密集波分復(fù)用光源關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當代社會和經(jīng)濟發(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，每個信道容量也逐步提升，這些都大大增加了對DWDM光源輸出精度和穩(wěn)定性的要求。
　　本文在

2、對DWDM光源設(shè)計的各項關(guān)鍵技術(shù)進行綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前實際情況，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、溫度控制對象。在溫度特性的基礎(chǔ)上，以LD的速率方程為基礎(chǔ)，進一步分析了輸出功率和輸出波長特性。并以自主設(shè)計的LD參數(shù)

3、測試儀為核心搭建測試系統(tǒng)，對模型進行實驗驗證。
　　以LD的溫度控制對象模型為基礎(chǔ)，分析 DWDM光源運行規(guī)律，設(shè)計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)。為了解決溫度啟動過程中的時間滯后，改善系統(tǒng)的響應(yīng)速度，采用單獨的溫度啟動控制策略，啟動階段采用帶預(yù)測的模糊-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)，同時對控制對象

4、的時間滯后有抑制作用。
　　在高精度、高穩(wěn)定的溫度控制基礎(chǔ)上，利用LD的波長-溫度關(guān)系，設(shè)計了LD的波長鎖定模塊。分析了引起波長漂移的因素，設(shè)計了LD的模擬老化實驗，驗證波長鎖定模塊的波長控制效果。依據(jù)國家標準對DWDM光源的輸出波長的長期穩(wěn)定度進行測試。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)計要求，設(shè)計了自動功率控制/自動電流控制(APC/ACC)的功率控制器，并依據(jù)相關(guān)國家標準進行了功率的穩(wěn)定度輸出測試，驗

5、證功率控制器的控制效果。分析了浪涌對LD的危害，設(shè)計了防靜電、軟啟動、LD過流保護一系列的LD的浪涌保護措施，同時設(shè)計了半導體制冷器的過流保護裝置，保證系統(tǒng)長期正常工作。
　　在LD溫度、波長、功率控制技術(shù)和保護技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計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)定的波長和功率信號，而且設(shè)計了模擬-數(shù)字接口通道，可以實現(xiàn)光源的數(shù)字控制、在線檢測以及參數(shù)的在線調(diào)整和校正。
　　設(shè)

6、計并研制了一套 DWDM光源數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用FPGA實現(xiàn)同時控制多個刀片式光源通道，除具有 DWDM光源的基本控制功能外，還具有自身特點，如雙 CPU的設(shè)計保證了DWDM光源能夠根據(jù)系統(tǒng)要求實現(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)計了具有 USB、GPIB、TCP/IP等多種通訊接口的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，為用戶提供