一种全光纤结构的稳定光源光功率输出装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全光纤结构的稳定光源光功率输出装置，其由光源、耦合器、ＰＩＮ探测器和信号处理单元构成，所述信号处理单元包括Ｉ／Ｖ转换电路、ＤＳＰ处理器、Ｄ／Ａ转换电路和光源驱动电路；光源与耦合器的一根入纤熔接，ＰＩＮ探测器的尾纤与耦合器的一根出纤熔接，ＰＩＮ探测器输出光强电流信号Ｉ给Ｉ／Ｖ转换电路进行电流转换，经Ｉ／Ｖ转换电路转换后输出的光强电压信号Ｖ，经ＤＳＰ处理器的片内Ａ／Ｄ转换器转换为数字电压信号Ｖ↓［Ｄ］，所述数字电压信号Ｖ↓［Ｄ］在ＤＳＰ处理器中进行ＰＩＤ算法处理后输出数字控制信号给Ｄ／Ａ转换电路，Ｄ／Ａ转换电路输出一个模拟控制电压信号Ｖ↓［Ａ］驱动光源驱动电路，产生一个驱动光源的电流信号Ｉ↓［Ａ］，从而使光源工作在设定的光功率输出点上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字化自动光功率控制装置，具体地说，是指一种利用负反馈原理调整光源的驱动控制，使光功率输出保持稳定。该装置利用光功率波动导致探测器光电流改变的特性，检测光电流的改变量，通过电路负反馈控制改变光源的驱动电流，抑制光功率的波动，从而达到稳定光源光功率输出的目的。
技术介绍
自动功率控制(Automatic power control简称APC)装置是新型光源中的重要组成部分，要使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响，确保激光器输出功率稳定，就必须设计自动功率控制(APC)电路。传统的光源控制是采用高精度恒流源为光源提供驱动电流，并对光源进行温度控制，采用恒流源与温控相结合的方式来稳定光功率。随着光电测试精度及光通信的要求不断提高，对光源的精度和稳定性提出了更高的要求。而传统的光控模式是按指定量的开环控制，由于其工作原理决定了技术上有一些难以解决的困难。如(1)没有自动修正偏差的能力，其控制量会随着时间的变化而改变。(2)抗扰动能力差，电源电压的波动、电磁干扰、负载的变化均会对光源的功率输出产生较大影响。(3)对环境温度极其敏感，在全温工作环境下，光功率输出有很大的变化，严重时，导致系统无法正常工作。(4)对光源的控制不能灵活处理，无法实现对光源的控制保护措施。目前大多数光控均采用模拟式恒流源配合温控的方式。缺陷在于动态范围小、稳定性差、控制方式单一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种数字式自动光功率控制及光源控制保护的装置，该装置中光路采用全光纤连接。闭环反馈控制装置使光源始终工作在稳定的光功率点上，采用本专利技术的数字式闭环控制模式提高了控制的精度和稳定性，提高了控制的动态范围。本专利技术是一种全光纤结构的稳定光源光功率输出装置，由光源、耦合器、PIN探测器和信号处理单元构成，所述信号处理单元包括I/V转换电路、DSP处理器、D/A转换电路和光源驱动电路；光源与耦合器的一根入纤熔接，PIN探测器的尾纤与耦合器的一根出纤熔接，PIN探测器输出光强电流信号I给I/V转换电路进行电流转换，经I/V转换电路转换后输出的光强电压信号V，经DSP处理器的片内A/D转换器转换为数字电压信号VD，所述数字电压信号VD在DSP处理器中进行PID算法处理后输出数字控制信号给D/A转换电路，D/A转换电路输出一个模拟控制电压信号VA驱动光源驱动电路，产生一个驱动光源的电流信号IA，从而使光源工作在设定的光功率输出点上。所述的全光纤结构的稳定光源光功率输出装置，其DSP处理器中进行PID算法处理步骤有(A)预置增量式PID算法中的0阶系数q0=kp(1+TTi+TdT),]]>1阶系数q1=-kp(1+2TdT),]]>2阶系数q2=KpTdT,]]>预置光功率初始值yo，式中，kp表示比例系数，T表示采样周期，Ti表示积分系数，Td表示微分系数；(B)接收A/D转换器输出的数字电压信号VD，并将数字电压信号VD与步骤(A)中的光功率初始值yo进行减法运算，获得光功率输出偏差量e(k)；(C)将步骤(B)中获得的光功率偏差量e(k)与步骤(A)中的0阶系数q0、1阶系数q1、2阶系数q2进行先乘后加运算得到增量式PID输出值Δu(k)＝q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)；(D)将步骤(C)中得到的增量式PID输出值Δu(k)与前一时刻光功率控制量u(k-1)作加法运算得到当前时刻光功率控制量u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，并将当前时刻光功率控制量u(k)输出给D/A转换电路。所述的全光纤结构的稳定光源光功率输出装置，其DSP处理器选取TMS320F206芯片，耦合器选取95/5的分光比耦合器，光源选取SLD光源或者ASE光源，光电探测器是PIN硅光电二极管。本专利技术的数字式自动光功率控制装置与传统光控装置相比，其优点(1)采用全光纤传输，其绝缘性能好；(2)抗扰动能力强，稳定性好；(3)负反馈控制采用数字式控制，控制方式灵活多样，改进方便。附图说明图1是本专利技术光源功率信号处理框图。图2A是光源驱动电路原理图。图2B是D/A转换电路原理图。图2C是I/V转换电路原理图。具体实施例方式请参见图1所示，本专利技术是一种采用全光纤连接的数字式自动光功率控制装置，该光功率控制装置由光源、耦合器、PIN探测器和信号处理单元构成。所述的光源与耦合器的一根入纤熔接，光电探测器的尾纤与耦合器的一根出纤熔接；PIN探测器输出光强电流信号给信号处理单元中的I/V转换模块，I/V转换模块输出的光强电压信号经信号处理单元DSP中的片内A/D转换器将采集的电压信号转换为数字量，经DSP进行PID算法处理后输出控制信号给D/A转换器；D/A转换器将DSP输出的数字控制信号转换为模拟电压信号输出至受控恒流源，产生驱动电流驱动光源。本专利技术的控制方法采用负反馈原理调整光源的驱动控制，使光功率输出保持稳定。光源发出的光经过耦合器后一部分注入PIN光电探测器，光电流的波动即可表征光功率的波动，对由光电流波动导致的控制系统偏差，进行负反馈控制，改变光源的驱动电流，就可以直接的稳定光源光功率的输出。在本专利技术中，所述光源是SLD光源或者ASE光源，光电探测器是PIN硅光电二极管，DSP选取TMS320F206芯片。数字式自动光功率控制装置的光路中由光源发出的光经过耦合器后由耦合器分为两束，耦合器的出纤与光电探测器的尾纤熔接，因此输入光电探测器的光只携带了光源输出的一部分光功率，但与光源的输出光功率成线性比例关系，故可以光电探测器中的光电流来表征光源输出光功率的大小。所述PIN探测器中的探测到的电流满足i＝iso+i＝g·u+S·P，式中，iso表示暗电流，i表示光电流，g表示光电二极管的内导，u表示曲膝电压，S表示光电二极管的灵敏度，P表示输入的光功率。在本专利技术中，全光纤结构的稳定光源光功率输出装置，其DSP处理器中进行PID算法处理步骤有 (A)预置增量式PID算法中的0阶系数q0=kp(1+TTi+TdT),]]>1阶系数q1=-kp(1+2TdT),]]>2阶系数q2=KpTdT,]]>预置光功率初始值yo，式中，kp表示比例系数，T表示采样周期，Ti表示积分系数，Td表示微分系数；(B)接收A/D转换器输出的数字电压信号VD，并将数字电压信号VD与步骤(A)中的光功率初始值yo进行减法运算，获得光功率输出偏差量e(k)；(C)将步骤(B)中获得的光功率偏差量e(k)与步骤(A)中的0阶系数q0、1阶系数q1、2阶系数q2进行先乘后加运算得到增量式PID输出值Δu(k)＝q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)；(D)将步骤(C)中得到的增量式PID输出值Δu(k)与前一时刻光功率控制量u(k-1)作加法运算得到当前时刻光功率控制量u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，并将当前时刻光功率控制量u(k)输出给D/A转换电路。DSP处理器片内PID采用增量PID算法控制，PID算法可先采用经验试凑法确定，为适应对不同光电管的控制要求，可在试凑法达到目的的情况下，采用自寻的最优法。增量PID算法公式推演如下y(k)=kp+y0]]>可以推得，当t＝k-1时的差分方程y(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤结构的稳定光源光功率输出装置，其特征在于：由光源、耦合器、ＰＩＮ探测器和信号处理单元构成，所述信号处理单元包括Ｉ／Ｖ转换电路、ＤＳＰ处理器、Ｄ／Ａ转换电路和光源驱动电路；光源与耦合器的一根入纤熔接，ＰＩＮ探测器的尾纤与耦合器的一根出纤熔接，ＰＩＮ探测器输出光强电流信号Ｉ给Ｉ／Ｖ转换电路进行电流转换，经Ｉ／Ｖ转换电路转换后输出的光强电压信号Ｖ，经ＤＳＰ处理器的片内Ａ／Ｄ转换器转换为数字电压信号Ｖ↓［Ｄ］，所述数字电压信号Ｖ↓［Ｄ］在ＤＳＰ处理器中进行ＰＩＤ算法处理后输出数字控制信号给Ｄ／Ａ转换电路，Ｄ／Ａ转换电路输出一个模拟控制电压信号Ｖ↓［Ａ］驱动光源驱动电路，产生一个驱动光源的电流信号Ｉ↓［Ａ］，从而使光源工作在设定的光功率输出点上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晞，张春熹，贾豫东，杨远洪，欧攀，李彦，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]