極端溫度10G光模塊的設(shè)計

相關(guān)專題: 光通信 5G

盡管2.5Gbit/s和1/2/4Gbit/s光通信模塊已經(jīng)能應(yīng)用在溫度范圍很寬的環(huán)境(通常是-20℃至+85℃)中了,但10Gbit/s模塊卻落在了后面。

在如此寬的溫度范圍內(nèi)使用如此高速率的光模塊的需求是顯而易見的。線路卡密度已經(jīng)增加到80Gbit/s,10Gbit/s線速率正逐漸接近環(huán)境不易控制的本地接入點。此外,新的可插拔收發(fā)器多源協(xié)議(MSA),如XFP,對溫度適應(yīng)能力提出了更高的要求。

這三個因素促使器件制造商開發(fā)具有更寬溫度(-20℃至+85℃)性能的10Gbit/s模塊。然而,同時滿足環(huán)境溫度和傳輸速率要求的技術(shù)最近才出現(xiàn)。

在更寬溫度下

EML與DML的比較

對于單模光纖1310nm短距離(10km)傳輸系統(tǒng),無制冷直接調(diào)制激光器(DML)是種很好的選擇。分布反饋(DFB)DML尤其受歡迎,它們在短距離傳輸,特別是10Gbit/s以太網(wǎng)中成功應(yīng)用了很長一段時間。

然而,如果讓DML應(yīng)用在更寬溫度下或達到SONET的性能,則存在很大的挑戰(zhàn)。所有DML的光電轉(zhuǎn)換曲線(L-I曲線)都會隨著溫度和時間改變。這種效應(yīng)是由于激光的非對稱性引起的。

典型的10Gbit/sDML的眼圖說明了激光上升時間和下降時間的內(nèi)在非對稱性。這種非對稱性隨著溫度變化。

圖1顯示了激光上升時間和下降時間的差別。這種非對稱性也隨著溫度變化。補償這些效應(yīng)的最常用方法是使用查詢表,該表記錄了激光器生產(chǎn)過程中進行的多次溫度測試的數(shù)據(jù)。

另一種克服這些激光效應(yīng)和非對稱性的方法是讓激光器始終輸出光,配合一個外調(diào)制器來調(diào)制輸出光,這就是所說的外調(diào)制激光器(EML)。這種情況下,基于電吸收(EA)調(diào)制器的EML由于尺寸和調(diào)制驅(qū)動方面的優(yōu)點,是最合適的。EML的RF性能由EA部件的快速吸收能力決定,與激光的動態(tài)特性無關(guān),因而能獲得與運行溫度無關(guān)的穩(wěn)定的RF性能。

從10GBase-LR眼圖看出,無制冷EML在-20℃(左)到+95℃(右)范圍內(nèi)運行時具有良好的性能。

通常將EML用于1550nm40千米或更遠的傳輸,優(yōu)化EA調(diào)制器的運行可使啁啾很小或為負啁啾,從而使低調(diào)制電壓也能獲得線性消光曲線。當(dāng)調(diào)制電流變化時,DML的消光曲線也是線性的。但DML的調(diào)制范圍仍是個問題,因為當(dāng)“0”電平接近發(fā)光閾值時,DML會產(chǎn)生不利的激發(fā)效應(yīng)。對于兩種激光器,要實現(xiàn)線性電-光轉(zhuǎn)換功能,都需要對從驅(qū)動器到模塊的整個RF通道進行嚴格的RF設(shè)計。也即設(shè)計必須保持對調(diào)制幅度的嚴格控制才能得到合適的輸出性能。

無制冷1310nmEML的引入改變了這種狀況。此類發(fā)射器的結(jié)構(gòu)特點在于激光的產(chǎn)生和調(diào)制兩個功能集成在分開的垂直耦合的波導(dǎo)元件中。通過垂直耦合這些元件,可以獨立優(yōu)化每個功能來達到無制冷運行的要求,不需要經(jīng)過EML制作中常見的昂貴的再生步驟。DFB激光器元件是鋁基的,無制冷運行時可產(chǎn)生良好的輸出光功率性能。EA被設(shè)計成具有反S形狀的轉(zhuǎn)換曲線,這個曲線與上面所說的線性曲線不一樣。由于EA工作在光“1”和光“0”的限定狀態(tài)下,所以EA能被驅(qū)動到飽和態(tài)。

 

   來源:光電新聞網(wǎng)
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