CN117318815A - 光学装置和光学发送器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光学装置和光学发送器。一种光学装置包括发生器、光发射器、调制器、光学放大器、电流源、存储部和控制器。发生器生成多级幅度调制方法的电信号。光发射器发射激光。调制器使用电信号对激光进行调制并且输出光学信号。光学放大器根据驱动电流对调制的光学信号进行光学放大。电流源调节要供应给光学放大器的驱动电流。存储部预先存储关于光学放大器中的光学信号相对于驱动电流的驱动电流值的输入‑输出特性的信息。控制器从存储部获取与供应给光学放大器的驱动电流的驱动电流值对应的输入‑输出特性并且基于所获取的输入‑输出特性来控制电信号。

Description

光学装置和光学发送器
技术领域
本文所讨论的实施方式涉及一种光学装置和光学发送器。
背景技术
与传输速度的增加关联，最近采用调制速率的增加和多级调制格式。例如，用于数据中心的每波超过100Gbps(千兆比特/秒)的光学发送器采用PAM4(4脉冲幅度调制)的调制格式。每波100Gbps(50千兆波特率)的光学发送器用于以例如500米的光学传送路径来传送光学信号的短距离传送，并且近年来，为数据中心之间的通信需要采用光学发送器(例如，40公里的长距离传送)。
例如，对于40公里的长距离传送所采用的25千兆波特率的NRZ(不归零)光学发送器，雪崩光电二极管(APD)或半导体光学放大器(SOA)被安装在光学接收器中。光学接收器包括增加光学信号的信号质量的功能，这确保了传送光学信号的光学传送路径中允许的损耗预算。
例如，在每波100Gbps(50千兆波特率)的光学发送器中，当使用40公里的长距离传送时，可如传统NRZ光学发送器的情况一样在光学接收器中安装APD或SOA。然而，在与每波100Gbps(50千兆波特率)的光学发送器对应的光学接收器中，由于比传统NRZ光学发送器更高的速率和多级调制的影响，无法确保与对应于NRZ光学发送器的光学接收器相同的接收灵敏度。因此事实是，对于每波100Gbps的光学发送器，即使光学接收器的配置改变，也无法满足如传统NRZ光学发送器中的损耗预算要求。
因此，当超过每波100Gbps并采用多级幅度调制方法的光学发送器用于长距离传送时，已提出了这样的光学发送器，其包含在通过调制器调制之后对光学信号进行光学放大的SOA，从而满足损耗预算要求。
专利文献1：日本专利公布No.2015-198269
专利文献2：日本专利公布No.2016-9897
专利文献3：美国专利申请公布No.2020/0336212
专利文献4：日本专利公布No.2020-53423
专利文献5：美国专利申请公布No.2021/0273407
然而，在包含SOA并采用多级幅度调制方法的光学发送器中，在SOA和SOA的输出级的光学组件之间发生光学耦合变化，并且发生包括光学耦合变化的SOA的光学输出功率的变化，因此信号质量劣化。
因此，本发明的实施方式的一个方面的目的是提供一种通过对光学输出功率等的变化进行改进来增加信号质量的光学装置。
发明内容
根据实施方式的一方面，一种光学装置包括发生器、光发射器、调制器、光学放大器、电流源、存储部和控制器。发生器生成多级幅度调制方法的电信号。光发射器发射激光。调制器使用电信号对激光进行调制并输出调制的激光的光学信号。光学放大器根据驱动电流对调制的光学信号进行光学放大。电流源调节要供应给光学放大器的驱动电流。存储部预先存储关于光学放大器中的光学信号相对于驱动电流的驱动电流值的输入-输出特性的信息。控制器从存储部获取与供应给光学放大器的驱动电流的驱动电流值对应的输入-输出特性，并且基于所获取的输入-输出特性来控制电信号。
附图说明
图1是示出第一实施方式的光学发送器的配置的示例的说明图；
图2是示出与相应SOA驱动电流对应的SOA增益曲线的示例的说明图；
图3是呈现增益表的表内容的示例的说明表；
图4是示出在初始设置下SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图5是示出在功率补偿之后SOA的光学输入-输出特性中级别0和级别3的光学输入功率的计算的说明图；
图6是示出在功率补偿之后SOA的光学输入-输出特性中级别0和级别3的光学输出功率的计算的说明图；
图7是示出使光学输出功率在级别之间的幅度比相等的光学输入功率的计算的说明图；
图8是示出在功率补偿之后非线性失真校正之后的SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图9是示出与第一补偿处理有关的光学发送器执行的处理操作的示例的流程图；
图10是示出第二实施方式的光学发送器的配置的示例的说明图；
图11是示出在初始设置下SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图12A是示出LD输出和SOA输入的关系的示例的说明图；
图12B是示出LD驱动电流和光学输出功率之间的特性的示例的说明图；
图13是示出LD驱动电流变化前后的光学波形示例的示例的说明图；
图14是示出在功率补偿之后非线性失真校正之后的SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图15是示出与第二补偿处理有关的光学发送器执行的处理操作的示例的流程图；
图16是示出第三实施方式的光学发送器的配置的示例的说明图；
图17是示出与第三补偿处理有关的光学发送器执行的处理操作的示例的流程图；
图18是示出与第四补偿处理有关的光学发送器执行的处理操作的示例的流程图；
图19是示出比较例1的光学发送器的配置的示例的说明图；
图20是示出在比较例1中在初始设置下SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图21是示出比较例2的光学发送器的配置的示例的说明图；
图22是示出比较例2中在初始设置下SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图23是示出比较例1中在功率补偿之后SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图；
图24是示出比较例2中在功率补偿之后SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图。
具体实施方式
首先，将描述比较例的光学发送器，其包含SOA并且抵消光学输出功率的变化，包括SOA与布置在SOA的输出级的光学组件之间的光学耦合变化。
比较例1
图19是示出比较例1的光学发送器100的配置的示例的说明图。图19所示的光学发送器100包括发生器111、激光二极管(LD)112、调制器113、SOA 114、第一透镜115、第二透镜116和分支单元117。光学发送器100还包括光电二极管(PD)118、电压转换器119、比较器120、可变电流源122和固定电流源123。为了抵消与SOA 114和光纤101之间的光学组件有关的光学耦合变化，光学发送器100采用调节要供应给SOA 114的SOA驱动电流的SOA电流反馈控制系统。
发生器111根据多级幅度调制方法来生成电信号(例如，PAM4驱动电压)。LD 112发射激光。例如，调制器113是电吸附(EA)调制器，其使用PAM4驱动电压对激光进行调制并输出光学信号。根据来自可变电流源122的SOA驱动电流，SOA 114对调制器113所调制的光学信号进行光学放大。第一透镜115是聚焦由SOA 114光学放大的光学信号的透镜。第二透镜116是将第一透镜115聚焦的光学信号聚焦在光纤101中的光学波导上并输出聚焦的光学信号的透镜。分支单元117布置在第一透镜115和第二透镜116之间并且分支第一透镜115聚焦的光学放大的部分光学信号。
PD 118对分支单元117分支的部分光学信号执行向监测电流的光电转换。电压转换器119将PD 118通过执行光电转换而获得的监测电流转换为监测电压。比较器120对与电压转换器119通过执行转换而获得的监测电压对应的监测电压值与目标电压值进行比较，并且将作为比较结果的差信号设定在可变电流源122中。要注意，目标电压值是与SOA 114的光学信号的光学输出功率的目标电流值对应的电压值。
可变电流源122是根据差信号在抵消包括SOA 114的输出级处的光学耦合变化的光学输出功率变化的方向上调节要供应给SOA 114的SOA驱动电流的电流源。固定电流源123是供应固定LD驱动电流以供应给LD 112的电流源。
图20是示出比较例1中在初始设置下SOA 114的光学输入-输出特性的示例的说明图。比较例1的SOA 114根据SOA 114的光学信号的光学输入功率在SOA 114的线性区域内执行光学放大，并且输出光学放大的光学信号的光学输出功率。四个级别，级别0、级别1、级别2和级别3之间的光学输入功率的幅度比几乎相等。四个级别，级别0、级别1、级别2和级别3之间的光学输出功率的幅度比也近似于相等幅度比。优选的是，SOA 114的光学信号的光学输入功率和光学输出功率的幅度比近似于相等幅度比，这导致优选的信号质量状态。
比较例1的光学发送器100调节要施加到SOA 114的SOA驱动电流以抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化并将调节的SOA驱动电流供应给SOA 114。结果，即使包含SOA114的光学发送器100能够对SOA 114执行驱动控制，因此抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化，从而增加信号质量。
要注意，比较例1举例说明了通过SOA电流反馈控制方法抵消包括光学耦合变化的SOA 114的光学输出功率变化并且可调节用于LD 112的驱动电流的情况，并且将描述其比较例2的配置。
比较例2
图21是示出比较例2的光学发送器100A的配置的示例的说明图。要注意，与比较例1的光学发送器100相同的组件由与比较例1相同的标号表示，因此将省略组件和操作的冗余描述。比较例1的光学发送器100和比较例2的光学发送器100A在调节要供应给LD 112的LD驱动电流方面不同，而非调节要供应给SOA 114的SOA驱动电流，以便抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化。光学发送器100A采用调节供应给LD 112的LD驱动电流以便抵消光学耦合变化的LD电流反馈控制方法。
除了发生器111、LD 112、调制器113、SOA 114、第一透镜115、第二透镜116、分支单元117、PD 118和电压转换器119之外，光学发送器100A还包括比较器120A、固定电流源122A和可变电流源123A。
比较器120A将作为监测电压值和目标电压值之间的比较结果的差信号设定在可变电流源123A中。可变电流源123A是能够调节要供应给LD 112的LD驱动电流的电流源。可变电流源123A根据来自比较器120A的差信号在抵消包括SOA 114的输出级处的光学耦合变化的光学输出功率变化的方向上输出LD驱动电流。固定电流源122A是用于供应固定SOA驱动电流以供应给SOA 114的电流源。
图22是示出比较例2中在初始设置下SOA 114的光学输入-输出特性的示例的说明图。比较例2的SOA 114根据SOA 114的光学信号的光学输入功率在SOA 114的线性区域内执行光学放大，并且输出光学放大的光学信号的光学输出功率。四个级别(例如，级别0、级别1、级别2和级别3)之间的光学输入功率的幅度比几乎相等。四个级别(例如，级别0、级别1、级别2和级别3)之间的光学输出功率的幅度比近似于相等幅度比。优选的是，SOA 114的光学信号的光学输入功率和光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比，并且信号质量处于优选状态。
光学发送器100A调节要施加到LD 112的LD驱动电流以抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化并将调节的LD驱动电流供应给LD 112。结果，甚至包含SOA 114的光学发送器100A能够对LD 112执行驱动控制，因此调节SOA 114的光学输入功率，从而抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化并增加信号质量。
图23是示出比较例1中在功率补偿之后SOA 114的光学输入-输出特性的示例的说明图。比较例1的光学发送器100调节要供应给SOA 114的SOA驱动电流并将调节的SOA驱动电流供应给SOA 114，从而执行抵消光学输出功率变化的功率补偿。当执行功率补偿时，SOA114的增益变化，如图23所示，线性区域与增益的变化关联地变化。结果，由于来自线性区域和非线性区域之间的饱和区域的非线性失真，光学输出功率在级别之间的幅度比的不相等增加，因此信号质量劣化。
图24是示出比较例2中在功率补偿之后SOA 114的光学输入-输出特性的示例的说明图。比较例2的光学发送器100A调节要供应给LD 112的LD驱动电流并将调节的LD驱动电流供应给LD 112，从而执行抵消光学输出功率变化的功率补偿。当执行功率补偿时，调节LS112的激光调节要输入到SOA 114的光学信号的光学输入功率，因此，SOA 114的增益变化，并且如图24所示，线性区域与增益的变化关联地变化。结果，由于来自线性区域和非线性区域之间的饱和区域的非线性失真，光学输出功率在级别之间的幅度比的不相等增加，因此信号质量劣化。
因此，需要能够在补偿包括光学耦合变化的光学输出功率变化的同时使光学输出功率在级别之间的幅度比近似为相等幅度比的光学发送器。
参照附图，下面将详细描述本文所公开的光学装置和光学发送器的实施方式。要注意，实施方式不限于所公开的技术。下面所描述的实施方式可适当组合，只要不导致不一致即可。
第一实施方式
图1是示出第一实施方式的光学发送器1的配置的示例的说明图。图1所示的光学发送器1是超过每波100Gbps(50千兆波特率)的高速率的光学发送器，其采用用于长距离光学传送的多级幅度调制方法PAM4。图1所示的光学发送器1包括发生器11、激光二极管(LD)12、调制器13、半导体光学放大器(SOA)14、第一透镜15、第二透镜16、分支单元17、光电二极管(PD)18和电压转换器19。光学发送器1包括比较器20、可变电流源21、电流监测器22、固定电流源23、控制器24和增益表25。为了抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化，光学发送器1采用调节要供应给SOA 14的SOA驱动电流的SOA电流反馈控制系统。
发生器11根据多级幅度调制方法来生成电信号(例如，PAM4驱动电压)。LD 12是发射激光的光发射器。例如，调制器13是诸如EA调制器或马赫-曾德尔(Mach Zender(MZ))调制器的调制器。SOA 14是对根据来自可变电流源21的SOA驱动电流调制的光学信号进行光学放大的光学放大器。第一透镜15是聚焦由SOA 14光学放大的光学信号的透镜。第二透镜16是将第一透镜15聚焦的光学信号聚焦在光纤2中的光学波导上并输出聚焦的光学信号的透镜。分支单元17布置在第一透镜15和第二透镜16之间并且分支第一透镜15聚焦的光学放大的部分光学信号。
PD 18对分支单元17分支的部分光学信号执行向监测电流的光电转换。电压转换器19将PD 18通过执行光电转换而获得的监测电流转换为监测电压。比较器20对与电压转换器119通过执行转换而获得的监测电压对应的监测电压值与目标电压值进行比较，并且将作为比较结果的差信号设定在可变电流源21中。要注意，目标电压值是与SOA 14的光学信号的光学输出功率的目标电流值对应的电压值。PD 18、电压转换器19和比较器20是监测光学信号的分支部分的监测单元。
可变电流源21是根据差信号在抵消包括SOA 14的输出级处的光学耦合变化的光学输出功率变化的方向上调节要供应给SOA 14的SOA驱动电流的电流源。电流监测器22监测来自可变电流源21的SOA驱动电流的驱动电流值，并且向控制器24通知驱动电流值。固定电流源23是供应固定LD驱动电流以供应给LD 12的电流源。要注意，LD 12、调制器13和SOA14使用单个芯片30A来配置。
控制器24基于与要供应给SOA 14的SOA驱动电流的驱动电流值对应的增益曲线来计算用于生成驱动电压以使SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的设定值，并且将所计算的设定值设定在发生器11中。换言之，SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比，因此，级别之间的眼近似均匀的眼，这增加了信号质量。
增益表25是管理相对于SOA 14的SOA驱动电流的驱动电流值的SOA 14的增益曲线的存储单元。图2是示出与相应SOA驱动电流对应的SOA增益曲线的示例的说明图。图3是呈现增益表25的表内容的示例的说明表。
光学发送器1预先准备分别是相对于SOA 14的驱动电流值的SOA 14的输入-输出特性的增益曲线，如图2所示。光学发送器1将关于与SOA驱动电流对应的相应驱动电流值的增益曲线预先存储在增益表25中。
图3所示的增益表25分别管理相对于SOA 14的驱动电流值的SOA 14的增益曲线。增益曲线是关于图3中纵列中的相应驱动电流值的数据集。当电流监测器22检测到SOA 14的当前驱动电流值(SOA驱动电流监测值)时，控制器24从增益表25获取与驱动电流值(SOA驱动电流监测值)对应的增益曲线。
当与电流监测器22所检测到的SOA驱动电流监测值对应的增益曲线不在增益表25中时，控制器24从增益表25获取与近似SOA驱动电流监测值的驱动电流值对应的增益曲线。要注意，当与电流监测器22所检测到的SOA驱动电流监测值对应的增益曲线不在增益表25中时，控制器24从增益表25获取与近似SOA驱动电流监测值的前两个驱动电流值对应的两条增益曲线。控制器24可通过对所获取的两条增益曲线执行线性插值来生成与当前驱动电流值对应的增益曲线。增益表25可使用增加的分辨率和更小的单位准备与相应驱动电流值对应的增益曲线，使得SOA 14的驱动电流值中的误差可忽略，并且增益表25是可变的。
控制器24计算所获取的增益曲线、光学输入功率的幅度和光学输入功率的平均功率。基于增益曲线、光学输入功率的幅度和平均功率，控制器24计算用于发生器11生成用于生成光学输入功率的驱动电压的设定值，据此，作为SOA 14的光学信号的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比。
图4是示出在初始设置下SOA 14的光学输入-输出特性的示例的说明图。如图4所示，SOA 14根据SOA 14的光学信号的光学输入功率在SOA 14的线性区域内执行光学放大，并且输出光学放大的光学信号的光学输出功率。四个级别(级别0、级别1、级别2和级别3)之间的光学输入功率的幅度比近似于相等幅度比。四个级别(级别0、级别1、级别2和级别3)之间的光学输出功率的幅度比也近似于相等幅度比。优选的是，SOA 114的光学信号的光学输入功率和光学输出功率的幅度比几乎相等，并且信号质量处于优选状态。
图5是示出在功率补偿之后SOA 14的光学输入-输出特性中级别0和级别3的光学输入功率的计算的说明图。控制器24获取光学输入功率的幅度(OMAin)和光学输入功率的平均功率(Pin(ave))。通过在(表达式1)中对光学输入功率的幅度(OMAin)和光学输入功率的平均功率(Pin(ave))赋值，控制器24计算级别0的光学输入功率(Lv0in)和级别3的光学输入功率(Lv3in)。
图6是示出在功率补偿之后SOA的光学输入-输出特性中级别0和级别3的光学输出功率的计算的说明图。控制器24获取与SOA驱动电流值对应的增益曲线。此外，控制器24通过基于所获取的增益曲线在(表达式2)中对级别0的光学输入功率(Lv0in)和级别3的光学输入功率(Lv3in)赋值来计算级别0的光学输出功率(Lv0out)和级别3的光学输出功率(Lv3out)，其中f是表示与SOA驱动电流对应的SOA的输入-输出特性的函数，并且与光学输入功率(Pin)对应的光学输出功率(Pout)由f(Pin)表示。
此外，通过在(表达式3)中对级别0的光学输出功率(Lv0out)和级别3的光学输出功率(Lv3out)赋值，控制器24计算光学输出功率的幅度(OMAout)。
OMAout＝Lv3out-Lv0out …(3)
图7是示出用于使光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的光学输入功率的计算的说明图。通过在(表达式4)中对级别0的光学输出功率(Lv0out)和光学输出功率的幅度(OMA0out)赋值，控制器24计算级别之间的幅度比近似于相等幅度比的级别1的光学输出功率(Lv1out')和级别2的光学输出功率(Lv2out')。
控制器24在(表达式5)中对级别之间的幅度比近似于相等幅度比的级别1和级别2的光学输出功率赋值。换言之，使用输入-输出特性的反函数，控制器24计算与级别之间的幅度比近似于相等幅度比的光学输出功率对应的级别1的光学输入功率(Lv1in')和级别2的光学输入功率(Lv2in')。
通过在(表达式6)中对与级别之间的幅度比近似于相等幅度比的光学输出功率对应的级别1和级别2的光学输入功率赋值，控制器24计算与级别之间的幅度比近似于相等幅度比的光学输出功率对应的要输入到调制器13的级别1和级别2的驱动电压。换言之，当调制器13根据驱动电压调制的光学信号的输入-输出特性为线性时，SOA 14的输入光学波和调制器13的驱动电压波形具有相同的眼平衡。因此，控制器24控制发生器11，使得发生器11生成SOA 14的输入光学波形Lv1in以及与LVlin相同比率的驱动电压波形的级别1的驱动电压(V1)和级别2的驱动电压(V2)。当调制器13根据驱动电压调制的光学信号的输入-输出特性非线性时，控制器24使用调制器13的输入-输出特性的反函数来计算设定电压并控制发生器11。
其中，
V1in′是级别1的校正的调制器输入的驱动电压，
V2in′是级别2的校正的调制器输入的驱动电压，并且
g-1(x)是调制器输入特性g(x)的反函数...(6)
图8是示出在功率补偿之后非线性失真校正之后的SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图。在控制器24将通过(表达式6)计算的驱动电压的设定值设定在发生器11中之后，尽管在功率补偿之后SOA 14的光学输入功率在级别之间的幅度比不同，在光学放大之后功率补偿之后的SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比。结果，可补偿由于SOA 14的非线性失真而引起的光学输出波形失真。
图9是示出与第一补偿处理有关的光学发送器1执行的处理操作的示例的流程图。要注意，在与相对光学接收器的通信期间连续地执行补偿由于SOA 14的非线性失真而引起的光学输出波形失真的第一补偿处理。光学发送器1中的比较器20基于比较器20的差信号来确定是否检测到SOA 14的光学输出功率变化(步骤S11)。要注意，光学输出功率变化是包括与SOA 14和光纤2之间的光学组件有关的光学耦合变化的光学输出功率变化。当检测到光学输出功率变化(步骤S11为是)时，比较器20在可变电流源21中在抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化的方向上设定要供应给SOA 14的SOA驱动电流(步骤S12)。结果，光学发送器1能够通过根据SOA 驱动电流对SOA 14执行驱动控制来抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化。
在设定用于抵消光学输出功率变化的SOA驱动电流之后，比较器20移动到步骤S11以便确定是否检测到光学输出功率变化。当未检测到光学输出功率变化(步骤S13为否)时，光学发送器1中的控制器24从电流监测器22获取与当前SOA驱动电流对应的SOA驱动电流值(步骤S13)。
控制器24从增益表25获取与当前SOA驱动电流值对应的SOA 14的增益曲线(步骤S14)，并且计算所获取的增益曲线、SOA 14的光学输入功率的幅度和光学输入功率的平均功率(步骤S15)。
基于SOA 14的增益曲线、SOA 14的光学输入功率的幅度和平均功率，控制器24计算与用于生成光学输入功率，使得光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压对应的设定值(步骤S16)。此外，控制器24将所计算的设定值设定在发生器11中(步骤S17)并返回到步骤S11的处理，以便确定是否检测到SOA 14的光学输出功率变化。换言之，发生器11生成要施加到调制器13，使得SOA 14的光学信号的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压。调制器13根据驱动电压对激光进行光学调制并且向SOA 14输出光学信号。SOA 14根据SOA驱动电流执行光学放大并且输出在光学放大之后级别之间的幅度比近似于相等幅度比的光学输出功率。结果，抵消由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真使得可增加信号质量。
第一实施方式的光学发送器1从增益表25获取与SOA驱动电流对应的输入-输出特性(增益曲线)，并且基于所获取的增益曲线，控制发生器11，使得发生器11生成用于使SOA14的光学输出功率在作为相应级别的级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压。结果，通过补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，光学发送器1增加了信号质量。
基于在各个级别与SOA驱动电流对应的增益曲线、SOA 14的光学输入功率的幅度和SOA 14的平均功率，光学发送器1控制发生器11，使得发生器11生成用于使SOA14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压。结果，通过补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，光学发送器1增加了信号质量。
基于PD 18的监测值，光学发送器1调节对SOA 14的SOA驱动电流。结果，光学发送器1能够抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化(光学输出强度)。
光学发送器1能够通过补偿由SOA 14的非线性导致的光学输出波形失真在确保信号质量的同时抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化。补偿SOA 14的非线性失真使得可在线性度低并且增益高的条件下使用SOA 14，从而实现光学输出功率的增加。
PD 18不需要在光学发送器1中，例如，PD 18可在相对的光学接收器或中继装置中，并且可酌情进行改变。
要注意，第一实施方式的光学发送器1举例说明了控制发生器11，使得在通过调节到SOA14的驱动电流来补偿光学耦合变化的同时，驱动电压使得SOA14的光学输出功率在级别之间的幅度比能够近似于相等幅度比的情况。可通过调节到LD 12的驱动电流而非到SOA14的驱动电流来补偿光学耦合变化，并且下面将描述该情况的实施方式作为第二实施方式。
第二实施方式
图10是示出第二实施方式的光学发送器1A的配置的示例的说明图。要注意，与第一实施方式的光学发送器1相同的组件由与第一实施方式相同的标号表示，因此将省略组件和操作的冗余描述。图10所示的光学发送器1A包括发生器11、LD 12、调制器13、SOA 14、第一透镜15、第二透镜16、分支单元17、PD 18和电压转换器19。光学发送器1A还包括比较器20、固定电流源31、可变电流源32、电流监测器33、控制器24A和增益表25A。为了抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化，光学发送器1A采用调节要供应给LD 12的LD驱动电流的LD电流反馈控制系统。
比较器20将作为监测电压值和目标电压值之间的比较结果的差信号设定在可变电流源32中。可变电流源32是能够根据差信号改变要供应给LD 12的LD驱动电流的电流源。固定电流源31是供应固定SOA驱动电流以供应给SOA 14的电流源。
控制器24A计算用于发生器11生成使得SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比能够近似于相等幅度比的驱动电压的设定值，并将所计算的设定值设定在发生器11中。换言之，SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比被近似为相等幅度比，因此级别之间的眼近似均匀的眼，这使得信号质量增加。增益表25A是分别管理SOA 14相对于LD驱动电流值的增益曲线的表。
光学发送器1A预先准备作为SOA 14对于分别与LD驱动电流值对应的SOA 14的驱动电流值的输入-输出特性的增益曲线。光学发送器1A将SOA 14相对于与SOA驱动电流对应的相应驱动电流值的增益曲线预先存储在增益表25A中。
增益表25A分别管理SOA 14相对于相应SOA驱动电流值的增益曲线。当电流监测器33检测到当前LD驱动电流值时，控制器24A从增益表25A获取光学输入功率和光学输出功率，这是作为与对应于LD驱动电流值的SOA驱动电流值对应的增益曲线并与SOA 14的输入和输出有关的光学信号。控制器24A计算所获取的增益曲线和光学输入功率的幅度和平均功率。基于增益曲线和光学输入功率的幅度和平均功率，控制器24A计算用于使得发生器11生成用于生成光学输入功率的驱动电压的设定值，根据该光学输入功率，作为SOA 14的光学信号的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比。
图11是示出在初始设置下SOA 14的光学输入-输出特性的示例的说明图。如图11所示，SOA14根据SOA 14的光学信号的光学输入功率在SOA 14的线性区域内执行光学放大并且输出光学放大的光学信号的光学输出功率。光学输入功率在四个级别(级别0、级别1、级别2和级别3)之间的幅度比几乎相等。光学输出功率在四个级别(级别0、级别1、级别2和级别3)之间的幅度比也几乎相等。优选的是，SOA 14的光学信号的光学输入功率和光学输出功率的幅度比几乎相等，并且信号质量处于优选状态。
图12A是示出LD输出和SOA输入的关系的示例的说明图。图12A所示的LD 12的光学输出是LD输出(PLD)，并且作为SOA 14的光学输入的光学输入功率是SOA输入(Pin)。
图12B是示出LD驱动电流和光学输出功率之间的特性的示例的说明图。当供应给LD 12的LD驱动电流值从ILD1增加至ILD2时，LD光学输出从PLD1增加至PLD2。控制器24A通过(表达式7)计算LD光学输出。要注意，由于LD 12分别具有产品差异和环境差异，所以使用系数k和m。
PLD＝k·ILD+m
其中k和m是各个单独的LD的系数(k＞0，m＜0)...(7)
图13是示出在LD驱动电流变化前后的光学波形示例的示例的说明图。当LD驱动电流值从ILD1增加至ILD2时，光学波形从图13中左侧的光学波形改变为图13中右侧的光学波形。换言之，光学输入功率的幅度增加。通过在(表达式8)中对LD光学输出PLD1和LD光学输出PLD2赋值，控制器24A计算LD驱动电流变化之后的光学输入功率的平均功率ave'。
通过在(表达式9)中对LD光学输出PLD1、LD光学输出PLD2和光学输入功率的平均功率ave'赋值，控制器24A计算LD驱动电流变化之后的光学输入功率的幅度OMA。
控制器24A基于级别0的光学输入功率(L)、级别3的光学输入功率(H)和光学输入功率的平均来计算消光比(E.R.)。
控制器24A基于与变化之后的LD驱动电流值对应的增益曲线以及LD驱动电流变化之后的光学输入功率的平均功率ave'和幅度OMA'来计算相对于SOA 14的输入-输出特性的光学输入功率。要注意，第二实施方式举例说明了根据(表达式8)和(表达式9)计算LD驱动电流变化之后的光学输入功率的平均功率ave'和幅度OMA'的情况；然而，它们可被存储在预先准备的查找表中，并且可酌情进行改变。
图14是示出在功率补偿之后非线性失真校正之后的SOA的光学输入-输出特性的示例的说明图。在控制器24将与所计算的光学输入功率对应的驱动电压的设定值设定在发生器11中之后，尽管在功率补偿之后SOA 14的光学输入功率在级别之间的幅度比不同，在光学放大之后功率补偿之后的SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比。结果，可补偿由于SOA 14的非线性失真而引起的光学输出波形失真。
图15是示出与第二补偿处理有关的光学发送器1A执行的处理操作的示例的流程图。要注意，在与相对光学接收器的通信期间连续地执行补偿由于SOA 14的非线性失真而引起的光学输出波形失真的第二补偿处理。光学发送器1A中的比较器20基于比较器20的差信号确定是否检测到光学输出功率变化(步骤S21)。要注意，光学输出功率变化是包括与SOA 14和光纤2之间的光学组件有关的光学耦合变化的光学输出功率变化。当基于比较器20的差信号检测到包括光学耦合变化的光学输出功率变化(步骤S21为是)时，比较器20在可变电流源32中在抵消光学输出功率变化的方向上设定要供应给LD 12的LD驱动电流(步骤S22)。结果，光学发送器1A能够通过根据LD驱动电流对LD12执行驱动控制以改变SOA 14的光学输入功率来抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化。
在设定用于抵消光学输出功率变化的LD驱动电流之后，比较器20移动到步骤S21，以便确定是否检测到光学输出功率变化。当没有检测到光学输出功率变化(步骤S21为否)时，光学发送器1A中的控制器24A从电流监测器33获取当前LD驱动电流值和当前SOA驱动电流值(步骤S23)。要注意，SOA驱动电流值是固定值。
控制器24A从所获取的当前LD驱动电流值计算到SOA 14的光学信号的光学输入功率的幅度和平均功率(步骤S24)。此外，控制器24A从增益表25A获取与当前SOA驱动电流值对应的SOA 14的增益曲线(步骤S25)并且计算所获取的增益曲线、SOA 14的光学输入功率的幅度和光学输入功率的平均功率(步骤S26)。
基于SOA 14的增益曲线、SOA 14的光学输入功率的幅度和平均功率，控制器24A计算与用于生成光学输入功率，使得光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压对应的设定值(步骤S27)。此外，控制器24A将所计算的设定值设定在发生器11中(步骤S28)并返回到步骤S21的处理，以便确定是否检测到光学输出功率变化。换言之，发生器11生成要施加到调制器13，使得SOA 14的光学信号的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压。调制器13根据驱动电压对激光进行光学调制并且向SOA 14输出光学信号。SOA 14根据SOA驱动电流执行光学放大并且输出在光学放大之后级别之间的幅度比近似于相等幅度比的光学输出功率。结果，抵消由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真使得可增加信号质量。
第二实施方式的光学发送器1A从增益表25A获取与LD驱动电流对应的SOA 14的增益曲线。基于所获取的SOA 14的增益曲线，光学发送器1A控制发生器11，使得发生器11生成用于使SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压。结果，通过补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，光学发送器1A增加了信号质量。
基于在各个级别与LD驱动电流对应的SOA 14的增益曲线、SOA 14的光学输入功率的幅度和SOA 14的平均功率，光学发送器1A控制发生器11，使得发生器11生成用于使SOA14的光学输出功率在作为相应级别的级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压。结果，通过补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，光学发送器1A增加了信号质量。
基于PD 18的电流监测值，光学发送器1A调节到LD 12的LD驱动电流。结果，光学发送器1A能够抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化(光学输出强度)。
第一补偿处理和第二补偿处理可一起使用，下面将描述其实施方式作为第三实施方式。
第三实施方式
图16是示出第三实施方式的光学发送器1B的配置的示例的说明图。要注意，与第一实施方式(第二实施方式)的光学发送器1(1A)相同的组件由与第一(第二)实施方式相同的标号表示，因此将省略组件和操作的冗余描述。图16所示的光学发送器1B基于LD功率的变化量和SOA功率的变化量在第一补偿处理和第二补偿处理之间切换并执行第一补偿处理和第二补偿处理。图16所示的光学发送器1B包括发生器11、LD 12、调制器13、SOA 14、第一透镜15、第二透镜16、分支单元17、PD 18、电压转换器19和比较器20。光学发送器1B还包括电流控制器41、第一可变电流源42、第一电流监测器43、第二可变电流源44、第二电流监测器45、控制器24B和增益表25B。
比较器20比较电压转换器19中转换的监测电压值与目标电压值，并且将作为比较结果的差信号设定在电流控制器41中。第一可变电流源42根据差信号在抵消包括SOA 14的输出级处的光学耦合变化的光学输出功率变化的方向上调节要供应给SOA 14的SOA驱动电流。第一电流监测器43监测来自第一可变电流源42的SOA驱动电流值并且向控制器24B和电流控制器4通知SOA驱动电流值。控制器24B根据SOA驱动电流值计算SOA功率的变化量。使用正号或负号来处理SOA功率的变化量，并且当符号为负时，变化量被处理为功率减小。
第二可变电流源44调节要供应给LD 12的LD驱动电流。第二电流监测器45监测来自第二可变电流源44的LD驱动电流值并且向控制器24B和电流控制器41通知LD驱动电流值。控制器24B根据LD驱动电流值来计算LD功率的变化量。使用正号或负号来处理LD功率的变化量，并且当符号为负时，变化量被处理为功率减小。
当LD功率的变化量>SOA功率的变化量时，控制器24B执行调节要供应给SOA 14的SOA驱动电流值并生成驱动电压的第一补偿处理。换言之，当LD功率的变化量高于SOA功率的变化量时，执行调节到SOA 14的SOA驱动电流的第一补偿处理。
当LD功率的变化量>SOA功率的变化量时，电流控制器41调节要供应给SOA 14的SOA驱动电流值，从而抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化。
当不满足不等式，LD功率的变化量>SOA功率的变化量时，控制器24B执行调节要供应给LD 12的LD驱动电流值并生成驱动电压的第二补偿处理。换言之，当SOA功率的变化量高于LD功率的变化量时，执行调节到LD 12的LD驱动电流的第二补偿处理。
当不满足不等式，LD功率的变化量>SOA功率的变化量时，电流控制器41调节要供应给LD 12的LD驱动电流值，从而抵消包括光学耦合变化的光学输出功率变化。
图17是示出与第三补偿处理有关的光学发送器1B执行的处理操作的示例的流程图。图17中的光学发送器1B中的控制器24B获取当前LD驱动电流值和当前SOA驱动电流值(步骤S31)。控制器24B计算在使用要供应给LD 12的LD驱动电流校正光学输出功率变化的情况下LD功率的变化量以及LD驱动电流值(步骤S32)。
控制器24B计算在使用要供应给SOA 14的驱动电流校正光学输出功率变化的情况下SOA功率的变化量以及SOA驱动电流值(步骤S33)。控制器24B确定是否LD功率的变化量>SOA功率的变化量(步骤S34)。
当LD功率的变化量>SOA功率的变化量(步骤S34为是)时，控制器24B执行第一补偿处理(步骤S10)并结束图17所示的处理操作。
当不满足不等式，LD功率的变化量>SOA功率的变化量(步骤S34为否)时，控制器24B执行第二补偿处理(步骤S20)并结束图17所示的处理操作。
第三实施方式的光学发送器1B从增益表25获取与LD驱动电流对应的SOA 14的增益曲线。基于所获取的增益曲线，光学发送器1B执行控制发生器11，使得发生器11生成用于使SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压的第二补偿处理。光学发送器1B从增益表25获取与SOA驱动电流对应的SOA 14的增益曲线。基于所获取的增益曲线，光学发送器1B执行控制发生器11，使得发生器11生成用于使SOA 14的光学输出功率在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的驱动电压的第一补偿处理。结果，通过在组合使用第一补偿处理和第二补偿处理的同时补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，光学发送器1B增加了信号质量。
当与LD驱动电流对应的LD功率的变化量超过与SOA驱动电流对应的SOA功率的变化量时，光学发送器1B执行第一补偿处理，当LD功率的变化量不超过SOA功率的变化量时，执行第二补偿处理。结果，通过在从对LD 12和SOA 14的处理中选择使得功率变化量能够减小的补偿处理的同时补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，信号质量增加。
第三实施方式的光学发送器1B举例说明了基于LD功率的变化量和SOA功率的变化量切换并执行第一补偿处理和第二补偿处理的情况。然而，可基于SOA驱动电流值来切换和执行第一补偿处理和第二补偿处理，下面将描述其实施方式作为第四实施方式。与第三实施方式的光学发送器1B相同的组件由与第三实施方式相同的标号表示，因此将省略组件和操作的冗余描述。
第四实施方式
当当前SOA驱动电流值<SOA驱动电流的上限时，控制器24B执行调节到SOA 14的SOA驱动电流值并生成驱动电压的第一补偿处理。要注意，SOA驱动电流的上限是驱动SOA14的驱动电流的上限，并且是基于装置的最大允许电流和允许散粒噪声量确定的值。
当不满足不等式，当前SOA驱动电流值<SOA驱动电流的上限时，控制器24B执行调节到LD 12的LD驱动电流值并生成驱动电压的第二补偿处理。换言之，当SOA驱动电流值为上限时，调节到LD 12的驱动电流。
图18是示出与第四补偿处理有关的光学发送器1C执行的处理操作的示例的流程图。光学发送器1C中的控制器24B获取当前SOA驱动电流值(步骤S41)。控制器24B确定是否当前SOA驱动电流值<SOA驱动电流的上限(步骤S42)。
当当前SOA驱动电流值<SOA驱动电流的上限(步骤S42为是)时，控制器24B执行第一补偿处理(步骤S10)并结束图18所示的处理操作。
当不满足不等式，当前SOA驱动电流值<SOA驱动电流的上限(步骤S42为否)时，控制器24B确定SOA驱动电流值超过上限，并且执行第二补偿处理(步骤S20)并结束图18所示的处理操作。
当SOA驱动电流低于上限时，第四实施方式的光学发送器1C执行第一补偿处理，并且当SOA驱动电流为上限或以上时，执行第二补偿处理。结果，通过在确定SOA驱动电流值是否是上限的同时补偿由SOA 14的非线性失真导致的光学输出波形失真，信号质量增加。此外，使用放大效率更高的补偿处理。
为了描述方便，举例说明PAM4作为根据多级幅度调制方法的信号；然而，不用说，信号不限于PAM 4，例如PAM 6、PAM 8等是可用的。
包含APD或SOA使得甚至从实施方式的光学发送器1接收光学信号的光学接收器能够进一步满足长距离传送中的损耗预算要求。光学发送器1举例说明了使用单个芯片30A配置LD 12、调制器13和SOA 14的情况；然而，未必需要使用单个芯片，可酌情进行改变。
根据一个方面，通过对光学输出功率的变化进行改进，信号质量增加。

Claims (10)

1.一种光学装置，该光学装置包括：
发生器，该发生器生成多级幅度调制方法的电信号；
光发射器，该光发射器发射激光；
调制器，该调制器使用所述电信号对所述激光进行调制并且输出所调制的激光的光学信号；
光学放大器，该光学放大器根据驱动电流对所调制的光学信号进行光学放大；
电流源，该电流源调节要供应给所述光学放大器的所述驱动电流；
存储部，该存储部预先存储关于所述光学放大器中的所述光学信号相对于所述驱动电流的驱动电流值的输入-输出特性的信息；以及
控制器，该控制器从所述存储部获取与供应给所述光学放大器的所述驱动电流的所述驱动电流值对应的所述输入-输出特性并且基于所获取的输入-输出特性控制所述电信号。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述控制器控制所述发生器，使得基于在各个级别与所述驱动电流值对应的所述输入-输出特性、所述光学放大器的输入信号的幅度和所述光学放大器的所述输入信号的平均功率，所述发生器生成使在所述多级幅度调制方法的各个级别所述光学放大器的输出信号在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的所述电信号。
3.根据权利要求2所述的光学装置，该光学装置还包括：
分支单元，在由所述光学放大器将所述光学信号光学放大之后，该分支单元将所述光学信号的部分分支；以及
监测器，该监测器监测所分支的光学信号的部分，
其中，所述电流源调节要供应给所述光学放大器的所述驱动电流，使得所述监测器的监测值为目标值。
4.一种光学装置，该光学装置包括：
发生器，该发生器生成多级幅度调制方法的电信号；
光发射器，该光发射器根据第一驱动电流发射激光；
调制器，该调制器使用所述电信号对所述激光进行调制并且输出所调制的激光的光学信号；
光学放大器，该光学放大器根据第二驱动电流对所调制的光学信号进行光学放大；
第一电流源，该第一电流源调节要供应给所述光发射器的所述第一驱动电流；
第二电流源，该第二电流源调节要供应给所述光学放大器的所述第二驱动电流；
存储部，该存储部预先存储关于所述光学放大器中的所述光学信号相对于所述第一驱动电流的驱动电流值的输入-输出特性的第一信息；以及
控制器，该控制器从所述存储部获取与所述第一驱动电流的所述驱动电流值对应的所述输入-输出特性并且基于所获取的输入-输出特性控制所述电信号。
5.根据权利要求4所述的光学装置，其中，所述控制器控制所述发生器，使得基于在各个级别与所述第一驱动电流的所述驱动电流值对应的所述输入-输出特性、所述光学放大器的输入信号的幅度和所述光学放大器的所述输入信号的平均功率，所述发生器生成使在所述多级幅度调制方法的各个级别所述光学放大器的输出信号在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的所述电信号。
6.根据权利要求5所述的光学装置，该光学装置还包括：
分支单元，在由所述光学放大器将所述光学信号光学放大之后，该分支单元将所述光学信号的部分分支；以及
监测器，该监测器监测所分支的光学信号的部分，
其中，所述第一电流源调节要供应给所述光发射器的所述第一驱动电流，使得所述监测器的监测值为目标值。
7.根据权利要求4所述的光学装置，该光学装置还包括存储部，该存储部预先存储关于所述光学放大器中的所述光学信号相对于所述第一驱动电流的驱动电流值的所述输入-输出特性的所述第一信息，并且预先存储关于所述光学放大器中的所述光学信号相对于所述第二驱动电流的驱动电流值的输入-输出特性的第二信息，
其中，所述控制器执行从所述存储部获取与所述第一驱动电流的所述驱动电流值对应的所述输入-输出特性并且基于所获取的输入-输出特性控制所述发生器，使得所述发生器生成使在各个级别所述光学放大器的输出信号在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的所述电信号的第二补偿处理和从所述存储部获取与所述第二驱动电流的所述驱动电流值对应的所述输入-输出特性并且基于所获取的输入-输出特性控制所述发生器，使得所述发生器生成使在各个级别所述光学放大器的输出信号在级别之间的幅度比近似于相等幅度比的所述电信号的第一补偿处理中的任一个。
8.根据权利要求7所述的光学装置，其中，当与供应给所述光发射器的所述第一驱动电流对应的第一功率的变化量超过与供应给所述光学放大器的所述第二驱动电流对应的第二功率的变化量时，所述控制器执行所述第一补偿处理，并且当所述第一功率的变化量等于或小于所述第二功率的变化量时，所述控制器执行所述第二补偿处理。
9.根据权利要求7所述的光学装置，其中，当供应给所述光学放大器的所述第二驱动电流小于上限时，所述控制器执行所述第一补偿处理，并且当所述第二驱动电流等于或大于所述上限时，所述控制器执行所述第二补偿处理。
10.一种发送光学信号的光学发送器，该光学发送器包括：
发生器，该发生器生成多级幅度调制方法的电信号；
光发射器，该光发射器根据第一驱动电流发射激光；
调制器，该调制器使用所述电信号对所述激光进行调制并且输出所调制的激光的光学信号；
光学放大器，该光学放大器根据第二驱动电流对所调制的光学信号进行光学放大；
第一电流源，该第一电流源调节要供应给所述光发射器的所述第一驱动电流；
第二电流源，该第二电流源调节要供应给所述光学放大器的所述第二驱动电流；
存储部，该存储部预先存储关于所述光学放大器中的所述光学信号相对于所述第一驱动电流的驱动电流值的输入-输出特性的第一信息和/或关于所述光学放大器中的所述光学信号相对于所述第二驱动电流的驱动电流值的输入-输出特性的第二信息；以及
控制器，该控制器从所述存储部获取与所述第一驱动电流的驱动电流值和/或所述第二驱动电流的驱动电流值对应的所述输入-输出特性，并且基于所获取的输入-输出特性来控制所述电信号。
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