一种在线监测半导体激光器退化的方法技术

本发明专利技术公开了一种在线监测半导体激光器退化的方法，目的是提供一种既能判断LD是否发生退化，又能判断LD的具体退化模式的方法。技术方案是构建由监测模块和诊断模块组成的LD退化监测系统，监测模块监测LD的工作参数即偏置电流、发射光功率和调制电流；诊断模块由数据收集子模块、参数计算子模块、诊断评估子模块构成，根据LD的工作参数计算可以判断LD退化模式的表征参数——阈值电流Ith和斜率效率k，并基于LD阈值电流和斜率效率诊断LD退化模式。采用本发明专利技术既能判断LD是否发生退化，又能判断LD的具体退化模式，且其采用的LD退化监测系统结构简单，易于实现。

An on-line monitoring method for semiconductor laser degradation

The invention discloses a method for on-line monitoring the degeneration of semiconductor lasers, aiming to provide a method for judging whether LD degenerates or not, and for judging the specific degeneration mode of LD. The technical scheme is to construct a LD degradation monitoring system composed of monitoring module and diagnostic module. The monitoring module monitors the working parameters of LD, i.e. bias current, emission power and modulation current. The diagnostic module is composed of data collection module, parameter calculation module and diagnostic evaluation module. Threshold current Ith and slope efficiency k, which are the characterization parameters of LD degradation mode, are judged, and LD degradation mode is diagnosed based on LD threshold current and slope efficiency. The method can not only judge whether LD has degenerated, but also judge the concrete degeneration mode of LD. The LD degeneration monitoring system adopted by the method has simple structure and is easy to realize.

【技术实现步骤摘要】
一种在线监测半导体激光器退化的方法
本专利技术涉及半导体激光器的退化监测方法，尤其是一种在线监测半导体激光器退化的方法。
技术介绍
半导体激光器(LaserDiode,LD)是一类重要的激光器，广泛应用于光纤通信、光盘存储、激光测距、激光制导、激光陀螺等影响国民经济和国防建设的诸多发展领域。LD作为众多光电设备的核心器件，其一旦发生退化或失效将对整个设备的运行造成巨大的影响，因此对LD的退化实施在线监测是LD应用中的一项关键技术。有一种用于光纤通信的小型封装光模块(以下简称智能光模块)具有在线退化监测功能。智能光模块由光发射机和光接收机组成，其中光发射机由LD和LD外围电路(包括驱动电路、光功率控制电路、温控电路等)构成。智能光模块通过一个数字监测与诊断系统对其内部的LD和LD外围电路实施在线监测，监测的工作参数包括：工作电压、工作温度、偏置电流、发射光功率和接收光功率(RandyClark.SFP光收发模块的集成故障诊断方法[J].光通信技术,2003(1):48-50)。其中，接收光功率用于监测光接收机，工作电压和工作温度用于监测LD外围电路，这三个参数与LD退化监测无关。对LD的监测和诊断主要用到偏置电流和发射光功率这两个参数，偏置电流是LD的输入，发射光功率是LD的输出。具体地，当智能光模块工作在恒功率模式(即通过光功率控制电路使LD发射光功率保持恒定)时，通过偏置电流来判断LD是否发生退化；当工作在恒电流模式(即通过驱动电路使LD偏置电流保持恒定)时，通过光发射功率来判断LD是否发生退化。对智能光模块中的LD的退化监测方法如下：第一步，构建数字监测与诊断系统。数字监测与诊断系统由监测模块和诊断模块构成。1.1构建监测模块。监测模块与智能光模块中需要监测的LD相连，由偏置电流监测电路、发射光功率监测电路、工作电压监测电路、工作温度监测电路、接收光功率监测电路组成，分别监测LD的偏置电流、发射光功率、工作电压、工作温度、接收光功率这些工作参数。具体地，发射光功率监测电路是一个安装在LD旁边的一个低速光电二极管，对LD发射光功率进行监测；偏置电流监测电路是一个闭环反馈电路，对LD偏置电流进行监测。以上监测电路均与诊断模块的数据收集子模块相连，将监测到的LD工作参数传递给数据收集子模块。工作电压、工作温度、接收光功率虽然也传给了数据收集子模块，但这3个参数与LD退化监测无关。1.2构建诊断模块。诊断模块与监测模块相连，包括数据收集子模块和诊断评估子模块，数据收集子模块将监测模块监测到的偏置电流和发射光功率收集起来，发送给诊断评估子模块，诊断评估子模块利用工作参数对LD实施退化诊断。第二步，数字监测与诊断系统对智能光模块中LD的退化实施在线监测和诊断，方法是：2.1监测模块中的偏置电流监测电路和发射光功率监测电路分别对LD的偏置电流和发射光功率进行在线监测。2.2数据收集子模块收集上述监测电路所监测到的LD的偏置电流和发射光功率，进行模数转换。2.3诊断评估子模块读取数据收集子模块进行模数转换后的LD偏置电流和发射光功率，对LD实施退化诊断，方法是：2.3.1确定LD的工作模式(即智能光模块的工作模式，可依据智能光模块的出厂参数确定)，若LD采取恒功率模式，转2.3.2；若LD采取恒电流模式，转2.3.3。2.3.2将偏置电流同预先设定的正常范围(依据LD出厂参数)进行比对，若偏置电流处于正常范围，转2.3.4；若偏置电流不处于正常范围，则转2.3.5。2.3.3将发射光功率同预先设定的正常范围(依据LD出厂参数)进行比对，若发射光功率处于正常范围，转2.3.4；若射光功率不处于正常范围，则转2.3.5。2.3.4输出LD正常的指示。2.3.5输出LD发生退化的指示。通过上述方法虽可判断LD是否发生退化，但不能判断LD的具体退化模式，如不能区分LD腔面退化和有源区退化这两种典型退化模式。如何判断LD的具体退化模式以便针对退化模式采取必要的预防措施是本领域技术人员极为关注的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种在线监测半导体激光器退化的方法，既能判断LD是否发生退化，又能判断LD的具体退化模式。本专利技术申请人经过大量的分析和实验发现，通过LD的阈值电流和斜率效率可以区分LD不同退化模式。具体地，阈值电流可表征有源区退化，斜率效率可以表征腔面退化。但问题在于这两个参数目前主要通过离线方式监测，无法在线监测，而且现有方法没有给出诊断LD退化模式的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术主要采取以下措施：构建由监测模块和诊断模块组成的LD退化监测系统，监测模块监测LD的工作参数(包括偏置电流、发射光功率和调制电流)；诊断模块由数据收集子模块、参数计算子模块、诊断评估子模块构成，根据LD的工作参数计算可以判断LD退化模式的表征参数——阈值电流Ith和斜率效率k，并基于LD阈值电流和斜率效率诊断LD退化模式。具体技术方案如下：本专利技术技术方案如下：第一步，搭建LD退化监测系统。LD退化监测系统与需要监测的LD相连，它由监测模块和诊断模块组成。监测模块与LD相连，监测LD的工作参数；诊断模块与监测模块相连，从监测模块接收LD的工作参数，并利用这些工作参数对LD实施退化模式诊断，具体方法是：1.1构建监测模块。监测模块由偏置电流监测电路、发射光功率监测电路和调制电流监测电路构成，各监测电路独立工作，各监测电路之间没有连接关系，各监测电路均与数据收集子模块相连，监测模块构建方法如下：1.1.1采用
技术介绍
所述方法中步骤1.1的方法设计偏置电流监测电路和发射光功率监测电路。即发射光功率监测电路是一个安装在LD旁边的低速光电二极管，对LD发射光功率进行监测，将监测到的发射光功率传递给数据收集子模块；偏置电流监测电路是一个闭环反馈电路，对LD偏置电流进行监测，将监测到的偏置电流传递给数据收集子模块。1.1.2采用内部集成电流镜电路的集成芯片(如Maximintegrated公司的DS1859芯片、AnalogDeviceInc.公司的ADN2872芯片等)作为调制电流监测电路，根据集成芯片的设计手册，将LD的调制电流引入集成芯片，并将调制电流监测电路与诊断模块相连。1.3构建诊断模块。诊断模块与监测模块相连，由数据收集子模块、参数计算子模块、诊断评估子模块构成。数据收集子模块与监测模块、参数计算子模块、诊断评估子模块相连，数据收集子模块从监测模块获取监测到的LD的工作参数，即偏置电流、发射光功率和调制电流，将这些参数进行模数转换，将模数转换后的偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod发送给参数计算子模块，将模数转换后的偏置电流Ibias和发射光功率Pt发送给诊断评估子模块。参数计算子模块与数据收集子模块、诊断评估子模块相连，根据接收的偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod阈值电流Ith和斜率效率k，将阈值电流Ith和斜率效率k发送给诊断评估子模块。诊断评估子模块与数据收集子模块、参数计算子模块相连，根据接收的偏置电流Ibias、发射光功率Pt判断LD是否发生退化，并根据接收的阈值电流Ith和斜率效率k诊断LD所发生的退化模式。第二步，LD退化监测系统对LD进行退化监测和诊断，方法是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线监测半导体激光器退化的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，搭建LD退化监测系统，LD退化监测系统与需要监测的LD相连，由监测模块和诊断模块组成；监测模块与LD相连，监测LD的工作参数即偏置电流、发射光功率和调制电流；诊断模块与监测模块相连，从监测模块接收LD的工作参数，并利用这些工作参数对LD实施退化模式诊断，具体方法是：1.1构建监测模块，监测模块由偏置电流监测电路、发射光功率监测电路和调制电流监测电路构成，各监测电路独立工作，各监测电路均与数据收集子模块相连，监测模块构建方法是：1.1.1设计偏置电流监测电路和发射光功率监测电路，发射光功率监测电路对LD发射光功率进行监测，将监测到的发射光功率传递给数据收集子模块；偏置电流监测电路对LD偏置电流进行监测，将监测到的偏置电流传递给数据收集子模块；1.1.2采用内部集成电流镜电路的集成芯片作为调制电流监测电路，根据集成芯片的设计手册，将LD的调制电流引入集成芯片，并将调制电流监测电路与诊断模块相连；1.3构建诊断模块：诊断模块与监测模块相连，由数据收集子模块、参数计算子模块、诊断评估子模块构成；数据收集子模块与监测模块、参数计算子模块、诊断评估子模块相连，数据收集子模块从监测模块获取监测到的LD的工作参数，将这些工作参数进行模数转换，将模数转换后的偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod发送给参数计算子模块，将模数转换后的偏置电流Ibias和发射光功率Pt发送给诊断评估子模块；参数计算子模块与数据收集子模块、诊断评估子模块相连，根据接收的偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod计算阈值电流Ith和斜率效率k，将阈值电流Ith和斜率效率k发送给诊断评估子模块；诊断评估子模块与数据收集子模块、参数计算子模块相连，根据接收的偏置电流Ibias、发射光功率Pt判断LD是否发生退化，并根据接收的阈值电流Ith和斜率效率k诊断LD所发生的退化模式；第二步，LD退化监测系统对LD进行退化监测和诊断，方法是：2.1监测模块对LD进行监测，采集LD的偏置电流、发射光功率和调制电流，方法是：2.1.1发射光功率监测电路开始工作，监测LD的发射光功率；2.1.2偏置电流监测电路开始工作，监测LD的偏置电流；2.1.3调制电流监测电路开始工作，监测LD的调制电流；2.2数据收集子模块收集各监测电路监测到的LD偏置电流、发射光功率、调制电流，将这些工作参数进行模数转换，分别得到数字化的偏置电流Ibias、发射光功率Pt、调制电流Imod，将数字化的偏置电流Ibias、发射光功率Pt、调制电流Imod发送给参数计算子模块，将数字化的的偏置电流Ibias、发射光功率Pt发送给诊断评估子模块；2.3参数计算子模块从数据收集子模块获取偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod，利用公式(1)计算LD阈值电流Ith和斜率效率k：...

【技术特征摘要】
1.一种在线监测半导体激光器退化的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，搭建LD退化监测系统，LD退化监测系统与需要监测的LD相连，由监测模块和诊断模块组成；监测模块与LD相连，监测LD的工作参数即偏置电流、发射光功率和调制电流；诊断模块与监测模块相连，从监测模块接收LD的工作参数，并利用这些工作参数对LD实施退化模式诊断，具体方法是：1.1构建监测模块，监测模块由偏置电流监测电路、发射光功率监测电路和调制电流监测电路构成，各监测电路独立工作，各监测电路均与数据收集子模块相连，监测模块构建方法是：1.1.1设计偏置电流监测电路和发射光功率监测电路，发射光功率监测电路对LD发射光功率进行监测，将监测到的发射光功率传递给数据收集子模块；偏置电流监测电路对LD偏置电流进行监测，将监测到的偏置电流传递给数据收集子模块；1.1.2采用内部集成电流镜电路的集成芯片作为调制电流监测电路，根据集成芯片的设计手册，将LD的调制电流引入集成芯片，并将调制电流监测电路与诊断模块相连；1.3构建诊断模块：诊断模块与监测模块相连，由数据收集子模块、参数计算子模块、诊断评估子模块构成；数据收集子模块与监测模块、参数计算子模块、诊断评估子模块相连，数据收集子模块从监测模块获取监测到的LD的工作参数，将这些工作参数进行模数转换，将模数转换后的偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod发送给参数计算子模块，将模数转换后的偏置电流Ibias和发射光功率Pt发送给诊断评估子模块；参数计算子模块与数据收集子模块、诊断评估子模块相连，根据接收的偏置电流Ibias、发射光功率Pt和调制电流Imod计算阈值电流Ith和斜率效率k，将阈值电流Ith和斜率效率k发送给诊断评估子模块；诊断评估子模块与数据收集子模块、参数计算子模块相连，根据接收的偏置电流Ibias、发射光功率Pt判断LD是否发生退化，并根据接收的阈值电流Ith和斜率效率k诊断LD所发生的退化模式；第二步，LD退化监测系统对LD进行退化监测和诊断，方法是：2.1监测模块对LD进行监测，采集LD的偏置电流、发射光功率和调制电流，方法是：2.1.1发射光功率监测电路开始工作，监测LD的发射光功率；2.1.2偏置电流监测电路开始工作，监测LD的偏置电流；2.1.3调制电流监测电路开始工作，监测LD的调制电流；2.2数据收集子模块收集各监测电路监测到的LD偏置电流、发射光功率、调制电流，将这些工作参数进行模数转换，分别得到数字化的偏置电流Ibias、发射光功率Pt、调制电流Imod，将数字化的偏置电流Ibias、发射光功率Pt、调制电流Imod发送给参数计算子模块，将数字化的的偏置电流Ibias、发射光功率Pt发送给诊断评估子模块；2.3参数计算子...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，王贵山，邱静，刘冠军，吕克洪，张勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43