基于DFB激光器的波長轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　引言

　　21 世紀(jì)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(tǒng)波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。WDM 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)使得光纖到戶已不再是遙不可及的夢(mèng)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(shí)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(gè)用戶的需求，但是系統(tǒng)的波長數(shù)目仍然大大少于實(shí)際的節(jié)點(diǎn)數(shù)目和用戶數(shù)目。這就使得不同地點(diǎn)的發(fā)射機(jī)向同一目的地以同一波長發(fā)送信號(hào)時(shí)，在很多節(jié)點(diǎn)的多個(gè)波長上的交換信號(hào)會(huì)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(hào)轉(zhuǎn)換為1550nm的光信號(hào)。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(jìng)爭(zhēng)，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(kuò)展性，同時(shí)也有利于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)，Tb/s 級(jí)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(jì)的選擇方案。Tb/s 級(jí)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(duì)光子源器件最重要、最基本的要求。

　　其對(duì)波長轉(zhuǎn)換器的基本要求是：轉(zhuǎn)換速度要快（至少對(duì)2.5Gb/s 的信息流能夠響應(yīng)）；對(duì)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(duì)輸入信號(hào)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(duì)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(hào)格式是調(diào)頻模擬信號(hào)。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(shè)計(jì)

　　2.1 接收模塊

　　接收模塊主要用于接收1310nm 波長的光信號(hào)，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(hào)。

　　光電探測(cè)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 波長光信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電壓信號(hào)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(duì)最高達(dá)3.125Gb/s的SONET/SDH和光通道器件進(jìn)行信號(hào)損耗偵測(cè)、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(shè)計(jì)

　　如圖1 所示，光通過PTCM965 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入到VSC7961 的正反相兩個(gè)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(hào)。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(shí)，將改變其LOS,LOS-引腳的狀態(tài)。依據(jù)廠家對(duì)SONET 的推薦值，在CZ1、CZ2 之間連接一個(gè)0.1μF 的電容，使內(nèi)部的低頻濾波器工作頻率保證能對(duì)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(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行恒溫控制。這個(gè)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(gè)用來監(jiān)測(cè)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(jī)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(gè)最主要的技術(shù)特點(diǎn)都是通過控制溫度來實(shí)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(jì)必須要以熱流量為基礎(chǔ)。熱流量可以通過melcor 公司的一個(gè)專用軟件AZTEC 方便地計(jì)算出來。參數(shù)設(shè)置如圖2 所示，計(jì)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。