[發明專利]基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置及方法

在審

• 申請號: 202110155913.0
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN113037391A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 江木生;鮑皖蘇;周淳;汪洋;汪翔;李家驥;張海龍;劉帆
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: H04B10/69
• 分類號: H04B10/69
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

本發明屬于光通信技術領域，特別涉及一種基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置及方法，該裝置包含：用于探測光信號并將其轉換為電信號進行雪崩放大處理的雪崩光電二極管模塊，雪崩光電二極管模塊提供直流偏執電壓的偏置電壓模塊，及用于通過產生門控信號使雪崩光電二極管交替工作在線性模式與蓋革模式下的門控信號模塊，通過直流偏執電壓和門控信號共同作用來增加雪崩光電二極管蓋革工作模式下的增益以探測微弱光信號。本發明實現高靈敏度的光通信接收，可用于低功率、無中繼長跨距或大損耗條件下的低誤碼光纖通信和空間光通信，具有較強實用性。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，特別涉及一種基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置及方法。

背景技術

隨著光器件的發展，特別是光探測和光中繼放大技術的發展，光通信的容量和質量都在不斷提高。然而，光探測靈敏度在一些特殊光通信應用中并不能滿足應用需求。目前，高靈敏度光通信接收技術是低功率、無中繼長跨距或大損耗條件下的光纖通信和空間光通信的核心技術，接收機的靈敏度在很大程度上決定了相關系統的性能。低功率光纖通信隨著量子密鑰分發實用化進程的加快、應用領域的拓展而出現，主要為解決量子信道光纖網絡資源問題。目前現有接入網光纖資源中大量的用戶終端可能只有一條光纖鏈路，而量子密鑰分發系統需要量子信道和經典信道兩條信道，為量子信道鋪設一條新的專用光纖要付出昂貴的代價，為了降低量子信道對應光纖鋪設的成本，量子信號和經典信號單纖融合的技術應用而生。但是由于現有的光通信中經典光探測器靈敏度有限，為保障經典通信不出錯，光信號的光功率較大，會導致每個光脈沖平均光子數比量子信號高6到7個數量級，導致量子信號很容易被經典信號產生的拉曼串擾噪聲所淹沒，因此在量子信號和經典信號單纖融合通信過程中，需采用低功率光纖通信，通常要求光經典接收靈敏度優于500光子每比特才能避免對量子信道產生干擾。由于惡劣環境下光通信中繼站在建設、運行中既存在安全隱患又增加了成本，因此無中繼長跨距光纖通信在海底、戈壁、沙漠以及特高壓電網等特殊環境下的信息傳輸有重要意義。目前，無中繼長跨距光纖通信的實現只能通過增大光發射功率或者提高光探測靈敏度來實現。然而，由于存在端面損傷、非線性效應(如受激布里淵散射)，光通信系統的光發射功率并不能無限增大。因此，提高光探測靈敏度對提高無中繼長跨距光纖通信系統的傳輸距離和傳輸質量有重要意義。空間光通信在星際、星地和地面上的應用都在不斷拓展，由于長距離、大損耗和惡劣天氣等因素的影響，空間光通信一直以來都對光接收靈敏度有較高要求，進一步提高光接收靈敏度，特別是高速接收靈敏度對拓展空間光通信的應用有巨大推動作用。

當前，國內外商用光通信通常采用光電二極管或者雪崩光電二極管作為接收端光電轉換器件。其中，光電二極管不具有內增益，探測靈敏度不如具有內增益的雪崩光電二極管，而雪崩光電二極管在光通信應用領域均工作在線性模式，可用增益非常有限，一般不超過50，同樣也限制了其探測靈敏度。

發明內容

為此，本發明提供一種基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置及方法，實現高靈敏度的光通信接收，可用于低功率、無中繼長跨距或大損耗條件下的低誤碼光纖通信和空間光通信。

按照本發明所提供的設計方案，一種基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置，包含：用于探測光信號并將其轉換為電信號進行雪崩放大處理的雪崩光電二極管模塊，雪崩光電二極管模塊提供直流偏執電壓的偏置電壓模塊，及用于通過產生門控信號使雪崩光電二極管交替工作在線性模式與蓋革模式下的門控信號模塊，通過直流偏執電壓和門控信號共同作用來增加雪崩光電二極管蓋革工作模式下的增益以探測微弱光信號。

作為本發明基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置，進一步的，所述門控信號模塊包含用于接收外部參考時鐘光信號并將其轉換為外部參考時鐘電信號的時鐘信號光接收子模塊，用于依據外部參考時鐘電信號來調整系統時鐘以同步收發系統時鐘信號的信號時延子模塊，及用于產生與時鐘信號同步的門控信號的門控信號產生子模塊。

作為本發明基于門控雪崩光電二極管的光通信接收裝置，進一步地，所述門控信號產生子模塊包含用于生成正弦波信號的鎖相環頻率合成電路，及用于對正弦波信號頻率和幅度進行整形放大處理的整形放大電路。