CN109756272A - 一种外调射频电光转换集成组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光载射频技术领域，公开了一种外调射频电光转换集成组件。包括：微波芯片单元、激光器单元、耦合透镜、调制器单元、温度调控单元、控制电路单元，所述微波芯片单元通过微带线连接调制器单元，给调制器单元提供射频微波信号；所述激光器单元依次连接耦合透镜和调制器单元，给调制器单元提供电光转换的光信号；所述调制器单元将射频微波信号加载到光信号中实现电光转换；温度调控单元用于对激光器单元进行稳定温度控制，所述控制电路单元分别与温度调控单元，激光器单元、调制器单元连接。本发明的技术方案，大大降低了成本、体积和重量，提高集成度、可扩展性和可靠性。

Description

一种外调射频电光转换集成组件

技术领域

本发明涉及光载射频技术领域，特别是一种外调射频电光转换集成组件。

背景技术

随着光纤技术和射频通信技术的发展成熟，基于光纤传输的光载射频通信技术(Radio over Fiber,RoF)已得到了日益广泛应用，该技术通过将高速射频模拟信号调制到光信号上的方法，实现对信号的高带宽、低损耗和远距离传输。目前，基于射频模拟信号调制的RoF系统一般由射频组件、激光器、调制器、探测器以及相关控制电路等分立组件或模块搭建，并通过光纤、射频电缆、导线等方式实现信号互联和电气连接。中国专利申请CN107800485A公开了一种光载射频模拟传输信号收发机，通过光纤依次连接了连续波激光器、光强度调制器、调制信号放大器、光路开关，其中光强度调制器通过射频电缆连接射频电路，这种收发机系统整机体积大、重量大、不易于集成应用。美国专利申请US2018031946A1公开了一种基于电光调制器的微波光子链路实现方法，其中给出了包含了通过光纤连接的激光器、电光调制器、光探测器等器件，但是这种系统集成度低，依然存在体积大、稳定性差、不易于集成等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种外调射频电光转换集成组件。以满足光载射频、微波光子系统中对电光转换高密度、小封装的需求。

本发明采用的技术方案如下：一种外调射频电光转换集成组件，包括：微波芯片单元、激光器单元、耦合透镜、调制器单元、温度调控单元、控制电路单元，所述微波芯片单元通过微带线连接调制器单元，给调制器单元提供射频微波信号；所述激光器单元依次连接耦合透镜和调制器单元，给调制器单元提供电光转换的光信号；所述调制器单元将射频微波信号加载到光信号中实现电光转换；温度调控单元5用于对激光器单元2进行稳定温度控制，所述控制电路单元分别与温度调控单元，激光器单元、调制器单元连接。

进一步的，所述激光器单元包含激光器芯片和背光探测器芯片，所述激光器芯片产生电光转换的光载波信号，并将光载波信号分别传输给耦合透镜和背光探测器芯片；背光探测器芯片用于监测激光器输出光功率，并将反馈信号传输给控制电路单元。

进一步的，所述激光器芯片类型包括但不限于DFB、VCSEL、FP激光器芯片。

进一步的，所述调制器单元包括调制器芯片和监测探测器芯片，所述调制器芯片接收耦合透镜的光信号，并将反馈信号传输给监测探测器芯片，所述监测探测器芯片将反馈信号传输给控制电路单元，所述控制电路单元给调制器芯片发送控制信号，将微波芯片单元的射频微波信号加载到来自激光器芯片单元的光信号上。

进一步的，所述调制器芯片包括但不限于马赫-曾德尔调制器、电吸收调制器、微环调制器。

进一步的，所述温度调控单元包含半导体制冷器和热敏电阻，所述半导体制冷器接收控制电路单元的控制信号，进行光路的温度调控；所述半导体制冷器传输反馈信号给热敏电阻，所述热敏电阻传输反馈信号给电路控制单元。

进一步的，所述耦合透镜采用光学透镜或光学透镜组。

进一步的，所述光学透镜包括但不限于扩束透镜、聚焦透镜、光隔离器。

进一步的，所述外调射频电光转换集成组件还包括外壳，所述微波芯片单元、激光器单元、耦合透镜、调制器单元、温度调控单元、控制电路单元设置在外壳内部，外壳对外接口包含微波输入接口、光学输出接口、低频馈电和控制接口。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：采用本发明的技术方案，将微波芯片，激光器单元，调制器单元，温度调控单元和控制电路单元，基于多专业多功能芯片进行一体化集成，微波芯片与调制器单元之间通过传输微带连接；激光器单元与调制器单元通过耦合透镜实现空间光学耦合。与传统射频电光转换模块相比，大大降低了成本、体积和重量，提高集成度、可扩展性和可靠性。在微波光子和光载射频领域具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明外调射频电光转换集成组件的原理框图。

图2为本发明外调射频电光转换集成组件的结构框图。

图3为本发明外调射频电光转换集成组件的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一种外调射频电光转换集成组件，包括：微波芯片单元1、激光器单元2、耦合透镜3、调制器单元4、温度调控单元5、控制电路单元6，所述微波芯片单元1通过微带线连接调制器单元4，用于将输入射频微波信号进行放大、滤波等处理，给调制器单元提供射频微波信号；所述激光器单元2依次连接耦合透镜3和调制器单元4，给调制器单元4提供电光转换的光信号；所述调制器单元4将射频微波信号加载到光信号中实现电光转换，对光信号进行调制后输出；温度调控单元5用于对激光器单元2进行稳定温度控制，所述控制电路单元6分别与温度调控单元5，激光器单元2、调制器单元4连接。

如图2所示，各单元的实现结构图。

其中，所述激光器单元2包含激光器芯片201和背光探测器芯片202，控制电路单元6提供驱动电流使所述激光器芯片产生电光转换的光载波信号，并将光载波信号分别传输给耦合透镜和背光探测器芯片；背光探测器202芯片可以采用PIN型探测器芯片与控制电路6连接，背光探测器芯片用于监测激光器输出光功率，反馈监测到光功率强度，进而形成激光器单元2反馈控制。

所述激光器芯片类型包括但不限于DFB、VCSEL、FP激光器芯片。

其中，所述调制器单元4包括用于将射频微波信号加载到光信号的调制器芯片401和用于监测调制器输出光功率的监测探测器芯片402。调制器芯片401可以采用马赫-曾德尔(MZ)的铌酸锂调制器，将微波射频信号加载到光信号中，并通过光纤套件实现光信号输出。控制电路单元6与调制器芯片401相连提供调制器的偏置控制电压。监测探测器芯片402，将监测到调制器芯片401输出光功率强度转换为电学信号反馈到控制电路单元6中，形成对调制器单元4的反馈控制。

所述调制器芯片包括但不限于马赫-曾德尔调制器、电吸收调制器、微环调制器。

其中，所述温度调控单元5装配在激光器芯片201下方，所述温度调控单元5包含温度控制的半导体制冷器501和温度监测的热敏电阻502，所述半导体制冷器接收控制电路单元的控制信号，提供半导体制冷器的工作电流实现温度控制；热敏电阻502监测温度数值，并将温度值转换为电学信号上报到控制电路单元6中。

其中，耦合透镜3，采用扩束透镜、隔离器、聚焦透镜等方式，实现将激光器芯片201输出光信号通过空间光学耦合方式耦合到调制器芯片401当中。

屏蔽壳体7，采用金属化屏蔽壳体将微波芯片单元、激光器单元、耦合透镜、调制器单元、控制电路单元一体化封装集成，同时多通道集成应用时满足通道隔离度要求，屏蔽壳体7对外接口包含微波输入接口、光学输出接口、低频馈电和控制接口等。外壳结构用于屏蔽外界、组件自身、多通道组件通道间所产生的射频干扰信号。

控制电路单元6，包含温度控制器、激光器控制器、调制器控制器，所述温度控制器与半导体制冷器、热敏电阻连接，实现对温度控制；所述激光器控制器与激光器芯片、背光探测器连接，实现对激光器输出功率控制；所述调制器控制器与调制器芯片和监测探测器连接，实现对调制器工作状态的控制。

图3所示为一种外调射频电光转换集成组件的侧视图，采用微波芯片单元1、激光器单元2、耦合透镜3、调制器单元4、屏蔽壳体7等实现电光转换集成组件，器件装配关系如图3所示，激光器单元2、耦合透镜3、调制器单元4安装在一个固定板上，温度控制单元安装在激光器单元2的下方。激光器芯片单元1与调制器芯片单元2之间通过耦合透镜3实现光学空间耦合。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种外调射频电光转换集成组件，其特征在于，包括：微波芯片单元、激光器单元、耦合透镜、调制器单元、温度调控单元、控制电路单元，所述微波芯片单元通过微带线连接调制器单元，给调制器单元提供射频微波信号；所述激光器单元依次连接耦合透镜和调制器单元，给调制器单元提供电光转换的光信号；所述调制器单元将射频微波信号加载到光信号中实现电光转换；温度调控单元5用于对激光器单元2进行稳定温度控制，所述控制电路单元分别与温度调控单元，激光器单元、调制器单元连接。

2.如权利要求1所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述激光器单元包含激光器芯片和背光探测器芯片，所述激光器芯片产生电光转换的光载波信号，并将光载波信号分别传输给耦合透镜和背光探测器芯片；背光探测器芯片用于监测激光器输出光功率，并将反馈信号传输给控制电路单元。

3.如权利要求2所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述激光器芯片类型包括但不限于DFB、VCSEL、FP激光器芯片。

4.如权利要求2所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述调制器单元包括调制器芯片和监测探测器芯片，所述调制器芯片接收耦合透镜的光信号，并将反馈信号传输给监测探测器芯片，所述监测探测器芯片将反馈信号传输给控制电路单元，所述控制电路单元给调制器芯片发送控制信号，将微波芯片单元的射频微波信号加载到来自激光器芯片单元的光信号上。

5.如权利要求4所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述调制器芯片包括但不限于马赫-曾德尔调制器、电吸收调制器、微环调制器。

6.如权利要求4所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述温度调控单元包含半导体制冷器和热敏电阻，所述半导体制冷器接收控制电路单元的控制信号，进行光路的温度调控；所述半导体制冷器传输反馈信号给热敏电阻，所述热敏电阻传输反馈信号给电路控制单元。

7.如权利要求6所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述耦合透镜采用光学透镜或光学透镜组。

8.如权利要求7所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述光学透镜包括但不限于扩束透镜、聚焦透镜、光隔离器。

9.如权利要求8所述的外调射频电光转换集成组件，其特征在于，所述外调射频电光转换集成组件还包括外壳，所述微波芯片单元、激光器单元、耦合透镜、调制器单元、温度调控单元、控制电路单元设置在外壳内部，外壳对外接口包含微波输入接口、光学输出接口、低频馈电和控制接口。