CN111313972B - 一种波长可调谐光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信技术领域，实施例具体公开一种波长可调谐光模块。本申请提供的波长可调谐光模块通过将一对差分信号分成两路单端信号同时输入到两个激光器调制驱动芯片差分输入的一端，而两个激光器调制驱动芯片差分输入的另一端做阻抗匹配端接，两个激光器调制驱动芯片输出端分别连接到两个激光器，在不改变光模块电接口的前提下，实现了2倍至2*x倍通道数量的增加，该方式物料成本低、且采用常规生产工艺生产，使整个方案易于实现且生产制造良率高。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种波长可调谐光模块。
背景技术
在光纤通信中，波长可调谐的光模块一直是被广泛研究的课题。波长可调谐光模块不仅可以充分利用DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexing密集型光波复用)系统光纤的带宽资源，极大地提高了网络系统的通信容量，同时相比固定波长的DWDM光模块，在组网、备料等环节更加灵活多变，并且还能作为传统DWDM系统的备份光源，是智能光网络的关键因素。
现有的波长调谐方法主要集中在光学器件的设计上，例如DFB阵列型可调谐激光器、取样光栅DBR结构、Littman-Metcalf外腔结构方法等，都是在光器件的结构、波导、外延生长上做了很多复杂的处理和设计，从而实现多波长可调谐。而最简单的光热调制方法，又因为可控制的温度范围较窄，无法实现通道数较多的波长调谐。
虽然实现可调谐波长的方法很多，但通常都需要非常复杂的光学设计和制造工艺，超高精度的控制等，存在实现难度大，成品良率低，制造成本高，体积尺寸大等问题，并不利于批量商用的光模块中。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种波长可调谐光模块，通过简易且低成本的实现方法，实现了一种可调谐波长的光模块。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种波长可调谐光模块，包括电接口、第一激光器调制驱动芯片、第二激光器调制驱动芯片、第一匹配电阻、第二匹配电阻、第一激光器和第二激光器，其中，
所述第一激光器调制驱动芯片的正输入端电连接所述电接口以接收正差分信号，所述第一激光器调制驱动芯片的负输入端电连接所述第一匹配电阻后接地，所述第一激光器调制驱动芯片的输出端电连接所述第一激光器，
所述第二激光器调制驱动芯片的正输入端电连接所述第二匹配电阻后接地，所述第二激光器调制驱动芯片的负输入端电连接所述电接口以接收负差分信号，所述第二激光器调制驱动芯片的输出端电连接所述第二激光器。
优选的，所述波长可调谐光模块还包括半导体致冷器，所述半导体致冷器分别与所述第一激光器和所述第二激光器电连接，所述第一激光器和所述第二激光器为具有波长间隔的激光器。
优选的，所述波长可调谐光模块还包括光合路器，所述光合路器设置在所述第一激光器和所述第二激光器的出光光路上，用于将所述第一激光器和所述第二激光器的出光光路耦合在一个光出口。
优选的，所述电接口为金手指，所述第一匹配电阻和所述第二匹配电阻为50欧姆电阻。
本发明还提供一种波长可调谐光模块，包括电接口、一转x路高速模拟开关、2*x个激光器调制驱动芯片、2*x个匹配电阻和2*x个激光器，x为大于1的正整数，其中，
所述一转x路高速模拟开关的正输入端电连接所述电接口以接收正差分信号，所述一转x路高速模拟开关的负输入端电连接所述电接口以接收负差分信号，
所述一转x路高速模拟开关的x个正输出端、x个负输出端分别与所述2*x个激光器调制驱动芯片的正输入端一对一电连接，所述2*x个激光器调制驱动芯片的负输入端分别所述2*x个匹配电阻一对一电连接后接地，所述2*x个激光器调制驱动芯片的输出端分别与所述2*x个激光器一对一电连接。
优选的，所述波长可调谐光模块还包括半导体致冷器，所述半导体致冷器分别与所述2*x个激光器一对一电连接，所述2*x个激光器为具有波长间隔的激光器。
优选的，所述波长可调谐光模块还包括光合路器，所述光合路器设置在所述2*x个激光器的出光光路上，用于将所述2*x个激光器的出光光路耦合在一个出光口。
优选的，所述电接口为金手指，所述2*x个匹配电阻均为50欧姆电阻。
本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请提供的波长可调谐光模块通过将一对差分信号分成两路单端信号同时输入到两个激光器调制驱动芯片差分输入的一端，而两个激光器调制驱动芯片差分输入的另一端做阻抗匹配端接，两个激光器调制驱动芯片输出端分别连接到两个激光器，在不改变光模块电接口的前提下，实现了2倍至2*x倍通道数量的增加，该方式物料成本低、且采用常规生产工艺生产，使整个方案易于实现且生产制造良率高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种波长可调谐光模块的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种半导体致冷器可调谐波长的效果示意图；
图3为本发明实施例提供的一种光合路器的合路效果示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种波长可调谐光模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种波长可调谐光模块的结构示意图；
附图中标记为：11-电接口，12-第一激光器调制驱动芯片，13-第二激光器调制驱动芯片，14-第一匹配电阻，15-第二匹配电阻，16-第一激光器，17-第二激光器，18-半导体制冷器，19-光合路器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种波长可调谐光模块，包括电接口11、第一激光器调制驱动芯片12、第二激光器调制驱动芯片13、第一匹配电阻14、第二匹配电阻15、第一激光器16和第二激光器17，其中，第一激光器调制驱动芯片12的正输入端电连接电接口11以接收正差分信号，第一激光器调制驱动芯片12的负输入端电连接第一匹配电阻14后接地，第一激光器调制驱动芯片12的输出端电连接第一激光器16，第二激光器调制驱动芯片13的正输入端电连接第二匹配电阻15后接地，第二激光器调制驱动芯片13的负输入端电连接电接口11以接收负差分信号，第二激光器调制驱动芯片13的输出端电连接第二激光器17。
需要说明的是，电接口11可以为金手指，第一匹配电阻14和第二匹配电阻15可以为50欧姆电阻。
具体的，光模块的高速信号接口通常采用差分信号方式，本实施例将一对差分信号分成两路单端信号同时输入到两个激光器调制驱动芯片差分输入的一端，两个激光器调制驱动芯片差分输入的另一端做阻抗匹配端接。这样可以在不改变光模块电接口的前提下，实现2倍的通道数量增加。相应的，则需配套搭配与通道数据相同数量的激光器调制驱动芯片和激光器。
具体的，光模块的输入高速信号都为差分方式，这样拥有抗干扰能力强等优势。但光模块内部信号传输距离非常短，差分方式的优势并不明显。利用高速信号的差分接口，将原本一对差分信号分两路单端信号给到两个激光器调制驱动芯片(CDR+LDD芯片，CDR和LDD一般都是集成在一个芯片封装内)，当单端信号做好匹配，同时有CDR进行信号优化处理，质量并不比差分信号差。本申请利用这一点，将差分信号改为单端信号驱动，从而增加一倍的通道数量。
如图1所示，差分信号原本的正向输入端接入第一激光器调制驱动芯片的正输入极，而差分信号原本的负向输入端接入第二激光器调制驱动芯片的负输入极。而两个激光器调制驱动芯片没有使用的输入端接50欧姆电阻到GND信号，做端接50欧姆匹配。
按照这样的电路设计，原本一个通道信号可以变成两个通道，通过2个激光器调制驱动芯片驱动两颗LD光芯片，实现了从一路光信号输出变为两路光信号输出。
需要说明的是，如图2和图4所示，可调谐光模块还包括半导体致冷器18
(TEC)，半导体致冷器18分别与第一激光器和第二激光器电连接，第一激光器和第二激光器为具有波长间隔的激光器。
具体的，利用最简单的光热效应，通过改变激光器的温度来调整出光波长。因为激光器满足指标的可工作温度范围不宽，且半导体制冷器的加热制冷能力有限，本实施例采用初始波长有一定间隔的多颗激光器，同时，与之相搭配2个通道数量的激光器调制驱动芯片，实现电到光的高速信号调制驱动。
通过改变激光器工作温度的方式改变激光器波长，假设单颗激光器可调x种波长，同时选用m颗波长间隔的激光器，即可实现x*m种波长可调；半导体致冷器(TEC)可以改变激光器LD的温度，从而改变LD的输出光波长，一般变化系数为0.1xm/℃。但受TEC能力以及LD的工作温度范围限制，单颗LD的可变波长范围非常窄。
图1所示电路上因为增加了一倍的信号通道，从而可以增加驱动2颗LD。如图3所示，假设LD1的波长为Λ1，通过TEC改变温度可以使LD1的波长变为Λ11、Λ12、Λ13，如图3左图所示；LD2的波长为Λ2，通过TEC改变温度可以LD2的波长变为Λ21、Λ22、Λ23，如图3右图所示。由此可见，可变的波长数量也增加了一倍。
本实施例仍采用成本最低廉、实现最方便的光热调制方式改变激光器波长，但通过电路和光路的特殊设计使可调谐波长通道数量增加一倍。
需要说明的是，如图3和图4所示，可调谐光模块还包括光合路器19，光合路器19设置在第一激光器和第二激光器的出光光路上，用于将第一激光器和第二激光器的出光光路耦合在一个光出口。
具体的，在两颗LD的输出光路上增加一个MUX光合路器(图3所示为其中一种实现方式)，即可在最终的光口输出端实现六个波长的可选择输出。
例如，图3中LD1的光路经过一个45°玻片后全反射到下面的45°玻片后折射从光通道输出，LD2的光路经过下面的45°玻片透射后也从光通道输出。
当要输出Λ11波长时，我们将第二激光器调制驱动芯片关断输出，即使LD2不发光，而打开LD1，同时将TEC调整到Λ11对应的温度，即可实现Λ11波长的调谐；
当要输出Λ22波长时，我们将第一激光器调制驱动芯片关断输出，即使LD1不发光，而打开LD2，同时将TEC调整到Λ22对应的温度，即可实现Λ22波长的调谐。
通过通用的合波技术，将各个激光器的光路耦合到同一个出光口，同一时间只有一只激光器发光工作。假设一只激光器可以通过温度调试出x个通道的波长，那么m个相互波长间隔的激光器则可实现x*m个通道波长的调谐。
本实施例中，受限于TEC的加热制冷能力以及单颗激光器满足规格的可工作温度范围不宽，导致可调波长通道数受限；采用多颗带有波长间隔的激光器，每颗激光器可调试出不同波长，通过通用的合波技术将所有激光器的出光光路耦合在一个出光口，即可实现成倍增长的可调波长通道数量。
如图4所示为一种可调谐光模块的优选实施例，首先利用单端驱动的方式，将原本的一路差分信号通道改为两路单端信号通道，增加一颗激光器调制驱动芯片(CDR+LDD芯片)；因为驱动通道增加到两路，可以采用两颗不同波长的激光器(LD)，通过半导体致冷器(TEC)调整使可调整的波长数量提高了一倍；两颗LD的输出端增加光合路器MUX，将LD1和LD2的光路合在同一个输出通道，需要LD1的波长，则关掉LD2同时调整LD1的波长温度；需要LD2的波长，则关掉LD1同时调整LD2的波长温度。
该实施例的设计，实现了在同样的输入信号通道条件下，用最简单易行的热调方式，实现了传统热调方案成倍的波长调谐数量。本实施例所采用的器件均为现有成熟方案，物料成本低；同时也没有采用特殊的生产工艺，整个方案易于实现，生产制造良率高。虽然增加了激光器和激光器调制驱动芯片的数量，但因为这些器件都是批量成熟应用的产品，增加的成本不高，却能实现相比传统热调方案成倍增加的波长调试通道数量。
如图5所示，本发明实施例还提供一种波长可调谐光模块，包括电接口、一转x路高速模拟开关、2*x个激光器调制驱动芯片、2*x个匹配电阻和2*x个激光器，x为大于1的正整数，m＝2*x，其中，一转x路高速模拟开关的正输入端电连接电接口以接收正差分信号，一转x路高速模拟开关的负输入端电连接电接口以接收负差分信号，一转x路高速模拟开关的x个正输出端、x个负输出端分别与2*x个激光器调制驱动芯片的正输入端一对一电连接，2*x个激光器调制驱动芯片的负输入端分别与2*x个匹配电阻一对一电连接后接地，2*x个激光器调制驱动芯片的输出端分别与2*x个激光器一对一电连接。
需要说明的是，电接口为金手指，2*x个匹配电阻均为50欧姆电阻。
需要说明的是，可调谐光模块还包括半导体致冷器，半导体致冷器分别与2*x个激光器一对一电连接，2*x个激光器为具有波长间隔的激光器。
需要说明的是，可调谐光模块还包括光合路器，光合路器设置在2*x个激光器的出光光路上，用于将2*x个激光器的出光光路耦合在一个出光口。
具体的，利用高速模拟开关可使通道数量进一步扩大，假设模拟开关为1:x通道切换，结合前面实施例的设计，可使信号通道扩展为2x倍数量，则配套2*x个激光器调制驱动芯片，1:x高速模拟开关的2*x个输出端(包括x个正输出端和x个负输出端)分别与2*x个激光器调制驱动芯片的正输入端电连接，2*x个激光器调制驱动芯片的各个负输入端连接50欧姆的匹配电阻后接地，2*x个激光器调制驱动芯片的输出端分别连接2*x个激光器，2*x个激光器的出光光路上设置光合路器，将2*x个激光器的出光光路耦合到一个光出口，最终在不改变光模块电接口信号输入通道数量的前提下，实现多通道的信号输入以驱动多颗激光器芯片。该实施例的其他相关说明可以参考前面实施例的说明，这里不再一一赘述。
本实施例所采用的器件均为现有成熟方案，物料成本低；同时也没有采用特殊的生产工艺，整个方案易于实现，生产制造良率高。虽然增加了1*x高速模拟开关、激光器和激光器调制驱动芯片的数量，但因为这些器件都是市面上批量成熟应用的产品，增加的成本也不会很高。可根据需求的可调波长通道数量，与1*x高速模拟开关、激光器、激光器调制驱动芯片数量增加带来的成本增加做一个权衡选择，笔者认为采用2通道至4通道时可达到最佳性价比，即可调波长通道数量大约为6～12波时为最佳(单通道调试3个波长)。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种波长可调谐光模块，其特征在于，包括电接口、第一激光器调制驱动芯片、第二激光器调制驱动芯片、第一匹配电阻、第二匹配电阻、第一激光器和第二激光器，其中，
所述第一激光器调制驱动芯片的正输入端电连接所述电接口以接收正差分信号，所述第一激光器调制驱动芯片的负输入端电连接所述第一匹配电阻后接地，所述第一激光器调制驱动芯片的输出端电连接所述第一激光器，
所述第二激光器调制驱动芯片的正输入端电连接所述第二匹配电阻后接地，所述第二激光器调制驱动芯片的负输入端电连接所述电接口以接收负差分信号，所述第二激光器调制驱动芯片的输出端电连接所述第二激光器；
所述第一激光器和所述第二激光器为具有波长间隔的激光器。
2.根据权利要求1所述的波长可调谐光模块，其特征在于，还包括半导体致冷器，所述半导体致冷器分别与所述第一激光器和所述第二激光器电连接。
3.根据权利要求1所述的波长可调谐光模块，其特征在于，还包括光合路器，所述光合路器设置在所述第一激光器和所述第二激光器的出光光路上，用于将所述第一激光器和所述第二激光器的出光光路耦合在一个光出口。
4.根据权利要求1所述的波长可调谐光模块，其特征在于，所述电接口为金手指，所述第一匹配电阻和所述第二匹配电阻为50欧姆电阻。
5.一种波长可调谐光模块，其特征在于，包括电接口、一转x路高速模拟开关、2*x个激光器调制驱动芯片、2*x个匹配电阻和2*x个激光器，x为大于1的正整数，其中，
所述一转x路高速模拟开关的正输入端电连接所述电接口以接收正差分信号，所述一转x路高速模拟开关的负输入端电连接所述电接口以接收负差分信号，
所述一转x路高速模拟开关的x个正输出端、x个负输出端分别与所述2*x个激光器调制驱动芯片的正输入端一对一电连接，所述2*x个激光器调制驱动芯片的负输入端分别所述2*x个匹配电阻一对一电连接后接地，所述2*x个激光器调制驱动芯片的输出端分别与所述2*x个激光器一对一电连接；
所述2*x个激光器为具有波长间隔的激光器。
6.根据权利要求5所述的波长可调谐光模块，其特征在于，还包括半导体致冷器，所述半导体致冷器分别与所述2*x个激光器一对一电连接。
7.根据权利要求5所述的波长可调谐光模块，其特征在于，还包括光合路器，所述光合路器设置在所述2*x个激光器的出光光路上，用于将所述2*x个激光器的出光光路耦合在一个出光口。
8.根据权利要求5所述的波长可调谐光模块，其特征在于，其特征在于，所述电接口为金手指，所述2*x个匹配电阻均为50欧姆电阻。
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