雙向輸出的dfb可調(diào)諧激光模塊及其相干光傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊及其相干光傳輸系統(tǒng)，該雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊包括一DFB激光芯片、光學(xué)系統(tǒng)、與DFB激光芯片電性連接的中央處理器及外圍電路；所述DFB激光芯片包括有具有兩個端面的諧振腔，該諧振腔的兩個端面同時作為激光輸出窗口；所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括有數(shù)個透鏡；所述外圍電路包括有分別與中央處理器及DFB激光芯片電性連接的功率控制電路、溫度控制電路及頻率/功率監(jiān)控電路。本發(fā)明僅使用一個光源模塊的光學(xué)和控制系統(tǒng)，就實(shí)現(xiàn)了兩個光源模塊的功能，減少了一半光源模塊的數(shù)量，極大地降低了相干光傳輸系統(tǒng)的體積、功耗及成本。
【專利說明】
雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊及其相干光傳輸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式反饋(DFB:Distributed FeedBack)可調(diào)諧激光模塊及其相干光傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]10Gbps相干通信系統(tǒng)已經(jīng)成為全球長距離光纖網(wǎng)絡(luò)廣泛采用的技術(shù)方案。由于相干檢測技術(shù)具有靈敏度高、中繼距離長等優(yōu)勢，而接收機(jī)后端的數(shù)字信號處理可以對系統(tǒng)的信道損傷，如色散、偏振模色散等進(jìn)行電域補(bǔ)償，使得相干技術(shù)成為目前DWDM波分復(fù)用系統(tǒng)提升容量的關(guān)鍵。
[0003]目前10Gbps相干光傳輸系統(tǒng)在城域光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用剛剛起步，隨著城域網(wǎng)帶寬需求的不斷增長，市場空間非常巨大。由于城域網(wǎng)對于成本更敏感，線卡的端口密度要求更高，因此需要密度高且成本低的光收發(fā)模塊?，F(xiàn)有相干光傳輸系統(tǒng)設(shè)計中在發(fā)射端和接收端均各需要一個激光器，即兩個光源模塊，且窄線寬的DFB光源模塊又是相干系統(tǒng)中的核心器件，成本較高。因此，造成了目前商用的相干光收發(fā)模塊尺寸大、功耗高、成本高的弊端，極大的制約了 10Gbps相干光傳輸系統(tǒng)在城域網(wǎng)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一目的在于，提出一種雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其僅需一個激光器即可同時供給發(fā)射端和接收端使用，減少了一半光源模塊的數(shù)量，極大降低相干光傳輸系統(tǒng)的體積、功耗及成本；
[0005]本發(fā)明的另一目的在于，提出一種相干光傳輸系統(tǒng)，其包含雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，減少了一半光源模塊的數(shù)量，極大地降低了系統(tǒng)體積、功耗及成本。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其包括:一DFB激光芯片、光學(xué)系統(tǒng)、與DFB激光芯片電性連接的中央處理器及外圍電路;所述DFB激光芯片包括有具有兩個端面的諧振腔，該諧振腔的兩個端面同時作為激光輸出窗口；所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括有數(shù)個透鏡;所述外圍電路包括有分別與中央處理器及DFB激光芯片電性連接的功率控制電路、溫度控制電路及頻率/功率監(jiān)控電路;所述DFB激光芯片前向發(fā)出的光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直和匯聚，耦合到光纖中作為發(fā)射輸出，該DFB激光芯片后向發(fā)出的光束耦合到另一個光釬中作為接收端的本振輸出。
[0007]本發(fā)明中，所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括至少兩組透鏡，分別相對于DFB激光芯片諧振腔的兩個端面設(shè)置，該每組透鏡內(nèi)均包括有一個準(zhǔn)直透鏡和一個匯聚透鏡。
[0008]進(jìn)一步地，所述每組透鏡內(nèi)在準(zhǔn)直透鏡與匯聚透鏡之間還分別設(shè)有一隔離器。
[0009]再者，所述與發(fā)射輸出靠近的一隔離器后端還設(shè)有分光器。
[0010]具體的，所述分光器后端還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)具及包括數(shù)個光電二極管的光電轉(zhuǎn)換模塊。
[0011]本發(fā)明中，所述中央處理器內(nèi)預(yù)設(shè)有控制邏輯和補(bǔ)償算法的固件。
[0012]具體的，所述功率控制電路包括分別與中央處理器電性連接的運(yùn)算放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該運(yùn)算放大器一端與DFB激光芯片電性連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊一端與一光電二極管電性連接，該發(fā)光二極管一端與DFB激光芯片一端均連接至一直流電壓源處。
[0013]進(jìn)一步地，所述溫度控制電路包括分別與中央處理器電性連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊一端依次電性連接有一電流源及半導(dǎo)體致冷器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊一端電性連接有熱敏電阻。
[0014]具體的，所述頻率/功率監(jiān)控電路包括與中央處理器電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，及分別與該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊并聯(lián)連接的兩個光電二極管，該兩個光電二極管另一端均連接至一直流電壓源處，所述一個光電二極管直接接收分光器的一部分分光，另一個光電二極管則接收通過了標(biāo)準(zhǔn)具的一部分分光。
[0015]更進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種相干光傳輸系統(tǒng)，其包括前述的DFB可調(diào)諧激光模塊。
[0016]本發(fā)明的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊及其相干光傳輸系統(tǒng)，其利用DFB激光芯片可雙向輸出的特性，利用DFB激光芯片諧振腔的兩個端面同時作為激光輸出窗口，設(shè)計出一個可雙向輸出的光模塊，同時提供給發(fā)射端和接收端使用，即僅使用一個光源模塊的光學(xué)和控制系統(tǒng)，就實(shí)現(xiàn)了兩個光源模塊的功能，這樣減少了一半光源模塊的數(shù)量，極大地降低了相干光傳輸系統(tǒng)的體積、功耗及成本。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊一種具體實(shí)施例的模塊框圖；
[0019]圖2為本發(fā)明中功率控制電路一種具體實(shí)施例的模塊框圖；
[0020]圖3為本發(fā)明中溫度控制電路一種具體實(shí)施例的模塊框圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明中頻率/功率監(jiān)控電路一種具體實(shí)施例的模塊框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供一種雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其包括:一DFB激光芯片1、光學(xué)系統(tǒng)、與DFB激光芯片1電性連接的中央處理器20及外圍電路;所述DFB激光芯片10包括有具有兩個端面的諧振腔，該諧振腔的兩個端面同時作為激光輸出窗口；所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括有數(shù)個透鏡(Lens) 30;所述外圍電路包括有分別與中央處理器20及DFB激光芯片1電性連接的功率控制電路40、溫度控制電路50及頻率/功率監(jiān)控電路60;所述DFB激光芯片10前向發(fā)出的光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直和匯聚，耦合到光纖中作為發(fā)射輸出，該DFB激光芯片10后向發(fā)出的光束耦合到另一個光纖中作為接收端的本振輸出。本發(fā)明利用DFB激光芯片10可雙向輸出的特性，設(shè)計出一個可雙向輸出的光模塊，同時提供給發(fā)射端和接收端使用，極大降低相干光傳輸系統(tǒng)的體積、功耗及成本。
[0024]本發(fā)明中，所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括至少兩組透鏡，該兩組透鏡分別相對于DFB激光芯片10諧振腔的兩個端面設(shè)置。具體的，該每組透鏡內(nèi)均包括有一個準(zhǔn)直透鏡30和一個匯聚透鏡31AFB激光芯片10前向發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡30和匯聚透鏡31的準(zhǔn)直和匯聚，耦合到光纖中作為發(fā)射輸出；DFB激光芯片10后向發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡30和匯聚透鏡31耦合到另一個光纖中作為接收端的本振輸出。該DFB激光芯片1前后向出光功率的比例和兩個端面反射率的比值成反比關(guān)系。進(jìn)一步地，所述每組透鏡內(nèi)在準(zhǔn)直透鏡30與匯聚透鏡31之間還分別設(shè)有一隔離器(IS0:1Solator)32、32’，以用于阻止來自于激光器外部的反射光進(jìn)入諧振腔。
[0025]在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述與發(fā)射輸出靠近的一隔離器32后端還設(shè)有分光器(Splitter)34。由于在相干通信系統(tǒng)中，對激光器頻率穩(wěn)定性要求也很高，因此作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在所述分光器34后端還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)具(Etalon)36及包括數(shù)個光電二極管(PD:Photod1de) 38的光電轉(zhuǎn)換模塊，通過所述標(biāo)準(zhǔn)具36來反饋頻率偏移信息。
[0026]本發(fā)明中，所述中央處理器20內(nèi)預(yù)設(shè)有控制邏輯和補(bǔ)償算法的固件，該中央處理器20負(fù)責(zé)運(yùn)行固件代碼，控制外圍電路，使得本發(fā)明雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊能夠輸出所需的功率和頻率。
[0027]在本發(fā)明中，所述功率控制電路40會根據(jù)中央處理器20的指令提供激光模塊的驅(qū)動電流。如圖2所示，作為本發(fā)明的一種可選擇的實(shí)施例，所述功率控制電路40包括分別與中央處理器10電性連接的運(yùn)算放大器42及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊44，該運(yùn)算放大器42—端與DFB激光芯片10電性連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊44 一端與一光電二極管38電性連接，該光電二極管38—端與DFB激光芯片10—端均連接至一直流電壓源處70。
[0028]如圖3所示，所述溫度控制電路50包括分別與中央處理器20電性連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊52及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊54，該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊52—端依次電性連接有一電流源56及半導(dǎo)體致冷器(TEC:Thermoelectric Cooler)58，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊54—端電性連接有熱敏電阻59。由于DFB激光芯片10對工作溫度比較敏感，因此本發(fā)明特別設(shè)置了半導(dǎo)體致冷器58，利用其電制冷/熱單元來控制溫度。溫度控制電路50根據(jù)中央處理器20的指令調(diào)節(jié)半導(dǎo)體致冷器58電流大小和方向，使DFB激光芯片10達(dá)到所需工作溫度。具體的，當(dāng)環(huán)境溫度變化，光電轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的光電二極管38探測到的光功率和頻率偏離設(shè)定值時，中央處理器20會改變半導(dǎo)體致冷器58內(nèi)驅(qū)動電路的電流大小或方向?qū)崿F(xiàn)制熱或制冷，使得DFB激光芯片10保持原來的工作溫度。
[0029]如圖4所示，所述頻率/功率監(jiān)控電路60包括與中央處理器20電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊64，及分別與該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊64并聯(lián)連接的兩個光電二極管38，該兩個光電二極管38另一端均連接至一直流電壓源70處，所述標(biāo)準(zhǔn)具36設(shè)于其中一光電二極管38與分光器34之間位置處，其中一光電二極管38直接接收分光器34的一部分分光，另一個光電二極管38則接收通過了標(biāo)準(zhǔn)具36的一部分分光。該頻率/功率監(jiān)控電路60根據(jù)光電二極管38探測到的光功率，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳給中央處理器20。
[0030]作為本發(fā)明的可選擇性實(shí)施例，所述功率控制電路40中的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊44、溫度控制電路50中的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊54，以及頻率/功率監(jiān)控電路60中的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊64，其可以為分別獨(dú)立設(shè)置的三個模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片?；蛘?，功率控制電路40、溫度控制電路50，以及頻率/功率監(jiān)控電路60可以同時共用同一個功能更為強(qiáng)大的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
[0031]更進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種相干光傳輸系統(tǒng)，其包括前述的DFB可調(diào)諧激光模塊。本發(fā)明的DFB可調(diào)諧激光模塊在工作時，當(dāng)模塊上電時，中央處理器20根據(jù)外部系統(tǒng)的指令和模塊存儲的配置信息，將半導(dǎo)體致冷器58的溫度設(shè)置到相應(yīng)工作點(diǎn)，同時打開DFB激光芯片10的驅(qū)動電路。激光器發(fā)光后有一小部分光束通過分光器34進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具36和光電二極管38，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳回中央處理器20。如果功率和頻率未到達(dá)目標(biāo)值，中央處理器20根據(jù)固件的算法微調(diào)半導(dǎo)體致冷器58和DFB激光芯片10電流，最終達(dá)到所需的工作狀態(tài)。由于本發(fā)明雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊的發(fā)射輸出和本振輸出是由同一個DFB激光芯片10產(chǎn)生的，因此其頻率完全相同。再者，雙向輸出的功率比例也是由DFB激光芯片10諧振腔端面的反射率預(yù)先設(shè)定，所以本振輸出的光路上不再需要監(jiān)控其功率和頻率，也在一定程度上減少了器件的成本。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，包括一DFB激光芯片、光學(xué)系統(tǒng)、與DFB激光芯片電性連接的中央處理器及外圍電路;所述DFB激光芯片包括有具有兩個端面的諧振腔，該諧振腔的兩個端面同時作為激光輸出窗口；所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括有數(shù)個透鏡；所述外圍電路包括有分別與中央處理器及DFB激光芯片電性連接的功率控制電路、溫度控制電路及頻率/功率監(jiān)控電路;所述DFB激光芯片前向發(fā)出的光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直和匯聚，耦合到光纖中作為發(fā)射輸出，該DFB激光芯片后向發(fā)出的光束耦合到另一個光纖中作為接收端的本振輸出。2.如權(quán)利要求1所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)包括至少兩組透鏡，分別相對于DFB激光芯片諧振腔的兩個端面設(shè)置，該每組透鏡內(nèi)均包括有一個準(zhǔn)直透鏡和一個匯聚透鏡。3.如權(quán)利要求2所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述每組透鏡內(nèi)在準(zhǔn)直透鏡與匯聚透鏡之間還分別設(shè)有一隔離器。4.如權(quán)利要求3所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述與發(fā)射輸出靠近的一隔離器后端還設(shè)有分光器。5.如權(quán)利要求4所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述分光器后端還設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)具及包括數(shù)個光電二極管的光電轉(zhuǎn)換模塊。6.如權(quán)利要求1所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述中央處理器內(nèi)預(yù)設(shè)有控制邏輯和補(bǔ)償算法的固件。7.如權(quán)利要求5所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述功率控制電路包括分別與中央處理器電性連接的運(yùn)算放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該運(yùn)算放大器一端與DFB激光芯片電性連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊一端與一光電二極管電性連接，該光電二極管一端與DFB激光芯片一端均連接至一直流電壓源處。8.如權(quán)利要求5所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述溫度控制電路包括分別與中央處理器電性連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊一端依次電性連接有一電流源及半導(dǎo)體致冷器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊一端電性連接有熱敏電阻。9.如權(quán)利要求5所述的雙向輸出的DFB可調(diào)諧激光模塊，其特征在于，所述頻率/功率監(jiān)控電路包括與中央處理器電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，及分別與該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊并聯(lián)連接的兩個光電二極管，該兩個光電二極管另一端均連接至一直流電壓源處，所述一個光電二極管直接接收分光器的一部分分光，另一個光電二極管則接收通過了標(biāo)準(zhǔn)具的一部分分光。10.—種相干光傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的DFB可調(diào)諧激光模塊。
【文檔編號】H01S5/12GK105896309SQ201610414093
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李奕, 楊捷, 侯小珂
【申請人】深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司