專利名稱：用于多通道光子集成電路(pic)的波長(zhǎng)鎖定和功率控制系統(tǒng)的制作方法
用于多通道光子集成電路(pic)的波長(zhǎng)鎖定和功率控制系統(tǒng) 背景技術(shù)本發(fā)明涉及與多重WDM信號(hào)通道相關(guān)的波長(zhǎng)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。己知有多種用于控制激光器陣列一_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—一的波長(zhǎng)的反饋環(huán)路系統(tǒng)。同 樣，已有用來(lái)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(zhǎng)。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(zhǎng)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(zhǎng)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一一尤其是 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(zhǎng)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(lái)協(xié)助實(shí)現(xiàn)此發(fā)射波長(zhǎng)和信號(hào)輸出功率控制。 發(fā)明內(nèi)容本公開(kāi)的通道波長(zhǎng)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(zhǎng)基準(zhǔn)，將多通道集成TxPIC的各個(gè)已調(diào)制源的波長(zhǎng) 鎖定至一標(biāo)準(zhǔn)化的波長(zhǎng)格柵；2、 防止在各種老化、重啟和通道故障情景中波長(zhǎng)鎖定至不正確的基準(zhǔn)值；3、 檢測(cè)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(kāi)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(zhǎng)鎖定和通道功率控制雙重功能的方法。同時(shí)，本公開(kāi)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(guò)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l)用已知調(diào)制深度和頻 率的光學(xué)強(qiáng)度調(diào)制來(lái)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(lái)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(cè)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(guò)檢測(cè)該 通道的特征性光學(xué)調(diào)制標(biāo)簽的強(qiáng)度來(lái)達(dá)成的。用于通道波長(zhǎng)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)有一己調(diào)制頻調(diào)標(biāo)簽，并且這些標(biāo)簽在接收到來(lái)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(cè)器的輸出中被同時(shí)檢測(cè)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(lái)說(shuō)是非常重要的，因?yàn)橥ǖ啦ㄩL(zhǎng)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(zhǎng)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?耦合將對(duì)毗鄰?fù)ǖ赖陌l(fā)射波長(zhǎng)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(zhǎng)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(shuō)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(kāi)中提供。每一通道進(jìn)一步包含一后置光測(cè)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(cè)量與每 一通道激光器的壽命開(kāi)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(guò)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E0L功率是基于對(duì)激光器在整個(gè)壽命過(guò)程中的退 化的估計(jì)來(lái)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(guò)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(lái) 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(guò)前置PIN的前向輸出功率被檢測(cè)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(kāi)始階段(B0L)的傳遞函數(shù)曲線表示在B0L 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電流的也是己知的。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的電流也是己知的。在工作期間，使用下述的技術(shù)來(lái)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(cè)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E0L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(lái)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(guò)為前置PIN 的偏置選擇適當(dāng)?shù)腁C調(diào)制波形來(lái)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(lái)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。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(guò)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(lái)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的己校準(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(cè)包括使用該 通道被指派的標(biāo)記來(lái)解調(diào)檢測(cè)到的復(fù)合信號(hào)?？紤]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(cè)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(guò)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(guò)程的輸出是主要由被測(cè)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?？墒沟脕?lái)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(cè)通道的頻調(diào)經(jīng)適當(dāng)同步的版本積分的過(guò)程被稱為該通道的標(biāo)記或標(biāo) 簽的解調(diào)。通過(guò)將來(lái)自光測(cè)器的經(jīng)采樣的復(fù)合輸出信號(hào)提交給并行的積分 過(guò)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(guò)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(shì)在于利用AC信 號(hào)標(biāo)記和AC信號(hào)處理來(lái)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(guò)例如光學(xué)多路分離等將單個(gè)通道分離出來(lái)以允許單個(gè)DC光電流的檢測(cè)。 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)是己知的，采用方波調(diào)制是因?yàn)槠湔{(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(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)來(lái)設(shè)置要向該通道有源元件施加的高電平VHiBh 和低電平Vu,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(kāi)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(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn) 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(cè)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(lái)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(cè)相關(guān)聯(lián)的復(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(jiǎn)單光測(cè)器來(lái)檢測(cè)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(guò)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(cè)器來(lái)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(cè)器輸出的解調(diào)允許測(cè)量到達(dá)光測(cè)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(cè)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(guò)程的描述只解決TxPIC單個(gè)通道功率控制的問(wèn)題。結(jié) 合一適當(dāng)形式的波長(zhǎng)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(zhǎng)。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(cè)結(jié)合使用可被如下地拓展到波長(zhǎng)鎖定的應(yīng)用上?？梢灾圃熘T如法布里-拍羅(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(guò)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50 GHz 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(jiǎn)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(guò)分開(kāi)或分裂從TxPIC輸出的多路復(fù)用信號(hào)的分支部分并通過(guò)兩個(gè)不同的由光測(cè)器終接的光學(xué)路徑發(fā)送分裂的信號(hào)部分來(lái) 開(kāi)發(fā)出一種用于檢測(cè)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(lái)自該光學(xué)通道的準(zhǔn)直光通過(guò)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(cè)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(lái)測(cè)量該通道的光學(xué)載波頻率。例如，來(lái)自該標(biāo) 準(zhǔn)量具光測(cè)器的光電流與來(lái)自基準(zhǔn)光測(cè)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(cè)量。在現(xiàn)有技術(shù)中，諸如可從JDSU公司 購(gòu)得的寬帶法布里-珀羅波長(zhǎng)鎖定器等商用設(shè)備是眾所周知的。至此已經(jīng)用檢測(cè)到的DC光電流的形式對(duì)法布里-珀羅波長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)鎖定器，則DC光電流將不能再用來(lái)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(cè)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(cè)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(cè)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)鑒頻器特性)成比例的數(shù)字。同樣 地，該基準(zhǔn)光測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)器輸出和基準(zhǔn)光測(cè)器輸出的并行解調(diào)提供了使用 單個(gè)法布里-珀羅波長(zhǎng)鎖定器來(lái)同時(shí)測(cè)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(zhǎng)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(cè)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(cè)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(zhǎng)鎖定器來(lái)測(cè)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)通道的載波頻率與工TU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(zhǎng)鎖定器并且進(jìn)行如上所述處理以測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(V0A)、通道半導(dǎo)體光學(xué)放大器(S0A)、或通道組合S0A/ V0A。 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(zhǎng)和功率，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)可以容易地知曉，本公開(kāi)的基本原理同樣可應(yīng)用于其他WDM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WDM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(kāi)的用于多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)的波長(zhǎng)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)(0MI)的圖解說(shuō)明，其中此處光學(xué)調(diào) 制指數(shù)y顯示為0. 05 (5%)。圖3是作為光學(xué)頻率的函數(shù)的50 GHz自由譜范圍標(biāo)準(zhǔn)量具透射曲線的 圖解說(shuō)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，其中在多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)的信號(hào)通道之間有 200 GHz的格柵間隔。圖4是在恒常的波長(zhǎng)、溫度和輸入功率下的歸一化前置PIN傳遞函數(shù)的 圖解說(shuō)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(shuō)明。具體實(shí)施例在圖1中，發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC) IO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(cè)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(zhǎng)，其沿 統(tǒng)一的頻率格柵間隔工作，例如在50 GHz、 100 GHz、或200 GHz上工作。 激光器連續(xù)波光輸出是在通道電光調(diào)制器(EOM) 16處被調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)。 為了簡(jiǎn)明在圖1中只展示了一個(gè)這樣的通道15，但是其他的N-1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)己調(diào)制通道信號(hào)輸出相組合，并在來(lái)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(zhǎng)選擇性組合器)或光學(xué)耦合器，例如一麗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(VOA) 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畫(huà))，其在2006年6月xx日提 交的序列號(hào)為No. (P096)的美國(guó)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(kāi)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(zhǎng)通道組(OCG)的TxPIC10也可以被設(shè)置在承載 圖l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BMM，其中所有的OCG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(jiàn)2005年6月16日提交的S/N. 11/154,455的美國(guó)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(kāi)，該 申請(qǐng)被援引納入于此。舉例來(lái)說(shuō)，在TxPIC 10上可以有N^ 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(zhǎng)格柵 上的C波段譜范圍中的不同峰值波長(zhǎng)的已調(diào)制信號(hào)輸出，其發(fā)射波長(zhǎng)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，這些己調(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TxPIC10在2002年10月8日提交 的S/N. 10/267,331的美國(guó)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(kāi)的公開(kāi)號(hào)US2003/ 0095736 Al的文獻(xiàn)中公開(kāi)。在圖1中，為多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxP工C)0設(shè)置一波長(zhǎng)鎖定 和功率控制反饋環(huán)路41。本公開(kāi)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(zhǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和功率控制兩者，也就是說(shuō)，分別用來(lái)控制片上通道激光 發(fā)射波長(zhǎng)和用來(lái)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 IO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(lái)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(guò)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(guò) 在此處被稱為V^h和V^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(lái)產(chǎn)生的，因而已調(diào)制方波的電壓峰-峰值是V^h-Vu) ， 這在圖4中清楚說(shuō)明，并且同樣在圖1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V^h和V^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(guò)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(zhǎng)基本上接近標(biāo)準(zhǔn)化格柵_(tái)一這對(duì)于它們各自的 波長(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)改變很 小的增量。例如，一TxPIC激光器可以在大致為-10. 6 GHz廠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(lái)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(zhǎng)。當(dāng)該激光器在接近于其標(biāo)準(zhǔn)化格柵波長(zhǎng)的發(fā) 射波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)移動(dòng)的長(zhǎng)期老化預(yù)算、和TxPIC 10 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rc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(lái)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PIN18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(zhǎng)光學(xué)調(diào)制指數(shù)(0MI)。來(lái)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 一珀羅波長(zhǎng)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31B上的標(biāo)準(zhǔn)量具光信 號(hào)由各自的光測(cè)器PD1 32和PD2 33檢測(cè)到，而且它們各自的PD1和PD2光測(cè) 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(chǎng)可編程門(mén)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(cè)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10 G比特/秒.或40 G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)間一一例如1毫秒一一上采樣此模擬電流信號(hào)。為了 實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)鎖定，輸出信號(hào)31A和31B兩者都被采用，其中檢測(cè)到的波長(zhǎng)偏移 量是從這些信號(hào)確定的，并且激光發(fā)射波長(zhǎng)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)該通道己調(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(kāi)始階段(BOL)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(guò)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(guò)程中將表現(xiàn)出功率衰退。這種整個(gè)壽命過(guò)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(cè)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)(OMI)在每一通道處被保持不變。方波的OMI 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PIN 18中耗散，并且會(huì)因來(lái)自激光器14的輸出功率的變化以及來(lái)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 IO的壽命過(guò)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(guò)簡(jiǎn)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 IO上的通道I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(shuō)p0.05，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。p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(EOM) 16上的實(shí)施例也在本公開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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S0A 來(lái)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。l.利用共享波長(zhǎng)基準(zhǔn)值來(lái)將多通道集成TxPIC的波長(zhǎng)鎖定至標(biāo)準(zhǔn)化波長(zhǎng)格柵值A(chǔ).波長(zhǎng)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(zhǎng)度內(nèi)確 定己調(diào)制源波長(zhǎng)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(zhǎng) 基準(zhǔn)。這些頻調(diào)頻率具有遠(yuǎn)低于所制定的大于1 G比特/秒的用于在每個(gè)通 道上調(diào)制數(shù)據(jù)的波長(zhǎng)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(guó)專利申請(qǐng)中被詳細(xì)地公開(kāi)。在圖1中，法布里-珀羅波長(zhǎng)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格柵約土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(chǎng)可編程門(mén)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(zhǎng)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(lái)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200 GHz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(chǎng)可編程門(mén)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f,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(lái)自FPWL光測(cè)電路的輸出信號(hào)。來(lái)自PD1 32和PD2 33的光電 流都被用于此目的。來(lái)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l所示的方波發(fā)生器50各自包含一模擬開(kāi)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(kāi)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(kāi)(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V,，)，并且該模擬開(kāi)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V一h提供至加法器52，調(diào)制深度由其通過(guò)U角定，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(zhǎng)的特定激光波長(zhǎng)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(lái)向TxPIC IO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(cè)量，該頻調(diào)強(qiáng)度由基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)量具光測(cè)器電路的輸出 的并行解調(diào)檢測(cè)到。DSP 44通過(guò)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(zhǎng)的校準(zhǔn)值相比較來(lái)推導(dǎo)出一適當(dāng)?shù)恼`差信號(hào)。 同樣，DAC 48從DAC 48經(jīng)過(guò)線62提供設(shè)定的偏置電流L.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DSP44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1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1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(kāi)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(lái)表示通道 波長(zhǎng)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(cè)量任何波長(zhǎng)漂移，例如，頻調(diào)頻率被選擇得大于40 kHz。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V一與它的低點(diǎn)或V^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(guò)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(cè)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(lái)說(shuō)，5%的0141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)?作為每通道功率控制的一部分，它們的直流偏置點(diǎn)故意變化，所以方波調(diào) 制的電壓值必須通過(guò)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fJ道時(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(shuō)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(zhǎng)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50 GHz或100 GHz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(zhǎng)鎖定器的制造過(guò)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(cè)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(lái)指明在一標(biāo) 準(zhǔn)量具34—給定的測(cè)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(guò)對(duì)在標(biāo)準(zhǔn)量具34處測(cè)量的一可能溫度范圍內(nèi)的與每 - PD32和33的一組光電流相關(guān)的一組溫度的初始校準(zhǔn)來(lái)完成的，從而通 過(guò)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(cè)值可被電子地檢測(cè)到。然后，使用離 校準(zhǔn)鎖定點(diǎn)38的偏離量來(lái)確定激光發(fā)射頻率或波長(zhǎng)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(lái) 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(lái)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(lái)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(lái)自 TxPIC IO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(lái)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(cè)。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(guò)在頻調(diào)頻率fK下對(duì)來(lái)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(lái)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FPGA1 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(lái) 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，其經(jīng)由一從FPGA 35向FPGA 42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DSP 44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(zhǎng)，例如指派給ITU格柵的波長(zhǎng)。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(lái)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(kāi)的后面部分更詳細(xì)指出的。如上面指出的，圖3說(shuō)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(jiàn)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， g卩，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(lái)提供透射率差值。所以，例如，如果在一給定的己 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 己解調(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)方向上一一正的還是負(fù)的——作出修正，以通過(guò)經(jīng)由其局 部加熱器13改變溫度來(lái)移動(dòng)特定的激光器14的發(fā)射波長(zhǎng)。FPGA1 35的己解調(diào)頻調(diào)信號(hào)形式的輸出通過(guò)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(lái)自32處的PD1和33處的 PD2的輸出光電流在TIA 34A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、 一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(wú)關(guān)。因此，F(xiàn)PGA1 35為來(lái)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(guò)與近似正交方波的 相關(guān))為T(mén)xPIC10的每一通道15提供各自頻調(diào)強(qiáng)度的測(cè)量形式的信號(hào)。這 些信號(hào)通過(guò)線41被發(fā)給DSP44，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(guò)它相關(guān)聯(lián)的加熱器改變激光 器的工作溫度，加熱器進(jìn)而將改變激光器的發(fā)射波長(zhǎng)，以將發(fā)射波長(zhǎng)修正 至更接近或等于其格柵指定和合需的發(fā)射波長(zhǎng)。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(lái)改變施加 于激光器14的偏置電流，以便修正發(fā)射波長(zhǎng)以使之更接近或等于其格柵指 定和合需的發(fā)射波長(zhǎng)。然而，在此處的實(shí)施例中，優(yōu)選在整個(gè)壽命過(guò)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(lái)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(zhǎng)使之趨向其標(biāo)準(zhǔn)化波長(zhǎng)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(zhǎng)鎖定器操作可以隨環(huán)境溫度而改 變，從而在制造過(guò)程中N個(gè)激光器的每一發(fā)射波長(zhǎng)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(zhǎng)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。 可以看出，該方法為子模塊30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(zhǎng)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(zhǎng) 的波長(zhǎng)偏移量 一一 如果有的話 一一 提供 一 相當(dāng)準(zhǔn)確的估計(jì)。如上所指出的，對(duì)TxPIC10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(lái)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(lái)定義一合適的誤差信號(hào) "新準(zhǔn)屋虞—K(TV基裙) 一誤萄/#號(hào)7 (;-準(zhǔn)弱+ K"V基裙) (1)其中 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(shuō)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^(7) = 1。對(duì)于法布 里-珀羅波長(zhǎng)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(guò)校準(zhǔn)可以得知。校準(zhǔn)值 與測(cè)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(cè)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DSP44中從以下組**^， "標(biāo)準(zhǔn)盧^ — 7基準(zhǔn))測(cè)得的 (J標(biāo)準(zhǔn),^ _7基裙)校準(zhǔn)的= (7標(biāo)準(zhǔn)量s+7基準(zhǔn)) (7標(biāo)準(zhǔn)虔^+7基準(zhǔn)) (2)其中/^^^是通道k的已解調(diào)標(biāo)準(zhǔn)量具光電流信號(hào)，而i^準(zhǔn)是通道k的已 解調(diào)基準(zhǔn)光電流信號(hào)。在式(2)中的"測(cè)得的"指的是解調(diào)過(guò)程的結(jié)果， 而〃校準(zhǔn)的〃指的是前期測(cè)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(lái)確定。法布里 -珀羅波長(zhǎng)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(méi)有溫控的法布里-珀羅波長(zhǎng)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(lái)確立波長(zhǎng)鎖定器在一給定的測(cè)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DSP44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(lái)校準(zhǔn)測(cè)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(guò)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(subfflount)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(cè)量值時(shí)，DSP44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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng))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(zhǎng)) 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(guò)一預(yù)定激光調(diào)節(jié)范圍，例如±1到5GHz，則該波長(zhǎng)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(shuō)明一紅移相關(guān)PD2 33電流ip。，相對(duì)于關(guān)于一 標(biāo)準(zhǔn)量具條紋"-歸量具的光頻率。在ip。-基準(zhǔn)的點(diǎn)A是合需的鎖定點(diǎn)，其中格柵 波長(zhǎng)或頻率滿足給定已調(diào)制源輸出波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化(ITU)格柵頻率。ip。-偏移 處到B點(diǎn)的紅移是從ipD-基準(zhǔn)減小的量，表示(與之成比例)激光器14發(fā)射波 長(zhǎng)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)體=(3)形成一校正信號(hào)來(lái)經(jīng)由加熱器13藍(lán)移激光器14處的工作波長(zhǎng)，即增 加施加于該激光器的熱，以使得激光器的波長(zhǎng)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(zhǎng)鎖定系統(tǒng)的工作第一次被開(kāi)動(dòng)或在一條紋修 正事件(由在DSP 44上檢測(cè)到無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)鎖定環(huán)路DSP 44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(zhǎng)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(zhǎng)鎖定環(huán)路DSP 44釆取任何這樣的行動(dòng)前初始地穩(wěn)定下 來(lái)。C.防止鎖定到不正確的鎖定點(diǎn)圖1中說(shuō)明的反饋波長(zhǎng)控制環(huán)路41在沒(méi)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(shuō)，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(shuō)，由于波長(zhǎng)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(méi)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IO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(zhǎng)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 IO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，則最近一次己知是好的的激光器加熱器值將不能將激 光頻率或波長(zhǎng)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(guò)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(lái)阻止波長(zhǎng)控 制環(huán)路41不經(jīng)意地將激光波長(zhǎng)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(lái)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(E0M)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 IO上所有N個(gè)信號(hào)通道的校準(zhǔn)鎖定點(diǎn)比值 k(T)的査找表。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(zhǎng)環(huán) 路提供與最近一次己知是好的的鎖定點(diǎn)不一致的加熱器驅(qū)動(dòng)功率。注意， 如前面指出的，毗鄰的可用鎖定點(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5'C，這是一個(gè)很大的，易于檢測(cè)到的加 熱器功率變化。因此，由DSP44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 IO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(lái)阻止施加不正確的一一尤其是在功率常態(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(kāi)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(lái)進(jìn)行波長(zhǎng)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(0CG)的信號(hào)通道陣列均衡通道 功率。更一般地說(shuō)，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(lái)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(guò)程中0CG內(nèi)的平均功率而言落在一預(yù)定誤差， 例如士O. 50dB內(nèi)。該功率環(huán)路是在TxPIC10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PIN 18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V^h 與峰-峰電壓Vpp組合確定的平均偏置電壓吸收來(lái)自通道已調(diào)制光源14、 16的己調(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(kāi)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(zhǎng)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PIN18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 10的壽命過(guò)程中每通道激光器驅(qū)動(dòng)電流被保持恒常。適當(dāng)?shù)?激光器偏置電流值初始在P工C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PIN18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(guò)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(guò)程中以不同速 率老化，并且通常在此老化過(guò)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(guò)程中通常必然降低。因 此，在PIC激光器14壽命開(kāi)始(B0L)時(shí)施加的負(fù)偏置是最高的，并且通常 在壽命過(guò)程中降低，以保持在PIC壽命過(guò)程中來(lái)自己調(diào)制光源的充分恒定的 功率輸出。因此，在B0L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(cè)的，因此它們的已調(diào)整輸出功率在整 個(gè)壽命過(guò)程中將以不同速率下降，因此在整個(gè)壽命過(guò)程中也以不同速率從 每一通道輸出撤減衰減量——也就是說(shuō)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(guò)增加前置PIN上的 衰減設(shè)置來(lái)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(lái)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V^h和V,。^的 平均值，其中V^h和V^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(zhǎng)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(lái)調(diào)整衰減水平，當(dāng)然相對(duì)波長(zhǎng)從 一合需波長(zhǎng)的變化而言老化是一緩慢的過(guò)程。如果希望，該時(shí)間長(zhǎng)度還可 以被設(shè)置得更長(zhǎng)，因?yàn)榧す馄骼匣窍鄬?duì)慢得多的過(guò)程。如前面所述，低頻或頻調(diào)振幅調(diào)制被疊加到TxPIClO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(lái)自TxPIC多路復(fù)用器20的光通道組(OCG) 多路復(fù)用信號(hào)被分支，并且被提供至法布里-珀羅波長(zhǎng)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(lái)確定波長(zhǎng)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(lái)自基準(zhǔn)輸出 31A的數(shù)字化0CG包絡(luò)在FPGA1 35處對(duì)每一頻調(diào)相干解調(diào)。此過(guò)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(lái)自FPGA1 35的N個(gè)通道解調(diào)器輸 出然后可分別地與原來(lái)產(chǎn)生的己調(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OMI被保持恒定值，例如每一頻 調(diào)是5%，則檢測(cè)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(cè)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(lái)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(cè)量，因此必須估算該函數(shù)在整個(gè)壽命過(guò)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PIN18在壽命開(kāi)始(BOL)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(guò)在一給定電壓范圍上改變偏置和測(cè)量TxPIC 10 的輸出功率來(lái)預(yù)先確定的。因此，在偏置電壓的電壓范圍內(nèi)等步長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(EOL)功率電平，并且所有的波長(zhǎng)保 持在它們的BOL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(guò)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(kāi)始(B0L)狀態(tài)而另一個(gè)是模擬的壽命周期的末尾(E0L)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V一h和V^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PD12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(kāi)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Vhw 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OMI被保持在一預(yù)定值，例如5。/。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-珀羅波長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)器和波長(zhǎng)鎖定控制需要的兩個(gè)檢測(cè)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(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)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。
權(quán)利要求
1. 一種多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路(TxPIC)，包括多個(gè)集成信號(hào)通道；在每一信號(hào)通道中的一集成已調(diào)制源，其具有與其他已調(diào)制源不同的發(fā)射波長(zhǎng)并且提供一光學(xué)已調(diào)制信號(hào)；在每一信號(hào)通道中的一集成有源元件，其透射通道光學(xué)已調(diào)制信號(hào)并且其上疊加了一已調(diào)制頻調(diào)頻率，該已調(diào)制頻調(diào)頻率用于為每一通道已調(diào)制源確定任意通道發(fā)射波長(zhǎng)和通道功率偏離預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)和功率水平的值。
2、 如權(quán)利要求1所述的多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路，還包括為每一已 凋制源設(shè)置的一局部加熱器元件，用來(lái)將相應(yīng)已調(diào)制源的發(fā)射波長(zhǎng)調(diào)諧至 其預(yù)定的發(fā)射波長(zhǎng)。
3、 如權(quán)利要求l所述的多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路，其中每一信號(hào)通 道中的所述有源元件包括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(cè)器(PD)、或所述已 調(diào)制源本身。
4、 如權(quán)利要求l所述的多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路，其中所述已調(diào)制 源包括直接已調(diào)制激光器或帶有外置電光調(diào)制器的連續(xù)波(cw)激光器。
5、 如權(quán)利要求1所述的多通道發(fā)射機(jī)光子集成電路，還包括一形成在 所述電路中的集成多路復(fù)用器，其接收來(lái)自所述有源集成元件的各個(gè)通道 光學(xué)已調(diào)制信號(hào)并將其組合成WDM信號(hào)，所述WDM信號(hào)被置于所述電路的 輸出上。
6、 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(lái)產(chǎn)生預(yù)定通道發(fā)射波長(zhǎng)和通道 功率的光學(xué)己調(diào)制通道信號(hào)；在每一信號(hào)通道中的透射型有源元件，用于接收所述光學(xué)已調(diào)制通道信號(hào)；以及施加到每一透射型有源元件的一已調(diào)制頻調(diào)頻率，每一個(gè)這樣的頻調(diào) 頻率不同于其他各個(gè)施加的頻調(diào)頻率，據(jù)此來(lái)確定在給定發(fā)射波長(zhǎng)和通道 功率下離所述已調(diào)制源的預(yù)定通道的偏離量。
7、 如權(quán)利要求6所述的單片光子集成電路(PIC)，還包括用于為每一 信號(hào)通道產(chǎn)生誤差信號(hào)一一如其存在一一的反饋控制電路，從所述誤差信 號(hào)可推導(dǎo)出修正信號(hào)以修正己調(diào)制通道發(fā)射波長(zhǎng)和通道功率。
8、 如權(quán)利要求7所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述光學(xué)已調(diào) 制通道信號(hào)的通道波長(zhǎng)控制是通過(guò)改變調(diào)制源上施加的偏置電流或工作溫 度來(lái)實(shí)行的。
9、 如權(quán)利要求8所述的單片光子集成電路(PIC)，還包括接近每一已 調(diào)制源的一局部加熱器，所述修正信號(hào)被施加于所述加熱器來(lái)改變所述己 調(diào)制源的發(fā)射波長(zhǎng)。
10、 如權(quán)利要求9所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述修正信 號(hào)是以趨向使所述誤差信號(hào)減小至零的方向施加的。
11、 如權(quán)利要求7所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述通道功 率控制是通過(guò)改變對(duì)所述有源元件施加的偏置來(lái)實(shí)行的。
12、 如權(quán)利要求6所述的單片光子集成電路(PIC)，其中對(duì)每一通道 施加的己調(diào)制頻調(diào)頻率是一方波或正弦波，并且具有一施加的偏置來(lái)控制 來(lái)自所述透射型有源元件的光學(xué)已調(diào)制通道信號(hào)的功率輸出電平。
13、 如權(quán)利要求6所述的單片光子集成電路(PIC)，還包括在所述PIC 上的一集成光學(xué)組合器，其用于接收來(lái)自各信號(hào)通道的各個(gè)光學(xué)已調(diào)制通 道信號(hào)并將其合并成一 WDM信號(hào)以供從所述電路輸出。
14、 如權(quán)利要求13所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述光學(xué)組 合器是一波長(zhǎng)選擇性組合器或一自由空間耦合組合器。
15、 如權(quán)利要求13所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述光學(xué)組 合器是陣列型波導(dǎo)光柵、階梯光柵、或讓I耦合器。
16、 如權(quán)利要求6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(V0A)、光測(cè)器(PD)、或所述己調(diào)制光源本 身。
17、 如權(quán)利要求6所述的單片光子集成電路(PIC)，其中所述已調(diào)制 源是在每一信號(hào)通道中的直接已調(diào)制激光器、或是在每一信號(hào)通道中分別 耦合到一外置電光調(diào)制器的連續(xù)波(cw)激光器。
18、 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(lái)產(chǎn)生給定發(fā)射波長(zhǎng)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)的己調(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 倍號(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W函信號(hào)部分解 調(diào)成指示已調(diào)制源發(fā)射波長(zhǎng)離合需波長(zhǎng)值的波長(zhǎng)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(lái)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)已調(diào)制源發(fā)射波長(zhǎng)趨向或到達(dá) 其合需的發(fā)射波長(zhǎng)。
19、 如權(quán)利要求18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。
20、 如權(quán)利要求18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。
21、 如權(quán)利要求20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WDM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(lái)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。
22、 如權(quán)利要求20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。
23、 如權(quán)利要求18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(zhǎng)選擇性組合器或自由空間組合器。
24、 如權(quán)利要求18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(SOA)、可變光學(xué)衰減器(VOA)、光測(cè)器(PD)、或所述已調(diào)制光源本 身。
25、 一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(zhǎng)；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 WDM信 號(hào)以供從所述電路輸出；反饋電路，被耦合成接收所述W簡(jiǎn)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(zhǎng)是 否偏離所述預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)；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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)被調(diào)整至所述預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)或接近所述預(yù)定發(fā)射波 長(zhǎng)。
26、 如權(quán)利要求25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(guò)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。
27、 如權(quán)利要求26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(V0A)、光測(cè)器(PD)、或所述己調(diào)制源本身。
28、 如權(quán)利要求26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。
29、 如權(quán)利要求25所述的反饋系統(tǒng)，其中每一己調(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。
30、 如權(quán)利要求25所述的反饋系統(tǒng)，其中所述WDM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(lái)確定 每一信號(hào)通道的當(dāng)前發(fā)射波長(zhǎng)與其預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)之間的任何差異。
31、 如權(quán)利要求30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(lái)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。
32、 如權(quán)利要求31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。
33、 如權(quán)利要求25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。
34、 如權(quán)利要求33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(SOA)、 可變光學(xué)衰減器(VOA)、光測(cè)器(PD)、或所述已調(diào)制源本身。
35、 如權(quán)利要求33所述的反饋系統(tǒng)，其中一唯一性的已調(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(lái)調(diào)整每一信號(hào)通道發(fā)射波長(zhǎng)和功率輸出。
36、 如權(quán)利要求25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。
37、 如權(quán)利要求36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。
38、 一種在具有多個(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(zhǎng)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 WDM信號(hào)，并在所述電路的輸出處提供所述WDM信號(hào)；從所述WDM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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)和預(yù)定功率輸出電平。
39、 如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述的置標(biāo)步驟是通過(guò)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(lái)實(shí)行 的。
40、 如權(quán)利要求39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。
41、 如權(quán)利要求40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。
42、 如權(quán)利要求38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(zhǎng)的步驟。
43、 如權(quán)利要求42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(guò)改變對(duì)所述通道己調(diào)制源施加的偏置或改變所述已調(diào)制源的局部溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
44、 一種從多通道發(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(zhǎng)的已調(diào)制信號(hào)，所述預(yù)定的發(fā)射波長(zhǎng)不同于其他 信號(hào)通道的預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)；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(zhǎng)和功率輸出。
45、 如權(quán)利要求44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(zhǎng)的步驟。
46、 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述發(fā)射波長(zhǎng)是通過(guò)改變所述已 凋制源上的偏置電流或改變所述已調(diào)制源的局部溫度來(lái)改變的。
47、 如權(quán)利要求44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。
48、 如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述功率輸出是通過(guò)改變對(duì)通道 有源元件施加的偏置來(lái)改變的。
49、 如權(quán)利要求48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。
50、 如權(quán)利要求44所述的方法，還包括響應(yīng)于確定當(dāng)前發(fā)射波長(zhǎng)偏離 該信號(hào)通道的預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)，將已調(diào)制源的當(dāng)前發(fā)射波長(zhǎng)改變至預(yù)定發(fā)射 波長(zhǎng)的步驟。
51、 如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述改變已調(diào)制源的發(fā)射波長(zhǎng)的步驟是通過(guò)改變所述已調(diào)制源的局部工作溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
52、 如權(quán)利要求44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(zhǎng)偏離該信號(hào)通道的預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)，將所述已 調(diào)制源的當(dāng)前發(fā)射波長(zhǎng)改變至預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)。
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(cè)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(zhǎng)鎖定的通道波長(zhǎng)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(lái)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(lái)執(zhí)行的。
文檔編號(hào)H04B10/564GK101278217SQ200680022591
公開(kāi)日2008年10月1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