用于多通道光子集成电路（ＰＩＣ）的波长锁定和功率控制系统技术方案

在单片多通道ＴｘＰＩＣ的每一信号通道中设置一透射型有源通道元件，其中每一通道还包括一已调制源。该有源通道元件既起到同时检测和调节每一信号通道的输出通道信号电平的功率控制元件的作用，又起到用于提供对已调制源的波长锁定的通道波长置标或标记的调制器的作用。其功率调节功能也被用来控制每一通道的通道信号功率输出以使其跨通道信号阵列一致。所有的这些功能是由反馈环路使用数字信号处理来执行的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及与多重WDM信号通道相关的波长锁定和输出功率控制系统，尤其涉 及在诸如具有多个集成信号通道且每一通道具有一已调制源的单片发射机光子集成电路 (TxPIC)芯片中等可找到的信号通道。
技术介绍
已知有多种用于控制激光器阵列——尤其是在光学传输网络中使用的光学发射 机中采用的分立激光器或称为EML——的波长的反馈环路系统。同样，已有用来控制在此类 发射机中产生的已调制信号的输出电平以使其功率电平跨信号通道生成器阵列一致的反 馈环路系统。在现有技术中该功率均衡也被称作预加重。带有集成多路复用器的单片TxPIC 的特性在于，从TxPIC显现的光已经复合了多个数据已调制的光学波长。尽管对于提高可 靠性和降低成本而言是有利的，然而此集成的多路复用功能对控制单个光学波长和通道平 均功率形成挑战，因为必须要从TxPIC的输出处的光学多路复用信号中提取出控制单个通 道功率和波长所需的信息。 需要的是这样一种控制系统，它能在这样的激光器阵列上——尤其是在带有集成 光学多路复用器的发射机光子集成电路(TxPIC)中的集成激光器阵列或已调制源阵列上 并发地控制发射波长和功率。该控制系统可以有利地使用集成通道有源元件来协助实现此 发射波长和信号输出功率控制。
技术实现思路
本公开的通道波长和功率控制系统主要地提供三个功能 1、采用一共享波长基准，将多通道集成TxPIC的各个已调制源的波长锁定至一标 准化的波长格栅； 2、防止在各种老化、重启和通道故障情景中波长锁定至不正确的基准值； 3、检测和控制单片发射机光子集成电路(TxPIC)中多个已调制源各自的信号通道功率。 本公开的一个重要特征是采用了一种PIC信号通道特异性置标或标记方案、以及 起到通道波长锁定和通道功率控制双重功能的方法。 同时，本公开的一个重要特征是在多通道发射机光子集成电路(TxPIC)的每一信 号通道中设置一可控的透射型有源通道元件的部署。藉由透射型，我们意指该元件对于 从已调制源传播通过该元件的通道信号而言是透明的。该可控的透射型有源通道元件元件同时起到1)用已知调制深度和频率的光学强度调制来标记每一信号通道以提供通道特征 性光学调制标签的调制器，和2)用来调节每一TxPIC通道的输出通道信号电平的功率控制 元件的作用。检测一光学多路复用信号内单个光学通道的属性是通过检测该通道的特征性 光学调制标签的强度来达成的。用于通道波长和通道功率控制两者的反馈环路提供对所有 片上信号通道的并行控制，即TxPIC上的每一PIC通道同时设有一已调制频调标签，并且这 些标签在接收到来自该光学多路复用信号的复合信号的给定光测器的输出中被同时检测 出。多路复用信号中所有通道的并行信号处理对于集成PIC器件来说是非常重要的，因为 通道波长和功率的变化会立即影响相邻信号通道的发射波长和功率。如果毗邻通道已调制 源终止或消逝，则这种影响尤其显著。毗邻通道的热耦合将对毗邻通道的发射波长有迅速、 动态的影响。因而，反馈控制系统必须能快速响应，诸如在一毫秒内。基于对置于所有信号 通道上的频调标签的同时解调的并行信号处理使得能在这个耦合的多通道系统中实现通 道波长和功率的快速控制。 在该多通道集成TxPIC中，每一信号通道包括一数据已调制源，其定义为直接已 调制激光器或带有外置调制器的一连续波工作激光器。每一通道的透射型有源元件可以 是，例如波导PIN区，其透射率可根据反偏电压(改变PIN的吸收)或正偏电流(改变PIN 的增益)而变化。PIN区是由p型和n型禁闭区界定的本征区域。出于说明的目的，该波 导PIN区在下文中被称作前置PIN。然而，本领域技术人员可以容易地知道，该透射型有 源元件也可以是另一种通道透射型有源元件，其具体实例稍后将在本公开中提供。每一通 道进一步包含一后置光测器(PD)，其目的是基本上吸收由通道激光源的后端发出的所有的 光。在制造时，该后置PD用于测量与每一通道激光器的寿命开始阶段(B0L)输出功率、以及 模拟每一通道激光器的寿命末尾阶段(E0L)输出功率相关的光电流。在整个寿命过程中， 激光器前向输出功率与后向输出功率的比率基本上是恒常的。因而，后置PD光电流的读 数是从TxPIC上各通道激光器中的每一个输出的前向光内功率的相当良好的指标。模拟的 EOL功率是基于对激光器在整个寿命过程中的退化的估计来选择的，该退化通常比其BOL 功率输出低几个dB，例如在整个寿命过程中功率输出退化在约1. 5dB至约3dB之间。对于 所选择的两个来自通道激光源的两个光学输出功率电平中的每一个，其因变于偏置状态透 射过前置PIN的前向输出功率被检测出，以产生被称作该通道的前置PIN的传递函数的两 条曲线。寿命开始阶段(B0L)的传递函数曲线表示在BOL激光器功率状态下归一化的透射 率相对于前置PIN反偏电压的关系，其中后置PD电流的也是已知的。模拟末尾阶段(E0L) 的传递函数曲线表示在模拟的E0L激光器功率状态下归一化透射率相对于前置PIN的反偏 电压的关系，其中后置PD的电流也是已知的。在工作期间，使用下述的技术来估计与通道 激光源的输出功率相关联的归一化传递函数。后置PD的电流被读取，并且确定相对于已知 B0L和模拟E0L的值其值是多少。将检测到的后置PD电流用作一内插参数，执行归一化BOL 传递函数与EOL归一化传递函数之间的线性内插。然后该经内插的传递函数被用来确定怎 样设置前置PIN的透射率才能达到合需的通道输出功率值。在传递函数已知的情况下，可 设置一平均的合需透射率(使用适当的平均偏置设置)。还可通过为前置PIN的偏置选择 适当的AC调制波形来引入已知调制深度和合需平均透射率的强度调制。这样，就能每通道 使用单个透射型有源元件来以已知光学调制指数的强度调制标记光学通道同时又控制该 通道的平均功率。7 为标记光学多路复用信号内的单个通道，可使用仔细选择的强度调制波形方案。 一种此类标记方案使用方波，其基频和相位关系被选择为在一特定的积分时间区间上使不 同方波中的任何一对之积产生近似的数学正交性。在该方案中，通过对通道的前置PIN的 偏置输入施加适当的方波频调来使每一通道被强度调制。在多路复用的信号中，方波频 调的基频对于其被指派的通道而言是唯一性的，并且基于通道的前置PIN的已校准传递函 数(透射率相对于偏置的关系)，使得光学调制深度成为可知且恒常的。所关注的多路复 用信号中的所有通道是被并行地强度调制的，其波形被同步以保持最优的正交性。多路复 用信号中单个通道的属性检测包括使用该通道被指派的标记来解调检测到的复合信号。考 虑把光学多路复用信号的分支部分作为其输入的光测器的输出。此光电流将包含与多路复 用信号中的每一通道的恒常光学调制指数强度调制标记相关联的AC信号及其他。复合光 电流信号可被转换成电压，并由模数转换器密集地采样以使得能够进行后续的数字信号处 理。为提取与一特定通道相关联的信息，产生经采样的复合信号与该通道的选定并经同步 的方波的乘积，并在一段时间上对其积分，该段时间被选择成能在该多路复用信号中的不 同方波标记的通道间提供近似的正交性。这样，该复合信号中那些对应于标记单个关注的 通道的方波的部分就通过数字信号处理被提取除了。由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单片光子集成电路（ＰＩＣ），包括：集成在单块基底上的多个信号通道；在每一信号通道中的一已调制源，用来产生给定发射波长的光学通道信号；在每一信号通道中的一透射型有源元件；施加到所述透射型有源元件并调制所述光学通道信号的已调制频调频率，所述已调制频调频率用于识别每一信号通道；位于所述ＰＩＣ中的集成光学组合器，其将所述ＰＩＣ中的各个光学通道信号组合成一ＷＤＭ信号，所述ＷＤＭ信号是作为输出从所述电路提供的；以及反馈控制器，用于接收所述ＷＤＭ信号的一部分，将该ＷＤＭ信号部分解调成指示已调制源发射波长离合需波长值的波长漂移的单个频调通道误差信号，并且推导出一修正信号用来驱动相应已调制源发射波长趋向或到达其合需的发射波长。

【技术特征摘要】
US 2005-6-30 60/695,382一种单片光子集成电路(PIC)，包括集成在单块基底上的多个信号通道；在每一信号通道中的一已调制源，用来产生给定发射波长的光学通道信号；在每一信号通道中的一透射型有源元件；施加到所述透射型有源元件并调制所述光学通道信号的已调制频调频率，所述已调制频调频率用于识别每一信号通道；位于所述PIC中的集成光学组合器，其将所述PIC中的各个光学通道信号组合成一WDM信号，所述WDM信号是作为输出从所述电路提供的；以及反馈控制器，用于接收所述WDM信号的一部分，将该WDM信号部分解调成指示已调制源发射波长离合需波长值的波长漂移的单个频调通道误差信号，并且推导出一修正信号用来驱动相应已调制源发射波长趋向或到达其合需的发射波长。2. 如权利要求l所述的单片光子集成电路(PIC)，其中所述已调制源的误差信号和修正信号是为各个信号通道并行地推导出的。3. 如权利要求l所述的单片光子集成电路(PIC)，其中所述透射型有源元件包括一施加的偏置，所述施加的偏置用于将每一信号通道中的输出功率电平调整至合需功率输出电平。4. 如权利要求3所述的单片光子集成电路(PIC)，其中在所述反馈控制器中还为所述W匿信号部分推导出 一误差信号，所述误差信号指示通道输出功率从合需功率电平的偏离，从所述误差信号可推导出一功率修正信号用来改变向所述信号通道的所述透射型有源元件施加的偏置，从而将每通道的输出功率电平改变到合需的输出电平。5. 如权利要求3所述的单片光子集成电路(PIC)，其中各个信号通道的输出功率电平在被提供至所述光学组合器时被呈现为基本相等。6. 如权利要求l所述的单片光子集成电路(PIC)，其中所述光学组合器是波长选择性组合器或自由空间组合器。7. 如权利要求l所述的单片光子集成电路(PIC)，其中所述透射型有源元件包括p-i-n(PIN)结器件、激光器、光学调制器、半导体光学放大器(S0A)、可变光学衰减器(VOA)、光测器(PD)、或所述已调制光源本身。8. —种用于单片光子集成电路(PIC)的反馈系统，包括形成在所述PIC上的多个集成光学信号通道，在所述通道中的至少一些中具有已调制源，用于提供多个已调制通道信号，每个已调制通道信号都具有不同的预定发射波长；光组合器，用于接收所述各个已调制通道信号并将其合并成一W匿信号以供从所述电路输出；反馈电路，被耦合成接收所述WDM信号输出的一部分，以解调该WDM信号并且从各个已解调通道信号确定每一通道中的已调制源的发射波长是否偏离所述预定发射波长；所述反馈电路为每一信号通道并行生成代表每一信号通道的预定发射波长偏移量的误差信号，并生成用于向所述已调制源施加发射波长变化的修正信号；以及与每一已调制源相关联的波长补偿器，用于接收各个修正信号以使得所述已调制源发射波长被调整至所述预定发射波长或接近所述预定发射波长。9. 如权利要求8所述的反馈系统，还包括在每一信号通道上的集成透射型有源元件，其用于接收已调制置标信号，该已调制置标信号调制通过该元件的通道信号，每一信号通道的已调制标记信号的频率不同，并且所述已调制标记信号的频率范围不同于所述通道已调制源的频率范围。10. 如权利要求9所述的反馈系统，其中所述集成透射型有源元件是p-i-n(PIN)结器件、激光器、光学调制器、半导体光学放大器(S0A)、可变光学衰减器(VOA)、光测器(PD)、或所述已调制源本身。11. 如权利要求9所述的反馈系统，其中所述已调制标记信号是低于所述已调制源的频率的基于频调的频率。12. 如权利要求8所述的反馈系统，其中每一已调制源包括已调制半导体激光器或带有外置调制器的连续波半导体激光器。13. 如权利要求8所述的反馈系统，其中所述W匿信号输出部分包括对每一已调制通道信号施加的置标频率，每一置标频率与任何其他置标频率都不相同；以及用于解调所述置标频率的电路，所述置标频率用来确定每一信号通道的当前发射波长与其预定发射波长之间的任何差异。14. 如权利要求13所述的反馈系统，其中所述施加的置标频率在所述反馈电路中用来确定通道输出功率平并校正各通道功率电平以使其跨各信号通道基本相同。15. 如权利要求14所述的反馈系统，还包括在信号通道中的一集成透射型有源元件，用于接收对其所施加的偏置作改变的功率电平校正。16. 如权利要求8所述的反馈系统，还包括在每一信号通道中的一透射型有源元件。17. 如权利要求16所述的反馈系统，其中所述透射型有源元件包括p-i-n(PIN)结器件、激光器、光学调制器、半导体光学放大器(S0A)、可变光学衰减器(V0A)、光测器(PD)、或所述已调制源本身。18. 如权利要求16所述的反馈系统，其中一唯一生的已调制频调频率被施加于每一透射型有源元件作为通道识别符，所述频调频率在所述反馈电路中用来调整每一信号通道发射波长和功率输出。19. 如权利要求8所述的反馈系统，还包括所述反馈电路生成校正信号，所述校正信号用于在每个通道中将通道输出功率校正置预定功率电平，并且在每一通道中的具有偏置的透射型有源元件，所述偏置由所述修正信号调整，以使得从所述有源元件输出的通道信号被调整至所述预定功率电平或接近所述预定功率电平。20. 如权利要求19所述的反馈系统，其中所有信号通道的所述预定功率电平被设置得基本相等。21. —种在具有多个集成信号通道的单片光子集成电路(PIC)中校正信号通道发射波长和通道输出功率的方法，包括以下步骤在所述电路中产生多个已调制通道信号；用唯一性的频调频率信号对每一已调制通道信号置标；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：AC尼尔森，RW史密斯，Y卡甘，PN弗利曼，
申请(专利权)人：英飞聂拉股份有限公司，AC尼尔森，RW史密斯，Y卡甘，PN弗利曼，
类型：发明
国别省市：US[美国]