[发明专利]用于控制来自脉冲式激光器的光输出功率的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及在诸如无源光网络(PON)之类的通信网络中使用的脉冲式激光二极管，并且特别地涉及用于控制由所述脉冲式激光二极管所产生的光输出功率的反馈控制电路。

背景技术

激光二极管一般用于经由光纤网发送数据信息。为了达到更高速数据率，激光二极管可以利用驱动电流来偏置，因此它处于‘ON’并且至少生成最小的光输出。当二极管被偏置时，所述二极管可以利用附加电流来驱动，使得二极管的光输出随时间在两个功率输出电平之间改变。二极管的一个功率输出电平可以表示逻辑低或0，而所述二极管的另一功率输出电平可以表示逻辑高或1。消光比是被应用于在逻辑1光功率电平和逻辑0光功率电平之间dB关系的项。

与连续式激光器对比，脉冲式激光器只在选择的间隔期间生成输出。应当理解，脉冲式发送器本来是关闭的并且不发送光信号，直到接收到脉冲式输入信号。与常规发送器的输出的光信号的恒定传输相比，脉冲式发送器只在接收到输入信号时操作。应当理解，输入信号可以是各种长度的数据，其中一些信号可以短达10微秒，例如在DOCSIS脉冲信号的情况下。在千兆PON(GPON)中，最小脉冲时间是32ns，包括前同步码、定界符和数据。每一脉冲的最小数据量是1字节(6.4ns)。

激光器输出功率由通过激光器的电流量来设置。典型情况下，偏置电流被应用来使激光器达到其阈值，然后添加调制电流以便利用基带数字信号来对激光器进行幅度调制。在调制电流和激光器输出功率之间的关系通常被称为“斜度效率”。随着温度增加，激光阈值增加并且斜度效率减小。随着温度减小，激光阈值减小并且斜度效率增加。随着激光器老化，激光阈值增加并且斜度效率减小。激光器老化与在较高温度下的操作十分类似。

为了补偿温度波动和老化，许多激光器驱动器控制电路使用模拟控制回路来保持来自激光器的恒定平均输出功率。功率监视器光电二极管感测激光器的输出功率以便反馈给驱动器控制电路。特别地，功率监视器光电二极管一般从激光器的后腔面接收输出功率的一部分并且产生与来自所述激光器的前腔面的输出功率成比例的电流。把激光器的前腔面与纤芯对准以便创建信号输出路径。

激光器驱动器控制电路可以包括模拟回路，用于把光电二极管电流与基准电流值相比较。根据该比较，驱动器控制电路调整偏置电流以便减小在光电二极管电流和基准电流之间的误差。在一些电路中，作为替代方式，光电二极管电流被施加到电阻器以便生成用于指示激光器的输出功率的监视器电压。然后驱动器控制电路把监视器电压与基准电压相比较并且控制激光器驱动电流以便减小误差。

使用的模拟控制回路可以是开环或闭环电路。在开环电路中，温度指数查找表用于偏置和调制电流。实现此方法的一个障碍是产生查找表本身，这是一个费时的过程。另外，通常通过按照激光器的规格把激光器功率设置为最大允许值然后随时间使激光器出故障来解决激光器老化的问题。不幸地，这增加了提前使激光器老化的效应。

闭环控制电路通常比开环电路更好地解决温度波动和激光器老化。闭环控制电路可以使用单闭环或双闭环。在单环控制电路中，使用光电二极管作为监视器在每一脉冲期间测量平均功率电平。然后调整偏置电流以便保持来自光电二极管的恒定电流。一般使用温度指数查找表来调整调制电流。不幸地，此技术并不是一个保持高消光比同时没有严重眼图失真风险的有效方式。

在双闭环控制电路中，调整偏置电流直到达到所想要的逻辑电平0并且调整调制电流以便把在每一脉冲期间的平均发送功率保持在所想要的电平。虽然在原则上双闭环控制电路提供了最好的响应，但是这可能难于实现，特别是在使用非常高的消光比时。这是因为高消光比要求非常低的逻辑0功率电平，在一些情况下小于10微瓦，这可能十分难于测量。为了确保准确测量0功率电平，一般必须测量延长的0串。

发明内容