光模块开环寿命补偿方法和系统与流程

本发明属于光通信
技术领域：
，具体地说，是涉及一种光模块开环寿命补偿方法和系统。
背景技术：
：激光器是并行光模块的主要核心器件，激光器的失效模式主要分为三种形式，分别为早期失效模式、偶然失效模式和损耗失效模式。三种模式发生在不同的时间段。这其中，损耗失效模式是不可逆的过程，使得光模块存在有效的使用寿命周期。在民用光模块领域，具有更新换代快的特点，因此对光模块的寿命要求不高，但是在特种光模块领域，由于特种光模块需要在严苛环境下进行不间断连续工作，不容易更换，这就使得对光模块进行寿命补偿的问题尤为突出。可以采用寿命补偿方法来补偿激光器损耗达到延长激光器寿命的效果。现有技术中，激光器寿命补偿方式主要有两种：闭环寿命补偿方法和开环寿命补偿方法。激光器闭环寿命补偿方法中，实时监测激光器的背光电流，根据背光电流的大小实时调整驱动电流的大小，实时保证激光器内部电流的稳定；闭环控制可以由专门的驱动芯片完成，但该类芯片大部分为单通道芯片，只适用于单路光模块，不能适用于并行光模块，并且，带有闭环控制的光模块所使用的芯片成本相对较高，不适合大规模的使用。激光器开环寿命补偿方法中，主要是针对防止器件受温度影响导致的输出光功率变化、眼图劣化而进行的温度补偿，没有考虑到因模块使用时间的增长而带来的寿命补偿问题。技术实现要素：本申请提供了一种光模块开环寿命补偿方法和系统，实现对并行光模块开环寿命补偿。为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：提出一种光模块开环寿命补偿方法，包括：基于老化数据拟合得到激光器的老化斜率；其中，所述老化数据包括在设定老化温度、设定老化电流的条件下老化设定时间中获得的激光器工作电流和激光器工作温度；基于老化模型得到加速因子；其中，所述为所述老化工作电流，所述为所述激光器的使用工作电流，所述为激活能参数，所述为所述激光器老化工作温度，所述为所述激光器的使用工作温度，k为常量；基于所述老化斜率和所述加速因子a得到所述激光器在使用中任意时刻的阈值电流和斜效率se；基于所述任意时刻的阈值电流、斜效率se、所述激光器的初始阈值电流和所述激光器的初始斜效率得到老化系数；基于所述老化系数确定驱动所述激光器的补偿偏置电流，以实现对所述激光器寿命补偿。提出一种光模块开环寿命补偿系统，包括驱动芯片和激光器；包括老化斜率确定单元、加速因子确定单元、阈值电流和斜效率确定单元、老化系统确定单元和补偿偏置电流确定单元；所述老化斜率确定单元，用于基于老化数据拟合得到所述激光器的老化斜率；其中，所述老化数据包括在设定老化温度、设定老化电流的条件下老化设定时间中获得的激光器工作电流和激光器工作温度；所述加速因子确定单元，用于基于老化模型得到加速因子；其中，所述为所述老化工作电流，所述为所述激光器的使用工作电流，所述为激活能参数，所述为所述激光器老化工作温度，所述为所述激光器的使用工作温度；所述阈值电流和斜效率确定单元，用于基于所述老化斜率和所述加速因子a得到所述激光器在使用中任意时刻的阈值电流和斜效率se；所述老化系数确定单元，用于基于所述任意时刻的阈值电流、斜效率se、所述激光器的初始阈值电流和所述激光器的初始斜效率得到老化系数；所述补偿偏置电流确定单元，用于基于所述老化系数确定写入所述驱动芯片的补偿偏置电流，以实现对所述激光器寿命补偿。与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的光模块开环寿命补偿方法和系统中，采用激光器加速老化实验中的老化数据为数据样本，模拟出激光器使用中产生老化的老化系数，并根据激光器的老化系数，也即结合激光器的老化情况确定所要补偿给激光器的偏置电流的大小，使用补偿偏置电流驱动光模块，以维持激光器的发射光功率在任意时间点光功率都保持不跌落，从而实现对激光器的开环寿命的补偿，延长了激光器的使用寿命。本申请中得到的老化系数还能够用来进行激光器的状态检测、状态评估、故障预测、保障决策等，实现光电产品可靠性的准确实时评估。结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1为本申请提出的光模块开环寿命补偿方法的方法流程图；图2为本申请提出的光模块开环寿命补偿系统的系统框图；图3为本申请中老化斜率拟合示意图。具体实施方式下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。本申请提出的光模块开环寿命补偿方法，可应用于多路并行光模块的激光器的开环寿命补偿，性能指标的提升，如图1所示，包括如下步骤：步骤s11：基于老化数据拟合得到激光器的老化斜率。本申请采用老化试验来加速模拟光模块的工作状态，在设定老化温度、设定老化电流条件下老化光模块设定时间，并采集老化过程中光模块工作的老化数据，包括但不受限于激光器工作电流和激光器工作温度等，如图3所示，根据老化数据经过线性拟合得到光模块激光器的老化斜率，其中纵坐标表示激光器输出光功率（dbm），横坐标表示时间（h），从图中可以看出，该激光器做了老化实验1500小时，拟合得到的老化斜率为-0.00002。步骤s12：基于老化模型得到加速因子。本申请中，从量化的角度，定性定量的分析激光器的老化系数，实现对激光器实时指标的监控，由量化的数据进行光模块的寿命补偿。加速因子的获取主要目的在于，利用老化实验数据，借助老化模型，求得用户在自己的使用环境下（温度、工作电流）光模块工作的等效时间。其中，为老化实验中激光器的老化工作电流，为用户使用激光器时的使用工作电流，为激活能参数，为老化实验中激光器的老化工作温度，为用户使用激光器的使用工作温度，k为boltzmann常量，取值为8.618；其中，根据激光器失效模式（wear_out_mode，random_mode）的不同，采用不同的数值带入计算，取值见下表一所示。表一devicewear_out_mode(ea)random_mode(ea)laserdiodes0.4ev0.35evlasermodules0.4ev0.35evleds0.5ev0.35evledmodules0.5ev0.35evphotodiodes0.7ev0.35evdetectormodules0.7ev0.35evreceivermodules0.7ev0.35eveamodulators0.4ev0.35evexternalmodulators0.7ev0.35ev步骤s13：基于老化斜率和加速因子a得到激光器在使用中任意时刻的阈值电流和斜效率se。基于=得到激光器在使用中任意时刻的阈值电流；以及，基于se=得到激光器在使用中任意时刻的斜效率se；这其中，为激光器的初始阈值电流，为激光器的初始斜效率，为任意时刻对应的时间点，为任意时刻时激光器的工作电流。在激光器的电流很小时，激光器输出的光功率基本没有，但随着电流的增大，仍然没有输出，当电流增大到一定值的时候，输出开始出现，并且随着电流的增大输出光功率呈线性增大，则此时的电流称为激光器的阈值电流；阈值电流与光模块激光器中的材料和结构有关，随着光模块的使用损耗，阈值电流也在发生变化。对于激光器二极管而言，阈值电流越小越好，一般在25℃下，vcsel-lc的阈值电流在02.-2ma。并行光模块的激光器的斜效率是指激光器的输出光功率与输入电流的比值。激光器的初始阈值电流和初始斜效率可以采用直线拟合法、二次拟合法、二次求导法的方式来确定。步骤s14：基于任意时刻的阈值电流、斜效率se、激光器的初始阈值电流和激光器的初始斜效率得到老化系数。为申请的发明目的在于，维持激光器的输出光功率在任意时间点都保持不变，从而实现对激光器寿命的补偿。从该目的出发，根据初始时刻光功率的输出公式，以及任意时间点输出光功率公式,若要保持激光器输出光功率不变，则建立求解老化系数的公式为：，其中，为激光器的初始阈值电流，为激光器的初始斜效率，为任意时刻时激光器的工作电流。步骤s15：基于老化系数确定驱动激光器的补偿偏置电流，以实现对激光器寿命补偿。基于得到补偿偏置电流；其中，为任意时刻时激光器的工作电流，x为老化系统。补偿偏置电流要写入到驱动芯片中，由驱动芯片根据补偿偏置电流驱动激光器的工作，而本申请根据上述步骤得到的补偿偏置电流为模拟值，需要经过数字化后输给驱动芯片，也即存在一个模拟电流向数字电流转化的步骤，以gigoptix公司生产的hxt6112芯片为例，采用如下公式将模拟的补偿偏置电流转化为数字量：;其中，为40，为0.25，则可以求得的数字量每改变1，其带来的电流模拟量的变化为40x0.25/48=0.21ma，故若求得需要的电流值为7ma，则需写入驱动芯片的数字量为7/0.21=33.7。根据上述本申请提出的寿命补偿方法，一个初始阈值电流为0.4ma，初始斜效率为0.21的激光器，经过10年后，激光器的阈值电流为0.589ma，斜效率变为0.393，求解得到的老化系数为0.08，所需补偿的偏置电流为6x(1+0.08)=6.48ma。基于上述提出的光模块开环寿命补偿方法，本申请还提出一种光模块开环寿命补偿系统，如图2所示，包括驱动芯片21、激光器22、老化斜率确定单元23、加速因子确定单元24、阈值电流和斜效率确定单元25、老化系统确定单元26和补偿偏置电流确定单元27。老化斜率确定单元23用于基于老化数据拟合得到激光器21的老化斜率；其中，老化数据包括在设定老化温度、设定老化电流的条件下老化设定时间中获得的激光器老化工作电流和激光器老化工作温度；加速因子确定单元24用于基于老化模型得到加速因子；其中，为老化工作电流，为激光器的使用工作电流，为激活能参数，为激光器老化工作温度，为激光器的使用工作温度；阈值电流和斜效率确定单元25用于基于老化斜率和加速因子a得到激光器21在使用中任意时刻的阈值电流和斜效率se；老化系数确定单元26用于基于任意时刻的阈值电流、斜效率se、激光器的初始阈值电流和激光器的初始斜效率得到老化系数；补偿偏置电流确定单元27用于基于老化系数确定写入驱动芯片22的补偿偏置电流，以实现对激光器寿命补偿。其中，阈值电流和斜效率确定单元25具体用于，基于=得到激光器在使用中任意时刻的阈值电流；基于se=得到激光器在使用中任意时刻的斜效率se；其中，为激光器的初始阈值电流，为激光器的初始斜效率，为任意时刻对应的时间点，为任意时刻时激光器的工作电流。老化系数确定单元26具体用于，基于得到老化系数；其中，为激光器的初始阈值电流，为激光器的初始斜效率，为任意时刻时激光器的工作电流。补偿偏置电流确定单元27具体用于，基于的倒补偿偏置电流；其中，为任意时刻时激光器的工作电流，x为老化系统。具体的光模块开环寿命补偿系统的工作方式已经在上述光模块开环寿命补偿方法中详述，此处不予赘述。上述本申请提出的光模块开环寿命补偿方法和系统，以维持激光器的输出光功率在任意时间点保持不跌落为目的，借助光模块中激光器的阈值电流和斜效率，对老化系数进行了量化，由量化的数据进行光模块的寿命补偿，且还可以用于phm（prognosticsandsystemhealthmanagement）系统，用来进行状态检测、状态评估、故障预测、保障决策等，完成光电产品可靠性的准确实时评估。应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本
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的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。当前第1页12