WO2019047923A1 - 光功率检测装置和设备 - Google Patents
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Abstract
一种光功率检测装置，包括：分光器（301），其构造为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（302），其与所述分光器（301）的输出端相连，所述光电管（302）构造为将所述第一光信号转换成电流信号；电放大模块（303），其与所述光电管（302）的输出端相连，所述电放大模块（303）构造为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；以及微型屏蔽器（304），其构造为封装所述光电管（302）和所述电放大模块（303）。
Description
本公开涉及(但不限于)光纤装置技术领域。
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单元。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单元。光电探测单元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单元检测的光信号用于负反馈回路，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。需要外置放大器对微弱的电信号进行放大。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，使得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，对外表现为光发射装置故障。
为减弱干扰的影响，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。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供一种光功率检测装置，包括：分光器，其构造为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，其与所述分光器的输出端相连，所述光电管构造为接收所述分光器输出的第一光信号，并将所述第一光信号转换成电流信号；电放大模块，其与所述光电管的输出端相连，所述电放大模块构造为接收所述光电管单元输出的电流信号，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；以及微型屏蔽器，其构造为封装所述光电管和所述电放大模块。
根据本公开的另一个方面，提供一种光功率检测设备，包括根据本公开的光功率检测装置以及相位偏置控制单元和光功率控制单元中的至少一个，其中，所述相位偏置控制单元和所述光功率控制单元分别与所述光功率检测装置相连，并且分别接收所述光功率检测装置输出的电压信号。
附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为根据本公开实施例的光功率检测装置的结构示意图；
图2为根据本公开实施例的光电管的伏安特性曲线；
图3为根据本公开实施例的电放大模块的结构示意图；
图4为根据本公开实施例的光功率检测设备的结构示意图；
图5为包括根据本公开实施例的光功率检测装置的PM-QPSK发射机的结构示意图；
图6为包括根据本公开实施例的光功率检测装置的掺饵光纤放大器的结构示意图；以及
图7为包括根据本公开实施例的光功率检测装置的PM-16QAM发射机的结构示意图。
本公开目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
为了使本公开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，对本公开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公开，并不用于限定本公开。
在后续的描述中，使用诸如“模块”、“部件”或“单元”描述的元件仅为了有利于本公开的说明，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。
图1为根据本公开实施例的光功率检测装置的结构示意图。
如图1所示，根据本公开实施例的光功率检测装置可以包括分光器301、光电管302、电放大模块303和微型屏蔽器304。光电管302和电放大模块303可以集成在一起。
分光器301可以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，并且可以根据需要对比例关系进行调节。当比例关系确定后，可以不再改变，并且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。述第一光信号可以用作光检测支路的输入信号，第二光信号可以供输出使用。
光电管302与分光器301的用于输出第一光信号的输出端相连。光电管302可以接收分光器301输出的第一光信号，并可以将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结型光电二极管可以充分利用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可以封装光电管302和电放大模块303。由于光电管302输出的电流特别微弱，电放大模块303工作在微弱小信号状态，其电流电压转换过程容易受到外界高频信号干扰。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，可以避免外界干扰影响电压信号输出。微型屏蔽器304可以屏蔽外界电磁信号干扰。
图2为根据本公开实施例的光电管的伏安特性曲线。
参照图2，在无光照时，光电管与普通二极管一样，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；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。在反向电压的一定范围内，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5nA。为扩大输入光信号的动态范围，光电管采用反向偏置。
回到图1，电放大模块303与光电管302的输出电流信号的输出端相连，接收光电管302输出的电流信号，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例如可以是圆盘或圆柱状，然而本公开实施例不限于此。在具体实施时，微型屏蔽器304上可以设有光通信通孔以及电通信通孔。光通信通孔用于安装凸透镜或供光纤穿过，从而向光电管302传输第一光信号。光纤可以包括拉锥光纤。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。
图3为根据本公开实施例的电放大模块的结构示意图。
如图3所示，根据本公开实施例的电放大模块303可以包括经由PDA管脚与光电管302的正极相连的前级放大器502以及与前级放大器502相连的后级放大器504。
前级放大器502通过反馈电阻503将光电管302输出的电流信号转换为电压信号。前级放大器502还可以通过改变反馈电阻503的阻值来控制电压信号增益。
在本公开的一个实施例中，可以采用电源经由VCC管脚和电压调节器501为前级放大器502供电，以降低电源噪声干扰。电源还可以经由电压调节器501和PDC管教与光电管302的负极相连。
后级放大器504将经由前级放大器502转换的电压信号进行增 益处理。为提高输入信号的动态范围并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(AGC)单元来处理。
在本公开的一个实施例中，电放大模块303还可以包括低频反馈环路单元505和与低频反馈环路单元505相连的接收信号强度指示(RSSI)单元506。低频反馈环路单元505与后级放大器504相连，用于消除电放大模块303的输入信号的直流信号分量。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输出。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。
图4为根据本公开实施例的光功率检测设备的结构示意图。
如图4所示，根据本公开实施的光功率检测设备可以包括根据本公开各实施例的光功率检测装置700以及相位偏置控制单元701和光功率控制单元702中的至少一个。相位偏置控制单元701和光功率控制单元702分别与光功率检测装置700相连，并且分别接收所述光功率检测装置输出的电压信号。
通常，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，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。
根据本公开实施例的光功率检测装置可以应用于PM-QPSK发射机、掺饵光纤放大器、PM-16QAM发射机等。
图5为包括根据本公开实施例的光功率检测装置的PM-QPSK发射机的结构示意图。
如图5所示，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。使用导频信号加直流量的方式控制调制器802的偏置电压。
调制器802的光输入以可调谐激光器(ITLA)801作为光源，ITLA801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。调制器802的数据输入是从PM-QPSK信号源(图中未示出)输出的4路信号。
调制器802输出的经调制的光信号输入到光功率检测装置803。 光功率检测装置803可以是根据本公开各实施例的光功率检测装置。光功率检测装置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检测装置803的输出端口，即，100G网络侧光输出端口。第一光信号接入光电管302，光电管302和电放大模块303在微型屏蔽器304内(参见图1)，将输入的光信号转换为光电流，再转换为电压信号并放大。这个电压信号的幅度和光功率检测装置803总输入光信号的功率成比例关系，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。光功率检测装置803中的电放大模块303的输出被送到相位偏置控制单元804，以调整调制器802的相位偏置工作点。
图6为包括根据本公开实施例的光功率检测装置的掺饵光纤放大器的结构示意图。
如图6所示，在掺饵光纤放大器中包括：光隔离器901、905、911、915；980nm/1550nm波分复用器902、912；980nm泵浦激光器903、913；掺饵光纤904、914、可变光衰减器906、916、光功率检测装置908、光功率控制单元907和微控制单元(MCU)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相连，用于向掺饵光纤904发出能量。光功率控制单元907分别连接至光功率检测装置908的输出端和MCU 909。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相连，用于向掺饵光纤914发出能量。光功率控制单元917分别连接至光功率检测装置908的输出和MCU 909。在实际使用中，输入的两路光信号，一路光信号经由光隔离器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，另一路光信号经由光隔离器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。
光功率检测装置908分出一部分光信号，用于光信号强度的检测，另外的光信号部分接入输出端口，用于光信号的传输。光功率检测装置908检测的光信号被转换成电信号后，输入到光功率控制单元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。
光功率检测装置908可以为根据本公开各实施例的光功率检测装置。
图7为包括根据本公开实施例的光功率检测装置的PM-16QAM发射机的结构示意图。
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ITLA 111作为光源。ITLA 111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。调制器113的数据输入是从双通道4路信号源(图中未示出)输出的信号经由驱动器112放大后的信号。
调制器113输出的经调制的光信号经过可调光衰减器114进入光功率检测装置115。光功率检测装置115把调制的光信号分成两路，一路光信号作为主输出信号接入光功率检测装置115的输出端口，即，200G网络侧光输出端口；另一路光信号接入光电管302，光电管320和电放大模块303在微型屏蔽器304内(参见图1)，将输入的光信号转换为光电流，再转换为电压信号并放大。这个电压信号的幅度和光功率检测装置115总输入光信号的功率成比例关系，可以反映总输入光功率的大小。这个电压信号输出至光功率控制单元116，由此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。此外，光功率检测装置115中电放大模块303的输出被送到相位偏置控制单元117，以调整调制器113的相位偏置工作点。
本公开提供了一种光功率检测装置，将光电管与电放大模块封装在微型屏蔽器内，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。本公开将分 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，为布局和布线带来了便利。
以上参照附图说明了本公开的实施例，并非因此局限本公开的权利范围。本领域技术人员不脱离本公开的范围和实质，可以有多种变型方案实现本公开，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。凡在运用本公开的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本公开的权利范围之内。
Claims (8)
- 一种光功率检测装置，包括：分光器，其构造为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，其与所述分光器的输出端相连，所述光电管构造为接收所述分光器输出的第一光信号，并将所述第一光信号转换成电流信号；电放大模块，其与所述光电管的输出端相连，所述电放大模块构造为接收所述光电管单元输出的电流信号，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；以及微型屏蔽器，其构造为封装所述光电管和所述电放大模块。
- 根据权利要求1所述的光功率检测装置，其中，所述光电管采用反向偏置。
- 根据权利要求1所述的光功率检测装置，其中，所述电放大模块包括：前级放大器，其与所述光电管的正极相连，所述前级放大器构造为通过反馈电阻将电流信号转换为电压信号；以及后级放大器，其与所述前级放大器相连，所述后级放大器构造为将经由所述前级放大器转换的电压信号进行增益处理。
- 根据权利要求3所述的光功率检测装置，其中，所述电放大模块还包括：低频反馈环路单元，其与所述后级放大器相连，所述低频反馈环路单元构造为消除所述电放大模块的输入信号的直流信号分量。
- 根据权利要求4所述的光功率检测装置，其中，所述电放大模块还包括：接收信号强度指示单元，其与所述低频反馈环路单元相连。
- 根据权利要求3所述的光功率检测装置，其中，所述电放大模块还包括：电源，其所述前级放大器及所述光电管的负极相连。
- 根据权利要求1所述的光功率检测装置，其中，所述微型屏蔽器上设有光通信通孔以及电通信通孔。
- 一种光功率检测设备，包括根据权利要求1至7中任一所述的光功率检测装置，所述光功率检测设备还包括相位偏置控制单元和光功率控制单元中的至少一个，其中，所述相位偏置控制单元和所述光功率控制单元分别与所述光功率检测装置相连，并且分别接收所述光功率检测装置输出的电压信号。
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