专利名称：一种检测激光器失效与老化的装置和方法
技术领域：
本发明涉及光通讯技术领域，尤其涉及一种检测激光器失效与老化的装置和方法。
背景技术：
目前，在掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)模块中所使用到的关键器件中，无源器件工艺比较成熟，性能比较稳定，使用寿命也比较长；有源器件泵浦激光器则比较娇贵，如果静电防护不好、或者驱动电流过大、致冷器不良而导致温度过高等各种因素都会造成激光器失效。而一旦激光器失效，放大器就无法正常工作。如果第一级的泵浦失效，非但不能进行信号放大，还会因为铒纤的损耗很大，使光信号经过放大器后基本被损耗掉，导致传输业务中断，后果非常严重。第二级的泵浦失效也会导致增益下降，增益波形倾斜，严重影响通讯性能。
目前，对于EDFA�？橹械募す馄髅挥杏行У募嗖夥椒ǎ荒芡ü觳馄涫涑龉β适欠翊锏揭罄磁卸霞す馄魇欠袷�。但是，一般在波分系统中，为了防止单个激光器失效导致整个网络瘫痪，都会对激光器输出进行保护，比如用50∶50分路器将两个激光器1、2的输出合波后，再分波作为泵浦光源输入铒纤中，作为放大器的泵浦激光器(参见图1)。这样，当其中一个激光器出现故障时，还有互为备份的另一个泵浦激光器能够继续提供一部分光功率来支撑光放大器，不至于使光放大器完全不能工作。因为两个激光器同时出现故障的几率比较低。
通常出于成本考虑，单个激光器无法支持最大输入时所需要的光功率，但是对于增加了泵浦保护方案的EDFA，如果其中某一个激光器失效或老化严重，在输入功率小的时候或较少的波数应用场合，剩余的激光器仍然可以提供足够的泵浦功率来进行正常的信号放大，不至于使传输中断，这是人们所希望的保护效果。但是，这样导致的结果是EDFA�？槌て诖」ぷ鳎膊荒鼙晃と嗽辈炀酰欢遥谑淙胄」β适保词辜す馄魉鸹祷蚶匣现兀钟屑际跏侄位故俏薹觳夥⒕踔�。只有当输入功率增加到一定值时，单个激光器的增益不够，已经无法提供所需功耗，导致输出功率下降，才能检测出激光器存在问题。然而，此时已经为时太晚。因为这种只有当输出功率下降到一定值，才能检测和判断激光器有问题的时候，通信业务的正常运行已经受到影响，严重的还会造成线路信号中断。因此，对于波分系统，EDFA失效有可能导致骨干网的瘫痪，后果非常严重。
此外，在激光器的其他用途中，目前也还没有找到一种可靠有效的检测方法来实时检测激光器的工作情况。所以，目前检测激光器失效与老化的方法是要等到问题发生之后，才能判断激光器已经老化或失效。这样的结果，轻则使信号劣化，重则中断业务；而且等到出了问题再定位解决，就会中断通信业务，浪费大量时间，对网络正常运行影响很大。再者，目前的检测方法对EDFA的维修很不方便，要定位确定是哪个激光器失效或损坏，需要比较大的工作量。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测激光器失效与老化的装置和方法，以便实时监控激光器的状况，一旦激光器失效或老化超过一定程度就告警，让维护人员能够及时了解和判断激光器工作情况，作出相应准备和处理，避免网上发生重大通信事故；同时可以方便地确定故障，找出发生问题的激光器而方便维修。
本发明的目的是这样实现的一种检测激光器失效与老化的装置，其特征在于该装置包括分路器，串接在激光器输出端，将激光器输出的光分出一部分输入到光探测器做检测；光探测器，检测分路器分光后的一部分光的电流，并将检测结果送给判断器；判断器，根据光探测器的检测结果，判断该激光器是否失效或老化情况。
所述分路器的分光比的选择原则是尽量减少主光路损耗，并且满足检测范围的需要，根据该激光器输出功率和光探测器检测范围确定分光比。
所述光探测器是雪崩光电二极管或正-本-负二极管。
本发明的又一目的是这样实现的一种检测激光器失效与老化的方法，其特征在于包括下列步骤(1)在激光器的输出光路上增加一个分路器，将该激光器输出光的一小部分光输入至光探测器；(2)检测该光探测器光电转换后的输出电流，并计算该激光器的输出功率；(3)不断增加该激光器的驱动电流，如果该激光器在达到其驱动电流的上限值的一半之前，已经达到正常输出功率的一半，表明该激光器工作正常，结束检测；如果该激光器在达到或超过其工作电流上限值的一半时，还不能达到其正常输出功率的一半，则判断该激光器失效。
所述方法通过顺序上电可以使用一个分路器和一个光检测器检测由两个激光器组成的光源中的每个激光器的失效状况，其包括下列步骤(1)在第一个激光器的输出光路上增加一个分路器，将该激光器输出的绝大部分光和第二个激光器的光耦合，作为主光路的泵浦光源；剩下的一小部分光输入至光探测器；(2)先对第一个激光器上电，检测该光探测器经过光电转换后的输出电流，并计算第一个激光器的输出功率；(3)不断增加第一个激光器的驱动电流，如果第一个激光器在达到其驱动电流的上限值的一半之前，已经达到正常输出功率的一半，表明第一个激光器工作正常，结束第一个激光器的检测；如果第一个激光器在达到或超过其工作电流上限值的一半时，还不能达到其正常输出功率的一半，则判断第一个激光器失效；
(4)如果输入光功率较�。谝桓黾す馄鞯氖涑瞿芄宦悴纛锕庀朔糯笃髂？榈脑鲆嫘枨螅耸钡诙黾す馄鹘还ぷ鳎挥斜匾觳猓参薹觳猓坏笔淙牍夤β试黾樱沟弥挥械谝桓黾す馄鞯氖涑鑫薹阍鲆嫘枨笫保托枰缘诙黾す馄魃系绾徒屑觳庠龃罅礁黾す馄鞯墓ぷ鞯缌鳎蛊浞直鸫锏角缌鞯纳舷奘保涫涑龅墓夤β市∮诟霉庀朔糯笃魇淙胱钚⌒藕�、并且该两个激光器都工作在电流上限时的正常输出光功率值，则判断第二个激光器失效；该正常输出光功率数值是在该放大器�？樽龊檬蓖ü馐匀〉玫�。
所述方法的步骤(3)可在激光器初始工作时，先计算该激光器的输出光功率和驱动电流之间的对应关系-初始斜率B0；然后在激光器的使用过程中，每间隔一段时间检测一次该激光器的输出光功率和驱动电流，并计算该两者之间的实时对应关系-斜率B，再根据斜率B与初始斜率Bo的比值B/Bo判断该激光器的老化程度，B/Bo数值越�。丛谙嗤缌飨率涑龉β试叫。す馄鞯睦匣窖现兀现乩匣募す馄骶褪Я耍患す馄鞯睦匣潭鹊拿畔奘歉菔导市枨笊瓒ǖ�。
所述激光器的工作电流上限值和输出光功率-驱动电流的对应关系是根据实物测试或相关标准确定的。
所述激光器的初始斜率Bo是根据该激光器的器件资料中的输出光功率-驱动电流对应曲线直接测量得到的；所述光探测器中的驱动电流是通过电流检测电路测量而得到，或直接使用设置的驱动电流数值。
在检测三个激光器组成的光源时，先在其中前两个激光器输出端分别增加一个分路器和光探测器，并按照顺序分别对该三个激光器上电，其中前两个激光器的失效检测方法与所述激光器的失效检测方法相同，其中第三个激光器的失效检测方法与所述第二个激光器的失效检测方法相同。
在检测四个激光器组成的光源时，将该四个激光器分为两部分，每个部分的光路由两个激光器组成，并采用所述方法分别检测其中的两个激光器的失效情况。
本发明的检测装置和方法是在激光器工作电路中增设由分光器和光检测器组成的硬件检测电路和进行计算和比较的软件�？�-判断器，只需增加少量成本，就能达到实时监控和检测激光器的老化和失效状况的发明目的，让维护人员能够及时了解激光器的工作性能，在激光器老化严重或虽然损坏但还没影响到整个系统性能的情况下，通过告警来提示相关人员提前进行相应准备和干预处理，将激光器损坏而对系统的影响程度减少到最小，避免发生重大通信事故。该方法可以方便地定位找出发生问题的激光器而方便维修；而且，本发明方法可以根据光路特性，使用较少的分光器和光探测器检测多个激光器组成的光源。
图1是目前使用的激光器输出保护方法的结构组成示意图。
图2是本发明检测激光器失效与老化的装置结构组成示意图。
图3是本发明检测由两个激光器组成的光源中的激光器失效与老化方法的一实施例结构组成示意图。
图4是激光器的电流-输出功率对应曲线图具体实施方式
参见图2，本发明是一种检测激光器失效与老化的装置，该装置是由串接在激光器输出端的一个分路器和一个光探测器和软件�？�-判断器-组成，其中分路器将该激光器输出的光分成两部分一部分作为主光路输出给掺铒光纤放大器EDFA，另一部分输入到光探测器；光探测器用于检测分路器分光后进入该光探测器的一部分光的电流，并将检测结果送给判断器；判断器根据检测结果计算该激光器的输出光功率，再与该激光器的输入电流对应的正常输出功率进行比较，判断该激光器是否失效或老化情况。
本发明方法的具体步骤如下(1)检测所述光探测器的输出电流，并计算所述激光器的输出功率P，计算公式为P毫瓦＝Ipin毫安×B/R，式中Ipin、R分别为该光探测器的输出电流和响应度，当所述分路器的分光比为n∶m(n＜m)时，B为(n+m)/n；(2)不断增加该激光器的驱动电流，如果该激光器在达到其驱动电流的上限值的一半之前，已经达到正常输出功率的一半，表明该激光器工作正常，结束检测；如果该激光器在达到或超过其最大工作电流的一半时，还不能达到其正常输出功率的一半，则判断该激光器失效；即当该激光器的实际驱动电流I≥(1/2)Iop，且P＜(1/2)Pop/2时，判断该激光器失效，式中Iop是该激光器的驱动电流的上限值，P是根据光探测器的检测电流计算的激光器输出功率，Pop/2是该激光器在驱动电流为上限值的一半时所对应的输出功率。
目前本发明装置中所使用光探测器有两种，但不局限于这两种器件正-本-负二极管(PIN管)和雪崩光电二极管(APD)管；串接的分路器的分光比可以根据实际需求进行选择，具体选择时须根据激光器输出功率和光探测器检测范围确定，以减少主光路损耗和满足检测范围为考虑因素。
图2中所示的本发明装置中是对每个激光器安装1个分路器和1个光探测器检测其失效与老化情况，即实现1∶1的检测。实际上该方法可以引申在某些特定的光路结构中，可通过顺序上电实现用一个分路器和一个光探测器检测判断两个激光器的失效及老化情况。图3就是这样的一个实施例，下面具体说明之。
参见图3，以波分系统的带增益锁定功能的EDFA放大器的激光器为实施例，详细说明本发明检测激光器失效的另一种实现方法。
如图所示，EDFA�？槟谟昧礁黾す馄�1、2通过50∶50的分路器耦合以后再分成两路光，分别输入两段铒纤中作为掺铒光纤放大器�？榈谋闷止庠矗闷止庠陬锵酥卸允淙胄藕殴饨蟹糯螅锏焦夤β史糯蟮男Ч１痉⒚鞣椒ㄊ窃诩す馄�1的输出光路上增加一个1∶99的分路器，将激光器输出光的99％和另一个激光器2的光合波，作为主光路的泵浦光源，剩下的1％的光输入至光探测器3。光探测器3进行光电转换后输出检测电流，通过电路可以检测该光探测器3的输出电流，设输出电流为Ipin，则可由下述公式计算得到激光器1的输出功率P(mW)＝Ipin(mA)×100/R，式中R为光探测器响应度。再与该激光器的输入电流对应的正常输出功率进行比较，判断该激光器是否失效及其老化情况。
该实施例的具体操作步骤如下两个激光器分别上电，先对激光器1上电，如果激光器1达到工作电流上限值后还不能满足功率需求，再对激光器2上电。为了实现增益锁定功能，当输入光功率增加时，必须使输出光功率也相应增加，这样就必须增加激光器驱动电流，通过增加泵浦光来增大输出功率，最终使得EDFA的增益满足要求。如果增益达不到要求，激光器驱动电流就要不断增加，直到达到激光器驱动电流的上限(设该激光器驱动电流的上限值为Iop)。对于激光器1，当激光器1所增加的电流达到或超过其驱动电流上限值Iop的一半，即(1/2)Iop(设该驱动电流(1/2)Iop所对应的激光器输出功率在正常时为Pop/2)时，而激光器1的输出功率小于Pop/2的一半，即(1/2)Pop/2，则判断该激光器1失效。即当激光器1的实际驱动电流I≥(1/2)Iop，且P＜(1/2)Pop/2时，判断第一个激光器失效，式中Iop是该激光器的驱动电流的上限值，P是根据光探测器的检测电流计算的激光器输出功率，Pop/2是该激光器在驱动电流为上限值的一半时所对应的输出功率。
这里将功率门限值设为正常值的一半，即(1/2)Pop/2，是考虑两方面的因素一是为激光器留有一定的老化余量，只有当激光器无光输出或老化非常严重时才判断为激光器失效，防止误报。二是由于每个激光器的驱动电流和输出光功率有一定的离散性，如果设置的门限值余量不大，就难以统一，实际操作中将会增加工作量，而将门限值留有一定余量，就可以使用统一门限值满足批量判断的需求。
由于两个激光器1、2不同时上电，所以当输入光功率较小时，激光器1的输出就能满足EDFA的增益需求，此时激光器2将不工作，所以没有检测的必要，也无法检测。当输入光功率增加，使得只考虑激光器1的输出无法满足增益需求时，就需要对激光器2上电，如果激光器2失效或老化严重，增加激光器2的电流，激光器2的输出功率将会降为0或输出的光功率很小。由于此时并不知道激光器2已经失效，所以为了满足增益要求，就会继续对激光器2增加电流，直到激光器2的电流加到其驱动电流的上限，所以对于激光器2，可用如下检测方法判断是否失效继续增加该两个激光器1、2的工作电流，直到为其驱动电流的上限时，其输出的光功率小于该光纤放大器输入最小信号、并且该两个激光器1、2都工作在电流上限时的正常输出光功率值，则判断激光器2失效；该正常输出光功率数值是在该放大器�？樽龊檬蓖ü馐匀〉玫�。由于不同激光器的工作电流上限和驱动电流-输出功率的对应关系不尽相同，为了减少批量生产时的工作量，可通过试验确定相关标准值。
对于使用三个以上激光器的复杂系统，也可以使用本发明的方法，比如检测三个激光器组成的光源时，可以在其中前两个激光器输出端分别增加一个分路器和光探测器，并按照顺序分别对该三个激光器上电，则其中前两个激光器的检测方法与图3中激光器1的检测方法相同，其中另一个激光器的检测方法则与图3中激光器2的检测方法相同。对于四个激光器组成的光源系统，可以将该四个激光器分为两部分，每个部分的光路由两个激光器组成，并采用图3的方法分别检测每个部分中的两个激光器的失效情况。这样就可以使用2个光探测器检测4个激光器的失效情况。对于更多个激光器的情况，可以按照上述方法类推处理。
下面介绍本发明另一种检测激光器老化与失效的计算判断方法参见图4，激光器的输出光功率和驱动电流存在一定的对应关系P＝B×(I-A)，式中P为激光器输出光功率，A为激光器阈值电流，B为斜率，I为驱动电流。当激光器老化的时候，斜率B就会变小，上述公式转换后得到斜率B＝P/(I-A)。其中系数A，对于同一型号的激光器差别不大。输出功率P可以先通过检测光探测器的输出电流Ipin，再根据公式P毫瓦＝Ipin毫安×B/R计算得到。驱动电流I既可以通过检测电路进行测量得到，也可以直接使用所设置的驱动电流值。这样，在EDFA制作完成后就可以根据上述公式计算出一个初始斜率B0值，也可以根据激光器附带的器件资料，在其中的电流-输出功率对应曲线上任取一点，再根据该点的功率值和对应电流值及资料给出的阈值就可通过公式计算出初始B0值。然后，在使用过程中，每间隔一段时间就检测一次激光器的输出功率P值和驱动电流I值，再计算出实时的斜率B值，将该实时斜率B和Bo进行比较，根据两者的比例B/Bo值，就可以判断出激光器的老化情况。一般地，B值越�。得飨嗤缌鞫杂Φ氖涑龉β试叫。簿褪抢匣窖现�。通常是根据实际需求设定门限来判断激光器的老化程度，例如可以设定当0.9≤B/Bo≤1时为轻度老化；0.6≤B/Bo≤0.9时为中度老化；B/Bo≤0.6时为严重老化。
权利要求
1.一种检测激光器失效与老化的装置，其特征在于该装置包括分路器，串接在激光器输出端，将激光器输出的光分出一部分输入到光探测器做检测；光探测器，检测分路器分光后的一部分光的电流，并将检测结果送给判断器；判断器，根据光探测器的检测结果，判断该激光器是否失效或老化情况。
2.根据权利要求1所述的检测激光器失效与老化的装置，其特征在于所述分路器的分光比的选择原则是尽量减少主光路损耗，并且满足检测范围的需要，根据该激光器输出功率和光探测器检测范围确定分光比。
3.根据权利要求1所述的检测激光器失效与老化的装置，其特征在于所述光探测器是雪崩光电二极管或正-本-负二极管。
4.一种检测激光器失效与老化的方法，其特征在于包括下列步骤(1)在激光器的输出光路上增加一个分路器，将该激光器输出光的一小部分光输入至光探测器；(2)检测该光探测器光电转换后的输出电流，并计算该激光器的输出功率；(3)不断增加该激光器的驱动电流，如果该激光器在达到其驱动电流的上限值的一半之前，已经达到正常输出功率的一半，表明该激光器工作正常，结束检测；如果该激光器在达到或超过其工作电流上限值的一半时，还不能达到其正常输出功率的一半，则判断该激光器失效。
5.根据权利要求4所述的检测激光器失效与老化的方法，其特征在于所述方法通过顺序上电可以使用一个分路器和一个光检测器检测由两个激光器组成的光源中的每个激光器的失效状况，其包括下列步骤(1)在第一个激光器的输出光路上增加一个分路器，将该激光器输出的绝大部分光和第二个激光器的光耦合，作为主光路的泵浦光源；剩下的一小部分光输入至光探测器；(2)先对第一个激光器上电，检测该光探测器经过光电转换后的输出电流，并计算第一个激光器的输出功率；(3)不断增加第一个激光器的驱动电流，如果第一个激光器在达到其驱动电流的上限值的一半之前，已经达到正常输出功率的一半，表明第一个激光器工作正常，结束第一个激光器的检测；如果第一个激光器在达到或超过其工作电流上限值的一半时，还不能达到其正常输出功率的一半，则判断第一个激光器失效；(4)如果输入光功率较�。谝桓黾す馄鞯氖涑瞿芄宦悴纛锕庀朔糯笃髂？榈脑鲆嫘枨螅耸钡诙黾す馄鹘还ぷ鳎挥斜匾觳猓参薹觳猓坏笔淙牍夤β试黾樱沟弥挥械谝桓黾す馄鞯氖涑鑫薹阍鲆嫘枨笫保托枰缘诙黾す馄魃系绾徒屑觳庠龃罅礁黾す馄鞯墓ぷ鞯缌鳎蛊浞直鸫锏角缌鞯纳舷奘保涫涑龅墓夤β市∮诟霉庀朔糯笃魇淙胱钚⌒藕�、并且该两个激光器都工作在电流上限时的正常输出光功率值，则判断第二个激光器失效；该正常输出光功率数值是在该放大器�？樽龊檬蓖ü馐匀〉玫�。
6.根据权利要求4所述的检测激光器失效与老化的方法，其特征在于所述方法的步骤(3)可在激光器初始工作时，先计算该激光器的输出光功率和驱动电流之间的对应关系-初始斜率B0；然后在激光器的使用过程中，每间隔一段时间检测一次该激光器的输出光功率和驱动电流，并计算该两者之间的实时对应关系-斜率B，再根据斜率B与初始斜率Bo的比值B/Bo判断该激光器的老化程度，B/Bo数值越�。丛谙嗤缌飨率涑龉β试叫。す馄鞯睦匣窖现兀现乩匣募す馄骶褪Я耍患す馄鞯睦匣潭鹊拿畔奘歉菔导市枨笊瓒ǖ�。
7.根据权利要求4或5或6所述的检测激光器失效与老化的方法，其特征在于所述激光器的工作电流上限值和输出光功率-驱动电流的对应关系是根据实物测试或相关标准确定的。
8.根据权利要求6所述的检测激光器失效与老化的方法，其特征在于所述激光器的初始斜率Bo是根据该激光器的器件资料中的输出光功率-驱动电流对应曲线直接测量得到的；所述光探测器中的驱动电流是通过电流检测电路测量而得到，或直接使用设置的驱动电流数值。
9.根据权利要求4或5所述的检测激光器失效与老化的方法，其特征在于在检测三个激光器组成的光源时，先在其中前两个激光器输出端分别增加一个分路器和光探测器，并按照顺序分别对该三个激光器上电，其中前两个激光器的失效检测方法与所述激光器的失效检测方法相同，其中第三个激光器的失效检测方法与所述第二个激光器的失效检测方法相同。
10.根据权利要求5所述的检测激光器失效与老化的方法，其特征在于在检测四个激光器组成的光源时，将该四个激光器分为两部分，每个部分的光路由两个激光器组成，并采用所述方法分别检测其中的两个激光器的失效情况。
全文摘要
一种检测激光器失效与老化的装置和方法，该装置包括分路器、光探测器和判断器，其中分路器串接在激光器输出端，将激光器输出的光分出一部分输入到光探测器做检测；光探测器检测分路器分光后的一部分光的电流，并将检测结果送给判断器；判断器根据该检测结果，判断该激光器是否失效或老化情况。本发明的检测方法能够实时监控和检测激光器的失效和老化状况，让维护人员及时了解激光器的工作性能和发现失效或老化的激光器，在激光器老化严重或虽然损坏但还没影响到系统性能的情况下，通过告警提示相关人员提前进行相应准备和及时干预处理，将激光器损坏对系统的影响程度减少到最小，避免发生重大通信事故。
文档编号G01J1/00GK1665080SQ20041000614
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者李唯实, 张士尹, 杨天荣, 黎渊文, �：暧�, 汤玮 申请人:华为技术有限公司
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20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
