設計并實現了一個基于DFB 激光器的波長轉換器。該波長轉換器分為接收、溫控和發射3 個模塊。接收模塊將光信號轉化為發射模塊所需的電壓信號，使發射模塊驅動激光器產生光信號。溫控模塊用以穩定半導體激光器的發射功率和波長。最終使入射的1310nm 波長的光信號轉化為波長控制精度高的1550nm 波長的光信號。

　　1 系統概述

　　波長轉換是增加光交換網絡靈活性，降低阻塞的必要手段，對光網絡波長轉換節點的設計方案也有很多。最簡單的當然是專注式的轉換節點設計，也就是在復用前，給每個通道都各配置一個波長轉換器，顯然這樣作是元件利用率最低的。一些波長轉換器的共享方案，也被陸續提出。這就必然涉及到O/E和E/O之間的轉換。

　　在光網絡體系發展的諸多關鍵中，首先是超大容量信息載入技術的實現，Tb/s 級信息比特量的傳輸將成為發展光網絡的起點，目前(2.5～10)Gb/s 的單信道傳輸容量是最經濟的選擇方案。Tb/s 級超大信息容量的傳輸必須采用復用技術。波長的精確度和高度的穩定性是DWDM 技術對光子源器件最重要、最基本的要求。

　　其對波長轉換器的基本要求是：轉換速度要快(至少對2.5Gb/s 的信息流能夠響應);對光信息流的各種傳輸格式是透明的;有較寬的轉換范圍;對輸入信號光功率要求不太高;偏振敏感度小;啁啾噪聲低等。波長變換要求對偏振不敏感，不因傳輸中受環境影響引起的偏振態變化導致傳輸質量的下降。

　　本波長轉換器信號格式是調頻模擬信號。分為接收、發射和溫控3 個模塊，可以工作在-5?C～+65?C 的環境溫度中。

　　2 模塊設計

　　2.1 接收模塊

　　接收模塊主要用于接收1310nm 波長的光信號，并將其可靠而又高效地轉換為發射模塊所需要的差分電壓信號。

　　光電探測器PTCM965 是一個同軸型高速銦鎵砷化合物(InGaAs)Pin/Tie 組件，用于將接收到的1310nm 波長光信號轉換成差分電壓信號并從DOUT+、DOUT-兩個引腳輸出。

　　Vitesse公司的VSC7961芯片是一個高速限幅放大器，具有對最高達3.125Gb/s的SONET/SDH和光通道器件進行信號損耗偵測、輸出偏移修正、輸出靜噪、低供電電流和快速的上升/下降時間等特點。VSC7961的輸入電壓為5mV～1200mV,其輸出(PECL)上升/下降時間為90ps～120ps。

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　　圖1 接收模塊的電路設計

　　如圖1 所示，光通過PTCM965 轉換為電壓信號輸入到VSC7961 的正反相兩個輸入端，然后經過VSC7961 處理變為發射模塊所需要的電壓信號。在VSC7961 的TH 引腳上接上阻值為2K 的電阻R33,使VCS7961 的電壓限幅值設置為10mV,當過限時，將改變其LOS,LOS-引腳的狀態。依據廠家對SONET 的推薦值，在CZ1、CZ2 之間連接一個0.1μF 的電容，使內部的低頻濾波器工作頻率保證能對輸入偏移值的修正。

　　2.2 溫控模塊

　　為了穩定半導體激光器的發射功率和波長，我們采用TEC 對半導體激光器進行恒溫控制。這個溫控系統包括熱沉、TEC、散熱器和溫控電路等部分。熱沉包括一個用來監測溫度的負溫度系數的熱敏電阻。熱沉、TEC、散熱器構成溫控系統的機械部分。

　　溫控電路由專用的溫控芯片和外圍電路組成。由于DFB 激光器的兩個最主要的技術特點都是通過控制溫度來實現的，所以溫控系統顯得尤為重要。

　　2.2.1 熱電制冷器(TEC)的選擇

　　TEC 的選擇與溫控電路的設計必須要以熱流量為基礎。熱流量可以通過melcor 公司的一個專用軟件AZTEC 方便地計算出來。參數設置如圖2 所示，計算得到的熱功率為6.76W。熱功率與絕緣材料和厚度也很有關系。我們用的電壓為5V，所以TEC 上的壓降在3～4V 左右。考慮到貼片器件的承受能力，電流控制在2～4A。最后選擇melcor 公司的DT3-4。

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　　圖2 熱流量的計算

　　2.2.2 溫控驅動電路

　　溫控采用了linear 公司的LTC1923EGN 芯片。該芯片是一個脈寬調制器，特地為TEC器件單雙向的驅動電路研制，其典型的溫度設定精度可以達到0.1°C。LTC1923 采用開關方式通過控制圖3 所示的H 型橋電路來控制TEC 的制冷與制熱。當PA 和NA 開通的時候，PB和NB 關閉，電流正向流過TEC;反之，反向流過TEC。R75 為取樣電阻，取樣得到的差分電壓反饋給LTC1923。

　　如果TEC 的壓降為3.5～4V，電流為3.5~4A，則電流回路上其他器件的壓降總和為1~1.5V，電阻為0.25～0.4Ω。所以場效應對管的電阻和應該在0.15～0.3Ω 之間。所選擇的D15P05(P 管)和FRU3103(N 管，可以與R3303 互換)的參數如下：

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　　圖3 H 型橋電路

　　R44 和R45 的作用是分壓，因為1923 芯片CS+、CS-的電壓降最大為0.15V，也就是允許TEC 的電流為1.5A，超出將被限流。經過分壓，則允許的電流可提高到3.75A。

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　　圖4 溫控基本電路

　　圖4 中畫了圓弧的區域是溫差信號輸入的反饋網絡。SDSYNOB 引腳必須接高電平，否則芯片將不工作。圖4 左上方的電路用來探測熱敏電阻RT1 阻值隨溫度的變化，并轉化為INA155UA 的電壓輸入值，用于反映溫度的變化。考慮到ADC 的誤差，傳感精度要做到0.1%，電壓的波動必須做到0.01%。一般的穩壓器件已經無能為力了。采用可以補償電壓的漂移，得到的數值只與熱敏電阻的阻值和R28 的溫度漂移有關。如果采用0.01%精度的熱穩定電阻就可以消除溫度漂移的影響。

　　另一方面，通過圖5 所示得預設定電壓電路，將預設定電壓與目標溫度一一對應，通過調節可變電阻VR2 來改變溫度設定值。其作為INA155UA 的基準比較電壓成為INA155UA的另一電壓輸入值。INA155UA 是一個放大器，通過懸空其RG1,RG2 腳，使其工作在10 倍的增益。當被測溫度與設定溫度不一致時，INA155UA 的2 個輸入引腳電壓值，其輸出信號將輸入到LTC1923 的誤差信號放大器輸入腳。

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　　圖5 預設定電壓電路

　　2.3 發射模塊

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　　圖6 激光器驅動電路

　　發射模塊包括DFB 激光器和激光器驅動電路。驅動激光器采用maxim 公司的MAX3869芯片，驅動電路按照MAX 公司的推薦電路設計。如圖6 所示，調試時，主要調節如下幾個電阻：

　　VR1 用來設定輸出平均功率;R13 用來設定最大調制電流;R14 用來設定最大偏置電流;R10 和激光器的電阻之和為25Ω 的時候，電路的性能最佳;R11 和C5 用來吸收反射回來的電流，可以改變這兩個元件的值使激光器輸出性能最佳;輸入信號采用直流耦合的方式， R1、R2、R8、R9 構成耦合匹配網絡。

　　3 結束語

　　整個波長轉換器模塊功耗低、集成度高，緩解了系統的散熱問題，與利用光收發模塊來實現波長轉換相比又降低了成本，能夠廣泛應用于DWDM 系統中。