CN105762635B - 一种可调光模块的波长控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调光模块的波长控制装置及方法，所述波长控制装置包括：分光片、滤波器、第一探测器和第二探测器，可调光模块的光信号通过所述分光片分成第一光路和第二光路，所述第一光路连接至所述第一探测器的输入端，所述第一探测器的输出端输出参考信号；所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器，输出标准信号。本发明针对并合理利用可调光模块的激光器庞大数据量，通过线性补偿、插值处理以及二分法等应用，实现了高效、可控和动态稳定性能好的可调光模块的波长控制装置及方法，且所有波长不会产生很大震荡，基本上，每一个波长通过2到5个循环就可以接近锁定达到动态平衡，时间较快，不会产生很多震荡。
Description
技术领域
本发明涉及一种波长控制装置，尤其涉及一种可调光模块的波长控制装置，并涉及采用了该可调光模块的波长控制装置的波长控制方法。
背景技术
由于温度等条件变化及自身老化等，可调光模块的激光器的输出光功率和波长会发生变化，为了使光发射机输出稳定的光功率或波长信息，必须采用相应的负反馈措施来控制光源器件的发光功率、偏置电流或温度，比如：APC（自动功率控制）和AFC（自动频率控制及波长控制），常规这种自动控制分为硬件PID和软件PID来实现，比如简单一个硬件APC（自动功率控制）的描述如下：从激光器LD后端透射出来的光通过一个光电监控二极管PD加以探测，再将探测到的光功率转换为背光电流， 背光电流加在集成运放滤波放大输入端产生一个正比于LD平均光功率 AVG P 的平均直流电压，这个电压与参考电压（预设值）相比较，再经过跨导放大器（电压-电流转换电路）放大，输出用来控制LD的反馈偏置电流；软件APC的描述如下:主要是模拟软件PID的算法，主要是通过背光监控电流转换成电压与控制模块偏置电流输出的电压，算出一个比较合适比例系数，积分和微分系数，然后对不同监控量进行严格的处理。
但是对于硬件方式而言，对可调光模块来说，需要大量运放、电阻和电容，甚至一些MOS管，面积占有大，系数调试复杂。而软件方式并不能充分利用电流输入变化值（ITUNE值），而且不管是位置式或增量式，比例系数、积分系数和微分系数的确认都比较麻烦，且调整时间对某一些波长可能较长，和初始设置值有关。不仅如此，在上电阶段对外部环境也比较敏感，一些波长会产生多次震荡，导致锁波时间变长，动态稳定范围变宽；一个固定的系数不可能对所有波长都有非常好的调节和控制。因此，现有技术中的硬件方式和软件方式都不能够满足可调光模块的波长控制需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种高效、可控且动态稳定性能好的可调光模块的波长控制装置，并提高采用了该可调光模块的波长控制装置的波长控制方法。
对此，本发明提供一种可调光模块的波长控制装置，包括：分光片、滤波器、第一探测器和第二探测器，可调光模块的光信号通过所述分光片分成第一光路和第二光路，所述第一光路连接至所述第一探测器的输入端，所述第一探测器的输出端输出参考信号；所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器，输出标准信号。
本发明的进一步改进在于，还包括A/D采样电路，所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器的输入端，所述第二探测器的输出端连接至所述A/D采样电路，实现滤波后输出标准信号。
本发明的进一步改进在于，将所述参考信号与所述A/D采样电路输出的标准信号之间的比值作为误差信号，所述误差信号用于驱动所述可调光模块的激光器的温度控制和/或电流控制。
本发明还提供一种可调光模块的波长控制方法，采用了如上所述的可调光模块的波长控制装置，并包括以下步骤：
步骤S1，通过可调光模块的光信号，实时获取该可调光模块的波长信息实际比值；
步骤S2，通过查表得到所述可调光模块中激光器的波长信息目标比值；
步骤S3，根据所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值，通过线性补偿动态调整和稳定所述可调光模块的波长；
步骤S4，通过查表设置所述可调光模块中激光器的偏置电流；
步骤S5，调整所述可调光模块中激光器的实际电流值。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，所述波长信息实际比值为所述参考信号与所述标准信号之间的比值。
本发明的进一步改进在于，通过2的12次方乘以激光器的滤波电流后除以其参考电流，得到所述波长信息目标比值。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，设置所述可调光模块的电流输入初始值；
步骤S302，通过二分法将所述可调光模块的实际的电流输入变化值与所述电流输入初始值进行比较，直到其差值小于预设值，则查找定位成功；
步骤S303，通过线性补偿动态调整和稳定所述可调光模块的波长。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S302中，先通过二分法将所述可调光模块的实际的电流输入变化值与所述电流输入初始值进行比较，直到所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值小于设定临近点；然后在步骤S303中，通过步进制补偿作为动态平衡调整，直到所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值小于设定差值。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，找到动态平衡的当前电流输入变化值之后，通过单片机处理线性插值找到对应的相位电流、左反射电流和右反射电流。
本发明的进一步改进在于，所述步骤S5中，通过DAC电路去调整相位电流、左反射电流和右反射电流三个电流的实际电流值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：针对并合理利用可调光模块的激光器庞大数据量，通过线性补偿、插值处理以及二分法等应用，实现了高效、可控和动态稳定性能好的可调光模块的波长控制装置及方法，且所有波长不会产生很大震荡，基本上，每一个波长通过2到5个循环就可以接近锁定达到动态平衡，时间较快，不会产生很多震荡。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的工作流程示意图；
图3是本发明一种实施例中激光器的电流输入变化值及其偏置电流之间的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，本例提供一种可调光模块的波长控制装置，包括：分光片、滤波器、第一探测器和第二探测器，可调光模块的光信号通过所述分光片分成第一光路和第二光路，所述第一光路连接至所述第一探测器的输入端，所述第一探测器的输出端输出参考信号；所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器，输出标准信号。
本例所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器的输入端，所述第二探测器的输出端连接至所述A/D采样电路，实现滤波后输出标准信号；将所述参考信号与所述A/D采样电路输出的标准信号之间的比值作为误差信号，所述误差信号用于驱动所述可调光模块的激光器的温度控制和/或电流控制。
本例所述可调光模块采用的是典型波长锁定器结构，如标准的波长锁定器，其DWDM系统由100GHz向50GHz和25GHz迈进，波长的稳定和准确性对系统的稳定性和可靠性越来越重要，空气隙F-P标准具具有体积小，通用性好，温度稳定性好，锁定精度高，在TEC控制下，可以达到+/-1.25GHz；本例所述可调光模块的光信号输入到器件后被分成两部分，一部分作为第一光路直接进入第个探测器作为参考信号；另一部分作为第二光路经波长选择滤波器进入第二探测器，然后通过A/D采样电路，用第一光路和第二光路得到的这2个信号比值所产生的误差信号来驱动激光器的温度控制器或者DBR控制电流。
如图2所示，本例还提供一种可调光模块的波长控制方法，采用了如上所述的可调光模块的波长控制装置，并包括以下步骤：
步骤S1，通过可调光模块的光信号，实时获取该可调光模块的波长信息实际比值；
步骤S2，通过查表得到所述可调光模块中激光器的波长信息目标比值；
步骤S3，根据所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值，通过线性补偿动态调整和稳定所述可调光模块的波长；
步骤S4，通过查表设置所述可调光模块中激光器的偏置电流；
步骤S5，调整所述可调光模块中激光器的实际电流值。
本例所述步骤S1中，所述波长信息实际比值为所述参考信号与所述标准信号之间的比值，所述波长信息实际比值即为图2中的Ratio实际值。
本例所述步骤S2中，通过公式计算得到所述波长信息目标比值，比如，通过2的12次方乘以激光器的滤波电流后除以其参考电流，得到所述波长信息目标比值。其中，所述波长信息目标比值即为图2中的Ratio目标值， 而iratio值可以通过查表得到，所述iratio值为激光器中具有波长属性的值，也是基于电流参数而得出的实际的波长信息目标比值。
本例所述步骤S2通过单片机产生一个对应的ratio值，不同激光器的波长信息这个值是确定的；而Ratio目标值与iratio值在每个激光器中有固定对应关系，通过查表可以得出。
本例所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，设置所述可调光模块的电流输入初始值；
步骤S302，通过二分法将所述可调光模块的实际的电流输入变化值与所述电流输入初始值进行比较，直到其差值小于预设值，则查找定位成功；
步骤S303，通过线性补偿动态调整和稳定所述可调光模块的波长。
其中，所述步骤S301中，从图3可以看出，激光器的电流输入变化值的范围是0-3840，所述电流输入变化值也称itune，所述0和3840即为电流输入变化值（itune）中二分法的最小值和最大值，本例优选设定电流输入初始值为1500左右，即优选设定itune初始值为1500左右；这时，根据图3可以知道，就能够得到对应的相位电流、左反射电流和右反射电流的初始值，即得到对应的Iphase、Ileft和Iright的初始值；并得到初始波长。所述电流相位为Iphase，在图3中，表示为phase；所述左反射电流为Ileft，也就是左臂电流，在图3中，表示为Left reflector；所述右反射电流为Iright，也就是右臂电流，在图3中，表示为Rightreflector。
所述步骤S302中，先通过二分法将所述可调光模块的实际的电流输入变化值与所述电流输入初始值进行比较，直到所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值小于设定临近点；然后在步骤S303中，通过步进制补偿作为动态平衡调整，直到所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值小于设定差值。
也就是说，步骤S302中，二分法是用来快速查找与定位，所述可调光模块的实际的电流输入变化值（itune）与所述电流输入初始值（itune初始值）进行比较，若这两者相等或者相差1，则查找成功，在本例中这里设定临近点为1，当然，也可以是其他用户自动以设定的数值。否则确定新的查找区间：如果电流输入变化值（itune）>电流输入初始值（itune初始值），则由图3的有序性可知，这时范围就为电流输入初始值（itune初始值）到3840；如果电流输入变化值（itune）<电流输入初始值（itune初始值），则由图3的有序性可知，这时范围就为0到电流输入初始值（itune初始值）。
重复以上步骤S301和步骤S302，如果在最大值比最小值>1时，则查找定位成功。然后在步骤S303中通过线性补偿来动态稳定波长，这时需要注意奇偶通道的波长偏移方向是不同的。比如波长向大漂，所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值增加，你需要调整电流输入变化值（itune）,奇数通道向大调整的话，偶数通道就得向小调整，在精确定位后可以以LSB为1或2等动态调整，然后线性插值来确定激光器电流值，使波长向小的方向漂直到差值为零或你设置的条件。
值得一提的是，本例所述步骤S3的特点在于，分两部分来做，先是通过二分法快速精确查找设定临近点，一般4-5个循环周期，甚至于，通过2个循环周期即可接近实际值，即查找到设定临近点；然后再通过步进制补偿作为动态平衡调整，该步进制补偿采用的是自定义的小步进制补偿。
本例所述步骤S4中，找到动态平衡的当前电流输入变化值之后，通过单片机处理线性插值找到对应的相位电流、左反射电流和右反射电流。即所述偏置电流包括相位电流、左反射电流和右反射电流，或称为电流相位、左臂电流和右臂电流。
所述步骤S4中，找到动态平衡的当前电流输入变化值之后，即找到当前itune之后，通过单片机处理线性插值找到最佳的Iphase、Ileft和Iright值。这里用线性插值是因为激光器的电流查找表测试时已经很完整详细的给出了，因此，本例这个方法通过查表就能够非常方便快捷得出相位电流、左反射电流和右反射电流这三个细调电流值。
本例所述步骤S5中，通过DAC电路去调整电流相位、左反光镜电流和右反光镜电流这三个电流的实际电流值。
一般可调光模块的激光器包括增益区、相位区 、前光栅区和后光栅区共4个区域，这4个区域之间是电隔离。激光器输出波长由前后光栅区的反射谱和相位谐振条件共同决定的，即通过DAC电路去调整电流相位、左反光镜电流和右反光镜电流这三个电流的实际电流值，达到波长的细调。
本例在实际的可调光模块测试中，使可调光模块case温度从-5度到70度，波长控制可以控制到+/-1.25GHz；然后发现，在这种全温度快速锁波，精确平衡中，需要对原始数据做调整，不同温度下某些波长需要做一定温度的一阶和二阶补偿，不同波长其一阶和二阶系数也是不一样的。通过本例能够确定可调光模块的全温度下精确锁波，某些有问题波长及个别漂移较大的，可以重新算一个一阶和二阶系数，按照图2所示，重新调整，就能够得到可靠精确的波长输出值。
目前大家常规使用的是PID算法，它的好处是对单个变量，某种固定反馈来说，只要设置好比例系数、积分系数和微分系数可以得到一个较理想的实际值。但是对于多变量，被调整参数是变化的，固定的比例系数、积分系数和微分系数是不能得到好的调整值的，特别是在一些应用中，有寻表，有大量数据时。
在本例中，基本每个波长的快速调节一般不超过5个循环周期，快的话2个循环周期内接近实际值，然后再动态平衡调整，时间较快，不会产生很多震荡。
本例列举的只是波长自动调节的例子，实际在可调光模块应用中，自动APC和AFC都可以用这种方法。如果需要精度更好的控制，在软件上需要设置LSB补偿不要太大，另外ADC和DAC比特为最好大于12比特，速度上的控制，前提也要做好模块本身的SOA（半导体放大器）电流快速稳定，初始温度设置和马赫曾德两臂的负压同样要稳定。
本例针对并合理利用可调光模块的激光器庞大数据量，通过线性补偿、插值处理以及二分法等应用，实现了高效、可控和动态稳定性能好的可调光模块的波长控制装置及方法，且所有波长不会产生很大震荡，基本上，每一个波长通过2到5个循环就可以接近锁定达到动态平衡，时间较快，不会产生很多震荡。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种可调光模块的波长控制方法，其特征在于，采用了可调光模块的波长控制装置，所述可调光模块的波长控制装置包括：分光片、滤波器、第一探测器和第二探测器，可调光模块的光信号通过所述分光片分成第一光路和第二光路，所述第一光路连接至所述第一探测器的输入端，所述第一探测器的输出端输出参考信号；所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器，输出标准信号；
还包括以下步骤：
步骤S1，通过可调光模块的光信号，实时获取该可调光模块的波长信息实际比值；
步骤S2，通过查表得到所述可调光模块中激光器的波长信息目标比值；
步骤S3，根据所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值，通过线性补偿动态调整和稳定所述可调光模块的波长；
步骤S4，通过查表设置所述可调光模块中激光器的偏置电流；
步骤S5，调整所述可调光模块中激光器的实际电流值；
所述步骤S2中，通过2的12次方乘以激光器的滤波电流后除以其参考电流，得到所述波长信息目标比值。
2.根据权利要求1所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，所述可调光模块的波长控制装置还包括A/D采样电路，所述第二光路通过滤波器连接至所述第二探测器的输入端，所述第二探测器的输出端连接至所述A/D采样电路，实现滤波后输出标准信号。
3.根据权利要求2所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，将所述参考信号与所述A/D采样电路输出的标准信号之间的比值作为误差信号，所述误差信号用于驱动所述可调光模块的激光器的温度控制和/或电流控制。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述波长信息实际比值为所述参考信号与所述标准信号之间的比值。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
步骤S301，设置所述可调光模块的电流输入初始值；
步骤S302，通过二分法将所述可调光模块的实际的电流输入变化值与所述电流输入初始值进行比较，直到其差值小于预设值，则查找定位成功；
步骤S303，通过线性补偿动态调整和稳定所述可调光模块的波长。
6.根据权利要求5所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，所述步骤S302中，先通过二分法将所述可调光模块的实际的电流输入变化值与所述电流输入初始值进行比较，直到所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值小于设定临近点；然后在步骤S303中，通过步进制补偿作为动态平衡调整，直到所述波长信息实际比值和波长信息目标比值之间的差值小于设定差值。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，找到动态平衡的当前电流输入变化值之后，通过单片机处理线性插值找到对应的相位电流、左反射电流和右反射电流。
8.根据权利要求1至3任意一项所述的可调光模块的波长控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过DAC电路去调整相位电流、左反射电流和右反射电流的电流值。
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