專利名稱：一種光功率控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，特別涉及一種光功率控制電路。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器(LD)具有單色性好、方向性好、體積小、光功率利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但是，半導(dǎo)體激光器光功率輸出受外界環(huán)境變化的影響較大。圖1顯示了一種典型的半導(dǎo)體激光器在不同溫度下的輸出功率與正向驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系曲線(為了便于看清楚，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(dāng)驅(qū)動(dòng)電流低于閾值電流Ith時(shí)， 激光器只能發(fā)射出熒光，輸出光功率近似為零；只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流大于激光器的閾值電流時(shí)， 激光器才能正常工作發(fā)出激光，光輸出功率隨著驅(qū)動(dòng)電流的增大而迅速增加，并近似呈線性上升。因此，要使LD發(fā)射激光，就要供給LD略大于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(yīng)的閾值電流越大。LD半導(dǎo)體激光器，隨著溫度升高，閾值電流Ith增大，斜效率S降低，為了補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器閾值電流的變化，保持穩(wěn)定的光功率，需要采用“自動(dòng)功率控制(APC)”電路。圖2 顯示了一種典型的能夠?qū)崿F(xiàn)APC的電路，APC電路監(jiān)測激光器背向光，檢測光電二極管的電流，通過調(diào)節(jié)激光器的偏置電流來保持該光電二極管中的光生電流穩(wěn)定。但是，當(dāng)溫度升高時(shí)，由于閾值電流Ith增大，斜效率S降低，要保持光功率穩(wěn)定， APC電路就會(huì)增大直流偏置電流Lias，這就可能使得激光器關(guān)閉，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中可能會(huì)導(dǎo)致硬件損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種能防止半導(dǎo)體激光器過載和突然關(guān)機(jī)，且能保持輸出光功率穩(wěn)定的光功率控制電路及其監(jiān)控方法。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案一種光功率監(jiān)控電路，包括APC回路和微控制器，所述APC回路包括半導(dǎo)體激光器和積分放大器，所述半導(dǎo)體激光器連接有電流感應(yīng)電路，所述微控制器通過電流感應(yīng)電路監(jiān)控偏置電流，所述微控制器用于調(diào)整APC回路的目標(biāo)功率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述微控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測半導(dǎo)體激光器直流偏置電流Lias, 通過調(diào)節(jié)目標(biāo)光功率使得半導(dǎo)體激光器正常工作；所述半導(dǎo)體激光器正常工作時(shí)，APC回路通過調(diào)整半導(dǎo)體激光器偏置電流保持光功率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)半導(dǎo)體激光器偏置電流Lias高于警報(bào)閾值Iaui的時(shí)候，降低目標(biāo)光功率；當(dāng)偏置電流Lias低于警告閾值I 的時(shí)候，提高目標(biāo)光功率，其中，Im為激光器不被損壞的最大絕對(duì)電流，Iffffl為激光器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最大電流。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述警報(bào)閾值電流Iaui設(shè)置得比激光器最大安全電流略小或接近激光器最大安全電流；所述警報(bào)閾值是90-110mA。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述警告閾值Iwen低于警報(bào)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回路可以是其他形式的能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)功率控制功能的 APC電路，不局限于本說明書中所提及的圖2所示的APC電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的光功率監(jiān)控電路，通過監(jiān)控偏置電流并與附加的兩個(gè)閾值電流做比較， MCU調(diào)節(jié)目標(biāo)功率，防止了激光器過載和突然關(guān)機(jī)的情況發(fā)生，避免了過載和硬關(guān)機(jī)損壞半導(dǎo)體激光器，也避免了因過載和突然關(guān)機(jī)導(dǎo)致的使用激光器的數(shù)據(jù)鏈突發(fā)故障。


圖1為一種典型的半導(dǎo)體激光器在不同溫度下的輸出功率與正向驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系曲線圖。圖2為一種能夠?qū)崿F(xiàn)APC的電路圖；圖3為半導(dǎo)體激光器的LI曲線圖；圖4為本發(fā)明的電路框圖；圖5為電路過載保護(hù)操作示意圖；圖6為電路過載恢復(fù)操作示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。如圖3所示，半導(dǎo)體激光器的LI曲線圖，圖中Ith表示半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光的最低閾值電流，ialm為半導(dǎo)體激光器光功率開始下降，或激光器被損毀或開始其他類似動(dòng)作時(shí)的閾值電流，即，激光器不被損壞的最大絕對(duì)電流水平，稱之為警報(bào)閾值，I 表示半導(dǎo)體激光器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最大電流，稱之為警告閾值，即，在半導(dǎo)體激光器逐漸冷卻的過程中，能夠恢復(fù)目標(biāo)光功率的最大偏置電流。由圖3可以看出，高電流會(huì)導(dǎo)致過載，當(dāng)偏置電流Ibias大于警報(bào)閾值Iam時(shí)，半導(dǎo)體激光器光功率反而開始下降；假如只實(shí)現(xiàn)一個(gè)APC電路，那么半導(dǎo)體激光器就可能陷入熱失控的狀況(因?yàn)楦唠娏骰蚋邷?。在這種情況下，雖然APC通過提高偏置電流盡量補(bǔ)償較低的功率，但是這樣會(huì)使半導(dǎo)體激光器變得更熱(或進(jìn)入過載恢復(fù))，而功率變得更低。其結(jié)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(huán)導(dǎo)致電流提高到電流可提供的最高水平，這種狀況會(huì)致使電路故障，甚至可能損壞激光器。為了解決這樣的問題，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在圖2所示的APC回路中增加了第二控制層，即在APC回路中添加電流感應(yīng)電路和微控制器(MCU)。如圖2、圖4所示，APC 回路中，半導(dǎo)體激光器(LD)的正極端和光電二極管(PD)的負(fù)極端均與電源連接，LD負(fù)極端連接電感，所述電感另一端連接三極管的集電極，三極管的發(fā)射極接地，三極管的基極連接積分放大器的輸出端，積分放大器的負(fù)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(fù)輸入端連接，積分放大器的正輸入端為目標(biāo)功率設(shè)置端。所述半導(dǎo)體激光器正極端連接電流感應(yīng)電路，微控制器通過電流感應(yīng)電路連接至APC 回路中，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(yīng)電路連接，所述電流感應(yīng)電路用于監(jiān)控半導(dǎo)體激光器偏置電流，所述微控制器(或其他類似控制器)用于在必要時(shí)調(diào)整APC回路的目標(biāo)功率點(diǎn)。通過監(jiān)測直流偏置電流IBIAS，當(dāng)偏置電流Ibias高于警報(bào)閾值Iaui的時(shí)候，微控制器降低光功率，當(dāng)偏置電流Lias低于警告閾值Iwen的時(shí)候， 微控制器提高光功率，從而避免半導(dǎo)體激光器關(guān)閉。下面結(jié)合圖5、圖6來說明本發(fā)明電路的工作原理。如圖5所示的電路過載保護(hù)操作示意圖，其中仏表示輸出功率，P-表示目標(biāo)功率。假設(shè)溫度升高，APC電路就提高半導(dǎo)體激光器的偏置電流，通過APC回路的負(fù)反饋盡力維持輸出光功率恒定，半導(dǎo)體激光器的 LI曲線從Cl下降到C2，S卩，半導(dǎo)體激光器的操作點(diǎn)從Al向A2移動(dòng)。假定偏置電流持續(xù)提高，就會(huì)超過警報(bào)閾值，即，半導(dǎo)體激光器的操作點(diǎn)最終到達(dá)A2。MCU不斷測量著半導(dǎo)體激光器的偏執(zhí)電流，因此偏置電流一旦超過警報(bào)閾值Im就會(huì)被偵測到。假如再次加熱半導(dǎo)體激光器，MCU就會(huì)把目標(biāo)功率稍微降低一些，LI曲線就會(huì)進(jìn)一步下降(直到C3)，重復(fù)此過程，并且每次都按一定量降低目標(biāo)功率，偏置電流就會(huì)保持在警報(bào)閾值，半導(dǎo)體激光器的操作點(diǎn)從A2向A3移動(dòng)。用此方法，半導(dǎo)體激光器偏置電流總保持在警報(bào)閾值，避免了半導(dǎo)體激光器因?yàn)楦唠娏骰蚋邷囟萑霟崾Э氐臓顩r，發(fā)生電路故障，甚至損壞半導(dǎo)體激光器， 并且也防止了半導(dǎo)體激光器進(jìn)入過載區(qū)域。如圖6所示的電路過載恢復(fù)操作示意圖，假設(shè)半導(dǎo)體激光器得到冷卻且LI曲線也得到改善，即，偏置電流會(huì)降低并向Bl移動(dòng)，此過程為半導(dǎo)體激光器得到冷卻，為保持輸出光功率穩(wěn)定，APC回路就降低(降低的量很少)偏置電流，隨著半導(dǎo)體激光器逐漸得到冷卻，為保持輸出光功率穩(wěn)定，APC回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(wěn)定。MCU繼續(xù)監(jiān)控偏置電流，并且偏置電流一旦低于警告閾值Iwen, MCU就會(huì)逐漸提高目標(biāo)功率，隨著半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步得到冷卻，半導(dǎo)體激光器的LI曲線從C3向C2移動(dòng)。MCU通過每次一步地繼續(xù)提高APC回路的目標(biāo)功率，直到功率最終達(dá)到原始的目標(biāo)水平B2。假如半導(dǎo)體激光器再得到冷卻，MCU將不再介入，并且APC電路也正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在此階段，LI曲線從C2向Cl移動(dòng)，并且操作點(diǎn)也從B2向B3移動(dòng)之后，APC回路再次得到控制，且APC電路也正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要說明的是，警告閾值電流Iwkn和警報(bào)閾值電流Iam是附加的兩個(gè)閾值電流，該兩閾值電流的值根據(jù)不同激光器的性能和設(shè)計(jì)者不同應(yīng)用來設(shè)置。常用的一種方法是將警報(bào)閾值電流Im設(shè)置得比激光器最大安全電流略小或接近激光器最大安全電流，I 低于 IALm2-20毫安(激光器安全電流是指偏置電流高于該安全電流時(shí)激光器輸出光功率開始降低的電流)，以在使用I 和Iam的電路中提供磁滯并防止振蕩。比如，在光纖常用到的 FP和DFB激光器中，Iwen警告閾值大概是85-100mA，而警報(bào)閾值大概是90_110mA。電路不斷監(jiān)控偏置電流，如果偏置電流低于警報(bào)閾值，MCU就周期性地降低目標(biāo)功率防止電流超過警報(bào)閾值；假如激光器得到冷卻，并且偏置電流一旦低于警告閾值，就倒轉(zhuǎn)此過程，MCU就提高目標(biāo)功率，重復(fù)此過程直到再次獲得原始(常規(guī))功率。雖然周期性 (電路調(diào)節(jié)功率的頻率)和功率步長(每次目標(biāo)功率降低的量)根據(jù)應(yīng)用是可以變化的，大致在每IOOms —次和一次0. IdBm的值上下浮動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種光功率監(jiān)控電路，包括APC回路和微控制器，所述APC回路包括半導(dǎo)體激光器和積分放大器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器連接有電流感應(yīng)電路，所述微控制器通過電流感應(yīng)電路監(jiān)控偏置電流，所述微控制器用于調(diào)整APC回路的目標(biāo)功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，所述微控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測半導(dǎo)體激光器直流偏置電流Ibias，通過調(diào)節(jié)目標(biāo)光功率使得半導(dǎo)體激光器正常工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器正常工作時(shí)，APC回路通過調(diào)整半導(dǎo)體激光器偏置電流保持光功率穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，當(dāng)半導(dǎo)體激光器偏置電流Lias 高于警報(bào)閾值Iam的時(shí)候，降低目標(biāo)光功率；當(dāng)偏置電流Lias低于警告閾值I 的時(shí)候，提高目標(biāo)光功率，其中，Im為激光器不被損壞的最大絕對(duì)電流，Iffffl為激光器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最大電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，所述警報(bào)閾值電流Im設(shè)置得比激光器最大安全電流略小或接近激光器最大安全電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，所述警報(bào)閾值是90-110mA。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，所述警告閾值Iwen低于警報(bào)閾值 IALM2_20mA。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光功率監(jiān)控電路，其特征在于，所述警告閾值Iwen是 85-100mA。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光功率監(jiān)控電路，包括APC回路和微控制器，所述APC回路包括半導(dǎo)體激光器和積分放大器，所述半導(dǎo)體激光器連接有電流感應(yīng)電路，所述微控制器通過電流感應(yīng)電路監(jiān)控偏置電流，所述微控制器用于調(diào)整APC回路的目標(biāo)功率。本發(fā)明的光功率控制電路，通過監(jiān)控偏置電流并與附加的兩個(gè)閾值電流做比較，MCU調(diào)節(jié)目標(biāo)功率，防止了激光器過載和突然關(guān)機(jī)的情況發(fā)生，避免了過載和硬關(guān)機(jī)損壞半導(dǎo)體激光器，也避免了因過載和突然關(guān)機(jī)導(dǎo)致的使用激光器的數(shù)據(jù)鏈突發(fā)故障。
文檔編號(hào)H01S5/042GK102447219SQ20111040643
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者穆罕默德·阿扎德, 陶德·洛浦, 馬克·海姆巴赫 申請(qǐng)人:索爾思光電(成都)有限公司