CN107888294B - 一种光发射器及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光发射器及光模块，其中，所述光发射器包括激光驱动器和DBR激光器，所述激光驱动器的输入端用于接收突发控制信号；所述激光驱动器的第一输出端接地、第二输出端用于与DBR激光器的阳极电连接；所述激光驱动器的第一差分切换端用于与第一工作电源和激光器的阳极电连接。本申请实施例中通过将第一输出端接地、第二输出端与激光器阳极电连接，使得激光驱动器仅能通过第二输出端吸入激光器阳极的偏置电流，通过第一差分切换端接入DBR激光器的阳极实现激光器的快速开启和关断，通过第二输出端的控制满足发射特定波长的激光，并有效提高ONU的波长稳定性。

Description

一种光发射器及光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光发射器及光模块。

背景技术

随着光通信技术的发展，PON(Positive Optical Network，无源光网络)系统作为光接入系统被广泛应用。PON系统一般包括ONT(Optical Network Terminal，光网络终端)设备和多个ONU(Optical Network Unit，光网络单元)，每个ONU通常设置一个光模块，该光模块与ONT设备连接，通过光纤接收下行光信号或发射上行光信号，多个ONU的光模块的激光器共享同一上行光信道。以发射上行光信号的光模块为例，ONU主要包括激光器和激光驱动器，激光驱动器用于接收ONT设备中的PON-MAC(Passive Optical Network-MediaAccess Control，无源光网络-媒体访问控制)芯片控制器发送的突发控制信号，激光驱动器将突发控制信号作为驱动电流输出给激光器，使激光器开启并发射出ITU-T标准中规定波长的上行光信号；当激光驱动器接收不到PON-MAC芯片控制器发送的突发控制信号时，控制切断激光器的驱动电流关闭激光器，使激光器停止发射光信号。

目前，常用的光发射器如图1所示，包括激光驱动器LDD和激光器LD，激光驱动器LDD的输入端与PON-MAC芯片控制器电连接，用于接收PON-MAC芯片控制器发送的突发控制信号；激光驱动器LDD的第一输出端OUT+电连接至激光器LD的阳极、第二输出端OUT-和第一差分切换端Bias-均电连接至激光器LD的阴极，第二差分切换端Bias+也连接到一工作电源VCC，激光器LD的阳极电连接至工作电源VCC，由工作电源VCC给激光器LD提供偏置电流。激光驱动器LDD通过控制偏置电流在第一差分切换端Bias-和第二差分切换端Bias+之间切换，从而保持激光驱动器LDD的内部电路一直工作在开启状态，由激光驱动器LDD控制第一输出端OUT+吸入激光器LD阳极的偏置电流，或者，控制第二输出端OUT-吸入激光器LD阴极的偏置电流，从而实现激光器LD的高速调制，让激光器LD能够传输二进制码信息，如101010信号，从而实现激光发射不同光功率的激光。

但是，随着光通信技术的发展，为了实现激光器LD能够发射满足ITU-T标准的特定波长，需要使用DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射)实现不同特定波长的激光发射。DBR激光器受设计因素决定了DBR激光器的阴极必须接地。由于激光驱动器自身的应用需要将第一差分切换端Bias-接到高电位时，激光驱动器内部电路在接收到高电位时，高电位在第一差分切换端Bias-和第二差分切换端Bias+之间切换才能保证激光驱动器的正常工作和突发控制。如果使DBR激光器工作在如图1所示的电路中，由于第一差分切换端Bias-与DBR激光器的阴极连接，即第一差分切换端Bias-为低电位，这样就会导致激光驱动器内部电路无法正常工作，从而影响激光驱动器的突发控制使DBR激光器快速开启和关断，进一步导致DBR激光器波长出现较大变化，进而影响DBR激光器的波长稳定性，并严重影响ONU的波长稳定性。

发明内容

本发明提供了一种光发射器及光模块，以解决由于DBR激光器开启和关断的时间受到大幅影响，从而进一步影响DBR激光器发出激光波长的稳定性，并严重影响ONU的波长稳定性的问题。

第一方面，本发明提供了一种光发射器，包括激光驱动器和DBR激光器，所述DBR激光器的阳极与偏置电流电连接，所述DBR激光器的阴极接地，所述激光驱动器的信号输入端用于接收所述PON-MAC芯片控制器发送的突发控制信号；

所述激光驱动器的第一输出端接地、第二输出端用于与所述DBR激光器的阳极电连接；

所述激光驱动器的第一差分切换端用于电连接至所述第一工作电源和DBR激光器的阳极之间。

第二方面，本发明还提供了一种光模块，包括：光接收器以及如上述第一方面所述的光发射器，所述光发射器中激光驱动器的信号输入端用于与PON-MAC芯片控制器的信号输出端电连接，所述激光驱动器用于接收所述PON-MAC芯片控制器发送的突发控制信号、并驱动所述光发射器的DBR激光器发射激光；所述光发射器与光接收器相互匹配设置，所述光接收器用于接收所述光发射器发射的激光。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供了一种光发射器，包括激光驱动器和DBR激光器，所述DBR激光器的阳极与偏置电流电连接，所述DBR激光器的阴极接地，其中，所述激光驱动器的信号输入端用于接收突发控制信号；所述激光驱动器的第一输出端接地、第二输出端用于与所述DBR激光器的阳极电连接；所述激光驱动器的第一差分切换端用于电连接至所述第一工作电源和DBR激光器的阳极之间。

本发明实施例中，偏置电流主要用于DBR激光器工作在线性增益区，从而确保DBR激光器发出平均光功率；由于第一差分切换端与DBR激光器的阳极电连接，从而能够将施加给DBR激光器的偏置电流吸入，从而保证偏置电流在第一差分切换端和第二差分切换端之间切换，实现DBR激光器的快速开启和关断。

另外，本发明实施例通过将激光驱动器的第一差分切换端与DBR激光器的阳极电连接，通过第一输出端接地、第二输出端电连接至DBR激光器的阳极，能够在激光驱动器接收到突发控制信号后，第一输出端作为匹配电路，由第二输出端仅仅吸入工作电源供给DBR激光器的偏置电流，实现第二输出端对DBR激光器的单端控制，从而不影响DBR激光器阴极的电平变化，使得DBR激光器的波长更加稳定，进而使ONU的波长更加稳定；同时在激光驱动器接收到突发控制信号后，激光驱动器能够快速驱动第二输出端工作，通过第二输出端吸入和不吸入DBR激光器阳极端的偏置电流，使DBR激光器发出高/低功率变化的激光。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种光发射器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光发射器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光发射器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种光发射器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的再一种光发射器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种光发射器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

随着光通信技术的发展，为了满足用户更大的带宽需求，并降低大规模部署极速宽带的成本，运营商将TWDM(Time Wavelength division Mutiplexing，时分波分复用)技术逐步应用到ONU中。TWDM技术，顾名思义就是TDM(Time division Mutiplexing，时分复用)和WDM(Wavelength division Mutiplexing，波分复用)两相技术相结合的一项新的技术。对TDM-PON系统的ONU来说，最关键的是实现突发发射技术，突发发射给时分复用提供了技术保障；而对于WDM-PON系统的ONU来说，必须提供符合ITU-T标准的特定波长，因此，对于TWDM-PON系统的ONU来说，如何实现上述两项技术的结合是目前面临的最大困难和挑战。目前，DBR可调谐激光器不仅能够实现TDM-PON系统中ONU要求的突发发射功能，还能满足波长要求，能够很好的解决TWDM-PON的技术瓶颈。DBR激光器的阳极包括Gain区、Phase区和DBR区，Gain区即为增益区，通过改变Gain区的电流大小可以改变DBR激光器输出的光功率；Phase区即为相位区，通过改变Phase区电流的大小，可实现0～0.4nm范围的波长微调；DBR区即为分布式布拉格反射区，通过改变DBR区的电流大小，可以实现10nm以上的波长调整。在本发明实施例中，激光器以DBR激光器为例进行详细说明本发明实施例。

参见图2，为本申请实施例提供的一种光发射器的结构示意图。该光发射器包括激光驱动器和激光器，激光驱动器用于驱动控制激光器发射不同功率的激光。如图2所示，所述激光驱动器LDD可以包括信号输入端、第一输出端OUT+、第二输出端OUT-、第一差分切换端Bias-和第二差分切换端Bias+等的接口端，在本实施例中，激光驱动器LDD的信号输入端用于与ONT设备中的PON-MAC芯片控制器电连接，第一工作电源VCC1电连接至激光器LD的阳极，由第一工作电源VCC1为激光器LD提供偏置电流，激光器LD的阴极接地。激光驱动器LDD的第一差分切换端Bias-用于电连接至第一工作电源VCC1和激光器LD的阳极之间，通过与PON-MAC芯片控制器电连接接收所述PON-MAC芯片控制器发送的突发控制信号，第一差分切换端Bias-通过所述突发控制信号快速建立突发控制的时间，通过第一差分切换端Bias-吸入偏置电流，使得偏置电流在第一差分切换端Bias-与第二差分切换端Bias+之间切换，从而用于该激光驱动器LDD驱动控制激光器的高速开启和关断，在具体实施过程中，所述突发控制信号可以为一串数字控制的电信号，该数字控制信号可以为由“1”和“0”组成的信号，其中“1”表示控制激光器发出高功率的激光，“0”表示控制激光器发出低功率的激光，例如突发控制信号为“101010”的电信号，则表示需要控制激光器发出高功率和低功率相互转换的激光。

在具体实施过程中，激光器为DBR激光器，DBR激光器包括阳极和阴极，由于DBR激光器的阳极包括Gain区、Phase区和DBR区，且Gain区、Phase区和DBR区共用一个阴极；其中，在激光驱动器驱动DBR激光器发射激光的过程中，通过激光器的Gain区实现DBR激光器发射激光的功率，通过激光器的DBR区实现DBR激光器发射激光的波长。从而，在本申请实施例中，激光驱动器的第二输出端OUT-与第一差分切换端Bias-均电连接至所述DBR激光器的增益区。

由于本申请实施例中DBR激光器的阴极接地，当激光驱动器驱动DBR激光器发射激光时，仅激光驱动器的第二输出端OUT-吸入DBR激光器阳极的电流，实现DBR激光器发射高低功率的激光，同时，由于DBR激光器的阴极接地，能够有效保证DBR激光器阴极的电压，从而有效保证激光器阴极电流的稳定性，进而保证激光器的波长不会出现漂移，有效提高ONU的波长稳定性。

在本实施例中，激光驱动器LDD的第一输出端OUT+可以直接接地，激光驱动器LDD的第二输出端OUT-用于与激光器LD的阳极电连接。具体实施过程中，在激光驱动器LDD驱动控制激光器LD工作的过程中，当激光驱动器接收到突发控制信号时，激光驱动器的第一差分切换端Bias-吸入一部分第一工作电源VCC1供给DBR激光器的偏置电流，偏置电流能够在第一差分切换端Bias-和第二差分切换端Bias+切换，快速建立突发控制时间，从而快速控制第二输出端OUT-工作。具体的，当激光驱动器接收到“1”信号时，控制第二输出端OUT-关闭、同时控制第一输出端OUT+开启，由于第一输出端OUT+接地，则保证激光器LD阳极电压正常(此时DBR激光器发出高功率的激光)，激光器LD发出高功率的激光；当激光驱动器接收到“0”信号时，控制第一输出端OUT+关闭，同时控制第二输出端OUT-开启吸入激光器LD阳极的、由第一工作电源VCC1提供给激光器LD的偏置电流，则保证激光器LD阳极电压降低(此时DBR激光器发出低功率的激光)，激光器LD发出低功率的激光；通过第二输出端OUT-是否吸入激光器LD阳极电流，控制激光器LD阳极电压的高低，从而保证激光器输出高功率和低功率的激光，实现激光器LD波长的可调谐。

在具体实施过程中，激光驱动器LDD可以为常用的型号为UX2228、UX3328、UX33285、MAX3738、GN25L95/6、GN1157或GN7354/5的激光驱动器，可以根据激光器的不同选择不同型号的激光驱动器。

在本申请实施例中，由第一工作电源提供的偏置电流主要用于DBR激光器工作在线性增益区，从而确保DBR激光器发出平均光功率；由于第一差分切换端与DBR激光器的阳极电连接，从而能够将第一工作电源施加给DBR激光器的偏置电流吸入，从而保证偏置电流在第一差分切换端和第二差分切换端之间切换，实现DBR激光器的快速开启和关断。另外，本发明实施例通过将激光驱动器的第一差分切换端与DBR激光器的阳极电连接，通过第一输出端接地、第二输出端电连接至DBR激光器的阳极，能够在激光驱动器接收到PON-MAC芯片控制器的突发控制信号后，第一输出端作为匹配电路，由第二输出端仅仅吸入工作电源供给激光器的偏置电流，实现第二输出端对DBR激光器的单端控制，从而不影响DBR激光器阴极的电平变化，使得DBR激光器的波长更加稳定，进而使ONU的波长更加稳定；同时在激光驱动器接收到突发控制信号后，激光驱动器能够快速驱动第二输出端工作，通过第二输出端吸入和不吸入DBR激光器阳极端的偏置电流，使DBR激光器发出高/低功率变化的激光。

由于在本申请实施例中，激光器的阴极接地，激光驱动器LDD仅第二输出端OUT-单端输出至激光器LD，且第二输出端OUT-输出电压一般小于1.2V(激光器阳极电压一般控制在1.2V)，因此，基于上述实施方式，本申请实施例还提供了如图3所示的光发射器的另外一种实施方式。

参见图3所示，在上述图2的基础之上，光发射器还包括第一耦合电容C1，第一耦合电容C1串联于激光驱动器LDD的第二输出端OUT-与激光器LD的阳极之间，第二输出端OUT-通过第一耦合电容C1电连接至激光器LD的阳极，在本申请实施例中，第一耦合电容C1的电容范围为3300pf-1uf。通过在激光驱动器LDD的第二输出端OUT-与激光器LD之间设置第一耦合电容C1用作匹配电路，避免影响激光驱动器的直流偏置点。

另外，在本申请实施例中，光发射器包括激光驱动器和DBR激光器，该光发射器还可以包括第二耦合电容C2和匹配电阻R1，第二耦合电容C2和匹配电阻R1依次串联后设置于激光驱动器LDD的第一输出端OUT+与地端之间，即激光驱动器LDD的第一输出端OUT+依次串联第二耦合电容C2和匹配电阻R1后接地。在本申请实施例中，第二耦合电容C2的电容范围为3300pf-1uf，匹配电阻的阻值大小可以为10-50Ω，且第二耦合电容C2的大小可以和第一耦合电容C1的大小相等。本申请中通过第一耦合电容C1和第二耦合电容C2降低由于第二输出端OUT-单端输出对激光驱动器LDD直流偏置点的影响，通过匹配电阻R1匹配第一输出端OUT+和第二输出端OUT-的输出阻抗。

为了保证激光驱动器LDD直流偏置点不会大幅度偏移，本申请实施例还提供的另外一种如图4所示的光发射器的实施方式。

参见图4所示为本申请另外一个实施例提供的光发射器的结构示意图。如图4所示，基于上述图3的描述，本申请实施例中光发射器包括激光驱动器和DBR激光器，光发射器还包括第一上拉电阻R2、第二上拉电阻R3和第二工作电源VCC2，其中，第一上拉电阻R2的一端电连接至第二工作电源VCC2，第一上拉电阻R2的另一端电连接至第一输出端OUT+；第二上拉电阻R3的一端电连接至第二工作电源VCC2，第二上拉电阻R3的另一端电连接至第二输出端OUT-。在本申请实施例中，第二上拉电阻R2和第三上拉电阻R3的大小可以相同，且阻值范围为10-50Ω。

通过采用第二上拉电阻R2和第三上拉电阻R3可以保持激光驱动器LDD的直流偏置点，不至于激光驱动器LDD的直流偏置点发生偏移。

在另一个实施方式中，为了保证第一差分切换端Bias-对激光器的高速切换关断，本申请实施例提供了如图5所示的光发射器的结构示意图。

另外，对于DBR激光器来说，在实现DBR激光器发出满足ITU-T标准的特定波长的激光时，如何能够有效提高激光驱动器控制DBR激光器建立突发发射激光的时间，就能够进一步的提高DBR激光器的快速开启和关断。因此，基于上述实施方式，本申请中还提供了如下实施方式，具体可参见图5所述的内容。

参见图5所示的另一种光发射器的结构示意图。如图5所示，光发射器包括激光驱动器和DBR激光器，光发射器还可以包括第三工作电源VCC3和开关电路100，开关电路100的输入端与第三工作电源VCC3电连接，开关电路100的输出端电连接至激光驱动器LDD的第二差分切换端Bias+。其中，第三工作电源VCC3和开关电路100可以基于上述图2所示的光发射器，也可以基于上述图3-4任意所述的光发射器。通过增加第三工作电源VCC3和开关电路100匹配第一差分切换端Bias-和第二差分切换端Bias+的端口电压，使得第三工作电源VCC3和开关电路100能够实现对第二差分切换端Bias+提供供电电压，从而进一步保证激光驱动器内的偏置电流在第一差分切换端Bias-和第二差分切换端Bias+之间切换，保证激光驱动器内部供电的电路一直处于开启状态，从而能够进一步缩短激光驱动器建立突发控制的时间，从而有效提高激光器LD开启和关断的速度。

其中，在本申请实施例中，开关电路100可以包括两个二极管：第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1和第二二极管D2依次串联在第三工作电源VCC3和第二差分切换端Bias+之间，且第一二极管D1和第二二极管D2沿第三工作电源VCC3至第二差分切换端Bias+正向导通。

在具体实施过程中，第一二极管D1和第二二极管D2可以为开关二极管，也可以为肖特基二极管，在具体实现过程中根据不同情况进行选择，在此不详细阐述。

由于激光驱动器在驱动控制激光器实现高低功率的激光发射时，会产生利于激光激光器的高频调制信号，为了避免高频调制信号的丢失，本申请实施例还提供了如图6所示的实施方式。

参见图6所示的光发射器的结构示意图，光发射器包括激光驱动器和DBR激光器，该光发射器以上述图5所示的光发射器为例进行阐述。如图6所示，光发射器还包括第一电感L1和第二电感L2，其中，第一电感L1串联于激光驱动器LDD的第一差分切换端Bias-与激光器LD的阳极之间，第二电感L2串联于第一工作电源VCC1电连接至第二耦合电容C2和激光器LD阳极的母线上。

在具体实施过程中，第一电感L1和第二电感L2的电感大小可以为100nh-50uh，且第一电感L1和第二电感L2可以选用型号为HG601或HG102的磁珠，但是对于磁珠型号并不限于此，本申请只是一个示例性实施方式，在此不再阐述。本申请实施例中，通过设置第一电感L1和第二电感L2能够有效增加高频调制信号的隔离度，从而避免高频调制信号的流失。

另外，本申请实施例还提供了一种光模块，光模块包括光接收器以及光发射器，且所述光发射器为上述任一实施例所述的光发射器(未在附图中示出)。

在具体实施过程中，光发射器中激光驱动器的信号输入端与PON-MAC芯片控制器的输出端电连接，从而通过激光驱动器接收PON-MAC芯片控制器发送的突发控制信号，进而由激光驱动器接收突发控制信号并驱动控制激光器发出不同光功率的激光，从而实现光发射器发出光信号波长的可调谐。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种光发射器，包括激光驱动器和DBR激光器，其特征在于，所述DBR激光器的阳极用于接入偏置电流，所述DBR激光器的阴极接地，其中，

所述激光驱动器的信号输入端用于接收突发控制信号；

所述激光驱动器的第一输出端接地、第二输出端用于与所述DBR激光器的阳极电连接；

所述激光驱动器的第一差分切换端用于电连接至所述DBR激光器的阳极。

2.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述光发射器还包括第一耦合电容，所述激光驱动器的第二输出端通过所述第一耦合电容与所述DBR激光器的阳极电连接。

3.如权利要求1或2所述的光发射器，其特征在于，所述光发射器还包括第二耦合电容和匹配电阻，所述激光驱动器的第一输出端依次串联所述第二耦合电容和匹配电阻后接地。

4.如权利要求3所述的光发射器，其特征在于，所述光发射器还包括第一上拉电阻和第二上拉电阻，所述第一上拉电阻和第二上拉电阻的一端均电连接至第二工作电源，所述第一上拉电阻的另一端电连接至所述第一输出端，所述第二上拉电阻的另一端电连接至所述第二输出端。

5.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述光发射器还包括第三工作电源和开关电路，其中，

所述开关电路的输入端与第三工作电源电连接、输出端电连接至所述激光驱动器的第二差分切换端。

6.如权利要求5所述的光发射器，其特征在于，所述开关电路包括依次串联的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管沿所述第三工作电源至所述第二差分切换端正向导通。

7.如权利要求3所述的光发射器，其特征在于，所述光发射器还包括第一电感和第二电感，其中，

所述第一电感串联于所述第一差分切换端与所述DBR激光器的阳极之间；

所述第二电感串联于第一工作电源电连接至所述第二耦合电容和DBR激光器阳极的母线上。

8.一种光模块，包括光接收器，其特征在于，还包括如权利要求1至7任一所述的光发射器，其中，

所述光发射器中激光驱动器的信号输入端用于接收突发控制信号、并驱动所述光发射器的DBR激光器发射激光；

所述光发射器与光接收器相互匹配设置，所述光接收器用于接收所述光发射器发射的激光。

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