基于DFB激光器的波長(cháng)轉換器設計與實(shí)現

　　引言

　　21 世紀是一個(gè)信息化的社會(huì )，大量的信息傳送需要大容量的系統波分復用(WDM)技術(shù)。WDM 技術(shù)的實(shí)現使得光纖到戶(hù)已不再是遙不可及的夢(mèng)想。WDM 系統不僅僅能使系統的容量成倍增長(cháng)，而且可以利用波長(cháng)完成路由和交換等功能。按照ITU－T 標準，各信道中心波長(cháng)間隔Df 為100GHz (0.8nm)，全波窗口可以同時(shí)容納425 路波長(cháng)信道，總傳輸容量可達4.25Tb/s以上。雖然WDM 網(wǎng)絡(luò )的帶寬可以滿(mǎn)足每個(gè)用戶(hù)的需求，但是系統的波長(cháng)數目仍然大大少于實(shí)際的節點(diǎn)數目和用戶(hù)數目。這就使得不同地點(diǎn)的發(fā)射機向同一目的地以同一波長(cháng)發(fā)送信號時(shí)，在很多節點(diǎn)的多個(gè)波長(cháng)上的交換信號會(huì )發(fā)生沖突。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)就是利用波長(cháng)轉換技術(shù)。

　　本文所要闡述的波長(cháng)轉換器主要基于DFB 激光器，將1310nm 的光信號轉換為1550nm的光信號。通過(guò)調節溫度改變并穩定激光器波長(cháng)，使普通DFB 激光器達到DWDM 激光器的要求。

　　1 系統概述

　　波長(cháng)轉換即為波長(cháng)的再分配和再利用以解決交叉連接中的波長(cháng)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(shí)也有利于網(wǎng)絡(luò )的運行、管理和控制，以及通道的保護倒換。雖然全光交換網(wǎng)都已開(kāi)始出現,但在波長(cháng)轉換這一技術(shù)上，人們似乎還沒(méi)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(shí)現，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(diǎn)，目前(2.5～10)Gb/s 的單信道傳輸容量是最經(jīng)濟的選擇方案。Tb/s 級超大信息容量的傳輸必須采用復用技術(shù)。波長(cháng)的精確度和高度的穩定性是DWDM 技術(shù)對光子源器件最重要、最基本的要求。

　　其對波長(cháng)轉換器的基本要求是：轉換速度要快（至少對2.5Gb/s 的信息流能夠響應）；對光信息流的各種傳輸格式是透明的；有較寬的轉換范圍；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(cháng)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)變化導致傳輸質(zhì)量的下降。

本波長(cháng)轉換器信號格式是調頻模擬信號。分為接收、發(fā)射和溫控3 個(gè)模塊，可以工作在－5ºC～＋65ºC 的環(huán)境溫度中。

　　2 模塊設計

　　2.1 接收模塊

　　接收模塊主要用于接收1310nm 波長(cháng)的光信號，并將其可靠而又高效地轉換為發(fā)射模塊所需要的差分電壓信號。

　　光電探測器PTCM965 是一個(gè)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(cháng)光信號轉換成差分電壓信號并從DOUT+、DOUT-兩個(gè)引腳輸出。

　　Vitesse公司的VSC7961芯片是一個(gè)高速限幅放大器，具有對最高達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(shí)間等特點(diǎn)。VSC7961的輸入電壓為5mV～1200mV,其輸出（PECL）上升/下降時(shí)間為90ps～120ps。

圖1 接收模塊的電路設計

　　如圖1 所示，光通過(guò)PTCM965 轉換為電壓信號輸入到VSC7961 的正反相兩個(gè)輸入端，然后經(jīng)過(guò)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 的電壓限幅值設置為10mV,當過(guò)限時(shí)，將改變其LOS,LOS-引腳的狀態(tài)。依據廠(chǎng)家對SONET 的推薦值，在CZ1、CZ2 之間連接一個(gè)0.1μF 的電容，使內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

　　為了穩定半導體激光器的發(fā)射功率和波長(cháng)，我們采用TEC 對半導體激光器進(jìn)行恒溫控制。這個(gè)溫控系統包括熱沉、TEC、散熱器和溫控電路等部分。熱沉包括一個(gè)用來(lái)監測溫度的負溫度系數的熱敏電阻。熱沉、TEC、散熱器構成溫控系統的機械部分。

　　溫控電路由專(zhuān)用的溫控芯片和外圍電路組成。由于DFB 激光器的兩個(gè)最主要的技術(shù)特點(diǎn)都是通過(guò)控制溫度來(lái)實(shí)現的，所以溫控系統顯得尤為重要。

　　2.2.1 熱電制冷器(TEC)的選擇

　　TEC 的選擇與溫控電路的設計必須要以熱流量為基礎。熱流量可以通過(guò)melcor 公司的一個(gè)專(zhuān)用軟件AZTEC 方便地計算出來(lái)。參數設置如圖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。