21 世纪是一个信息化的社会，大量的信息传送需要大容量的系统波分复用(WDM)技术。WDM 技术的实现使得光纤到户已不再是遥不可及的梦想。WDM 系统不仅仅能使系统的容量成倍增长，而且可以利用波长完成路由和交换等功能。按照ITU－T 标准，各信道中心波长间隔Df 为100GHz (0.8nm)，全波窗口可以同时容纳425 路波长信道，总传输容量可达4.25Tb/s以上。虽然WDM 网络的带宽可以满足每个用户的需求，但是系统的波长数目仍然大大少于实际的节点数目和用户数目。这就使得不同地点的发射机向同一目的地以同一波长发送信号 时，在很多节点的多个波长上的交换信号会发生冲突。解决上述问题的关键技术就是利用波长转换技术。
本文所要阐述的波长转换器主要基于DFB 激光器，将1310nm 的光信号转换为1550nm的光信号。通过调节温度改变并稳定激光器波长，使普通DFB 激光器达到DWDM 激光器的要求。
1 系统概述
波长转换即为波长的再分配和再利用以解决交叉连接中的波长竞争，有效地进行路由选择，降低网络的阻塞率，从而提高网络的灵活性和可扩展性，同时也 有利于网络的运行、管理和控制，以及通道的保护倒换。虽然全光交换网都已开始出现,但在波长转换这一技术上，人们似乎还没有完全找到一种全光的解决方案。 这就必然涉及到O/E和E/O之间的转换。
在光网络体系发展的诸多关键中，首先是超大容量信息载入技术的实现，Tb/s 级信息比特量的传输将成为发展光网络的起点，目前(2.5～10)Gb/s 的单信道传输容量是最经济的选择方案。Tb/s 级超大信息容量的传输必须采用复用技术。波长的精确度和高度的稳定性是DWDM 技术对光子源器件最重要、最基本的要求。
其对波长转换器的基本要求是：转换速度要快（至少对2.5Gb/s 的信息流能够响应）；对光信息流的各种传输格式是透明的；有较宽的转换范围；对输入信号光功率要求不太高；偏振敏感度小；啁啾噪声低等。波长变换要求对偏 振不敏感，不因传输中受环境影响引起的偏振态变化导致传输质量的下降。
本波长转换器信号格式是调频模拟信号。分为接收、发射和温控3 个模块，可以工作在－5ºC～＋65ºC 的环境温度中。
2 模块设计
2.1 接收模块
接收模块主要用于接收1310nm 波长的光信号，并将其可靠而又高效地转换为发射模块所需要的差分电压信号。
光电探测器PTCM965 是一个同轴型高速铟镓砷化合物(InGaAs)Pin/Tie 组件，用于将接收到的1310nm 波长光信号转换成差分电压信号并从DOUT+、DOUT-两个引脚输出。
Vitesse公司的VSC7961芯片是一个高速限幅放大器，具有对最高达3.125Gb/s的SONET/SDH和光通道器件进行信号损耗侦 测、输出偏移修正、输出静噪、低供电电流和快速的上升/下降时间等特点。VSC7961的输入电压为5mV～1200mV,其输出（PECL）上升/下降 时间为90ps～120ps。
图1 接收模块的电路设计
2.2 温控模块
为了稳定半导体激光器的发射功率和波长，我们采用TEC 对半导体激光器进行恒温控制。这个温控系统包括热沉、TEC、散热器和温控电路等部分。热沉包括一个用来监测温度的负温度系数的热敏电阻。热沉、TEC、散热器构成温控系统的机械部分。
温控电路由专用的温控芯片和外围电路组成。由于DFB 激光器的两个最主要的技术特点都是通过控制温度来实现的，所以温控系统显得尤为重要。
2.2.1 热电制冷器(TEC)的选择
TEC 的选择与温控电路的设计必须要以热流量为基础。热流量可以通过melcor 公司的一个专用软件AZTEC 方便地计算出来。参数设置如图2 所示，计算得到的热功率为6.76W。热功率与绝缘材料和厚度也很有关系。我们用的电压为5V，所以TEC 上的压降在3～4V 左右。考虑到贴片器件的承受能力，电流控制在2～4A。最后选择melcor 公司的DT3-4。
图2 热流量的计算
温控采用了linear 公司的LTC1923EGN 芯片。该芯片是一个脉宽调制器，特地为TEC器件单双向的驱动电路研制，其典型的温度设定精度可以达到0.1°C。LTC1923 采用开关方式通过控制图3 所示的H 型桥电路来控制TEC 的制冷与制热。当PA 和NA 开通的时候，PB和NB 关闭，电流正向流过TEC；反之，反向流过TEC。R75 为取样电阻，取样得到的差分电压反馈给LTC1923。
如果TEC 的压降为3.5～4V，电流为3.5~4A，则电流回路上其他器件的压降总和为1~1.5V，电阻为0.25～0.4Ω。所以场效应对管的电阻和应该在 0.15～0.3Ω 之间。所选择的D15P05（P 管）和FRU3103（N 管，可以与R3303 互换）的参数如下：
图3 H 型桥电路
图4 温控基本电路
另一方面，通过图5 所示得预设定电压电路，将预设定电压与目标温度一一对应，通过调节可变电阻VR2 来改变温度设定值。其作为INA155UA 的基准比较电压成为INA155UA的另一电压输入值。INA155UA 是一个放大器，通过悬空其RG1,RG2 脚，使其工作在10 倍的增益。当被测温度与设定温度不一致时，INA155UA 的2 个输入引脚电压值，其输出信号将输入到LTC1923 的误差信号放大器输入脚。#p#分页标题#e#
图5 预设定电压电路
图6 激光器驱动电路
VR1 用来设定输出平均功率；R13 用来设定最大调制电流；R14 用来设定最大偏置电流；R10 和激光器的电阻之和为25Ω 的时候，电路的性能最佳；R11 和C5 用来吸收反射回来的电流，可以改变这两个元件的值使激光器输出性能最佳；输入信号采用直流耦合的方式， R1、R2、R8、R9 构成耦合匹配网络。
3 结束语
通过波长转换器的设计，使接收到的1310nm 波长的光信号转化为波长控制精度高的1550nm 波长的光信号。整个波长转换器模块功耗低、集成度高，缓解了系统的散热问题，与利用光收发模块来实现波长转换相比又降低了成本，能够广泛应用于DWDM 系统中。
参考文献
1 Govind P.Agrawal.Fiber-optic communication system(2nd ed).New York.1997.
2 张宏.DWDM 系统光发射机温度控制电路的优化设计.电子设计应用，2003.3 月
3 MAXIM,MAX3869 Evaluation Kit,2002
4 VITESSE, VSC7961 Data Sheet,2003(end)
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