[发明专利]半导体激光器平均功率控制环路和消光比控制环路

说明书

本发明公开了一种半导体激光器平均功率控制环路和消光比控制环路包括激光器、半导体激光器驱动电路、背光二极管、基准电流源、平均功率控制环路、消光比控制环路、功率控制逻辑电路和数模转换器，所述半导体激光器驱动电路的输入信号为一对差分模式数据信号以及一对差分模式突发使能禁能信号；本发明采用双环功率控制电路结构，功率控制逻辑电路根据平均功率反馈信号和消光比反馈信号，调节偏置电流和调制电流，使得输出光功率和消光比达到目标值，电路运行稳定、可靠性高。

技术领域

本发明涉及半导体激光器，尤其涉及一种半导体激光器平均功率控制环路和消光比控制环路。

背景技术

半导体激光器作为重要的发光器件，由于调制效率高、高频特性好、调谐方便、无需制冷，是光纤通信的理想光源。半导体激光器主要有两种结构：边缘发射型激光器和垂直腔面发射激光器。边缘发射型激光器，分为分布反馈式型激光器和Fabry-Perot(FB)型激光器。其中分布反馈式型激光器具有良好的信噪比、较快的工作速度和较高的发光效率，通常被用在长距离高速传输网中，而FP激光器是应用较为普遍的一种激光器，但它高频响应慢，发光效率低，通常被用于短距离链接网中。垂直腔面发射激光器，是近年来商用中比较成熟的新型激光器，它有生产成本低、调制效率高的优点，尤其是短波长850nm VCSEL在短距离光纤系统中已得到广泛应用。

半导体激光器是通过电流驱动的发光器件，只有当偏置电流值大于阈值电流时，半导体激光器才会发光。遗憾的是，半导体激光器的阈值电流和发光效率会随温度和寿命变化。半导体激光器的阈值电流随着温度的升高而明显增大，发光效率会随着温度的升高而降低。半导体激光器阈值电流和发光效率的漂移，给其应用带来很大不便。为了克服这些弊病，必须对输出功率进行控制，使激光器的工作能够维持在正确的工作点上。

半导体激光器是理想的光源，但是受温度变化和器件老化的影响很大。关于如何消除平均功率和消光比受随温度变化和器件老化的影响，目前已有单环APC、K因子补偿、双环APC补偿等方法。

光电二极管相比半导体激光器具有良好温度、老化和稳定转换特性，APC利用光电二极管将激光器的输出光功率转换为与之成比例的电流，电流经过电阻R_F后，转换为与输出平均光功率成正比的电压信号。该电压信号与参考电压V_REF经过放大器后产生控制电压V_B，V_B控制半导体激光器驱动电路的偏置电流I_BIAS。因此，输出平均光功率得到了控制。单环APC补偿方法也称为平均功率控制环路，由于光电二极管只需要采集输出平均光功率，因此慢速低成本的光电二极管就能满足该设计的需求。然而，该电路只通过一个反馈环补偿偏置电流，而没有补偿调制电流。如果阈值是激光器受温度变化和老化影响的唯一参数，那么这种方法非常完美。然而，实际工作中激光器的发光效率也要受温度和老化的影响。单环APC补偿电路无法解决发光效率随着温度随着温度和老化的影响问题。

K因子补偿方法是在偏置电流变化时，按比例的增大或减小调制电流。其思路如下：为稳定输出平均光功率，偏置电流由单环APC控制。当偏置电流增加时，电路提取偏置电流的一部分用来调节调制电流。因此，调节后的调制电流就等于原调制电流加上偏置电流乘以一个因子K。该方法能够正常调节的理论前提是将阈值的变化和发光效率的变化近似为线性关系，在具体实现中，激光器的K参数的选择直接影响到调制电流补偿的可行性。由于激光器器件参数的离散性，每只激光器的最佳K值都不一样，为了达到补偿效果，需要为每一只激光器设置合适的K值。因此，K因子补偿方法不具备大规模生产的可行性。