CN107065619A - 一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可调谐激光器技术领域，提供了一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法和装置。其中方法包括设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长；根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，根据光强信息P1和P2计算误差信号E；分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合。本发明实施例有效的降低了现有技术中通过光谱仪测试带来的耗时问题，提高了可调谐激光器在实际输出波长指定为表征波长时，相应高边模抑制比的控制电极参数组合的确定。

Description

一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法和装置

【技术领域】

本发明涉及可调谐激光器技术领域，特别是涉及一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法和装置。

【背景技术】

半导体激光器是光纤通信系统中的重要光源。它体积小，效率高，十分适合光纤通信系统中使用。目前光纤通信系统普遍使用波分复用方式的增加单根光纤的通信容量。在不同信道使用不同的波长进行通信传输。传统的通信光源采用分立的激光器，器件体积大，功耗高，成本高昂。单片集成波长可调谐芯片具有体积小，功耗低等优势，能够降低系统的运营成本。

传统的单片集成波长可调谐芯片大致分为两类：1)DFB激光器阵列，利用一组激射波长间隔排列的DFB激光器阵列，实现全通信波段的覆盖。DFB激光器阵列利用合波器实现单端口输出。在调谐过程中，通过对DFB激光器的选择及相应的温度控制可以实现非常精确的波长调谐。整个调谐中，激射波长与控制电极的选择及温度近似线性关系，因此在控制及测试逻辑上相对简单。2)DBR 式可调谐激光器。其中最典型的四段式DBR激光器中和波长相关的通常包含两个粗调谐使用的光栅区，一个精细调谐的相位区。三个区通过注入电流或者加热的形式改变波导折射率进而改变激光器的激射波长。因此通常该类激光器包含三个控制电极。进一步的，由于一般使用了游标效应对激光器调谐范围进行扩展，因此激光器激射波长与控制电极电流的关系呈现高度的非线性。同时由于制作时的随机误差等因素，加剧了这种非线性。因此在一般四段式DBR激光器的测试中，需要逐一对电极电流进行扫描，在粗波长调谐中，需要进行二维扫描，在精细波长调谐中更是需要三维扫描。在一般情况下，对波长的测试采用光谱仪进行。这是由于表征激光器特性的重要指标边模抑制比通过光谱仪可以得到最直观的表现，但这种测试速度比较慢，一个控制点，需要数秒，完整的扫描通常需要上千甚至近万点，耗时数个小时。因此一个可调谐芯片的测试量是非常大的，事实上可调谐芯片的测试成本占芯片总成本的相当比例。

为解决这个问题，研究者提出了数种解决方案。首先为了解决利用光谱仪测试带来的耗时问题，研究者提出了只通过光功率计记录激光器输出功率的方式来表征激光器。该方式利用了可调谐激光器边模抑制比与激光器功率的对应关系。一般可调谐激光器边模抑制比极大值的地方，也就是激光器功率的极大值。因此该方法可以通过寻找激光器功率的极值间接得到边模抑制比的极值。但是这种测试中，功率极值因为自由载流子损耗等原因一般会偏离边模抑制比极值，因此会导致最终的结果偏离理想的控制电流组合。为解决这个问题，研究者进一步提出了通过监测激光器有源区电压的方式来表征可调谐激光器的边模抑制比情况。这是利用了当激光器的目标波长对应的腔模与激光器光栅反射器的最大反射完全重合时，激光器阈值最小，对应的载流子浓度最低，因此结电压也最低。当光栅反射器偏离极大值或者腔模与极大值不重合时，激光器阈值都会增大，对应的结电压也会增大。因此通过该方式也可以反应激光器边模抑制比与激光器控制电流的关系，通过寻找结电压的小值得到边模抑制比的极大值。该方法相比于功率监控更加精确和快速。

但是以上两种方式只能解决寻找边模抑制比的极值问题，但是边模抑制比极值对应的波长并无法了解。虽然在边模抑制比极值上，激光器光谱特性最好，但是波长却并不一定满足光通信对各个通道波长值的要求。还是需要通过波长计等辅助手段将波长标注出来，而后利用最靠近指定波长的组合，通过相位区及两个光栅区电流共同的精细调谐，达到指定的波长，实现激光器的准连续调谐，并最终得到满足特定波长要求的电流组合。

通过以上的描述可以看出，四段式可调谐激光器的光谱表征，波长定标以及后续使用过程中的波长锁定是一件非常耗时繁琐的工作。不仅如此，随着可调谐激光器的发展，具备更多波长控制电极的可调谐激光器被开发出来，例如 Oclaro的可调谐激光器含有9个波长控制电极，对该类型的激光器激射波长进行测试定标更是一件非常耗时的工作。

因此解决可调谐激光器的快速光谱表征，波长定标以及波长锁定对降低芯片及器件的总体成本具有极其重要的意义。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是现有技术中采用光谱仪测试方式得到可调谐激光器最大边模抑制比及激射波长耗时久、效率低的问题。

本发明进一步要解决的技术问题是如何为实际应用环境中的可调谐激光器提供一种动态可更新控制电极参数组合，以便保持最大边模抑制比的方法。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，可调谐激光器的输出光通过分束装置分解成两束光信号，其中一束光信号通过含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，另一束光信号直接传输到参考光路，所述方法包括：

设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0；根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；其中，初始控制信号组合中包括一组或者多组初始控制电极参数组合；

根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，并根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；

分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合；根据理论研究可知，误差信号E值越小，激光器激射波长与Lambda0越接近，边模抑制比越大。

因此，误差信号E极值时对应的波长控制电极参数组为所述可调谐激光器实际输出波长为Lambda0的控制电极参数组合。

优选的，所述根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E，具体为：

根据公式计算得到误差信号E，其中，a:b为分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

优选的，所述分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合,具体包括：

根据基因遗传算法、离子群算法、模拟退火法、爬山法和牛顿法中的一种或者多种算法，以初始的一组或者多组控制信号组合下所得到的一组或者多组光强信息P1和P2，计算得到误差信号极值对应的波长控制参数组合；其中，每一组控制信号组合能够检测到一组光强信号P1和P2；一组控制信号中包括激光器控制信号、电调制器控制信号和温度控制信号中的一项或者多项。

第二方面，本发明还提供了一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，可调谐激光器的输出光通过第一分束装置分解成两束光信号I_I和I₂，光信号 I₁作为工作光信号传输出去，光信号I₂通过第二分束装置分解成两束光信号I₃和 I₄，其中，光信号I₃传输到含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，光信号I₄直接传输到参考光路，包括：

设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0；根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；其中，初始控制信号组合中包括一组或者多组初始控制电极参数组合；

根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，并根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；

分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合；

以所述计算得到的控制电极参数组合作为设定参数，使用该设定参数下的可调谐激光器完成编码后光信号的发射。

优选的，所述根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E，具体为：

根据公式计算得到误差信号E，其中，a:b为第二分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

优选的，所述分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合,具体包括：

根据基因遗传算法、离子群算法、模拟退火法、爬山法和牛顿法中的一种或者多种算法，以初始的一组或者多组控制信号组合下所得到的一组或者多组光强信息P1和P2，计算得到误差信号极值对应的波长控制参数组合；其中，每一组控制信号组合能够检测到一组光强信号P1和P2；一组控制信号中包括激光器控制信号、电调制器控制信号和温度控制信号中的一项或者多项。

优选的，所述方法还包括：

设置误差信号阈值Eth；

根据误差信号判断激光器工作波长及光谱边模抑制比是否超出器件指标；

当误差信号超出阈值Eth后，在当前控制电极组合参数附近需找误差信号本地极值，更新Lambda0波长下控制电极参数组合。

第三方面，本发明还提供了一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置，包括控制器、可调谐激光器、分束装置、梳状滤波器、可调谐滤波器、探测器PD1、探测器PD2和数据采集器，其中，所述控制器的控制接口连接所述可调谐激光器、所述可调谐激光器和所述梳状滤波器；所述可调谐激光器的输出光口耦合到分束装置，所述分束装置分别连接梳状滤波器、可调谐滤波器和探测器PD1构成的滤波光路，以及由探测器PD2构成的参考光路，所述装置还包括：

所述控制器，用于设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，以及设置光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述表征波长 Lambda0；

所述控制器，还用于根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；其中，初始控制信号组合中包括一组或者多组初始控制电极参数组合；

所述探测器PD1，用于探测获得滤波光路光强信息P1，并反馈给所述控制器；

所述探测器PD2，用于探测获得参考光路光强信息P2，并反馈给所述控制器；

所述控制器还用于，根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；并分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合。

优选的，所述分束装置的分光比为50：50、70:30或者60:40。

优选的，所述光学梳状滤波器具体由法布里-珀罗(F-P)标准具；所述可调谐带通滤波器具体由MEMS反射镜和闪耀光栅构成，其中，MEMS反射镜的反射角度受所述控制器的电压控制。

本发明实施例根据理论研究结果，将可调谐激光器的边模抑制比大小及波长偏离程度与误差信号E之间建立对应关系，即误差信号越小可调谐激光器边边模抑制比越大，波长偏离越小，因此，根据初始控制信号组合得到的检测结果，依据现有的算法计算得到误差信号极值所对应的控制电极参数组合。从而有效的降低了现有技术中通过光谱仪测试带来的耗时问题，提高了可调谐激光器在实际输出波长指定为Lambda0时，相应高边模抑制比的控制电极参数组合的确定。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种可调滤波器和梳状滤波器带宽的选择示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种波长对准与非对准时的信号光通过测试光路后参考光路及滤波光路的光谱及功率信号示意图；

图4是本发明实施例提供的一种波长对准时不同边模抑制比的信号光通过参考光路及滤波光路后光谱及功率信号示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法示意图；

图6是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的波长控制电极参数监控流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种具体的可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种具体的可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置结构示意图。

【具体实施方式】

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

本发明利用了目前通信用可调谐激光器的一个特征，即对可调谐激光器并不要求全波长范围都能使用，仅需要满足在指定的通信波长上使用即可，也就是说可调谐激光器绝大部分的波长点测试信息是冗余的。

在对可调谐激光器的控制电极参数组合测试应用环境中，将可调谐激光器的输出光耦合进测试光路，在测试光路中首先放置分路器(在本发明各实施例中也称为：分束装置)，将可调谐激光器的输出光分为两路，一路通过包含指定波长间距的光学梳状滤波器及具备较宽调谐范围的可调谐带通滤波器的滤波光路，而后进入光探测器；一路直接进入光探测器，称为参考光路。

这样设置的目的在于，一般光学梳状滤波器能够非常精确的符合ITU-T规定波长间距，同时滤波器带宽较窄，滤波性能好。通常该类滤波器也无需控制，一般仅需要使滤波器工作在指定温度即可，如法布里-珀罗(F-P)标准具。但是该类型滤波器在通信波段范围内具有很多梳状峰，不能对指定ITU-T波长进行滤波。而宽调谐范围的可调谐滤带通波器调谐范围虽然比较大，但是精度稍差，带宽较大，不适合精细的滤波。因此通过以上两个滤波器的结合，可以实现在指定的ITU-T波长上精细滤波的目的。光学梳状滤波器提供波长精准，带宽窄的滤波特性，而宽调谐范围的可调谐滤波器实现则对梳状滤波器指定梳状峰进行选择。两者共同作用实现精准，窄带宽，大范围可调谐的带通滤波器，如图1 所示，其中呈现周期性的波形为光学梳状滤波器的波形特性；其中虚线所示的波形为可调谐滤带通波器的波形特性；而位于图1中梳状波形中间的窄波δλ即激光器的波形特性。

在本发明各实施例中，误差信号低首先表征的是激射波长与Lambda0偏离程度低，同时也说明边模抑制比大，偏离程度和边模抑制比两种信息共同构成误差信号。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，可调谐激光器的输出光通过分束装置分解成两束光信号，其中一束光信号通过含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，另一束光信号直接传输到参考光路，如图2所示，所述方法包括：

在步骤201中，设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长 Lambda0。

其中，表征波长Lambda0为所述可调谐激光器在完成测试后，用于实际应用场景中所要发射的波长。

其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0 可以是通过选择配置相应光学梳状滤波器来完成，也可以是通过设置可调的光学梳状滤波器来实现其对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0的方法要求。

在步骤202中，根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器。

生成初始控制信号组合，所述初始控制信号组合包括一组或者多组初始控制电极参数组合；其中，一组初始控制电极参数组合中包括激光器控制参数、电调制器控制参数和温度控制参数中的一项或者多项。每一组初始控制电极参数组合可以通过输入检测电路得到一对光强信号P1和P2。不同的算法需要的初始控制电极参数组合的数量也不同，例如：基因遗传算法需要多组初始控制信号组合，其中，初始控制信号组合越多计算效率越高；而对于牛顿法来说理想状态下仅需要一组初始控制信号组合便可以计算完成。

在步骤203中，根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E。

其中，光强信息P1和P2即相应的光功率大小。

在步骤204中，分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合。

其中，误差信号E极值时对应的波长控制电极参数组为所述可调谐激光器实际输出波长为Lambda0的控制电极参数组合。

本发明实施例根据理论研究结果，将可调谐激光器的边模抑制比大小，激射波长与Lambda0偏离程度与误差信号E之间建立对应关系，即误差信号越小可调谐激光器的边模抑制比越大，激射波长与Lambda0偏离程度越小，因此，根据初始控制信号组合得到的检测结果，依据现有的算法计算得到误差信号极值所对应的控制电极参数组合。从而有效的降低了现有技术中通过光谱仪测试带来的耗时问题，提高了可调谐激光器在实际输出波长指定为Lambda0时，相应高边模抑制比的控制电极参数组合的确定。

在本发明实施例中，所述根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E，具体是通过下面公式计算得到误差信号E：

所述公式其中，a:b为分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

通过一定的优化算法对可调谐激光器的波长控制电极进行控制，使上式对应的误差信号“|(b*P1-a*P2)/(a*P2)|”具有全局极值(此时为最小值)。值得注意的是上述极值不仅满足激光器波长与总的滤波器透射峰值相同，如图3所示，同时在该条件下，激光器边模抑制比越大，该极值越小。因此该全局极值不仅是对应波长对准，同时也对应激光器边模抑制比最大，是激光器在该波长上光谱质量最高的对应点，如图4所示。

在对可调谐激光器进行测试的过程中，误差信号极值对应的波长控制参数组合的获取可以借助现代计算机技术，利用基因遗传算法，离子群算法，模拟退火法，爬山法，牛顿法等算法计算得到，也可以根据各种激光器自身的特点使用特定的优化算法得到。当得到极值对应的波长控制参数组合时，即可记录下该控制点获取波长控制参数。对可调谐滤波器进行调谐，使滤波器总的透射峰在指定的波长上进行逐一扫描，重复上述过程，完成所有波长控制电极参数组合的测试，即可得到所有指定波长，该可调谐激光器对应的控制电极参数组合，记录成表，完成测试。需要指出的是，在本发明实施例中误差信号既可以设置为极值判据，也可以设置为某一阈值判据，可以根据激光器的实际情况灵活设置。当设置为某一阈值判据时，算法搜寻到的可能不是最优解，但所得到的控制电流组合仍然是可以保证激光器满足指定的技术指标的。

为了找到全局极值，在本实施例中可以利用基因遗传算法，也可以利用粒子群算法进行寻找，算法的具体实施不在本专利的探讨范围内，通常通过数次到数十次迭代计算，即可以得到符合指定波长要求的控制电极参数组合。通常为了使得优化的控制电极参数组合更加可靠，可以附加的增设光谱仪进行光谱复查，判断波长偏离值与边模抑制比，若符合要求则记录，若不符合要求，则再次进行极值的寻找，直至符合要求。需要指出的是，增设光谱仪进行复查仅需要在得到优化组合之后进行，因此测试次数较少，同时该复查并不作为本发明测试的必要步骤。

进一步需要指出的是，该套算法不仅可以设置在测试设备中，对可调谐激光器芯片进行测试，筛选，同时该套算法及装置也可以内置到光模块中，对可调谐激光器的激射波长进行持续的在线监测与矫正，并实时反馈误差信号进入控制电路，通过控制芯片按照不同的可调谐激光器对应的波长矫正算法进行波长矫正及锁定。下面将通过实施例2具体阐述如何在类似光模块的场景下应用本发明实施例。

实施例2:

在提供了实施例1所述的一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法后，由于在实施例1中更多的是从测试可调谐激光器的方法角度阐述实现方法。本发明实施例则是从可调谐激光器实际应用电路中，如何在可调谐激光器工作的时候即时的调整其控制电极参数组合，例如：在实际使用环境经常改变的应用实例中便有必要在每次启动可调谐激光器的时候，先进行最优的控制电极参数组合的确定，即将实施例1所述的测试方法组合到实际应用的光模块或者带可调谐激光器的工作电路中。具体的，在本发明实施例中，可调谐激光器的输出光通过第一分束装置分解成两束光信号I₁和I₂，光信号I₁作为工作光信号传输出去，光信号I₂(在本发明实施例中，所述光信号I₂耦合的光路也称为波长锁定光路)通过第二分束装置分解成两束光信号I₃和I₄，其中，光信号I₃传输到含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，光信号I₄直接传输到参考光路，如图5所示，包括：

在步骤301中，设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长 Lambda0。

其中，表征波长Lambda0为所述可调谐激光器在完成测试后，用于实际应用场景中所要发射的波长。

其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0 可以是通过选择配置相应光学梳状滤波器来完成，也可以是通过设置可调的光学梳状滤波器来实现其对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0的方法要求。

在步骤302中，根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器。

生成初始控制信号组合，所述初始控制信号组合包括一组或者多组初始控制电极参数组合；其中，一组初始控制电极参数组合中包括激光器控制参数、电调制器控制参数和温度控制参数中的一项或者多项。每一组初始控制电极参数组合可以通过输入检测电路得到一对光强信号P1和P2。不同的算法需要的初始控制电极参数组合的数量也不同，例如：基因遗传算法需要多组初始控制信号组合，其中，初始控制信号组合越多计算效率越高；而对于牛顿法来说理想状态下仅需要一组初始控制信号组合便可以计算完成。

在步骤303中，根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E。

在步骤304中，分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合。

其中，误差信号E极值时对应的波长控制电极参数组为所述可调谐激光器实际输出波长为Lambda0的控制电极参数组合。

在步骤305中，以所述计算得到的控制电极参数组合作为设定参数，使用该设定参数下的可调谐激光器完成编码后光信号的发射。

本发明实施例根据理论研究结果，将可调谐激光器的边模抑制比大小与误差信号E之间建立对应关系，即误差信号越小可调谐激光器的边模抑制比越大，因此，根据初始控制信号组合得到的检测结果，依据现有的算法计算得到误差信号极值所对应的控制电极参数组合。从而有效的降低了现有技术中通过光谱仪测试带来的耗时问题，提高了可调谐激光器在实际输出波长指定为Lambda0 时，相应高边模抑制比的控制电极参数组合的确定。

在本发明实施例中，所述根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E，具体是通过下面公式计算得到误差信号E：

所述公式其中，a:b为分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

通过一定的优化算法对可调谐激光器的波长控制电极进行控制，使上式对应的误差信号“|(b*P1-a*P2)/(a*P2)|”具有全局极值(即最小值)。值得注意的是上述极值不仅满足激光器波长与总的滤波器透射峰值相同，如图3所示，同时在该条件下，激光器边模抑制比越大，该极值越小。因此该全局极值不仅是对应波长对准，同时也对应激光器边模抑制比最大，是激光器在该波长上光谱质量最高的对应点，如图4所示。

在对可调谐激光器进行测试的过程中，误差信号极值对应的波长控制参数组合的获取可以借助现代计算机技术，利用基因遗传算法，离子群算法，模拟退火法，爬山法，牛顿法等算法计算得到，也可以根据各种激光器自身的特点使用特定的优化算法得到。当得到极值对应的波长控制参数组合时，即可记录下该控制点获取波长控制参数。对可调谐滤波器进行调谐，使滤波器总的透射峰在指定的波长上进行逐一扫描，重复上述过程，完成所有波长控制电极参数组合的测试，即可得到所有指定波长，该可调谐激光器对应的控制电极参数组合，记录成表，完成可调激光器工作状态的设置。需要指出的是，在本发明实施例中误差信号既可以设置为极值判据，也可以设置为某一阈值判据，可以根据激光器的实际情况灵活设置。当设置为某一阈值判据时，算法搜寻到的可能不是最优解，但所得到的控制电流组合仍然是可以保证激光器满足指定的技术指标的。

根据波长表，对各个波长依次进行上述步骤，得到各个波长各自对应的控制电极优化组合，即可得到整个可调谐激光器的在指定波长上的控制参数，完成可调谐激光器的波长表征及定标。

当得到极值对应的波长控制参数组合时，即可记录下该控制点获取波长控制参数。对可调谐滤波器进行调谐，使滤波器总的透射峰在指定的波长上进行逐一扫描，重复上述过程，完成所有波长控制电极参数组合的测试，即可得到所有指定波长，该可调谐激光器对应的控制电极参数组合，记录成表，完成测试。需要指出的是，在本发明中误差信号既可以设置为极值判据，也可以设置为某一阈值判据，可以根据激光器的实际情况灵活设置。当设置为某一阈值判据时，算法搜寻到的可能不是最优解，但所得到的控制电流组合仍然是可以保证激光器满足指定的技术指标的。

本发明实施例对可调谐激光器的激射波长进行持续的在线监测与矫正，并实时反馈误差信号进入控制电路，通过控制芯片按照不同的可调谐激光器对应的波长矫正算法进行波长矫正及锁定，尤其适用于光模块应用场景下。

在本发明实施例中，还存在一种可动态更新Lambda0波长下控制电极参数组合，以适应复杂环境的方法，如图6所示，包括以下执行步骤：

在步骤401中，设置误差信号阈值Eth。

其中，可以通过控制器进行设置，也可以通过远程终端，在连接了所述控制器后完成设置，在此不做特殊限定。

在步骤402中，根据误差信号判断激光器工作波长及光谱边模抑制比是否超出器件指标。

其中，若判断计算得到的误差信号超出阈值Eth，则超出器件指标。

在步骤403中，当误差信号超出阈值Eth后，在当前控制电极组合参数附近寻找误差信号本地极值，更新Lambda0波长下控制电极参数组合。

在本发明实施例中，第一分束装置存在一种优选的分光比95:5。其中，95％耦合出光，5％进入波长锁定光路。输出光进入波长锁定光路后，光学器件及光路构成可以参考实施例3。在用作波长锁定时，激光器输出波长已经通过优化的控制电极参数组合预设在指定的波长上，但是随着激光器工作时间增加，芯片存在一定的变化，激光器输出波长可能会偏离ITU-T波长，此时误差信号会增大。通过设置合适的矫正算法如局部的遗传算法，可以在线矫正波长偏移，使波长继续锁定在ITU-T波长上。本发明的优势在于，相对于普通固定波长激光器的波长锁定装置，本发明的波长锁定装置通过可调谐滤波器的使用，可以针对可调谐激光器工作的所有波长，逐一矫正，并且在矫正过程中无需光谱仪。本发明对可调谐滤波器性能要求较低，成本低廉。

实施例3:

在提出了如实施例1和实施例2所述一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法后，本发明实施例还提供了一种用于执行实施例1所述方法的装置，如图7所述，包括控制器、可调谐激光器、分束装置、梳状滤波器、可调谐滤波器、探测器PD1、探测器PD2和数据采集器，其中，所述控制器的控制接口连接所述可调谐激光器、所述可调谐激光器和所述梳状滤波器；所述可调谐激光器的输出光口耦合到分束装置，所述分束装置分别连接梳状滤波器、可调谐滤波器和探测器PD1构成的滤波光路，以及由探测器PD2构成的参考光路，所述装置还包括：

所述控制器，用于设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，以及设置光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述表征波长 Lambda0；

所述控制器，还用于根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；

所述探测器PD1，用于探测获得滤波光路光强信息P1，并反馈给所述控制器；

所述探测器PD2，用于探测获得参考光路光强信息P2，并反馈给所述控制器；

所述控制器还用于，根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；并分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合。

本发明实施例根据理论研究结果，将可调谐激光器的边模抑制比大小与误差信号E之间建立对应关系，即误差信号越小可调谐激光器的边模抑制比越大，因此，根据初始控制信号组合得到的检测结果，依据现有的算法计算得到误差信号极值所对应的控制电极参数组合。从而有效的降低了现有技术中通过光谱仪测试带来的耗时问题，提高了可调谐激光器在实际输出波长指定为Lambda0 时，相应高边模抑制比的控制电极参数组合的确定。

在本发明实施例中，提供了一种可选的参数设置，具体的所述分束装置的分光比为50：50、70:30或者60:40。除此以外，也可以采用其它比例，例如： 70:30、20:80等等，在此不做特殊限定。

本发明实施例在具体应用过程中，所述光学梳状滤波器具体由法布里-珀罗 (F-P)标准具；所述可调谐带通滤波器具体由MEMS反射镜和闪耀光栅构成，其中，MEMS反射镜的反射角度受所述控制器的电压控制。相应的连接结构图如图 8所示。

其中，一路参考光直接进入光探测器PD2进行探测，测得的光功率为P2。另一路误差光首先进入法布里-珀罗(F-P)标准具，标准具有50GHZ通道间隔，通过温控电路控制在标准ITU-T波长上，标准具的反射率为0.9。选择较高反射率的标准具是为了得到更加锐利的透射峰，便于与一般可调谐激光器0.2nm的光谱带宽匹配。

而后误差光优选的继续进入一面MEMS反射镜，MEMS反射镜的反射角度受 MEMS反射镜上的电压控制。误差光经过MEMS反射镜反射后进入闪耀光栅。当波长满足闪耀光栅的衍射条件时，误差光被衍射到光探测器PD1，得到光功率P1。通过衍射光学可以知道，不同的MEMS反射镜的反射角度下，能够通过闪耀光栅衍射进入到PD1的误差光的波长是不同的。因此该组光路可以作为一个受电压控制的可调谐滤波器使用。经过校准后，不同电压即可对应不同的透射光波长。经过与FP标准具组合使用，即可以得到一个波长准确，通带窄，调谐范围大的滤波光路。其波长精度及通带带宽由高性能的FP标准具决定，其调谐范围由MEMS反射镜的转角决定。由于使用了窄带FP标准具，因此对可调谐滤波器的透射带宽要求比较低。在本实施例中，相邻FP标准具透射峰，受可调谐滤波器影响后，透射率的差值仅需要大于指定波长偏移下FP透射率的差值即可。

除此以外，基于本发明实施例所提出的装置还提出一种可以在实际应用场景中使用的连接结构，如图9所示，其中，将图8中单一的分束装置，通过分束装置1和分束装置2来实现，相比较图8中的分束装置，除了在数量上不同外，其分光比也不同、连接方式上也拥有各自的特点。其中，图8中结构的分束装置的分光比优选的是50：50，便于计算。而图9中为了保证激光信号传输功率，分束装置1的分光比优选的是95:5，其中，占95％强度的光信号耦合到输出光纤中，而仅有5％强度的光信号传输到分束装置2中，用于后续的控制电极参数分析过程。从而，即保证了光信号的传输，又能实现控制电极参数分析，保证可调激光器工作在表征波长上(对于分束装置2的分光比可以使用50：50)。其中，控制电极参数的分析和调整可参考实施例2中的步骤401-步骤403，在此不再赘述。在实际操作过程中，对于分束装置1的分光比选择，还可以是其它的参数值，例如：70:30、60:40、50:50等等，具体根据控制电极参数设定电路所需的光强度来调整，在必要的时候还可以为分束装置1与输出光纤之间增设一光功率放大器。

实施例4：

在提供了如实施例1所述的一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法后，本发明实施例则从一个完整的测试可调谐激光器角度阐述如何实现本发明实施例的方法，具体如下：

将待测可调谐激光器的输出光耦合进入测试光路，然后通过分束装置将可调谐激光器输入光分解成两束，分别通过含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，以及直接传输的参考光路。

光学梳状滤波器梳状峰峰值包含可调谐激光器待表征波长序列。可调谐滤波器中心波长可在可调谐激光器待表征波长范围内移动。

设置可调谐滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0。

设置可调谐激光器波长控制电极参数范围，并产生初始控制信号组合，输入可调谐激光器。通过光探测器分别探测滤波光路光强信息P1，及参考光路光强信息P2。计算误差信号E，误差信号是光强信息P1及P2的函数。其中，误差信号|(b*P1-a*P2)/(a*P2)|，其中，a:b为分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

根据误差信号及相应的优化算法得到误差信号的最优值，存储最优值时对应的波长控制电极参数组合。该控制电极参数组合即为可调谐激光器对应输出波长的实际波长Lambda0时的控制电极参数组合。

本发明实施例根据理论研究结果，将可调谐激光器的边模抑制比大小与误差信号E之间建立对应关系，即误差信号越小可调谐激光器的边模抑制比越大，因此，根据初始控制信号组合得到的检测结果，依据现有的算法计算得到误差信号极值所对应的控制电极参数组合。从而有效的降低了现有技术中通过光谱仪测试带来的耗时问题，提高了可调谐激光器在实际输出波长指定为Lambda0 时，相应高边模抑制比的控制电极参数组合的确定。

实施例5：

在提供了如实施例2所述的一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法后，本发明实施例则从一个完整的测试可调谐激光器角度阐述如何实现本发明实施例的方法，具体如下：

将可调谐激光器的一部分输出光耦合进入波长矫正及锁定光路，然后通过分束装置将可调谐激光器输入光分解成两束，分别通过含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，以及直接传输的参考光路。

光学梳状滤波器梳状峰峰值包含可调谐激光器待表征波长序列。可调谐滤波器中心波长可在可调谐激光器待表征波长范围内移动。

设置可调谐滤波器中心波长至可调谐激光器工作波长Lambda，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0。

通过光探测器分别探测滤波光路光强信息P1，及参考光路光强信息P2，获得误差信号E，误差信号是光强信息P1及P2的函数，设置误差信号阈值Eth。

根据误差信号判断激光器工作波长及光谱边模抑制比是否超出器件指标，当误差信号超出阈值Eth后。控制芯片通过程序在该波长Lambda控制电极组合参数附近需找误差信号本地最优值，更新Lambda波长下控制电极参数组合，完成波长矫正及锁定。

值得说明的是，上述装置内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例1或2基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，可调谐激光器的输出光通过分束装置分解成两束光信号，其特征在于，其中一束光信号通过含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，另一束光信号直接传输到参考光路，所述方法包括：

设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0；根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；其中，初始控制信号组合中包括一组或者多组初始控制电极参数组合；

根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，并根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；

分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合；

其中，误差信号E极值时对应的波长控制电极参数组为所述可调谐激光器实际输出波长为Lambda0的控制电极参数组合。

2.根据权利要求1所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，其特征在于，所述根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E，具体为：

根据公式计算得到误差信号E，其中，a:b为分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

3.根据权利要求1所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，其特征在于，所述分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合,具体包括：

根据基因遗传算法、离子群算法、模拟退火法、爬山法和牛顿法中的一种或者多种算法，以初始的一组或者多组控制信号组合下所得到的一组或者多组光强信息P1和P2，计算得到误差信号极值对应的波长控制参数组合；其中，每一组控制信号组合能够检测到一组光强信号P1和P2；一组控制信号中包括激光器控制信号、电调制器控制信号和温度控制信号中的一项或者多项。

4.一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，可调谐激光器的输出光通过第一分束装置分解成两束光信号I₁和I₂，其特征在于，光信号I₁作为工作光信号传输出去，光信号I₂通过第二分束装置分解成两束光信号I₃和I₄，其中，光信号I₃传输到含有光学梳状滤波器及可调谐带通滤波器的滤波光路，光信号I₄直接传输到参考光路，包括：

设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，其中，光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述待表征波长Lambda0；根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；其中，初始控制信号组合中包括一组或者多组初始控制电极参数组合；

根据光探测器分别探测获得滤波光路光强信息P1和参考光路光强信息P2，并根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；

分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合；

以所述计算得到的控制电极参数组合作为设定参数，使用该设定参数下的可调谐激光器完成编码后光信号的发射。

5.根据权利要求4所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，其特征在于，所述根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E，具体为：

根据公式计算得到误差信号E，其中，a:b为第二分束装置的输出端口输出到滤波光路和参考光路的分光比。

6.根据权利要求4所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，其特征在于，所述分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合,具体包括：

根据基因遗传算法、离子群算法、模拟退火法、爬山法和牛顿法中的一种或者多种算法，以初始的一组或者多组控制信号组合下所得到的一组或者多组光强信息P1和P2，计算得到误差信号极值对应的波长控制参数组合；其中，每一组控制信号组合能够检测到一组光强信号P1和P2；一组控制信号中包括激光器控制信号、电调制器控制信号和温度控制信号中的一项或者多项。

7.根据权利要求4所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法，其特征在于，还包括：

设置误差信号阈值Eth；

根据误差信号判断激光器工作波长及光谱边模抑制比是否超出器件指标；

当误差信号超出阈值Eth后，在当前控制电极组合参数附近需找误差信号本地极值，更新Lambda0波长下控制电极参数组合。

8.一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置，其特征在于，包括控制器、可调谐激光器、分束装置、梳状滤波器、可调谐滤波器、探测器PD1、探测器PD2和数据采集器，其中，所述控制器的控制接口连接所述可调谐激光器、所述可调谐激光器和所述梳状滤波器；所述可调谐激光器的输出光口耦合到分束装置，所述分束装置分别连接梳状滤波器、可调谐滤波器和探测器PD1构成的滤波光路，以及由探测器PD2构成的参考光路，所述装置还包括：

所述控制器，用于设置可调谐带通滤波器中心波长至可调谐激光器待表征波长Lambda0，以及设置光学梳状滤波器对应梳状峰的中心波长为所述表征波长Lambda0；

所述控制器，还用于根据可调谐激光器波长控制电极参数范围，生成初始控制信号组合，并输入可调谐激光器；其中，初始控制信号组合中包括一组或者多组初始控制电极参数组合；

所述探测器PD1，用于探测获得滤波光路光强信息P1，并反馈给所述控制器；

所述探测器PD2，用于探测获得参考光路光强信息P2，并反馈给所述控制器；

所述控制器还用于，根据所述光强信息P1和P2计算误差信号E；并分析得到误差信号E的极值所对应的控制电极参数组合。

9.根据权利要求8所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置，其特征在于，所述分束装置的分光比为50：50、70:30或者60:40。

10.根据权利要求8或9所述的可调谐激光器的波长控制电极参数设定装置，其特征在于，所述光学梳状滤波器具体由法布里-珀罗标准具；所述可调谐带通滤波器具体由MEMS反射镜和闪耀光栅构成，其中，MEMS反射镜的反射角度受所述控制器的电压控制。