ICCSZ訊 可調(diào)光衰減器(VOA)是光纖通信系統(tǒng)中的一種重要的光纖動態(tài)器件,主要用于密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)中信道的功率平衡,實現(xiàn)增益平坦、動態(tài)增益平衡及傳輸功率均衡。而數(shù)字可調(diào)光衰減器由于控制簡單、體積小,較好的光學性能而得到了較大的發(fā)展。
目前可調(diào)光衰減器已經(jīng)廣泛應用于光通信領(lǐng)域的通信設備中,通用的做法是在設備中集成了數(shù)字可調(diào)光衰減器,通過設備的軟件根據(jù)系統(tǒng)的需要對可調(diào)光衰減器的衰減量進行調(diào)節(jié),由于VOA集成到了設備中,光路也必須集成在設備中,并固定下來,這使得光路系統(tǒng)不能靈活的配置,而在DWDM系統(tǒng)中,不同的站點,不同傳輸容量都需要根據(jù)實際的網(wǎng)絡情況進行靈活的配置,而VOA作為系統(tǒng)中重要的可配置器件,不能隨著系統(tǒng)的配置而靈活的取舍,使系統(tǒng)設備的靈活性變差,增加了系統(tǒng)成本。
在光通信領(lǐng)域中,SFP收發(fā)模塊作為標準的可插拔器件,由于其體積小、機械和光電接口標準統(tǒng)一、可插拔等靈活可配置特性,已廣泛在系統(tǒng)設備中得到應用。為了使VOA模塊也能像SFP收發(fā)模塊一樣靈活可配置的應用到系統(tǒng)設備中,本文提出了一種將VOA模塊集成到SFP封裝中,采用SFP標準的機械和光電接口,使VOA模塊也能像SFP收發(fā)模塊一樣即插即用,非常方便的實現(xiàn)光衰減功能的取舍。
由于采用SFP封裝,體積受到了很大的限制,而基于微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)技術(shù)的VOA的相對其他類型的VOA的突出特點就是體積小,控制簡單,而且具有較好的光學性能。因此,本文采用MEMS VOA模塊實現(xiàn)SFP封裝的數(shù)字可調(diào)衰減器。
1 數(shù)字式MEMS VOA原理
常見MEMS VOA有反射鏡旋轉(zhuǎn)型和位移遮擋型等。無論采用哪種類型實現(xiàn)光功率的衰減,都是通過光衰減量與MEMS芯片中機械片的旋轉(zhuǎn)或移動呈一一對應的關(guān)系,而芯片中機械片的旋轉(zhuǎn)或移動又與加在上下電極板上的電壓呈一一對應關(guān)系,因此,衰減量與電壓呈一一對應關(guān)系,但是衰減量與驅(qū)動電壓不是線性關(guān)系。為了實現(xiàn)數(shù)字化的衰減控制,需要增加控制電路,預先將衰減電壓曲線數(shù)據(jù)保存在電路中,通過客戶發(fā)送的衰減量自動查找對應的衰減的電壓,再發(fā)送給VOA驅(qū)動電路,驅(qū)動電路再輸出對應的電壓給VOA,從而實現(xiàn)對應的衰減,這樣便達到了數(shù)字式控制的目的。
2 基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器的實現(xiàn)
基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器由結(jié)構(gòu)部分、光學模塊MEMS VOA、LC光口、電控制單元CU、電接口等部分組成,其結(jié)構(gòu)和組成示意圖如圖1所示。
在結(jié)構(gòu)方面,采用了標準的SFP封裝,外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在電控制單元部分CU主要由SFP電接口、可編程邏輯器件CPLD、D/A轉(zhuǎn)換、放大器和MEMS VOA組成,如圖3所示。
SFP電接口主要包括I2C接口和電源接口。I2C接口實現(xiàn)上位機及可調(diào)光衰減器的通信,包括讀取存儲單元的相關(guān)信息、讀取存儲的電壓衰減數(shù)據(jù),下發(fā)衰減命令等;CPLD功能模塊主要實現(xiàn)I2C接口驅(qū)動、數(shù)據(jù)存儲和相關(guān)控制功能,I2C接口驅(qū)動實現(xiàn)與上位機的通信連接,控制單元接收上位機的命令,解碼相關(guān)的協(xié)議數(shù)據(jù)并進行相應的操作,如果是衰減控制命令,則獲取衰減量數(shù)據(jù),從存儲模塊調(diào)取衰減電壓數(shù)據(jù),經(jīng)過算法計算后,輸出精確的電壓數(shù)據(jù)給D/A轉(zhuǎn)換器,D/A轉(zhuǎn)換器對電壓的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號經(jīng)過放大器放大后驅(qū)動MEMS VOA,使其達到相應的衰減。
在SFP標準中,對電接口進行了詳細的規(guī)定,包括電接口的管腳數(shù)、管腳定義、機械尺寸等,在SFP VOA中,收發(fā)模塊功能管腳都不需要使用,只保留I2C通信的相關(guān)管腳(PIN4/PIN5)、電源管腳(PIN15/PIN16/PIN20)及狀態(tài)管腳(PIN6)。在光路方面,主要由LC光口和MEME VOA組成,為了減小體積,降低耦合損耗,采用VOA直接與LC光口耦合方式。
3 基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器的應用
基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器性能指標與MEMS數(shù)字式可調(diào)光衰減器的指標相似,具有反應速度快、線性度好、高穩(wěn)定性、高衰減等光學性能,同時由于采用了SFP封裝,使數(shù)字式可調(diào)衰減器成為了一個獨立的光學模塊,支持熱插拔和即插即用,不需要集成到設備內(nèi)部,設備只要預留出SFP接口,即可根據(jù)系統(tǒng)需要,靈活的配置需要的可調(diào)衰減器,使光路系統(tǒng)變得靈活和簡單,同時,由于其靈活性的配置,節(jié)省了由于系統(tǒng)布網(wǎng)變化帶來的成本增長,從而降低了光網(wǎng)絡設備整體成本。
4 結(jié)語
基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器符合光學設備中傾向于可插拔光學裝置的趨勢,具備了SFP模塊的便攜靈活特點,同時又具備了傳統(tǒng)可調(diào)光衰減器類似的光學性能,非常適合應用于復雜的波分復用系統(tǒng)設備,靈活的組成各種網(wǎng)絡應用,因此具有廣泛的應用前景。