一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，包括以下步驟：參數(shù)設(shè)定步驟：（11）、檢測激光器的飽和電流值Is；（12）、設(shè)置偏置電流的最大限值Imax；（13）、設(shè)置臨界溫度值Tth；自適應(yīng)調(diào)節(jié)步驟：（21）、實時檢測激光器工作電流I，以及激光器工作溫度T；（22）、比較所述激光器工作電流I與偏置電流的最大限值Imax的大小關(guān)系，當I＜Imax時，開啟APC電路；當I≥Imax時，比較所述激光器工作溫度T與臨界溫度值Tth的大小關(guān)系，若T≥Tth，則關(guān)閉APC電路，啟用非線性控制方法。本發(fā)明的控制方法，一方面克服了APC電路控制帶來的對激光器整體性能約束的局限性，另外一方面挖掘了激光器的潛能，光功率可以做得更大。
【專利說明】一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是涉及一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光發(fā)送模塊主要包括驅(qū)動電路單元、單片機控制電路單元、光組件、外部控制電路單元、電信號輸入接口等幾部分。驅(qū)動器(芯片)電路單元的作用是提供激光器的偏置電流和調(diào)制電流，從而實現(xiàn)數(shù)字信號的電/光轉(zhuǎn)換。單片機控制電路單元的主要功能是對驅(qū)動芯片進行控制，以使激光器的輸出光功率保持正常狀態(tài)(即光功率輸出在一定功率水平上并保持穩(wěn)定)。為了使光功率輸出在一定功率水平上并保持穩(wěn)定，目前主要采用的，功率控制電路、激光器驅(qū)動器、激光器，形成負反饋環(huán)路來完成，從而使激光器輸出光功率趨于固定值。模塊的主要指標發(fā)射光功率P和消光比ER，主要由驅(qū)動芯片給激光器提供的偏置電流Ibias和調(diào)制電流Imod以及激光器的閾值電流Ith和P_I曲線的斜效率Se決定。在模塊工作的環(huán)境溫度發(fā)生變化時或者器件長期工作老化后，激光器的閾值電流和斜效率會發(fā)生變化，表現(xiàn)為閾值電流增加及斜效率降低，為了維持發(fā)光功率的相對恒定，模塊給激光器施加的偏置電流Ibias和調(diào)制電流Imod就會增加，但是也不能一味的通過增大偏置電流的方式，因為激光器的工作狀態(tài)在進入飽和區(qū)后，發(fā)光功率會隨著偏置電流的增加而減小，偏置電流達到一定程度甚至會損壞激光器。
[0003]為了實現(xiàn)對激光器的保護，通常的做法是通過驅(qū)動器芯片設(shè)定偏置電流的最大限定值，使得該最大限定值小于飽和電流，如通過一個外接采樣電阻來設(shè)定最大激光器偏置電流。由于激光器的性能存在個體差異，激光器的飽和電流也不盡相同，為了適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)需要，滿足所有激光器的保護需求，一般會將最大限值設(shè)的較為保守，其值遠低于實際飽和電流值，該種方式的缺陷是犧牲了激光器的整體性能，最大限值設(shè)置的過小，限制了激光器性能的充分發(fā)揮，當激光器工作電流達到限定值以后，控制電路會突然關(guān)閉APC電路，之后激光器的發(fā)光功率將不再受控，激光器工作于固定的偏置電流限定值，這樣，隨著激光器發(fā)熱或環(huán)境溫度的變化，激光器的發(fā)光功率隨之變化，不能保證通信正常，而實際情況是很大一部分激光器完全可以再通過增加偏置電流的方式穩(wěn)定發(fā)光功率，因為其最大限值到其飽和電流值之間還有一定的調(diào)節(jié)空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有激光器不能充分在其全壽命期內(nèi)工作的問題，提出了一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，可以解決上述問題。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，包括以下步驟:
參數(shù)設(shè)定步驟:
(11)、檢測激光器的飽和電流值Is ； (12)、設(shè)置偏置電流的最大限值Imax,其中Imax< Is ；
(13)、設(shè)置臨界溫度值Tth;
自適應(yīng)調(diào)節(jié)步驟:
(21)、實時檢測激光器工作電流I，以及激光器工作溫度T；
(22)、比較所述激光器工作電流I與偏置電流的最大限值Imax的大小關(guān)系，當I< Imax時，開啟APC電路，由所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制；
當I彡Imax時，比較所述激光器工作溫度T與臨界溫度值Tth的大小關(guān)系，若T彡Tth，則關(guān)閉APC電路，啟用非線性控制方法，由控制單元直接控制所述激光器驅(qū)動電路。
[0006]進一步的，在所述步驟(22)中，當I彡Imax且！1 < Tth時，若此時為APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制，則保持所述APC電路開啟，仍然由所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制，若此時為非線性控制方法，則開啟APC電路，切換為APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制。
[0007]又進一步的，所述步驟(22)中，所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制的方法為:
al.PD光探測器檢測激光器發(fā)射的光，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；a2、放大電路將所述電信號進行放大處理，并發(fā)送至比較器進行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至激光機驅(qū)動電路；
a3、若所述電信號小于預(yù)設(shè)的閾值，則所述激光器驅(qū)動電路增加加載在所述激光器上的偏置電流，否則，減小加載在所述激光器上的偏置電流。
[0008]再進一步的，所述步驟(22)中，所述非線性控制方法為: bl、實時監(jiān)測當前激光器工作溫度T ；
b2、從查找表中查找當前激光器工作溫度T下所對應(yīng)的偏置電流Tb ； b3、控制激光器驅(qū)動電流以偏置電流Tb加載在所述激光器上。
[0009]更進一步的，所述步驟(11)中、檢測激光器的飽和電流值Is的方法為:從能夠開啟激光器發(fā)光的閾值偏置電流Ith開始，以步長Λ I增加偏置電流值，并相應(yīng)檢測激光器發(fā)光的光功率，計算偏置電流每增加Λ I時對應(yīng)的光功率增長率，當增長率等于零時，則當前的偏置電流值即為飽和電流值Is。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明的激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，通過參數(shù)設(shè)定步驟，檢測激光器的飽和電流值Is ;并根據(jù)飽和電流值Is設(shè)置偏置電流的最大限值Imax，不用再為了便于工業(yè)生產(chǎn)而統(tǒng)一設(shè)定成固定的最大限值，設(shè)置的限值因激光器而異，能夠最大化的發(fā)揮激光器的性能，將APC電路控制與非線性控制相結(jié)合，根據(jù)激光器的工作狀態(tài)選擇合適的控制方式，一方面克服了 APC電路控制帶來的對激光器整體性能約束的局限性，另外一方面挖掘了激光器的潛能，光功率可以做得更大，工作壽命大大延長，產(chǎn)品的可靠性有了更大的提高，產(chǎn)品可以應(yīng)用于更加惡劣的特種環(huán)境之中，可以使用普通商業(yè)級或者工業(yè)級規(guī)格的激光器開發(fā)出符合特殊需求的特種光模塊產(chǎn)品O
[0011]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實施方式的詳細描述后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是本發(fā)明所提出的激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法中激光器光功率與偏置電流的(p-Ι)關(guān)系曲線圖。

【具體實施方式】
[0014]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0015]針對目前的激光器根據(jù)工業(yè)化生產(chǎn)需求，為了保護激光器件需要將偏置電流的最大限制設(shè)置的較小，進而犧牲激光器的整體性能，無法使激光器在其全壽命期內(nèi)充分發(fā)揮其性能的問題，提出了一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，給出了兩種激光器的控制方式，本方法根據(jù)實時檢測激光器工作電流I與其實際飽和電流的大小關(guān)系，自適應(yīng)選擇激光器的控制方式，能夠完全充分發(fā)揮其壽命期內(nèi)的工作性能，挖掘了激光器的潛能，光功率可以做得更大，延長工作在APC (自動功率控制)狀態(tài)激光器的壽命，提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。
[0016]實施例一,本實施例提出了一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，包括以下步驟:
參數(shù)設(shè)定步驟:
511、檢測激光器的飽和電流值Is；
512、設(shè)置偏置電流的最大限值Imax,其中Imax< Is ；
513、設(shè)置臨界溫度值Tth；
自適應(yīng)調(diào)節(jié)步驟:
521、實時檢測激光器工作電流I，以及激光器工作溫度T；
522、比較所述激光器工作電流I與偏置電流的最大限值Imax的大小關(guān)系，當I< Imax時，開啟APC電路，由所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制；
當I彡Imax時，比較所述激光器工作溫度T與臨界溫度值Tth的大小關(guān)系，若T彡Tth，則關(guān)閉APC電路，啟用非線性控制方法，由控制單元直接控制所述激光器驅(qū)動電路。
[0017]如圖1所示，為激光器光功率與偏置電流的(P-Ι)關(guān)系曲線，其中，激光器的飽和電流值Is為指激光器所能輸出的最大的光功率時所對應(yīng)的偏置電流值，激光器的工作狀態(tài)分自發(fā)發(fā)射區(qū)，受激發(fā)射線性工作區(qū)，飽和區(qū)。當給激光器施加的偏置電流小于閾值電流Ith時,激光器工作于自發(fā)發(fā)射區(qū)，當偏置電流大于閾值電流Ith小于飽和電流Is時，激光器工作在線性區(qū)，發(fā)光功率會隨著偏置電流的增加而增大；在飽和區(qū)，發(fā)光功率會隨著偏置電流的增加而減小。因此，目前激光器需要控制工作在線性區(qū)，由于激光器存在個體差異，其飽和電流值Is是不盡相同的，現(xiàn)有技術(shù)中的激光器一般同一型號的產(chǎn)品或者不同型號的產(chǎn)品均設(shè)為統(tǒng)一大小的偏置電流的最大限值，為了保證所有激光器的正常，一般偏置電流的最大限值設(shè)的較小，因此犧牲了很大一部分激光器的性能，也即，很多激光器在大于該最大限值的很大偏置電流區(qū)間內(nèi)，仍然可以進行線性調(diào)制控制，但是，由于最大限值的約束，其偏置電流不能再超過該最大限值，因此，激光器就過早的到達壽命期限。本實施例的控制方法解決了上述問題，對每個激光器分別進行飽和電流值Is檢測，并根據(jù)其飽和電流值Is設(shè)置偏置電流的最大限值Imax，設(shè)置的限值因激光器而異，其設(shè)置的偏置電流的最大限制Imax要較現(xiàn)有設(shè)置的值大一些，延長激光器的工作線性區(qū)間，能夠最大化的發(fā)揮激光器的性能，將APC電路控制與非線性控制相結(jié)合，根據(jù)激光器的工作狀態(tài)選擇合適的控制方式，一方面克服了 APC電路控制帶來的對激光器整體性能約束的局限性，大于偏置電流的最大值電流不再絕對不能用于控制，考慮到溫度參數(shù)進來，由于在Imax與Is之間的區(qū)間內(nèi)，需要根據(jù)當前最影響激光器工作性能的是其環(huán)境溫度原因還是其自身老化原因，若當前溫度過高的話，溫度的非線性影響做主導(dǎo)，因此采用非線性控制方法，若溫度不是過高，則仍然是遵循P-1曲線，采用APC方法控制，挖掘了激光器的潛能，光功率可以做得更大，工作壽命大大延長，產(chǎn)品的可靠性有了更大的提高，產(chǎn)品可以應(yīng)用于更加惡劣的特種環(huán)境之中，可以使用普通商業(yè)級或者工業(yè)級規(guī)格的激光器開發(fā)出符合特殊需求的特種光模塊產(chǎn)品O
[0018]作為一個優(yōu)選的實施例，在所述步驟S22中，當I彡Imax且T < Tth時，若此時為APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制，則保持所述APC電路開啟，仍然由所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制，若此時為非線性控制方法，則開啟APC電路，切換為APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制。當前的激光器狀態(tài)是即便是偏置電流超過了設(shè)定限值，如果當前溫度還不至于高到作為影響激光器性能的主要因素，因為Imax到Is的電流區(qū)間內(nèi)仍屬于受激發(fā)射線性工作區(qū)，只不過功率隨電流的增長率逐漸減小，但是仍然可以控制，所以繼續(xù)采用APC電流控制，將激光器的功能發(fā)揮到最大。
[0019]在本實施例中，所述步驟S22中，所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制的方法為:
al.PD光探測器檢測激光器發(fā)射的光，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；a2、放大電路將所述電信號進行放大處理，并發(fā)送至比較器進行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至激光機驅(qū)動電路；
a3、若所述電信號小于預(yù)設(shè)的閾值，則所述激光器驅(qū)動電路增加加載在所述激光器上的偏置電流，否則，減小加載在所述激光器上的偏置電流。
[0020]采用APC電路控制的核心就是反饋控制思想，功能的實現(xiàn)是通過激光器組件內(nèi)的PD光探測器、光功率控制電路、激光器驅(qū)動器、激光器，形成負反饋環(huán)路來完成，從而使激光器輸出光功率趨于固定值。其反饋控制基本過程是當LD的輸出光功率降低，ro光電流減小，放大電路的輸出端電位升高，則激光機驅(qū)動電路偏置電流增加，使得LD的輸出光功率增加；相反則使LD的光功率減小，從而達到自動功率控制作用，使LD的輸出光功率保持穩(wěn)定。
[0021]在本實施例中，所述步驟S22中，所述非線性控制方法為: bl、實時監(jiān)測當前激光器工作溫度T ；
b2、從查找表中查找當前激光器工作溫度T下所對應(yīng)的偏置電流Tb ； b3、控制激光器驅(qū)動電流以偏置電流Tb加載在所述激光器上。
[0022]其中，所述查找表是激光器出廠前寫入控制程序中的，實驗檢測激光器的工作溫度與激光器不同工作溫度T時所對應(yīng)的偏置電流Tb以及此時的激光器的功率值，由于此時偏置電流與功率已經(jīng)不再成線性關(guān)系，而溫度成為影響功率的主要因素，因此，在已知目標功率以及檢測到當前溫度的情況下，通過查找表查找出當前應(yīng)該調(diào)制的偏置電流值，彌補了 APC電路線性控制的缺陷。
[0023]更進一步的，所述步驟S11中、檢測激光器的飽和電流值Is的方法為:從能夠開啟激光器發(fā)光的閾值偏置電流Ith開始，以步長Λ I增加偏置電流值，并相應(yīng)檢測激光器發(fā)光的光功率，計算偏置電流每增加Λ I時對應(yīng)的光功率增長率，當增長率等于零時，則當前的偏置電流值即為飽和電流值Is。
[0024]當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 參數(shù)設(shè)定步驟: (11)、檢測激光器的飽和電流值Is； (12)、設(shè)置偏置電流的最大限值Imax,其中Imax< Is ； (13)、設(shè)置臨界溫度值Tth; 自適應(yīng)調(diào)節(jié)步驟: (21)、實時檢測激光器工作電流I，以及激光器工作溫度T； (22)、比較所述激光器工作電流I與偏置電流的最大限值Imax的大小關(guān)系，當I< Imax時，開啟APC電路，由所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制； 當I彡Imax時，比較所述激光器工作溫度T與臨界溫度值Tth的大小關(guān)系，若T彡Tth，則關(guān)閉APC電路，啟用非線性控制方法，由控制單元直接控制所述激光器驅(qū)動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，其特征在于，在所述步驟(22)中，當I彡Imax且T < Tth時，若此時為APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制，則保持所述APC電路開啟，仍然由所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制，若此時為非線性控制方法，則開啟APC電路，切換為APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，其特征在于，所述步驟(22)中，所述APC電路對激光器驅(qū)動電路進行控制的方法為: al.PD光探測器檢測激光器發(fā)射的光，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；a2、放大電路將所述電信號進行放大處理，并發(fā)送至比較器進行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至激光機驅(qū)動電路； a3、若所述電信號小于預(yù)設(shè)的閾值，則所述激光器驅(qū)動電路增加加載在所述激光器上的偏置電流，否則，減小加載在所述激光器上的偏置電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，其特征在于，所述步驟(22)中，所述非線性控制方法為: bl、實時監(jiān)測當前激光器工作溫度T ； b2、從查找表中查找當前激光器工作溫度T下所對應(yīng)的偏置電流Tb ； b3、控制激光器驅(qū)動電流以偏置電流Tb加載在所述激光器上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器全壽命期自適應(yīng)狀態(tài)控制方法，其特征在于，所述步驟(11)中、檢測激光器的飽和電流值Is的方法為:從能夠開啟激光器發(fā)光的閾值偏置電流Ith開始，以步長Λ I增加偏置電流值，并相應(yīng)檢測激光器發(fā)光的光功率，計算偏置電流每增加Λ I時對應(yīng)的光功率增長率，當增長率等于零時，則當前的偏置電流值即為飽和電流值Is。
【文檔編號】H01S3/131GK104393479SQ201410678328
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】姜瑜斐, 王海山, 甘東平 申請人:中航海信光電技術(shù)有限公司