Describes the Mach including asymmetric Zehnder interferometer (AMZI) detector and related integrated wavelength locking various configuration. Various embodiments by using active tuned components in AMZI to achieve a high sensitivity of the lock operating position and use coherent receiver to reduce the sensitivity of the lock frequency dependence and / or use the temperature sensor and / or tensiometer to calculate correction effect of temperature or tension change to provide improved accuracy of wavelength locking.
【技术实现步骤摘要】
集成波长锁定器优先权本申请要求于2016年10月10日提交的美国临时申请序列号62/406,351和2017年8月29日提交的美国申请序列号15/689,319、15/和15/的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
本公开大体上涉及用于光子集成电路(PIC)的波长锁定器,更具体地涉及集成波长锁定器。
技术介绍
光通信链路通常需要指定网格内的光波长对准。为此目的,已经使用体光学或光纤耦合的单标准具外部波长锁定器来提供波长参考;然而,这些外部锁定器往往是昂贵的,具有大的体积(例如,大于100mm3),并且限制了PIC的架构。在晶圆级芯片上制造的集成波长锁定器是非常期望的,因为它们需要更少的体积,可以以高容量低成本与其他集成的光子组件一起被制造,并且使能更多功率效率的PIC的功能架构。然而,传统的集成波长锁定器的性能对于许多产品来说是不够的。例如,制造改变可以降低锁定灵敏度和/或其可预测性,并且制造后施加的温度波动和张力可以降低锁定精度。附图说明图1是根据各种实施例的示例波长锁定系统的示意图。图2A是根据各种实施例的包括不对称Mach-Zehnder干涉仪(AMZI)和单个检测器的示例波长锁定器的示意图。图2B是根据各种实施例的针对图2A所示的波长锁定器测量的作为频率的函数的光电流的曲线图。图2C是根据各种实施例的包括具有平衡接收机的AMZI的示例波长锁定器的示意图。图2D是根据各种实施例的针对图2C的波长锁定器测量的作为频率的函数的单个和平衡光电流的曲线图。图2E是根据各种实施例的包括具有主动调谐元件和平衡接收机的AMZI的示例波长锁定器的示意图。图3A是根据 ...
【技术保护点】
一种系统,包括:集成光子电路(PIC),其包括可调谐光源,以及波长锁定器,包括具有输出耦合器的非对称Mach‑Zehnder干涉仪(AMZI),所述输出耦合器具有多个输出端口、并且在所述多个输出端口处放置的多个相应的光检测器,所述多个相应的光检测器用于当光从所述光源被耦合到所述AMZI中时测量离开所述多个输出端口的相应光学干涉信号,其中所述输出耦合器和多个所述光检测器被配置为相干接收机,其中在被干涉以形成光学干涉信号的两个信号之间施加的相对相移在所述输出端口中的至少两个输出端口之间相差不是180°的倍数的值;存储器,存储与所述光源的指定的锁定频率相关联的一个或多个目标滤波器参数;以及电子处理电路装置,被配置为从所测量的所述光学干涉信号计算一个或多个滤波器参数,并且调谐所述光源的频率,直到一个或多个计算的滤波器参数与所述一个或多个目标滤波器参数相匹配。
【技术特征摘要】
2016.10.10 US 62/406,351;2017.08.29 US 15/689,3191.一种系统,包括:集成光子电路(PIC),其包括可调谐光源,以及波长锁定器,包括具有输出耦合器的非对称Mach-Zehnder干涉仪(AMZI),所述输出耦合器具有多个输出端口、并且在所述多个输出端口处放置的多个相应的光检测器,所述多个相应的光检测器用于当光从所述光源被耦合到所述AMZI中时测量离开所述多个输出端口的相应光学干涉信号,其中所述输出耦合器和多个所述光检测器被配置为相干接收机,其中在被干涉以形成光学干涉信号的两个信号之间施加的相对相移在所述输出端口中的至少两个输出端口之间相差不是180°的倍数的值;存储器,存储与所述光源的指定的锁定频率相关联的一个或多个目标滤波器参数;以及电子处理电路装置,被配置为从所测量的所述光学干涉信号计算一个或多个滤波器参数,并且调谐所述光源的频率,直到一个或多个计算的滤波器参数与所述一个或多个目标滤波器参数相匹配。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述AMZI和所述多个光检测器形成第一滤波器,所述波长锁定器还包括第二滤波器,所述第二滤波器包括具有输出耦合器的第二AMZI,所述输出耦合器具有多个输出端口和放置在所述输出端口处的第二多个相应光检测器,所述第二AMZI的所述输出耦合器和第二多个光检测器被配置为第二相干接收机,其中所述第一滤波器的滤波器周期大于所述第二滤波器的滤波器周期,并且所述第一滤波器的频率误差小于所述第二滤波器的所述滤波器周期。3.根据权利要求2所述的系统,其中所述第一滤波器的所述滤波器周期是所述第二滤波器的所述滤波器周期的至少五倍。4.根据权利要求1所述的系统,其中所述波长锁定器能够将所述光源的频率锁定在50GHz或更小的频率以内。5.根据权利要求4所述的系统,其中所述波长锁定器能够将所述光源的所述频率锁定在至少200GHz的范围内。6.根据权利要求1所述的系统,其中所述输出耦合器具有四个输出端口,并且所述波长锁定器包括四个相应的光检测器,并且其中所述输出耦合器和所述四个光检测器被配置为测量平衡同相和正交信号的90度混合光接收机。7.根据权利要求1所述的系统,其中所述输出端口和所述相应光检测器形成多个平衡接收机对。8.根据权利要求1所述的系统,其中所述PIC、和包括所述存储器和所述电子处理电路装置的电子控制芯片被结合到单个衬底,以形成多芯片模块。9.根据权利要求1所述的系统,其中所述AMZI是无热的。10.根据权利要求1所述的系统,其中所述波长锁定器还包括用于测量所述AMZI的温度的温度传感器或用于测量所述AMZI中的张力的张力计中的至少一个,其中所述电子处理电路装置被配置为基于所测量的温度或张力来调整所述一个或多个目标滤波器参数,或者其中所述存储器存储多个温度依赖的或张力依赖的目标滤波器参数集合。11.一种使用包括AMZI的集成波长锁定器来锁定光子集成电路的光源的频率的方法,所述方法包括:在所述AMZI的输入处,将光从所述光源耦合到所述AMZI中;在所述AMZI的输出处,测量各自从两个信号的干涉得到的多个光学干涉信号,其中在两个干涉信号之间施加的相对相移在所述光学干涉信号中的至少两个光学干涉信号之间相差不是180度的倍数的值;从所测量的所述光学干涉信号来确定一个或多个滤波器参数;以及调谐所述光源的频率,直到所确定的所述一个或多个滤波器参数匹配与指定的锁定频率相关联的一个或多个对应的存储的目标滤波器参数。12.根据权利要求11所述的方法,其中所述AMZI形成第一滤波器的一部分,所述波长锁定器包括具有第二AMZI的第二滤波器,所述第二AMZI的滤波器周期小于所述第一AMZI的滤波器周期,所述光源的所述频率利用所述第一滤波器来调谐,以使一个或多个存储的目标滤波器参数在与不大于所述第二AMZI的所述滤波器周期的频率误差相对应的误差边际内匹配,所述方法还包括:在利用所述第一滤波器对所述光源的所述频率进行粗糙调谐之后,通过以下各项用所述第二滤波器对所述光源的所述频率进行精细调谐:在所述第二AMZI的输入处,将光从所述光源耦合到所述第二AMZI中;在所述第二AMZI的输出处,测量各自从两个信号的干涉得到的多个光学干涉信号,其中在所述两个干涉信号之间被施加的相对相移在所述光学干涉信号中的至少两个光学干涉信号之间相差不是180°的倍数的值;从所测量的所述光学干涉信号确定所述第二AMZI的一个或多个滤波器参数;以及调谐所述光源的所述频率,直到在与小于与所述第一滤波器相关联的所述频率误差的频率误差相对应的误差边际内,所确定的所述第二AMZI的一个或多个滤波器参数与所述第二AMZI的一个或多个对应的存储的目标滤波器参数匹配。13.根据权利要求11所述的方法,其中所测量的所述光学干涉信号包括同相和正交信号。14.根据权利要求11所述的方法,其中所测量的所述光学干涉信号包括成对的平衡信号。15.根据权利要求11所述的方法,还包括测量所述AMZI中的温度或所述AMZI中的张力中的至少一个,以及在与从所测量的所述光学干涉信号确定的所述一个或多个滤波器参数进行比较之前,基于所测量的所述温度或所述张力来调整所述一个或多个目标滤波器参数。16.根据权利要求11所述的方法,其中所述光源的频率被锁定在50GHz或更小的频率以内。17.一种制造多芯片集成波长锁定器模块的方法,所述方法包括:在半导体衬底上,创建包括可调谐光源和波长锁定器的光子集成电路(PIC),所述波长锁定器包括具有输出耦合器的非对称Mach-Zehnder干涉仪(AMZI),所述输出耦合器具有多个输出端口、和在所述多个输出端口处放置的多个相应的光检测器,所述多个相应的光检测器用于当光从光源耦合到AMZI中时测量离开所述多个输出端口的相应光学干涉信号,其中所述输出耦合器和所述多个光检测器被配置为相干接收机,其中在被干涉以形成所述光学干涉信号的两个信号之间被施加的相对相移在所述输出端口中的至少两个输出端口之间相差不是180°的倍数的值;创建包括存储器和处理电路装置的电子控制芯片,所述电子控制芯片被配置为从所测量的所述光学干涉信号计算滤波器相位并调谐所述光源的频率,直到所计算的所述滤波器相位与对应于指定的锁定频率的目标滤波器相位匹配;以及将所述PIC和所述电子控制芯片结合到公共基板上,以形成所述多芯片集成波长锁定器模块。18.根据权利要求17所述的方法,还包括通过以下各项来校准所述波长锁定器:向所述AMZI的输入提供具有所述指定的锁定频率的参考信号,测量在所述多个光检测器和所述AMZI的输出端口处的光学干涉信号,并将所测量的所述光学干涉信号计算地转换为滤波器相位,以及将所述滤波器相位作为所述目标滤波器相位存储在所述存储器中。19.根据权利要求18所述的方法,其中所述参考信号由外部光源提供。20.根据权利要求18所述的方法,其中所述参考信号由所述PIC的所述光源在使用外部波长滤波器将所述光源调谐到所述指定的锁定频率之后提供。21.一种波长锁定器,包括:非热非对称Mach-Zehnder干涉仪(AMZI),包括输入耦合器、两个波导臂、提供至少两个输出端口的输出耦合器、以及主动调谐元件,所述主动调谐元件布置在所述波导臂中的一个波导臂中、并且被配置为调整所述两个波导臂之间的光学路径长度差;以及被放置在所述至少两个输出端口处的至少两个相应的光检测器,所述至少两个相应的光检测器与所述输出耦合器一起形成平衡接收机。22.根据权利要求21所述的波长锁定器,其中所述AMZI和所述光检测器被集成在光子集成电路中。23.根据权利要求21所述的波长锁定器,其中所述主动调谐元件包括加热器。24.根据权利要求21所述的波长锁定器,还包括存储与指定的锁定频率相关联的所述主动调谐元件的目标设置的存储器。25.根据权利要求24所述的波长锁定器,还包括电路装置,所述电路被配置为将所述主动调谐元件设置为所述目标设置,以及基于用所述平衡接收机测量的平衡光电流来调谐光源的频率,以使所述平衡光电流基本为零,所述光源将光耦合到所述AMZI中。26.根据权利要求24所述的波长锁定器,还包括温度传感器或张力计中的至少一个,所述存储器存储针对所述AMZI的多个温度或所述AMZI中的多个水平的张力的、温度依赖的或张力依赖的目标设置,或者所述波长锁定器还包括基于所测量的温度或张力来调整所述目标设置的电路。27.根据权利要求21所述的波长锁定器,其中所述AMZI和所述平衡接收机形成第一滤波器,所述波长锁定器还包括第二滤波器,所述第二滤波器包括第二AMZI和第二平衡接收机,其中所述第一滤波器的滤波器周期大于所述第二滤波器的滤波器周期,并且所述第一滤波器的频率误差小于所述第二滤波器的所述滤波器周期。28.根据权利要求27所述的波长锁定器,其中所述第一滤波器的所述滤波器周期是所述第二滤波器的所述滤波器周期的至少五倍。29.一种用于使用集成波长锁定器来锁定光子集成电路的光源的频率方法,所述集成波长锁定器包括具有在一个干涉仪臂中的主动调谐元件的AMZI,所述方法包括:将由所述光源发射的光在所述AMZI的输入处耦合到所述AMZI;调整所述主动调谐元件的设置以匹配在存储器中存储的目标设置,所述目标设置与指定的锁定频率相关联;在所述AMZI的输出处测量平衡光电流;以及调谐所述光源的频率,直到所测量的所述平衡光电流基本为零。30.根据权利要求29所述的方法,其中所述主动调谐元件包括加热器,并且被调整的所述设置包括加热器功率。31.根据权利要求29所述的方法,还包括测量所述AMZI的温度或所述AMZI的张力中的至少一个,并且在调谐所述光源的所述频率之前,基于所测量的所述温度或所述张力来调整所述主动调谐元件的所述设置,以使所述平衡光电流基本上为零。32.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员:J·帕克,J·鲍特斯,J·E·罗斯,E·诺伯格,G·A·菲什,
申请(专利权)人:瞻博网络公司,
类型:发明
国别省市:美国,US
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