CN108337051A - 一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤通信系统用光学器件，具体地说涉及一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，包括若干个光路、可调色散补偿模块、半导体光放大器装置和多信道光接收装置，若干个光路包括光路L1和光路L2，光路L1为光信号输入光路，进入光路L1的光信号随后进入可调色散补偿模块和半导体光放大器装置进入光路L2，随后进入多信道光接收装置。本发明的有益效果是：将G‑T标准具与线性MEMS微镜阵列技术结合，共同应用到多信道光接收组件入射光色散问题的解决方案中，相比于传统调制G‑T标准具腔长的动态色散补偿方案，结构更简单，MEMS微镜阵列易于和G‑T标准具及多信道光接收组件集成。

Description

一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件

技术领域

本发明涉及光纤通信系统用光学器件，具体地说涉及一种具有动态色散补偿过程、光放大过程、光波分解复用过程、滤除光噪声过程、光电转换过程以及电信号放大过程的多信道光接收组件。

背景技术

在高速光纤通信系统中，多信道光接收组件的入射光因为经历长距离的光纤传输，通常具严重的色散问题，这使信号在光接收组件中产生码间干扰的失真，给信号的最后判决造成困难，而目前，色散问题正是限制高速光纤通信系统发展的主要因素。因此，急需解决多信道光接收组件入射光的色散问题。

G-T标准具干涉技术具有带宽范围大、覆盖信道数量多、色散补偿量大、能同时对色散斜率进行补偿等优势,因此可应用于高速光纤通信系统的色散补偿，并可实现动态的色散调节。G-T标准具实现动态色散补偿的常用调制因素为标准具腔长，如CN200510025797.1可调色散补偿器、CN200620163358.7一种动态可调谐的色散补偿器、以及CN201310119066.8一种同时补偿光纤色散及色散斜率的色散补偿器件的三篇专利中所述。但扫描标准具腔长需要特殊材料的结构件和供电控制系统，无法做到与G-T标准具及多信道光接收组件的小型化集成。

除腔长外，G-T标准具的入射光角度也可作为其进行动态色散补偿的调制因素，但其应用更多停留在理论论述阶段，相关设计发明鲜见报道。

若将G-T标准具干涉技术与线性MEMS微镜阵列技术结合，共同应用到多信道光接收组件入射光色散问题的解决方案中，并巧妙的设计光路走向，就可以设计出一种微型的动态色散补偿器件和一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：1.基于G-T标准具的动态色散补偿方案常见调制因素为标准具腔长，需要特殊材料的结构件和供电控制系统，无法做到与G-T标准具及多信道光接收组件的小型化集成；2.入射光角度作为G-T标准具实现动态色散补偿的另一可用调制因素，却鲜少有实际的设计方案。提出了一种具有动态色散补偿过程、光放大过程、光波分解复用过程、滤除光噪声过程、光电转换过程以及电信号放大过程的多信道光接收组件。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，包括若干个光路、可调色散补偿模块、半导体光放大器装置和多信道光接收装置，所述若干个光路包括光路L1和光路L2，所述光路L1为光信号输入光路，进入光路L1的光信号随后进入可调色散补偿模块，其次经过半导体光放大器装置进入光路L2，进入光路L2的光信号随后进入多信道光接收装置；所述可调色散补偿模块包括耦合器401、线性MEMS微镜阵列402、G-T标准具403和反射镜404，耦合器401将入射的混合光束准直并引导至线性MEMS微镜阵列402的第一片微反射镜402-1上，微反射镜402-1反射此混合光束至G-T标准具403，线性MEMS微镜阵列402与G-T标准具403并排布置使混合光束在线性MEMS微镜阵列402和G-T标准具403内来回反射，线性MEMS微镜阵列的全部微反射镜的倾角调整为使混合光束以相同路径从微反射镜402-X出射，并入射到反射镜404上，反射镜404的倾角调整为使从微反射镜402-X出射的光束垂直入射到反射镜404上，混合光束将沿原路返回耦合器401，耦合器401将返回的混合光束准直并引导至可调色散补偿模块的光输出端口。

微反射镜402-1在控制电路作用下通过自身角度倾斜，使混合光束在G-T标准具的入射角为α，线性MEMS微镜阵列402与G-T标准具403并排布置使混合光束在线性MEMS微镜阵列402和G-T标准具403内来回反射，并最终由于从微反射镜402-X反射并垂直入射到反射镜404上，混合光束将沿原路从反射镜404返回微反射镜402-X，并二次经过其在线性MEMS微镜阵列402和G-T标准具的所有光路，最终经微反射镜402-1反射回耦合器401，即通过电路控制微反射镜402-1和反射镜404的倾斜，使耦合器401、线性MEMS微镜阵列402、G-T标准具403、反射镜404构成一个光环路，同时微反射镜402-1倾斜角度有入射α角和各波长不同的时延，实现动态的色散补偿。

作为优选，所述半导体光放大装置包括若干光路、光分束器、前置光隔离器、前置耦合透镜、半导体光放大器、SOA端监控模块、后置耦合透镜和后置光隔离器，所述若干光路包括光路L3、光路L4和光路L5，所述光路L3为光信号输入光路，进入光路L3的光信号随后经过光分束器后分别进入光路L4和光路L5，进入光路L4的光信号依次经过前置光隔离器、前置耦合透镜、半导体光放大器、后置耦合透镜和后置光隔离器，进入光路L5的光信号进入SOA端监控模块，所述SOA端监控模块与所述半导体光放大器电连接。SOA处于前置光隔离器和后置光隔离器之间，两个隔离器共同保证了光信号在SOA中的单向传输。光信号通过前置耦合透镜进入SOA，并通过后置耦合透镜回到光路中。

作为优选，所述半导体光放大器装置和多信道光接收装置的内部光路皆为自由空间光路。受限于光纤的最小曲率半径限制，导致使用光纤光路的设备的体积缩小受到限制，使用自由空间光路可以避免体积受限的问题。

作为优选，所述SOA端监控模块用于根据进入光路L5的光信号强度控制半导体光放大器的偏置电流，包括光电探测器、微处理器和存储器，所述光电探测器和所述存储器均与微处理器电连接，所述微处理器与半导体光放大器的偏置电流控制模块电连接，所述光电探测器用于获取光路L5中的光信号强度，所述微处理器用于计算光路L4中的光信号强度并控制半导体光放大器的偏置电流。通过L5中的光信号强度和光分束器分光的比例来计算出L4中的光信号强度，再通过存储器内存储的数据计算出偏置电流的大小并控制半导体光放大器的偏置电流。

作为优选，所述半导体光放大装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块包括若干个热电冷却器、温度传感器和微处理器，所述温度传感器检测所述半导体光放大器的温度，所述若干个热电冷却器和温度传感器均与微处理器电连接，所述若干个热电冷却器与所述半导体光放大器相邻。半导体光放大器的稳定工作需要温度控制模块的协助，通过监测半导体光放大器的温度，并通过热电冷却器调节半导体光放大器的温度使之维持在设定范围内，可以使半导体光放大器保持良好的工作状态，热电冷却器具有小型化的特点，能够集成到光接收组件中。

作为优选，所述多信道光接收装置包括准直透镜、光解复用器、窄带滤波器组、光电探测模块组和Odemux端监控模块，光信号从准直透镜出射进入所述光解复用器，所述光解复用器输出端分出n条光支路，每条光支路末端分别经由相应的窄带滤波器与相应的光电探测模块进行连接，n个光电探测模块构成光电探测模块组，所述光电探测模块组的末端与所述Odemux端监控模块电连接，所述Odemux端监控模块与半导体光放大器电连接。

作为优选，所述窄带滤波器组由n个分别对应于n条光支路上光信号中心波长的带通滤波器构成。

作为优选，所述光电探测模块由光电探测器和前置电信号放大器构成，分别用于光电转换和电信号放大等。

作为优选，所述Odemux端监控模块用于根据光电探测模块组输出的电信号控制半导体光放大器的偏置电流，包括电信号探测器、微处理器和存储器，所述电信号探测器和存储器均与微处理器电连接，所述微处理器与半导体光放大器的偏置电流控制模块电连接，所述电信号探测器用于获取n个光电探测模块输出的电压值，所述微处理器用于根据上述电压值控制半导体光放大器的偏置电流。通过SOA端监控模块或Odemux端监控模块的反馈作用，使得进入光电探测模块的光信号在探测阈值之内，从而减少电信号输出结果的误码率。

本发明的实质性效果是：将G-T标准具与线性MEMS微镜阵列技术结合，共同应用到多信道光接收组件入射光色散问题的解决方案中，相比于传统调制G-T标准具腔长的动态色散补偿方案，结构更简单，MEMS微镜阵列易于和G-T标准具及多信道光接收组件集成。

附图说明

图1为具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件系统示意图。

图2为半导体光放大器装置和多信道光接收装置结构示意图。

图3为可调色散补偿模块的结构示意图。

图4为MEMS微镜阵列补偿偏角操作示意图。

其中：100、半导体光放大装置，101、光分束器，102、前置光隔离器，103、前置耦合透镜，104、半导体光放大器，105、SOA端监控模块，106、后置耦合透镜，107、后置光隔离器，200、多信道光接收装置，201、光解复用器，202、窄带滤波器组，203、光电探测模块组，204、Odemux端监控模块，400、可调色散补偿模块，401、耦合器，402、线性MEMS微镜阵列，403、G-T标准具，404、反射镜。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件系统示意图，包括若干个光路、可调色散补偿模块400、半导体光放大器装置100和多信道光接收装置200，若干个光路包括光路L1和光路L2，光路L1为光信号输入光路，进入光路L1的光信号随后进入可调色散补偿模块400，其次经过半导体光放大器100装置进入光路L2，进入光路L2的光信号随后进入多信道光接收装置200。

如图2所示，为半导体光放大器装置和多信道光接收装置结构示意图，半导体光放大装置100包括若干光路、光分束器101、前置光隔离器102、前置耦合透镜103、半导体光放大器104、SOA端监控模块105、后置耦合透镜106和后置光隔离器107，若干光路包括光路L3、光路L4和光路L5，光路L3为光信号输入光路，进入光路L3的光信号随后经过光分束器101后分别进入光路L4和光路L5，进入光路L4的光信号依次经过前置光隔离器102、前置耦合透镜103、半导体光放大器104、后置耦合透镜106和后置光隔离器107，进入光路L5的光信号进入SOA端监控模块105，SOA端监控模块105与半导体光放大器104电连接。SOA处于前置光隔离器102和后置光隔离器107之间，两个隔离器共同保证了光信号在SOA中的单向传输。光信号通过前置耦合103透镜进入SOA，并通过后置耦合透镜107回到光路中。

多信道光接收装置200包括准直透镜、光解复用器201、窄带滤波器组202、光电探测模块组203和Odemux端监控模块204，光信号从准直透镜出射进入光解复用器201，光解复用器201输出端分出n条光支路，每条光支路末端分别经由相应的窄带滤波器与相应的光电探测模块进行连接，n个光电探测模块构成光电探测模块组203，光电探测模块组203的末端与Odemux端监控模块204电连接，Odemux端监控模块204与半导体光放大器104电连接。

如图3所示，为可调色散补偿模块的结构示意图，包括耦合器401、线性MEMS微镜阵列402、G-T标准具403和反射镜404，耦合器401将入射的混合光束准直并引导至线性MEMS微镜阵列402的第一片微反射镜402-1上，微反射镜402-1反射此混合光束至G-T标准具403，线性MEMS微镜阵列402与G-T标准具403并排布置使混合光束在线性MEMS微镜阵列402和G-T标准具403内来回反射，线性MEMS微镜阵列402的全部微反射镜的倾角调整为使混合光束以相同路径从微反射镜402-X出射，并入射到反射镜404上，反射镜404的倾角调整为使从微反射镜402-X出射的光束垂直入射到反射镜404上，混合光束将沿原路返回耦合器401，耦合器401将返回的混合光束准直并引导至可调色散补偿模块400的光输出端口。可调色散补偿模块400光输入和光输出的耦合器401可以由分立的光学元件组成，方便可调色散补偿模块400在多信道光接收组件中的小型化独立封装，或在多信道光接收组件中的集成封装；也可由光纤器件如光纤准直器、光纤环形器等组成，进行在光接收组件中的独立封装。半导体光放大器装置100和多信道光接收装置200的内部光路皆为紧凑的自由空间光路，以减小多信道光接收组件的尺寸。

本发明的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其多信道代表2个信道以上的任意数量的信道，如2信道、4信道、32信道等，相应的光解复用器201有对应数量的输出端口、窄带滤波器组202具有对应数量的窄带滤波器、光电探测模块组203具有对应数量的光电探测器模块。

以4信道光接收组件为例，对本实施例进行描述和说明。并以4信道光接收组件光信号的输入侧为前端，光信号的探测侧为后端。在入射光路L1上，入射光为四种波长（λ1、λ2、λ3、λ4）光信号的混合光束，此混合光束入射4信道光接收组件，首先进入可调色散补偿模块400。耦合器401将入射的混合光束准直并引导至线性MEMS微镜阵列402的第一片微反射镜402-1上。微反射镜402-1反射此混合光束至G-T标准具403，并在控制电路作用下通过自身角度倾斜控制混合光束在G-T标准具403的入射角为α。混合光束以α角入射G-T标准具403，各波长光束在G-T标准具403内来回反射，则各波长光束的光程和相位发生了与α角相应的改变，同时产生与α角相应的时延。上述在G-T标准具403内来回反射的光束，在G-T标准具403的α角入射光同侧产生平行等距的多光束。设计线性MEMS微镜阵列402的第二片微反射镜402-2至第X片微反射镜402-X，使微反射镜402-2至微反射镜402-X的若干微反射镜在线性MEMS微镜阵列402和G-T标准具403间来回反射上述多光束，并最终使上述多光束以相同路径从微反射镜402-X出射。控制电路同时调整反射镜404的倾斜，使从微反射镜402-X出射的光束垂直入射到反射镜404上。入射的光束沿原路从反射镜404返回微反射镜402-X，并二次经过其在线性MEMS微镜阵列402和G-T标准具403的所有光路，最终经微反射镜402-1反射回耦合器401。即通过电路控制微反射镜402-1和反射镜404的倾斜，使耦合器401、线性MEMS微镜阵列402、G-T标准具403、反射镜404构成一个光环路，同时不同的微反射镜402-1倾斜角度对应不同的α角和各波长不同的时延，实现动态的色散补偿。

如图4所示，设线性MEMS微镜阵列402所在平面为XY平面，且与G-T标准具403的光入射表面平行,垂直于G-T标准具403光入射表面的方向为Z轴方向，线性MEMS微镜阵列402的各微反射镜沿X轴方向在G-T标准具403上方水平展开，且当各微反射镜均平行于G-T标准具403的光入射表面时，各微反射镜和G-T标准具403的所有反射光束均在一个XZ平面内，被各微反射镜反射回G-T标准具403的光束入射点均落在G-T标准具403表面的Y1准线上。

当考虑线性MEMS微镜阵列402中各微反射镜在YZ平面内的倾斜给上述光环路造成的影响时，线性MEMS微镜阵列402的补偿操作如下所述：如当线性MEMS微镜阵列402中的微反射镜n在YZ平面内有一个正θ角旋转时，微反射镜n反射回G-T标准具403的光束将偏离原有的XZ平面，其落在G-T标准具403表面的入射点同时偏离Y1准线，落到与正θ角相应的Y2准线上，Y2准线距Y1准线有ΔY的平移。

此时，在微反射镜n沿Y轴方向长度不足的情况下，G-T标准具403对上述偏移光束的反射有可能落到微反射镜n+1之外，因此设计时我们令各微反射镜沿Y轴方向长度大于沿X轴方向长度，且沿Y轴方向长度足够长。

另外在线性MEMS微镜阵列402对微反射镜n在YZ平面内的正θ角偏转不做任何补偿的情况下，即微反射镜n+1及其后的微反射镜仍平行于G-T标准具403表面，偏移光束经G-T标准具403反射并被微反射镜n+1反射回来时，此返回的光束将偏离Y1准线更远的位置，甚至落在G-T标准具403之外。因此为避免此种情况的发生并将偏移的光路调整回原XZ平面，我们设计此时微反射镜n+1在YZ平面内旋转负θ角，并且微反射镜n+2在YZ平面内旋转正θ角，则经微反射镜n+2反射回G-T标准具403的光束恰好返回原XZ平面内，即偏移的光路被调整回原XZ平面。

需要说明的是，微反射镜n的旋转是相对的，上面描述了微反射镜n在YZ平面内原有位置旋转了正θ角，线性MEMS微镜阵列402通过上述方法进行了相应补偿，而当入射微反射镜n的光束在YZ平面内相对于微反射镜n的法线本身具有正θ角的夹角时，同样可以通过上述方法进行补偿。

耦合器401将反射回的光束准直并引导至可调色散补偿模块400的光输出端口。从可调色散补偿模块400出射的光束进入半导体光放大装器置100，而后进入光电探测模块200进行光电转换和电信号放大等操作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

包括若干个光路、可调色散补偿模块、半导体光放大器装置和多信道光接收装置，所述若干个光路包括光路L1和光路L2，所述光路L1为光信号输入光路，进入光路L1的光信号随后进入可调色散补偿模块，其次经过半导体光放大器装置进入光路L2，进入光路L2的光信号随后进入多信道光接收装置；

所述可调色散补偿模块包括耦合器（401）、线性MEMS微镜阵列（402）、G-T标准具（403）和反射镜（404），耦合器（401）将入射的混合光束准直并引导至线性MEMS微镜阵列（402）的第一片微反射镜（402-1）上，微反射镜（402-1）反射此混合光束至G-T标准具（403），线性MEMS微镜阵列（402）与G-T标准具（403）并排布置使混合光束在线性MEMS微镜阵列（402）和G-T标准具（403）内来回反射，线性MEMS微镜阵列的全部微反射镜的倾角调整为使混合光束以相同路径从微反射镜（402-X）出射，并入射到反射镜（404）上，反射镜（404）的倾角调整为使从微反射镜（402-X）出射的光束垂直入射到反射镜（404）上，混合光束将沿原路返回耦合器（401），耦合器（401）将返回的混合光束准直并引导至可调色散补偿模块的光输出端口。

2.根据权利要求1所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述半导体光放大装置包括若干光路、光分束器、前置光隔离器、前置耦合透镜、半导体光放大器、SOA端监控模块、后置耦合透镜和后置光隔离器，所述若干光路包括光路L3、光路L4和光路L5，所述光路L3为光信号输入光路，进入光路L3的光信号随后经过光分束器后分别进入光路L4和光路L5，进入光路L4的光信号依次经过前置光隔离器、前置耦合透镜、半导体光放大器、后置耦合透镜和后置光隔离器，进入光路L5的光信号进入SOA端监控模块，所述SOA端监控模块与所述半导体光放大器电连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述半导体光放大器装置和多信道光接收装置的内部光路皆为自由空间光路。

4.根据权利要求2所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述SOA端监控模块用于根据进入光路L5的光信号强度控制半导体光放大器的偏置电流，包括光电探测器、微处理器和存储器，所述光电探测器和所述存储器均与微处理器电连接，所述微处理器与半导体光放大器的偏置电流控制模块电连接，所述光电探测器用于获取光路L5中的光信号强度，所述微处理器用于计算光路L4中的光信号强度并控制半导体光放大器的偏置电流。

5.根据权利要求1或2所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

它还包括温度控制模块，所述温度控制模块包括若干个热电冷却器、温度传感器和微处理器，所述温度传感器检测所述半导体光放大器的温度，所述若干个热电冷却器和温度传感器均与微处理器电连接，所述若干个热电冷却器与所述半导体光放大器相邻。

6.根据权利要求1或2所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述多信道光接收装置包括准直透镜、光解复用器、窄带滤波器组、光电探测模块组和Odemux端监控模块，光信号从准直透镜出射进入所述光解复用器，所述光解复用器输出端分出n条光支路，每条光支路末端分别经由相应的窄带滤波器与相应的光电探测模块进行连接，n个光电探测模块构成光电探测模块组，所述光电探测模块组的末端与所述Odemux端监控模块电连接，所述Odemux端监控模块与半导体光放大器电连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述窄带滤波器组由n个分别对应于n条光支路上光信号中心波长的带通滤波器构成。

8.根据权利要求6所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述光电探测模块由光电探测器和前置电信号放大器构成，分别用于光电转换和电信号放大等作用。

9.根据权利要求6所述的一种具有动态色散补偿功能的多信道光接收组件，其特征在于，

所述Odemux端监控模块用于根据光电探测模块组输出的电信号控制半导体光放大器的偏置电流，包括电信号探测器、微处理器和存储器，所述电信号探测器和存储器均与微处理器电连接，所述微处理器与半导体光放大器的偏置电流控制模块电连接，所述电信号探测器用于获取n个光电探测模块输出的电压值，所述微处理器用于根据上述电压值控制半导体光放大器的偏置电流。