专利名称：一种基于dfb激光器的传输用xfp光模块工作方法
技术领域：
本发明涉及光纤数据通讯及电信通讯中的光电转换器件领域，特别是高速低功耗 长距离传输用XFP光模块。
背景技术：
作为光纤通信网的核心器件，光模块推动了干线光传输系统向低成本，大容量，低 功耗的方向发展，使得光网络的配置更加完备合理，体积越来越小，接口板包含的接口密度 越来越高。光模块是由光电子器件，功能电路和光电接口等结构件组成，光电子器件包括发 射和接收两部分对于不同的应用，发射部分包括LED，VCSEL，FP，DFB，和EML等几种光源， 接收部分包括PIN和APD两种类型光探测器。对于用于大容量长距离光传输系统用的高速 光模块，光源需要采取制冷的EML激光器组件以及高功耗的EML激光驱动器，这样，整个高 速光模块的功耗很难降低。另外，由于目前市场上的温度控制器的功耗也很高，尤其是其效 率在低的制冷电流下非常低，导致整个光模块的功耗进一步增大。所以无制冷加热的DFB激光器用于长距离光传输系统高速光模块，可大幅降低功 耗。但是需要解决温度变化下的激光器光功率和消光比稳定，且最优化化DFB激光器工作 状态(眼图模板有最大裕量)。同时由于取消了制冷加热组件(TEC电路)，大大降低了光模块 的制造成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够有效降低功耗，同时保证性 能技术指标不降低的高速低功耗长距离传输用XFP光模块。本发明的高速低功耗长距离传输用XFP光模块通过下述技术方案予以实现 高速低功耗长距离传输用XFP光模块，包括电接口、光纤输入输出接口、XFP光模块内
的DFB激光器组件以及光探测器组件，还包括微控制器以及连接于XFP光模块电接口与DFB 激光器组件之间的低功耗DML激光器驱动模块，用于驱动DFB激光器组件；现有XFP光模 块中采用EML激光器驱动模块驱动EML激光器组件，EML激光器驱动模块产生较大功耗，本 发明中采用低功耗DML激光器驱动模块+DFB激光器代替EML激光器驱动模块驱动EML激 光器组件，以求达到降低功耗的效果；以适当的阻抗匹配电路最大效率地调制DFB激光器 组件的电吸收调制器；在本发明中，所述低功耗DML激光器驱动模块内部有自动光功率稳 定控制电路APC，微控制器内部有DAC (Digital-to-Analog Converter即数字-模拟转换 器)，微控制器内部有LUT (Look-Up Table)。作为本发明的一种改进，必须克服DFB激光器器用于长距离光传输系统的固有 缺陷，还需作出如下改进DFB激光器组件输出光功率通过自动光功率稳定控制电路(APC) 控制，将DFB激光器组件的输出光功率范围划分为两个及以上控制区间，每一温度区间对 应一个区间内的设定功率值，微控制器通过自身的温度采样对应激光器内部的温度的线性 关系，从而探测激光器内部的温度，判断属于哪一个温度区间，微控制器通过LUT调整APC控制电路对偏置电流(Ibias)进行补偿，使设定DFB激光器组件的输出光功率为该温度区 间对应的设定输出光功率值，并通过APC控制电路将DFB激光器温度稳定在所设定的输出 光功率范围内。DFB激光器的最佳工作状态是在常温，对于商业应用来说，要能工作在_5摄 氏度到70摄氏度，所以须在低温时相应加大光功率以优化眼图，高温时相应减小光功率以 保证消光比稳定且满足ITU标准(ITU INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION，即国际 电信联盟；本专利申请主要涉及标准号G.691)。原有的做法是全温条件下将DFB激光器 的输出光功率设定在一个值下，通过APC控制方式实现全温下激光器输出光功率恒定，这 样只要通过对消光比进行补偿。本发明将激光器输出光功率通过APC设定在几个温度比如 PI, P2, P3且三个功率点皆需满足满足ITU标准(ITU是国际电信联盟远程通信标准化组)， P2为常温输出光功率，Pl为低温输出光功率，P3为高温输出光功率，全温的衔接通过LUT实 现。针对3个功率点，需要微处理器设置DAC微控制器对消光比进行温度补偿，全温的衔接 通过LUT实现；LUT (Look-up-Table)本质上就是一个RAM ；把数据事先写入RAM后，每当输 入一个信号就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出；LUT(Look-Up Table)实际上就是一张像素灰度值的映射表，它将实际采样到的像素灰度值经过一定的变 换如阈值、反转、二值化、对比度调整、线性变换等，变成了另外一个与之对应的灰度值，这 样可以起到突出图像的有用信息，增强图像的光对比度的作用。本发明的高速低功耗长距离传输用XFP光模块与现有技术相比，有如下积极效 果
本发明的高速低功耗长距离传输用XFP光模块，从多个方面做出改进，降低了光模块 的功耗、提高了 DTO激光器用于生产制造的良率，最大限度改善了激光器开关速率(带宽)。 使无制冷DFB激光器用于高速低功耗长距离传输得以实现，同时经过如上优化，非常适合 光模块大规模制造生产。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本实施例的高速低功耗长距离传输用XFP光模块，如图1所示，包括电接口、光纤 输入输出接口、XFP光模块内的DFB激光器组件以及光探测器组件，还包括连接于XFP光模 块电接口与DFB激光器组件之间的DML激光器驱动模块，用于驱动DFB激光器组件；还包括 用于实现模块各项功能的微控制器。DFB激光器组件输出光功率通过自动光功率稳定控制电路(APC)控制，将DFB激 光器组件的输出光功率范围划分为两个及以上控制区间，每一温度区间对应一个区间内的 设定功率值，微控制器通过自身的温度采样对应激光器内部的温度的线性关系，从而探测 激光器内部的温度，判断属于哪一个温度区间，微控制器通过LUT调整APC控制电路对偏 置电流进行补偿，使设定DFB激光器组件的输出光功率为该温度区间对应的设定输出光功率值，并通过APC控制电路将DFB激光器温度稳定在所设定的输出光功率范围内。重要实施在于根据温度点高温，低温，常温，3个点，调整平均光功率与消光比 (平均光功率与消光比互相影响)，使其DFB激光器工作在最佳状态，以获得最大的眼图模板 裕量。为保证DFB激光器组件全温工作在最佳状态下，采用软件算法现在常温处定下P2值， 此 P2 值设定需要接近 ITU 标准(ITU INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION,即国际 电信联盟；本专利申请主要涉及标准号G. 691)要求的上限，写入LUT中作为初始值。同 时用软件算法给定常温处消光比值。再在高温处调试P3值，以P2值为基础，补偿消光比， 若消光比达到ITU标准，则测试眼图模板是否达标，达标就P3=P2，若眼图模板不能达标，则 P2值基础上软件算法按一定步进递减光功率，每递减一步，需重新按顺序测试消光比和眼 图模板，递减下限为ITU标准所要求的光功率下限值。最后所得P3为高温最优值，写入LUT ，再与常温处所得P2线性拟合，软件算法同时给定P3处消光比值，在与常温消光比线性 拟合。最后于低温处调试P3值，以P2值为基础，补偿消光比，则测试眼图模板是否达标，达 标就P1=P2，若眼图模板不能达标，则P2值基础上软件算法按一定步进递增光功率，每递减 一步，需重新按顺序测试消光比和眼图模板，递增上限为ITU标准所要求的光功率上限值。 最后所得Pl为低温最优值，再与常温处所得P2线性拟合，软件算法同时给定Pl处消光比 值，在与常温消光比线性拟合。完成以上步骤，以DFB为主要器件的长距离光传输系统高 速光模块就工作在最佳状态。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种高速低功耗长距离传输用XFP光模块,包括电接口、光纤输入输出接口、XFP光模块内的DFB激光器组件以及光探测器组件，其特征在于还包括微控制器以及连接于所述XFP光模块的前述电接口与所述DFB激光器组件之间的低功耗DML激光器驱动模块。
2.根据权利要求1所述的高速低功耗长距离传输用XFP光模块，其特征在于所述低 功耗DML激光器驱动模块通过其内部的自动光功率稳定控制电路APC控制前述DFB激光器 组件的输出光功率，所述微控制器通过其内部的LUT调整所述微控制器内部的DAC对调制 电流Imod进行温度补偿。
3.根据权利要求2所述的高速低功耗长距离传输用XFP光模块，其特征在于将所述 DFB激光器组件的输出光功率范围划分为两个及以上控制区间，每一温度区间对应一个区 间内的设定功率值，所述微控制器通过自身的温度采样对应所述激光器内部的温度的线性 关系，从而探测所述激光器内部的温度，判断属于哪一个温度区间，所述微控制器通过前述 LUT调整前述APC控制电路对偏置电流Ibias进行补偿，使设定所述DFB激光器组件的输 出光功率为该温度区间对应的设定输出光功率值，并通过前述APC控制电路将前述DFB激 光器温度稳定在所设定的输出光功率范围内。
4.根据权利要求3所述的高速低功耗长距离传输用XFP光模块，其特征在于在整个 工作过程中，采用软件算法先在常温处定下P2值，此P2值设定需要接近ITU标准要求的上 限，并写入所述LUT中作为初始值；同时通过软件算法给定常温处消光比值；再在高温处调 试P3值，以P2值为基础，补偿消光比，若消光比达到ITU标准，则测试眼图模板是否达标， 达标就P3=P2，若眼图模板不能达标，则P2值基础上软件算法按一定步进递减光功率，每递 减一步，需重新按顺序测试消光比和眼图模板，递减下限为ITU标准所要求的光功率下限 值；然后所得P3为高温最优值，将其写入所述LUT，再与常温处所得P2线性拟合，软件算 法同时给定P3处消光比值，再与常温消光比线性拟合；然后于低温处调试P3值，以P2值 为基础，补偿消光比，则测试该眼图模板是否达标，达标就P1=P2，若该眼图模板不能达标， 则P2值基础上软件算法按一定步进递增光功率，每递减一步，需重新按顺序测试消光比和 该眼图模板，递增上限为该ITU标准所要求的光功率上限值；最后所得Pl为低温最优值，与 常温处所得P2线性拟合，软件算法同时给定Pl处消光比值，再与常温消光比线性拟合。
全文摘要
本发明公开了一种通过数字电位器DAC渐进的变化来调节采用分布反馈式DFB半导体激光器的XFP光模块，以及使其工作在最佳工作点上的方法及优化，该方法及优化适用于高速低功耗长距离传输光纤通信系统应用；微控制器通过LUT调整APC控制电路对偏置电流Ibias进行补偿，使设定所述DFB激光器组件的输出光功率为该温度区间对应的设定输出光功率值，并通过前述APC控制电路将前述DFB激光器温度稳定在所设定的输出光功率范围内；本发明阐明了通过2个查找表LUT、3个温度点测试的具体方法,并且使采用分布反馈式DFB半导体激光器的XFP光模块工作在最佳状态。
文档编号H01S5/068GK101944705SQ20101025994
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者彭奇, 朱富, 黄庆 申请人:索尔思光电(成都)有限公司