專利名稱：用于多通道光子集成電路(pic)的波長鎖定和功率控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與多重WDM信號(hào)通道相關(guān)的波長鎖定和輸出功率控制系統(tǒng)，尤其涉 及在諸如具有多個(gè)集成信號(hào)通道且每一通道具有一已調(diào)制源的單片發(fā)射機(jī)光子集成電路 (TxPIC)芯片中等可找到的信號(hào)通道。
背景技術(shù)：
已知有多種用于控制激光器陣列——尤其是在光學(xué)傳輸網(wǎng)絡(luò)中使用的光學(xué)發(fā)射 機(jī)中采用的分立激光器或稱為EML——的波長的反饋環(huán)路系統(tǒng)。同樣，已有用來控制在此類 發(fā)射機(jī)中產(chǎn)生的已調(diào)制信號(hào)的輸出電平以使其功率電平跨信號(hào)通道生成器陣列一致的反 饋環(huán)路系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中該功率均衡也被稱作預(yù)加重。帶有集成多路復(fù)用器的單片TxPIC 的特性在于，從TxPIC顯現(xiàn)的光已經(jīng)復(fù)合了多個(gè)數(shù)據(jù)已調(diào)制的光學(xué)波長。盡管對(duì)于提高可 靠性和降低成本而言是有利的，然而此集成的多路復(fù)用功能對(duì)控制單個(gè)光學(xué)波長和通道平 均功率形成挑戰(zhàn)，因?yàn)楸仨氁獜腡xPIC的輸出處的光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)中提取出控制單個(gè)通 道功率和波長所需的信息。 需要的是這樣一種控制系統(tǒng)，它能在這樣的激光器陣列上——尤其是在帶有集成 光學(xué)多路復(fù)用器的發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)中的集成激光器陣列或已調(diào)制源陣列上 并發(fā)地控制發(fā)射波長和功率。該控制系統(tǒng)可以有利地使用集成通道有源元件來協(xié)助實(shí)現(xiàn)此 發(fā)射波長和信號(hào)輸出功率控制。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的通道波長和功率控制系統(tǒng)主要地提供三個(gè)功能 1、采用一共享波長基準(zhǔn)，將多通道集成TxPIC的各個(gè)已調(diào)制源的波長鎖定至一標(biāo) 準(zhǔn)化的波長格柵； 2、防止在各種老化、重啟和通道故障情景中波長鎖定至不正確的基準(zhǔn)值； 3、檢測和控制單片發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)中多個(gè)已調(diào)制源各自的信號(hào)通
道功率。 本公開的一個(gè)重要特征是采用了一種PIC信號(hào)通道特異性置標(biāo)或標(biāo)記方案、以及 起到通道波長鎖定和通道功率控制雙重功能的方法。 同時(shí)，本公開的一個(gè)重要特征是在多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)的每一信 號(hào)通道中設(shè)置一可控的透射型有源通道元件的部署。藉由"透射型"，我們意指該元件對(duì)于 從已調(diào)制源傳播通過該元件的通道信號(hào)而言是透明的。該可控的透射型有源通道元件元件同時(shí)起到1)用已知調(diào)制深度和頻率的光學(xué)強(qiáng)度調(diào)制來標(biāo)記每一信號(hào)通道以提供通道特征 性光學(xué)調(diào)制標(biāo)簽的調(diào)制器，和2)用來調(diào)節(jié)每一TxPIC通道的輸出通道信號(hào)電平的功率控制 元件的作用。檢測一光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)內(nèi)單個(gè)光學(xué)通道的屬性是通過檢測該通道的特征性 光學(xué)調(diào)制標(biāo)簽的強(qiáng)度來達(dá)成的。用于通道波長和通道功率控制兩者的反饋環(huán)路提供對(duì)所有 片上信號(hào)通道的并行控制，即TxPIC上的每一PIC通道同時(shí)設(shè)有一已調(diào)制頻調(diào)標(biāo)簽，并且這 些標(biāo)簽在接收到來自該光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)的復(fù)合信號(hào)的給定光測器的輸出中被同時(shí)檢測 出。多路復(fù)用信號(hào)中所有通道的并行信號(hào)處理對(duì)于集成PIC器件來說是非常重要的，因?yàn)?通道波長和功率的變化會(huì)立即影響相鄰信號(hào)通道的發(fā)射波長和功率。如果毗鄰?fù)ǖ酪颜{(diào)制 源終止或消逝，則這種影響尤其顯著。毗鄰?fù)ǖ赖臒狁詈蠈?duì)毗鄰?fù)ǖ赖陌l(fā)射波長有迅速、 動(dòng)態(tài)的影響。因而，反饋控制系統(tǒng)必須能快速響應(yīng)，諸如在一毫秒內(nèi)?；趯?duì)置于所有信號(hào) 通道上的頻調(diào)標(biāo)簽的同時(shí)解調(diào)的并行信號(hào)處理使得能在這個(gè)耦合的多通道系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)通 道波長和功率的快速控制。 在該多通道集成TxPIC中，每一信號(hào)通道包括一數(shù)據(jù)已調(diào)制源，其定義為直接已 調(diào)制激光器或帶有外置調(diào)制器的一連續(xù)波工作激光器。每一通道的透射型有源元件可以 是，例如波導(dǎo)PIN區(qū)，其透射率可根據(jù)反偏電壓(改變PIN的吸收)或正偏電流(改變PIN 的增益)而變化。PIN區(qū)是由p型和n型禁閉區(qū)界定的本征區(qū)域。出于說明的目的，該波 導(dǎo)PIN區(qū)在下文中被稱作"前置PIN"。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地知道，該透射型有 源元件也可以是另一種通道透射型有源元件，其具體實(shí)例稍后將在本公開中提供。每一通 道進(jìn)一步包含一后置光測器(PD)，其目的是基本上吸收由通道激光源的后端發(fā)出的所有的 光。在制造時(shí)，該后置PD用于測量與每一通道激光器的壽命開始階段(B0L)輸出功率、以及 模擬每一通道激光器的壽命末尾階段(E0L)輸出功率相關(guān)的光電流。在整個(gè)壽命過程中， 激光器前向輸出功率與后向輸出功率的比率基本上是恒常的。因而，后置PD光電流的讀 數(shù)是從TxPIC上各通道激光器中的每一個(gè)輸出的前向光內(nèi)功率的相當(dāng)良好的指標(biāo)。模擬的 EOL功率是基于對(duì)激光器在整個(gè)壽命過程中的退化的估計(jì)來選擇的，該退化通常比其BOL 功率輸出低幾個(gè)dB，例如在整個(gè)壽命過程中功率輸出退化在約1. 5dB至約3dB之間。對(duì)于 所選擇的兩個(gè)來自通道激光源的兩個(gè)光學(xué)輸出功率電平中的每一個(gè)，其因變于偏置狀態(tài)透 射過前置PIN的前向輸出功率被檢測出，以產(chǎn)生被稱作該通道的前置PIN的傳遞函數(shù)的兩 條曲線。壽命開始階段(B0L)的傳遞函數(shù)曲線表示在BOL激光器功率狀態(tài)下歸一化的透射 率相對(duì)于前置PIN反偏電壓的關(guān)系，其中后置PD電流的也是已知的。模擬末尾階段(E0L) 的傳遞函數(shù)曲線表示在模擬的E0L激光器功率狀態(tài)下歸一化透射率相對(duì)于前置PIN的反偏 電壓的關(guān)系，其中后置PD的電流也是已知的。在工作期間，使用下述的技術(shù)來估計(jì)與通道 激光源的輸出功率相關(guān)聯(lián)的歸一化傳遞函數(shù)。后置PD的電流被讀取，并且確定相對(duì)于已知 B0L和模擬E0L的值其值是多少。將檢測到的后置PD電流用作一內(nèi)插參數(shù)，執(zhí)行歸一化BOL 傳遞函數(shù)與EOL歸一化傳遞函數(shù)之間的線性內(nèi)插。然后該經(jīng)內(nèi)插的傳遞函數(shù)被用來確定怎 樣設(shè)置前置PIN的透射率才能達(dá)到合需的通道輸出功率值。在傳遞函數(shù)已知的情況下，可 設(shè)置一平均的合需透射率(使用適當(dāng)?shù)钠骄迷O(shè)置)。還可通過為前置PIN的偏置選擇 適當(dāng)?shù)腁C調(diào)制波形來引入已知調(diào)制深度和合需平均透射率的強(qiáng)度調(diào)制。這樣，就能每通道 使用單個(gè)透射型有源元件來以已知光學(xué)調(diào)制指數(shù)的強(qiáng)度調(diào)制標(biāo)記光學(xué)通道同時(shí)又控制該 通道的平均功率。
7
為標(biāo)記光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)內(nèi)的單個(gè)通道，可使用仔細(xì)選擇的強(qiáng)度調(diào)制波形方案。 一種此類標(biāo)記方案使用方波，其基頻和相位關(guān)系被選擇為在一特定的積分時(shí)間區(qū)間上使不 同方波中的任何一對(duì)之積產(chǎn)生近似的數(shù)學(xué)正交性。在該方案中，通過對(duì)通道的前置PIN的 偏置輸入施加適當(dāng)?shù)姆讲?頻調(diào)"來使每一通道被強(qiáng)度調(diào)制。在多路復(fù)用的信號(hào)中，方波頻 調(diào)的基頻對(duì)于其被指派的通道而言是唯一性的，并且基于通道的前置PIN的已校準(zhǔn)傳遞函 數(shù)(透射率相對(duì)于偏置的關(guān)系)，使得光學(xué)調(diào)制深度成為可知且恒常的。所關(guān)注的多路復(fù) 用信號(hào)中的所有通道是被并行地強(qiáng)度調(diào)制的，其波形被同步以保持最優(yōu)的正交性。多路復(fù) 用信號(hào)中單個(gè)通道的屬性檢測包括使用該通道被指派的標(biāo)記來解調(diào)檢測到的復(fù)合信號(hào)?？?慮把光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)的分支部分作為其輸入的光測器的輸出。此光電流將包含與多路復(fù) 用信號(hào)中的每一通道的恒常光學(xué)調(diào)制指數(shù)強(qiáng)度調(diào)制標(biāo)記相關(guān)聯(lián)的AC信號(hào)及其他。復(fù)合光 電流信號(hào)可被轉(zhuǎn)換成電壓，并由模數(shù)轉(zhuǎn)換器密集地采樣以使得能夠進(jìn)行后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處 理。為提取與一特定通道相關(guān)聯(lián)的信息，產(chǎn)生經(jīng)采樣的復(fù)合信號(hào)與該通道的選定并經(jīng)同步 的方波的乘積，并在一段時(shí)間上對(duì)其積分，該段時(shí)間被選擇成能在該多路復(fù)用信號(hào)中的不 同方波標(biāo)記的通道間提供近似的正交性。這樣，該復(fù)合信號(hào)中那些對(duì)應(yīng)于標(biāo)記單個(gè)關(guān)注的 通道的方波的部分就通過數(shù)字信號(hào)處理被提取除了。由于所選定的方波有近似的數(shù)學(xué)正交 性，因此積分過程的輸出是主要由被測通道的頻調(diào)標(biāo)記或置標(biāo)的強(qiáng)度決定的單個(gè)數(shù)字。可 使得來自所有其他通道的互相關(guān)項(xiàng)小到足以被忽略。這一采樣接收的復(fù)合信號(hào)并將其在保 持正交性的積分區(qū)間上用于標(biāo)記被測通道的頻調(diào)經(jīng)適當(dāng)同步的版本積分的過程被稱為該 通道的標(biāo)記或標(biāo)簽的解調(diào)。通過將來自光測器的經(jīng)采樣的復(fù)合輸出信號(hào)提交給并行的積分 過程——在正交標(biāo)記方案中是每個(gè)標(biāo)記頻調(diào)一個(gè)積分過程，多路復(fù)用信號(hào)中的所有通道就 可以被并行地解調(diào)。對(duì)于單個(gè)通道，解調(diào)的結(jié)果是指示接收器處AC標(biāo)記信號(hào)的大小的數(shù) 字。該AC標(biāo)記信號(hào)與該通道的平均光學(xué)功率與該通道的光學(xué)調(diào)制指數(shù)的乘積成比例。如 果該通道的光學(xué)調(diào)制指數(shù)已知，那么可以容易地推導(dǎo)出平均光通道功率。此技術(shù)的優(yōu)勢在 于利用AC信號(hào)標(biāo)記和AC信號(hào)處理來演繹多路復(fù)用信號(hào)內(nèi)的單個(gè)通道功率，而不需要通過 例如光學(xué)多路分離等將單個(gè)通道分離出來以允許單個(gè)DC光電流的檢測。所以，是對(duì)全部N 個(gè)通道并發(fā)地應(yīng)用N個(gè)信號(hào)相關(guān)，同時(shí)地指示N個(gè)通道的每一信號(hào)通道中的平均功率，其 前提是在可能的標(biāo)記波形中，每一通道的光學(xué)調(diào)制指數(shù)是已知的，采用方波調(diào)制是因?yàn)槠?調(diào)制頻率可以仔細(xì)選擇以在積分區(qū)間上呈現(xiàn)接近零的互相關(guān)，而且該調(diào)制容易經(jīng)由數(shù)字開 關(guān)來實(shí)現(xiàn)，采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)來設(shè)置要向該通道有源元件施加的高電平V^h和低電平 、。w信號(hào)，并且FPGA以選定調(diào)制頻率在兩個(gè)電壓之間翻轉(zhuǎn)的數(shù)字輸出可以驅(qū)動(dòng)模擬開關(guān)以 在TxPIC上每一信號(hào)通道的通道透射型有源元件上產(chǎn)生方波調(diào)制。然而，應(yīng)當(dāng)指出，如對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的，用于通道有源元件調(diào)制的波形可以選擇成例如正弦曲 線。正弦波的正交性是非常公知的。 總之，TxPIC上每一通道的前置PIN用于兩個(gè)目的。第一，前置PIN起到該通道的 可控的衰減器或增益元件的作用。在給定了通道的目標(biāo)輸出值和通道實(shí)際輸出功率的測量 的前提下，對(duì)該前置PIN的歸一化傳遞函數(shù)的適當(dāng)校準(zhǔn)提供了決定合需平均偏置狀態(tài)所需 的信息。第二，該前置PIN起到用強(qiáng)度調(diào)制標(biāo)記或標(biāo)簽來標(biāo)記單個(gè)通道的調(diào)制器的作用，該 標(biāo)記或標(biāo)簽被選擇成滿足信號(hào)處理的要求，包括為每一通道建立和維護(hù)一巳知的光學(xué)調(diào)制 指數(shù)等。利用所選通道標(biāo)記的正交性，可采用相關(guān)技術(shù)從與多路復(fù)用信號(hào)的檢測相關(guān)聯(lián)的
8復(fù)合光電流中提取出組成該多路復(fù)用信號(hào)的每一單個(gè)通道的平均光學(xué)功率。因此，針對(duì)多路復(fù)用信號(hào)中的單個(gè)光學(xué)通道的功率的控制系統(tǒng)可基于用一簡單光測器來檢測多路復(fù)用信號(hào)的分支小部分并執(zhí)行如上所述解調(diào)過程的操作、以及前置PIN的平均偏置和透射率之間經(jīng)校準(zhǔn)的關(guān)系。在此控制系統(tǒng)的一個(gè)版本中，可使用一光學(xué)抽頭和光測器來路由從帶有集成多路復(fù)用器的單片TxPIC顯現(xiàn)的光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)的一小部分。如上所述的光測器輸出的解調(diào)允許測量到達(dá)光測器的通道功率，并且向TxPIC各通道的單個(gè)前置PIN的反饋使得單個(gè)通道功率能被設(shè)置成合需的值。例如，可使各通道功率在光測器處全部近似相等。替換地，如果需要，可將不同的通道控制在不同的輸出功率設(shè)定點(diǎn)。 目前為止對(duì)解調(diào)過程的描述只解決TxPIC單個(gè)通道功率控制的問題。結(jié)合一適當(dāng)形式的波長基準(zhǔn)，該解調(diào)信號(hào)處理還可以用于控制TxPIC單個(gè)通道的通道波長。
將如上所述的通道標(biāo)記和解調(diào)與對(duì)光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)內(nèi)單個(gè)通道的平均光學(xué)功率的檢測結(jié)合使用可被如下地拓展到波長鎖定的應(yīng)用上?？梢灾圃熘T如法布里-珀羅(Fabry-Perot)標(biāo)準(zhǔn)量具的設(shè)備，使得其自由譜范圍(毗鄰?fù)干洳ǚ逯g的頻率間隔)被選擇為對(duì)應(yīng)于合需的頻率間隔，諸如可與常規(guī)的ITU頻率格柵相結(jié)合。例如，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具的自由譜范圍可被選為50GHz。通過眾所周知的光學(xué)調(diào)準(zhǔn)程序，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具的透射峰值可被排成使得與50GHz ITU頻率格柵相關(guān)聯(lián)的每一特定頻率與沿透射條紋一側(cè)并大致在其一半高度處的點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。此調(diào)準(zhǔn)程序的重要結(jié)果在于，對(duì)于一頻率接近ITU格柵頻率的光學(xué)載波，標(biāo)準(zhǔn)量具的透射取決于該光學(xué)載波頻率，即特定通道的透射功率
與入射功率之比取決于該通道的光學(xué)載波頻率和法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具的相關(guān)聯(lián)條紋的局部斜率。簡言之，所以該法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具可以提供對(duì)其合需設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)于透射條紋的傾斜側(cè)上的一點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的任意光學(xué)載波頻率的光學(xué)鑒頻功能。 對(duì)于單個(gè)光學(xué)通道，通過分開或分裂從TxPIC輸出的多路復(fù)用信號(hào)的分支部分并通過兩個(gè)不同的由光測器終接的光學(xué)路徑發(fā)送分裂的信號(hào)部分來開發(fā)出一種用于檢測光學(xué)載波頻率偏差的傳感器。 一條路徑(標(biāo)準(zhǔn)量具路徑)使來自該光學(xué)通道的準(zhǔn)直光通過經(jīng)調(diào)準(zhǔn)的法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具，該量具提供鑒頻功能，從而透射的功率取決于光學(xué)載波頻率。另一條路徑(基準(zhǔn)路徑)不包含光學(xué)鑒頻器元件并且只提供對(duì)該光學(xué)通道平均功率的測量。比較從這兩條路徑輸出的光電流允許相對(duì)于其在相關(guān)聯(lián)的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具透射條紋上的位置來測量該通道的光學(xué)載波頻率。例如，來自該標(biāo)準(zhǔn)量具光測器的光電流與來自基準(zhǔn)光測器的光電流之比提供一種獨(dú)特的獨(dú)立于光通道功率的光學(xué)載波頻率測量。在現(xiàn)有技術(shù)中，諸如可從JDSU公司購得的寬帶法布里-珀羅波長鎖定器等商用設(shè)備是眾所周知的。 至此已經(jīng)用檢測到的DC光電流的形式對(duì)法布里-珀羅波長鎖定器(或其等效物)提供單個(gè)光學(xué)通道的光學(xué)載波頻率測量的應(yīng)用進(jìn)行了描述。如果一包含N個(gè)多信號(hào)通道的光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)被路由至這樣的法布里_珀羅波長鎖定器，則DC光電流將不能再用來提供關(guān)于通道光學(xué)載波頻率的有用信息。然而，如果如前面所述光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)的單個(gè)通道由強(qiáng)度調(diào)制波形標(biāo)記，并且如果標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)光測器的輸出被并行地采樣并解調(diào)，則仍然可從標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)光測器的復(fù)合光電流推導(dǎo)出有用信息。對(duì)一給定標(biāo)記頻調(diào)頻率，標(biāo)準(zhǔn)量具光測器信號(hào)的解調(diào)結(jié)果將是與由該頻調(diào)頻率標(biāo)記的通道的平均光學(xué)功率、該通道的光學(xué)調(diào)制指數(shù)、和該通道的光學(xué)載波頻率(取決于標(biāo)準(zhǔn)量具透射條紋傾斜側(cè)的光學(xué)鑒頻
9器特性)成比例的數(shù)字。同樣地，該基準(zhǔn)光測器信號(hào)的解調(diào)結(jié)果將是與由該頻調(diào)頻率標(biāo)記 的通道的平均光學(xué)功率、和該通道的光學(xué)調(diào)制指數(shù)成比例的數(shù)字。從獲自解調(diào)的這對(duì)數(shù)字， 由該頻調(diào)頻率標(biāo)記的通道的光學(xué)載波頻率的測量可以從獲自由包含多個(gè)光學(xué)通道的光學(xué) 多路復(fù)用信號(hào)照射光測器的復(fù)合信號(hào)中被提取。所有頻調(diào)頻率上的標(biāo)準(zhǔn)量具光測器輸出和 基準(zhǔn)光測器輸出的并行解調(diào)提供了使用單個(gè)法布里-珀羅波長鎖定器來同時(shí)測量光學(xué)多 路復(fù)用信號(hào)中所有通道的光學(xué)載波頻率的手段。 給定ITU格柵頻率和法布里_珀羅波長鎖定器的標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)路徑的透射性 質(zhì)之間經(jīng)校準(zhǔn)的關(guān)系，光學(xué)載波頻率的測量可以被轉(zhuǎn)換為光學(xué)載波頻率關(guān)于ITU格柵頻率 的偏差的測量。使用如前所述的通道標(biāo)記和并行解調(diào)，就可使用單個(gè)法布里_珀羅波長鎖 定器來測量光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)中單個(gè)通道的載波頻率，并且將那些單個(gè)通道的載波頻率與 ITU格柵頻率相關(guān)，其前提是每一光學(xué)載波頻率保持充分地接近于其相關(guān)聯(lián)的ITU格柵頻 率(以避免從標(biāo)準(zhǔn)量具的周期性透射性質(zhì)產(chǎn)生模糊性)。 經(jīng)如結(jié)合光學(xué)通道功率控制所描述地標(biāo)記的多通道TxPIC的多路復(fù)用光學(xué)輸出 可以被路由到單個(gè)法布里_珀羅波長鎖定器并且進(jìn)行如上所述處理以測量TxPIC每一通道 的單個(gè)光學(xué)載波頻率。如果給予一種變更TxPIC通道的光學(xué)載波頻率的方法，就可以完善 一種將TxPIC的每一通道鎖定至一指派的沿標(biāo)準(zhǔn)化波長格柵的光學(xué)載波頻率的控制系統(tǒng)。 一種這樣的控制TxPIC上單個(gè)通道的光學(xué)載波頻率的手段是在產(chǎn)生該通道的光學(xué)載波頻 率的激光器旁設(shè)一局部加熱器。 如先前指出的，當(dāng)使用TxPIC上多個(gè)信號(hào)通道的前置PIN以提供維持合需的信號(hào) 通道輸出功率和激光發(fā)射波長的雙重功能時(shí)，應(yīng)當(dāng)著重指出的是，還可構(gòu)想由每一PIC信 號(hào)通道中的其他通道有源元件來提供此雙重功能。此類其他通道集成有源元件的例子有通 道激光源、通道外置調(diào)制器、通道可變光學(xué)衰減器(VOA)、通道半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)、或 通道組合SOA/VOA。 雖然本發(fā)明被描述為可應(yīng)用于單片發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)的多個(gè)集成信 號(hào)通道之間或之中控制波長和功率，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以容易地知曉，本公 開的基本原理同樣可應(yīng)用于其他W匿信號(hào)通道系統(tǒng)，諸如但不限于那些具有分立的和分離 的信號(hào)通道的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，諸如在每一信號(hào)通道包含分離和分立的連續(xù)波激光器以及相 應(yīng)的分立外置調(diào)制器或分立的直接已調(diào)制激光器、或是稱作EML的分立但集成的電吸收調(diào) 制器/激光器的情形。這樣的W匿信號(hào)通道系統(tǒng)還可包括組合或多路復(fù)用信號(hào)以從多個(gè)這 樣的分離已調(diào)制源提供光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)輸出的裝置。


在附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相似的部件 圖1是本公開的用于多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)的波長和功率控制系統(tǒng) 的示意圖。 圖2是定義方波的光學(xué)調(diào)制指數(shù)(OMI)的圖解說明，其中此處光學(xué)調(diào)制指數(shù)P顯 示為0. 05(5% )。 圖3是作為光學(xué)頻率的函數(shù)的50GHz自由譜范圍標(biāo)準(zhǔn)量具透射曲線的圖解說明， 其示出標(biāo)準(zhǔn)量具透射波峰與通道k和通道k+l的光學(xué)載波頻率之間的關(guān)系，其中在多通道
10發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)的信號(hào)通道之間有200GHz的格柵間隔。 圖4是在恒常的波長、溫度和輸入功率下的歸一化前置PIN傳遞函數(shù)的圖解說明。 圖5是對(duì)于一給定的標(biāo)準(zhǔn)化(ITU)格柵頻率、相對(duì)于關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)量具光電流的光頻
移的誤差的確定的圖解說明。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC) 10可以是一半導(dǎo)體電路芯片并且包含多 個(gè)N集成信號(hào)通道15，其中每一通道包括，一后置光測器(PD)12、一半導(dǎo)體激光器14(DFB 激光器或DBR激光器)、電光調(diào)制器(E0M) 16 (這里示為電吸收調(diào)制器或EAM，但也可以是例 如一 Mach-Zehnder調(diào)制器)以及一前置PIN18，這些元件沿每一通道串成一列。我們將激 光器14與電光調(diào)制器16的信號(hào)通道組合稱作通道已調(diào)制源。另一類可能用在TxPIC 10 的通道15中的已調(diào)制源是直接已調(diào)制激光器，其中在每一通道11中自然消除了對(duì)外置調(diào) 制器16的需要。在TxPIC 10中，由此有信號(hào)通道15，其具有N個(gè)激光器14，這些激光器具 有不同的光學(xué)載波頻率或發(fā)射波長，其沿統(tǒng)一的頻率格柵間隔工作，例如在50GHz、 100GHz、 或200GHz工作。激光器連續(xù)波光輸出是在通道電光調(diào)制器(E0M)16處被調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)。
為了簡明在圖1中只展示了一個(gè)這樣的通道15，但是其他的N-l個(gè)信號(hào)通道大致 與第一個(gè)信號(hào)通道并排，且它們所有的輸出都光學(xué)耦合到集成光學(xué)組合器，例如，多路復(fù)用 器(陣列型波導(dǎo)光柵或稱AWG)20，它將在已調(diào)制源處產(chǎn)生的各個(gè)已調(diào)制通道信號(hào)輸出相組 合，并在來自TxPIC 10的輸出波導(dǎo)上提供光學(xué)通道組(OCG)多路復(fù)用信號(hào)。這樣的組合器 也可以是例如一階梯光柵(波長選擇性組合器)或光學(xué)耦合器，例如一匪I耦合器(自由 空間耦合器)。該P(yáng)IC輸出被離片地提供至一隔離器22、一分支耦合器24、一可變光學(xué)衰減 器(V0A) 26并送至去往另一模塊的輸出波導(dǎo)28上，該另一模塊在這里指的是一頻帶多路復(fù) 用模塊(B匪)，其在2006年6月xx日提交的序列號(hào)為No. (P096)的美國非臨時(shí)專利申請(qǐng)和 于2005年6月30日提交的臨時(shí)申請(qǐng)S/N. 60/695， 508的非臨時(shí)專利申請(qǐng)中公開并討論，上 述申請(qǐng)被援引納入于此。在這里使用的OCG是關(guān)于一給定TxPIC IO的特定的通道組，其他 具有不同發(fā)射波長通道組(OCG)的TxPIC 10也可以被設(shè)置在承載圖1所示的實(shí)施例的相 同模塊(被稱作數(shù)字線模塊或DLM)中，其中每一個(gè)都帶有自己的反饋環(huán)路41，并且它們的 輸出被提供至波導(dǎo)28上相同的B匪，其中所有的0CG被組合以供在一光學(xué)傳輸網(wǎng)絡(luò)光學(xué)鏈 路上傳輸。更多有關(guān)DLM的內(nèi)容可以參見2005年6月16日提交的S/N. 11/154， 455的美 國非臨時(shí)申請(qǐng)，該申請(qǐng)同樣在2005年12月25日以US 2005/0286521A1被公開，該申請(qǐng)被 援引納入于此。舉例來說，在TxPIC IO上可以有N二 IO個(gè)信號(hào)通道15。然而，更多的信 號(hào)通道可被置于同一TxPIC上，例如40個(gè)信號(hào)通道或更多。集成在芯片IO上的每一信號(hào) 通道15提供一具有例如在ITU波長格柵上的C波段譜范圍中的不同峰值波長的已調(diào)制信 號(hào)輸出，其發(fā)射波長由每一信號(hào)通道對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體激光器14設(shè)定。如前面指出的，這些已 調(diào)制輸出中的每一個(gè)被提供至光多路復(fù)用器20的輸入，光多路復(fù)用器20在這里以一陣列 型波導(dǎo)光柵(AWG)示出。圖1中的TxPIC 10在2002年10月8日提交的S/N. 10/267， 331 的美國專利申請(qǐng)中詳細(xì)描述，并且上述申請(qǐng)同樣在上述2003年5月22日公開的公開號(hào) US2003/0095736 Al的文獻(xiàn)中公開。 在圖1中，為多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC) 10設(shè)置一波長鎖定和功率控制
11反饋環(huán)路41。本公開幾個(gè)重要方面中的一方面是在TxPIC 10的每一個(gè)信號(hào)通道15中使 用一前置PIN 18，其既作為起到可變通道衰減器作用的功率控制元件，又可作為在通道功 率控制和通道波長鎖定兩者中使用的通道標(biāo)記或置標(biāo)所用的低頻頻調(diào)調(diào)制器。在反饋環(huán)路 41中使用通道置標(biāo)信息來實(shí)現(xiàn)波長和功率控制兩者，也就是說，分別用來控制片上通道激 光發(fā)射波長和用來控制每一個(gè)信號(hào)通道15中的通道信號(hào)輸出，以圖例如在TxPIC 10上跨 信號(hào)通道陣列獲得經(jīng)均衡的通道信號(hào)功率輸出。這些處理由如前面描述的數(shù)字信號(hào)處理來 達(dá)成。因此，用于每一通道的集成通道前置PIN 18都既用作設(shè)置通過調(diào)整每信號(hào)通道的平 均反偏電壓確定的每個(gè)通道的平均光學(xué)功率輸出的衰減器，又用作用于對(duì)從通道已調(diào)制源 接收到的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的換能器。此處選擇的強(qiáng)度調(diào)制是方波，并且是通過在此 處被稱為VHigh和、。w的兩個(gè)反偏電壓值之間翻轉(zhuǎn)施加于每一個(gè)每一前置PIN 18的反偏電 壓來產(chǎn)生的，因而已調(diào)制方波的電壓峰_峰值是VHigh-Vta ，這在圖4中清楚說明，并且同樣 在圖l中的TxPIC IO的插圖中被描繪。如前面所指出的，用于置標(biāo)的壓印在通道信號(hào)上的 強(qiáng)度調(diào)制波形也可以用正弦波替換方波。該調(diào)制用方波的峰_峰值Vpp和前置PIN的傳遞 函數(shù)一起決定光學(xué)調(diào)制指數(shù)，該指數(shù)被保持為恒常。當(dāng)調(diào)整通道輸出功率時(shí)，Vpp的最大值和 最小值，即VHigh和Vta將改變以調(diào)整前置PIN的平均衰減同時(shí)保持光學(xué)調(diào)制指數(shù)恒常。根 據(jù)單個(gè)通道的輸出功率設(shè)定點(diǎn)，不同的信號(hào)通道可被控制以產(chǎn)生相等的輸出功率，或如果 需要，可產(chǎn)生不等的輸出功率，例如用在通道預(yù)加重中所使用的。在每一前置PIN 18上的 該方波調(diào)制由發(fā)生器50產(chǎn)生，在后面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)論述。因此，為每一個(gè)前置PIN 18提 供了一具有不同方波頻率的方波強(qiáng)度調(diào)制，并且在TxPIC上的所有通道總是被同時(shí)且同步 地調(diào)制。TxPIC上的每一通道由一唯一性的方波標(biāo)記，并且所有方波的集合被選擇為在選定 的積分區(qū)間上是大致正交的。 在圖1的實(shí)施例中，激光器14由在整個(gè)壽命過程中由恒常的電流驅(qū)動(dòng)，因而偏置 電流、加熱器電流、和子底板(sub-mount)溫度的組合在制造時(shí)被設(shè)定為使得使得輸出波 長基本上接近標(biāo)準(zhǔn)化格柵一這對(duì)于它們各自的波長發(fā)射操作是合乎需要的，并使得能為 每一通道提供恰如其分的輸出功率。激光器加熱器13被設(shè)在每一激光器14本地。加熱器 13可以響應(yīng)于經(jīng)由加熱器電流提供的焦耳加熱的改變來變換每一激光器14的光學(xué)載波頻 率，其中該加熱器電流改變激光器14的溫度以使激光器的發(fā)射波長改變很小的增量。例 如，一TxPIC激光器可以在大致為-lO. 6GHz廣C的速率下與溫度調(diào)諧。關(guān)于此類加熱器的更 多信息在上述S/N. 10/267， 330和S/N. 10/267， 331的非臨時(shí)申請(qǐng)中被闡述。
為了使用這樣的加熱器13來雙向控制激光頻率，激光器14必須在局部提升的溫 度下工作，從而向加熱器輸入的功率的減小導(dǎo)致激光器溫度降低，由此減小激光發(fā)射波長。 當(dāng)該激光器在接近于其標(biāo)準(zhǔn)化格柵波長的發(fā)射波長上工作時(shí)，那么隨附的激光器加熱器13 必須提供非零的功率。該冷卻速率取決于由加熱器提供的激光器溫度提升。激光器本身則 在局部提升的溫度下工作，從而在需要降低該激光發(fā)射波長的情況下，至加熱器的電流被 減小。必須在冷卻速率、激光波長移動(dòng)的長期老化預(yù)算、和TxPIC IO的熱約束之間進(jìn)行權(quán) 衡。應(yīng)該了解，由激光器局部加熱器在其雙向的控制范圍的末端提供的最小溫度提升是一 很小的量，從大概1 °C到大概2°C 。 如前面指出的，優(yōu)選為方波的光強(qiáng)度調(diào)制經(jīng)由在TxPIC 10的N個(gè)信號(hào)通道中的每 一個(gè)中的前置PIN 18來疊加。對(duì)于每一通道，方波調(diào)制或頻調(diào)頻率是不同的，并且調(diào)制用方波電壓在每一信號(hào)通道的前置PIN 18上被疊加。頻調(diào)驅(qū)動(dòng)電壓的振幅視要由前置PIN 18引起的所需衰減和合需的衰減設(shè)置的前置PIN傳遞函數(shù)的局部形狀而定。調(diào)制用方波 的峰-峰電壓被比例定標(biāo)以便為頻調(diào)已調(diào)制輸出光提供預(yù)定的很長光學(xué)調(diào)制指數(shù)(0MI)。 來自TxPIC多路復(fù)用器20的聚集光學(xué)通道組(OCG)在34被分支并且被提供給法布里_珀 羅波長鎖定器(FPWL)子模塊30。該分支的輸出由基準(zhǔn)線31A與標(biāo)準(zhǔn)量具線31B之間的分 光器31分裂。在標(biāo)準(zhǔn)量具線31B中，被分裂的光被提供給標(biāo)準(zhǔn)量具34。在線路31A上的 基準(zhǔn)光信號(hào)和在線3IB上的標(biāo)準(zhǔn)量具光信號(hào)由各自的光測器PD1 32和PD2 33檢測到，而 且它們各自的PD1和PD2光測電流信號(hào)由互阻抗放大器(T1A) 34A和34B轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào) 并由快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)數(shù)字化。經(jīng)數(shù)字化的輸出波形經(jīng)由第一現(xiàn)場可編程門陣列芯片 (FPGA1)35相關(guān)(乘以該調(diào)制用方波的延遲副本并且在一預(yù)定時(shí)間區(qū)間上積分)。應(yīng)當(dāng)注 意，PD32和PD33起到低通濾波器的作用并且只檢測包括通道標(biāo)記用頻調(diào)的低頻信號(hào)。因此 這些PD不對(duì)例如10G比特/秒.或40G比特/秒數(shù)據(jù)調(diào)制的高頻數(shù)據(jù)調(diào)制作出響應(yīng)。在 與FGPA1 35相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理中，在一預(yù)定時(shí)間區(qū)間——例如l毫秒——上采樣此模擬電 流信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)波長鎖定，輸出信號(hào)31A和31B兩者都被采用，其中檢測到的波長偏移量 是從這些信號(hào)確定的，并且激光發(fā)射波長經(jīng)由激光器加熱器13作相應(yīng)調(diào)整。然而，為了功 率控制的目的，只需要基準(zhǔn)輸出31。 從而前置PIN 18是有源透射型通道元件，其既用作通道功率控制元件，又作為用 于進(jìn)行通道標(biāo)記或識(shí)別的調(diào)制元件。在通道功率控制的情形中，前置PIN提供對(duì)該通道已 調(diào)制信號(hào)的壓控衰減以使它保持在合需的功率電平。在PIC制造后的初始操作中，為壽命 開始階段(B0L)值設(shè)置單個(gè)通道的衰減，這些值被選擇成允許在整個(gè)壽命過程中對(duì)通道功 率進(jìn)行雙向控制，例如，源激光器在整個(gè)壽命過程中將表現(xiàn)出功率衰退。這種整個(gè)壽命過程 中的衰退可以是在例如從大約ldB到大約3dB的范圍里，通常在2dB附近。同樣，如前面指 出的，前置PIN的平均反偏電壓由發(fā)生器50設(shè)置，優(yōu)選是在一通道標(biāo)記頻調(diào)的通道特異性 頻率上的方波源。為了保持與每通道功率測量的兼容性，隨著時(shí)間推移當(dāng)元件18處的平均 衰減變化時(shí)，與通道標(biāo)記頻調(diào)相關(guān)聯(lián)的光學(xué)調(diào)制指數(shù)(0MI)在每一通道處被保持不變。方 波的0MI在圖2中示出。因此，調(diào)制電壓的峰-峰電壓擺幅需要根據(jù)傳遞函數(shù)的局部斜率 而變化，以使得OMI保持恒常。傳遞函數(shù)的形狀取決于多少光功率在前置PIN18中耗散，并 且會(huì)因來自激光器14的輸出功率的變化以及來自前置PIN 18上游的其他通道中光學(xué)元件 的光學(xué)變化而在TxPIC 10的壽命過程中發(fā)生變化。 盡管由于在積分區(qū)間里更容易獲得正交性，在本領(lǐng)域中一般會(huì)采用頻調(diào)應(yīng)用的正 弦波調(diào)制，但是我們使用方波調(diào)制，其原因是通過簡單地以合需頻率在電平之間切換更容 易實(shí)現(xiàn)該調(diào)制。通常，TxPIC 10上的通道1可以具有該光通道組(OCG)最低的頻調(diào)頻率， 并且每一后繼的通道具有分隔一kHz或以上的較高的頻調(diào)頻率。例如，頻率范圍在大約 42. 057kHz到大約87. 771kHz的范圍內(nèi)遍布在例如十個(gè)信號(hào)通道15上。然而頻調(diào)分隔的范 圍以及頻調(diào)增大的通道方向可以是任意量級(jí)或方向。kHz頻調(diào)可以是沿所述多個(gè)信號(hào)通道 的隨機(jī)值，只要它們各自位于不同頻率上并且被選擇成能保持在積分區(qū)間上恰適的正交性 即可。該OMI被定義為P ，其是在最大輸出功率與最小輸出功率之差除以最大輸出功率與 最小輸出功率之和。在此種情形中，該0MI被示為5X，也就是說ii =0.05，其對(duì)應(yīng)于在調(diào) 制高點(diǎn)與調(diào)制低點(diǎn)的發(fā)射功率之間約有0.44dB的差值。ii的值僅僅是當(dāng)OMI被歸一化到平均發(fā)射功率、即調(diào)制后由前置PIN 18發(fā)出的平均功率時(shí)的調(diào)制振幅，。
雖然在此描述中，該通道前置PIN 18提供上述雙重控制功能，但是替換地將頻 調(diào)強(qiáng)度調(diào)制設(shè)在每一通道15的半導(dǎo)體激光器14上或設(shè)在每一通道15中的電光調(diào)制器 (E0M) 16上的實(shí)施例也在本公開的范圍內(nèi)。此外，在另一實(shí)施例中，可以將通道標(biāo)記調(diào)制疊 加到每一通道15的通道調(diào)制器16上，主要用于波長置標(biāo)和控制，并且使用通道前置PIN 18 主要用于功率控制。仍在另一個(gè)實(shí)施例中，起到可變光學(xué)衰減器(V0A)的前置PIN或類似 的光學(xué)元件可被每一通道15中的半導(dǎo)體光學(xué)放大器(S0A)所代替，或可將組合V0A/S0A置 于每一個(gè)通道15中。最后，在此外另一實(shí)施例中，通道信號(hào)置標(biāo)和波長鎖定調(diào)制可被疊加 在每一通道調(diào)制器16上，并采用通道SOA來提供功率控制以便實(shí)現(xiàn)跨通道信號(hào)陣列的功率 均衡。 1.利用共享波長基準(zhǔn)值來將多通道集成TxPIC的波長鎖定至標(biāo)準(zhǔn)化波長格柵值
A.波長鎖定 將一通常為低頻的頻率頻調(diào)置于每一激光載波頻率上，它起到每一激光不同的識(shí) 別(ID)標(biāo)簽的作用，并且是藉此能在可接受的時(shí)間長度內(nèi)確定已調(diào)制源波長的手段。從 而，每一已調(diào)制源的載波頻率使用單獨(dú)的波長基準(zhǔn)。這些頻調(diào)頻率具有遠(yuǎn)低于所制定的大 于1G比特/秒的用于在每個(gè)通道上調(diào)制數(shù)據(jù)的波長帶寬的頻率。關(guān)于以這種方式使用頻 調(diào)頻率的詳述在前述的S/N. 10/267， 330的美國專利申請(qǐng)中被詳細(xì)地公開。
在圖1中，法布里-珀羅波長鎖定器(FPWL)子模塊30提供光學(xué)頻率基準(zhǔn)值，PIC激 光器14可被鎖定至這些基準(zhǔn)值。為了實(shí)現(xiàn)充分高的準(zhǔn)確度，例如，對(duì)ITU格柵約±1. 25GHz 的準(zhǔn)確度，以子模塊30和40表示的伺服環(huán)路41，包括兩個(gè)現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA1和 FPGA2)芯片35和42被提供一經(jīng)校準(zhǔn)的比值，此比值是各自從標(biāo)準(zhǔn)量具PD2 33和它伴隨的 TIA電路34A的標(biāo)準(zhǔn)量具路徑33A以及從基準(zhǔn)PD1 32和它伴隨的TIA電路34B的基準(zhǔn)路徑 32A在合需的標(biāo)準(zhǔn)化波長通道值下提供的光電流之比。同樣，穩(wěn)態(tài)誤差伺服環(huán)路必須為零。 因此，在此處的實(shí)施例中，使用子模塊30來為具有一預(yù)定的合需載波頻率分隔的N個(gè)TxPIC 通道提供同時(shí)基準(zhǔn)，例如在此處的實(shí)施例中為200GHz。由于此處部署有單個(gè)FPWL 30作為 由給定的例如200GHz等的均勻頻率區(qū)間分隔的N個(gè)TxPIC激光器14或信號(hào)通道15的同 時(shí)基準(zhǔn)，因此僅僅利用標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)光電二極管提供的DC光電流本身是不夠的。這就是 為什么通道15上每一通道信號(hào)經(jīng)由其通道前置PIN 18在特征基頻調(diào)頻率處被方波強(qiáng)度調(diào) 制的原因，其中由各激光器發(fā)出的所有光學(xué)載波頻率都被并行調(diào)制以使其每個(gè)都具有其自 身的特征頻率，即這些頻調(diào)的頻率是彼此不同的。 在該反饋環(huán)路41中使用兩個(gè)現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA1和FPGA2)芯片35和42。 FPGA2 42具有它自己的用于N個(gè)頻調(diào)頻率fk的頻調(diào)發(fā)生器，這些頻調(diào)頻率被用于施加到N 個(gè)方波發(fā)生器50的每一個(gè)上，以施加到N個(gè)前置PIN 18中每一個(gè)。FPGA1 35具有它自己 的方波頻率發(fā)生器以產(chǎn)生N個(gè)頻調(diào)頻率fk，用于解調(diào)來自FPWL光測電路的輸出信號(hào)。來自 PD1 32和PD2 33的光電流都被用于此目的。來自FPGA1 35上的頻調(diào)發(fā)生器的一同步脈沖 被提供到FPGA2 42上的頻調(diào)發(fā)生器，以保持調(diào)制用頻調(diào)和解調(diào)用頻調(diào)之間的同步。
如圖1所示的方波發(fā)生器50各自包含一模擬開關(guān)51，它由經(jīng)由線49從FPGA2 42 接收到的電壓在頻調(diào)頻率fk上驅(qū)動(dòng)。加法器52經(jīng)由DAC 48設(shè)有負(fù)偏置，從而開關(guān)51根據(jù) 各個(gè)通道的預(yù)定頻率被調(diào)制成關(guān)(off)和開(on)的狀態(tài)。因而，與方波發(fā)生器關(guān)聯(lián)的DAC設(shè)置高電平和低電平信號(hào)(V^h和U，并且該模擬開關(guān)在由FPGA2 42向其發(fā)送的頻率下 翻轉(zhuǎn)。從DAC 48經(jīng)由線48將VHigh提供至加法器52，調(diào)制深度由其通過、。w確定，如TxPIC 10上示出的方波調(diào)制插圖所示。 表示離其在格柵上的合需發(fā)射波長的特定激光波長偏移量的誤差信號(hào)從數(shù)字信 號(hào)處理器(DSP) 44推導(dǎo)出，用來向TxPIC 10上各個(gè)激光器加熱器13提供電流修正性改變， 此電流修正性改變是經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)48和線60到達(dá)各個(gè)加熱器13。向數(shù)字信號(hào)處 理機(jī)(DSP)44提供頻調(diào)強(qiáng)度(每一通道)的測量，該頻調(diào)強(qiáng)度由基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)量具光測器電 路的輸出的并行解調(diào)檢測到。DSP 44通過例如取一特定的通道的頻調(diào)強(qiáng)度比值并將該比 值與一對(duì)應(yīng)于合需波長的校準(zhǔn)值相比較來推導(dǎo)出一適當(dāng)?shù)恼`差信號(hào)。同樣，DAC 48從DAC 48經(jīng)過線62提供設(shè)定的偏置電流IL至各個(gè)激光器14。同樣，DSP 44在線路64上從N個(gè) 激光器14的每一通道經(jīng)由它們各自的TIA 63和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)46接收后置PD12光電 流Vpd。因而，加熱器電流和激光器偏置電流的監(jiān)視與控制由DSP 44完成，以阻止任何將激 光器14驅(qū)動(dòng)至不正確的鎖定點(diǎn)的嘗試。 在圖！中，由發(fā)生器50提供的N個(gè)方波的頻率和相位被選擇為在一固定采樣周期 上，例如大約l毫秒上近似地?cái)?shù)學(xué)正交。這些方波信號(hào)在每一采樣周期的開始被同步。從 在一固定采樣周期中具有整數(shù)個(gè)周期的方波的基本集合中，N個(gè)方波的近似正交集合可被 選中，即當(dāng)在一給定區(qū)間上積分時(shí)兩個(gè)不同的方波的乘積將提供一非常接近于零的數(shù)字， 然而當(dāng)在同一區(qū)間上積分時(shí)，兩個(gè)同樣的方波的乘積將產(chǎn)生一很大的數(shù)字，其可被歸一化 到單位量。這些歸一化的值經(jīng)由31B處的標(biāo)準(zhǔn)量具輸出和在31A處的基準(zhǔn)輸出兩者推導(dǎo)出 的輸出、以及從31A處的基準(zhǔn)輸出推導(dǎo)的頻調(diào)強(qiáng)度來表示通道波長漂移。調(diào)制頻調(diào)頻率被 選擇在一相對(duì)較高的kHz頻率范圍中，以便能夠更快地測量任何波長漂移，例如，頻調(diào)頻率 被選擇得大于40kHz 。 如前面指出的，提供給通道的前置PIN的每一調(diào)制用方波調(diào)制的峰-峰電壓擺 幅——即它的高點(diǎn)或VHigh與它的低點(diǎn)或之差——被確定以在N個(gè)信號(hào)通道每一個(gè)的輸 出功率中提供一預(yù)定的且被保持恒常的光學(xué)調(diào)制指數(shù)(OMI)。 OMI的百分比必須足夠大以 給信號(hào)處理提供足夠信噪比，同時(shí)又要足夠小以避免數(shù)據(jù)的過度的懲罰(例如由于眼圖閉 合)。如果該OMI太小，則由于電路電壓偏移量、暗電流和漏電流，電路測量將變得很不準(zhǔn) 確。如果該OMI太大，則發(fā)射的數(shù)據(jù)將遭受眼圖閉合懲罰。舉例來說，5X的0MI是一可接 受的選擇，它引起可容許的眼圖閉合懲罰，同時(shí)仍能產(chǎn)生足夠大的控制信號(hào)以達(dá)到抵抗信 號(hào)差錯(cuò)和噪聲的穩(wěn)健的結(jié)果。產(chǎn)生這樣的OMI所需要的方波的通道特異性電壓值取決于每 一前置PIN 18的設(shè)定DC偏置點(diǎn)。因?yàn)樽鳛槊客ǖ拦β士刂频囊徊糠郑鼈兊闹绷髌命c(diǎn) 故意變化，所以方波調(diào)制的電壓值必須通過部署查找表或由圖1的伺服控制環(huán)路41控制， 以便對(duì)于所有已調(diào)制頻調(diào)頻率fk隨時(shí)間推移能不斷地保持一固定OMI。
需要指明的是，可以使得標(biāo)準(zhǔn)量具34具有與信號(hào)通道間隔或區(qū)間相匹配的特定 的周期性響應(yīng)。然而，我們選擇使標(biāo)準(zhǔn)量具34具有50GHz的周期性響應(yīng)，并且它相于信號(hào) 通道k和k+l的條紋透射在圖3中被說明。在輸出32A中的基準(zhǔn)信號(hào)具有近似獨(dú)立于光學(xué) 波長的響應(yīng)。如前面指出的，在此處的實(shí)施例中信號(hào)通道區(qū)間是200 GHz，從而標(biāo)準(zhǔn)量具響 應(yīng)將是該間距的除數(shù)，即，在與信號(hào)通道k和k+l關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)量具條紋之間有三個(gè)未使用的 標(biāo)準(zhǔn)量具條紋。因此相同的50GHz標(biāo)準(zhǔn)量具對(duì)于為其他的間距在自由譜范圍整數(shù)倍——例如50GHz或100GHz的TxPIC信道間距以及具有較大信號(hào)通道數(shù)目N的TxPIC——例如，每 一 TxPIC40個(gè)通道——執(zhí)行相同的鑒頻器功能而言是很有用的。標(biāo)準(zhǔn)量具34是市售的法 布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具，其相對(duì)于光學(xué)頻率具有50GHz周期函數(shù)，并且可以容易地從不同的制 造商獲得，例如JDSU公司。該法布里-珀羅波長鎖定器的制造過程包括設(shè)置ITU格柵與標(biāo) 準(zhǔn)量具的透射波峰之間的關(guān)系，以使得ITU頻率對(duì)應(yīng)于大致在一透射波峰的斜坡側(cè)一半高 度處的點(diǎn)。從而該透射波峰的斜坡側(cè)起到局部鑒頻器的作用，在此光學(xué)載波頻率中很小的 變化在發(fā)射功率上產(chǎn)生可檢測到的變化。
B.鎖定至正確的鎖定點(diǎn) 應(yīng)當(dāng)注意到由已調(diào)制源14， 16施加在通道信號(hào)上的較高頻率數(shù)據(jù)調(diào)制不是在 FPWL子模塊30中的兩個(gè)光電二極管32和33的帶寬內(nèi)的，因此并不直接地顯現(xiàn)在它們的 光電流信號(hào)中。圖3中的基準(zhǔn)電平36提供沿標(biāo)準(zhǔn)量具條紋上升側(cè)(在此光學(xué)功率透射率 隨著光學(xué)頻率的增大而增大)的可確立有用的鎖定點(diǎn)的一個(gè)點(diǎn)。假如局部斜率足夠大，則 該點(diǎn)幾乎可以在沿條紋一側(cè)的任何地方。與條紋相交叉的垂直基準(zhǔn)等高線37被用來指明 在一標(biāo)準(zhǔn)量具34—給定的測得溫度下ITU光學(xué)載波頻率與標(biāo)準(zhǔn)量具條紋一側(cè)之間的交點(diǎn)。 傳感器39用于被動(dòng)確定圖3中的條紋與垂直基準(zhǔn)37之間的交點(diǎn)的位置，并且這是通過對(duì) 在標(biāo)準(zhǔn)量具34處測量的一可能溫度范圍內(nèi)的與每一 PD32和33的一組光電流相關(guān)的一組 溫度的初始校準(zhǔn)來完成的，從而通過利用此校準(zhǔn)，就能知道在ITU的格柵頻率上從PD32和 33輸出的光電流的相對(duì)值。從而，沿條紋側(cè)的確立的鎖定點(diǎn)38提供一種手段，藉此沿條紋 側(cè)相對(duì)于鎖定點(diǎn)48向上或向下的檢測值可被電子地檢測到。然后，使用離校準(zhǔn)鎖定點(diǎn)38 的偏離量來確定激光發(fā)射頻率或波長從它合需的標(biāo)準(zhǔn)化格柵頻率偏移的方向，并且在該偏 移量被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的情況下，還被用來確定偏移了多少。因此，在單個(gè)光通道15中的 單個(gè)連續(xù)波激光器14的情形中，與PIC上有多個(gè)通道的情況相對(duì)立，如果該連續(xù)波光通道 處在例如ITU格柵等的標(biāo)準(zhǔn)化格柵上的鎖定點(diǎn)光學(xué)頻率上，則來自標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)光電二 極管32和33的DC光電流將產(chǎn)生校準(zhǔn)的鎖定點(diǎn)比值。 當(dāng)來自多通道TxPIC的光學(xué)多路復(fù)用信號(hào)的分支部分分別被提供給FPWL子模塊 30并提供給標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)光電流的輸出32A和33A及其對(duì)應(yīng)的TIA 34A和34B時(shí)，結(jié)果 產(chǎn)生的電信號(hào)將包含復(fù)合信號(hào)，即平均DC值和施加在組合通道信號(hào)上的頻調(diào)調(diào)制、以及通 道信號(hào)上的數(shù)據(jù)調(diào)制、以及來自TxPIC 10上N個(gè)通道15中的每一個(gè)的噪聲。在多通道輸 入的情形中，使用相干解調(diào)來確定第k光學(xué)載波頻率的誤差信號(hào)，以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量具光電二極 管33和基準(zhǔn)光電二極管32提供頻率fk上的方波信號(hào)強(qiáng)度鎖定檢測。由于標(biāo)準(zhǔn)量具34對(duì) 溫度改變敏感，因此一溫度傳感器39——這里以熱敏電阻39示出——被設(shè)置在FPWL子模 塊30上，其用于根據(jù)FPWL子模塊30的溫度將FPWL鎖定點(diǎn)更加精確地校準(zhǔn)到諸如ITU格 柵等的標(biāo)準(zhǔn)化格柵上的頻率。 通過在頻調(diào)頻率fK下對(duì)來自各自的PD 32和33的頻調(diào)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行相干解調(diào)并 將該結(jié)果與為一合需光學(xué)載波頻率確定的校準(zhǔn)值相比較，就可從來自TIA 34A和TIA 34B 兩者的復(fù)合光電流中提取出表示第k激光器14的平均光學(xué)載波頻率與其合需的光學(xué)載波 頻率的偏差的誤差信號(hào)。如前面指出的，解調(diào)頻調(diào)在FPGAl 35內(nèi)產(chǎn)生，并且同步的調(diào)制音 調(diào)由42處的FPGA2產(chǎn)生。例如，F(xiàn)PGA 35可具有一晶體鐘，以產(chǎn)生N個(gè)頻調(diào)頻率，用于相對(duì) 于來自子模塊30的選定的頻調(diào)頻率進(jìn)行歸一化。同樣，F(xiàn)PGA42產(chǎn)生相同一組頻調(diào)頻率，其
16經(jīng)由一從FPGA35向FPGA42發(fā)送的同步脈沖與FPGA 35處產(chǎn)生的頻調(diào)頻率同步。采樣信號(hào) 相對(duì)于通道標(biāo)記頻調(diào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和相干解調(diào)經(jīng)由FPGA 35執(zhí)行，并且相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理誤 差信號(hào)然后在DSP44被推導(dǎo)出，其被濾波和比例定標(biāo)以準(zhǔn)備向提供到TxPIC 10各個(gè)激光器 加熱器13的電流提供修正性改變。如此，N個(gè)激光器的平均光學(xué)載波頻率以穩(wěn)態(tài)誤差等于 零的形式被驅(qū)動(dòng)至其被指派的標(biāo)準(zhǔn)化格柵頻率或波長，例如指派給ITU格柵的波長。包括 但不限于加熱器電流和激光器偏置電流的TxPIC參數(shù)的監(jiān)視被用來防止反饋伺服環(huán)路試 圖將TxPIC激光器14驅(qū)動(dòng)至不正確的鎖定點(diǎn)，如在此公開的后面部分更詳細(xì)指出的。
如上面指出的，圖3說明標(biāo)準(zhǔn)量具34的透射的一部分，其中一基準(zhǔn)電平36被顯示 為與兩個(gè)通道k和k+l的垂直基準(zhǔn)線37有交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)定義了這些通道的鎖定點(diǎn) 38。如指出的，這里標(biāo)準(zhǔn)量具34的周期間隔是50GHz。如圖3所見的，TxPIC信號(hào)通道間隔 是200GHz格柵，從而使得毗鄰的TxPIC通道將被鎖定至由三個(gè)居間條紋或是150GHz分隔 的條紋。因此，對(duì)于具有接近于鎖定點(diǎn)38，即，在次最近的在基準(zhǔn)線36與周期條紋的側(cè)條紋 之間的交點(diǎn)間的光學(xué)載波頻率的一給定的TxPIC激光器14，低于或高于鎖定點(diǎn)38的激光頻 率以鎖定點(diǎn)38與沿通道側(cè)條紋之間的頻率范圍上恰適地指派的負(fù)的或正的誤差來提供透 射率差值。所以，例如，如果在一給定的已解調(diào)信號(hào)中有一正的頻率偏移量，則已解調(diào)的頻 調(diào)電平將高于基準(zhǔn)電平36。出于同樣的原因，如果在一給定的已解調(diào)信號(hào)中有一負(fù)的頻率 偏移量，則已解調(diào)的頻調(diào)電平將低于基準(zhǔn)電平36。因此，在每一已解調(diào)頻調(diào)的情形中，具有 一窗口，在此窗口內(nèi)已解調(diào)信號(hào)值可以高于或低于基準(zhǔn)電平36，從而指明必須在哪個(gè)方向 上——正的還是負(fù)的——作出修正，以通過經(jīng)由其局部加熱器13改變溫度來移動(dòng)特定的激 光器14的發(fā)射波長。 FPGA1 35的已解調(diào)頻調(diào)信號(hào)形式的輸出通過線41被提供至DSP子模塊40和DSP 44。 FPGA2 42的輸出被提供至數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)44。子模塊40包括關(guān)聯(lián)的數(shù)模轉(zhuǎn)換 器(DAC)48和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)46。 產(chǎn)生已解調(diào)頻調(diào)信號(hào)的信號(hào)處理如下所述。來自32處的PD1和33處的PD2的輸 出光電流在TIA34A和34B處被轉(zhuǎn)換成電壓。TIA的電壓電平必須相對(duì)于在快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 上允許的輸入范圍恰適地作比例定標(biāo)。在35處的FPGA1中，形成雙極方波(容許值+l、-l， 基本周期等于該特定通道標(biāo)記頻率)與采樣波形的數(shù)字乘積，并且計(jì)算出等于雙極方波與 采樣波形乘積的積分的累加乘積。該積分區(qū)間包含每一通道標(biāo)記方波的周期的整數(shù)倍，并 且這些通道標(biāo)記方波被選擇成近似正交。因此，在35處的FPGA1處輸出的這一 FPGA積分 是一個(gè)與由選定的方波調(diào)制的信號(hào)的強(qiáng)度成比例的很大的數(shù)字。在接收光電二極管處，這 進(jìn)而與光學(xué)調(diào)制指數(shù)(OMI)和由選定的方波標(biāo)記的通道的平均光學(xué)功率的乘積成比例。對(duì) 于標(biāo)準(zhǔn)量具通道31B，通道的平均光學(xué)功率取決于該通道的光學(xué)載波頻率，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)量具 條紋起到光學(xué)鑒頻器的作用。對(duì)于基準(zhǔn)通道31A，該通道的平均光學(xué)功率與光學(xué)載波頻率無 關(guān)。因此，F(xiàn)PGA1 35為來自標(biāo)準(zhǔn)量具輸入和基準(zhǔn)輸入的兩個(gè)電壓信號(hào)數(shù)字化頻調(diào)頻率。N 個(gè)通道的每一個(gè)的并行解調(diào)(經(jīng)過與近似正交方波的相關(guān))為TxPIC 10的每一通道15提 供各自頻調(diào)強(qiáng)度的測量形式的信號(hào)。這些信號(hào)通過線41被發(fā)給DSP 44，在此每一通道的誤 差信號(hào)被計(jì)算。進(jìn)一步地，DSP 44接著基于為每個(gè)信號(hào)通道并行確定的計(jì)算誤差信號(hào)經(jīng)由 DAC 48和線60提供對(duì)激光器14的單獨(dú)的、各個(gè)激光器通道加熱器13的校正信號(hào)的形式 的校正值。每一個(gè)這樣的校正信號(hào)通過它相關(guān)聯(lián)的加熱器改變激光器的工作溫度，加熱器
17進(jìn)而將改變激光器的發(fā)射波長，以將發(fā)射波長修正至更接近或等于其格柵指定和合需的發(fā) 射波長。在另一實(shí)施例中，不是改變施加到激光器加熱器13上的電流，而是可采用反饋環(huán) 路41來改變施加于激光器14的偏置電流，以便修正發(fā)射波長以使之更接近或等于其格柵 指定和合需的發(fā)射波長。然而，在此處的實(shí)施例中，優(yōu)選在整個(gè)壽命過程中使激光器14在 恒定的電流偏置值下工作，并且每一激光器裝備有一相關(guān)聯(lián)的片上加熱器13，用來改變激 光器工作溫度，該加熱器13進(jìn)而改變其發(fā)射波長使之趨向其標(biāo)準(zhǔn)化波長格柵頻率的方向 或到達(dá)此頻率。 如前面指出的，在子模塊30處的波長鎖定器操作可以隨環(huán)境溫度而改變，從而在 制造過程中N個(gè)激光器的每一發(fā)射波長的理想設(shè)定點(diǎn)針對(duì)工作溫度的整個(gè)范圍進(jìn)行初始 校準(zhǔn)，并且這些校準(zhǔn)的設(shè)定點(diǎn)被存儲(chǔ)在DSP 44的內(nèi)存中。因此，在標(biāo)準(zhǔn)量具子模塊30的由 溫度傳感器39監(jiān)視的給定工作溫度下，對(duì)于DSP內(nèi)存中的兩個(gè)毗鄰溫度校準(zhǔn)點(diǎn)的校準(zhǔn)值之 間可線性內(nèi)插出設(shè)定點(diǎn)。用于波長鎖定反饋的誤差信號(hào)是基于校準(zhǔn)設(shè)定點(diǎn)和內(nèi)插設(shè)定點(diǎn)之 差?？梢钥闯觯摲椒樽幽K30在給定校準(zhǔn)熱設(shè)定點(diǎn)處提供對(duì)每一頻調(diào)已調(diào)制信號(hào)的波 長的估計(jì)，從而該內(nèi)插將對(duì)每一激光器14離其標(biāo)準(zhǔn)化格柵波長的波長偏移量——如果有的 話——提供一相當(dāng)準(zhǔn)確的估計(jì)。 如上所指出的，對(duì)TxPIC IO上的所有的N個(gè)信號(hào)通道，基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)量具光電二極 管32、33兩者的輸出被同時(shí)解調(diào)。來自這些光電二極管的在特定頻調(diào)頻率上的已相干解調(diào) 光電流的雙線性組合被用來定義一合適的誤差信號(hào)體信號(hào)=(，纖 )(1)
w,量,+w ^絲j 其中k (I) = I標(biāo)g量員/I^i是在給定的溫度T下給定信號(hào)通道的光學(xué)載波頻率應(yīng) 被鎖定到的標(biāo)準(zhǔn)化通道頻率上估算的，該溫度是從FPWL子模塊30上的溫度傳感器39中取 出的。圖3說明了一理想情況，其中對(duì)于間隔為50GHz的所有通道頻率，標(biāo)準(zhǔn)量具光電流等 于基準(zhǔn)光電流，即k (T) = 1。對(duì)于法布里-珀羅波長鎖定器的一給定光通道和一給定溫 度，對(duì)應(yīng)于合需光學(xué)載波頻率(例如ITU格柵頻率)的已解調(diào)光電流的比值通過校準(zhǔn)可以 得知。校準(zhǔn)值與測量值之差提供了表示通道光學(xué)載波頻率相對(duì)于合需光學(xué)載波頻率的偏移 的有符號(hào)量。 一旦該誤差信號(hào)被測量，要由通道加熱器采取的修正動(dòng)作就可被計(jì)算并應(yīng)用。 信號(hào)通道k的誤差信號(hào)的一種形式在DSP 44中從以下組合形成， 誤差=^，，—測得的-，，^ —(，;校準(zhǔn)的(2) 其中I標(biāo)^i員是通道k的已解調(diào)標(biāo)準(zhǔn)量具光電流信號(hào)，而Ij^是通道k的已解調(diào)基 準(zhǔn)光電流信號(hào)。在式(2)中的〃 測得的〃 指的是解調(diào)過程的結(jié)果，而〃 校準(zhǔn)的〃 指的是前 期測得的或算出的值，它由用于將標(biāo)準(zhǔn)量具和基準(zhǔn)路徑中的響應(yīng)定義成等于合需值的光學(xué) 載波頻率的校準(zhǔn)處理來確定。法布里_珀羅波長鎖定器的溫度可以是溫控的，在這樣情 況下可使用單個(gè)校準(zhǔn)值。替換地，沒有溫控的法布里_珀羅波長鎖定器可以在多個(gè)不同溫 度下校準(zhǔn)，并且可采用內(nèi)插來確立波長鎖定器在一給定的測量溫度下的合適校準(zhǔn)值。該誤 差信號(hào)是至反饋環(huán)路的將誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)至零的的輸入。該誤差信號(hào)的環(huán)路濾波是由DSP 44 數(shù)字化地實(shí)現(xiàn)的，并被提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)以產(chǎn)生一校正信號(hào)，它是經(jīng)比例定標(biāo)的模 擬輸出信號(hào)，該信號(hào)控制到達(dá)通道k中激光器各自加熱器13的電流，以在積分控制下將誤
18差信號(hào)驅(qū)動(dòng)至零。 當(dāng)然，F(xiàn)PWL的制造公差引起與理想反饋環(huán)路條件的偏差，因此這就是為什么相對(duì) 于溫度傳感器39監(jiān)視的FPWL子模塊30的溫度來校準(zhǔn)測量很重要。圖1的反饋環(huán)路41被設(shè) 計(jì)成在與誤差信號(hào)代數(shù)符號(hào)相反的方向上驅(qū)動(dòng)激光器的光學(xué)載波頻率。在圖3中，在每一 局部條紋附近，誤差信號(hào)有三個(gè)可能的毗鄰的過零點(diǎn)。為了在反饋環(huán)路41被使用時(shí)使得控 制環(huán)路能將光學(xué)載波頻率鎖定到正確的局部設(shè)定點(diǎn)，激光器光學(xué)載波頻率必須位于合需設(shè) 定點(diǎn)附近一給定的范圍內(nèi)。為了確保該環(huán)路將光學(xué)載波頻率鎖定至法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)量具 各周期性條紋中正確的條紋上，可提供一基于激光器電流、加熱器電流、子底板(submoimt) 溫度和TxPIC中多通道間的交互作用的校準(zhǔn)的查找表。給定所有這些對(duì)頻率有影響的輸 入的適當(dāng)?shù)男?zhǔn)信息和測量值時(shí)，DSP 44可以確定施加值的范圍是否對(duì)應(yīng)于關(guān)連于法布 里-珀羅波長鎖定器的特定條紋的有效光學(xué)頻率設(shè)置。這在下面結(jié)合通道故障狀況的快速 響應(yīng)進(jìn)一步論述。 DSP 44包括一積分器，它隨時(shí)間推移(在由附綴的增益常數(shù)比例定標(biāo)之后)對(duì)每 一給定激光波長的誤差信號(hào)進(jìn)行積分，以獲得一平均值，該平均值被提供給特定的DAC 48， 該DAC 48進(jìn)而產(chǎn)生一模擬校正信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)特定激光器14的特定加熱器13。如果積 分器輸出的是一正校正信號(hào)，則它對(duì)應(yīng)于一紅移(較低頻率或波長)和加熱器功率的增大。 另一方面，如果積分器輸出的是一負(fù)校正信號(hào)，則它對(duì)應(yīng)于一藍(lán)移(較高頻率或波長)和加 熱器功率的減小。該積分器飽和，從而使得對(duì)于固定的頻率偏移量，至給定激光器的校正信 號(hào)總是以正確的極性結(jié)束。如果由于任何原因，該校正信號(hào)超過一預(yù)定激光調(diào)節(jié)范圍，例如 ±1到5GHz，則該波長鎖鎖定環(huán)路控制器就會(huì)關(guān)閉受影響的特定的PIC激光器的運(yùn)行。這 表示該激光器不是在正常工作并且需要停止使用。 結(jié)合上文，圖5用圖表說明一紅移相關(guān)PD2 33電流iPD，相對(duì)于關(guān)于一標(biāo)準(zhǔn)量具條 紋ipD-標(biāo)準(zhǔn)量具的光頻率。在ipD-基準(zhǔn)的點(diǎn)A是合需的鎖定點(diǎn)，其中格柵波長或頻率滿足給定已 調(diào)制源輸出波長的標(biāo)準(zhǔn)化(ITU)格柵頻率。iPD—fi^處到B點(diǎn)的紅移是從ip?！? |減小的量，表 示(與之成比例)激光器14發(fā)射波長離該標(biāo)準(zhǔn)化(ITU)格柵頻率的減少量。誤差的偏移
量可以由下列比值表達(dá)
誤差=嫌顏 (3) 形成一校正信號(hào)來經(jīng)由加熱器13藍(lán)移激光器14處的工作波長，即增加施加于該 激光器的熱，以使得激光器的波長運(yùn)作從B點(diǎn)盡可能回到靠近A點(diǎn)的位置。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)圖1的波長鎖定系統(tǒng)的工作第一次被開動(dòng)或在一條紋修正事件(由 在DSP 44上檢測到無效設(shè)置而觸發(fā))的情況下，激光器加熱器輸出被預(yù)置到一預(yù)期值并且 置為一負(fù)的頻率偏移量(紅移)，以便在反饋波長控制環(huán)路41工行之前實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定。激光 器加熱器功率以及推導(dǎo)出的加熱器阻抗經(jīng)由ADC 48和加熱器驅(qū)動(dòng)電路(未示出)被波長 鎖定環(huán)路DSP44連續(xù)地監(jiān)視。如果推導(dǎo)出的阻抗落在預(yù)定閾值范圍之外，那么波長鎖定環(huán) 路控制器DSP 44將使這個(gè)通道激光器停止工作。當(dāng)然，在啟動(dòng)期間，允許加熱器功率在由 波長鎖定環(huán)路DSP 44采取任何這樣的行動(dòng)前初始地穩(wěn)定下來。
C.防止鎖定到不正確的鎖定點(diǎn)
19
圖1中說明的反饋波長控制環(huán)路41在沒有其他的信息的情況下不能夠確定其是 否已經(jīng)將一給定激光載波頻率鎖定至一不正確的鎖定點(diǎn)，也就是說，相反它可能將頻率鎖 定至一毗鄰的不正確的條紋，而不是正確的條紋。換句話說，由于波長鎖定器特性曲線是周 期性的，因此前述的推導(dǎo)出的誤差信號(hào)本身沒有提供特定光學(xué)載波頻率是被鎖定在圖3中 哪一具體條紋上的指示，然而在PIC中每一激光器的調(diào)諧范圍擁有多個(gè)條紋。同時(shí)，芯片上 集成元件之間的以及在TxPIC芯片10底下的熱電冷卻器(TEC)(未示出)在TxPIC芯片 IO上的熱耦合應(yīng)該足夠強(qiáng)，從而(1) 一熱瞬變可能引起特定激光器的頻率在波長反饋環(huán)路 41能修正此熱瞬變之前就跳變成與一不正確的條紋對(duì)齊；(2)由芯片上的另一毗鄰激光器 或激光器加熱器停用或故障產(chǎn)生的熱瞬變具有足夠致使跳至毗鄰條紋的幅值；(3)在初始 化和給TxPIC 10加電時(shí)，如果已對(duì)PIC激光器14或它們的加熱器13中任一個(gè)的啟用或停 用狀態(tài)作出了改變，則最近一次已知是好的的激光器加熱器值將不能將激光頻率或波長可 靠地初始化到一合需的俘獲范圍內(nèi)；或(4)由于正常激光器老化而產(chǎn)生的熱改變會(huì)變換進(jìn) 入每一毗鄰激光器的熱串?dāng)_，通過定期地存儲(chǔ)上次已知是好的的加熱器值可解決此串?dāng)_消 隱，這些加熱器值由于不同的激光器老化而可能是不同的。因此，必須使用附加信息來阻止 波長控制環(huán)路41不經(jīng)意地將激光波長驅(qū)向另一不正確的條紋而導(dǎo)致將光學(xué)載波頻率控制 到一不正確的設(shè)定點(diǎn)。 該附加信息在DSP 44內(nèi)存中的查找表中提供，其包括TxPIC 10的所有特別影響 激光載波頻率的工作參數(shù)的所有最近一次已知是好的值。對(duì)一給定TxPIC，這些工作參數(shù) 的主導(dǎo)集合是(l)激光器偏置電流，在如曾提及的，其在整個(gè)TxPIC壽命期間被保持固定； (2)加熱器電流，如曾提及的，其在整個(gè)TxPIC壽命期間由反饋控制來改變；(3)TxPIC子底 板(未示出)的(固定)溫度，該子底板通常固定在一熱電冷卻器(TEC)(未示出)上；(4) 電光調(diào)制器(EOM)偏置電壓；以及(5)前置PIN的反偏電壓。同樣，如前面討論的，需要一 在TxPIC lO上所有N個(gè)信號(hào)通道的校準(zhǔn)鎖定點(diǎn)比值k(T)的查找表。最后，需要TxPIC的 所有的N個(gè)通道的加熱器引起的調(diào)制系數(shù)的查找表，其中包括它們的通道串?dāng)_系數(shù)。使用 這些保存在DSP內(nèi)存中的信息，DSP 44能夠根據(jù)查找表中的這些信息確定當(dāng)前是否要求反 饋波長環(huán)路提供與最近一次已知是好的的鎖定點(diǎn)不一致的加熱器驅(qū)動(dòng)功率。注意，如前面 指出的，舭鄰的可用鎖定點(diǎn)由標(biāo)準(zhǔn)量具的自由譜范圍(FSR)分隔，這里此分隔是50GHz。為 了將單個(gè)激光器光學(xué)載波頻率從圖3中一正確的鎖定點(diǎn)移動(dòng)到一毗鄰的不正確的鎖定點(diǎn)，
需要一激光器加熱器用于嘗試將其相關(guān)聯(lián)的激光器溫度提升或降低約5t:，這是一個(gè)很大
的，易于檢測到的加熱器功率變化。因此，由DSP 44監(jiān)視提供給激光器加熱器13的電流用 于與最近一次已知是好的施加到TxPIC 10上各個(gè)激光器加熱器13的電流值或平均值作比 較。在此情形中，DSP 44將基于這種"最近一次已知是好的"的跟蹤方法來阻止施加不正確 的——尤其是在功率常態(tài)范圍外的激光器加熱器功率的應(yīng)用。
2.每通道發(fā)射功率控制環(huán)路 同樣，在此公開中是一種確定通道功率的相對(duì)平衡的方法，其使用反饋控制環(huán)路 41利用上面描述的相同的通道標(biāo)記調(diào)制來進(jìn)行波長鎖定控制。每通道功率控制環(huán)路用于跨 形成光學(xué)通道組(OCG)的信號(hào)通道陣列均衡通道功率。更一般地說，每通道功率控制環(huán)路 用于將單個(gè)光學(xué)通道功率保持在單個(gè)設(shè)定點(diǎn)上，其中一個(gè)通道與另一通道的設(shè)定點(diǎn)可以不 同。當(dāng)用來均衡通道功率時(shí)，每通道環(huán)路的功能是跨通道陣列均衡通道功率以使任何通道功率相對(duì)于在TxPIC 10壽命過程中0CG內(nèi)的平均功率而言落在一預(yù)定誤差，例如±0. 50dB 內(nèi)。該功率環(huán)路是在TxPIC IO初始化期間被接通時(shí)發(fā)動(dòng)的。再次參照?qǐng)Dl，每一通道功率 的輸出是由其前置PIN18控制的。由前置PIN起到單個(gè)通道功率控制和通道標(biāo)記調(diào)制器雙 重功能減少了所需有源通道元件和控制電子器件的數(shù)目。因此元件18也可被稱為一多功 能元件(MFE)并可被稱為一衰減器/調(diào)制器頻調(diào)PIN。前置PIN 18基于由可變偏置電壓 Vhigh與峰-峰電壓Vpp組合確定的平均偏置電壓吸收來自通道已調(diào)制光源14、16的已調(diào)制 通道信號(hào)的一部分，上述電壓是從子模塊40中的DSP44經(jīng)由發(fā)生器50提供的。
每一通道所需的衰減量是由兩個(gè)因素決定。第一，在壽命的開始(BOL)多個(gè)激光 器的光學(xué)輸出并非理想地平衡，并且彼此可能相差給定的量。在制造中，每一激光器最優(yōu) 恒常驅(qū)動(dòng)電流可如下確定(1)每一激光器14可被波長鎖定于激光器加熱器功率的可接受 極限內(nèi)；(2)該激光功率可被調(diào)整于其前置PIN 18需要的公差范圍內(nèi)；以及(3)當(dāng)高頻數(shù) 據(jù)調(diào)制被施加到通道調(diào)制器16時(shí)，傳輸鏈路中的合需誤比特率能夠得到滿足。如前面指出 的，在TxPIC IO的壽命過程中每通道激光器驅(qū)動(dòng)電流被保持恒常。適當(dāng)?shù)募す馄髌秒娏?值初始在PIC模塊制造期間確定，并且每一激光器的預(yù)定值被傳遞并保存在子模塊40中的 DSP44中諸如閃速存儲(chǔ)器等的內(nèi)存中。然而，TxPIC IO上的激光器驅(qū)動(dòng)電流的校準(zhǔn)本身并 不確保跨PIC上信號(hào)通道輸出陣列的功率平衡，因此需要經(jīng)由前置PIN 18為每一 TxPIC通 道設(shè)置衰減值以實(shí)現(xiàn)跨通道輸出的功率等同，并且在PIC壽命過程中這些前置PIN的衰減 值將隨通道不同而變換。 第二，TxPIC 10中的各個(gè)集成激光器13在電路的壽命過程中以不同速率老化，并 且通常在此老化過程中，它們的輸出功率也以不同的速率下降。因此，每一信號(hào)通道的前置 PIN衰減必然典型地是隨著激光功率衰退而逐漸地減少；即，前置PIN18上的平均反偏電壓 在壽命過程中通常必然降低。因此，在PIC激光器14壽命開始(BOL)時(shí)施加的負(fù)偏置是最 高的，并且通常在壽命過程中降低，以保持在PIC壽命過程中來自已調(diào)制光源的充分恒定 的功率輸出。因此，在BOL時(shí)激光器14在連續(xù)施加的電流水平上工作，且輸出功率幅值很 高。為每一激光器將衰減設(shè)置在每個(gè)通道合需的初始功率電平輸出上，并且跨通道陣列的 功率輸出被基本均衡。由于激光器14各自以不同速率老化，且其是不可個(gè)體預(yù)測的，因此 它們的已調(diào)整輸出功率在整個(gè)壽命過程中將以不同速率下降，因此在整個(gè)壽命過程中也以 不同速率從每一通道輸出撤減衰減量——也就是說減小前置PIN 18上的負(fù)偏置——也是 必要的。同樣地，需要時(shí)，單個(gè)通道功率的增加可通過增加前置PIN上的衰減設(shè)置來補(bǔ)償。
因此，為了不斷保持跨TxPIC IO上產(chǎn)生的已調(diào)制通道信號(hào)陣列的通道功率輸出 平衡，采用功率控制反饋環(huán)路41來確定每通道施加的衰減量。因此，每一前置PIN 18的平 均偏置點(diǎn)是在DSP子模塊40處經(jīng)由DSP 44計(jì)算的，并且在閉環(huán)控制41中被施加到每一前 置PIN 18，同時(shí)對(duì)每一前置PIN 18施加置標(biāo)頻調(diào)頻率以進(jìn)行信號(hào)通道識(shí)別。平均偏置電 壓是電壓Vhigh和的平均值，其中Vhigh和、。w的值被選擇以保持一恒定的光學(xué)調(diào)制指數(shù)。 功率控制環(huán)路41工作在一相對(duì)長期的定值上，例如5秒左右，并且被設(shè)計(jì)為基于如上所述 的制造變量以及激光裝置老化來調(diào)整衰減水平，當(dāng)然相對(duì)波長從一合需波長的變化而言老 化是一緩慢的過程。如果希望，該時(shí)間長度還可以被設(shè)置得更長，因?yàn)榧す馄骼匣窍鄬?duì)慢 得多的過程。 如前面所述，低頻或頻調(diào)振幅調(diào)制被疊加到TxPICIO的N個(gè)信號(hào)通道中每一個(gè)的前置PIN18上。如前所述，施加的電壓的值是隨前置PIN 18的估計(jì)衰減曲線而變化的，并且被比例定標(biāo)以提供一特定的光學(xué)調(diào)制指數(shù)(0MI)。同樣，如較早指出的，來自TxPIC多路復(fù)用器20的光通道組(0CG)多路復(fù)用信號(hào)被分支，并且被提供至法布里_珀羅波長鎖定器子模塊30，在此線33A上的標(biāo)準(zhǔn)量具輸出和線32A上的基準(zhǔn)輸出被放大并數(shù)字化，并且共同用來確定波長偏移和調(diào)整。然而，如所述的，標(biāo)準(zhǔn)量具輸出31B不是用于功率控制目的的。只有基準(zhǔn)輸出31A是達(dá)到此目的所必需的。來自基準(zhǔn)輸出31A的數(shù)字化0CG包絡(luò)在FPGA135處對(duì)每一頻調(diào)相干解調(diào)。此過程是同時(shí)的，即，對(duì)所有N個(gè)信號(hào)通道并行地進(jìn)行，因此是連續(xù)為所有通道頻調(diào)提供數(shù)據(jù)。在DSP 44中的子模塊40處，經(jīng)由線41來自FPGA135的N個(gè)通道解調(diào)器輸出然后可分別地與原來產(chǎn)生的已調(diào)制頻調(diào)相比較，以便為每個(gè)信號(hào)通道15獲得N個(gè)頻調(diào)中的每一個(gè)的相對(duì)振幅。假定0MI被保持恒定值，例如每一頻調(diào)是5%，則檢測到的每一通道的相對(duì)載波振幅與相對(duì)頻調(diào)幅度相同。因此，通道功率檢測方案對(duì)每一通道頻調(diào)調(diào)制假定相同的OMI。如前面描述的，需要單個(gè)前置PIN傳遞函數(shù)的校準(zhǔn)來確定施加的方波的電壓導(dǎo)軌的正確值以提供需要的衰減同時(shí)保持光學(xué)調(diào)制指數(shù)為定值。同樣，前置PIN傳遞函數(shù)隨著入射激光功率改變而改變。因此，在制造的時(shí)候初始的前置PIN傳遞函數(shù)必須被校準(zhǔn)，并且由于前置PIN 18上的激光器入射功率不能輕易地被直接測量，因此必須估算該函數(shù)在整個(gè)壽命過程中的改變。 因此，在初始的制造期間，在激光器運(yùn)行在一恒定的驅(qū)動(dòng)電流上的情況下，每一前置PIN 18在壽命開始(B0L)的衰減對(duì)偏置曲線被校準(zhǔn)，其中在校準(zhǔn)器件電流水平是通過在一給定電壓范圍上改變偏置和測量TxPIC IO的輸出功率來預(yù)先確定的。因此，在偏置電壓的電壓范圍內(nèi)等步長選擇多個(gè)電壓階躍。作為在前置PIN上施加的反偏電壓的函數(shù)的第一組輸出功率是在每一通道外界測量的。該點(diǎn)集(歸一化衰減相對(duì)于反向偏置)與對(duì)應(yīng)的提供激光器輸出功率的測量的后置PIN電流一起保存在DSP44的內(nèi)存中。然后，第二組的多個(gè)點(diǎn)(歸一化衰減相對(duì)于反向偏置，和相關(guān)聯(lián)的后置PIN電流)被提取和存儲(chǔ)，但是這次對(duì)于每一激光器施加的激光器驅(qū)動(dòng)電流被有意地減少，以模擬跨陣列的壽命末尾(E0L)功率電平，并且所有的波長保持在它們的B0L值上恒常不變。此模擬是基于TxPIClO上激光陣列老化的經(jīng)驗(yàn)，其中在整個(gè)壽命過程中激光功率輸出的衰退可在約1. 5dB到約3dB的范圍里。 更特別地，然后，在制造中兩個(gè)歸一化前置PIN傳遞函數(shù)被創(chuàng)立；一個(gè)是壽命開始(BOL)狀態(tài)而另一個(gè)是模擬的壽命周期的末尾(EOL)狀態(tài)。根據(jù)后置PIN電流的讀數(shù)，使用一算法在兩個(gè)傳遞函數(shù)之間進(jìn)行內(nèi)插。這些內(nèi)插出的歸一化傳遞函數(shù)被用于為每一信號(hào)通道計(jì)算Vhigl^P 的適當(dāng)值，如圖4所示，以便提供合需的衰減同時(shí)保持光學(xué)調(diào)制指數(shù)恒定。 因此，在工作期間，從后置PD 12接收到的實(shí)時(shí)光電流被用于估計(jì)激光功率。然后，壽命開始(B0L)和模擬的壽命末尾(E0L)前置PIN曲線，相對(duì)于前面提到的不同的兩組數(shù)據(jù)，被線性地內(nèi)插以形成新的與估計(jì)激光功率相關(guān)聯(lián)的前置PIN衰減曲線?；谛聦?dǎo)出的歸一化傳遞函數(shù)，兩個(gè)電壓Vhigh和V^被選擇成使得(1)在FPWL子模塊30的基準(zhǔn)輸出31A處獲得合需的已解調(diào)頻調(diào)信號(hào)以及(2)估算0MI被保持在一預(yù)定值，例如5X的0MI。對(duì)一給定通道，已解調(diào)頻調(diào)信號(hào)與光學(xué)調(diào)制指數(shù)和由用于解調(diào)的通道標(biāo)記頻調(diào)標(biāo)記的通道的平均光學(xué)功率的乘積成比例。如果使得所有已解調(diào)頻調(diào)信號(hào)相等，如在法布里_珀羅波
22長鎖定器中的基準(zhǔn)光電二極管所示的那樣，并且如果所有通道對(duì)于它們的(正交)通道標(biāo)
記頻調(diào)都具有相同的光學(xué)調(diào)制指數(shù)，那么所有通道功率在該基準(zhǔn)光電二極管處是近似相等
的。這是光學(xué)通道功率控制的基礎(chǔ)。注意法布里-珀羅波長鎖定器中的基準(zhǔn)光電二極管充
當(dāng)光學(xué)通道功率控制檢測器和波長鎖定控制需要的兩個(gè)檢測器之一的雙重角色。 雖然已經(jīng)結(jié)合幾個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是在前面所述的內(nèi)容啟
發(fā)下顯然可以進(jìn)行許多進(jìn)一步的替換、修改和變化，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易
見的。因此，此處描述的發(fā)明旨在涵蓋落在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有這樣的替
換、修改、應(yīng)用和變型。
2權(quán)利要求
一種單片光子集成電路(PIC)，包括集成在單塊基底上的多個(gè)信號(hào)通道；在每一信號(hào)通道中的一已調(diào)制源，用來產(chǎn)生給定發(fā)射波長的光學(xué)通道信號(hào)；在每一信號(hào)通道中的一透射型有源元件；施加到所述透射型有源元件并調(diào)制所述光學(xué)通道信號(hào)的已調(diào)制頻調(diào)頻率，所述已調(diào)制頻調(diào)頻率用于識(shí)別每一信號(hào)通道；位于所述PIC中的集成光學(xué)組合器，其將所述PIC中的各個(gè)光學(xué)通道信號(hào)組合成一WDM信號(hào)，所述WDM信號(hào)是作為輸出從所述電路提供的；以及反饋控制器，用于接收所述WDM信號(hào)的一部分，將該WDM信號(hào)部分解調(diào)成指示已調(diào)制源發(fā)射波長離合需波長值的波長漂移的單個(gè)頻調(diào)通道誤差信號(hào)，并且推導(dǎo)出一修正信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)已調(diào)制源發(fā)射波長趨向或到達(dá)其合需的發(fā)射波長。
2. 如權(quán)利要求l所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述已調(diào)制源的誤差信號(hào)和修正信號(hào)是為各個(gè)信號(hào)通道并行地推導(dǎo)出的。
3. 如權(quán)利要求l所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述透射型有源元件包括一施加的偏置，所述施加的偏置用于將每一信號(hào)通道中的輸出功率電平調(diào)整至合需功率輸出電平。
4. 如權(quán)利要求3所述的單片光子集成電路(PIC)，其中在所述反饋控制器中還為所述W匿信號(hào)部分推導(dǎo)出 一誤差信號(hào)，所述誤差信號(hào)指示通道輸出功率從合需功率電平的偏離，從所述誤差信號(hào)可推導(dǎo)出一功率修正信號(hào)用來改變向所述信號(hào)通道的所述透射型有源元件施加的偏置，從而將每通道的輸出功率電平改變到合需的輸出電平。
5. 如權(quán)利要求3所述的單片光子集成電路(PIC)，其中各個(gè)信號(hào)通道的輸出功率電平在被提供至所述光學(xué)組合器時(shí)被呈現(xiàn)為基本相等。
6. 如權(quán)利要求l所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述光學(xué)組合器是波長選擇性組合器或自由空間組合器。
7. 如權(quán)利要求l所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述透射型有源元件包括p-i-n(PIN)結(jié)器件、激光器、光學(xué)調(diào)制器、半導(dǎo)體光學(xué)放大器(S0A)、可變光學(xué)衰減器(VOA)、光測器(PD)、或所述已調(diào)制光源本身。
8. —種用于單片光子集成電路(PIC)的反饋系統(tǒng)，包括形成在所述PIC上的多個(gè)集成光學(xué)信號(hào)通道，在所述通道中的至少一些中具有已調(diào)制源，用于提供多個(gè)已調(diào)制通道信號(hào)，每個(gè)已調(diào)制通道信號(hào)都具有不同的預(yù)定發(fā)射波長；光組合器，用于接收所述各個(gè)已調(diào)制通道信號(hào)并將其合并成一W匿信號(hào)以供從所述電路輸出；反饋電路，被耦合成接收所述WDM信號(hào)輸出的一部分，以解調(diào)該WDM信號(hào)并且從各個(gè)已解調(diào)通道信號(hào)確定每一通道中的已調(diào)制源的發(fā)射波長是否偏離所述預(yù)定發(fā)射波長；所述反饋電路為每一信號(hào)通道并行生成代表每一信號(hào)通道的預(yù)定發(fā)射波長偏移量的誤差信號(hào)，并生成用于向所述已調(diào)制源施加發(fā)射波長變化的修正信號(hào)；以及與每一已調(diào)制源相關(guān)聯(lián)的波長補(bǔ)償器，用于接收各個(gè)修正信號(hào)以使得所述已調(diào)制源發(fā)射波長被調(diào)整至所述預(yù)定發(fā)射波長或接近所述預(yù)定發(fā)射波長。
9. 如權(quán)利要求8所述的反饋系統(tǒng)，還包括在每一信號(hào)通道上的集成透射型有源元件，其用于接收已調(diào)制置標(biāo)信號(hào)，該已調(diào)制置標(biāo)信號(hào)調(diào)制通過該元件的通道信號(hào)，每一信號(hào)通道的已調(diào)制標(biāo)記信號(hào)的頻率不同，并且所述已調(diào)制標(biāo)記信號(hào)的頻率范圍不同于所述通道已調(diào)制源的頻率范圍。
10. 如權(quán)利要求9所述的反饋系統(tǒng)，其中所述集成透射型有源元件是p-i-n(PIN)結(jié)器件、激光器、光學(xué)調(diào)制器、半導(dǎo)體光學(xué)放大器(S0A)、可變光學(xué)衰減器(VOA)、光測器(PD)、或所述已調(diào)制源本身。
11. 如權(quán)利要求9所述的反饋系統(tǒng)，其中所述已調(diào)制標(biāo)記信號(hào)是低于所述已調(diào)制源的頻率的基于頻調(diào)的頻率。
12. 如權(quán)利要求8所述的反饋系統(tǒng)，其中每一已調(diào)制源包括已調(diào)制半導(dǎo)體激光器或帶有外置調(diào)制器的連續(xù)波半導(dǎo)體激光器。
13. 如權(quán)利要求8所述的反饋系統(tǒng)，其中所述W匿信號(hào)輸出部分包括對(duì)每一已調(diào)制通道信號(hào)施加的置標(biāo)頻率，每一置標(biāo)頻率與任何其他置標(biāo)頻率都不相同；以及用于解調(diào)所述置標(biāo)頻率的電路，所述置標(biāo)頻率用來確定每一信號(hào)通道的當(dāng)前發(fā)射波長與其預(yù)定發(fā)射波長之間的任何差異。
14. 如權(quán)利要求13所述的反饋系統(tǒng)，其中所述施加的置標(biāo)頻率在所述反饋電路中用來確定通道輸出功率平并校正各通道功率電平以使其跨各信號(hào)通道基本相同。
15. 如權(quán)利要求14所述的反饋系統(tǒng)，還包括在信號(hào)通道中的一集成透射型有源元件，用于接收對(duì)其所施加的偏置作改變的功率電平校正。
16. 如權(quán)利要求8所述的反饋系統(tǒng)，還包括在每一信號(hào)通道中的一透射型有源元件。
17. 如權(quán)利要求16所述的反饋系統(tǒng)，其中所述透射型有源元件包括p-i-n(PIN)結(jié)器件、激光器、光學(xué)調(diào)制器、半導(dǎo)體光學(xué)放大器(S0A)、可變光學(xué)衰減器(V0A)、光測器(PD)、或所述已調(diào)制源本身。
18. 如權(quán)利要求16所述的反饋系統(tǒng)，其中一唯一生的已調(diào)制頻調(diào)頻率被施加于每一透射型有源元件作為通道識(shí)別符，所述頻調(diào)頻率在所述反饋電路中用來調(diào)整每一信號(hào)通道發(fā)射波長和功率輸出。
19. 如權(quán)利要求8所述的反饋系統(tǒng)，還包括所述反饋電路生成校正信號(hào)，所述校正信號(hào)用于在每個(gè)通道中將通道輸出功率校正置預(yù)定功率電平，并且在每一通道中的具有偏置的透射型有源元件，所述偏置由所述修正信號(hào)調(diào)整，以使得從所述有源元件輸出的通道信號(hào)被調(diào)整至所述預(yù)定功率電平或接近所述預(yù)定功率電平。
20. 如權(quán)利要求19所述的反饋系統(tǒng)，其中所有信號(hào)通道的所述預(yù)定功率電平被設(shè)置得基本相等。
21. —種在具有多個(gè)集成信號(hào)通道的單片光子集成電路(PIC)中校正信號(hào)通道發(fā)射波長和通道輸出功率的方法，包括以下步驟在所述電路中產(chǎn)生多個(gè)已調(diào)制通道信號(hào)；用唯一性的頻調(diào)頻率信號(hào)對(duì)每一已調(diào)制通道信號(hào)置標(biāo)；將各個(gè)已調(diào)制通道信號(hào)在所述電路中組合成一 W匿信號(hào)，并在所述電路的輸出處提供所述WDM信號(hào)；從所述W匿信號(hào)輸出的一部分中解調(diào)出所述頻調(diào)頻率信號(hào)；以及從已解調(diào)的頻調(diào)頻率信號(hào)中推導(dǎo)出指示通道發(fā)射波長或通道輸出功率變化的誤差信 號(hào)；以及基于所述誤差信號(hào)推導(dǎo)出校正信號(hào)，以供向每一信號(hào)通道施加，用于改變通道發(fā)射波 長或通道輸出功率使其盡可能接近每一集成信號(hào)通道合需的預(yù)定發(fā)射波長和預(yù)定功率輸 出電平。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述的置標(biāo)步驟是通過在對(duì)其施加所述唯一性頻 調(diào)信號(hào)的每一信號(hào)通道中使用一透射型有源元件來實(shí)行的。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括偏置每一信號(hào)通道中的所述透射型有源元件并 控制所施加的偏置電平以控制通道輸出功率的步驟。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述的在每一信號(hào)通道中施加的偏置電平被控制 得使跨各信號(hào)通道的通道輸出功率基本相等。
25. 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括對(duì)各信號(hào)通道的已調(diào)制源施加所述校正信號(hào)以 改變其發(fā)射波長的步驟。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述向已調(diào)制源施加所述校正信號(hào)的步驟是通過 改變對(duì)所述通道已調(diào)制源施加的偏置或改變所述已調(diào)制源的局部溫度來實(shí)現(xiàn)的。
27. —種從多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)產(chǎn)生多個(gè)具有預(yù)定工作特性的光學(xué)已 調(diào)制信號(hào)的方法，包括以下步驟在每一信號(hào)通道中提供一已調(diào)制源以產(chǎn)生具有預(yù)定的合需功率電平并具有預(yù)定的合 需發(fā)射波長的已調(diào)制信號(hào)，所述預(yù)定的發(fā)射波長不同于其他信號(hào)通道的預(yù)定發(fā)射波長； 在每一信號(hào)通道中提供一有源元件，意義接收所述通道已調(diào)制信號(hào)；以及 經(jīng)由所述有源元件向所述通道信號(hào)施加已調(diào)制頻調(diào)，從所述已調(diào)制頻調(diào)可同時(shí)推導(dǎo)出 各個(gè)通道信號(hào)相應(yīng)的當(dāng)前通道發(fā)射波長和功率輸出。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括基于從所述已調(diào)制頻調(diào)推導(dǎo)出的信息改變各個(gè) 信號(hào)通道的發(fā)射波長的步驟。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述發(fā)射波長是通過改變所述已調(diào)制源上的偏置 電流或改變所述已調(diào)制源的局部溫度來改變的。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，基于從所述已調(diào)制頻調(diào)推導(dǎo)出的信息改變各個(gè)信號(hào)通 道的功率輸出。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述功率輸出是通過改變對(duì)通道有源元件施加的 偏置來改變的。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括保持每一通道信號(hào)的當(dāng)前功率電平以使得所有 通道的功率輸出基本相同的步驟。
33. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括響應(yīng)于確定當(dāng)前發(fā)射波長偏離該信號(hào)通道的預(yù) 定發(fā)射波長，將已調(diào)制源的當(dāng)前發(fā)射波長改變至預(yù)定發(fā)射波長的步驟。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述改變已調(diào)制源的發(fā)射波長的步驟是通過改變 所述已調(diào)制源的局部工作溫度來實(shí)現(xiàn)的。
35. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括以下步驟響應(yīng)于確定當(dāng)前功率電平偏離該信號(hào)通道的預(yù)定功率電平，改變向所述有源元件施加 的偏置以使通道信號(hào)的當(dāng)前功率電平保持在預(yù)定功率電平；以及響應(yīng)于確定當(dāng)前發(fā)射波長偏離該信號(hào)通道的預(yù)定發(fā)射波長，將所述已調(diào)制源的當(dāng)前發(fā) 射波長改變至預(yù)定發(fā)射波長。
36. —用于多通道光學(xué)發(fā)射機(jī)的波長鎖定和功率控制反饋環(huán)路，所述環(huán)路包括 多個(gè)激光器，所述多個(gè)激光器耦合到多個(gè)光學(xué)通道；通道置標(biāo)元件陣列，被耦合成接收所述多個(gè)光學(xué)通道上的多個(gè)光學(xué)信號(hào)，所述通道置 標(biāo)元件陣列在所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)中的至少兩個(gè)光學(xué)信號(hào)上插入通道識(shí)別標(biāo)簽；多路復(fù)用器，用于將包括所述至少兩個(gè)被置標(biāo)的光學(xué)信號(hào)的所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)組合成 一光學(xué)信號(hào)組；波長鎖定子模塊，耦合在所述反饋環(huán)路內(nèi)并用于接收所述光學(xué)信號(hào)組的至少一部分， 所述波長鎖定子模塊將所述光學(xué)信號(hào)組內(nèi)的第一光學(xué)信號(hào)分成從所述通道識(shí)別標(biāo)簽推導(dǎo) 出的第一和第二鎖定信號(hào)，并且通過在電域中分析所述第一和第二鎖定信號(hào)來識(shí)別波長偏 移量；信號(hào)處理子模塊，耦合在所述反饋環(huán)路內(nèi)，并耦合至所述波長鎖定子模塊，所述信號(hào)處 理子模塊產(chǎn)生一包含補(bǔ)償所識(shí)別出的波長偏移量的信息的誤差信號(hào)；以及開關(guān)，被耦合成接收所述誤差信號(hào)，所述開關(guān)使用從所述通道識(shí)別標(biāo)簽推導(dǎo)出的信息 來切換所述誤差信息，以使得所述第一光學(xué)信號(hào)上的波長偏移量或功率電平被調(diào)整。
37. 如權(quán)利要求36所述的反饋環(huán)路，其中所述通道置標(biāo)元件陣列是選自包含前置PIN、 半導(dǎo)體光學(xué)衰減器、可變光學(xué)衰減器、和激光調(diào)制器的組中的元件的陣列。
38. 如權(quán)利要求36所述的反饋環(huán)路，其中所述通道識(shí)別標(biāo)簽通過在所述至少兩個(gè)光學(xué) 信號(hào)中的每一個(gè)上插入一唯一性頻調(diào)頻率來識(shí)別所述多個(gè)光學(xué)通道內(nèi)的一特定光學(xué)通道， 其中所述頻調(diào)頻率低于所述至少兩個(gè)光學(xué)信號(hào)的頻率。
39. 如權(quán)利要求38所述的反饋環(huán)路，還包括第一低通光測器，耦合在所述波長鎖定子模塊內(nèi)，所述第一低通光測器從所述唯一性 頻調(diào)頻率產(chǎn)生所述第一鎖定信號(hào)；以及第二低通光測器，耦合在所述波長鎖定子模塊內(nèi)，所述第二低通光測器從所述唯一性 頻調(diào)頻率產(chǎn)生所述第二鎖定信號(hào)。
40. 如權(quán)利要求38所述的反饋環(huán)路，其中所述波長鎖定子模塊還根據(jù)跨所述多個(gè)光學(xué) 通道的合需的載波頻率分隔來識(shí)別所述波長偏移量。
41. 如權(quán)利要求40所述的反饋環(huán)路，其中所述波長鎖定子模塊使用所述第二鎖定信號(hào) 上升側(cè)上的鎖定點(diǎn)與一溫度敏感ITU光學(xué)載波格柵頻率的交點(diǎn)來進(jìn)一步識(shí)別所述波長偏 移量。
42. 如權(quán)利要求36所述的反饋環(huán)路，其中所述誤差信號(hào)表示所述第一光學(xué)信號(hào)相對(duì)于 所述第一光信號(hào)的已知校準(zhǔn)頻率目標(biāo)值的平均光學(xué)載波頻率偏離。
43. 如權(quán)利要求36所述的反饋環(huán)路，其中所述誤差信號(hào)被提供至第一控制器，所述第 一控制器與所述多個(gè)激光器中的第一激光器相關(guān)聯(lián)，用以調(diào)整驅(qū)動(dòng)所述第一激光器的偏置 電流。
全文摘要
在單片多通道TxPIC的每一信號(hào)通道中設(shè)置一透射型有源通道元件，其中每一通道還包括一已調(diào)制源。該有源通道元件既起到同時(shí)檢測和調(diào)節(jié)每一信號(hào)通道的輸出通道信號(hào)電平的功率控制元件的作用，又起到用于提供對(duì)已調(diào)制源的波長鎖定的通道波長置標(biāo)或標(biāo)記的調(diào)制器的作用。其功率調(diào)節(jié)功能也被用來控制每一通道的通道信號(hào)功率輸出以使其跨通道信號(hào)陣列一致。所有的這些功能是由反饋環(huán)路使用數(shù)字信號(hào)處理來執(zhí)行的。
文檔編號(hào)H04B10/564GK101789828SQ200910258549
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者A·C·尼爾森, P·N·弗利曼, R·W·史密斯, Y·卡甘 申請(qǐng)人:英飛聶拉股份有限公司;A·C·尼爾森;R·W·史密斯;Y·卡甘;P·N·弗利曼