用於同步控制多個密集波分復用光發射機的波長鎖定器的製作方法

2023-06-13 02:29:51 2

專利名稱：用於同步控制多個密集波分復用光發射機的波長鎖定器的製作方法
技術領域：
本發明涉及網絡技術領域，更具體地，涉及用於同步控制多臺密集波分復用光發射機的波長鎖定器。
背景技術：
傳統的波分復用(WDM)光發射機機組可能將半導體雷射器用作為光發射機。WDM 系統發揮性能需要保證雷射源上的信號完整性。WDM雷射器機組的輸出信號的波長可能因製造工藝變化、裝置使用壽命、溫度或其他因素而有所不同。個別WDM雷射器可能具有不同的電學、光學和/或熱學特性，這些也會影響雷射器的波長。波長鎖定功能可促成信號完整性，但不容易在雷射器波長變化時發揮成效。實現波長鎖定功能採用的方法之一是利用反饋系統比較雷射器輸出實際波長和雷射器輸出目標波長。因而能調節雷射器輸出以調節偏差。在某些應用中，波長鎖定器用於陣列內的每一臺雷射器。獨立的光傳輸器數量增加時，實現波長鎖定功能的複雜性和成本也會增加。這就需要一種方法實現能保證效率高及成本低的波長鎖定功能。

發明內容
在一個實施例中，披露內容包括一種包含多臺與光纖耦合的光發射機的設備、一臺與上述光發射機耦合及經配置後可向光發射機提供單一導頻的信號發生器、一臺安裝於光纖與光發射機之間的反饋迴路中的處理器，而且該處理器經配置後可調節每一臺光發射機的波長以鎖定波長。在一個實施例中，披露內容包括一種設備，其中至少包含有一臺處理器，經配置後處理器可實施一種方法，其中包含接收具有導頻的光信號、檢測振幅和導頻相位、利用檢測到的振幅與相位計算正交項，以及利用正交項波長鎖定光信號。在一個實施例中，披露內容包括一種方法，其中包含接收由光發射機生成的光信號和具有光譜形狀的光信號、確定光信號的峰值、鎖定峰值以及確定是否需要根據鎖定的峰值調節光發射機的輸出。下面詳細的描述和附圖及權利要求以供您更加清晰地理解這些特點及其他特點。附圖簡述為更加完整地理解本專利披露內容，現請結合附圖及詳述內容參閱下面的簡述， 其中相應的編號代表相應的部分。

圖1是標準具的多重傳輸光譜之實施例的圖示。圖2是不同調製信號的多重光強頻譜之實施例的圖示。圖3是不同調製信號的多重標準具傳輸光譜之實施例的圖示。
圖4是不同熱啁啾條件下具有10GNRZ信號的多重標準具傳輸光譜之實施例的圖
7J\ ο圖5是WDM雷射發射機之實施例的俯視平面圖。圖6是WDM雷射波長鎖定設備之實施例的原理圖。圖7是WDM雷射波長鎖定方法之實施例的流程圖。圖8是不同的啁啾條件下正交組件多種頻率響應之實施例的圖示。圖9是使用不同調製信號的情況下正交組件多種頻率響應之實施例的圖不。圖10是通用計算機系統之實施例的原理圖。
具體實施例方式首先應該理解，即使下面提供了一個或多個實施例的執行說明，但是披露的系統和/或方法可通過使用任何數量當前已知或實際存在的技術予以執行。本次披露絕不僅限於下面描述的執行說明、附圖和技術，包括本文中說明和描述的示範設計及具體執行操作， 而可在附加的權利要求的範圍內及同等物的完整範圍內修改披露內容。WCD應用中使用的常規波長鎖定方案可利用每一種波長適用的波長鎖定器。例如， 對于波長間距約為100千兆赫(GHz)或更小時，可對每一種雷射適用波長鎖定器。對于波長鎖定，會測量參考信號及標準具傳輸的信號。再比較這兩種信號強度以確定與目標波長的偏差。一般而言，波長鎖定器設計目的在於鎖定標準具傳輸峰值的短波頻率。該鎖定值可確定為在自由光譜程中從其峰值到其20%處的一段距離。此鎖定點由標準具光譜上斜面上兩光譜之間的交界處定義。圖1顯示了依據50GHz自由光譜程標準具波長鎖定器和參考信號繪製的光譜線。 圖中的直線表示參考信號，周期線表示標準具傳輸的信號。通過使用相當窄的譜線寬度 (相比標準具譜線寬度窄)繪製雷射以及將接收到的信號當做雷射波長函數進行繪製，可得出這些光譜線。如果在強度方面參考信號等於傳輸的信號，波長會視為被鎖定。否則，它會被視為偏離其目標。從兩臺檢測器檢測到的具有不同信號強度的信號可獲知偏離的方向，因此能採取相應的行動以調節波長使其接近目標。在圖1說明的例子中，鎖定點可確定為周期線上斜面與直線之間的交點。即鎖定點可能在-50GHz、0GHz及50GHz左右，基於信號的重複性，每一個鎖定點基本上是一致的。在另一種方案中，多臺WDM發射機可共用一臺波長鎖定器。在這樣的方案中，需要一種適用於每一次檢測時即可選擇一波長的機制。有多種方法供用於實現該任務。在時分復用(TDM)中，可調諧的光過濾器能與波長鎖定器一併使用。在預定義的時間窗中，可使用光過濾器將波長鎖定器調諧至一種選定的波長。此時可將選定的波長按與上述專用波長鎖定器的波長相同的修正方式來修正。通過在多種波長間掃描過濾器，可確定每一臺發射機的波長，與目標相關，且一次確定一條波長信道。如果偏離目標，再可調節每一臺發射機的波長。因為發射機的波長可能有微幅漂移(例如以小時或天數為單位漂移)，基於過濾器的TDM方法會具有相當高的可靠性，並能廣泛用於滿足傳輸行業中集中式波長鎖定的需求。一個替代性的TDM方法是將抖動信號導入至選定的要使其穩定的波長。抖動信號具有預選定的頻率，可新增至正由WDM發射機傳輸的正常數據。所選定的頻率通常在1萬赫茲(kHz)至約近幾十萬赫茲之間。同一標準具設備可用於鎖定所選定的波長，該波長可運用抖動，而這僅需考慮與抖動頻率對應的信號成分。如果使用了以上描述的同一邊界鎖定機制，便可通過比較參考信號與標準具信號在抖動頻率上的兩種成分，從而確定波長偏差。如果標準具信號大於參考信號，輸出的波長可能短於所需的波長，而且雷射發射機需調節以使波長變長。否則，輸出波長可能長於所需波長，並需反向調節。如果兩種信號相等， 發射機發射機可能在所期望的波長上運行。控制迴路，諸如數字或模擬控制迴路，可基於這兩種信號的比率(也可稱為一個參數)上進行構建以使得波長穩定。頻分復用(FDM)還可與抖動信號一併使用。在FDM的情況下，具有不同頻率的抖動信號引入至每一臺WDM發射機。例如，每一臺發射機n(n= 1,2... N)可使用抖動頻率fn， 其中N是一個整數。N發射機臺發射機傳輸的光信號在波分復用到一條光纖後被檢測到。 之後所檢測到的信號被廣播至N個信道，每一個信道通過合理選擇電子過濾器測量對應與其相應抖動頻率的成分。因此，可能同步獲取N個參數，每一個參數都可表明波長與其目標的偏差。在TDM的情況下，對於N臺發射機統一運用同一抖動頻率，發射機而每一時刻僅運用一臺發射機，這與採用DC方法的情況下保持一致。例如，在時隙tn中，抖動信號適用於發射機n，而且波長鎖定器僅檢測波長n。在時間空檔tn+l中，對發射機n+1重複該過程，以此類推。對於在WDM應用中實現集中式波長穩定，基於TDM和FDM 二者的方法均經證明有利於節省成本。然而，將過濾器應用於通過TDM進行波長鎖定，本身存在著劣勢。例如，基於TDM的方法可能在執行上不具有成本優勢。一種適用於50GHz間距的典型可調諧光過濾器可能比波長鎖定器更貴。另外，此方法適用于波長鎖定時具有多種局限。而且基於TDM 的方法僅可與邊界鎖定方法一併使用，而後者可能要求所有發射機的光譜幾乎保持完全一致，下面會對其進行更多的描述。如果不同發射機之間的光譜各不相同，例如在直接調製雷射器和/或不同調製格式/速率的情況下，該邊界鎖定方法可能在鎖定點處引入較大的變化。圖2顯示了使用四種不同調製方式而獲取的四種光譜連續光(CW)源、使用直接調製雷射器(DML)而獲取的IOGHz不歸零(NRZ)調製、使用電吸收調製雷射器(EML)而獲取的lOGHzNRZ以及40GHz差分移相鍵控(DQPSK)。如果在IOGHz情況下運用同一調製，使用同一調製的不同雷射器可能擁有不同的光譜形狀。例如，在使用DML的情況下，因為啁啾的影響，獲取的lOGHzNRZ調製的光譜具有比EML更寬泛的光譜。如果如圖2中顯示使用同一邊界鎖定方法，鎖定點會發生巨大的變動，具體取決於調製的頻譜線寬度。圖3顯示了與圖2中所示不同調製相應的參考信號(顯示為一條直線)的不同交點。在圖3中，標準具光譜是使用調製的光譜線寬度的情況下標準具光譜的卷積。所以， 在與參考信號強度相當的鎖定點上，相應波長會發生巨大變化。對於圖2中的使用40GHz DQPSK調製的發射機，所檢測到的波長向短波頻率大約偏離5GHz，而在使用EML進行NRZ調製的情況下，該偏差值大約為0. 5GHz。如果使用了邊界鎖定方法，通過TDM或FDM利用單一波長鎖定器的抖動方法還存在其他問題。光譜變化會導致鎖定點的浮動，而抖動自身可能干擾鎖定機制。抖動常應用於半導體雷射器(例如，分布反饋雷射器)的偏流，它會使得發射機具有絕熱及熱啁啾的性能。
圖4顯示了受到不同抖動信號導致的啁啾影響後標準具信號的傳輸光譜。傳輸峰值的左側明顯出現幅度較大的光譜失真，邊界鎖定方法會選擇傳統的鎖定點。如圖所示，某些情況下的光譜失真會非常明顯，其中上升邊界不再呈單調上升，這使得邊界鎖定方法不可用。此明顯的光譜失真由熱啁啾導致的，熱啁啾在抖動導致的啁啾整體中佔主導性。熱啁啾在很大程度上取決於諸如發射機信號打包功能、其幾何結構、熱接觸以及它的冷卻效率等因素。這些參數可能因不同製造商而有所不同。如果每一臺發射機都有專用鎖定器， 通過選擇已減少熱啁啾的抖動頻率，可最大程度上降低不理想的光譜失真幅度。然而，在集中式鎖定方案中，可能無法做到這一點，因為待穩定的雷射器可能由採用不同技術的不同供應商製造。結果是，抖動頻率可能適用於其中一臺雷射器，而會導致其他臺雷射器中光譜失真，理論上，反之亦然。本文中披露的內容包括一種設備和一種方法，它們在雷射傳輸系統中可提供雷射發射機(例如WDM雷射發射機)的波長鎖定功能。在一種實施例中，基於雷射器光譜的峰值，上述設備和方法可促進雷射發射機的鎖定點的確定。諸如雷射器光譜線形狀、調製格式、熱啁啾、絕熱啁啾、數據速率、設備製造工藝變動、設備壽命、溫度或其他因素對鎖定點的確定可能不會有很大的影響。另外，會布設單一的導頻信號生成器，由此最大程度上降低成本和複雜性。通過檢測與雷射發射機的信號結合的導頻信號之振幅與相位，而非僅檢測導頻信號的能量，可能提升確定鎖定點時的效率。另外，上述設備和方法中所使用的標準具過濾器的傳輸方程的第一個派生值的正交部分可實現有效的波長鎖定。雷射發射機系統可能包含多種光發射機，例如，雷射器、光電二極體、其他配置為可傳輸光波波長各異的電磁波的設備，或上述設備的組合。光波波長至少可包含可見波長範圍、紅外波波長範圍、紫外線(UV)波長範圍或其他光波波長範圍中的一部分。在一種實施例中，光發射機可能是獨立的發射機單元，相互間可以構成耦合關係。例如，可將多個獨立的光發射機以陣列方式安裝在單片、卡或光學平臺上。光發射機還可與諸如復用器之類的光學耦合器耦合，經配置後，這類光學耦合器可將不同光發射機的輸出整合成一種單一輸出。不同光學發射機的輸出可能具有不同的波長，而且光學耦合器的輸出可能包含與光學發射機不同的波長。光學耦合器可安裝在同一或不同的單片、卡或光學平臺上。光學耦合器可通過多條光纖或波導波導與光發射機耦合，波導還可通過另外的光纖或波導與輸出耦合。另外，雷射發射機系統可包含一臺信號生成器和一臺波長鎖定設備，它們可與光發射機和光學耦合器耦合。信號生成器可為任一光發射機或光學耦合器的輸出提供導頻，波長鎖定設備可使用該導頻鎖定光發射機的波長，具體可見下方的描述。在一種替代性的實施例中，雷射發射機系統中至少有一些組件可與諸如平面光波光路(PLC)之類的單片集成。圖5顯示了 WDM雷射發射機100的實施例。此WDM雷射發射機100可包含平臺 110、雷射器晶片120、臺階130、多個第一信道140、波導一個波導陣列(AWG) 150以及可選的第二光學信道155。WDM雷射發射機100還可包含光纖160或可能與其耦合。這些組件可依據所知配置情況進行配置，例如，混合集成配置或單一配置。WDM雷射發射機100可發射多個獨立的密集波分信道(DWDM)，具體可見國際電信聯盟-電信標準部(ITU-T)G. 694. 1， 和/粗波分復用(CWDM)信道，具體可見ITU-T G. 694. 20因此，WDM雷射發射機100可適用於中樞和/或光纖介入網。在一種實施例中，光學平臺110可經配置後包含WDM雷射發射機100的組件並與它們集成。具體而言，該平臺110可至少包含一種集成、結合和/或支持WDM雷射發射機 100組件的材料，而且可通過在諸如單片或襯底上使用一種沉積過程生成平臺100。另外， 平臺110在不同的位置上可包含多重表層，其可通過沉積和/或刻蝕過程生成。表層可與諸如第一信道140、AWG150和第二信道155之類的WDM發射機100之其他組件結合在一起。 另外，表層可安裝或支持諸如雷射器晶片120之類的WDM發射機100之組件。在一種實施例中，平臺110可包含一層電介質材料薄膜，例如二氧化矽(SiO2),其可通過使用諸如化學溶液沉積法(CSD)、化學氣相沉積法(CVD)和等離子增強化學氣相澱積法(PECVD)之類的化學沉積過程沉積在襯底上。另外，薄膜層可通過使用物理沉積過程沉積，例如熱蒸發、濺射、 脈衝雷射沉積或陰極電弧沉積(arc-PVD)。還可使用其他沉積過程，其中包括反應濺射、分子束外延(MBE)、金屬有機化學氣相外延法(MOVPE)、拓撲衍生或其他任何適用的過程。還可通過使用溼法化學蝕刻或乾式等離子蝕刻在平臺110的一些區域上對薄膜層進行蝕刻。 薄膜層厚度可小於1毫米，例如10微米左右。雷射器晶片120可為WDM雷射發射機100的光發射組件。雷射器晶片120可與平臺110耦合，它可包含多臺集成的半導體雷射器，這些雷射器可配置為一個陣列。例如， 可通過在單片的多個對齊位置上沉積諸如磷化銦αηΡ)或砷化鎵(GaAs)之類的雷射材料生成一列半導體雷射器。還可通過使用化學或電化學摻雜過程將雷射材料添加至單片。雷射器晶片120可為雷射二極體、異質結雷射器、量子阱雷射器、量子級聯雷射器、分布反饋 (DFB)雷射器和上述雷射器組合或其他。雷射器晶片120經配置後可傳輸多個光波，其中大多數在同一方向上，例如，來自陣列的同一側。雷射器晶片120經配置後還能以一個帶寬範圍內的多種波長傳輸光波。在一種實施例中，波長間距可控制在同一範圍值內，其中任兩種波長值之間的差值可能接近於一致。在一種實施例中，雷射器晶片120可通過結合過程與平臺110耦合。在一種實施例中，雷射器晶片120可容納於光學臺階130和光學平臺110。例如， 臺階130可能安裝於平臺110的邊緣並與雷射器晶片120耦合。臺階130可包含平臺110 的一個表層，該表層可通過蝕刻或沉積過程生成，因此還可包含與平臺110 —樣的材料，例如，二氧化矽。臺階130還可與外部電組件耦合，這些組件可用於運行和/或調製WDM雷射發射機100，具體可見下方的描述。雷射器晶片120發射的光可由第一信道140傳輸至WDM雷射發射機的其他組件。 因此，第一信道140可與雷射器晶片120和AWG150耦合併可與雷射器晶片120對齊。第一信道140波導可能包含多個波導，經配置後，這些波導可將光從雷射器晶片120傳輸至 AWG150。波導可以為電介質波導，其可包含的電介質材料相比外圍平臺110具有較大的介電或電介常數。例如，可通過在平臺110上沉積一層折射性更高的材料、蝕刻外圍區域以及再沉積與平臺110—樣的材料，直至沉積材料形成上包層，從而生成第一信道140。Sucha process may produce the same cladding material all around the channels 140.光波再從雷射器晶片120全內反射式導出經第一信道140直至AWG 150。由第一信道140傳輸的光波可與AWG150上的單一光波結合，因而能從WDM雷射發射機100發射出。因此AWG150可與第一信道140和第二信道155耦合。AWG150可以是一個光復用器(MUX)，其經配置後可將第一信道140的多種光波整合成一種能在第二信道中傳播的光波組合。例如，AWG150可包含多種光柵光波導器件，它們可具有不同的長度，其中每兩個相鄰的光柵光波導器件之間的長度差值可能保持一致。雷射器晶片光波可與雷射器晶片120中的獨立半導體雷射器對應，其中每一個光波可具有不同的波長。光波可在光柵光波導器件中傳播，因相鄰光柵光波導器件之間的長度差異而出現相位的變化，以及積極地幹擾AWG150輸出上的光波組合。因此光波組合可包含各單個光波的所有波長。光柵光波導器件可以是電介質光柵光波導器，其可包含與第一信道140 —致的材料，而且生成該器件的方法可與用於生成第一信道140的方法相似。通過使用第二信道55和光纖160，可由WDM雷射發射機發射光波組合。第二信道 155可包含一種電介質波導，與第一信道140類似。第二信道155可與AWG150和光纖160 耦合，因而可將AWG150發射的光波組合導至光纖160。生成第二信道155的方法可與用於生成第一信道140的方法相似。在一種實施例中，第一信道140、AEG150和第二信道155可安裝在平臺110的同一層上，並可與雷射器晶片120對齊。在一種實施例中，光纖160可以是一種光纖，其可用於將WDM雷射發射機發射的光波組合傳輸至光學系統，例如一個光學通信系統或一個光學網絡。具體而言，光纖160可用於傳輸WDM信號，例如以上描述的DWDM和/或CWDM信號。光纖160可以是一種標準的單模光纖(SMF)，其定義可見ITU-T標準G. 652，色散位移SMF，其定義可見ITU-T標準G. 653， 截止波長位移單模光纖光纜SMP,其定義可見ITU-T標準G. 654，非零色散位移SMF,其定義可見ITU-T標準G. 655，寬帶非零色散位移SMF，其定義可見ITU-T標準G. 656，多模光纖或其他任何類型的光纖。本專利中描述的所有標準都是通過引用而併入的。圖6顯示了波長鎖定系統200的實施例；此波長鎖定系統200包含WDM雷射發射機100、一個信號生成器202、光纖160、一個耦合器210、第二光纖211、分路器212、第三光纖213、第四光纖216、一個濾波器214、一個光-電(OE)轉換器218、一個模擬-數字(A/D) 轉換器222、一個信號處理器224、一個處理器230、一個數字-模擬(D/A)轉換器234，具體配置可見圖6。WDM雷射發射機100可包含雷射器晶片120、第一信道140、AWG 150、第二信道155，如上所述二者可能在很大程度上保持一致。WDM雷射發射機100的其他組件會在下面作進一步描述。在一種實施例中，信號生成器202可以是一個波形電發生器，並可經布設後將導頻疊加在雷射器晶片的單一雷射輸出之上。雷射生成器202可生成適用於雷射器晶片120 所有或部分雷射的單一導頻信號。導頻疊加在雷射器晶片120雷射的輸出之上，可有利於之後區分上述雷射的輸出與多種雷射波形。在其他實施例中，導頻信號可稱為導頻或抖動。在一種實施例中，導頻信號可以是低頻交流(AC)正弦波。導頻波形頻率可能低於雷射發射機輸出的頻率，例如，約等於雷射發射機輸出頻率的千分之一，雷射發射機輸出頻率的一百萬分之一或雷射發射機輸出頻率的其他小的比率。在一種實施例中，導頻振幅與雷射發射機總體輸出之平均能量的關係可稱為調製深度(MD)。選定的調製深度可小於雷射發射機輸出，例如，約等於雷射發射機輸出之平均能量的百分之一，雷射發射機輸出之平均能量的千分之一或雷射發射機輸出之平均能量的其他小的比率。可通過選擇調製深度和導頻頻率二者的值，使得它們對WDM雷射發射機100的輸出產生最小的幹擾。在一種實施例中，WDM雷射發射機100的輸出可以導向至光纖160。耦合器210可經布設後從光纖160吸收部分信號，並將信號導向至第二光纖211。在一種實施例中，耦合器210可以是有源耦合器或無源耦合器，還可以是光分路器、y型耦合器、星形耦合器、樹形經布設後可將光纖211的信號分成兩種信號 一種信號導向至第三光纖213，另一種信號導向至第四光纖216。在一種實施例中，分路器 212可以是雙稜鏡類型、半塗銀的鏡類型、雙色鏡類型、交叉光纖類型或其他適用的分路器。第三光纖213可將第一信號傳輸至濾波器214.濾波器214可根據第二信號修改、 更換或延遲第一信號。在一種實施例中，濾波器214可以是法布裡-珀羅幹涉儀、G-T幹涉儀或其他適用的濾波器，其中可設置有空氣介質、間隔環、固態或其他配置。在一些實例中， 濾波器214可稱為一種標準具。在一種實施例中，濾波器214可以是50GHz標準具、100GHz 標準具或一種具有其他適用頻率範圍或間距的標準具。光電轉換器218可接收第二信號(還可稱為參考信號，其來自第四光纖21 ，和來自濾波器214的第一信號。光電轉換器218可利用光-電轉換過程將光信號的第一和第二信號轉換為電信號。在一種實施例中，光電轉換器218可以是光電二極體(PD)、光敏電阻 (LDR)、反向偏置的發光二極體(LED)、光伏電池或其他適用的光-電轉換器。模擬-數字轉換器222可接收光電轉換器218的第一信號和參考信號。模擬-數字轉換器222可將第一信號和參考信號從模擬信號轉換為數位訊號。模擬-數字轉換器 222為本領域內人士熟知，也可在這種情況下使用任何適用的模擬-數字轉換器。信號處理器2M可接收模擬-數字轉換器222的第一信號和參考信號。這兩種信號的任一種可再經信號處理器2M處理，該處理器會將信號從時間域轉換至頻率域。例如， 數字處理器2 可執行傅立葉變換、快速傅立葉變換(FFT)或時間域-頻率域處理過程的其他任何適用的形式。處理器230雷射器晶片之後可處理信號數據以促使對雷射器晶片120單個雷射的波長鎖定。在一種實施例中，可採用下面數學表達式來表示信號數據^K) = Σ K(0-e
tΚ(^Ρ) = Σ
- ωρ
ιωρ 其中Fs是第一信號的函數，&是參考信號的函數。Fs和&可代表由光電轉換器 218檢測到的頻率域波形，其中《￡)是導頻的頻率，ω。是其波長待鎖定的雷射的頻率，Vs(t) 是第一信號的時間域波形，Vr (t)是參考信號的時間域波形。可利用其他項代表波長鎖定系統200的多個特性。例如，P可用於表示待鎖定雷射的光輸出信號的能量，ΔΡ可表示導頻的MD，Irt可表示濾波器214的透射函數。另外， Δ Wa可表示絕熱啁啾，Δ Coth可表示熱啁啾，二者可由導頻引起。項可用於表示熱啁啾相對於絕熱啁啾的相位延遲，Γ et可表示頻率相關的Irt的一階導數。在採用這些定義
Fs(COp)
的情況下，可推導出第一信號和參考信號的比例α，例如，。在一種實施例中，下
Fr(^p)
面的表達式可表示α的實部和虛部因子 / = Re Q =Im
Fs(^p)
Ρλων) —Fs(COp)
= IeA(Oc) +
Ρ_ ΔΡ
■I\t ( ,)·(Δωα +Δω -COS(^ft))
Ρ_ AP
其中I表示的同相因子，Q表示a的正交因子。I和Q的兩個表達式可通過忽略濾波器214的透射函數之二階及更高階導數而趨於相似。另外，α的正交因子Q可與濾波器 214的透射函數I' et之一階導數成正比關係。而且導頻引發的啁啾可能不會影響正交頻率響應的生成。另外，熱啁啾和相關相位延遲僅可作用於正交頻率響應的振幅。可通過顛倒調製深度放大正交因子，從而可提供改善的信號檢測性能。上述信號特性可表示正交因子能加速對雷射發射機有效進行波長鎖定。本專利中所述的正交因子的特性可確定一個鎖定點，即使發射機屬性出現變化， 該鎖定點距雷射發射機光譜線的峰值也不會有巨大的偏差。單個發射機之間的變化僅可能影響錯誤信號強度，而不會影響鎖定點。另外，因這種變化對錯誤信號強度的影響，可通過選擇合適的導頻頻率和MD在最大程度上得以削弱。在一種實施例中，合適的導頻頻率可大於或等於1萬赫茲，小於或等於50萬赫茲，或其他適用的頻率。在一種實施例中，合適的MD 可約等於WDM輸出平均功率之輸出功率的2 %，WDM輸出平均功率之輸出功率的5 %或DM輸出平均功率之輸出功率的其他小的比例。因此，處理器230可確定光發射機120是否鎖定於合適的波長。如果光發射機120未鎖定於合適的波長，處理器260可生成合適的調節信號。數字-模擬轉換器234可接收處理器230的調節信號。數字-模擬轉換器234可將數位訊號的調節信號轉換為模擬信號。數字-模擬轉換器234為本領域內人士熟知，也可在這種情況下使用任何適用的數字-模擬轉換器。在一種實施例中，光電轉換器218、模擬-數字轉換器222和信號處理器2 經布設後可擁有單獨埠或信道以用於管理兩種獨立的信號。在另一實施例中，可通過布設每一種信號適用的單獨組件之光電轉換器218、模擬-數字轉換器222和/或信號處理器224， 從而控制這兩種獨立的信號。另外，光電轉換器218、模擬-數字轉換器222、信號處理器 224、處理器230和/或數字-模擬轉換器234可以是所示的獨立組件，或可整合成單一組件。在一種實施例中，a的正交因子可作為時域復用項作用於對WDM雷射發射機100的多個單獨雷射執行波長鎖定。在一種實施例中，TDM可作用於信號生成器202將導頻適用於時隙tn上第一雷射發射機η的情況下。波長鎖定器可檢測雷射發射機η的波長λ η，並且基於識別適用於雷射發射機η的導頻，指示雷射發射機η將其波長λη調諧為目標波長。 對發射機η+1適用的下一時隙tn+1，可重複此過程，直至所有雷射發射機均被相應地波長鎖定。圖7顯示了 TDM波長鎖定方法300的一種實施例。在通信塊302上，啟用方法300。 在通信塊304上，可生成導頻，例如，使用信號生成器，導頻並能與其波長待鎖定的WDM雷射發射機所發射雷射的輸出信號結合。在通信塊306上，WDM雷射發射機的輸出信號和導頻二者的組合可由諸如耦合器的光纖中提取。在多種實施例中，上述提取過程可發生於第二信道或上述光纖。在通信塊308上，提取的信號可由諸如分路器分為第一信號和參考信號。在通信塊310上，可為第一信號導向，例如，從第三光纖導向至諸如標準具的濾波器。在通信塊312上，第一信號可再導向至檢測器，例如一個光電轉換器。在通信塊314上， 第一信號和參考信號可由模擬-數字轉換器等處理。在一種實施例中，模擬-數字轉換器可包含一個存儲器(未顯示出)以臨時收集並儲存一定數量的信號。在一種實施例中，所儲存信號的數量可以是一段用於提供導頻頻率解析度的充分時間，例如約近為導頻時間段的十分之一，導頻時間段的十分之二，導頻時間段的十分之七或導頻信號頻率的其他適用比例。在通信塊316上，第一信號的模擬-數字轉換器信號輸出和參考信號的模擬-數字轉換器信號輸出可經過其他處理過程，例如由信號處理器進行的處理。在一種實施例中， 信號處理器可處理第一信號和參考信號，其中處理過程可包括對信號進行FFT處理。波長鎖定系統從而可獲取α的正交項。α的正交項的振幅和符號可提供WDM雷射發射機輸出波長距目標波長的偏差之相關信息。例如，如果α的符號為正，而且α的振幅對應3GHz 的偏移，那麼WDM雷射發射機可經指示朝負方向調諧其波長3GHz。在通信塊318，信號處理器的輸出可導向至處理器。在一種實施例中，處理器可包含微處理器、計算機或其他任何計算設備。在通信塊320上，會確定雷射波長調節的振幅和方向。在通信塊322上，可能有信號傳輸至WDM雷射發射機，指示該WDM雷射發射機將其波長調諧為合適的波長。在一種實施例中，調諧過程可利用對雷射溫度的調節或其他調節方式以將WDM雷射發射機的波長調諧至目標波長。在通信塊3M上，WDM雷射發射機的波長可視為鎖定於目標波長之上。在通信塊3 上，如果需鎖定更多的雷射，波長鎖定系統可利用此處所述的TDM方案移轉至雷射器晶片上的下一個雷射。在通信塊3 上，對雷射器晶片內N個雷射的每一個都可重複方法300。如果在通信塊3 上沒有需要鎖定的雷射，會在通信塊330上停止方法300。圖8顯示了不同條件下正交因子的頻率響應。正交因子的頻譜在0.05GHz、 0. lGHz、0. 15GHz,0. 2GHz和0. 25GHz處計算。標準具峰值的位置與零振幅時的交叉點相符。 與零的偏差表示自目標波長的偏移，而且可利用常規控制和/或反饋迴路予以更改。圖9更加詳細地顯示了圖2所示的同一組雷射的正交頻譜，其中增加了參考信號， 該信號由一條水平直線表示。圖9所示數據的計算方法是根據披露的系統和方法測量發射機光譜和50GHz標準具。參考線交叉點上所示的與零的偏差為士 IGHz，這表示可有效地對 WDM雷射發射機進行高準確性的波長鎖定。在一種實施例中，本專利講解的系統和方法可與商業化的現有組件一併得以實施。在一種實施例中，當前披露的波長鎖定系統200可作為一種頻率鎖定系統予以實施，因此會描述一些實施例，而且/或者它們會在頻域情境下得以實施。圖10顯示了一種典型的通用計算機，其適合用於執行本專利中所披露的任何組件的一個或多個實施例。計算機400包括處理器402 (其可稱為中央處理器或CPU)，處理器與其中包括輔助存儲器404、只讀存儲器(ROM) 406、隨機儲存存儲器(RAM) 408、輸入/輸出 (I/O)設備410和網絡連接設備412的儲存設備通信。處理器可作為一個或多個CPU晶片或一個或多個應用程式特定的集成電路(ASIC)的一部分而得以實施。輔助存儲器404 —般包含一個或多個磁碟驅動器，可用於數據的非易失存儲，並可在RAM408容量不夠大的情況下作為一種溢出數據存儲設備以存儲所有加工數據。輔助存儲器404可用於在加載至RAM408內的程序選定為執行對象時存儲這類程序。R0M406用於存儲程序執行過程中讀取的指令和可能性數據。R0M406為非易失性存儲設備，一般而言， 其具有較小的內存容量，而輔助存儲器404具有較大的內存容量。RAM408用於存儲非易失數據，而且可能用於存儲指令。訪問ROM 406和RAM 408通常要比訪問輔助存儲器404更快。至少披露了一種實施例，而且由掌握本領域基本技能的人士對實施例作出的變動、整合和/或修改都符合披露內容範圍。因整合、集成和/或省略實施例功能而引出的替代性實施例都符合披露內容的範圍。數值值域或約束已明確說明時，這類明示的值域或約束可理解為包括重複值域或約束，相似量值處於明確說明的值域或約束內(例如，從1左右至10左右，包括2、3、4等等；大於0. 10時包括0. 11、0· 12,0. 13等等)。例如，無論何時使用較低限制隊和較高限制Ru披露數值值域，值域內任何數量的降幅都會特別披露。特別會披露值域內的下列數字R = RJh(Ru-R1)，其中k是自至100%範圍內的一個變量， 其增幅為 1%，例如，k 是 1%、2%、3%、4%、5% . . . 50%、51%、52% . . . 95%、96%、97%、 98%、99%或100%。另外，任何按照上述定義方法，由兩個R數字定義的任何數值值域也會特別披露。就權利要求的任何元素而使用詞語「選擇性」，意味著元素具有必要性、可替換性，或不需要該元素，以及替換性元素符合權利要求範圍。使用諸如「包含」、「包括」以及 「具有」之類較寬泛的用詞可理解為它們能支持諸如「僅包含」、「主要包含」和「大量包含」 之類範圍較狹窄的用詞。因此，保護範圍不限於以上作出的描述，而由下面的權利要求予以界定，該範圍包括權利要求的所有等效發明標的。每一項權利要求都納入本專利以進一步披露規範，而且權利要求是當前披露的實施例。披露中所討論的引用，特別是其發布日期晚於此應用優先日期的任何引用，不意味著承認它是早前的技術。所有專利、專利應用的披露以及披露中引用的出版物均經引用而納入本專利，引用範圍可保證它們能為本披露提供典型、過程或其他補充性詳情。雖然本披露中已提供幾種實施例，但應理解為可在不偏離本披露精神或範圍的前提下以許多其他特定形式表現披露的系統和方法。當前實例需視為具有解釋性，而非限制性，而且舉例用意並不限於本專利中給出的詳情。例如，不同元素或成分可在另一個系統中結合或集成，或者特定功能可以省略，或不予以執行。另外，只要不偏離本披露的範圍，不同實施例中描述及圖示的技術、系統、子系統和方法雖是獨立或分離的，但它們可與其他系統、模塊、技術或方法結合或集成。所示或討論的其他項目都存在耦合關係、或直接耦合關係或彼此間相互通信，它們可通過接口、設備或中間組件形成間接的電耦合、機械耦合或其他任何耦合關係。變化、替換和變更相關的其他實例由掌握本領域技能的人士確定，並可在不偏離本專利披露範圍的前提下舉例。
權利要求
1.一種設備，包含多個與光纖耦合的光發射機；與上述光發射機耦合及經配置後可向光發射機提供單一導頻的信號發生器；以及安裝於光纖與光發射機之間的反饋迴路中的處理器，該處理器經配置後可調節每一個光發射機的波長以鎖定波長。
2.權利要求1所述的設備，其中處理器經配置可利用基於導頻振幅和相位的正交項鎖定波長。
3.權利要求1所述的設備，其中光發射機生成不同的光譜形狀。
4.權利要求1所述的設備，其中光發射機生成基本上相似的多種光譜形狀。
5.權利要求1所述的設備，其中通過運用時分復用將導頻提供給光發射機。
6.權利要求1所述的設備，另可包含一個光分路器，其可安裝於反饋迴路中，與光纖耦合且具有個輸出端。
7.權利要求6所述的設備，另可包含一種濾波器，其可安裝於反饋迴路中，並僅與所屬兩個輸出端中的一個輸出端耦合。
8.權利要求7所述的設備，其中濾波器包含一個標準具。
9.權利要求7所述的設備，還包含一個光-電(OE)轉換器，其安裝在反饋迴路中並與濾波器及所述分路器耦合。
10.權利要求9所述的設備，還包含一個模擬-數字(A/D)轉換器，其安裝在反饋迴路中並與OE轉換器耦合。
11.權利要求10所述的設備，還包含一個快速傅立葉變換(FFT)處理器，其安裝在反饋迴路中，並與A/D轉換器及處理器耦合。
12.權利要求11所述的設備，還包含一個數字-模擬(D/A)轉換器，改數字-模擬轉換器安裝在所述反饋迴路中並與所述處理器及所述光發射機耦合。
13.一種設備，包含至少一個處理器，該處理器經配置可實施一種方法，該方法包含接收具有導頻的光信號；檢測所述導頻的振幅和相位；利用檢測到的所述振幅與所述相位計算正交項；以及利用正交項波長鎖定所述光信號。
14.權利要求13所述的設備，其中檢測導頻的振幅和相位，上述檢測包含比較光發射機發射的兩個光信號，其中一種信號傳輸經過標準具。
15.權利要求13所述的設備，其中波長鎖定光信號時包含更改光發射機的至少一個參數，所述光信號由該發射機生成。
16.權利要求15所述的設備，其中通過運用時分復用將所述導頻提供給光發射機。
17.權利要求15所述的設備，其中通過運用頻分復用技術將所述導頻提供給所述光發射機。
18.權利要求13所述的設備，其中所述導頻的頻率範圍為1萬赫茲(kHz)至約近五百萬赫茲。
19.一種方法，其包含接收由光發射機生成的光信號，所述光信號具有光譜形狀的； 確定光信號的峰值； 鎖定所述峰值；以及確定是否需要根據所述峰值的鎖定調節光發射機的輸出。
20.權利要求19所述的方法，其中確定峰值時包含確定抖動信號的振幅和相位。
21.權利要求20所述的方法，其中確定峰值還包含確定所述光信號的正交項⑴)。
22.權利要求21所述的方法，其中
全文摘要
一種設備，包含多臺與光纖耦合的光發射機、一臺與上述光發射機耦合及經配置後可向光發射機提供單一導頻的信號發生器、一臺安裝於光纖與光發射機之間的反饋迴路中的處理器，而且該處理器經配置後可調節每一臺光發射機的波長以鎖定波長。一種設備，至少包含一臺處理器，經配置後處理器可實施一種方法，其中包含接收具有導頻的光信號、檢測振幅和導頻相位、利用檢測到的振幅與相位計算正交項，以及利用正交項波長鎖定光信號。
文檔編號H04J14/02GK102396174SQ201080015295
公開日2012年3月28日 申請日期2010年8月3日 優先權日2009年10月14日
發明者沈曉安, 白聿生, 雷紅兵 申請人:華為技術有限公司