[发明专利]基于氮化镓DFB激光器的可调谐光收发模块总体架构设计

说明书

技术领域

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

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。

可调谐光收发模块实现波长可调的核心——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。

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3.4eV。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。

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

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。

技术方案:

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；

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，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。

发射部分的核心为基于氮化镓的可调谐DFB激光器。

具体如下：

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。

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。

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。

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。

有益效果

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：

(1)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；