CN112564802B - 一种可调光模块及其全温锁波方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调光模块及其全温锁波方法，包括微控制器、电源管理电路、电接口电路、可调激光器、光探测器，电源管理电路用于给整个可调光模块供电，光探测器与电接口电路之间连接有第一驱动电路，可调激光器与电接口电路之间连接有第二驱动电路，第一驱动电路、第二驱动电路分别与微控制器连接，微控制器用于通过温度监控模块监控可调激光器的工作温度；微控制器用于通过波长监控模块监控可调激光器的输出波长；微控制器用于通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器制冷或加热，控制可调激光器的工作温度；微控制器用于通过调节可调激光器的驱动电流，控制可调激光器的输出波长。本发明可以实现各种工作温度下不同波长的稳定输出。

Description

一种可调光模块及其全温锁波方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体的说是涉及一种可调光模块及其全温锁波方法。

背景技术

随着光通信的 DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）技术的不断成熟，光通信系统中传输的波长达到数十甚至上百。传统光通信系统中，使用的是基于波长固定的光模块，这种固定波长光模块的使用存在自身的局限性 ：1. 在需要通道保护的运用中，为每一个波长通道都配备一个波长对应的固定波长光模块作保护备份，增加系统成本；2. 在自动光网络中，需要在系统中配备大量利用率很低的固定波长光模块，造成资源的浪费和系统的复杂。波长可调光模块能够在一个光模块上动态的配置所需要的波长，因此可采用一个波长可调光模块对多个波长通道做备份 ；因其自身波长可调谐的特点，非常适合自动波长配置、波长转换等方面运用。

目前市场上的固定波长的光模块局限性逐渐突出，而基于可调谐激光器设计的可调光模块可实现型号归一化，与合分波器可任意连接，不需要一一配对，不存在波长识别等问题；安装简单，即插即用，备品种类合数量少，极大地简化网络建设及运维成本。但是光模块往往处于复杂的工作环境下，工作的环境温度可能会出现较大变化。光模块内部温度随外界环境变化时，都会造成可调光模块的输出波长产生较大漂移。根据 OIF-ITLA-MSA 协议，信道间隔为 50GHz DWDM 系统中，光模块输出波长与通道理论波长误差应小于0.02nm。因此在各种工作温度下如何精确控制波长，成为波长可调光模块的设计关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种可调光模块及其全温锁波方法,其可以实现各种工作温度下不同波长的稳定输出。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：本发明公开了一种可调光模块，包括微控制器、电源管理电路、电接口电路、可调激光器、光探测器，所述电源管理电路用于给整个可调光模块供电，所述光探测器与电接口电路之间连接有第一驱动电路，所述可调激光器与电接口电路之间连接有第二驱动电路，所述第一驱动电路、第二驱动电路分别与微控制器连接，所述微控制器用于通过温度监控模块监控可调激光器的工作温度；所述微控制器用于通过波长监控模块监控可调激光器的输出波长；所述微控制器用于通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器制冷或加热，控制可调激光器的工作温度；所述微控制器用于通过调节可调激光器的驱动电流，控制可调激光器的输出波长。

本发明的微控制器检测到监控Ratio,与校正记录的Ratio对比,通过I2C通信控制DAC输出所需电压，电压输入到运放，运放调整输出电压连接至DBR可调激光器的相位区电流调控引脚，改变相位区电流,实现波长精细调控。

进一步地，所述波长监控模块包括分光镜、光学标准具以及第一光敏二极管 PD、第二光敏二极管 PD，可调激光器输出的激光通过分光镜，一路光通过光学标准具反射后，由第一光敏二极管PD直接转化为光电流Irpd，另一路光通过光学标准具后，由第二光敏二极管PD 转化为光电流 Itpd ，其中 Itpd /Irpd的比值为波长的函数，所述微控制器用于通过监控Itpd /Irpd转化的采样电压Vtpd /Vrpd的比值，即波长函数Ratio值，实现可调激光器的输出波长的监控。Ratio与波长有关，跟光学标准具对特定波长的透射系数有关。

光学标准具对一定间隔波长的光（本实施例是50GHZ 间隔的96波）具有一定的透射系数。

进一步地，所述温度监控模块包括贴装在可调激光器内部的热敏电阻，所述微控制器用于通过对贴装在可调激光器内部的热敏电阻的阻值进行采样，计算出热敏电阻所处的温度，即当前可调激光器的工作温度。

进一步地，所述第一驱动电路包括接收时钟恢复电路、限幅放大电路，所述光探测器的输出端与限幅放大电路的输入端连接，限幅放大电路的输出端与接收时钟恢复电路连接，接收时钟恢复电路与电接口电路连接；

所述第二驱动电路包括发射时钟恢复电路、激光驱动电路，激光驱动电路的输入端与发射时钟恢复电路连接，发射时钟恢复电路与电接口电路连接，激光驱动电路的输出端与可调激光器连接。

所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路放大，驱动可调激光器发光，从而使可调激光器输出调制光信号。所述光探测器接收到光信号，输出电信号到接收限幅放大电路进行信号放大再输出，接收时钟恢复电路对输入信号进行时钟恢复，进行数据整形，输出电信号。

进一步地，所述微控制器用于通过电源管理电路控制可调激光器相位区对应的驱动电流，控制可调激光器的输出波长。

本发明还公开了一种可调光模块的全温锁波方法，采用了上述可调光模块，包括如下步骤：

S1）波长校正，包括：通过常温波长标定、高温波长补偿、低温波长补偿，得到各个通道的TEC值与Ratio值的关系以及工作环境温度与目标TEC值之间的关系；通过频偏测试得到相位电流和频偏的关系；

S2）微控制器实时监控可调光模块所处的环境温度以及波长函数Ratio值，根据可调光模块所处的环境温度进行TEC温度补偿；

S3）实时监测波长函数Ratio值，计算每通道波长的频偏，频偏量为实时监测得到的Ratio与计算得到的目标Ratio的差值；

S4）判断频偏是否超过频偏设定值，若频偏超过频偏设定值，则执行步骤S5），若频偏不超过频偏设定值，则执行步骤S6）；

S5）调节可调激光器的相位区电流，返回执行步骤S3）；

S6）判断可调光模块所处的环境温度跳变是否超过温度设定值，若温度跳变超过温度设定值，则返回执行步骤S2），若温度跳变不超过设定值，则返回执行步骤3）。

进一步地，波长校正流程包括：

标定文件载入；

常温波长标定，包括：常温下，切换至第一通道进行测试，调整TEC温度，直至波长输出满足设定要求，记录该TEC值；

切换至其余通道进行测试，判断其余通道的输出波长是否满足设定要求，若是，则记录每个通道的电流值和每个通道的Ratio值，若否，则调节可调激光器的相位区电流，直至波长输出满足设定要求后记录每个通道的相位区电流值和每个通道的Ratio值；

常温频偏测试，包括：常温下，微控制器控制电源管理电路实现可调激光器的电流调控，使波长偏离设定值，记录波长偏移与Ratio的关系，记录波长偏移和电流值的关系，得到各个通道波长偏移与Ratio的关系以及各个通道波长偏移与电流值的关系；

高温波长补偿，包括：在设定的高温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和Ratio值，得到各个通道的TEC值与Ratio值的关系；

低温波长补偿，包括：在设定的低温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和Ratio值，得到各个通道的TEC值与Ratio值的关系。

进一步地，根据设定的高温温度、低温温度、常温温度以及分别对应的TEC值，得到工作环境温度与目标TEC值之间的关系，根据工作环境温度与目标TEC值之间的对应关系，进行步骤S2）中的TEC温度补偿，具体包括：根据监测的可调光模块所处环境下的模块温度，计算得到对应的目标TEC值，通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器工作，使TEC监测的温度达到对应的目标TEC值。

进一步地，步骤S3）中进行温度补偿后，根据各个通道的TEC值与Ratio值的关系，计算目标Ratio值。

进一步地，步骤S5）中根据检测到的波长偏移，利用波长偏移与电流值的关系，计算出电流偏移，然后在原基础上增加电流偏移，使波长偏移减小。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的可调光模块包括微控制器、电源管理电路、电接口电路、可调激光器、光探测器，微控制器用于控制驱动电路的运行，用于设置温度控制电路，用于监控可调激光器和可调光模块所处的温度，用于监控及补偿波长。所述温度控制电路通过控制流经可调激光器内部TEC的电流大小及方向来实现TEC加热或制冷，从而控制可调激光器的工作温度。本发明通过采用常温下补偿DBR可调激光器的相位区电流的方式，实现常温下可调光模块的96波道的波长稳定输出以及通过温度—波长控制电路实现不同工作温度下可调光模块的96波道的波长稳定输出。

而本发明的所述温度—波长控制电路包括波长监控电路、温度监控电路、温度控制电路，所述第一部分波长监控电路，作用是对可调激光器输出波长进行实时监控。所述第二部分温度监控电路，作用是对可调激光器工作温度进行实时监控。所述第三部分温度控制电路，作用是通过外部加热或制冷的方式，控制可调激光器的工作温度。依附于上述硬件电路及一定的软件算法，可调光模块能实现低温、常温、高温等各种条件下96波道的稳定波长输出，频偏不超过协议规定的±2.5GHz，可靠性优良。

附图说明

图1是本发明的可调光模块的电路结构框图；

图2是本发明的温度—波长控制示意图；

图3是本发明的常温波长标定流程图；

图4是本发明的常温波长锁定流程图；

图5是本发明的高温波长补偿流程图；

图6是本发明的低温波长补偿流程图；

图7是本发明的全温波长锁定流程图。

具体实施方式

下面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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，本实施例公开了一种可调光模块，包括微控制器、电源管理电路、电接口电路、可调激光器、光探测器，所述电源管理电路用于给整个可调光模块供电，所述光探测器与电接口电路之间连接有第一驱动电路，所述可调激光器与电接口电路之间连接有第二驱动电路，所述第一驱动电路、第二驱动电路分别与微控制器连接，所述微控制器用于通过温度监控模块监控可调激光器的工作温度；所述微控制器用于通过波长监控模块监控可调激光器的输出波长；所述微控制器用于通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器制冷或加热，控制可调激光器的工作温度；所述微控制器用于通过调节可调激光器的驱动电流，控制可调激光器的输出波长。

本实施例的制冷器采用TEC，但不仅仅限于TEC。

本发明的微控制器检测到监控Ratio,与校正记录的Ratio对比,通过I2C通信控制DAC输出所需电压，电压输入到运放，运放调整输出电压连接至DBR可调激光器的相位区电流调控引脚，改变相位区电流,实现波长精细调控。

进一步地，所述波长监控模块包括分光镜、光学标准具以及第一光敏二极管 PD、第二光敏二极管 PD，可调激光器输出的激光通过分光镜，一路光通过光学标准具反射后，由第一光敏二极管PD直接转化为光电流Irpd，另一路光通过光学标准具后，由第二光敏二极管PD 转化为光电流 Itpd ，其中 Itpd /Irpd的比值为波长的函数，所述微控制器用于通过监控Itpd /Irpd转化的采样电压Vtpd /Vrpd的比值，即波长函数Ratio值，实现可调激光器的输出波长的监控。Ratio与波长有关，跟光学标准具对特定波长的透射系数有关。

光学标准具对一定间隔波长的光（本实施例是50GHZ 间隔的96波）具有一定的透射系数。

进一步地，所述温度监控模块包括贴装在可调激光器内部的热敏电阻，所述微控制器用于通过对贴装在可调激光器内部的热敏电阻的阻值进行采样，计算出热敏电阻所处的温度，即当前可调激光器的工作温度。

本发明的可调激光器为BOX封装，集成了DBR可调激光器、光学标准具、MZ调制器、TEC、热敏电阻、滤波电容等关键元器件。

进一步地，所述第一驱动电路包括接收时钟恢复电路、限幅放大电路，所述光探测器的输出端与限幅放大电路的输入端连接，限幅放大电路的输出端与接收时钟恢复电路连接，接收时钟恢复电路与电接口电路连接；

所述第二驱动电路包括发射时钟恢复电路、激光驱动电路，激光驱动电路的输入端与发射时钟恢复电路连接，发射时钟恢复电路与电接口电路连接，激光驱动电路的输出端与可调激光器连接。

进一步地，所述微控制器用于通过电源管理电路控制可调激光器相位区对应的驱动电流，控制可调激光器的输出波长。

所述电源管理电路包括DC-DC升压电路、DC-DC降压电路、DAC、MOS管、运放等组合的电流源电路，降低可调光模块功耗的同时实现不同的电流调控范围和正负电压的设置。如所述电源管理电路通过DC-DC芯片实现正负电压设定，如：-8.6~+8.6的电压设置；通过DC-DC、DAC、MOS管、运放的组合形式实现电流调控，如0~20mA、0~130mA等不同范围。各电流源的输出用于控制所述可调激光器输出的波长和光功率。本发明的电源管理电路可以采用现有技术中能实现不同的电流调控范围和正负电压的设置的现有电路。

图1示出了本发明所述的可调光模块的电路结构框图，其包括电接口电路、与电接口电路连接的驱动电路以及分别与驱动电路连接的可调激光器和光探测器；还包括一微控制器、温度控制电路及电源管理电路。所述驱动电路包括接收时钟恢复电路、发射时钟恢复电路、限幅放大电路和激光驱动电路；所述接收时钟恢复电路和发射时钟恢复电路分别连接电接口电路，所述接收时钟恢复电路和发射时钟恢复电路可在低速模式8.5G速率下bypass。所述接收时钟恢复电路连接有一限幅放大电路，所述限幅放大电路连接到一光探测器。所述发射时钟恢复电路连接有一激光驱动电路，所述激光驱动电路连接到一可调激光器。所述温度控制电路通过控制流经可调激光器内部TEC的电流大小及方向来实现TEC加热或制冷，从而控制所述可调激光器的工作温度。所述电源管理单元提供模块内部工作时所需的电压及电流。

图2示出了本发明所述的温度—波长控制示意图。所述波长监控电路实现如下：一小部分激光通过一个分光镜，一路光通过一个光学标准具反射后，由 PD( 光敏二极管 )直接转化为光电流Irpd ；另一路光通过光学标准具后，由 PD 转化为光电流 Itpd 。其中Itpd /Irpd的比值为波长的函数，通过监控Itpd /Irpd转化的采样电压Vtpd /Vrpd的比值（Ratio值），可得到当前可调激光器的输出波长，达到监控输出波长的目的。所述温度监控电路实现如下：通过对贴装在可调激光器内部的热敏电阻Rth的阻值进行采样，并将采样值传递给微控制器。微控制器由热敏电阻 Rth 的温度—阻值公式，可以计算出热敏电阻所处的温度，即当前可调激光器的工作温度。所述温度控制电路实现如下：温度控制电路调节流经 TEC 的电流大小和方向，控制 TEC 制冷或是加热，来达到最终控制可调激光器工作温度的目的。

参见图1至图7，本实施例公开了一种可调光模块的全温锁波方法，采用了上述可调光模块，包括如下步骤：

S1）波长校正，包括：通过常温波长标定、高温波长补偿、低温波长补偿，得到各个通道的TEC值与Ratio值的关系以及工作环境温度与目标TEC值之间的关系；通过频偏测试得到相位电流和频偏的关系；

波长校正流程的顺序如下：先常温波长校正（每个通道的常温TEC值相同，仅改变相位电流校正波长）--常温频偏测试（得到常温下频偏和相位电流的关系）--高温补偿（每个通道的高温TEC值不同校正波长）--低温补偿（每个通道的低温TEC值不同校正波长）。

切换至ch1-ch96中任一波道，每个通道的自动全温锁波流程是一样的，以一个通道为例进行说明：

S2）微控制器实时监控可调光模块所处的环境温度以及波长函数Ratio值，根据可调光模块所处的环境温度进行TEC温度补偿；

S3）实时监测波长函数Ratio值，计算每通道波长的频偏，频偏量为实时监测得到的Ratio与计算得到的目标Ratio的差值；

S4）判断频偏是否超过频偏设定值，若频偏超过频偏设定值，则执行步骤S5），若频偏不超过频偏设定值，则执行步骤S6）；

S5）调节可调激光器的相位区电流，返回执行步骤S3）；

S6）判断可调光模块所处的环境温度跳变是否超过温度设定值，若温度跳变超过温度设定值，则返回执行步骤S2），若温度跳变不超过设定值，则返回执行步骤3）。

自动全温锁波流程是个不断循环过程，根据实时工作环境实时循环监控，一直都在计算频偏，环境温度变化小，TEC根据环境温度补偿后就比较稳定，改变相位电流即可减小频偏，频偏无变化就不改变相位电流。环境温度变化大时，先根据环境温度补偿TEC温度，直至TEC温度稳定，再调整相位电流，两者结合来减小频偏。

本实施例一共有96个通道，每个通道频偏是不一样的，自动全温锁波流程是一样的，模块可以切换成任意通道。每个通道都必须满足要求如频偏不超过2.5GHz。

进一步地，波长校正流程包括：

标定文件载入；

常温波长标定，包括：常温下，切换至第一通道进行测试，调整TEC温度，直至波长输出满足设定要求，记录该TEC值；

切换至其余通道进行测试，判断其余通道的输出波长是否满足设定要求，若是，则记录每个通道的电流值和每个通道的Ratio值，若否，则调节可调激光器的相位区电流，直至波长输出满足设定要求后记录每个通道的相位区电流值和每个通道的Ratio值；

常温频偏测试，包括：常温下，微控制器控制电源管理电路实现可调激光器的电流调控，使波长偏离设定值，记录波长偏移与Ratio的关系，记录波长偏移和电流值的关系，得到各个通道波长偏移与Ratio的关系以及各个通道波长偏移与电流值的关系；

高温波长补偿，包括：在设定的高温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和Ratio值，得到各个通道的TEC值与Ratio值的关系；

低温波长补偿，包括：在设定的低温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和Ratio值，得到各个通道的TEC值与Ratio值的关系。

进一步地，根据设定的高温温度、低温温度、常温温度以及分别对应的TEC值，得到工作环境温度与目标TEC值之间的关系，根据工作环境温度与目标TEC值之间的对应关系，进行步骤S2）中的TEC温度补偿，具体包括：根据监测的可调光模块所处环境下的模块温度，计算得到对应的目标TEC值，通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器工作，使TEC监测的温度达到对应的目标TEC值。

根据设定的高温温度（如65度，可以改变）、低温温度（如0度，可以改变）、常温温度（如25度，可以改变）以及波长满足设定要求时分别对应的TEC值TEC常温、TEC高温、TEC低温，得到监测TEC值与波长满足设定要求时的目标TEC值的线性关系；根据上述6个数值的关系，通过插值法可计算任意所处环境温度下对应的目标TEC值。

进一步地，步骤S3）中进行温度补偿后，根据各个通道的TEC值与Ratio值的关系，计算目标Ratio值。

根据设定的高温温度（如65度，可以改变）、低温温度（如0度，可以改变）、常温温度（如25度，可以改变）分别满足设定要求时对应的TEC值和Ratio值，得到波长满足设定要求时TEC值与目标Ratio值的线性关系。通过插值法可计算任意TEC值对应的目标Ratio值。

进一步地，步骤S5）中根据检测到的波长偏移，利用波长偏移与电流值的关系，计算出电流偏移，然后在原基础上增加电流偏移，使波长偏移减小。

微控制器检测到Ratio,控制DAC输出所需电压，电压输入到运放，运放输出连接DBR可调激光器的相位区电流调控引脚实现波长精细调控。

图3示出了本发明的常温波长标定流程图。一般可调光模块的激光器包括增益区、相位区（Iphase）、前光栅区(Ifm)和后光栅区(Ibm)共4个区域。激光器的输出波长由Iphase、Ifm、Ibm共同决定。在本实施例中，可调激光器在标定测试过程中已详细列出各频率点对应的Iphase、Ifm、Ibm等各个电流值，将标定文件下载至模块内部即可。本实施例特定的Iphase、Ifm、Ibm对应特定的96个波长，需要一开始把数据下载至模块内部即可，这样初始模块每个波道的波长会在特定值的附近。标定文件中记载有光模块的各通道需要输出的稳定波长等参数，如本实施例的标定文件中有96波道的频率值/波长值及Iphase，Ifm、Ibm等参数。波长校正时可以自己设置频偏，如±0.5GHz（该值越小，后面锁波越精确），即使波长输出在特定值附近（偏移不超过±0.5GHz）则波长满足设定要求，达到波长稳定，如此自动全温锁波也可设置满足偏移不超过±2.5GHz。

在本实施例中，只需要调控Iphase，Ifm、Ibm保持默认值即可。在常温条件下，微调Iphase保证第1通道的波长满足要求，记录此时的Ratio值。测试第2通道，若波长不满足要求，则微调Iphase即可使输出波长达到特定值范围，目标频率偏移:如±0.5GHz, 该值越小，后面锁波越精确，记录此时的Ratio值。重复上述操作，直至所有通道的波长满足要求。

图4示出了本发明的常温波长锁定的流程图，主要得到相位电流和频偏的关系。模块切波长至通道1，调整可调激光器的相位区电流，拉偏波长至一定的频率范围：±X₁GHz。记录波长偏移与Ratio的关系，记录波长偏移与相位区电流的关系。模块切波长至通道2，重复上述步骤。奇偶通道的波长偏移方向是相反的，奇通道和偶通道的斜率方向不一样，但波长偏移与Ratio的关系斜率在奇通道近乎一致，在偶通道近乎一致，因此，频偏测试只用测1通道和2通道。

在本实施例中，通过波长正确时的Ratio和监控Ratio的差值可得到频偏量，再通过频偏量调整Iphase改变波长直至目标Ratio和监控Ratio的差值较小即可。如上所述，可根据第1通道和第2通道的频偏测试实现所有通道波长的常温锁波。

图5示出了本发明的高温波长补偿流程图。当可调光模块处于高温的工作条件时，从通道1开始切换波长，通过如图2所示的温度监控电路检测可调激光器内部的温度，温度控制电路控制TEC制冷使波长满足一定要求，如频偏±X₂GHz，记录TEC温度和Ratio值。通过与常温的TEC目标值和温度进行补偿，即可实现常温至高温范围内的波长补偿。重复上述操作至所有波道补偿完毕。

图6示出了本发明的低温波长补偿流程图。当可调光模块处于低温的工作条件时，从通道1开始切换波长，通过如图2所示的温度监控电路检测可调激光器内部的温度，温度控制电路控制TEC制热使波长满足一定要求，如频偏±X₂GHz，记录TEC温度和Ratio值。通过与常温的TEC目标值和温度进行补偿，即可实现常温至低温范围内的波长补偿。重复上述操作至所有波道补偿完毕。

图7示出了本发明的全温波长锁定流程图。根据可调模块所处的温度实时调控TEC温度，根据ΔTEC计算出所需的目标Ratio,根据图2所示的波长监控电路可计算每通道波长的频偏。若频偏超过规定值，如±X₃GHz，则依据常温波长锁定方式对波长进行调整并进行锁波操作。锁波操作通过软件算法实现不断循环且实时监控，保证96波可调光模块在全温范围内波长偏移不超过协议规定的±2.5GHz。

综上所述，本发明提供了一种低功耗、小封装、8.5~11.3G传输速率、发送波长范围为1529.16nm~1567.13nm的96波可调光模块，适用于DWDM的应用。本发明通过一定的硬件电路、综合频偏测试、锁波算法等方式实现不同工作温度下可调光模块的96波道的波长稳定输出；通过电源管理电路降低可调光模块功耗的同时实现不同的电流调控范围和不同正负电压值的设置；在实际运行中体现了其优良的可靠性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种可调光模块，其特征在于：包括微控制器、电源管理电路、电接口电路、可调激光器、光探测器，所述电源管理电路用于给整个可调光模块供电，所述光探测器与电接口电路之间连接有第一驱动电路，所述可调激光器与电接口电路之间连接有第二驱动电路，所述第一驱动电路、第二驱动电路分别与微控制器连接，所述微控制器用于通过温度监控模块监控可调激光器的工作温度；所述微控制器用于通过波长监控模块监控可调激光器的输出波长；所述微控制器用于通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器制冷或加热，控制可调激光器的工作温度；所述微控制器用于通过调节可调激光器的驱动电流，控制可调激光器的输出波长，实现各种工作温度下不同波长的稳定输出；

所述波长监控模块包括分光镜、光学标准具以及第一光敏二极管 PD、第二光敏二极管PD，可调激光器输出的激光通过分光镜，一路光通过光学标准具反射后，由第一光敏二极管PD直接转化为光电流Irpd，另一路光通过光学标准具后，由第二光敏二极管PD 转化为光电流 Itpd ，其中 Itpd /Irpd的比值为波长的函数，所述微控制器用于通过监控Itpd /Irpd转化的采样电压Vtpd /Vrpd的比值，即波长函数Ratio值，实现可调激光器的输出波长的监控；

实现各种工作温度下不同波长的稳定输出采用了如下步骤：

S1）波长校正，包括：通过常温波长标定、高温波长补偿、低温波长补偿，得到各个通道的TEC值与波长函数Ratio值的关系以及工作环境温度与目标TEC值之间的关系；通过频偏测试得到相位电流和频偏的关系；

波长校正流程包括：

标定文件载入；

常温波长标定，包括：常温下，切换至第一通道进行测试，调整TEC温度，直至波长输出满足设定要求，记录该TEC值；

切换至其余通道进行测试，判断其余通道的输出波长是否满足设定要求，若是，则记录每个通道的电流值和每个通道的波长函数Ratio值，若否，则调节可调激光器的相位区电流，直至波长输出满足设定要求后记录每个通道的相位区电流值和每个通道的波长函数Ratio值；

常温频偏测试，包括：常温下，微控制器控制电源管理电路实现可调激光器的电流调控，使波长偏离设定值，记录波长偏移与波长函数Ratio的关系，记录波长偏移和电流值的关系，得到各个通道波长偏移与波长函数Ratio的关系以及各个通道波长偏移与电流值的关系；

高温波长补偿，包括：在设定的高温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和波长函数Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和波长函数Ratio值，得到各个通道的TEC值与波长函数Ratio值的关系；

低温波长补偿，包括：在设定的低温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和波长函数Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和波长函数Ratio值，得到各个通道的TEC值与波长函数Ratio值的关系；

S2）微控制器实时监控可调光模块所处的环境温度以及波长函数Ratio值，根据可调光模块所处的环境温度进行TEC温度补偿；

S3）实时监测波长函数Ratio值，计算每通道波长的频偏，频偏量为实时监测得到的Ratio与计算得到的目标Ratio的差值；

S4）判断频偏是否超过频偏设定值，若频偏超过频偏设定值，则执行步骤S5），若频偏不超过频偏设定值，则执行步骤S6）；

S5）调节可调激光器的相位区电流，返回执行步骤S3）；

S6）判断可调光模块所处的环境温度跳变是否超过温度设定值，若温度跳变超过温度设定值，则返回执行步骤S2），若温度跳变不超过设定值，则返回执行步骤3）。

2.根据权利要求1所述的可调光模块，其特征在于：所述温度监控模块包括贴装在可调激光器内部的热敏电阻，所述微控制器用于通过对贴装在可调激光器内部的热敏电阻的阻值进行采样，计算出热敏电阻所处的温度，即当前可调激光器的工作温度。

3.根据权利要求1所述的可调光模块，其特征在于：所述第一驱动电路包括接收时钟恢复电路、限幅放大电路，所述光探测器的输出端与限幅放大电路的输入端连接，限幅放大电路的输出端与接收时钟恢复电路连接，接收时钟恢复电路与电接口电路连接；

所述第二驱动电路包括发射时钟恢复电路、激光驱动电路，激光驱动电路的输入端与发射时钟恢复电路连接，发射时钟恢复电路与电接口电路连接，激光驱动电路的输出端与可调激光器连接。

4.根据权利要求1所述的可调光模块，其特征在于：所述微控制器用于通过电源管理电路控制可调激光器相位区对应的驱动电流，控制可调激光器的输出波长。

5.一种可调光模块的全温锁波方法，其特征在于，采用了如权利要求1至4任一所述的可调光模块，包括如下步骤：

S1）波长校正，包括：通过常温波长标定、高温波长补偿、低温波长补偿，得到各个通道的TEC值与波长函数Ratio值的关系以及工作环境温度与目标TEC值之间的关系；通过频偏测试得到相位电流和频偏的关系；

波长校正流程包括：

标定文件载入；

常温波长标定，包括：常温下，切换至第一通道进行测试，调整TEC温度，直至波长输出满足设定要求，记录该TEC值；

切换至其余通道进行测试，判断其余通道的输出波长是否满足设定要求，若是，则记录每个通道的电流值和每个通道的波长函数Ratio值，若否，则调节可调激光器的相位区电流，直至波长输出满足设定要求后记录每个通道的相位区电流值和每个通道的波长函数Ratio值；

常温频偏测试，包括：常温下，微控制器控制电源管理电路实现可调激光器的电流调控，使波长偏离设定值，记录波长偏移与波长函数Ratio的关系，记录波长偏移和电流值的关系，得到各个通道波长偏移与波长函数Ratio的关系以及各个通道波长偏移与电流值的关系；

高温波长补偿，包括：在设定的高温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和波长函数Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和波长函数Ratio值，得到各个通道的TEC值与波长函数Ratio值的关系；

低温波长补偿，包括：在设定的低温工作条件下，选择第一通道，通过温度控制电路控制TEC工作使波长满足设定要求，记录TEC值和波长函数Ratio值，切换通道，重复上述操作，直至记录到各个通道的TEC值和波长函数Ratio值，得到各个通道的TEC值与波长函数Ratio值的关系；

S2）微控制器实时监控可调光模块所处的环境温度以及波长函数Ratio值，根据可调光模块所处的环境温度进行TEC温度补偿；

S3）实时监测波长函数Ratio值，计算每通道波长的频偏，频偏量为实时监测得到的Ratio与计算得到的目标Ratio的差值；

S4）判断频偏是否超过频偏设定值，若频偏超过频偏设定值，则执行步骤S5），若频偏不超过频偏设定值，则执行步骤S6）；

S5）调节可调激光器的相位区电流，返回执行步骤S3）；

S6）判断可调光模块所处的环境温度跳变是否超过温度设定值，若温度跳变超过温度设定值，则返回执行步骤S2），若温度跳变不超过设定值，则返回执行步骤3）。

6.根据权利要求5所述的全温锁波方法，其特征在于：根据设定的高温温度、低温温度、常温温度以及分别对应的TEC值，得到工作环境温度与目标TEC值之间的关系，根据工作环境温度与目标TEC值之间的对应关系，进行步骤S2）中的TEC温度补偿，具体包括：根据监测的可调光模块所处环境下的模块温度，计算得到对应的目标TEC值，通过温度控制电路控制可调激光器内部设置的制冷器工作，使TEC监测的温度达到对应的目标TEC值。

7.根据权利要求5所述的全温锁波方法，其特征在于：步骤S3）中进行温度补偿后，根据各个通道的TEC值与Ratio值的关系，计算目标Ratio值。

8.根据权利要求5所述的全温锁波方法，其特征在于：步骤S5）中根据检测到的波长偏移，利用波长偏移与电流值的关系，计算出电流偏移，然后在原基础上增加电流偏移，使波长偏移减小。

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