密集波分復(fù)用光源關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，信息容量日益劇增，為提高信息的傳輸速度和容量，光纖通信被廣泛的應(yīng)用于信息化的發(fā)展，成為繼微電子技術(shù)之后信息領(lǐng)域中的重要技術(shù)。密集波分復(fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM）技術(shù)是提高光纖通信系統(tǒng)容量的最主要技術(shù)。隨著通信系統(tǒng)容量的增加，DWDM系統(tǒng)的信道數(shù)成倍增加，每個(gè)信道容量也逐步提升，這些都大大增加了對(duì)DWDM光源輸出精度和穩(wěn)定性的要求。
　　本文在

2、對(duì)DWDM光源設(shè)計(jì)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前實(shí)際情況，提出了從 LD（Laser Diode, LD）的控制模型入手，研究DWDM光源混合式控制技術(shù)。
　　首先從 LD的溫度特性入手，分析了分布反饋式 LD（Distribute Feedback Laser diode, DFB-LD）的溫度控制誤差、溫度控制對(duì)象。在溫度特性的基礎(chǔ)上，以LD的速率方程為基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析了輸出功率和輸出波長(zhǎng)特性。并以自主設(shè)計(jì)的LD參數(shù)

3、測(cè)試儀為核心搭建測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　以LD的溫度控制對(duì)象模型為基礎(chǔ)，分析 DWDM光源運(yùn)行規(guī)律，設(shè)計(jì)DWDM光源的溫度控制系統(tǒng)。該溫度控制系統(tǒng)利用軟硬件復(fù)合補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣邷囟瓤刂频木?，利用模糊參?shù)可調(diào)的模擬 PI控制器提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。為了解決溫度啟動(dòng)過程中的時(shí)間滯后，改善系統(tǒng)的響應(yīng)速度，采用單獨(dú)的溫度啟動(dòng)控制策略，啟動(dòng)階段采用帶預(yù)測(cè)的模糊-PI控制器，在保證系統(tǒng)的快速性的基礎(chǔ)上盡量減少系統(tǒng)超調(diào)，同時(shí)對(duì)控制對(duì)象

4、的時(shí)間滯后有抑制作用。
　　在高精度、高穩(wěn)定的溫度控制基礎(chǔ)上，利用LD的波長(zhǎng)-溫度關(guān)系，設(shè)計(jì)了LD的波長(zhǎng)鎖定模塊。分析了引起波長(zhǎng)漂移的因素，設(shè)計(jì)了LD的模擬老化實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證波長(zhǎng)鎖定模塊的波長(zhǎng)控制效果。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)DWDM光源的輸出波長(zhǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度進(jìn)行測(cè)試。以LD的功率輸出特性模型為基礎(chǔ)，依據(jù) DWDM光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了自動(dòng)功率控制/自動(dòng)電流控制(APC/ACC)的功率控制器，并依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了功率的穩(wěn)定度輸出測(cè)試，驗(yàn)

5、證功率控制器的控制效果。分析了浪涌對(duì)LD的危害，設(shè)計(jì)了防靜電、軟啟動(dòng)、LD過流保護(hù)一系列的LD的浪涌保護(hù)措施，同時(shí)設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體制冷器的過流保護(hù)裝置，保證系統(tǒng)長(zhǎng)期正常工作。
　　在LD溫度、波長(zhǎng)、功率控制技術(shù)和保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了刀片式模擬光源通道，該模擬光源通道能夠在“純模擬”狀態(tài)下自主工作，輸出高精度、高穩(wěn)定的波長(zhǎng)和功率信號(hào)，而且設(shè)計(jì)了模擬-數(shù)字接口通道，可以實(shí)現(xiàn)光源的數(shù)字控制、在線檢測(cè)以及參數(shù)的在線調(diào)整和校正。
　　設(shè)

6、計(jì)并研制了一套 DWDM光源數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用FPGA實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制多個(gè)刀片式光源通道，除具有 DWDM光源的基本控制功能外，還具有自身特點(diǎn)，如雙 CPU的設(shè)計(jì)保證了DWDM光源能夠根據(jù)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)休眠和喚醒，大大降低了數(shù)字控制系統(tǒng)的噪聲干擾和系統(tǒng)功耗。FPGA的使用使系統(tǒng)在休眠狀態(tài)下依舊能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和鍵盤顯示處理。在此數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了具有 USB、GPIB、TCP/IP等多種通訊接口的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為用戶提供