CN116388860A - 一种多通道光模块波长调试方法和光模块 - Google Patents

一种多通道光模块波长调试方法和光模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多通道光模块波长调试方法，具体过程如下：确定TEC初始温度，以ΔT为步进，记录不同温度下各通道的输出光功率和波长，绘制各通道的温度‑光功率曲线；获取各通道光功率平坦区域的中点对应TEC温度T，温度T下对应的波长λ，以及左安全边界温度T左'和右安全边界温度T右'；判断各个通道的波长λ是否在目标波长范围内；计算各个通道的波长λ与目标波长偏离值Δλ，比较各个通道的温度T和Δλ，计算TEC的最终设置温度T'；同时比较T'与各个通道的左安全边界温度T左'或右安全边界温度T右'的大小，判定产品波长调试是否成功。该发明综合考虑了TEC温度对波长和光功率的影响，减小了光功率对波长变化的敏感度，提高了产品稳定性及可靠性。

Description

一种多通道光模块波长调试方法和光模块
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种多通道光模块波长调试方法和光模块。
背景技术
在长距光模块中，通常使用TEC对激光器进行控温，使激光器始终维持在一个固定的温度下工作。在调试时，也是通过调整TEC的温度来调整激光器的波长，使激光器工作时的波长满足协议要求。如图1所示的典型100G LR4（10km）光模块的光发射次模块（TOSA）结构，包括激光器，TEC，热敏电阻，将激光器发出的光准直的透镜，包含有4个通过特定波长的带通滤波片的光复用组件，位移棱镜，会聚透镜和光纤适配器等。通常情况下调试光发射次模块的波长的步骤如下：(1)设置TEC的初始温度(初始温度取50℃)；(2)测试4个通道波长；(3)判定4个通道波长是否满足协议：(4)将4个通道的波长实测数据和协议波长进行比较，得出波长的偏离值，再根据波长的温漂系数，计算得出TEC的温度设置目标值，然后将TEC温度设置为目标值，使4个通道的波长满足协议要求。
然而，按照上述方法设定的TEC温度，可以保证波长在协议范围内，但由于光复用组件的制作公差，带通滤波片能通过的波长的范围会有偏差，同时光复用组件的贴装也会存在角度公差，这些都会改变光复用组件能通过的波长的范围，从而无法保证满足协议要求的所有波长的光都能在损耗比较小的情况下通过。有时候即使能通过，但波长不在带通滤波片实际能低损耗通过的波长范围内，例如：如图2所示，其协议波长的边界（左边界）位于光功率快速跌落的区域；或者波长处于带通滤波片实际能通过的波长范围的边界情况，例如：如图3所示，其协议波长的边界（左边界）位于光功率快速跌落的边缘；上述两种情况下，在使用过程中，光功率对波长的变化非常敏感，只要波长发生微小的变化，就会导致光功率大幅度跌落，从而导致光模块失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种多通道光模块波长调试方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多通道光模块波长调试方法，包括如下步骤：
1)确定TEC的初始温度，并以ΔT为步进，记录不同温度下光模块各个通道的输出光功率和波长，绘制出光模块各个通道的温度-光功率曲线；
2)获取光模块各个通道的温度-光功率曲线中光功率平坦区域的中点对应的TEC温度T，以及左安全边界温度T左'和右安全边界温度T右'；并获取各个通道在温度T下所对应的波长λ；
3)判断各个通道的波长λ是否在目标波长范围内，若各个通道的波长λ均在目标波长范围内，则比较各个通道的温度T大小并获得一最大值Tmax和一最小值Tmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2，各个通道在此温度T'下对应的波长即为各个通道调试后的波长；若各个通道的波长λ至少一个不在目标波长范围内，则进入步骤4)；
4)计算各个通道的波长λ与目标波长范围的偏离值Δλ，波长λ在目标波长范围内时偏离值Δλ定义为0，波长λ的值大于目标波长范围的上限时偏离值Δλ定义为大于0，波长λ的值小于目标波长范围的下限时偏离值定义为小于0；
若各个通道的偏离值Δλ均大于或者等于0，且至少一个大于0，则比较各个通道的偏离值Δλ大小并获得一最大偏离值Δλmax，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2-Δλmax/σ，σ为激光器波长的温漂系数，同时比较T'与各个通道的左安全边界温度T左'的大小，若T'与各个通道的T左'的比均大于或等于1，则设定各个通道在温度T'下对应的波长为各个通道调试后的波长；否则将光模块产品判定为不良品，进行返修；
若各个通道的偏离值Δλ均小于或者等于0，且至少一个小于0，则比较各个通道的偏离值Δλ绝对值大小并获得一最大偏离值Δλmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2-Δλmin/σ，σ为激光器波长的温漂系数，同时比较T'与各个通道的右安全边界温度T右'的大小，若T'与各个通道的T右'的比均小于或等于1，则设定各个通道在温度T'下对应的波长为各个通道调试后的波长；否则将光模块产品判定为不良品，进行返修；
若各个通道的偏离值Δλ中同时有至少一个大于0和至少一个小于0，则将光模块产品判定为不良品，进行返修。
进一步的，所述步骤1)中TEC的初始温度的选取条件为使获得的各个通道的温度-光功率曲线有完整的平坦区域，同时读取对应通道的波长覆盖协议波长的范围。
进一步的，所述步骤1)中ΔT设置为1℃。
另外，本发明还提供了一种光模块，所述光模块运用上述的多通道光模块波长调试方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的这种多通道光模块波长调试方法可以快速确定TEC的最佳温度设置和光模块中激光器的最佳工作波长，并且该TEC最佳温度的确定综合考虑了其对波长和光功率的影响，不仅能保证波长在协议波长范围内，而且能使波长处于带通滤波片实际能低损耗通过的波长范围内，减小光功率对波长变化的敏感度，从而提高产品稳定性及可靠性。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是现有典型100G LR4光模块的光发射次模块结构示意图；
图2是现有应用中协议波长的边界位于光功率快速跌落区域的示意图；
图3是现有应用中协议波长的边界位于光功率快速跌落的边缘示意图；
图4是本发明中温度-光功率曲线图；
图5是本发明实施例中四个通道的温度-光功率曲线图。
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。
本实施例提供了一种多通道光模块波长调试方法，具体包括如下步骤：
(1)确定TEC的初始温度，并以ΔT为步进，记录不同温度下光模块各个通道的输出光功率和波长，绘制出光模块各个通道的温度-光功率曲线。其中，TEC的初始温度的选取条件为使获得的各个通道的温度-光功率曲线有完整的平坦区域，同时读取对应通道的波长覆盖协议波长的范围；ΔT通常设置为1℃。
需要说明的是，本发明中光功率平坦区域、光功率平坦区域的左安全边界、右安全边界、目标波长的定义如下：
如图4所示，以光功率较光功率最大的点跌落达到ΔP时左右两个点a、b为边界，a、b点之间的区域定义为光功率的平坦区域，a点定义为光功率平坦区域的左边界，b点定义为光功率平坦区域的右边界，a、b点的中点c定义为光功率平坦区域的中点。左边界a点对应的横坐标增加Δt后对应的光功率d点定义为光功率平坦区域的左安全边界， 右边界b点对应的横坐标减去Δt后对应的光功率e点定义为光功率平坦区域的右安全边界。一般ΔP取值为1～2dBm，Δt取值为1～3℃。
目标波长为协议波长范围内缩Δλ后的波长范围，比如协议波长的范围为1294.53～1296.59nm，那么当Δλ=0.2nm时，目标波长的范围为1294.73～1296.39nm。
(2)获取光模块各个通道的温度-光功率曲线中光功率平坦区域的中点对应的TEC温度T，以及左安全边界温度T左'和右安全边界温度T右'；并获取各个通道在温度T下所对应的波长λ。
以4个通道为例，4个通道光功率平坦区域中点对应的TEC温度分别为T1、T2、T3、T4，其对应的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4，4个通道的光功率平坦区域的左安全边界d点和右安全边界e点所对应的温度分别记为T左1'和T右1'，T左2'和T右2'，T左3'和T右3'，T左4'和T右4'。
(3)判断各个通道的波长λ是否在目标波长范围内，若各个通道的波长λ均在目标波长范围内，则比较各个通道的温度T大小并获得一最大值Tmax和一最小值Tmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2，各个通道在此温度T'下对应的波长即为各个通道调试后的波长；若各个通道的波长λ至少一个不在目标波长范围内，则进入步骤(4)。
具体的，以4个通道为例，判断λ1、λ2、λ3、λ4是否在目标波长的范围内，如果λ1、λ2、λ3、λ4的值在目标波长的范围内，比较T1、T2、T3、T4的大小，其中最大值记为Tmax，最小值记为Tmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2。
(4)计算各个通道的波长λ与目标波长范围的偏离值Δλ。将波长λ在目标波长范围内时偏离值Δλ定义为0；波长λ的值大于目标波长范围的上限时偏离值Δλ定义为大于0，此时Δλ为波长λ与目标波长范围的上限值的差值；波长λ的值小于目标波长范围的下限时偏离值定义为小于0，此时Δλ为波长λ与目标波长范围的下限值的差值。
若各个通道的偏离值Δλ均大于或者等于0，且至少一个大于0，则比较各个通道的偏离值Δλ大小并获得一最大偏离值Δλmax，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2-Δλmax/σ，σ为激光器波长的温漂系数，通常约为0.09nm/℃；同时比较T'与各个通道的左安全边界温度T左'的大小，若T'与各个通道的T左'的比均大于或等于1，则设定各个通道在温度T'下对应的波长为各个通道调试后的波长；否则将光模块产品判定为不良品，进行返修。具体的，以4个通道为例，4个通道的偏离值Δλ1、Δλ2、Δλ3、Δλ4均大于或者等于0，且至少一个大于0，即λ1、λ2、λ3、λ4的值均大于目标波长范围的下限值，且至少有一个大于目标波长的上限值，此时比较Δλ1、Δλ2、Δλ3、Δλ4的大小，最大的偏离值记为Δλmax，计算TEC的最终设置温度T'，然后比较T'与4个通道的左安全边界温度T左1'、T左2'、T左3'、T左4'的大小，如果T'跟4个通道的左安全边界温度比均大于或者等于1，则将TEC的最终温度设置为T'，如果T'比4个通道的左安全边界温度的其中一个值或多个值小，则判定波长调试失败，将产品记录为不良品进行返修。
若各个通道的偏离值Δλ均小于或者等于0，且至少一个小于0，则比较各个通道的偏离值Δλ绝对值大小并获得一最大偏离值Δλmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2-Δλmin/σ，σ为激光器波长的温漂系数，同时比较T'与各个通道的右安全边界温度T右'的大小，若T'与各个通道的T右'的比均小于或等于1，则设定各个通道在温度T'下对应的波长为各个通道调试后的波长；否则将光模块产品判定为不良品，进行返修。具体的，以4个通道为例，4个通道的偏离值Δλ1、Δλ2、Δλ3、Δλ4均小于或者等于0，且至少一个小于0，即λ1、λ2、λ3、λ4的值均小于目标波长范围的上限值，且至少有一个小于目标波长的下限值，此时比较Δλ1、Δλ2、Δλ3、Δλ4的大小，偏离值绝对值最大的记为Δλmin，计算TEC的最终设置温度T'，然后比较T'与4个通道的右安全边界温度T右1'、T右2'、T右3'、T右4'的大小，如果T'跟4个通道的右安全边界温度比均小于或者等于1，则将TEC的最终温度设置为T'，如果T'比4个通道的右安全边界温度的其中一个值或多个值大，则判定波长调试失败，将产品记录为不良品进行返修。
若各个通道的偏离值Δλ中同时有至少一个大于0和至少一个小于0，则将光模块产品判定为不良品，进行返修。
下面以四通道的光模块为例具体说明本发明的多通道光模块波长调试方法，具体过程如下：
1、获取4个通道的协议波长范围，如表1所示；再根据4个通道的协议波长确定4个通道的目标波长范围，目标波长为协议波长内缩一个值Δλ，取Δλ=0.2nm，4个通道的目标波长范围如表2所示。
表1：4个通道的协议波长范围
Figure SMS_1
表2：4个通道的目标波长范围
Figure SMS_2
2、选取TEC的初始温度为35℃，并以ΔT=1℃为步进，改变TEC的温度，测试4个通道的输出光功率，得到4个通道的温度-光功率曲线如图5所示，同时根据图5得出光功率平坦区域左边界对应TEC温度T左和光功率平坦区域右边界对应TEC温度T右、光功率平坦区域中点对应TEC温度T、光功率平坦区域左安全边界对应TEC温度T左'、光功率平坦区域右安全边界对应TEC温度T右'、4通道平坦区域中点对应的TEC温度的最小值Tmin、4通道平坦区域中点对应TEC温度的最大值Tmax，如表3所示。
表3：4个通道的温度-光功率曲线对应的指标
Figure SMS_3
3、测得4个通道光功率平坦区域中点对应的温度T1、T2、T3、T4对应的波长分别为1296.6nm、1300.1nm、1304.6nm、1309.1nm。根据表2中目标波长的数据，计算得到4个通道的偏离值Δλ，结果如表4所示。
表4：4个通道的偏离值
Figure SMS_4
由表4数据可以看出，Δλ1、Δλ2、Δλ3、Δλ4均大于或等于0，且Δλ1大于0，此时比较4个通道偏离值Δλ的大小，最大的偏离值Δλmax=0.21nm，则TEC的最终设置温度T'=（Tmax+Tmin）/2-Δλmax/σ=（56+53）/2-0.21/0.09=52.17℃，其中σ为激光器波长的温漂系数，通常约为0.09nm/℃。同时由表3可得出，T左1'=44℃、T左2'=45℃、T左3'=43℃、T左4'=42℃，比较T'与4个通道T左1'、T左2'、T左3'、T左4'的大小，确认T'跟T左1'、T左2'、T左3'、T左4'的比均大于1，所以将TEC的最终温度设置T'=52.17℃。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多通道光模块波长调试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定TEC的初始温度，并以ΔT为步进，记录不同温度下光模块各个通道的输出光功率和波长，绘制出光模块各个通道的温度-光功率曲线；
2)获取光模块各个通道的温度-光功率曲线中光功率平坦区域的中点对应的TEC温度T，以及左安全边界温度T左'和右安全边界温度T右'；并获取各个通道在温度T下所对应的波长λ；
3)判断各个通道的波长λ是否在目标波长范围内，若各个通道的波长λ均在目标波长范围内，则比较各个通道的温度T大小并获得一最大值Tmax和一最小值Tmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2，各个通道在此温度T'下对应的波长即为各个通道调试后的波长；若各个通道的波长λ至少一个不在目标波长范围内，则进入步骤4)；
4)计算各个通道的波长λ与目标波长范围的偏离值Δλ，波长λ在目标波长范围内时偏离值Δλ定义为0，波长λ的值大于目标波长范围的上限时偏离值Δλ定义为大于0，波长λ的值小于目标波长范围的下限时偏离值定义为小于0；
若各个通道的偏离值Δλ均大于或者等于0，且至少一个大于0，则比较各个通道的偏离值Δλ大小并获得一最大偏离值Δλmax，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2-Δλmax/σ，σ为激光器波长的温漂系数，同时比较T'与各个通道的左安全边界温度T左'的大小，若T'与各个通道的T左'的比均大于或等于1，则设定各个通道在温度T'下对应的波长为各个通道调试后的波长；否则将光模块产品判定为不良品，进行返修；
若各个通道的偏离值Δλ均小于或者等于0，且至少一个小于0，则比较各个通道的偏离值Δλ绝对值大小并获得一最大偏离值Δλmin，TEC的最终设置温度T'=(Tmax+Tmin)/2-Δλmin/σ，σ为激光器波长的温漂系数，同时比较T'与各个通道的右安全边界温度T右'的大小，若T'与各个通道的T右'的比均小于或等于1，则设定各个通道在温度T'下对应的波长为各个通道调试后的波长；否则将光模块产品判定为不良品，进行返修；
若各个通道的偏离值Δλ中同时有至少一个大于0和至少一个小于0，则将光模块产品判定为不良品，进行返修。
2.如权利要求1所述的多通道光模块波长调试方法，其特征在于：所述步骤1)中TEC的初始温度的选取条件为使获得的各个通道的温度-光功率曲线有完整的平坦区域，同时读取对应通道的波长覆盖协议波长的范围。
3.如权利要求1所述的多通道光模块波长调试方法，其特征在于：所述步骤1)中ΔT设置为1℃。
4.一种光模块，其特征在于，所述光模块运用权利要求1-3任一项所述的多通道光模块波长调试方法。
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