CN103715604B - Dfb激光器的驱动系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种DFB激光器的驱动系统和使用该系统的驱动方法。通过两片集成电路分别构件恒温和恒流驱动系统，通过主控制器和DA转换器连接恒温和恒流驱动系统，构成DFB激光器的驱动系统。可通过主控制器连接一PC机并通过PC机设置DFB激光器的驱动电流和温度并通过一外部驱动指令传给主控制器实现驱动。此系统为高集成度的激光器驱动系统，简单且易于调试，且容易进行数字控制，大大提高了系统的灵活性和可靠性。

Description

DFB激光器的驱动系统及驱动方法

技术领域

本发明涉及光电领域，尤其涉及一种DFB激光器的驱动系统及驱动方法。

背景技术

分布式反馈激光器（Distributed Feedback Laser，简称DFB激光器）是理想的电子—光子直接转换器件，其具有较高的量子效率，但微小的电流和温度变化都将导致输出光功率的极大变化。作为应用而言，要求DFB激光器应具有较低的电噪声和较高的稳定性，因为驱动电流的波动不仅会造成激光强度噪声，还会造成输出波长光谱线宽的展宽。DFB激光器作为电流驱动型器件，高稳定度的驱动电流是输出功率稳定的前提。此外，DFB激光器是对温度很敏感的器件，环境温度的波动不仅能引起供给电流的波动，还会使激光器的阈值电流和输出功率发生变化。因此，保证DFB激光器连续工作在室温下是极其重要的外部条件。所以，对DFB激光器进行恒温恒流驱动，为应用DFB激光器的光纤传感系统提供一个优质的光源是至关重要的。

然而，现有的DFB激光器多采用分立器件搭建的PID控制器来进行自动功率控制（APC）、自动温度控制（ATC），电路复杂，易出错，且PID控制参数极难调整，很难满足高精度高可靠性的要求。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种DFB激光器的驱动系统及驱动方法。此方法包括：

恒流驱动电路与恒温驱动电路，分别耦接所述DFB激光器；

主控制器，用以接收一外部驱动指令以解析出相应恒流控制信号与恒温控制信号并输出；

DA转换器，耦接所述恒流驱动电路、恒温驱动电路及主控制器，用以接收所述主控制器输出之所述恒流控制信号与恒温控制信号并进行DA转换，以生成恒流控制电压与恒温控制电压并输出给所述恒流驱动电路与恒温驱动电路；

其中，所述恒温驱动电路与所述恒流驱动电路均采用单片集成电路，通过DA转换器输出的恒流控制电压与恒温控制电压控制DFB激光器的参数，以使所述DFB激光器输出稳定的光功率。

进一步的，在所述DFB激光器的驱动系统中，所述主控制器包含恒流控制表与恒温控制表，其接收外部驱动指令后通过所述恒流控制表与恒温控制表解析出相应恒流控制信号与恒温控制信号并输出。

进一步的，在所述DFB激光器的驱动系统中，所述恒流驱动电路包含一控制器，用以对所述DFB激光器的输出光功率进行控制补偿，以稳定所述DFB激光器的输出光功率。

进一步的，在所述DFB激光器的驱动系统中，所述恒流驱动电路检测所述DFB激光器输出光功率的大小，若超出一设定阈值，则所述恒流驱动电路自动关断以保护所述DFB激光器。

进一步的，在所述DFB激光器的驱动系统中，所述恒温驱动电路包含一电压比较器，所述电压比较器的一端接受所述恒温控制电压，另一端接收一设定的参考电压，当所述恒温控制电压异常时，所述电压比较器输出一触发电平以自动关断所述恒流驱动电路以保护所述DFB激光器。

本发明还提供一种DFB激光器的驱动方法，此方法包括：

以一PC机连接如权利要求1至5中任一项所述的DFB激光器的驱动系统的主控制器；

根据所述DFB激光器所需的驱动电流和温度于所述PC机上设置所述外部驱动指令；

通过所述PC机发送所述外部驱动指令给所述主控制器，以使所述主控制器输出恒流控制信号与恒温控制信号。

进一步的，在所述DFB激光器的驱动系统中，所述PC机发送所述外部驱动指令之前对所述外部驱动指令进行校验。

进一步的，在所述DFB激光器的驱动系统中，所述PC机通过RS232总线连接所述DFB激光器的驱动系统的主控制器。

本发明提供的DFB激光器的驱动系统的恒温驱动电路与恒流驱动电路均采用单片集成电路，以构建恒温恒流驱动系统，实现高集成度的激光器驱动系统的目的，所述DFB激光器的驱动系统简单且易于调试，且容易进行数字控制，大大提高了系统的灵活性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例所述DFB激光器的驱动系统构成图；

图2为本发明实施例所述DFB激光器的驱动方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的DFB激光器的驱动系统包括主控制器10，DA转换器20，恒流驱动电路40和恒温驱动电路50。使用时恒流驱动电路40和恒温驱动电路50耦接DFB激光器30。

主控制器10用以接受外部驱动指令并解析出相应恒流控制信号与恒温控制信号。根据DFB激光器30的驱动电流和温度可以设置特定的恒流控制信号和恒温控制信号用来控制驱动电流和温度的大小，从而控制激光器的功率。对于DFB激光器30的驱动电流和温度的设置均包含在所述恒流控制信号与恒温控制信号中。主控制器10例如为AVR单片机，采用MLF（Micro Lead Frame）方式封装以减少整个系统的电路体积。

DA转换器20用于将上述主控制器10输出的恒流控制信号与恒温控制信号进行DA转换以输出恒流控制电压与恒温控制电压，便于恒流驱动电路40和恒温驱动电路50处理。DA转换器例如为带有SPI接口的四通道16位转换器，用以保证输出控制电压的精度。DA转换器20通过SPI接口连接主控制器10。

本发明的恒流驱动电路40和恒温驱动电路50均采用单片集成电路。所述恒流驱动电路40用于根据恒流控制电压控制激光器30的参数以控制激光器的功率。恒流驱动电路40包含恒流控制表，恒流驱动电路40接收外部驱动指令后通过所述恒流控制表解析出相应恒流控制信号。

恒流驱动电路40中包含控制器41，用以对所述DFB激光器30的输出光功率进行控制补偿，以稳定DFB激光器30的输出光功率。控制器41可为PID控制器。恒流驱动电路40内还可预先设置DFB激光器30输出光功率的阈值，并自动检测所述DFB激光器30的输出光功率大小，若超出所述阈值，则恒流驱动电路40自动关闭以保护DFB激光器30。

所述恒温驱动电路50根据恒温控制电压控制激光器30的参数以控制激光器的功率。恒温驱动电路50内包含电压比较器51，其一端接受所述恒温控制电压，另一端接收一设定的参考电压，当所述恒温控制电压异常时，所述电压比较器51输出一触发电平以自动关断所述恒流驱动电路40以保护所述DFB激光器30。

请参见图2，图2为本发明的DFB激光器30的驱动方法的流程图。首先用PC机连接本发明的DFB激光器驱动系统中的主控制器10，然后根据DFB激光器30的驱动电流和温度的需求设置所述外部驱动指令，然后该外部驱动指令发送到主控制器10，使主控制器10输出恒流控制信号与恒温控制信号。

采用PC机可实现的控制功能包括：设置激光器30光功率、设置激光器30的温度、获取当前板载温度、获取当前激光器30的驱动电流、关断激光器30恒流驱动、关断激光器30恒温驱动。

所述激光器30的光功率与温度的设置都是通过串口发送指令，主控制器10接收到指令后控制DA转换器20输出恒流与恒温控制电压，从而达到设置目的。

指令的发送都是通过CRC校验，保证数据的正确性，同时下位机再做一次判断，以最大限度提高可靠性，避免发送错误代码导致错误响应而是激光器30设置的功率或者温度过高。

所述关断激光器30恒流与恒温驱动也是通过串口发送指令的形式，流程一样。而获取板载温度则是通过AD采样板载温度测量芯片获得的温度数据（所述板载温度测量芯片为模拟集成芯片，将温度转换成电压，不同的温度对应不同的电压，具有一一映射的关系）。

获取激光器30的驱动电流则是通过采样驱动电压的大小判断当前的驱动电流的大小，从而实时监控激光器30，避免过流或者过压对激光器造成的损害。

本发明的恒流驱动电路40和恒温驱动电路50均采用单片集成电路。优选地，可使用芯片ADN2841作为恒流驱动电路40，ADN8831作为恒温驱动电路50。

参见芯片ADN2841的数据手册，激光器30的LD连接芯片的偏置电流控制端IBIAS，激光器30的背光检测器连接IMPD端，DA转换器20连接激光器功率设置端PSET、报警设置端ASET。芯片的背光检测端检测激光器输出功率是否为预期设置的值，然后通过内部PID控制电路进行控制补偿，从而使激光器30的输出功率达到稳定值。进一步的，所述DA转换器一端可以用来设置报警电流的大小，超出范围后发一个脉冲给ALS端进行控制芯片的自动关断，从而有效的保证了过流的情况下激光器不至于损坏。

参见ADN8831的数据手册，当设置所述外部驱动指令的温度值后，温度控制电压在THERMIN与TEMPSET之间产生压差，差值信号送入芯片内部放大器进行放大，然后通过内部PID控制电路，最后作为PWM温控的触发信号触发PWM工作，控制激光器30内部的TEC电路（图中未标出）进行激光器30的加热或者制冷，从而影响热敏电阻阻值，让外部桥式电路达到平衡，即完成温控控制过程。DA转换器20输出的恒温控制电压进入ADN8831的电压输入端，同时连接电压比较器51输入的一端，电压比较器51输入的另一端设置一参考电压。当DA转换器20输出电压异常时，比较器51输出一触发电平，此触发电平连接到ADN8830的开启控制端SD，从而控制其打开或者关闭，进而保护了DFB激光器30内部的TEC半导体制冷器（图中未标出）。ADN8831理论上的温度控制精度为0.01℃，2、4引脚的差值电压每250μV对应0.01℃。DA转换器20的输出电压与设置温度之间的关系式为TEMPSET=-0.025(T-25)+1.397，T为设置的温度。设置多大的温度，可参考不同激光器使用手册，上面会给出激光器测试时的温度与中心波长的对应关系，测试温度即为要设置的最佳工作温度，在此不再赘述。

本发明提供的DFB激光器的驱动系统通过两片集成电路构件恒温恒流驱动系统，为高集成度的激光器驱动系统，简单且易于调试，还容易进行数字控制，大大提高了系统的灵活性和可靠性。克服了分立器件搭建的PID控制器来进行自动功率控制（APC）和自动温度控制（ATC）带来的电路复杂，易出错，且PID控制参数极难调整等诸多不便。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种DFB激光器的驱动系统，包含：

恒流驱动电路与恒温驱动电路，分别耦接所述DFB激光器；

主控制器，用以接收一外部驱动指令以解析出相应恒流控制信号与恒温控制信号并输出；

DA转换器，耦接所述恒流驱动电路、恒温驱动电路及主控制器，用以接收所述主控制器输出之所述恒流控制信号与恒温控制信号并进行DA转换，以生成恒流控制电压与恒温控制电压并输出给所述恒流驱动电路与恒温驱动电路；

其中，所述恒温驱动电路与所述恒流驱动电路均采用单片集成电路，通过DA转换器输出的恒流控制电压与恒温控制电压控制DFB激光器的参数，以使所述DFB激光器输出稳定的光功率；

所述恒流驱动电路检测所述DFB激光器输出光功率的大小，若超出一设定阈值，则所述恒流驱动电路自动关断以保护所述DFB激光器；所述恒温驱动电路包含一电压比较器。

2.如权利要求1所述的DFB激光器的驱动系统，其特征在于：所述主控制器包含恒流控制表与恒温控制表，其接收外部驱动指令后通过所述恒流控制表与恒温控制表解析出相应恒流控制信号与恒温控制信号并输出。

3.如权利要求1所述的DFB激光器的驱动系统，其特征在于：所述恒流驱动电路包含一控制器，用以对所述DFB激光器的输出光功率进行控制补偿，以稳定所述DFB激光器的输出光功率。

4.如权利要求1所述的DFB激光器的驱动系统，其特征在于：所述电压比较器的一端接所述恒温控制电压，另一端接收一设定的参考电压，当所述恒温控制电压异常时，所述电压比较器输出一触发电平以自动关断所述恒流驱动电路以保护所述DFB激光器。

5.一种DFB激光器的驱动方法，其特征在于：

以一PC机连接如权利要求1至4中任一项所述的DFB激光器的驱动系统的主控制器；

根据所述DFB激光器所需的驱动电流和温度于所述PC机上设置所述外部驱动指令；

通过所述PC机发送所述外部驱动指令给所述主控制器，以使所述主控制器输出恒流控制信号与恒温控制信号；

恒流驱动电路接收外部驱动指令后通过所述恒流控制表解析出相应恒流控制信号，并自动检测所述DFB激光器的输出光功率大小，若超出所述阈值，则恒流驱动电路自动关闭以保护DFB激光器；

恒温驱动电路内包含电压比较器，根据恒温控制电压控制激光器的参数以控制激光器的功率。

6.如权利要求5所述的DFB激光器的驱动方法，其特征在于：所述PC机发送所述外部驱动指令之前对所述外部驱动指令进行校验。

7.如权利要求5所述的DFB激光器的驱动方法，其特征在于：所述PC机通过RS232总线连接所述DFB激光器的驱动系统的主控制器。