DFB激光器实现波长转换器

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