CN1960087B - 用于使激光源工作稳定的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种克服由温度和/或老化所引起的漂移而使来自激光源(1)的输出光功率稳定的***，所述输出光功率具有目标平均值附近的目标光学调制幅度，所述***包括：功率传感器(2)，用于感知来自激光源(1)的输出光功率，并产生指示所述输出光功率的功率传感信号(3)，以及控制器(5)，所述控制器(5)对功率传感信号敏感，并设置为通过下述方式对激光源(1)的偏置电流(IB)和调制电流(IM)进行选择性调整(6、7)：对来自激光源(1)的实际平均输出光功率与目标平均值之间的误差进行检测，将误差与给定的误差阈值(ΔP)进行比较，以及当误差达到阈值时，对偏置电流(IB)和调制电流(IM)进行调整，以使来自激光源(1)的输出光功率回到所述目标平均值(Ptarget)和所述目标平均值(Ptarget)附近的所述目标光学调制幅度(OMAtarget)。

Description

用于使激光源工作稳定的方法和***
技术领域
本发明涉及用于使激光源(例如光线通信线路中使用的激光源)工作稳定的技术。
背景技术
在激光光通信线路中，需要克服温度和老化的影响而使所谓的“眼图(eye-shape)”稳定。这种名称目前表示通过在示波器屏幕上显示由“0”和“1”产生的轨迹所获得的图样，所述那些“0”和“1”组成经过线路传输的数据流。概括地说，眼图“开阔”对应于传送装置性能最佳。
已有一些现有技术设备，通过采用自动功率控制(APC)电路或光功率稳定措施，来对抗温度对眼图的负面影响(平均功率和消光比ER)。这些现有技术设备需要激光源与温度对照的行为特征以用于调制控制，且一般不能对老化效应进行补偿。
还有其他的调制控制设备用于眼图稳定，它们涉及对导频音的使用。这些设备增加了***中的电路复杂性，并且光功率中存在的导频音可能与所传输的数据和/或其他音频发生不期望的干涉。
发明内容
因此感到需要这样的设备，它能够克服温度漂移和激光器老化影响而维持光学眼图(平均功率和ER)，而不需要激光器模块制造期间的温度特性，最好也不需要额外的电路。
因此，本发明的目的是对这种需求提供回应。根据本发明，通过所附权利要求中阐述的特征来达到上述目的。本发明还涉及相应的***。权利要求是此处提供的本发明公开内容的组成部分。
简单地说，本发明的一种实施例是一种克服由温度和老化中至少一项所引起的漂移而使来自激光源的输出光功率稳定的方法，其中来自激光器的输出光功率具有目标平均值(Ptarget)附近的目标光学调制幅度(OMAtarget)。这种方法包括下列步骤：
—选择性地向所述激光源施加可变的偏置电流和调制电流，以及
—通过下述方式对所述偏置电流和所述调制电流进行控制：
—对来自所述激光源的实际平均输出光功率与所述目标平均值(Ptarget)之间的误差进行检测，
—将所述误差与给定的误差阈值进行比较，以及
—当所述误差达到所述阈值时，对所述偏置电流和所述调制电流进行调整，以使来自所述激光源的输出光功率回到所述目标平均值(Ptarget)和所述目标平均值(Ptarget)附近的所述目标光学调制幅度(OMAtarget)。
本发明的实施例能够克服温度漂移和激光器老化而维持光学眼图，而不需要在模块制造期间的温度特性。另外，本发明的这种实施例依靠微处理器中实现的具体算法来正确地设定调制电流幅度和偏置电流幅度，而不需要任何额外的具体电路。
附图说明
现在将仅以示例方式参考附图对本发明进行说明，附图中：
—图1是设备的原理框图，该设备包括激光源，激光源具有有关模块用于使该激光源的工作稳定，
—图2到图4是对图1所示设备操作的图形示例，
—图5是表示此处所述设备操作的流程图。
具体实施方式
在图1中，标号1表示当前激光光通信中所用的任何已知类型的(例如DFB)激光源。激光源1具有有关的功率传感模块2，功率传感模块2适于在输出线路3上产生表示激光源1所发射的光辐射功率OR的信号。为此，在辐射OR的路径中***半反射镜4以将该辐射的(非常小的)一部分“分”出来并将其导入传感模块2。传感模块2通常包括光电转换器(例如光电二极管或光电三极管)，该转换器将馈送入模块2的光辐射转换为相应的电信号。
上述传感设备用在例如所谓的“波长锁定器”设备中是本领域公知的。这些设备包括波长敏感模块，该模块适于感知激光源所发射的辐射中任何波长变化，并馈送到波长控制环以使所发射的波长恢复到期望的标称值。这样的波长锁定器设备还包括用于感知所发射的辐射功率并产生表示该功率的信号的模块。该功率信号用于对波长敏感信号进行归一化，从而防止波长锁定器设备的工作可能受到激光器所发射的光功率改变这样的不利影响。
本领域技术人员可以很快理解，包括半反射镜来从光辐射OR中分出功率的图示设备仅仅是适用于此目的的多种不同设备的示例。例如，本领域已知这样的可替换设备，其中对与激光器1(从其“前”端面)发射的光辐射OR有关的功率进行感知是在不与光辐射OR发生干涉的情况下进行的。在这样的可替换设备中，根据激光源“后”端面处接收到的辐射来感知激光器输出功率。
与之类似，本领域技术人员可以明白，例如“光学”、“光”等词语是根据激光光通信及相关领域的目前使用情况而使用的。因此，标题中的措词不应限制为可见光谱中的辐射，而是还延伸到例如红外(IR)和紫外(UV)范围的辐射。
功率检测模块2通常还包括A/D转换器，使线路3上产生的功率传感信号是数字形式的。这样使这些信号适于馈送到微控制器5中。微控制器5接着设置为用于通过分别由标号6、7表示的输出线路对激光源1的偏置电流(IB)和调制电流(IM)进行控制。这通常是通过(已知类型的)激光器驱动电路来进行的，该电路整体由标号8表示。
在激光源以某个温度和老化水平工作期间，表示光功率与驱动电流之间的关系曲线例如图2中曲线A所示的曲线。基本上，可以看到驱动电流包括在偏置分量I1上叠加调制分量构成的组合，所述调制分量使驱动电流在Imod1表示的范围内“摆动”。
因此，来自激光器1的光功率相应地具有水平P1，它对应于输入电流I1，并表示光功率的“目标”水平Ptarget，所述光功率上叠加了可变分量，所述可变分量引起光功率在由OMAtarget表示的期望“目标”光学调制幅度(OMA)范围内变化。
如图3的示意性图示，温度变化和/或老化主要在激光器特性中造成漂移，使得光功率与驱动电流之间的关系由曲线B所示的“新”曲线而不是曲线A表示。如此处所示，曲线A和曲线B都基本上是直线，曲线B相对于曲线A显示出了较小的斜率和较高的电流阈值。另外，当温度增加时以及由于其中产生老化时，曲线B大体上位于曲线A“下方”，在曲线B的情况下，相同的驱动电流值会产生较低的光功率值。
由图3可以直接理解设备特性从曲线A漂移到曲线B的实际结果：如果驱动电流(I1+Imod1)保持不变，则来自激光器1的光功率将表现出通常低于期望“目标”值Ptarget的平均值P2。另外，光学调制幅度也会漂移到由OMA2表示的范围，它比“目标”范围OMAtarget更“窄”更“低”。这样会接下来对应于光学眼图逐渐“开口较窄”，线路的ER性能随之变差。
此处所述的设备基于下列认识：通过对图4中示意性示出的偏置电流(IB)和调制电流(IM)进行适当的改变，可以将来自激光器1的光功率恢复到初始性能(从而有效地抵抗温度和/或老化的负面影响)。
基本上，将偏置电流IB(重新)调整到新的(通常是更大的)值I2，所述新的值(通过曲线B所示的关系)可转换为与期望值Ptarget对应的平均输出功率水平P1。与之类似，对调制电流IM进行调节以产生由Imod2表示的调制范围，该调制范围(经过曲线B所示的关系)可转换为与期望范围OMAtarget对应的光学调制幅度(OMA)。
微控制器5根据检测模块2在线路3上接收到的功率传感信号，通过输出线路6和7将驱动电流行为从图2所示状况切换到图4所示状况。
优选地，直到功率产生误差之前，即来自激光器的平均输出P2的目标值Ptarget与实际值之间的差别(见图3)低于固定阈值ΔP之前，此处所述控制设备都不对驱动电流进行校正(即重新调整)。在达到这样的阈值时，微控制器5将偏置电流IB调整到I2以便使平均功率水平恢复到Ptarget。通过微控制器5可以容易地计算为了获得期望目标值OMAtarget所需的“新的”调制电流范围Imod2：
Imod2＝OMAtarget·(I2-I1)/(Ptarget-P2)
其中：
—Imod2为新的调制范围值，
—OMAtarget为目标光学调制幅度，
—I2为校正之后偏置电流的当前值，
—I1为校正之前的偏置电流值，
—Ptarget为激光源1平均光功率的目标平均值，
—P2为校正之前来自激光源1的平均输出光功率值。
图5的流程图是前述设备工作的示例。
在启动步骤100之后，步骤102表示微控制器5对经过线路3从功率传感模块2接收的功率传感水平进行监视。
在步骤104，微控制器5检查功率误差的绝对值(Abs(Ptarget-P2)，见图3)是否达到阈值ΔP。如果尚未达到阈值(步骤104为否定输出)，则微控制器5返回步骤102。
如果由于温度和/或老化效应而达到了功率误差阈值(步骤104为肯定输出)，微控制器5在步骤106如前所述将偏置电流IB调整到I2并存储I1和P2的值。
在步骤108，微控制器计算激光源1的调制电路Imod2。
由标号110表示的步骤表示可以由微控制器5进行检查以确认是否继续进行稳定操作。
在结果为否定的情况下，***前进到停止步骤112等待重新激活。或者，如果要继续进行稳定操作(步骤110为肯定输出)，则***操作返回步骤102。
应当明白，这里描述的装置不是仅对如前所述使激光器行为从曲线A漂移到曲线B才有效。对于使之漂移到其他曲线、和/或在温度降低时可能需要可能从曲线B漂移回曲线A，该装置同样也有效。
此处所述的装置并不仅仅进行功率控制稳定操作，就像确保维持预定平均输出功率水平可能获得的那样。此处所述的装置确保了来自激光源的输出功率的总体行为(平均水平加上光学调制幅度，即OMA)抵抗温度和/或老化的影响而稳定。
因此，在不影响本发明上述远离的情况下，细节和实施方式可以相对于上面仅以举例方式所述和所示的情况进行变化，甚至是很大的变化，而不脱离由所附权利要求限定的本发明范围。

Claims (8)

1.一种克服由温度和老化中至少一项所引起的漂移而使来自激光源(1)的输出光功率稳定的方法，所述输出光功率具有目标平均值(Ptarget)附近的目标光学调制幅度(OMAtarget)，所述方法包括下列步骤：
选择性地向所述激光源(1)施加(6、7)可变的偏置电流(IB)和调制电流(IM)，以及
通过下述方式对所述偏置电流(IB)和所述调制电流(IM)进行控制：
对来自所述激光源(1)的实际平均输出光功率(P2)与所述目标平均值(Ptarget)之间的误差进行检测(102)，
将所述误差与给定的误差阈值(ΔP)进行比较(104)，以及
当所述误差达到所述阈值(ΔP)时，对所述偏置电流(IB)和所述调制电流(IM)进行调整(106)，以使来自所述激光源(1)的输出光功率回到所述目标平均值(Ptarget)和所述目标平均值(Ptarget)附近的所述目标光学调制幅度(OMAtarget)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述误差达到所述阈值(ΔP)时，其包括下列步骤：
将所述偏置电流(IB)从当前值(I1)调整到目标值(I2)，所述偏置电流目标值(I2)对应于来自所述激光源(1)的输出光功率的所述目标平均值(Ptarget)，以及
将所述调制电流(IM)的调制范围调整到新的值(Imod2)，所述新的值由Imod2＝OMAtarget·(I2-I1)/(Ptarget-P2)限定，
其中：
Imod2为所述调制范围的所述新的值，
OMAtarget为所述目标光学调制幅度(OMAtarget)，
I2为所述偏置电流的所述目标值，
I1为校正之前所述偏置电流目标值，
Ptarget为所述激光源(1)的平均光功率的所述目标平均值(Ptarget)，
P2为校正之前来自所述激光源的平均输出光功率值。
3.一种用于实施权利要求1或权利要求2中任一项所述方法的***，其特征在于包括：
功率传感器(2)，用于感知来自所述激光源(1)的输出光功率，并产生指示所述输出光功率的功率传感信号(3)，以及
控制器(5)，所述控制器(5)对所述功率传感信号敏感，并设置为对所述激光源(1)的所述偏置电流(IB)和所述调制电流(IM)进行选择性调整(6、7、8)，所述控制器(5)还设置为进行检测(102)所述误差的所述操作、将所述误差与所述误差阈值(ΔP)进行比较(104)的所述操作、以及对所述偏置电流(IB)和所述调制电流(IM)进行调整的所述操作。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，它包括***所述控制器(5)与所述激光源(1)之间的激光驱动电路(8)，所述激光驱动电路(8)用于对所述激光源(1)的所述偏置电流(IB)和所述调制电流(IM)进行选择性调整。
5.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述控制器包括微控制器(5)。
6.根据权利要求3所述的***，其特征在于，它包括的所述控制器(5)在其中储存有软件代码部分，用于进行所述检测步骤、所述比较步骤和所述调整步骤。
7.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述功率传感器(2)包括模/数转换器，用于以数字形式将所述功率传感信号(3)馈送入所述控制器(5)。
8.根据权利要求3所述的***，其特征在于，它包括半反射元件(4)，用于从所述激光源(1)产生的光功率中分出功率以馈送所述功率传感器(2)。
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