基于DFB激光器的波長轉(zhuǎn)換器設(shè)計與實現(xiàn)
引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/169098.htm21 世紀(jì)是一個信息化的社會,大量的信息傳送需要大容量的系統(tǒng)波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。WDM 技術(shù)的實現(xiàn)使得光纖到戶已不再是遙不可及的夢想。WDM 系統(tǒng)不僅僅能使系統(tǒng)的容量成倍增長,而且可以利用波長完成路由和交換等功能。按照ITU-T 標(biāo)準(zhǔn),各信道中心波長間隔Df 為100GHz (0.8nm),全波窗口可以同時容納425 路波長信道,總傳輸容量可達(dá)4.25Tb/s以上。雖然WDM 網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以滿足每個用戶的需求,但是系統(tǒng)的波長數(shù)目仍然大大少于實際的節(jié)點數(shù)目和用戶數(shù)目。這就使得不同地點的發(fā)射機向同一目的地以同一波長發(fā)送信號時,在很多節(jié)點的多個波長上的交換信號會發(fā)生沖突。解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)就是利用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)。
本文所要闡述的波長轉(zhuǎn)換器主要基于DFB 激光器,將1310nm 的光信號轉(zhuǎn)換為1550nm的光信號。通過調(diào)節(jié)溫度改變并穩(wěn)定激光器波長,使普通DFB 激光器達(dá)到DWDM 激光器的要求。
1 系統(tǒng)概述
波長轉(zhuǎn)換即為波長的再分配和再利用以解決交叉連接中的波長競爭,有效地進(jìn)行路由選擇,降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率,從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性,同時也有利于網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和控制,以及通道的保護(hù)倒換。雖然全光交換網(wǎng)都已開始出現(xiàn),但在波長轉(zhuǎn)換這一技術(shù)上,人們似乎還沒有完全找到一種全光的解決方案。這就必然涉及到O/E和E/O之間的轉(zhuǎn)換。
在光網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)展的諸多關(guān)鍵中,首先是超大容量信息載入技術(shù)的實現(xiàn),Tb/s 級信息比特量的傳輸將成為發(fā)展光網(wǎng)絡(luò)的起點,目前(2.5~10)Gb/s 的單信道傳輸容量是最經(jīng)濟(jì)的選擇方案。Tb/s 級超大信息容量的傳輸必須采用復(fù)用技術(shù)。波長的精確度和高度的穩(wěn)定性是DWDM 技術(shù)對光子源器件最重要、最基本的要求。
其對波長轉(zhuǎn)換器的基本要求是:轉(zhuǎn)換速度要快(至少對2.5Gb/s 的信息流能夠響應(yīng));對光信息流的各種傳輸格式是透明的;有較寬的轉(zhuǎn)換范圍;對輸入信號光功率要求不太高;偏振敏感度??;啁啾噪聲低等。波長變換要求對偏振不敏感,不因傳輸中受環(huán)境影響引起的偏振態(tài)變化導(dǎo)致傳輸質(zhì)量的下降。
本波長轉(zhuǎn)換器信號格式是調(diào)頻模擬信號。分為接收、發(fā)射和溫控3 個模塊,可以工作在-5ºC~+65ºC 的環(huán)境溫度中。
2 模塊設(shè)計
2.1 接收模塊
接收模塊主要用于接收1310nm 波長的光信號,并將其可靠而又高效地轉(zhuǎn)換為發(fā)射模塊所需要的差分電壓信號。
光電探測器PTCM965 是一個同軸型高速銦鎵砷化合物(InGaAs)Pin/Tie 組件,用于將接收到的1310nm 波長光信號轉(zhuǎn)換成差分電壓信號并從DOUT+、DOUT-兩個引腳輸出。
Vitesse公司的VSC7961芯片是一個高速限幅放大器,具有對最高達(dá)3.125Gb/s的SONET/SDH和光通道器件進(jìn)行信號損耗偵測、輸出偏移修正、輸出靜噪、低供電電流和快速的上升/下降時間等特點。VSC7961的輸入電壓為5mV~1200mV,其輸出(PECL)上升/下降時間為90ps~120ps。
圖1 接收模塊的電路設(shè)計
如圖1 所示,光通過PTCM965 轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到VSC7961 的正反相兩個輸入端,然后經(jīng)過VSC7961 處理變?yōu)榘l(fā)射模塊所需要的電壓信號。在VSC7961 的TH 引腳上接上阻值為2K 的電阻R33,使VCS7961 的電壓限幅值設(shè)置為10mV,當(dāng)過限時,將改變其LOS,LOS-引腳的狀態(tài)。依據(jù)廠家對SONET 的推薦值,在CZ1、CZ2 之間連接一個0.1μF 的電容,使內(nèi)部的低頻濾波器工作頻率保證能對輸入偏移值的修正。
2.2 溫控模塊
為了穩(wěn)定半導(dǎo)體激光器的發(fā)射功率和波長,我們采用TEC 對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行恒溫控制。這個溫控系統(tǒng)包括熱沉、TEC、散熱器和溫控電路等部分。熱沉包括一個用來監(jiān)測溫度的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。熱沉、TEC、散熱器構(gòu)成溫控系統(tǒng)的機械部分。
溫控電路由專用的溫控芯片和外圍電路組成。由于DFB 激光器的兩個最主要的技術(shù)特點都是通過控制溫度來實現(xiàn)的,所以溫控系統(tǒng)顯得尤為重要。
2.2.1 熱電制冷器(TEC)的選擇
TEC 的選擇與溫控電路的設(shè)計必須要以熱流量為基礎(chǔ)。熱流量可以通過melcor 公司的一個專用軟件AZTEC 方便地計算出來。參數(shù)設(shè)置如圖2 所示,計算得到的熱功率為6.76W。熱功率與絕緣材料和厚度也很有關(guān)系。我們用的電壓為5V,所以TEC 上的壓降在3~4V 左右??紤]到貼片器件的承受能力,電流控制在2~4A。最后選擇melcor 公司的DT3-4。
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