一種光功率控制電路的製作方法
2023-06-01 23:26:16
專利名稱：一種光功率控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖通信領域，特別涉及一種光功率控制電路。
背景技術：
半導體雷射器(LD)具有單色性好、方向性好、體積小、光功率利用率高等優點，但是，半導體雷射器光功率輸出受外界環境變化的影響較大。圖1顯示了一種典型的半導體雷射器在不同溫度下的輸出功率與正向驅動電流的關係曲線(為了便於看清楚，圖1中底部的近似直線部分有意抬高了一些)。由圖1可以看出當驅動電流低於閾值電流Ith時， 雷射器只能發射出螢光，輸出光功率近似為零；只有當驅動電流大於雷射器的閾值電流時， 雷射器才能正常工作發出雷射，光輸出功率隨著驅動電流的增大而迅速增加，並近似呈線性上升。因此，要使LD發射雷射，就要供給LD略大於閾值電流的工作電流。從圖1還可以看出，LD的閾值電流受溫度的影響，溫度越高，相應的閾值電流越大。LD半導體雷射器，隨著溫度升高，閾值電流Ith增大，斜效率S降低，為了補償半導體雷射器閾值電流的變化，保持穩定的光功率，需要採用「自動功率控制(APC)」電路。圖2 顯示了一種典型的能夠實現APC的電路，APC電路監測雷射器背向光，檢測光電二極體的電流，通過調節雷射器的偏置電流來保持該光電二極體中的光生電流穩定。但是，當溫度升高時，由於閾值電流Ith增大，斜效率S降低，要保持光功率穩定， APC電路就會增大直流偏置電流Lias，這就可能使得雷射器關閉，在實時系統中可能會導致硬體損壞。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種能防止半導體雷射器過載和突然關機，且能保持輸出光功率穩定的光功率控制電路及其監控方法。為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案一種光功率監控電路，包括APC迴路和微控制器，所述APC迴路包括半導體雷射器和積分放大器，所述半導體雷射器連接有電流感應電路，所述微控制器通過電流感應電路監控偏置電流，所述微控制器用於調整APC迴路的目標功率。根據本發明的實施例，所述微控制器實時監測半導體雷射器直流偏置電流Lias, 通過調節目標光功率使得半導體雷射器正常工作；所述半導體雷射器正常工作時，APC迴路通過調整半導體雷射器偏置電流保持光功率。根據本發明的實施例，當半導體雷射器偏置電流Lias高於警報閾值Iaui的時候，降低目標光功率；當偏置電流Lias低於警告閾值I 的時候，提高目標光功率，其中，Im為雷射器不被損壞的最大絕對電流，Iffffl為雷射器正常運轉的最大電流。根據本發明的實施例，所述警報閾值電流Iaui設置得比雷射器最大安全電流略小或接近雷射器最大安全電流；所述警報閾值是90-110mA。根據本發明的實施例，所述警告閾值Iwen低於警報閾值Ιαμ2-20毫安；所述警告閾值 Iffffl 是 85-100mA。需要說明的是，所述APC迴路可以是其他形式的能夠實現自動功率控制功能的 APC電路，不局限於本說明書中所提及的圖2所示的APC電路。與現有技術相比，本發明的有益效果本發明的光功率監控電路，通過監控偏置電流並與附加的兩個閾值電流做比較， MCU調節目標功率，防止了雷射器過載和突然關機的情況發生，避免了過載和硬關機損壞半導體雷射器，也避免了因過載和突然關機導致的使用雷射器的數據鏈突發故障。
圖1為一種典型的半導體雷射器在不同溫度下的輸出功率與正向驅動電流的關係曲線圖。圖2為一種能夠實現APC的電路圖；圖3為半導體雷射器的LI曲線圖；圖4為本發明的電路框圖；圖5為電路過載保護操作示意圖；圖6為電路過載恢復操作示意圖。
具體實施例方式下面結合試驗例及具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本發明內容所實現的技術均屬於本發明的範圍。如圖3所示，半導體雷射器的LI曲線圖，圖中Ith表示半導體雷射器發射雷射的最低閾值電流，ialm為半導體雷射器光功率開始下降，或雷射器被損毀或開始其他類似動作時的閾值電流，即，雷射器不被損壞的最大絕對電流水平，稱之為警報閾值，I 表示半導體雷射器正常運轉的最大電流，稱之為警告閾值，即，在半導體雷射器逐漸冷卻的過程中，能夠恢復目標光功率的最大偏置電流。由圖3可以看出，高電流會導致過載，當偏置電流Ibias大於警報閾值Iam時，半導體雷射器光功率反而開始下降；假如只實現一個APC電路，那么半導體雷射器就可能陷入熱失控的狀況(因為高電流或高溫)。在這種情況下，雖然APC通過提高偏置電流儘量補償較低的功率，但是這樣會使半導體雷射器變得更熱(或進入過載恢復)，而功率變得更低。其結果是，雖然APC在盡力把偏置電流提得更高，但是光功率變得更低，這種反饋循環導致電流提高到電流可提供的最高水平，這種狀況會致使電路故障，甚至可能損壞雷射器。為了解決這樣的問題，作為本發明的一個實施例，在圖2所示的APC迴路中增加了第二控制層，即在APC迴路中添加電流感應電路和微控制器(MCU)。如圖2、圖4所示，APC 迴路中，半導體雷射器(LD)的正極端和光電二極體(PD)的負極端均與電源連接，LD負極端連接電感，所述電感另一端連接三極體的集電極，三極體的發射極接地，三極體的基極連接積分放大器的輸出端，積分放大器的負輸入端連接電容和電阻，所述電容和電阻的另一端接地，PD的正輸入端與積分放大器的負輸入端連接，積分放大器的正輸入端為目標功率設置端。所述半導體雷射器正極端連接電流感應電路，微控制器通過電流感應電路連接至APC 迴路中，即，積分放大器正輸入端與微控制器連接，，所述微控制器與電流感應電路連接，所述電流感應電路用於監控半導體雷射器偏置電流，所述微控制器(或其他類似控制器)用於在必要時調整APC迴路的目標功率點。通過監測直流偏置電流IBIAS，當偏置電流Ibias高於警報閾值Iaui的時候，微控制器降低光功率，當偏置電流Lias低於警告閾值Iwen的時候， 微控制器提高光功率，從而避免半導體雷射器關閉。下面結合圖5、圖6來說明本發明電路的工作原理。如圖5所示的電路過載保護操作示意圖，其中仏表示輸出功率，P-表示目標功率。假設溫度升高，APC電路就提高半導體雷射器的偏置電流，通過APC迴路的負反饋盡力維持輸出光功率恆定，半導體雷射器的 LI曲線從Cl下降到C2，S卩，半導體雷射器的操作點從Al向A2移動。假定偏置電流持續提高，就會超過警報閾值，即，半導體雷射器的操作點最終到達A2。MCU不斷測量著半導體雷射器的偏執電流，因此偏置電流一旦超過警報閾值Im就會被偵測到。假如再次加熱半導體雷射器，MCU就會把目標功率稍微降低一些，LI曲線就會進一步下降(直到C3)，重複此過程，並且每次都按一定量降低目標功率，偏置電流就會保持在警報閾值，半導體雷射器的操作點從A2向A3移動。用此方法，半導體雷射器偏置電流總保持在警報閾值，避免了半導體雷射器因為高電流或高溫而陷入熱失控的狀況，發生電路故障，甚至損壞半導體雷射器， 並且也防止了半導體雷射器進入過載區域。如圖6所示的電路過載恢復操作示意圖，假設半導體雷射器得到冷卻且LI曲線也得到改善，即，偏置電流會降低並向Bl移動，此過程為半導體雷射器得到冷卻，為保持輸出光功率穩定，APC迴路就降低(降低的量很少)偏置電流，隨著半導體雷射器逐漸得到冷卻，為保持輸出光功率穩定，APC迴路就逐漸降低偏置電流，偏置電流從Iam減少到1_，此過程中光功率一直保持穩定。MCU繼續監控偏置電流，並且偏置電流一旦低於警告閾值Iwen, MCU就會逐漸提高目標功率，隨著半導體雷射器進一步得到冷卻，半導體雷射器的LI曲線從C3向C2移動。MCU通過每次一步地繼續提高APC迴路的目標功率，直到功率最終達到原始的目標水平B2。假如半導體雷射器再得到冷卻，MCU將不再介入，並且APC電路也正常運轉，在此階段，LI曲線從C2向Cl移動，並且操作點也從B2向B3移動之後，APC迴路再次得到控制，且APC電路也正常運轉。需要說明的是，警告閾值電流Iwkn和警報閾值電流Iam是附加的兩個閾值電流，該兩閾值電流的值根據不同雷射器的性能和設計者不同應用來設置。常用的一種方法是將警報閾值電流Im設置得比雷射器最大安全電流略小或接近雷射器最大安全電流，I 低於 IALm2-20毫安(雷射器安全電流是指偏置電流高於該安全電流時雷射器輸出光功率開始降低的電流)，以在使用I 和Iam的電路中提供磁滯並防止振蕩。比如，在光纖常用到的 FP和DFB雷射器中，Iwen警告閾值大概是85-100mA，而警報閾值大概是90_110mA。電路不斷監控偏置電流，如果偏置電流低於警報閾值，MCU就周期性地降低目標功率防止電流超過警報閾值；假如雷射器得到冷卻，並且偏置電流一旦低於警告閾值，就倒轉此過程，MCU就提高目標功率，重複此過程直到再次獲得原始(常規)功率。雖然周期性 (電路調節功率的頻率)和功率步長(每次目標功率降低的量)根據應用是可以變化的，大致在每IOOms —次和一次0. IdBm的值上下浮動。
權利要求
1.一種光功率監控電路，包括APC迴路和微控制器，所述APC迴路包括半導體雷射器和積分放大器，其特徵在於，所述半導體雷射器連接有電流感應電路，所述微控制器通過電流感應電路監控偏置電流，所述微控制器用於調整APC迴路的目標功率。
2.根據權利要求1所述的光功率監控電路，其特徵在於，所述微控制器實時監測半導體雷射器直流偏置電流Ibias，通過調節目標光功率使得半導體雷射器正常工作。
3.根據權利要求2所述的光功率監控電路，其特徵在於，所述半導體雷射器正常工作時，APC迴路通過調整半導體雷射器偏置電流保持光功率穩定。
4.根據權利要求3所述的光功率監控電路，其特徵在於，當半導體雷射器偏置電流Lias 高於警報閾值Iam的時候，降低目標光功率；當偏置電流Lias低於警告閾值I 的時候，提高目標光功率，其中，Im為雷射器不被損壞的最大絕對電流，Iffffl為雷射器正常運轉的最大電流。
5.根據權利要求4所述的光功率監控電路，其特徵在於，所述警報閾值電流Im設置得比雷射器最大安全電流略小或接近雷射器最大安全電流。
6.根據權利要求5所述的光功率監控電路，其特徵在於，所述警報閾值是90-110mA。
7.根據權利要求4所述的光功率監控電路，其特徵在於，所述警告閾值Iwen低於警報閾值 IALM2_20mA。
8.根據權利要求7所述的光功率監控電路，其特徵在於，所述警告閾值Iwen是 85-100mA。
全文摘要
本發明公開了一種光功率監控電路，包括APC迴路和微控制器，所述APC迴路包括半導體雷射器和積分放大器，所述半導體雷射器連接有電流感應電路，所述微控制器通過電流感應電路監控偏置電流，所述微控制器用於調整APC迴路的目標功率。本發明的光功率控制電路，通過監控偏置電流並與附加的兩個閾值電流做比較，MCU調節目標功率，防止了雷射器過載和突然關機的情況發生，避免了過載和硬關機損壞半導體雷射器，也避免了因過載和突然關機導致的使用雷射器的數據鏈突發故障。
文檔編號H01S5/042GK102447219SQ20111040643
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者穆罕默德·阿扎德, 陶德·洛浦, 馬克·海姆巴赫 申請人:索爾思光電(成都)有限公司