一种用于光纤放大器非线性激光器控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种应用于光纤放大器产品中非线性泵浦激光器控制方法及装置，该方法包括激光器背光功率定标步骤和激光器功率PID控制步骤，将激光器背光电压与其实际输出功率通过最小二乘法曲线拟合得到背光电流与输出功率公式，以实现采样背光电流计算输出功率；将设置功率与激光器背光电压通过最小二乘法曲线拟合得到设置功率与背光电压公式，通过设置功率计算PID目标背光电压，并通过硬件PID电路实现对激光器输出背光电压与目标背光电压的锁定输出。本发明专利技术解决了普通背光电压PID反馈控制中线性化差导致的控制精度低的缺点，提高了各类激光器在光纤放大器模块中的功率上报以及输出功率控制的精度，并有效降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光通信器件，具体涉及一种用于光纤放大器的非线性激光器的控制方法及装置，特别涉及一类激光器其输出功率与背光电压非线性情况下采用背光控制输出功率的方法及装置，本专利技术属于光通信

技术介绍
当前应用于光纤放大器模块中激光器输出功率控制方法一般有两种，一种是采用背光电压作为PID反馈控制，一种是采用外加PD探测输出功率作为PID反馈控制。采用背光电压作为PID反馈控制时，采样激光器背光电压一路用于输出功率上报，另一路送入PID控制单元；通过外接光功率计探测实际输出光功率，将光功率计探测输出功率与背光电压做两点定标，得到线性公式用作输出功率上报，可以得到输出功率与背光电压的线性公式，利用设置输出功率计算对应的背光电压；将设置的输出功率对应的背光电压用作PID单元目标输入，与反馈探测的背光电压进行PID运算得到驱动电压，用于驱动激光器。这种控制方法的缺点为：对于线性度(即输出功率与背光电压线性一致性)差的激光器，无法使用该方法进行准确的输出功率控制，尤其是通过信号跟随放大之后，会加剧线性度劣化，无法满足控制需求；对于部分线性度较高的激光器，该方法也只能在有限的输出功率范围内做出准确的输出功率控制，一旦设置输出功率在低端或者在高端，线性度也会出现劣化，无法满足控制需求。因此采用这种控制方法时一般需要采用线性度很高的激光器，导致付出额外的成本，增加了产品开发与生产的成本。采用外加PD探测输出功率作为PID反馈控制时，采用激光器输出功率一路PD探测输入并将PD探测的光信号转换成电压信号送入PID控制单元，另一路外接光功率计探测实际输出功率；调节激光器驱动电流，将光功率计探测输出功率与PD探测电压信号进行两点定标，得到PD探测电压与输出功率的线性公式，将PD探测电压转换为输出功率用于上报；利用PD探测电压序列与对应输出功率序列，两点定标得到输出功率与PD探测电压的公式；依此公式将设置输出功率转换为对应的PID目标电压输入，与PD探测电压作为反馈回路构成PID控制单元。这种控制方法的缺点为：需要PD探测单元，增加了相应开发与生产成本；此方法的控制精度依赖于PD探测单元的噪声抑制设计，对电路设计调试有较高需求，调试与维护成本也较大。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种应用于光纤放大器产品中非线性泵浦激光器背光电压作为PID反馈控制方法及实现装置。本专利技术提供了一种激光器定标及输出功率PID控制方法，包括：激光器背光功率上报定标步骤、激光器PID目标值控制电压计算步骤、以激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制步骤；其中，所述激光器背光功率上报定标步骤获得所述激光器工作电流区间上实际输出光功率Pd与所述激光器的背光电压值Vmon之间的对应关系；所述激光器PID目标值控制电压计算步骤利用所述对应关系计算所述激光器的目标输出功率Ps所对应的目标背光电压值Vtarget；所述以激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制步骤利用激光器背光电压Vmon与实际输出光功率Pd单调对应关系，以激光器背光电压Vmon作为PID闭环控制反馈输入，以目标背光电压值Vtarget作为PID闭环控制的目标控制电压，利用PID运算电路调节产生对应激光器驱动电压Vdrv，使得Vtarget＝Vmon，从而完成Pd＝Ps的所述激光器的功率闭环控制。在上述技术方案中，所述激光器为非线性激光器。在上述技术方案中，所述激光器背光功率上报定标算法包括以下步骤：1.1确定所述激光器的最大电流Imax；1.2将所述激光器的硬件限流电路中的限制电流Ilim设为0mA，将所述激光器的驱动电路中的驱动电压Vdrv设为最大值，采样激光器背光电压Vmon，外接光功率计探测激光器输出功率Pd；1.3由于步骤1.2中驱动电压Vdrv设置为最大，此时激光器输出受到限制电流Ilim控制；以固定步长，逐步增加Ilim，使得激光器偏置电流Ibias以相同步长逐步增加；每调节一次分别记录对应的光功率计探测输出功率Pd，激光器背光电压Vmon；当Ilim增加到Imax停止此过程，此时得到2组对应的序列Pd[]，Vmon[]。1.4将对应的Vmon[]与Pd[]序列根据最小二乘法拟合多项式，即Pd＝f1(Vmon)，其中f1(x)＝A1x2+B1x+C1为激光器输出功率与背光电压的2次多项式公式。至此完成背光功率的定标过程。在上述技术方案中，所述激光器PID目标值算法包括以下步骤：2.1对步骤1.4中得到的Vmon[]与Pd[]序列根据最小二乘法拟合多项式Vmon＝f2(Pd)，其中f2(x)＝A2x2+B2x+C2为背光电压与激光器输出功率的2次多项式公式；2.2利用激光器背光电压Vmon与目标控制电压Vtarget进行闭环控制，利用公式得出设置功率Ps与目标控制电压Vtarget的关系，即Vtarget＝f2(Ps)，由此得到激光器激光器PID目标值控制电压值。在上述技术方案中，所述激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制过程：3.1利用激光器背光电压Vmon与Pd单调对应关系，以Vmon作为PID闭环控制反馈输入，通过设置输出功率Ps利用f2(x)可以计算对应的Vtarget作为PID闭环控制的目标控制电压，利用PID运算电路调节产生对应Vdrv，使得Vtarget＝Vmon，从而完成Pd＝Ps的功率控制过程。在上述技术方案中，所述基于激光器背光电压与激光器输出功率2次拟合多项式对应关系Pd＝f1(Vmon)，基于激光器设置功率与PID目标控制电压的对应关系Vtarget＝f2(Ps)；基于硬件PID电路逼近的电压控制；通过背光电压与输出功率的对应关系实现输出功率的PID控制方法。本专利技术还提供了一种激光器输出功率的PID控制装置，包括：激光器背光探测模块，激光器功率PID控制驱动模块，自动定标、检测装置模块；其中，所述激光器背光探测模块包括：激光器背光电压跟随放大电路，用于采用获得激光器的背光电压Vmon；所述激光器功率PID控制驱动模块包括：激光器驱动电流限制单元，用于硬件限制激光器驱动电流Ibias不大于Ilim；激光器驱动单元，实现激光器驱动电压Vdrv到激光器驱动电流Ibias的驱动转换；PID控制单元，用于根据目标控制电压Vtarget和背光电压Vmon输出激光器的驱动电压Vdrv，调节Vdrv实现激光器输出功率的PID控制；所述自动定标、检测装置模块用于为所述激光器功率PID控制驱动模块提供目标控制电压Vtarget。在上述技术方案中，所述自动定标、检测装置模块包括：初始化单元，连接模块供电，激光器输出光功率计探测，上位机与激光器模块及光功率计的通信；激光器背光功率定标单元，设置激光器驱动电压Vdrv最大，调节限值电流Ilim从0mA以固定最小步长增加，每次增加之后记录采样背光电压Vmon、功率计探测输出功率Pd；当Ilim调节到Imax，获得Vmon[]与Pd[]对应序列；根据最小二乘法拟合2次多项式Pd＝f1(Vmon)；控制数据计算与录入单元，将公式Pd＝f1(Vmon)写入激光器背光探测模块，以实现通过探测背光电压Vmon上报输出功率Pd；根据Vmon[]与Pd[]得到Vmon＝f2(Pd)，将该公式参数写入激光器功率PID本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器定标及输出功率PID控制方法，其特征在于包括：激光器背光功率上报定标步骤、激光器PID目标值控制电压计算步骤、以激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制步骤；其中，所述激光器背光功率上报定标步骤获得所述激光器工作电流区间上实际输出光功率Pd与所述激光器的背光电压值Vmon之间的对应关系；所述激光器PID目标值控制电压计算步骤利用所述对应关系计算所述激光器的目标输出功率Ps所对应的目标背光电压值Vtarget；所述以激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制步骤利用激光器背光电压Vmon与实际输出光功率Pd单调对应关系，以激光器背光电压Vmon作为PID闭环控制反馈输入，以目标背光电压值Vtarget作为PID闭环控制的目标控制电压，利用PID运算电路调节产生对应激光器驱动电压Vdrv，使得Vtarget＝Vmon，从而完成Pd＝Ps的所述激光器的功率闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种激光器定标及输出功率PID控制方法，其特征在于包括：激光器背光功率上报定标步骤、激光器PID目标值控制电压计算步骤、以激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制步骤；其中，所述激光器背光功率上报定标步骤获得所述激光器工作电流区间上实际输出光功率Pd与所述激光器的背光电压值Vmon之间的对应关系；所述激光器PID目标值控制电压计算步骤利用所述对应关系计算所述激光器的目标输出功率Ps所对应的目标背光电压值Vtarget；所述以激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制步骤利用激光器背光电压Vmon与实际输出光功率Pd单调对应关系，以激光器背光电压Vmon作为PID闭环控制反馈输入，以目标背光电压值Vtarget作为PID闭环控制的目标控制电压，利用PID运算电路调节产生对应激光器驱动电压Vdrv，使得Vtarget＝Vmon，从而完成Pd＝Ps的所述激光器的功率闭环控制。2.如权利要求1所述的一种激光器定标及输出功率PID控制方法，其特征在于：所述激光器为非线性激光器。3.如权利要求1或2所述的一种激光器定标及输出功率PID控制方法，其特征在于：所述激光器背光功率上报定标算法包括以下步骤：1.1确定所述激光器的最大电流Imax；1.2将所述激光器的硬件限流电路中的限制电流Ilim设为0mA，将所述激光器的驱动电路中的驱动电压Vdrv设为最大值，采样激光器背光电压Vmon，外接光功率计探测激光器输出功率Pd；1.3由于步骤1.2中驱动电压Vdrv设置为最大，此时激光器输出受到限制电流Ilim控制；以固定步长，逐步增加Ilim，使得激光器偏置电流Ibias以相同步长逐步增加；每调节一次分别记录对应的光功率计探测输出功率Pd，激光器背光电压Vmon；当Ilim增加到Imax停止此过程，此时得到2组对应的序列Pd[]，Vmon[]；1.4将对应的Vmon[]与Pd[]序列根据最小二乘法拟合多项式，即Pd＝f1(Vmon)，其中f1(x)＝A1x2+B1x+C1为激光器输出功率与背光电压的2次多项式公式。至此完成背光功率的定标过程。4.如权利要求3所述的一种激光器定标及输出功率PID控制方法，其特征在于：所述激光器PID目标值算法包括以下步骤：2.1对步骤1.4中得到的Vmon[]与Pd[]序列根据最小二乘法拟合多项式Vmon＝f2(Pd)，其中f2(x)＝A2x2+B2x+C2为背光电压与激光器输出功率的2次多项式公式；2.2利用激光器背光电压Vmon与目标控制电压Vtarget进行闭环控制，利用公式得出设置功率Ps与目标控制电压Vtarget的关系，即Vtarget＝f2(Ps)，由此得到激光器激光器PID目标值控制电压值。5.如权利要求4所述的一种激光器定标及输出功率PID控制方法，其特征在于：所述激光器背光电压为闭环回路的PID硬件控制过程：3.1利用激光器背光电压Vmon与Pd单调对应关系，以Vmon作为PID闭环控制反馈输入，通过设置输出功率Ps利用f2(x)可以计算对应的Vtar...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡潇，付成鹏，杨智，赵家齐，陶金涛，余振宇，汤晓敏，张建涛，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42