CN208860476U - 一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，应用于光电器件领域，通过在并行多通道多模激光器旁边或下面放置适当面积探测器PD，各个激光器发射光在通过光耦合棱镜时的反射光被探测器PD探测到，从而产生光生电流，该电流通过光电转换成电压信号，然后经模数转换器ADC采样并通过微控制单元MCU数据处理得到相应通道激光器光信号幅值和信号频率；微控制单元MCU通过驱动器调制不同的低速频率信号fi到对应的激光器LD上，用以区别被探测的通道。

Description

一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统

技术领域

本实用新型属于光电器件领域，特别涉及一种激光器LD光功率的监测系统。

背景技术

激光因其独特的性质，已经在激光通信、激光测距、激光制导和激光雷达等领域得到广泛的应用。激光通信与通常的无线电通信相比较，其主要优点是通信速率高和保密性好，是无线电通信在强干扰下的重要补充方式，可在无线电静默时保障通信畅通。近年来，大功率半导体多通道激光器LD(Laser diode，激光二极管)相关技术飞速发展，输出功率不断提高，输出波长也从440nm延伸到1 600nm。

随着诸如微精细加工等先进制造技术对激光功率、激光光束质量、激光偏振态的要求越来越高。功率半导体多通道激光器LD列阵由于其输出光束的质量不好，影响了它的直接应用。由于半导体多通道激光器LD列阵及叠阵在军事上有很大应用，国外大功率半导体多通道激光器LD线阵及叠阵方面对中国实施禁运，技术上处于绝对保密状态，因此，目前国内对半导体多通道激光器LD列阵及叠阵的组装技术还不成熟。随着半导体多通道激光器LD应用领域的不断扩大，对多通道激光器LD本身的技术要求也越来越高。如在激光引信、激光制导以及泵浦固体多通道激光器LD等技术领域中，要求多通道激光器LD输出几十瓦，甚至上百瓦的峰值功率。然而，由于受端面临界光通量的限制，单个半导体多通道激光器LD很难达到如此大的功率。

光互联具有高速度、高密度、高带宽、高抗干扰等优点。目前，越来越多系统采用光互联技术，大规模应用越来越多。垂直表面发射激光器VCSEL很适合光模块高密度，小型化设计。采用多通道并行激光器VCSEL的应用可以很好满足现在和未来光互联需要，如何对激光器进行管理显得额外重要。对激光器发光光功率进行监控是一种管理有效手段。然而，在多通道模块中，对每个激光器都需一一对应的PD监控光路设计随着通道增多越来困难。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提出了一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，采用耦合棱镜界面自然反射光在PD探测器上对激光器发光功率进行监控，不需要额外监控光路设计，使整个光路元件分布结构变得紧凑，减少光器件器所占的空间。

本实用新型采用的技术方案是：一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，包括：并行多通道多模激光器、多通道耦合棱镜、PD探测器、TIA电路、模数转换器以及微控制单元；所述多通道激光器每一通道对应一激光驱动器，所述微控制单元控制各激光驱动器，将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上；

并行多通道多模激光器发射的光信号经多通道耦合棱镜界面反射进入PD探测器；所述PD探测器输出端与TIA电路输入端相连，TIA电路输出端与模数转换器输入端相连，所述模数转换器输出端与微控制单元相连。

所述PD探测器与并行多通道多模激光器呈水平并列布局。

所述PD探测器与并行多通道多模激光器呈垂直并列布局。

所述PD探测器尺寸大于并行多通道多模激光器尺寸。

本实用新型的有益效果：本实用新型的一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，通过微控制单元控制激光驱动器对每一个通道的激光器调制上一个低频信号，用以区别被探测的通道；采用多通道耦合棱镜界面自然反射光进入设置于并行激光器旁边或下面的PD探测器，从而根据该自然反射光对激光器发光功率进行监控；降低了多通道耦合棱镜的设计复杂程度，并且不需要额外监控光路设计，使整个光路元件分布结构变得紧凑，减少光器件器所占的空间；本实用新型采用一个PD监控多通道激光器，提高了产品良率和可靠性，并且降低了产品成本。

附图说明

图1为本实用新型的并行多通道多模激光器发光光功率监控系统结构实例一；

图2为本实用新型的PD探测器与多通道激光器水平并列布局示意图；

图3为本实用新型的并行多通道多模激光器发光光功率监控系统结构实例二；

图4为本实用新型的PD探测器与多通道激光器垂直并列布局示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对本实用新型内容进一步阐释。

如图1所示为本实施例提供的一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统结构实例一，包括：并行多通道多模激光器(LD，Laser Diode，激光二极管)、多通道耦合棱镜、PD探测器、TIA电路(train-impedance amplifier，跨阻放大器)、模数转换器(ADC，Analog-to-Digital Converter)以及微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)；所述并行多通道多模激光器每一通道对应一激光驱动器，所述微控制单元控制各激光驱动器，将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上。

如图2所示PD探测器与并行多通道多模激光器水平并列设置，PD探测器的尺寸大于并行多通道多模激光器尺寸，以应保证每个通道激光器在多通道耦合棱镜界面的反射光均能被PD探测器探测到，各反射光进入PD探测器后，转化为电流信号；所述PD探测器输出端与TIA电路输入端相连，所述TIA电路输出端与模数转换器输入端相连，所述模数转换器输出端与微控制单元相连。

工作原理为：通过微控端元控制对应的激光驱动器1、激光驱动器2…激光驱动器n，在光通讯信号Tx1、Tx2……Txn基础上，将小于10KHz的低频信号f1、低频信号f2、……低频信号fn调制在对应激光器LD1、激光器LD2、……激光器LDn的光信号上，例如，低频信号f1调制到激光器1上，依次对应：低频信号f2调制到激光器2上，……低频信号fn调制到激光器n上；f1、f2、……fn代表互不相同的小于10KHz的信号频率。

调制后的各路光信号，在多通道耦合棱镜界面发生自然反射，带有低频信号的反射光经过PD探测器转换成相应电流信号，所述电流信号通过TIA电路转换成电压信号，电压信号经ADC模数转换采样数据送入微控制单元MCU，MCU解析出探测器PD接收到的各低频信号幅值和频率；进而检测出不同的信号频率代表不同通道激光器LD，根据不同低频信号幅度获得对应通道激光器LD的发射光功率。本实用新型实现了采用一个PD探测不同激光器光功率的效果，采用一个PD能够提高产品良率和可靠性，并且降低产品成本。

本实用新型通过多通道耦合棱镜界面的自然反射光进入设置于并行激光器旁边或下面的PD探测器，从而监控光功率，不需要将多通道耦合棱镜设计为特定角度，降低了棱镜设计复杂程度，从而降低了多通道耦合棱镜的设计成本，并且本实用新型不需要额外对监控光路进行设计，可使整个光路元件分布结构变得紧凑，减少光器件器所占的空间。

如图3所示为本实用新型的一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统结构实例二，将PD探测器设置于多通道激光器下(垂直并列布局)，PD探测器尺寸大于多通道激光器的尺寸；如图4所示给出了PD探测器与多通道激光器呈上下设置的一种形式，由于PD探测器面积大于激光器芯片面积，未被激光器覆盖的PD部分接收多通道棱镜界面的反射光。

本实用新型中PD探测器的尺寸大于并行多通道多模激光器尺寸，应被理解为：当PD探测器尺寸的垂直投影面积与并行多通道多模激光器尺寸的垂直投影面积重叠时，PD探测器尺寸的垂直投影面积应完全覆盖并行多通道多模激光器尺寸的垂直投影面积，并且大于并行多通道多模激光器尺寸的垂直投影面积。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，其特征在于，包括：并行多通道多模激光器、多通道耦合棱镜、PD探测器、TIA电路、模数转换器以及微控制单元；所述并行多通道多模激光器每一通道对应一激光驱动器，所述微控制单元控制各激光驱动器，将若干小于10KHz的不同频率的低频信号分别调制到对应的激光器的光信号上；

并行多通道多模激光器发射的光信号经多通道耦合棱镜界面反射进入PD探测器；所述PD探测器输出端与TIA电路输入端相连，TIA电路输出端与模数转换器输入端相连，所述模数转换器输出端与微控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，其特征在于，所述PD探测器与并行多通道多模激光器呈水平并列布局。

3.根据权利要求1所述的一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，其特征在于，所述PD探测器与并行多通道多模激光器呈垂直并列布局。

4.根据权利要求2或3所述的一种并行多通道多模激光器发光光功率监控系统，其特征在于，所述PD探测器尺寸大于并行多通道多模激光器尺寸。