双向输出的DFB可调谐激光模块及其相干光传输系统的制作方法

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种分布式反馈(DFB：Distributed Feed Back)可调谐激光模块及其相干光传输系统。

背景技术：

100Gbps相干通信系统已经成为全球长距离光纤网络广泛采用的技术方案。由于相干检测技术具有灵敏度高、中继距离长等优势，而接收机后端的数字信号处理可以对系统的信道损伤，如色散、偏振模色散等进行电域补偿，使得相干技术成为目前DWDM波分复用系统提升容量的关键。

目前100Gbps相干光传输系统在城域光网络的应用刚刚起步，随着城域网带宽需求的不断增长，市场空间非常巨大。由于城域网对于成本更敏感，线卡的端口密度要求更高，因此需要密度高且成本低的光收发模块。现有相干光传输系统设计中在发射端和接收端均各需要一个激光器，即两个光源模块，且窄线宽的DFB光源模块又是相干系统中的核心器件，成本较高。因此，造成了目前商用的相干光收发模块尺寸大、功耗高、成本高的弊端，极大的制约了100Gbps相干光传输系统在城域网的应用。

技术实现要素：

本实用新型的一目的在于，提出一种双向输出的DFB可调谐激光模块，其仅需一个激光器即可同时供给发射端和接收端使用，减少了一半光源模块的数量，极大降低相干光传输系统的体积、功耗及成本；

本实用新型的另一目的在于，提出一种相干光传输系统，其包含双向输出的DFB可调谐激光模块，减少了一半光源模块的数量，极大地降低了系统体积、功耗及成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种双向输出的DFB可调谐激光模块，其包括：一DFB激光芯片、光学系统、与DFB激光芯片电性连接的中央处理器及外围电路；所述DFB激光芯片包括有具有两个端面的谐振腔，该谐振腔的两个端面同时作为激光输出窗口；所述光学系统内包括有数个透镜；所述外围电路包括有分别与中央处理器及DFB激光芯片电性连接的功率控制电路、温度控制电路及频率/功率监控电路。

本实用新型中，所述光学系统内包括至少两组透镜，分别相对于DFB激光芯片谐振腔的两个端面设置，该每组透镜内均包括有一个准直透镜和一个汇聚透镜。

进一步地，所述每组透镜内在准直透镜与汇聚透镜之间还分别设有一隔离器。

再者，所述与发射输出靠近的一隔离器后端还设有分光器。

具体的，所述分光器后端还设有标准具及包括数个光电二极管的光电转换模块。

本实用新型中，所述功率控制电路包括分别与中央处理器电性连接的运算放大器及模数转换模块，该运算放大器一端与DFB激光芯片电性连接，模数转换模块一端与一光电二极管电性连接，该发光二极管一端与DFB激光芯片一端均连接至一直流电压源处。

进一步地，所述温度控制电路包括分别与中央处理器电性连接的数模转换模块及模数转换模块，该数模转换模块一端依次电性连接有一电流源及半导体致冷器，该模数转换模块一端电性连接有热敏电阻。

具体的，所述频率/功率监控电路包括与中央处理器电性连接的模数转换模块，及分别与该模数转换模块并联连接的两个光电二极管，该两个光电二极管另一端均连接至一直流电压源处，所述一个光电二极管直接接收分光器的一部分分光，另一个光电二极管则接收通过了标准具的一部分分光。

更进一步地，本实用新型还提供了一种相干光传输系统，其包括前述的DFB可调谐激光模块。

本实用新型的双向输出的DFB可调谐激光模块及其相干光传输系统，其利用DFB激光芯片可双向输出的特性，利用DFB激光芯片谐振腔的两个端面同时作为激光输出窗口，设计出一个可双向输出的光模块，同时提供给发射端和接收端使用，即仅使用一个光源模块的光学和控制系统，就实现了两个光源模块的功能，这样减少了一半光源模块的数量，极大地降低了相干光传输系统的体积、功耗及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型双向输出的DFB可调谐激光模块一种具体实施例的模块框图；

图2为本实用新型中功率控制电路一种具体实施例的模块框图；

图3为本实用新型中温度控制电路一种具体实施例的模块框图；

图4为本实用新型中频率/功率监控电路一种具体实施例的模块框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种双向输出的DFB可调谐激光模块，其包括：一DFB激光芯片10、光学系统、与DFB激光芯片10电性连接的中央处理器20及外围电路；所述DFB激光芯片10包括有具有两个端面的谐振腔，该谐振腔的两个端面同时作为激光输出窗口；所述光学系统内包括有数个透镜(Lens)30；所述外围电路包括有分别与中央处理器20及DFB激光芯片10电性连接的功率控制电路40、温度控制电路50及频率/功率监控电路60；所述DFB激光芯片10前向发出的光束经过光学系统的准直和汇聚，耦合到光纤中作为发射输出，该DFB激光芯片10后向发出的光束耦合到另一个光纤中作为接收端的本振输出。本实用新型利用DFB激光芯片10可双向输出的特性，设计出一个可双向输出的光模块，同时提供给发射端和接收端使用，极大降低相干光传输系统的体积、功耗及成本。

本实用新型中，所述光学系统内包括至少两组透镜，该两组透镜分别相对于DFB激光芯片10谐振腔的两个端面设置。具体的，该每组透镜内均包括有一个准直透镜30和一个汇聚透镜31。DFB激光芯片10前向发出的光束经过准直透镜30和汇聚透镜31的准直和汇聚，耦合到光纤中作为发射输出；DFB激光芯片10后向发出的光束经过准直透镜30和汇聚透镜31耦合到另一个光纤中作为接收端的本振输出。该DFB激光芯片10前后向出光功率的比例和两个端面反射率的比值成反比关系。进一步地，所述每组透镜内在准直透镜30与汇聚透镜31之间还分别设有一隔离器(ISO：Isolator)32、32’，以用于阻止来自于激光器外部的反射光进入谐振腔。

在本实用新型具体实施例中，所述与发射输出靠近的一隔离器32后端还设有分光器(Splitter)34。由于在相干通信系统中，对激光器频率稳定性要求也很高，因此作为本实用新型的优选实施例，在所述分光器34后端还设有标准具(Etalon)36及包括数个光电二极管(PD：Photodiode)38的光电转换模块，通过所述标准具36来反馈频率偏移信息。

本实用新型中，所述中央处理器20内预设有控制逻辑和补偿算法的固件，该中央处理器20负责运行固件代码，控制外围电路，使得本实用新型双向输出的DFB可调谐激光模块能够输出所需的功率和频率。

在本实用新型中，所述功率控制电路40会根据中央处理器20的指令提供激光模块的驱动电流。如图2所示，作为本实用新型的一种可选择的实施例，所述功率控制电路40包括分别与中央处理器10电性连接的运算放大器42及模数转换模块44，该运算放大器42一端与DFB激光芯片10电性连接，模数转换模块44一端与一光电二极管38电性连接，该光电二极管38一端与DFB激光芯片10一端均连接至一直流电压源处70。

如图3所示，所述温度控制电路50包括分别与中央处理器20电性连接的数模转换模块52及模数转换模块54，该数模转换模块52一端依次电性连接有一电流源56及半导体致冷器(TEC：Thermoelectric Cooler)58，该模数转换模块54一端电性连接有热敏电阻59。由于DFB激光芯片10对工作温度比较敏感，因此本实用新型特别设置了半导体致冷器58，利用其电制冷/热单元来控制温度。温度控制电路50根据中央处理器20的指令调节半导体致冷器58电流大小和方向，使DFB激光芯片10达到所需工作温度。具体的，当环境温度变化，光电转换模块内的光电二极管38探测到的光功率和频率偏离设定值时，中央处理器20会改变半导体致冷器58内驱动电路的电流大小或方向实现制热或制冷，使得DFB激光芯片10保持原来的工作温度。

如图4所示，所述频率/功率监控电路60包括与中央处理器20电性连接的模数转换模块64，及分别与该模数转换模块64并联连接的两个光电二极管38，该两个光电二极管38另一端均连接至一直流电压源70处，所述标准具36设于其中一光电二极管38与分光器34之间位置处，其中一光电二极管38直接接收分光器34的一部分分光，另一个光电二极管38则接收通过了标准具36的一部分分光。该频率/功率监控电路60根据光电二极管38探测到的光功率，将模拟信号转化为数字信号传给中央处理器20。

作为本实用新型的可选择性实施例，所述功率控制电路40中的模数转换模块44、温度控制电路50中的模数转换模块54，以及频率/功率监控电路60中的模数转换模块64，其可以为分别独立设置的三个模数转换芯片。或者，功率控制电路40、温度控制电路50，以及频率/功率监控电路60可以同时共用同一个功能更为强大的模数转换芯片。

更进一步地，本实用新型还提供了一种相干光传输系统，其包括前述的DFB可调谐激光模块。本实用新型的DFB可调谐激光模块在工作时，当模块上电时，中央处理器20根据外部系统的指令和模块存储的配置信息，将半导体致冷器58的温度设置到相应工作点，同时打开DFB激光芯片10的驱动电路。激光器发光后有一小部分光束通过分光器34进入标准具36和光电二极管38，经过模数转换将监控数据传回中央处理器20。如果功率和频率未到达目标值，中央处理器20根据固件的算法微调半导体致冷器58和DFB激光芯片10电流，最终达到所需的工作状态。由于本实用新型双向输出的DFB可调谐激光模块的发射输出和本振输出是由同一个DFB激光芯片10产生的，因此其频率完全相同。再者，双向输出的功率比例也是由DFB激光芯片10谐振腔端面的反射率预先设定，所以本振输出的光路上不再需要监控其功率和频率，也在一定程度上减少了器件的成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。