一种带有温度补偿的光模块调节方法与流程

1.本发明属于光通信技术领域，具体地说，涉及一种带有温度补偿的光模块调节方法。


背景技术：

2.在光通信技术领域中，传统给出dfb激光器的光功率表达式为：p=（i-ith）*se，其中p是光功率，i是激光器的偏置电流，ith是激光器的阈值电流，se是激光器的发光效率。传统的关于自动光功率和消光比的算法都是基于此表达式。
3.但是实际情况中，上述表达式并不能精确表达光模块的发射端光功率。因为阈值电流ith在不同的温度下的值并不是线性的，而且发光效率se也是一个可以随温度变化的值。所以在将两个随温度改变量难以控制的参数作为衡量因子的基础上，得到的光功率和消光比的值也是存在温度带来的误差的。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的上述缺陷，提出了一种带有温度补偿的光模块调节方法，以激光器的固有参数：激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，来描述不同温度t下对应的发光平均功率p、消光比er、激光器偏置电流i和激光器调制电流m的关系，从而实现了在不同温度变化下，也能精准控制发光平均功率p和消光比er。
5.本发明具体实现内容如下：本发明提出了一种带有温度补偿的光模块调节方法，用于对光模块的光功率和消光比进行控制，包括以下步骤：步骤1：以激光器的三个固有参数作为衡量因子，来描述不同温度t下对应的发光平均功率p、消光比er、激光器偏置电流i和激光器调制电流m的关系；三个所述固有参数包括：激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c；步骤2：计算测量得到实际使用中的激光器具体的激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c；步骤3：在不同的温度t情况下，设定需要的发光平均功率p和消光比er的目标值，然后根据设定的目标值反向推导得到需要设定的激光器偏置电流i和激光器调制电流m。
6.为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤1，以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于发光平均功率p的关系式，具体关系如下：；
式中，p为发光平均功率，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，t为具体对应的温度，m为激光器调制电流。
7.为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤1中，以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于消光比er的关系式，具体关系如下：；式中，er为消光比，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，m为激光器调制电流。
8.为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤1中，以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于激光器偏置电流i的关系式，具体关系如下：；式中，er为消光比，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，m为激光器调制电流。
9.为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤1中，以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于激光器调制电流m的关系式，具体关系如下：；式中，er为消光比，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，m为激光器调制电流。
10.为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤2的具体操作为：步骤2.1：对于实际使用的激光器，选取三个不同的温度点；步骤2.3：在三个不同的温度点对应的情况下给激光器提供不同的激光器偏置电流i且不提供激光器调制电流m；步骤2.3：测量三个温度点下激光器分别的发光平均功率p；步骤2.4：根据步骤1描述的关系反向得到激光器的激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c。
11.为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤2.1中选取的温度点之间的间隔大于3℃。
12.本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：本发明公开了一种带有温度补偿的光模块调节方法，其为一种全新的进行光模块的控制调节方法，一改传统的以光功率表达式：p=（i-ith）*se为参考来对光模块进行调节的方法。换为以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子来描述发光平均功率。相比于传统的方式中因为阈值电流ith在不同的温度下的值并不是线性的，而且发光效率se也是一个可以随温度变化的值
从而造成的温度改变而带来的不精确性，本发明所采用的方法进行描述的关系在不同的温度下，其关系的固定的，不会因温度的变化而造成改变，从而达到了更加精确的测量和调节。
附图说明
13.图1为本发明大致流程示意图；图2为本发明具体实施的完整流程示例图。
具体实施方式
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
16.实施例1：本实施例提出了一种带有温度补偿的光模块调节方法，用于对光模块的光功率和消光比进行控制，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：以激光器的三个固有参数作为衡量因子，来描述不同温度t下对应的发光平均功率p、消光比er、激光器偏置电流i和激光器调制电流m的关系；三个所述固有参数包括：激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c；步骤2：计算测量得到实际使用中的激光器具体的激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c；步骤3：在不同的温度t情况下，设定需要的发光平均功率p和消光比er的目标值，然后根据设定的目标值反向推导得到需要设定的激光器偏置电流i和激光器调制电流m；图1中，bias即为激光器偏置电流i；mod即为激光器调制电流m。
17.实施例2：本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤1：（1）以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于发光平均功率p的关系式，具体关系如下：
；式中，p为发光平均功率，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，t为具体对应的温度，m为激光器调制电流。
18.（2）以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于消光比er的关系式，具体关系如下：；式中，er为消光比，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，m为激光器调制电流。
19.（3）以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于激光器偏置电流i的关系式，具体关系如下：；式中，er为消光比，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，m为激光器调制电流。
20.（4）以激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c作为衡量因子，建立关于激光器调制电流m的关系式，具体关系如下：；式中，er为消光比，a为激光器发光效率随温度变化的斜率，b为激光器的整体光路耦合的损失，c为激光器原始发光效率，i为激光器偏置电流，m为激光器调制电流。
21.本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
22.实施例3：本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤2的具体操作为：步骤2.1：对于实际使用的激光器，选取三个不同的温度点；选取的温度点之间的间隔大于3℃。
23.步骤2.3：在三个不同的温度点对应的情况下给激光器提供不同的激光器偏置电流i且不提供激光器调制电流m；步骤2.3：测量三个温度点下激光器分别的发光平均功率p；步骤2.4：根据步骤1描述的关系反向得到激光器的激光器发光效率随温度变化的斜率a、激光器的整体光路耦合的损失b和激光器原始发光效率c。
24.本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
25.实施例4：本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，如图2所示，给出一个实施举例：
首先需要确定发射端的a、b、c三个参数，可以取不同的三个温度点（生产过程中为了节约升降温时间温度间隔可以取3℃），给不同bias且不给mod时测试此三个点的光功率，代进方程即可求出a、b、c三个参数。bias即为激光器偏置电流i；mod即为激光器调制电流m；例如有三组p、i、t：0℃时，加bias 35ma，测得光功率为1.1423mw；25℃时，加bias 40ma，测得光功率为1.1308mw；70℃时，加bias 50ma，测得光功率为1.0078mw；分别把p、i、t代进去可列一个三元一次方程即可求出： a=-0.0002,b=-0.1772,c=0.0377。得到系数后将其作为激光器的性能参数存在固定的寄存器中，以便后面调取。
26.然后设定一个合适的目标光功率，比如做100g cwdm4（一种常见的数据中心使用的光模块）；这种光模块的可以设定需要的目标光功率p=0.0005*t*t 0.0073*t 1.4125，其中t是温度，p是光功率，单位为mw。分别将系数写进固定寄存器中，以便后面调取。
27.调用公式i=(p-b）/(at c)后便可算出任一温度点的bias大小：0℃时：i=(p-b）/(at c)=42.17ma25℃时：i=(p-b）/(at c)=43.92ma70℃时：i=(p-b）/(at c)=49.67ma得到确定的bias值大小后，就可以根据激光器的驱动芯片的寄存器设置实际需要产生的bias。
28.接着设置目标消光比er，例如做100g cwdm4这种光模块的可以设定目标er=0.0001*t*t 0.0045*t 4.3，其中t是温度，er是消光比，单位是db。分别将系数写进固定寄存器中，以便后面调取。
29.把er带入公式，就可以算出任一温度点的对应的mod大小：0℃时：25℃时：70℃时：得到确定的mod值大小后，就可以根据激光器的驱动芯片的寄存器设置实际需要产生的mod。
30.在生产过程中如果遇到激光器的极端情况，比如有些激光器出光在生产时本身就耦不大，导致固定的发光效率参数c偏小，那么就需要把目标p的进行整体往下调整。实验发
现正常激光器的参数c=0.0377，如果激光器的参数c偏差很大或者很小，那么目标的光功率值就需要做一个相应比例的微调整，即：p=0.0377/c*（0.0005*t*t 0.0073*t 1.4125）。
31.最后根据公式计算，把任一温度下的实时光功率和消光比进行监控。4pcs cwdm4模块一共20pcs激光器的三温下的眼图结果如下表1、表2和表3所示：表1 0℃的数据表：表2 25℃的数据表：
表3 70℃的数据表：由以上实验结果可以看出，三温的目标光功率误差均在0.5dbm以内，三温的目标消光比误差均在0.5db以内，且非高温的消光比误差基本在0.3db以内。所以从结果来看使用此方法确实可以对光模块的输出光功率和消光比比较精确的控制。
32.本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
33.实施例5：本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上，给出以下一组试验论证数据进行分析：如下表4、表5、表6、表7、表8所示：表4 试验数据第一部分：
表5 试验数据第二部分：
表6 试验数据第三部分
表7 试验数据第四部分
表8 试验数据第五部分
对表4、表5、表6、表7和表8的数据进行回归统计，得到以下表9的结果：表9 回归统计结果：表9中：multiple r即相关系数r的值，和我们之前做相关分析得到的值一样，大于0.8表示强正相关。 r square是r平方值，即r的平方，又可以叫判定系数、拟合优度，取值范围是[0,1],r平方值越大，表示模型拟合的越好。一般大于70%就算拟合的不错，60%以下的就需要修正模型了。 adjusted r square是调整后的r方，这个值是用来修正因自变量个数增加而导致模型拟合效果过高的情况，多用于衡量多重线性回归。
[0034]
方差分析结果如下表10所示：
表10为方差分析表，其中：df是自由度，ss是平方和，ms是均方，f是f统计量，significance f是回归方程总体的显著性检验，其中我们主要关注f检验的结果，即significance f值，f检验主要是检验因变量与自变量之间的线性关系是否显著，用线性模型来描述他们之间的关系是否恰当，越小越显著。残差是实际值与预测值之间的差，残差图用于回归诊断，回归模型在理想条件下的残差图是服从正态分布的。
[0035]
t检验结果如下表11所示表11 t检验分析结果表中：intercept表示函数的截距，也就是常数项。x variable 1表示函数的变量1，x variable 2表示函数变量2，x variable 3表示函数变量3，coefficients表示函数各变量的系数。t-stat表示t 统计量（=回归系数/系数标准误差）用于与临界值相比，越大越好。p-value值称为弃真概率，越接近0表明我们的假设越正确，相关性越高。lower 95% /upper 95% /下限 95.0% /上限 95.0% 表示95%置信区间的上下限值。
[0036]
由上面的回归分析结果可以得出光功率表达式为：p=-0.00021*i*t 0.027711*i-0.17725从此可以看出，前面关于激光器发光功率的表达式p= (at c)i b是非常准确的。
[0037]
基于新的激光器光功率表达式，就可以对不同温度下的激光器参数有了非常精确的控制。
[0038]
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
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以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。