[发明专利]具有在温度变化时稳定雪崩光电二极管增益的扩展范围的现场功率监控器

说明书

发明领域

[0001]本发明通常涉及在线(in-line)功率监控器，更特别地，涉及用于监控诸如雪崩光电二极管(“APD”)的光信号检测器的输入功率的在线功率监控器。通过对输入功率进行在线监控，能够实时地确定和控制光信号检测器的工作参数。例如，当APD的温度变化时，能够控制作为其工作参数的增益。

背景技术

[0002]光接收器通过检测在光通信网络中的光纤电缆上发送的光信号，而使数据的传输更便利。在这样的网络中，光发送器在高频调制光信号，以便使用一个或者多个光波长将它们在光纤上发送。为了接收发送信号，光接收器一般使用雪崩光电二极管(“APD”)来检测光信号。众所周知，APD是具有在内部生成的倍增层的光电二极管，初始光电流的倍增发生在倍增层。然而，APD运行时对噪声和温度变化敏感。这样，测量光电流和调节偏压两者对于确保正常的APD运行来说都是必需的。但是用于光电流测量和偏压调节的传统结构和技术存在多个缺点。

[0003]图1是用于长距离通信的传统配置网络100。通常，光网络包括多个发送器和接收器。为了进行说明，图1中示出表示一个或者多个发送器的多路复用器(“MUX”)106。多路复用器将在光纤108上传输的“n”个不同波长的光信号104合并成调制光信号。表示一个或者多个接收器的解复用器(“DEMUX”)110将之前合并的信号分离成光信号112。为了监控光网络的运行和质量，外部功率监控器120用来测量光信号112的任意给定波长的输入光功率。外部功率监控器120一般放在容纳光接收器器件的机体的外部。这种监控功率的方法的缺点是很明显的。构造包括外部功率监控器120的这种配置100需要另外的外部装置和资源(例如，劳动力、时间、等等)。虽然配置100能够用于准确地测量功率，但是它通常只能使用一次，诸如在光接收器的制造期间。这样，在APD的正常运行期间，尤其当它用于通信网络中时，在线APD增益调节通常是不可行的。配置100的另一缺点是外部功率监控器120引入了导致光路径中信号损失的另外的部件，从而恶化了光功率监控。

[0004]图2A描绘了在内部监控输入光功率的光信号功率监控的方法。在该方法中，在跨阻抗放大器(“TIA”)的输出端执行从测量光电流导出输入光功率。如图所示，结构200包括检测光信号206的APD202、以及根据电压208测量光电流的跨阻抗放大器204。但是这种监控输入光功率的方法有多个缺点。一个缺点是在不干扰主输出信号208的高频特性的情况下，技术上难以进行精确的信号分割。特别地，包括电阻器R和电容器C的元件231和233用来从主输出信号208中分离出部分来形成信号部分209。在该方法中，信号部分209用来测量光功率。但是由于主输出信号208通常处于高频以及高数据传输速率，诸如10Gbps或者更高，因此难以有效地分割用于准确监控功率的信号。图2B示出结构200在监控功率时的另一缺点是，它具有相对高的非线性度，这显著地缩小了监控光功率的总范围。

[0005]图2B是描绘光电流和跨阻抗放大器204(图2A)之间的关系的曲线图250。范围254是非线性范围；光电流的微小的线性变化导致跨阻抗放大器输出的急剧变化。它在跨阻抗放大器204(图2A)通常处于高度饱和的这个范围之内。非线性范围254缩小了高输入光功率值的监控功率的有效范围(例如，-18dBm至-3dBm)。例如，由于我们希望设置报警极限(例如，-3dBm)以保护APD不出现过电流事件，所以范围254致使跨阻抗放大器204(图2A)不可用于检测不安全运行状况。

[0006]图3描绘另一功率监控方法，其中在内部监控功率，更具体地说，在电流到达跨阻抗放大器之前监控功率。为了APD 320容易在内部监控光功率，配置300包括偏压设置电路301、输入级放大器302、电流镜像304、和对数放大器(“log amp”)310。偏压设置电路301在输入级放大器302的输入311生成偏压，输入级放大器302生成输出313以偏置结点303的输入APD电压。不同于图2A和2B中描述的方法，跨阻抗放大器(“TIA”)312仅仅用于放大表示将要传送的数据的电信号；它不用于进行功率监控。但是注意，电流镜像304包括在通向用于功率监控的对数放大器(“log amp”)310的电流测量中。在另一些用于配置300的结构中，电流镜像304包括高压晶体管(“HVTrans”)306。