極端溫度10G光模塊的設(shè)計(jì)

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(diǎn)。此外，新的可插拔收發(fā)器多源協(xié)議（MSA），如XFP，對(duì)溫度適應(yīng)能力提出了更高的要求。

這三個(gè)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(shí)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(duì)于單模光纖1310nm短距離（10km）傳輸系統(tǒng)，無(wú)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?cè)诙叹嚯x傳輸，特別是10Gbit/s以太網(wǎng)中成功應(yīng)用了很長(zhǎng)一段時(shí)間。

然而，如果讓DML應(yīng)用在更寬溫度下或達(dá)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(huì)隨著溫度和時(shí)間改變。這種效應(yīng)是由于激光的非對(duì)稱性引起的。

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

圖1顯示了激光上升時(shí)間和下降時(shí)間的差別。這種非對(duì)稱性也隨著溫度變化。補(bǔ)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(guò)程中進(jìn)行的多次溫度測(cè)試的數(shù)據(jù)。

另一種克服這些激光效應(yīng)和非對(duì)稱性的方法是讓激光器始終輸出光，配合一個(gè)外調(diào)制器來(lái)調(diào)制輸出光，這就是所說(shuō)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(dòng)方面的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)態(tài)特性無(wú)關(guān)，因而能獲得與運(yùn)行溫度無(wú)關(guān)的穩(wěn)定的RF性能。

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

通常將EML用于1550nm40千米或更遠(yuǎn)的傳輸，優(yōu)化EA調(diào)制器的運(yùn)行可使啁啾很小或?yàn)樨?fù)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(shí)，DML的消光曲線也是線性的。但DML的調(diào)制范圍仍是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)“0”電平接近發(fā)光閾值時(shí)，DML會(huì)產(chǎn)生不利的激發(fā)效應(yīng)。對(duì)于兩種激光器，要實(shí)現(xiàn)線性電-光轉(zhuǎn)換功能，都需要對(duì)從驅(qū)動(dòng)器到模塊的整個(gè)RF通道進(jìn)行嚴(yán)格的RF設(shè)計(jì)。也即設(shè)計(jì)必須保持對(duì)調(diào)制幅度的嚴(yán)格控制才能得到合適的輸出性能。

無(wú)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(diǎn)在于激光的產(chǎn)生和調(diào)制兩個(gè)功能集成在分開的垂直耦合的波導(dǎo)元件中。通過(guò)垂直耦合這些元件，可以獨(dú)立優(yōu)化每個(gè)功能來(lái)達(dá)到無(wú)制冷運(yùn)行的要求，不需要經(jīng)過(guò)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(wú)制冷運(yùn)行時(shí)可產(chǎn)生良好的輸出光功率性能。EA被設(shè)計(jì)成具有反S形狀的轉(zhuǎn)換曲線，這個(gè)曲線與上面所說(shuō)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(dòng)到飽和態(tài)。