激光二极管发射光功率调节方法、装置及系统与流程

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种激光二极管发射光功率调节方法、装置及系统。

背景技术：

光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的，和其它通信手段相比，光纤通信以通信容量大、中继距离长、保密性能好、适应能力强、价格便宜及便于维护等优势，已经成为通信领域的必然选择。无论是骨干网、城域网，还是接入网，在光发射机中都需用到发射光源，例如激光二极管(Laser Diode，LD)。光纤通信系统对发射光源的要求有：(1)发射波长适中，有利于在光纤中传输；(2)发射光功率足够大；(3)温度特性要好，即受温度的影响小；(4)发射光谱窄，利于减少色散；(5)工作寿命要长。激光二极管由于能够很好的满足上述要求，因此在光纤通信系统中得到了较为广泛的应用。

然而，依据光纤通信系统相关的行业技术协议要求，在激光二极管的类型、接收光电器件类型及应用场景不同的情况下，对激光二极管的发射光功率相应有不同的要求。因此，每种光发射机都需要对激光二极管的发射光功率进行各个功率档的功率调节，以满足不同的光纤通信系统对发射光源光功率的要求。二分法调节方法是较为常用的一种传统的发射光功率调节方法，然而该方法在调节过程中很容易出现使激光二极管的驱动电流较大及激光二极管的发射光功率远远超过目标光功率的情况，安全性较低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对如何改善二分法调节方法安全性较低的问题，提供一种激光二极管发射光功率调节方法、装置及系统。

一种激光二极管发射光功率调节方法，用于控制APC电路；所述APC电路通过驱动电路与激光二极管连接，且所述APC电路还与光电二极管连接；所述激光二极管发射光功率调节方法包括：

设置APC电路中参考电平的初始值；所述参考电平用于供所述APC电路监测由所述光电二极管输出的背光电流是否稳定；

接收所述激光二极管的发射光功率值；所述发射光功率值是在所述APC电路根据所述参考电平更新后的值调节所述激光二极管的偏置电流后测量得出的；

判断所述发射光功率值处于目标范围之外时，根据所述参考电平与所述激光二极管的发射光功率之间具有的第一相关性，得出目标光功率对应的所述参考电平的更新值并更新所述参考电平的值，再继续执行接收所述激光二极管的发射光功率值的步骤，直至所述发射光功率值处于目标范围之内为止。

在其中一个实施例中，根据所述参考电平与所述激光二极管的发射光功率之间具有的第一相关性，得出目标光功率对应的所述参考电平的更新值并更新所述参考电平的值，再继续执行接收所述激光二极管的发射光功率值的步骤，直至所述发射光功率值处于目标范围之内为止的步骤包括：

获取所述发射光功率与所述参考电平之间具有的第一相关性；

根据所述第一相关性得出目标光功率对应的所述参考电平的更新值并更新所述参考电平的值，再继续执行接收所述激光二极管的发射光功率值的步骤，直至所述发射光功率值处于目标范围之内为止。

在其中一个实施例中，获取所述发射光功率与所述参考电平之间具有的第一相关性的步骤包括：

获取所述背光电流与所述参考电平之间具有的第二相关性；

获取所述发射光功率与所述背光电流之间具有的比值常数。

在其中一个实施例中，根据所述第一相关性得出目标光功率对应的所述参考电平的更新值并更新所述参考电平的值，再继续执行接收所述激光二极管的发射光功率值的步骤，直至所述发射光功率值处于目标范围之内为止的步骤包括：

将所述目标光功率除以所述比值常数得出所述背光电流的第一更新值；

根据所述第二相关性及所述背光电流的第一更新值得出所述目标光功率对应的所述参考电平的更新值并更新所述参考电平的值，再继续执行接收所述激光二极管的发射光功率值的步骤，直至所述发射光功率值处于目标范围之内为止。

在其中一个实施例中，获取所述发射光功率与所述背光电流之间具有的比值常数的步骤包括：

根据所述第二相关性及所述参考电平更新后的值得出所述背光电流的第二更新值；

将所述发射光功率值除以所述背光电流的第二更新值得出所述比值常数。

在其中一个实施例中，将所述发射光功率值除以所述背光电流的第二更新值得出所述比值常数的步骤前还包括：

将所述发射光功率值由相对值转换为绝对值。

在其中一个实施例中，所述第二相关性为：I_m＝H*2^{(APCSET_DAC/32)}；其中，I_m为所述背光电流；H为常数；APCSET_DAC为所述参考电平。

在其中一个实施例中，接收所述激光二极管的发射光功率值的步骤为：

接收光功率计测量的所述激光二极管的发射光功率值。

一种激光二极管发射光功率调节装置，用于控制APC电路；所述APC电路通过驱动电路与激光二极管连接，且所述APC电路还与光电二极管连接；所述激光二极管发射光功率调节装置包括：

参考电平初始值设置模块，用于设置APC电路的参考电平的初始值；所述参考电平用于供所述APC电路监测由所述光电二极管输出的背光电流是否稳定；

发射光功率值接收模块，用于接收所述激光二极管的发射光功率值；所述发射光功率值是在所述APC电路根据所述参考电平更新后的值调节所述激光二极管的偏置电流后测量得出的；

判断模块，用于判断所述发射光功率值处于目标范围之外时，根据所述激光二极管的发射光功率与所述参考电平之间具有的第一相关性，得出目标光功率对应的所述参考电平的更新值并更新所述参考电平的值，再继续由所述发射光功率值接收模块、判断模块依次执行各自的运行过程，直至所述发射光功率值处于目标范围之内为止。

一种激光二极管发射光功率调节系统，包括激光二极管发射模块、光功率计及调节主控器；所述激光二极管发射模块包括驱动电路、激光二极管、光电二极管及APC电路；所述驱动电路分别与所述激光二极管、所述APC电路连接；所述APC电路还与所述光电二极管连接；所述光功率计与所述激光二极管的光口连接；

所述调节主控器分别与所述光功率计、所述APC电路连接；所述调节主控器用于执行权利要求1所述的激光二极管发射光功率调节方法。

上述激光二极管发射光功率调节方法、装置及系统具有的有益效果为：发射光功率值是在APC电路根据参考电平更新后的值调节激光二极管的偏置电流后测量得出的，故只要设定参考电平的值后，在APC电路的调节作用下即能通过驱动电路相应控制激光二极管的发射光功率。另外，在判断激光二极管的发射光功率值处于目标范围之外时，根据第一相关性即可得出目标光功率对应的参考电平的更新值并更新参考电平的值，再依次循环执行直至发射光功率值处于目标范围之内。因此，在每次循环执行过程中，都是基于目标光功率对应的参考电平的更新值来通过APC电路、驱动电路控制激光二极管的发射光功率，只要循环一次，就能使激光二极管的发射光功率调节至目标光功率附近，从而能够避免出现激光二极管的发射光功率远大于目标光功率的情况，提高了调节的安全性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一实施例提供的激光二极管发射光功率调节方法的流程图；

图2为图1所示实施例的激光二极管发射光功率调节方法的其中一种具体流程图；

图3为图1所示实施例的激光二极管发射光功率调节方法的另一种具体流程图；

图4为图3所示实施例中步骤S412的其中一种具体流程图；

图5为与图1所示实施例对应的激光二极管发射光功率调节装置的结构框图；

图6为与图1所示实施例对应的激光二极管发射光功率调节系统的结构框图；

图7为图6所示实施例中激光二极管发射模块的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施例提供了一种激光二极管发射光功率调节方法，用于控制APC电路240。其中，APC电路240通过驱动电路210与激光二极管220连接，且APC电路240还与光电二极管230连接，如图7所示。其中，驱动电路210相当于高速电流开关，用于驱动激光二极管220发光。APC电路240通过检测光电二极管230输出的背光电流来实现闭环控制，从而通过调节激光二极管220的偏置电流以保持激光二极管220的平均光功率稳定。

本实施例提供的激光二极管发射光功率调节方法可以由电脑等智能终端来执行。如图1所示，该方法的执行步骤包括以下内容。

步骤S100.设置APC电路240中参考电平的初始值。其中，参考电平用于供APC电路240监测由光电二极管230输出的背光电流是否稳定。

也就是说，参考电平是用来判断背光电流是否稳定的基准值。例如，参考电平可以为一个输入至APC电路240中的集成运放一个输入端的参考电压，同时APC电路240将背光电流转换为相应的直流电压，并输入至集成运放的另一个输入端，之后集成运放即可根据直流电压与参考电压而输出相应的比较结果，再通过APC电路240中相关的放大器进行放大，即可输出反馈的偏置电流，从而形成一个负反馈环。其中，参考电平可以一个寄存器的方式进行存放。

因此，执行完该步骤，APC电路240即可通过参考电平的初始值来第一次调节激光二极管220的偏置电流，进而在驱动电路210的驱动下，使得激光二极管220以第一次调节后的发射光功率进行发射。

步骤S200.接收激光二极管220的发射光功率值。其中，发射光功率值是在APC电路240根据参考电平更新后的值调节激光二极管220的偏置电流后测量得出的。

参考电平的值每更新一次，都会相应接收一次激光二极管220的发射光功率值。那么，当参考电平的初始值设定好后，在APC电路240、驱动电路210的控制下即会相应得到激光二极管220的第一个发射光功率值。

具体的，步骤S200为：接收光功率计100测量的激光二极管220的发射光功率值。如图6所示，光功率计100通过光纤来测量激光二极管220的发射光功率值。

步骤S300.判断上述发射光功率值是否处于目标范围之内，若是，结束；否则，执行步骤S400。

其中，目标范围可以为发射光功率值与目标光功率值之间差值的绝对值小于某一设定值对应的区域，设定值例如为0.1dB。那么，在步骤S300中，首先计算发射光功率值与目标光功率值之间差值的绝对值，然后判断该绝对值是否小于设定值，若是，则判定发射光功率值处于目标范围之内，即激光二极管220的发射光功率处于稳定状态无需调节；否则判定激光二极管220的发射光功率值处于目标范围之外，即激光二极管220的发射光功率处于非稳定状态，需要进行调节。

步骤S400.根据参考电平与激光二极管220的发射光功率之间具有的第一相关性，得出目标光功率对应的参考电平的更新值并更新参考电平的值。之后，继续从步骤S200开始循环执行，直至发射光功率值处于目标范围之内为止。

其中，第一相关性是指发射光功率与参考电平之间具有的相关性，由APC电路240、驱动电路210、激光二极管220及光电二极管230的结构及性能而决定，可由多次实验数据得出。因此，在第一相关性、目标光功率确定的基础上，即可得出与目标光功率对应的参考电平的更新值，并利用该参考电平的更新值来更新参考电平的值，即完成了对参考电平的更新。之后，APC电路240继续通过参考电平更新后的值来调节激光二极管220的偏置电流，从而使激光二极管220的发射光功率向目标光功率靠近。依次循环，直至发射光功率值处于目标范围之内为止。

因此，本实施例提供的上述激光二极管发射光功率调节方法在每次循环执行过程中，都是基于目标光功率对应的参考电平的更新值来通过APC电路240、驱动电路210控制激光二极管220的发射光功率，只要循环一次，就能使激光二极管220的发射光功率调节至目标光功率附近，从而能够避免出现激光二极管220的发射光功率远大于目标光功率的情况，提高了调节的安全性，以满足批量生产对产品品质可靠性的要求。

具体的，如图2所示，步骤S400具体包括以下内容。

步骤S410.获取上述发射光功率与参考电平之间具有的第一相关性。

那么，只有在判断发射光功率值处于设定范围之外时，才执行步骤S410。而在判断发射光功率值处于设定范围之内时，则无需执行步骤S410，从而能够避免执行多余的步骤以影响调节激光二极管220的发射光功率的效率，因此上述方法提高了调节效率。

步骤S420.根据上述第一相关性得出目标光功率对应的参考电平的更新值并更新参考电平的值。之后，继续从步骤S200开始循环执行，直至发射光功率值处于目标范围之内为止。

可以理解的是，步骤S400的具体执行方式不限于上述一种情况，只要能够根据第一相关性来更新参考电平的值即可。例如，根据实际情况，也可以将步骤S410放在步骤S300之前执行。

具体的，如图3所示，步骤S410的具体执行方式包括以下步骤。

步骤S411.获取背光电流与参考电平之间具有的第二相关性。

步骤S412.获取发射光功率与背光电流之间具有的比值常数。

其中，第二相关性与比值常数都是由电路结构自身的性质而决定的，均可由多次实验数据得出。具体的，第二相关性为：I_m＝H*2^{(APCSET_DAC/32)}，其中，I_m为背光电流，H为常数，APCSET_DAC为参考电平，且通常情况下第二相关性是恒定的。比值常数主要由激光二极管220与光电二极管230之间的固有特性决定，通常情况下为恒定值。

本实施例中，步骤S412的具体执行情况如下所示，请参考图4。

步骤S4121.根据上述第二相关性及参考电平更新后的值得出背光电流的第二更新值。

每次循环过程中参考电平更新后的值都为上一次循环过程中由步骤S420更新后的值，除了第一次循环过程中是指参考电平的初始值之外。例如，在第一次执行过程中，可以直接将参考电平的初始值带入公式I_m＝H*2^{(APCSET_DAC/32)}中，即可得到第一次循环过程中背光电流的第二更新值。

若直接测量光电二极管230的输出值来得到背光电流，可能存在测量误差。而本实施例中，由于第二相关性是由电路结构确定的，且参考电平更新后的值是计算出来的，这两个数据均为精确值，因此通过第二相关性及参考电平更新后的值来得出背光电流，能够避免因测量仪器不准确等误差的干扰，提高了背光电流值的精确度，从而进一步提高激光二极管发射光功率的调节效率及精确度。可以理解的是，在其他实施例中，也可直接通过测量光电二极管230的输出值来得到背光电流的第二更新值。

步骤S4122.将发射光功率值由相对值转换为绝对值。由于光功率计100测量的发射光功率值通常为相对值，例如单位为dBm的值，因此，为了便于后续的计算，需将发射光功率值转换为绝对值，例如单位为μW的值。以dBm转换为μW为例，转换公式为：P₀＝10^(P/10)*1000。其中，P₀为转换后的发射光功率值，单位为μW；P为转换前的发射光功率值，单位为dBm。可以理解的是，若接收的发射光功率值为绝对值，则无需执行步骤S4122。

步骤S4123.将发射光功率值除以背光电流的第二更新值得出比值常数。

比值常数虽然通常为恒定值，但是在实际情况下也可能因其他因素而存在浮动情况，例如比值常数可能会受到光电二极管230响应度(即单位光功率的相应电流)的温度稳定性的影响。因此，本实施例在每次循环过程中都是利用步骤S4121至步骤S4123亲自计算比值常数，从而提高了调节的精确度和效率。

可以理解的是，步骤S412的具体执行情况不限于上述一种情况，只要能够保证调节的精确度和效率即可。

基于步骤S411和步骤S412，步骤S420的具体执行方式包括以下步骤，请继续参考图3。

步骤S421.将目标光功率除以比值常数得出背光电流的第一更新值。

其中，目标光功率同样应转换为绝对值，且与步骤S4122转换后的发射光功率值的单位相同，从而保证精确性。

步骤S422.根据上述第二相关性及背光电流的第一更新值得出目标光功率对应的参考电平的更新值并更新参考电平的值，再继续执行步骤S200，直至发射光功率值处于目标范围之内为止。

其中，可以将第二相关性例如I_m＝H*2^{(APCSET_DAC/32)}进行逆运算，即可由背光电流的第一更新值得出更新后的APCSET_DAC，即参考电平的更新值。之后，APC电路240即可再次利用该参考电平的更新值来调节激光二极管220的偏置电流。由于参考电平的更新值是基于目标光功率值得出的，因此使得激光二极管220的发射光功率进一步接近目标光功率，从而保证最终能够使发射光功率值处于目标范围之内。

因此，在本实施例提出的上述激光二极管发射光功率调节方法中，调节的效率与激光二极管220、光电二极管230本身固有的特性具有一定的关系，如果比值常数在各个功率点均保持恒定，则只需要调节一次即可调到目标光功率。就算比值常数有些变动，可能会适当的增加调节循环次数，一般增加一次，最多增加2次循环过程即可完成调节过程，因此与传统的二分法调节方法相比(二分法调节方法有些最多达到8次完成)，效率大幅提高。

另一方面，由于比值常数及第二相关性具有较为稳定的特性，使得激光二极管220输出的发射光功率值与目标光功率值很接近，很容易满足例如0.1dB的误差，从而提高了发射光功率调节的精确性。因此，该激光二极管发射光功率调节方法是一种安全，高效，精确的调节方法，能够有效提升光通信终端BOB(BOSA On Board)产品、光模块产品等产品的批量生产效率及产品的品质可靠性。

图1至图4分别为本发明一个实施例的方法的相关流程示意图。应该理解的是，虽然图1至图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图1至图4中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

另外，与上述激光二极管发射光功率调节方法对应，本实施例还提出了一种激光二极管发射光功率调节装置，用于控制APC电路240。APC电路240通过驱动电路210与激光二极管220连接，且APC电路240还与光电二极管230连接。如图5所示，该激光二极管发射光功率调节装置包括以下几个模块。

参考电平初始值设置模块400，用于设置APC电路240的参考电平的初始值。其中，参考电平用于供APC电路240监测由光电二极管230输出的背光电流是否稳定。

发射光功率值接收模块500，用于接收激光二极管220的发射光功率值。该发射光功率值是在APC电路240根据参考电平更新后的值调节激光二极管220的偏置电流后测量得出的。

判断模块600，用于判断发射光功率值处于目标范围之外时，根据激光二极管220的发射光功率与参考电平之间具有的第一相关性，得出目标光功率对应的参考电平的更新值并更新参考电平的值。之后继续由发射光功率值接收模块500、判断模块600依次执行各自的运行过程，直至发射光功率值处于目标范围之内为止。

需要说明的是，该激光二极管发射光功率调节装置中各模块执行的功能与上述激光二极管发射光功率调节方法对应，这里就不再赘述。

另外，本实施例还提出了一种激光二极管发射光功率调节系统，如图6所示。该激光二极管发射光功率调节系统包括激光二极管发射模块200、光功率计100及调节主控器300。其中，激光二极管发射模块200分别与光功率计100、调节主控器300连接。调节主控器300还与光功率计100连接。

如图7所示，激光二极管发射模块200包括驱动电路210、激光二极管220、光电二极管230及APC电路240。其中，驱动电路210分别与激光二极管220、APC电路240连接。APC电路240还与光电二极管230连接。光功率计100与激光二极管220的光口连接。调节主控器300分别与光功率计100、APC电路240连接。

其中，激光二极管发射模块200用于将电信号转换为光信号，可以应用于光通信终端BOB产品、光模块产品等光纤接入设备中的激光发射部分。驱动电路210相当于高速电流开关，其用于驱动激光二极管220发光。APC电路240通过检测光电二极管230输出的背光电流来实现闭环控制，从而通过调节激光二极管的220的偏置电流以保持激光二极管220的平均光功率稳定。可以理解的是，激光二极管发射模块200内部还可以包括其他器件，例如温度控制电路，这里就不再一一详述。光功率计100通过光纤测量激光二极管220的发射光功率值，并将测到的发射光功率值发送至调节主控器300。可以理解的是，激光二极管220的发射光功率值也可通过其他方式来测量，不限于光功率计100的一种情况。调节主控器300，用于执行上述激光二极管发射光功率调节方法，具体执行原理这里就不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。