一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器制造技术

本发明专利技术属于光电控制技术领域，具体涉及一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器，包括FPGA控制模块、压控恒流源、SGDBR激光器、分光器、TEC驱动模块和波长锁定模块；FPGA控制模块内设置有温度控制模块、PID控制模块和电流控制模块；电流控制模块用于根据根据内部存储的波长

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器


[0001]本专利技术属于光电控制
，具体涉及一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器。

技术介绍

[0002]近几年，密集波分复用系统(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)凭借容量大、传输透明、组网灵活以及高效实现全光网络交换等优点，成为光通信领域新一代的研究热点。在DWDM系统中，可调谐激光器是核心器件，改变可调谐激光器的输出波长可以实现波长切换，但在波长切换的过程中可能会产生激光漂移的现象，造成信道串扰。为减少信道串扰，就需要可调谐激光器实现快速稳定的波长变换，但是目前实现可调谐激光器波长变换的控制方法无法满足上述要求。
[0003]同时，如果激光器控制温度不稳定，会导致输出波长以及输出频率改变。一方面，随着工作时间的增加，可调谐激光器内部温度会升高，引起输出波长发生漂移，影响输出波长的稳定性以及输出精度，减少激光器使用寿命，甚至可能造成激光器的损坏。另一方面，在可调谐激光器切换波长的过程中，电流的改变会引起可调谐激光器内部发生缓慢的热漂移现象，进而导致激光器输出波长改变。因此保持激光器控制温度稳定具有重要意义，传统的解决方法是采用温度补偿，但是这种方法速度太慢，控制精度也较差，无法快速稳定的控制激光器内部温度。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR(Sampled Raster Distributed Bragg Reflector，取样光栅分布布拉格反射器)稳频激光器，以实现激光器输出波长的快速和高精度调谐，同时提高其输出波长的稳定度。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器，包括FPGA控制模块、压控恒流源、SGDBR激光器、分光器、TEC驱动模块和波长锁定模块；
[0006]所述FPGA控制模块内设置有温度控制模块、PID控制模块和电流控制模块；
[0007]所述SGDBR激光器包括依次设置的SOA放大区、前光栅节、增益节、相位节以及后光栅节，所述电流控制模块用于根据根据内部存储的波长
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电流关系表，发送对应的控制电压信号至所述压控恒流源，经所述压控恒流源转化为控制电流信号后发送至所述SGDBR激光器的SOA放大区、前光栅节、增益节、相位节以及后光栅节；
[0008]所述SGDBR激光器输出的激光信号经分光器分出一部分后，入射至所述波长锁定模块，经所述波长反馈模块得到与波长相关的电压信号后发送至所述PID模块，所述PID模块根据所述电压信号计算得到稳频反馈电压信号，所述压控恒流源用于将所述稳频反馈电压信号转化为反馈电流信号后发送至所述SGDBR激光器的相位节。
[0009]所述波长锁定模块包括F
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P标准具、50/50耦合器，光电转换器和信号放大器，所述SGDBR激光器输出的激光信号经分光器分出一部分后，经50/50耦合器分为两路，一路信号作为参考信号直接输出至光电转换器，另一路经F
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P标准具后输出透射信号至光电转换器，光电转换器将两路信号进行进行光电转换后发送至信号放大器，信号放大器将两路信号输出至所述FPGA控制模块。
[0010]所述FPGA控制模块还包括ADC控制模块；
[0011]所述ADC控制模块用于根据信号放大器发送的两路信号进行计算，得到电压差值信号后发送至所述PID模块。
[0012]ADC控制模块采用ADC128S022芯片，通过SPI接口与FPGA进行通信。
[0013]所述分光器为1:99的光纤耦合器。
[0014]所述FPGA控制模块还包括DAC控制模块，DAC控制模块用于将电流控制模块发送的控制信号转换为控制电压信号后发送给所述压控恒流源。
[0015]DAC控制模块采用TLV5618芯片，通过三线制SPI通信与FPGA通信。
[0016]所述FPGA控制模块内还设置有RAM存储模块，所述RAM存储模块用于存储所述波长
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电流关系表；
[0017]所述波长
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电流关系表包括SGDBR激光器的各个输出波长对应的前光栅节电流Iq、后光栅节电流Ih以及相位节电流Ix的值。
[0018]所述压控恒流源包括运算放大器A1、运算放大器A2、采样电阻R3、电阻R2、电阻R1、电阻R4，场效应管Q1和场效应管Q2，
[0019]所述运算放大器A1的同相输入端与控制电压信号连接，反向输入端通过电阻R1接地，输出端与场效应管Q1的栅极连接，场效应管Q1的漏极经电阻R2与电源正极连接，源极与运算放大器A1的反相输入端连接；
[0020]运算放大器A2的同相输入端与场效应管Q1的源极连接，输出端与场效应Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极经电阻R3与电源正极连接，还经电阻R4与运算放大器A2反向输入端连接，场效应管Q2的漏极输出恒定输出电流。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术提供了一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器，采用FPGA芯片以及高精度压控恒流源设计，将波长
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电流关系表直接存储到RAM存储模块中，通过配置高频率时钟信号直接调用波长
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电流关系表，使SGDBR激光器输出波长切换速度快，稳定性好，精度高。
[0023]2、本专利技术通过波长锁定模块获取波长漂移的误差信号，利用FPGA芯片内设置的PID控制模块计算波长锁定反馈信号，可以快速实现激光器的波长锁定，消除激光器工作过程中发生的波长漂移现象，使激光器不仅可以快速进行波长切换，而且输出波长保持稳定。
[0024]3、本专利技术利用激光器内部的TEC以及NTC热敏电阻，通过在FPGA芯片内部集成Quartus II软件设计的温度控制模块控制TEC驱动模块，构成温度控制系统来控制激光器内部温度，温度调节响应速度快，稳定性良好。
[0025]4、本专利技术采用FPGA芯片作为核心控制器件，集成了激光器恒温所需的温度控制模块、波长调节所需的压控恒流源模块以及波长锁定所述的PID控制模块，一方面简化激光器系统的结构，利于集成，另一方面降低设计成本，性价比高。同时FPGA芯片可以实现数据并
行计算，可以更加快速稳定的调节可调谐激光器的输出波长。
附图说明
[0026]图1为本专利技术提供的一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器的整体结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例中的压控恒流源电路示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例中的波长锁定模块的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例中波长锁定环路的结构示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例中DAC控制模块的电路原理图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器，其特征在于，包括FPGA控制模块、压控恒流源、SGDBR激光器、分光器、TEC驱动模块和波长锁定模块；所述FPGA控制模块内设置有温度控制模块、PID控制模块和电流控制模块；所述SGDBR激光器包括依次设置的SOA放大区、前光栅节、增益节、相位节以及后光栅节，所述电流控制模块用于根据根据内部存储的波长
‑
电流关系表，发送对应的控制电压信号至所述压控恒流源，经所述压控恒流源转化为控制电流信号后发送至所述SGDBR激光器的SOA放大区、前光栅节、增益节、相位节以及后光栅节；所述SGDBR激光器输出的激光信号经分光器分出一部分后，入射至所述波长锁定模块，经所述波长反馈模块得到与波长相关的电压信号后发送至所述PID模块，所述PID模块根据所述电压信号计算得到稳频反馈电压信号，所述压控恒流源用于将所述稳频反馈电压信号转化为反馈电流信号后发送至所述SGDBR激光器的相位节。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器，其特征在于，所述波长锁定模块包括F
‑
P标准具、50/50耦合器，光电转换器和信号放大器，所述SGDBR激光器输出的激光信号经分光器分出一部分后，经50/50耦合器分为两路，一路信号作为参考信号直接输出至光电转换器，另一路经F
‑
P标准具后输出透射信号至光电转换器，光电转换器将两路信号进行进行光电转换后发送至信号放大器，信号放大器将两路信号输出至所述FPGA控制模块。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA控制的波长可调谐SGDBR稳频激光器，其特征在于，所述FPGA控制模块还包括ADC控制模块；所述ADC控制模块用于根据信号放大器发送的两路信号进行计算，得到电压差值信号后发送至所述PID模块。4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，赵明哲，胡冰冰，刘静，崔丽琴，杜超，邓霄，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：