光通信用的多路半导体激光器监控系统研究

监控系统参数设定结构图如图5所示，工作流程为：首先上位机向USB 2．0接口芯片CY7C68001的FIFO中发送调制参数命令，该命令包括：选择LD的路数、设定参数类型(温度或功率)和参数值。其中，CY7C68001基于应用层编程，内部集成了4 KB的FIFO空间，不含微处理器内核，属于被动型接口芯片，同时触发USB芯片向DSP发中断信号，DSP响应中断FIFO中的命令，与FPGA协调控制设定参数。
另外远程开／关电源操作与上述类似，上位机发送开／关电源命令，经DSP接收命令后，由FPGA控制总电源回路上继电器的I／O开关量，实现开／关操作。

3 监测系统
监测系统通过对多路LD的温度、功率信息实时测量以实现监测。测量电路主要通过A／D采集数据，其电路连接如图6所示。将温度、功率采样得到的电压经放大器输出到A／D的模拟输入端，其中A／D芯片选用16位高速串行ADS8321，采样速率为100 kHz。FPGA基于其并行流水线控制A／D时序，可高速同步测量多路A／D。

监控系统多路测量单元结构图如图7所示，工作流程为：首先上位机通过USB 2．0向DSP发出监测命令，DSP响应中断，配合FPGA同步控制多路A／D时序。再将采集到的数据按LD路数、温度和功率参数有规律地存入DSP程序数组中，当采集满512 B的数据，将数据打包通过USB中断传输模式传送至上位机，并将数据通过图形直观显示，以便清晰地观测各路LD状态。

4 实验结果与分析
实验中LD选用深圳亩兆科技有限公司生产的DFB，14引脚DIP蝶形封装激光器，中心波长为1 550 nm，波长调节范围从1 527．99～1 611．78 nm，输出功率最大15 W。上位机程序结合VB界面美观和C++效率高的优势，采用VB调用C++动态链接库的编程模式，实现对多路激光器的控制和监测。软件控制平台包括开／关电源和设定参数，其电压设定最小步长为0．08 mV，对应的温度和功率设定最小步长分别为0．001℃和0．1 mW。根据光通信中波长传输窗口及波长-温度线性关系得出LD的温度窗口，设定相应温度范围和LD路数，软件按等间隔均匀分布原则，自动调制各路LD温度。

实验中，室温为20℃，设定LD功率为3 W，温度范围为15．0～40．0℃，设定LD为2路，点击发送选项，即可同时对两路LD参数调制。结果如图8～图10所示。实验结果表明温度偏差可控制在±0．01℃，且越接近室温控制效果越好，功率1 h稳定性在0．5％以内。另外，温度参数在重新调整后会出现振荡，取P1分离电路中阈值电压U1=0．2 V，U2=2 V，适当调整PI参数，可使温度快速进入稳定。

5 结论
本文针对WDM技术对激光器光源的要求，采用恒温与恒功率电路组合构成模拟单元，DSP与FPGA模块组合构建数控单元，由上位机远程监控，可以实现对多路LD参数的高效调制和实时同步监测。采用本文的PI分离控制方法可以快速实现高精度温度稳定控制。实验结果表明，在1 h内温度稳定性达±0．01℃，功率稳定性达0．5％，满足光通信中对激光器光源的需求。