窄線寬可調激光器系統及運行方法技術方案

本發明專利技術為窄線寬可調激光器系統及運行方法，系統的可調激光器模塊含有半導體激光器和與之連接的驅動電路和波長可調控制子模塊，電源管理子模塊的接電感和二極管的開關穩壓器將正電壓轉換為負電壓為系統供電。與主機連接的微控制器經數模轉換與驅動電路連接，傳遞主機指令和激光器狀態。微控制器與掉電檢測子模塊定時檢測激光器電路電壓，發現掉電及時恢復。其運行方法為：初始化后微控制器向激光器發送預置的默認數據幀，讀取激光器返回數據幀，確定無誤，定時檢測有無掉電，接收主機更新指令發送給激光器，將激光器當前的工作狀態信息傳送給主機。本系統只需單電源供電，易于嵌入使用；主機的調諧控制界面簡單直觀，掉電自檢確保運行可靠。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術為，系統的可調激光器模塊含有半導體激光器和與之連接的驅動電路和波長可調控制子模塊，電源管理子模塊的接電感和二極管的開關穩壓器將正電壓轉換為負電壓為系統供電。與主機連接的微控制器經數模轉換與驅動電路連接，傳遞主機指令和激光器狀態。微控制器與掉電檢測子模塊定時檢測激光器電路電壓，發現掉電及時恢復。其運行方法為：初始化后微控制器向激光器發送預置的默認數據幀，讀取激光器返回數據幀，確定無誤，定時檢測有無掉電，接收主機更新指令發送給激光器，將激光器當前的工作狀態信息傳送給主機。本系統只需單電源供電，易于嵌入使用；主機的調諧控制界面簡單直觀，掉電自檢確保運行可靠。【專利說明】
本專利技術涉及半導體激光器
，具體為一種。
技術介紹
可調諧激光器是一種重要的光源器件，在波分復用系統、本振、可重構光分叉復用網絡、干涉測量系統、包交換技術、多業務提供平臺、交叉連接及光開關等領域均需要使用可調諧激光器。可調諧激光器具有成本低、體積小、重量輕、電光轉換效率高、控制簡單等特點，并且波長、功率及通道間隔可調，因此得到越來越廣泛的應用。可調諧激光器多用外腔半導體激光器實現，在可調波長范圍內，使用熱可調標準具濾波器來實現所選定波長的單模操作，內部的波長鎖定器保證了波長的穩定性，直接通過控制電路可以快速地使能波長開關，從而達到調諧的目的。集成的半導體光放大器用來完成對光功率的控制，波長鎖定器通過對半導體光放大器的反饋控制實現前向輸出功率的監測和穩定。研究表明，目前半導體激光器的失效約50%是由于驅動問題，約25%是激光器自身原因，另外25%是不正確的使用導致的。因此在激光器外圍附加驅動電路顯得尤為重要。驅動電路的性能直接影響到電光轉換效率、激光器輸出穩定性和激光器的壽命，對于可調激光器還需要加入外圍的控制電路。為了便于生產和安裝，可調激光器和附加的所有驅動電路、控制電路預安裝在專用的電路板上，組成一個可調激光器模塊。目前集成可調激光器模塊存在三個主要的技術問題:1、需要正、負兩組電源供電，可調激光器需要一組大電流的負電壓供電。為了讓可調激光器模塊易于嵌入到其它系統當中，研制了由單電源供電的可調激光器模塊。單電源采用極性反轉拓撲結構完成正電壓到負電壓的轉換，由于極性反轉拓撲結構在其控制至輸出轉移函數中具有一個右半平面零點，因此該拓撲結構存在穩定性問題。2、控制復雜，使用可調激光器模塊的相關開發人員或工程人員等需要非常熟悉OIF (光互聯論壇，Optical Internetworking Forum的縮寫)的多源協議。3、在一些有特殊要求的場合(如存在其它強電磁干擾的場合)可調激光器會出現掉電等故障，這些應用場合由于經常涉及到國家的防務安全，更需要可調激光器模塊的工作穩定可靠。因此目前亟需開發一個克服上述問題的可調激光器系統。
技術實現思路
本專利技術的目的是設計一種窄線寬可調激光器系統，配有電源管理子模塊，該模塊中開關穩壓器實現正電壓到負電壓的轉換，本可調激光器模塊使用普通的單電源供電，易于嵌入應用系統安裝使用。本專利技術的另一目的是設計上述窄線寬可調激光器系統的運行方法。本專利技術的設計的窄線寬可調激光器系統，包括有可調激光器模塊，可調激光器模塊含有半導體激光器和安裝在電路板上的、與激光器連接的驅動電路子模塊和波長可調控制子模塊，還包括電源管理子模塊，電源管理子模塊的主要部件為開關穩壓器，正電壓接入開關穩壓器的輸入端，開關穩壓器的輸出端接電感和二極管，實現輸入正電壓反轉為負電壓，輸出負電壓。開關穩壓器的輸入端和輸出端還分別接有輸入電容和輸出電容，作為補償電容以提供更大的相位裕量。本窄線寬可調激光器系統與主機相連接，微控制器經數模轉換子模塊與驅動電路子模塊連接，微控制器經四線數字接口與主機連接。主機的控制信息經微控制器、數模轉換子模塊送入驅動電路子模塊，控制激光器的波長調諧，激光器的工作狀態也經微控制器傳送給主機。主機可置于遠端。本窄線寬可調激光器系統還配有掉電檢測子模塊，該子模塊包括精密儀表放大器和模數轉換器，精密儀表放大器與激光器電路上的檢測電阻相并聯，精密儀表放大器經模數轉換器與微控制器連接。精密儀表放大器采集檢測電阻的電壓值并放大，經模數轉換器將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號。微控制器由其內的時鐘控制定時檢測電壓信號，低于其所存儲的激光器正常工作的電壓值，則判斷為掉電，微控制器向激光器發送指令，經數模轉換子模塊和驅動電路子模塊送入激光器，使之恢復正常工作，避免激光器掉電停止工作，保證其工作穩定可靠。本窄線寬可調激光器系統還配有保護電路子模塊，其與激光器連接，包括延時軟啟動保護電路、限流保護電路和上電沖擊保護電路三個部分，防止驅動電路子模塊的過驅動、避免半導體激光器受到電沖擊，保護激光器安全啟動和可靠工作。本專利技術窄線寬可調激光器系統的運行方法的步驟如下:1、開始電源管理子模塊通電，給可調激光器模塊和微控制器供電，微控制器初始化；I1、默認數據幀微控制器向激光器發送一組默認數據幀，包括激光器的輸出光的功率、波長及通道間隔，此默認數據幀根據用戶需要預先設置；II1、讀取返回數據幀激光器收到默認數據幀，按此運行，同時發送返回數據幀到微控制器；微控制器收到返回數據幀確認激光器運行無誤，將激光器當前的工作狀態信息傳送給主機；否則返回步驟II，微控制器重新向激光器發送默認數據幀；IV、激光器掉電檢測 微控制器由其內的時鐘控制定時采集掉電檢測子模塊的檢測電壓信號，當電壓檢測正常時，繼續定時檢測；而當檢測電壓低于其所存儲的激光器正常工作的電壓值，則判斷為掉電，返回步驟II，微控制器重新向激光器發送默認數據幀；定時檢測周期在微控制器設定；V、主機控制指令當需要更新激光器的波長、光功率、通道間隔時，管理人員從主機的控制界面向微控制器發送中斷當前運行請求及更改波長、光功率、通道間隔中一項或多項的數據；V1、發送更新數據幀微控制器接收主機控制指令，并立即執行中斷請求，將更新數據幀發送給激光器；VI1、讀取更新數據幀的返回數據幀激光器收到更新數據幀，按此在新的狀態運行，同時發送返回數據幀到微控制器；微控制器收到返回數據幀確認激光器按更新狀態運行無誤，將激光器當前的工作狀態信息傳送給主機；否則返回步驟VI，微控制器重新向激光器發送更新數據幀；VII 1、繼續激光器掉電檢測微控制器由其內的時鐘控制定時采集掉電檢測子模塊的檢測電壓信號，當電壓檢測正常時，繼續定時檢測；否則返回步驟VI，微控制器重新向激光器發送更新數據幀。與現有技術相比，本專利技術的優點為:1、電源管理子模塊實現了正電壓到負電壓的轉換，本系統的可調激光器模塊只需要9?20V的單電源供電，激光器模塊更易于嵌入到其它系統當中；2、通過主機實現了激光器模塊的可調諧，主機的軟件控制界面簡單直觀，不需要開發人員或工程人員去了解具體的通信協議就可以完成激光器模塊光功率、波長和通道間隔的調諧；3、掉電檢測子模塊和微控制器實現了激光器模塊的自檢，解決了激光器的掉電問題，以確保特殊場合激光器運行不中斷，增強了可調激光器的魯棒性和實用性；4、保護電路確保激光器啟動和運行的安全。【專利附圖】【附圖說明】圖1本窄線寬可調激光器系統實施例的結構框圖；圖2圖1中電源管理子模塊的結構框圖；圖3本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
窄線寬可調激光器系統，包括有可調激光器模塊，可調激光器模塊含有半導體激光器和安裝在電路板上的、與激光器連接的驅動電路子模塊和波長可調控制子模塊，其特征在于：?還包括電源管理子模塊，電源管理子模塊的主要部件為開關穩壓器，正電壓接入開關穩壓器的輸入端，開關穩壓器的輸出端接電感和二極管，輸出負電壓。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹怡輝，代豐羽，朱少林，王景國，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第三十四研究所，
類型：發明
國別省市：