专利名称：一种半导体激光器的校准测试方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光器的校准测试方法，尤其涉及一种基于电吸收调制半导体激光器或直接调制半导体激光器�？槭旨嗫夭糠值男Ｗ疾馐苑椒ǎ煌保梅椒ㄒ部捎τ糜诠饽？榈男Ｗ疾馐裕粲诠馔ㄐ帕煊�。
背景技术：
目前，半导体激光器作为关键器件已广泛应用于光纤通信网络的建设中，用于将通信信息加载到光信号上进入光纤进行传输。为了获得稳定的输出功率、波长等激光特性，大多数半导体激光器需要内置制冷器用于稳定激光器的管芯温度。
理论上激光器管芯内部的温度是控制恒定的，不会随外部的温度的变化而变化。但由于内部感温器件(例如热敏电阻)的位置和激光器管芯的位置有位置和距离差异，当环境温度变化时，温度监控点和激光器管芯间必然存在着温度梯度，从而造成监控参考温度与实际激光器管芯温度不一致，并且这个温度差会随着外部温度的改变而改变，导致用于上报系统的监控量值与实际测试值出现偏差，造成激光器跟踪误差，从而给激光器�？榛蛘呤褂眉す馄鞯哪？楣夤β始嗫谼DM校准的准确性和精度带来不确定性以及误差。目前工业界采用的外部校准方法，通过对激光器内部背向光探测器的监控，采取两点校准，未考虑到温度梯度和环境温度变化的影响，虽然可减小跟踪误差，但校准精度不准，不能从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的解决上述技术问题，提出一种半导体激光器的校准测试方法，所述校准测试方法还可应用于光�？榈男Ｗ疾馐�。本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现
一种半导体激光器的校准测试方法，所述半导体激光器包括分布式反射激光管芯，与分布式反射激光管芯输出端连接的背向光探测器，用于温度监控的热敏电阻及温度控制器；
所述背向光探测器的输出端与电流取样电阻的输入端连接，所述电流取样电阻的输出端连接有一用于采集、监测信号的微处理器，所述热敏电阻与温度控制器均与微处理器连接，
所述半导体激光器校准测试方法包括如下步骤
51、半导体激光器温度校准；
52、常温状态下，微处理器判断SI中的校准后温度是否达到设定温度，否则等待，直至达到设定温度，所述常温指15°C -30°C ；
53、常温状态下，微处理器对半导体激光器�？榭�、关状态下�？楣夤β式屑嗫匦�
准；
54、高温状态下，微处理器判断SI中的校准后温度是否达到设定温度，否则等待，直至达到设定温度，该设定温度与常温状态下设定温度一致，从而保证在不同环境温度下Si中的校准后温度保持一致，所述高温是指65°c -85°C ；
S5、高温状态下，微处理器对半导体激光器进行监控校准，结合S3中的校准值进行校准。优选地，所述SI温度校正包括如下步骤
S11、常温采样在常温状态下，微处理器读取并储存半导体激光器�？榈氖导饰露燃鞍氲继寮す馄髂？槟诓咳让舻缱璧募嗖馕露戎担魑Ｎ伦刺碌氖导什馐灾岛臀⒋砥鞯募嗫刂担凰龀Ｎ赂萦τ每梢晕�20°c -30°c。S12 :高温采样在高温状态下，微处理器读取并储存半导体激光器�？榈氖导饰露燃鞍氲继寮す馄髂？槟诓咳让舻缱璧募嗖馕露戎担魑呶伦刺碌氖导什馐灾岛臀⒋砥鞯募嗫刂担凰龀Ｎ赂萦τ每梢晕�70°C -85°C。 S13 :对比处理微处理器对Sll与S12中常温值与高温值进行拟合得出半导体激光器�？槭导饰露扔肴让舻缱璧募嗖馕露戎刀杂叵登�。优选地，所述S3的常温状态下监控校准包括如下步骤
531、采样，微处理器采集存储温度上报值t0，打开半导体激光器�？椋杉⒋娲氲继寮す馄髂？榈墓夤β始嗫刂导笆导史⒐夤夤β手担�
关闭半导体激光器�？椋杉⒋娲氲继寮す馄髂？榈墓夤β始嗫刂导笆导史⒐夤夤β手担�
532、拟合判断，微处理器对采集到的开关半导体激光器状态下的数据进行拟合，根据y=ax+b确定光功率监控值与实际发光光功率值的关系，其中y为实际发光光功率值，X为光功率监控值。 优选地，所述S5的高温状态下监控校准包括如下步骤
551、米样，打开半导体激光器�？�,微处理器米集存储半导体激光器�？榈墓夤β始嗫刂导笆导史⒐夤夤β手导案呶伦刺挛露壬媳ㄖ祎l ；
552、拟合判断，微处理器对S51、S31中采集的数据进行拟合，根据y=ax+b+c(tl-tO)确定存在温度梯度情况下，光功率监控值与实际发光光功率值的关系，其中I为实际发光光功率值，X为光功率监控值，a、b为经过常温校准后确定的系数；
553、微处理器将拟合校准后得到的数据作值存储。优选地，所述半导体激光器模块测试方法还包括常温调试、及高温调试，所述常温调试与高温调试均在�？樾Ｗ挤椒ㄖ敖校üＮ掠敫呶碌魇越玫降牟问到心夂希龅某Ｎ潞透呶碌魇苑直鸲愿飨畈问ㄊ淙�、输出光功率、消光比、交叉点、波长、最佳灵敏度电压、信号丢失使能、信号恢复使能。优选地，所述半导体激光器�？椴馐苑椒ɑ拱？樾Ｗ挤椒ㄖ蟮男畔⒋砑白詈蟾呶录煅椴馐裕龈呶录煅椴馐越鼋鍪嵌阅？榈牟问鱿嘤Φ暮细窦煅�。优选地，所述校准测试方法适用于具有该半导体激光器的光�？�。本发明的有益效果主要体现在充分考虑了温度梯度对半导体激光器校准精度的影响，解决了激光器跟踪误差，有效的提高了半导体激光器的校准精度。
图I是本发明半导体激光器内部结构和外围控制框图。图2是本发明半导体激光器模块测试流程框图。图3是本发明�？樾Ｗ嫉木咛辶鞒炭蛲�。
具体实施例方式半导体激光器的校准误差主要来自于激光器件内部管芯和温度参考点的温度梯度，它直接影响了发射端光功率、波分复用(WDM)通道的光波长、收端光功率等的校准。考虑到这些校准方法的共通性，本文只针对发光光功率校准和监控展开说明。以下就广泛应用在光纤通信的具有温控的EML激光器为例，具体介绍下本发明的测试方法，当然，该方法也适用于其它的半导体激光器。
如图I所示，与现有技术一致，具有温控的半导体EML激光器100，由电吸收(EA)101、分布式反射激光管芯(DFB) 108、背向光探测器(PD) 103、温度监控热敏电阻102、温度控制111等构成。外围控制电路主要是用于实现激光器的输出光功率控制和温度控制电流源电路109发出的背向光进入到背向光探测器103中形成光电流，通过电流取样电阻104转换为电压信号送入到微处理器(MCU) 106的模数转化器(ADCl) 105。根据模数转化器(ADCl) 105采集的监控值，微处理器(MCU) 106进行处理后设置数模转换器(DACl) 112的输出，去控制电流源电路109调整分布式反射激光管芯108的输出光功率，从而形成闭环光功率控制(APC环路)。对于半导体EML激光器100的温度控制，利用热敏电阻102对温度的监控量输入到微处理器106的模数转化器(ADC2) 107，通过在微处理器106的计算，控制数模转换器(DAC2) 113的设置，从而通过控制TEC控制电路110达到稳定半导体EML激光器100温度的目的。结合图2所示，所述半导体EML激光器模块测试方法包括如下步骤，
步骤I、初始化下载固件，并通过串口例如I2C或其它接口对�？榈母飨畈问谐跏寂渲貌⑾略氐侥？榈哪诖嬷�。步骤2、常温调试在常温状态下调试�？榈母飨畈问柚檬蛊浯锏缴瓒ǖ姆段冢缡淙攵斯夤β�、输出端光功率、输出调制光眼图的消光比和交叉点、输出光波长、最佳灵敏度电压(APD电压)、信号丢失使能(L0SA)、信号恢复使能(LOSD)等相关参数。针对本发明，在常温调试中，也会对温度进行校准，因为现有的模块内部温度监控探测器(热敏电阻)上报的温度并不能真实的反映模块真实的温度。在常温温度监控校准时，我们会记录下此时的真实�？槲露扔肽？槟诓课露忍讲馄魃媳ǖ腁DC值作为常温点(Tl)
步骤3、高温调试由于�？榈挠行┎问崴孀磐饨缁肪澄露鹊谋浠浠Ｎ孪碌乃Ｗ己偷鞑獠问狄丫荒苈愀呶伦刺碌男枰砸诟呶率敝匦碌魇裕鏏PD电压，输出光波长，�？樽刺嗫氐�。在高温状态下，设置�？榈母飨畈问蛊浯锏缴瓒ǖ囊蠓段В⑼ü呶伦刺碌脑は壬柚弥狄约跋嘤Φ奈露戎涤氤Ｎ孪碌玫降纳柚弥岛臀露戎担夂系玫侥？椴问柚玫牟檎冶矶杂捎谖露缺浠吹牟问浠胁钩�。以上高温的定义取决于应用，可以是70°C _85°C或其它温度范围。针对本发明，在高温调试中，我们会记录下此时的真实�？槲露扔肽？槟诓课露忍讲馄魃媳ǖ腁DC值作为高温点T2，与常温点Tl并结合MSA协议规定拟合得到温度监控ADC值与温度上报值(°C )之间的对应关系，即通过�？榧嗫氐腁DC值就可以得到�？榇耸钡奈露�。步骤4、�？樾Ｗ加捎谕饨缁肪澄露缺浠茨？榈母飨罴嗫刂当浠す馄髂诓课露炔慰嫉愫褪导始す馄鞴苄疚露却嬖谖露忍荻龋佣笳攵晕露缺浠Ｗ寄？榈母飨罴嗫刂担缒？榉⒍说氖涑龉夤β剩？槭斩说氖淙牍夤β剩玫缌�(Ibias)等。根据不同应用，可以采用在两个温度点(即2点校准)分别测试，然后将该两点针对MCU的监控值(通过ADC读取)和实际测量值之间进行拟合获得对应曲线，即通过MCU的各项参数的监控值ADC值就可以得到模块各项参数的监控值。为了获得更高的精度，可以增加多个温度点重复上述步骤，实现多点拟合曲线。步骤5、最后处理基于不同应用，写入保护密码，删除调试跳线，写入客户信息。步骤6、高温最后测试，这与之前的高温调试不同，目的是进行出厂前的最终检验和测试，包括各项关键指标，不对�？樽鋈魏蔚魇曰蛏柚�。·结合图3所示的本发明步骤4中的�？樾Ｗ挤椒ǎ咛灏ㄈ缦虏街�
步骤I、温度校准因为在做温度补偿光功率校准的方程中需要较为准确的温度监控的变量，所以在做校准之前就把温度校准完成，具体步骤是在常温调试的时候微处理器106采集储存模块的实际温度与�？槟诓课露忍讲馄魃媳ǖ腁DC采样值，这两个值作为温度校准的一点；在高温调试的时候，微处理器106采集储存在高温状态下�？榈氖导饰露扔肽？槟诓课露忍讲馄魃媳ǖ腁DC采样值，这两个值作为温度校准的另外一个点；通过对这两点做数学拟合，用结合MSA协议规定的换算方法就可以得到�？槟诓课露忍讲馄魃媳ˋDC采样值与上报温度(V )之间的对应关系，即通过�？槟诓课露忍讲馄魃媳ǖ腁DC采样值就可以得到上报给用户的温度监控值(°C )。步骤2 :判断校准后温度是否达到常温的范围，如果没有达到，等待一分钟后再判断温度是否达到常温的范围(常温温度在15°C到30°C之间)，如果达到，执行步骤3。步骤3 :常温发光功率监控校准在常温条件下(常温温度在15°C到30°C之间)，记录此时的温度上报值t0。关断激光器，此时记下�？楣夤β始嗫氐腁DC值与实际发光光功率值(此时认为光功率值为_40dbm)，这两个值作为一点；打开激光器，记下�？楣夤β始嗫氐腁DC值与实际发光光功率值，这两个值作为光功率监控的另外一个点。步骤4 :通过步骤2确定的两个点，并配合MSA协议关于光功率上报的规定，计算出公式y=ax+b中的两个未知系数，其中y为上报光功率值(dbm)，x为光功率监控ADC采样值，a和b为两个未知系数。步骤5 :判断校准后温度是否达到高温的范围，如果没有达到，等待一分钟后再判断温度是否达到高温的范围，如果达到，执行步骤6。步骤6 :高温发光功率监控校准在高温条件下(高温温度在65°C到85°C之间)，打开激光器，记下�？楣夤β始嗫氐腁DC值、实际发光光功率值和此时的温度上报值tl，这三个值作为光功率监控的最后一个点。步骤7 :通过步骤6确定的第三个点及上报值tl，配合MSA协议关于光功率上报的规定以及常温光功率校准后确定的公式y=ax+b,计算出公式y=ax+b+c (t- t0)中的未知系数C，其中y为上报光功率值(dbm)，X为光功率监控ADC采样值，a和b为常温光功率校准后确定的两个未知系数，t为实时的温度上报值，结合步骤6，t即为温度上报值tl。
步骤8 :最后微处理器将上报光功率值进行储存，完成校准。以上的校准测试同时还可应用于具有该半导体激光器的光�？樾Ｗ疾馐�。本发明中光�？橛晒獾缱悠骷�、功能电路和光接口等组成，是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号的装置。根据�？榈姆掷嘁话惆ü饨邮漳？椋夥⑺湍？椋馐辗⒁惶迥？椋庾⒛？榈�。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种半导体激光器的校准测试方法，所述半导体激光器包括分布式反射激光管芯，与分布式反射激光管芯输出端连接的背向光探测器，用于温度监控的热敏电阻及温度控制器； 所述背向光探测器的输出端与电流取样电阻的输入端连接，所述电流取样电阻的输出端连接有一用于采集、监测信号的微处理器，所述热敏电阻与温度控制器均与微处理器连接，其特征在于 所述半导体激光器校准测试方法包括如下步骤 51、半导体激光器温度校准； 52、常温状态下，微处理器判断SI中的校准后温度是否达到设定温度，否则等待，直至达到设定温度，所述常温指15°C -30°C ； 53、常温状态下，微处理器对半导体激光器�？榭�、关状态下�？楣夤β式屑嗫匦Ｗ迹� 54、高温状态下，微处理器判断SI中的校准后温度是否达到设定温度，否则等待，直至达到设定温度，该设定温度与常温状态下设定温度一致，从而保证在不同环境温度下SI中的校准后温度保持一致，所述高温是指65°C -85°C ； 55、高温状态下，微处理器对半导体激光器进行监控校准，结合S3中的校准值进行校准。
2.根据权利要求I所述的一种半导体激光器的校准测试方法，其特征在于所述SI温度校正包括如下步骤 S11、常温采样在常温状态下，微处理器读取并储存半导体激光器模块的实际温度及半导体激光器�？槟诓咳让舻缱璧募嗖馕露戎担魑Ｎ伦刺碌氖导什馐灾岛臀⒋砥鞯募嗫刂担� 512:高温采样在高温状态下，微处理器读取并储存半导体激光器�？榈氖导饰露燃鞍氲继寮す馄髂？槟诓咳让舻缱璧募嗖馕露戎担魑呶伦刺碌氖导什馐灾岛臀⒋砥鞯募嗫刂担� 513:对比处理微处理器对Sll与S12中常温值与高温值进行拟合得出半导体激光器�？槭导饰露扔肴让舻缱璧募嗖馕露戎刀杂叵登�。
3.根据权利要求I所述的一种半导体激光器的校准测试方法，其特征在于所述S3的常温状态下监控校准包括如下步骤 531、采样，微处理器采集存储温度上报值t0，打开半导体激光器模块，采集并存储半导体激光器�？榈墓夤β始嗫刂导笆导史⒐夤夤β手担� 关闭半导体激光器�？椋杉⒋娲氲继寮す馄髂？榈墓夤β始嗫刂导笆导史⒐夤夤β手担� 532、拟合判断，微处理器对采集到的开关半导体激光器状态下的数据进行拟合，根据y=ax+b确定光功率监控值与实际发光光功率值的关系，其中y为实际发光光功率值，X为光功率监控值。
4.根据权利要求I所述的一种半导体激光器的校准测试方法，其特征在于所述S5的高温状态下监控校准包括如下步骤 S51、米样,打开半导体激光器模块,微处理器米集存储半导体激光器模块的光功率监控值及实际发光光功率值及高温状态下温度上报值tl; .552、拟合判断，微处理器对S51、S31中采集的数据进行拟合，根据y=ax+b+c(tl-tO)确定存在温度梯度情况下，光功率监控值与实际发光光功率值的关系，其中I为实际发光光功率值，X为光功率监控值，a、b为经过常温校准后确定的系数； . 553、微处理器将拟合校准后得到的数据作值存储。
5.根据权利要求I所述的一种半导体激光器的校准测试方法，其特征在于所述半导体激光器�？椴馐苑椒ɑ拱ǔＮ碌魇�、及高温调试，所述常温调试与高温调试均在�？樾Ｗ挤椒ㄖ敖校üＮ掠敫呶碌魇越玫降牟问到心夂希龅某Ｎ潞透呶碌魇苑直鸲愿飨畈问ㄊ淙�、输出光功率、消光比、交叉点、波长、最佳灵敏度电压、信号丢失使能、信号恢复使能。
6.根据权利要求5所述的一种半导体激光器的校准测试方法，其特征在于所述半导体激光器�？椴馐苑椒ɑ拱？樾Ｗ挤椒ㄖ蟮男畔⒋砑白詈蟾呶录煅椴馐裕龈� 温检验测试仅仅是对�？榈牟问鱿嘤Φ暮细窦煅�。
7.根据权利要求I所述的一种半导体激光器的校准测试方法的应用，其特征在于所述校准测试方法适用于具有所述半导体激光器的光�？�。
全文摘要
本发明揭示了一种半导体激光器的校准测试方法，分别通过常温、高温下对各项参数包括输入、输出光功率、消光比、交叉点、波长、最佳灵敏度电压、信号丢失使能、信号恢复使能进行调试、然后对�？榻行Ｗ技笆荽砗妥詈蟾呶虏馐缘亩阅？榻屑觳猓渲性谀？樾Ｗ疾街柘韧ü诔Ｎ率保直鸲钥�、关半导体激光器模块状态下的参数值进行拟合，然后再结合高温状态下相关参数值进行拟合从而得出监控值与实际值之间的关系。同时，该方法也可适用于光�？榈男Ｗ疾馐�。本发明充分考虑了温度梯度带来的影响，解决了激光器跟踪误差,有效的提高了半导体激光器的校准精度。
文档编号G01M11/02GK102829952SQ20121030734
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者胡朝阳, 郑晓锋 申请人:苏州海光芯创光电科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
