專利名稱：一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)及電子工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對帶雪崩光電二極管輸入光 功率監(jiān)控的方法及裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的光接收機對其APD雪崩光電二極管的輸入光功率監(jiān)控方法，是用高壓電源 的電流監(jiān)控器芯片來測量流過雪崩光電二極管上的光電流Iapd，即電流監(jiān)控器芯片輸出光 電流Iapd的鏡像電流Iapdl，然后用一個ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣鏡像電流Iapdl并轉(zhuǎn)換成數(shù) 字量。在不同輸入光功率情況下，通過采樣不同的流過雪崩光電二極管上的光電流Iapd的 值A(chǔ)DC_Iapd，形成一個曲線圖，如圖1，其中橫軸是Iapd的12位ADC的采樣值，縱軸是以uW 為單位的輸入光功率值?；谶@個曲線圖，用最小二乘法可以擬合并得到下面的四次多項 式的參數(shù)a、b、c、d、e，如Pinput(uff) = a*ADC_Iapd 八 4+b*ADC_Iapd 八 3+c*ADC_Iapd 八 2+d*ADC_Iapd 八 1+e ；那么如果采樣到一個實時值A(chǔ)DC_Iapd，帶入上述的擬合公式，則可得到實時的輸 入光功率值。但是因為雪崩光電二極管對Vapd偏置電壓和環(huán)境溫度這幾個外部環(huán)境因素 很敏感，已知雪崩光電二極管在同一個輸入光功率值但不同Vapd偏置電壓情況下輸出的 Iapd光電流有差異，雪崩光電二極管在同一個輸入光功率值同一 Vapd偏置電壓但不同溫 度情況下輸出的Iapd光電流也有差異，并且雪崩光電二極管在同一 Vapd偏置電壓同一溫 度情況下輸出的Iapd光電流值和其輸入光功率值是非線性關(guān)系需要用復(fù)雜的公式才能把 Iapd光電流值(實際是鏡像電流Iapdl的數(shù)字量)折算成輸入光功率值。所以傳統(tǒng)的帶雪 崩光電二極管的輸入光功率監(jiān)控精度，按SFF-8472協(xié)議，結(jié)合實際批量生產(chǎn)的測試數(shù)據(jù)， 在0攝氏度到70攝氏度的商業(yè)溫度范圍內(nèi)，誤差也只能控制在+/_3dB，3dB則意味著監(jiān)控 量和實際值相差了一半，這對光通信系統(tǒng)而言是一個幾乎無法容忍的誤差。傳統(tǒng)的光接收機對其PIN線性光電二極管的輸入光功率監(jiān)控方法，是直接用一個 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器去采樣流經(jīng)線性光電二極管的光電流Ipd并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在不同輸入光 功率情況下，通過采樣不同的流過線性光電二極管上的光電流Ipd的值A(chǔ)DC_Ipd，形成一個 曲線圖，如圖2，其中橫軸是Ipd的12位ADC的采樣值，縱軸是以uW為單位的輸入光功率 值?；谶@個曲線圖，任取兩點數(shù)據(jù)帶入一個二元一次方程組即可計算并得到下面的線性 公式的參數(shù)K和B，如Pinput (uff) = K*ADC_Ipd+B ；那么如果采樣到一個實時值A(chǔ)DC_Ipd，帶入上述的擬合公式，則可得到實時的輸入 光功率值。因為線性光電二極管的特性就決定了該光電流值的特性，即只要輸入光信號強 度一定，對Vcc偏置電壓和環(huán)境溫度這幾個外部環(huán)境因素都不敏感，這樣就不用對偏置電 壓和溫度做補償，而僅需用一個簡單的線性公式就能把Ipd光電流值(實際是Ipd的數(shù)字 量)折算成輸入光功率。結(jié)合實際批量生產(chǎn)的測試數(shù)據(jù)，在0攝氏度到70攝氏度的商業(yè)溫
4度范圍內(nèi)，誤差能控制在+/-ldB。隨著2000年以來FTTH光無源網(wǎng)絡(luò)的全球應(yīng)用，基于PLC即平面光波導(dǎo)技術(shù)的光 分路器在技術(shù)上和商業(yè)上已經(jīng)取得了巨大成功。PLC分路器芯片可以在硅基二氧化硅波導(dǎo) 或者玻璃波導(dǎo)上制作，后者因設(shè)備成本低、耦合損耗小、以及體積小易于集成的優(yōu)點，占領(lǐng) 了絕大部分分路器市場。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法及裝置， 降低光接收機中對原有雪崩光電二極管的輸入光功率的監(jiān)控系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度，提高 對輸入光功率的監(jiān)控精度。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法， 包括如下步驟使用平面光波導(dǎo)分路器將接收到的輸入光分成第一路輸入光和第二路輸入光；該 第一路輸入光輸入到雪崩光電二極管，該第二路輸入光輸入到線性光電二極管；測量該線 性光電二極管的輸出電流；根據(jù)測得的該線性光電二極管的輸出電流以及該線性光電二極 管與該輸出光功率之間的線性關(guān)系，計算出待測輸入光功率。測量該線性光電二極管的輸出電流的方法，為在該線性光電二極管的負極連接固 定的偏置電壓Vcc，在該線性光電二極管的正極連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用該模數(shù)轉(zhuǎn)換器測得該線 性光電二極管的輸出電流。該線性光電二極管與該輸出光功率之間的線性關(guān)系可以使用以下方法獲得輸入 特定的輸入光功率一，得到對應(yīng)的該線性光電二極管的輸出電流一；輸入特定的輸入光功 率二，得到對應(yīng)的該線性光電二極管的輸出電流二 ；根據(jù)該輸入光功率一、輸入光功率二、 輸出電流一、輸出電流二，使用線性方程得到該輸入光功率與該線性光電二極管的輸出電 流的關(guān)系。該第一路輸入光的光功率大于該第二路輸入光的光功率。該的光波導(dǎo)分路器可以是將90%的光功率分配至該雪崩光電二極管，其余的光功 率分配至該線性光電二極管。該的光波導(dǎo)分路器可以是將95%的光功率分配至該雪崩光電 二極管，其余的光功率分配至該線性光電二極管。本發(fā)明還提供一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置，包括如下部分 一個雪崩光電二極管(APD)；—個平面光波導(dǎo)分路器(PLC SPITTER)；一個線性光電二極 管(PD)；—個模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片；一個微處理器；該雪崩光電二極管的負極連接到應(yīng)用系統(tǒng)的 Vapd偏置電壓輸入端；該線性光電二極管的負極連接到該應(yīng)用系統(tǒng)的Vcc偏置電壓輸入 端；該線性光電二極管的正極連接到該應(yīng)用系統(tǒng)的Ipd光電流輸出端；該輸入光信號通過 該平面光波導(dǎo)分路器分別進入該雪崩光電二極管和該線性光電二極管。該雪崩光電二極管的正極還可以連接一個跨阻放大器。該進入雪崩光電二極管的光信號的光功率大于進入該線性光電二極管的光信號 的光功率。該的光波導(dǎo)分路器可以是將90%的光功率分配至該雪崩光電二極管，其余的光功 率分配至該線性光電二極管。該的光波導(dǎo)分路器可以是將95%的光功率分配至該雪崩光電二極管，其余的光功率分配至該線性光電二極管。本發(fā)明的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法及裝置不需要性能和成本 較高的專用芯片，而且由于線性光電二極管是線性的，僅需一個簡單的線性公式運算，同時 無需考慮對環(huán)境溫度和偏壓進行補償，這對系統(tǒng)上的微處理器的計算能力沒有特殊要求， 即可選用更低成本的微處理器。


圖1是傳統(tǒng)的對雪崩光電二極管的輸入光功率監(jiān)控的曲線圖；圖2是傳統(tǒng)的對線性光電二極管的輸入光功率監(jiān)控的曲線圖；圖3是傳統(tǒng)的對帶雪崩光電二極管的輸入光功率監(jiān)控的系統(tǒng)連接示意圖；圖4是本發(fā)明的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置示意圖；圖5是本發(fā)明具體實施方式
中對輸入光功率監(jiān)控的曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖3是傳統(tǒng)的對帶雪崩光電二極管的輸入光功率監(jiān)控的系統(tǒng)連接示意圖。圖4是 本發(fā)明的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置示意圖。本發(fā)明的對帶雪崩光電二極 管輸入光功率監(jiān)控的裝置除了少了 一顆高壓電源的電流監(jiān)控器芯片，其系統(tǒng)連接方式和傳 統(tǒng)的連接方式非常近似。如圖4所示，本發(fā)明是一個新型接收機光學(xué)組件(R0SA)，所述新型 接收機光學(xué)組件進一步包括一個雪崩光電二極管(APD)，一個跨阻放大器(可選)，一個平 面光波導(dǎo)分路器(PLC SPITTER)，一個線性光電二極管(PD)。所述平面光波導(dǎo)分路器將接 收到輸入光分成兩路，一路大光功率的光分配到所述雪崩光電二極管，用于原有的光接收 機應(yīng)用，另一路小光功率的光分配到線性光電二極管，用于提高輸入光功率的監(jiān)控精度。如圖4所示，所述新型接收機光學(xué)組件(ROSA)的電信號連接方式，至少包括一個 雪崩光電二極管負極，連接到應(yīng)用系統(tǒng)的Vapd偏置電壓輸入端；一個雪崩光電二極管正 極，連接到一個跨阻放大器(可選)的輸入端；一個線性光電二極管負極，連接到應(yīng)用系統(tǒng) 的Vcc偏置電壓輸入端；一個線性光電二極管正極，連接到應(yīng)用系統(tǒng)的Ipd光電流輸出端。如圖4所示，輸入光信號通過平面光波導(dǎo)分路器將一路小光功率的光分配到線性 光電二極管，線性光電二極管則將輸出一個和輸入光功率呈線性關(guān)系的Ipd光電流，而且 線性光電二極管的特性就決定了該光電流值的特性，即只要輸入光信號強度一定，在不同 的Vcc偏置電壓和不同的溫度情況下變化都不大，這樣就不用對偏置電壓和溫度做補償， 而僅需用一個簡單的線性公式就能把Ipd光電流值折算成輸入光功率。下面介紹具體的配置和步驟。以支持FTTH千兆以太網(wǎng)應(yīng)用的新型接收機光學(xué)組件(ROSA)為例，采用蝶形封裝 可以使組件體積相對可以做得更大以容下新增的一個平面光波導(dǎo)分路器(PLC SPITTER)和 一個線性光電二極管(PD)，本實施方式的雪崩光電二極管(APD)可以選用美國EMC0RE公司 的APD-TIA集成芯片S609717 ；跨阻放大器(可選)可以選用美國VITESSE公司的VSC7716 芯片；平面光波導(dǎo)分路器(PLC SPITTER)可以選用韓國Wooriro公司的1分2AWG芯片并可 定制成一路分配90 %功率另一路分配10 %或定制成一路分配95 %功率另一路分配5 %等，考慮到平面光波導(dǎo)分路器固有插損(小于0. 5dB)及光路耦合損耗(小于0. 5dB)，所以分配 到雪崩光電二極管(APD)的光功率大小會略低于原輸入光功率值的90%或95%，分配到雪 崩光電二極管(APD)的光功率大小會略低于原輸入光功率值的10%或5% ；—個線性光電 二極管(PD)可以選用韓國Optics公司的P85MB-1001芯片，注意到其響應(yīng)度是0. 5mA/mff ； 系統(tǒng)上的微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以選用美國ADI公司的ADuC7020，注意到其ADC是12 位的具有較高的分辨率即采樣精度。用集成在新型接收機光學(xué)組件(ROSA)內(nèi)部的線性光電二極管來監(jiān)控輸入光功率 的大小，需要事先對一個輸入光功率監(jiān)控的線性公式的參數(shù)K和B進行校準并保存到微處 理器的非易失性存儲器中Pinput = K*ADC_Ipd+B ；其中，Pinput是輸入光功率值，可以用光功率計測量得到，以uW為單位；ADC_Ipd 是ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣線性光電二極管輸出的電流轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。參見圖5，是本發(fā)明具體實施方式
中對輸入光功率監(jiān)控的曲線圖。要得到參數(shù)K和 B，可以先使Pinputl = 520uW，此時微處理將采樣到的Ipd的數(shù)字量ADC_Ipdl = 1012 ；然 后再使Pinput2 = 103luW，此時微處理將采樣到的Ipd的數(shù)字量ADC_Ipd2 = 2000 ；則K=(Pinput2-Pinputl)/(ADC_Ipd2-ADC_Ipdl)= (1031-520)/(2000-1012)= 0. 517B = Pinputl_K*ADC_Ipdl= 520-0. 517*1012=-3.204所以，最終可以在微處理器得到這樣一個線性公式Pinput = 0. 517*ADC_Ipd+(_3. 204)；此后，調(diào)整輸入光功率到400uW，微處理器實測得到的ADC_Ipd = 800，則可折算出 此刻的輸入光功率Pinput = 0. 517*800+(-3. 204)= 410 (uff)那么，監(jiān)控誤差=10*log (400/410) =-0. ldB，遠低于+/_ldB的容差上限，而且由 于線性光電二極管的線性特性，在整個輸入光功率的監(jiān)控動態(tài)范圍內(nèi)(0 2114uW)的監(jiān)控 值的誤差，都將集中在-0. ldB這個量級。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法，其特征在于，包括如下步驟使用平面光波導(dǎo)分路器將接收到的輸入光分成第一路輸入光和第二路輸入光；所述第一路輸入光輸入到雪崩光電二極管，所述第二路輸入光輸入到線性光電二極管；測量所述線性光電二極管的輸出電流；根據(jù)測得的所述線性光電二極管的輸出電流以及所述線性光電二極管與所述輸出光功率之間的線性關(guān)系，計算出待測輸入光功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法，其特征在于， 測量所述線性光電二極管的輸出電流的方法，為在所述線性光電二極管的負 極連接固定的 偏置電壓Vcc，在所述線性光電二極管的正極連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器測得所述 線性光電二極管的輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法，其特征在于， 所述線性光電二極管與所述輸出光功率之間的線性關(guān)系可以使用以下方法獲得輸入特定的輸入光功率一，得到對應(yīng)的所述線性光電二極管的輸出電流一； 輸入特定的輸入光功率二，得到對應(yīng)的所述線性光電二極管的輸出電流二； 根據(jù)所述輸入光功率一、輸入光功率二、輸出電流一、輸出電流二，使用線性方程得到 所述輸入光功率與所述線性光電二極管的輸出電流的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法，其特征在于， 所述第一路輸入光的光功率大于所述第二路輸入光的光功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法，其特征在于， 所述的光波導(dǎo)分路器將90%的光功率分配至所述雪崩光電二極管，其余的光功率分配至所 述線性光電二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法，其特征在于， 所述的光波導(dǎo)分路器將95%的光功率分配至所述雪崩光電二極管，其余的光功率分配至所 述線性光電二極管。
7.一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置，其特征在于，包括如下部分 一個雪崩光電二極管(APD)；一個平面光波導(dǎo)分路器(PLC SPITTER)； 一個線性光電二極管(PD)； 一個模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片； 一個微處理器；所述雪崩光電二極管的負極連接到應(yīng)用系統(tǒng)的Vapd偏置電壓輸入端；所述線性光電 二極管的負極連接到所述應(yīng)用系統(tǒng)的Vcc偏置電壓輸入端；所述線性光電二極管的正極連 接到所述應(yīng)用系統(tǒng)的Ipd光電流輸出端；所述輸入光信號通過所述平面光波導(dǎo)分路器分別 進入所述雪崩光電二極管和所述線性光電二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置，其特征在于， 所述雪崩光電二極管的正極連接一個跨阻放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置，其特征在于， 所述進入雪崩光電二極管的光信號的光功率大于進入所述線性光電二極管的光信號的光功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的裝置，其特征在于， 所述的光波導(dǎo)分路器將90%的光功率分配至所述雪崩光電二極管，其余的光功率分配至所 述線性光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對帶雪崩光電二極管輸入光功率監(jiān)控的方法及裝置，提出一種新型接收機光學(xué)組件(ROSA)，使用平面光波導(dǎo)分路器將接收到的輸入光信號分成兩路，一路大光功率的光分配到光接收機原有的雪崩光電二極管，用于原有的光接收機應(yīng)用，另一路小光功率的光分配到線性光電二極管，用于提高對輸入光功率的監(jiān)控精度。采用本發(fā)明技術(shù)方案，即可降低光接收機中原有雪崩光電二極管的輸入光功率的監(jiān)控系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度，提高對輸入光功率的監(jiān)控精度。
文檔編號G01J1/42GK101871813SQ201010203198
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者劉勇, 張亮, 蔣建明 申請人:成都優(yōu)博創(chuàng)技術(shù)有限公司