CN102496848B - 一种扩展eml tosa核心温度工作范围的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法，所述方法为：将TOSA核心温度分成多个区间，在每个区间设置不同的EAM偏置电压，在TOSA核心温度较低区间，EAM偏置电压低，在TOSA核心温度较高区间，EAM偏置电压高，EAM偏置电压与TOSA核心温度成正变关系，相应的，本发明还公开了一种扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法，首先检测光收发模块的当前模块工作温度，然后设定当前模块工作温度对应的TOSA核心温度，最后根据设定的TOSA核心温度对EAM偏置电压进行补偿，以扩展EML TOSA核心温度工作范围、降低EML TOSA功耗和改善EML TOSA光眼图。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法。
背景技术
光通信领域中，用于高速、长距离通信的电吸收调制激光器(Electlro-absorption Modulated Laser，EML)对温度稳定性的要求很高，并朝着小型化和高密度化方向发展。EML激光器是第一种大量生产的铟镓砷磷(I nGaAsP)光电集成器件。它是在同一半导体芯片上集成激光器光源和电吸收外调制器，具有驱动电压低、功耗低、调制带宽高、体积小，结构紧凑等优点，比传统DFB激光器更适合于高速率、长距离的传输。
由于随着TOSA核心温度的变化，电吸收调制器（Electro AbsorptionModulator，EAM）吸收曲线将发生漂移，如图1所示，图1中示出的为EAM在3个不同TOSA核心温度下的吸收曲线（“TEC SET 45℃”即表示TOSA核心温度通过TEC控制为恒定45℃，以此类推），由图1可见，EAM对光功率的吸收与EAM偏置电压和TOSA核心温度均有关。现有技术中，EML TOSA（TransmitterOptical Sub Assembly，发射用小型光学器件）核心温度只能在35℃到60℃之间变化，而EAM的偏置电压为固定值。对于光收发模块工作的低温下限，受到EML TOSA的半导体制冷器（Thermoelectric Cooler，TEC）的制热能力和TEC驱动芯片的驱动能力以及SFP Plus光收发模块1.5瓦低功耗的限制，光收发模块在I档的低温极限-40℃下很难满足SFP Plus光收发模块1.5瓦低功耗的要求；而对于光收发模块工作的温度上限，当光收发模块温度为E档和I档的高温极限85℃时，光收发模块的功耗基本上都会超过1.5W或眼图较差。另外由于现有技术的核心温度的下限是35℃，模块温度到-40℃的时候，模块温度和TOSA核心温度的温差太大，TOSA里面的TEC在制热状态很难覆盖那么大的温差范围，使得光收发模块在I档的低温极限-40℃下很难正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法，通过对EAM偏置电压随TOSA核心温度的变化而进行补偿，可扩展EML TOSA核心温度工作范围、降低EML TOSA功耗和改善EML TOSA光眼图。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法，所述方法为：将TOSA核心温度分成多个区间，在每个区间设置不同的EAM偏置电压，在TOSA核心温度较低区间，EAM偏置电压低，在TOSA核心温度较高区间，EAM偏置电压高，EAM偏置电压与TOSA核心温度成正变关系。
其中，所述TOSA核心温度范围为10℃-65℃，核心温度分成两个区间：10℃-Ta℃，Ta℃-65℃，其中10<Ta<65;TOSA核心温度在Ta℃时，EAM偏置电压设定为UaV，其中-1.2<Ua<-0.7;TOSA核心温度在10℃-Ta℃时，EAM偏置电压从-1.2V到UaV线性变化；TOSA核心温度在Ta℃-65℃时，EAM偏置电压从UaV到-0.3V线性变化。
优选的，所述Ta℃为35℃，所述UaV为-0.7V。
其中，所述EAM偏置电压通过微控制器上的数模转化输出端控制。
相应的，本发明还提供了一种扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法，包括：检测光收发模块的当前模块工作温度；根据预设的模块温度与TOSA核心温度的对应关系，设定当前模块工作温度对应的TOSA核心温度；根据设定的TOSA核心温度，按预设的TOSA核心温度与EAM偏置电压的对应关系，对EAM偏置电压进行补偿，以扩展EML TOSA核心温度工作范围。
优选的，所述预设的TOSA核心温度与EAM偏置电压的对应关系为：
将TOSA核心温度分成多个区间，在每个区间设置不同的EAM偏置电压，在TOSA核心温度较低区间，EAM偏置电压低，在TOSA核心温度较高区间，EAM偏置电压高，EAM偏置电压与TOSA核心温度成正变关系。
优选的，所述TOSA核心温度范围为10℃-65℃，核心温度分成两个区间：10℃-Ta℃，Ta℃-65℃，其中10<Ta<65;TOSA核心温度在Ta℃时，EAM偏置电压设定为UaV，其中-1.2<Ua<-0.7;TOSA核心温度在10℃-Ta℃时，EAM偏置电压从-1.2V到UaV线性变化；TOSA核心温度在Ta℃-65℃时，EAM偏置电压从UaV到-0.3V线性变化。
优选的，所述Ta℃为35℃，所述UaV为-0.7V。
优选的，所述预设的模块工作温度与TOSA核心温度的对应关系为：
模块工作温度分成五个区间：低于-40℃、-40℃-Tb℃、Tb℃-Tc℃和Tc℃-85℃、高于85℃，其中-40<Tb<Tc<85；模块工作温度在低于-40℃时，TOSA核心温度为10℃；模块工作温度在-40℃-Tb℃时，TOSA核心温度从10℃到Td℃线性变化；模块工作温度在Tb℃-Tc℃时，TOSA核心温度从Td℃到Te℃线性变化；模块工作温度在Tc℃-85℃时，TOSA核心温度从Te℃到65℃线性变化；模块工作温度在高于85℃时，TOSA核心温度为65℃，其中10<Td≤Te<65优选的，所述Tb℃为-5℃，所述Tc℃为20℃，所述Td℃与所述Te℃均为35℃。
其中，所述对EAM偏置电压进行补偿，是通过微控制器上的数模转化输出端对EAM偏置电压进行补偿的。
其中，所述设定当前模块工作温度对应的TOSA核心温度具体为：微控制器根据预设的模块温度与TOSA核心温度的对应关系，控制半导体制冷制热装置TEC的驱动电路输出电流来控制TOSA的核心温度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、由于EAM对光功率的吸收与EAM偏置电压和TOSA核心温度均有关，本发明对EAM偏置电压随TOSA核心温度的变化而进行补偿，能减少EAM对光功率的吸收，在满足光收发模块的功耗小于1.5W的情况下，能将TOSA核心温度范围扩展到10℃-65℃，使得光收发模块可工作在-40℃到85℃的宽温度范围内,从而使得1.5瓦的E档和I档SFP Plus 10G 40km的低功耗光收发模块成为可能；
2、由于对偏置电压做补偿，可以减少EAM在高温时对光功率的吸收，从而减小LD的偏置电流，可降低LD功耗，另外减小LD偏置电流又能减少LD发热量，从而又可减少TOSA中TEC的制冷功耗，达到降低EML TOSA高温功耗的目的；
3、由于对偏置电压做补偿，可以减少EAM在高温时对光功率的吸收，改善EAM的吸收曲线，因此可改善EML TOSA在核心温度较高时的光眼图。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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EAM在不同TOSA核心温度下的吸收曲线图；
图2为现有技术及本发明实施例中EAM偏置电压与TOSA核心温度关系对比图；
图3为本发明实施例中扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法流程图；
图4为本发明实施例中TOSA核心温度与光收发模块温度关系图；
图5为现有技术及本发明实施例中光收发模块功耗比较图；
图6a为现有技术中光收发模块的TOSA在高温85℃时输出的光眼图；
图6b为本发明实施例中光收发模块的TOSA在高温85℃时输出的光眼图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
由于随着TOSA核心温度的变化，EAM吸收曲线将发生漂移，在EAM的偏置电压为固定值时，随着TOSA核心温度升高，EAM就会对光功率的吸收加剧，如图1所示，光功率的吸收加剧会导致光功率降低、眼图变差，通过图1所示的实验结果作为理论依据，本发明提出对EML TOSA中的偏置电压随TOSA核心温度的变化做补偿，即可补偿TOSA核心温度变化时EAM吸收曲线发生的漂移，从而降低EML TOSA功耗和改善EML TOSA光眼图，并且还展宽EML TOSA工作的核心温度范围，使得光收发模块可工作在-40℃到85℃的宽温度范围内，从而使得1.5瓦的E档和I档SFP Plus 10G 40km的低功耗光收发模块成为可能。
本发明实施例中扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法为：将TOSA核心温度分成多个区间，在每个区间设置不同的EAM偏置电压，在TOSA核心温度较低区间，EAM偏置电压低，在TOSA核心温度较高区间，EAM偏置电压高，EAM偏置电压与TOSA核心温度成正变关系。所述EAM偏置电压的大小通过微控制器上的数模转化输出端控制。本发明实施例中，可将所述TOSA核心温度10℃-65℃分成两个区间：10℃-Ta℃，Ta℃-65℃，其中10<Ta<65;TOSA核心温度在Ta℃时，EAM偏置电压设定为UaV，其中-1.2<Ua<-0.7;TOSA核心温度在10℃-Ta℃时，EAM偏置电压从-1.2V到UaV线性变化；TOSA核心温度在Ta℃-65℃时，EAM偏置电压从UaV到-0.3V线性变化。
作为一种优选方式，TOSA核心温度区间划分为：10℃-35℃，35℃-65℃，TOSA核心温度在10℃-35℃时，EAM偏置电压从-1.2V到-0.7V线性变化；TOSA核心温度在35℃-65℃时，EAM偏置电压从-0.7V到-0.3V线性变化。即前述Ta℃为35℃，UaV为-0.7V，此时EAM偏置电压与TOSA核心温度关系对比图可参见图2中新技术曲线。参见图2，为现有技术及本实施例中EAM偏置电压与TOSA核心温度关系对比图，图中新技术表示的即为本发明实施例中EAM偏置电压与TOSA核心温度关系曲线，由图2可见，本发明实施例中EAM偏置电压随TOSA核心温度的变化而变化，而现有技术中，EAM偏置电压为一个固定值。
参见图3，为本发明实施例中扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法流程图，包括如下步骤：
S101：检测光收发模块的当前模块工作温度，所述当前模块工作温度是通过微控制器（MCU，Micro Control Unit）上的温度传感器来检测的。
S102：根据预设的模块温度与TOSA核心温度的对应关系，设定当前模块工作温度对应的TOSA核心温度，TOSA核心温度可以通过MCU控制TEC驱动电路输出的电流来控制。当设定的TOSA核心温度大于模块温度时，TEC工作在制热状态（TEC电流从TEC-流向TEC+，为制热）以保证核心温度为设定的核心温度；当设定的核心温度小于模块温度时，TEC工作在制冷状态（TEC电流从TEC+流向TEC-，为制冷）以保证核心温度为设定的核心温度。
S103：根据设定的TOSA核心温度，按预设的TOSA核心温度与EAM偏置电压的对应关系，对EAM偏置电压进行补偿，以扩展EML TOSA核心温度工作范围。对EAM偏置电压进行补偿，可通过控制MCU上的数模转换DAC输出对EAM偏置电压进行补偿的。
在步骤S102中，所述预设的模块工作温度与TOSA核心温度的对应关系为：模块工作温度-40℃-85℃分成五个区间：低于-40℃、-40℃-Tb℃、Tb℃-Tc℃和Tc℃-85℃、高于85℃，其中-40<Tb<Tc<85（需要说明，模块工作温度范围也可以根据实际不同而不同）；模块工作温度在低于-40℃时，TOSA核心温度为10℃；模块工作温度在-40℃-Tb℃时，TOSA核心温度从10℃到Td℃线性变化；模块工作温度在Tb℃-Tc℃时，TOSA核心温度从Td℃到Te℃线性变化；模块工作温度在Tc℃-85℃时，TOSA核心温度从Te℃到65℃线性变化；模块工作温度在高于85℃时，TOSA核心温度为65℃，其中10<Td≤Te<65。其中优选方式为：所述Tb℃为-5℃，所述Tc℃为20℃，所述Td℃与所述Te℃均为35℃，此时，TOSA核心温度与光收发模块温度关系图可参见图4。
而在步骤S103中，所述预设的TOSA核心温度与EAM偏置电压的对应关系为：将TOSA核心温度分成多个区间，在每个区间设置不同的EAM偏置电压，在TOSA核心温度较低区间，EAM偏置电压低，在TOSA核心温度较高区间，EAM偏置电压高，EAM偏置电压与TOSA核心温度成正变关系。可将TOSA核心温度范围为10℃-65℃分成两个区间：10℃-Ta℃，Ta℃-65℃，其中10<Ta<65；TOSA核心温度在Ta℃时，EAM偏置电压设定为UaV，其中-1.2<Ua<-0.7；TOSA核心温度在10℃-Ta℃时，EAM偏置电压从-1.2V到UaV线性变化；TOSA核心温度在Ta℃-65℃时，EAM偏置电压从UaV到-0.3V线性变化。优选，Ta℃为35℃，UaV为-0.7V，具体关系图参见图2中新技术曲线。
本实施例中，对EML TOSA的EAM偏置电压随TOSA核心温度变化做了补偿，使得EML TOSA可工作在10℃到65℃或更宽的核心温度范围内。采用本发明技术后可使EML TOSA的核心温度下限可降到10℃（或更低），能减小光收发模块低温时与TOSA核心温度的温差，从而可减小低温时EML TOSA的TEC的制热功耗，使得光收发模块的正常工作温度下限可以达到I档的低温极限-40℃，且光收发模块功耗小于1.5瓦。当光收发模块的工作温度升高到E档和I档的高温极限85℃时，由于本发明技术对EML TOSA中的EAM随TOSA温度变化做了补偿，可减少EAM在高温时对激光器LD输出光功率的吸收，从而减小高温时LD的偏置电流，从而降低LD的功耗；由于减小LD偏置电流又可减少LD的发热量，从而又可减少TOSA中TEC的制冷功耗，进而达到降低EML TOSA高温功耗的目的。另外EML TOSA的核心温度上限可升高到65℃，能减小光收发模块高温时与TOSA核心温度的温差，也可减小高温时EML TOSA的TEC的制冷功耗，从而降低EML TOSA高温时的功耗，使光收发模块的功耗小于1.5瓦。采用本发明实施例技术后使得光收发模块可工作在-40℃到85℃的宽温度范围内，且光收发模块功耗在1.5瓦以下，从而使得1.5瓦的E档和I档SFP Plus 10G 40km的低功耗光收发模块成为可能。
为了更好的说明本发明实施例效果，申请人采用图2中EAM偏置电压与TOSA核心温度曲线关系，对比做了功耗分析实验，功耗分析对比图参见图5，为11只光收发模块在模块高温85℃时采用现有技术及本发明实施例中的技术的功耗比较图，图中新技术即表示采用的为本发明实施例中的技术后呈现的功耗图，由图中可见采用本发明技术后的光收发模块的功耗明显低于低于现有技术，且采用本发明技术后可使光收发模块工作在E档和I档的高温极限85℃下，且功耗小于1.5瓦。
另外由于对EML TOSA的EAM的偏置电压随TOSA核心温度变化做补偿，可以改善EAM吸收曲线，因此又可以改善EML TOSA的高温光眼图，为了更好说明这一效果，申请人采用图2中EAM偏置电压与TOSA核心温度曲线关系，分别对现有技术和本发明技术做了验证，具体可参见图6a、图6b，其中图6a为现有技术中光收发模块的TOSA在高温85℃时输出的光眼图，图中可见光收发模块的眼图“Margin”仅为12%，而图6b为本发明实施例中光收发模块的TOSA在高温85℃时输出的光眼图，光收发模块的眼图“Margin”可达到29%。由此可见，采用本发明实施例技术可以使EML TOSA在高温时的光眼图得到明显改善。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
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。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种扩展EML TOSA核心温度工作范围的方法，其特征在于，包括：
检测光收发模块的当前模块工作温度；
根据预设的模块温度与TOSA核心温度的对应关系，设定当前模块工作温度对应的TOSA核心温度；
根据设定的TOSA核心温度，按预设的TOSA核心温度与EAM偏置电压的对应关系，对EAM偏置电压进行补偿，以扩展EML TOSA核心温度工作范围；
所述预设的TOSA核心温度与EAM偏置电压的对应关系为：
将TOSA核心温度分成多个区间，在每个区间设置不同的EAM偏置电压，在TOSA核心温度较低区间，EAM偏置电压低，在TOSA核心温度较高区间，EAM偏置电压高，EAM偏置电压与TOSA核心温度成正变关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TOSA核心温度范围为10℃-65℃，核心温度分成两个区间：10℃-Ta℃，Ta℃-65℃，其中10<Ta<65;TOSA核心温度在Ta℃时，EAM偏置电压设定为UaV，其中-1.2<Ua<-0.7;TOSA核心温度在10℃-Ta℃时，EAM偏置电压从-1.2V到UaV线性变化；TOSA核心温度在Ta℃-65℃时，EAM偏置电压从UaV到-0.3V线性变化。
3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述预设的模块工作温度与TOSA核心温度的对应关系为：
模块工作温度分成五个区间：低于-40℃、-40℃-Tb℃、Tb℃-Tc℃和Tc℃-85℃、高于85℃，其中-40<Tb<Tc<85；模块工作温度在低于-40℃时，TOSA核心温度为10℃；模块工作温度在-40℃-Tb℃时，TOSA核心温度从10℃到Td℃线性变化；模块工作温度在Tb℃-Tc℃时，TOSA核心温度从Td℃到Te℃线性变化；模块工作温度在Tc℃-85℃时，TOSA核心温度从Te℃到65℃线性变化；模块工作温度在高于85℃时，TOSA核心温度为65℃，其中10<Td≤Te<65。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Tb℃为-5℃，所述Tc℃为20℃，所述Td℃与所述Te℃均为35℃。
5.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述对EAM偏置电压进行补偿，是通过微控制器上的数模转化输出端对EAM偏置电压进行补偿的。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定当前模块工作温度对应的TOSA核心温度具体为：微控制器根据预设的模块温度与TOSA核心温度的对应关系，控制半导体制冷制热装置TEC的驱动电路输出电流来控制TOSA的核心温度。
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