CN108599857B - 一种提升光模块消光比稳定性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升光模块消光比稳定性的方法及装置。本发明首先拟合出激光器阈值电流随温度变化的关系曲线，进而换算得到实现稳定消光比输出所需调制电流随温度变化的初始关系曲线。当外界环境发生变化时，可通过监测温度按初始曲线变化关系调整光模块激光器的调制电流，实时调整光模块发射光信号的消光比，从而实现光模块消光比的稳定。当因芯片或者器件一致性偏差等原因造成光模块在高温或低温状态下输出光信号消光比偏离初始关系曲线所设定的稳定值时，可通过监测输出光信号消光比的实际值，反算出在此点处实际需要的调制电流，进而反馈拟合出在整个温度区间调制电流随温度变化修正曲线，提升光模块消光比的稳定度。

Description

一种提升光模块消光比稳定性的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种光模块及方法，属于光通信领域，具体涉及一种提升光模块消光比稳定性的方法及装置。

背景技术

随着光通信产业的迅速发展，光模块得到了越来越广泛的应用。光模块的主要用途是实现电/光和光/电转换，其中用于电/光转换的器件主要有：直接调制激光器和电吸收调制激光器；用于光/电转换的器件主要有：光电二极管和雪崩光电二极管。但是作为核心器件的激光器在工作时却存在这样的问题：其阈值电流随温度升高而增大，在阈值电流超过一定范围时电/光转换曲线斜率随温度增大而减小。造成的结果是：随着温度的升高，激光器发射信号的光功率逐渐减小，消光比同样也在逐渐减小。在实际应用中，光模块的工作温度往往要求达到-5℃～+70℃，在这么宽的温度范围内如果不采用一定技术手段的话，将会严重影响光模块的工作性能。因此保持输出信号光功率和消光比的稳定，就显得非常重要。

在传统光模块的设计中，主要通过温度补偿的方法来实现发射信号光功率和消光比的稳定。传统的温度补偿方法主要有驱动芯片温度补偿、K系数补偿、查表补偿及数字电位器补偿等，他们均需依赖不同激光器的阈值电流和斜率变化一致性较好这一条件才能实现。在实际情况中，当温度发生变化时，不同激光器的阈值电流和斜率因工艺误差等原因随温度变化并不十分一致，有的甚至彼此之间差异较大，特别是在高温和低温时差异尤为明显。这样在批量化生产时，采用传统的温度补偿方法，并不能解决所有光模块输出信号光功率和消光比稳定的问题。这无疑增加了后期在不同温度点处逐个调试光模块的工作量，降低了光模块设计开发以及生产的效率。传统的补偿方式作用比较有限，需要新的更加灵活有效的温度补偿方案。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提出了一种提升光模块消光比稳定性的方法及装置，该方法及装置采用调用初始曲线和在高温区间和低温区间根据反馈结果拟合修正曲线的方案明显提升了批量生产中光模块输出光信号消光比在全温工作范围内的稳定性，并明显节约了调试时间。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种提升光模块消光比稳定性的方法，包括如下步骤：

阈值电流曲线拟合步骤，拟合得到用于描述激光器阈值电流随温度变化的第一曲线；

调制电流曲线拟合步骤，拟合得到用于描述在稳定消光比输出时调制电流随温度变化初始关系的第二曲线；

调制电流实时调整步骤，获取外界环境实时温度，利用所述第二曲线计算得到实时调制电流值并输出调制电流；

调制电流曲线修正步骤，当激光器的消光比偏离设定范围时，根据实时消光比和模块上报的偏置电流、调制电流计算得到实际所需调制电流，并修正第二曲线。

在本发明的至少一个实施例中，修正第二曲线的具体步骤为：

根据示波器测得的实时消光比ER和模块上报的偏置电流I_bias、调制电流I_mod下式计算得到此时的实际阈值电流I_th，

根据实际阈值电流I_th计算出实现稳定消光比输出所需要的实际调制电流I_mod，重新拟合修正所述第二曲线。

在本发明的至少一个实施例中，修正第二曲线时，在高温区和/低温区只取最高温度点和/或最低温度点处实际需要的调制电流，拟合得到调制电流随温度变化曲线。

一种提升光模块消光比稳定性的装置，包括如下模块：

阈值电流曲线拟合模块，拟合得到用于描述激光器阈值电流随温度变化的第一曲线；

调制电流曲线拟合模块，拟合得到用于描述在稳定消光比输出时调制电流随温度变化初始关系的第二曲线；

调制电流实时调整模块，获取外界环境实时温度，利用所述第二曲线计算得到实时调制电流值并输出调制电流。

调制电流曲线修正模块，当激光器的消光比偏离设定范围时，根据实时消光比和模块上报的偏置电流、调制电流计算得到实际所需调制电流，并修正第二曲线。

因此，本发明具有如下优点：(1)采用调用初始关系曲线和反馈拟合修正曲线相结合的方法，使用灵活，明显提升了光模块在整个温度范围内工作时消光比的稳定性。(2)有效解决了光模块在大批量生产时，因为不同模块之间的差异，在高温或低温等极端环境下需在不同温度点对不同模块逐个进行复杂调试的问题，有效节约了时间。

附图说明

附图1提升光模块消光比稳定性的方法示意图；

附图2激光器工作性能与阈值电流、偏置电流、调制电流关系示意图；

附图3消光比在最高温度点处偏离时的拟合曲线示意图；

附图4消光比在最低温度点处偏离时的拟合曲线示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例首先确定了普适性的同类型光模块激光器阈值电流随温度变化的关系。经过大量的实验测试得出，激光器的阈值电流与温度呈二元函数关系。据此通过统计不同样品数据得到了普适性的在不同温度情况下光模块激光器阈值电流随温度变化数据，并拟合成曲线，得到了二元拟合函数。

为保证激光器输出光功率和消光比的稳定，激光器的偏置电流和阈值电流与调制电流具有固定的关系。接下来通过换算关系得到了稳定消光比输出时调制电流随温度变化初始关系曲线。此曲线可满足大部分光模块在工作温度范围内，维持稳定消光比输出所需满足的调制电流随温度变化的关系。

当光模块在正常工作时，通过温度取样电路实时监测外界环境温度，然后通过单片机先计算得到稳定功率输出所需的偏置电流，再调用存储器中调制电流随温度变化初始关系曲线，根据实时温度计算得到此时加载至激光器的调制电流值。最后通过单片机控制激光器驱动芯片，实时调整激光器驱动所输出的偏置电流和调制电流，以实现模块输出光功率和消光比的稳定。

在生产中，通过示波器测试并反馈激光器输出光信号的消光比。当在高温或低温等极端环境下，按初始曲线计算而得到的激光器的消光比偏离设定范围时，通过单片机反算出此点实际需求的调制电流，进而反馈拟合出在整个温度区间新的调制电流随温度变化修正曲线，重新调整加载在激光器上的调制电流，从而缩小消光比偏移，提升光信号消光比的稳定性。

下面结合附图1和附图2对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。其中，附图1为本发明提供的提升光模块消光比稳定性的方法示意图，图2为激光器工作性能与阈值电流、偏置电流、调制电流关系示意图。需要特别提醒的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述将在这里被忽略。

本发明在实施前，需首先确定同类型激光器阈值电流I_th随温度变化的关系，经过大量的实验测试得出，激光器的阈值电流与温度呈二元函数关系，具体可表示为：

I_th＝aT²+bT+c (1)

通过统计不同样品数据并拟合可得到上述二元拟合函数的具体表达式。结合附图2可得，激光器输出信号的消光比表示为：

当消光比ER为恒定值时，可得到调制电流与温度的关系：

其中，I_bias为光模块为维持稳定光功率输出时的偏置电流，通过单片机计算得到。这样，便得到了稳定消光比输出时调制电流I_mod随温度变化初始关系曲线1。从式(3)可以看出保持稳定消光比输出时，调制电流与温度呈二元函数关系。通过实际应用可知，此曲线可满足大部分光模块在工作温度范围内维持稳定消光比输出所需的调制电流随温度变化关系。

当光模块在正常工作时，首先通过温度取样电路实时监测外界环境温度T，然后通过单片机先计算得到阈值电流I_th和稳定功率输出所需的偏置电流I_bias，再调用存储器中调制电流随温度变化初始关系曲线1，根据实时温度计算得到此时加载至激光器的调制电流值I_mod。最后通过单片机控制激光器驱动芯片，实时调整激光器驱动所输出的偏置电流和调制电流，以实现模块输出光功率和消光比的稳定。

当通过示波器在最高温度点或最低温度点处检测到光模块的消光比发生较大偏离时(主要是I_th在高温和低温处偏离了公式(2)拟合得到的曲线，常温几乎不会发生偏离)，示波器通过计算机给单片机一个反馈信号，此时单片机根据示波器测得的实时消光比和模块上报的I_bias、I_mod按式(2)计算得到此时的实际I_th，然后按照式(3)计算出实现稳定消光比输出所需要的实际I_mod，重新拟合符合在高温区间或者低温区间偏离的调制电流随温度变化曲线。具体操作为：

1.当消光比在最高温度点偏离较大时

在调制电流随温度变化初始曲线1低温区间和常温区间采数据点若干，在高温区间只取最高温度点处实际需要的调制电流，拟合得到调制电流随温度变化曲线2，并存储在寄存器中以供单片机随时调用来稳定消光比，具体如图3所示。

2.当消光比在最低温度点偏离较大时

在调制电流随温度变化初始曲线1高温区间和常温区间采数据点若干，在低温区间只取最低温度点处实际需要的调制电流，拟合得到调制电流随温度变化曲线3，并存储在寄存器中以供单片机随时调用来稳定消光比，具体如图4所示。

3.当消光比在最高温度点和最低温度点同时偏离较大时

首先，在调制电流随温度变化初始曲线1低温区间和常温区间采数据点若干，在高温区间只取最低温度点处实际需要的调制电流，拟合得到调制电流随温度变化曲线4。接下来，在曲线4常温区间和高温区间采数据点若干，低温区间只取最低温度点处实际需要的调制电流，拟合得到调制电流随温度变化曲线5。最终将得到的调制电流随温度变化曲线5存储在寄存器中来稳定消光比，具体为图3和4的组合。

这样通过单片机调用重新拟合得到的调制电流随温度变化曲线，便可得到稳定的消光比输出。此方法在实际应用中，解决了绝大多数在高低温情况下消光比偏差的问题，效果与优势明显。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种提升光模块消光比稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

阈值电流曲线拟合步骤，拟合得到用于描述激光器阈值电流随温度变化的第一曲线；

调制电流曲线拟合步骤，拟合得到用于描述在稳定消光比输出时调制电流随温度变化初始关系的第二曲线；

调制电流实时调整步骤，获取外界环境实时温度，利用所述第二曲线计算得到实时调制电流值并输出调制电流；

调制电流曲线修正步骤，当激光器的消光比偏离设定范围时，根据实时消光比和模块上报的偏置电流、调制电流计算得到实际所需调制电流，并修正第二曲线；修正第二曲线的具体步骤为：

根据示波器测得的实时消光比ER和模块上报的偏置电流I_bias、调制电流I_mod通过下式计算得到此时的实际阈值电流I_th，

根据实际阈值电流I_th计算出实现稳定消光比输出所需要的实际调制电流I_mod，重新拟合修正所述第二曲线。

2.根据权利要求1所述的一种提升光模块消光比稳定性的方法，其特征在于，修正第二曲线时，在高温区和/低温区只取最高温度点和/或最低温度点处实际需要的调制电流，拟合得到调制电流随温度变化曲线。

3.一种提升光模块消光比稳定性的装置，其特征在于，包括如下模块：

阈值电流曲线拟合模块，拟合得到用于描述激光器阈值电流随温度变化的第一曲线；

调制电流曲线拟合模块，拟合得到用于描述在稳定消光比输出时调制电流随温度变化初始关系的第二曲线；

调制电流实时调整模块，获取外界环境实时温度，利用所述第二曲线计算得到实时调制电流值并输出调制电流；

调制电流曲线修正模块，当激光器的消光比偏离设定范围时，根据实时消光比和模块上报的偏置电流、调制电流计算得到实际所需调制电流，并修正第二曲线；

修正第二曲线的具体步骤为：

根据示波器测得的实时消光比ER和模块上报的偏置电流I_bias、调制电流I_mod通过下式计算得到此时的实际阈值电流I_th，

根据实际阈值电流I_th计算出实现稳定消光比输出所需要的实际调制电流I_mod，重新拟合修正所述第二曲线。