一種光纖通信系統的制作方法

本發明屬光纖通信技術領域，特別涉及一種光纖通信系統。

背景技術：

光纖通信系統是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統。隨著國際互聯網業務和通信業的飛速發展，信息化給世界生產力和人類社會的發展帶來了極大的推動。光纖通信作為信息化的主要技術支柱之一，必將成為21世紀最重要的戰略性產業。

目前，最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中，常用的光發射機采用半導體激光器(ld)作為光源器件，光源在工作時間過長或者溫度過高的時候，輸出的功率會減小，造成輸出的光信號不穩定。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種光纖通信系統。

本發明的實施例提供了一種光纖通信系統，包括：

傳感光信號發送器、光發射機、合波器、環形器、傳感光信號接收轉換器、數據接收分析器及光纖；其中，

所述傳感光信號發送器電連接至所述合波器以將傳感光信號發送至所述合波器；

所述光發射機電連至所述合波器以將產生的光信號發送至所述合波器；

所述合波器電連接所述環形器以將所述傳感光信號及所述光信號進行合波處理后形成合波信號發送至所述環形器；

所述環形器電連接至所述光纖以將所述合波信號發送至所述光纖并接收所述光纖中散射返回的所述傳感光信號；

傳感光信號接收轉換器電連接至所述環形器以接收散射返回的所述傳感光信號并轉換成電信號；

數據接收分析器電連接至所述傳感光信號接收轉換器以接收所述電信號并解析處理。

在本發明的一個實施例中，所述傳感光信號發送器包括激光發送器和光驅動器，所述傳感光信號接收轉換器包括分光濾波器和光電轉換器，所述數據接收分析器包括數據接收器和數據解析器。

在本發明的一個實施例中，所述激光發送器產生波長為1064nm的激光信號。

在本發明的一個實施例中，所述分光濾波器用于提取所述光纖中散射返回的所述傳感光信號的散射光譜。

在本發明的一個實施例中，數據解析器包括通信接口，用于將解析后的數據通過所述通信接口與終端設備連接。

在本發明的一個實施例中，所述光發射機包括：

輸入電路，用于對輸入的電信號進行擾碼和編碼操作；

調制電路，電連接所述輸入電路，用于將擾碼和編碼后的所述電信號進行調制，形成調制信號；

光源模塊，電連接所述調制電路，用于根據調制信號驅動所述光源模塊并產生光信號。

在本發明的一個實施例中，還包括光監測模塊和告警輸出電路；其中，

所述光監測模塊用于檢測所述光源模塊輸出的光信號，所述告警輸出電路電連接所述光監測模塊以用于對所述光源模塊的工作狀態進行檢測和報警。

在本發明的一個實施例中，所述光源模塊包括發光二極管、引線和透鏡；其中，所述引線用于連接所述發光二極管的正負管腳與所述光源模塊的輸入端；所述透鏡設置于所述發光二極管的發光面上以用于會聚且傳輸所述光信號。

在本發明的一個實施例中，所述發光二極管為縱向pingeled；其中所述縱向pingeled包括：

n型si襯底；

本征ge層，層疊于所述n型si襯底上；

p型si層，層疊于所述本征ge層上；

正電極，制備于所述p型si層上；

負電極，制備于所述n型si襯底上。

在本發明的一個實施例中，所述發光二極管發送的所述光源的波長為1550nm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1)本發明采用的縱向pingeled，具有ge外延層晶體質量高，ge外延層位錯密度低的優點，從而進一步提高發光二極管的發光效率；

2)本發明提供的光纖通信系統在同一根光纖中同時實現了通信和傳感，節約了光纖資源，大幅降低生產成本；本系統集成度高，可以將通信和傳感裝置高度集成，降低了系統的復雜程度，便于日常的安裝于維護。

附圖說明

下面將結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細的說明。

圖1為本發明實施例提供的一種光纖通信系統結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種光發射機的結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種光發射機輸入電路的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的一種光發射機光源模塊的結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的一種用于光發射機光源模塊的發光二極管結構示意圖；

圖6為本發明實施例提供的一種發光二極管的本征ge層的層結構示意圖；

圖7a-圖7j為本發明實施例的一種用于光發射機光源模塊的發光二極管的制備工藝示意圖；

圖8為本發明實施例提供的一種lrc工藝方法示意圖；

圖9為本發明實施例提供的另一種用于光發射機光源模塊的發光二極管結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例一

請參照圖1，圖1為本發明實施例提供的一種光纖通信系統結構示意圖，該光纖通信系統50包括：

傳感光信號發送器55、光發射機51、合波器52、環形器53、傳感光信號接收轉換器56、數據接收分析器57及光纖54；其中，

所述傳感光信號發送器55電連接至所述合波器52以將傳感光信號發送至所述合波器52；

所述光發射機51電連至所述合波器52以將產生的光信號發送至所述合波器52；

所述合波器52電連接所述環形器53以將所述傳感光信號及所述光信號進行合波處理后形成合波信號發送至所述環形器53；

所述環形器53電連接至所述光纖54以將所述合波信號發送至所述光纖54并接收所述光纖54中散射返回的所述傳感光信號；

傳感光信號接收轉換器56電連接至所述環形器53以接收散射返回的所述傳感光信號并轉換成電信號；

數據接收分析器57電連接至所述傳感光信號接收轉換器56以接收所述電信號并解析處理。

其中，所述傳感光信號發送器55包括激光發送器和光驅動器，所述傳感光信號接收轉換器56包括分光濾波器和光電轉換器，所述數據接收分析器57包括數據接收器和數據解析器。

其中，所述激光發送器產生波長為1064nm的激光信號。

其中，所述分光濾波器用于提取所述光纖54中散射返回的所述傳感光信號的散射光譜。

其中，數據解析器包括通信接口，用于將解析后的數據通過所述通信接口與終端設備連接。

其中，所述光發射機51包括：

輸入電路，用于對輸入的電信號進行擾碼和編碼操作；

調制電路，電連接所述輸入電路，用于將擾碼和編碼后的所述電信號進行調制，形成調制信號；

光源模塊，電連接所述調制電路，用于根據調制信號驅動所述光源模塊并產生光信號。

其中，光纖通信系統還包括光監測模塊和告警輸出電路；

其中，所述光監測模塊用于檢測所述光源模塊輸出的光信號，所述告警輸出電路電連接所述光監測模塊以用于對所述光源模塊的工作狀態進行檢測和報警。

其中，所述光源模塊包括發光二極管、引線和透鏡；其中，所述引線用于連接所述發光二極管的正負管腳與所述光源模塊的輸入端；所述透鏡設置于所述發光二極管的發光面上以用于會聚且傳輸所述光信號。

其中，所述發光二極管為縱向pingeled；

其中所述縱向pingeled包括：

n型si襯底；

本征ge層，層疊于所述n型si襯底上；

p型si層，層疊于所述本征ge層上；

正電極，制備于所述p型si層上；

負電極，制備于所述n型si襯底上。

其中，所述發光二極管發送的所述光源的波長為1550nm。

實施例二

請繼續參照圖1，圖1為本發明實施例提供的一種光纖通信系統結構示意圖。其中光纖通信系統結構包括：

光發射機51、合波器52、環形器53、光纖54、傳感光信號發送器55、傳感光信號接收轉換器56、數據接收分析器57。

傳感光信號發送器55將傳感光信號發送至合波器52，光發射機51將產生的光信號發送至合波器52，合波器52將所述傳感光信號及所述光信號進行合波處理后發送至環形器53和光纖54。傳感光信號在光纖54中向后散射，后向散射傳感光信號經過環形器53的返回端口輸入傳感光信號接收轉換器56，傳感光信號接收轉換器56接收散射返回的傳感光信號并進行光電轉換，將電信號輸入數據接收分析器57進行電信號的接收及解析。

其中，傳感光信號發送器55包括激光發送器和光驅動器。

傳感光信號接收轉換器56包括分光濾波器和光電轉換器。

數據接收分析器57包括數據接收器和數據解析器。

其中，光發射機51用于將電信號轉換成光信號，在光線中傳輸信息；光發射機51轉換的光信號波長為1550nm。

其中，合波器52采用波分復用合波器52，將傳感光信號和光發射機51產生的光信號進行合波，發送到環形器53。

其中，環形器53采用光纖54環形器53，用于將合波發送到光纖54中進行傳輸，并且接收光纖54中返回的后向散射的傳感光信號，傳輸至傳感光信號接收轉換器56。

其中，激光發送器用于產生初始傳感光信號，為波長1064nm、功率0-40mw的連續光信號。

其中，光驅動器，用于電光調制并進行驅動，將激光發送器產生的連續光信號調制成所需要的脈沖光信號。

其中，光電轉換器，首先接收向后散射傳感光信號，采用光纖54和透反式濾波片組合，將后向散射傳感光信號中的瑞利散射光、斯托克斯散射光、反斯托克斯散射光等分離出來；其次，采用高靈敏度apd雪崩二極管來探測后向散射傳感光信號，將后向散射傳感光信號轉換電信號。

其中，數據采集處理器采用高速數據采集芯片和高速fpga處理芯片，對轉換的電信號進行分析和處理。

其中，分析結果可以保存并展示。

光發射機51將待發送信息的電信號轉換成光信號，注入到光纖54中進行傳輸。光發射機51輸出的光信號經過合波器52和環形器53后注入到光纖54中進行傳輸。傳感光信號發送器55發送一定功率的連續光信號，通過調制驅動后經過合波器52的一個輸入端口輸入，被合波器52合波后經過環形器53的輸入端口輸入到光纖54中。光纖54中同時傳輸兩個不同波長的光信號。傳感光信號在光纖54中會產生后向散射光，后向散射傳感光信號經過環形器53的返回端口輸入到傳感光信號接收轉換器56，對后向散射光進行分光、濾波、光電轉換。利用光電探測原理轉成電信號。根據不同的測量參數提取出瑞利、布里淵、拉曼等不同的后向散射光譜。將電信號輸入數據接收分析器57進行電信號的接收及解析，采用高速數據采集芯片和高速fpga處理芯片，對轉換的電信號進行分析和處理，得出相應的光纖傳感數據。分析的結果數據可以在計算機中進行數據的顯示和存儲。

本發明的實施例在同一根光纖中同時實現了通信和傳感，節約了光纖資源，大幅降低生產成本；本系統集成度高，可以將通信和傳感裝置高度集成，降低了系統的復雜程度，便于日常的安裝于維護。

實施例三

請參照圖2，圖2為本發明實施例提供的一種光發射機的結構示意圖，該光發射機30包括：

輸入電路31，用于對輸入的電信號進行擾碼和編碼操作；

驅動電路32，電連接所述輸入電路31，用于將擾碼和編碼后的所述電信號進行調制，形成調制信號；

光源模塊33，電連接所述驅動電路32，用于根據調制信號驅動所述光源模塊33并產生光信號；

溫度控制電路34，電連接所述光源模塊33，用于穩定所述光源模塊33的工作溫度。

其中，如圖3所示，圖3為本發明實施例提供的一種光發射機輸入電路的結構示意圖，所述輸入電路31包括：依次電連接的輸入接口101、均衡放大器102、碼型變換模塊103、復用模塊104、擾碼編碼模塊105。

其中，所述輸入電路31還包括：時鐘提取模塊106；

進一步地，所述時鐘提取模塊106的一端電連接所述均衡放大器102，另一端分別電連接所述碼型變換模塊103、所述復用模塊104、所述擾碼編碼模塊105。

其中，輸入接口101用來接收電端機(pcm)輸入的脈沖信號，這個接口通常稱為電接口。

其中，均衡放大器102用來對脈沖信號進行均衡，補償由電纜傳輸所產生的衰減和畸變，以便正確譯碼。

其中，時鐘提取模塊106用于對碼型變換和擾碼過程提供時鐘信號作為時間參考。

其中，碼型變換模塊103用于將碼流變換為單極性的“0”，“1”非歸零碼(即nrz碼)。因為均衡器輸出的是hdb3碼，三值雙極性碼(即+1，0，-1)。而光源只能用有光和無光與“0”和“1”對應，因此需要通過碼型變換電路。

其中，復用模塊104是指利用大容量傳輸信道來同時傳送多個低容量的用戶信息以及開銷信息的過程。

其中，擾碼編碼模塊105用于，若信息碼流中出現長連“0”或長連“1”的情況，將會給時鐘信號的提取帶來困難，加入擾碼電路，達到“0”碼和“1”碼等概率出現。在實際的光纖通信系統中，除了需要傳輸主信號外，還需要實現一些其他的功能，如不間斷業務的誤碼監測、區間通信聯絡、公務通信、監控等功能，因此需要在擾碼以后信號的基礎上增加一些信息冗余，即進行線路編碼。

其中，驅動電路32，也稱作調制電路，經過擾碼以后的電信號通過調制電路對光源進行調制，讓光源發出的光信號強度隨著電信號碼流的變化而變化。

其中，所述光發射機還包括光監測模塊35和告警輸出電路36；

進一步地，所述光監測模塊35用于檢測所述光源模塊33輸出的光信號，所述告警輸出電路36電連接所述光監測模塊35以用于對所述光源模塊33的工作狀態進行檢測和報警。

其中，如圖4所示，圖4為本發明實施例提供的一種光發射機光源模塊的結構示意圖，所述光源模塊33包括發光二極管111、引線113和透鏡112；

其中，所述引線113用于連接所述發光二極管111的正負管腳與所述光源模塊33的輸入端；所述透鏡112設置于所述發光二極管111的發光面上以用于會聚且傳輸所述光信號。

實施例四

請參照圖5，圖5為本發明實施例提供的一種用于光發射機光源模塊的發光二極管結構示意圖；該縱向pinge發光二極管10可以包括：p型si襯底11以及依次層疊于所述p型si襯底11上的本征ge層12及n型si層13。

其中，所述發光二極管10還包括正電極14和負電極15，所述正電極14連接所述p型si襯底11，所述負電極15連接所述n型si層13。

進一步地，所述負電極15和所述正電極14為鋁材料。

可選地，請參見圖6，圖6為本發明實施例提供的一種發光二極管的本征ge層的層結構示意圖。所述本征ge層12可以依次包括ge籽晶層121、晶化ge層122以及ge外延層123。

進一步地，所述晶化ge122層是位于所述ge籽晶層121上的ge主體層經過激光再晶化工藝形成的；其中，所述激光再晶化工藝的參數包括：激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s。

其中，所述ge籽晶層厚度為40～50nm；所述ge主體層厚度為150～250nm。

本發明實施例，通過lrc(激光再晶化)技術具有制備低位錯密度ge外延層的優勢，形成的器件結構具有ge外延層位錯密度低的優點，且利用其作為si襯底上geled有源區，很好地提高器件發光效率。

實施例五

請參照圖7a-圖7j，圖7a-圖7j為本發明實施例的一種用于光發射機光源模塊的發光二極管的制備工藝示意圖，該制備方法包括如下步驟：

s101、選取摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3的p型單晶硅(si)襯底片001，如圖7a所示。

s102、在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝在si襯底表面生長40～50nm的ge籽晶層002，如圖7b所示。

s103、在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝在ge籽晶層表面生長150～250nm的ge主體層003，如圖7c所示。

s104、利用cvd工藝在ge主體層表面生長100～150nmsio2氧化層004，如圖7d所示。

s105、將包括單晶si襯底、ge籽晶層、ge主體層及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃，連續利用激光再晶化工藝晶化整個襯底材料，其中激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s，然后高溫退火，與此同時引入張應力。

具體地，請參見圖8，圖8為本發明實施例提供的一種lrc工藝方法示意圖。lrc工藝即激光再晶化(laserre-crystallization，簡稱lrc)工藝是一種熱致相變結晶的方法，通過激光熱處理，使si襯底上ge外延層熔化再結晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，不僅可獲得高質量的ge外延層，同時，由于lrc工藝可精確控制晶化區域，一方面避免了常規工藝中si襯底與ge外延層之間的si、ge互擴問題，另一方面si/ge之間材料界面特性好。

s106、利用干法刻蝕工藝刻蝕氧化層004，刻蝕氧化層形成ge虛襯底005，如圖7e所示。

s107、利用減壓cvd生長1μm厚的ge層(為了便于圖示觀看，將晶化后的ge層以及晶化后生長的ge層合為i-ge層006)生長溫度為330℃,如圖7f所示。由于此外延層是在ge虛襯底表面生長的，所以ge的質量較好，晶格失配率較低。

s108、淀積90～110nm厚的n型多晶si007，摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3，如圖7g所示。

s109、室溫下，使用hcl:h2o2:h2o＝1:1:20的化學溶劑，以穩定速率100nm/min進行臺面刻蝕，使p型si層露出做金屬接觸，如圖7h所示。

s110、利用pecvd工藝，淀積150～200nm厚的鈍化層008，隔離臺面與外界電接觸。用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區域的sio2形成接觸孔，如圖7i所示。

s111、利用電子束蒸發淀積150～200nm厚的al層009。利用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區域的金屬al，利用cmp技術進行平坦化處理，如圖7j所示。

本實施例，基于lrc工藝條件下si襯底與ge外延層界面特性好的優勢，利用p-si/i-ge/n⁺⁺-si結構led，器件結構簡單，工藝成本低。

實施例六

請參照圖9，圖9為本發明實施例提供的另一種用于光發射機光源模塊的發光二極管結構示意圖。該縱向pinge發光二極管20，包括：n型si襯底21；本征ge層22，層疊于所述n型si襯底21上；p型si層23，層疊于所述本征ge層22上；正電極24，制備于所述p型si層23上；負電極25，制備于所述n型si襯底21上。

可選地，所述本征ge層22依次包括ge籽晶層、晶化ge層以及ge外延層。

另外，所述晶化ge層是位于所述ge籽晶層上的ge主體層經過激光再晶化工藝形成的；其中，所述激光再晶化工藝的參數包括：激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s。

可選地，所述n型si襯底21的摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3，所述p型si層23的摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3。

另外，該發光二極管20還包括鈍化層26，該鈍化層26可以為sio2材料，其厚度為150～200nm。

可選地，所述正電極24和所述負電極25為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

綜上，本文中應用了具體個例對本發明一種光發射機以及光纖通信系統的結構及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內容不應理解為對本發明的限制，本發明的保護范圍應以所附的權利要求為準。