一种多通道宽温RoF光发射模块的制作方法

本实用新型涉及微波电子学，具体涉及一种多通道宽温RoF光发射模块。

背景技术：

RoF（Radio over Fiber）技术是将射频RF（radio frequency）副载波调制到光载波上实现基于光网络分布的无线通信技术。RoF技术具有信道信号稳定、损耗低、带宽高容量大、抗电磁干扰（EMI）和抗电磁脉冲（EMP）、重量轻及易于安装维护等优点，克服了无线通信容量小、通信拥挤以及频谱资源不足等缺点。

RoF技术中调制方式主要有直接调制和外调制两种，其中直接调制无需额外的光调制器，因此基于该技术的发射模块体积小、重量轻、能耗低、控制电路简单，在航空航天领域具有广阔的应用前景。

目前基于DML激光器的RoF技术研究主要集中在单通道、低速系统，这主要受到多通道DML激光源和高宽带直流偏置器（Bias-T）两项技术的限制。通信用密集波分复用（DWDM）光源的波长资源主要分布在C和L波段，而该波段对应的光纤色散较大，不利于满足RoF传输中的保副保相需求；粗波分复用（CWDM）光源的波长资源覆盖光纤零色散点附近的1310nm波段，但该类光源的波长间隔为20nm，同样引来不同信道传输的相位偏差问题。

直流偏置器将激光器的直流偏置电流与射频信号耦合输入至激光器，商用直流偏置器的最大带宽小于12GHz，且体积较大，不适合用于集成RoF光模块中。而在航空航天领域，设备模块所处的工作环境温度变化较大，因此该类器件需要满足军工级温度要求，这也对DML激光器的温控设计提出了更高的要求。

基于以上问题，研究并开发设计一种多通道宽温RoF光发射模块。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：现有的ROF光发射装置中采用的DML激光源，无法满足RoF传输中的保副保相需求，产生不同信道传输的相位偏差问题；采用的Bias-T直流偏置器不适合用于集成RoF光模块中，且无法满足对温度要求高的工作环境。现提供一种多通道宽温RoF光发射模块，设置多通道的DML激光器复用模块，在通信光纤零色散波长附近提供密集波长间隔的多波长光源，解决了光纤色散、器件互联引入的RF信号相位差异和随机性问题。

本实用新型的通过下述技术方案实现：

一种多通道宽温RoF光发射模块，包括：

射频输入模块，多路RF信号通过射频输入模块进入ROF光发射装置；

Bias-T直流偏置模块，射频输入模块输出的RF信号注入到Bias-T直流偏置模块并与相应的直流偏置电流耦合；

多通道DML激光器复用模块，包括多路DML激光器、多端口波分复用器，DML激光器将经Bias-T直流偏置模块输入的RF信号调制在对应的光载波上，进行光电转换；波分复用器对转换后的多路不同波长光信号耦合在一根光纤内；

温度控制模块，控制DML激光器的工作温度，对DML激光器的波长进行控制。

现有ROF技术直接调制方式的光发射模块核心器件是直接调制激光器，包括直接将RF信号加载于激光二极管注入电流上实现的DML激光器，以及将分布反馈激光器（DFB）和电吸收调制器（EAM）集成在一起的EML激光器。EML激光器本质上是采用外调制，该类器件线性度低，带宽较大，在光纤通信的数字信号传输系统中得到广泛应用，目前已有4×25G的EML光发射模块用于数据中心、城域光通信等领域。由于RoF技术需要最大限度的保留射频信号信息，为一种模拟信号传输系统，因此选择DML激光器作为RoF光发射模块调制的核心部件。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述射频输入模块包括SMA射频接口和射频线缆，SMA射频接口与射频线缆一一对应连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述每一路RF信号通过独立的SMA射频接口以及对应的射频线缆耦合ROF光发射模块，SMA射频接口和射频线缆个数与RF信号通道数相同。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述每一路SMA射频接口所连接的射频线缆的长度相同。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述Bias-T直流偏置模块由超宽带高频电感、电容和电阻组成；超宽带高频电感为锥形电感用于消除偏置电流中的高频噪声；电容与射频接口以及对应电阻通过微带线连接，用于滤除射频信号中直流分量；电阻用于阻抗匹配减小射频损耗。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述多通道DML激光器复用模块还包括与DML激光器对应的分光器、光电探测器，分光器将DML激光器输出的光信号的5%耦合至光电探测器，95%光信号通过波分复用器耦合至一根光纤输出；DML激光器数量和波分复用器输入端口数量与RF信号通道数量相同。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述DML激光器、分光器、光电探测器、波分复用器集成在同一芯片中。

现有技术中采用将多个独立的激光器通过光纤分别连接到波分复用器，在这个过程中1）激光器连接复用器的光纤长度、光纤连接耦合情况等均会造成传输距离、光功率等的不一致；2）各激光器、复用器均为独立器件，体积较大，环境一致性较差，造成信号传输距离、光功率、光波长变化的不一致。可见，以上两方面因素均会影响信号幅度和相位，而将DML激光器、分光器、光电探测器、波分复用器集成在同一芯片中，器件之间相互连接长度小且固定不变，同时，体积小环境一致性高，因此可较少信道间链路差异引入的射频信号幅度和相位随机变化。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述温度控制模块包括热敏电阻和半导体制冷器，热敏电阻位于DML激光器的内部，监控DML激光器的工作温度，半导体制冷器置于DML激光器芯片底部，根据热敏电阻变化，进行温度控制，稳定DML激光器波长和功率输出。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述热敏电阻、半导体制冷器均一一对应设置在DML激光器中。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述温度控制模块包括热敏电阻和半导体制冷器，热敏电阻位于DML激光器的内部，监控DML激光器的工作温度，半导体制冷器置于DML激光器底部，根据热敏电阻变化，进行温度控制，稳定DML激光器波长和功率输出。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述热敏电阻、半导体制冷器和DML激光器呈一一对应设置。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述多通道宽温ROF光发射模块还包括容纳多通道宽温ROF光发射模块的外壳，外壳上设有光纤输出口、射频输入口、控制引脚、固定脚，控制引脚包括供电引脚、温控引脚、光电探测器输出电流引脚、热敏电阻输出引脚、供电引脚为DML激光器提供偏置电流，温控引脚为温度控制模块提供工作电压，固定脚位于外壳的两侧。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

（1）本实用新型采用多通道DML激光器复用模块，多通道DML激光器复用模块包括DML激光器、分光器、光电探测器、波分复用器，DML激光器中心波长处于通信光纤零色散点附近，波长间隔通过温度控制模块调节，支持密集波分复用规格；通过DML激光器的光电变换功能，使RF调制到相应的光载波上，利用波分复用技术实现多路RF信号的光波通信，DML激光器输出光信号经过分光器，将其功率的5%耦合至光电探测器，通过控制直流偏置电流保持激光器输出光功率稳定，而另外95%的光信号通过光分复用器耦合到一根光纤输出，减少了独立器件互联引起的相位差异和随机性。

（2）本实用新型采用将DML激光器、分光器、光电探测器、波分复用器集成在同一芯片中，实现多路RF直接调制和波分复用功能，减少信道间链路差异引入的射频信号幅度和相位随机变化的问题。

（3）本实用新型设置温度控制模块调节DML激光器之间的波长间隔，使其在大于RF信号速率的同时减少信道间隔，降低光纤色色散引入的相位差异。

（4）本实用新型采用的温度控制模块，能够支持DML激光器、光电探测器以及波分复用器满足宽温工作要求。

（5）本实用新型采用满足军工级光学和电学器件，使其满足宽温工作需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意框图；

图2为G652光纤色散曲线和波长选择示意图；

图3为本实用新型的外壳以及内部电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示，一种多通道宽温RoF光发射模块，包括射频输入模块、Bias-T直流偏置模块、多通道DML激光器复用模块、温度控制模块。

射频输入模块为多通道ROF光发射模块的输入端，即多路RF信号通过射频输入模块进入ROF光发射模块。

射频输入模块包括SMA射频接口和射频线缆，SMA射频接口与射频线缆一一对应连接。其中，采用SMA射频接口可减小射频输入的损耗。

SMA射频接口与Bias-T直流偏置模块通过射频线缆连接，且各路RF信号的射频线缆长度相同，可减少RF信号之间相差。

SMA射频接口和射频线缆数量与RF信号通道数量一致，保证每路信号都使用独立的DML激光器进行光电转换，减少信道间的间隔。

Bias-T直流偏置模块，射频输入模块输出的RF信号注入到Bias-T直流偏置模块并与相应的直流偏置电流耦合。

Bias-T直流偏置模块采用高宽带直流偏置器，将射频接口模块的输入射频信号与激光器的直流偏置电流进行耦合后输入至DML激光器模块。受到器件工艺误差的影响，每路偏置电流将根据所对应的激光器特性进项调整，使得DML激光器的调制特性工作在线性区域，这有利于将RF信号无失真的转换为光信号。

Bias-T直流偏置模块如图3所示，由超宽带没有谐振点的高频电感、电容、电阻构成。电感可为160nh的锥形电感，锥形电感的主要作用是消除偏置电流中的高频噪声；电感与射频接口以及对应电阻通过微带线连接，用于滤除射频信号中直流分量的作用，并减小对激光器偏置点的影响；电阻可为50Ω电阻，用于阻抗匹配减小射频损耗。

多路加载有RF信号的偏置电流注入到DML激光器中，直接控制激光器输出光强，实现光电转换。为减少光纤色散引入的信道间相位差异，DML激光器输出波长集中在通信光纤的零色散点附近，其波长分布和光纤色散关系如图2所示。

多通道DML激光器复用模块，包括多路DML激光器、多端口波分复用器，DML激光器将经Bias-T直流偏置模块输入的RF信号调制在对应的光载波上，进行光电转换；波分复用器对转换后的多路不同波长光信号耦合在一根光纤内；

温度控制模块，通过监控热敏电阻的阻值变化控制DML激光器的工作温度，对DML激光器的波长进行控制。

所述DML激光器、分光器、光电探测器、波分复用器集成在同一光子芯片中。

所述温度控制模块包括热敏电阻和半导体制冷器，热敏电阻位于DML激光器的内部，监控DML激光器的工作温度，半导体制冷器置于DML激光器底部，根据热敏电阻变化，进行温度控制，稳定DML激光器波长和功率输出。

所述热敏电阻、半导体制冷器和DML激光器呈一一对应设置。

所述每一路DML激光器都使用独立温控，使其波长间隔满足密集波分复用指标，可进一步消除多波长信号之间的传输相差。

为了进一步监控DML激光器的工作状态，从DML激光器输出的光信号经过分光器，将其功率的5%耦合至光电探测器，光电探测器的光电流大小表征激光器工作状态，通过控制直流偏置电流保持激光器输出光功率稳定。而另外95%的光信号通过波分复用器耦合到一根光纤输出。

满足波分复用波长间隔的多路光信号注入到波分复用器中，将其耦合进同一根光纤，利用波分复用技术实现多通道ROF信号同时发射。

由于DML激光器和波分复用器集成在同一个光子芯片中，减少了独立器件互联引入的信道间相位差异，以及模块内温度不均匀导致的相位随机性扰动问题。

温度控制模块的设置，能够对多通道DML激光器复用模块进行监控和补偿。热敏电阻能够对DML激光器芯片的温度变化进行监测；半导体制冷器对DML激光器芯片进行制冷或制热，保持芯片工作温度的稳定。其中，热敏电阻和半导体制冷器构成反馈回路实现温度稳定，保证了DML激光器和光电探测器、以及波分复用器的正常工作。同时温度控制模块采用的电学器件同样满足宽温工作要求，保证器件性能在宽温变化下保持稳定。

本实施例中，如图3所示，ROF光发射模块还包括容纳光发射模块的外壳，外壳上设有光纤输出口、射频输入口、控制引脚、固定脚，射频信号通过射频输入口进入到Bias-T直流偏置模块、多通道DML激光器复用模块中，进行多路并行电光转换，波分复用器将多路光信号耦合后通过光纤输出口输出。

控制引脚包括供电引脚、温控引脚两个部分，每个通道需要5个控制引脚，引脚1和引脚2连接半导体制冷器的两端，引脚3连接至热敏电阻的一端，其主要作用是利用热敏电阻和半导体制冷器组成的温控回路保持温度稳定，引脚3连接至DML激光器的正向偏置端为其提供偏置电流。引脚4与光电探测器连接，用于监控DML激光器输出光功率。外壳上还设置有固定引脚，在外壳的两侧各设置两个固定引脚，使其满足振动要求。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。