以突发模式工作的光发射机及以突发模式工作的光发射机的控制方法技术

本发明专利技术提供一种包括半导体激光器的光发射机及其控制方法，用于通过减小半导体激光器的波长漂移来防止NG‑PON2中具有100GHz信道间隔的信道之间的串扰。当半导体激光器以突发模式工作时，波长漂移发生在从突发起始开始的几纳秒与几百纳秒之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以突发模式工作的光发射机及以突发模式工作的光发射机的控制方法
本专利技术涉及一种光发射机和控制该光发射机的方法，更具体地，涉及一种具有减少信道之间随波长变化而发生的串扰的功能的光发射机，以及一种用于控制该光发射机以减小光发射机以突发模式工作的情况下的串扰的方法。
技术介绍
近来，被称为下一代无源光网络2(NG-PON2)的通信标准已经采用了时分波分复用(TWDM)方案进行复用。TWDM方案允许：连接到光纤的多个用户选择四个或八个可用波长信道中的任意一个，以及使用同一波长信道的多个用户基于仅在预定时隙上交换信号的时分复用方案来共享光纤。在TWDM方案中，四个或八个不同的波长信道被同时使用，以及波长信道被设置成使得它们间隔开100GHz。此外，当使用同一波长信道的用户之一忙于通信时，其他用户不在同一波长信道上通信。在该示例中，属于不进行通信的用户的光发射机的激光器被禁用。在应用时分复用方案的情况下，与尚未通信的用户关联的激光源(例如半导体激光器)处于不发光的状态，以及如果从控制服务器(例如，中心局)接收到信号，则激光源可以更改状态以能够发光。考虑到前述操作可以在通信许可被给予了每个用户的短时间段内爆炸性地发生，贯穿本公开，我们将其称为“突发模式”。然而，在半导体激光器不发光的状态下，如果向激光器施加电流以使其能够发光，则通过流入激光器的电流而产生焦耳热，从而改变半导体激光器的有源区的温度。在下文中，为了方便描述，半导体激光器的有源区可以被称为“激光器有源区”。例如，如果电流流过未工作的半导体激光器以发光，则由于电流的流动而产生焦耳热，并且焦耳热将被累积，从而使激光器有源区的温度逐渐升高。因此，由于释放到外部的热量随着激光器有源区温度的上升而增加，因此当释放的热和产生的热量处于平衡时，激光器有源区的温度稳定。例如，上述温度变化发生在几毫秒之内。另一方面，半导体激光器的波长由半导体激光器的有源区的温度来确定，因此，由于驱动电流的变化而引起的半导体激光器有源区的温度变化导致半导体激光器激射频率的变化。半导体激光器的温度根据从半导体激光器产生的热量与放置半导体激光器的板(board)的温度来确定。激光器有源区的温度最终稳定在环境温度与从半导体激光器产生的热量处于平衡的温度下。例如，即使半导体激光器产生特定量的热，环境温度的变化也导致放置半导体激光器的板的温度变化而破坏热平衡状态，因此引起半导体激光器的温度变化。分布式反馈激光二极管(DFB-LD)是可以用在NG-PON2中的半导体激光器之一。然而，如上所述，半导体激光器的激射频率取决于其随环境温度变化而变化的有源区温度。通常，1度的环境温度变化可以导致半导体激光器大约90皮米的激射频率变化。在NG-PON2标准中，其信道间隔被限定为对应于约800皮米的100GHz。因此，NG-PON2标准将半导体激光器的波长限定为稳定在期望信道的中心波长周围+/-160皮米之内。例如，产生和发射光的激光器有源区的温度需要稳定在+/-2℃之内。由于环境温度在大约-40℃至85℃之间变化，因此应确保这种环境温度变化不会引起半导体激光器有源区的温度变化。在一个示例中，热电冷却器(TEC)可以用于无论环境温度变化如何都使激光二极管芯片的温度保持恒定。如图1中所描绘的，即使TEC设备在全功率下工作，TEC设备也具有非常慢的温度变化速度(例如，小于0.08°/毫秒)。然而，在NG-PON2的TWDM-PON中，激光二极管芯片处于突发模式时产生的热量与其未处于突发模式时产生的热量不同，因此导致激光二极管芯片的温度变化。因此，由于对激光器的驱动而引起的激光器有源区的温度变化在短时间段(例如，从几纳秒到几微秒)内发生。图2的上部分描绘了激光二极管芯片设置在散热器上而散热器设置在封装管座(packgestem)上的半导体激光器的结构。图2的下部分描绘了示出当半导体激光器被脉冲电流驱动信号驱动时，其上部分显示的半导体激光器的有源区基于脉冲驱动电流的脉冲宽度的温度变化的曲线图。在图2的下部分中描绘的是考虑激光器有源区温度变化的位置(半导体激光器)封装。附图标记“S”示出了半导体激光器中主要影响激光器有源区的温度变化的区域。参考图2，当半导体激光器根据脉冲状电流驱动信号而被驱动时(例如，半导体激光器处于突发模式操作下)，在激光器有源区中，根据电流驱动信号的脉冲宽度而发生迅速的温度变化。因此，随着脉冲宽度增大，有源区的温度继续升高，但是激光器有源区温度的上升速度降低。这是因为由于脉冲电流驱动信号而产生的热能将根据与激光器有源区的距离和热扩散所在的材料的传热率而不同地影响半导体激光器的温度上升。还参考图2，越靠近激光器有源区，半导体有源区的温度变化受到的影响越大。它示出了在几十微秒的短时间段内温度的迅速变化。因此，如果半导体激光器以突发模式工作，则具有慢的响应速度的热电冷却器不能有效地控制激光器有源区的根据其工作期间的焦耳热而变化的温度。图3示出了从半导体激光器的突发模式操作开始直到流逝了几微秒到几毫秒的时间为止从半导体激光器有源区提供的波长变化(或波长漂移)。由于半导体激光器的波长变化直接取决于其有源区的温度变化，因此图3所示的半导体激光器的波长变化可以被理解为是指半导体激光器有源区的温度变化。参考图3，根据来自ArrisEnterprises(艾瑞斯企业)的AyhamAl-Banna(艾哈姆·阿尔·班纳)等人在2014年发布的文件，半导体激光器有源区的温度变化是如此之快，以至于即使在纳秒的时间内变化也可以是显著的。在半导体激光器中产生的热量根据激光器是否以突发模式工作而不同，从而导致半导体激光器有源区中的温度迅速变化。在驱动突发模式的半导体激光器时，已经提出了一种在激光二极管芯片上使用加热器的方法，以使得半导体激光器有源区在几纳秒至几微秒的如此短的时间段期间的温度变化最小化。在Paoli(泡利)等人(USPatentNo.5140605)的专利中描述到，在大功率激光打印机中，其激光具有10纳秒到100纳秒的脉冲状“开启”时间，这可以防止激光保持恒温而使激光输出不稳定以及导致打印质量劣化。为了使激光器的输出无论其开启/关闭操作都稳定在“开启”状态，Paoli已经建议在激光二极管芯片的顶部形成金属电阻并在半导体激光器不工作时驱动加热器，以使半导体激光器的温度保持在特定水平。图4(a)示出了如Richardson(理查森)等人(U.S.PatentNo.5345459)的专利中所述的用于通信的半导体激光器的结构。在理查森的描述中，半导体激光器被形成为具有两个有源区，所述两个有源区中的一个用于通信，而另一个有源区相对于用于通信的有源区被交替地激活。参考图4(a)的具有两个激光器有源区的半导体的半导体激光器结构，图4(b)描绘了当激光器有源区D被电流脉冲驱动时半导体驱动电流的时序波形。图4(c)描绘了当参考图4(b)而描述的电流脉冲施加给激光器有源区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在接收到突发模式使能BEN信号之后向包括光源的光发射机提供功率和数据信号的方法，所述方法包括执行：/n第一施加步骤，施加驱动功率给所述光源，所述驱动功率的幅度以第一平均斜率增大，所述第一施加步骤在接收到所述BEN信号之后执行；/n第二施加步骤，施加第一调制信号给所述光源，所述第二施加步骤在从接收到所述BEN信号的时间起流逝了预定时间之后执行；以及/n提供步骤，提供包括要发送的数据的第二调制信号，所述提供步骤在所述第二施加步骤之后执行。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170729 KR 10-2017-0096595;20180212 KR 10-2018-001.一种在接收到突发模式使能BEN信号之后向包括光源的光发射机提供功率和数据信号的方法，所述方法包括执行：
第一施加步骤，施加驱动功率给所述光源，所述驱动功率的幅度以第一平均斜率增大，所述第一施加步骤在接收到所述BEN信号之后执行；
第二施加步骤，施加第一调制信号给所述光源，所述第二施加步骤在从接收到所述BEN信号的时间起流逝了预定时间之后执行；以及
提供步骤，提供包括要发送的数据的第二调制信号，所述提供步骤在所述第二施加步骤之后执行。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括执行施加用于驱动所述光源的额外功率给所述光源的第三施加步骤，所述第三施加步骤在接收到所述BEN信号之后执行。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第三施加步骤包括施加在初始值处幅度以第二平均斜率增大的所述额外功率。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二平均斜率比所述第一平均斜率大。


5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第三施加步骤包括：在所述第一调制信号已经施加给所述光源之后，在所述驱动功率达到参考值之前的时间处停止施加所述额外功率。


6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二施加步骤在从接收到所述BEN信号起流逝了30纳秒至70纳秒的时间之后开始，
其中，所述第三施加步骤在从接收到所述BEN信号起流逝了40纳秒至80纳秒的时间之后结束，以及
其中，所述第三施加步骤在所述第二施加步骤开始之后结束。


7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第三施加步骤在所施加的额外功率的最大值低于预定水平时结束。


8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其中，所述驱动功率以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：金定洙，
申请(专利权)人：金定洙，
类型：发明
国别省市：韩国;KR