基于DFB激光器阵列的低成本可调谐SFP模块的设计与实现
发布时间：2020-09-17 20:39
随着整个互联网流量呈爆炸式增长,人们对网络容量和灵活性提出了更高的要求。DWDM技术能充分利用光纤巨大的带宽资源,被广泛用于光纤骨干网和城域网中,并逐渐向接入网延伸。由于接入网对成本的敏感性,将DWDM技术引入接入网,必须降低DWDM设备的成本。然而,在目前的DWDM系统中,若使用固定波长的光模块,会造成资源利用率下降,从而使成本提高,并导致管理和维护难度增大;若使用可调谐半导体激光器,则由于传统芯片加工技术的不足,导致可调谐半导体激光器的制造成本高居不下,无法实现大规模推广。本文研究的低成本可调谐模块可以在一定程度上解决这一问题。本文基于自主研发的4通道单片集成DFB激光器阵列,提出了一种具有标准SFP接口封装的可调谐光收发模块。本文采用的DFB激光器阵列使用了一种独特的芯片加工技术——重构等效啁啾技术,具有波长精度高、制造成本低、成品率高以及适合大规模生产等优点。该激光器阵列内部还集成了半导体光放大器,实现多路激光器的调制和输出光放大。论文正文部分首先研究了重构等效啁啾技术的原理和生产工艺流程。并根据DFB激光器阵列的内部结构和特点,设计了一种独特的波长调谐方式,采用激光器阵列通道间切换的方式实现输出波长的离散调谐,通过温度和电流控制实现波长的精细调谐。接着,论文研究了可调谐SFP模块的整体设计方案,从发射部分、接收部分和主控制部分三个方面分析了硬件电路的功能和实现方案,并给出了具体的设计原理图。然后,根据可调谐模块的波长调谐方式,研究控制波长调谐的通信协议、命令格式以及识别方法,完成了主控制程序和各功能模块驱动程序的设计,实现系统的软件控制。最后对可调谐模块的发射性能和接收性能进行了相关测试。实验结果表明,该模块能够在1539nm～1551nm范围内实现波长的连续调谐,从而可获得100G-DWDM系统的16个工作信道波长,或者50G-DWDM系统的31个工作波长,绝大多数信道上光信号的边模抑制比优于40dB;同时验证了基于该模块的1.25Gbit/s信号背靠背无误码稳定传输。本文研究的低成本可调谐SFP模块有望替代DWDM系统中多个固定波长的光模块,以大大降低应用成本、提高资源利用率和系统灵活性。因此,该技术若应用于DWDM系统中,尤其是对成本十分敏感的WDM-PON系统,将具有较大的成本优势。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN248
【部分图文】：
具有稳定性好、线宽极窄的优势，得到了许多公司和研究所的关注。ＲＩ？公司逡逑的外腔激光器将光纤光栅刻在平面光波导上，作为外腔的波长选择及反射单元，逡逑结构如图１．２，可用于石油和天然气中的干涉传感、军事安全等方面［２３］。此外，逡逑ＮＥＣ公司的多个可调谐激光器系列产品也都是基于外腔可调谐激光器技术逡逑［２４，２５］邋0逡逑Ｇａｉｎ邋ｃｈｉｐ逦ＰＬＣ逦Ｌｅｎｓ逡逑，－二逦？？；……（ｊ－逡逑］－ｍ逦ＡＲ邋ＡＲ逦ｌ邋Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ邋ＡＲ逡逑Ｂｒａｇｇ邋ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ逡逑图１．２邋ＲＩＯ公司的ＰＷ－ＥＣＬ结构示意图｜２３｜逡逑（２）邋垂直腔面发射激光器（ＶＣＳＥＬ）逡逑可调谐ＶＣＳＥＬ的基本结构包括上下两个布拉格反射镜和有源区。上反射镜逡逑可以移动，下反射镜与衬底相连，光在上下反射镜之间反馈振荡。工作时，在上逡逑反射镜部分加电压，由于静电引力的作用，上反射镜可以上下移动，从而改变了逡逑４逡逑
逦光概逡逑（ｃ）逡逑图１．１外腔激光器（ａ）基本型，（ｂ）邋Ｌｉｔｔｒｏｗ型，（ｃ）邋Ｌｉｔｔｍａｎ型结构示意图逡逑光纤光栅型的可调谐外腔激光器用光纤光g鹾脱苌涔鈍豕钩刹ǔぱ≡竦ピ义暇哂形榷ㄐ院谩⑾呖砑挠攀疲玫搅诵矶喙竞脱芯克墓刈ⅰ＃遥桑抗惧义系耐馇患す馄鹘庀斯庹た淘谄矫婀獠ǖ忌希魑馇坏牟ǔぱ≡窦胺瓷涞ピ义辖峁谷缤迹保玻捎糜谑秃吞烊黄械母缮娲小⒕掳踩确矫妫郏玻常荨４送猓义希危牛霉镜亩喔隹傻餍臣す馄飨盗胁芬捕际腔谕馇豢傻餍臣す馄骷际蹂义希郏玻矗玻担蒎
本文编号：2821207
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN248
【部分图文】：
具有稳定性好、线宽极窄的优势，得到了许多公司和研究所的关注。ＲＩ？公司逡逑的外腔激光器将光纤光栅刻在平面光波导上，作为外腔的波长选择及反射单元，逡逑结构如图１．２，可用于石油和天然气中的干涉传感、军事安全等方面［２３］。此外，逡逑ＮＥＣ公司的多个可调谐激光器系列产品也都是基于外腔可调谐激光器技术逡逑［２４，２５］邋0逡逑Ｇａｉｎ邋ｃｈｉｐ逦ＰＬＣ逦Ｌｅｎｓ逡逑，－二逦？？；……（ｊ－逡逑］－ｍ逦ＡＲ邋ＡＲ逦ｌ邋Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ邋ＡＲ逡逑Ｂｒａｇｇ邋ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ逡逑图１．２邋ＲＩＯ公司的ＰＷ－ＥＣＬ结构示意图｜２３｜逡逑（２）邋垂直腔面发射激光器（ＶＣＳＥＬ）逡逑可调谐ＶＣＳＥＬ的基本结构包括上下两个布拉格反射镜和有源区。上反射镜逡逑可以移动，下反射镜与衬底相连，光在上下反射镜之间反馈振荡。工作时，在上逡逑反射镜部分加电压，由于静电引力的作用，上反射镜可以上下移动，从而改变了逡逑４逡逑
逦光概逡逑（ｃ）逡逑图１．１外腔激光器（ａ）基本型，（ｂ）邋Ｌｉｔｔｒｏｗ型，（ｃ）邋Ｌｉｔｔｍａｎ型结构示意图逡逑光纤光栅型的可调谐外腔激光器用光纤光g鹾脱苌涔鈍豕钩刹ǔぱ≡竦ピ义暇哂形榷ㄐ院谩⑾呖砑挠攀疲玫搅诵矶喙竞脱芯克墓刈ⅰ＃遥桑抗惧义系耐馇患す馄鹘庀斯庹た淘谄矫婀獠ǖ忌希魑馇坏牟ǔぱ≡窦胺瓷涞ピ义辖峁谷缤迹保玻捎糜谑秃吞烊黄械母缮娲小⒕掳踩确矫妫郏玻常荨４送猓义希危牛霉镜亩喔隹傻餍臣す馄飨盗胁芬捕际腔谕馇豢傻餍臣す馄骷际蹂义希郏玻矗玻担蒎
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