基于氮化鎵dfb激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)設(shè)計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于光通信網(wǎng)絡(luò)與光器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光模塊是光網(wǎng)絡(luò)中一種用于實(shí)現(xiàn)光/電、電/光轉(zhuǎn)換的重要子模塊，它本身能夠?qū)崿F(xiàn)光/電、電/光轉(zhuǎn)換，且具備獨(dú)立的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，以及獨(dú)立的接收放大電路?？烧{(diào)諧光收發(fā)模塊，其最大的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)工作波長(zhǎng)可調(diào)諧，它支持在光網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)分配，可以提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性，還支持熱插拔功能，使用時(shí)無(wú)需切斷電源，即可以與設(shè)備連接或斷開，具有良好的可操作性。
[0003]可調(diào)諧光收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)的核心一一可調(diào)諧激光器，這種波長(zhǎng)可調(diào)的器件擁有極大的潛力，是構(gòu)建智能光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一。DFB可調(diào)諧激光器引入布拉格光柵作為反射鏡，布拉格光柵具有良好的選頻功能，因而可以獲得線寬非常窄的單色激光，并且采用了布拉格周期光柵結(jié)構(gòu)，使器件更容易實(shí)現(xiàn)集成化。
[0004]氮化鎵作為一種非常重要的直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，是近十幾年發(fā)展起來(lái)的第三代半導(dǎo)體材料，室溫下其帶隙寬度為3.4eV0氮化鎵具有很高的發(fā)光效率、熱傳導(dǎo)性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在制作藍(lán)光激光器，藍(lán)、綠發(fā)光二極管，紫外探測(cè)器，大功率及惡劣環(huán)境下工作的半導(dǎo)體激光器件等方面有非常廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]得益于微加工技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，人們已經(jīng)開始嘗試?yán)脤⒌镆胛⒓庸ぜ夹g(shù)中，目前，已經(jīng)成功制備了基于氮化鎵材料的機(jī)械懸梁臂。由于氮化鎵材料擁有非常良好的光電特性，研究者們將其作為光源材料引入光微機(jī)電系統(tǒng)中，并已經(jīng)在光微機(jī)電系統(tǒng)集成方面取得了創(chuàng)新性研究成果。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，集成可調(diào)諧氮化鎵光柵的濾波器已有報(bào)導(dǎo)。然而到目前為止，利用氮化鎵材料制備光柵周期可調(diào)DFB激光器研究鮮見報(bào)道，而將基于氮化鎵DFB可調(diào)諧激光器作為核心器件的可調(diào)諧光收發(fā)模塊也從未出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是設(shè)計(jì)出基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)，該光模塊的的核心器件為基于氮化鎵的可調(diào)諧分布反饋激光器，此激光器利用MEMS技術(shù)與氮化鎵材料，設(shè)計(jì)出一種新的可調(diào)諧分布反饋激光器結(jié)構(gòu)。
[0007]技術(shù)方案:
[0008]基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，主要有三部分構(gòu)成，發(fā)射部分，接收部分與數(shù)字診斷部分。所述發(fā)射部分，電信號(hào)進(jìn)入光模塊后經(jīng)過(guò)調(diào)制與激光器輸出，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)入光纖；
[0009]所述接受部分，輸入的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光探測(cè)器，跨阻放大器，限幅放大器，⑶R電路，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入系統(tǒng)；
[0010]所述數(shù)字診斷部分全程對(duì)光模塊工作性能進(jìn)行監(jiān)控，保障光模塊的正常運(yùn)行。[0011 ] 發(fā)射部分的核心為基于氮化鎵的可調(diào)諧DFB激光器。
[0012]具體如下:
[0013]光收發(fā)模塊的總體架構(gòu)圖如圖1所示，電信號(hào)進(jìn)入光模塊后，首先經(jīng)過(guò)Re-Timer電路重新整形，然后輸入到激光器驅(qū)動(dòng)器。經(jīng)過(guò)一定的增益，驅(qū)動(dòng)器通過(guò)放大后的電壓調(diào)制信號(hào)來(lái)控制光調(diào)制器的“開”和“關(guān)”，以此來(lái)調(diào)制外腔式可調(diào)諧激光器輸出相匹配的光信號(hào)，并使其輸出光功率隨加在MZM上的電壓而變化，最終把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光脈沖，并且發(fā)射到光纖中傳送到遠(yuǎn)端。
[0014]作為光收發(fā)模塊的核心器件，基于氮化嫁的可調(diào)諧DFB激光器的輸出隨著MZM施加電壓的變化而變化。該激光器的可調(diào)諧光柵結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，當(dāng)調(diào)制電壓施加在右側(cè)的梳狀驅(qū)動(dòng)器上時(shí)，可動(dòng)梳齒連同驅(qū)動(dòng)器彈簧會(huì)產(chǎn)生位移，帶動(dòng)光柵的移動(dòng)，從而改變光柵周期，實(shí)現(xiàn)激光單縱模輸出。攜帶信息的光波被發(fā)送到光纖中。
[0015]在接收端，光探測(cè)器檢測(cè)到光纖傳來(lái)的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)-電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換。然后該電流信號(hào)通過(guò)跨阻放大器被轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。由于接收光信號(hào)功率較低，轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的輸出電壓一般都幅度不足，所以必須在跨阻放大器末端配置一個(gè)末級(jí)放大器，多為限幅放大器。均衡器的作用是對(duì)已經(jīng)畸變的電信號(hào)進(jìn)行均衡補(bǔ)償，盡量消除碼間干擾，減小誤碼率。限幅放大器之后是CDR電路，CDR電路可以自身提取時(shí)鐘信號(hào)或者通過(guò)主板提供時(shí)鐘信號(hào)，然后通過(guò)鎖相環(huán)對(duì)帶有噪聲的數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)整形和同步，從而使輸出信號(hào)的眼圖和信噪比得到大大改善，再將電信號(hào)輸入給系統(tǒng)。
[0016]除此之外，還有數(shù)字診斷部分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊工作情況，對(duì)包括發(fā)射和接收光功率，工作溫度、電壓，偏置電流在內(nèi)的等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集、分析、處理和存儲(chǔ)，以此來(lái)達(dá)到對(duì)光模塊工作性能的數(shù)字診斷，保障光模塊的正常運(yùn)行。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種基于氮化鎵分布反饋激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)，該總體架構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019](I)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，相比現(xiàn)有的光收發(fā)模塊，是一種低功耗、高輸出功率、高可靠性的可調(diào)諧光收發(fā)模塊；
[0020](2)應(yīng)用的基于氮化鎵的可調(diào)諧分布反饋激光器能夠有效減少系統(tǒng)冗余，降低開銷成本和提高網(wǎng)絡(luò)靈活率，對(duì)整個(gè)光模塊的性能改善有著顯著作用。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為光收發(fā)模塊的總體架構(gòu)圖；
[0022]圖2為DFB激光器可調(diào)諧光柵三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0023]A:可調(diào)光棚.B:彈貪C:可動(dòng)梳齒
[0024]D:可動(dòng)梳齒E:娃基底F:銷G:驅(qū)動(dòng)器彈簧
[0025]圖3為接收端信號(hào)光譜仿真結(jié)果；
[0026]圖4為接收端眼圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清晰，下面會(huì)給出詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。
[0028]如圖2所示，該光收發(fā)模塊由三部分構(gòu)成，發(fā)射部分，接收部分以及數(shù)字診斷部分。光模塊發(fā)送部分仿真涉及到的主要參量有:平均輸出光功率、消光比、發(fā)送眼圖以及中心波長(zhǎng)。平均輸出光功率是指光發(fā)射端光信號(hào)輸出的平均功率大小，經(jīng)過(guò)仿真測(cè)量，得出1540nm, 1550nm，1560nm的平均輸出光功率為3.744dBm。消光比(ER)被定義為激光器全“I”信號(hào)時(shí)的輸出光功率與全“O”信號(hào)時(shí)的輸出光功率與的比值，反映數(shù)字信號(hào)抗干擾和抗噪聲的能力。該模型中MZM調(diào)制器的消光比設(shè)置為12-14dB。眼圖分析法，是分析噪聲和碼間串?dāng)_對(duì)系統(tǒng)性能影響的方法。通過(guò)眼圖可以對(duì)碼間串?dāng)_和噪聲大小進(jìn)行定性估計(jì)，從而對(duì)系統(tǒng)性能的調(diào)整改善作出指導(dǎo)。在發(fā)射光譜中，連接50%最大幅度值線段的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為中心波長(zhǎng)。_3dB譜寬(或稱FWHM譜寬)是指在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，主縱模峰值波長(zhǎng)幅度下降到一半處時(shí)，光譜線兩點(diǎn)間的波長(zhǎng)間隔。
[0029]在模塊接收部分實(shí)際需要測(cè)試的參量主要有:接收靈敏度，飽和光功率。接收靈敏度定義為一個(gè)接收機(jī)以低于某特定BER值(一般限制誤碼率為10~-12)而能可靠工作所需要的最小平均光功率。飽和光功率也叫過(guò)載光功率，主要反映光接收模塊對(duì)較強(qiáng)光信號(hào)的適應(yīng)能力，在該模塊中，由于使用的是光電二極管，故飽和光功率大于OdBm。
[0030]模塊系統(tǒng)測(cè)試需要測(cè)試的參量主要為光信噪比。光信噪比被定義為在有效帶寬為
0.1nm內(nèi)，光信號(hào)功率與噪聲功率之比。
[0031]在系統(tǒng)仿真中，分別仿真了 1540nm，1550nm，1560nm為代表的發(fā)射端可調(diào)諧激光器波長(zhǎng)，傳輸速率為10.71Gb/s，采用PRBS的碼型為NRZ 2~7_1。通過(guò)系統(tǒng)仿真，測(cè)得接收端信號(hào)光譜如圖3所示:
[0032]其中，接收端接收信號(hào)光功率為-20dBm，OSNR為19.873dB，在接收端進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后仿真得到的眼圖如圖4所示。仿真的是波長(zhǎng)為1550nm，消光比為12dB，系統(tǒng)誤碼率為
3.3814X10~-12。由系統(tǒng)眼圖可以看出，雖然存在一定的信號(hào)噪聲和碼間串?dāng)_，但眼睛開啟較大，總體性能與還是可以。1540nm，1560nm波長(zhǎng)的仿真結(jié)構(gòu)與1550nm類似。
[0033]本實(shí)例通過(guò)3種波長(zhǎng)在光收發(fā)模塊的中的仿真情況，從最后得出的接收端信號(hào)光譜圖如圖3和眼圖如圖4可以看出這種基于氮化鎵分布反饋激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊在理論上是可行的，并具有較理想的性能參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，該可調(diào)諧光收發(fā)模塊主要由發(fā)射部分、接收部分以及數(shù)字診斷部分組成， 所述發(fā)射部分，電信號(hào)進(jìn)入光模塊后經(jīng)過(guò)調(diào)制與激光器輸出，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)入光纖； 所述接受部分，輸入的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光探測(cè)器，跨阻放大器，限幅放大器，CDR電路之后，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入系統(tǒng)； 所述數(shù)字診斷部分全程對(duì)光模塊工作性能進(jìn)行監(jiān)控，保障光模塊的正常運(yùn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，發(fā)射部分的核心器件為基于氮化嫁的可調(diào)諧DFB激光器利用MEMS技術(shù)，根據(jù)施加電壓的變化對(duì)可動(dòng)梳齒進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)位移，帶動(dòng)光柵移動(dòng)，改變光柵周期，實(shí)現(xiàn)激光單縱模輸出。
【專利摘要】本發(fā)明是基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。該可調(diào)諧光收發(fā)模塊主要由發(fā)射部分、接收部分以及數(shù)字診斷部分組成，在發(fā)射部分中，該模塊應(yīng)用了基于氮化鎵材料的可調(diào)諧DFB激光器，此激光器將MEMS技術(shù)中的微驅(qū)動(dòng)器與由氮化鎵材料制成的分布反饋激光器光柵相結(jié)合，依靠懸空的周期可調(diào)光柵控制激光器的波長(zhǎng)輸出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，提出了一種新型基于氮化鎵DFB激光器的可調(diào)諧光收發(fā)模塊總體架構(gòu)，并可以獲得更為理想的性能效果，在光通信網(wǎng)絡(luò)和光器件領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用前景和參考價(jià)值。
【IPC分類】H04B10/40, G02B6/42, H01S5/12
【公開號(hào)】CN105337669
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510684764
【發(fā)明人】胡芳仁, 劉昕, 諸波, 朱聞?wù)? 呂凡敏
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日