驱动旋光器改变所接收的信息光的偏振化方向。本发明实施例提供的光模块实现了降低光功率的损耗，避免解析出错误信息。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

为了提高光模块单波长光的传输速率，现有技术中采用偏振模复用技术，将多束偏振化方向不同的同波长光合并为一束光。合并前，每一束光上都携带某一传输速率的信息，合并后得到的一束光，其携带的信息传输速率为合并前多束光的信息传输速率之和，达到了在同波长光上提高信息传输速率的目的。

具体地，现有技术中提供的一种偏振模复用光模块如图1所示。采用偏振模复用技术的光模块，其发射端包括激光器、偏振分束器、第一调制器、第二调制器以及偏振合束器，激光器在偏置电流的驱动下发出光功率稳定且波长单一的光a，该光a经过偏振分束器后形成偏振化方向不同的两束单向偏振光b、c，这两束单向偏振光分别通过第一调制器及第二调制器，光的功率分别被第一调制器及第二调制器改变，得到两束分别携带一定速率信息的单向偏振光b1、c1，最后，这两束单向偏振光由偏振合束器合并为一束多向偏振光d并传入光纤，合并后的一束多向偏振光d具有两个偏振化方向，多向偏振光d携带的信息传输速率为单向偏振光b1及单向偏振光c1的信息传输速率之和。

偏振模复用光模块的接收端如图2所示，采用偏振模复用技术的光模块，其接收端包括，偏振分束器、第一探测器及第二探测器，通过光纤传来的多向偏振光d，其通过偏振分束器后，多向偏振光分离为两束偏振化方向不同的单向偏振光b1、c1，单向偏振光分别经探测器接收后，解译出其携带的一定传输速率的信息，接收端最终得到的信息速率为两束单向偏振光所携带信息的传输速率之和，实现了利用同波长光传输速率的提高。

然而在实际使用中，上述光模块的探测器，不仅接收到的光的光功率较弱，而且解析出的信息也是错误的。

针对上述问题，本申请的发明人发现：由于保偏光纤的成本高昂，目前普遍采用非保偏光纤进行光传输。采用非保偏光纤传输偏振光，偏振光的偏振化方向会在传输的过程中发生旋转，而接收端的光模块无法预测最终达到光模块探测端的光的偏振化方向，使得多向偏振光与偏振分束器不匹配，导致采用偏振分束器从多向偏振光分离出单向偏振光的过程中，不仅会有较大光功率的损耗，同时会在其它偏振化方向的产生光分量，其他偏振化方向上的光分量是一种串扰信号，会影响探测器对光信息的解析，从而解析出的信息是错误。

发明内容

本发明实施例提供一种光模块，其接收由非保偏光纤传来的光，在接收过程中降低了光功率的损耗，避免解析出错误的信息。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供一种光模块，包括

旋光器，用于改变所接收信息光的偏振化方向；

旋光器驱动器，用于驱动旋光器；

偏振分束器，将来自旋光器的信息光分为第一束光及第二束光；

第一光探测器，接收第一束光，用于检测第一束光的强度信息；

第二光探测器，接收第二束光，用于检测第二束光的强度信息；

处理器，与第一光探测器相连，接收第一束光的强度信息；与第二光探测器相连，接收第二束光的强度信息；与旋光器驱动器相连，根据第一束光的强度信息以及第二束光的强度信息控制旋光器驱动器，从而驱动旋光器改变所接收的信息光的偏振化方向。

本发明实施例提供的光模块，光探测器检测接收光的强度信息，处理器根据光的强度信息，驱动旋光器改变所接收的信息光的偏振化方向，与现有技术相比，可以改变所接收信息光的偏振化方向，使得偏振分束器与偏振分束器所分离的光的偏振化方向相互匹配，这不仅降低了通过偏振分束器时的光功率损耗，同时避免串扰光的产生，实现了降低光功率的损耗，避免解析出错误信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的一种偏振模复用光模块；

图2为偏振模复用光模块的接收端结构示意图；

图3为多向偏振光在光纤中的传播示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；

图5A为偏振光分量示意图；

图5B为多向偏振光向单向偏振光转变示意图；

图5C为多向偏振光进行90度旋转示意图；

图6为偏振化方向与光的强度关系图；

图7为本发明实施例光模块中采用的一种偏振分束器；

图8为本发明实施例光模块中采用的另一种偏振分束器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高光模块单波长光的传输速率，现有技术中采用偏振模复用技术，将多束偏振化方向不同的同波长光合并为一束光。合并前，每一束光上都携带某一传输速率的信息，合并后得到的一束光，其携带的信息传输速率为合并前多束光的信息传输速率之和，达到了在同波长光上提高信息传输速率的目的。实际使用中，光模块与系统端连接，系统端向光模块提供数据信息，光模块完成数据信息在光与电之间的转换。

本发明实施例提供的光模块，其接收上述偏振模复用技术产生的信息光，该信息光波长单一，且具有多个偏振化方向。

图3为多向偏振光在光纤中的传播示意图。多向偏振光具有多个偏振化方向，具体地，如图3所示，多向偏振光沿Z轴方向传播，多向偏振光具有X、Y两个偏振化方向，偏振化方向之间形成一定角度P的夹角。根据偏振化方向的不同，多向偏振光包括X光与Y光。每一个偏振化方向都可以携带一路信息，形成一路信息传输的通道，同一路信息加载在同一偏振化方向的光上，使得多向偏振光上加载有多路信息。多路信息加载在不同的偏振化方向上，各路信息之间不会相互干扰。具体地，X光携带一路信息，Y光携带另一路信息，X光与Y光具有不同的偏振化方向，所以X光与Y光携带的信息相互独立，不会相互干扰。根据实际应用场景的不同，多向偏振光可以3个或更多的偏振化方向，多向偏振光从而可以携带3路或更多路的信息。多向偏振光可以是由多个激光器发出的单向偏振光经偏振合波器合并而来，也可以来自单个激光器。

光纤在拉制过程中，由于光纤内部产生的结构缺陷，使得当线偏振光沿光纤的一个特征轴传输时，部分光信号会耦合进入另一个与之垂直的特征轴，最终造成出射偏振光信号偏振消光比的下降，这种缺陷就是影响光纤内的双折射效应。普通光纤就算制造得再对称，在实际应用中也会受到机械应力变得不对称，产生双折射现象，因此光的偏振化方向在普通光纤（非保偏光纤）中传输的时候就会毫无规律地变化。

如图3所示，多向偏振光在普通光纤中沿Z轴传播，在传播的过程中，其偏振化方向会发生改变。与多向偏振光的初始状态j相比，多向偏振光的状态k、状态m、状态n发生了变化，这种变化呈现为偏振化方向以Z轴为中心进行旋转。在偏振化方向改变的过程中，各个偏振化方向之间的夹角角度P保持不变。

光模块接收来自光纤的多向偏振光，由于在光纤传输的过程中，多向偏振光的偏振化方向改变到何种程度无法预知，所以进入光模块中的多向偏振光，其偏振化方向无法预知。

图4为本发明实施例提供的一种光模块，包括旋光器、旋光器驱动器、偏振分束器、第一光探测器、第二光探测器及处理器。图5B为多向偏振光向单向偏振光转变示意图。如图4、图5B所示，旋光器接收多向偏振光A，旋光器在旋光器驱动器的驱动下，改变所接收的多向偏振光A的偏振化方向，形成多向偏振光B。多向偏振光B经偏振分束器分光后，形成第一束光C及第二束光D，第一束光C与第二束光D具有不同的偏振化方向。第一光探测器接收来自偏振分束器的第一束光C，第一光探测器检测第一束光C的光强信息，将第一束光C的光强信息发送至处理器；第二光探测器接收来自偏振分束器的第二束光D，第二光探测器检测第二束光D的光强信息，第二光探测器将第二束光D的光强信息发送至处理器；处理器根据第一束光C的光强信息及第二束光D的光强信息，控制旋光器驱动器驱动旋光器，使得第一束光C的光强及第二束光D的光强均达到阈值范围内。

第一光探测器及第二光探测器可以统称为光探测器。

第一束光C可以是单向偏振光，即第一束光C只有一个偏振化方向，第二束光D可以是单向偏振光，即第二束光D可以是只有一个偏振化方向。根据实际使用需要，第一束光可以是偏振方向少于多向偏振光B的多向偏振光，第二束光也可以是偏振方向少于多向偏振光B的多向偏振光。

旋光器可以改变光的偏振化方向，使得多向偏振光各个偏振化方向以光的传播方向为轴进行旋转。常见的旋光器为法拉第旋光器，法拉第旋光器通过在平行于光的传播方向上施加磁场，通过控制磁场的变化，可以按需要改变光的偏振化方向。旋光器在改变光的偏振化方向的过程中，对各个偏振化方向的改变是等同的，这使得各个偏振化方向之间的夹角角度保持不变。法拉第旋光器通常用于需要避免有害反射光的场合，如导致光学损伤、系统不稳定等，其起到与光隔离器等同的效果。

随着器件集成化的不断提高，旋光器可以与旋光器驱动器集成到一体，而集成后的设备同样可以称为旋光器。

在出现歧义解释时，本申请中器件名称只描述了器件在本申请中具备的功能，不代表是对器件所有功能的描述，也不代表是对产品功能的描述。在实际产品中，由于功能的集合或分离，导致器件名称与产品名称不对应，此时的器件名称不应理解为对方案的限制。

由于在光纤传输过程中，光的偏振化方向会发生改变，这使得到达偏振分束器的光，其偏振化方向无法预知，实际应用中，其偏振化方向与偏振分束器往往并不匹配。此时，可能获得较低光功率的光或无法获得光或产生干扰信号，这些情况均不利于光模块解析出准确的数据信息。

图5A为偏振光分量示意图。如图5A所示，H为偏振分束器的偏振化方向，I为与H相互垂直的方向，F为偏振光，当F的方向与H的方向不一致时，偏振光F会在H方向与I方向上产生光分量F2，在H方向上的光通过偏振分束器进入探测器，在I方向上的光分量F1，其是偏振光F损耗的光，从而使得F在通过偏振分束器得到F2时造成了光功率的损耗。此外，当多向偏振光具有I方向上的偏振化方向时，光分量F1会是串扰光，其影响本该通过I方向传输的光。在偏振分束的过程中，光功率会有损耗，光功率的损耗包括被偏振分束器吸收的光能量损耗以及光分量产生的损耗。被偏振分束器吸收造成的光能量损耗为固有损耗，其难以避免，而且在实际使用中以考虑在内，而光分量产生的损耗是本申请的关注点，光分量的产生不仅造成了功率损耗，而且会形成干扰信号。由于干扰信号及功率损耗具有伴生性，可以通过检测光功率损耗实现光分量的检测。

多向偏振光到达旋光器，旋光器改变多向偏振光的偏振化方向，使得通过旋光器后到达偏振分束器的多向偏振光，其偏振化方向与偏振分束器相匹配，从而使得多向偏振光在通过偏振分束器的过程中，光能量损耗较小，避免光分量的产生。偏振分束器对多向偏振光分束后，得到的单束光具有较高的光能量，单束光由光探测器接收，光探测器将光中携带的信息转化为电信号后输出至光模块所插接的系统端。

旋光器对多向偏振光偏振化方向的改变，采用处理器反馈控制机制。到达探测器的光，其光强影响光模块对信息光中携带信息的解析。光强即光的强度信息，光强通常可以以光功率为衡量，具体地，由探测器向处理器上报接收信号强度指示RSSI值来反映光功率的大小，此时光的强度信息具体指RSSI值；光的强度也可以通过其他物理量来衡量，比如探测器的反向偏压伴生电流值。

探测器接收到偏振分束器分束的光后，可以测得光的强度信息，将光的强度信息输入处理器，当处理器对光强信息进行计算后，判断光强达不到所需要的解析标准时，在本案所探讨的问题环境下，即表示来自旋光器的多向偏振光B，其偏振化方向与偏振分束器不相匹配，使得多向偏振光B在经过偏振分束器的过程中有较大的光能量损耗。到达旋光器的多向偏振光，其偏振化方向不确定，所以无法通过预先设置的方式使得多向偏振光的偏振化方向与偏振分束器相匹配。而到达偏振分束器的多向偏振光，其偏振化方向可以通过旋光器改变，处理器通过旋光器驱动器驱动旋光器，调整多向偏振光的偏振化方向，可以改变所接收信息光的偏振化方向，使得偏振分束器与偏振分束器所分离的光的偏振化方向相互匹配，直到处理器判定通过探测器输入的光强度信息达到需要为止。较佳的，输入的光强度信息达到最大值。

目前，通常使用的光探测器主要为雪崩光电二极管APD探测器以及PIN光电二极管探测器，第一光探测器可以是雪崩光电二极管探测器，也可以是pin光电二极管探测器；第二光可以是雪崩光电二极管探测器，也可以是pin光电二极管探测器。

针对雪崩光电二极管APD，光强与其产生的光电流大小相关，其产生的光电流大小与施加到其上的反向偏压有关，通过对反向偏压伴生电流的检测，即可检测到反向偏压，即可检测到产生的光电流大小，即可反映探测器接收到的光的强度信息。

针对PIN型探测器，实践中使用的PIN型探测器通常为多功能合一的器件，体现为其包括了实现光电转换的电路、电流转电压电路以及电压放大电路，功能上不仅可以实现光电转换，完成对光的接收，同时可以对电进行转化放大，可以测得所接收光的强度信息。当然，在实际使用中完全可以将各个功能分割开。

本申请中的光探测器可以包括光电转换电路以及检测电路，光电转换电路接收信息光，将信息光转换为电流后并将该电流输出，检测电路检测光电转换电路输出的电流或检测反向偏压的伴生电流，得到光的强度信息。

处理器通过旋光器驱动器驱动旋光器，改变旋光器所接收的多向偏振光A的偏振方向，使通过旋光器后进入偏振分束器的多向偏振光B，其偏振化方向与偏振分束器相匹配，减小多向偏振光B在经过偏振分束器的过程中的光能量损耗，使得探测器接收到光强达到所需要的解析标准。解析标准可以参照业内规定，也可以以探测器能够解析出准确信息为准。

在如图4所示的光模块中，处理器通过旋光器驱动器对旋光器的控制，要同时考虑偏振分束器分离得到的第一束光C及第二束光D的光强。

偏振分束器根据偏振化方向的不同对多向偏振光分束，偏振化方向的不同体现在各个偏振化方向之间存在一定的夹角角度，采用偏振分束器对多向偏振光进行分束时，可以根据各个偏振化方向之间的夹角角度保持不变的特性，设计如何使多向偏振光的偏振化方向与偏振分束器相匹配。

采用偏振分束器对多向偏振光进行最小损耗的分光，要求多向偏振光的偏振化方向与偏振分束器相匹配。具体而言，偏振分束器具有固定的分光性能，要求多向偏振光入射到偏振分束器时，多向偏振光的偏振化方向以及各偏振化方向之间的夹角角度满足特定值，以与偏振分束器相匹配。

如图3所示，多向偏振光在光纤中传输时，各个偏振化方向沿Z轴呈中心旋转，且各个偏振化方向之间的夹角角度保持不变。示例的，呈现状态k的多向偏振光与偏振分束器相匹配，其通过偏振分束器时可以实现最小损耗的分光，而呈现状态j、状态m、状态n的多向偏振光与偏振分束器不相匹配，其通过偏振分束器时无法实现最小损耗的分光。当多向偏振光的偏振化方向与偏振分束器不匹配时，通过偏振分束器得到的光，其光功率会有损失，甚至导致没有光通过偏振分束器。

图6为偏振化方向与光的强度关系图。如图6所示，光的偏振方向与处理器接收到的光强信息直接相关，只有当光的偏振方向处于特定值时，处理器才能接收到最大的光强信息。在E点，光在通过偏振分束器的过程中能量损耗最小，得到的光强度信息最大。这说明光在到达偏振分束器时，对其偏振化方向的调整可以改变通过偏振分束器后得到的光的强度。

通过旋光器使多向偏振光的偏振化方向沿Z轴旋转，可以使状态j、状态m、状态n的多向偏振光转变为状态k。

偏振分束器能够根据偏振化方向的不同，将一束多向偏振光分离为多束光，分离后的其中一束可以是单向偏振光。由此，当偏振分束器接收到一束多向偏振光时，能够分离出多束单向偏振光，具体的光束数量与偏振分束器的性能相关。

偏振分束器根据偏振化方向的不同将携带多路信息的多向偏振光分束，得到携带单路信息的单向偏振光，从而实现从多路信息中将其中一路信息分离出来。分束后得到的携带单路信息的单向偏振光可以是多束，也可以是一束。采用探测器对携带单路信息的单向偏振光接收，即实现了对该一路信息的接收。

此处对单路信息的理解，要结合探测器的接收能力。若探测器只能接收某一波长的光，该光上携带的信息为单路信息，若探测器能接收多个波长的光，此时探测器完全可以接收多个波长的光，该多个波长的光携带的信息为单路信息，与单波长相比，多波长可以携带多倍于单波长的信息，该多倍于单波长的信息仍可以理解为单路信息。

为了便于偏振分束器区分不同偏振化方向的光，两束偏振光的方向相互垂直为较佳方案，然而，相互垂直的两束偏振光，在采用最大光强作为旋转判断依据时，可能出现交叉的情形。具体地，如图5C所示，多向偏振光A具有相互垂直的两个偏振化方向X、Y，经旋光器旋转偏振化方向后得到多向偏振光B，采用偏振分束器对多向偏振光B进行分束后可以得到最大的光强度信息，但实际使用中，往往要求特定偏振化方向的光由特定的光探测器接收，这是由于不同偏振化方向携带不同速率的光，而光探测器的实际接收能力不同。光探测器无法对光的偏振化方向进行判断，所以可以采用系统端对由光中解析出的信息进行校验，由系统端收到，判定协议层是否是自己需要接收到的信息，如果不是，系统端向光模块发出指令，该指令由光模块的处理器接收到，处理器根据接收到的指令，控制旋光器对信息光的偏振化方向再进行90度的旋转得到光B’，即旋光器对信息光的偏振化方向进行旋转后，使得光探测器端得到满足要求的光的强度信息，再此基础上，根据系统端的反馈再对光的偏振化方向进行90度的旋转。如图5C所示，光B与光B’相比，偏振化方向X、Y的发生了90度的旋转。实际使用中，可以进行90度的整数倍进行旋转。

图7为本发明实施例光模块中采用的一种偏振分束器。如图7所示，多向偏振光B在偏振分束器的分光面上发生反射和透射，形成第一束光C及第二束光D。分光面可以根据光偏振化方向的不同，将多向偏振光分束，处于第一偏振化方向范围内的偏振光被分光面反射，处于第二偏振化方向范围内的偏振光可以透过分光面。第一偏振化方向范围及第二偏振化方向范围由分光面的材质决定，常见的分光面采用镀光学膜片的方式制成。通过对图7所示偏振分束器的复用，可以形成多束分光。

图8为本发明实施例光模块中采用的另一种偏振分束器。如图8所示，多向偏振光B在偏振分束器的第一分光面发生反射及透射，透射光形成第一束光C，反射光在第二分光面发生反射及透射，此处的透射光形成第二束光D，此处的反射光在第一分光面发生透射，此处的透射光形成第三光束E。由于入射到第一分光面及第二分光面表面的光具有不同的偏振化方向，第一份光面及第二分光面可以根据偏振化方向的不同对光进行反射及透射，从而实现了对一束光分离为两束光。对上述过程的复用，可以实现从偏振分束器中透射出多束光。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括

旋光器，用于改变所接收信息光的偏振化方向；

旋光器驱动器，用于驱动所述旋光器；

偏振分束器，用于将来自所述旋光器的信息光分为第一束光及第二束光；

第一光探测器，接收所述第一束光，用于检测所述第一束光的强度信息；

第二光探测器，接收所述第二束光，用于检测所述第二束光的强度信息；

处理器，与所述第一光探测器相连，接收所述第一束光的强度信息；与所述第二光探测器相连，接收所述第二束光的强度信息；与旋光器驱动器相连，根据所述第一束光的强度信息以及所述第二束光的强度信息控制所述旋光器驱动器，从而驱动所述旋光器改变所接收的信息光的偏振化方向。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述信息光为波长单一的多向偏振光。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块与系统端相连，所述处理器根据所述系统端的指令控制所述旋光器，使所述信息光的偏振化方向旋转90度。

4.如权利要求2或3所述的光模块，其特征在于，所述第一束光的强度信息为接收信号强度指示值或反向偏压伴生电流强度，所述第二束光的强度信息为接收信号强度指示值或反向偏压伴生电流强度。

5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述光探测器包括雪崩光电二极管及检测电路，所述雪崩光电二极管接收反向偏压，所述检测电路检测反向偏压的伴生电流强度。

6.如权利要求2或3所述的光模块，其特征在于，所述光探测器包括PIN光电二极管及检测电路，所述PIN 光电二极管产生光电流，所述检测电路检测所述光电流的强度以生成接收信号强度指示值。

7.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述偏振分束器包括分光面，所述分光面可以将多向偏振光分离成透射光束及反射光束。

8.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述偏振分束器包括第一分光面及第二分光面，所述第一分光面可以将多向偏振光分离成透射光束及反射光束，所述第二分光面将来自所述第一分光面的反射光束分离成透射光束及反射光束。