100G光模塊封裝可分為CFP、CFP2、CFP4,并且100G 系列光模塊按照傳輸距離又可分為100GBase-SR10、100GBase-LR4/ER4,所有光模塊傳輸距離是由光輸出信號的OSNR容限、色散容限決定的,通俗的講,即由激光器及其驅(qū)動器性能決定。
目前,主流市場上實現(xiàn)100G-LR4傳輸?shù)墓庹{(diào)制方式有兩種,一種為DML(Directly Modulated Laser)調(diào)制方式,即直接調(diào)制激光器,一種為EML(Electlro-absorption Modulated)調(diào)制方式,即電吸收調(diào)制激光器。
下文將會簡要介紹一下使用EML調(diào)制方式來實現(xiàn)100G 系列光模塊CFP/CFP2-LR4的一些關(guān)鍵技術(shù)點:
1、 TEC電路。EML激光器需要工作在一個確定的波長下,溫度的跳變會引發(fā)一個溫漂效應,導致波長不穩(wěn)定,發(fā)生漂移,所以激光器穩(wěn)定工作的前提條件是有一個相對穩(wěn)定的工作溫度(穩(wěn)波長),這要求我們必須提供一個高精度的TEC電路,即半導體制冷器,TEC實際上是用兩種材料不同的半導體組成PN結(jié),當PN結(jié)中有直流電流通過時,由于兩種材料中的電子和空穴在跨越PN結(jié)移動過程中產(chǎn)生吸熱或放熱效應,實現(xiàn)一個制冷或加熱激光器的效果,改變電流方向和大小即可以控制TEC加熱或制冷,系統(tǒng)框圖如下:
通過一個高精度的運算放大器對我們設(shè)定的目標溫度與熱敏電阻反饋回來的溫度進行比較,兩者的誤差電壓通過高增益的放大器進行放大,同時補償網(wǎng)絡(luò)對因為激光器的冷熱端引起的相位延遲進行一個補償,驅(qū)動H橋輸出,控制TEC電流大小與方向,當溫度低于我們的目標溫度時,H橋會減少TEC電流大小或者改變TEC電流方向來進行制冷,反之加熱,最終控制環(huán)路會達到一個動態(tài)平衡,溫度也就穩(wěn)定下來了。其中,補償電路是TEC溫控電路中最關(guān)鍵的部分,即PID比例積分微分調(diào)節(jié)補償網(wǎng)絡(luò),它決定了TEC控制器的響應速度和調(diào)節(jié)精度。
2、EAM調(diào)節(jié)。EML激光器本質(zhì)上是EAM(電吸收調(diào)制器)與LD(DFB激光器)的集成器件,關(guān)鍵核心是EML芯片,它是基于Stark效應(QCSE)設(shè)計的電吸收調(diào)制激光器的芯體。DML激光器通過直接控制激光器電流來調(diào)制光強度,其始終工作在不穩(wěn)定狀態(tài),容易受到外界影響;相對而言,EML激光器主要通過控制EAM來實現(xiàn)對光信號的一個控制,光源會更穩(wěn)定,傳輸特性和傳輸效果相對而言會更好,尤其在高頻調(diào)制和長距離方面。
其內(nèi)部框圖如下:
應用時,LD腳對激光器注入恒定電流使激光器發(fā)光, 通過EAM改變激光器通光的比例,來得到不同強度的光。
以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從低速到高速的多個發(fā)展階段,速率從1M、10M、100M、1G發(fā)展到10G、100G,更多的需求促使其向更高速率演進,相信以后會不斷的有新技術(shù)出現(xiàn)來滿足人們對光模塊日益增長的需求。
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