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DFB激光器实现波长转换器

发布时间:2020-06-30 18:28:03 阅读: 来源:阻火包厂家

设计并实现了一个基于DFB 激光器的波长转换器。该波长转换器分为接收、温控和发射3 个模块。接收模块将光信号转化为发射模块所需的电压信号,使发射模块驱动激光器产生光信号。温控模块用以稳定半导体激光器的发射功率和波长。最终使入射的1310nm 波长的光信号转化为波长控制精度高的1550nm 波长的光信号。

1 系统概述

波长转换是增加光交换网络灵活性,降低阻塞的必要手段,对光网络波长转换节点的设计方案也有很多。最简单的当然是专注式的转换节点设计,也就是在复用前,给每个通道都各配置一个波长转换器,显然这样作是元件利用率最低的。一些波长转换器的共享方案,也被陆续提出。这就必然涉及到O/E和E/O之间的转换。

在光网络体系发展的诸多关键中,首先是超大容量信息载入技术的实现,Tb/s 级信息比特量的传输将成为发展光网络的起点,目前(2.5~10)Gb/s 的单信道传输容量是最经济的选择方案。Tb/s 级超大信息容量的传输必须采用复用技术。波长的精确度和高度的稳定性是DWDM 技术对光子源器件最重要、最基本的要求。

其对波长转换器的基本要求是:转换速度要快(至少对2.5Gb/s 的信息流能够响应);对光信息流的各种传输格式是透明的;有较宽的转换范围;对输入信号光功率要求不太高;偏振敏感度小;啁啾噪声低等。波长变换要求对偏振不敏感,不因传输中受环境影响引起的偏振态变化导致传输质量的下降。

本波长转换器信号格式是调频模拟信号。分为接收、发射和温控3 个模块,可以工作在-5?C~+65?C 的环境温度中。

2 模块设计

2.1 接收模块

接收模块主要用于接收1310nm 波长的光信号,并将其可靠而又高效地转换为发射模块所需要的差分电压信号。

光电探测器PTCM965 是一个同轴型高速铟镓砷化合物(InGaAs)Pin/Tie 组件,用于将接收到的1310nm 波长光信号转换成差分电压信号并从DOUT+、DOUT-两个引脚输出。

Vitesse公司的VSC7961芯片是一个高速限幅放大器,具有对最高达3.125Gb/s的SONET/SDH和光通道器件进行信号损耗侦测、输出偏移修正、输出静噪、低供电电流和快速的上升/下降时间等特点。VSC7961的输入电压为5mV~1200mV,其输出(PECL)上升/下降时间为90ps~120ps。

图1 接收模块的电路设计

如图1 所示,光通过PTCM965 转换为电压信号输入到VSC7961 的正反相两个输入端,然后经过VSC7961 处理变为发射模块所需要的电压信号。在VSC7961 的TH 引脚上接上阻值为2K 的电阻R33,使VCS7961 的电压限幅值设置为10mV,当过限时,将改变其LOS,LOS-引脚的状态。依据厂家对SONET 的推荐值,在CZ1、CZ2 之间连接一个0.1μF 的电容,使内部的低频滤波器工作频率保证能对输入偏移值的修正。

2.2 温控模块

为了稳定半导体激光器的发射功率和波长,我们采用TEC 对半导体激光器进行恒温控制。这个温控系统包括热沉、TEC、散热器和温控电路等部分。热沉包括一个用来监测温度的负温度系数的热敏电阻。热沉、TEC、散热器构成温控系统的机械部分。

温控电路由专用的温控芯片和外围电路组成。由于DFB 激光器的两个最主要的技术特点都是通过控制温度来实现的,所以温控系统显得尤为重要。

2.2.1 热电制冷器(TEC)的选择

TEC 的选择与温控电路的设计必须要以热流量为基础。热流量可以通过melcor 公司的一个专用软件AZTEC 方便地计算出来。参数设置如图2 所示,计算得到的热功率为6.76W。热功率与绝缘材料和厚度也很有关系。我们用的电压为5V,所以TEC 上的压降在3~4V 左右。考虑到贴片器件的承受能力,电流控制在2~4A。最后选择melcor 公司的DT3-4。

图2 热流量的计算

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