光模塊用雷射器壽命延長方法和系統與流程

2023-09-20 17:57:30 1

本發明屬於光纖通信技術領域，具體地說，是涉及一種光模塊用雷射器壽命延長方法和系統。

背景技術：

光模塊實現的是將電信號轉換為光信號發送，以及將接收的光信號轉換為電信號。光模塊中通常包括將電信號轉換為光信號的包括雷射驅動電路和雷射器的發射部分，以及將光信號轉換為電信號的包括光探測器以及光探測接收電路的接收部分；其中，雷射驅動器將電壓信號轉換為電流信號，雷射器將電流信號轉換為光信號；而光探測器將光信號轉換為電信號，光探測接收電路將轉換的電信號放大。

光模塊的輸出光功率需要保持在一定功率水平之上才能保證光模塊的穩定工作，通常通過雷射器組件內的光探測器、光功率控制電路、雷射器驅動器、雷射器等形成負反饋環路來實現，也即採用自動光功率控制（apc）方法，當雷射器的輸出光功率降低，光探測器探測的光電流快速減小時，通過雷射器驅動器增加雷射器的偏置電流來增加雷射器的輸出功率，相反，則降低偏置電流使雷射器的光功率快速減小，從而達到自動功率控制作用，使得雷射器的輸出光功率保持穩定。

apc的控制目標是保持雷射器發光功率的恆定，但其僅適用於線性工作區；當雷射器由於老化，或工作溫度過高（環境溫升或過流過壓溫升等）時，發光效率會降低，為了維持輸出光功率不變，光功率控制電路會不斷增加偏置電流，一方面，會使得雷射器負荷過載而造成損傷，另一方面，當偏置電流過高至造成雷射器離開線性工作區進入飽和區後，會出現本來是負反饋的apc控制變為正反饋的情況，也即增加偏置電流時輸出光功率不增加反而下降，從而導致雷射器輸出電流急劇下降造成雷射器的損壞；可見，在雷射器老化或過溫狀態下的apc控制反而縮短了雷射器的壽命。

目前的解決方法是，或者不採用apc，但這樣講無法保證雷射器發光功率的穩定；或者，對雷射器進行最大偏置電流限定，但由於雷射器工作狀態受溫度的影響，單一最大偏置電流的限制無法適用於全溫度工作範圍，更無法適用於雷射器全壽命期的安全控制。

技術實現要素：

本申請提供了一種光模塊用雷射器壽命延長方法和系統，能夠有效延長雷射器的工作壽命。

為實現上述技術效果，本申請採用以下技術方案予以實現：

提出一種光模塊用雷射器壽命延長方法，包括：檢測雷射器的工作溫度或偏置電流；判斷所述工作溫度是否大於閾值溫度，或，判斷所述偏置電流是否大於閾值偏置電流；若是，判斷所述雷射器的發光效率是否小於設定閾值；若是，控制快速減小所述雷射器的發光功率，以使得所述雷射器工作在線性工作區。

進一步的，若判斷所述雷射器的發光效率大於所述設定閾值，所述方法還包括：採用自動光功率控制方法維持所述雷射器發光功率的穩定。

進一步的，在控制快速減小所述雷射器的發光功率，所述方法還包括：檢測雷射器的當前工作溫度；判斷所述當前工作溫度是否小於所述閾值溫度；若是，則採用自動光功率控制方法維持所述雷射器發光功率的穩定。

進一步的，在檢測雷射器的工作溫度或偏置電流之前，所述方法還包括：所述光模塊上電後，監測所述雷射器的輸出電流；基於所述輸出電流，確定所述雷射器的閾值電流、發光效率和線性工作區；調整偏置電流以使得所述雷射器的發光功率達到設定功率；基於所述雷射器的發光效率、線性工作區和所述偏置電流確定所述雷射器的調製電流；基於所述調製電流確定所述雷射器的消光比為設定消光比並存儲。

進一步的，在控制快速減小所述雷射器的發光功率之後，所述方法還包括：調整調製電流，以使得所述雷射器的消光比達到所述設定消光比。

提出一種光模塊用雷射器壽命延長系統，包括性能檢測模塊、性能判斷模塊、雷射器發光效率判斷模塊和雷射器發光功率控制模塊；所述性能檢測模塊，用於檢測雷射器的工作溫度或偏置電流；所述性能判斷模塊，用於判斷所述工作溫度是否大於閾值溫度，或，判斷所述偏置電流是否大於閾值偏置電流；若是，所述雷射器發光效率判斷模塊，用於判斷所述雷射器的發光效率是否小於設定閾值；若是，所述雷射器發光功率控制模塊，用於控制快速減小所述雷射器的發光功率，以使得所述雷射器工作在線性工作區。

進一步的，所述系統還包括apc模塊；所述apc模塊，用於若所述雷射器發光效率判斷模塊判斷所述雷射器的發光效率大於所述設定閾值，則採用自動光功率控制方法維持所述雷射器發光功率的穩定。

進一步的，所述性能檢測模塊，還用於在所述雷射器發光功率控制模塊控制快速減小所述雷射器的發光功率之後，檢測所述雷射器的當前工作溫度；所述性能判斷模塊，還用於判斷所述當前工作溫度是否小於所述閾值溫度，若是，則所述apc模塊採用自動光功率控制方法維持所述雷射器發光功率的穩定。

進一步的，所述系統還包括雷射器輸出電流監測模塊、雷射器工作參數確定模塊、設定消光比確定模塊和存儲模塊；所述雷射器輸出電流監測模塊，用於在所述光模塊上電後，監測所述雷射器的輸出電流；所述雷射器工作參數確定模塊，用於基於所述輸出電流，確定所述雷射器的閾值電流、發光效率和線性工作區；所述設定消光比確定模塊，用於調整偏置電流以使得所述雷射器的發光功率達到設定功率，並基於所述雷射器的發光效率、線性工作區和所述偏置電流確定所述雷射器的調製電流，基於所述調製電流確定所述雷射器的消光比為設定消光比；所述存儲模塊，用於存儲所述閾值電流、所述發光效率、所述線性工作區、所述偏置電流和所述設定消光比。

進一步的，所述系統還包括消光比調整模塊；所述消光比調整模塊，用於在所述雷射器發光功率控制模塊控制快速減小所述雷射器的發光功率之後調整調製電流，以使得所述雷射器的消光比達到所述設定消光比。

與現有技術相比，本申請的優點和積極效果是：本申請提出的光模塊用雷射器壽命延長方法和系統中，在光模塊上電初期，首先基於輸出電流確定雷射器的閾值電流、發光效率和線性工作區等工作參數，並調整偏置電流使得雷射器的發光功率達到設定功率，從而確定調製電流，根據調製電流確定雷射器的「1」電平對應光功率以及「0」電平對應光功率，從而確定一個設定消光比，並將上述確定的參數進行存儲使用。在光模塊工作過程中，檢測雷射器的工作溫度或者偏置電流，在工作溫度超過閾值溫度或偏置電流大於閾值偏置電流時，進一步判斷發光效率是否小於設定閾值，在發光功率大於設定閾值，也即處於線性工作區時，採用常規apc維持雷射器的發光功率穩定，而在發光效率小於設定閾值時，也即雷射器從線性工作區進入飽和工作區後，控制快速減小發光功率，使得雷射器工作在線性工作區，並根據當前發光效率調整雷射器的調製電流，使得雷射器的消光比達到設定消光比，從而使得雷射器在由於工作溫度過高或老化後，自動快速減小發光功率到合適的數值，在保證雷射器正常工作同時，降低過溫對雷射器的損傷程度，對雷射器形成一定程度的保護，在工作溫度降低後又恢復apc維持發光功率的穩定，有效延長了雷射器的工作壽命。

且該壽命延長方法中，採用了在光模塊上電後確定閾值電流、發光效率、線性工作區、偏置電流等工作參數的方式，相比於現有技術中對所有光模塊用雷射器設定統一最大偏置電流的方式，本申請提出的方法能夠針對雷射器的個體差異進行適用於雷射器自身的參數調整，從而使得雷射器的工作狀態能夠達到最優，使用壽命達到最優，

結合附圖閱讀本申請實施方式的詳細描述後，本申請的其他特點和優點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1為本申請提出的光模塊用雷射器壽命延長方法的流程圖；

圖2為本申請提出的光模塊用雷射器壽命延長系統的系統框圖；

圖3為雷射器工作特性曲線（p-i）示意圖；

圖4為雷射器最大飽和光功率示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本申請的具體實施方式作進一步詳細地說明。

本申請提出一種光模塊用雷射器壽命延長方法，能夠在保證雷射器正常工作狀態下延長雷射器的使用壽命，具體的，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟s11：光模塊上電後，監測雷射器的輸出電流。

光模塊上電後，通過對光探測器反饋電流的監控實現對雷射器輸出電流的監測。

步驟s12：基於輸出電流，確定雷射器的閾值電流、發光效率和線性工作區。

結合圖3所示的雷射器工作特性曲線（p-i）示意圖可知，雷射器的閾值電流ith是雷射器由自發輻射轉換到受激發輻射狀態時的正向電流值，根據輸出電流i的顯著增加能夠確定雷射器的閾值電流。其中，p0為「0」電平對應發光功率，p1為「1」電平對應發光功率。

通過對光探測器的輸出功率探測能夠獲得雷射器的發光功率，根據輸出電流和發光功率能夠確定雷射器的發光效率，如圖中斜線所示，發光效率隨著雷射器工作溫度的升高或老化而降低，也即斜率快速減小。

結合圖4所示，雷射器的工作狀態分為自發發射區、受激發線性工作區和飽和工作區，當給雷射器施加的偏置電流ibias小於閾值電流ith時，雷射器工作於自發發射區，在受激發線性工作區，發光功率會隨著偏置電流ibias的增大而增大，在飽和工作區，發光功率會隨著偏執電流ibias的增大而快速減小。根據雷射器所能輸出的最大光功率，如圖中ps，能夠確定線性工作區和飽和工作區的分界點，從而確定線性工作區和飽和工作區，也可以根據發光效率從正值變為負值的變化確定線性工作區和飽和工作區的分界點，從而確定線性工作區和飽和工作區。

步驟s13：調整偏置電流以使得雷射器的發光功率達到設定功率。

在確定了雷射器的閾值電流、線性工作區、發光效率等參數後，調整雷射器的偏置電流ibias，使得雷射器的發光功率達到設定功率，該設定功率為一個預先設定存儲的值。

步驟s14：基於雷射器的發光效率、線性工作區和偏置電流確定雷射器的調製電流。步驟s15：基於調製電流確定雷射器的消光比為設定消光比並存儲。

如圖3所示，結合雷射器的發光效率、線性工作區和偏置電流等參數，能夠確定用於雷射器的調製電流imod，也即能夠推算出「1」電平對應光功率p1和「0」電平對應光功率p0，從而使得光眼圖的消光比的數值正常，並確定該消光比為給雷射器設定的設定消光比。

將上述確定的閾值電流、線性工作區、發光效率、設定消光比等參數進行存儲，作為用於該雷射器的壽命延長方法的參數使用。

步驟s16：檢測雷射器的工作溫度或偏置電流。

在光模塊的工作過程中，按照設定頻率或者其他根據實際需求設定的設定條件，檢測雷射器的工作溫度或偏置電流。

步驟s17：判斷工作溫度是否大於閾值溫度，或，判斷偏置電流是否大於閾值偏置電流。若是，

步驟s18：判斷雷射器的發光效率是否小於設定閾值。

當環境溫度過高導致雷射器工作溫度過高時，或由於過壓或過流導致雷射器工作溫度過高時，或由於老化導致雷射器工作溫度過高時，都會加重雷射器的載荷，對雷射器造成損傷；若過高的工作溫度是由於雷射器進入飽和工作區引起的，則急速增加的偏置電流會導致雷射器損壞，因此，在雷射器的工作溫度過高時，或偏置電流過大時，都需要對雷射器的發光效率做進一步檢測；若發光效率大於零或接近於零時，雷射器還工作在線性工作區，則可以繼續採用自動光功率控制方法維持雷射器的發光功率穩定，但若發光效率小於零時，雷射器已經處於飽和工作區，則隨著偏置電流的繼續增大，發光功率反而快速減小，此時若還基於自動光功率控制方法維持雷射器的發光功率，則會導致雷射器輸出電流急劇下降並最終造成雷射器的損壞。

因此，本申請中採用當工作溫度高於閾值溫度時，或者偏置電流大於閾值偏置電流時，進一步檢測雷射器的發光效率的方式，對雷射器的工作狀態進行判斷，若發光效率大於設定閾值，則說明雷射器還工作在線性工作區，若發光效率小於設定閾值，說明雷射器已經進入飽和工作區。

步驟s19：控制快速減小雷射器的發光功率，以使得雷射器工作在線性工作區。

在雷射器接近於飽和工作區或已經進入飽和工作區後，本申請採用控制快速減小發光功率至設定功率的方式，也即快速減小偏置電流，使雷射器重新工作於線性工作區內，使得雷射器的工作溫度漸漸降下來，此時控制的目的不是為了維護雷射器的發光功率的恆定，而是在不過溫的前提下，通過調整偏置電流並監控發光功率的方式，保證雷射器在不過溫情況下的發光功率最大，從而保證雷射器不會出現偏置電流繼續增大而發光功率減小，導致輸出電流急劇下降並最終造成雷射器的損壞的情況發生，從而保證雷射器的有效運行，延長了雷射器的使用壽命。

步驟s20:調整調製電流，以使得雷射器的消光比達到設定消光比。

雷射器重新工作於線性工作區之後，基於當前偏置電流和當前發光效率，調整調製電流，使得雷射器的消光比達到前述步驟s15確定的設定消光比，也即，根據發光效率曲線自動調整雷射器的平均發光功率及「1」電平和「0」電平對應的光功率，使光眼圖正常，保證通信系統的正常工作。

步驟s21：檢測雷射器的當前工作溫度。

在減小了雷射器的發光功率使得雷射器重新工作於線性工作區之後，雷射器的溫度隨著偏置電流的減小而下降，此時繼續檢測雷射器的當前工作溫度，步驟s22：判斷當前工作溫度是否小於閾值溫度。

隨著工作溫度的下降，在判斷當前工作溫度在小於閾值溫度以後，步驟s23：採用自動光功率控制方法維持雷射器發光功率的穩定。

在雷射器重新工作於線性工作區並工作溫度下降到閾值溫度範圍內時，恢復採用apc維持雷射器發光功率穩定的控制方式，並返回執行步驟s11。

通過上述提出的光模塊用雷射器壽命延長方法，雷射器在由於工作溫度過高或老化後，能自動快速減小發光功率到合適的數值，在保證雷射器正常工作同時，降低過溫對雷射器的損傷程度，對雷射器形成一定程度的保護，在工作溫度降低後又恢復apc維持發光功率的穩定，有效延長了雷射器的工作壽命。

基於上述提出的光模塊用雷射器壽命延長方法，本申請還提出一種光模塊用雷射器壽命延長系統，如圖2所示，該系統包括性能檢測模塊21、性能判斷模塊22、雷射器發光效率判斷模塊23和雷射器發光功率控制模塊24；性能檢測模塊21用於檢測雷射器20的工作溫度或偏置電流；性能判斷模塊22用於判斷工作溫度是否大於閾值溫度，或，判斷偏置電流是否大於閾值偏置電流；若是，雷射器發光效率判斷模塊23用於判斷雷射器的發光效率是否小於設定閾值；若是，雷射器發光功率控制模塊24用於控制快速減小雷射器的發光功率，以使得雷射器工作在線性工作區。

該光模塊用雷射器壽命延長系統還包括apc模塊25，用於若雷射器發光效率判斷模塊23判斷雷射器的發光效率大於設定閾值，則採用自動光功率控制方法維持雷射器20發光功率的穩定。

上述，性能檢測模塊21還用於在雷射器發光功率控制模塊控制快速減小雷射器的發光功率之後，檢測雷射器的當前工作溫度；性能判斷模塊22還用於判斷當前工作溫度是否小於閾值溫度，若是，則apc模塊25採用自動光功率控制方法維持雷射器發光功率的穩定。

該光模塊用雷射器壽命延長系統還包括雷射器輸出電流監測模塊26、雷射器工作參數確定模塊27、設定消光比確定模塊28和存儲模塊29；雷射器輸出電流監測模塊26用於在光模塊上電後，監測雷射器20的輸出電流；雷射器工作參數確定模塊27用於基於輸出電流，確定雷射器的閾值電流、發光效率和線性工作區；設定消光比確定模塊28用於調整偏置電流以使得雷射器的發光功率達到設定功率，並基於雷射器的發光效率、線性工作區和偏置電流確定雷射器的調製電流，基於調製電流確定雷射器的消光比為設定消光比；存儲模塊29用於存儲閾值電流、發光效率、線性工作區、偏置電流和設定消光比。

該光模塊用雷射器壽命延長系統還包括消光比調整模塊30，用於在雷射器發光功率控制模塊24控制快速減小雷射器的發光功率之後調整調製電流，以使得雷射器的消光比達到設定消光比。

具體的光模塊用雷射器壽命延長系統的工作方法，已經在上述的光模塊用雷射器壽命延長方法中詳述，此處不予贅述。

上述本申請提出的光模塊用雷射器壽命延長方法和系統，在雷射器工作溫度過高或偏置電流過大時，檢測發光效率是否小於設定閾值，在雷射器進入飽和工作區時，通過快速減小發光功率的方式使得雷射器重新回到線性工作區工作，避免過溫對雷射器的損傷，有效延長了雷射器的壽命，在溫度降低後恢復採用現有的自動光功率控制方法來維持雷射器發光功率的穩定。這種對雷射器實施的壽命延長法，摒棄了過去只在線性工作區進行apc控制的工作方式，克服了apc控制存在的對雷射器整體性能約束的局限性，挖掘了雷射器的潛能，有效的延長的工作壽命。

且本申請提出的方法中，雷射器的閾值電流、線性工作區、發光效率、設定消光比等重要的工作參數都是基於雷射器自身設定的，適用於雷射器的個體差異，相比於現有雷射器設定統一最大偏置電流來避免雷射器損傷的方式，能夠使得雷射器根據自身特點調整最優工作狀態，使得使用壽命達到最優。

應該指出的是，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。