CN116545539A - 基于单纵模光源的外调制高速光发射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，包括单纵模激光器组件、电信号放大模块、宽带电光调制器和功率法控制模块，单纵模激光器组件用于发射单纵模激光；电信号放大模块用于将接收的电信号放大后送给宽带电光调制器；宽带电光调制器用于通过电调制信号对光载波进行；功率法控制模块用于采用功率法对宽带电光调制器的输出功率进行控制。本发明中，采用单纵模激光器，在长距离传输时激光的色散积累较小，可以减小脉冲信号展宽，降低信号质量恶化程度和减少误码率。采用外调制的方式，具有更高的带宽和消光比，能够传输更高速的光信号，同时能增加光接收灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于光发射装置技术领域，涉及一种基于单纵模光源的外调制高速光发射装置。
背景技术
随着物联网、大数据、云计算、5G和人工智能等应用快速发展，进一步推动了数据中心流量的需求，要求光通路的每条光通道上传输速率达到50Gb/s以上，因此传输速率56Gb/s成为光链路传输主流。传统铜信道频率损耗限制了高速信号长距离传输，已经无法满足数据中心之间及数据中心内部的高速数据交换传输，而光纤通信具备高速、低损耗传输的优势，已经广泛应用于高速数据交换传输。但是，现有的光传输设备在长距离传输时仍然会发生信号质量恶化程度和并产生误码，需要进一步对光发射装置进行改进以提高传输质量；并且光模块需要DSP芯片才能对光眼图进行调控优化，存在调控优化操作不便的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于单纵模光源的外调制高速光发射装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，包括
单纵模激光器组件，用于发射单纵模激光作为光载波；
电信号放大模块，用于将接收的电信号放大后作为电调制信号送给宽带电光调制器；
宽带电光调制器，用于通过电调制信号对光载波进行调制后输出；以及
功率法控制模块，用于采用功率法对宽带电光调制器的输出功率进行控制。
进一步的，所述单纵模激光器组件包括DFB大功率激光器和激光器驱动控制板，所述DFB大功率激光器作为高速光发射装置的光源，用于输出单纵模激光；所述激光器驱动控制板用于控制DFB大功率激光器高功率稳定输出。
进一步的，所述DFB大功率激光器为在传统的FP腔激光器中内置布拉格光栅形成的单纵模激光器，所述DFB大功率激光器的输出光功率大于或等于16dBm，相对强度噪声小于或等于-155dB/Hz，边摸抑制比大于或等于50dB。
进一步的，所述激光器驱动板包括恒功率控制电路和恒温度控制电路，所述恒功率控制电路用于通过DFB大功率激光器内置的PD进行闭环反馈，实现稳定的光功率输出；所述恒温度控制电路用于对DFB大功率激光器的管芯的工作温度进行恒温控制。
进一步的，所述电信号放大模块为差分转单端放大器，所述差分转单端放大器用于接收高速差分电信号，将差分电信号转换成单端电信号并进行放大处理后送到宽带电光调制器的电调制信号输入端。
进一步的，所述电信号放大模块接收的电信号为非归零编码信号或4阶脉冲幅度调制信号。
进一步的，所述宽带电光调制器为宽带铌酸锂光调制器，所述宽带电光调制器的3dB带宽大于或等于30GHz。
进一步的，所述功率法控制模块包括分光器和调制器驱动控制板，所述分光器用于将调制器输出的光信号分成两路，第一路反馈给调制器驱动控制板，第二路光作为输出调制信号；所述调制器驱动控制板用于根据分光器返回的信号将宽带电光调制器的工作偏置点调节到正交点。
进一步的，所述分光器的分光比为10：90，10％的一路反馈给调制器驱动控制板上的探测器，90％的一路光作为输出调制信号。
进一步的，所述DFB大功率激光器和宽带电光调制器的尾纤为保偏光纤，所述分光器为保偏分光器，所述DFB大功率激光器的尾纤、宽带电光调制器的尾纤、保偏分光器之间采用保偏熔接机与保偏分光器进行熔接，熔接损耗小于0.03dB。
本发明中，采用单纵模激光器，在长距离传输时激光的色散积累较小，可以减小脉冲信号展宽，降低信号质量恶化程度和减少误码率。采用外调制的方式，相比于传统的直调DFB激光器作为光发射机具有更高的带宽和消光比，因此能传输更高速的光信号，同时能增加光接收灵敏度。具有便于长距离传输、温度特性好、色散小、外调制、高速传输等优点，可用于FTTx接入网、传输网、无线基站和数据中心内部互联。可以通过对单端转差分放大器的增益和电光调制器的工作偏置点的调节实现对光眼图的优化，克服了现在技术中光模块需要DSP芯片才能对光眼图进行调控优化的问题，对光眼图进行调控优化更加简单，适合作为光接收芯片的眼图、信噪比、接收灵敏度等参数测试时的标准模块。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明基于单纵模光源的外调制高速光发射装置一实施例的结构示意图。
图2为单纵模激光器组件的结构示意图。
图3为宽带电光调制器工作带宽的测试曲线图。
图4为光发射装置进行指标测试时的连接示意图。
图5为传输速率为56Gbps、信号调制格式为NRZ时的光眼图。
图6为传输速率为112Gbps、信号调制格式为PAM4时的光眼图。
附图中各标号的含义为：
单纵模激光器组件-1；DFB大功率激光器-11；APC电路-111；ATC电路-112；激光器驱动控制板-12；电信号放大模块-2；高频电缆-21；宽带电光调制器-3；分光器-4；调制器驱动控制板-5；高速光发射装置-900；任意波形发生器-901；光采样示波器-902；光衰减器-903。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1为本发明基于单纵模光源的外调制高速光发射装置一实施例的结构示意图。本实施例的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置包括单纵模激光器组件1、电信号放大模块2、宽带电光调制器3和功率法控制模块。
所述单纵模激光器组件1用于发射单纵模激光作为光载波。请参阅图2，所述单纵模激光器组件1包括DFB大功率激光器11和激光器驱动控制板12，所述DFB大功率激光器11作为高速光发射装置900的光源，用于输出单纵模激光。所述DFB大功率激光器11为在传统的FP腔激光器中内置布拉格光栅形成的单纵模激光器，优选为1550nm波段的DFB蝶形激光器。所述DFB大功率激光器11的输出光功率≥16dBm，相对强度噪声≤-155dB/Hz，边摸抑制比≥50dB。所述DFB大功率激光器11内包括激光发射部分(LD)和激光接受部分(PD)，LD的作用是发射激光，PD主要用于激光的接收和监测。
所述激光器驱动控制板12用于控制DFB大功率激光器11高功率稳定输出。所述激光器驱动板包括APC(恒功率控制)电路111和ATC(恒温度控制)电路112，所述APC电路111用于通过DFB大功率激光器11内置的PD进行闭环反馈，实现稳定的光功率输出；所述恒温度控制电路用于对DFB大功率激光器11的管芯的工作温度进行恒温控制。
所述ATC电路112包括温控电路、基准电压芯片、外围电路及封装在DFB大功率激光器11内部的热敏电阻和TEC(即半导体热电制冷器)。热敏电阻可以反馈DFB大功率激光器11的管芯的工作温度，通过将基准电压与反馈的电压进行比较，控制TEC对DFB大功率激光器11的管芯进行加热或制冷，从而使管芯保持在设定的工作温度范围内。
所述电信号放大模块2用于将接收的电信号放大后作为电调制信号通过高频电缆21送给宽带电光调制器3。所述电信号放大模块2为差分转单端放大器，所述差分转单端放大器用于接收高速差分电信号，将差分电信号转换成单端电信号并进行放大处理后送到宽带电光调制器3的电调制信号输入端。所述电信号放大模块2接收的电信号为NRZ(Non-return-to-zero,非归零编码)格式的信号或PAM4(Pulse amplitude modulation 4，4阶脉冲幅度调制)格式的信号。
所述宽带电光调制器3用于通过电信号放大模块2送来的电调制信号对DFB大功率激光器11输出的光载波进行调制后输出。所述宽带电光调制器3可以采用宽带铌酸锂光调制器，所述宽带电光调制器3的3dB带宽≥30GHz。本实施例中，宽带电光调制器3的3dB带宽为34.5GHz。请参阅图3，为本实施例中宽带电光调制器3工作带宽的测试曲线图。
所述功率法控制模块用于对宽带电光调制器3的输出功率进行控制。所述功率法控制模块可以包括分光器4和调制器驱动控制板5。所述分光器4用于将调制器输出的光信号分成两路，第一路反馈给调制器驱动控制板5，第二路光作为输出调制信号。本实施例中，所述DFB大功率激光器11和宽带电光调制器3的尾纤为保偏光纤，所述分光器4为保偏分光器，所述DFB大功率激光器11的尾纤、宽带电光调制器3的尾纤、保偏分光器之间采用保偏熔接机与保偏分光器进行熔接，熔接损耗＜0.03dB。所述分光器4的分光比为10：90，10％的一路传输到调制器驱动控制板5上的探测器，90％的一路光作为输出调制信号。
所述调制器驱动控制板5用于根据分光器4返回的信号将宽带电光调制器3的工作偏置点调节到正交点。
请参阅图4，为对本实施例的高速光发射装置900的指标进行测试时的连接示意图。由任意波形发生器901(例如M8199B任意波形发生器)产生高速数字信号加载至高速光发射装置900，经宽带电光调制器3，将电域数字信号调制到光域上，最后通过光衰减器903衰减后输出到光采样示波器902(例如N1064A光采样示波器)进行眼图分析。本实施例中，所述DFB大功率激光器11的输出功率为16dBm，宽带电光调制器3的插入损耗为4dB，调节电光调制器工作偏置点，使得电光调制器输出光功率为9dBm左右。
请参阅图5，为传输速率为56Gbps、信号调制格式为NRZ时光采样示波器显示的光眼图，从图5可知，在传输速率为56Gbps、调制格式为NRZ条件下，光发射装置的消光比(External ratio)为4.716dB。
请参阅图6，为传输速率为112Gbps、信号调制格式为PAM4时光采样示波器显示的光眼图，从图6可知，在传输速率为112Gbps、调制格式为PAM4条件下，光发射装置的消光比为4.133dB、调制线性度为0.959、TDECQ为3.03dB。
本实施例中，通过在传统的FP腔激光器中内置布拉格光栅形成单纵模激光输出，在长距离传输时激光的色散积累较小，可以减小脉冲信号展宽，降低信号质量恶化程度和减少误码率。采用外调制的方式，相比于传统的直调DFB激光器作为光发射机具有更高的带宽和消光比，因此能传输更高速的光信号，同时能增加光接收灵敏度。采用差分转单端放大器，输入的电调制信号经差分转单端放大器，对电调制信号的幅度进行放大，然后传输到宽带铌酸锂电光调制器，将电信号调制到光载波上进行光调制信号输出；通过调节放大器的增益，优化数字信号消光比，可保证输出信号的质量；采用功率法控制电光调制器，具有低杂散的作用。为了获得更好的调制线性度、更高的消光比光眼图，可以通过对单端转差分放大器的增益和电光调制器的工作偏置点的调节实现对光眼图的优化，克服了现在技术中光模块需要DSP芯片才能对光眼图进行调控优化的问题，对光眼图进行调控优化更加简单，适合作为光接收芯片的眼图、信噪比、接收灵敏度等参数测试时的标准模块。本实施例的高速光发射装置具有便于长距离传输、温度特性好、色散小、外调制、高速传输等优点，可用于FTTx接入网、传输网、无线基站和数据中心内部互联。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (20)
1.一种基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：包括
单纵模激光器组件，用于发射单纵模激光作为光载波；
电信号放大模块，用于将接收的电信号放大后作为电调制信号送给宽带电光调制器；
宽带电光调制器，用于通过电调制信号对光载波进行调制后输出；以及
功率法控制模块，用于采用功率法对宽带电光调制器的输出功率进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述单纵模激光器组件包括DFB大功率激光器和激光器驱动控制板，所述DFB大功率激光器作为高速光发射装置的光源，用于输出单纵模激光；所述激光器驱动控制板用于控制DFB大功率激光器高功率稳定输出。
3.根据权利要求2所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述DFB大功率激光器为在传统的FP腔激光器中内置布拉格光栅形成的单纵模激光器，所述DFB大功率激光器的输出光功率大于或等于16dBm，相对强度噪声小于或等于-155dB/Hz，边摸抑制比大于或等于50dB。
4.根据权利要求2所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述激光器驱动板包括恒功率控制电路和恒温度控制电路，所述恒功率控制电路用于通过DFB大功率激光器内置的PD进行闭环反馈，实现稳定的光功率输出；所述恒温度控制电路用于对DFB大功率激光器的管芯的工作温度进行恒温控制。
5.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述电信号放大模块为差分转单端放大器，所述差分转单端放大器用于接收高速差分电信号，将差分电信号转换成单端电信号并进行放大处理后送到宽带电光调制器的电调制信号输入端。
6.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述电信号放大模块接收的电信号为非归零编码信号或4阶脉冲幅度调制信号。
7.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述宽带电光调制器为宽带铌酸锂光调制器，所述宽带电光调制器的3dB带宽大于或等于30GHz。
8.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述功率法控制模块包括分光器和调制器驱动控制板，所述分光器用于将调制器输出的光信号分成两路，第一路反馈给调制器驱动控制板，第二路光作为输出调制信号；所述调制器驱动控制板用于根据分光器返回的信号将宽带电光调制器的工作偏置点调节到正交点。
9.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述分光器的分光比为10：90，10％的一路反馈给调制器驱动控制板上的探测器，90％的一路光作为输出调制信号。
10.根据权利要求1所述的基于单纵模光源的外调制高速光发射装置，其特征在于：所述DFB大功率激光器和宽带电光调制器的尾纤为保偏光纤，所述分光器为保偏分光器，所述DFB大功率激光器的尾纤、宽带电光调制器的尾纤、保偏分光器之间采用保偏熔接机与保偏分光器进行熔接，熔接损耗小于0.03dB。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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