并行可调谐激光模块及其实现各通道间频率微调补偿的方法与流程

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及相干通信系统中的频率微调补偿技术。

背景技术：

100Gbps相干通信系统已经成为全球长距离光纤网络广泛采用的技术方案。由于相干检测技术具有灵敏度高、中继距离长等优势，而接收机后端的数字信号处理可以对系统的信道损伤，如色散、偏振模色散等进行电域补偿，使得相干技术成为目前DWDM波分复用系统提升容量的关键。

可调谐激光模块是相干通信系统中关键器件之一，并行可调谐激光模块可以实现可调谐激光模块的多路集成。由于100Gbps相干通信系统对可调谐激光模块频率稳定性要求很高，业界常用的方案是通过ETALON频率标准具来锁定和微调频率。然而现有的这种方案不仅成本较高，激光模块尺寸较大，且由于并行光源间有热串扰的问题存在，即调节一路光源，其他路光源的功率和频率都受影响，进而影响系统的应用。

技术实现要素：

本发明的一目的在于，提出一种并行可调谐激光模块，其使用一套光学和控制系统即可实现多路并行光源模块的功能，极大降低相干光传输系统的体积、功耗及成本；

本发明的另一目的在于，提出一种并行可调谐激光模块实现各通道间频率微调补偿的方法，其能够及大地降低热串扰问题带来的不利影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种并行可调谐激光模块，其包括：一DFB阵列激光芯片、光学系统、设于光学系统后端的多通道并行输出端口、与DFB阵列激光芯片电性连接的中央处理器及外围电路；所述光学系统内包括有数个透镜；所述外围电路包括有分别与DFB阵列激光芯片及中央处理器电性连接的电流控制电路及温度控制电路，所述中央处理器分别与电流控制电路及温度控制电路电性连接。

其中，所述光学系统内包括与DFB阵列激光芯片对应设置的透镜，以及设于透镜与多通道并行输出端口之间的隔离器。

具体的，所述中央处理器内预设有控制逻辑和补偿算法的固件。

本发明中所述温度控制电路还与一半导体致冷器电性连接。

作为本发明的一种可选择性实施例，所述温度控制电路包括分别与中央处理器电性连接的数模转换模块及模数转换模块，该数模转换模块一端依次电性连接有一电流源及半导体致冷器，该模数转换模块一端电性连接有热敏电阻。

进一步地，本发明还提供一种并行可调谐激光模块实现各通道间频率微调补偿的方法，其通过并行可调谐激光模块中央处理器内的固件接收微调频率的指令，利用DFB阵列激光芯片的偏置电流开环调节目标频率；同时，

电流控制电路根据中央处理器的指令对并行可调谐激光模块的功率和频率进行控制，温度控制电路根据中央处理器的指令进行调节，使DFB阵列激光芯片达到所需工作温度。

更进一步地，本发明还包括判断是否对并行可调谐激光模块进行频率微调的步骤：若存在频率偏差，则对存在频率偏差的目标通道进行频率微调，若不存在频率偏差，则返回至起始步骤。

特别的，所述开环调节目标频率还包括：步骤a，按照快速调节速率调节目标频率，以及步骤b，按照慢速调节速率调节目标频率；该快速调节速率为5～10mA/s，该慢速调节速率为0.1mA～1mA/s。

具体的，所述步骤a包括：步骤a1，计算激光模块目标通道快速调节的目标电流，计算激光模块其余通道的补偿电流值；步骤a2，按快速调节速率调节激光模块目标通道偏置电流到目标值。

所述步骤b包括：步骤b1，计算激光模块目标通道慢速调节的目标电流，计算激光模块其余通道的补偿电流值；步骤b2，按慢速调节速率调节激光模块目标通道偏置电流到目标值。

更进一步地，所述步骤a与步骤b中均包括同步按慢速调节速率调节激光模块其余通道的补偿偏置电流的步骤。

本发明的并行可调谐激光模块及其实现各通道间频率微调补偿的方法，其利用DFB激光器偏置电流微调频率的特性，和并行可调谐激光模块通道之间的热串扰特性，开环微调目标频率，增加激光模块通道间的频率微调补偿，从而降低激光模块通道间的热串扰，最终达到降低材料成本，简化生产工艺和减少激光模块尺寸的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明并行可调谐激光模块一种具体实施例的模块框图；

图2为本发明中温度控制电路一种具体实施例的模块框图；

图3为本发明并行可调谐激光模块实现各通道间频率微调补偿的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种并行可调谐激光模块，其包括：一DFB阵列激光芯片10、光学系统、设于光学系统后端的多通道并行输出端口20、与DFB阵列激光芯片10电性连接的中央处理器30及外围电路；所述光学系统内包括有数个透镜(Lens)40；所述外围电路包括有分别与DFB阵列激光芯片10及中央处理器30电性连接的电流控制电路50及温度控制电路60，所述中央处理器30分别与电流控制电路50及温度控制电路60电性连接。本发明的并行可调谐激光模块，其不需要使用ETALON频率标准具，使用一套光学和控制系统即可实现多路并行光源模块的功能，极大降低相干光传输系统的体积、功耗及成本。

在本发明具体实施例中，所述光学系统内包括与DFB阵列激光芯片10对应设置的透镜40，以及设于透镜40与多通道并行输出端口20之间的隔离器(ISO：Isolator)42。

本发明的并行可调谐激光模块，其完整功能除了DFB阵列激光芯片10以及光学系统外，相应的外部电路和固件也是必不可少的。因此本发明的中央处理器30内预设有控制逻辑和补偿算法的固件，该中央处理器30负责管理温度控制电路60，电流控制电路50控制功率和频率，固件实现了激光器稳定工作的控制逻辑和各种补偿算法。

具体的，本发明中所述温度控制电路60还与一半导体致冷器(TEC：Thermoelectric Cooler)62电性连接。如图2所示，作为本发明的一种可选择性实施例，所述温度控制电路60包括分别与中央处理器30电性连接的数模转换模块64及模数转换模块66，该数模转换模块64一端依次电性连接有一电流源65及半导体致冷器62，该模数转换模块66一端电性连接有热敏电阻68。由于DFB阵列激光芯片10对工作温度比较敏感，因此本发明特别设置了半导体致冷器62，利用其电制冷/热单元来控制温度。温度控制电路60根据中央处理器30的指令调节半导体致冷器62电流大小和方向，使DFB阵列激光芯片10达到所需工作温度。具体的，当环境温度变化，探测到的光功率和频率偏离设定值时，中央处理器30会改变半导体致冷器62内驱动电路的电流大小或方向实现制热或制冷，使得DFB阵列激光芯片10保持原来的工作温度。

进一步地，本发明还提供一种并行可调谐激光模块实现各通道间频率微调补偿的方法，其通过并行可调谐激光模块中央处理器30内的固件接收微调频率的指令，利用DFB阵列激光芯片10的偏置电流开环调节目标频率；同时，电流控制电路50根据中央处理器30的指令对并行可调谐激光模块的功率和频率进行控制，温度控制电路60根据中央处理器30的指令进行调节，使DFB激光芯10片达到所需工作温度。由于并行光源间有热串扰的问题存在，即调节一路光源，其他路光源的功率和频率都受影响，因此本发明利用DFB激光器的偏置电流可以微调频率的特性以及并行激光模块通道间的热串扰带来的不利影响，增加激光模块通道间的频率微调补偿技术，从而降低激光模块通道间的热串扰，最终达到降低材料成本，简化生产工艺和减少模块尺寸的目标。

如图3所示，本发明还包括判断是否对并行可调谐激光模块进行频率微调的步骤：若存在频率偏差，则对存在频率偏差的目标通道进行频率微调，若不存在频率偏差，则返回至起始步骤。

特别的，所述开环调节目标频率的步骤还包括：步骤a，按照快速调节速率调节目标频率，以及步骤b，按照慢速调节速率调节目标频率。作为本发明的具体实施例，该快速调节速率可以为5～10mA/s，该慢速调节速率可以为0.1mA～1mA/s。

更进一步地，所述步骤a包括：步骤a1，计算激光模块目标通道快速调节的目标电流，计算激光模块其余通道的补偿电流值；步骤a2，按5～10mA/s的快速调节速率调节激光模块目标通道偏置电流到目标值。所述步骤b包括：步骤b1，计算激光模块目标通道慢速调节的目标电流，计算激光模块其余通道的补偿电流值；步骤b2，按0.1mA～1mA/s的慢速调节速率调节激光模块目标通道偏置电流到目标值。

再者，由于并行激光模块通道间的热串扰，本发明在指定激光模块通道(即目标通道)的频率微调过程中，还同步对其他激光模块的通道进行了频率补偿，具体为在所述步骤a与步骤b中均执行同步按0.1mA～1mA/s的慢速调节速率调节激光模块其余通道的补偿偏置电流的操作，从而有效降低了激光模块通道间的热串扰。

作为本发明的一种具体实施例，当激光模块目标通道存在频率偏差时，对存在频率偏差的目标通道进行频率微调：首先计算该目标通道以8mA/s速率调节的目标电流，并计算其余通道的补偿电流值；然后以8mA/s的调节速率快速调节目标通道偏置电流到目标值；同步以0.5mA/s的调节速率调节其余通道的补偿偏置电流。再者，计算该目标通道以0.5mA/s速率调节的目标电流，并计算其余通道的补偿电流值；然后以0.5mA/s的调节速率慢速调节目标通道偏置电流到目标值；同步以0.5mA/s的调节速率调节其余通道的补偿偏置电流。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。