CN114552373A - 一种波长稳定及功率稳定的dfb种子源电路设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，涉及DFB种子源电路技术领域。本发明包括如下步骤：步骤一，通过恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定；步骤二，通过PD光电二极管采集泵浦源电路功率；步骤三，通过恒温控制电路控制泵浦源的温度。本发明通过DC/DC电路连接，得到一个准确的直流电压，得到的电压是给DFB泵浦源提供电源，并且外部提供的电压24V通过LDO线性稳压电路得到一个直流电压是给高精度运算放大器等有源器件供电，然后经高精度运算放大器、MOSFET管和高精度采样电阻组合成一个闭环反馈电路的恒流电路，达到精确控制DFB泵浦源的电流功能。
Description
技术领域
本发明属于DFB种子源电路技术领域，特别是涉及一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法。
背景技术
随着现代社会的不断发展和进步，光纤通信系统也在不断的向高速率，大容量，长距离的特点发展，不仅是对光纤通信系统中的各种光学器件的性能的要求，更对器件的稳定性也是有更高的要求，当然也需要稳定的电路控制系统控制光学器件的稳定工作来保证激光器的各项功能的稳定性。
目前激光器的种类有很多，比如固体激光器，气体激光器，液体激光器，还有这几年兴起的光纤激光器，而这些激光器的结构中都必须用到一个很重要的光学器件就是泵浦源，其中有一种DFB泵浦源作为种子源激光器是非常重要的组成部分，在实际应用过程中会出现波长不稳以及功率不稳的情况，所以稳定可靠的电路设计方案控制DFB泵浦源的尤为重要。
针对DFB泵浦源在实际使用过程中有两大主要因素决定了它的功率稳定性和波长稳定行，两大主要因素：一是恒定控制电路与输出功率的如何调节；二是DFB泵浦源温度的稳定。所以对于DFB泵浦源的控制电路需要包括主要的两个方面，一方面是它的恒定控制电路与功率输出如何调节的方案，另一方面是对DFB泵浦源的温度控制电路。在恒定控制电路与功率输出调节方案中的恒流控制电路就是需要控制泵浦源的电流的稳定，其中需要电流大小恒定，是通过采样电阻采集到的电流信号反馈与设置值电流值做比较，然后控制MOSFET管的控制电流达到平衡，同时还要通过PD光电二极管采集功率，通过合理计算改变电流值，然后达到稳定功率的作用；另一方面就是温度控制电路，温度控制电路就是需要控制DFB泵浦管的温度，通过DFB芯片内置负反馈系数的热敏电阻采集温度，从而控制温度芯片控制 DFB泵浦源的内置TEC调节温度达到控制泵浦源的温度恒定，另外控制散热风扇的转动和转速控制散热器的温度，继而达到控制波长稳定的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，解决了恒定控制电路与输出功率的如何调节和DFB泵浦源温度的稳定的技术问题。
为达上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，包括：如下步骤：
步骤一，通过恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定；
步骤二，通过PD光电二极管采集泵浦源电路功率；
步骤三，通过恒温控制电路控制泵浦源的温度。
可选的，恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定包括如下步骤：
步骤1.1：将输入直流电压24V通过DC/DC芯片转换电路转成DFB泵浦源所需要的电压；
步骤1.2：将输入直流电压24V通过LDO线性稳压电路转换成运算放大器等有源器件提供电源；
步骤1.3：通过运用放大器、MOSFET以及高精度采样电阻组合成闭环反馈电路达到恒定电流电路的功能，产生一个恒定电流的电路；
步骤1.4：控制运算放大器的输入端的电压，来控制DFB泵浦源的驱动电流，通过高精度采样电阻采集产生反馈信号输入到微型处理器的ADC功能采样以及运算放大器的另一输入端进行比较；
步骤1.5：控制MOSFET通过的电流大小，达到恒定电流的功能。
可选的，PD光电二极管采集泵浦源电路功率包括如下步骤：
步骤2.1：使用空间PD光电二极管安装在光功率输出的光纤上，根据光纤特性，有一部分光散射出来，让PD光电二极管采集到转换成电流信号；或者使用光纤耦合的PD光电二极管接受光信号产生电流；或者是耦合的PD 光电二极管，让PD光电二极管采集到转换成电流信号；
步骤2.2：通过将电流信号转换成电压信号后，进行电压信号的放大，整形后得到的信号输入到微型处理器，然后通过计算得到输出功率值；
步骤2.3：得到的功率值与实际功率值做对比，反馈到电流恒定电路控制DFB泵浦源的电流的大小，通过实时的功率采集信号反馈到输出电流上，达到稳定功率输出的目的。
可选的，恒温控制电路控制泵浦源的温度包括如下步骤；
步骤3.1：DFB泵浦源安装在散热器上，并且散热器的侧面安装有散热风扇；
步骤3.2：DFB泵浦源在工作时会产生热量，使整个DFB泵浦源的温度改变，采集DFB泵浦源内部的负温度热敏电阻的温度；
步骤3.3：将热敏电阻与温度控制芯片连接，反馈到温度控制芯片采集；
步骤3.4：通过微型处理器控制温度控制芯片设置需要控制到的温度点，使温度控制芯片控制DFB泵浦源内部的TEC模块进行加热或者制冷的功能；
步骤3.5：在散热器处安装热敏电阻，微型处理器采集热敏电阻的温度后，对散热风扇进行PWM控制散热风扇的转速，控制散热器的温度。
可选的，散热器上安装有散热风扇。
可选的，散热器材质为铝质或铜质。
可选的，恒流控制电路是运算放大器闭环反馈电路。
可选的，通过内部DFB泵浦源的TEC制冷制热模块控制温度。
可选的，通过采集PD光电二极管读取功率反馈到驱动电流时，PD二极管采集光功率反馈功率方案。
可选的，散热器的温度传感器为热敏电阻，DFB泵浦源的内置温度传感器为负温度热敏电阻。
本发明的实施例具有以下有益效果：
1、通过DC/DC电路连接，得到一个准确的直流电压，得到的电压是给 DFB泵浦源提供电源，并且外部提供的电压24V通过LDO线性稳压电路得到一个直流电压是给高精度运算放大器等有源器件供电，然后经高精度运算放大器、MOSFET管和高精度采样电阻组合成一个闭环反馈电路的恒流电路，达到精确控制DFB泵浦源的电流功能。
2、通过反向偏置以对输入光产生线性响应，光电流的大小基于入射光和波长，在图3中PD二极管产生光电流信号运算放大器连接产生电压信号，在经过运算放大器的放大整形滤波得到一个电压值输入到微型处理器采集换算得到一个输出功率值，与实际功率做比较，从而调节驱动DFB泵浦源的电流值达到功率平衡的功能。
3、通过微型处理器设置控制温度的值来控制温度控制电路，温度控制电路控制DFB泵浦源的TEC模块进行制冷制热的功能。第二部分是微型处理器采集安装在散热器上的热敏电阻的温度值，然后微型处理器控制散热风扇的转速，从而达到控制整个散热器的温度，从而确保散热器和DFB泵浦源的温度一致。从而更加有效的保证DFB泵浦源的温度稳定，从而保证输出波长稳定。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一实施例的DFB种子源电路设计方法的整体流程图；
图2为本发明一实施例的电流恒定流程图；
图3为本发明一实施例的功率恒定流程图；
图4为本发明一实施例的恒温方案流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
请参阅图1-4所示，在本实施例中提供了一种波长稳定及功率稳定的 DFB种子源电路设计方法，包括：如下步骤：
步骤一，通过恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定；
步骤二，通过PD光电二极管采集泵浦源电路功率；
步骤三，通过恒温控制电路控制泵浦源的温度。
本发明提供的一种波长稳定及功率输出稳定的DFB种子源电路设计方法。如图1所示，具体的主要由微型处理器、恒流控制电路、PD光电二极管采集电路、TEC控制电路、风扇驱动电路和DFB泵浦源组成。主要实现目的在于DFB泵浦源输出功率稳定以及波长稳定的效果。首先功率稳定的实现过程是主要有两个部分组成一个恒流控制电路如图1中所示，另一个是 PD光电二极管反馈电路如图1中所示，具体的电流控制电路方案如图2所示，外部提供直流电压24V,通过DC/DC电路连接，得到一个准确的直流电压，得到的电压是给DFB泵浦源提供电源，并且外部提供的电压24V通过 LDO线性稳压电路得到一个直流电压是给高精度运算放大器等有源器件供电，然后经高精度运算放大器、MOSFET管和高精度采样电阻组合成一个闭环反馈电路的恒流电路，达到精确控制DFB泵浦源的电流功能。在PD光电二极管反馈电路中会使用到光电二极管，这种光电二极管一般可以适用于可见光、近红外或宽带波长范围，也具有平滑的频率响应。光电二极管是一种基本器件，功能类似于普通的信号二极管，但在结半导体的耗尽区吸收光时，会产生光电流。光电二极管具有两种工作模式：光导模式(反向偏置)或光伏模式(零偏置)。本发明通过反向偏置以对输入光产生线性响应，光电流的大小基于入射光和波长，在图3中PD二极管产生光电流信号运算放大器连接产生电压信号，在经过运算放大器的放大整形滤波得到一个电压值输入到微型处理器采集换算得到一个输出功率值，与实际功率做比较，从而调节驱动DFB泵浦源的电流值达到功率平衡的功能。其次控制输出波长稳定的实现过程，实际上就是要控制DFB泵浦源的温度。在图4所示中，需要过程是，微型处理器先与温度控制电路连接，温度控制芯片与DFB泵浦源的内置负温度系数的热敏电阻连接，然后采集DFB泵浦源内部温度；然后温度控制电路也与DFB泵浦源内部的TEC模块连接，通过微型处理器设置控制温度的值来控制温度控制电路，温度控制电路控制DFB泵浦源的 TEC模块进行制冷制热的功能。第二部分是微型处理器采集安装在散热器上的热敏电阻的温度值，然后微型处理器控制散热风扇的转速，从而达到控制整个散热器的温度，从而确保散热器和DFB泵浦源的温度一致。从而更加有效的保证DFB泵浦源的温度稳定，从而保证输出波长稳定。
具体的恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定包括如下步骤：
步骤1.1：将输入直流电压24V通过DC/DC芯片转换电路转成DFB泵浦源所需要的电压，通过DC/DC芯片转换成的电路的优点降低了高电压转成低电压的损耗，以及提高驱动LD的瞬态能力；
步骤1.2：将输入直流电压24V通过LDO线性稳压电路转换成运算放大器等有源器件提供电源，通过LDO线性稳压电路转成的电源具有电压纹波小，以及外围电路器件少，减少电路板的空间大小；
步骤1.3：通过运用放大器、MOSFET以及高精度采样电阻组合成闭环反馈电路达到恒定电流电路的功能，产生一个恒定电流的电路，运用运算放大器、MOSFET、高精度采样电阻组合成的恒流特性，让MOSFET器件工作在线性区域，是运用到MOSFET放大电流的特性达到稳定电流的功能；
步骤1.4：控制运算放大器的输入端的电压，来控制DFB泵浦源的驱动电流，通过高精度采样电阻采集产生反馈信号输入到微型处理器的ADC功能采样以及运算放大器的另一输入端进行比较，通过高精度的采样电阻采样转换成电压信号，地，让微型处理器采集到输出电流大小的信号，了解当前DFB泵浦源的驱动电流值，将实际电流值和设置电流做比较，及时调整设置电流值；
步骤1.5：控制MOSFET通过的电流大小，达到恒定电流的功能。
具体的PD光电二极管采集泵浦源电路功率包括如下步骤：
步骤2.1：使用空间PD光电二极管安装在光功率输出的光纤上，根据光纤特性，有一部分光散射出来，让PD光电二极管采集到转换成电流信号；或者使用光纤耦合的PD光电二极管接受光信号产生电流；或者是耦合的PD 光电二极管，让PD光电二极管采集到转换成电流信号；
步骤2.2：通过将电流信号转换成电压信号后，进行电压信号的放大，整形后得到的信号输入到微型处理器，然后通过计算得到输出功率值；
步骤2.3：得到的功率值与实际功率值做对比，反馈到电流恒定电路控制DFB泵浦源的电流的大小，通过实时的功率采集信号反馈到输出电流上，达到稳定功率输出的目的。
功率恒定的工作方法，首先是设置一个功率值，会产生一个设置DFB 泵浦源的电流值，然后通过采集PD光电二极管的电流信号转换成电压信号，达到实际的功率输出，实时调节电流大小的信号，使功率输出稳定。
具体的恒温控制电路控制泵浦源的温度包括如下步骤；
步骤3.1：DFB泵浦源安装在散热器上，并且散热器的侧面安装有散热风扇；
步骤3.2：DFB泵浦源在工作时会产生热量，使整个DFB泵浦源的温度改变，采集DFB泵浦源内部的负温度热敏电阻的温度；
步骤3.3：将热敏电阻与温度控制芯片连接，反馈到温度控制芯片采集；
步骤3.4：通过微型处理器控制温度控制芯片设置需要控制到的温度点，使温度控制芯片控制DFB泵浦源内部的TEC模块进行加热或者制冷的功能；
步骤3.5：在散热器处安装热敏电阻，微型处理器采集热敏电阻的温度后，对散热风扇进行PWM控制散热风扇的转速，控制散热器的温度。经过以上的步骤之后就能控制DFB泵浦源的温度，从而达到控制激光器波长稳定的功能。
恒定稳定的工作方法：在所述的步骤3.1中需将DFB泵浦源放置在散热器上，散热器需要安装散热风扇对散热器散热；步骤3.2中DFB泵浦源内置负温度热敏电阻需要与温度控制芯片连接，才能采集到当前DFB热敏电阻内部温度；通过步骤3.3、3.4两个控制温度的方法及时有效的解决DFB 泵浦源的内部温度。
通过TEC控制DFB泵浦源内部的TEC模块达到控制DFB泵浦源的温度稳定，以及采集安装再散热器的热敏电阻的温度，从而控制风扇的转动，及时达到控制DFB泵浦源的内部温度，并且通过散热器上热敏电阻的采集 PWM控制散热风扇的转速来达到控制整机的温度稳定，从而达到波长稳定的效果；通过PD二极管的采集配合恒流稳定电路从而达到功率稳定输出的目的。
具体的散热器上安装有散热风扇，散热器材质为铝质或铜质，恒流控制电路是运算放大器闭环反馈电路，通过内部DFB泵浦源的TEC制冷制热模块控制温度，通过采集PD光电二极管读取功率反馈到驱动电流时，PD二极管采集光功率反馈功率方案，散热器的温度传感器为热敏电阻，DFB泵浦源的内置温度传感器为负温度热敏电阻。
上述实施例可以相互结合。
本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下做出的结构变化，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，包括：如下步骤：
步骤一，通过恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定；
步骤二，通过PD光电二极管采集泵浦源电路功率；
步骤三，通过恒温控制电路控制泵浦源的温度。
2.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，恒流控制电路控制泵浦源的电流的稳定包括如下步骤：
步骤1.1：将输入直流电压24V通过DC/DC芯片转换电路转成DFB泵浦源所需要的电压；
步骤1.2：将输入直流电压24V通过LDO线性稳压电路转换成运算放大器等有源器件提供电源；
步骤1.3：通过运用放大器、MOSFET以及高精度采样电阻组合成闭环反馈电路达到恒定电流电路的功能，产生一个恒定电流的电路；
步骤1.4：控制运算放大器的输入端的电压，来控制DFB泵浦源的驱动电流，通过高精度采样电阻采集产生反馈信号输入到微型处理器的ADC功能采样以及运算放大器的另一输入端进行比较；
步骤1.5：控制MOSFET通过的电流大小，达到恒定电流的功能。
3.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，PD光电二极管采集泵浦源电路功率包括如下步骤：
步骤2.1：使用空间PD光电二极管安装在光功率输出的光纤上，根据光纤特性，有一部分光散射出来，让PD光电二极管采集到转换成电流信号；或者使用光纤耦合的PD光电二极管接受光信号产生电流；或者是耦合的PD光电二极管，让PD光电二极管采集到转换成电流信号；
步骤2.2：通过将电流信号转换成电压信号后，进行电压信号的放大，整形后得到的信号输入到微型处理器，然后通过计算得到输出功率值；
步骤2.3：得到的功率值与实际功率值做对比，反馈到电流恒定电路控制DFB泵浦源的电流的大小，通过实时的功率采集信号反馈到输出电流上，达到稳定功率输出的目的。
4.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，恒温控制电路控制泵浦源的温度包括如下步骤；
步骤3.1：DFB泵浦源安装在散热器上，并且散热器的侧面安装有散热风扇；
步骤3.2：DFB泵浦源在工作时会产生热量，使整个DFB泵浦源的温度改变，采集DFB泵浦源内部的负温度热敏电阻的温度；
步骤3.3：将热敏电阻与温度控制芯片连接，反馈到温度控制芯片采集；
步骤3.4：通过微型处理器控制温度控制芯片设置需要控制到的温度点，使温度控制芯片控制DFB泵浦源内部的TEC模块进行加热或者制冷的功能；
步骤3.5：在散热器处安装热敏电阻，微型处理器采集热敏电阻的温度后，对散热风扇进行PWM控制散热风扇的转速，控制散热器的温度。
5.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，散热器上安装有散热风扇。
6.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，散热器材质为铝质或铜质。
7.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，恒流控制电路是运算放大器闭环反馈电路。
8.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，通过内部DFB泵浦源的TEC制冷制热模块控制温度。
9.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，通过采集PD光电二极管读取功率反馈到驱动电流时，PD二极管采集光功率反馈功率方案。
10.如权利要求1所述的一种波长稳定及功率稳定的DFB种子源电路设计方法，其特征在于，散热器的温度传感器为热敏电阻，DFB泵浦源的内置温度传感器为负温度热敏电阻。
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- 2022-02-23 CN CN202210166705.5A patent/CN114552373A/zh active Pending
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