光器件高低温功率跌落的补偿系统、制作及补偿方法与流程

本发明属于光通信，尤其涉及一种光器件高低温功率跌落的补偿系统、制作及补偿方法。

背景技术：

1、随着光通信技术的发展，对应高速长距离传输光器件的要求越来越严格，同时光器件的工作环境也更加严苛。光器件经常被要求工作于0~75℃之间，甚至在-40℃~85℃的环境温度下，也需要正常稳定的工作。光器件中光路是结构敏感元件，由于焊接应力、形变及材料的热延展特性差异等原因，在环境的温度变化时，光器件的出光功率等关键指标会有明显的变化，导致光器件性能的劣化，影响通信质量。

2、光器件在高低温环境下存在功率不稳定的特性，现有技术大多采用自动功率控制(apc: auto power control）方案控制光模块，通过设置查找表，在不同环境温度下，设置不同的激光器电流来保持光功率输出的一致性。或者通过闭环监控背光电流的变化，并根据背光电流的变化来控制改变激光器的电流，从而控制出光功率，以期达到出光功率稳定。但现有技术仍存在以下不足：

3、（1）、调节激光器的偏置电流，虽然能对功率做补偿，但是偏置电流的改变也会引起激光器带宽，波长等指标的变化，从而引入新的问题；

4、（2）、监控背光电流的方式没有考虑到器件的高低温追溯误差（tracking error）对出光功率的影响；

5、（3）、对于长距离传输产品，功率和耦合效率要求很高，所以在高低温环境下形变产生了耦合效率损失，影响产品性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种光器件高低温功率跌落的补偿系统、制作及补偿方法，通过第一tec使激光器芯片保持正常工作温度，并根据光器件功率损失，通过第二tec调节折光片的折光率对光路偏移进行补偿，解决了光接口相对位移时光器件功率跌落的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一方面，本发明提供一种光器件高低温功率跌落的补偿系统，包括管壳、一端与管壳内部粘接的第一tec和第二tec、设置于第一tec另一端的激光器芯片、第一热敏电阻和聚焦透镜、设置于第二tec另一端的第二热敏电阻和折光片，以及穿射于管壳靠近折光片端的光接口；

4、所述激光器芯片用于发射初始激光；

5、所述聚焦透镜用于将初始激光进行聚焦，得到聚焦的激光束；

6、所述第一热敏电阻用于监测激光器芯片温度信号，得到激光器芯片温度；

7、所述第一tec用于根据激光器芯片温度，调节激光器芯片温度始终处于正常工作温度区间；

8、所述折光片用于将聚焦的激光束进行折射，得到入射至光接口目标位置的激光信号；

9、所述第二热敏电阻用于监测折光片温度信号，得到折光片温度；

10、所述第二tec用于根据折光片温度和光器件功率损失，调节折光片温度至目标折射率温度；

11、所述光接口用于将激光信号传输至外部光纤。

12、本发明的有益效果为：本发明提供的一种光器件高低温功率跌落的补偿系统，通过第一热敏电阻监测激光器芯片实时温度，为通过第一tec调节激光器芯片始终处于正常工作温度区间提供了温度参照基础，实现了激光器芯片保持高功率激光信号发射状态；通过第二热敏电阻监测折光片的实时温度，为通过第二tec调节折光片温度提供温度参照基础；本发明基于调节折光片温度控制折光片的折射率，使得激光器芯片发射的激光经聚焦透镜聚焦后，在折光片的折射下，始终能够准确入射至光接口的目标位置，对光接口位置相对微小位移产生的功率跌落进行相对补偿，实现了在高低温环境中仍能够通过温度调节对光器件的功率跌落进行高效补偿。

13、进一步地，所述激光器芯片的激光发射中心与光接口目标位置位于非水平零位。

14、采用上述进一步方案的有益效果为：激光通过折光片则光路会发生偏移，本发明令激光器芯片的激光发射中心与光接口目标位置位于非水平零位，为折光片初始设置已有斜置角度提供基础，使得光器件工作环境温度偏离折光片制作温度时，初始时刻就能通过折光片的斜置对光器件因高低温环境温度引起的功率跌落进行补偿，继而使得在工作环境温度再发生变化时，第二tec需对折光片调节的温度变化也更小。

15、进一步地，所述折光片与第二tec的另一端以预设角度倾斜连接。

16、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明将折光片与第二tec间以预设角度连接，能够使得光器件工作环境温度偏离折光片制作温度时，初始时刻就能通过折光片的斜置配合聚焦透镜，对光器件因高低温环境温度引起的光接口目标位置偏移和光器件功率跌落进行补偿，继而使得在工作环境温度再发生变化时，第二tec需对折光片调节的温度变化也更小。

17、进一步地，所述光器件高低温功率跌落的补偿系统，还包括功率监测器；

18、所述功率监测器用于监测光接口的激光输出端传输的激光信号的出光功率，得到出光功率与初始激光功率间的功率损失，其中，所述出光功率与初始激光功率间的功率差即为光器件功率损失。

19、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明通过功率检测器对光接口激光输出端的出光功率进行监测，能够得到光器件功率损失，为基于光器件功率损失利用第二tec调节折光片的折射率以补偿光器件的功率跌落提供基础。

20、另一方面，本发明还提供一种光器件高低温功率跌落的补偿系统的制造方法，包括如下步骤：

21、a1、将第一tec的一端和第二tec的一端分别粘接到管壳内侧；

22、a2、将激光器设置于垫块上侧，并将垫块下侧设置于第一tec的另一端；

23、a3、将第一热敏电阻与激光器的激光器芯片连接；

24、a4、将聚焦透镜设置于第一tec另一端靠近激光器的发射端的一侧，调节激光器的激光发射中心与聚焦透镜的中心位置对齐；

25、a5、将折光片以预设角度设置于第二tec的另一端；

26、a6、将第二热敏电阻与折光片连接；

27、a7、将光接口穿射于管壳靠近第二tec的一端，使激光器的激光发射中心与激光入射的光接口目标位置处于非水平零位；

28、a8、将激光器芯片、第一热敏电阻、第二热敏电阻、第一tec和第二tec均通过电线与管壳电连接，完成光器件高低温功率跌落的补偿系统的制造。

29、本发明的有益效果为：本发明提供的一种光器件高低温功率跌落的补偿系统的制造方法，为上述一种光器件高低温功率跌落的补偿系统对应的制作方法，通过激光器芯片、聚焦透镜、折光片和光接口构成光器件内部的传输光路，并通过第一tec、垫块、第二tec、折光片，以及光接口的相对位置设置，使得激光器芯片发射的激光经过聚焦和折射后，能够准确入射至光接口的目标位置，也使得第一tec和第二tec在基于第一光敏电阻和第二光敏电阻的监测结果下，分别能够调节激光器芯片温度和折光片温度，实现对光器件高低温功率跌落进行高效补充；光接口通过耦合方式，将激光器发出的光通过透镜聚焦后，耦合进光接口，达到光功率输出的目的。

30、进一步地，所述a7还包括：将光接口的激光输出端与功率检测器连接。

31、采用上述进一步方案的有益效果为：通过光接口的激光输出端连接功率检测器，能够得到光器件功率损失，光器件功率损失提供了利用光器件高低温功率跌落的补偿系统进行功率补偿的数据基础。

32、另一方面，本发明还提供一种基于光器件高低温功率跌落的补偿系统的补偿方法，包括如下步骤：

33、b1、利用第一热敏电阻监测激光器芯片的温度信号，得到激光器芯片温度；

34、b2、根据激光器芯片温度，控制第一tec将激光器芯片温度调节到激光器芯片的正常工作温度区间内；

35、b3、利用第二热敏电阻监测折光片的温度信号，得到折光片温度；

36、b4、利用功率监测器监测光接口的激光输出端传输的激光信号的出光功率，并基于激光器芯片发射的初始激光功率，得到光器件功率损失；

37、b5、基于光器件功率损失，利用入射偏差模型，计算得到光接口的目标位置偏差距离；

38、b6、基于光接口的目标位置偏差距离，利用折光片折射率模型，计算得到折光片折射率差值；

39、b7、基于折光片折射率差值和折光片温度，利用折射率温度调节模型，计算得到目标折射率温度；

40、b8、利用第二tec将折光片温度调节到目标折射率温度，使得激光信号持续入射至光接口目标位置，完成光器件高低温功率跌落的补偿。

41、本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于光器件高低温功率跌落的补偿系统的补偿方法，是基于上述系统进行光器件高低温功率跌落补偿的方法，基于监测到的光器件功率损失，依次利用入射偏差模型、折光片折射率模型和折光片温度模型，得到补充光器件功率损失应利用第二tec调节的目标折射率温度，使得基于光器件高低温功率跌落的补偿系统能够自适应调节折光片的温度，以补偿光器件在高低温环境温度下的功率跌落补偿。

42、进一步地，所述入射偏差模型的计算表达式如下：

43、

44、

45、其中，表示光器件功率损失，表示初始激光功率，表示出光功率，表示第一光器件功率损失系数，a表示第二光器件功率损失系数，d表示光接口目标位置的偏差距离，表示光接口目标位置的直径，表示绝对值运算。

46、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供入射偏差模型的计算方法，基于激光器芯片的初始激光功率和光接口输出端的出光功率的功率损失，即光器件功率损失，构建了光接口目标位置的偏差距离与光器件功率损失的关系模型，反映了光接口位置的微小形变与光功率损失的跌落，为基于光接口目标位置的偏差距离计算得到折光片进行折光补偿应有的折光率提供基础。

47、进一步地，所述折光片折射率模型的计算表达式如下：

48、

49、其中，表示折光片的折射率，表示入射折光片的折射率，表示入射折光片的入射角，表示光接口目标位置偏差距离，表示折光片厚度。

50、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供折光片折射率的计算方法，基于光路折射原理、激光入射折光片的角度、折光片厚度和光接口目标位置偏差距离，即能够计算得到折光片进行折光补偿应有的折光率，为计算得到通过折光片的折射率变化应达到的目标折射率温度提供基础。

51、进一步地，所述折射率温度调节模型的计算表达式如下：

52、

53、其中，表示折射率温度系数，t表示目标折射率温度，表示折光片的制作温度，表示折光片在制作温度下对波长为的激光的折射率，表示第一折光片的材料牌号相关常数，表示第二折光片的材料牌号相关常数，表示第三折光片的材料牌号相关常数，表示第四折光片的材料牌号相关常数，表示第五折光片的材料牌号相关常数，表示目标折射率温度与折光片的制作温度间的温度差值，表示激光的波长，表示第六折光片的材料牌号相关常数。

54、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供折射率温度调节模型的计算方法，基于折光片的材料型号以及温度与折射率关系，能够得到折光片进行光器件功率补偿需达到的目标折射率温度，为利用第二tec调节折光片温度，以实现补偿光器件功率跌落。

55、针对于本发明还具有的其他优势将在后续的实施例中进行更细致的分析。