CN102496850A

CN102496850A - 一种稳定的激光光源

Info

Publication number: CN102496850A
Application number: CN2011104442214A
Authority: CN
Inventors: 崔健吾
Original assignee: NANJING JILONG OPTICAL COMMUNICATION CO Ltd
Current assignee: NANJING JILONG OPTICAL COMMUNICATION CO Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: CN102496850B

Abstract

一种稳定的激光光源，光功率给定与光功率的反馈经加法器相加后进入光功率调节器，光功率调节器的输出端及偏置电路分别连到模拟开关两端，数字调制信号控制模拟开关，其公共端连到第二加法器，第二加法器的另两个输入端分别接模拟调制及电流反馈端，第二加法器的输出经电流调节器、驱动/保护电路控制半导体激光管LD，半导体激光管LD经过反馈系数K2f后作为电流反馈端，二极管D并联在的半导体激光管LD的两端，光电管PD的负极经反馈系数K1f后作为光功率的负反馈端。数字调制时，模拟开关的第三触头与第一、二触头轮换接通，直流或模拟调制时，第三触头与第一触头一直接通。本发明的优点在于：调制性能好，激光功率稳定，并且具有良好的关断性能。

Description

一种稳定的激光光源

技术领域

本发明涉及一种光源，特别是一种用于测量光纤通讯器件或设备参数的激光光源。

背景技术

用于测量光纤通讯器件或设备参数的激光光源，光功率的稳定度是最主要的性能指标之一。众所周知的激光光源结构一般可归为两种型式:

1、恒流驱动激光光源结构，其原理如图1所示。

恒流驱动激光光源由信号发生器、直流/偏置电路、加法器、电流调节器、驱动/保护电路、半导体激光管LD、二极管D、反馈系数K1f组成。

恒流驱动激光光源中，“直流/偏置”与信号发生器发出的“调制信号”经加法器相加后作为系统给定，经与反馈电流比较和调节，控制激光管LD的驱动电流，二极管D作为半导体激光管LD的反向电压的保护，调制信号采用周期性脉冲、方波、正弦波等，直流/偏置中的直流指非调制时，直流激光驱动电流的给定.偏置指调制时，给调制信号提供直流偏置. 直流偏置与调制信号的两者之和为激光驱动电流的给定。电流调节器采用比例或比例积分放大器。

虽然，恒流驱动激光光源具有频带宽、响应快、调制失真小的特点。但是，由于没有对激光功率进行直接的控制，所以，光功率的稳定性较差。如：环境温度变化，引起激光管发光效率的变化，数字调制信号电平的波动等。

2、光功率闭环控制激光光源结构，其原理如图2所示。

光功率闭环控制激光光源包括信号发生器、直流/偏置电路、2个加法器、光功率调节器、驱动/保护电路、半导体激光管LD、光电管PD、二极管D、反馈系数K1f、K2f。

光功率闭环控制激光光源由双闭环构成：内环为电流环，经半导体激光管LD的驱动电流的取样和负反馈，控制半导体激光管LD的驱动电流；外环为光功率环，经光电管PD的取样和负反馈，控制激光功率。

“直流/偏置”与信号发生器发出的“调制信号”经加法器相加后作为系统光功率的给定，经与反馈光功率的比较和调节，控制激光管LD的功率。

其中光功率调节器为积分、或比例、或积分比例放大器；电流调节器为比例或积分比例放大器；K1f、K2f：驱动电流Ild和光功率反馈系数；二极管D提供半导体激光管LD反向电压保护；直流/偏置：直流指非调制时，连续激光功率的给定，偏置指调制时，给调制信号提供直流偏置，直流偏置与调制信号的两者之和为激光功率的给定。

无疑，光功率闭环控制激光光源对于直流和低频模拟调制而言，具有较好的稳定度性能。但是，具有下列缺点：

为了抑制噪声和稳定激光功率，光功率环通常有毫秒级的时间常数，因此，当调制信号为KHz的模拟量、方波或周期性脉冲激光时，输出有较大失真。

数字信号调制信号电平的波动，直接影响光功率的稳定度。

当数字量为“0”时，不能完全关断激光管。

以上两种型式的激光光源中，前者，调制性能好，稳定度差。后者则反之。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种稳定的激光光源新结构，能够兼顾调制性能和激光功率稳定度的要求，并具有良好的关断性能。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种稳定的激光光源，包括第一加法器、光功率调节器、偏置电路、第二加法器、驱动/保护电路、半导体激光管LD、光电管PD、二极管D、反馈系数K1f、K2f，其特征在于：还包括模拟开关，第一加法器的输入端分别接光功率给定与光功率的负反馈端，光功率给定与光功率的反馈经第一加法器相加后进入光功率调节器，模拟开关具有三个触头，光功率调节器的输出端连接第一触头、第二触头连接偏置电路，数字调制信号输入模拟开关的控制端，第三触头为公共触头，连到第二加法器的一个输入端，第二加法器的另两个输入端分别连接输入模拟调制信号以及电流反馈，第二加法器的输出经电流调节器后进入驱动/保护电路，驱动/保护电路的输出端连接到半导体激光管LD的正极，半导体激光管LD经过反馈系数K2f后作为电流反馈，二极管D并联在的半导体激光管LD的两端，二极管D的正极接半导体激光管LD的负极，光电管PD的正极接半导体激光管LD的负极，光电管PD的负极经反馈系数K1f后作为光功率的负反馈端；

数字调制时，当调制信号为“1”电平时，第三触头与第一触头接通，输出幅度稳定的激光，“0”电平时，第三触头与第一触头断开，与第二触头接通，偏置电路提供的负向偏置电压接入，使半导体激光管LD反向偏置；

直流或模拟调制时，第三触头与第一触头一直接通。

该发明进一步具体为：

还包括第一信号发生器及第二信号发生器，所述数字调制信号由第一信号发生器发出，模拟调制信号由第二信号发生器发出。

或者所述数字调制信号及模拟调制信号由外部调制接口提供。

还包括低通滤波器，光电管PD的负极经反馈系数K1f及低通滤波器后作为光功率的负反馈端。

所述低通滤波器采用阻容滤波器，或有源滤波器。

所述光功率调节器为积分、或比例、或比例积分放大器，电流调节器为比例、或积分比例放大器。

光功率给定为稳定的直流量。

该稳定的激光光源还包括嵌入式CPU、D/A转换器，嵌入式CPU通过D/A转换器连接到第一加法器的一个输入端，嵌入式CPU控制D/A转换，输出光功率给定值。

或者该稳定的激光光源还包括整流器、嵌入式CPU、A/D转换器，在模拟调制时，第二信号发生器通过整流器、嵌入式CPU、A/D转换器连接到第一加法器的一个输入端，模拟调制信号经过整流、CPU的采样、及A/D转换后，实测调制信号幅值，输出光功率给定值。

所述光电管PD与半导体激光管LD封装于一体。

本发明的优点在于：调制性能好，激光功率稳定，并且具有良好的关断性能。

附图说明

图1是现有恒流驱动激光光源结构原理图。

图2是现有光功率闭环控制激光光源结构原理图。

图3是本发明一种稳定的激光光源的结构原理图。

具体实施方式

请参阅图3所示，本发明一种稳定的激光光源包括第一加法器、光功率调节器、偏置电路、模拟开关、第二加法器、第一信号发生器、第二信号发生器、驱动/保护电路、半导体激光管LD、光电管PD、二极管D、反馈系数K1f、K2f、低通滤波器。

第一加法器的输入端分别接光功率给定与光功率的负反馈端，光功率给定与光功率的反馈经第一加法器相加后进入光功率调节器，模拟开关具有三个触头，光功率调节器的输出端连接第一触头，第二触头连接偏置电路，第一信号发生器连接模拟开关的控制端，第三触头为公共触头连到第二加法器的一个输入端，第二加法器的另两个输入端分别连接第二信号发生器以及电流反馈端，第二加法器的输出经电流调节器后进入驱动/保护电路，驱动/保护电路的输出端连接到半导体激光管LD的正极，半导体激光管LD经过反馈系数K2f后作为电流反馈端，二极管D并联在的半导体激光管LD的两端，二极管D的正极接半导体激光管LD的负极，光电管PD的正极接半导体激光管LD的负极，光电管PD的负极经反馈系数K1f及低通滤波器后作为光功率的负反馈端。

由图3及上述连接关系可以看出，所述稳定的激光光源由双闭环构成：内环为电流环，经半导体激光管LD的驱动电流的取样和负反馈，控制半导体激光管LD的驱动电流；外环为光功率环，经光电管PD的取样和负反馈，控制激光功率。

各部件的作用如下所述：

其中第一信号发生器给出数字调制信号，第二信号发生器给出模拟调制信号，此时，数字调制信号及模拟调制信号由该激光光源内部产生。当然，也可以将模拟开关的控制端口和第二加法器的一个输入端外接调制接口，从而从外部获得数字调制信号和模拟调制信号。

光功率调节器为积分、或比例、或比例积分放大器。

电流调节器为比例、或积分比例放大器。

反馈系数K1f、K2f分别为驱动电流Ild和光功率反馈系数。

二极管D提供半导体激光管LD的反向电压保护，当电流给定为负时，为电流环提供电流通道。

光功率给定为稳定的直流量。

模拟开关：数字调制时，模拟开关的第三触头与第一、二触头交替切换，直流或模拟量调制时，第三触头与第一触头接通。

偏置电路:数字调制时，给出使半导体激光管LD可靠关断的负向电压值。

低通滤波器:采用阻容滤波器，或有源滤波器。

光功率调节器与电流调节器之间插入模拟开关，隔离了数字信号与系统信号，避免了数字电平波动对稳定度的影响。

驱动/保护电路除电流放大外，具有过流、短路、反压、开机缓启动等保护功能。

本发明一种稳定的激光光源的工作过程如下所述：

数字调制时，当调制信号为“1”电平时，双闭环系统环路接通，输出幅度稳定的激光，“0”电平时，外环断开，偏置电路提供的“V-”接入，使半导体激光管LD反向偏置，加快和完全关断半导体激光管LD。

直流或模拟调制时，第三触头与第一触头一直接通，模拟调制信号经隔直后，作为内环输入之一，控制驱动电流。

作为第二个实施例，在第一实施例的基础上，该稳定的激光光源还包括嵌入式CPU、D/A转换器，嵌入式CPU通过D/A转换器连接到第一加法器的一个输入端，嵌入式CPU控制D/A转换，输出光功率给定值，该给定值可调。

作为第三个实施例，在第一实施例的基础上，该稳定的激光光源还包括整流器、嵌入式CPU、A/D转换器，在模拟调制时，第二信号发生器通过整流器、嵌入式CPU、A/D转换器连接到第一加法器的一个输入端，模拟调制信号经过整流、CPU的采样、及A/D转换后，实测调制信号幅值，输出光功率给定值，该光功率给定值是确定的。

上述三个实施例中，光功率给定、模拟调制、数字调制信号分别从不同的端口输入。光功率给定作为外环的系统给定，使无论是连续激光，还是具有周期性的经模拟或数字调制的激光都有恒定且稳定输出。光电管PD可以与半导体激光管LD封装于一体。

Claims

1.一种稳定的激光光源，包括第一加法器、光功率调节器、偏置电路、第二加法器、驱动/保护电路、半导体激光管LD、光电管PD、二极管D、反馈系数K1f、K2f，其特征在于：还包括模拟开关，第一加法器的输入端分别接光功率给定与光功率的负反馈端，光功率给定与光功率的反馈经第一加法器相加后进入光功率调节器，模拟开关具有三个触头，光功率调节器的输出端连接第一触头、第二触头连接偏置电路，数字调制信号输入模拟开关的控制端，第三触头为公共触头，连到第二加法器的一个输入端，第二加法器的另两个输入端分别连接输入模拟调制信号以及电流反馈，第二加法器的输出经电流调节器后进入驱动/保护电路，驱动/保护电路的输出端连接到半导体激光管LD的正极，半导体激光管LD经过反馈系数K2f后作为电流反馈，二极管D并联在的半导体激光管LD的两端，二极管D的正极接半导体激光管LD的负极，光电管PD的正极接半导体激光管LD的负极，光电管PD的负极经反馈系数K1f后作为光功率的负反馈端；

直流或模拟调制时，第三触头与第一触头一直接通。

2.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：还包括第一信号发生器及第二信号发生器，所述数字调制信号由第一信号发生器发出，模拟调制信号由第二信号发生器发出。

3.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：所述数字调制信号及模拟调制信号由外部调制接口提供。

4.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：还包括低通滤波器，光电管PD的负极经反馈系数K1f及低通滤波器后作为光功率的负反馈端。

5.根据权利要求4所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：所述低通滤波器采用阻容滤波器，或有源滤波器。

6.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：所述光功率调节器为积分、或比例、或比例积分放大器，电流调节器为比例、或积分比例放大器。

7.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：光功率给定为稳定的直流量。

8.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：该稳定的激光光源还包括嵌入式CPU、D/A转换器，嵌入式CPU通过D/A转换器连接到第一加法器的一个输入端，嵌入式CPU控制D/A转换，输出光功率给定值。

9.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：该稳定的激光光源还包括整流器、嵌入式CPU、A/D转换器，在模拟调制时，第二信号发生器通过整流器、嵌入式CPU、A/D转换器连接到第一加法器的一个输入端，模拟调制信号经过整流、CPU的采样、及A/D转换后，实测调制信号幅值，输出光功率给定值。

10.根据权利要求1所述的一种稳定的激光光源，其特征在于：所述光电管PD与半导体激光管LD封装于一体。