[发明专利]用于粗波分复用系统的温度控制

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及光电部件。更具体而言，本发明涉及用于维持CWDM发送器在扩展的温度范围上在目标波长通道中进行发送的系统和方法。

背景技术

计算机和数据通信网络因下降的成本、提高的计算机和组网设备的性能、因特网的显著增长和由此所导致的对通信带宽的增加的需求而继续发展和扩展。如此的增加的需求发生在城市区域内和之间、以及通信网络内。而且，由于各组织已经意识到使用通信网络的经济利益，网络应用如电子邮件、话音和数据传递、主机访问以及共享和分布式数据库正越来越多地被用作增加用户生产率的手段。这种增加的需求，连同分布式计算资源的增加的数量，已经导致所需的光纤系统的数量的快速扩展。

通过光纤，光信号形式的数字数据通过激光器或发光二极管而形成，然后通过光缆来传播。这样的光信号允许高数据传输速率和高带宽容量。然后，光信号在光电二极管处被接收，光电二极管将光信号转换回电信号。当前的光学设计典型地包括在单个收发器模块内的激光器和光电二极管二者，该单个收发器模块在一端可经由兼容的连接端口而连接到如主计算机、交换集线器、网络路由器、交换机盒、计算机I/O等的主设备，并在另一端连接到光缆。除激光器和光电二极管之外，每个收发器模块典型地包含经由激光器将电信号变为光信号并将光信号变回在光电二极管处所接收的电信号所需要的所有其它光和电部件。

使用光作为传输介质的另一优点是，多个波长成分的光可通过单个通信路径如光纤来传输。该过程一般称作波分复用(WDM)，其中通信介质的带宽通过所使用的独立的波长通道的数量而增加。几个波长通道可使用粗波分复用(CWDM)应用来传输，以在单个通信线中实现较高的通道密度和总通道数量。

图1图示了典型地用在CWDM系统中的八个波长通道。如图所示，CWDM典型地实施了20纳米的通道间隔。因此，CWDM允许适度数量一典型地是8或更少一的通道堆叠在光纤1550nm区的周围。图1图示了CWDM传输是如何可发生在如下八个波长之一的：典型地1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm和1610nm。

为了节约成本并降低功率消耗，CWDM发送器通常以不严格的±3nm的室温容差来使用无制冷激光器。宽的间隔适应了由于环境温度在相对小的可接受范围内发生变化而出现的无制冷激光器的波长漂移(wavelength drift)。

图2更详细地图示了CWDM系统中的三个相邻通道。每个通道使用具有宽约11nm的通带的滤波器。在可允许的允许通带之外的运行导致所发送信号的高衰减，且在极端情况下，导致与相邻通道的潜在串扰。从发送器发射的光无需占用整个通道，仅需保持在其中。因此，可以看出从发送器所发送的光的谱线可占用通带中心中由波长范围12所图示的波长范围。如果所发送的光在波长通道的一侧上也是可接受的，例如波长范围14。然而，如果发送器发射的光在指定的通带外或与相邻通带重叠的波长范围内，例如波长范围16，则CWDM系统不正常工作。

存在若干因素来确定由传统激光器源所产生的信号的波长。例如，这些因素包括：电流密度、光发射器的温度和光发送器的特定固有特性。参考图3，该图示出了在变化的温度范围内的波长(λ)移动(wavelengthshift)。波长范围沿y轴示出，没有具体地指出波长，而温度范围沿x轴示出，从-40℃到85℃。线20图示了温度增加时的特征波长移动。对于CWDM应用中通常所使用的分布式反馈(“DFB”)激光源，在对移动的良好近似的情况下，每摄氏度变化的0.1nm的波长漂移一般是可接受的。因此可以看出，所发射的光的波长是如何在125度的温度变化内移动约+12.5nm的。这由曲线20的线率示出，在-40℃斜线的低点22比在85℃的高点24低12.5nm。

为了控制温度所导致的波长漂移的效应，CWDM收发器典型地由该收发器外部的设备来冷却，如扇或其置于温度受控的室内。该受控环境使收发器部件保持在合理的温度范围内，使得激光器在所指定的波长通道内在一波长范围来发射。

然而，仅在受控环境中使用CWDM收发器可以是非常受限而昂贵的。结果，对于如何在较不昂贵或较方便的场所来运行CWDM收发器，已引起更多关注。例如，如果CWDM收发器可在诸如边远场所的数据中继站的现场中工作，将可以体现CWDM技术的先进性。事实上，对于CWDM收发器所期望的工作条件目前是从-40℃到85℃。