6.25 Gbps×12通道小型甚短距离并行光收发模块的研制

 介绍了一款基于系统级封装技术的低成本、收发一体、可带电热插拔的12通道小型光模块的研制。该光模块采用850 nm垂直腔面发射激光器阵列及其驱动器作为发射端,光电探测器阵列及其跨阻放大器作为接收端,通过光路无源对准实现了低成本光互连。高速度、高密度封装下的瞬态同步开关噪声、芯片间电磁干扰、通道间串扰、反射等电学问题是实现模块整体性能的难点。基于埋入技术的新型滤波器的使用实现了封装尺寸小型化且改善了电源网络的完整性;基于电磁场、传输线理论的信号完整性设计减小了通道间串扰且通过补偿阻抗不连续结构增加了通道带宽。模块背靠背眼图测试结果显示6.25 Gbps速率下系统传输零误码。     

应用于光纤陀螺的收发一体模块研究

基于干涉型光纤陀螺的小型化和工程化设计要求,研究了一种新颖的收发一体模块,从对SLD光源进行建模入手,设计了小型化的光学系统。并用Zemax软件进行了仿真。这种收发模块采用全保偏技术,体积小,可靠性高,可以有效地抑制光源与耦合器的串音干扰。与应用较为广泛的混偏技术相比,可以避免温度变化、振动等原因对光纤陀螺系统精度的影响,从而提高光纤陀螺的整体性能。     

基于DSP芯片的高速数字电路模块BIT设计

随着雷达数字化和智能化,含有多个DSP芯片的高速数字电路模块得到了越来越广泛的应用;针对基于DSP芯片的高速数字电路模块构成的信号处理系统诊断能力弱的问题,提出了通过优化模块BIT软件设计提高模块故障诊断能力的方法;分析了该类模块的BIT测试需求,着重介绍了模块主要BIT测试项目的测试原理和设计方法;通过模块自检软面板对模块BIT测试方法进行了验证;试验结果表明该方法具有实用性强、成本低等优点。     

基于VME总线的高速信号处理模块测试技术研究及应用

为解决某型号炮位侦察校射雷达中高速信号处理模块的测试,文中设计了基于VME总线的高速数字电路自动测试系统,该系统能模拟雷达工作环境,利用VME测试模块提供测试所需的光口、RapidIO等信号,测试结果通过VME主控器网口上报给系统管理平台;该系统成功应用于某型雷达高速信号处理模块的测试,可完成VME总线接口的测试;3路RapidIO信号的测试,Rapid IO信号传输速率为3.125 Gbps;4路光纤通道的测试,光纤通道波特率为2 Gbps;研究及实测结果表明该系统可解决基于VME总线的高速信号处理模块的测试。     

光脉冲注入下VCSEL的偏振开关特性

基于描述主、副垂直腔表面发射激光器（M-VCSEL,S-VCSEL）动态特性的速率方程,研究了M-VCSEL在脉冲电流调制下,输出光脉冲的偏振特性,以及S-VCSEL在M-VCSEL输出光脉冲的注入下,其偏振开关特性.研究结果表明：M-VCSEL在周期性脉冲电流的作用下,将产生周期性光脉冲输出;S-VCSEL在该光脉冲的注入下,输出光将在两个互相垂直的方向之间发生周期性转化,且变化周期与M-VCSEL所受到的调制脉冲电流周期相同;通过改变M-VCSEL驱动脉冲电流的调制幅度,可控制S-VCSEL输出的垂直偏振抑制比. 关键词： 垂直腔表面发射激光器（VCSEL） 光脉冲 偏振开关     

光模块消光比的补偿方法

提出了一种新型光模块消光比补偿方法。该方法首先根据不同温度下驱动芯片上报电流的大小,结合光功率和消光比的计算公式,模拟出激光器光功率随电流及电压的变化曲线。然后根据要求调整激光器调制电流的大小,以保持消光比的稳定。该补偿方式有效地解决了光器件一致性较差的问题,可以将原来斜效率的指标适当放宽10%,从而提高了利用率和成品率,降低了模块生产成本。     

光模块消光比的补偿方法

提出了一种新型光模块消光比补偿方法。该方法首先根据不同温度下驱动芯片上报电流的大小,结合光功率和消光比的计算公式,模拟出激光器光功率随电流及电压的变化曲线。然后根据要求调整激光器调制电流的大小,以保持消光比的稳定。该补偿方式有效地解决了光器件一致性较差的问题,可以将原来斜效率的指标适当放宽10%,从而提高了利用率和成品率,降低了模块生产成本。     

光无线接入收发合一的光学系统设计

提出了一种用于光无线接入的光学系统设计方案。该系统采用偏振分光镜可实现收发合一 ,从而简化了设计 ,减小了光学系统体积。同时还对该光学系统性能进行了分析。结果表明 ,所提出的无线接入光学系统体积小、通信效率高 ,完全能满足接入的要求     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。     

4.25 Gbps小型可热插拔光收发模块的设计与测试

对4.25 Gbps小型化可热插拔(SFP)光收发模块的关键参数进行了理论分析,从发射、接收和控制3个方面讨论了模块的结构组成,设计出了符合SFP MSA及SFF-8472协议的光模块,并根据此设计方案制作了样品模块。在-40,25,85 ℃环境温度下测试和分析了模块的性能指标,结果显示其光功率、消光比和灵敏度等均符合设计要求,且在适用温度范围内表现出良好的稳定性。实验证实了方案的可行性,为模块的产品化提供了参考。     

数字高速分幅相机中光学分幅系统的设计与分析

使用光学辅助设计软件ZEMAX设计了用于四通道数字高速分幅相机的光学分幅系统,并结合机械设计软件SOLIDWORKS,在ZEMAX的非序列模式下建立了光学分幅系统的三维立体仿真模型。成像质量达到了衍射极限,动态极限空间分辨率为16lp／mm。模拟分析结果表明成像质量理想,符合设计要求。     

一种新型高速光保持模块

针对光电混合模数转换系统中采样光脉冲很窄,高速积分保持电路实现较困难这一问题,本文提出了一种新型的高速光保持模块.通过使用多个耦合器组成的无源结构,将采样后的超窄光脉冲转换成一族脉冲簇,再经过光电转换和电低通滤波,得到了顶部较平、脉宽较宽的脉冲,有助于降低后续处理电路的复杂度.实验结果表明,这种结构能够较好地实现将超窄脉冲展宽成平顶宽脉冲的功能.     

一种新型高速光保持模块

针对光电混合模数转换系统中采样光脉冲很窄,高速积分保持电路实现较困难这一问题,本文提出了一种新型的高速光保持模块.通过使用多个耦合器组成的无源结构,将采样后的超窄光脉冲转换成一族脉冲簇,再经过光电转换和电低通滤波,得到了顶部较平、脉宽较宽的脉冲,有助于降低后续处理电路的复杂度.实验结果表明,这种结构能够较好地实现将超窄脉冲展宽成平顶宽脉冲的功能.     

高速光通讯面发射激光器的热分析及优化

垂直腔面发射激光器(VCSEL)已成为短距离数据通信传输系统的首选光源。热限制是VCSEL器件调制带宽进一步增加的一个主要的制约因素。本文基于有限元分析的方法对影响980 nm-VCSEL器件有源区温度的参数,如驱动电流、氧化孔径尺寸、氧化层材料等做了比较分析,还数值分析了二元系Ga As/Al As材料DBR用于高速低能耗VCSEL器件的优势,为绿色光子器件设计提供优化思路。     

水下气泡高速摄影光学系统设计

为了研究水下气泡的粒径、速度和浓度特性,提出基于高速电荷耦合器件(CCD)的气泡照明和三维摄影光学系统.采用532nm半导体激光器,基于伽利略结构用三个柱面镜设计了厚度1.5mm,宽度44mm的片光源。设计物像距530mm,放大率为0.4,1,2.5倍(×)的摄影光学系统,每组均由共用前组镜和会聚镜组成,中间以平行光中继。通过同步移动片光源和共用前组镜实现60mm×40mm视场内二维高速成像和纵向5mm扫描,具有结构简单、性能可靠的特点。对设计结果进行评价,0.4,1,2.5×成像光学系统在0.707ω,50lp/mm时调制传递函数值分别为0.58,0.55和0.38,能够分辨粒径范围为10～450μm的气泡。     

光耦合理论及其在通信元器件中的应用

运用矩阵光学中变换矩阵的理论,并以重叠面积积分的方法为基础,推导出了普遍适用于计算光在光通信元器件中光耦合效率的理论公式,可通过设置边界条件计算单模光纤、扩束光纤、半导体激光二极管以及光波导等不同光学元器件之间的耦合效率。导出了计算单模光纤之间和单模光纤与扩束光纤之间存在横向偏移、轴向偏移时的耦合效率理论通用公式。阐述了扩束光纤的制作方法及光在扩束光纤中的传播,并根据所推导耦合效率理论公式计算结果与单模光纤间和单模光纤与扩束光纤间的耦合实验数据进行了比较。     

Research on Optical Transmitter and Receiver Module Used for High-Speed Interconnection between CPU and Memory

With the development of the multicore processor, the bandwidth and capacity of the memory, rather than the memory area, are the key factors in server performance. At present, however, the new architectures, such as fully buffered DIMM (FBDIMM), hybrid memory cube (HMC), and high bandwidth memory (HBM), cannot be commercially applied in the server. Therefore, a new architecture for the server is proposed. CPU and memory are separated onto different boards, and optical interconnection is used for the communication between them. Each optical module corresponds to each dual inline memory module (DIMM) with 64 channels. Compared to the previous technology, not only can the architecture realize high-capacity and wide-bandwidth memory, it also can reduce power consumption and cost, and be compatible with the existing dynamic random access memory (DRAM). In this article, the proposed module with system-in-package (SiP) integration is demonstrated. In the optical module, the silicon photonic chip is included, which is a promising technology to be applied in the next-generation data exchanging centers. And due to the bandwidth–distance performance of the optical interconnection, SerDes chips are introduced to convert the 64-bit data at 800 Mbps from/to 4-channel data at 12.8 Gbps after/before they are transmitted though optical fiber. All the devices are packaged on cheap organic substrates. To ensure the performance of the whole system, several optimization efforts have been performed on the two modules. High-speed interconnection traces have been designed and simulated with electromagnetic simulation software. Steady-state thermal characteristics of the transceiver module have been evaluated by ANSYS APLD based on finite-element methodology (FEM). Heat sinks are placed at the hotspot area to ensure the reliability of all working chips. Finally, this transceiver system based on silicon photonics is measured, and the eye diagrams of data and clock signals are verified.     

Fiber-Optical Parametric Amplification of Sub-Picosecond Pulses for High-Speed Optical Communications

Abstract

This article reviews recent results of amplification of short optical pulses using fiber-optical parametric amplifiers. This includes chirped-pulse amplification of 400 fs pulses, error-free amplification of a 640-Gbit/s optical time-division multiplexed signal with less than a 1-dB power penalty, and all-optical phase-preserving amplitude regeneration of a 640-Gbit/s return-to-zero differential phase-shift keying optical time-division multiplexed signal.     

基于PXIe-5641R板卡的三频段信号中频收发模拟

适用于三频段信号的中频接收机硬件设计管脚多,时序复杂,设计周期长,需要注意的细节问题太多,一个电路设计的小问题都有可能使整个板子返工,费事费力,针对此问题,设计三频段信号的模拟收发系统,系统由LabVIEW平台的FPGA程序和主控计算机程序组成,在主控计算机内,生成三频段信号后,经DMA FIFO传输至PXIe-5641R板卡,然后送至上变频器,输出中频信号;信号接收时,首先经AD6654进行下变频后,经过FPGA的数据调理过程送至主控计算机进行显示;最后测量了信号波形,验证了收发系统的有效性。     

新型多速率光码分多址实现方案的研究

提出了一种新颖的多速率光码分多址系统的实现方案,使得光码分多址系统能够同时传输不同速率的用户信号。对系统的误码性能进行了理论分析,并讨论了在系统中加入硬件限幅器以提高系统性能的可能性。以同时传输两种不同速率信号为例,将系统与变码长光码分多址系统的误码性能进行了仿真和比较。分析表明,随着速率的增加,虽然地址码字的性能有一定下降,但其整体性能仍优于变码长的多速率的光码分多址系统。最后,设计了相应的实验,验证了码字的性能和实现多速率光码分多址系统的可能性。