CN109449740A - 光模块消光比自适应调整装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光器控制技术，尤其涉及一种光模块消光比自适应装置及其控制方法；所述光模块消光比自适应调整装置包括探测器、激光器、异步控制中心、偏置电流产生模块、偏置电流测量电路、电流检测电路、微控制中心、调制电流产生模块及电压参考V_REF；采用本发明方案后，装置可根据激光器电流的变化自动对作用在激光器上的偏置电流、调制电流进行修正，从而光模块在宽温度范围条件下，保持稳定的光功率和消光比输出。

Description

光模块消光比自适应调整装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种激光器控制技术，尤其涉及一种光模块消光比自适应调整装置及其控制方法。

背景技术

在现代信息网络中，光纤通信技术逐渐取代了传统的电缆传输技术，占据了主导地位。随着信息网络覆盖的范围越来越广，光模块为光纤通信网络的核心器件，其需求量越来越大、使用的范围也越来越广。

针对光模块的设计、生产，消光比是衡量光模块性能的重要指标之一，在不采取任何补偿措施的情况下，消光比会在较宽温度范围内出现很大的变化，从而导致传输误码率激增。在实际设计中，消光比太小，会导致接收灵敏度的降低，而消光比过大，则会劣化光眼图，同样会降低接收灵敏度；故在宽温范围内(-40℃～85℃)消光比必须保持在一定较窄的范围内，才能确保接收灵敏度，进而保证数据的正确传输。在以往的消光比稳定方法中，大部分是基于开环控制，其优点是实现简单，能将消光比稳定在一个较宽的范围内，但此范围的消光比对激光器的一致性要求较高，不利于光模块的批量生产，影响成品率，且生产、调试过程费时费力。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出了一种光模块消光比自适应调整装置，所述光模块消光比自适应调整装置包括探测器LD、激光器PD、异步控制中心、偏置电流产生模块、偏置电流测量电路、电流检测电路、微控制中心、调制电流产生模块及电压参考V_REF；

其中，探测器与电流检测电路连接，电流检测电路分别与异步控制中心、微控制中心连接，电压参考V_REF、电流检测电路同时与异步控制中心连接，异步控制中心与偏置电流产生模块连接，偏置电流产生模块分别与激光器和偏置电流测量电路连接，偏置电流测量电路以及电流检测电路分别与微控制中心连接，微控制中心与调制电流产生模块相连接，调制电流产生模块与偏置电流产生模块分别连接到激光器。

进一步的，所述探测器用于探测激光器发出的光，并将探测到的光转换成电流输出值电流检测电路；

所述电流检测电路用于检测出探测器的输出电流，将检测结果输出至微控制中心，以及将所述检测结果转换成探测器电压值输出至异步控制中心；

所述异步控制中心用于比较参考电压V_REF与所述探测器电压值的大小，根据比较结果自动修正需要输出的偏置电流，并输出到偏置电流产生模块；

所述偏置电流产生模块用于根据异步控制中心输入结果产生偏置电流驱动激光器发光，并将偏置电流复制输出到偏置电流测量电路；

所述偏置电流测量电路用于测量偏置电流产生模块产生的偏置电流，并将结果输出至微控制中心；

所述微控制中心用于根据偏置电流测量电路测量出的偏置电流、电流检测电路测量的探测器电流计算得出需要的调制电流，并将该调制电流数据输出至调制电流产生模块；

所述调制电流产生模块用于根据微控制中心输入的调制电流数据产生相应的调制电流，根据该调整电流驱动激光器实现“0”、“1”数据变化。

采用本发明的方案后，装置可根据装置可根据激光器电流的变化自动对作用在激光器上的偏置电流、调制电流进行修正，从而光模块在宽温度范围条件下，保持稳定的光功率和消光比输出。

为了更好的实现对消光比的自适应调整，申请人在本发明的基础上还提出了一种光模块消光比自适应调整装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1、通过调整参考电压V_REF，从而确定出电流检测电路检测到的初始偏置电流和初始探测器电流；

S2、通过调整微控制中心的调制电流数值；从而确定出初始调制电流值；

S3、微控制中心根据初始偏置电流、初始探测器电流以及初始调制电流值，确定出光模块的初始的第一转换效率；

S4、根据该初始的第一转换效率计算出恒定的第二转换效率；

S5、在温度发生变换时，第一转换效率则发生变换，微控制中心根据实时探测器电流，计算出当前温度的第一转换效率，结合第二转换效率计算出当前温度条件下达到目标消光比所需的调制电流；

S6、在调制电流产生模块中产生该所需的调制电流，根据产生的调制电流驱动激光器输出，将消光比调整回到目标消光比。

优选的，所述初始偏置电流和初始探测器电流是通过如下获得：使用光功率计测量激光器的输出平均光功率，反复调整参考电压V_REF直至激光器的输出平均光功率达到目标值为止，此时，电流检测电路检测到的探测器电流即为初始探测器电流，偏置电流测量电路测得的结果即为初始偏置电流。

优选的，所述初始调制电流是通过如下获得：示波器监控激光器的输出消光比，反复调整微控制中心的调制电流数值，直到激光器的输出消光比满足其目标消光比为止，此时的调制电流即为初始调制电流数值。

优选的，所述第一转换效率根据如下获得：

其中，P₀表示初始光功率，也即目标光功率；I_pd0表示初始光功率P₀对应的探测器电流，其比例系数为K；P₁表示温度变化后的光功率；I_pd1表示P₁光功率对应的探测器电流，其比例系数也为K；表示初始的第一转换效率；K₁表示温度变化后的第一转换效率；I_biaso表示为初始偏置电流；I_bias1表示为温度变化后的偏置电流。

另外，为完成第一转换效率K₁的计算，需监控探测器电流，当I_pd1等于I_pd0后才能采样偏置电流(I_bias1)，最后完成计算。

进一步的，第二转换效率的获取方式包括：

其中，EXT表示目标消光比；I_biaso表示为初始偏置电流；I_mod0表示初始调制电流；表示初始的第一转换效率；K₂表示第二转换效率。

进一步的，当前温度条件下达到目标消光比所需的调制电流是根据如下方式获取：

其中，I_bias表示为实时偏置电流；I_mod表示为所需的调制电流值。

可以理解的是，本发明中，所述探测器、电流检测电路、参考电压V_REF、异步控制中心、偏置电流产生模块与激光器顺次连接形成第一闭环环路；

所述探测器、电流检测电路、参考电压V_REF、异步控制中心、偏置电流产生模块、偏置电流测量电路、微控制中心、调制电流产生模块与激光器顺次连接形成第二闭环环路。

前述方法的原理是：本领域技术人员应该清楚：

第一，激光器输出平均光功率可以通过电流检测电路、异步控制中心自动调整等组成的闭环环路实现控制，达到稳定输出的目的；

第二、激光器偏置电流与调制电流的驱动电路相同，最终效果只是偏置电流与调制电流的叠加；因此，二者转换成光功率的效率K1是相同的；

第三、激光器调制电流产生后需进行匹配、耦合到偏置电流电路，故而带来传输效率K2，但该传输效率为电路所固有，固定不变。

本专利基于上述三点，有以下有益效果：

1、本发明基于闭环设置，通过设置两个闭环环路，能够将消光比固定在一个较窄的范围，利于光模块的批量生产；

2、本发明的第一闭环环路抛开了温度测量，能够自动稳定激光器输出平均光功率；该环路使用探测器探测出激光器发出光的光功率；使用电流检测电路检测出探测器探测到的电流大小，进而确定功率大小；异步控制中心通过比较参考电压V_REF、电流检测电路输出的电压值自动修正偏置电流数据，偏置电流产生模块根据异步控制中心电流数据产生对应的偏置电流，从而驱动激光器发光；

3、本发明的第二闭环环路在不测量温度的条件下，实现消光比的自适应调整。该环路通过探测器、电流检测电路检测激光器功率对应的电流；通过偏置电流测量电路测量闭环环路1中的偏置电流；微处理中心根据预存的初始值计算转换效率K₁、K₂，然后再根据激光器功率比列电流、偏置电流的大小计算目标消光比需要的调制电流数值；调制电流产生模块根据调制电流数值产生对应的调制电流驱动激光器，使激光器完成“1”、“0”变化，从而实现消光比自适应修正。

附图说明

图1为本发明的电气原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明的一种光模块消光比自适应调整装置，包括：探测器、激光器、异步控制中心、偏置电流产生模块、偏置电流测量电路、电流检测电路、微控制中心、调制电流产生模块及电压参考V_REF；

其中，探测器与电流检测电路连接，电流检测电路分别与异步控制中心、微控制中心连接，电压参考V_REF、电流检测电路同时与异步控制中心连接，异步控制中心与偏置电流产生模块连接，偏置电流产生模块分别与激光器和偏置电流测量电路连接，偏置电流测量电路以及电流检测电路分别与微控制中心连接，微控制中心与调制电流产生模块相连接，调制电流产生模块与偏置电流产生模块分别连接到激光器。

进一步的，所述探测器用于探测激光器发出的光，并将探测到的光转换成电流输出值电流检测电路；

所述电流检测电路用于检测出探测器的输出电流，将检测结果输出至微控制中心，以及将所述检测结果转换成探测器电压值输出至异步控制中心；

所述异步控制中心用于比较参考电压V_REF与所述探测器电压值的大小，根据比较结果自动修正需要输出的偏置电流，并输出到偏置电流产生模块；

所述偏置电流产生模块用于根据异步控制中心输入结果产生偏置电流驱动激光器发光，并将偏置电流复制输出到偏置电流测量电路；

所述偏置电流测量电路用于测量偏置电流产生模块产生的偏置电流，并将结果输出至微控制中心；

所述微控制中心用于根据偏置电流测量电路测量出的偏置电流、电流检测电路测量的探测器电流计算得出需要的调制电流，并将该调制电流数据输出至调制电流产生模块；

所述调制电流产生模块用于根据微控制中心输入的调制电流数据产生相应的调制电流，根据该调整电流驱动激光器实现“0”、“1”数据变化。

在本发明装置的基础上，本发明的对该装置提出了一种控制方法，即一种光模块消光比自适应调整装置的控制方法，本发明基于双闭环控制、双转换系数控制及激光器驱动等原理，通过软、硬结合的方式实现了光模块输出光消光比的自适应调整，从而达到将消光比稳定在较窄范围内的目的；

根据LD驱动原理，调制电流转换成功率的效率除了转换效率K₁外，还包括电路反射等，将此等因素带来的转换效率因子设为K₂，则可以根据下式(1)计算出K₂的大小，K₂为电路所固有，不会随温度等变化而变化：

上式(1)中，EXT为目标消光比(常数)，P₁₀为“1”初始功率，P₀₀为“0”初始功率，P_avg0为初始偏置电流功率，P_mod0为调制电流功率，I_bias0为初始偏置电流，I_mod0为初始调制电流。

具体实施可按照以下几个步骤进行：

1)常温条件下，使用光功率计测量激光器激光器的输出平均光功率，反复调整V_REF直至激光器的输出平均光功率达到目标值为止，此时探测器电流检测电路检测到的探测器电流即为初始探测器电流，偏置电流测量电路测得的结果即为初始偏置电流，将两种电流的初始值预存进微控制中心；

2)常温条件下，使用示波器监控激光器激光器的输出消光比，反复调整微控制中心的调制电流数值直到激光器的输出消光比满足目标值为止，此时的调制电流即为初始调制电流数值；

3)微控制中心根据下式(2)计算出初始第一转换效率K₁ ⁰：

上式(2)中，P₀表示初始光功率，也即目标光功率(常数)，I_bias0为当前条件的实时探测器电流，此处为初始偏置电流。

4)微控制中心根据下式(3)计算出电路传输系数K₂：

上式(3)中，EXT为目标消光比(常数)，I_bias0为初始偏置电流，I_mod0为初始调制电流。

5)当温度变化后，首先，第一闭环环路会自动稳定光模块的输出平均光功率，稳定后I_pd1等于I_pd0；然后，微控制中心会对稳定后的偏置电流进行采样，并计算出当前温度下K₁的数值。此时，I_bias0、K₂及EXT均为已知量，故可根据下式(4)计算出当前温度下达到目标消光比所需要的调制电流数值：

6)调制电流产生模块根据5)得到的调制电流驱动数值调整驱动输出，将消光比调整回目标消光比；

7)按预设的周期重复5)、6)步骤使光模块输出消光比在任何温度条件下均维持在目标消光比附近，从而实现消光比较窄范围内的自适应功能。

采用本发明方案后，光模块在运行过程中不需要测量温度就可以自动、连续地调节激光器的工作参数，完成目标消光比的自适应匹配。

本发明在常温条件下使用光功率计、示波器等仪器设备，通过调整参考电压V_REF确定初始偏置电流、初始探测器电流，通过调整调制电流确定初始调制电流数值，而微处理中心会根据初始偏置电流、初始探测器电流计算K₁，并结合初始调制电流等参数自动计算得出该光模块传输效率K₂的取值；光模块正常工作温度发生变化后，微处理中心会根据实时探测器电流、偏置电流计算出实时K₁的取值，然后再结合K₂计算出当前温度条件下达到目标消光比需要的调制电流取值，最后通过调制电流产生模块调整消光比；该过程在光模块正常运行中会按照预设周期(一般设置为几十毫秒)反复进行，反复的消光比调整过程则可达到光模块消光比自适应要求。

本领域普通技术人员可以理解上述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：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光模块消光比自适应调整装置，其特征在于：所述光模块消光比自适应调整装置包括探测器、激光器、异步控制中心、偏置电流产生模块、偏置电流测量电路、电流检测电路、微控制中心、调制电流产生模块及电压参考V_REF；其中，

探测器与电流检测电路连接，电流检测电路分别与异步控制中心、微控制中心连接，电压参考V_REF与异步控制中心连接，异步控制中心与偏置电流产生模块连接，偏置电流产生模块分别与激光器和偏置电流测量电路连接，偏置电流测量电路以及电流检测电路分别与微控制中心连接，微控制中心与调制电流产生模块相连接，调制电流产生模块与偏置电流产生模块分别连接到激光器。

2.根据权利要求1所述的一种光模块消光比自适应调整装置，其特征在于：

所述探测器用于探测激光器发出的光，并将探测到的光转换成电流输出到电流检测电路；

所述电流检测电路用于检测出探测器的输出电流，将检测结果输出至微控制中心，以及将所述检测结果转换成探测器电压值输出至异步控制中心；

所述异步控制中心用于比较参考电压V_REF与所述探测器电压值的大小，根据比较结果自动修正需要输出的偏置电流，并输出到偏置电流产生模块；

所述偏置电流产生模块用于根据异步控制中心输入结果产生偏置电流驱动激光器发光，并将偏置电流复制输出到偏置电流测量电路；

所述偏置电流测量电路用于测量偏置电流产生模块产生的偏置电流，并将结果输出至微控制中心；

所述微控制中心用于根据偏置电流测量电路测量出的偏置电流、电流检测电路测量的探测器电流计算得出需要的调制电流，并将该调制电流数据输出至调制电流产生模块；

所述调制电流产生模块用于根据微控制中心输入的调制电流数据产生相应的调制电流，根据该调整电流驱动激光器实现“0”、“1”数据变化。

3.用于控制如权利要求1～2任一所述的一种光模块消光比自适应调整装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

S1、通过调整参考电压V_REF，从而确定出电流检测电路检测到的初始偏置电流和初始探测器电流；

S2、通过调整微控制中心的调制电流数值；从而确定出初始调制电流值；

S3、微控制中心根据初始偏置电流、初始探测器电流以及初始调制电流值，确定出光模块的初始的第一转换效率；

S4、根据该初始的第一转换效率计算出恒定的第二转换效率；

S5、在温度发生变换时，第一转换效率则发生变换，微控制中心根据实时探测器电流，计算出当前温度的第一转换效率，结合第二转换效率计算出当前温度条件下达到目标消光比所需的调制电流；

S6、在调制电流产生模块中产生该所需的调制电流，根据产生的调制电流驱动激光器输出，将消光比调整回到目标消光比。

4.根据权利要求3所述的光模块消光比自适应调整装置的控制方法，其特征在于：所述初始偏置电流和初始探测器电流是通过如下获得：使用光功率计测量激光器的输出平均光功率，反复调整参考电压V_REF直至激光器的输出平均光功率达到目标值为止，此时，电流检测电路检测到的探测器电流即为初始探测器电流，偏置电流测量电路测得的结果即为初始偏置电流。

5.根据权利要求3所述的光模块消光比自适应调整装置的控制方法，其特征在于：所述初始调制电流是通过如下获得：示波器监控激光器的输出消光比，反复调整微控制中心的调制电流数值，直到激光器的输出消光比满足其目标消光比为止，此时的调制电流即为初始调制电流数值。

6.根据权利要求3所述的光模块消光比自适应调整装置的控制方法，其特征在于：所述第一转换效率根据如下获得：

其中，P₀表示初始光功率，也即目标光功率；I_pd0表示初始光功率P₀对应的探测器电流，其比例系数为K；P₁表示温度变化后的光功率；I_pd1表示P₁光功率对应的探测器电流，其比例系数也为K；表示初始的第一转换效率；K₁表示温度变化后的第一转换效率；I_biaso表示为初始偏置电流；I_bias1表示为温度变化后的偏置电流。

7.根据权利要求6所述的光模块消光比自适应调整装置的控制方法，其特征在于：第二转换效率的获取方式包括：

其中，EXT表示目标消光比；I_biaso表示为初始偏置电流；I_mod0表示初始调制电流；表示初始的第一转换效率；K₂表示第二转换效率。

8.根据权利要求7所述的光模块消光比自适应调整装置的控制方法，其特征在于：当前温度条件下达到目标消光比所需的调制电流是根据如下方式获取：

其中，I_bias表示为实时偏置电流；I_mod表示为所需的调制电流值。