基于氮化镓dfb激光器的可调谐光收发模块总体架构设计的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构设计，属于光通信网络与光器件技术领域。
【背景技术】
[0002]光模块是光网络中一种用于实现光/电、电/光转换的重要子模块，它本身能够实现光/电、电/光转换，且具备独立的发射驱动电路，以及独立的接收放大电路。可调谐光收发模块，其最大的特点是能够实现工作波长可调谐，它支持在光网络中的动态波长分配，可以提高网络的灵活性，还支持热插拔功能，使用时无需切断电源，即可以与设备连接或断开，具有良好的可操作性。
[0003]可调谐光收发模块实现波长可调的核心一一可调谐激光器，这种波长可调的器件拥有极大的潜力，是构建智能光网络的关键器件之一。DFB可调谐激光器引入布拉格光栅作为反射镜，布拉格光栅具有良好的选频功能，因而可以获得线宽非常窄的单色激光，并且采用了布拉格周期光栅结构，使器件更容易实现集成化。
[0004]氮化镓作为一种非常重要的直接宽带隙半导体材料，是近十几年发展起来的第三代半导体材料，室温下其带隙宽度为3.4eV0氮化镓具有很高的发光效率、热传导性和良好的化学稳定性，在制作蓝光激光器，蓝、绿发光二极管，紫外探测器，大功率及恶劣环境下工作的半导体激光器件等方面有非常广泛的应用前景。
[0005]得益于微加工技术的不断发展成熟，人们已经开始尝试利用将氮化物引入微加工技术中，目前，已经成功制备了基于氮化镓材料的机械悬梁臂。由于氮化镓材料拥有非常良好的光电特性，研究者们将其作为光源材料引入光微机电系统中，并已经在光微机电系统集成方面取得了创新性研究成果。随着MEMS技术的发展，集成可调谐氮化镓光栅的滤波器已有报导。然而到目前为止，利用氮化镓材料制备光栅周期可调DFB激光器研究鲜见报道，而将基于氮化镓DFB可调谐激光器作为核心器件的可调谐光收发模块也从未出现。
【发明内容】
[0006]本发明目的是设计出基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构，该光模块的的核心器件为基于氮化镓的可调谐分布反馈激光器，此激光器利用MEMS技术与氮化镓材料，设计出一种新的可调谐分布反馈激光器结构。
[0007]技术方案:
[0008]基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构设计，主要有三部分构成，发射部分，接收部分与数字诊断部分。所述发射部分，电信号进入光模块后经过调制与激光器输出，转变为适合传输的光信号进入光纤；
[0009]所述接受部分，输入的光信号经过光探测器，跨阻放大器，限幅放大器，⑶R电路，转化为电信号输入系统；
[0010]所述数字诊断部分全程对光模块工作性能进行监控，保障光模块的正常运行。[0011 ] 发射部分的核心为基于氮化镓的可调谐DFB激光器。
[0012]具体如下:
[0013]光收发模块的总体架构图如图1所示，电信号进入光模块后，首先经过Re-Timer电路重新整形，然后输入到激光器驱动器。经过一定的增益，驱动器通过放大后的电压调制信号来控制光调制器的“开”和“关”，以此来调制外腔式可调谐激光器输出相匹配的光信号，并使其输出光功率随加在MZM上的电压而变化，最终把电信号转换为光脉冲，并且发射到光纤中传送到远端。
[0014]作为光收发模块的核心器件，基于氮化嫁的可调谐DFB激光器的输出随着MZM施加电压的变化而变化。该激光器的可调谐光栅结构图如图2所示，当调制电压施加在右侧的梳状驱动器上时，可动梳齿连同驱动器弹簧会产生位移，带动光栅的移动，从而改变光栅周期，实现激光单纵模输出。携带信息的光波被发送到光纤中。
[0015]在接收端，光探测器检测到光纤传来的光信号，实现光信号-电流信号的转换。然后该电流信号通过跨阻放大器被转换成电压信号。由于接收光信号功率较低，转换产生的输出电压一般都幅度不足，所以必须在跨阻放大器末端配置一个末级放大器，多为限幅放大器。均衡器的作用是对已经畸变的电信号进行均衡补偿，尽量消除码间干扰，减小误码率。限幅放大器之后是CDR电路，CDR电路可以自身提取时钟信号或者通过主板提供时钟信号，然后通过锁相环对带有噪声的数据信号实现整形和同步，从而使输出信号的眼图和信噪比得到大大改善，再将电信号输入给系统。
[0016]除此之外，还有数字诊断部分实时监测模块工作情况，对包括发射和接收光功率，工作温度、电压，偏置电流在内的等参数进行监测采集、分析、处理和存储，以此来达到对光模块工作性能的数字诊断，保障光模块的正常运行。
[0017]有益效果
[0018]本发明设计出一种基于氮化镓分布反馈激光器的可调谐光收发模块总体架构，该总体架构具有以下优点:
[0019](I)结构较为简单，相比现有的光收发模块，是一种低功耗、高输出功率、高可靠性的可调谐光收发模块；
[0020](2)应用的基于氮化镓的可调谐分布反馈激光器能够有效减少系统冗余，降低开销成本和提高网络灵活率，对整个光模块的性能改善有着显著作用。
【附图说明】
[0021]图1为光收发模块的总体架构图；
[0022]图2为DFB激光器可调谐光栅三维结构简图；
[0023]A:可调光棚.B:弹貪C:可动梳齿
[0024]D:可动梳齿E:娃基底F:销G:驱动器弹簧
[0025]图3为接收端信号光谱仿真结果；
[0026]图4为接收端眼图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的内容更加清晰，下面会给出详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明进行实例说明。
[0028]如图2所示，该光收发模块由三部分构成，发射部分，接收部分以及数字诊断部分。光模块发送部分仿真涉及到的主要参量有:平均输出光功率、消光比、发送眼图以及中心波长。平均输出光功率是指光发射端光信号输出的平均功率大小，经过仿真测量，得出1540nm, 1550nm，1560nm的平均输出光功率为3.744dBm。消光比(ER)被定义为激光器全“I”信号时的输出光功率与全“O”信号时的输出光功率与的比值，反映数字信号抗干扰和抗噪声的能力。该模型中MZM调制器的消光比设置为12-14dB。眼图分析法，是分析噪声和码间串扰对系统性能影响的方法。通过眼图可以对码间串扰和噪声大小进行定性估计，从而对系统性能的调整改善作出指导。在发射光谱中，连接50%最大幅度值线段的中点所对应的波长称为中心波长。_3dB谱宽(或称FWHM谱宽)是指在标准工作条件下，主纵模峰值波长幅度下降到一半处时，光谱线两点间的波长间隔。
[0029]在模块接收部分实际需要测试的参量主要有:接收灵敏度，饱和光功率。接收灵敏度定义为一个接收机以低于某特定BER值(一般限制误码率为10~-12)而能可靠工作所需要的最小平均光功率。饱和光功率也叫过载光功率，主要反映光接收模块对较强光信号的适应能力，在该模块中，由于使用的是光电二极管，故饱和光功率大于OdBm。
[0030]模块系统测试需要测试的参量主要为光信噪比。光信噪比被定义为在有效带宽为
0.1nm内，光信号功率与噪声功率之比。
[0031]在系统仿真中，分别仿真了 1540nm，1550nm，1560nm为代表的发射端可调谐激光器波长，传输速率为10.71Gb/s，采用PRBS的码型为NRZ 2~7_1。通过系统仿真，测得接收端信号光谱如图3所示:
[0032]其中，接收端接收信号光功率为-20dBm，OSNR为19.873dB，在接收端进行光电转换后仿真得到的眼图如图4所示。仿真的是波长为1550nm，消光比为12dB，系统误码率为
3.3814X10~-12。由系统眼图可以看出，虽然存在一定的信号噪声和码间串扰，但眼睛开启较大，总体性能与还是可以。1540nm，1560nm波长的仿真结构与1550nm类似。
[0033]本实例通过3种波长在光收发模块的中的仿真情况，从最后得出的接收端信号光谱图如图3和眼图如图4可以看出这种基于氮化镓分布反馈激光器的可调谐光收发模块在理论上是可行的，并具有较理想的性能参数。
【主权项】
1.基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构设计，其特征在于，该可调谐光收发模块主要由发射部分、接收部分以及数字诊断部分组成， 所述发射部分，电信号进入光模块后经过调制与激光器输出，转变为适合传输的光信号进入光纤； 所述接受部分，输入的光信号经过光探测器，跨阻放大器，限幅放大器，CDR电路之后，转化为电信号输入系统； 所述数字诊断部分全程对光模块工作性能进行监控，保障光模块的正常运行。2.根据权利要求1所述的基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构设计，其特征在于，发射部分的核心器件为基于氮化嫁的可调谐DFB激光器利用MEMS技术，根据施加电压的变化对可动梳齿进行静电驱动，从而产生驱动位移，带动光栅移动，改变光栅周期，实现激光单纵模输出。
【专利摘要】本发明是基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构设计。该可调谐光收发模块主要由发射部分、接收部分以及数字诊断部分组成，在发射部分中，该模块应用了基于氮化镓材料的可调谐DFB激光器，此激光器将MEMS技术中的微驱动器与由氮化镓材料制成的分布反馈激光器光栅相结合，依靠悬空的周期可调光栅控制激光器的波长输出。本发明结构较为简单，提出了一种新型基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构，并可以获得更为理想的性能效果，在光通信网络和光器件领域都有较好的应用前景和参考价值。
【IPC分类】H04B10/40, G02B6/42, H01S5/12
【公开号】CN105337669
【申请号】CN201510684764
【发明人】胡芳仁, 刘昕, 诸波, 朱闻真, 吕凡敏
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月20日