專利名稱：一種激光器的自動功率控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于光纖通信領域激光器的控制方法和附屬電路，具體是一種激光器的自動功率控制及初始化方法以及相應的裝置。
背景技術：
光纖通信技術在有線信號傳輸中具有明顯優(yōu)勢，多年來，其技術也日趨成熟。光纖通信的一個核心部件是激光器，將電信號轉化為光信號進行傳輸；該激光器通常為半導體器件，其功率必須加以合理地控制，使激光器工作在安全可靠的狀態(tài)，如果功率過大，則會影響激光器的壽命甚至是造成不可逆轉的損壞。鑒于激光器的特點，在激光器的驅動過程中設置一些步驟，配以相應的自動裝置，使得激光器的功率得到妥善地控制。一方面，激光器的功率必須得到精確地監(jiān)控，以保障其安全工作；另一方面，在一些應用領域必須使激光器的功率快速穩(wěn)定，以實現(xiàn)光纖通信的快速初始化。

發(fā)明內容
基于以上需求，本發(fā)明提出一種激光器的自動功率控制方法及實現(xiàn)該方法的裝置，其技術方案如下一種激光器的自動功率控制方法，它包括以下步驟I)快速初始化步驟；按照環(huán)境溫度值賦予激光器一個預設、初始的工作電流；2)狀態(tài)切換步驟；在完成上述步驟之后，根據(jù)一個使能信號使所述激光器可進入以下步驟A)初始維持步驟；使所述激光器維持具有初始的所述工作電流；B)自動功率調整步驟；調整所述工作電流使所述激光器的光功率穩(wěn)定工作于一參考光功率值。作為本技術方案的優(yōu)選者，在優(yōu)選實施例中可以作如下的改進一較佳實施例中，所述快速初始化步驟利用一個溫度-電流映射表，使所述環(huán)境溫度與預設的所述工作電流一一對應；所述環(huán)境溫度的范圍包括激光器正常工作的溫度范圍。 一較佳實施例中，所述溫度-電流映射表包括單元地址，具有獨一的地址標識，該地址標識采用二進制順序編碼；以及單元內容，包括預設的所述工作電流，該工作電流采用二進制代碼表示。其中，每一個所述環(huán)境溫度都對應一個所述 地址標識。一較佳實施例中，所述自動功率調整步驟中，所述激光器的光功率被實時監(jiān)控，使用一個與所述激光器光功率正相關的檢測電壓與一個參考電壓相比較，其工作循環(huán)包括以下兩個過程若所述檢測電壓低于所述參考電壓，則提升所述工作電流；直至所述檢測電壓不低于所述參考電壓；
若所述檢測電壓高于所述參考電壓，則降低所述工作電流；直至所述檢測電壓不高于所述參考電壓。一較佳實施例中，所述自動功率調整步驟中，針對所述工作電流的增減均利用二進制運算的形式，增減之后的二進制結果轉換為一個模擬量再用以驅動所述激光器。一較佳實施例中，所述自動功率控制的步驟中，對所述工作電流設置一個上限和一個下限；每一次對所述工作電流的增/減之前均判斷其是否已經達到所述上限/下限，若已經達到所述上限/下限，則停止對所述工作電流進行增/減操作。作為實現(xiàn)上述控制方法的裝置，其技術方案如下一種激光器的自動功率控制裝置，它包括
—初始化模塊，該初始化模塊具有一個溫度傳感器和一個初始輸出端；按照環(huán)境溫度值直接從所述初始輸出端輸出初始的工作電流值；一監(jiān)控模塊，該監(jiān)控模塊具有一個狀態(tài)判決端；以及一控制核心，該控制核心連接所述初始輸出端和狀態(tài)判決端；同時還具有一使能端和一連接激光器的驅動端。該裝置在實施例中可以有如下的改進一較佳實施例中，所述初始化模塊當中，所述溫度傳感器和初始輸出端之間具有一個溫度-電流映射模塊。一較佳實施例中，所述監(jiān)控模塊包括一個光電管和與該光電管串聯(lián)的取樣電阻；另有一比較器，其輸出端作為所述狀態(tài)判決端；所述比較器負端接所述取樣電阻的電壓取樣端、正端接一個參考電壓。一較佳實施例中，所述初始化模塊包括級聯(lián)的所述溫度傳感器、溫度A/D轉換器和所述溫度-電流映射模塊，所述度-電流映射模塊通過所述初始輸出端連接所述控制核心；所述控制核心包括一個含計數(shù)器的計數(shù)裝置和一個偏置電流模塊；所述計數(shù)裝置具有一數(shù)據(jù)輸出端和所述偏置電流模塊連接；所述初始輸出端位于所述偏置電流模塊。本發(fā)明的有益效果是I.針對激光管，在實現(xiàn)自動功率控制之前進行初始化步驟，具有一個直接根據(jù)環(huán)境溫度加載的預設電流，響應速度快，同時為后續(xù)的自動功率控制提供初始的電流值。2.溫度-電流映射表(模塊)的設置使預設電流不需要調整直接加載，并且可以通過自定的存儲方案達成任意的溫度-電流函數(shù)關系，不受自動控制電路影響，適用多種場合、以及多種溫度曲線的激光器。3.自動功率控制采用數(shù)字化調整，其精度的可控性強，檢測準確度高。4.可外控的使能端使裝置容易擴充多種功能，設定種類豐富的自動控制程序。
以下結合附圖
實施例對本發(fā)明作進一步說明圖I是本發(fā)明實施例一和二的流程概攬；圖2是圖I實施例步驟I流程圖；圖3是圖I實施例步驟3流程圖4是實施例二步驟3流程圖；圖5是實施例三框圖； 圖6是實施例四框圖。
具體實施例方式實施例一結合圖I、圖2，本發(fā)明實施例一流程概攬和步驟I流程圖。對激光器的整個裝置上電啟動以后，進入快速初始化的步驟1，該步驟I細節(jié)見圖2 :首先是溫度測值步驟11，該步驟11測量激光器環(huán)境溫度，得到一個一一對應的模擬電壓值，然后該電壓值進入溫度A/D轉換步驟12，在該步驟12中將前述的模擬電壓轉化為一個8位的二進制數(shù)；我們如此設定該二進制數(shù)相鄰兩個值的間隔表征2攝氏度的溫差。
按如此設定，在合宜工作溫度范圍內例如-20°C 60°C，可以得到一個序列的8位二進制數(shù)；以該序列的二進制數(shù)分別為存儲單元地址，則可構建一個查找表，查找表的單元內填寫該地址所表征的溫度下作為單元內容，適合激光器工作的電流量代碼。這就建立了一個“溫度-電流”的二進制量映射，用于在表尋址步驟13中讀取合適的電流量(二進制數(shù))。該電流量進入預設電流的步驟14，將二進制電流量的代碼轉換得到一個模擬量的驅動電流，提供給激光器工作。從圖2所示的快速初始化的步驟1，可以使激光器在啟動時立即根據(jù)環(huán)境溫度工作在預設的優(yōu)選電流值上，具有比較快的響應速度。在完成快速初始化步驟I之后，立即進入一個狀態(tài)切換步驟2。該步驟中用到一個使能信號EN，通過判斷該使能信號的是或否，使系統(tǒng)進入初始維持步驟4或者自動功率調整步驟3。初始維持步驟4使得激光器仍然以上一快速初始化步驟I得到的工作電流工作，不進行調整；而自動功率調整步驟3則相反，實時監(jiān)控激光器的光功率，并及時調整。圖3是圖I實施例步驟3流程圖，該步驟展示了自動功率控制(APC)的細節(jié)。該自動控制主要利用一個狀態(tài)值CMP予以判斷，并且借助一個表征參考光功率的參考量予以對比得出。該CMP值取值范圍為O和1，值O表征激光器光功率高于參考光功率值，I則相反。在該步驟開始時，來自快速初始化步驟的電流量代碼進入一個計數(shù)器，完成計數(shù)器賦值步驟20，再進入電流輸出步驟22，將此電流代碼表征的電流量驅動激光器工作(該步驟及類似步驟中包含的D/A，A/D轉換將不再贅述，下同)；然后，激光器的光功率與參考光功率進行對比，得到CMP值，當CMP值為I時，表示激光器光功率值不及參考光功率值，故計數(shù)器值步進1，再回到電流輸出步驟22，即激光器電流被略加提升，之后再監(jiān)控激光器的光功率；若CMP值為0，表示激光器光功率值超過參考光功率值，故計數(shù)器值遞減1，再回到電流輸出步驟22，即激光器電流被略微降低。按照圖3所示的順序不停地循環(huán)，激光器光功率會穩(wěn)定在一個極小的范圍內波動，實現(xiàn)光功率的穩(wěn)定，該步驟將持續(xù)到主動取消。實施例二 如圖4，是實施例二步驟3流程圖；實施例二的主要流程與實施例一相同，都可以用圖I表示。但實施例二與實施例一相比在自動功率控制步驟3 (圖I)有所不同，如圖4，其中一個所上限判斷步驟26，另一個所下限判斷步驟27。上限判斷步驟26設定于CMP值為I步驟分支之后，用于判斷當激光器光功率小于參考光功率時，其工作電流是否達到了上限，若是則不再提升激光器功率，直接跳到電路輸出環(huán)節(jié)繼續(xù)循環(huán)，否則才將計數(shù)器增I ;下限判斷步驟27設定與CMP值為O步驟分支之后，用于判斷當激光器光功率大于參考光功率時，其工作電流是否處于下限，若是則不再遞減計數(shù)器值，而是回到電流輸出步驟繼續(xù)循環(huán)。該實施例二的功率調整方法使激光器的工作電流上下限受到鉗制，工作狀態(tài)更加安全可靠。實施例三圖5是實施例三框圖，該實施例三是可以實現(xiàn)圖I所示步驟的裝置。初始化模塊42內具有溫度傳感器，實時測量環(huán)境溫度，通過初始輸出端Din連接到控制核心41 ;監(jiān)控模塊43通過一個狀態(tài)判決端CMP連接到控制核心41 ;控制核心41除了連接初始輸出端Din和狀態(tài)判決端CMP外，還具有一個使能端EN，同時通過驅動端Drv連通激光器LD。 首先使能端EN為I (高電平)時，初始化模塊42內的溫度傳感器將所測得的環(huán)境溫度映射一個優(yōu)選工作電流值，通過初始輸出端Din傳輸至控制核心41，控制核心41將此 工作電流值處理為可以驅動激光器LD的電流信號。然后使能端EN在外部置O (低電平)，初始輸出端Din不再影響控制核心41。此時監(jiān)控模塊42實時監(jiān)控激光管LD的光功率，通過將監(jiān)控得到的反饋信號從狀態(tài)判決端CMP反饋至控制核心41，達成激光管LD工作電流在一個可接受的范圍內波動，即是穩(wěn)定工作狀態(tài)。實施例四圖6是實施例四框圖，該實施例四是可以實現(xiàn)圖I所示步驟的裝置。溫度傳感器35得到的模擬信號電壓值進入溫度A/D轉換器36，得到的8位二進制代碼與溫度-電流映射模塊37中的地址一一對應，從而一個具體的溫度值可以在溫度-電流映射模塊37中得到該溫度值地址內存儲的優(yōu)選電流代碼，該代碼從Din端進入計數(shù)裝置31。其中Din端即是初始輸出端，Dout端即是所述數(shù)據(jù)輸出端，CMP端即是狀態(tài)判決端；同時計數(shù)裝置31和偏置電流模塊34構成所述的控制核心的主要部分。計數(shù)裝置31具有計數(shù)器，Din端的電流代碼進入計數(shù)裝置31以后，若計數(shù)裝置31的使能端EN值為1，則Din端的電流代碼直接賦予Dout端并保持，該信號通過偏置電流模塊34轉換為直接驅動激光器LD的工作電流。若使能端EN值為0，則Din端的電流代碼進入計數(shù)裝置31后不再受溫度-電流映射模塊37的影響，而是受CMP端的影響。CMP端即傳輸CMP值，該CMP值表征了激光器LD光功率的大小與參考光功率值比較的結果，I代表小于，O代表大于；CMP值是靠如下機制實現(xiàn)背光二極管ro檢測激光器LD的光輸出，并且得到一個與其光輸出一一對應的電流，該電流在電阻R上分壓再經過電容C濾波即得比較穩(wěn)定的直流電壓，該直流電壓接入比較器32的負端，與比較器32正端的參考電壓APCset相比，若大于APCset則表示激光器LD光功率超過參考值，CMP值為O ;小于則表示激光器LD光功率小于參考值，CMP為I。所以，當使能端EN值為O時，計數(shù)裝置31實時調整最初來自Din的初始電流代碼，最終通過偏置電流模塊34驅動激光器LD在合適的電流下工作當激光器LD光功率超過標準，即使用背光二極管H)最終轉化得到的電壓超過參考電壓APCset，CMP值為0，計數(shù)裝置31中的計數(shù)器將電流代碼遞減以后再通過偏置電流模塊34驅動激光器LD ;反之當激光器LD光功率低于標準，即使用H)最終轉化得到的電壓低于參考電壓APCset，CMP值置為1，計數(shù)裝置31中的計數(shù)器將電流代碼遞增以后再通過偏置電流模塊34驅動激光器LD ;如此循環(huán)判斷，可知激光器LD會在一個極小的范圍內穩(wěn)定工作，直到主動取消。由上可知，激光器LD的光功率標準值，其實就是由APCset電壓值所表征。另外，整個裝置所共用的時鐘信號、復位端等慣用功能已經省略。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內，比如激光器光功率與參考值的比較手段、控制核心的常規(guī)輔助功能、計數(shù)器賦值是否只能限于自動功率調整步驟等等，都不加以限制，都可以有多種細節(jié)的改變，盡管可以作一些顯而易見的調整和改進，但總體上仍屬于本發(fā)明保護的思路。
權利要求
1.一種激光器的自動功率控制方法，其特征在于它包括以下步驟 1)快速初始化步驟；按照環(huán)境溫度值賦予激光器一個預設、初始的工作電流； 2)狀態(tài)切換步驟；在完成上述步驟之后，根據(jù)一個使能信號使所述激光器可進入以下步驟 A)初始維持步驟；使所述激光器維持具有初始的所述工作電流； B)自動功率調整步驟；調整所述工作電流使所述激光器的光功率穩(wěn)定工作于一參考光功率值。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種激光器的自動功率控制方法，其特征在于所述快速初始化步驟利用一個溫度-電流映射表，使所述環(huán)境溫度與預設的所述工作電流一一對應；所述環(huán)境溫度的范圍包括激光器正常工作的溫度范圍。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種激光器的自動功率控制方法，其特征在于所述溫度-電流映射表包括 單元地址，具有獨一的地址標識，該地址標識采用二進制順序編碼；以及 單元內容，包括預設的所述工作電流，該工作電流采用二進制代碼表示。
其中，每一個所述環(huán)境溫度都對應一個所述地址標識。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種激光器的自動功率控制方法，其特征在于所述自動功率調整步驟中，所述激光器的光功率被實時監(jiān)控，使用一個與所述激光器光功率正相關的檢測電壓與一個參考電壓相比較，其工作循環(huán)包括以下兩個過程 若所述檢測電壓低于所述參考電壓，則提升所述工作電流；直至所述檢測電壓不低于所述參考電壓； 若所述檢測電壓高于所述參考電壓，則降低所述工作電流；直至所述檢測電壓不高于所述參考電壓。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種激光器的自動功率控制方法，其特征在于所述自動功率調整步驟中，針對所述工作電流的增減均利用二進制運算的形式，增減之后的二進制結果轉換為一個模擬量再用以驅動所述激光器。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種激光器的自動功率控制方法，其特征在于所述自動功率控制的步驟中，對所述工作電流設置一個上限和一個下限；每一次對所述工作電流的增/減之前均判斷其是否已經達到所述上限/下限，若已經達到所述上限/下限，則停止對所述工作電流進行增/減操作。
7.一種激光器的自動功率控制裝置，其特征在于，它包括 一初始化模塊，該初始化模塊具有一個溫度傳感器和一個初始輸出端；按照環(huán)境溫度值直接從所述初始輸出端輸出初始的工作電流值； 一監(jiān)控模塊，該監(jiān)控模塊具有一個狀態(tài)判決端；以及 一控制核心，該控制核心連接所述初始輸出端和狀態(tài)判決端；同時還具有一使能端和一連接激光器的驅動端。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種激光器自動功率控制裝置，其特征在于所述初始化模塊當中，所述溫度傳感器和初始輸出端之間具有一個溫度-電流映射模塊。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種激光器自動功率控制裝置，其特征在于所述監(jiān)控模塊包括一個光電管和與該光電管串聯(lián)的取樣電阻；另有一比較器，其輸出端作為所述狀態(tài)判決端；所述比較器負端接所述取樣電阻的電壓取樣端、正端接一個參考電壓。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種激光器自動功率控制裝置，其特征在于 所述初始化模塊包括級聯(lián)的所述溫度傳感器、溫度A/D轉換器和所述溫度-電流映射模塊，所述初始輸出端位于所述溫度-電流映射模塊； 所述控制核心包括一個含計數(shù)器的計數(shù)裝置和一個偏置電流模塊；所述計數(shù)裝置具有一數(shù)據(jù)輸出端與所述偏置電流模塊連接；所述初始輸出端位于所述偏置電流模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖通信激光器的自動功率控制方法，其特征在于先有一個快速初始化步驟；該步驟按照環(huán)境溫度值直接賦予激光器一個預設、初始的工作電流；然后是一個狀態(tài)切換步驟；根據(jù)一個使能信號使所述激光器可進入初始維持步驟或者所自動功率調整步驟。其中初始維持步驟使所述激光器維持具有初始的所述工作電流值；而自動功率調整步驟調整所述工作電流使所述激光器的光功率穩(wěn)定工作于一參考光功率值。該自動功率控制方法及其相應的裝置使針對激光管，在實現(xiàn)自動功率控制之前進行初始化步驟，具有一個直接根據(jù)環(huán)境溫度加載的預設電流，響應速度快，同時為后續(xù)的自動功率控制提供初始的電流值。
文檔編號H01S3/102GK102761053SQ201110105968
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權日2011年4月26日
發(fā)明者林永輝 申請人:廈門優(yōu)迅高速芯片有限公司