CN109557686B - 一种用于提高消光比并降低驱动电压的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提高消光比并降低驱动电压的系统，涉及光通信器件领域，包括：电光调制器，其包括电光调制器输入端、电光调制器输出端和电光调制器芯片；光放大器，其包括光放大器输入端和光放大器输入端，光放大器输入端与电光调制器输出端相连；以及电驱动芯片，其用于同步驱动电光调制器芯片和光放大器。本发明结构简单、易于批量制造又成本低廉，且可以在实现降低电光调制器驱动电压的同时提高信号消光比。

Description

一种用于提高消光比并降低驱动电压的系统
技术领域
本发明涉及光通信器件领域，具体涉及一种用于提高消光比并降低驱动电压的系统。
背景技术
在硅光调制器的设计中，需要尽量保证带宽、插损和半波电压三个参数有一个较好的平衡。
为了降低半波电压需要增加调制器的长度，但是增加调制器的长度来降低半波电压的过程，又会带来带宽和插入损耗上的问题。调制器的长度增加会提高整体的插损并降低调制器的电光带宽。而实际中硅光调制器的效率一般较低，因此为了保证有足够低的半波电压需要使得其长度在4毫米左右，这时其带宽和插入损耗成为了限制其应用的最大问题。
为了保证足够的带宽和较低的插损，硅光调制器的长度可以设置为2毫米左右，这时在较低的驱动电压下(如4伏)其消光比非常有限，而如果要保证有足够的消光比则驱动电压需要达到7伏甚至更高。这一驱动电压对于高速电驱动芯片来说非常难于达到。
目前，大多数情况下，主流的硅光调制器芯片为了保证有足够的消光比都会采用驱动电压较大的电驱动芯片。这样就使得硅光调制器部分的整体功耗较大，且成本较高。
在另外一些低速应用的场景中，带宽不是限制其性能的主要因素，这时一般采用长度较大的硅光调制器，来保证有足够低的驱动电压(如3伏左右)。这时由于硅光调制器长度较大，硅光调制器的光学插入损耗一般都较大。为了弥补光学插入损耗的不足一般会在调制器的输出端增加一个掺铒光放大器，通过这一光放大过程可以使得插入损耗得到较好的补偿。这种方案虽然可以降低调制器的整体插损，但是整个光发送端的消光比并不会得到提升，反而由于噪声的引入会使得发送端的消光比有一定的下降。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于提高消光比并降低驱动电压的系统，其结构简单、易于批量制造又成本低廉，且可以在实现降低电光调制器驱动电压的同时提高信号消光比。
为达到以上目的，本发明是通过电驱动芯片同步驱动电光调制器和光放大器来实现的。
一般地，本说明书描述的一个发明方面可以体现在用于提高消光比并降低驱动电压的系统中，该系统包括：电光调制器，其包括电光调制器输入端、电光调制器输出端和电光调制器芯片；光放大器，其包括光放大器输入端和光放大器输入端，所述光放大器输入端与所述电光调制器输出端相连；以及电驱动芯片，其用于同步驱动所述电光调制器芯片和光放大器。
前述和其他实施例每个都可以可选地包括以下特征中的一个或多个(单独或组合地)。
所述系统还包括电信号分路器，所述电信号分路器用于将所述电驱动芯片发出的电驱动信号分成相同的两路信号：第一路信号和第二路信号，所述第一路信号和第二路信号对应的同步进入所述电光调制器和光放大器，所述第一路信号用于驱动所述电光调制器产生一光信号，所述第二路信号用于驱动所述光放大器。
所述电光调制器输入端包括光学耦合器和光波导。
所述光学耦合器为光栅耦合器、端面耦合器或光纤连接器。
所述电光调制器为硅光调制器。
所述硅光调制器的长度为1～10毫米。
所述硅光调制器的长度为2毫米。
所述硅光调制器的长度为4毫米。
所述光放大器为掺铒光放大器或半导体光放大器。
所述光放大器输入端包括光学耦合器和光波导。
可以实施本说明书描述的主题的特定实施例以实现以下优点中的一个或多个。本发明提出了一种用于提高消光比并降低驱动电压的调制器与光放大器同步驱动方案，通过电驱动芯片同步驱动电光调制器和光放大器，可以有效克服电光调制器驱动电压高、消光比低和入损耗大的难题。相比于现在电光调制器和光放大器未同步驱动的方案大幅度的提高了光信号的质量，同时对电驱动芯片的电压要求大幅度降低。此外，本发明中的方案不仅适用于硅光调制器芯片体系，也可以应用于其他电光调制器，具有很大的灵活性。
在附图和以下描述中阐述本说明书描述的主题的一个或多个实施例的细节。主题的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得显然。
附图说明
图1为本发明实施例中用于提高消光比并降低驱动电压的系统的结构框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本申请中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
参见图1所示，图1为本发明中用于提高消光比并降低驱动电压的系统的结构框图。该系统包括：电光调制器、光放大器和电驱动芯片。
其中，电光调制器包括电光调制器输入端、电光调制器输出端和电光调制器芯片。光放大器包括光放大器输入端和光放大器输入端，光放大器输入端与电光调制器输出端相连。电驱动芯片，其用于同步驱动所述电光调制器芯片和光放大器。
具体而言，首先将电光调制器输出端和一个工作波长一致的光放大器输入端相连接。然后以电光调制器输入端作为整个系统的光输入端，以光放大器输出端作为整个系统的调制光输出端。
在一些替选实现中，电光调制器输入端包括光学耦合器和光波导，优选地，光学耦合器可以为光栅耦合器、端面耦合器或光纤连接器。
在一些替选实现中，电光调制器可以采用硅光调制器，由于硅光调制器的调制效率较低，一般长度都较大为数个毫米量级。本发明中的硅光调制器长度可以自由设置，从1毫米到10毫米之间都可以。一般情况下为了保证驱动电压较低，而带宽又比较高时，可以采用相对较短的硅光调制器，如2毫米甚至更短。如果对带宽没有特别高的要求情况下，为了更进一步的降低驱动电压可以使用较长的调制器，其长度可以选为4毫米甚至更长。从而本发明具有较大的灵活性和较强的实用性，硅光调制器长度的选取只和带宽的指标相关，可以不受到驱动电压和光学插入损耗指标的限制。
在一些替选实现中，光放大器为掺铒光放大器或半导体光放大器，只要可以实现对应电光调制器工作波长的光增益即可。
在一些替选实现中，本发明中的用于提高消光比并降低驱动电压的系统还包括电信号分路器，电信号分路器用于将电驱动芯片发出的电驱动信号分成相同的两路信号：第一路信号和第二路信号，第一路信号和第二路信号对应的同步进入电光调制器和光放大器。第一路信号用于驱动电光调制器产生一光信号，第二路信号用于驱动光放大器。需要特别注意电驱动芯片的分出的两路驱动信号在到达电光调制器和光放大器的过程中需要实现同步，这就要求两路信号的传输线实现等长。
下面对本发明中的用于提高消光比并降低驱动电压的系统的原理进行介绍：
首先，电驱动芯片发出一个驱动电压较低的电驱动信号，先通过一个分路器分成两路信号：第一路信号和第二路信号。其中第一路信号进入电光调制器芯片，用来驱动电光调制器产生一个消光比较低的光信号。这一光信号通过波导级联进入光放大器中。由于光放大器被电驱动芯片的分出的第二路信号同步驱动，这样当调制器输出的调制信号电平为0时，光放大器的驱动电压为0。输出的调制信号电平为1时，光放大器的驱动电压为1。这是因为电光调制器的调制信号电平是0还是1，以及光放大器的驱动电压是0还是1，是由电驱动信号所决定的，同一电驱动信号分为两路，分别加载到电光调制器和光放大器上。当电驱动信号为0时，电光调制器输出为0，这一信号也同步加载到了光放大器上，故光放大器的驱动电压也为0。当电驱动信号为1时，同理。在调制信号电平为0时，由于调制器的消光比较低，导致电光调制器的输出光信号不为0，但是这个不为0的光信号经过被同步调制的光放大器时，由于光放大器的驱动电压为0，这时候不为0的光信号被光放大器关断而变为0。
通常来说，输出光信号在调制信号电平为0的时候为0，可以改善光信号的质量，提高光信号消光比，使得传输的距离更远。但是驱动电压较低时，消光比也会较低。消光比低会导致在调制信号电平为0时输出光信号不为0，若想要输出光信号为0，往往需要消光比无穷大。而采用本发明中的系统后，在不需要消光比无穷大的情形下，也能使输出光信号为0，极大的提高了实用性。
由于电光调制器的消光比较低，在调制信号电平为1时，电光调制器的输出光信号，和调制信号电平为0时输出的光信号相比，二者强度增加的幅度并不大。然而在调制信号电平为1时，电光调制器的输出光信号经过被同步调制的光放大器时，由于光放大器的驱动电压为1，光放大器会对这个光信号进行放大，其强度可以实现数量级的提升，一般优于10分贝。经过这样一个同步驱动的过程，在一个较小的驱动电压下，这一使电光调制器和光放大器级联同步驱动的系统，在调制信号电平为1时，可以使输出的光信号的强度实现数十个分贝的提升，也就是说可以使得整体光信号的消光比实现数十个分贝的提升，极大地提高了光信号的质量。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种用于提高消光比并降低驱动电压的系统，其特征在于，包括：
电光调制器，其包括电光调制器输入端、电光调制器输出端和电光调制器芯片；
光放大器，其包括光放大器输入端和光放大器输入端，所述光放大器输入端与所述电光调制器输出端相连；
电驱动芯片，其用于同步驱动所述电光调制器芯片和光放大器；以及
电信号分路器，所述电信号分路器用于将所述电驱动芯片发出的电驱动信号分成相同的两路信号：第一路信号和第二路信号，所述第一路信号和第二路信号对应的同步进入所述电光调制器和光放大器，所述第一路信号用于驱动所述电光调制器产生一光信号，所述第二路信号用于驱动所述光放大器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电光调制器输入端包括光学耦合器和光波导。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述光学耦合器为光栅耦合器、端面耦合器或光纤连接器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电光调制器为硅光调制器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述硅光调制器的长度为1～10毫米。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述硅光调制器的长度为2毫米。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述硅光调制器的长度为4毫米。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光放大器为掺铒光放大器或半导体光放大器。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光放大器输入端包括光学耦合器和光波导。
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