蝶形封装SG-DBR可调谐半导体激光器模块控制方法技术

本发明专利技术提供了一种蝶形封装SG‑DBR可调谐半导体激光器模块控制方法，其特征在于：所述DSP芯片通过SPI总线调整所述单片集成压控恒流源驱动电路中的集成恒流源驱动芯片，用于改变电流输出来控制所述光源模块的波长输出；所述高精度TEC电路用于控制激光器的工作环境温度恒定在设定值；其由所述DSP芯片通过DA功能输出电压值至温度控制芯片的相应管脚来设置温度值或直接改变温度控制芯片周边的电路中的相应电阻来设置；所述光波长锁定电路采集光源模块输出的两路电流值，并转换为电压，通过AD模块转换为数字信号送至DSP芯片或直接输入至所述DSP芯片内置的AD模块进行采集，用于反馈控制补偿恒流源的输出，保证激光器模块波长和功率输出的稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的一种用于航空航天的基于光纤光栅传感测试系统中可调谐激光器模块的控制，主要是基于蝶形封装的一种SG-DBR(SampledGratingDistributedBraggReflector)可调谐激光器的控制方法。
技术介绍
半导体激光器是目前光通信系统以及光纤传感中最重要的光源，具有体积小，重量轻，转换效率高，省电等特点，便于与其他器件实现单片光电子集成。而在一定范围内可以连续改变激光输出波长的可调谐半导体激光器，由于其特有性能已经被世界各公司和研究机构所重视，此领域也不断的取得了新的进展。特别是在密集波分复用系统和全光网络中作为关键光电子器件，根据市场需求，蝶形封装的可调谐激光器结构紧凑、运行稳定。操作方便、性能完善，成本降低，可实现多波长多功率的输出。所以蝶形封装形式的可调谐激光器应用越来越广泛。目前国外可调谐半导体激光器的调谐实现原理主要可分为三种：电流调谐、温度调谐与机械调谐，而所选半导体激光器光源也由调谐方式所决定。电流调谐是通过改变注入电流来实现波长的调谐，其调谐速度为ns级别，主要应用于SG-DBR(采样光栅DBR)与GCSR(辅助光栅定向耦合背向取样反射)激光器。其一般原理是通过改变可调谐激光器内不同位置的光纤光栅和相位控制部分的电流，使光纤光栅的相对折射率发生变化，产生不同的光谱。通过不同区域光纤光栅产生的不同光谱的叠加进行特定波长的选择，从而产生需要的特定波长的激光。通过改变前后布拉格光栅区的注入电流来改变反射区材料有效折射率，布拉格波长随之变化，完成波长的粗调。接着调节相位区的电流使腔模同反射区的反射峰一致实现细调。但是此类型可调谐激光器存在跳模问题，为了消除中间过程瞬态模式的影响，通常在DBR型可调谐半导体激光器的前光栅节的前端单片集成一个SOA(半导体光放大器)，在波长切换的过程中，SOA作为一个光开关切断激光器的输出，从而达到屏蔽瞬态激射模式的效果。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提供了一种蝶形封装SG-DBR连续可调谐半导体激光器控制方法，其特征在于：包括单片集成压控恒流源驱动电路、光波长锁定电路、高精度TEC控制电路、DSP芯片以及光源模块，其特征在于：所述DSP芯片通过SPI总线调整所述单片集成压控恒流源驱动电路中的集成恒流源驱动芯片，用于改变电流输出来控制所述光源模块的波长输出；所述高精度TEC电路用于控制激光器的工作环境温度恒定在设定值；其由所述DSP芯片通过DA功能输出电压值至温度控制芯片的相应管脚来设置温度值或直接改变温度控制芯片周边的电路中的相应电阻来设置；所述光波长锁定电路采集光源模块输出的两路电流值，并转换为电压，通过AD模块转换为数字信号送至DSP芯片或直接输入至所述DSP芯片内置的AD模块进行采集，用于反馈控制补偿恒流源的输出，保证激光器模块波长和功率输出的稳定。优选地，所述控制电路还包括光解调电路以及PD检测电路，所述光解调电路将外部的光信号输入，通过所述PD检测电路转换后的电压信号送至DSP芯片的AD模块进行采集。优选地，所述DSP芯片对所述光波长锁定电路采集的波长信息进行校正、解算相关处理来补偿调谐电流操作以及对接收到的外部环境数据进行快速解调。优选地，所述DSP芯片接口还包括SDRAM芯片。优选地，所述高精度TEC控制电路控制的所有温度控制芯片的温度稳定性为±0.003℃以下。优选地，所述DSP芯片接口还包括FLASH芯片，所述FLASH芯片用于存储“波长-电流”查找表。优选地，所述DSP芯片接口还包括SDRAM、串口通信电路，所述串口通信电路为RS232或者RS485接口电路组成，用于通过上位机发送电流调谐命令用于测试可调谐半导体激光器的“波长-电流”查找表，同时可以将DSP芯片输出的解调结果上传于上位机。优选地，所述反馈信号包括参考信号和标准信号。优选地，集成恒流源驱动芯片包括五路电流输出区，分别为半导体光放大器电流输出区、增益区电流输出区、相位区电流输出区、前光栅以及后光栅电流输出区，其中上述各区调整的电流值范围不同。优选地，所述波长漂移受温度漂移影响，所述高精度TEC控制电路控制光源模块的波长漂范围为5pm。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示意性示出根据本专利技术的蝶形封装SG-DBR连续可调谐半导体激光器模块控制原理图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。本专利技术的控制方法是DSP芯片通过SPI总线功能调整单片集成压控电流源芯片来改变5路电流输出来控制激光器的波长输出，同时在高精度TEC温度控制下，保证激光器由于温度漂移影响波长漂移最小至5个pm之内，恒流源以及温度控制均能控制波长在一定时间内的相对稳定，但是长时间运行后，波长与温度特性曲线会发生变化，导致波长中心频率发生偏移，光源模块内部集成光波长偏移量的传感和对这个偏移量的补偿，所以光源模块会输出参考信号和标准信号两路通过AD转换后送至DSP芯片经过一定计算来确定各调谐节电流的补偿值，进一步保证激光器波长和功率输出的稳定。整个控制部分包括：数字信号处理器DSP利用SPI通信接口控制集成恒流源驱动芯片实现对可调谐光源的5路电流的控制设计；DSP实现对高精度TEC驱动控制电路设计；单片式SG-DBR可调谐模块的光波长输出的反馈信号通过AD芯片送至DSP芯片进行处理电路设计；DSP芯片的外围FLASH、SDRAM、串口通信电路设计；后期用于可调谐波长解调的PD检测电路设计等。如图1所示，为本专利技术的单片集成蝶形封装SG-DBR连续可调谐半导体激光器模块控制原理图。控制方法包括单片集成压控恒流源驱动电路、光波长锁定电路、高精度TEC控制电路、DSP芯片以及光源模块，其中：包括单片集成压控恒流源驱动电路、光波长锁定电路、高精度TEC控制电路、DSP芯片以及光源模块，其特征在于：所述DSP芯片通过SPI1总线调整所述单片集成压控恒流源驱动电路中的集成恒流源驱动芯片，用于改变电流输出来控制所述光源模块的波长输出；所述高精度TEC电路用于控制激光器的工作环境温度恒定在设定值；其由所述DSP芯片通过DA功能输出电压值至温度控制芯片的相应管脚来设置温度值或直接改变温度控制芯片周边的电路中的相应电阻来设置；所述光波长锁定电路采集光源模块输出的两路电流值，并转换为电压，通过AD模块转换为数字信号送至DSP芯片或直接输入至所述DSP芯片内置的AD模块进行采集，用于反馈控制补偿恒流源的输出，保证激光器模块波长和功率输出的稳定。所有设计都是基于单片式SG-DBR可调谐光源模块的功能进行，下面对各个模块进一步详细说明：(1)单片集成恒流源驱动电路：其核心为集成恒流源驱动芯片，此芯片可输出9个通道的电流，但是本专利技术的蝶形封装激光器模块只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蝶形封装SG‑DBR可调谐半导体激光器模块控制方法，包括单片集成压控恒流源驱动电路、光波长锁定电路、高精度TEC控制电路、DSP芯片以及光源模块，其特征在于：所述DSP芯片通过SPI总线调整所述单片集成压控恒流源驱动电路中的集成恒流源驱动芯片，用于改变电流输出来控制所述光源模块的波长输出；所述高精度TEC电路用于控制激光器的工作环境温度恒定在设定值；其由所述DSP芯片通过AD模块输出电压值至温度控制芯片的相应管脚来设置温度值或直接改变温度控制芯片周边的电路中的相应电阻来设置；所述光波长锁定电路采集光源模块输出的两路电流值，并转换为电压，通过AD模块转换为数字信号送至DSP芯片或直接输入至所述DSP芯片内置的AD模块进行采集，用于反馈控制补偿恒流源的输出，保证激光器模块波长和功率输出的稳定。

【技术特征摘要】
1.一种蝶形封装SG-DBR可调谐半导体激光器模块控制方法，包括单片集成压控恒流源驱动电路、光波长锁定电路、高精度TEC控制电路、DSP芯片以及光源模块，其特征在于：所述DSP芯片通过SPI总线调整所述单片集成压控恒流源驱动电路中的集成恒流源驱动芯片，用于改变电流输出来控制所述光源模块的波长输出；所述高精度TEC电路用于控制激光器的工作环境温度恒定在设定值；其由所述DSP芯片通过AD模块输出电压值至温度控制芯片的相应管脚来设置温度值或直接改变温度控制芯片周边的电路中的相应电阻来设置；所述光波长锁定电路采集光源模块输出的两路电流值，并转换为电压，通过AD模块转换为数字信号送至DSP芯片或直接输入至所述DSP芯片内置的AD模块进行采集，用于反馈控制补偿恒流源的输出，保证激光器模块波长和功率输出的稳定。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述控制电路还包括光解调电路以及PD检测电路，所述光解调电路将外部的光信号输入，通过所述PD检测电路转换后的电压信号送至DSP芯片的AD模块进行采集。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述DSP芯片对所述光波长锁定电路采集的波长信息进行校正、解算相关处理来补偿调谐电流操作以及对接收到的外部环境数据进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，刘佳，董明利，娄小平，李红，庄炜，刘锋，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11