CN101471539A - 一种多路激光器的波长控制方法和系统 - Google Patents

一种多路激光器的波长控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多路激光器的波长控制方法，所述方法包括：获得各路激光器的实际输出波长和目标输出波长的差值；根据所述差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量；根据所述控制量对所述各路温度控制器进行控制以设置所述各路激光器的管芯温度。本发明还公开了一种多路激光器的波长控制系统。在本发明具体实施例中，由于对各路激光器的温度控制器进行控制时，考虑到了该路管芯温度的变化对其他各路的影响，并将该影响从对其他各路管芯温度的控制中去除，有效的解决了多路激光器中各路激光器之间的热串扰问题，缩短了多路激光器的波长调整时间，提高了系统的效率。

Description

一种多路激光器的波长控制方法和系统
技术领域
本发明涉及光通讯领域，尤其设计一种多路激光器的波长控制方法和系统。
背景技术
现在的通信网络对传输带宽的要求越来越大，相应的产生了将多个波长光信号合成一路信号(波分复用)在光纤中传输的技术。在波分复用系统中，特别是密集波分系统(例如各个波长间隔小于或等于50GHz的波分系统)中，对波分复用的每个光信号的波长有很高的精度和稳定度要求。由于激光器输出的波长会随着关心温度的变化而产生变化，因此需要一个系统对各激光器的管芯温度进行锁定和控制。
在现有技术中，对激光器波长的控制和锁定都是通过单个控制系统实现对多个激光器管芯温度的锁定和控制来实现的。如图1所示，为一个多路激光器的波长控制系统：光发射机产生光信号并通过合波器合成一路信号，该信号通过一系列信号处理后获得相关的波长信息，控制器经过计算后得出各激光器(即光发射机)的管芯温度的控制量，并下发到相应的激光器。在这个系统中通过轮循的方法轮流控制各个独立的激光器的管芯温度，以最终实现对激光器波长的控制和锁定。
现在，在上述多路波分系统中，一般使用集成的激光器阵列输出合成的多路光信号。激光器的这种阵列排布增加了各路激光器的管芯温度之间存在的串扰耦合，即某一路激光器波长的调整会带来其他激光器波长不期望的变化。而上述的多路激光器的波长控制系统没有考虑到这种串扰耦合，即无法对激光器之间的热串扰进行解耦控制，使得波长控制的收敛时间变长。同时上述的波长控制系统采用轮循方式进行激光器控制，当系统中存在多个激光器时，就会延长单个激光器轮循的时间，因此也不适合在多激光器阵列中使用。
发明内容
本发明实施例提供一种多路激光器的波长控制方法和系统，可有效解决多路激光器中的激光器之间的热串扰问题。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明的实施例提供了一种多路激光器的波长控制方法，所述方法包括：获得各路激光器的实际输出波长和目标输出波长的差值；根据所述差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量，所述解耦合计算是指在计算每一路激光器的温度控制器的控制量时，计算其他各路激光器的控制量将对该路激光器造成的影响量，通过其他各路激光器的控制量对其造成的影响量对控制量进行修正；根据所述修正的控制量对所述各路温度控制器进行控制以设置所述各路激光器的管芯温度。
另一方面，本发明的实施例提供了一种多路激光器的波长控制系统，所述系统包括：多路激光器，用于产生并输出激光；差值模块，用于计算所述多路激光器输出的光信号的实际输出波长和目标输出波长的差值；解耦合模块，用于根据所述差值模块计算出的差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量，所述解耦合计算是指在计算每一路激光器的温度控制器的控制量时，计算其他各路激光器的控制量将对该路激光器造成的影响量，通过其他各路激光器的控制量对其造成的影响量对控制量进行修正；温度控制模块，用于根据所述解耦合模块获得的修正后的控制量对所述各路温度控制器进行控制以设置所述各路激光器的管芯温度。
在本发明具体实施例中，由于对各路激光器的温度控制器进行控制时，考虑到了该路管芯温度的变化对其他各路的影响，并将该影响从对其他各路管芯温度的控制中去除，有效的解决了多路激光器中各路激光器之间的热串扰问题，缩短了多路激光器的波长调整时间，提高了系统的效率。
附图说明
图1是现有的一种多路激光器的波长控制系统；
图2是本发明中一种多路激光器的波长控制系统的一个具体实施例的组成示意图；
图3是图2中所示的解耦合模块的一个具体实施例的组成示意图；
图4是图3中所示的初始量子模块的一个具体实施例的组成示意图；
图5是图3中所示的抵消量子模块的一个具体实施例的组成示意图；
图6是本发明中的一种多路激光器的波长控制方法的一个具体实施例的流程示意图；
图7是本发明中的一种多路激光器的波长控制系统的另一具体实施例的组成示意图；
图8是本发明中的一种多路激光器的波长控制方法的另一具体实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。在所参照的附图中，不同的图中相同的部件使用相同的附图标号来表示。
参见图2，为本发明中一种多路激光器的波长控制系统的一个具体实施例的组成示意图。该系统包括多路激光器10、差值模块12、解耦合模块14以及温度控制模块16。
其中，多路激光器10用于产生需要的多路光信号，所述多路激光器可以是包括激光器阵列，如图中所示的多路激光器中共有n路激光器。
差值模块12用于计算所述多路激光器10输出的各路光信号的实际输出波长和目标输出波长的差值。实际计算时可通过加入扰动分时来实现，具体为：将一个扰动分时加入到每路激光器的调制驱动和控制电路，该扰动分时为一个预先设定固定值；这样激光器输出的光信号中也含有相应的低频扰动成分，将多路光信号合波后通过滤波器就可以检测到该低频扰动成分随激光器波长的变化而产生的变化，将该变化后的扰动分时与原来预先加入的扰动分时相减即可获得波长的差值。
解耦合模块14用于根据所述差值模块计算出的差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量，所述解耦合计算是指在计算每一路激光器的温度控制器的控制量时，计算其他各路激光器的控制量将对该路激光器造成的影响量，通过其他各路激光器的控制量对其造成的影响量对控制量进行修正。参见图3，解耦合模块14具体可包括：初始量子模块140用于根据所述差值模块12计算的各路激光器输出波长的差值计算各路激光器的初始控制量；抵消量子模块142，用于根据所述初始量子模块140获得的各路激光器的初始控制量计算各路激光器对其他路激光器的抵消控制量；控制量子模块144，用于根据所述初始量子模块140和抵消量子模块142获得的初始控制量和抵消控制量计算各路激光器的修正后的控制量。
进一步的，如图4所示，上述初始量子模块140还可进一步包括：积分子模块1400，用于对所述各路激光器的差值分别进行积分，获得积分差值；放大子模块1402，用于对所述各路激光器的差值分别进行比例放大，获得放大差值；加和子模块1404，用于对所述积分子模块1400获得的各路激光器的积分差值分别与所述放大子模块1402获得的各路激光器的放大差值相加，获得各路激光器的初始控制量。
如图5所示，上述抵消量子模块142可进一步包括：热影响量子模块1420，用于获得根据所述各路激光器的初始控制量对各路激光器的管芯温度进行控制后，对其他各路激光器的管芯温度的热影响量；转换子模块1422，用于根据所述热影响量子模块1420获得的热影响量，计算各路初始控制量对所述其他各路激光器的抵消控制量。
相应的，本发明还提供了一种多路激光器的波长控制方法，其流程如图6所示，包括：
步骤S601、获得各路激光器的实际输出波长和目标输出波长的差值。这个差值如上所示，可通过加入一个固定的扰动分时获得。本领域技术人员应该知道，本发明实施例仅用于举例，在其它实施例中也可以通过其它方法计算波长差值，本实施例不再详述。
步骤S602、根据所述差值，通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量。具体可为：
a、对所述各路激光器的差值分别进行积分，获得积分差值。
b、对所述各路激光器的差值分别进行比例放大，获得放大差值。本步骤可与步骤a同时进行。
c、将通过步骤a和b获得的各路激光器的积分差值分别和各路激光器的放大差值相加，获得各路激光器的初始控制量。
d、获得根据所述各路激光器的初始控制量对各路激光器的管芯温度进行控制后对其他各路激光器的管芯温度的热影响量。
e、根据所述热影响量计算各路初始控制量对所述其他各路激光器的抵消控制量。
f、根据所述初始控制量和抵消控制量计算各路激光器的修正后的控制量。具体可为将所述各路初始控制量分别与其他各路对本路的抵消控制量的总和相加获得各路激光器的控制量。
步骤S603、根据所述控制量对所述各路温度控制器进行控制以设置所述各路激光器的管芯温度。
为了使多路激光器的各路实际输出波长分别与各路激光器的目标输出波长的差值在预定范围内，上述步骤可以循环执行直至获得需要的激光器输出波长。
下面参考图7中所示的本发明中一种多路激光器的波长控制系统的另一具体实施例的为上述流程做进一步说明，该流程如图8所示，包括：
步骤S801、将固定的扰动分时加入到每路激光器的调制驱动和控制电路中。
步骤S802、激光器阵列输出带有扰动成分的多路光信号经过合波器、分光器、数字滤波器、模拟滤波器、波长检测后获得加入的扰动分时的波长差值，并将该扰动分时的差值以及波长值存储起来。
步骤S803、分别对各路激光器的扰动分时的波长差值进行积分和放大，获得差值的积分值和差值的放大值。
步骤S804、将上一步骤中获得各路的积分值分别与各路的差分值相加，获得相加值后，再将该相加值转换为相应的各路激光器的温度控制器的初始控制量。
步骤S805、进行解耦合计算获得温度控制器的实际控制量(即修正后的控制量)。
具体为，假设激光器阵列中第1路的温度初始控制量为W1，则初始控制量W1加热第1路管芯温度对第n路的热影响量Y1-n为：Y1-n＝f1-n(n)(该公式由经验数据推导出)，那么相应的对其它路的热影响量就可以表示是：Y2-n＝f2-n(n)、Y3-n＝f3-n(n)、...、Yn-n＝fn-n(n)。再将相应的热影响量转化为控制量表示为：C＝K(f(n))。相当于在控制第一路激光器时第n路激光器也间接的加入了控制量C1-n＝K1-n(W1)。
通过软件的减法器在进行温度控制之前将这个间接的控制量抵消，可以将这个抵消量表示为T1-n＝-K1-n(W1)加入到第n通道，所以在控制量W1设置第1路时分别加入对其它路的抵消控制量为T1-2＝-K1-2(W1)、T1-3＝-K3-1(W1)、...、T1-n＝-K1-n(W1)。
再同理计算第2路的温度初始控制量W2对第1、3、4，......，n路的激光器的温度控制器的抵消量，以及其他3、4、......、n路的温度初始控制量对其他各路的激光器温度控制的抵消量。
获得各抵消量后，计算各路激光器的修正后的温度控制量。则第1路的控制量是W1+T2-1+T3-1+T4-1+...+Tn-1，......，第n路的控制量是Wn+T1-n+T2-n+T3-n+...+T(n-1)-n。
步骤S806、将上述修正后的控制量经过温度控制器设置到管芯温度，以控制各路激光器输出的波长值。本系统的所有通道的控制量是同时下发到各温度控制器的。
上述过程为一闭环控制过程，步骤S803中的积分和放大处理有利于稳定本闭环控制系统。
在本发明具体实施例中，由于对各路激光器的温度控制器进行控制时，考虑到了该路管芯温度的变化对其他各路的影响，并将该影响从对其他各路管芯温度的控制中去除，有效的解决了多路激光器中各路激光器之间的热串扰问题，缩短了多路激光器的波长调整时间，提高了系统的效率。同时，本系统中增加了比例积分控制环节，稳定了闭环控制系统。另一方面，上述过程中的涉及到计算的步骤均可以采用软件来实现，可以减少光电器件集成度的上限。
以上所揭露的仅为本发明实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1、一种多路激光器的波长控制方法，所述方法包括：
获得各路激光器的实际输出波长和目标输出波长的差值；
根据所述差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量，所述解耦合计算是指在计算每一路激光器的温度控制器的控制量时，计算其他各路激光器的控制量将对该路激光器造成的影响量，通过其他各路激光器的控制量对其造成的影响量对控制量进行修正；
根据修正后的控制量对各路温度控制器进行控制，以设置所述各路激光器的管芯温度。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量步骤具体为：
根据各路激光器的所述差值计算各路激光器的初始控制量；
根据所述初始控制量计算各路激光器对其他路激光器的抵消控制量；
根据所述初始控制量和抵消控制量计算各路激光器的修正后的控制量。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各路激光器的所述差值计算各路激光器的初始控制量步骤具体为：
对所述各路激光器的差值分别进行积分，获得积分差值；
对所述各路激光器的差值分别进行比例放大，获得放大差值；
分别将各路激光器的积分差值和放大差值相加，获得各路激光器的初始控制量。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始控制量计算各路激光器对其他路激光器的抵消控制量步骤具体为：
获得根据所述各路激光器的初始控制量对各路激光器的管芯温度进行控制后对其他各路激光器的管芯温度的热影响量；
根据所述热影响量，计算各路初始控制量对所述其他各路激光器的抵消控制量。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始控制量和抵消控制量计算各路激光器的修正后的控制量步骤具体为：
将所述各路初始控制量分别与其他各路对本路的抵消控制量的总和相加获得各路激光器的修正后的控制量。
6、如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤根据所述控制量对所述各路温度控制器进行控制，以设置所述各路激光器的管芯温度之后还循环执行所述波长控制方法，直到实际输出波长与目标输出波长的差值在预定范围内。
7、一种多路激光器的波长控制系统，其特征在于，所述系统包括：
多路激光器，用于产生并输出激光；
差值模块，用于计算所述多路激光器输出的光信号的实际输出波长和目标输出波长的差值；
解耦合模块，用于根据所述差值模块计算出的差值通过解耦合计算获得所述各路激光器的温度控制器的控制量，所述解耦合计算是指在计算每一路激光器的温度控制器的控制量时，计算其他各路激光器的控制量将对该路激光器造成的影响量，通过其他各路激光器的控制量对其造成的影响量对控制量进行修正；
温度控制模块，用于根据所述解耦合模块获得的修正后的控制量，对所述各路温度控制器进行控制以设置所述各路激光器的管芯温度。
8、如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述解耦合模块包括：
初始量子模块，用于根据所述差值模块计算的各路激光器输出波长的差值计算各路激光器的初始控制量；
抵消量子模块，用于根据所述初始量子模块获得的各路激光器的初始控制量计算各路激光器对其他路激光器的抵消控制量；
控制量子模块，用于根据所述初始量子模块和抵消量子模块获得的初始控制量和抵消控制量计算各路激光器的修正后的控制量。
9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述初始量子模块包括：
积分子模块，用于对所述各路激光器的差值分别进行积分，获得积分差值；
放大子模块，用于对所述各路激光器的差值分别进行比例放大，获得放大差值；
加和子模块，用于对所述积分子模块获得各路激光器的积分差值分别与所述放大子模块获得的各路激光器的放大差值相加，获得各路激光器的初始控制量。
10、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述抵消量子模块包括：
热影响量子模块，用于获得根据所述各路激光器的初始控制量对各路激光器的管芯温度进行控制后，对其他各路激光器的管芯温度的热影响量；
转换子模块，用于根据所述热影响量子模块获得的热影响量，计算各路初始控制量对所述其他各路激光器的抵消控制量。
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