基于VCL的TSFP+模块高速性能研究
发布时间：2022-01-12 23:32
随着5G时代的到来,光通信技术作为推动信息化社会前进的基础,势必会迎来新一轮的蓬勃发展和技术变革。信息化时代,用户始终保持着对更高传输速率和传输容量的渴望,伴随着波分复用技术（WDM）和相关调制技术在骨干网应用上的日趋成熟,使得在接入网领域引入WDM技术来提高传输带宽和容量变得势在必行。但是相对高昂的WDM设备依旧限制了其快速推广,因此如何降低设备成本,同时保持高性能传输已成为业内研究的热点。作为WDM技术核心的光收发一体模块,是WDM系统优化成本的关键所在。基于此,本论文采用了一种V型腔可调谐激光器为发射端光源来设计可调谐光模块。本论文调研了V型腔可调谐半导体激光器,一种低成本可调谐激光器。由于无需光栅,工艺简单,且实现波长调谐所需控制的谐振腔只有三个,因此从制作上降低了成本,简化了使波长可调谐的控制算法。通过对V型腔可调谐激光器高速性能的分析（包括S参数、眼图）,提出不同封装类型和调制方式的应用场景。本论文着重分析光模块的高速硬件电路设计,从高速光收发一体芯片的选型、传输线的设计优化、匹配电路设计、滤波网络设计、均衡电路设计等。并通过仿真软件加以优化分析,确定可行性方案,并最终提出...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１光模块整体市场规模的统计预测图??
ｔｅｄ?Ｂｒａｇｇ?Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，??ＤＢＲ）?［１２］、外腔可调谐激光器（ＥｘｔｅｍａｌＣａｖｉｔｙＬａｓｅｒ，?ＥＣＬ）和垂直腔面发射可调??谐激光器（Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｃａｖｉｔｙ?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｅｍｉｔｔｉｎｇ?Ｌａｓｅｒ，?ＶＣＳＥＬ）等。??对于ＤＦＢ，其特点在于内置了布拉格光栅（ＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ），属于侧面发射的??半导体激光器。通过将光栅集成到激光器内部的有源层中，即增益介质中，通过在??谐振腔中形成选模结构，能实现一个边模抑制比（ＳＭＳＲ）较好的单模。图１．２表??示了一个ＤＦＢ激光器的基本结构，注入到激光器的电流经过有源区后，电子与空??穴结合辐射出一定能量的光子，并通过在位于有源层的表面等间隔光栅反射，形成??纵模。由于光栅是以特殊结构存在，导致不同波长的光获得的反射强度不一样，只??有特定波长的光才能获得强反射，从而实现单纵模输出。这种激光器最大的特点就??是单色性好，其线宽窄，可以达到１ＭＨｚ以内，同时ＳＭＳＲ能达４５ｄＢ以上。此外??还具有高输出功率，可靠性高，因此被广泛应用于光通信领域。???有源区??????光栅??图１．２?ＤＦＢ激光器结构图??ＤＦＢ激光器实现可调主要是通过改变有源区的折射率来改变其工作波长，而??改变折射率是由注入电流大小和控制工作温度来控制实现，但是对于ＤＦＢ激光器，??主要是磷化铟（ＩｎＰ）、砷化镓（ＧａＡｓ）、锑化钾（ＧａＳｂ）、硫化锌（ＺｎＳ）等半导体??材料为介质，其温度调谐系数一般为Ｏ．ｌｎｍＴＣ，在正常工作状态下其调谐范围一??般不超过ｌＯｍｎ，调谐能力有限，调谐速率较低，同时由于注入电流需要较大的改??变量才能使其折射
?浙江大学硕士专业学位论文???放大器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，?ＳＯＡ）、ＤＦＢ微阵列和多模干涉耦合器??（ＭＭＩ）构成，微阵列中是每个激光光源对应的调谐区域均不相同，通过对其中一??个光源的选定然后加以控制其工作温度和电流来输出需要的波长，同时为了补偿??耦合带来的功率损耗，加以ＳＯＡ进行功率放大。ＤＦＢ激光器集成阵列本质就是将??八个ＤＦＢ激光器耦合进同一个激光器上，并没有改变ＤＦＢ的调谐机理，虽然拓展??了调谐范围，但其实现方式依旧是靠控制工作温度，调谐速率较低。同时由于是八??个激光光源耦合到一起，其工艺制作难度加大，成本太高。??８?ＤＦ巳?ＬＤ?Ａｒｒａｙ??图１．３?ＤＦＢ阵列激光器结构示意图??而基于分布式布拉格反射器的可调谐激光器ＤＢＲ，其具有结构紧凑，调谐速??率快和可靠性强的特点，同时相对于ＤＦＢ阵列缩小了体积，简化了封装，制作成??本上更低，因此基于ＤＢＲ的可调谐激光器一度成为研究的热点。??Ｉ?Ｉ?１?Ｉｐ?｜?Ｉｄｂｒ??Ｉ?．?．?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ????Ｉ＇ｌｌ．ｌＬ．?ｖｖｗｗ＼??光栅区．??图１．４ＤＢＲ激光器的结构示意图??图１．４展示了?ＤＢＲ激光器的一般结构示意图，从图中可以看出ＤＢＲ激光器??主要由有源区、相位区和光栅区构成，电流Ｉ注入有源区，电子和空穴结合形成光??子，提供光增益；电流注入光栅区通过布拉格反射定理实现选模，只有特定波??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G前传技术及发展探讨[J]. 俞兴明,徐冬梅,李亮亮. 现代传输. 2019(06)
[2]5G承载光模块发展分析[J]. 刘璐,吴冰冰. 通信世界. 2019(30)
[3]5G驱动 2019年光模块将迎来美好的春天[J]. 张贺,石志坚,张学勇,江毅. 通信世界. 2019(03)
[4]高速PCB设计中的阻抗匹配与方式研究[J]. 吴红芳,姚腾飞,张建宁. 通信电源技术. 2018(02)
[5]高速电路设计研究[J]. 黄继承,黄继文,彭星波,张特. 通信电源技术. 2015(06)
[6]深入剖析眼图及高速串行设计中的眼图测试[J]. 国外电子测量技术. 2011(04)
[7]可调谐半导体激光器的发展及应用[J]. 郝秀晴,陈根祥. 光通信技术. 2010(11)
[8]可调谐半导体激光器的发展[J]. 余永林. 激光与光电子学进展. 2007(02)
[9]光模块部署的现状和未来发展[J]. Mike Furlong,Gary Paules,东华. 电子产品世界. 2002(06)
[10]密集波分复用技术在城域网中的应用[J]. 许进,董天临. 光通信研究. 2001(06)
博士论文
[1]高速直接调制半导体激光器的研究与设计[D]. 柯程.华中科技大学 2017
[2]V型腔可调谐激光器高速调制性能的研究[D]. 孟剑俊.浙江大学 2017
[3]基于V型耦合腔的数字式波长可切换半导体激光器研究[D]. 金嘉亮.浙江大学 2012
硕士论文
[1]基于DFB激光器阵列的低成本可调谐SFP模块的设计与实现[D]. 王颖颖.南京大学 2019
[2]10Gb/s EML同轴激光发射组件的设计与实现[D]. 张亮.大连理工大学 2018
[3]一种10Gbps高速串行数据发送器电路的研究[D]. 王磊.西安电子科技大学 2017
[4]利用电吸收调制器进行光信号波分复用到时分复用的转换研究[D]. 高培瑞.天津大学 2017
[5]用于下一代以太网的可调谐半导体激光器研究[D]. 兰凌轩.浙江大学 2016
[6]高速PCB板传输线信号完整性分析[D]. 贺娇.华中科技大学 2015
[7]10G可调谐SFP PLUS光通信模块的设计与实现[D]. 张臣.武汉邮电科学研究院 2015
[8]基于10Gbps的SFP+光通信系统模块的设计与实现[D]. 聂嵩.北京工业大学 2014
[9]高速互连设计中的信号完整性分析[D]. 郝丽翠.南京理工大学 2009
[10]10G小型化热插拔光收发模块高速电路设计与研究[D]. 王斌.武汉理工大学 2008
本文编号：3585656
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１光模块整体市场规模的统计预测图??
ｔｅｄ?Ｂｒａｇｇ?Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，??ＤＢＲ）?［１２］、外腔可调谐激光器（ＥｘｔｅｍａｌＣａｖｉｔｙＬａｓｅｒ，?ＥＣＬ）和垂直腔面发射可调??谐激光器（Ｖｅｒｔｉｃａｌ?Ｃａｖｉｔｙ?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｅｍｉｔｔｉｎｇ?Ｌａｓｅｒ，?ＶＣＳＥＬ）等。??对于ＤＦＢ，其特点在于内置了布拉格光栅（ＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ），属于侧面发射的??半导体激光器。通过将光栅集成到激光器内部的有源层中，即增益介质中，通过在??谐振腔中形成选模结构，能实现一个边模抑制比（ＳＭＳＲ）较好的单模。图１．２表??示了一个ＤＦＢ激光器的基本结构，注入到激光器的电流经过有源区后，电子与空??穴结合辐射出一定能量的光子，并通过在位于有源层的表面等间隔光栅反射，形成??纵模。由于光栅是以特殊结构存在，导致不同波长的光获得的反射强度不一样，只??有特定波长的光才能获得强反射，从而实现单纵模输出。这种激光器最大的特点就??是单色性好，其线宽窄，可以达到１ＭＨｚ以内，同时ＳＭＳＲ能达４５ｄＢ以上。此外??还具有高输出功率，可靠性高，因此被广泛应用于光通信领域。???有源区??????光栅??图１．２?ＤＦＢ激光器结构图??ＤＦＢ激光器实现可调主要是通过改变有源区的折射率来改变其工作波长，而??改变折射率是由注入电流大小和控制工作温度来控制实现，但是对于ＤＦＢ激光器，??主要是磷化铟（ＩｎＰ）、砷化镓（ＧａＡｓ）、锑化钾（ＧａＳｂ）、硫化锌（ＺｎＳ）等半导体??材料为介质，其温度调谐系数一般为Ｏ．ｌｎｍＴＣ，在正常工作状态下其调谐范围一??般不超过ｌＯｍｎ，调谐能力有限，调谐速率较低，同时由于注入电流需要较大的改??变量才能使其折射
?浙江大学硕士专业学位论文???放大器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，?ＳＯＡ）、ＤＦＢ微阵列和多模干涉耦合器??（ＭＭＩ）构成，微阵列中是每个激光光源对应的调谐区域均不相同，通过对其中一??个光源的选定然后加以控制其工作温度和电流来输出需要的波长，同时为了补偿??耦合带来的功率损耗，加以ＳＯＡ进行功率放大。ＤＦＢ激光器集成阵列本质就是将??八个ＤＦＢ激光器耦合进同一个激光器上，并没有改变ＤＦＢ的调谐机理，虽然拓展??了调谐范围，但其实现方式依旧是靠控制工作温度，调谐速率较低。同时由于是八??个激光光源耦合到一起，其工艺制作难度加大，成本太高。??８?ＤＦ巳?ＬＤ?Ａｒｒａｙ??图１．３?ＤＦＢ阵列激光器结构示意图??而基于分布式布拉格反射器的可调谐激光器ＤＢＲ，其具有结构紧凑，调谐速??率快和可靠性强的特点，同时相对于ＤＦＢ阵列缩小了体积，简化了封装，制作成??本上更低，因此基于ＤＢＲ的可调谐激光器一度成为研究的热点。??Ｉ?Ｉ?１?Ｉｐ?｜?Ｉｄｂｒ??Ｉ?．?．?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ????Ｉ＇ｌｌ．ｌＬ．?ｖｖｗｗ＼??光栅区．??图１．４ＤＢＲ激光器的结构示意图??图１．４展示了?ＤＢＲ激光器的一般结构示意图，从图中可以看出ＤＢＲ激光器??主要由有源区、相位区和光栅区构成，电流Ｉ注入有源区，电子和空穴结合形成光??子，提供光增益；电流注入光栅区通过布拉格反射定理实现选模，只有特定波??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G前传技术及发展探讨[J]. 俞兴明,徐冬梅,李亮亮. 现代传输. 2019(06)
[2]5G承载光模块发展分析[J]. 刘璐,吴冰冰. 通信世界. 2019(30)
[3]5G驱动 2019年光模块将迎来美好的春天[J]. 张贺,石志坚,张学勇,江毅. 通信世界. 2019(03)
[4]高速PCB设计中的阻抗匹配与方式研究[J]. 吴红芳,姚腾飞,张建宁. 通信电源技术. 2018(02)
[5]高速电路设计研究[J]. 黄继承,黄继文,彭星波,张特. 通信电源技术. 2015(06)
[6]深入剖析眼图及高速串行设计中的眼图测试[J]. 国外电子测量技术. 2011(04)
[7]可调谐半导体激光器的发展及应用[J]. 郝秀晴,陈根祥. 光通信技术. 2010(11)
[8]可调谐半导体激光器的发展[J]. 余永林. 激光与光电子学进展. 2007(02)
[9]光模块部署的现状和未来发展[J]. Mike Furlong,Gary Paules,东华. 电子产品世界. 2002(06)
[10]密集波分复用技术在城域网中的应用[J]. 许进,董天临. 光通信研究. 2001(06)
博士论文
[1]高速直接调制半导体激光器的研究与设计[D]. 柯程.华中科技大学 2017
[2]V型腔可调谐激光器高速调制性能的研究[D]. 孟剑俊.浙江大学 2017
[3]基于V型耦合腔的数字式波长可切换半导体激光器研究[D]. 金嘉亮.浙江大学 2012
硕士论文
[1]基于DFB激光器阵列的低成本可调谐SFP模块的设计与实现[D]. 王颖颖.南京大学 2019
[2]10Gb/s EML同轴激光发射组件的设计与实现[D]. 张亮.大连理工大学 2018
[3]一种10Gbps高速串行数据发送器电路的研究[D]. 王磊.西安电子科技大学 2017
[4]利用电吸收调制器进行光信号波分复用到时分复用的转换研究[D]. 高培瑞.天津大学 2017
[5]用于下一代以太网的可调谐半导体激光器研究[D]. 兰凌轩.浙江大学 2016
[6]高速PCB板传输线信号完整性分析[D]. 贺娇.华中科技大学 2015
[7]10G可调谐SFP PLUS光通信模块的设计与实现[D]. 张臣.武汉邮电科学研究院 2015
[8]基于10Gbps的SFP+光通信系统模块的设计与实现[D]. 聂嵩.北京工业大学 2014
[9]高速互连设计中的信号完整性分析[D]. 郝丽翠.南京理工大学 2009
[10]10G小型化热插拔光收发模块高速电路设计与研究[D]. 王斌.武汉理工大学 2008
本文编号：3585656
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3585656.html
