CN107271034B - 一种单通道pd监控多通道激光器ld光功率的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统及方法，应用于光电器件领域，通过微控制单元对每一个通道的激光驱动器外加一个不同频率的低频信号，用以区分被探测的通道；通过在波分复用合波器的出射端光路上设置合适夹角的比率分光镜，使得反射光被探测器PD获取，然后通过运算放大器的放大电路放大分离出低频信号，经模数转换器将低频信号转换为数字信号，供微控制单元进行解析，得到各低频信号对应的幅值和频率；不同频率代表了不同的通道的激光器，根据低频信号的幅值得到对应通道的激光器的发射光功率，从而得到每个通道激光的发光光功率。
Description
技术领域
本发明属于光电器件领域，特别涉及一种多通道高速多通道激光器LD光功率的监测方法。
背景技术
激光因其独特的性质，已经在激光通信、激光测距、激光制导和激光雷达等领域得到广泛的应用。激光通信与通常的无线电通信相比较，其主要优点是通信速率高和保密性好，是无线电通信在强干扰下的重要补充方式，可在无线电静默时保障通信畅通。近年来，大功率半导体多通道激光器LD(Laser diode，激光二极管)相关技术飞速发展，输出功率不断提高，输出波长也从440nm延伸到1 600nm。
随着诸如微精细加工等先进制造技术对激光功率、激光光束质量、激光偏振态的要求越来越高。功率半导体多通道激光器LD列阵由于其输出光束的质量不好，影响了它的直接应用。由于半导体多通道激光器LD列阵及叠阵在军事上有很大应用，国外大功率半导体多通道激光器LD线阵及叠阵方面对中国实施禁运，技术上处于绝对保密状态，因此，目前国内对半导体多通道激光器LD列阵及叠阵的组装技术还不成熟。随着半导体多通道激光器LD应用领域的不断扩大，对多通道激光器LD本身的技术要求也越来越高。如在激光引信、激光制导以及泵浦固体多通道激光器LD等技术领域中，要求多通道激光器LD输出几十瓦，甚至上百瓦的峰值功率。然而，由于受端面临界光通量的限制，单个半导体多通道激光器LD很难达到如此大的功率。
目前多通道激光器LD光功率监控一般都是采用分光形式，并且采用多通道激光器LD与监控PD一一对应，每个多通道激光器LD都需要一个对应的监控PD(photodetector，光电探测器)。由于多通道激光器LD采用合波形式，一个PD同时探测所有多通道激光器LD输出光，如何分开不同多通道激光器LD光功率是一个设计难点。多通道激光器LD采用合波(WDM)形式工作时，高度密集器件对安装空间很有讲究，一一对应的监控方式不仅增加光路设计难度，也增加产品实施工艺难度，从而导致产品良率和可靠性问题。随着多通道激光器LD列阵应用，一一对应的探测器PD光路越发难设计。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出了一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统及方法，通过为每一个通道的激光器调制上一个低频信号，实现一个PD监控多通道激光器，PD监控各通道的发射光功率以及所有通道的光功率总和。
本发明采用的技术方案是：一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统，包括：多通道激光器、波分复用合波器、比率分光镜、探测器、放大器、模数转换器以及微控制单元；所述多通道激光器每一通道对应一激光驱动器，所述波分复用合波器将多通道激光器发出的光信号进行汇合，所述比率分光镜位于波分复用合波器的出射端；所述探测器位于经比率分光镜反射光的出射端；所述放大器输入端与探测器输出端相连，所述放大器输出端与模数转换器输入端相连；所述模数转换器输出端与微控制单元相连；
所述微控制单元控制各激光驱动器，将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上。
进一步地，所述放大器为交流耦合运算放大器。
一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的方法，包括：
首先，通过微控制单元控制激光驱动器将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上；
然后，通过在多通道激光器输出光路上设置比率分光镜，将激光分为两部分，一部分发生透射经光纤输出；另一部分发生反射由探测器转换为电信号；
最后，探测器转换的电信号经放大器处理分离出低频信号，通过模数转换器将低频信号转换为数字信号，将数字信号输入微控制单元解析出各低频信号对应的幅值和频率。
进一步地，根据所述各低频信号的幅值计算得到对应通道的激光器的发射光功率。
本发明的有益效果：本发明的一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统及方法，通过微控制单元控制激光驱动器对每一个通道的激光器调制上一个低频信号，用以区别被探测的通道；通过在波分复用合波器的出射端光路上设置合适夹角的比率分光镜，使得反射光被探测器PD获取，然后通过运算放大器的放大电路放大分离出低频信号，经模数转换器将低频信号转换为数字信号，供微控制单元进行解析，得到各低频信号对应的幅值和频率；不同频率对应了不同的通道的激光器，根据低频信号的幅值得到对应通道的激光器的发射光功率；本申请具有以下优点：
1、节约多通道激光器LD的设计空间；通过在多通道激光器输出光路上设置适当比率分光镜，可以使得经比率分光镜反射的光与多通道激光器输出光路成90°左右夹角或所需的夹角，使其偏离了输入多通道激光器LD的出射光路，并在该反射光路上设置单个探测器PD，因为比率分光镜可以在相当宽的出射角范围内可实现与偏振不相关，改变了激光反馈光路的方向，从而改变探测器PD位置，使反射光路偏离了输入多通道激光器LD的出射光路，能够使整个光路元件分布结构变得紧凑，减少多通道激光器LD所占的空间；解决了高度密集器件对安装空间的难点，并且简化了光路设计难度，同时也简化了产品实施工艺难度；
2、节约成本，增加可靠性能；采用一个PD同时探测多通道激光器LD每一通道输出光，带有低频信号的光经过PD转换成相应电信号，ADC采样后MCU对数字信号进行处理，不同频率低频信号幅度表示该通道激光器LD发射光功率，不同的低频频率代表不同通道激光器LD；本申请采用单通道PD同时监控多通道激光器LD，节省空间，节省多PD成本，减少工艺步骤增加产品成品率，并且可以提高产品良率和可靠性。
附图说明
图1是本发明单通道PD监控多通道激光器LD光功率的结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
如图1所示，本发明的一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统，包括：多通道激光器LD、波分复用合波器WDM MUX(wavelength division multiplexmultiplexer)、比率分光镜、探测器PD、放大器AC-OPA(Operational Amplifier，运算放大器)、模数转换器ADC(Analog-to-Digital Converter)以及微控制单元MCU(Microcontroller Unit)；所述多通道激光器每一通道对应一激光驱动器，各激光驱动器控制激光器发出光信号；所述波分复用合波器将多通道激光器发出的光信号进行汇合，所述比率分光镜位于波分复用合波器的出射端；所述探测器位于经比率分光镜反射光的出射端；所述放大器输入端与探测器输出端相连，所述放大器输出端与模数转换器输入端相连；所述模数转换器输出端与微控制单元相连；
所述微控制单元控制各激光驱动器，将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上。
本申请的工作原理如下：通过微控端元MCU控制对应的激光驱动器1、激光驱动器2…激光驱动器n，在光通讯信号Tx1、Tx2……Txn基础上，将小于10KHz的低频信号f1、低频信号f2、……低频信号fn调制在对应激光器LD1、激光器LD2、……激光器LDn的光信号上，例如，低频信号f1调制到激光器1上，依次对应：低频信号f2调制到激光器2上，……低频信号fn调制到激光器n上；f1、f2、……fn代表不同的小于10KHz的信号频率。
调制后的各路光信号，通过n路波分复用合波器进行汇合，耦合到光线路的同一根光纤中进行传输；通过在该n路波分复用合波器的出射端设置比率分光镜，将出射的信号分为两路，一路通过单模光纤SMF输出，另一路通过分光镜将带有低频信号的光束经过探测器PD转换成相应电信号，通过交流耦合运算放大器AC-OPA放大电路放大分离出低频信号，经ADC模数转换采样数据送入微控制单元MCU，MCU解析出探测器PD接收到的各低频信号幅值和频率；进而检测出不同的信号频率代表不同通道激光器LD，根据不同低频信号幅度获得对应通道激光器LD的发射光功率。
通过在多通道激光器输出光路上设置适当比率分光镜，可以使得经比率分光镜反射的光与多通道激光器输出光路成90°左右夹角或所需的夹角，使其偏离了输入多通道激光器LD的出射光路，并在该反射光路上设置单个探测器PD，因为比率分光镜可以在相当宽的出射角范围内可实现与偏振不相关，改变了激光反馈光路的方向，从而改变探测器PD位置，可使整个光路元件分布结构变得紧凑，减少多通道激光器LD所占空间。解决了高度密集器件对安装空间难点，采用本发明的方案可以简化光路设计难度，同时简化产品实施工艺难度。
本申请还提出一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的方法，包括：
首先，通过微控制单元控制激光驱动器将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上；
然后，通过在多通道激光器输出光路上设置比率分光镜，将激光分为两部分，一部分发生透射经光纤输出；另一部分发生反射由探测器转换为电信号；
最后，探测器转换的电信号经放大器处理分离出低频信号，通过模数转换器将低频信号转换为数字信号，将数字信号输入微控制单元解析出各低频信号对应的幅值和频率。
根据检测出的不同的频率代表不同通道激光器LD，根据不同低频信号幅度获得对应通道激光器LD的发射光功率。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统，其特征在于，包括：多通道激光器、波分复用合波器、比率分光镜、探测器、放大器、模数转换器以及微控制单元；所述多通道激光器每一通道对应一激光驱动器，所述波分复用合波器将多通道激光器发出的光信号进行汇合，所述比率分光镜位于波分复用合波器的出射端；所述探测器位于经比率分光镜反射光的出射端；经比率分光镜发生透射的光通过光纤输出；所述放大器输入端与探测器输出端相连，所述放大器输出端与模数转换器输入端相连；所述模数转换器输出端与微控制单元相连；
所述微控制单元控制各激光驱动器，将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上。
2.根据权利要求1所述的一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的系统，其特征在于，所述放大器为交流耦合运算放大器。
3.一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的方法，其特征在于，包括：
首先，通过微控制单元控制激光驱动器将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上；
然后，通过在多通道激光器输出光路上设置比率分光镜，将激光分为两部分，一部分发生透射经光纤输出；另一部分发生反射由探测器转换为电信号；
最后，探测器转换的电信号经放大器处理分离出低频信号，通过模数转换器将低频信号转换为数字信号，将数字信号输入微控制单元解析出各低频信号对应的幅值和频率。
4.根据权利要求3所述的一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的方法，其特征在于，根据所述各低频信号的幅值计算得到对应通道的激光器的发射光功率。
5.根据权利要求4所述的一种单通道PD监控多通道激光器LD光功率的方法，其特征在于，根据所述各低频信号的幅值计算得到每个对应通道激光器LD的光功率。
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Denomination of invention: A single channel PD monitoring system and method of multi-channel laser LD power Effective date of registration: 20201127 Granted publication date: 20181225 Pledgee: Bank of Chengdu science and technology branch of Limited by Share Ltd. Pledgor: CHENGDU EUGENLIGHT TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Registration number: Y2020980008547 |