本申请涉及密集波分复用(DWDM)硅光子接收器的波长控制和监测。本文公开了用于波长监测和控制的技术和电路。所公开的波长监测和控制电路以及技术被设计为通过使用根据需要而动态地调整微环分出滤光器(MDF)的谐振波长的光子接收器来实现多信道DWDM光链路。波长监测和控制电路可以以最小的功率和面积开销来监测和控制DWDM硅光子接收器的多个MDF的谐振波长。在实施例中，用于光接收器的电路包括具有用于多个DWDM信道的谐振波长的MDF，以及用于以补偿所述MDF的实际谐振波长与所述MDF的入射光波长之间的偏差的方式来实时地控制和监测所述MDF的谐振波长的电路。测所述MDF的谐振波长的电路。测所述MDF的谐振波长的电路。
【技术实现步骤摘要】
密集波分复用(DWDM)硅光子接收器的波长控制和监测
[0001]政府权利声明
[0002]本文所述的专利技术是按照DOE授予的第DE
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AC52
‑
07NA27344号主合同在美国政府支持下完成的。美国政府对本专利技术享有一定的权利。
技术介绍
[0003]密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)是一种可以用于增加现有光纤网络上的带宽的光复用技术。DWDM通常包含在同一光纤上同时组合和传输不同波长的多个信号，从而使物理介质的容量倍增。与电气互连相比，使用纳米光子学的DWDM互连通常可以提供提高若干数量级幅度的带宽和能效。新兴的多核计算系统通常需要一种在低功率下以较小占用空间(footprint)提供高吞吐量的互连结构，因此可以适合采用DWDM技术。
附图说明
[0004]参照以下附图根据一个或多个不同的实施例详细地描述本公开。附图仅被提供用于说明性目的，并且仅描绘典型实施例或示例实施例。
[0005]图1是根据一些实施例的光接收器的电路的示例，该电路用于实时控制和监测微环分出滤光器(microring drop filter,MDF)的谐振波长。
[0006]图2是根据一些实施例的密集波分复用(DWDM)硅光子光学系统的示例的概念图。
[0007]图3A是根据一些实施例的可以在图1所示的光接收器的电路内实施的、峰值检测器(peak detector,PD)的电路的示例。
[0008]图3B是根据一些实施例的可以在图1所示的光接收器的电路内实施的、直流检测器(direct current detector,DD)的电路的示例。
[0009]图4A是图3A所示的PD电路的单端输入幅度与模拟直流电压输出之间的关系的图形表示。
[0010]图4B是图3B所示的DD电路的差分随机输入信号的共模直流电压与模拟直流电压输出之间的关系的图形表示。
[0011]图5是图示了根据所公开技术的实施例的由图1所示电路的波分复用(wavelength division multiplexing,WDM)数字逻辑控制器实施的示例过程的流程图。
[0012]附图并非是穷举的，并且不将本公开限制于所公开的精确形式。
具体实施方式
[0013]本文所述的各种实施例涉及用于监测和调谐密集波分复用(DWDM)硅光子接收器中的微环分出滤光器(MDF)的谐振波长的电路和技术。由于制造工艺变化，MDF的谐振波长可能偏离初始的波长值(例如，指定值)。谐振波长的这种偏差可能导致进一步的问题，如引起入射光波长与相应MDF谐振波长之间的未校准。在上述未校准的极端情况下，不能建立DWDM光链路。未校准只是MDF谐振波长的偏差(未得到解决)可能成为DWDM系统中灾难性操
作问题的根本原因的情况的示例。为了解决这样的问题，所公开的波长监测和控制电路以及技术被设计为通过使用如所需地动态调整MDF的谐振波长的光子接收器来实现多信道DWDM光链路。如下面将详细描述的，如本文所公开的电路以最小的功率和面积开销来监测和控制DWDM硅光子接收器的多个MDF的谐振波长。
[0014]作为背景，MDF是DWDM光链路中的关键元件，用作波长选择光学设备。例如，当MDF的周长是入射光波长的整数倍时，入射光可以穿过MDF并且耦接到输出波导(即，分出端口)。因此，可以使用多个MDF过滤掉来自同一光纤的不相关的高速光比特流，这些比特流使用不同的光波长而不会互相干扰。然后，可以将每个MDF的谐振波长具体设计为与用于不同信道的相应分配的波长相匹配。然而，由于制造工艺变化，所制造的MDF的实际谐振波长可能偏离其指定值。作为示例，入射光波长与MDF谐振波长之间的波长不匹配可能导致特定信道中的MDF谐振波长从其初始值(例如，在设计时实施的值)偏移。
[0015]现在参考图1，示出了电路100的示例架构。如本文所公开的，电路100实施了包括谐振波长监测能力和调谐能力的光子接收器。根据实施例，电路100可以(部分地或全部地)实施为硅集成电路(integrated circuit,IC)芯片，该芯片被设计成用作DWDM光学系统中的光子接收器。此外，如上所述，电路100被独特地设计为控制和监测MDF(通常用于DWDM硅光子接收器中)的相应谐振波长，使得任何检测到的谐振波长偏差(例如，从其初始值的偏差)可以被电路100实时调整。通常，MDF的工艺变化是不可避免的。因此，电路100允许作为光子接收器来自我缓解MDF中的任何非预期的谐振波长漂移，这种漂移可能使DWDM光学系统的整体性能和操作恶化。
[0016]图1图示了电路100可以主要具有四个电路部分(用方框表示)，包括：1)光接收器120；2)波长监测器150；3)波长控制器140；以及4)波分复用(WDM)数字逻辑控制器160，用于实时监测和控制波长。
[0017]光接收器120的电路包括实施DWDM光接收器的主要功能的部件。下面参考图2详细讨论了光接收器120的元件和功能。
[0018]一般而言，波长监测器150被配置为监测光接收器120中128和129处的差分节点的峰值信号和直流信号。由波长监测器150监测的这些信号可以反映检测到的MDF 143的波长漂移。作为示例，当MDF 143的谐振波长从λ0漂移到λ1而入射光波长保持在λ0时，MDF 143的分出端口处的光功率下降，并且功率水平取决于λ0与λ1之间的差异。通过测量MDF 143的分出端口处的光功率，可以观察到MDF 143的谐振波长与入射光波长之间的差异。然而，此方法对于单个波长接收器是更优的。利用被配置用于多个波长的基于DWDM的接收器，波长监测器150被配置用于更复杂的波长监测。波长监测器150具有监测DWDM硅光子接收器的多个MDF的谐振波长的能力。图2中描绘了包括多个MDF的基于DWDM的接收器的示例。
[0019]再次参考图1中图示的示例，波长监测器150可以重复使用光接收器120的部件，这提供了诸如将电路消耗的功率和面积开销最小化的优点。例如，波长监测器150通过重复使用光接收器120的自动增益控制(automatic gain control，AGC)190部分的构建块来实施峰值检测器(PD)125和直流(dc)检测器(DD)127(在图3A至图3B中详细示出)。如图所示，AGC 190由光接收器120中的125、126和127组成。AGC 190还用于自动调整跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)121的增益。节点155处的峰值信号V
PEAK
和节点156处的直流信号V
DC
使用运算放大器151和153进行缓冲。运算放大器151和153可以被配置为具有小
输入电容(<10fF)的单位增益缓冲器，并且使用模拟2:1多路复用器154来进行多路复用。由波长监测器150检测到的模拟信号使用逐次逼近(succ本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多信道密集波分复用(DWDM)硅光子接收器，包括：光接收器，其中，所述光接收器包括微环分出滤光器(MDF)，所述MDF具有与来自用于多个DWDM信道的多个波长中的某一波长相对应的入射光波长；以及电路，所述电路用于以补偿所述MDF的谐振波长与所述MDF的入射光波长之间的偏差的方式实时地控制和监测所述MDF的谐振波长。2.如权利要求1所述的接收器，其中，所述电路包括波长监测器，用于检测来自所述光接收器的指示所述MDF的谐振波长的信号。3.如权利要求2所述的接收器，其中，所述电路包括控制器，用于基于检测到的信号来确定所述MDF的谐振波长与所述MDF的入射光波长之间的偏差量。4.如权利要求3所述的接收器，其中，所述控制器基于检测到的信号来确定所述MDF的谐振波长与所述MDF的入射光波长之间的偏差量。5.如权利要求4所述的接收器，其中，所述控制器确定要应用于所述MDF以补偿所述MDF的谐振波长与所述MDF的入射波长之间的偏差的补偿因数。6.如权利要求5所述的接收器，其中，所述补偿因数是与所述MDF的热波长漂移有关的温度。7.如权利要求5所述的接收器，其中，所述补偿因数是与所述MDF的热波长漂移有关的电流。8.如权利要求7所述的接收器，其中，所述电路包括波长控制器，用于基于所述补偿因数经由热波长漂移来调谐检测到的所述MDF的谐振波长。9.如权利要求8所述的接收器，其中，所述波长控制器基于所述补偿因数将电流选择性地施加到电阻加热器，以经由热波长漂移实现对检测到的谐振波长的调谐。10.如权利要求9所述的接收器，其中，所述电阻加热器邻近所述MDF。11.一种方法，包括：将来自模数转换器(ADC)的输出代码用作波长监测器；将到数模转换器(DAC)的输入代码用作波长控制器以确定MDF的波长漂移；确定所述MDF的谐振波长(R)对于入射WDM波长(λ)的相对位置；以及调整所述MDF的谐振波长(R)直到所述MDF的谐振波长(R)与所述入射WDM波长(λ)相匹配为止。12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：将DAC输入代码设置为第一值(D0)；存储第一ADC输出代码(A1)，以使所述第一ADC输出代码(A1)与所述DAC输入代码的所述第一值(D0)相对应；将所述DAC输入代码设置为所述DAC输入代码的第二值(D1)，其中，所述DAC输入代码的所述第二值(D1)比所述DAC输入代码的所述第一值(D0)大，使得所述DAC生成与所述DAC输入代码的所述第二值(D1)相对应的用于驱动所述MDF处的加热电阻器的电流值，所述电流值比与所述DAC输入代码的所述第一值(D0)相对应的电流值大静态步长；存储第二ADC输出代码(A2)，以使所述第二ADC输出代码(A2)与所述DAC输入代码的所述第二值(D1)相对应；将所述DAC输入代码设置为所述DAC输入代码的第三值(D2)，其中，所述DAC输入代码的
所述第三值(D2)比所述DAC输入代码的所述第二值(D1)大，使得所述DAC生成与所述DAC输入代码的所述第三值(D2)相对应的用于驱动所述MDF处的加热电阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄琮靖，尹珍盛，P，
申请(专利权)人：慧与发展有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：
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