光模块用激光器寿命延长方法和系统与流程

本发明属于光纤通信技术领域，具体地说，是涉及一种光模块用激光器寿命延长方法和系统。

背景技术：

光模块实现的是将电信号转换为光信号发送，以及将接收的光信号转换为电信号。光模块中通常包括将电信号转换为光信号的包括激光驱动电路和激光器的发射部分，以及将光信号转换为电信号的包括光探测器以及光探测接收电路的接收部分；其中，激光驱动器将电压信号转换为电流信号，激光器将电流信号转换为光信号；而光探测器将光信号转换为电信号，光探测接收电路将转换的电信号放大。

光模块的输出光功率需要保持在一定功率水平之上才能保证光模块的稳定工作，通常通过激光器组件内的光探测器、光功率控制电路、激光器驱动器、激光器等形成负反馈环路来实现，也即采用自动光功率控制（apc）方法，当激光器的输出光功率降低，光探测器探测的光电流快速减小时，通过激光器驱动器增加激光器的偏置电流来增加激光器的输出功率，相反，则降低偏置电流使激光器的光功率快速减小，从而达到自动功率控制作用，使得激光器的输出光功率保持稳定。

apc的控制目标是保持激光器发光功率的恒定，但其仅适用于线性工作区；当激光器由于老化，或工作温度过高（环境温升或过流过压温升等）时，发光效率会降低，为了维持输出光功率不变，光功率控制电路会不断增加偏置电流，一方面，会使得激光器负荷过载而造成损伤，另一方面，当偏置电流过高至造成激光器离开线性工作区进入饱和区后，会出现本来是负反馈的apc控制变为正反馈的情况，也即增加偏置电流时输出光功率不增加反而下降，从而导致激光器输出电流急剧下降造成激光器的损坏；可见，在激光器老化或过温状态下的apc控制反而缩短了激光器的寿命。

目前的解决方法是，或者不采用apc，但这样讲无法保证激光器发光功率的稳定；或者，对激光器进行最大偏置电流限定，但由于激光器工作状态受温度的影响，单一最大偏置电流的限制无法适用于全温度工作范围，更无法适用于激光器全寿命期的安全控制。

技术实现要素：

本申请提供了一种光模块用激光器寿命延长方法和系统，能够有效延长激光器的工作寿命。

为实现上述技术效果，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种光模块用激光器寿命延长方法，包括：检测激光器的工作温度或偏置电流；判断所述工作温度是否大于阈值温度，或，判断所述偏置电流是否大于阈值偏置电流；若是，判断所述激光器的发光效率是否小于设定阈值；若是，控制快速减小所述激光器的发光功率，以使得所述激光器工作在线性工作区。

进一步的，若判断所述激光器的发光效率大于所述设定阈值，所述方法还包括：采用自动光功率控制方法维持所述激光器发光功率的稳定。

进一步的，在控制快速减小所述激光器的发光功率，所述方法还包括：检测激光器的当前工作温度；判断所述当前工作温度是否小于所述阈值温度；若是，则采用自动光功率控制方法维持所述激光器发光功率的稳定。

进一步的，在检测激光器的工作温度或偏置电流之前，所述方法还包括：所述光模块上电后，监测所述激光器的输出电流；基于所述输出电流，确定所述激光器的阈值电流、发光效率和线性工作区；调整偏置电流以使得所述激光器的发光功率达到设定功率；基于所述激光器的发光效率、线性工作区和所述偏置电流确定所述激光器的调制电流；基于所述调制电流确定所述激光器的消光比为设定消光比并存储。

进一步的，在控制快速减小所述激光器的发光功率之后，所述方法还包括：调整调制电流，以使得所述激光器的消光比达到所述设定消光比。

提出一种光模块用激光器寿命延长系统，包括性能检测模块、性能判断模块、激光器发光效率判断模块和激光器发光功率控制模块；所述性能检测模块，用于检测激光器的工作温度或偏置电流；所述性能判断模块，用于判断所述工作温度是否大于阈值温度，或，判断所述偏置电流是否大于阈值偏置电流；若是，所述激光器发光效率判断模块，用于判断所述激光器的发光效率是否小于设定阈值；若是，所述激光器发光功率控制模块，用于控制快速减小所述激光器的发光功率，以使得所述激光器工作在线性工作区。

进一步的，所述系统还包括apc模块；所述apc模块，用于若所述激光器发光效率判断模块判断所述激光器的发光效率大于所述设定阈值，则采用自动光功率控制方法维持所述激光器发光功率的稳定。

进一步的，所述性能检测模块，还用于在所述激光器发光功率控制模块控制快速减小所述激光器的发光功率之后，检测所述激光器的当前工作温度；所述性能判断模块，还用于判断所述当前工作温度是否小于所述阈值温度，若是，则所述apc模块采用自动光功率控制方法维持所述激光器发光功率的稳定。

进一步的，所述系统还包括激光器输出电流监测模块、激光器工作参数确定模块、设定消光比确定模块和存储模块；所述激光器输出电流监测模块，用于在所述光模块上电后，监测所述激光器的输出电流；所述激光器工作参数确定模块，用于基于所述输出电流，确定所述激光器的阈值电流、发光效率和线性工作区；所述设定消光比确定模块，用于调整偏置电流以使得所述激光器的发光功率达到设定功率，并基于所述激光器的发光效率、线性工作区和所述偏置电流确定所述激光器的调制电流，基于所述调制电流确定所述激光器的消光比为设定消光比；所述存储模块，用于存储所述阈值电流、所述发光效率、所述线性工作区、所述偏置电流和所述设定消光比。

进一步的，所述系统还包括消光比调整模块；所述消光比调整模块，用于在所述激光器发光功率控制模块控制快速减小所述激光器的发光功率之后调整调制电流，以使得所述激光器的消光比达到所述设定消光比。

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用激光器寿命延长方法和系统中，在光模块上电初期，首先基于输出电流确定激光器的阈值电流、发光效率和线性工作区等工作参数，并调整偏置电流使得激光器的发光功率达到设定功率，从而确定调制电流，根据调制电流确定激光器的“1”电平对应光功率以及“0”电平对应光功率，从而确定一个设定消光比，并将上述确定的参数进行存储使用。在光模块工作过程中，检测激光器的工作温度或者偏置电流，在工作温度超过阈值温度或偏置电流大于阈值偏置电流时，进一步判断发光效率是否小于设定阈值，在发光功率大于设定阈值，也即处于线性工作区时，采用常规apc维持激光器的发光功率稳定，而在发光效率小于设定阈值时，也即激光器从线性工作区进入饱和工作区后，控制快速减小发光功率，使得激光器工作在线性工作区，并根据当前发光效率调整激光器的调制电流，使得激光器的消光比达到设定消光比，从而使得激光器在由于工作温度过高或老化后，自动快速减小发光功率到合适的数值，在保证激光器正常工作同时，降低过温对激光器的损伤程度，对激光器形成一定程度的保护，在工作温度降低后又恢复apc维持发光功率的稳定，有效延长了激光器的工作寿命。

且该寿命延长方法中，采用了在光模块上电后确定阈值电流、发光效率、线性工作区、偏置电流等工作参数的方式，相比于现有技术中对所有光模块用激光器设定统一最大偏置电流的方式，本申请提出的方法能够针对激光器的个体差异进行适用于激光器自身的参数调整，从而使得激光器的工作状态能够达到最优，使用寿命达到最优，

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用激光器寿命延长方法的流程图；

图2为本申请提出的光模块用激光器寿命延长系统的系统框图；

图3为激光器工作特性曲线（p-i）示意图；

图4为激光器最大饱和光功率示意图。

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。

本申请提出一种光模块用激光器寿命延长方法，能够在保证激光器正常工作状态下延长激光器的使用寿命，具体的，如图1所示，包括如下步骤：

步骤s11：光模块上电后，监测激光器的输出电流。

光模块上电后，通过对光探测器反馈电流的监控实现对激光器输出电流的监测。

步骤s12：基于输出电流，确定激光器的阈值电流、发光效率和线性工作区。

结合图3所示的激光器工作特性曲线（p-i）示意图可知，激光器的阈值电流ith是激光器由自发辐射转换到受激发辐射状态时的正向电流值，根据输出电流i的显著增加能够确定激光器的阈值电流。其中，p0为“0”电平对应发光功率，p1为“1”电平对应发光功率。

通过对光探测器的输出功率探测能够获得激光器的发光功率，根据输出电流和发光功率能够确定激光器的发光效率，如图中斜线所示，发光效率随着激光器工作温度的升高或老化而降低，也即斜率快速减小。

结合图4所示，激光器的工作状态分为自发发射区、受激发线性工作区和饱和工作区，当给激光器施加的偏置电流ibias小于阈值电流ith时，激光器工作于自发发射区，在受激发线性工作区，发光功率会随着偏置电流ibias的增大而增大，在饱和工作区，发光功率会随着偏执电流ibias的增大而快速减小。根据激光器所能输出的最大光功率，如图中ps，能够确定线性工作区和饱和工作区的分界点，从而确定线性工作区和饱和工作区，也可以根据发光效率从正值变为负值的变化确定线性工作区和饱和工作区的分界点，从而确定线性工作区和饱和工作区。

步骤s13：调整偏置电流以使得激光器的发光功率达到设定功率。

在确定了激光器的阈值电流、线性工作区、发光效率等参数后，调整激光器的偏置电流ibias，使得激光器的发光功率达到设定功率，该设定功率为一个预先设定存储的值。

步骤s14：基于激光器的发光效率、线性工作区和偏置电流确定激光器的调制电流。步骤s15：基于调制电流确定激光器的消光比为设定消光比并存储。

如图3所示，结合激光器的发光效率、线性工作区和偏置电流等参数，能够确定用于激光器的调制电流imod，也即能够推算出“1”电平对应光功率p1和“0”电平对应光功率p0，从而使得光眼图的消光比的数值正常，并确定该消光比为给激光器设定的设定消光比。

将上述确定的阈值电流、线性工作区、发光效率、设定消光比等参数进行存储，作为用于该激光器的寿命延长方法的参数使用。

步骤s16：检测激光器的工作温度或偏置电流。

在光模块的工作过程中，按照设定频率或者其他根据实际需求设定的设定条件，检测激光器的工作温度或偏置电流。

步骤s17：判断工作温度是否大于阈值温度，或，判断偏置电流是否大于阈值偏置电流。若是，

步骤s18：判断激光器的发光效率是否小于设定阈值。

当环境温度过高导致激光器工作温度过高时，或由于过压或过流导致激光器工作温度过高时，或由于老化导致激光器工作温度过高时，都会加重激光器的载荷，对激光器造成损伤；若过高的工作温度是由于激光器进入饱和工作区引起的，则急速增加的偏置电流会导致激光器损坏，因此，在激光器的工作温度过高时，或偏置电流过大时，都需要对激光器的发光效率做进一步检测；若发光效率大于零或接近于零时，激光器还工作在线性工作区，则可以继续采用自动光功率控制方法维持激光器的发光功率稳定，但若发光效率小于零时，激光器已经处于饱和工作区，则随着偏置电流的继续增大，发光功率反而快速减小，此时若还基于自动光功率控制方法维持激光器的发光功率，则会导致激光器输出电流急剧下降并最终造成激光器的损坏。

因此，本申请中采用当工作温度高于阈值温度时，或者偏置电流大于阈值偏置电流时，进一步检测激光器的发光效率的方式，对激光器的工作状态进行判断，若发光效率大于设定阈值，则说明激光器还工作在线性工作区，若发光效率小于设定阈值，说明激光器已经进入饱和工作区。

步骤s19：控制快速减小激光器的发光功率，以使得激光器工作在线性工作区。

在激光器接近于饱和工作区或已经进入饱和工作区后，本申请采用控制快速减小发光功率至设定功率的方式，也即快速减小偏置电流，使激光器重新工作于线性工作区内，使得激光器的工作温度渐渐降下来，此时控制的目的不是为了维护激光器的发光功率的恒定，而是在不过温的前提下，通过调整偏置电流并监控发光功率的方式，保证激光器在不过温情况下的发光功率最大，从而保证激光器不会出现偏置电流继续增大而发光功率减小，导致输出电流急剧下降并最终造成激光器的损坏的情况发生，从而保证激光器的有效运行，延长了激光器的使用寿命。

步骤s20:调整调制电流，以使得激光器的消光比达到设定消光比。

激光器重新工作于线性工作区之后，基于当前偏置电流和当前发光效率，调整调制电流，使得激光器的消光比达到前述步骤s15确定的设定消光比，也即，根据发光效率曲线自动调整激光器的平均发光功率及“1”电平和“0”电平对应的光功率，使光眼图正常，保证通信系统的正常工作。

步骤s21：检测激光器的当前工作温度。

在减小了激光器的发光功率使得激光器重新工作于线性工作区之后，激光器的温度随着偏置电流的减小而下降，此时继续检测激光器的当前工作温度，步骤s22：判断当前工作温度是否小于阈值温度。

随着工作温度的下降，在判断当前工作温度在小于阈值温度以后，步骤s23：采用自动光功率控制方法维持激光器发光功率的稳定。

在激光器重新工作于线性工作区并工作温度下降到阈值温度范围内时，恢复采用apc维持激光器发光功率稳定的控制方式，并返回执行步骤s11。

通过上述提出的光模块用激光器寿命延长方法，激光器在由于工作温度过高或老化后，能自动快速减小发光功率到合适的数值，在保证激光器正常工作同时，降低过温对激光器的损伤程度，对激光器形成一定程度的保护，在工作温度降低后又恢复apc维持发光功率的稳定，有效延长了激光器的工作寿命。

基于上述提出的光模块用激光器寿命延长方法，本申请还提出一种光模块用激光器寿命延长系统，如图2所示，该系统包括性能检测模块21、性能判断模块22、激光器发光效率判断模块23和激光器发光功率控制模块24；性能检测模块21用于检测激光器20的工作温度或偏置电流；性能判断模块22用于判断工作温度是否大于阈值温度，或，判断偏置电流是否大于阈值偏置电流；若是，激光器发光效率判断模块23用于判断激光器的发光效率是否小于设定阈值；若是，激光器发光功率控制模块24用于控制快速减小激光器的发光功率，以使得激光器工作在线性工作区。

该光模块用激光器寿命延长系统还包括apc模块25，用于若激光器发光效率判断模块23判断激光器的发光效率大于设定阈值，则采用自动光功率控制方法维持激光器20发光功率的稳定。

上述，性能检测模块21还用于在激光器发光功率控制模块控制快速减小激光器的发光功率之后，检测激光器的当前工作温度；性能判断模块22还用于判断当前工作温度是否小于阈值温度，若是，则apc模块25采用自动光功率控制方法维持激光器发光功率的稳定。

该光模块用激光器寿命延长系统还包括激光器输出电流监测模块26、激光器工作参数确定模块27、设定消光比确定模块28和存储模块29；激光器输出电流监测模块26用于在光模块上电后，监测激光器20的输出电流；激光器工作参数确定模块27用于基于输出电流，确定激光器的阈值电流、发光效率和线性工作区；设定消光比确定模块28用于调整偏置电流以使得激光器的发光功率达到设定功率，并基于激光器的发光效率、线性工作区和偏置电流确定激光器的调制电流，基于调制电流确定激光器的消光比为设定消光比；存储模块29用于存储阈值电流、发光效率、线性工作区、偏置电流和设定消光比。

该光模块用激光器寿命延长系统还包括消光比调整模块30，用于在激光器发光功率控制模块24控制快速减小激光器的发光功率之后调整调制电流，以使得激光器的消光比达到设定消光比。

具体的光模块用激光器寿命延长系统的工作方法，已经在上述的光模块用激光器寿命延长方法中详述，此处不予赘述。

上述本申请提出的光模块用激光器寿命延长方法和系统，在激光器工作温度过高或偏置电流过大时，检测发光效率是否小于设定阈值，在激光器进入饱和工作区时，通过快速减小发光功率的方式使得激光器重新回到线性工作区工作，避免过温对激光器的损伤，有效延长了激光器的寿命，在温度降低后恢复采用现有的自动光功率控制方法来维持激光器发光功率的稳定。这种对激光器实施的寿命延长法，摒弃了过去只在线性工作区进行apc控制的工作方式，克服了apc控制存在的对激光器整体性能约束的局限性，挖掘了激光器的潜能，有效的延长的工作寿命。

且本申请提出的方法中，激光器的阈值电流、线性工作区、发光效率、设定消光比等重要的工作参数都是基于激光器自身设定的，适用于激光器的个体差异，相比于现有激光器设定统一最大偏置电流来避免激光器损伤的方式，能够使得激光器根据自身特点调整最优工作状态，使得使用寿命达到最优。

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，本技术领域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。