CN109690889B - 一种光信号调制电路和装置 - Google Patents

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Abstract

一种光信号调制电路和装置，光信号调制电路包括激光器(DFB)、调制器(EAM)和运算放大器，其中激光器(DFB)产生激光激发调制器(EAM)产生光生电流(ip)，调制器(EAM)的第一端口(a)与第一输入电压(Vbias)连接，第二端口(b)与所述运算放大器的反向输入端连接；运算放大器与的同相输入端与第二输入电压(Vin)连接，运算放大器的输出端与调制器的第一端口(a)连接。该调制电路利用EAM的光生电流信号(ip)，反馈给运算放大器，实现第二输入电压(Vin)与EAM的光生电流信号(ip)成线性关系，获得线性的EML传输曲线，即高线性度的EML，大大降低调制过程中产生的光信号非线性失真，提高长距离光纤传输的质量。

Description

一种光信号调制电路和装置
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种光信号调制电路和装置。
背景技术
光纤通信技术是现今通信行业甚至整个信息产业的热门技术之一，同时也是通信技术未来发展的主要方向。如图1所示，无源光网络(Passive Optical Network，PON)由局侧的光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)、用户侧的光网络单元(Optical NetworkUnit，ONU)或者光网络终端(Optical Network Terminal，ONT)以及光分配网络(OpticalDistribute Network，ODN)组成。目前，具有代表性的PON技术是GPON(Gigabit-CapablePassive Optical Network，千兆无源光网络)、EPON(Ethernet Passive OpticalNetwork，以太网无源光网络)、10G-GPON(也可以称为XG-PON)、10G-EPON以及时分和波分复用无源光网络(Time and Wavelength Division Multiplexed Passive OpticalNetwork，TWDM-PON)。
对于OLT和ONU来说，光模块是不可或缺的重要组成部分，光模块包括收发光组件(Bi-Directional Optical Sub-Assembly，BOSA)，BOSA包括TOSA(Transmitter OpticalSubassembly，光发射次模块)和ROSA(Receiver Optical Subassembly，光接收次模块)。图2为TO-CAN(transistor-outline window-can，同轴窗口式封装)形式的TOSA结构，TOSA采用一个带管脚的管座(Header)1与外加一个视窗(Window)7的管帽(Cap)6集合而成，激光二极管(Laser Diode，LD)4按照一定的形式放置在管座(Header)1上。管座1上的管脚利用金线分别与激光二极管(LD)4信号电极进行连接，这样就可以将外部的电信号传输到激光二极管(LD)4上进行电光转化。光电二极管(Photo-Diode，PD)2监控激光二极管(LD)4的工作情况，其放置于载体(Submount)3上。激光二极管(LD)4置于热沉(Heat sink)5上用于散热。BOSA根据光源的调制方式不同可以分为直接调制方式和利用外部调制器的外调制方式。直接调制方式虽然成本低，但是传输距离有限(<20km)。目前长距离传输的信号都是利用外部调制器的方式产生，外部调制器有很多种，比如电吸收调制器，MZI(Mach-Zehnderinterferometer，马赫-曾德尔干涉仪)调制器等。对于电吸收调制器(Electro-absorptionModulation，EAM)来说，由于其输出光功率与偏置电压全部或者绝大部分是非线性关系，这就使得如果利用电吸收调制器来产生模拟信号，产生的模拟信号线性度差，调制过程中产生的光信号非线性失真很大，导致长距离传输效果不理想。
发明内容
本申请实施例提供了一种光信号调制电路和装置，实现EAM的输出光功率与输入电压呈线性关系，大大降低调制过程中产生的光信号非线性失真，提高长距离光纤传输的质量。
本申请实施例第一方面提供了一种光信号调制电路，该电路包括激光器、调制器和运算放大器，其中所述激光器产生激光激发所述调制器产生光生电流，所述调制器的第一端口与第一输入电压连接，第二端口与所述运算放大器的反向输入端连接；所述运算放大器与的同相输入端与第二输入电压连接，所述运算放大器的输出端与所述调制器的第一端口连接。
一种可能的实现方式中，所述调制器为电吸收调制器，所述电吸收调制器的P电极与第一输入电压连接，N电极与所述运算放大器的反向输入端连接；所述运算放大器的输出端与所述电吸收调制器的P电极连接。
一种可能的实现方式中，所述激光器为分布布拉格反射激光器，所述分布布拉格反射激光器P电极与第三输入电压连接，N电极接地。
一种可能的实现方式中，光信号调制电路还包括第一电容，所述第一电容一端连接所述运算放大器的输出端，另一端与所述电吸收调制器的P电极连接。
一种可能的实现方式中，光信号产生电路还包括第一电阻，所述第一电阻一端与所述电吸收调制器的N电极连接，另一端接地。
一种可能的实现方式中，光信号调制电路还包括第二电容，所述第二电容一端与所述运算放大器的反向输入端连接，另一端与所述电吸收调制器的N电极连接。
一种可能的实现方式中，光信号调制电路还包括第二电阻，所述第二电阻一端与所述电吸收调制器的P电极连接，另一端接地。
一种可能的实现方式中，所述运算放大器包括：第一三极管，第二三极管，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻；所述第一三极管基极与所述第二电容连接，集电极与所述第三电阻的第一端连接，所述第二三极管的基极与所述第五电阻的第一端以及所述第二输入电压连接，集电极与所述第四电阻的第一端连接；所述第二电阻的第一端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管和第二三极管的发射极共同连接工作电源负极，所述第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻的第二端共同连接工作电源正极。
本申请实施例第二方面还公开了一种光发射组件，包括上述的光信号调制电路。
本申请实施例第三方面还公开了一种光线路终端，包括上述的光发射组件。
本申请实施例第四方面还公开了一种光网络单元，包括上述的光发射组件。
本申请实施例利用EAM的光生电流信号，反馈给运算放大器，实现第二输入电压与EAM的光生电流信号成线性关系，利用EAM的光生电流信号与输出光功率成线性关系，使得EAM输出光功率信号与第二输入电压成线性关系，降低调制过程中产生的光信号非线性失真，提高长距离光纤传输的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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为无源光网络系统结构示意图；
图2为无源光网络光模块TO-CAN形式的TOSA结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光信号调制电路示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光信号调制电路示意图；
图5为本申请实施例提供的一种光信号调制电路示意图；
图6为本申请实施例提供的一种光信号调制电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。
如图3所示，本申请实施例公开了一种光信号调制电路，该光信号调制电路包括激光器、调制器和运算放大器，其中调制器的第一端口a与第一输入电压(也叫偏置电压)连接，第二端口b与运算放大器的反向输入端连接，第三端口c接地。运算放大器的同相输入端与第二输入电压连接，运算放大器的输出端与调制器的第一端口a连接。激光器与第三输入电压连接，激光器产生连续的激光，输出的激光被调制器接收产生光生电流，光生电流与调制器吸收的光功率成线性关系。需要说明的是，第三输入电压可以是激光器内部电源提供的电压，也可以是该调制电路外部电源提供的电压。
上述实施例介绍的光信号调制电路利用调制器的输出功率与光生电流的线性关系实现输出光功率与驱动电压的线性关系，降低调制过程中产生的光信号非线性失真，提高长距离光纤传输的质量。
如图4所示，图4作为一个具体的实施方式，调制器以电吸收调制器(Electro-absorption Modulator，EAM)为例解释说明，如图4中所示电吸收调制器EAM的P电极与第一输入电压Vbias连接，N电极与运算放大器的反向输入端连接，激光器以分布布拉格反射激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)为例解释说明，其中电吸收调制器EAM与分布布拉格反射激光器DFB两者构成电吸收调制激光器(Electlro-absorption Modulated Laser，EML)。分布布拉格反射激光器P电极与第三输入电压DFBbias连接，N电极接地。运算放大器的输出端与电吸收调制器的P电极连接。其中电吸收调制器EAM通过电压驱动工作，输入信号是电压，输出信号是功率，只要输出的功率信号与输入电压信号满足线性关系，则EAM(或EML)就实现了线性度。
图4所示的光信号调制电路，根据运算放大器的“虚短”原理，运算放大器输入两端的电压等电位，因此反向输入端电压V-等于第二输入电压Vin；然后根据运算放大器的“虚短”原理，运算放大器输入端的电流为零，因此流过第二电阻R2的电流等于流过EAM的电流，因此光生电流ip＝V-/R2，整个电路中，ip＝Vin/R2。根据图4可以知道，利用EAM的光生电流信号，反馈给运算放大器，针对不同的光生电流大小，此时运算放大器的输出会补偿EAM两端的电压，实现第二输入电压Vin与EAM的光生电流信号ip成线性关系。利用EAM的光生电流信号ip与输出光功率Pout成线性关系，使得输出光功率信号Pout与第二输入电压Vin成线性关系，即实现EAM的输出光功率与输入电压呈线性关系，降低调制过程中产生的光信号非线性失真，提高了长距离光纤传输的质量。
一种可能的实现方式中，光信号调制电路还包括第一电容C1和第一电阻R1，第一电容C1一端连接运算放大器的输出端，另一端与电吸收调制器EAM的P电极连接。第一电容C1起到隔直流通交流的作用。第一电阻R1一端与电吸收调制器EAM的N电极连接，另一端接地。
一种可能的实现方式中，光信号调制电路还包括第二电容C2和第二电阻R2，第二电容C2起隔直的作用，第二电阻R2起阻抗匹配的作用，第二电容C2一端与运算放大器的反向输入端连接，另一端与所述电吸收调制器的N电极连接。第二电阻R2一端与电吸收调制器的P电极连接，另一端接地。
其中，第二输入电压Vin，运算放大器、第一电容C1、EAM、第二电阻R2构成一个负反馈电路。第二电容C2为可选器件，根据实际电路选择电容值或者选择是否需要。第一电容C1的阻值根据实际电路进行调整。EML激光器可以是DFB激光器和EAM的单片集成结构，也可以是DFB与EAM的独立器件。如果EML选用单片集成器件，则需要将DFB和EAM的N电极分开。本实施例中在EAM的N电极串联第二电阻R2，然后再接地，而DFB的N电极将直接接地，因此EAM和DFB的N电极需要分别处理，因此EAM和DFB的N电极需要分开。
如图5所示，一种可能的实现方式中，运算放大器包括：第一三极管M1，第二三极管M2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5和第六电阻R6。第一三极管M1的基极与第二电容C2连接，集电极与第四电阻R4的第一端连接，第二三极管M2的基极与第六电阻R6的第一端以及第二输入电压Vin连接，集电极与第五电阻R5的第一端连接。第三电阻R3的第一端与第一三极管M1的基极连接，第一三极管M1和第二三极管M2的发射极共同连接工作电源负极-Vcc，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5和第六电阻R6的第二端共同连接工作电源正极+Vcc。其中第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5和第六电阻R6的阻值根据实际情况进行调整。
一种可能的实现方式中，第二三极管M2的基极与第二输入电压Vin之间还连接有第三电容C3。第三电容C3起隔直流通交流的作用，其电容值根据实际情况进行调整。
上述图5中，第一三极管M1和第二三极管M2以双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)为例示意，第一三极管M1和第二三极管M2还可以是场效应晶体管(FieldEffect Transistor，FET)，如图6所示。
上述实施例揭示的包括EAM的光信号调制电路可以放置在光线路终端或者光网络单元的TOSA中，比如图2中激光二极管可以使用本申请实施例提供的包括EAM的光信号调制电路替代。
本发明还公开一种光发射组件，比如TOSA或ROSA，TOSA或ROSA包括前面实施例介绍的光信号调制电路。光线路终端或者光网络单元采用本实施例公开的线性度高的光发射组件，大大降低调制过程中产生的光信号非线性失真，提高了长距离光纤传输的质量。
虽然本申请实施例中已提供了几个实施例，但是可以理解，所公开的电路和装置在不脱离本公开精神或范围的前提下可以以许多其它特定形式进行体现。比如上述的光信号调制电路，可以是集成电路(Integrated Circuit，IC)封装形式。本实施例公开的示例应被认为是说明性而不是限制性的，其意图并不限于本文中所给出的细节。例如，可以将各元件或组件组合或集成在另一系统中，或者可以忽略或不实施某些特征。
此外，在不脱离本公开范围的前提下，可以将各实施例中描述并示意为分离或单独的技术、系统、子系统和方法与其它系统、模块、技术或方法进行组合或结合。所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、设备或中间组件的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。在不脱离本文中所公开的精神和范围的前提下，本领域技术人员可以确定其它改变、替换和修改的示例。

Claims (11)

1.一种光信号调制电路，其特征在于，包括激光器、调制器和运算放大器，其中所述激光器产生激光激发所述调制器产生光生电流，所述调制器的第一端口与第一输入电压连接，第二端口与所述运算放大器的反向输入端连接；所述运算放大器与的同相输入端与第二输入电压连接，所述运算放大器的输出端与所述调制器的第一端口连接；
其中，所述调制器为电吸收调制器，所述电吸收调制器的P电极与第一输入电压连接，N电极与所述运算放大器的反向输入端连接。
2.根据权利要求1所述的光信号调制电路，其特征在于，所述运算放大器的输出端与所述电吸收调制器的P电极连接。
3.根据权利要求2所述的光信号调制电路，其特征在于，所述激光器为分布布拉格反射激光器，所述分布布拉格反射激光器P电极与第三输入电压连接，N电极接地。
4.根据权利要求2所述的光信号调制电路，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容一端连接所述运算放大器的输出端，另一端与所述电吸收调制器的P电极连接。
5.根据权利要求2所述的光信号调制电路，其特征在于，还包括第一电阻，所述第一电阻一端与所述电吸收调制器的N电极连接，另一端接地。
6.根据权利要求2所述的光信号调制电路，其特征在于，还包括第二电容，所述第二电容一端与所述运算放大器的反向输入端连接，另一端与所述电吸收调制器的N电极连接。
7.根据权利要求6所述的光信号调制电路，其特征在于，还包括第二电阻，所述第二电阻一端与所述电吸收调制器的P电极连接，另一端接地。
8.根据权利要求7所述的光信号调制电路，其特征在于，所述运算放大器包括：第一三极管，第二三极管，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻；所述第一三极管基极与所述第二电容连接，集电极与所述第三电阻的第一端连接，所述第二三极管的基极与所述第五电阻的第一端以及所述第二输入电压连接，集电极与所述第四电阻的第一端连接；所述第二电阻的第一端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管和第二三极管的发射极共同连接工作电源负极，所述第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻的第二端共同连接工作电源正极。
9.一种光发射组件，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光信号调制电路。
10.一种光线路终端，其特征在于，包括权利要求9所述的光发射组件。
11.一种光网络单元，其特征在于，包括权利要求9所述的光发射组件。
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