CN112088473B - 一种激光器的偏置电流控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种激光器的偏置电流控制方法及装置，使得激光器在老化后仍可以偏置在最佳工作点。方法包括：将电流扰动信号输入激光器；采集激光器的背光电流，该背光电流用于指示输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；然后，根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流；最后，在阈值电流上叠加加权电流值，得到激光器的偏置电流。

Description

一种激光器的偏置电流控制方法及装置

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及在一种激光器的偏置电流控制方法及装置。

背景技术

激光器广泛应用于各种短距离传输以及长距离传输的光纤通信场景中，通过向激光器注入偏置电流可以使得激光器发出激光。激光是一种相干光且频率稳定性高，因而激光器被广泛应用于发射机中，用以将待传输的数据信号转换为光信号，并通过光纤将光信号发射出去。

对于激光器来说，影响其工作的重要参数之一是阈值电流：当注入激光器的偏置电流小于该激光器的阈值电流时，激光器只能发射出荧光，输出的光功率近似为零；当注入激光器的偏置电流大于阈值电流时，激光器才能正常工作发出激光。通常，可以将激光器的阈值电流叠加加权电流值后得到的电流值作为偏置电流注入激光器，使得该激光器偏置在最佳工作点。

但是，在激光器的使用过程中，随着激光器的老化，激光器的特征参数(例如阈值电流)会发生变化。在激光器的特征参数发生变化后，若还根据之前的特征参数来设置该激光器的偏置电流，会导致该激光器无法偏置在最佳工作点。

综上，亟需一种激光器的偏置电流控制方案，使得激光器在老化后仍可以偏置在最佳工作点。

发明内容

本申请实施例提供了一种激光器的偏置电流控制方法及装置，使得激光器在老化后仍可以偏置在最佳工作点。

第一方面，本申请实施例提供一种激光器的偏置电流控制方法，该方法包括如下步骤：将电流扰动信号输入激光器；采集激光器的背光电流，该背光电流用于指示输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流；在阈值电流上叠加加权电流值，得到激光器的偏置电流。

采用第一方面提供的偏置电流控制方法，根据输入激光器的电流扰动信号以及采集到的背光电流确定该激光器的阈值电流，进而确定该激光器的偏置电流，因而可以实时监测该激光器的阈值电流变化，从而准确地配置输入该激光器的偏置电流。当激光器由于老化而导致特征参数(例如阈值电流)发生变化时，上述方法可以适应性调整偏置电流值，将采用上述方法确定的偏置电流输入该激光器，可以使得该激光器在发生老化现象后仍可以偏置在最佳工作点。

在上述方法中，电流扰动信号为以下任一种：方波信号；正弦波信号；周期性方波信号；周期性正弦波信号。

无论何种类型的电流扰动信号，只要该电流扰动信号输入激光器后使得激光器发出激光，就可以通过激光器的输出光功率与电流扰动信号的关系确定该激光器当前的阈值电流。

具体地，采集激光器的背光电流，可以通过如下方式实现：在电流扰动信号的每个正半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值；并，在电流扰动信号的每个负半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值，N≥1。

采用上述实现方式，可以采样得到2N个电流值与2N个输出光功率，根据二者的对应关系可以确定该激光器的光功率-电流特性曲线，从而确定该激光器当前的阈值电流。由于采样数据量可以根据需求进行设置(即N的数值可根据需求进行设置)，因而通过多个采样数据确定的阈值电流的数据更为准确。

在上述方法中，背光电流用于指示输入电流扰动信号后激光器的输出光功率，因而可以根据激光器的背光电流获取该激光器的输出光功率。那么，根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流，可以通过以下方式实现：根据背光电流确定输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流。也就是说，可以先将采集的背光电流转换为相应的输出光功率，再根据输出光功率和电流扰动信号的关系确定阈值电流。

在一种可能的设计中，根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流，包括：根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线，该输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数(即光功率-电流特性曲线与横轴的交点)为阈值电流。

在一种可能的设计中，根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线，可以采用如下方式实现：根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，激光器的斜效率用于表征输出光功率-电流特性曲线的斜率；根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；根据激光器的斜效率以及截距确定激光器的输出光功率-电流特性曲线。

由于输出光功率-电流特性曲线是一次函数曲线，因而与其他确定一次函数曲线的方式类似，在确定输出光功率-电流特性曲线时，可以先根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，该斜效率即为输出光功率-电流特性曲线的斜率；然后，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；最后，根据激光器的斜效率以及截距确定激光器的输出光功率-电流特性曲线。

下面根据采样点数量以及电流扰动信号类型的不同，列举两种确定输出光功率-电流特性曲线(即确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距)的实现方式。

实现方式一

根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，可以符合下述公式要求：

其中，电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，T≥1，N为采集激光器的背光电流时每个正半周期或每个负半周期内的采样点的数量，

为正半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，

为负半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，δA为电流扰动信号的幅值。

此外，在实现方式一中，方波信号的波形可以理解为关于时间轴上下幅值对称的波形。在该方波信号的一个周期内存在正半周期和负半周期，该方波信号的幅值可以理解为该方波信号正半周期的幅值(或者负半周期的幅值)。

由于电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，且在每个正半周期和每个负半周期均采样N个点，因而在正半周期采样N*T个采样点，在负半周期采样N*T个采样点。

在实现方式一中，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距，可通过如下方式实现：根据正半周期内第一采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第一采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第一采样点为正半周期内的任一采样点；或者，根据负半周期内第二采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第二采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第二采样点为负半周期内的任一采样点。

上述确定输出光功率-电流特性曲线的截距的方案可以这样理解，在已知一次函数的斜率的情况下，再根据该一次函数上某个点(例如第一采样点或第二采样点)的横坐标及纵坐标即可确定该一次函数的截距。在输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线上，某个点的纵坐标即该点对应的输出光功率，某个点的横坐标即该点对应的电流扰动信号的值。

采用实现方式一，由于采样点的数量可以根据需求进行设置，因而可设置多个采样点，从而减小干扰、环境变化等因素导致的采样数据的误差，提高计算得到的阈值电流的准确性。

实现方式二

根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，可以符合下述公式要求：

其中，AD₁为采集激光器的背光电流时第三采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，AD₂为采集激光器的背光电流时第四采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，I₁为第三采样点对应的电流扰动信号的幅值，I₂为第四采样点对应的电流扰动信号的幅值。

此外，在实现方式二中，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距，可以通过如下方式实现：根据AD₁、I₁以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；或者，根据AD₂、I₂以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距。

在实现方式二中，对电流扰动信号的类型不做具体限定，同时，在采集背光电流时，仅选取两个采样点。需要说明的是，本申请实施例中，要根据采样得到的输出光功率和电流扰动信号的关系确定输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线，因而采样点至少为两个。

采用实现方式二，采样点数量较少、对电流扰动信号的类型不做限定，因而实现方式更为通用，且计算方式较为简单。

第二方面，本申请实施例提供一种激光器的偏置电流控制装置，该激光器包括处理器和采样单元。处理器，用于将电流扰动信号输入激光器；采样单元，用于采集激光器的背光电流，背光电流用于指示输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；处理器，还用于根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流；在阈值电流上叠加加权电流值，得到激光器的偏置电流。

其中，电流扰动信号为以下任一种：方波信号；正弦波信号；周期性方波信号；周期性正弦波信号。

具体地，采样单元在采集激光器的背光电流时，可具体用于：在电流扰动信号的每个正半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值；并，在电流扰动信号的每个负半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值，N≥1。

在一种可能的设计中，处理器在根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流时，可具体用于：根据背光电流确定输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流。

在上述实现方式中，处理器在根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流时，可具体用于：根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线，输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数为阈值电流。

此外，处理器在根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线时，可具体用于：根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，激光器的斜效率用于表征输出光功率-电流特性曲线的斜率；然后，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；最终，根据激光器的斜效率以及截距确定激光器的输出光功率-电流特性曲线。

在一种可能的设计中，处理器在根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率时，可以符合下述公式要求：

其中，电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，T≥1，N为采集激光器的背光电流时每个正半周期或每个负半周期内的采样点的数量，

为正半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，

为负半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，δA为电流扰动信号的幅值。

在一种可能的设计中，处理器在根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距时，可通过如下两种方式：

方式一

根据正半周期内第一采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第一采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第一采样点为正半周期内的任一采样点。

方式二

根据负半周期内第二采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第二采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第二采样点为负半周期内的任一采样点。

可选地，处理器在根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率时，可符合下述公式要求：

其中，AD₁为采集激光器的背光电流时第三采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，AD₂为采集激光器的背光电流时第四采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，I₁为第三采样点对应的电流扰动信号的幅值，I₂为第四采样点对应的电流扰动信号的幅值。

在一种可能的设计中，处理器在根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距时，可通过如下方式实现：根据AD₁、I₁以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；或者，根据AD₂、I₂以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面以及第一方面任意可能的设计中的方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品在被计算机调用时，使得计算机执行第一方面以及第一方面任意可能的设计中的方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种芯片，所述芯片与存储器相连，用于读取并执行所述存储器中存储的软件程序，以实现上述第一方面以及第一方面任意可能的设计中的方法。

第六方面，本申请实施例提供了一种芯片，所述芯片包含处理器和存储器，所述处理器用于读取所述存储器中存储的软件程序，以实现上述第一方面以及第一方面任意可能的设计中的方法。

另外，第二方面至第六方面中任一种可能设计方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种输出光功率-电流特性曲线；

图2为本申请实施例提供的一种激光器的偏置电流控制方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种激光器的偏置电流控制装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种激光器的偏置电流控制装置的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术中所述，当注入激光器的偏置电流小于阈值电流时，激光器输出的光功率近似为零；当注入激光器的偏置电流大于阈值电流时，激光器才能正常工作发出激光。通常，可以将激光器的阈值电流叠加加权电流值后得到的电流值作为偏置电流注入激光器，使得该激光器偏置在最佳工作点。

示例性地，某个激光器的输出光功率-电流特性曲线可以如图1所示。该输出光功率-电流特性曲线用于指示注入该激光器的偏置电流的值与该激光器输出的光功率之间的关系。该特性曲线与横轴的交点(即图1中的Ith)可以视为该激光器的阈值电流，当注入该激光器的偏置电流大于阈值电流时，激光器发出激光，该激光器的输出光功率大于零。通常，对于某些激光器来说，例如分布式反馈激光器(distributed feedback laser，DFB)，可以将阈值电流叠加加权电流值后得到的电流值作为偏置电流注入激光器，如图1所示，此时该激光器可以偏置在最佳工作点。

将激光器应用于发射机时，可以将根据如上方法设置的偏置电流叠加待发送的数据信号(如图1所示)后得到调制电流，根据调制电流产生对应强度的光信号，并发射该光信号。该光信号承载了数据信号的信息，接收机在接收到该光信号后，可以通过光电转换和解调等过程还原出该数据信号，从而实现数据信号从发射机传输至接收机。

在激光器的使用过程中，随着激光器的老化，阈值电流等特征参数会发生变化，即激光器最佳工作点对应的偏置电流值也发生变化。因而，亟需一种激光器的偏置电流控制方案，使得激光器在老化后仍可以偏置在最佳工作点。

针对上述问题，本申请实施例提供一种激光器的偏置电流控制方法及装置，使得激光器在老化后仍可以偏置在最佳工作点。其中，方法和装置是基于同一发明构思的，由于方法及装置解决问题的原理相似，因此装置与方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。

需要说明的是，本申请实施例中所涉及的多个，是指两个或两个以上。另外，需要理解的是，在本申请实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

参见图2，为本申请实施例提供的一种激光器的偏置电流控制方法的流程示意图。该方法包括如下步骤。

S201：将电流扰动信号输入激光器。

其中，该激光器可以是前述DFB。尤其是对于不带制冷装置的DFB，由于温度变化易导致不带制冷装置的DFB发生老化现象，因而可采用本申请实施例提供的偏置电流控制方案来跟踪老化现象、为该激光器配置合适的偏置电流。

本申请实施例中，电流扰动信号是用来检测该激光器当前的阈值电流。而阈值电流可以通过该激光器的输出光功率-电流特性曲线体现(即，输出光功率-电流特性曲线体现与横轴的交点为阈值电流)，因此，可以通过对比输入的电流扰动信号以及输入电流扰动信号后该激光器的输出光功率，来确定该激光器的输出光功率-电流特性曲线，从而确定该激光器当前的阈值电流。

具体地，电流扰动信号的类型可以有多种，包括但不限于方波信号、正弦波信号、周期性方波信号、周期性正弦波信号。无论何种类型的电流扰动信号，只要该电流扰动信号输入激光器后使得激光器发出激光，就可以通过激光器的输出光功率与电流扰动信号的关系确定该激光器当前的阈值电流。

需要说明的是，由于电流扰动信号输入激光器后，激光器发出激光后才能确定激光器的输出光功率与电流扰动信号的关系，因此，电流扰动信号的幅值不宜过小，电流扰动信号的幅值应使得激光器能够发出激光。

S202：采集激光器的背光电流。

其中，背光电流用于指示输入电流扰动信号后激光器的输出光功率。例如，背光电流与输出光功率在一定范围内可以呈线性关系，通过采集的背光电流的值，可以确定该激光器的输出光功率。当然，在某些范围内，输出光功率和背光电流可能不是线性关系，但对于某个激光器来说，其输出光功率和背光电流的关系可以通过现有技术中的方式获取，因而对本申请实施例来说，采集到激光器的背光电流，则可以根据激光器的背光电流获取该激光器的输出光功率。

例如，S201中在T1～T2时间段内将电流扰动信号输入至激光器，则S202中可以在T1～T2时间段内采集激光器的背光电流，由于背光电流可用于指示激光器的输出光功率，因而通过执行S201和S202，就可以获取到T1～T2时间段内输入的电流值与相应的输出光功率。

具体地，当电流扰动信号为周期信号时，S202中采集激光器的背光电流，可以通过如下方式实现：在电流扰动信号的每个正半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值；并，在电流扰动信号的每个负半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值，N≥1。

采用这种实现方式，可以采样得到2N个电流值与2N个输出光功率，根据二者的对应关系可以确定该激光器的光功率-电流特性曲线，从而确定该激光器当前的阈值电流。由于采样数据量可以根据需求进行设置(即N的数值可根据需求进行设置)，因而通过多个采样数据确定的阈值电流的数据更为准确。

S203：根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流。

在S203中，根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流，可以通过如下方式实现：根据背光电流确定输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流。也就是说，本申请实施例中，可以先将采集的背光电流转换为相应的输出光功率，再根据输出光功率和电流扰动信号的关系确定阈值电流。

具体地，在上述实现方式中，根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流，可以采用如下方式：根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线，输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数(即光功率-电流特性曲线与横轴的交点)为阈值电流。

由于输出光功率-电流特性曲线是一次函数曲线，因而与其他确定一次函数曲线的方式类似，在确定输出光功率-电流特性曲线时，可以先根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，该斜效率即为输出光功率-电流特性曲线的斜率；然后，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；最后，根据激光器的斜效率以及截距确定激光器的输出光功率-电流特性曲线。

如前所述，在S202中采集激光器的背光电流时，可以设置不同数量的采样点；此外，本申请实施例中，电流扰动信号的类型不同时，执行S203确定阈值电流的处理过程也会有所不同。

下面根据采样点数量以及电流扰动信号类型的不同，列举两种确定输出光功率-电流特性曲线(即确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距)的实现方式。

实现方式一

在实现方式一中，电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，T≥1；在采集激光器的背光电流时，在电流扰动信号的每个正半周期采样N个点，电流扰动信号的每个负半周期采样N个点。

在实现方式一中，根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，可以符合下述公式要求：

其中，

为正半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，

为负半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，δA为电流扰动信号的幅值。

在实现方式一中，方波信号的波形可以理解为关于时间轴上下幅值对称的波形。在该方波信号的一个周期内存在正半周期和负半周期，该方波信号的幅值可以理解为该方波信号正半周期的幅值(或者负半周期的幅值)。

由于电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，且在每个正半周期和每个负半周期均采样N个点，因而在正半周期采样N*T个采样点，在负半周期采样N*T个采样点。

在实现方式一中，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距，可以通过如下方式实现：根据正半周期内第一采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第一采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第一采样点为正半周期内的任一采样点；或者，根据负半周期内第二采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第二采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第二采样点为负半周期内的任一采样点。

上述确定输出光功率-电流特性曲线的截距的方案可以这样理解，在已知一次函数的斜率的情况下，再根据该一次函数上某个点(例如第一采样点或第二采样点)的横坐标及纵坐标即可确定该一次函数的截距。在输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线上，某个点的纵坐标即该点对应的输出光功率，某个点的横坐标即该点对应的电流扰动信号的值。

根据实现方式一确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距后，确定该激光器的阈值电流的方式可以用如下公式表示：

P0＝I_th*K+B

其中，I_th为该激光器的阈值电流，K为该激光器的输出光功率-电流特性曲线的斜率，B为该激光器的输出光功率-电流特性曲线的截距。当P0取0时，即可根据K和B计算得到该激光器的阈值电流。

在实现方式一中，采样点的数量可以根据需求进行设置，且电流扰动信号为周期性方波信号，因而理论上方波信号的正半周期对应的输出光功率应该相同，且方波信号的负半周期对应的输出光功率也应该相同；但是实际实现时，由于干扰、环境变化等因素，方波信号的正半周期对应的N*T个输出光功率的值可能存在差异，方波信号的负半周期对应的N*T输出光功率的值也可能存在差异。采用实现方式一可以通过设置多个采样点并对多个采样点的数据累加后求均值来减少上述误差，从而提高计算得到的阈值电流的准确性。

实现方式二

在实现方式二中，对电流扰动信号的类型不做具体限定，同时，在采集背光电流时，仅选取两个采样点。需要说明的是，本申请实施例中，要根据采样得到的输出光功率和电流扰动信号的关系确定输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线，因而采样点至少为两个。

在实现方式二中，根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，可以符合下述公式要求：

其中，AD₁为采集激光器的背光电流时第三采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，AD₂为采集激光器的背光电流时第四采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，I₁为第三采样点对应的电流扰动信号的幅值，I₂为第四采样点对应的电流扰动信号的幅值。

在实现方式二中，根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距，可以通过如下方式实现：根据AD₁、I₁以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；或者，根据AD₂、I₂以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距。

实现方式二中确定输出光功率-电流特性曲线的截距的方案可以这样理解：在已知一次函数的斜率的情况下，再根据该一次函数上某个点(例如第三采样点或第四采样点)的横坐标及纵坐标即可确定该一次函数的截距。在输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线上，某个点的纵坐标即该点对应的输出光功率，某个点的横坐标即该点对应的电流扰动信号的值。

同样地，根据实现方式二确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距后，确定该激光器的阈值电流的方式可以用如下公式表示：

P0＝I_th*K+B

其中，I_th为该激光器的阈值电流，K为该激光器的输出光功率-电流特性曲线的斜率，B为该激光器的输出光功率-电流特性曲线的截距。当P0取0时，即可根据K和B计算得到该激光器的阈值电流。

通过以上介绍不难看出，实现方式二与实现方式一的区别在于：在采样点数量较多时，通过实现方式一计算得到的阈值电流的值更为准确；通过实现方式二计算阈值电流时，采样点数量较少、对电流扰动信号的类型不做限定，因而实现方式更为通用，且计算方式较为简单。

当然，本申请实施例中，确定输出光功率-电流特性曲线的方式不限于上述两种，只要将电流扰动信号输入激光器，并在输入电流扰动信号的时间段内采集一定数量(至少两个)的背光电流值，通过采集的背光电流值对应的输出光功率以及这些采样点上的电流扰动信号的关系，即可确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距，从而确定该激光器的阈值电流。

S204：在阈值电流上叠加加权电流值，得到激光器的偏置电流。

其中，对于某个特定的激光器来说，其加权电流值是一个固定值。因而在S203中得到的阈值电流上叠加加权电流值，即可得到该激光器的偏置电流。

具体地，S204中确定偏置电流的方式可以用如下公式表示：

I_bias＝I_th+I_Δ

其中，I_bias为根据图2所示方法确定的偏置电流，I_th为根据图2所示方法确定的该激光器的阈值电流，I_Δ为该激光器的加权电流值。

采用图2所示的偏置电流控制方法，根据输入激光器的电流扰动信号以及采集到的背光电流确定该激光器的阈值电流，进而确定该激光器的偏置电流，因而可以实时监测该激光器的阈值电流变化，从而准确地配置输入该激光器的偏置电流。当激光器由于老化而导致特征参数(例如阈值电流)发生变化时，采用图2所示方法可以适应性调整偏置电流值，将采用图2所示方法确定的偏置电流输入该激光器，可以使得该激光器在发生老化现象后仍可以偏置在最佳工作点。

实际实现时，可以周期性地执行图2所示方法，例如每一分钟或者每十分钟执行一次，从而可以实时更新激光器的偏置电流、自动跟踪激光器输出光功率-电流特性曲线的老化情况，使得激光器偏置在最佳工作点。此外，当监测到激光器老化严重或者监测到输出光功率-电流特性曲线的异常情况时，还可根据监测结果发出告警。

本申请实施例提供的偏置电流控制方案的应用场景可以有多种，包括但不限于城域光网络模块、短距离传输和长距离传输的客户侧模块等。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种激光器的偏置电流控制装置，该装置可用于执行图2所示的偏置电流控制方法。参见图3，该激光器的偏置电流控制装置300包括处理器301和采样单元302。

处理器301，用于将电流扰动信号输入激光器。

采样单元302，用于采集激光器的背光电流，背光电流用于指示输入电流扰动信号后激光器的输出光功率。

处理器301，还用于根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流；以及，在阈值电流上叠加加权电流值，得到激光器的偏置电流。

本申请实施例中对处理器301的具体类型不做限定，包括但不限于微控制系统(microcontroller unit，MCU)、中央处理器(central processing unit，CPU)、片上系统(system on chip，SOC)芯片、ARM(advanced RISC machine)处理器、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、专用处理器等具有计算处理能力的器件。此外，采样单元302可以由模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)组成，或者由集成有ADC和数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)的器件组成。

实际实现时，处理器301在将电流扰动信号输入激光器时，可以通过电流型数模转换器(IDAC)将处理器301输出的电流扰动信号由数字信号转换为模拟信号，以便将模拟形式的电流扰动信号输入至激光器，该IDAC可以集成在处理器301中，也可以独立于处理器301；采样单元302在采集激光器的背光电流时，可先通过与激光器集成在一起的背光探测器(monitor photodiode，MPD)探测背光电流，然后再通过采样单元302采集MPD探测到的背光电流。

需要说明的是，本申请实施例中将激光器的偏置电流控制装置划分为处理器301和采样单元302是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，处理器301和采样单元302可以集成在一个集成度较高的处理器中。

本申请实施例中，电流扰动信号可以为以下任一种：方波信号；正弦波信号；周期性方波信号；周期性正弦波信号。

具体地，采样单元302在采集激光器的背光电流时，可以通过如下方式实现：在电流扰动信号的每个正半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值；并，在电流扰动信号的每个负半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值，N≥1。

可选地，处理器301在根据背光电流和电流扰动信号确定激光器的阈值电流时，具体用于：根据背光电流确定输入电流扰动信号后激光器的输出光功率；根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流。

也就是说，处理器301可以先将采集的背光电流转换为相应的输出光功率，再根据输出光功率和电流扰动信号的关系确定阈值电流。

在上述实现方式中，处理器301在根据输出光功率和电流扰动信号确定阈值电流时，可以通过如下方式实现：根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线，输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数为阈值电流。

其中，输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数即光功率-电流特性曲线与横轴的交点。

由于输出光功率-电流特性曲线是一次函数曲线，因而与其他确定一次函数曲线的方式类似，处理器301在根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的输出光功率-电流特性曲线时，可以先根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率，激光器的斜效率用于表征输出光功率-电流特性曲线的斜率；然后根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；在确定该输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线的斜率和截距的情况下，可以确定该输出光功率-电流特性曲线。

在激光器的偏置电流控制装置300中，根据采样单元302采样数量的不同以及电流扰动信号类型的不同，处理器301确定阈值电流的处理过程也会有所不同。下面列举其中两种处理方式。

处理方式一

在处理方式一中，处理器301在根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率时，符合下述公式要求：

其中，电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，T≥1，N为采集激光器的背光电流时每个正半周期或每个负半周期内的采样点的数量，

为正半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，

为负半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，δA为电流扰动信号的幅值。

此外，处理器301在根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距时，可通过如下方式实现：根据正半周期内第一采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第一采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第一采样点为正半周期内的任一采样点；或者，根据负半周期内第二采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、第二采样点上对应的电流扰动信号以及斜效率，确定输出光功率-电流特性曲线的截距，第二采样点为负半周期内的任一采样点。

根据处理方式一确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距后，可确定该输出光功率-电流特性曲线。根据一次函数曲线的特性可知，输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数(即输出光功率-电流特性曲线与横轴的交点)为阈值电流。

处理方式二

在处理方式二中，处理器301在根据输出光功率和电流扰动信号确定激光器的斜效率时，符合下述公式要求：

其中，AD₁为采集激光器的背光电流时第三采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，AD₂为采集激光器的背光电流时第四采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，I₁为第三采样点对应的电流扰动信号的幅值，I₂为第四采样点对应的电流扰动信号的幅值。

此外，处理器301在根据输出光功率、电流扰动信号以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距时，具体用于：根据AD₁、I₁以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距；或者，根据AD₂、I₂以及斜效率确定输出光功率-电流特性曲线的截距。

处理方式二中确定输出光功率-电流特性曲线的截距的方案可以这样理解：在已知一次函数的斜率的情况下，再根据该一次函数上某个点(例如第三采样点或第四采样点)的横坐标及纵坐标即可确定该一次函数的截距。在输出光功率-电流特性曲线这一一次函数曲线上，某个点的纵坐标即该点对应的输出光功率，某个点的横坐标即该点对应的电流扰动信号的值。

根据处理方式二确定输出光功率-电流特性曲线的斜率和截距后，可确定该输出光功率-电流特性曲线。根据一次函数曲线的特性可知，输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数(即输出光功率-电流特性曲线与横轴的交点)为阈值电流。

需要说明的是，激光器的偏置电流控制装置300可用于执行图2所示的激光器的偏置电流控制方法，激光器的偏置电流控制装置300中未详尽描述的实现方式及技术效果可参见图2所示的激光器的偏置电流控制方法中的相关描述。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种激光器的偏置电流控制装置，该装置可用于执行图2所示的激光器的偏置电流控制方法，可以是与激光器的偏置电流控制装置300相同的装置。参见图4，该激光器的偏置电流控制装置包括MCU、IDAC、DA/AD。其中，MCU可视为图3所示激光器的偏置电流控制装置300中的处理器301的一个具体示例；DA/AD可视为图3所示激光器的偏置电流控制装置300中的采样单元302的一个具体示例。

可选地，该装置还可包括DFB以及与DFB集成在一起的MPD。当该装置包括MCU、IDAC、DA/AD、DFB及MPD时，该装置中除DFB之外的部分可视为图3所示的激光器的偏置电流控制装置300的一个具体示例，或者，该装置中除DFB和MPD之外的部分可视为图3所示的激光器的偏置电流控制装置300的一个具体示例。

如图4所示，MCU控制IDAC将电流扰动信号输入DFB中；与DFB集成在一起的MPD探测DFB的背光电流；然后，集成有AD/DA功能的转换器对MPD输出的背光电流进行采样，并将采样结果输出至MCU；MCU可通过执行图2所示方法中的S203～S204确定DFB的偏置电流。

可选地，在MCU确定DFB的偏置电流后，可控制IDAC将确定的偏置电流输入DFB，从而使得DFB偏置在最佳工作点。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种激光器的偏置电流控制方法，其特征在于，包括：

将电流扰动信号输入所述激光器；

采集所述激光器的背光电流，所述背光电流用于指示输入所述电流扰动信号后所述激光器的输出光功率；

根据所述背光电流和所述电流扰动信号确定所述激光器的阈值电流；

在所述阈值电流上叠加加权电流值，得到所述激光器的偏置电流，

其中，所述背光电流和所述输出光功率的转换关系满足所述激光器的输出光功率-电流特性曲线，所述激光器的输出光功率-电流特性曲线的斜率由所述激光器的斜效率表征，所述电流扰动信号为方波信号时，所述激光器的斜效率符合以下公式要求：

其中，所述电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，T≥1，N为采集所述激光器的背光电流时每个正半周期或每个负半周期内的采样点的数量，

为正半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，

为负半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，δA为所述电流扰动信号的幅值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述激光器的背光电流，包括：

在所述电流扰动信号的每个正半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值；并，在所述电流扰动信号的每个负半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值，N≥1。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述背光电流和所述电流扰动信号确定所述激光器的阈值电流，包括：

根据所述背光电流确定输入所述电流扰动信号后所述激光器的输出光功率；

根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述阈值电流。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述阈值电流，包括：

根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述激光器的输出光功率-电流特性曲线，所述输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数为所述阈值电流。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述激光器的输出光功率-电流特性曲线，包括：

根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述激光器的斜效率；

根据所述输出光功率、所述电流扰动信号以及所述斜效率确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距；

根据所述激光器的斜效率以及所述截距确定所述激光器的输出光功率-电流特性曲线。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述输出光功率、所述电流扰动信号以及所述斜效率确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距，包括：

根据所述正半周期内第一采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、所述第一采样点上对应的电流扰动信号以及所述斜效率，确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距，所述第一采样点为所述正半周期内的任一采样点；或者

根据所述负半周期内第二采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、所述第二采样点上对应的电流扰动信号以及所述斜效率，确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距，所述第二采样点为所述负半周期内的任一采样点。

7.一种激光器的偏置电流控制装置，其特征在于，包括：

处理器，用于将电流扰动信号输入所述激光器；

采样单元，用于采集所述激光器的背光电流，所述背光电流用于指示输入所述电流扰动信号后所述激光器的输出光功率；

所述处理器，还用于根据所述背光电流和所述电流扰动信号确定所述激光器的阈值电流；在所述阈值电流上叠加加权电流值，得到所述激光器的偏置电流，

其中，所述背光电流和所述输出光功率的转换关系满足所述激光器的输出光功率-电流特性曲线，所述激光器的输出光功率-电流特性曲线的斜率由所述激光器的斜效率表征，所述电流扰动信号为方波信号时，所述激光器的斜效率符合以下公式要求：

其中，所述电流扰动信号为包含T个周期性方波的方波信号，T≥1，N为采集所述激光器的背光电流时每个正半周期或每个负半周期内的采样点的数量，

为正半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，

为负半周期内的第i个采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率，δA为所述电流扰动信号的幅值。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采样单元在采集所述激光器的背光电流时，具体用于：

在所述电流扰动信号的每个正半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值；并，在所述电流扰动信号的每个负半周期内的N个采样点上采集N个背光电流值，N≥1。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述处理器在根据所述背光电流和所述电流扰动信号确定所述激光器的阈值电流时，具体用于：

根据所述背光电流确定输入所述电流扰动信号后所述激光器的输出光功率；

根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述阈值电流。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理器在根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述阈值电流时，具体用于：

根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述激光器的输出光功率-电流特性曲线，所述输出光功率-电流特性曲线的截距与斜率的比值的相反数为所述阈值电流。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述处理器在根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述激光器的输出光功率-电流特性曲线时，具体用于：

根据所述输出光功率和所述电流扰动信号确定所述激光器的斜效率；

根据所述输出光功率、所述电流扰动信号以及所述斜效率确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距；

根据所述激光器的斜效率以及所述截距确定所述激光器的输出光功率-电流特性曲线。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理器在根据所述输出光功率、所述电流扰动信号以及所述斜效率确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距时，具体用于：

根据所述正半周期内第一采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、所述第一采样点上对应的电流扰动信号以及所述斜效率，确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距，所述第一采样点为所述正半周期内的任一采样点；或者

根据所述负半周期内第二采样点上采集的背光电流值对应的输出光功率、所述第二采样点上对应的电流扰动信号以及所述斜效率，确定所述输出光功率-电流特性曲线的截距，所述第二采样点为所述负半周期内的任一采样点。

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