一种可调谐激光器的波长控制方法及装置与流程

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种可调谐激光器的波长控制方法及装置。

背景技术：

在波分复用无源光网络（WDM-PON）光网络单元（ONU）波长可调发射器系统中，对可调谐激光器输出的波长的稳定性和精确度要求比较高。

如附图1所示，在波长可调的激光发射控制系统中，通过微控制单元（MCU）的数字模拟转换器（DAC）输出电压作为镜像电流源的输入，将经过镜像电流源镜像后输出的镜像电流作为偏置电流加载至可调谐激光器。其中，附图1所示，Bias_Set表示MCU的DAC输出的电压，Bias_Laser表示镜像电流源输出的偏置电流，VCC为提供给镜像电流源的直流电源，B1和B2表示三极管的基极，E1和E2表示三极管的发射极，C1和C2表示三极管的集电极，R1和R2为两个电阻。另外，激光驱动器输出调制电流（该调制电流的差分信号为TOUCA和TOUTC），由偏置电流和调制电流共同加载到可调谐激光器上，控制可调谐激光器输出需要的波长。

但是，镜像电流源在输入激励相同的情况下，由于组成镜像电流源的三极管的温度发生变化，导致三极管静态工作点的变化，进而导致输出的偏置电流发生变化，使得加载至可调谐激光器的偏置电流不稳定，导致可调谐激光器发射激光的波长产生极大漂移。

技术实现要素：

本发明提供一种可调谐激光器的波长控制方法及装置，用以提高波长可调的激光发射控制系统输出的激光波长的稳定性。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一方面，提供了一种可调谐激光器的波长控制方法，包括：

对镜像电流源输出至可调谐激光器的偏置电流进行采样获得采样值；

计算采样值与预设的当前通道对应的偏置电流期望值之间的误差；

确定误差不在预设的当前通道对应的阈值范围内时，根据误差调整输入至镜像电流源的电压；

若监测到可调谐激光器从开启状态切换为关闭状态，保持当前输入至镜像电流源的电压不变并存储电压对应的数值；若监测到可调谐激光器从关闭状态切换为开启状态后，根据关闭前存储的数值输入对应的电压至镜像电流源。

另一方面，提供了一种可调谐激光器的波长控制装置，包括：

采样模块，用于对镜像电流源输出至可调谐激光器的偏置电流进行采样获得采样值；

计算模块，用于计算所述采样值与预设的当前通道对应的偏置电流期望值之间的误差；

调整模块，用于确定所述误差不在预设的当前通道对应的阈值范围内时，根据所述误差调整输入至镜像电流源的电压；

第二监测模块，用于：

监测所述可调谐激光器的开闭状态切换事件，若监测到所述可调谐激光器从开启状态切换为关闭状态，保持当前输入至所述镜像电流源的电压不变并存储所述电压对应的数值；若监测到所述可调谐激光器从关闭状态切换为开启状态后，根据关闭前存储的所述数值输入对应的电压至镜像电流源。

基于上述技术方案，本发明实施例中，通过对镜像电流源输出至可调谐激光器的偏置电流进行采样获得采样值，计算所述采样值与预设的当前通道对应的偏置电流的期望值间的误差，确定所述误差不在预设的当前通道对应的阈值范围内时，根据所述误差调整输入至镜像电流源的电压，重复该过程，直至确定调整电压后采样获得的新的采样值，与期望值的误差在当前通道对应的阈值范围内，通过闭环调整各通道输入至镜像电流源的电压，将各通道经镜像电流源输出的偏置电流与预设的各通道对应的偏置电流期望值的误差控制在一定范围内，提高了可调谐激光器各通道经镜像电流源输出的偏置电流的稳定性，通过提高该偏置电流的稳定度，提高可调谐激光器输出的激光波长的稳定性和准确度。

附图说明

图1为现有的波长可调激光发射控制系统中偏置电流加载方式示意图；

图2为本发明实施例中可调谐激光器的波长控制方法流程示意图；

图3a为本发明第一具体实施例中可调谐激光器的波长控制方法流程图；

图3b为本发明第二具体实施例中偏置电流控制框图；

图4为本发明实施例中可调谐激光器的波长控制装置结构示意图。

具体实施方式

为了提高可调谐激光器输出的激光波长的稳定性和准确度，本发明实施例提供了一种可调谐激光器的波长控制方法及装置。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

本发明第一实施例中，如附图2所示，提供了一种可调谐激光器的波长控制方法，该方法的具体执行过程如下：

步骤201：对镜像电流源输出至可调谐激光器的偏置电流进行采样获得采样值。

步骤202：计算采样值与预设的当前通道对应的偏置电流期望值之间的误差。

本发明实施例中，根据预设的通道与偏置电流的期望值的对应关系，获取与当前通道对应的偏置电流的期望值。

优选地，对镜像电流源输出至激光发射器的镜像偏置电流进行采样获得采样值之前，根据预设的通道与输入至镜像电流源的电压的初始输入值之间的对应关系，获取当前通道对应的输入至镜像电流源的电压的初始输入值，并输入至镜像电流源。

实际应用中，在常温下进行调试，测量可调谐激光器的某个通道精确输出某个波长的激光时，对镜像电流源输出的偏置电流进行采样，将获得的采样值作为该波长对应的偏置电流的期望值，也就是可调谐激光器的该通道对应的偏置电流的期望值，根据该原理，可测得每个波长对应的偏置电流的期望值，即可调谐激光器的每个通道对应的偏置电流的期望值，从而建立可调谐激光器的各通道、各通道发射的激光的波长与偏置电流的期望值的对应关系。

步骤203：确定所述误差不在预设的当前通道对应的阈值范围内时，根据所述误差调整输入至镜像电流源的电压。

本发明实施例中，通过闭环调整各通道输入至镜像电流源的电压，将各通道经镜像电流源输出的偏置电流与各通道对应的期望值的误差控制在一定范围内，通过提高各通道偏置电流的稳定度，提高了可调谐激光器输出的激光波长的稳定性和准确度。

优选地，针对各通道分别预设阈值，各通道对应的阈值可以相同，也可以不同。

具体地，误差为采样值与预设的当前通道对应的偏置电流期望值之间的差值，确定差值的绝对值不小于当前通道对应的阈值时，根据差值调整输入至镜像电流源的电压。

本发明实施例中，确定误差的绝对值不小于当前通道的阈值时，根据该误差调整输入至镜像电流源的电压，并重复执行步骤201至步骤203，直至确定调整输入至镜像电流源的电压后采样获得的新的采样值，与当前通道的期望值的误差的绝对值小于当前通道的阈值。

具体地，若根据误差确定采样值小于期望值，减小输入至镜像电流源的电压，若根据误差确定采样值大于期望值，增大输入至镜像电流源的电压。

进一步地，减小输入至镜像电流源的电压，具体为：

若输入至镜像电流源的电压小于等于预设的电压最小值，调整输入至镜像电流源的电压达到所述预设的电压最小值；

若输入至镜像电流源的电压大于预设的电压最小值，将输入至镜像电流源的电压减小预设的与所述当前通道对应的步长；

增大输入至镜像电流源的电压，具体为：

若输入至镜像电流源的电压大于等于预设的电压最大值，调整输入至镜像电流源的电压达到所述预设的电压最大值；

若输入至镜像电流源的电压小于预设的电压最大值，将输入至镜像电流源的电压增加预设的与所述当前通道对应的步长。

较佳地，确定误差的绝对值不小于当前通道的阈值后，根据误差调整输入至镜像电流源的电压之前，确定对输入至镜像电流源的电压的调整次数不大于预设的门限值，将调整次数增加预设值，否则，确定调整次数大于预设的门限值时，结束本次处理过程。

实际应用中，将镜像电流源的输出端（偏置电流的输出端）连接至MCU的模数转换器（ADC）进行ADC采样，进行相应处理转换为偏置电流的采样值。

优选地，在执行步骤201至步骤203的过程中，实时监测可调谐激光器的通道是否发生切换，若监测到通道发生切换，获取预切换通道对应的电压的初始输入值，将所述预切换通道对应的电压的初始输入值输入至镜像电流源，并执行步骤201-步骤203调整加载至可调谐激光器的偏置电流。

较佳地，在执行步骤201至步骤203的过程中，实时监测可调谐激光器的开闭状态切换事件。

若监测到可调谐激光器从开启状态切换为关闭状态，保持当前输入至镜像电流源的电压不变并存储所述电压对应的数值，若监测到所述可调谐激光器从关闭状态切换为开启状态后，根据关闭前存储的所述数值输入对应的电压至镜像电流源。

本发明实施例中，在可调谐激光器控制系统上电初始化后，提供输入至镜像电流源的电压的MCU的外围电路会有一段时间不稳定，采样获得的偏置电流的采样值也是不准确的，为了避免此时启动闭环调整过程调整偏置电流，可能导致调整方向错误而使得偏置电流的采样值与期望值的误差越来越大，较佳地，在可调谐激光器控制系统上电初始化后，确定连续N次采样获得的镜像偏置电流的采样值没有变化或者波动幅度在预设范围内时，启动步骤201至步骤203的闭环调整过程调整偏置电流的大小，其中，N大于等于1。

以下通过两个具体实施例，结合附图3a和附图3b所示，对本发明实施例提供的可调谐激光器的波长控制方法进行完整、详细的说明。

第一具体实施例中，以具有16通道的可调谐激光器为例进行说明，其中每个通道对应一种波长的激光。

步骤301：可调谐激光器控制系统上电启动；

步骤302：判断是否为第一次使用，若是执行步骤313，否则，执行步骤303；

步骤303：判断是否发生通道切换事件，若是执行步骤313，否则执行步骤304；

步骤304：对镜像电流源输出的偏置电流进行采样获得采样值Bias_AD，并获取当前通道对应的偏置电流的期望值Target_AD；

步骤305：计算采样值Bias_AD与获取的期望值Target_AD的误差，即采样值Bias_AD与获取的期望值Target_AD的差值Error， Error=Bias_AD-Target_AD；

步骤306：判断差值Error的绝对值是否大于阈值Threshold，若是，执行步骤307，否则结束；

步骤307：判断可调谐激光器是否处于开启状态，若是，执行步骤308，否则，结束；

步骤308：对输入至镜像电流源的电压的调整次数Count加1，即Count=Count+1；

步骤309：判断调整次数是否大于门限值200，若是，结束，否则，执行步骤310；

步骤310：根据差值Error判断采样值Bias_AD是否大于期望值Target_AD，若是执行步骤311，否则，执行步骤312；

步骤311：判断输入至镜像电流源的电压是否大于等于预设的电压最大值MaxDA，若是，调整输入至镜像电流源的电压达到预设的电压最大值MaxDA，否则，将输入至镜像电流源的电压Bias_DA增加预设的与当前通道对应的步长Step，即Bias_DA=Bias_DA+Step，以使偏置电流减小，转去执行步骤314；

步骤312：判断输入至至镜像电流源的电压是否小于等于预设的电压最小值MinDA，若是，调整输入至镜像电流源的电压达到预设的电压最小值MinDA，否则，将输入至镜像电流源的电压Bias_DA减小预设的与当前通道对应的步长Step，即Bias_DA=Bias_DA-Step，以使偏置电流增加，转去执行步骤314；

步骤313：获取预设的切换后的通道对应的输入至镜像电流源的电压的初始输入值，并作为当前输入至镜像电流源的电压；

步骤314：控制可调谐激光器发射激光后，转去执行步骤304。

第二具体实施例中，如附图3b所示，将镜像电流源的输出端连接至MCU的模数转换器（ADC），由ADC对镜像电流源输出的偏置电流（Bias_Laser）进行采样获得采样值Bias_AD,MCU存储器（Flash）中保存有预设的各通道与偏置电流的期望值（Bias_Target）的对应关系，以及保存有预设的各通道与加载至镜像电流源的电压的初始值（Bias_DA_Init）的对应关系、预设的各通道与误差允许的阈值的对应关系、预设的各通道与调整输入至镜像电流源的电压的步长的对应关系。采样值Bias_AD与期望值做差（Sub）后计算绝对值（ABS），得到差值的绝对值Error，将该绝对值Error与预设的当前通道对应的阈值Error_Max进行比较（Compare），若大于该阈值Error_Max，则控制选择器（MUX）通过调整MCU输入至镜像电流源的电压Bias_DA调整偏置电流，根据采样值Bias_AD与期望值做差（Sub）后的差值选择，若差值大于零，则控制选择器选择将输入至镜像电流源的电压Bias_DA增加预设的与当前通道对应的步长step，即将偏置电流减小，若差值小于零，则控制选择器将输入至镜像电流源的电压Bias_DA减小预设的与当前通道对应的步长step，即将偏置电流增大，将调整后的电压加载在镜像电流源（Current Mirror），并再次对镜像电流源输出的偏置电流（Bias_Laser）进行采样。其中，输入至镜像电流源的电压Bias_DA等于输入至镜像电流源的电流与镜像电流源的等效电阻的乘积。

本发明实施例中，通过针对各通道预设相应的加载至镜像电流源的电压的初始值、误差允许的阈值、偏置电流期望值、调整输入至镜像电流源的电压的步长，对各通道经镜像电流源输出的偏置电流进行采样获取采样值，采用闭环调整使得各通道对应输出的偏置电流采样值与预设的偏置电流期望值之间的误差控制在预设的各通道对应的阈值范围内，从而通过对各通道输入至镜像电流源的电压进行调节实现各个通道输出的偏置电流稳定在一个可接收的范围内，提高了各个通道输出的偏置电流的稳定性，最终达到稳定输出特定波长的效果。

本发明第二实施例中，如附图4所示，一种可调谐激光器的波长控制装置，该装置的具体实施可参见上述方法部分的描述，重复之处不再赘述，该装置主要包括采样模块401、计算模块402和调整模块403，其中，

采样模块401，用于对镜像电流源输出至可调谐激光器的偏置电流进行采样获得采样值；

计算模块402，用于计算所述采样值与预设的当前通道对应的偏置电流期望值之间的误差；

调整模块403，用于确定所述误差不在预设的当前通道对应的阈值范围内时，根据所述误差调整输入至镜像电流源的电压。

优选地，所述调整模块具体用于：

确定采样值与预设的当前通道对应的偏置电流期望值之间的差值不小于所述当前通道对应的阈值。

较佳地，该装置还包括第一监测模块404，用于：

监测通道是否发生切换，并在监测到通道发生切换时，获取预切换通道对应的电压的初始输入值，将所述预切换通道对应的电压的初始输入值输入至镜像电流源。

优选地，该装置还包括第二监测模块405，用于：

监测所述可调谐激光器的开闭状态切换事件，监测所述可调谐激光器的开闭状态切换事件，若监测到所述可调谐激光器从开启状态切换为关闭状态，保持当前输入至所述镜像电流源的电压不变并存储所述电压对应的数值；若监测到所述可调谐激光器从关闭状态切换为开启状态后，根据关闭前存储的所述数值输入对应的电压至镜像电流源。

其中，调整模块具体用于：

若根据所述误差确定所述采样值小于所述期望值，减小输入至镜像电流源的电压，若根据所述误差确定所述采样值大于所述期望值，增大输入至镜像电流源的电压。

具体地，调整模块具体用于：

减小输入至镜像电流源的电压时，若输入至镜像电流源的电压小于等于预设的电压最小值，调整输入至镜像电流源的电压达到所述预设的电压最小值；

若输入至镜像电流源的电压大于预设的电压最小值，将输入至镜像电流源的电压减小预设的与所述当前通道对应的步长；

增大输入至镜像电流源的电压时，若输入至镜像电流源的电压大于等于预设的电压最大值，调整输入至镜像电流源的电压达到所述预设的电压最大值；

若输入至镜像电流源的电压小于预设的电压最大值，将输入至镜像电流源的电压增加预设的与所述当前通道对应的步长。

基于上述技术方案，本发明实施例中，通过对镜像电流源输出至可调谐激光器的偏置电流进行采样获得采样值，计算所述采样值与预设的当前通道对应的偏置电流的期望值间的误差，确定所述误差不在预设的当前通道对应的阈值范围内时，根据所述误差调整输入至镜像电流源的电压，重复该过程，直至确定调整电压后采样获得的新的采样值，与期望值的误差在当前通道对应的阈值范围内，通过闭环调整各通道输入至镜像电流源的电压，将各通道经镜像电流源输出的偏置电流与预设的各通道对应的偏置电流期望值的误差控制在一定范围内，提高了可调谐激光器各通道经镜像电流源输出的偏置电流的稳定性，通过提高该偏置电流的稳定度，提高可调谐激光器输出的激光波长的稳定性和准确度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。