[发明专利]激光二极管和其他半导体二极管的非线性补偿

说明书

本发明涉及调制半导体二极管，特别是涉及减少半导体二极管光源的非线性失真。

随着对光通信需求的增加，对有着更好性能、更低失真的光通信技术的需求也在增长。

光传输系统的核心在光源，发光二极管(LED)和激光二极管通常为这些系统提供光。然而，这些器件的内在的非线性结电容导致了不希望有的谐波和交互调制，这就引起了失真，降低了产品性能。

在光传输系统中，光源的高线性度和低噪音是关键因素。人们试图通过提高光源制造技术、降低预失真以及使用反馈控制来提高光源的线性度。然而，这些方法导致了成本的增加并且加大了制造工艺的难度。本发明者在一项在先发明(US 4,032,802)中，通过使用二极管的反串联来降低二次和三次失真谐波，从而提高线性度。

本发明利用对半导体二极管的反并联(其中一只二极管反向偏置)，来改进本发明者较早的以反串联结构降低失真的系统，以降低谐波失真并且与反串联系统相比降低了直流消耗，低频噪音和发热。

本发明提供了一个非线性补偿电路，与A.C.信号源一起使用。在一个最优实施例中，该电路包含第一和第二半导体二极管，这两个二极管连接成反并联形式，并且与信号源并联。这些半导体二极管分别有第一和第二电压可变电容特性。一个直流电源电路分别向该第一和第二半导体二极管提供第一和第二偏置电压。通过调节这些半导体的相应的偏置，电路电容也能被调整，以减少不希望有的谐波，提高电路的线性度。

在另一个最优实施例中，第一半导体二极管是一个光源二极管，第二半导体二极管是一个补偿二极管，电源向补偿二极管加反向偏置，同时向光源半导体二极管加正向偏置。这种偏置方式只需要极少的直流功率消耗。而且，电源在电路中只产生极少的热量，避免了与热相关的失真。

在又一个最优实施例中，第一电源向光源半导体二极管提供偏置，同时，第二电源向补偿半导体二极管提供偏置。这种安排同上一实施例中一样，有着低直电耗的优点。并且，第一和第二电源提供相互隔绝的直流偏置分路，能够在不影响光源二极管的性能的情况下，允许对补偿半导体二极管进行独立的偏置调节。

图1是本发明的一个最优实施例的示意图；

图2是半导体二极管的等效电路图；

图3是本发明的一个射频(RF)/交流(A.C.)等效电路图；

图4是本发明的一个直流等效电路图；

图5是本发明的一个第二优选实施例的示意图；和

图6是本发明的一个第三实施例的示意图。

图1示出了本发明光电电路10的一个优选实施例。光源半导体二极管12的正极11与地38连接。光源半导体二极管12的负极13通过第二电容30与补偿半导体二极管14的正极15相连。补偿半导体二极管14的负极17通过第三电容32连接到地38。

图2示出了施加有结电压41的光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14的半导体二极管等效电路40。二极管的键合线导致了第一和第二电感42,44。结电容46取决于结耗尽层的结构。结电阻48代表结电阻和扩散。

再次参见图1，本领域普通技术人员将会看出这种连接是带有A.C.信号源20的光源半导体二极管12与补偿半导体二极管14反向并联，图3示出了光电电路10的交流等效电路50。图3示出的反并联连接方式形成了一个非线性补偿电路(NCN)51。光源半导体二极管12可以是包括，但并不仅限于激光二极管(LD)和发光二极管(LED)的几种之一。补偿半导体二极管14也可以是任何几种形式之一，只要其具有下面讨论到的所需的等效电路。

回到图1，该优选实施例包含一个偏置电路，其包括分立的直流偏置加到光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14上，并且均与A.C.信号源20相隔绝。第一偏置源16为光源半导体二极管12提供直流偏置。第二电容30将第一偏置源16从总电路中隔绝在第二电容30的左边，特别是第二偏置源18的左边。这种隔绝在光电电路10的直等效电路中更易看出，更进一步说，在光源二极管12的直偏置等效电路54(如图4所示)，当中，更易看出。从图4当中可以看出从补偿二极管直偏置等效电路52可知，第二偏置源18为补偿半导体二极管14提供了直流偏置。又回到图1，第二偏置源18为补偿半导体二极管14提供了一个反向偏置，该偏置可以通过调节可变电阻34来进行调整。第一、第二和第三电感22、24、26用来将第一和第二偏置源16、18与A.C.信号源20隔绝开，因而得到等效电路图3和图4。