CN207570667U - 光功率的检测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光功率的检测装置及设备，该装置包括：分光器，用于将输入的光信号按预设的固定比例分成第一光信号与第二光信号；光电管，与分光器的第一光信号的输出端相连，用于将第一光信号转换成电流信号；电放大模块，与光电管的电流信号的输出端相连，用于将电流信号转换成电压信号，并对电压信号进行增益处理后输出。本实用新型可以满足25dB宽范围输入光信号强度，从而增加了器件在各种应用环境下的适应能力。

Description

光功率的检测装置及设备

技术领域

本实用新型涉及光纤装置技术领域，尤其涉及一种光功率的检测装置及设备。

背景技术

随着激光技术的不断发展，激光装置已经是越来越广泛地被应用到现代社会各领域的通用技术，在通讯、医疗、机械加工、雷达、材料加工等方面有着重要作用。光功率检测器是激光装置中的关键技术之一，在装置中承担输出光信号光电转换的作用，是激光器控制环路重要的一部分，光信号检测是整个激光装置系不可或缺的重要一个环节。

此前市场上使用的光功率探测器包含了两个独立的功能单元，这两个单元分别是分光单元和光电探测器。分光单元把发射的光信号分成两束光，一束光输出供外部应用，另外一束光提供给光电探测器，光电探测器把检测到的光信号提供给光源控制装置，光源控制装置把光电探测器检测的光信号作为负反馈回路，以便控制光源输出稳定、符合要求的激光光源。

在应用中，光源装置主要的光功率分配给装置的光输出端口，只有小比例的光功率输入到光电探测器，这样光电探测器输出的电信号非常微弱。微弱的电信号需要外置放大器进行信号放大，外置放大器单元容易受到其它强电磁信号的干扰，干扰信号串入光发射单元控制环路，会影响光发射单元控制装置的正常工作，导致光发射单元控制装置不能稳定工作在设定的锁定点，导致工作点失锁。工作点失锁会造成光发射装置整体的不稳定，对外体现出光发射装置故障。

为减弱上述干扰的影响，需要加装屏蔽电磁干扰的金属屏蔽罩。这种外置屏蔽罩需要人工安装，生产效率低，成本高，而且工作效能不稳定，是常发故障的源头之一。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光功率的检测装置及设备,以能准确稳定地检测输出光信号功率，提供实时准确的光信号检测值给光发射控制装置，以利于光发射控制装置的稳定工作。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供一种光功率的检测装置，包括：

分光器，用于将输入的光信号按预设的固定比例分成第一光信号与第二光信号；

光电管，与所述分光器的第一光信号的输出端相连，用于接收所述分光单元输出的第一光信号，并将所述第一光信号转换成电流信号；

电放大模块，与所述光电管的电流信号的输出端相连，用于接收所述光电管单元输出的电流信号，并将所述电流信号转换成电压信号，并对所述电压信号进行增益处理后输出；

微型屏蔽器，用于封装所述光电管和所述电放大模块。

在一个可能的设计中，所述光电管采用反向偏置。

在一个可能的设计中，所述电放大模块包括：

PDA管脚，与所述光电管的正极相连；

前级放大器，与所述PDA管脚相连，用于通过反馈电阻将电流信号转换为电压信号；

后级放大器，与所述前级放大器相连，用于将经由所述前级放大器转换的电压信号进行增益处理。

在一个可能的设计中，所述电放大模块还包括：低频反馈环路单元，与所述后级放大器相连，用于消除输入信号的直流信号分量。

在一个可能的设计中，所述电放大模块还包括：接收信号强度指示单元，与所述低频反馈环路单元相连。

在一个可能的设计中，所述电放大模块还包括：电源，与所述前级放大器及所述光电管的负极相连。

在一个可能的设计中，所述微型屏蔽器上设有用于传输光通信通孔以及电通信通孔。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种设备，包括本实用新型任一实施例提供的光功率的检测装置以及相位偏差控制单元或光功率控制单元中的至少一个；其中：

所述相位偏差控制单元，与所述光功率的检测装置相连，用于接收所述光功率的检测装置输出的电压信号，以调整调制器的相位偏置工作点；

所述光功率控制单元，与所述光功率的检测装置相连，用于接收所述光功率的检测装置输出的电压信号，以调整输出光信号功率。

本实用新型实施例的功率的检测装置，通过将分出的第一光信号转换成电流信号后再转换成电压信号并进行增益处理后再输出，可以满足25dB宽范围输入光信号强度，从而增加了器件在各种应用环境下的适应能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例的光功率的检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的光电管的伏安特性曲线；

图3为本实用新型实施例的电放大模块的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的应用光功率的检测装置的设备的结构示意图；

图5本实用新型实施例的应用光功率的检测装置的PM-QPSK发射机的结构示意图；

图6本实用新型实施例的应用光功率的检测装置的掺饵光纤放大器的结构示意图；

图7本实用新型实施例的应用光功率的检测装置的PM-16QAM发射机的结构示意图；

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

如图1所示，本实用新型实施例还提供一种光功率的检测装置，包括分光器301、光电管302、电放大模块303、微型屏蔽器304。上述光电管302、电放大模块303可以集成在一起。其中：

分光器301，用于将输入的光信号按预设的固定比例分成第一光信号与第二光信号；该固定比例关系可以根据需要进行调节，当比例关系确定后，就不再改变，可以认为输出光功率和总输入光信号功率成线性比例关系。上述第一光信号可以用作光检测支路的信号，第二光信号可以供输出使用。

光电管302，与所述分光器301的第一光信号的输出端相连，用于接收所述分光单元输出的第一光信号，并将所述第一光信号转换成电流信号。光电管302 可以是将光能与电能进行转换的光电二极管器件。例如，PN结型光电二极管充分利用PN结的光敏特性，将接收到的光变化转换成电流的变化。

微型屏蔽器304，用于封装所述光电管302和所述电放大模块303。由于PD 电流特别微弱，电放大模块工作在微弱小信号状态，电流电压转换过程容易受到外界高频信号干扰，所以在本实施例中，将光电管302和电放大模块303作为整体封装在微型屏蔽器304中，以避免外界干扰影响电压信号输出。微型屏蔽器用于屏蔽外界电磁信号干扰。

请同时参照图2，光电管在无光照时，与普通二极管一样，具有单向导电性，外加正向电压时，电流与端电压成指数关系，见特性曲线的第一象限；外加反向电压时，反向电流称为暗电流，通常小于5nA。在有光照时，特性曲线下移，它们分布在第三、第四象限内。在反向电压的一定范围内，即在第三象限，特性曲线是一组横轴的平行线。光电管在反压下受到光照而产生的电流称为光电流，光电流受入射光强的控制。光强一定时，光检测器可等效为恒流源。光强度越大，光电流越大，在光电流大于几十微安时，与光强度成线性关系。

由于光电二极管器件的光电转换效率会直接影响产品性能，因此，一般需要该指标要求大于0.7安/瓦。此外，为降低本底噪声干扰，暗电流指标不大于 5纳安。为扩大输入光信号的动态范围，光电管采用反向偏置。

电放大模块303与所述光电管302的电流信号的输出端相连，用于接收所述光电管单元输出的电流信号，并将所述电流信号转换成电压信号，并对所述电压信号进行增益处理后输出。

微型屏蔽器304例如是圆盘或圆柱状，当然，本实用新型并不对微型屏蔽器304的形状做限制。在具体实施时，微型屏蔽器304上可以设有用于传输光通信通孔以及电通信通孔。更具体地，光通信通孔用于安装凸透镜或供光纤穿过，从而向光电管传输第一光信号，该光纤优选拉锥光纤。电通信通孔用于供电线或引脚穿过，以传输增益处理后的电压信号。

在图1对应的实施例基础上，本实用新型实施例提供的一种光功率的检测装置，如图3所示，所述电放大模块包括：与所述光电管302的正极相连的PDA 管脚501、与PDA管脚501相连的前级放大器502以及与前级放大器502相连的后级放大器504。其中：

前级放大器502，与所述PDA管脚501相连，用于通过反馈电阻503将电流信号转换为电压信号；更具体地，光电管302输出的电流信号直接进入到前级放大器502的输入端，前级放大器502通过一个反馈电阻503将电流信号转换为电压信号，并且可以通过改变电阻阻值来控制电压信号增益。

在本实用新型的一个实施例中，由于电流信号非常小，容易受到噪声干扰，优选地，可以采用电源(VCC)507为前级放大器502供电，以降低电源噪声干扰。该电源507还可以与光电管302的负极相连。

后级放大器504，与所述前级放大器502相连，用于将经由所述前级放大器转换的电压信号进行增益处理。更具体地，经过前级放大器502转换后的电压信号进入后级放大器504，为提高输入信号的动态范围，且保持固定的信号输出范围，后级放大器504的增益由自动增益控制单元(AGC)来处理。

在本实用新型的一个实施例中，还包括：低频反馈环路单元505，与所述后级放大器504相连，用于消除输入信号的直流信号分量。即后级放大器504输出的信号需经由低频反馈环路单元505消除直流信号分量后再输出。该低频反馈环路单元505可以包括直流恢复器，以及与直流恢复器相连的两个电阻。

为提供光功率指示管脚，还可以包括：接收信号强度指示单元506，与所述低频反馈环路单元505相连。

如图4所示，本实用新型实施还提供一种设备，包括本实用新型任一实施例提供的光功率的检测装置700以及相位偏差控制单元701或光功率控制单元 702中的至少一个；其中：

相位偏差控制单元701与光功率的检测装置700相连，用于接收所述光功率的检测装置输出的电压信号，以调整调制器的相位偏置工作点；

光功率控制单元702与所述光功率的检测装置700相连，用于接收所述光功率的检测装置输出的电压信号，以调整输出光信号功率。

一般地，相位偏置控制单元可以与调制器相连，用以调整调制器的相位偏置工作点。光功率控制单元可以与可调光衰减器相连的衰减值，通过控制可调光衰减器的衰减值达到调整输出光信号功率的目的。

上述设备可以是PM-QPSK发射机、掺饵光纤放大器、PM-16QAM发射机等。更具体地：

如图6所示，PM-QPSK发射机中，在用于实现100Gbit/s高速光传输装置的光发送器中，使用马赫-曾德尔型调制器的发送器是基于PM-QPSK调制装置的发送器，是使用两个QPSK调制装置，其调制方式是利用驱动电压-光强度特性的峰值、谷值以及峰值，来以振幅为2Vπ(Vπ表示将调制器的相位改变π的电压)的电信号进行调制。其中，调制器的偏置电压控制使用导频信号加直流量的方法。

该调制器802的光输入以可调谐激光器ITLA801作为光源，ITLA发出的连续波长光信号由调制器802进行调制，形成光PM-QPSK调制格式的光输出信号 (其输出为平均光功率)。该调制器的数据输入是从PM-QPSK信号源输出的4路信号经由驱动器放大后，从而驱动调制器802。

调制器802的输出经调制光信号以后，经外部的光功率的检测装置803，该光功率的检测装置可以是本实用新型任一实施例提供的光功率的检测装置，光功率的检测装置803把调制的光信号分成两路，即第一光信号和第二光信号，第二光信号作为主输出信号接入光功率的检测装置803的输出端口，也即是100G 网络侧光输出端口；另外一路接入光电管，光电管和电放大模块在微型屏蔽器内，将输入的光信号转换为光电流，再转换放大为电压信号。这个电压信号的幅度和光功率的检测装置803总输入光信号功率成比例关系，可以反映总输入光功率的大小，由此可以控制可调光衰减器的衰减值，达到调整输出光信号功率的目的。

同时，光功率的检测装置803中电放大模块的输出被送到相位偏置控制单元804，用以调整调制器的相位偏置工作点。

如图6所示，在掺饵光纤放大器中包括：光隔离器Isolator901、905、911、 915；980nm/1550nm波分复用器WDM902、9012；980nm泵浦激光器903、913；掺饵光纤904、914、可变光衰减器906、916、光功率的检测装置908、光功率控制单元907和MCU单元909。光隔离器901、波分复用器902、掺饵光纤904、光隔离器905、可变光衰减器906、光功率检测装置908依次相连，泵浦激光器 903与波分复用器902相并联，用于向掺饵光纤904发出能量；光功率控制单元 907与光功率检测装置908的输出端相连；还与MCU单元909相连。光隔离器 911、波分复用器912、掺饵光纤914、光隔离器915、可变光衰减器916、光功率检测装置908依次相连，泵浦激光器913与波分复用器912相并联，用于向掺饵光纤914发出能量；光功率控制单元917与光功率检测装置908的输出端相连；还与MCU单元909相连。在实际使用中，输入的两路光信号，一路经由光隔离器901、波分复用器902、掺饵光纤904、光隔离器905、可变光衰减器 906到达光功率检测装置908，另一路经由光隔离器911、波分复用器912、掺饵光纤914、光隔离器915、可变光衰减器916到达光功率检测装置908。

本实施例中，1550nm光信号从输入端口加入，在掺饵光纤中收到980nm泵浦激光器的能量，产生受激辐射，输出功率增强的1550nm光信号。

光功率的检测装置906分出一部分光信号，用于光信号强度的检测，另外的部分接入输出端口，用于光信号的传输。光功率的检测装置906检测的光信号转换成电信号后，输入光功率控制单元907、917，作为负反馈信号去控制可变光衰减器906、916，以输出符合要求的光信号强度。

具体掺饵光纤放大器的工作原理和控制装置可参考相关文章。光功率的检测装置908为本实用新型任一实施例提供的光功率的检测装置，此处不再详述。

如图7所示，在200G PM-16QAM发射机中，调制器113的光输入以可调谐激光器ITLA111作为光源，ITLA发出的连续波长光信号由调制器113进行调制，形成光16QAM调制格式的光输出信号(其输出为平均光功率)。该调制器113 的数据输入是从双通道4路信号源输出的信号经由驱动器112放大后，从而驱动调制器113。

调制器113的输出经调制光信号以后，经可变光衰减器114进入外部的光功率的检测装置115，光功率的检测装置115把调制的光信号分成两路，一路作为主输出信号接入光功率的检测装置115的输出端口，也即是200G网络侧光输出端口；另外一路接入光电管，光电管和电放大模块在微型屏蔽器内，将输入的光信号转换为光电流，再转换放大为电压信号。这个电压信号的幅度和光功率的检测装置115总输入光信号功率成比例关系，可以反映总输入光功率的大小，输出至光功率控制单元116可以控制可调光衰减器114的衰减值，达到调整输出光信号功率的目的。

同时，光功率的检测装置115中电放大模块的输出被送到相位偏置控制单元117，用以调整调制器的相位偏置工作点。

本实用新型提供一种的光功率的检测装置及设备，将光电管与电放大模块封装在微型屏蔽器，可以保护光电管和电放大模块的信号免受外部干扰，有效节约了外置屏蔽罩的物料成本和人工焊接安装成本。本实用新型将分光器与光电管和电放大模块集成在一块，提高了灵敏度、集成度，减少了器件个数，为 PCB布局和布线带来了便利。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本实用新型的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种光功率的检测装置，其特征在于，包括：

分光器，用于将输入的光信号按预设的固定比例分成第一光信号与第二光信号；

光电管，与所述分光器的第一光信号的输出端相连，用于接收所述分光单元输出的第一光信号，并将所述第一光信号转换成电流信号；

电放大模块，与所述光电管的电流信号的输出端相连，用于接收所述光电管单元输出的电流信号，并将所述电流信号转换成电压信号，并对所述电压信号进行增益处理后输出；

微型屏蔽器，用于封装所述光电管和所述电放大模块。

2.根据权利要求1所述的光功率的检测装置，其特征在于，所述光电管采用反向偏置。

3.根据权利要求1所述的光功率的检测装置，其特征在于，所述电放大模块包括：

PDA管脚，与所述光电管的正极相连；

前级放大器，与所述PDA管脚相连，用于通过反馈电阻将电流信号转换为电压信号；

后级放大器，与所述前级放大器相连，用于将经由所述前级放大器转换的电压信号进行增益处理。

4.根据权利要求3所述的光功率的检测装置，其特征在于，所述电放大模块还包括：低频反馈环路单元，与所述后级放大器相连，用于消除输入信号的直流信号分量。

5.根据权利要求4所述的光功率的检测装置，其特征在于，所述电放大模块还包括：接收信号强度指示单元，与所述低频反馈环路单元相连。

6.根据权利要求4所述的光功率的检测装置，其特征在于，所述电放大模块还包括：电源，与所述前级放大器及所述光电管的负极相连。

7.根据权利要求1所述的光功率的检测装置，其特征在于，所述微型屏蔽器上设有用于传输光通信通孔以及电通信通孔。

8.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一所述的光功率的检测装置以及相位偏差控制单元或光功率控制单元中的至少一个；其中：

所述相位偏差控制单元，与所述光功率的检测装置相连，用于接收所述光功率的检测装置输出的电压信号，以调整调制器的相位偏置工作点；

所述光功率控制单元，与所述光功率的检测装置相连，用于接收所述光功率的检测装置输出的电压信号，以调整输出光信号功率。