本發(fā)明涉及計算機技術領域，尤其涉及一種半導體光放大器(soa)裝置和操作方法。

背景技術：

在當今的無源光網絡(passiveopticalnetwork，pon)及光纖入戶網絡(fiber-to-the-home，ftth)中，光放大器將被廣泛地應用以延長傳輸距離并擴大功率分光比。由于可調諧激光源的輸出功率低和外部調制帶來的插入損耗，需要在下行方向傳輸信號之前將進行信號放大。另一方面，由于長距離無源傳輸和高分光比，導致上行的接收信號功率可能非常低。在這樣的情況下，需要進行信號預放大來實現在中心站(centraloffice，co)的無誤碼接收。此外一些研究組織和網絡運營商正在討論并提議進一步延長光接入網的傳輸距離和擴展分光比，其傳輸距離將延至100公里，分光比高達1:256甚至1:1024。為了實現長距離光網絡傳輸，系統(tǒng)損耗預算將大幅增加。

在所有光放大器中，半導體光放大器(semiconductoropticalamplifier，soa)將成為最有潛力的候選，從而增加同一co業(yè)務的客戶數量及傳輸距離，這是由于其偏振不敏感的增益特性，較低的成本，較低的噪聲系數和較高的增益。此外soa超寬的增益譜區(qū)間(1280nm到1650nm)使得其相對于傳統(tǒng)的光纖放大器(erbiumdopedfiberamplifiers，edfas)更具有吸引力。然而，對于soa的性能要求是具有挑戰(zhàn)性的，尤其是在上行傳輸方向。各個用戶的地理位置的差異和多級非對稱分光器的網絡架構導致了各個用戶產生不同的路徑損耗，使得輸入至soa的信號功率變化較大。這就需要soa具有很高的輸入功率動態(tài)范圍(inputpowerdynamicsrange，ipdr)或很寬的線性區(qū)間來實現 無失真放大。ipdr的定義為在確保soa放大過程中無信號失真的情況下允許輸入的最大信號功率范圍。圖1示出了基于現有技術的一種soa的結構示意圖，而基于現有技術的soa的線性區(qū)間有限，導致其ipdr一般較小。

一種現有的提高soa的線性區(qū)間的方式是采用線性光放大器(linearopticalamplifier，loa)。loa和soa都是半導體器件，因此，具有體積小，利于集成和超寬增益譜等優(yōu)點。由于loa具有諸如超線性放大增益，高飽和輸出、低串擾、低噪聲和寬帶增益箝制等巨大優(yōu)勢，其可應用于波分復用(wavelengthdivisionmultiplexing，wdm)網絡，尤其是對于多通道信號同時放大。

loa相對于soa一個明顯區(qū)別在于loa內部需要集成一個垂直腔激光器(vertical-cavitysurface-emittinglaser，vcsel)以提供恒定的放大增益，并抑制激光器腔內的增益競爭。由于vcsel的光輸出方向和soa內光傳播路徑垂直，vcsel和soa的光場相互正交并相互解耦。因此無須從soa輸出端過濾來自vcsel的光源。

然而，loa采用增益箝制機制，導致loa的線性增益比soa明顯降低。若想要進一步地增加loa的線性區(qū)間就必須以降低線性增益作為代價。此外在c+l波段制造高性能的vcsel的難度尚大，從而導致提高loa的功率穩(wěn)定性成為目前的一個技術瓶頸。與soa相比，制造loa的成本更高且制造過程更為復雜。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種半導體光放大器(soa)裝置和操作soa裝置的方法。

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導體光放大器(soa)裝置，包括：

光檢測裝置，用于測量輸入到所述半導體光放大器的光信號的功率；

控制裝置，用于基于所述光檢測器所測量的功率將多路電流分別注入到各個驅動電極；

半導體光放大器，具有上層半導體襯底和下層半導體襯底，所述上層半導體襯底和下層半導體中間具有半導體波導層，并且有多個驅動電極位于所述上層半導體襯底的表面上，所述多個驅動電極沿著光放大器波導層中的光傳播方向延伸。

根據本發(fā)明的一個方面，還提供了一種操作soa裝置的方法，其中，所述方法包括以下步驟：

a檢測輸入到soa裝置的光信號的功率，所述soa裝置具有多個半導體光放大區(qū)域和多個驅動電極，每個半導體光放大區(qū)域與多個驅動電極中的相應的一個驅動電極相連接，以接收來自該驅動電極的驅動電流。

b基于所檢測的輸入光信號的功率，調節(jié)分別通過所述多個驅動電極注入到所述多個半導體光放大區(qū)域的多個電流大小。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：通過調節(jié)注入至半導體的光放大器的各個驅動電極的電流大小，與一般的具有一個驅動電極的soa裝置相比，根據本發(fā)明的方案能夠增加soa的線性放大區(qū)間，從而在更大的接收功率范圍內進行無誤碼的信號放大，進一步避免信號傳輸的失真。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1示出了基于現有技術的一種soa的結構示意圖；

圖2示出了根據本發(fā)明的一種半導體光放大器(soa)裝置的結構示意圖；

圖3示出了根據本發(fā)明的一個實施例的半導體光放大器的結構示意圖；

圖4示出了根據本發(fā)明的一個實施例的soa裝置的結構示意圖；

圖5示出了根據本發(fā)明的一種操作soa裝置的方法示意圖；

圖6示出了根據本發(fā)明的一個示例性的無源光網絡示意圖。

附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

圖2示出了根據本發(fā)明的一種半導體光放大器(soa)裝置的結構示意圖。根據本發(fā)明的soa裝置包括光檢測裝置1、控制裝置2和半導體光放大器3。

其中，所述光檢測裝置1用于測量輸入到所述半導體光放大器的光信號的功率；

優(yōu)選地，所述光檢測裝置1包括光電二極管或光電晶體管，用于接收所述光信號的一部分。

其中，所述控制裝置2用于基于所述光檢測器所測量的功率將多路電流分別注入到各個驅動電極。

具體地，所述控制裝置2可將來自光檢測裝置1的電流分為多路電流將該多路電流分別注入到各個驅動電極。并且，所述控制裝置2可調節(jié)每個注入到驅動電極的注入電流的大小。

其中，本領域技術人員應可根據實際情況和需要，來確定實現所述控制裝置所需要采用的一項或多項元器件，此處不再贅述。

其中，所述半導體光放大器3具有上層半導體襯底和下層半導體襯底，所述上層半導體襯底和下層半導體襯底中間具有半導體波導層，并且有多個驅動電極位于所述上層半導體襯底的表面上，所述多個驅動電極沿著光放大器波導層中的光傳播方向延伸。

優(yōu)選地，所述半導體光放大器3還包括絕緣區(qū)域，所述絕緣區(qū)域位于所述上層半導體襯底的表面上，并且，所述絕緣區(qū)域的一部分位于所述多個驅動電極的相鄰邊緣之間。

其中，所述絕緣區(qū)域可采用各種電工絕緣材料而形成。

優(yōu)選地，在所述多個驅動電極的下面和各個驅動電極之間，所述光放大器波導層不具有橫向于所述光傳播方向的光接口。

例如，參照圖3所示的根據本發(fā)明的一個實施例的半導體光放大 器，該半導體光放大器的襯底包括上層覆蓋層和下層覆蓋層，光放大器波導層位于在上層覆蓋層和下層覆蓋層之間，并且，在該半導體光放大器的上層覆蓋層的表面有兩個電極,在該兩個電極之間有二氧化硅材料的隔離層，以形成絕緣區(qū)域。

需要說明的是，根據本發(fā)明的半導體光放大器3可具有兩個以上的驅動電極，而不僅限于圖3所示的兩個驅動電極。

優(yōu)選地，根據本發(fā)明的soa裝置還包括光分離裝置和延時裝置。

其中，所述光分離裝置用于將所述光信號的一部分傳輸至所述光檢測器并將所述光信號的一部分傳輸至所述半導體放大器。

其中，所述光分離裝置可采用諸如光耦合器或光分離器等可用于對輸入光信號進行分離的器件來實現。

其中，所述延時裝置被放置于所述光分離器與所述半導體光放大器的輸入端之間。

優(yōu)選地，所述延時裝置包括各種可用于將所述校正信號延遲一段時間的裝置，例如，一段合適長度的光纖延遲線，或者可使得信號延遲的光器件。

例如，參照4圖所示的根據本發(fā)明的一個實施例的soa裝置，該soa裝置包括半導體光放大器amp_1，耦合器coupler_1，光電二極管pd_1和控制器con_1，并且，在耦合器coupler_1和半導體光放大器amp_1之間有一段延遲線。其中，半導體光放大器amp_1的半導體襯底的表面上有兩個驅動電極electrode_1和electrode_2，該兩個驅動電極沿光傳播方向的長度相等。

其中，輸入光信號經由耦合器coupler_1和延遲線傳輸至光放大器amp_1，并通過光放大器amp_1進行放大后輸出。

其中，光耦合器coupler_1將輸入光信號中的一部分傳輸至光電二極管pd_1。光耦合器coupler_1將輸入光信號的其余部分傳輸至半導體放大器amp_1。

其中，光電二極管pd_1接收來自分離器coupler_1的一部分光信號并進行測量。

其中，所述控制器controller_1接收來自光電二極管pd_1的信號，并根據接收的信號功率強度分為兩路分別注入到驅動電極electrode_1和electrode_2，并且，控制器controller_1可基于光電二極管pd_1所測量的功率來分別調節(jié)注入到該驅動電極electrode_1和electrode_2的電流大小。

根據本發(fā)明的方案，通過調節(jié)注入至半導體的光放大器的各個驅動電極的電流大小，與一般的具有一個驅動電極的soa裝置相比，根據本發(fā)明的方案能夠增soa的線性放大區(qū)間，從而在更大的接收功率范圍內進行無誤碼的信號放大，進一步避免信號傳輸的失真。

圖5示意出了根據本發(fā)明的一種操作soa裝置的方法示意圖。根據本發(fā)明的方法包括步驟s1和步驟s2。

在步驟s1中，光檢測裝置1檢測輸入到soa裝置的光信號的功率。

所述soa裝置具有多個半導體光放大區(qū)域和多個驅動電極，每個半導體光放大區(qū)域與多個驅動電極中的相應的一個驅動電極相連接，以接收來自該驅動電極的驅動電流。

其中，每個放大區(qū)域分別接收來自各自對應的驅動電極的驅動電流以實現不同的放大增益，并且，每個放大區(qū)域被連接，以確保光信號傳輸順暢。

在步驟s2中，控制裝置2基于所檢測的輸入光信號的功率，調節(jié)通過所述多個驅動電極注入到所述多個半導體光放大區(qū)域的電流大小。

具體地，控制裝置2可基于所檢測的輸入光信號的功率，并基于預定的光信號的功率和各個驅動電極的注入電流大小的對應關系，來調節(jié)通過所述多個驅動電極注入到所述多個半導體光放大區(qū)域的電流大小。

優(yōu)選地，響應于所檢測的功率小于預定閾值，控制裝置3調節(jié)一個或多個注入電流大小，使得各個驅動電極的注入電流的比值為第一比值；響應于所檢測的功率大于或等于預定閾值，控制裝置3調節(jié)一個或多個注入電流大小，使得各個驅動電極的注入電流的比值為第二比值。

例如，參照圖4所示的soa裝置，用于操作該soa裝置的規(guī)則指示：如果輸入光信號的功率值小于閾值pth，則調節(jié)注入到electrode_1 和electrode_2的電流大小，使得electrode_1和electrode_2對應的電流密度之比為1:1；否則調節(jié)注入到electrode_1和electrode_2的電流大小，使得electrode_1和electrode_2對應的注入電流密度之比為0.67:1。

由于兩個驅動電極electrode_1和electrode_2的體積相等，則分別注入到electrode_1和electrode_2的電流i1和i2的比值等于electrode_1和electrode_2的注入電流密度的比值。

基于該規(guī)則，如果pd_1所檢測的輸入光信號的功率值小于閾值pth，則控制器controller_1調節(jié)注入電流i1和i2的大小，使得i1:i2等于1:1。如果pd_1所檢測的輸入光信號的功率值大于或等于閾值pth，則控制器controller_1調節(jié)注入電流i1和i2的大小，使得i1:i2等于0.67:1。

根據本發(fā)明的方法，通過調節(jié)注入至半導體的光放大器的各個驅動電極的電流大小，與一般的具有一個驅動電極的soa裝置相比，根據本發(fā)明的方法能夠增加soa的線性放大區(qū)間，從而在更大的接收功率范圍內進行無誤碼的信號放大，進一步避免信號傳輸的失真。

圖6示出了根據本發(fā)明的一個示例性的無源光網絡示意圖。

參照圖6，該無源光網絡包括中繼節(jié)點，n個光網絡單元(onu_1至onu_n)，兩個分離器spliter_1和spliter_2，其中spliter_1是一進四出，spliter_2是一進十六出。其中，該中繼節(jié)點中包含如圖4所示的soa裝置。

其中，onu_1與分離器spliter_1相連接，onu_2至onu_n與spliter_2相連接，并經由分離器spliter_2與spliter_1相連接，其中，onu_1與spliter_1相距20千米，onu_2與spliter_1相距20千米，spliter_2與spliter_1之間的距離小于100米。

其中，onu_1和onu_2向中繼節(jié)點傳輸數據時，假設所有光網絡單元的激光發(fā)射器的輸出功率均為0dbm，onu_1和onu_2各自的總功率損失和到達soa裝置輸入端的接收功率如下表1所示：

表1

基于上表1，onu_1和onu_2的總的ipdr為12db。對來自onu_1的信號進行放大時，soa裝置中的控制器調節(jié)注入電流i1和i2的大小，使得i1:i2等于0.67:1。對來自onu_2的信號進行放大時，控制器調節(jié)注入電流i1和i2的大小，使得i1:i2等于1:1，從而保證來自onu_1和onu_2的信號都在線性區(qū)間中被放大。而如果使用一般的具有一個驅動電極的soa裝置對來自onu_1的信號進行放大時則可能發(fā)生信號失真，因為對于該一個驅動電極的soa，可允許的最大輸入光功率是-11db。

根據本發(fā)明的soa裝置可置于多個網絡節(jié)點，例如，在co中作為下行信號功率增強裝置或上行信號預放大裝置，或者在中繼節(jié)點(remotenode，rn)中作為傳輸距離擴展裝置等等。本領域技術人可根據實際需求，將根據本發(fā)明的soa裝置部署到合適的網絡節(jié)點中。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化涵括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除復數。系統(tǒng)權利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。