本发明涉及利用受激发射的器件，尤其涉及一种集成光放大器的多信道光接收组件。
背景技术：
半导体光放大器（semiconductoropticalamplifier，简称soa）在光纤通信系统中有着广泛的应用，不仅可做光发送端的功率放大器、线路的中继放大器、光接收端的前置放大器和光分路补偿放大器，而且还可以作为非线性器件用于光开关和波长变换器等光信号处理模块。
半导体光放大器作为光接收端的前置放大器，可以对进入光接收端的信号光进行光放大，以补偿信号光在长途光路上的传输损耗，此光放大过程提高了光接收端的信号功率和信噪比，最终提高了光接收端的探测灵敏度。如专利cn200880131443.7提出的一种光放大控制装置、半导体光放大器控制方法及光传送设备，其接收端部分在光接收器之前放置半导体光放大控制装置，对进入光接收器的信号光进行光放大，并在半导体光放大控制装置和光接收器之间放置光滤波器，滤除半导体光放大控制装置的自发辐射噪声；专利cn200680044522.5提出的一种光纤模块，半导体光放大器作为其内部接收端的一部分，先对进入光纤模块的信号光进行光放大，再传输给光纤模块内的其他接收器件。
相比于其他类型的光放大器件，如掺铒光纤放大器、光纤喇曼放大器，半导体光放大器具有体积小、结构简单、成本低、不需抽运源、易于同其他光器件和电路集成的优点，因此在光通信系统接收端的集成应用中占有优势。
但是上述两个专利都是将半导体光放大器应用在单信道的光通信系统接收端，半导体光放大器在多信道的光通信系统接收端中的应用却鲜见报道；且半导体光放大器在多信道放大中存在噪声大的问题，其相应的去噪技术也鲜见报道；专利cn200880131443.7中，半导体光放大器与光接收器的连接方式为光纤，光纤的最小弯曲半径限制了光接收端的尺寸，使设计不满足小型化光通信器件的需求。
为了减小半导体光放大器中的反射反馈，在半导体光放大器芯片的制作工艺中，通常会使条状有源区偏离解理端面法线一定的角度θ，如图1所示，这造成从半导体放大器出射的光束其传输方向相对于解理端面法线也具有一定的角度θ，即出射光束方向偏离了半导体光放大器的中心轴方向。在多信道光接收组件的应用中，需要特殊的连接结构或光器件使半导体光放大器的出射光束能平行准直的入射到光接收组件的下一个光器件中。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是要解决以下三个问题：1、利用soa对多信道光通信系统中光接收端的光信号进行放大；2、设计一种使得soa的出射光束能平行准直地入射到多信道光接收装置的光连接装置；3、通过添加窄带滤波器消除soa对本设计多信道光接收组件的影响；4、通过实时调控soa的偏置电流来控制增益效果从而减少电信号输出结果的误码率。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种集成光放大器的多信道光接收组件包括半导体光放大装置、光连接装置和多信道光接收装置，光信号通过所述半导体光放大装置的输入端进入，所述半导体光放大装置与所述多信道光接收装置通过所述光连接装置连接，光信号依次经过所述半导体光放大装置和所述光连接装置进入所述多信道光接收装置，经过光电转换变成电信号从多信道光接收装置输出，所述光连接装置包括球形连接端和凹球形连接端，所述球形连接端为一个端面连接在半导体光放大装置输出端的圆柱形连接端，该连接端另外一个端面设有凸起，该凸起的外缘的纵截面为曲率半径为r的圆弧，凸起的中心的横截面为直径为d的圆孔；所述凹球形连接端为一个端面连接在多信道光接收装置输入端的圆柱形连接端，与球形连接端配合，该连接端另外一个端面设有凹槽，该凹槽的外缘侧壁为纵截面曲率半径为r的圆弧，凹槽的底部中心横截面为直径为d的圆孔；所述球形连接端和凹球形连接端通过激光焊接。光信号依次经过半导体光放大装置和光连接装置进入多信道光接收装置，在多信道光接收装置中经过光电转换变成电信号从多信道光接收装置输出，实现了利用soa对多信道光通信系统中光接收端的光信号进行放大并获取各个信道的电信号。soa芯片制作工艺会使条状有源区偏离解理端面法线一定的角度θ，这造成从soa出射的光束其传输方向相对于解理端面法线也具有一定的角度θ，即出射光束方向偏离了soa出射端面的中心轴方向，通过球形连接端和凹球形连接端的旋转使得soa的出射光束平行准直地入射到多信道光接收装置。
作为优选，所述半导体光放大装置包括若干光路、光分束器、前置光隔离器、前置耦合透镜、半导体光放大器、soa端监控模块、后置耦合透镜和后置光隔离器，所述若干光路包括光路l1、光路l2和光路l3，所述光路l1为光信号输入光路，进入光路l1的光信号随后经过光分束器后分别进入光路l2和光路l3，进入光路l2的光信号依次经过前置光隔离器、前置耦合透镜、半导体光放大器、后置耦合透镜和后置光隔离器，进入光路l3的光信号进入soa端监控模块，所述soa端监控模块与所述半导体光放大器电连接。soa处于前置光隔离器和后置光隔离器之间，两个隔离器共同保证了光信号在soa中的单向传输。光信号通过前置耦合透镜进入soa，并通过后置耦合透镜回到光路中。
作为优选，所述soa端监控模块用于根据进入光路l3的光信号强度控制半导体光放大器的偏置电流，包括光电探测器、微处理器和存储器，所述光电探测器和所述存储器均与微处理器电连接，所述微处理器与半导体光放大器的偏置电流控制模块电连接，所述光电探测器用于获取光路l3中的光信号强度，所述微处理器用于计算光路l2中的光信号强度并控制半导体光放大器的偏置电流。通过l3中的光信号强度和光分束器分光的比例来计算出l2中的光信号强度，再通过存储器内存储的数据计算出偏置电流的大小并控制半导体光放大器的偏置电流。
作为优选，所述光分束器为分光比为90:10的光分束器。选择分光比较大的分束器，使得较强的光信号进入光路l2。
作为优选，所述多信道光接收装置包括若干光路、光解复用器、窄带滤波器组、光电探测模块组和odemux端监控模块，光信号从凹球形连接端经过光路进入所述光解复用器，所述光解复用器后面分出n条光支路，每条光支路末端分别经由相应的窄带滤波器与相应的光电探测模块进行连接，n个光电探测模块构成光电探测模块组，所述光电探测模块组的末端与所述odemux端监控模块电连接，所述odemux端监控模块与半导体光放大器电连接。
作为优选，所述窄带滤波器组由n个分别对应于n条光支路上光信号中心波长的带通滤波器构成。
作为优选，所述光电探测模块由光电探测器和前置电信号放大器构成，分别用于光电转换和电信号放大等作用。
作为优选，所述odemux端监控模块用于根据光电探测模块组输出的电信号控制半导体光放大器的偏置电流，包括电信号探测器、微处理器和存储器，所述电信号探测器和存储器均与微处理器电连接，所述微处理器与半导体光放大器的偏置电流控制模块电连接，所述电信号探测器用于获取n个光电探测模块输出的电压值，所述微处理器用于根据上述电压值控制半导体光放大器的偏置电流。通过soa端监控模块或odemux端监控模块的反馈作用，使得多信道光接收装置的光电探测模块内的光电探测器获取的光信号在探测阈值之内，从而减少电信号输出结果的误码率。
本发明的实质性效果是：设计了一种利用soa的多信道光接收组件和一种使得soa的出射光束能平行准直地入射到多信道光接收装置的光连接装置，并利用soa端监控模块或odemux端监控模块的反馈控制，使得放大的光信号在探测阈值之内，从而减少电信号输出结果的误码率。
附图说明
图1为该集成光放大器的多信道光接收组件的结构示意图。
图2为光连接装置的结构细节示意图，其中，图2（a）为光连接装置的爆炸示意图，图2（b）为光连接装置的非偏转状态示意图，其中，图2（c）为光连接装置的偏转状态示意图。
图3为光连接装置的连接示意图，其中，图3（a）为光连接装置的非偏转状态连接示意图，图3（b）为光连接装置的偏转状态连接示意图。
图中：100、半导体光放大装置，101、光分束器，102、前置光隔离器，103、前置耦合透镜，104、半导体光放大器，105、soa端监控模块，106、后置耦合透镜，107、后置光隔离器，200、多信道光接收装置，201、光解复用器，202、窄带滤波器组，203、光电探测模块组，204、odemux端监控模块，300、光连接装置，301、球形连接端，302凹球形连接端。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
图1为该集成光放大器的多信道光接收组件的结构示意图，包括半导体光放大装置100、光连接装置300和多信道光接收装置200，光信号通过半导体光放大装置100的输入端进入，半导体光放大装置100与多信道光接收装置200通过光连接装置300连接，光信号依次经过半导体光放大装置100和光连接装置300进入多信道光接收装置200，经过光电转换变成电信号从多信道光接收装置200输出。半导体光放大装置100包括若干光路、光分束器101、前置光隔离器102、前置耦合透镜103、半导体光放大器104、soa端监控模块105、后置耦合透镜106和后置光隔离器107，若干光路包括光路l1、光路l2和光路l3，光路l1为光信号输入光路，进入光路l1的光信号随后经过光分束器101后分别进入光路l2和光路l3，进入光路l2的光信号依次经过前置光隔离器102、前置耦合透镜103、半导体光放大器104、后置耦合透镜106和后置光隔离器107，进入光路l3的光信号进入soa端监控模块105，soa端监控模块105与半导体光放大器104电连接。多信道光接收装置200包括若干光路、光解复用器201、窄带滤波器组202、光电探测模块组203和odemux端监控模块204，光信号从凹球形连接端302经过光路进入光解复用器201，光复用器后面分出n条光支路，每条光支路末端分别经由相应的窄带滤波器与相应的光电探测模块进行连接，n个光电探测模块构成光电探测模块组203，光电探测模块组203的末端与odemux端监控模块204电连接，odemux端监控模块204与半导体光放大器104电连接。
图2为光连接装置的结构细节示意图，图2（a）为光连接装置的爆炸示意图，图2（b）为光连接装置的非偏转状态示意图，图2（c）为光连接装置的偏转状态示意图；图3为光连接装置的连接示意图，其中，图3（a）为光连接装置的非偏转状态连接示意图，图3（b）为光连接装置的偏转状态连接示意图。光连接装置包括球形连接端301和凹球形连接端302；球形连接端301为一个端面连接在半导体光放大装置100输出端的圆柱形连接端，该连接端另外一个端面设有凸起，该凸起的外缘的纵截面为曲率半径为r的圆弧，凸起的中心的横截面为直径为d的圆孔；凹球形连接端302为一个端面连接在多信道光接收装置200输入端的圆柱形连接端，与球形连接端301配合，该连接端另外一个端面设有凹槽，该凹槽的外缘侧壁为纵截面曲率半径为r的圆弧，凹槽的底部中心横截面为直径为d的圆孔；所述球形连接端和凹球形连接端通过激光焊接。光连接器装置的球形连接端301和凹球形连接端302的相对端面具有相同的球面半径r，两者中心都有贯通的直径都为d的圆孔，光连接装置300的长度满足从半导体光放大装置100出射的光在光连接装置300中心轴线间偏角为θ时仍能顺利通过。图2（b）为与图3（a）中虚线框内球形口连接结构对应的a-a截面图，当球形连接端301和凹球形连接端302的中心轴线在竖直平面内的偏角为θ时，soa的出射光束能平行准直地入射到多信道光接收装置200，如图2（c）和图3（b）所示。
本发明的一种集成光放大器的多信道光接收组件，其多信道代表2个信道以上的任意数量的信道，如2信道、4信道、32信道等，相应的光解复用器201有对应数量的输出端口，窄带滤波器组202具有对应数量的窄带滤波器，光电探测模块组203具有对应数量的光电探测模块。以4信道光接收组件为例，对本实施例进行描述和说明。在入射光路l1上，入射光为四种波长（λ1、λ2、λ3、λ4）光信号的混合光束，此混合光束入射4信道光接收组件，首先被半导体光放大装置100接收。光分束器101按分光比大小将入射光分为两路（l2和l3），多数光信号能量进入光路l2，随后进入光隔离器后侧的半导体光放大装置100的光放大链路；少数光信号能量进入光路l3，随后进入soa端监控模块105以后的半导体光放大装置100的反馈控制链路。光分束器101的具体分光比依据具体情况设定，如l2和l3两光路的分束比为90:10。光路l2的光信号进入前置光隔离器102，前置光隔离器102的作用在于阻断其后面光路和光器件反射回来的光,以阻断这些反射光对位于前置光隔离器102之前的光器件的影响。从前置光隔离器102出射的光信号被前置耦合透镜103引导至半导体光放大器104。半导体光放大器104对入射的四种波长光信号进行光放大。经光放大的混合光信号从半导体光放大器104输出，然后被后置耦合透镜106引导至后置光隔离器107，混合光信号穿过光隔离器随后进入光连接器装置中的球形连接端301。后置光隔离器107的作用在于阻断其后面光路和光器件反射回的光，以阻断这些反射光对位于后置光隔离器107之前的光器件的影响。前置光隔离器102和后置光隔离器107共同保证了光信号在半导体光放大器104中的单向传输。光路l3的光信号进入soa端监控模块105，soa端监控模块105的作用在于根据入射光路l3的光信号强度反馈控制半导体光放大器104，使半导体光放大器104具有恒定的光强输出值。
soa端监控模块105用于根据进入光路l3的光信号强度控制半导体光放大器104的偏置电流，包括光电探测器、微处理器和存储器，光电探测器和存储器均与微处理器电连接，微处理器与半导体光放大器104的偏置电流控制模块电连接，光电探测器用于获取光路l3中的光信号强度，微处理器用于计算光路l2中的光信号强度并控制半导体光放大器104的偏置电流。通过l3中的光信号强度和光分束器101分光的比例来计算出l2中的光信号强度，再通过存储器内存储的数据计算出偏置电流的大小并控制半导体光放大器104的偏置电流。由于光电探测模块组203的电信号输出结果需满足低于某一比特误码率，这造成各光电探测模块203a/203b/203c/203d对入射的光信号强度具有某一最小探测极限pomin和某一最大探测极限pomax，这同时决定了从半导体光放大装置100出射的混合光信号强度值的范围，设对应从半导体光放大器104出射的混合光信号强度值的范围为pmin~pmax。soa端监控模块105在其存储器内预先存储了pmin~pmax的范围值,并设定pmin~pmax范围内某一值pset为半导体光放大器104的计划输出光强。soa端监控模块105的内部光电探测器检测从光路l3入射的混合光信号强度值，soa端监控模块105的微处理器根据光分束器101的分光比和光路l3入射的混合光信号强度值推算出入射光路l2的混合光信号强度值，即推算出入射半导体光放大器104的混合光信号强度值。soa端监控模块105的微处理器再根据入射半导体光放大器104的混合光信号强度值和预先设定的计划输出光强pset，推算出半导体光放大器104对混合光信号应有的增益系数和对应的半导体光放大器104的偏置电流值。soa端监控模块105的微处理器调节施加在半导体光放大器104的偏置电流到上述对应值，以改变半导体光放大器104对混合光信号的增益系数至上述计算值，使半导体光放大器104对混合光信号放大后的输出光强为计划输出光强pset。soa端监控模块105实现对半导体光放大器104的控制，使后者具有恒定的光强输出值。
经光放大的混合光信号从半导体光放大装置100输出，经光连接装置300进入多信道光接收装置200，混合光信号首先进入光解复用器201。光解复用器201依据波长的不同将四种光信号分离至四路不同的输出端。光解复用器201可以是可小型化集成的光解复用器201类型之一，如介质薄膜型、光栅型或平面波导型等。
从光解复用器201分离的四路光信号分别进入窄带滤波器组202的四个窄带滤波器202a/202b/202c/202d。半导体光放大器104在光放大的过程中会把其自发辐射产生的光叠加到信号光上形成自发辐射噪声，自发辐射噪声是半导体光放大器104的主要噪声。自发辐射产生的光波长随机，因此半导体光放大器104放大后的信号光具有宽的光谱背景，致使信号光的信噪比下降，这将严重影响多信道光接收装置200的探测结果。窄带滤波器202a/202b/202c/202d的作用即为滤除各路信号光携带的上述自发辐射噪声，提高信号光的信噪比。窄带滤波器202a/202b/202c/202d分别具有与光解复用器201四个输出端相应的中心波长为λ1/λ2/λ3/λ4，且具有相同的滤波带宽值（3db带宽），此滤波带宽值至少满足可滤除各中心波长信号光的上述宽光谱背景，以保证各波长信号光的信噪比。
经窄带滤波器202a/202b/202c/202d滤波后的四路信号光分别进入光电探测模块组203的四个光电探测模块203a/203b/203c/203d。光电探测模块203a/203b/203c/203d内部包括相同的光电探测器和前置电信号放大器。光电探测模块203a/203b/203c/203d对入射的信号光分别进行光电转换和电信号放大等作用。
半导体光放大器104对四种波长光信号的放大是个复杂的控制过程，在不同偏置电流的控制下，半导体光放大器104具有不同的增益曲线，且每条增益曲线对四种波长的光信号具有不同的增益系数。由于半导体光放大器104的增益系数与偏置电流和入射光波长的复杂关系，在某些偏置电流的控制下，半导体光放大器104的混合光信号总输出光强为计划输出光强pset，但四种波长光信号的增益系数间具有很大的差异，这种情况容易造成如下两种结果：四种波长光信号中具有最低增益系数的某波长光信号经放大后，其光强值小于多信道光接收装置200中对应光电探测模块的最小探测极限pomin；四种波长光信号中具有最高增益系数的某波长光信号经放大后，其光强值大于多信道光接收装置200中对应光电探测模块的最大探测极限pomax。上述两种结果都会增加光电探测模块组203电信号输出结果的误码率。
为了使半导体光放大器104对四种波长光信号具有相对平坦的增益系数，也可在光电探测模块203a/203b/203c/203d后添加odemux端监控模块204，以控制半导体光放大器104的偏置电流在适当值，使此时半导体光放大器104的增益曲线相对四种波长光信号较为平坦。odemux端监控模块204用于根据光电探测模块组203输出的电信号控制半导体光放大器104的偏置电流，包括电信号探测器、微处理器和存储器，电信号探测器和存储器均与微处理器电连接，微处理器与半导体光放大器104的偏置电流控制模块电连接，电信号探测器用于获取n个光电探测模块输出的电压值，微处理器用于根据上述电压值控制半导体光放大器104的偏置电流。通过soa端监控模块105或odemux端监控模块204的反馈作用，使得多信道光接收装置200的光电探测模块内的光电探测器获取的光信号在探测阈值之内，从而减少电信号输出结果的误码率。odemux端监控模块204在其存储器内预先存储了光电探测模块203a/203b/203c/203d的电信号强度输出范围vomin~vomax,vomin和vomax分别和光电探测模块203a/203b/203c/203d的光强探测极限pomin和pomax相对应，同时设定vomin~vomax范围内某一值vset为各光电探测模块的计划输出电信号强度值，并设置vset的容差为δv。
odemux端监控模块204的微处理器监测光电探测模块203a/203b/203c/203d四路电信号的强度输出结果，计算电路将四路电信号强度输出结果与vomin~vomax和vset±δv两范围作比较，当四路电信号强度输出结果都落在vset±δv范围内时即为理想的输出结果，认为odemux端监控模块204对半导体光放大器104的控制为理想操作；当四路电信号强度输出结果中至少一路电信号强度输出结果高于vset+δv值，而四路电信号强度输出结果都大于vomin时，odemux端监控模块204的微处理器降低半导体光放大器104的偏置电流，以减小半导体光放大器104的增益；当四路电信号强度输出结果中至少一路电信号强度输出结果低于vset-δv值，而四路电信号强度输出结果都小于vomax时，odemux端监控模块204的微处理器增高半导体光放大器104的偏置电流，以增大半导体光放大器104的增益；当四路电信号强度输出结果中至少一路电信号强度输出结果低于vomin值或高于vomax值时，odemux端监控模块204的微处理器将半导体光放大器104的偏置电流强制设为初始值。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。