CN101369713B - 一种实现光模块波长锁定的控制装置和方法 - Google Patents

一种实现光模块波长锁定的控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现光模块波长锁定的控制装置和方法，所述装置包括：激光器管芯温度控制单元，用于获取激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号进行比较，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号；波长自动控制单元，用于检测激光器的输出光信号，获得用于实现波长锁定的波长偏差信号；及叠加单元，用于将所述波长偏差信号叠加到所述预设信号中，并送入至所述激光器管芯温度控制单元。本发明克服了现有技术中光模块输出波长偏移大的缺点，解决了DWDM系统中相邻通道信号串扰的问题。

Description

一种实现光模块波长锁定的控制装置和方法
技术领域
本发明涉及在光纤通讯领域里实现光发射机波长自动控制的技术，尤其涉及一种实现光模块波长锁定的控制装置和方法。
背景技术
波分复用技术是在单根光纤中通过间隔的多个特定波长，同时传输多路光信号从而显著提高单纤传输容量的新型技术。随着传输容量的进一步提高，波分复用技术经历了粗波分复用到密集波分复用的发展阶段。密集波分复用系统(简称DWDM，Dense Wave length Division Multiplexing)由于可以充分利用带宽资源而受到人们的极大关注。当前为了提升DWDM系统传输容量，除采用提高单通道信号速率、扩展光谱范围外，还可以通过缩小通道间隔的方式来实现，例如将通道间隔由100GHZ、50GHZ，缩小到25GHZ，甚至更小。
随着光通信技术的不断发展，光收发合一模块已经越来越广泛地应用到DWDM传输系统中，起着电/光、光/电转换的作用，其性能对DWDM系统性能指标有着重要影响。目前分布式反馈半导体激光器(简称DFB，Distributed Feed Back)由于具有调制速率高、小型、稳定可靠等优点，已经广泛用于光模块中。但是分布式反馈半导体激光器的输出波长会随着工作温度的变化而发生漂移(温度波长漂移量一般为0.1nm/℃)。这种波长漂移会导致信道间的信息产生串扰，使得DWDM光纤通信系统的安全性下降。因此，必须采取手段对用于DWDM光纤通信系统中的各个DFB激光器的波长进行精确控制。国际通信联盟(简称ITU-T)目前推荐的光纤通信 DWDM系统各信道的波长间隔主要有100GHZ、50GHZ和25GHZ，其允许的各信道最大中心频率偏移相应为±12.5GHz、±5GHz和±2.5GHZ。为防止由于外界环境变化和激光器老化导致波长产生偏移，原来单纯通过激光器的管芯温度控制装置来稳定其中心波长的方法已经不再有效，所以就需要进行一步地改进激光器的波长控制技术。
发明内容
本发明的目的是提供了一种实现光模块波长锁定的控制装置和方法，其克服了现有技术中光模块输出波长偏移大的缺点，解决了DWDM系统中相邻通道信号串扰的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种实现光模块波长锁定的控制装置，所述装置包括：激光器管芯温度控制单元，用于获取激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号进行比铰，根据比较结果，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号；波长自动控制单元，用于检测激光器的输出光信号，获得用于实现波长锁定的波长偏差信号；及叠加单元，用于将所述波长偏差信号叠加到所述预设信号中，并送入至所述激光器管芯温度控制单元。
所述控制装置，其中，所述波长自动控制单元包括：分光器、背向光功率检测器、滤波器、光波长检测器、以及波长偏差信号生成单元；激光器的输出光信号通过所述分光器分成两路光信号，一路光信号通过所述背向光功率检测器转化为一正比于输出光信号功率大小的第一背光电流信号；另一路光信号依次通过所述滤波器、光波长检测器输出一用于反映输出光信号波长变化的第二背光电流信号；所述波长偏差信号生成单元用于通过比较所述第一背光电流信号和第二背光电流信号，获得输出光信号的波长变化量，根据该波长变化量计算所述波长偏差信号。
所述控制装置，其中，所述波长偏差信号生成单元包括：用于将所述 第一背光电流信号转化为电压信号的第一跨阻放大器，用于将所述第二背光电流信号转化为电压信号的第二跨阻放大器，用于比较所述第一跨阻放大器和所述第二跨阻放大器输出结果的误差放大器，以及波长偏差算法控制器；所述第一跨阻放大器的输出端连接所述误差放大器的一个输入端，所述第二跨阻放大器的输出端连接所述误差放大器的另一个输入端，所述误差放大器输出用于表征波长变化量的误差电压信号，并送至所述波长偏差算法控制器的输入端，所述波长偏差算法控制器用于将所述误差电压信号转化为所述波长偏差信号。
所述控制装置，其中，所述误差放大器包括：积分电路单元以及两个调节反馈系数的数模转换单元；所述积分电路的第一输入端连接所述第一跨阻放大器的输出端，在所述积分电路单元的第一输入端与输出端之间串联有一个数模转换单元，该数模转换单元用于接收一用于调节放大倍数的预设数字信号，并利用所述积分电路单元的输出量将该预设数字信号转换为一负反馈信号，叠加到所述第一跨阻放大器输出的电压信号中；所述积分电路的第二输入端连接所述第二跨阻放大器的输出端，所述积分电路的第二输入端与一预设工作电压之间串联有另一个数模转换单元，该数模转换单元用于接收所述预设数字信号，并利用所述预设工作电压将该预设数字信号转换为一模拟量，叠加到所述第二跨阻放大器的输出电压信号中。
所述控制装置，其中，所述激光器管芯温度控制单元包括：误差放大单元、补偿控制单元、及热电制冷器驱动器单元；所述误差放大单元的一个输入端接收来自激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，所述误差放大单元的另一个输入端连接所述叠加单元的输出端，该误差放大单元用于将所述反馈信号与所述叠加单元的输出结果进行比较，输出差值送入到所述补偿控制单元中；所述补偿控制单元用于依据所述差值，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，输出用以控制激光器内部热电制冷器的控制命令；所述热电制冷器驱动器单元用于将所述控制命令进行功率放 大，输出用以驱动激光器内部的热电制冷器。
本发明还提供一种实现光模块波长锁定的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
A、获取激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号进行比较，根据比较结果，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号，形成激光器管芯温度控制负反馈回路；
B、检测激光器的输出光信号，获得表征波长变化的波长偏差信号；
C、将该波长偏差信号叠加到所述预设信号中，使波长变化信息添加到所述激光器管芯温度控制负反馈回路中，形成波长自动控制负反馈回路。
所述控制方法，其中，所述步骤B中通过以下步骤获得波长偏差信号：
B1、将激光器的输出光信号分成两路光信号，一路光信号通过背向光功率检测器转化为一正比于输出光信号功率大小的第一背光电流信号；另一路光信号依次通过滤波器、光波长检测器输出一用于反映输出光信号波长变化的第二背光电流信号；
B2、通过比较所述第一背光电流信号和第二背光电流信号，获得输出光信号的波长变化量，根据该波长变化量计算所述波长偏差信号。
所述控制方法，其中，所述步骤B2包括以下步骤：
B21、通过第一跨阻放大器将所述第一背光电流信号转化为电压信号，通过第二跨阻放大器将所述第二背光电流信号转化为电压信号；
B22、比较所述第一跨阻放大器和所述第二跨阻放大器的输出结果，获得用于表征波长变化量的误差电压信号；
B23、将所述误差电压信号转化为可叠加在所述预设信号中的所述波长偏差信号。
本发明采用波长锁定的方法提高波长控制的稳定度和精度，满足了光传输系统对波长稳定度更高的要求。
附图说明
图1是本发明所述的波长锁定控制装置的结构示意图；
图2是Fabry-Perot Etalon滤波器的光传输特性；
图3为本发明所述的波长锁定控制装置的简化控制框图；
图4是本发明所述的波长锁定控制装置状态转换示意图；
图5是热电制冷器控制器内部信号流向图；
图6是本发明所述的激光器管芯温度控制闭环比例积分控制算法实现电路；
图7是本发明所述的误差放大器的电路结构图；
图8是本发明所述的波长锁定控制装置软件控制流程图；
图9是本发明所述的波长锁定控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图详细描述本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供了一种实现光模块波长锁定的控制装置，该控制装置包括：
(1)波长自动控制单元300，用于检测激光器的输出光信号，获得用于实现波长锁定的波长偏差信号。
如图1和3所示，上述波长自动控制单元包括两个部分：
一部分是光路部分，其如图1所示，包括分光器、背向光功率检测器、滤波器、光波长检测器；激光器的输出光信号通过所述分光器分成两路光信号，一路光信号通过所述背向光功率检测器转化为一正比于输出光信号功率大小的第一背光电流信号Ip；另一路光信号依次通过所述滤波器、光波长检测器输出一用于反应输出光信号波长变化的第二背光电流信号Iλ。如图1所示，在激光器的输出光信号进入分光器之前，还可以通过一聚光镜将发散的输出光信号转换为平行光信号，便于对光信号的采集。
而另一部分为信号处理部分，其如图1所示，包括波长偏差信号生成单元305，该单元用于通过比较所述第一背光电流信号Ip和第二背光电流信号Iλ，获得输出光信号的波长变化量，根据该波长变化量计算所述波长偏差信号。
如图3所示，上述波长偏差信号生成单元305包括：用于将所述第一背光电流信号Ip转化为电压信号V(p)的第一跨阻放大器303，用于将所述第二背光电流信号Iλ转化为电压信号V(λ)的第二跨阻放大器304，用于比较所述第一跨阻放大器和所述第二跨阻放大器输出结果的误差放大器302，以及波长偏差算法控制器C2(z)301；所述第一跨阻放大器303的输出端连接所述误差放大器302的一个输入端，所述第二跨阻放大器304的输出端连接所述误差放大器302的另一个输入端，所述误差放大器302输出用于表征波长变化量的误差电压信号Verr，并送至所述波长偏差算法控制器C2(z)301的输入端，所述波长偏差算法控制器301用于将所述误差电压信号转化为可叠加在上述预设信号Vset中的所述波长偏差信号。在这里波长偏差算法控制器的算法有很多种，比如补偿算法，积分算法，积分分离算法，自适应算法等等。
上述误差放大器302如图7所示，其包括：积分电路单元以及两个调节反馈系数的数模转换单元M-DAC；这里的积分电路由运算放大器D1、电阻R1、电阻R2、电容C1以及电阻R3、电阻R4构成，积分电路的结构可以参见图7所示。这里积分电路的第一输入端连接所述第一跨阻放大器303的输出端，即图7中运算放大器D1的反相输入端通过电阻R1连接第一跨阻放大器303的输出端，并且在所述积分电路单元的第一输入端与输出端之间串联有一个数模转换单元M-DAC，该数模转换单元用于接收一用于调节放大倍数的预设数字信号CODE，并利用所述积分电路单元的输出量将该预设数字信号CODE转换为一负反馈信号，叠加到所述第一跨阻放大器输出的电压信号V(p)中。另外，积分电路的第二输入端连接所述第二 跨阻放大器的输出端，即图7中运算放大器D1的同相输入端通过电阻R3连接第二跨阻放大器304的输出端，并且在所述积分电路的第二输入端与一预设工作电压之间串联有另一个数模转换单元M-DAC，该数模转换单元用于接收所述预设数字信号CODE，并利用所述预设工作电压将该预设数字信号CODE转换为一模拟量，叠加到所述第二跨阻放大器的输出电压信号V(λ)中。误差放大器302通过写入M-DAC的CODE可以得到Verr输出幅度的改变。图7中积分放大电路输出的是模拟信号VFE，需要通过一模数转换器ADC800转换为数字信号形式的误差电压信号Verr，然后送入到波长偏差算法控制器C2(z)301中进行波长偏差算法的计算，用以获得可叠加在激光器管芯温度控制单元输入端的波长偏差信号。
(2)叠加单元500，用于将所述波长偏差信号叠加到所述预设信号Vset中，并送入至所述激光器管芯温度控制单元400。
(3)激光器管芯温度控制单元400，用于获取激光器内部负温度系数热敏电阻600的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号Vset进行比较，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号。
如图3所示，上述激光器管芯温度控制单元400包括：误差放大单元402、补偿控制单元401、及热电制冷器驱动器单元403；所述误差放大单元402的一个输入端接收来自激光器内部负温度系数热敏电阻600的反馈信号，所述误差放大单元402的另一个输入端连接所述叠加单元500的输出端，该误差放大单元402用于将所述反馈信号与所述叠加单元500的输出结果进行比较，输出差值送入到所述补偿控制单元401中；所述补偿控制单元401用于依据所述差值，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，输出用以控制激光器内部热电制冷器的控制命令；所述热电制冷器驱动器单元403用于将所述控制命令进行功率放大，输出用以驱动激光器内部热电制冷器。
以下结合附图详细说明，本发明的工作原理。
图1中给出了一部分单信道光波长锁定控制装置的光路功能框图。激光器把传输数据转变成光信号；分光器把激光器的输出信号分成两部分，一路光照射到背向光功率检测器得到一个正比于输出光功率大小的电流信号Ip，该信号的大小与输出光波长无关；另一路光通过滤波器(可以是Fabry-Perot Etalon滤波器)照射到光波长检测器上，光波长检测器作为波长监测的检测器得到光电流信号Iλ，它不仅与输出光波长有关，而且与输出光功率大小也有关。Fabry-Perot Etalon滤波器是波长锁定技术中的关键器件，它有两个突出特点。首先它的光传输特性是具有周期性的，如图2所示。这就意味着在制造时，如果将etalon的自由光谱范围(FSR)与ITU-T规定的波长间隔相适配，则许多符合ITU-T标准的波长可以通过同一波长监测系统来监测。其次是Etalon滤波器受温度影响很小，由于波长检测器输出的电信号是周期性变化的波长信号，必须高度关注波长捕捉的范围，以确保锁定的是正确的波长。如果滤波器受温度影响很大，则很难保证。
背向光功率检测器产生的光生电流作为监控信号引入波长偏差信号生成单元中。光功率自动控制电路APC(Automatic power control)能够根据激光器输出平均光功率的变化自动调整激光器偏置电流的大小来实现激光器输出平均光功率的自动控制，利用APC电路，可以使输出光功率保持稳定，即光生电流Ip保持稳定。在这里光生电流Ip作为输入参数构成的控制环路即是光功率自动控制电路APC，它属于波长自动控制单元的一部分，只有Ip稳定不变，那么电流信号(Ip，Iλ)间的差异才与输出波长的波动成正比。根据Iλ的变化产生控制信号控制激光器的温度，从而控制激光器发出光信号的波长波动，实现波长锁定。
波长锁定控制装置简化控制框图如图3所示。采用跨阻放大器，将背向光功率检测器检测产生的电流Ip和光波长检测器检测产生的背光电流信号Iλ转化为电压信号，即V(p)和V(λ)，通常由波长变化引起的V(λ)的变化量较小，采用误差放大器将V(p)和V(λ)的差值放大，误差放大器增益可调， 误差放大器输出电压Verr作为波长偏差算法控制器C2(z)301的输入。如上面所述，光波长检测器检测产生的背光电流信号Iλ，它不仅与输出光波长有关，而且与输出光功率大小也有关。通过APC电路可以确保输出光功率大小基本不变，因此光波长检测器检测产生的背光电流信号Iλ仅与输出光波长有关，即Verr电压仅与输出光波长有关。波长偏差算法控制器C2(z)301根据输入的误差电压信号Verr实时地对中心波长进行控制。此外，为确保锁定到正确的波长，在启动波长自动控制单元之前，必须先让激光器管芯温度控制单元稳定工作。
由图1和图3可见，给出了由波长自动控制单元300、激光器管芯温度控制单元400和叠加单元500构成的本发明所公开的波长锁定控制装置。刚上电时，波长锁定控制装置工作在温度控制模式，激光器管芯温度控制控制单元开始工作，LsTEMPALM＝0表示激光器管芯温度控制单元还没有稳定。当激光器管芯温度与设定值的差值在±T范围之内时(一般为0.1℃)，激光器管芯温度控制控制单元锁定，经过一小段延时τD后，切换到波长控制模式，波长自动控制单元和叠加单元启动。波长锁定控制装置的状态转换见图4。初始状态，激光器管芯温度控制控制单元，TempAlm＝0/λAlm＝0表示激光器管芯温度还没有稳定，当TempAlm＝1/λAlm＝0，表示激光器管芯温度稳定，经过一小段延时τD后，使能波长自动控制单元和叠加单元，这时TempAlm＝1/λAlm＝0，当波长锁定后，TempAlm＝1/λAlm＝1。上述波长自动控制单元波长偏差控制器可以采用补偿调节算法、积分算法、积分分离PI控制算法和自适应控制算法，用软件实现，在MCU控制器的定时器中断服务程序中执行波长偏差控制算法。设置波长锁定使能标志位，增加了波长控制的灵活性。取样TempAlm信号的状态，是为了控制ATC闭环和AFC闭环的启动顺序。TempAlm＝1表示激光器管芯温度控制单元稳定工作。该信号保证在激光器管芯温度稳定后再启动波长自动控制单元和叠加单元。
以下结合附图，将对本发明的具体实施例加以详细描述。
通常新型激光器的内部结构主要包括激光器管芯、实现平均光功率监测的PIN管、用于管芯温度控制的负温度系数热敏电阻RTH1 600和热电制冷器器件，以及Fabry-Perot Etalon滤波器、实现波长监测的PIN管、用于Fabry-Perot Etalon滤波器温度控制的负温度系数热敏电阻和热电制冷器等器件。通常激光器中就带有Fabry-Perot Etalon滤波器，则在构建波长自动控制单元时可以直接采用激光器中Fabry-Perot Etalon滤波器，而不需要再另外增加滤波器。
激光器管芯温度控制单元中的补偿控制单元401及热电制冷器驱动器单元403可以由专用的热电制冷器控制器芯片来实现，其内部的信号流向由图5所示，含有3级：第一级为用以实现误差放大单元的精密误差放大器603，用于精密测量激光器管芯当前温度与预设温度之间的差；第二级为PID控制放大器，Z1、Z2和控制器芯片内部的补偿放大器(CompensationAmplifier)601构成比例积分控制环用以实现补偿控制单元，可以通过外接阻容参数来调节激光器管芯温度控制单元的比例系数和积分系数，优化系统的性能；第三级为用以实现热电制冷器驱动器单元的PWM方式的大电流输出级，即脉宽调制/线性放大器602。热电制冷器驱动器单元中的驱动电路可采用由4个大功率MOSFET组成的H桥放大电路，实现热电制冷器的正、反两向驱动，从而进热电制冷器的制冷和制热。激光器管芯温度控制单元控制器采用比例积分控制算法，其实现电路如图6所示。R1是图7中的Z1，R2和C1组成图7中的Z2，R1和R2构成比例环节，R1和C1构成积分环节，通过修改这三个阻容器件的参数来调节比例积分系数，优化系统的性能。这里参数的获取可采用试凑法。试凑法是根据各控制参数对系统响应的大致影响，反复试凑参数，以达到满意的系统响应曲线，最后确定比例积分控制系数。除了保证管芯温度稳定以外，还需要控制Fabry-Perot Etalon滤波器的温度。Fabry-Perot Etalon滤波器温度控制单元结 构与激光器管芯温度控制单元完全相同，实现电路也完全相同。
为保证Verr仅与波长信息相关，APC电路需要稳定工作，保证输出光功率基本不变，对应的背向光功率检测器的输出电流不变。APC电路结构已经相当成熟，可以参见相关资料，在此不再赘述。功率检测和波长检测采用跨阻放大器电路将光电流信号转换成电压信号，跨阻放大器采用高输入阻抗负反馈结构，具有设计简单和带宽高的特点。
另外，本发明在上述结构的基础上还提供了一种实现光模块波长锁定的控制方法，如图9所示，其包括以下步骤：
步骤701、获取激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号进行比较，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号，形成激光器管芯温度控制负反馈回路；
步骤702、检测激光器的输出光信号，获得表征波长变化的波长偏差信号；
步骤703、将该波长偏差信号叠加到所述预设信号中，使波长变化信息添加到所述激光器管芯温度控制负反馈回路中，形成波长自动控制负反馈回路。
结合图1和图3，上述步骤702中通过以下步骤获得波长偏差信号：
首先，将激光器的输出光信号分成两路光信号，一路光信号通过背向光功率检测器转化为一正比于输出光信号功率大小的第一背光电流信号；另一路光信号依次通过滤波器、光波长检测器输出一用于反应输出光信号波长变化的第二背光电流信号；
然后，通过比较所述第一背光电流信号和第二背光电流信号，获得输出光信号的波长变化量，根据该波长变化量计算所述波长偏差信号。在这一过程中，如图3所示，首先要通过第一跨阻放大器将所述第一背光电流信号转化为电压信号，通过第二跨阻放大器将所述第二背光电流信号转化为电压信号；然后再比较所述第一跨阻放大器和所述第二跨阻放大器的输 出结果，获得用于表征波长变化量的误差电压信号；最后利用波长偏差算法控制器将所述误差电压信号转化为所述波长偏差信号，这一步在控制电路中由波长偏差信号生成单元完成。如图8所示，给出了本发明的波长偏差信号生成单元波长偏差算法控制器的实现方法，本实施例选取积分分离PI控制算法进行说明，用软件实现，在MCU的定时器中断服务程序中执行波长锁定装置控制算法，如下所示：
步骤501，中断服务程序开始；
步骤502，首先要使激光器管芯温度控制单元工作稳定，然后再启动波长自动控制单元，具体参见图4的相关说明。在这里中断服务程序通过判断波长锁定算法是否使能&&TempAlm是否为1来确定激光器管芯温度控制单元是否稳定，若TempAlm为1，则执行步骤503；若否，则执行步骤505；
步骤503，采样误差电压信号Verr，并进行软件滤波，误差电压信号Verr的获得可参照图3所示的电路结构，在此不再做详细说明；
步骤504，利用积分分离PI算法计算控制量，并转化为12位数字量，通过数模转换(DAC)输出，生成可以叠加到激光器管芯温度控制单元输入端的波长偏差信号；
步骤505，波长锁定控制中断服务程序结束。
上述积分分离控制算法，既保持了积分作用，又减少了超调量，使得控制性能有了较大的改善，具体算法如下：
(1)根据控制对象的实际情况，人为设定一阈值；
(2)当偏差值大于阈值时，采用比例控制，可以避免较大的超调，又使系统有较快的响应；
(3)当偏差值小于阈值时，采用比例积分控制，可保证系统的控制精度。软件算法中积分分离阈值、比例系数和积分系数的整定过程采用试凑 法。
本发明所述的波长锁定自动控制装置具有良好的动态响应、优秀的波长跟随以及较小的稳态误差等动静态控制品质，波长控制的稳定度和精度高。集成波长锁定控制装置的光模块可以克服由于外界环境变化和激光器老化等因素导致的波长偏移，将输出波长稳定在ITU-T定义的栅格上，满足DWDM系统对各通道波长越来越高的稳定度和精度要求。另外，外置波长锁定装置的成本高，在光模块内部实现波长锁定功能具有较大的优势。
应当理解的是，本发明上述针对具体实施例的描述过于具体，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应该以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种实现光模块波长锁定的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
激光器管芯温度控制单元，用于获取激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号进行比较，根据比较结果，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号；
波长自动控制单元，用于检测激光器的输出光信号，获得用于实现波长锁定的波长偏差信号；及
叠加单元，用于将所述波长偏差信号叠加到所述预设信号中，并送入至所述激光器管芯温度控制单元。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述波长自动控制单元包括：分光器、背向光功率检测器、滤波器、光波长检测器、以及波长偏差信号生成单元；
激光器的输出光信号通过所述分光器分成两路光信号，一路光信号通过所述背向光功率检测器转化为一正比于输出光信号功率大小的第一背光电流信号；另一路光信号依次通过所述滤波器、光波长检测器输出一用于反映输出光信号波长变化的第二背光电流信号；
所述波长偏差信号生成单元用于通过比较所述第一背光电流信号和第二背光电流信号，获得输出光信号的波长变化量，根据该波长变化量计算所述波长偏差信号。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述波长偏差信号生成单元包括：用于将所述第一背光电流信号转化为电压信号的第一跨阻放大器，用于将所述第二背光电流信号转化为电压信号的第二跨阻放大器，用于比较所述第一跨阻放大器和所述第二跨阻放大器输出结果的误差放大器，以及波长偏差算法控制器；
所述第一跨阻放大器的输出端连接所述误差放大器的一个输入端，所 述第二跨阻放大器的输出端连接所述误差放大器的另一个输入端，所述误差放大器输出用于表征波长变化量的误差电压信号，并送至所述波长偏差算法控制器的输入端，所述波长偏差算法控制器用于将所述误差电压信号转化为所述波长偏差信号。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述误差放大器包括：积分电路单元以及两个调节反馈系数的数模转换单元；
所述积分电路的第一输入端连接所述第一跨阻放大器的输出端，在所述积分电路单元的第一输入端与输出端之间串联有一个数模转换单元，该数模转换单元用于接收一用于调节放大倍数的预设数字信号，并利用所述积分电路单元的输出量将该预设数字信号转换为一负反馈信号，叠加到所述第一跨阻放大器输出的电压信号中；
所述积分电路的第二输入端连接所述第二跨阻放大器的输出端，所述积分电路的第二输入端与一预设工作电压之间串联有另一个数模转换单元，该数模转换单元用于接收所述预设数字信号，并利用所述预设工作电压将该预设数字信号转换为一模拟量，叠加到所述第二跨阻放大器的输出电压信号中。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的控制装置，其特征在于，所述激光器管芯温度控制单元包括：误差放大单元、补偿控制单元、及热电制冷器驱动器单元；
所述误差放大单元的一个输入端接收来自激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，所述误差放大单元的另一个输入端连接所述叠加单元的输出端，该误差放大单元用于将所述反馈信号与所述叠加单元的输出结果进行比较，输出差值送入到所述补偿控制单元中；
所述补偿控制单元用于依据所述差值，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，输出用以控制激光器内部热电制冷器的控制命令；
所述热电制冷器驱动器单元用于将所述控制命令进行功率放大，输出 用以驱动激光器内部的热电制冷器。
6.一种实现光模块波长锁定的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
A、获取激光器内部负温度系数热敏电阻的反馈信号，并将该反馈信号与一预设信号进行比较，根据比较结果，通过调节温度控制闭环的比例系数和积分系数，产生输入至激光器内部热电制冷器的控制信号，形成激光器管芯温度控制负反馈回路；
B、检测激光器的输出光信号，获得表征波长变化的波长偏差信号；
C、将该波长偏差信号叠加到所述预设信号中，使波长变化信息添加到所述激光器管芯温度控制负反馈回路中，形成波长自动控制负反馈回路。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B中通过以下步骤获得波长偏差信号：
B1、将激光器的输出光信号分成两路光信号，一路光信号通过背向光功率检测器转化为一正比于输出光信号功率大小的第一背光电流信号；另一路光信号依次通过滤波器、光波长检测器输出一用于反映输出光信号波长变化的第二背光电流信号；
B2、通过比较所述第一背光电流信号和第二背光电流信号，获得输出光信号的波长变化量，根据该波长变化量计算所述波长偏差信号。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B2包括以下步骤：
B21、通过第一跨阻放大器将所述第一背光电流信号转化为电压信号，通过第二跨阻放大器将所述第二背光电流信号转化为电压信号；
B22、比较所述第一跨阻放大器和所述第二跨阻放大器的输出结果，获得用于表征波长变化量的误差电压信号；
B23、将所述误差电压信号转化为可叠加在所述预设信号中的所述波长偏差信号。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101621178B (zh) * 2009-07-17 2010-11-10 北京大学 激光器自动锁模控制器
CN101888269B (zh) * 2010-04-15 2014-06-18 烽火通信科技股份有限公司 Wdm-tdma混合pon系统中光发送机在突发模式下稳定波长的方法
CN101867151B (zh) * 2010-07-08 2014-04-23 华中科技大学 一种无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路
CN102014315B (zh) * 2010-09-15 2014-03-12 索尔思光电（成都）有限公司 一种用于光密集波分复用的波长快速稳定方法
CN103208739A (zh) * 2012-01-16 2013-07-17 昂纳信息技术（深圳）有限公司 一种波长锁定器及其波长锁定装置
CN103682971B (zh) * 2012-09-17 2016-05-25 华为技术有限公司 激光器波长锁定的方法及装置
CN103311802A (zh) * 2013-05-31 2013-09-18 华为技术有限公司 波长可调的激光输出方法和可调激光装置
CN105144623B (zh) * 2013-10-12 2017-12-22 华为技术有限公司 一种分光组件、频率监控装置及其监控方法
CN103887708A (zh) * 2014-03-04 2014-06-25 中国科学院上海光学精密机械研究所 具有功率监测的光纤耦合垂直腔面发射激光器
CN105511029B (zh) * 2014-09-25 2019-06-28 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块及光模块中激光器波长偏移的调整方法、装置
CN107024744A (zh) * 2016-01-29 2017-08-08 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块及波长监控方法
CN105680953B (zh) * 2016-03-31 2018-05-25 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块启动方法及装置
US10050405B2 (en) * 2016-04-19 2018-08-14 Lumentum Operations Llc Wavelength locker using multiple feedback curves to wavelength lock a beam
CN108476069B (zh) * 2016-04-28 2020-03-31 华为技术有限公司 一种光收发装置、波长控制系统和方法
CN106961308B (zh) * 2017-03-14 2023-09-12 武汉汉源光通信技术有限公司 光收发单元、光模块、光通信系统及相关参数控制方法
CN109217097B (zh) * 2017-07-07 2022-05-13 中兴通讯股份有限公司 激光器波长控制方法及装置
CN111712980B (zh) 2018-02-14 2023-06-06 古河电气工业株式会社 光模块、其波长控制方法以及其校准方法
CN112859966A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 华中科技大学 一种光学器件参数锁定的集成闭环反馈pwm控制系统和方法
CN111756469B (zh) * 2020-06-09 2022-11-01 杭州兰特普光电子技术有限公司 光模块波长锁定的方法、光模块及dwdm网络
CN111949051B (zh) * 2020-07-27 2023-03-14 江西久盛国际电力工程有限公司 一种槽式定日镜场自动追日控制系统及方法
CN112821955B (zh) * 2020-12-23 2022-03-11 国家电网有限公司信息通信分公司 基于f-p标准具波长锁定器的波长快速锁定方法及系统
CN113113842B (zh) * 2021-03-22 2022-07-12 武汉光迅科技股份有限公司 光模块波长控制方法、装置及存储介质
CN113410753A (zh) * 2021-06-10 2021-09-17 深圳市大族光通科技有限公司 可调激光器调节电路及调节系统
CN113639795B (zh) * 2021-08-09 2023-10-27 天津大学 原位监测控制光波导器件温度和光功率的系统和方法
CN113741590B (zh) * 2021-09-09 2023-03-28 江苏奥雷光电有限公司 一种硅光微环波长标定和锁定控制方法
CN115576372A (zh) * 2022-10-09 2023-01-06 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 提高半导体光源输出稳定性的双闭环控制装置及方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6400737B1 (en) * 1999-12-14 2002-06-04 Agere Systems Guardian Corp. Automatic closed-looped gain adjustment for a temperature tuned, wavelength stabilized laser source in a closed-loop feedback control system
US6804273B1 (en) * 2002-03-19 2004-10-12 Ciena Corporation Method and system for compensating a frequency stabilized optical source
JP2005085815A (ja) * 2003-09-04 2005-03-31 Mitsubishi Electric Corp 波長安定化装置
CN100452580C (zh) * 2007-02-09 2009-01-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 稳定半导体激光器工作波长的装置

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