CN1304225A - 分离激光控制系统中记忆和控制功能的设备和方法 - Google Patents

分离激光控制系统中记忆和控制功能的设备和方法 Download PDF

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Abstract

分离波长稳定激光控制系统中的记忆和控制功能的方法和设备。激光芯片和存储装置被配置在与激光控制系统分离的组件中,当需要更换激光芯片时,可容易地拆卸下该激光控制系统。存储装置为与其相关的激光芯片保存必需的工作数据,并向控制系统提供任何必需的校准和工作数据,从而控制系统可容易并且快速地更新的激光芯片的操作。

Description

分离激光控制系统中记忆和 控制功能的设备和方法
本发明涉及可调激光器和其它可调光学信号源，更具体地说，涉及用于分离激光控制系统中记忆和控制功能的方法和系统。
光纤通信系统提供低损耗和很高的信息携带容量。实际上，可通过利用不同的载波波长，同时传输许多截然不同的信道，使用光纤的带宽。相关技术被称为波分多路复用(WDM)。在窄带WDM系统中，为了增大光纤传输容量，八个、十六个或更多的不同波长间距紧密。
为了使信道的数目达到最大，需要具有稳定且精确的波长控制的激光器提供间距较窄的多个波长。但是，实际上，激光器在相当宽的波段内产生光。输出频率取决于激光器共振腔支持的不连续纵向模式的数目。
为了把激光器的振动限制于竞争纵向模式之一，已使用了各种方法。最常见的一种方法被称为温度调谐，该方法通过改变激光器的温度，调节激光器的输出。即使改变室温条件，这种方法也便于激光器的波长锁定。温度调谐通常需要使用诸如标准具之类的选频外腔，检测输出波长，激光器在该波长下工作。图1图解说明了用于稳定激光波长的常规系统的一部分。具体地说，图1图解说明了使用滤光器控制波长的常规激光器模块10。
激光器模块10包括安装在热电致冷器(TEC)14上的激光芯片(laser chip)12。如果考虑到热膨胀匹配的需要，在激光芯片12和TEC 14之间可使用辅助固定件(submount)(图中未表示)。通常配置用于测量TEC 14和激光芯片12的温度的热敏电阻13。激光芯片12产生激光输出16和反向(backface)输出18。反向输出18通过光学耦合器20，把激光分离成独立的光径，图1中图解说明了两个激光光径。使第一个激光光径通过诸如标准具22之类的滤光器，并被输入光探测器24a，把光学信号转换为电信号。电信号由放大器26a放大，并把得到的信号输入控制器30，控制器30把信号从模拟信号转换为数字信号，以便进一步处理。
第二激光光径被输入光检测器24b，从而把光学信号转换为电信号。电信号由放大器26b放大，并把得到的信号输入控制器30，控制器30把信号从模拟信号转换为数字信号，以便进一步处理。另一方面，可借助布置在放大器26a,26b和控制器30之间的模-数(A/D)转换器(图中未表示)完成模-数信号转换。
控制器30处理来自于每个激光光径的信号输入，并通过线路32向连接器34输出控制信号。控制器30还在线路32上输出关于激光芯片12的工作参数，例如代表激光芯片温度、激光输出波长、激光输出功率等的信号。可选地，可借助数-模(D/A)转换器(图中未表示)把线路32上的信号从数字信号转换为模拟信号。连接器34通过线路36，把来自于线路32的信号传给控制系统的剩余部分。以来自于控制器30的控制信号为基础的信号通过连接器34，从控制系统传给TEC14，TEC 14响应该信号，改变激光芯片12的温度，从而调节激光输出16,18的波长。
但是常规的激光器模块10存在一些问题。目前，关于激光芯片的记忆和控制功能由控制系统完成。这样，如果需要更换激光芯片12，则必须更换整个激光器模块，并且需要对新的激光芯片，重新校准控制系统，因为激光芯片之间可能有些差别。由于激光芯片的容差的缘故，即使设计成在相似波长下工作的激光器也可发生轻微的改变。另外，随着激光芯片的老化，其性能会发生改变。每次把新的激光芯片装入激光控制系统中时，都必须把在激光芯征的制造测试和校准过程中确定的，关于激光芯片的启动条件的信息输入控制系统，并重新校准控制系统，相对于新的激光芯片的任意变化进行相应的调整。例如，必须把诸如激光器偏压电流，波长查找表(用于确定激光芯片输出要求波长所必需的温度)之类的信息提供给控制系统。
整个激光器模块的更换和相对于新的激光芯片，校准控制系统，增大了更换所需的时间，还增大了费用。这样，就需要一种波长稳定的激光系统，该系统允许又经济又容易地更换激光芯片。
通过提供用于分离波长稳定的激光系统中的记忆和控制功能，便于经济、高效地更换激光芯片的独特方法和设备，本发明缓和了与现有技术相关的问题。
根据本发明，在与激光控制系统分离的组件中设置激光芯片和存储器，当激光芯片需要更换时，激光控制系统可被容易地拆卸。存储器为其相关的激光芯片存储必需的工作数据，并向控制系统提供任意必需的校准和工作数据，从而对于新的激光芯片，控制系统可容易并且快速地更新操作。该设备和方法提供了一种低成本的高效方案，因为更换激光芯片不再需要更换整个激光器模块，即需要更换的组件减少了，并且可根据存储器中保存的信息重新校准控制系统。
结合附图，根据下面的本发明的详细说明，本发明的这些和其它优点及特征将是显而易见的。
图1以方框图的形式图解说明了用于激光波长稳定的常规系统的一部分；
图2以方框图的形式图解说明了根据本发明，具有分离的记忆和控制功能的波长稳定激光控制系统的一部分；
图3以方框图的形式图解说明了可用在图2的激光器/存储器模块中的存储装置。
下面将以图2-3中举例说明的实施例，说明本发明。也可利用其它实施例，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可做出结构，逻辑或设计改变。在整个说明中，相同的对象用同样的附图标记表示。
根据本发明，通过在与激光控制系统的控制功能分离的组件中设置激光芯片和存储器，分离波长稳定的激光系统中的记忆和控制功能，从而便于经济、高效地更换激光芯片。
图2以方框图的形式图解说明了根据本发明的，具有分离的记忆和控制功能的波长稳定激光控制系统的一部分。具体地说，图2图解说明了通用电子设备控制模块110和激光器/存储器模块120。根据本发明，激光器/存储器模块120与包括控制模块110在内的激光控制系统剩余部分分开，并可从所述激光控制系统剩余部分中取出。
激光器/存储器模块120包括安装在热电致冷器(TEC)14上的激光芯片12。如果考虑到热膨胀匹配的需要，在激光芯片12和TEC 14之间可使用辅助固定件(submount)(图中未表示)。通常配置用于测量TEC 14和激光芯片12的温度的热敏电阻13。激光芯片12产生激光输出16和反向(backface)输出18。反向输出18通过光学耦合器20，把激光分离成独立的光径。使各个激光光径通过光学探测器50，光学探测器50可包括，例如位于光径之一中的诸如标准具之类的滤光器，和位于每个光径中的用于把每个激光光径的光信号转换为电信号的光探测器。来自于光学探测器50的，代表每个激光光径的电信号被放大器52放大，并经过连接器58，从激光器/存储器模块120输出。
根据本发明，激光器/存储器模块120包括存储和激光芯片12的启动和操作有关的信息的存储装置54。存储装置54可以是断电时，能够保持数据的任意类型的存储器或存储系统，例如电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，快速存储器等等。存储装置54也可是如图3所示的，包括随机存取存储器(RAM)70，静态存储器72和电容器74的系统，数据被保存在随机存取存储器70中，当断电时，借助电容器74中保留的储备电力，数据被写入静态存储器72中。存储的信息包括对激光芯片12的正确工作至关重要的信息，例如在激光芯片12的制造性能和可靠性测试过程的确定的激光器偏压电流，查阅表等等。
参见图2，控制模块110包括与激光器/存储器模块120的连接器58配合，便于箭头60图解说明的，激光器/存储器模块120和控制模块110之间的信号传输的连接器56。控制模块还包括缓冲电路112，缓冲电路112接收经过线路56，来自于激光器/存储器模块120的放大器52，代表激光光径的信号，并且还接收来自于热敏电阻13的信号。来自于激光器/存储器模块120的信号通过缓冲电路112之后，被输入控制器30中，控制器把信号从模拟信号转换为数字信号，以便进行进一步处理。控制器30可包括微控制器或可编程器件，举例来说为微处理器。如果使用微处理器，则可以是任意常规的通用单片或多片微处理器，或者可以是任意常规的专用微处理器，例如数字信号处理器。另一方面，模-数信号转换可由位于缓冲电路112和控制器30之间的模-数(A/D)转换器(图中未表示)完成。激光器/存储器模块120的存储装置54还通过连接器56,58与控制器30相连。
控制器30处理从缓冲电路112输入的，代表每个激光光径的信号和由热敏电阻13测量的TEC 14的温度信号，并通过线路32向连接器34输出控制信号。控制器30还在线路32上输出关于激光芯片12的工作参数，例如代表激光芯片温度、激光输出波长、激光输出功率等的信号。可选地，借助数-模(D/A)转换器38，线路32上的信号可从数字信号转换为模拟信号。连接器34通过线路36，把来自于线路32的信号传给控制系统的剩余部分。根据来自控制器30的控制信号，来自控制系统的信号通过线路62被发送给TEC 14,TEC 14响应控制信号，改变激光芯片12的温度，从而调节激光输出16,18的波长。控制器30还可通过连接器56,58，向激光器/存储器模块120的存储装置54输出关于激光芯片12的当前工作状况的信息，以便更新存储装置54中存储的工作状况，解决激光芯片12的老化问题。
根据本发明，可容易地更换激光控制系统中的激光器/存储器模块120，而不必通过断开连接器56,58，拆卸控制模块110。此外，由于当把新的激光器/存储器模块120插入激光系统时，控制器30内的固件被用于通过接连器56,58，抽取存储在新的激光器/存储器模块120的存储装置54中的，涉及新的激光芯片12的启动和工作状况的数据，因此激光器/存储器模块120的更换将不需要对激光系统进行重大的重新测试和重新校准。
这样，通过分离波长稳定的激光系统中的记忆和控制功能，当更换激光芯片时，只需要更换少部分的激光系统。只更换少部分的激光系统，即只更换激光器/存储器模块120的能力，以及存储关于激光芯片12的数据的存储装置54的使用，其结果是获得既经济又高效的激光系统中激光芯片的更换方法。
虽然已经以利用激光芯片12实现的形式，说明了本发明，但是要明白，本发明并不局限于此，本发明可和本领域中已知的任意类型的激光源一起使用，例如一排激光器，DFB激光器，分布式Bragg反射(DBR)激光器，Fabry-Perot激光器等。另外，虽然已经就使用诸如标准具之类的滤光器的激光控制系统，说明了本发明，但是，本发明并不局限于此，并可和本领域中已知的任意类型的激光控制系统一起使用。
在说明本发明的过程中，参考了本发明的实施例。但是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域中熟悉本发明的公开内容的技术人员，能够做出落入权利要求中限定的本发明的范围内的各种添加，删除，替代或其它修改。因此，本发明不应被看作由前述说明限定，相反，本发明只由附加权利要求的范围限定。

Claims (34)

1．一种激光器模块，包括：
产生激光输出的激光源；和
保存所述激光源的工作参数的存储装置；
其中所述激光器模块可从用于控制激光系统中的所述激光源的工作的激光器控制电路上拆卸下来。
2．按照权利要求1所述的激光器模块，还包括：
把所述激光器模块和所述激光系统的所述激光器控制电路相连的连接器。
3．按照权利要求1所述的激光器模块，还包括：
控制所述激光源的温度的温度装置。
4．按照权利要求3所述的激光器模块，其中所述温度装置是热电致冷器(TEC)。
5．按照权利要求1所述的激光器模块，还包括：
检测所述激光输出，并把所述激光输出转换为电信号的光学检测器；和
放大所述电信号的放大器电路。
6．按照权利要求1所述的激光器模块，其中所述存储装置包括存储器。
7．按照权利要求6所述的激光器模块，其中所述存储器是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。
8．按照权利要求1所述的激光器模块，其中所述存储装置包括电容器。
9．按照权利要求8所述的激光器模块，其中所述存储装置还包括静态存储器。
10．按照权利要求9所述的激光器模块，其中所述存储装置还包括随机存取存储器。
11．按照权利要求1所述的激光器模块，其中在所述激光源的性能测试过程中确定所述工作参数。
12．按照权利要求11所述的激光器模块，其中所述工作参数包括所述激光源的启动条件。
13．一种激光系统，包括：
控制模块；和
与所述控制模块相连的可拆卸的激光器模块，所述激光器模块包括产生激光输出的激光源和存储所述激光源的工作参数的存储装置，
其中所述控制模块适于接收代表所述激光输出和存储在所述激光源的所述存储装置中的所述工作参数的信号，并基于所述信号，操纵所述激光系统。
14．按照权利要求13所述的激光系统，其中所述激光器模块还包括：
控制所述激光源的温度的温度装置。
15．按照权利要求14所述的激光系统，其中所述温度装置是热电致冷器(TEC)。
16．按照权利要求14所述的激光系统，其中所述激光器模块还包括：
检测所述激光输出，并把所述激光输出转换为电信号的光学检测器；和
放大所述电信号的放大器电路。
17．按照权利要求13所述的激光系统，其中所述存储装置包括存储器。
18．按照权利要求17所述的激光系统，其中所述存储器是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。
19．按照权利要求13所述的激光系统，其中所述存储装置包括电容器。
20．按照权利要求19所述的激光系统，其中所述存储装置还包括静态存储器。
21．按照权利要求20所述的激光系统，其中所述存储装置还包括随机存取存储器。
22．按照权利要求13所述的激光系统，其中在所述激光源的性能测试过程中确定所述工作参数。
23．按照权利要求22所述的激光系统，其中所述工作参数包括所述激光源的启动条件。
24．按照权利要求13所述的激光系统，其中所述控制模块还适于更新所述存储装置中保存的所述工作参数。
25．按照权利要求13所述的激光系统，其中所述控制模块包括控制器。
26．按照权利要求25所述的激光系统，其中所述控制器包括处理器。
27．按照权利要求26所述的激光系统，其中所述处理器包括微处理器。
28．按照权利要求25所述的激光系统，其中所述控制模块还包括：
与所述控制器相连的缓冲电路，所述缓冲电路适于接收代表所述激光输出和所述存储装置中保存的所述工作参数的所述信号，并向所述控制器输出所述信号。
29．一种操纵激光系统中的可更换激光源的方法，所述方法包括下述步骤：
在和所述可更换的激光源装配在一起的存储装置中保存所述可更换激光源的若干工作参数；
把所述可更换激光源和存储装置与所述激光系统的控制部分相连；
从所述存储装置向所述控制部分，输入存储的所述若干工作参数；和
根据输入所述控制部分的所述若干工作参数，利用所述控制部分，控制所述激光系统中的所述可更换激光源的工作。
30．按照权利要求29所述的方法，其中在所述存储步骤之前，所述方法还包括：
在所述可更换激光源的测试过程中，确定所述若干工作参数。
31．按照权利要求29所述的方法，还包括：
在所述激光系统中的所述可更换激光源的工作过程中，至少更新所述若干工作参数中的一个参数。
32．按照权利要求29所述的方法，其中所述存储步骤包括：
把所述可更换激光源的若干工作参数存入与所述可更换激光源组装在一起的存储装置中。
33．按照权利要求32所述的方法，其中所述存储装置是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。
34．按照权利要求29所述的方法，其中把存储的所述若干工作参数输入所述控制部分的所述步骤还包括：
提供若干信号，所述若干信号中的每个信号代表所述若干工作参数中的相应一个工作参数；
缓存所述若干信号；和
把所述若干信号输入所述控制部分。
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