CN112290370B - 一种ase光源恒定功率控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ASE光源恒定功率控制装置及方法。所述装置包括掺铒光纤保温盒、掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器、以及保温箱温度控制模块。所述方法包括掺铒光纤温度控制:将掺铒光纤置于保温环境中,并进行环境温度检测,控制环境温度在所述掺铒光纤的工作温度,所述掺铒光纤的工作温度在50至54℃之间。本发明通过对掺铒光纤工作温度的控制,维持掺铒光纤工作的温度变化平缓,从根本上降低了ASE光源的输出不稳定性,保证光源质量和性能。配合各级泵浦光功率控制从而有效维持泵浦光的恒定功率输出,且变化率小,光性能高。
Description
技术领域
本发明属于高性能的泵浦激光器控制领域,更具体地,涉及一种ASE(AmplifiedSpontaneous Emission,放大的自发辐射,简称ASE)光源恒定功率控制装置及方法。
背景技术
随着光通信技术的飞速发展,光网络上应用的高速通信及数据通信的光网络器件、模块和子系统产品也逐渐发展起来,而作为光器件、光模块及子系统等光网络产品的生产检验、光纤传感系统和院校以及科学研究机;精确、稳定的ASE光源至关重要。
尤其是在核心网、骨干网的构建中。高性能的泵浦激光器,其稳定的光功率输出对于数据传输的稳定性、传输速率、误码率等性能皆有重要影响。
目前ASE光源的恒定光功率控制方法,一般是通过泵浦芯工作温度等影响参数,通过调节泵浦激光器的电流进行补偿从而稳定光源功率。然而这样的补偿,对于泵浦激光器带来了较大的光功率变化率,导致光源的性能不佳。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种ASE光源恒定功率控制装置及方法,其目的在于通过对掺铒光纤的工作温度和各级泵浦的功率进行实时恒定控制,由此解决现有的泵浦光激光器驱动电流变化导致的光源性能不佳的技术问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种ASE光源恒定功率控制装置,包括:掺铒光纤保温盒、掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器、以及保温箱温度控制模块;
所述掺铒光纤保温盒,用于装载ASE光源的掺铒光纤;
所述掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器装配于所述掺铒光纤保温盒中;
所述保温箱温度控制模块,其信号输入端与所述掺铒光纤温度探测器相连,其输出端与所述掺铒光纤加热器相连,用于控制所述掺铒光纤保温盒的温度稳定在预设的掺铒光纤工作温度。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制装置,其还包括:至少一个功率探测器、以及至少一个光功率控制模块;
所述功率探测器,对高性能泵浦激光器输出信号进行采集,并输入到所述光功率控制模块;
所述光功率控制模块,其信号输入端与所述功率探测器相连,其输出端与泵浦管芯的驱动模块相连,用于控制所述泵浦管芯的输出功率稳定在预设的功率值。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制装置,其所述保温箱温度控制模块短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期温度稳定性<±0.5℃@72h;所述掺铒光纤工作温度在50℃至54℃之间。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制装置,其所述保温箱温度控制模块采用比例积分微分控制算法以及高精度脉宽调制算法控制所述掺铒光纤保温盒的温度在预设的掺铒光纤工作温度。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制装置,其所述光功率控制模块短期功率稳定性<±0.01dB@15min,长期稳定性<±0.05dB@24h。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制装置,其当所述ASE光源具有多级泵浦时,所述泵浦管芯输出光功率电路、所述光功率控制模块分别与泵浦管芯个数匹配,独立控制多个泵浦管芯。
按照本发明的另一方面,提供了一种ASE光源恒定功率控制方法,其包括以下步骤:
掺铒光纤温度控制:将掺铒光纤置于保温环境中,并进行环境温度检测,控制环境温度在所述掺铒光纤的工作温度,所述掺铒光纤的工作温度在50至54℃之间;优选,控制所述掺铒光纤的短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期温度稳定性<±0.5℃@72h;所述掺铒光纤工作温度在50℃至54℃之间。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制方法,其所述掺铒光纤温度控制采用比例积分微分控制算法控制所述掺铒光纤的短期温度稳定性和长期温度稳定性,其采样周期100ms~500ms;优选地比例系数取值在100~5000之间,优选为3000`5000之间,积分系数的取值在5~50,微分系数的取值在50~720。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制方法,其还包括以下步骤:
各级泵浦功率控制:测定ASE光源各级泵浦管芯的输出功率,将所述泵浦管芯的输出功率作为反馈值采用闭环控制所述泵浦管芯的驱动电路,从而稳定所述泵浦管芯的输出功率。
优选地,所述ASE光源恒定功率控制方法,其所述各级泵浦功率控制采用比例积分微分控制算法稳定所述泵浦管芯的输出功率,其采样周期1μs~4ms;优选比例系数取值在100~2000,积分系数的取值在1~100,微分系数的取值在1~100。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明通过对掺铒光纤工作温度的控制,维持掺铒光纤工作的温度变化平缓,从根本上降低了ASE光源的输出不稳定性,保证光源质量和性能。配合各级泵浦光功率控制从而有效维持泵浦光的恒定功率输出,且变化率小,光性能高。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的ASE光源恒定功率控制装置结构示意图;
图2是本发明实施例1提供的保温箱温度控制模块控制原理图;
图3是本发明实施例1提供的光功率控制模块控制原理图;
图4是本发明实施例1提供的ASE光源恒定功率控制装置连接示意图;
图5是本发明实施例1提供的ASE光源控制模块连接示意图;
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-光反射器,2-掺铒光纤,3-一级泵浦驱动模块,4-泵浦保护器,5-WDM波分复用器,6-增益平坦滤波器GFF,7-掺铒光纤,8-WDM波分复用器,9-隔离器,10-二级泵浦电路驱动模块,11-WDM波分复用器,12-掺铒光纤,13-隔离,14-1%Coupler,15-50%Coupler,16-光功率探测模块。
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,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的ASE光源恒定功率控制装置,包括:掺铒光纤保温盒、掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器、保温箱温度控制模块、至少一个功率探测器、以及至少一个光功率控制模块;
所述掺铒光纤保温盒,用于装载ASE光源的掺铒光纤;
所述掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器装配于所述掺铒光纤保温盒中;
所述保温箱温度控制模块,其信号输入端与所述掺铒光纤温度探测器相连,其输出端与所述掺铒光纤加热器相连,用于控制所述掺铒光纤保温盒的温度稳定在预设的掺铒光纤工作温度;短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期温度稳定性<±0.5℃@72h;所述掺铒光纤工作温度在50℃至54℃之间;
所述保温箱温度控制模块采用比例积分微分控制算法以及高精度脉宽调制算法控制所述掺铒光纤保温盒的温度在预设的掺铒光纤工作温度。
所述功率探测器,对高性能泵浦激光器输出信号进行采集,并输入到所述光功率控制模块;
所述光功率控制模块,其信号输入端与所述功率探测器相连,其输出端与泵浦管芯的驱动模块相连,用于控制所述泵浦管芯的输出功率稳定在预设的功率值;短期功率稳定性<±0.01dB@15min,长期稳定性<±0.05dB@24h;
所述光功率控制模块,采用比例积分微分控制算法控制所述泵浦管芯的输出功率稳定。
当所述ASE光源具有多级泵浦时,所述泵浦管芯输出光功率电路、所述光功率控制模块分别与泵浦管芯个数匹配,独立控制多个泵浦管芯。
本发明提供的ASE光源恒定功率控制方法包括以下步骤:
掺铒光纤温度控制:将掺铒光纤置于保温环境中,并进行环境温度检测,控制环境温度在所述掺铒光纤的工作温度,所述掺铒光纤的工作温度在50至54℃之间;优选,控制所述掺铒光纤的短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期温度稳定性<±0.5℃@72h;所述掺铒光纤工作温度在50℃至54℃之间;
优选采用比例积分微分控制算法控制所述掺铒光纤温度控制采用比例积分微分控制算法控制所述掺铒光纤的短期温度稳定性和长期温度稳定性,其采样周期100ms~500ms;优选比例系数取值在100~5000之间,优选为3000`5000之间,积分系数的取值在5~50,微分系数的取值在50~720。
通过掺铒光纤保温盒的材质特性确定了软件控制稳定温度变化率的取值参数。这些控制参数的设定与调整对稳定温度变化起到至关重要的作用。①加热过程中温度迅速到目标值,但温度过冲很大。是由于比例系数过大,导致在未达到设定温度前加热比例过高;微分过小,对加热对象不敏感。②加热过程中温度不能到目标值,温度小于目标值时间过多。是由于比例系数过小,加热比例不够;积分系数过小,对差值补偿不足。③可以正常控制加热温度,但上下偏差过大,温度经常波动。是由于微分系数小,对于及时变化反应慢;积分系数过大,使微分反应被慢化。④由于外界环境影响较大,微分系数小,对及时变化反应过慢;控制设定的基本采样周期过长,不能得到及时修正。
如果掺铒光纤的温度变化率过大,会导致即使在泵浦端平衡光功率,也有可能因为电流变化过快或者掺铒光纤吸收系数变化导致光源质量下降和功率不稳定,造成信号传输问题。
有研究表明利用斯塔克能级展宽理论建立了掺铒光纤吸收系数与温度的关系模型,在此基础上结合McCumber理论仿真计算了掺铒光纤荧光寿命与温度的关系。针对某一个种掺铒光纤实验,测量了掺铒光纤在常温至900℃范围内的吸收光谱和发射光谱。结果表明,温度升高造成980nm波段吸收系数整体下降,且吸收系数的峰值波长增加,平均增加率0.625nm/100℃。通过上述理论温度变化对掺铒光纤有较大影响,并不同温度下(ASE光源工作温度范围-40℃~70℃)对掺铒光纤的相关参数进行测量,掺铒光纤的吸收截面与发射截面随温度的变化而变化。同时掺铒光纤的吸收截面与发射截面对掺铒光纤光源的损耗系数谱是非常重要的,所以掺铒光纤稳定的工作温度对ASE光源的性能优化设计和波长稳定性起到重要作用。
各级泵浦功率控制:测定ASE光源各级泵浦管芯的输出功率,将所述泵浦管芯的输出功率作为反馈值采用闭环控制所述泵浦管芯的驱动电路,从而稳定所述泵浦管芯的输出功率。
优选采用比例积分微分控制算法稳定所述泵浦管芯的输出功率,其采样周期1μs~4ms;优选比例系数取值在100~2000,积分系数的取值在1~100,微分系数的取值在1~100。
本发明由于分别独立的对ASE输出光源有影响的因素:掺铒光纤工作温度、各级泵浦管芯的输出功率,进行分别独立控制,从而保证ASE输出光源的每一环节都具有稳定的输出,避免放大效应累积导致变化率过大,最终影响控制效果或者光源性能。例如仅仅对最终输出的泵浦管芯进行驱动电路控制,可能由于掺铒光纤温度变化导致一级泵浦的输出变化较大,最终导致二级泵浦的驱动电路要通过较大的变化率进行补偿,造成响应不及时或者影响光源性能。
以下为实施例:
实施例1
本实施例提供的ASE光源恒定功率控制装置,如图1所示,包括:
核心电路及状态监测电路,包括:
中央处理器及外设电路,用于控制及状态检测;所述中央处理器及外设电路由高速微控制处理器(MCU)、处理器最小供电电路单元、及高速DA、AD、PWM和处理器IO口组成,是控制、检测和采集电路模块的核心部分。
一级泵的控制及状态检测电路;
二级泵的控制及状态检测电路;
掺铒光纤加热器控制即状态监测检测电路;
功率探测即温度传感器电路;
计算机通信接口;
状态指示电路。
掺铒光纤保温盒,用于装载ASE光源的掺铒光纤,由塑料外壳、铝合金框架;所述掺铒光纤加热器,即加热膜(铜制膜片),装配于所述掺铒光纤保温盒中;所述掺铒光纤温度探测器,即温度传感器装配于所述掺铒光纤保温盒中;
所述保温箱温度控制模块,集成在掺铒光纤加热器控制即状态监测电路中,结构如图2所示,其信号输入端与所述掺铒光纤温度探测器相连,其输出端与所述掺铒光纤加热器相连,用于控制所述掺铒光纤保温盒的温度稳定在预设的掺铒光纤工作温度;由软件PID控制器、PWM输出技术、加热器电路、高速AD转换功能模块和温度传感探测器组成。给定目标温度(需求恒温54℃)进行,通过高速AD转换功能模块探测掺铒光纤的温度进行比较,将反馈的偏差值经过软件PID(比例-积分-微分)控制器来控制,其数据量转化成PWM波形,可以有效的控制数字脉宽调制的输出,使掺铒光纤加热器电路有效和有序的进行加热控制,同时实现恒温的闭环控制,对加热器温度的高精度调节。
第一功率探测器,集成在光功率探测及温度传感器电路中,对一级泵浦激光器输出信号进行采集,并输入到第一光功率控制模块;
第一光功率控制模块,集成在一级泵控制及状态检测电路中,如图3所示,其信号输入端与所述功率探测器相连,其输出端与泵浦管芯的驱动模块相连,用于控制所述泵浦管芯的输出功率稳定在预设的功率值;短期功率稳定性<±0.01dB@15min,长期稳定性<±0.05dB@24h;主要由软件PID控制器、DA输出技术、增益介质掺铒光纤、高性能的泵浦激光器、高速AD转换功能模块和功率探测器组成。给定目标功率进行,通过高速AD转换功能模块探测输出功率进行比较,将反馈的偏差值经由软件PID(比例-积分-微分)控制器来控制数据量转化成DA输出,精确的控制数字量驱动泵浦激光器输出稳定信号,使放大电路有效和有序的逻辑控制,同时实现恒定功率输出的闭环控制,对输出功率的高精度调节,避免PWM对功率探测器的影响。
第二功率探测器,集成在光功率探测及温度传感器电路中,类似于第一功率探测器,对二级泵浦激光器输出信号进行采集,并输入到第二光功率控制模块;
第二光功率控制模块,集成在二级泵控制及状态检测电路中,类似第一光功率控制器,其信号输入端与所述功率探测器相连,其输出端与泵浦管芯的驱动模块相连,用于控制所述泵浦管芯的输出功率稳定在预设的功率值;短期功率稳定性<±0.01dB@15min,长期稳定性<±0.05dB@24h;
第一、第二光功率控制模块结构如下:包括光电转换电路、放大电路,采集管芯输出光功率电路,对高性能的泵浦激光器输出信号进行采集,与设定的目标功率(如目标ASE光源恒定输出17dBm)进行比较,将反馈的偏差值再经MCU的高速AD功能的转换模块转换成可读的数据量。
本实施例提供的ASE光源恒定功率控制装置按照图4所示,与ASE光源连接:一级泵驱动光路模块3经一级泵浦保护器4分别进入两个波分复用器WDM5,8的两端后合成一束信号,再经两段放大掺铒光纤2,7和增益平坦滤波器GFF6处理后,过隔离器9与二级泵驱动光路模块10进入合束器11后合为一束信号,再经过放大掺铒光纤12,过隔离器后进入两级Coupler14,15处理,到光功率探测模块16上。
设计好的各电路模块之间的电气连接按图5ASE光源恒定功率控制电路系统示意图相连。以核心控制及状态检测电路为中心,掺铒光纤加热器电路、一级泵驱动电路、二级泵驱动电路、光功率探测电路、状态指示电路分别接到核心控制及状态检测电路的接口,同时计算机通信接口接到ASE光源恒定功率控制电路系统的中央处理器通信接口。
设置ASE光源恒定功率值,驱动电流的一级泵浦激光器输出的泵浦光经WDM合成一束光后,经过预放大掺铒光纤,然后经过隔离器与算法控制设置好驱动电流的二级泵浦激光器输出的泵浦光分别经过光纤合束器的信号端和泵浦端,经由合束后输出;再经两级Coupler分光后,触发光功率电路功率信号采集传输到PID控制器;由软件PID(比例-积分-微分)控制算法进行闭环控制,将时时监控ASE光源恒定功率数据传送到计算机和光功率计仪器进行数据处理,最终得出测试结果。
实施例2
实施例1提供的ASE光源恒定功率控制装置的工作过程如下:
上电自检,系统自动检测各泵浦模块初始状态、恒流源驱动电路状态、输出光功率状态,并控制工作状态指示电路显示自检结果,如果自检没有通过,则不允许计算机对控制电路系统进行操作,自检通过后允许计算机对控制系统进行操作;
通过计算机设置用户需要的恒温光纤加热器目标值及ASE光源恒定功率值,控制开泵后自动触发光功率电路功率信号采集、温度信号采集并传输到PID控制器;由软件PID(比例-积分-微分)控制算法进行控制,将时时监控的恒温和恒定功率数据传送到计算机和测量仪器上;计算机对加热器温度和输出光功率值进行数据处理得出最终的测试结果,并以曲线方式显示出来,同时保存于特定的格式文档中。
其中所述保温箱温度控制模块,通过软件PID(比例-积分-微分)控制算法和PWM技术对掺铒光纤加热器恒温精确的控制,使掺铒光纤工作在恒温54℃状态下,短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期稳定性<±0.5℃@72h;具体如下:具有驱动电流取样电阻,采集驱动电流,反馈驱动状态;通过判断温控目标温度是否到位,确定其功能有效。
利用软件PID(比例-积分-微分)算法来控制PWM波形的产生,可以有效的控制数字脉宽调制的输出,使掺铒光纤加热器电路有效和有序的逻辑控制,不会使加热器产生误操作,同时实现温度的闭环控制,对加热器温度的高精度调节。充分利用软件PID(比例-积分-微分)算法和PWM技术进行脉宽调制的优点:①从中央处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换器;②让控制信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小,并且只有在噪声强到足以将逻辑“1”改变为逻辑“0”或将逻辑“0”改变为逻辑“1”时,才能对数字信号产生影响;③对噪声抵抗能力的增强也是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是将PWM用于通信的主要原因之一。
所述第一、第二功率控制模块,通过软件PID(比例-积分-微分)控制算法和DA输出技术对ASE光源恒定功率高精度的控制;具体如下:
采集管芯输出光功率电路,对高性能的泵浦激光器输出信号进行采集,与设定的目标功率(如目标ASE光源恒定输出17dBm)进行比较,将反馈的偏差值再经MCU的高速AD功能的转换模块转换成可读的数据量,利用软件PID(比例-积分-微分)算法来控制可读的数据量转化成DA输出,来精确的控制数字量驱动泵浦激光器输出稳定信号,使放大电路有效和有序的逻辑控制,不会使泵浦激光器输出信号产生较大波动的误操作,同时实现恒定功率输出的闭环控制,对输出功率的高精度调节,使ASE光源的增益介质掺铒光纤和高性能的泵浦激光器进行精确、稳定的自动控制功率调节输出;充分利用软件PID(比例-积分-微分)算法和DA技术进行信号调制的优势。
本实施例所述保温箱温度控制模块、第一、第二功率控制模块,采用软件PID(比例-积分-微分)控制算法,用软件PID(比例-积分-微分)控制算法对被控对象进行控制,这样的软件算法控制器便称软件PID(比例-积分-微分)控制器。软件PID(比例-积分-微分)调节器是一种软件实现的线性调节器,它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过软件的线性组合构成控制量,对控制对象进行控制。采取增量式的软件PID(比例-积分-微分)算法更容易实现闭环控制的加热器恒温控制和ASE光源恒定功率控制。增量式的软件PID(比例-积分-微分)是指软件算法控制器的输出只是控制量的增量△uk。当执行机构需要的控制量是增量,而不是位置量的绝对数值时,可以使用增量式软件PID(比例-积分-微分)控制算法进行控制。增量式PID(比例-积分-微分)控制算法可以通过位置式PID(比例-积分-微分)公式推导出。由位置式PID(比例-积分-微分)公式可以得到控制器的第k-1个采样时刻的输出值为:
公式其中:
增量式的软件PID控制算法的特点:①与位置式PID算法相比,计算量小。②软件编程控制算法易于实现,如果高速微控制处理器控制系统采用恒定的采样周期T,一旦确定Kp、Ti、Td参数,只要使用前后三次测量的偏差值,就可以很容易的求出控制量。通过功率程序算法整定软件PID(比例-积分-微分)控制器使一级泵浦和二级泵浦共同工作在输出稳定的恒定功率状态下,短期功率稳定性<±0.01dB@15min,长期稳定性<±0.05dB@24h;具有驱动电流取样电阻,采集功率驱动电流,反馈驱动变化后状态;通过判断恒定目标功率是否到位,确定其软件算法功能有效。
保温箱温度控制模块的采样周期为200ms,Kp=4000,Ti=50,Td=400;
第一、第二功率控制模块采样周期为2ms,Kp=1500,Ti=60,Td=80;
设置恒温光纤加热器目标温度值,驱动电流的加热器电路,使掺铒光纤加热盒温度升温,触发温度传感器电路温度信号采集传输到PID控制器,由软件PID(比例-积分-微分)控制算法进行闭环控制,将时时监控加热器的恒定温度采样数据传送到计算机和温度探测仪器进行数据处理,最终得出测试结果。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种ASE光源恒定功率控制装置,其特征在于,包括:掺铒光纤保温盒、掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器、以及保温箱温度控制模块;
所述掺铒光纤保温盒,用于装载ASE光源的掺铒光纤;
所述掺铒光纤加热器、掺铒光纤温度探测器装配于所述掺铒光纤保温盒中;
所述保温箱温度控制模块,其信号输入端与所述掺铒光纤温度探测器相连,其输出端与所述掺铒光纤加热器相连,用于控制所述掺铒光纤保温盒的温度稳定在预设的掺铒光纤工作温度;所述保温箱温度控制模块短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期温度稳定性<±0.5℃@72h;所述掺铒光纤工作温度在50℃至54℃之间;
所述保温箱温度控制模块采用比例积分微分控制算法以及高精度脉宽调制算法控制所述掺铒光纤保温盒的温度在预设的掺铒光纤工作温度;其采样周期100ms~500ms;比例系数取值在100~5000之间,积分系数的取值在5~50,微分系数的取值在50~720;
还包括:至少一个功率探测器、以及至少一个光功率控制模块;
所述功率探测器,对高性能泵浦激光器输出信号进行采集,并输入到所述光功率控制模块;
所述光功率控制模块,其信号输入端与所述功率探测器相连,其输出端与泵浦管芯的驱动模块相连,用于控制所述泵浦管芯的输出功率稳定在预设的功率值。
2.如权利要求1所述的ASE光源恒定功率控制装置,其特征在于,所述光功率控制模块短期功率稳定性<±0.01dB@15min,长期稳定性<±0.05dB@24h。
3.如权利要求1所述的ASE光源恒定功率控制装置,其特征在于,当所述ASE光源具有多级泵浦时,所述泵浦管芯输出光功率电路、所述光功率控制模块分别与泵浦管芯个数匹配,独立控制多个泵浦管芯。
4.应用如权利要求1至3任意一项所述装置的ASE光源恒定功率控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
掺铒光纤温度控制:将掺铒光纤置于保温环境中,并进行环境温度检测,控制环境温度在所述掺铒光纤的工作温度,所述掺铒光纤的工作温度在50至54℃之间;控制所述掺铒光纤的短期温度稳定性<±0.2℃@15min,长期温度稳定性<±0.5℃@72h;所述掺铒光纤工作温度在50℃至54℃之间。
5.如权利要求4所述的ASE光源恒定功率控制方法,其特征在于,所述掺铒光纤温度控制采用比例积分微分控制算法控制所述掺铒光纤的短期温度稳定性和长期温度稳定性,其采样周期100ms~500ms;比例系数取值在100~5000之间,积分系数的取值在5~50,微分系数的取值在50~720。
6.如权利要求5所述的ASE光源恒定功率控制方法,其特征在于,比例系数取值在3000~5000之间。
7.如权利要求4所述的ASE光源恒定功率控制方法,其特征在于,还包括以下步骤:
各级泵浦功率控制:测定ASE光源各级泵浦管芯的输出功率,将所述泵浦管芯的输出功率作为反馈值采用闭环控制所述泵浦管芯的驱动电路,从而稳定所述泵浦管芯的输出功率。
8.如权利要求7所述的ASE光源恒定功率控制方法,其特征在于,所述各级泵浦功率控制采用比例积分微分控制算法稳定所述泵浦管芯的输出功率,其采样周期1μs~4ms;比例系数取值在100~2000,积分系数的取值在1~100,微分系数的取值在1~100。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5136600A (en) * | 1990-09-18 | 1992-08-04 | Litton Systems Inc. | Stabilization apparatus and method for an sfs |
CN102244337A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-11-16 | 上海光家仪器仪表有限公司 | 放大自发辐射光源装置 |
CN110970792A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-07 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种高精度光纤陀螺用高稳定性ase光源 |
CN111404002A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-10 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种激光器热电制冷器的控制电路 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1391015A4 (en) * | 2001-05-03 | 2009-04-15 | Corning Inc | BROADBAND SOURCE WITH METAL TRANSITION IONS |
CN100385756C (zh) * | 2006-05-19 | 2008-04-30 | 北京航空航天大学 | 一种全光纤结构的稳定光源光功率输出装置 |
JP4877009B2 (ja) * | 2007-03-28 | 2012-02-15 | 日本電気株式会社 | Wdm光伝送用光直接増幅器 |
CN103811985B (zh) * | 2014-03-05 | 2017-01-18 | 中国科学院半导体研究所 | 一种小型化的铒镱共掺超荧光光纤光源 |
CN105140764B (zh) * | 2015-09-04 | 2018-09-14 | 华南理工大学 | 一种可调谐宽带ase光源 |
CN106092368A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-11-09 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | Bragg光纤光栅温度传感器、温度监测系统及方法 |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5136600A (en) * | 1990-09-18 | 1992-08-04 | Litton Systems Inc. | Stabilization apparatus and method for an sfs |
CN102244337A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-11-16 | 上海光家仪器仪表有限公司 | 放大自发辐射光源装置 |
CN110970792A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-07 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种高精度光纤陀螺用高稳定性ase光源 |
CN111404002A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-10 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种激光器热电制冷器的控制电路 |
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