CN102125913B - 一种半导体激光器传输性能的筛选系统及筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体激光器传输性能的筛选系统及筛选方法，属于光通信技术领域，所述系统包括PC上位机，以及通过控制总线与PC上位机连接的位误码率测试芯片、微处理器和限幅放大器，还包括与位误码率测试芯片和微处理器连接的激光器驱动芯片，与基于激光器驱动芯片连接的预耦合的半导体激光器光学组件，与限幅放大器连接的光电探测器；所述方法包括激光器与光组件材料预耦合的步骤，系统初始化的步骤，光信号传输的步骤，光信号转换为电信号的步骤以及发送伪随机码流与接收转换的数据流进行比对的步骤。本发明对半导体激光器在产业链前端进行测试筛选，可以达到节省人力及物料成本，提高生产效率，降低生产成本的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其是一种光通信技术中半导体激光器传输性能的筛选系统及筛选方法。
背景技术
目前宽带城域网（BMAN）正成为信息化建设的热点，由于光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点成为现代通信的首选，现阶段光通信的需求将越来越大。在光通信系统中，半导体光器件是光通信系统中非常重要的器件，是光通信系统的发射设备中必须的器件。
TO（Transistor Outline）封装是最早的半导体封装形式，半导体激光器采用的TO封装一般是4PIN的T056封装。在TO封装中，一般是有镀金工艺的，因此TO封装的成本也比较高。对于半导体激光器厂商同一批次的半导体激光器芯片的传输性能不良，不能准确测试，会造成大量的浪费，如果对同一批次的半导体激光器芯片级别进行抽测做成TO封装，可以准确的判断该批次半导体激光器芯片的传输性能，避免批次性的不良半导体激光器芯片流入TO封装级，OSA封装级，光电模块级以至于后端的应用，造成大量的物料浪费及客户的使用缺陷。
半导体激光器是由半导体激光器厂商对激光器件通过TO封装后生成的，但是目前半导体激光器厂商没有足够的手段和仪器对半导体激光器的传输代价进行筛选；有些半导体激光器厂商通过经验公式对半导体激光器的光谱进行测试，但是不能保证筛选的准确率，有些半导体激光器厂商由于没有条件能将半导体激光器的光耦合进入光纤进行长距离传输，要求处于产业链中游的光学组件厂商或者模块生产厂商自行测试筛选，如果出现长距离传输失效，则将半导体激光器退回半导体激光器厂商进行换货。
半导体激光器厂商需要将TO封装的半导体激光器先与光学组件材料预耦合生成光学组件，即先将半导体激光器与光学组件的光接口连接接头进行对位组合，以便可以从光接口处得到足够大的正向光功率。完成预耦合之后，需要对半导体激光器的TO封装及光学组件连接器进行激光熔融焊接，焊接一旦完成半导体激光器的TO封装及光学组件连接器将被激光瞬间加热融合，形成一个完整的光学组件。激光熔融焊接外光学组件之后，然后需要对出光功率及长距离传输性能进行测试筛选，目前，一般的光学组件厂商及半导体激光器厂商是没有办法进行筛选的。同时，由于激光熔融焊接将半导体激光器的TO封装及光学组件连接器的金属进行熔融，这个工序已经破坏了半导体激光器的TO封装，即使此时能够发现光学组件出现问题进行拆卸，半导体激光器的TO封装及光学组件连接器也不能再次使用。
光学组件完成之后，将会到模块生产厂商进行模块级别的生产，模块生产厂商需要对光学组件的半导体激光器的TO封装的管脚部分进行剪脚整形，然后焊接、进行测试直至出货。有些模块生产厂商会对模块所使用的光学组件进行长距离光纤传输能力进行筛选，有的模块生产厂商不进行筛选，那么发现传输性能问题就要到产业链后端的应用了。这样的一个产业链到应用阶段才能进行失效判别，对于产业链中每个阶段的生产企业来说，都会造成人力及物料的极大浪费，还造成生产效率低下，使得生产成本高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体激光器传输性能的筛选系统及筛选方法，以解决现有技术中要到产业链的中下游才能发现长距离光纤传输问题，人力及物料浪费、生产效率低下和生产高昂的技术问题。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种半导体激光器传输性能的筛选系统，包括PC上位机，所述系统还包括：
位误码率测试芯片，通过控制总线与PC上位机连接，接受PC上位机的参数设置，在PC上位机的控制下发送指定的伪随机码流到激光器驱动芯片输入端，接收限幅放大器传送的电信号，将电信号转换为数据流，并将数据流与发送的伪随机码流进行比对，将比对结果上告PC上位机；
微处理器，通过控制总线与PC上位机连接，在PC上位机的控制下对激光器驱动芯片进行参数设置；
激光器驱动芯片，在接受微处理器的配置后，接收位误码率测试芯片发送的伪随机码流，将伪随机码流调制成驱动电流以驱动预耦合的半导体激光器光学组件工作；
预耦合的半导体激光器光学组件，由半导体激光器与光学组件材料耦合生成，在激光器驱动芯片发送的驱动电流的驱动下产生光信号，并将光信号发送至光纤传输；
光电探测器，接收光纤传输的光信号，将接收的光信号转换为电信号，并将电信号传送至限幅放大器；
限幅放大器，接收来自光电探测器的电信号，对电信号进行整形放大后传送至位误码率测试芯片。
作为优选，所述微处理器芯片为带有至少一个模数转换器及至少两个数模转换器的微处理器。
上述的半导体激光器传输性能的筛选系统，所述系统还包括一个分光比为50:50光分路器和一个程控光功率计，光分路器的输入端与半导体激光器的输出端连接，将半导体激光器产生的光信号分为两路，一路输出至光纤进行传输，另一路输出至程控光功率计；程控光功率计的输出端通过控制总线与微处理器连接，所述程控光功率计进行半导体激光器光功率的监控，监控数据用于微处理器通过数模转换器控制激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置。
一种半导体激光器传输性能的筛选方法，所述筛选方法包括步骤：
步骤S1，对半导体激光器进行TO封装，并将TO封装与光学组件的材料进行预耦合生成预耦合的半导体激光器光学组件；
步骤S2，将预耦合的半导体激光器光学组件连接于筛选系统中；
步骤S3，对筛选系统进行初始化，所述初始化包括：PC上位机对位误码率测试芯片进行参数设置，及PC上位机通过微控制器设置激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置；
步骤S4，位误码率测试芯片向激光器驱动芯片发送伪随机码流；
步骤S5，激光器驱动芯片将伪随机码流调制成驱动电流，驱动半导体激光器工作；
步骤S6，半导体激光器将驱动电流转换为光信号，并将光信号发送至光纤传输；
步骤S7，光电探测器接收光纤传输的光信号，将接收的光信号转换为电信号，并将电信号传送至限幅放大器；
步骤S8，限幅放大器接收来自光电探测器的电信号，对电信号进行整形放大后传送至位误码率测试芯片；
步骤S9，位误码率测试芯片接收电信号，将电信号转换为数据流，并将数据流与发送的伪随机码流进行比对，将比对结果上告PC上位机。
本发明可以达到以下的有益技术效果：本发明在半导体激光器进行TO封装之后或者在光学组件厂商处进行半导体激光器及光学组件连接器进行激光熔融焊接之前，只要增加一个工位即可对半导体激光器组件的长距离光纤传输性能进行测试，在产业链的前端即可筛选出不能进行长距离光纤传输的半导体激光器，不但可以节约人力及物料成本，还可以提高效率，降低生产成本。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明半导体激光器传输性能的筛选系统的原理图；
图2是本发明半导体激光器传输性能的筛选系统的优选实施例原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1 所示，是本发明一种半导体激光器传输性能的筛选系统的原理图。一种半导体激光器传输性能的筛选系统，包括PC上位机和3.3V电源，所述系统还包括：
位误码率测试芯片，通过控制总线与PC上位机连接，接受PC上位机的参数设置，使半导体激光器工作在正常状态；在PC上位机的控制下发送指定的伪随机码流到激光器驱动芯片输入端；接收限幅放大器传送的电信号，将电信号转换为数据流，并将数据流与发送的伪随机码流进行比对，将比对结果上告PC上位机；
微处理器，通过控制总线与PC上位机连接，在PC上位机的控制下对激光器驱动芯片进行参数设置，例如对激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置。
激光器驱动芯片，在接受微处理器的配置后，接收位误码率测试芯片发送的伪随机码流，将伪随机码流调制成驱动电流以驱动预耦合的半导体激光器光学组件工作；
预耦合的半导体激光器光学组件，由半导体激光器与光学组件材料耦合生成，在激光器驱动芯片发送的驱动电流的驱动下产生光信号，并将光信号发送至光纤传输；
光电探测器，接收光纤传输的光信号，将接收的光信号转换为电信号，并将电信号传送至限幅放大器；
限幅放大器，接收来自光电探测器的电信号，对电信号进行整形放大后传送至位误码率测试芯片。
作为优选，所述微处理器芯片为带有至少一个模数转换器及至少两个数模转换器的微处理器。
如图2所示，是发明半导体激光器传输性能的筛选系统的优选实施例原理图。上述的半导体激光器传输性能的筛选系统，所述系统还包括一个分光比为50:50光分路器和一个程控光功率计，光分路器的输入端与半导体激光器的输出端连接，将半导体激光器产生的光信号分为两路，一路输出至光纤进行传输，另一路输出至程控光功率计；程控光功率计的输出端通过控制总线与微处理器连接，所述程控光功率计进行半导体激光器光功率的监控，监控数据用于微处理器通过数模转换器控制激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置。
上述的光纤长度则是根据激光器需要传输的距离、光纤要求的标准进行选择，本发明采用美国康宁公司定制的标准。
一种半导体激光器传输性能的筛选方法，所述筛选方法包括步骤：
步骤S1，对半导体激光器进行TO封装，并将TO封装与光学组件的材料进行预耦合生成预耦合的半导体激光器光学组件；
步骤S2，将预耦合的半导体激光器光学组件连接于筛选系统中；
步骤S3，对筛选系统进行初始化，所述初始化包括：PC上位机对位误码率测试芯片进行参数设置，及PC上位机通过微控制器设置激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置。所述PC上位机通过微控制器设置激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置，即先设置正常应用状态的激光器驱动芯片进行光功率及消光比的典型值，根据下列算式：
（4）
上述四个公式中，AOP为半导体激光器发送的平均光功率，因为伪随机码流的“0”与“1”比例各为50%，故平均光功率则为伪随机码流伪全“0”和全“1”两种情况下的功率之和再除以2；PO为伪随机码流为全“0”时的平均光功率；P1为伪随机码流为全“1”时的平均光功率；SE为预耦合的半导体激光器光学组件的正向发光斜效率；ER伪消光比，在数字光通信中它定义为全“0”时平均光功率P0和全“1”时平均光功率P1之比，对于数字光通信中，消光比这个指标很重要；Ith为半导体激光器本身的阈值电流；Ibias为偏置电流，即半导体激光器直流耦合工作方式下，达到P0光功率所需要的光电流。
如果平均光功率及消光比的典型值可以根据半导体激光器的使用环境进行设定，可以由上述公式计算出P0及P1的理论值。在PC上位机没有控制位误码率测试芯片输出伪随机码流的情况下，直流耦合工作方式下的激光器驱动芯片提供偏置电流来保证当前的平均光功率。那么当通过微处理器设置激光器驱动芯片，使得当前的平均光功率AOP＇等于需要设置正常工作状态的P0,
,PC上位机记录这个时候的微处理器通过模数转换器得到的监控的Ibias值。然后控制位误码率测试芯片发送伪随机码流给激光器驱动芯片，直流耦合的工作模式下激光器驱动芯片将提供调制电流及偏置电流来保证平均光功率，这个时候通过设置数模转换器2控制激光器驱动芯片的来保证平均光功率为要求的典型值，然后通过数模转换器1设置激光器驱动芯片的来改变调制电流。由于平均光功率是通过激光器驱动芯片来保证，Bias电流会根据设置的调制电流大小由激光器驱动芯片自动调制，更改数模转换器1调整激光器的调制电流，使得激光器驱动芯片自动设置bias电流等于之前上位机记录的bias电流值。通过上述的4个公式，可以在不使用消光比测试仪器的情况下，保证准确的消光比，同时程控光功率计能够准确的测试到半导体激光器的光功率，此时的平均光功率及消光比保证了半导体激光器工作在正常的应用环境下。
步骤S4，位误码率测试芯片向激光器驱动芯片发送伪随机码流；
步骤S5，激光器驱动芯片将伪随机码流调制成驱动电流，驱动半导体激光器工作；
步骤S6，半导体激光器将驱动电流转换为光信号，并将光信号发送至光纤传输；
步骤S7，光电探测器接收光纤传输的光信号，将接收的光信号转换为电信号，并将电信号传送至限幅放大器；
步骤S8，限幅放大器接收来自光电探测器的电信号，对电信号进行整形放大后传送至位误码率测试芯片；
步骤S9，位误码率测试芯片接收电信号，将电信号转换为数据流，并将数据流与发送的伪随机码流进行比对，将比对结果上告PC上位机。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (2)
1.一种半导体激光器传输性能的筛选系统，包括PC上位机，其特征在于，所述系统还包括：
位误码率测试芯片，通过控制总线与PC上位机连接，接受PC上位机的参数设置，在PC上位机的控制下发送指定的伪随机码流到激光器驱动芯片输入端，接收限幅放大器传送的电信号，将电信号转换为数据流，并将数据流与发送的伪随机码流进行比对，将比对结果上告PC上位机；
微处理器，带有至少一个模数转换器及至少两个数模转换器，该微处理器通过控制总线与PC上位机连接，在PC上位机的控制下对激光器驱动芯片进行参数设置；
激光器驱动芯片，在接受微处理器的配置后，接收位误码率测试芯片发送的伪随机码流，将伪随机码流调制成驱动电流以驱动预耦合的半导体激光器光学组件工作；
预耦合的半导体激光器光学组件，由半导体激光器与光学组件材料耦合生成，在激光器驱动芯片发送的驱动电流的驱动下产生光信号，并将光信号发送至光纤传输；
光电探测器，接收光纤传输的光信号，将接收的光信号转换为电信号，并将电信号传送至限幅放大器；
限幅放大器，接收来自光电探测器的电信号，对电信号进行整形放大后传送至位误码率测试芯片；
光分路器，光分路器的输入端与半导体激光器的输出端连接，将半导体激光器产生的光信号分为两路，一路输出至光纤进行传输，另一路输出至程控光功率计；
程控光功率计，程控光功率计的输出端通过控制总线与微处理器连接，进行半导体激光器光功率的监控，监控数据用于微处理器通过数模转换器控制激光器驱动芯片进行光功率及消光比的设置。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器传输性能的筛选系统，其特征在于，所述光分路器的分光比为50:50。
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