21 世紀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)波分復用(WDM)技術。WDM 技術的實現(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 標準，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4.25Tb/s以上。雖然WDM 網(wǎng)絡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。解決上述問題的關鍵技術就是利用波長轉換技術。
本文所要闡述的波長轉換器主要基于DFB 激光器，將1310nm 的光信號轉換為1550nm的光信號。通過調節(jié)溫度改變并穩(wěn)定激光器波長，使普通DFB 激光器達到DWDM 激光器的要求。
1 系統(tǒng)概述
波長轉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，有效地進行路由選擇，降低網(wǎng)絡的阻塞率，從而提高網(wǎng)絡的靈活性和可擴展性，同時也 有利于網(wǎng)絡的運行、管理和控制，以及通道的保護倒換。雖然全光交換網(wǎng)都已開始出現(xiàn),但在波長轉換這一技術上，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之間的轉換。
在光網(wǎng)絡體系發(fā)展的諸多關鍵中，首先是超大容量信息載入技術的實現(xiàn)，Tb/s 級信息比特量的傳輸將成為發(fā)展光網(wǎng)絡的起點，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。波長的精確度和高度的穩(wěn)定性是DWDM 技術對光子源器件最重要、最基本的要求。
其對波長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；偏振敏感度小；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)變化導致傳輸質量的下降。
本波長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3.125Gb/s的SONET/SDH和光通道器件進行信號損耗偵 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 接收模塊的電路設計
2.2 溫控模塊
為了穩(wěn)定半導體激光器的發(fā)射功率和波長，我們采用TEC 對半導體激光器進行恒溫控制。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)測溫度的負溫度系數(shù)的熱敏電阻。熱沉、TEC、散熱器構成溫控系統(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計必須要以熱流量為基礎。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系。我們用的電壓為5V，所以TEC 上的壓降在3～4V 左右。考慮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。
圖2 熱流量的計算
溫控采用了linear 公司的LTC1923EGN 芯片。該芯片是一個脈寬調制器，特地為TEC器件單雙向的驅動電路研制，其典型的溫度設定精度可以達到0.1°C。LTC1923 采用開關方式通過控制圖3 所示的H 型橋電路來控制TEC 的制冷與制熱。當PA 和NA 開通的時候，PB和NB 關閉，電流正向流過TEC；反之，反向流過TEC。R75 為取樣電阻，取樣得到的差分電壓反饋給LTC1923。
如果TEC 的壓降為3.5～4V，電流為3.5~4A，則電流回路上其他器件的壓降總和為1~1.5V，電阻為0.25～0.4Ω。所以場效應對管的電阻和應該在 0.15～0.3Ω 之間。所選擇的D15P05（P 管）和FRU3103（N 管，可以與R3303 互換）的參數(shù)如下：
圖3 H 型橋電路
圖4 溫控基本電路
另一方面，通過圖5 所示得預設定電壓電路，將預設定電壓與目標溫度一一對應，通過調節(jié)可變電阻VR2 來改變溫度設定值。其作為INA155UA 的基準比較電壓成為INA155UA的另一電壓輸入值。INA155UA 是一個放大器，通過懸空其RG1,RG2 腳，使其工作在10 倍的增益。當被測溫度與設定溫度不一致時，INA155UA 的2 個輸入引腳電壓值，其輸出信號將輸入到LTC1923 的誤差信號放大器輸入腳。#p#分頁標題#e#
圖5 預設定電壓電路
圖6 激光器驅動電路
VR1 用來設定輸出平均功率；R13 用來設定最大調制電流；R14 用來設定最大偏置電流；R10 和激光器的電阻之和為25Ω 的時候，電路的性能最佳；R11 和C5 用來吸收反射回來的電流，可以改變這兩個元件的值使激光器輸出性能最佳；輸入信號采用直流耦合的方式， R1、R2、R8、R9 構成耦合匹配網(wǎng)絡。
3 結束語
通過波長轉換器的設計，使接收到的1310nm 波長的光信號轉化為波長控制精度高的1550nm 波長的光信號。整個波長轉換器模塊功耗低、集成度高，緩解了系統(tǒng)的散熱問題，與利用光收發(fā)模塊來實現(xiàn)波長轉換相比又降低了成本，能夠廣泛應用于DWDM 系統(tǒng)中。
參考文獻
1 Govind P.Agrawal.Fiber-optic communication system(2nd ed).New York.1997.
2 張宏.DWDM 系統(tǒng)光發(fā)射機溫度控制電路的優(yōu)化設計.電子設計應用，2003.3 月
3 MAXIM,MAX3869 Evaluation Kit,2002
4 VITESSE, VSC7961 Data Sheet,2003(end)
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