波長對準多信道光學發射器的製作方法
2023-05-08 07:37:36 2
專利名稱：波長對準多信道光學發射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於光學通信的裝置及方法。
背景技術：
此段落介紹了可幫助促進對本發明的較佳了解的方面。因此，鑑於此而閱讀此段落的敘述，且不應將其理解為現有技術許可什麼或不許可什麼。在波分多路復用(WDM)光學通信系統中，通常在不同波長信道上載送單獨數據流。個別波長信道的波長通常取決於預先選擇網格，其中相鄰波長信道通常以相同間隔分開。在此WDM光學通信系統中，光學發射器通常經波長鎖定到預先選擇網格的波長信道。此波長鎖定使光學發射器及接收器能更可預見地進行通信且使能以更可預見的方式執行波長選擇性光學路由。
發明內容
多種實施例提供光學發射器，所述光學發射器經配置以在波長面對變化環境條件(例如，溫度)下大體上穩定的多個波長信道上進行傳輸。裝置的一個實施例包含含N個雷射光源的陣列、含N個光學檢測器的陣列及波長選擇性光學路由器。所述波長選擇性光學路由器經配置以接收由所述雷射光源所發射的光並將從各雷射光源所接收的所述光路由到各雷射光源所對應的所述光學檢測器中的一者。所述裝置經配置以基於由所述光學檢測器所測量的光強度而調整所述雷射光源的輸出波長。在所述裝置的一些實施例中，所述裝置可經配置以控制各雷射光源以輸出不同於所述雷射光源的剩餘者的波長信道中的經數據調製光學載波。在一些此等實施例中，所述裝置可進一步包含光學多路復用器，所述光學多路復用器經連接以多路復用傳輸由所述雷射光源所輸出的所述經數據調製光學載波。在一些此等實施例中，各雷射光源可包含雷射腔(在雷射腔的不同的第一端部與第二端部處具有反射器)且經連接以透過所述第一端部而將光傳輸到所述光學多路復用器且經連接以透過所述第二端部而將光傳輸到所述波長選擇性光學路由器。在其它此等實施例中，所述波長選擇性光學路由器可包含所述光學多路復用器及串聯連接到所述光學多路復用器的光學解多路復用器。在上述裝置中的任一者的一些實施例中，各光學檢測器可經配置以產生電反饋信號，所述電反饋信號控制對應雷射光源的輸出波長。在上述裝置中的任一者的一些實施例中，各光學檢測器可包含:第一光強度檢測器，其經連接以測量第一波長範圍中的光；第二光強度檢測器，其經連接以測量不同的第二波長範圍中的光，其中所述第一波長範圍與所述第二波長範圍大部分不重疊，例如，重疊小於其波長範圍的50%且優選小於那些範圍的20%或小於那些範圍的10%。在上述裝置中的任一者的一些實施例中，所述裝置可為光學數據發射器。方法的一個實例包含平行驅動陣列的雷射光源以輸出對應的經數據調製光學載波，及在所述驅動的執行期間將由所述雷射光源所發射的光傳輸到波長選擇性光學路由器。對於各雷射光源來說，所述波長選擇性光學路由器經配置以將對應於所述各雷射光源的不同預先選擇傳輸頻帶中的所述光的部分遞送到對應於所述各雷射光源的光學檢測器。所述方法包含基於由所述光學檢測器在所述傳輸期間所接收的所述光的強度而調整所述雷射光源的輸出波長，使得所述雷射光源輸出在所述不同傳輸頻帶中大體上對準的所述經數據調製光學載波。在上述方法的一些實施例中,所述方法可進一步包含在所述傳輸期間從各光學檢測器將電反饋信號遞送到所述對應雷射光源以執行所述調整所述對應雷射光源的所述輸出波長。在上述方法中的任一者的一些實施例中，所述傳輸可包含將各預先選擇傳輸頻帶的第一部分中的光遞送到所述對應光學檢測器的第一光強度檢測器以產生對所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的所述第一部分的光強度的測量，且可包含將所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的不相交第二部分中的光遞送到所述相同的對應光學檢測器的第二光強度檢測器以產生對所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的所述第二部分的光強度的測量。在所述方法中的任一者的一些特殊實施例中，所述方法可進一步包含光學多路復用傳輸由所述雷射光源所輸出的所述經數據調製光學載波。在所述方法的一些此等特殊實施例中，所述傳輸還可包含執行所述光學多路復用傳輸且光學解多路復用傳輸經光學多路復用傳輸的光以將所述預先選擇傳輸頻帶中的所述光的部分遞送到所述對應光學檢測器。所述光學解多路復用傳輸可包含將各預先選擇傳輸頻帶中的第一部分中的光遞送到所述光學檢測器的所述對應光學檢測器的第一光強度檢測器以產生對所述各預先選擇傳輸頻帶的所述第一部分的光強度的測量，且可包含將所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的不相交第二部分中的光遞送到所述光學檢測器的所述相同的對應光學檢測器的第二光強度檢測器以產生對所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的所述第二部分的光強度的測量。在所述方法的其它此等特殊實施例中，所述光學多路復用傳輸可包含在所述光學多路復用器中透過所述雷射光源的所述雷射腔的第一端部而接收光及在執行所述傳輸的波長選擇性光學路由器中透過所述雷射腔的不同第二端部而接收光。在一些此等實施例中，在所述傳輸期間，所述方法也可包含在所述傳輸期間將來自各光學檢測器的電反饋信號遞送到所述對應雷射光源以執行所述調整所述對應雷射光源的所述輸出波長。第二裝置的實施例包含含一個或一個以上雷射光源的陣列、含一個或一個以上光學檢測器的陣列及含一個或一個以上自由空間色散光學元件的陣列。各自由空間色散光學元件為光柵或光學稜鏡。各自由空間色散光學元件經配置以接收由所述一個或一個以上雷射光源的對應雷射光源所發射的光並將所述所接收的光路由到所述一個或一個以上光學檢測器的對應光學檢測器。所述裝置經配置以基於由所述對應光學檢測器所測量的光強度而調整各雷射光源的所述輸出波長。在所述第二裝置的一些實施例中，含一個或一個以上雷射光源的所述陣列可包含一個以上所述雷射光源，且所述裝置可經配置以控制各雷射光源以輸出不同於所述雷射光源的任何其它雷射光源的不同波長信道中的經數據調製光學載波。在所述第二裝置的上述實施例中的任一者中，各光學檢測器可經配置以產生電反饋信號，所述電反饋信號控制所述對應雷射光源的輸出波長。在所述第二裝置的上述實施例中的任一者中，各光學檢測器可包含:第一光強度檢測器，其經連接以測量第一波長範圍中的光；及第二光強度檢測器，其經連接以測量第二波長範圍中的光，所述第一波長範圍與所述第二波長範圍大部分不重疊。在所述第二裝置的一些實施例中，含一個或一個以上雷射光源的所述陣列可包含一個以上所述雷射光源，且所述裝置可進一步包含光學多路復用器，所述光學多路復用器經連接以多路復用傳輸由所述雷射光源所輸出的所述經數據調製光學載波。在一些此等實施例中，各雷射光源可包含雷射腔(在所述雷射腔的不同的第一端部與第二端部處具有反射器)且可經連接以透過所述第一端部而將光傳輸到所述光學多路復用器且透過所述第二端部而將光傳輸到所述對應自由空間色散光學元件。在此等實施例中，各光學檢測器可產生電反饋信號，所述電反饋信號控制所述對應雷射光源的所述輸出波長。在其它此等實施例中，各光學檢測器可包含:第一光強度檢測器，其經連接以測量第一波長範圍中的光；及第二光強度檢測器，其經連接以測量第二波長範圍中的光，其中所述第一波長範圍與所述第二波長範圍大部分是不重疊波長範圍。在所述第二裝置的上述實施例中的任一者中，所述裝置可包含光學數據發射器。
圖1是示意性說明光學發射器的一個實施例的框圖；圖2A是示意性說明根據圖1的光學發射器的特定實施例的框圖；圖2B是示意性說明根據圖1的光學發射器的替代特定實施例的框圖；圖3示意性說明光學發射器的替代實施例，其中波長鎖定可基於從雷射背面所發射的光；圖3A示意性說明圖3的波長選擇性光學路由器的NX 2N平面光學整合實施例；圖4示意性說明光學發射器的另一實施例，其中波長鎖定可基於從雷射背面所發射的光；圖5示意性說明圖1、圖2A、圖2B及圖3的個別光學檢測器的特定模擬實施例；圖6示意性說明根據圖1、圖2A、圖2B及/或圖3的可預期待在三個波長相鄰光學檢測器處接收的光譜的實例；及圖7是示意性說明(例如)用於在圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖3A及/或圖4中所說明的光學發射器中使用的波長鎖定的方法的實例的流程圖。在諸圖及文字中，相似參考符號指示具有相似或相同功能及/或結構的元件。在諸圖中，可誇示一些特徵的相對尺寸以更清楚地說明特徵及/或與圖中其它特徵的關係。本文中，通過諸圖及對說明性實施例的詳細描述而更全面地描述多種實施例。然而，本發明可以多種形式來體現且不限於在諸圖及說明性實施例的詳細描述中所描述的實施例。
具體實施例方式皆於2010年10月7日申請的美國臨時申請案61/390876、61/390837、61/390840 及 61/390798 ;大衛 尼爾遜(David Neilson)、納格什 巴薩溫哈裡(NageshBasavanhally)及馬克 伊恩莎悟(Mark Earnshaw)於2010年11月10日申請的美國申請案「用於 WDM 收發器的光纖組件」(FIBER-OPTIC ASSEMBLY FOR A WDM TRANSCEIVER)(檔案號碼807934-US-NP);馬克 伊恩莎悟(Mark Earnshaw)於2010年11月10日申請的美國申請案「用於線卡的光電子組件」(0PT0_ELECTR0NIC ASSEMBLY FOR A LINE CARD)(檔案號碼 807933-US-NP);馬克 伊恩莎悟(Mark Earnshaw)及弗雷衛歐 帕都(Flavio Pardo)於2010年11月10日申請的美國申請案「具有倒裝晶片安裝雷射或整合陣列波導光柵波分多路復用器的光學發射器」(OPTICAL TRANSMITTER WITH FLIP-CHIP MOUNTED LASER ORINTEGRATED ARRAYED WAVE⑶IDE GRATING WAVELENTH DIVISION MULTIPLEXER)(檔案號碼807931-US-NP);穆罕默德 拉斯雷斯(Mahmoud Rasras)於2010年11月10日申請的美國申請案「經熱控制的半導體光學波導」(THERMALLY CONTROLLED SEMICONDUCTOR OPTICALWAVE⑶IDE)(檔案號碼808553-US-NP)以及大衛 T 尼爾遜(David T.Nielson)及派爾督 博納斯科尼(Pietro Bernasconi)於2010年11月10日申請的美國申請案「直接雷射調製」(DIRECT LASER MODULATION)(檔案號碼807932-US-NP)，所述案的全文以引用方式併入本文中。上述申請案的一者或一者以上可描述:光學發射器結構及/或光學接收器結構；製作光學接收器結構及/或光學發射器結構的方法 '及/或使用光學接收器、光學發射器及可適於製作及/或使用本文所描述的實施例的組件的方法。圖1示意性說明光學發射器10的實例，光學發射器10經配置以平行地將數據以光學方式傳輸到波長信道陣列(例如，近似相等間隔波長信道)。光學發射器10包含含N個雷射光源12:到12n的陣列、波長選擇性光學路由器WSOR及含N個光學檢測器20:到20n的陣列。在多種實施例中，雷射光源12:到12n及光學檢測器20:到20n的陣列的大小N大於1，例如，N ≥10。陣列的各雷射光源A到12N可輸出對應波長信道上的光學載波(例如，經數字數據調製光學載波)。例如，個別雷射光源到12N可包含直接調製對應雷射以輸出經數字數據調製光學載波的常規雷射及電驅動器。替代地，例如，個別雷射光源12:到12N可包含雷射及常規外部光學調製器，常規外部光學調製器經配置以將數字數據流調製到由雷射所輸出的大體上未調製光學載波上(即，由雷射所輸出的非高頻振動或相對慢速高頻振動的光學載波)。在一些實施例中，所有N個雷射光源12:到12N為直接調製的雷射或為外部調製的雷射。在其它實施例中，K個雷射光源12:到12K是外部調製的雷射，且剩餘(N-K)個雷射光源12k到12n是直接調製的雷射。此處，N>K>0。各雷射光源U1到12n可經操作以在預先選擇網格的對應預先選擇波長信道中產生經調製的光學載波。例如，雷射光源12jljl2d^不同預先選擇波長信道可具有中心波長，所述中心波長對準到與波分多路復用系統的此網格信道間間隔的約10%內，如由國際電信聯盟(例如，「ITU-Grid」)所規定。陣列的各光學檢測器20i到2(^對應於雷射光源U1到12N的不同雷射光源。確切地說，個別光學檢測器20i到20,通常以光學方式連接以大體上僅從雷射光源U1到12n的對應雷射光源進行接收(例如)直到信道間幹擾為止。光學檢測器201到201<提供反饋信號用於控制雷射光源12:到12n的輸出波長。在一些實施例中，光學檢測器20:到20n的各者可(例如)通過對應的一組一個或一個以上電線路L1到Ln而電連接到雷射光源U1到12n的對應雷射光源。接著，電線路L1到Ln可提供模擬電反饋信號，模擬電反饋信號控制及/或調整對應雷射光源12:到12n的輸出波長。此直接模擬電反饋可提供低開銷系統用於將雷射光源12:到12N波長鎖定到其對應預先選擇波長信道。本文中，將光檢測器稱作是經連接以測量波長範圍內的光，所述波長範圍為將光檢測器連接到提供光以供光檢測器進行測量的光源的濾光器的半幅值全寬。波長選擇性光學路由器WSOR提供光的一部分從雷射光源12:到12n到其對應光學檢測器20i到20n的波長選擇性路由。確切地說，所述波長選擇性光學路由器WSOR經配置以將各雷射光源12k的預先選擇波長中的光的一部分路由到對應光學檢測器20k。關於各雷射光源1 ，所述波長選擇性光學路由器WSOR以光學方式過濾來自各雷射光源12k的光，使得大體上僅將對應的預先選擇波長信道中那部分的光遞送到光學檢測器20k。因此，波長選擇性光學路由器WSOR的光學特性確定N個雷射光源U1到12N的N個預先選擇波長信道組。為了確保光學發射器10的溫度穩定性，波長選擇性光學路由器WSOR的一些實施例經建構以無熱地操作。接著，當在光學發射器10中發生溫度變動時，N個預先選擇波長信道組將大體上不改變。為了獲得此無熱操作，波長選擇性光學路由器WSOR可併入無熱化AWG。例如，可由光學波導(光學波導的光學核心是由交替區段系列組成)形成無熱化AWG。在各系列中，交替區段系列是由折射率具有相反正負號的熱係數的材料組成(例如，用矽區段交替的聚矽氧區段系列)。例如，可在美國專利申請案12/611，187中描述無熱化AWG的實例，所述案是於2009年11月3日申請且所述案的全文以引用方式併入本文中。或者，為了獲得無熱操作，可在操作期間穩定化波長選擇性光學路由器WSOR的溫度。例如，如果基於來自對應光學檢測器20k的電反饋而鎖定雷射光源12k的一者的輸出波長，那麼可使用雷射光源12k的一者的絕對值輸出波長以監視波長選擇性光學路由器WSOR的溫度。在此情況下，雷射光源12K的一者的輸出波長偏移可歸因于波長選擇性光學路由器WSOR的光學特性的改變。可通過加熱或冷卻波長選擇性光學路由器WSOR而補償波長選擇性光學路由器WSOR的溫度及/或光學特性的所測量的偏移。例如，在2010年10月7日申請的上述併入美國臨時申請案 61/390876以及大衛 T 尼爾遜(David T.Nielson)及派爾督 博納斯科尼(Pietro Bernasconi)與此申請案同時申請的上述併入美國專利申請案「直接雷射調製」(DIRECT LASER MODULATION)中揭示用以監視雷射光源U1到12N的一者的絕對值輸出波長的實例方式。圖1說明光學發射器10，其中波長選擇性光學路由器WSOR波長選擇性地將經過濾的光路由到光學檢測器20i到20N，且也將經波長多路復用傳輸的光路由到光學發射器10的光學輸出。在光學發射器10中，波長選擇性光學路由器WSOR包含光學多路復用器14、光學分接頭16及光學解多路復用器18。光學多路復用器14以光學方式經連接以經由對應輸入光學波導IW1到IWn而從各雷射光源到12N接收光，且在光學輸出(00)處從不同波長信道中的所接收光產生經光學多路復用傳輸的光束。在光學輸出00處，由光學波導22接收經光學多路復用傳輸的光束，光學波導22指引經多路復用傳輸的光束中的大多數朝向光學發射器10的光學輸出。光學多路復用器14可為(例如)任何常規光學多路復用器，例如，整合陣列波導光柵(AWG)光學多路復用器或基於自由空間光柵的光學多路復用器，其中可存在或不存在光學波導IW1到 IWN。光學分接頭16重定向由光學多路復用器14所輸出的經光學多路復用傳輸的光束的一部分(即，以大體上波長獨立方式)。將重定向部分的經過濾部分遞送到光學檢測器20,到20N，光學檢測器20:到20n使用所述經過濾部分以產生指示雷射光源12:到12N的輸出波長的改變的電反饋信號。使用所產生電反饋信號以控制及/或調整雷射光源12:到12n的輸出波長。光學分接頭16通常僅從光學多路復用器14重定向經光學多路復用傳輸的光束的一小部分，例如，小於經光學多路復用傳輸的光束的光學強度的10%，優選小於5%或更佳小於1%被重定向。為此，來自光學多路復用器14的光的較大部分被遞送到光學發射器10的光學輸出。例如，光學分接頭16可為任何常規光學分接頭或者光學功率或偏光分流器，例如光學分流器，其經配置以將比到光學波導24大得多的所接收光學功率的一部分傳輸到光學發射器10的光學輸出。光學解多路復用器18經由光學波導24而從光學分接頭16接收經多路復用傳輸的光的經重定向部分，且光學解多路復用傳輸所接收部分到以一對一方式對應於N個雷射光源12:到12n的N個預先選擇波長信道中。對於預先選擇波長信道中的各者來說，對應的經預先選擇波長信道中 的經解多路復用傳輸的光的一部分經由光學解多路復用器18的單一或成對輸出波導OW1到OWn而遞送到光學檢測器20:到20n的對應光學檢測器。光學解多路復用器18可為(例如)任何常規光學解多路復用器，例如，整合陣列波導光柵(AWG)光學解多路復用器或基於自由空間光柵的器件，其中可存在或不存在單一或成對光學波導Off1到OWn及/或光學波導24。圖2A示意性說明在圖1中所說明的光學發射器10的平面整合實施例10A。在一些實施例中，可在波長選擇性光學路由器WS0R、雷射光源1到12N及/或光學檢測器20i到20n的兩個或兩個以上不同材料基底上混合整合光學發射器10A。例如，可在馬克 伊恩莎悟(Mark Earnshaw)及弗雷衛歐 帕都(Flavio Pardo)同時申請的美國申請案「具有倒裝晶片安裝雷射或整合陣列波導光柵波分多路復用器的光學發射器」(OPTICAL TRANSMITTERWITH FLIP-CHIP MOUNTED LASER OR INTEGRATED ARRAYED WAVE⑶IDE GRATING WAVELENTHDIVISION MULTIPLEXER)及/或於2010年10月7日申請的美國臨時申請案61/390798中描述用於混合整合的一些適合方法，兩案的全文以引用方式併入本文中。在光學發射器10A中，光學多路復用器14包含平面自由空間光學區域26A、26A』及陣列光學波導光柵AWGltj在光學發射器10A中,光學分接頭16可包含具有不對稱功率分流的I X 2光學功率分流器16A，I X 2光學功率分流器16A將大多數所接收的光學功率弓I導到輸出光學波導22,即,朝向光學發射器10A的光學輸出。在光學發射器10A中,光學解多路復用器18包含平面自由空間光學區域26A〃、26A』』』及陣列光學波導光柵AWG2。在一些實施例中，平面自由空間光學區域26A〃及26A』 』 』垂直地堆疊於各個自由空間光學區域26A及26B上及/或垂直地堆疊於各個自由空間光學區域26A及26B下以減小光學發射器10A的橫向佔據面積。在其它實施例中，不垂直堆疊光學多路復用器14及光學解多路復用器18的組件。圖2B示意性說明圖1的光學發射器10的平面光學整合實施例10B的替代特定實施例。在一些實施例中，可在波長選擇性光學路由器WS0R、雷射光源U1到12,及/或光學檢測器20i到20n的兩個或兩個以上不同材料基底上混合整合光學發射器10B，例如，如已經關於圖2A的光學發射器IOA所描述。在光學發射器IOB中，光學多路復用器14包含平面自由空間光學區域26B及26B』以及陣列光學波導光柵AWGltj在光學發射器IOB中，光學分接頭16可包含具有不對稱功率分流的1X2光學功率分流器16B，即，將大多數所接收的光學功率提供給經引導朝向光學發射器IOB的光學輸出的輸出光學波導22的區段。在光學發射器IOB中，光學解多路復用器18包含平面自由空間光學區域26B及26B"以及陣列光學波導光柵AWG2。S卩，光學多路復用器14及光學解多路復用器18共享自由空間光學區域26B。例如，光學解多路復用器18中的光學連接的布局可為在光學多路復用器14中的光學連接的布局對面(即，在對稱線SL對面)的近似鏡面圖像。圖3說明光學發射器10』的替代實施例。光學發射器10』包含含N個雷射光源W1到12n的陣列、光學多路復用器14、波長選擇性光學路由器WS0R、含N個光學檢測器20i到20,的陣列及輸出光學波導22。波長選擇性光學路由器WSOR在不朝向光學發射器10』的光學輸出傳輸波長信道多路復用傳輸的光的情況下平行地將N個雷射光源12:到12n以光學方式耦合到對應N個光學檢測器20:到20n。確切地說，波長選擇性光學路由器WSOR從雷射光源12:到12n的雷射的背表面接收光。即，波長選擇性光學路由器WSOR從發射器的雷射的背表面接收光洩漏以供在用于波長鎖定的光學監視中使用。相比之下，光學多路復用器14從雷射光源U1到12n的雷射的前表面接收光，即,用於傳輸到光學發射器10』的光學輸出。可如已經關於圖1、圖2A及圖2B的光學發射器10、光學發射器IOA及光學發射器IOB描述般建構雷射光源 U1到12N、光學多路復用器14、光學檢測器2(^到20N及輸出光學波導22。例如，光學檢測器20i到20N可經由電線路L1到Ln而提供電反饋電流以使雷射光源U1到12n的中心輸出波長維持在預設網格上的對應預先選擇中心波長處。圖3A示意性說明圖3的波長選擇性光學路由器WSOR的被動整合光學實施例10A』。被動整合波長選擇性光學路由器10A』選擇性地將光從雷射光源12:到12n的個別雷射光源平行路由到光學檢測器20:到20n的對應個別光學檢測器。NX2N被動整合波長選擇性光學路由器10A』包含陣列波導光柵AWG3、第一平面自由空間光學區域42、第二平面自由空間光學區域44、N個輸入光學波導IOW1到IOWn及N個單一或成對輸出光學波導OW1到0WN。第一平面自由空間光學區域42具有第一表面，AffG AffG3的光學波導的輸入端部位於所述第一表面上；並具有第二表面，N個輸入光學波導IOW1到IOWn的輸出端部位於所述第二表面上。第二平面自由空間光學區域44具有第一表面，AffGAffG3的光學波導的輸出端部位於所述第一表面上；並具有第二表面，N個單一或成對輸出光學波導OW1到OWn的輸入端部位於所述第二表面上。被動整合波長選擇性光學路由器10A』可經配置以將經預先選擇波長頻帶的左半邊及右半邊中的光引導到光學檢測器20i到20n的各者中的單獨的檢測器，如在圖3A中所說明。在此等實施例中，波長選擇性光學路由器10A』為NX2N波長選擇性光學耦合器，且各單一或成對輸出光學波導OWp…、OWn為一對光學波導(OW1L, OWik)、…、(OWNL, OWnk)。接著，各光學波導OWli將第k個預先選擇波長信道的左半邊中的光遞送到第k個光學檢測器20k的第一光強度檢測器，且各光學波導OWffi將第k個預先選擇波長信道的右半邊中的光遞送到第k個光學檢測器20k的單獨的第二光強度檢測器。
在圖1及圖3中，多種波長選擇光學路由器WSOR及/或光學多路復用器14也可建構為自由空間光學器件。在此等情況下，波長選擇光學路由器可為常規體衍射光柵(bulkdiffraction grating),且單一或成對輸出光學波導OW1到OWn及/或輸入光學波導IW1到IWn及/或IOW1到IOWn的一些或全部可為任選的。圖4說明光學發射器10〃的另一實施例，其中輸出波長控制及/或鎖定基於從雷射背面所發射的光。確切地說，光學發射器10"包含光學多路復用器14、含N個雷射光源12:到12n的陣列、輸入光學波導IW1到IWn、輸出光學波導22、含N個光檢測器20:到20N的陣列及含N個自由空間色散光學元件46:到46n的陣列。此處，N為大於或等於I的正整數。光學發射器10"類似於圖3的光學發射器10"。在各光學發射器10』、10"中，具有相同參考數字的元件以相同或相似方式起作用，例如，如關於圖3所描述。光學發射器10"包含含N個色散光學元件46:到46n的陣列，其中每個此類元件是單獨的光柵或光學稜鏡。各色散光學元件46k經放置及定向以從單一對應雷射光源12k的背面將光束引導到單一對應光檢測器20k。各雷射光源12k的背面可包含光學透鏡(未圖示)，所述光學透鏡使從各雷射光源1 所發射的光準直在光束中，使得所發射的光大體上僅被弓I導到對應色散光學元件46k且隨後大體上僅被弓I導到對應光檢測器20k。此外，各光檢測器20K包含光學孔隙0A，使得由對應光檢測器2(^所測量的光強度相當大程度上取決於對應雷射光源12k的中心輸出波長。因此，各光學孔隙OA及對應色散光學元件46k —起作用為波長選擇性濾光器。實際上，在N大於I的實施例中，含N個色散光學元件46:到46n的陣列作用為自由空間波長選擇性光學路由器WS0R，例如，如關於圖1、圖2A、圖2B、圖3及圖3B的其它光學發射器所描述。各光檢測器20K產生電信號，所述電信號指示反饋的所測量的光強度以控制、調整及/或鎖定所述對應雷射光源12k的中心輸出波長。圖5及圖6示意性說明含N個光學檢測器20i到20N的陣列的實例可如何經配置以在圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖3A及/或圖4的光學發射器10、10A、10B、10，、10A，、10，』的實施例中(在雷射光源到12,經受直接雷射調製的實施例中)操作。直接雷射調製通常導致陣列的各直接調製雷射響應於接收邏輯0的數字數據值而輸出第一振幅的光，且響應於接收邏輯I的數字數據值而輸出不同的第二振幅的光。接著，陣列的輸出光譜、各波長信道將具有在對應於邏輯I的數據值的波長處居中的一個光譜峰值P1且將具有在對應於邏輯0的數據值的稍微不同的波長處居中的另一光譜峰值匕。圖6示意性說明預期時間平均光譜的實例，當對應雷射光源12:、122、123的各者經直接雷射調製以輸出二進位振幅調製光學載波時，可在光學檢測器2(^2(^2(^處接收所述預期時間平均光譜。圖6在不添加三對峰值PL及PR的不同者的強度(以分貝(dB)為單位)的情況下疊加了所述峰值的強度對波長(以納米(rim)為單位)的六條曲線圖。對於各雷射光源12:到123來說，時間平均輸出光譜包含傳輸一個二進位數據值的光的左峰值PL及傳輸其它二進位數據值的光的右峰值PR。各個別峰值(即，PL峰值或PR峰值)在其上具有一對較小子峰值，這是因為圖6的光譜是透過波長選擇性光學路由器WSOR的平頂AWG版本而傳輸的。圖6還通過粗水平線指示對應於雷射光源12:、122、123的預先選擇波長信道1、2及3。 通常預期雷射光源12:到123的各者在足夠長時間周期內(例如，在數毫秒的周期內)求平均時傳輸約相等量的兩個數字數據值，且在一些實施例中，還預期各雷射光源U1到123傳輸兩個數字數據值的各者的約相同時間平均輸出功率。在此等實施例中，當對應雷射光源12:到123的中心波長適當對準在對應預先選擇波長信道中時，預先選擇波長信道的單一者的左峰值PL及右峰值PR通常將具有約相同時間平均光學功率。接著，相同預先選擇波長信道的左峰值PL及右峰值PR的時間平均光學功率之間的差通常指示對應於那個預先選擇波長信道的雷射光源到123的中心輸出波長未對準。例如，在圖6中，預先選擇波長信道I的左峰值PL的時間平均光學功率看上去似乎低於相同預先選擇波長信道I的右峰值PR的時間平均光學功率，藉此指示對應雷射光源12:的中心輸出波長可能過長。同樣，在圖6中，相同預先選擇波長信道的左峰值PL及右峰值PR的時間平均光學功率看上去似乎約等於預先選擇波長信道2到3，藉此指示可能適當地對準了對應雷射光源122到123的中心輸出波長。在其它實施例中，仍預期當各雷射光源12:到123在足夠長時間周期(例如，幾毫秒)內求平均時傳輸約相等量的兩個數字數據值，但是還預期各雷射光源12:到123傳輸兩個不同數字數據值的不同時間平均輸出功率。在此等實施例中，單一預先選擇波長信道I到3的左峰值PL及右峰值PR的相關功率通常仍將指示對應雷射光源12:到123的中心輸出波長在預先選擇波長信道I到3中是否近似對準。例如，當適當地對準時相關功率差可大體上獨立於雷射光源U1到123。接著，如果信道I中的所測量的功率差(例如)不同於剩餘信道2到3中的所測量的功率差，且所述剩餘信道2到3的所測量的功率差是相等的，那麼雷射光源12:的中心輸出波長通常將未對準。因此，在此等其它實施例中，多種預先選擇波長信道I到3的右峰值PR及左峰值PL的功率之間的差通常仍指示個別雷射光源U1到123的中心輸出波長的對準。實際上，光學發射器可包含控制電路，所述控制電路考慮當雷射光源12:到123經適當地對準以使能適合估計雷射光源12:到123的中心輸出波長的位置時所測量的相關功率差的預先選擇值。因此，在多種實施例中，以下兩者之間的差:在對應光學檢測器20i到203處、在預先選擇波長信道I到3的波長範圍的左半邊中所接收的時間平均的光學功率，與
`
在對應光學檢測器20i到203處、在相同預先選擇波長信道I到3的波長範圍的右半邊中所接收的相同時間平均的光學功率，是指示對應雷射光源12:到123的中心輸出波長的對準的測量。如果存在的差大於預先選擇值(例如，在一些實施例中為0)，那麼對應雷射光源12:到123的中心輸出波長通常在對應預先選擇波長信道I到3的波長頻帶的左邊過多。如果差小於相同預先選擇值(例如，在一些實施例中為0)，那麼對應雷射光源U1到123的中心輸出波長通常在對應預先選擇波長信道I到3的波長頻帶的右邊過多。出於這些原因，對於預先選擇波長信道的左半頻帶及右半頻帶在單獨的光強度檢測器處所接收的近似直流(DC)光學功率之間的差通常可用作為用於鎖定將光傳輸到那些預先選擇波長信道I到3的雷射光源的中心輸出波長的反饋信號。圖5示意性說明圖1、圖2A、圖2B及圖3的個別光學檢測器20k ( S卩，其中k在[I，N]中)的一些或全部的特定實施例20k。例如，當對應雷射光源20k經直接雷射調製以輸出兩狀態振幅調製光學載波且波長選擇性光學路由器WSOR形成NX2N波長選擇性光學耦合器時，光學檢測器20k是有用的。光學檢測器20k包含光電二極體H^PD2 (即，光強度檢測器)的串聯連接匹配對及位於光電二極體I3D1與光電二極體ro2之間的輸出電分接頭30。光電二極體H^PD2可以是普通光電二極體或雪崩光電二極體。輸出電分接頭30電連接到用於對應雷射光源12k的環境控制器32。例如，環境控制器32可包含電阻加熱器R，所述電阻加熱器R能夠通過改變雷射的光學腔溫度而單獨地改變所述雷射光源12k的雷射的輸出波長。輸出電分接頭30可視需要包含電子放大器34。光電二極體PD2除此之外通過電容器C1' C2而與環境控制器32電隔離。成對的匹配光電二極體H^PD2可經連接以形成差動配置。例如，當來自光電二極體PD2的以光學方式產生的電流大於來自光電二極體PD1的以光學方式產生的電流時，匹配對可針對對應雷射光源12k將電流遞送到電阻加熱器R。在此等配置中，當來自光電二極體PD1的以光學方式產生的電流大於來自光電二極體PD2的以光學方式產生的電流時匹配對還針對對應雷射光源12k從電阻加熱器R汲取電流。在此配置中，當光電二極體^)2曝露於比光電二極體TO1更高的光強度時，匹配對自動增大流到對應雷射光源12k的加熱器電流及對應雷射光源12k的溫度，且當光電二極體PD1曝露於比光電二極體PD2更高的光強度時，減小流到對應雷射光源12k的加熱器電流及對應雷射光源12k的溫度。因此，圖5的光學檢測器20k能夠經由直接模擬電反饋電流(而非基於數字數據處理器中的光學測量的複雜處理)而維持對應雷射光源12k的光學波長鎖定。確切地說，鎖定預先選擇波長信道之間的間隔可能不需要數字數據處理。然而，固定雷射光源12:到12n的一者的絕對值中心波長可涉及一些數字數據處理。
視需要，此差動配置可涉及通過光學波導owkK、owkL的對OWk而將光電二極體
PD2的匹配對耦合到光學解多路復用器18。所述對OWk包含:光學波導owkK，其將對應於雷射光源12k的預先選擇波長信道的右半邊中的光遞送到光電二極體PD2 ;及光學波導owu，其將對應於雷射光源12k的選擇波長信道的左半邊中的光遞送到另一光電二極體HV在圖2A及圖2B的光學解多路復用器18以及圖3A的波長選擇性光學路由器10A』的實施例中，光學波導OwkL及owkK可在自由空間光學區域26A』 』 』、26B、44的相同表面上的鄰近位置處具有輸入端部，使得此等端部從對應於第k個雷射光源12k的第k個預先選擇波長信道的單獨的波長半邊接收光。圖5還說明還可在圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖3A及圖4的光學發射器10、10A、10B、10M0A'及10〃的其它實施例中使用的個別光學檢測器201到201<的構造。例如，還可在外部調製個別雷射光源12:到12n時使用所述構造。在此等實施例中，由第k個光學檢測器20k的光電二極體PD1及光電二極體PD2所接收的光強度之間的差仍取決於第k個雷射光源12k的中心波長，例如，當中心波長在對應的預先選擇波長信道中適當地對準時，強度差可變為零。圖7示意性說明操作一個或一個以上雷射光源(例如，在圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖3A及/或圖4的光學發射器10、10A、10B、10』、10A』及/或10』』中)的陣列的方法50。方法50包含平行驅動陣列的N個雷射光源以(例如)從雷射光源121到121^輸出N個對應經數據調製光學載波(步驟52)。此處，正整數N大於或等於I。方法50包含將由N個雷射光源在驅動步驟52期間所發射的光傳輸到波長選擇性光學路由器以將N個不同預先選擇傳輸波長信道中的光的部分遞送到N個光學檢測器(例如，光學檢測器20i到20n)(步驟54)。各光學檢測器對應於不同的預先選擇傳輸波長頻帶及N個雷射光源中的一者。例如，可由在圖1、圖2A、圖2B、圖3、圖3A及圖4中說明的波長選擇性光學路由器WSOR平行執行由雷射光源所發射的光的遞送。方法50包含基於在N個光學檢測器處所接收的光的遞送部分的一或多個強度而調整N個雷射光源的輸出波長，使得各雷射光源輸出在對應預先選擇傳輸波長頻帶中大體上對準的經數據調製光學載波(步驟56)。各雷射光源具有預先選擇傳輸波長頻帶，所述預先選擇傳輸波長頻帶不同於對應於N個雷射光源的任何其它雷射光源的預先選擇傳輸波長頻帶。可由雷射光源的單一集中控制器或由個別控制器(例如，如在圖6中所說明的個別模擬控制器32)執行調整步驟。當N大於I時，經數據調製光學載波的實質對準通常暗示經數據調製載波的中心波長與對應預先選擇傳輸波長頻帶的波長中心對準，誤差為預先選擇傳輸波長頻帶之間的平均間隔的25%或25%以下，或者優選地，誤差為預先選擇傳輸波長頻帶之間的平均間隔的10%或10%以下。方法50的一些實施例可進一步包含從各光學檢測器將電反饋信號遞送到對應雷射光源(即，在傳輸步驟54期間)，以在步驟56中執行調整對應雷射光源的輸出波長。在方法50的任何實施例中，傳輸步驟54可包含將各預先選擇傳輸波長頻帶的短波長部分中的光遞送到對應光學檢測器的第一光強度檢測器以產生對第一部分相同的預先選擇傳輸波長頻帶的光強度的測量，且可進一步包含將相同的預先選擇傳輸波長頻帶的不相交高波長部分中的光遞送到相同光學檢測器的單獨的第二光強度檢測器以產生對相同預先選擇傳輸波長頻帶的第二部分的光強度的測量。例如，圖6中的光學檢測器20k的配置說明此實施例。在方法50的實施例中(其中N大於I)，方法可進一步包含(例如)在光學多路復用器14中光學多路復用傳輸由雷射光源所輸出的經數據調製光學載波。在一些此等實施例中，傳輸可包含執行光學多路復用傳輸，且接著(例如)在光學解多路復用器18中光學解多路復用傳輸經光學多路復用傳輸的光，以將預先選擇傳輸波長頻帶中的光的部分遞送到光學檢測器。例如，光學解多路復用傳輸可包含將各預先選擇傳輸波長頻帶的較短波長部分中的光遞送到對應光學檢測器的第一光強度檢測器以產生對波長頻帶的短波長部分的光強度的測量，且可包含將相同預先選擇傳輸波長頻帶的不相交長波長部分中的光遞送到相同光學檢測器的第二光強度檢測器以產生對相同波長頻帶的長波長部分的光強度的測量，例如，如在圖6中所說明。在其它此等實施例中，光學多路復用傳輸包含在光學多路復用器(例如，圖3的光學多路復用器14)中透過雷射光源的雷射腔的第一端部而接收光，且在執行傳輸的波長選擇性光學路由器(例如，圖3的波長選擇性光學路由器WS0R)中透過雷射腔的不同的第二端部而接收光。在一些此等實施例中，在傳輸期間，方法包含從各光學檢測器(例如)經由電線路L1到Ln將電反饋信號遞送到對應雷射光源以執行調整對應雷射光源的輸出波長。從本揭示內容、圖式及權利要求書，本發明的其它實施例將對所屬領域的技術人員顯而易見。
權利要求
1.一種裝置，其包括: 含雷射光源的陣列； 含N個光學檢測器的陣列； 波長選擇性光學路由器，其經配置以接收由所述雷射光源所發射的光並將從各雷射光源所接收的所述光路由到各雷射光源所對應的所述光學檢測器中的一者；以及 其中所述裝置經配置以基於由所述光學檢測器所測量的光強度而調整所述雷射光源的輸出波長。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述裝置經配置以控制各雷射光源在不同於所述雷射光源的剩餘者的波長信道中輸出經數據調製光學載波。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中各光學檢測器經配置以產生電反饋信號，所述電反饋信號控制對應雷射光源的輸出波長。
4.根據權利要求2所述的裝置，所述裝置進一步包括光學多路復用器，所述光學多路復用器經連接以多路復用傳輸由所述雷射光源所輸出的所述經數據調製光學載波。
5.根據權利要求2所述的裝置，其中所述裝置為光學數據發射器。
6.一種方法，其包括: 平行驅動陣列的雷射光源以輸出對應的經數據調製光學載波； 在所述驅動期間，將由所述雷射光源所發射的光傳輸到波長選擇性光學路由器，對於各雷射光源來說，所述波長選擇性光學路由器經配置以將對應於所述各雷射光源的不同的傳輸頻帶中的所述光的一部分遞送到對應於所述各雷射光源的光學檢測器；以及 基於由所述光學檢測器在所述傳輸期間所接收的所述光的強度而調整所述雷射光源的輸出波長，使得所述雷射光源輸出在所述不同傳輸頻帶中大體上對準的所述經數據調製光學載波。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述傳輸包含將各預先選擇傳輸頻帶的第一部分中的光遞送到所述對應光學檢測器的第一光強度檢測器以產生對所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的所述第一部分的光強度的測量，且可包含將所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的不相交第二部分中的光遞送到所述相同的對應光學檢測器的第二光強度檢測器以產生對所述相同的各預先選擇傳輸頻帶的所述第二部分的光強度的測量。
8.一種裝置，其包括: 含一個或一個以上雷射光源的陣列； 含一個或一個以上光學檢測器的陣列； 含一個或一個以上自由空間色散光學元件的陣列，各自由空間色散光學元件為光柵或光學稜鏡；以及 其中各自由空間色散光學元件經配置以接收由所述一個或一個以上雷射光源的對應雷射光源所發射的光並將所述所接收的光路由到所述一個或一個以上光學檢測器的對應光學檢測器；以及 其中所述裝置經配置以基於由所述對應光學檢測器所測量的光強度而調整各雷射光源的所述輸出波長。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中所述含一個或一個以上雷射光源的陣列包含一個以上所述雷射光源，且所述裝置經配置以控制各雷射光源在不同於所述雷射光源的任何其它雷射光源的波長信道中輸出經數據調製光學載波。
10.根據權利要求 9 所述的裝置，其中所述裝置為光學數據發射器。
全文摘要
一種裝置包含含N個雷射光源的陣列、含N個光學檢測器的陣列及波長選擇性光學路由器。所述波長選擇性光學路由器經配置以接收由所述雷射光源所發射的光，並將從各雷射光源所接收的所述光路由到各雷射光源所對應的所述光學檢測器中的一者。所述裝置經配置以基於由所述光學檢測器所測量的光強度而調整所述雷射光源的輸出波長。
文檔編號H04J14/02GK103190106SQ201180053488
公開日2013年7月3日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年11月12日
發明者道格拉斯·M·吉爾 申請人:阿爾卡特朗訊