CN110112649A - 低成本自动标定dfb激光器波长的方法及装置 - Google Patents

低成本自动标定dfb激光器波长的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法，该方法包括：步骤1、光强采样模块采集数字量；步骤2、温度控制模块控制激光器温度调整；步骤3、找到最大光强对应的激光器温度。该方法无需价格昂贵的光谱仪，无需人工干预，标定一只激光器的时间在几分钟以内，节约了研发生产成本和人力成本，提高工作效率。

Description

低成本自动标定DFB激光器波长的方法及装置
技术领域
本发明涉及光纤通信中激光器波长的标定方式，尤其是波分复用的光纤通信系统中，具体地，涉及一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法及装置。
背景技术
DFB(Distributed Feedback Lase)激光器，即分布反馈式激光器，最大特点是具有非常好的单色性(即光谱纯度)，但是激光器的温度会影响其内部光栅的距离从而影响激光器的波长。为了使激光器波长稳定，一般会将激光器与TEC封装在一起，再通过实时监控激光器的温度调整TEC的电流大小来控制激光器的温度。所以，在实际应用中，激光器都会有波长标定这一步骤。
现有激光器波长标定的方法如下：1、将蝶形封装激光器放置在专用的工装上，触发激光器使其发光；2、将激光器与光谱仪连接，通过上位机软件调节激光器温度，观察其中心谱线，当光谱与要求一致，保存这个温度值，完成标定。但是，此标定方法需要一个高价值的光谱仪，对人员操作技能要求较高，整个标定流程步骤复杂。
因此，急需要提供一种省时省力的低成本自动标定DFB激光器波长的方法及装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法，该方法无需价格昂贵的光谱仪，无需人工干预，标定一只激光器的时间在几分钟以内，节约了研发生产成本和人力成本，提高工作效率。
本发明的另一个目的是提供一种低成本自动标定DFB激光器波长的装置，该装置结构简单、使用方便，操作易掌握，省时省力。
为了实现上述目的，本发明提供了一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法，该方法包括：
步骤1、光强采样模块采集数字量；
步骤2、温度控制模块控制激光器温度调整；
步骤3、找到最大光强对应的激光器温度。
优选地，步骤1包括触发与驱动电路产生所需频率与脉宽的电子学信号，触发激光器发光，激光器与密集型光波复用模块相连，输出光连接至光强采集模块，光强采集模块将采集到的光功率发送给微控制器。
优选地，步骤2包括微处理器运用PID算法控制温控模块的工作，温控模块通过采集热敏电阻温度，控制TEC上电流的大小与方向以控制激光器温度。
优选地，步骤3包括光强采集模块将采集到的光强反馈给微控制器，微控制器通过温控模块提高激光器温度，如果此时光强采集模块采集的光强增加，再继续提高温度，直到找到光强最大的点；如果此时光强采集模块采集的光强减小，降低此时激光器的温度，直到找到光强最大的点。找到后记录此时的温度，并保存到微控制器的flash中，完成本次标定。
本发明还提供了一种低成本自动标定DFB激光器波长的装置，包括激光器模块和光强采样模块；激光器模块包括触发和驱动模块、激光器、温控模块和微控制器，光强采样模块包括密集型光波分复用模块和光强采集模块；其中，
触发和驱动模块产生所需频率与脉宽的电子学信号以触发激光器发光，微处理器上包括一个PID算法并能够控制温控模块的工作，激光器的尾纤通过法兰与密集型光波复用模块相连，密集型光波复用模块输出光连接至光强采集模块，光强采集模块能够将采集到的光功率发送给微控制器。
优选地，激光器模块中自带热敏电阻和TEC，温控模块通过采集热敏电阻的温度来控制TEC上电流的大小与方向，以控制激光器温度。
优选地，温控模块包括数模转换器、数模转换器和TEC控制电路，通过闭环控制的方式以精密控制激光器温度。
优选地，光强采集模块包含一个光电二极管、一个运算放大电路和一个模数转换器，其中，光电二极管将光学信号转为电信号，再通过调整运算放大器的增益，将电信号调整至合适范围，模数转换器将电信号转为数字信号传递给微控制器。
优选地，该装置还包括与密集型光波分复用模块连接的温度控制器。
根据上述技术方案，本发明使用密集型光波分复用模块作为光滤波器，利用滤波器只允许通过固定波长的光信号，对带外光信号衰减很大。这样，可以通过采集通过波分复用模块之后的光信号，找到光强最大点所对应的激光器温度来标定此时的激光器波长与波分复用模块波张一致。同时，在标定过程中无需价格昂贵的光谱仪，无需人工干预，标定一只激光器的时间在几分钟以内，节约了研发生产成本和人力成本，提高工作效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有的标定激光器波长方法的示意图；
图2是根据本发明提供的一种低成本自动标定DFB激光器波长的装置的结构示意图；
图3是根据本发明提供的一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
现有常用的标定激光其波长的方法如图1所示，其中，触发与驱动模块可产生所需频率、脉宽的电学信号，驱动激光器发光；激光器模块中自带热敏电阻，可通过外围电路采集激光器实时温度，同时该模块还包括一个TEC，通过控制TEC的电流大小达到给激光器制冷、制热的作用；温控模块中包含数模转换器、数模转换器和TEC控制电路，通过闭环控制的方式，达到精密控制激光器温度的作用。将激光器与光谱仪相连，通过上位机控制激光器的温度，再观察光谱仪上的光谱，人工找到最合适的光谱，记下此时的激光器温度，再通过上位机将这个值写入微型处理器中，完成整个标定。
其系统的工作流程如下：触发与驱动电路产生所需频率与脉宽的电子学信号，触发激光器发光，温控模块通过采集热敏电阻温度，控制TEC上电流的大小与方向，达到控制激光器温度的作用，微处理器上包括一个PID算法，控制温控模块的工作，激光器的尾纤通过法兰与光谱仪相连，同时该微型处理器与上位机通过串口或者USB等通信接口与上位机相连，实现温度的上传与写入。
参见图3，本发明提供一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法，该方法包括：
步骤1、光强采样模块采集数字量；
步骤2、温度控制模块控制激光器温度调整；
步骤3、找到最大光强对应的激光器温度。
步骤1包括触发与驱动电路产生所需频率与脉宽的电子学信号，触发激光器发光，激光器与密集型光波复用模块相连，输出光连接至光强采集模块，光强采集模块将采集到的光功率发送给微控制器。
步骤2包括微处理器运用PID算法控制温控模块的工作，温控模块通过采集热敏电阻温度，控制TEC上电流的大小与方向以控制激光器温度。
步骤3包括光强采集模块将采集到的光强反馈给微控制器，微控制器通过温控模块提高激光器温度，如果此时光强采集模块采集的光强增加，再继续提高温度，直到找到光强最大的点；如果此时光强采集模块采集的光强减小，降低此时激光器的温度，直到找到光强最大的点。找到后记录此时的温度，并保存到微控制器的flash中，完成本次标定。
其中，触发与驱动模块可产生所需频率、脉宽的电学信号，驱动激光器发光；激光器模块中自带热敏电阻，可通过外围电路采集激光器实时温度，同时该模块还包括一个TEC，通过控制TEC的电流大小达到给激光器制冷、制热的作用；温控模块中包含数模转换器、数模转换器和TEC控制电路，通过闭环控制的方式，达到精密控制激光器温度的作用；密集型光波分复用模块是一个光滤波器，只能通过特定波段的光波，并且带外衰减很大；光强采集模块包含一个光电二极管和一个运算放大电路和一个模数转换器，光电二极管将光学信号转为电信号，再通过调整运算放大器的增益，将电信号调整至合适的范围，模数转换器将该信号转为数字信号传给微控制器模块。
工作流程如下：触发与驱动电路产生所需频率与脉宽的电子学信号，触发激光器发光，温控模块通过采集热敏电阻温度，控制TEC上电流的大小与方向，达到控制激光器温度的作用，微处理器上包括一个PID算法，控制温控模块的工作，激光器的尾纤通过法兰与密集型光波复用模块相连，其输出光连接至光强采集模块，光强采集模块将采集到的光功率发送给微控制器。
在该发明中，密集型光波复用模块只可以通过特定波长的光信号，对其他波长的光衰减很大，-3dB带宽可集中在0.08nm范围内，带外衰减可达50dB。利用这一特性，可通过监控通过密集型光波复用模块的光强大小，来标定该激光器的波长。比如使用1550.92nm的光信号通过1550.92nm的密集型光波复用模块，光强几乎没有衰减，但是如果波长不一致，光强会衰减。
光强采集模块将采集到的光强反馈给微型处理器，微型处理器通过温控模块提高激光器温度，如果此时光强采集模块采集的光强增加，再继续提高温度，直到找到光强最大的点；如果此时光强采集模块采集的光强减小，降低此时激光器的温度，知道找到光强最大的点。记录此时的温度，并保存到微处理器的flash中，完成本次标定。
在光强采集模块中，可使用平滑算法来去除光强的抖动，在温控模块中，可使用比例积分微分算法来实现精密温度控制。
参见图2，本发明还提供一种低成本自动标定DFB激光器波长的装置，包括激光器模块和光强采样模块；激光器模块包括触发和驱动模块、激光器、温控模块和微控制器，光强采样模块包括密集型光波分复用模块和光强采集模块；其中，
触发和驱动模块产生所需频率与脉宽的电子学信号以触发激光器发光，微处理器上包括一个PID算法并能够控制温控模块的工作，激光器的尾纤通过法兰与密集型光波复用模块相连，密集型光波复用模块输出光连接至光强采集模块，光强采集模块能够将采集到的光功率发送给微控制器。
激光器模块中自带热敏电阻和TEC，温控模块通过采集热敏电阻的温度来控制TEC上电流的大小与方向，以控制激光器温度。
温控模块包括数模转换器、数模转换器和TEC控制电路，通过闭环控制的方式以精密控制激光器温度。
光强采集模块包含一个光电二极管、一个运算放大电路和一个模数转换器，其中，光电二极管将光学信号转为电信号，再通过调整运算放大器的增益，将电信号调整至合适范围，模数转换器将电信号转为数字信号传递给微控制器。
该装置还包括与密集型光波分复用模块连接的温度控制器，以保证其波长的稳定性。
测试一、使用现有常用的标定激光其波长的方法
测试环境：室温25℃
测试方法：取三支中心波长为1550.92nm的激光器，使用光谱仪测试波长，标定后再使用光谱仪测试波长
结论：测试发现，使用该方法标定激光器偏差很小，在0.1nm以内。
测试二、使用本发明提供的低成本自动标定DFB激光器波长的方法和装置
测试环境：室温25℃
测试方法：取一支中心波长为1550.92nm的激光器，使用标定装置进行测试，记录标定时间与标定后波长
结论：测试发现，该方法标定激光器时间很短(3分钟以内)，标定波长偏差很小，在0.1nm。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种低成本自动标定DFB激光器波长的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1、光强采样模块采集数字量；
步骤2、温度控制模块控制激光器温度调整；
步骤3、找到最大光强对应的激光器温度。
2.根据权利要求1所述的低成本自动标定DFB激光器波长的方法，其特征在于，步骤1包括触发与驱动电路产生所需频率与脉宽的电子学信号，触发激光器发光，激光器与密集型光波复用模块相连，输出光连接至光强采集模块，光强采集模块将采集到的光功率发送给微控制器。
3.根据权利要求1所述的低成本自动标定DFB激光器波长的方法，其特征在于，步骤2包括微处理器运用PID算法控制温控模块的工作，温控模块通过采集热敏电阻温度，控制TEC上电流的大小与方向以控制激光器温度。
4.根据权利要求1所述的低成本自动标定DFB激光器波长的方法，其特征在于，步骤3包括光强采集模块将采集到的光强反馈给微控制器，微控制器通过温控模块提高激光器温度，如果此时光强采集模块采集的光强增加，再继续提高温度，直到找到光强最大的点；如果此时光强采集模块采集的光强减小，降低此时激光器的温度，直到找到光强最大的点。找到后记录此时的温度，并保存到微控制器的flash中，完成本次标定。
5.一种低成本自动标定DFB激光器波长的装置，其特征在于，包括激光器模块和光强采样模块；激光器模块包括触发和驱动模块、激光器、温控模块和微控制器，光强采样模块包括密集型光波分复用模块和光强采集模块；其中，
触发和驱动模块产生所需频率与脉宽的电子学信号以触发激光器发光，微处理器上包括一个PID算法并能够控制温控模块的工作，激光器的尾纤通过法兰与密集型光波复用模块相连，密集型光波复用模块输出光连接至光强采集模块，光强采集模块能够将采集到的光功率发送给微控制器。
6.根据权利要求5所述的低成本自动标定DFB激光器波长的装置，其特征在于，激光器模块中自带热敏电阻和TEC，温控模块通过采集热敏电阻的温度来控制TEC上电流的大小与方向，以控制激光器温度。
7.根据权利要求6所述的低成本自动标定DFB激光器波长的装置，其特征在于，温控模块包括数模转换器、数模转换器和TEC控制电路，通过闭环控制的方式以精密控制激光器温度。
8.根据权利要求5所述的低成本自动标定DFB激光器波长的装置，其特征在于，光强采集模块包含一个光电二极管、一个运算放大电路和一个模数转换器，其中，光电二极管将光学信号转为电信号，再通过调整运算放大器的增益，将电信号调整至合适范围，模数转换器将电信号转为数字信号传递给微控制器。
9.根据权利要求5所述的低成本自动标定DFB激光器波长的装置，其特征在于，该装置还包括与密集型光波分复用模块连接的温度控制器。
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