CN102882115B - Eml激光器的电吸收反向偏置电压调优方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EML激光器的电吸收反向偏置电压调优方法，该电吸收反向偏置电压调优方法，首先设置电吸收反向偏置电压最小初始值，再在EML激光器工作波长满足要求的前提下，调整光眼图交叉点、消光比、温度、自动光功率控制的取值，使得EML激光器的光眼图交叉点、消光比、输出光功率、工作波长满足使用要求；再检测电吸收反向偏置电压VEA是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值：如果没有则逐渐增加VEA值，直至偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，此时的VEA值即为最优VEA值。本发明保证了EML激光器取得长距离传输时最小色散，且提高了EML激光器的生产良率。

Description

EML激光器的电吸收反向偏置电压调优方法

技术领域

本发明涉及一种光电通信领域，特别涉及一种EML激光器的电吸收反向偏置电压调优算法。

背景技术

光发射器(Transmitter Optical Subassembly，简称TOSA)是一种将电信号转换为光信号的光学器件。TOSA激光器中比较重要的一种激光器是EML激光器(电吸收调制激光器)，EML激光器采用了电吸收调制器与高速DFB激光器整合封装技术,同时内部集成有光隔离器,背光监控,TEC制冷片,热敏电阻等部件，具有集成度高,速率高,隔离度高等特点。EML激光器可应用于高速数据传输通信领域，特别是采用高精度的负温度系数热敏电阻(NTC)作为温度传感器，以MCU(微处理器)为控制核心，通过对EML激光器进行精密温度控制，适用于长距离传输DWDM系统。EML激光器的输出波长、电流阈值、最大输出功率和最小功率的波动都直接受工作温度的影响。光源的啁啾声受限于光通道的最大允许色散，虽然光纤放大器可延长信号传输距离，但色散值随传输距离的线性累积与光纤放大器无关，因此只能对光源的啁啾提出很苛刻的要求。使用直接调制激光器远远满足不了系统对光源性能的要求，就目前技术而言，最简单的方法是使用带温度控制的电吸收激光源。影响EML激光器啁啾和色散的一个关键参数则是反向偏置电压(Voltage Electro-absorption，简称VEA)，VEA值对激光器输出光功率、啁啾、消光比(ER)、色散(DP)、输出光眼图富裕量(MM)、偏置电流等有直接影响，而消光比、色散、输出光眼图富裕量、偏置电流则是评价EML激光器、评价TOSA质量的必要指标，所以VEA取值是否合理直接影响了TOSA质量的优劣。

目前，在使用TOSA过程中，EML激光器的电吸收反向偏置电压的配置是根据生产量良率和TOSA厂商建议固定写入，由于TOSA个体差异，各个TOSA有不同的最优VEA值使得TOSA工作在最佳状态，所述最佳状态是一个相对概念，不是绝对概念，其含义是：最佳状态下，TOSA的啁啾和偏置电流(Ibias)均较小，消光比(ER)和输出光眼图富裕量(MM)均较高，TOSA取得长距离传输时最小色散。因为对于高速率长距离传输而言，一般要求啁啾和色散越小越好；ER和MM越高越好，小的Ibias可以降低功耗，当然各个参数具体指标设定还需要视实际应用系统和所使用的传输光纤类型而定。所以固定的同一VEA值并不能使每只TOSA均工作在最佳状态。对于VEA值设定失效的TOSA，有经验的技术人员则根据经验手动调整VEA值，尽量使TOSA工作在最佳状态，但是这样根据经验的调整不能确保调整后的VEA值即为最优VEA值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的无法准确找出EML激光器的最优VEA值的不足，提供一种光发射器的电吸收反向偏置电压调优算法，该调优算法能够准确的找出使TOSA处于最佳工作状态的电吸收反向偏置电压值。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种EML激光器的电吸收反向偏置电压调优算法，包括以下步骤：

步骤1：设置电吸收反向偏置电压、光眼图交叉点、消光比、TEC温度、自动光功率控制的初始值；

步骤2：调整光眼图交叉点、消光比、TEC温度、自动光功率控制的取值，使得EML激光器的光眼图交叉点、消光比、输出光功率、工作波长满足使用要求；

步骤3：使用波长测试仪检测EML激光器工作波长是否处于使用要求范围内，如果波长处于使用要求范围内则进入步骤4，否则结束算法；

步骤4：测试偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量，如果偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功，此时的VEA值即为使TOSA取得长距离传输时最小色散的最优VEA值，否则进入步骤5；

步骤5：检测电吸收反向偏置电压VEA是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值：

如果电吸收反向偏置电压未达到VEA范围的最大值，则逐渐增加VEA值，直至偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，此时的VEA值即为兼顾各个指标允许的最小VEA值，即最优VEA值；

如果电吸收反向偏置电压达到VEA范围的最大值，则检测偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量；如果偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功，此时的最大VEA值即为最优VEA值，否则算法结束。

根据本发明实施例，步骤5中所述当电吸收反向偏置电压未达到VEA范围的最大值，则逐渐增加VEA值，直至偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，其具体步骤是：

步骤5-1：检测输出光功率和偏置电流，如果输出光功率和偏置电流均满足设定调测范围，则进入步骤5-2，如果输出光功率未达到设定范围最小值，则进入步骤5-5；

步骤5-2：检测消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量，如果消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功，此时的VEA值即为使TOSA工作于最佳状态的最优VEA值；否则进入步骤5-3；

步骤5-3：检测电吸收反向偏置电压是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值，如果是则结束算法，否则进入步骤5-4；

步骤5-4：VEA＝VEA+偏压步进，返回步骤2循环执行本操作，直至光眼图富裕量达到设定范围的最小值；

步骤5-5：VEA＝VEA+偏压步进，返回步骤2循环执行本操作，直至偏置电流和输出光功率满足设定范围。

根据本发明实施例，所述偏压步进为0.02V或0.05V或0.1V或0.15V。优选偏压步进为0.1V。

根据本发明实施例，所述步骤1中电吸收反向偏置电压的初始值为TOSA厂商建议的最小安全工作值。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明VEA调优算法在进行最优VEA计算时，优先进行输出光功率和偏置电流检测及调整，使VEA优先满足输出光功率和偏置电流的设定要求，大大调高了调试速度，提高工作效率。

2、本发明VEA调优算法从最小VEA开始调测，逐步满足其它指标，使得到的最优VEA值为在其它指标都满足的前提下得到的最小VEA值，使得EML激光器取得长距离传输时最小色散。

3、使EML激光器取得最优的ER，确保最优的长距离传输性能，减小了接收端比特误差率，进而提高了光信噪比OSNR。

4、通过本发明VEA调优算法可以准确的找出最优VEA值，避免了因为VEA设定失效而误判断TOSA的某个指标失效而导致的TOSA报废或降级使用，进而提高了10G EML激光器的生产良率。

附图说明：

图1为电吸收反向偏压与消光比的关系图。

图2为电吸收反向偏压与光眼图富裕量的关系图。

图3为电吸收反向偏压与色散的关系图。

图4为电吸收反向偏压与偏置电流的关系图。

图5为电吸收反向偏压与输出光功率的关系图。

图6为本发明光发射器电吸收反向偏压调优算法流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参考图1至图5，其中，图1至图5中所示的EA表示VEA，即电吸收反向偏置电压，ER表示消光比，MM表示光眼图富裕量，DP表示色散，Ibias表示偏置电流。电吸收反向偏置电压对激光器输出光功率、啁啾、消光比、色散、光眼图富裕量、偏置电流等有直接影响，VEA值越大，光眼图富裕量和输出光功率越大，偏置电流越小；但是VEA值越大，色散也相应越大，色散越大表明TOSA长距离传输性能越差，所以需要兼顾各项评价指标，找出使得TOSA处于最佳工作状态的VEA值，此时的VEA值即为最优VEA值。

参考图6，本发明EML激光器电吸收反向偏置电压调优算法就是为了找出准确的最优VEA值而提出的，其包括以下步骤：

步骤(1)：设置VEA、ER、DUT、TEC、APC的初始值。例如，设置VEA的初始值为TOSA厂商建议的最小安全工作值，ER、DUT、TEC和APC的初始值则根据具体的TOSA及调测时间来设定。

其中，DUT表示光眼图交叉点数值，TEC表示温度值，APC表示自动光功率控制值，均为光通信领域的惯用表示方法。

步骤(2)：设置电吸收反向偏置电压范围、输出光功率范围、消光比范围和光眼图富裕量范围，所述电吸收反向偏置电压范围、输出光功率范围、消光比范围和光眼图富裕量范围均为实际应用所需要满足的指标要求，在满足上述指标要求的前提下再进行最优VEA值计算。

步骤(3)：通过调节APC_ADC电压值调节APC，使输出光功率处于设定的输出光功率目标范围。

步骤(4)：通过调节TEC_ADC电压值调节TEC，使EML激光器稳定的工作于需要的波长段。

步骤(5)：通过调节ER_ADC电压调节光眼图的幅度，进而控制ER保持在要求的范围。

步骤(6)：通过调整DUT_ADC电压调节DUT，控制光眼图的交叉点保持在要求的范围。

步骤(7)：微调APC_ADC和TEC_ADC电压值，使EML激光器输出光功率处于目标范围并且稳定的工作在需要的波长段。

EML激光器必须保证稳定的工作在需要的波长段，因为步骤(5)-(6)中进行ER和DUT调节时会影响到输出光功率和TEC温度，所以需要再次对输出光功率和TEC进行微调，以确保EML激光器稳定的工作在需要的波长段。在DWDM系统实际应用中，为了确保TEC控制精度，还会在不同的温度点对TEC做温度补偿。

步骤(8)：使用波长测试仪检测波长值是否处于设定的目标值及最大允许偏差范围内，如果波长处于此范围内则进入步骤(9)，否则结束算法。

DWDM系统对波长有严格要求，不同通道有对应的波长值，所述波长值处于标准值+偏差精度的范围内，偏差精度则是根据设计和客户要求而定，如果波长不能满足要求，则无需再进行VEA最优值计算。

步骤(9)：测试偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量，如果偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功，此时的VEA值即为使TOSA取得长距离传输时最小色散的最优VEA值，否则进入步骤(10)，即，偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量中的其中一项或几项不满足要求，则进入步骤(10)。

测试偏置电流值可通过设计侦测ADC值后计算得出，输出光功率值则通过功率计直接测试得出，消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量则通过示波器测试得出。

步骤(10)：检测电吸收反向偏置电压VEA是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值，如果电吸收反向偏置电压未达到VEA范围的最大值，则进入步骤(11)，否则进入步骤(12)。

步骤(11)：检测输出光功率和偏置电流是否保持在设定的要求范围内，如果偏置电流未超过设定范围最大值，输出光功率达到设定范围最小值，则进入步骤(13)；如果输出光功率未达到设定范围最小值，则进入步骤(16)。

步骤(12)：检测输出光功率和偏置电流是否保持在设定的要求范围内，如果输出光功率达到设定范围最小值，偏置电流未超过设定范围最大值，即输出光功率和偏置电流保持在设定的要求范围内，则进入步骤(13)；如果偏置电流超过设定范围最大值，输出光功率未达到设定范围最小值，则算法结束。

参考图4和图5，从吸收曲线Ibias VS VEA曲线可以看出，在相同APC_ADC设定值下最大VEA值对应最大的输出光功率；在相同输出光功率下，VEA值越大其偏置电流就越小，偏置电流越小，则功耗越低，所以当电吸收反向偏置电压达到VEA范围的最大值时，输出光功率仍未达到设定范围的最小值或偏置电流仍然超出设定的要求范围的最大值，算法结束。

激光器输出光功率和偏置电流是激光器必须满足的指标之一，而且根据图4和图5的曲线可以知道，改变VEA值可以同时使输出光功率和偏置电流满足设定要求。本发明EML激光器电吸收反向偏置电压调优算法中，优先检测VEA是否满足激光器输出光功率和偏置电流的要求，到达步骤(13)的VEA已是满足激光器输出光功率和偏置电流要求的VEA，即步骤(15)中的VEA是初始的VEA或者是经过步骤(16)累加，直至输出光功率和偏置电流均满足设定范围的VEA；如果在光功率和偏置电流均满足时，ER和MM仍未达到要求才去继续调测VEA,使调测时间缩短,大大提高了调试速度。而且，当VEA不满足设定范围要求时，由于采取的是累加计算，步骤(15)继续增大VEA，越来越有利于满足输出光功率和偏置电流的要求的同时，也有利于使ER和MM满足设定要求。

步骤(13)：检测消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量，如果消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功，此时的VEA值即为兼顾各个指标允许的最小VEA值即最优VEA值；如果消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量中的一项或多项不满足设定的要求范围，则进入步骤(14)。

步骤(14)：检测电吸收反向偏置电压是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值，如果是则结束算法，否则进入步骤(15)。

执行步骤(14)，确保VEA在未达到设定范围的最大值的前提条件下，输出光功率和偏置电流一定是满足工作要求的，也确保一定是在VEA在未达到设定范围的最大值的前提条件下才继续调整VEA，使VEA满足消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量的要求。

步骤(15):VEA以0.1V的偏压步进累加，如VEA+0.1V，VEA+0.2V，VEA+0.3V，每执行一次累加运算返回步骤(4)，进行循环测试，直至消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围。

步骤(16)：VEA以0.1V的偏压步进累加，如VEA+0.1V，VEA+0.2V，VEA+0.3V，每执行一次累加运算返回步骤(4)，进行循环测试，直至偏置电流和输出光功率达到设定范围。

所述偏压步进可以为0.02V，0.05V，0.1V，0.15V，0.2V，偏压步进越小，测试所得的精度也越高，但是测试的速度却较低。偏压步进为0.1V时，测试精度已经很高，所以选取0.1V的偏压步进累减或累加，提高测试速度。

色散是10G长距离光纤实际传输中的最大难点，本发明VEA调优算法优先考虑色散取得最小VEA，然后判断偏置电流(Ibias)、输出功率(Power)、光眼图富裕量(Mask Margin)，自动微调VEA值，直至找到一个最优VEA，得到EML激光器最优工作点，使得EML激光器取得长距离传输时最小色散。

Claims (2)

1.一种EML激光器的电吸收反向偏置电压调优方法，其特征在于，该电吸收反向偏置电压调优方法包括以下步骤： 

步骤1：设置电吸收反向偏置电压、光眼图交叉点、消光比、TEC温度、自动光功率控制的初始值；所述电吸收反向偏置电压的初始值为TOSA厂商建议的最小安全工作值； 

步骤2：设置电吸收反向偏置电压范围、输出光功率范围、消光比范围和光眼图富裕量范围； 

步骤3：调节输出光功率，使输出光功率处于设定的输出光功率目标范围； 

步骤4：调节TEC温度，使EML激光器稳定的工作于需要的波长段； 

步骤5：调节光眼图的幅度，进而控制ER保持在要求的范围； 

步骤6：调节光眼图交叉点，控制光眼图的交叉点保持在要求的范围； 

步骤7：微调输出光功率和TEC温度，使EML激光器输出光功率处于目标范围并且稳定的工作在需要的波长段； 

步骤8：使用波长测试仪检测波长值是否处于设定的目标值及最大允许偏差范围内，如果波长处于此范围内则进入步骤9，否则结束； 

步骤9：测试偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量，如果偏置电流、输出光功率、消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功，否则进入步骤10； 

步骤10：检测电吸收反向偏置电压是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值，如果电吸收反向偏置电压未达到电吸收反向偏置电压范围的最大 值，则进入步骤11，否则进入步骤12； 

步骤11：检测输出光功率和偏置电流是否保持在设定的要求范围内，如果偏置电流未超过设定范围最大值，输出光功率达到设定范围最小值，则进入步骤13；如果输出光功率未达到设定范围最小值，则进入步骤16； 

步骤12：检测输出光功率和偏置电流是否保持在设定的要求范围内，如果输出光功率达到设定范围最小值，偏置电流未超过设定范围最大值，则进入步骤13；如果偏置电流超过设定范围最大值，输出光功率未达到设定范围最小值，则结束； 

步骤13：检测消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量，如果消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围，则调试成功；如果消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量中的一项或多项不满足设定的要求范围，则进入步骤14；

步骤14：检测电吸收反向偏置电压是否达到设定的电吸收反向偏置电压范围的最大值，如果是则结束，否则进入步骤15；

步骤15:电吸收反向偏置电压偏压步进累加，每执行一次累加运算返回步骤4，进行循环测试，直至消光比、光眼图交叉点和光眼图富裕量均满足设定的要求范围； 

步骤16：电吸收反向偏置电压偏压步进累加，每执行一次累加运算返回步骤4，进行循环测试，直至偏置电流和输出光功率达到设定范围。 

2.根据权利要求1所述的EML激光器的电吸收反向偏置电压调优方法，其特征在于，所述偏压步进为0.02V或0.05V或0.1V或0.15V。