[发明专利]用于监控入射到雪崩光电二极管上的输入光功率的功率监控器

说明书

技术领域

本发明总体涉及在线功率监控器，并且尤其涉及，用于监控诸如雪崩光电二极管(“APD”)的光信号探测器的输入功率的在线功率监控器。通过在线监控输入功率，能够实时地确定和控制光信号探测器的操作参数。例如，能够随APD温度的变化控制作为操作参数的其增益。

背景技术

光通信网络中，光接收器通过探测经光纤电缆传输的光信号促进数据的转换。在这样的网络中，光发射器在高频率调制光信号以使用一个或多个光波长经由光纤传送它们。为了接收发射的信号，光接收器典型地使用雪崩光电二极管(“APD”)来探测光信号。如所知，APD是具有内部地产生的倍增层的光电二极管，初始光电流的倍增在倍增层发生。然而，APD的操作容易遭受噪声和温度变化的影响。这样，需要测量光电流并调整偏置电压以确保正确的APD操作。但是用于促进光电流测量和偏置电压调整的传统的结构和技术具有数个缺点。

图1是用于长距离通信的传统配置网络100。通常地，光网络包括许多发射器和接收器。为示例目的，图1示出表示一个或多个发射器的多路器(“MUX”)106。多路器操作以组合不同波长的“n”个光信号104用于作为经调制的光信号经由光纤108传输。表示一个或多个接收器的多路分配器(“DEMUX”)110操作以将先前组合的信号分成光信号112。为了监控光网络的操作和质量，使用外部功率监控器120来测量任何给定波长的光信号112的输入光功率。典型地，外部功率监控器120在包含光接收器设备的外壳外部。监控功率的此方法的缺点是明显的。为了构造包括外部光功率监控器120的此配置100，需要另外的外部设备和源(例如劳动、时间等)。虽然配置100能够用于精确地测量功率，但是它通常仅使用一次，比如在制造光接收器时。这样，在APD的正常操作中，在线APD增益调整通常不可行，尤其是当其用于通信网络中时。配置100的另一缺点是外部功率监控器120引入另外的元件，引起了光路中的信号损耗，尤此降低了光功率监控。

图2A描述一种光信号功率监控的方法，其中在内部监控输入光功率。在此方法中，可从测量光电流推导的输入光功率在跨阻放大器(“TIA”)的输出端执行。如所示，结构200包括APD 202以检测光信号206，以及跨阻放大器204用于根据电压208测量光电流。但是监控输入光功率的此方法存在数个缺点。一个缺点是技术上难以不扰乱主输出信号208的高频性质而实现精确的信号分裂。尤其是，包含电阻R和电容C的元件231和233用于分裂主输出信号208的部分以形成信号部分209。在此方法中，信号部分209用于测量光功率。但是，由于主输出信号208通常在高的频率和数据转换速率，比如在10Gbps或更高，所以难以有效地分裂信号用于精确的功率监控。图2B示出结构200监控功率中的另一缺点是其具有相对高度的非线性，这显著地减小了监控光功率的总范围。

图2B是描述光电流和跨阻放大器204(图2A)的输出之间的关系的曲线图250。范围254是非线性范围；光电流中微小的线性变化引起跨阻放大器输出中剧烈的变化。正是在此范围中跨阻放大器204(图2A)通常高度饱和。范围254的非线性减小了在高输入功率值(例如-18dBm到-3dBm)监控功率的有效范围。因为期望设置报警界限(例如在-3dBm)以保护APD免受例如过电流事件，所以范围254使得跨阻放大器204(图2A)不能用于探测不安全的操作条件。

图3描述另一功率监控方法，其中，在内部监控功率，并且更具体地，在电流到达跨阻放大器之前。为了在内部监控入射到APD 320的光功率，配置300包括偏置电压设置电路301、输入级放大器302、电流监控器304、以及对数放大器(“log amp”)310。偏置电压设置电路301操作以在输入级放大器302的输入端311产生偏置电压，输入级放大器302依次用作产生输出313以偏置节点303的输入APD电压。与图2A和2B中描述的方法不同，跨阻放大器(“TIA”)312仅用于放大表示要被通信的数据的电信号；它不用于功率监控目的。但是要注意，为功率监控目的，电流镜304包括在到对数放大器(“logamp”)310的电流测量路径上。在用于配置300的一些可选结构中，电流镜300包括高压晶体管(“HV Trans”)306。

基于前述，期望提供最小化上述缺点的装置和方法，由此使用扩展的范围来促进功率监控用于调整增益和控制不安全条件，除其它的事情外，特别是当在不同的温度操作时。

发明内容