专利名称：以自动改变的波长发射的激光器、包括该激光器的网络接口单元和系统、以及自动改变激 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及以自动改变的波长发射的激光器，并且涉及自动改变该激光器的波长 的方法，其中，该方法和激光器均适合在网络接口单元中使用，并且更具体地，本发明涉及 具有温度控制器的激光器，其中该温度控制器用于自动改变激光器的温度以降低系统中以 相同波长发射的多个激光器的似然性，并且本发明涉及自动改变适合在网络接口单元中使 用的激光器的温度的方法。
背景技术：
对于想要基于标准的无源光学网络(P0N:passive optical network)的备选方 案的有线电视操作员而言，已经研发了基于RF的光纤到户(FTTH diber-to-the-home)系 统。这类系统的一个好处是该类系统对于它们所承载的RF信号而言是透明的，并且这允许 操作员继续使用在该类系统的混合光纤/同轴线缆(HFC :hybrid fiber/coax)网络上使用 的同一用户终端设备(CPE customer premise equipment)。该设备包括机顶盒、DOCSIS线 缆调制解调器和DOCSIS VoIP调制解调器。在基于RF的系统中，放置在用户位置处的网络接口单元(NIU)包含上游光学传输 用的激光器。该激光器在上游方向上利用突发模式传输，并且在家里的其中一个CPE装置 产生RF信号之前该激光器不工作。当(到达激光器之前可能被修正的)该信号到达上游 激光器时，该信号通过直接调制激光器的光学输出来激活该激光器。当RF突发结束时，激 光器恢复为不工作状态。由于线缆调制解调器所使用的协议的原因，在给定RF上游通道上 仅一个调制解调器在给定时间时工作。在每次仅一个调制解调器工作的情况下，光纤网络的相关部分上仅一个NIU将在 给定时间时发射。然而，当存在多于一个的上游通道可供调制解调器使用时，可以使多于一 个的NIU在给定时间时发射。例如，一个NIU可以从在第一通道上工作的线缆调制解调器 发射信号，而另一个NIU从在第二通道上工作的线缆调制解调器发射信号。在这种情况下， 在上游的接收器处将发生光学碰撞(optical collision)。当一个位置处的线缆调制解调 器正在发射并且另一个位置处的机顶盒(STB)也正在发射时，可能发生相同的问题。由于 STB和线缆调制解调器独立工作，二者没有同步，因而这两个系统的发射定时可能重叠。这些系统(无论是一个或多个上游通道上的机顶盒还是线缆调制解调器)在不同 的RF频率上工作；因此，如果这两个激光器的工作波长没有大幅重叠，则光学碰撞的结果 将仅仅是链路性能的劣化。当激光器波长的确大幅重叠时，在光学接收器中发生混合，从而 导致生成频率为这两个激光器的工作波长之间的差的RF信号。该信号可能大到足以过驱动安装至该接收器的所有上游系统的输入，并且使通道在该突发的持续时间内不起作用。 如果两个以上的NIU同时工作并且它们的波长大幅重叠，则在任何后来的突发中将发生相 同的问题。由于与CPE装置相关联的协议的原因，可能将这些装置从网络剔除，并且使这些 装置在网络上重新初始化。解决该问题的困难之一是激光器的工作波长依赖于其温度，并且经常在温度范围 为-40 +65°C的室外工厂环境中使用NIU。另外，一个NIU可能处于阳光下，而另一个NIU 却处于阴影中，这导致这两个单元之间存在温度差。根据激光器设计，激光器的工作波长按 约0. 1 0. 5nm/°C变化。因此，尽管系统标称可包括以不同的波长发射的激光器，但这些 波长可能随着一天当中温度的变化而变化。由此，一个NIU的波长可能遍及网络上的其它 NIU的波长，或者可能达到使该NIU的波长与另一 NIU的波长相同的温度。解决该问题的一个方法是在连接至给定接收器的NIU中使用波长充分间隔开以 使得在所预期的温度范围内波长从不会重叠的激光器。换言之，特定接收器所服务的组中 的各NIU将需要不同的波长。然而，由于该方法增加了系统成本和复杂度，因此该方法并 不完全令人满意。在该方法中，很像稀疏波分复用(CWDM:coarse wavelength division multiplexing)，必须将激光器分成满足系统中的特定工作窗的要求的组。另外，该方案要 求操作员备有可多至每套32个NIU的(各自具有唯一波长的)完整成套的NIU。这在配置 系统以及以后维护系统时难以进行管理。该方案还占据了光纤上可以用来支持诸如业务覆 盖等其它服务的光谱。因此，期望提供一种减少在上游向接收器发射的激光器之间的干扰的问题且不需 要使用以宽间隔波长工作的激光器的系统。
发明内容
通过本发明的实施例解决了这些问题以及其它问题，本发明的第一方面包括一种 激光器单元，其能够用于网络接口单元(NIU)中。所述激光器单元包括激光器，用于生成 具有某一波长的光信号；温度控制系统，用于设立所述激光器的温度；以及控制器，其在功 能上连接至用于设置所述温度的所述温度控制系统。所述控制器用于在高温和不同于所述 高温的低温之间自动改变所述温度。本发明的另一方面包括一种NIU，所述NIU包括激光器，用于生成具有某一波 长的光信号；第一连接器，其能够连接至光纤；光通路，其从所述激光器通向所述第一连 接器；第二连接器，其能够连接至电导体；以及电通路，其从所述激光器通向所述第二连接 器。所述NIU还包括温度控制系统，用于设立所述激光器的温度；和控制器，其在功能上连 接至用于设置所述温度的所述温度控制系统，所述控制器用于在高温和不同于所述高温的 低温之间自动改变所述温度。本发明的另一方面包括一种方法，所述方法包括提供用于生成具有某一波长的 光信号的至少一个激光器；提供用于设立所述至少一个激光器的温度的温度控制系统；以 及在高温和不同于所述高温的低温之间自动改变所述温度。本发明的又一方面包括一种系统，所述系统包括多个NIU，用于经由光纤与接收 器进行通信；和多个第一终端单元，其连接至各个NIU，所述第一终端单元用于向所述NIU 发射信号，以通过所述NIU将所述信号发射到所述光纤上。各个所述NIU包括激光器，用于生成具有某一波长的光信号；温度控制系统，用于设立所述激光器的温度；以及控制器， 其在功能上连接至用于设置所述温度的所述温度控制系统。所述控制器用于在高温和不同 于所述高温的低温之间自动改变所述温度。
在阅读以下的详细说明书和附图之后，可更好地理解这些优点以及其它优点，其 中图1是根据本发明实施例的网络接口单元(NIU)的系统的示意例示。图2是示出图1的系统中初始激光器温度的温度偏移的偏差的图。图3是当实施根据本发明实施例的激光器温度控制方法时激光器温度随着时间 变化的图。图4是示出根据本发明实施例的方法的流程图。图5是示出根据本发明实施例的另一方法的流程图。
具体实施例方式以下参考示出本发明实施例的附图来更加充分地说明本发明。然而，本发明可以 以多个不同的形式来实施，并且不应当被理解成局限于这里所陈述的实施例；相反，提供这 些实施例将使得本发明是全面和完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。在全文中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为了清楚，可以放大特定 线、层、组件、元件或特征的厚度。除非另外说明，虚线示出可选的特征或操作。这里使用的术语仅仅是为了说明特定实施例，并且并不意图限制本发明。除非另 外限定，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有本发明所属领域的普通 技术人员通常所理解的相同含义。应进一步理解，诸如通常使用的字典中所定义的术语等 的术语应当被解释为具有与本说明书的上下文和相关技术中的含义一致的含义，并且除非 这里明确限定，不应当按理想化的含义或过于正式的含义解释这些术语。为了简洁和/或 清楚，可以不详细说明众所周知的功能或结构。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，在没有数量限定的情况下意图包括 单数形式和复数形式。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书时，表示 存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它 特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如这里所使用的，术语“和/或”包括 所列出的一个或多个关联项的任何组合和所有组合。如这里所使用的，诸如“X和Y之间” 和“约X和Y之间”等的短语应当被解释为包括X和Y。如这里所使用的，诸如“约X和Y之 间”等的短语表示“约X和约Y之间”。如这里所使用的，诸如“从约X到Y”等的短语表示 “从约X到约Y”。应理解，当一个元件被称为位于另一元件“上方”、“附接”至另一元件、“连接”至 另一元件、与另一元件“耦合”或与另一元件“接触”等时，该元件可以直接位于另一元件 上方、直接附接至另一元件、直接连接至另一元件、与另一元件直接耦合或与另一元件直接 接触，或者也可以存在居间元件。作为对比，当一个元件被称为例如直接位于另一元件“上方”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、与另一元件“直接耦合”或与另一元 件“直接接触”时，不存在居间元件。本领域的技术人员还应理解，对于被配置成“邻接”另 一特征的结构或特征，可以具有覆盖该邻接特征或位于该邻接特征下方的部分。为了便于说明，这里可以使用诸如“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上面”、“横 向”、“左”和“右”等的空间相对术语，以描述如附图所例示的一个元件或特征相对于其他元 件或特征的关系。应理解，除了附图中所描述的方位以外，这些空间相对术语意图包括使用 中或工作中的装置的不同的方位。例如，如果将附图中的装置倒置，则被描述为位于其它元 件或特征“下面”或“下方”的元件将被定向为位于其它元件或特征“上方”。另外，装置可 以以别的方式进行定向(旋转了 90度或处于其它方位)，并且相应地解释这里所使用的相 对空间关系的描述语。图1示出包括通过光纤16连接至光学组合器15并且通过另外的光纤17连接至 接收器18的多个网络接口单元(NIU)10、12、14的系统。NIU 10、12和14是有时可以被称 为光学网络单元(ONU)或光学网络终端(ONT)的光学NIU。如这里所使用的，“NIU”意图包 括ONU和0NT。NIU 10、12、14可以位于例如诸如家或企业等的用户位置处，并且提供在用户 位置处的诸如调制解调器和机顶盒(STB)等的终端单元20与接收器18之间的接口。NIU 10、12和14大致相同，因此以下论述将主要涉及NIU 10。NIU 10包括激光器M，用于从 上游的终端单元20向接收器18发送信号；热电冷却器(TEC) 26，其热连接至激光器M ；和 以下更详细地论述的控制器观，用于设立TEC 26的温度，并由此设立激光器M的工作温 度。NIU 10还包括第一连接器30，其连接至其中一个光纤16 ；第二连接器32，其连接至同 轴线缆34或用户位置处的其它电导体；位于NIU 10中的光通路36，其将来自激光器M的 光传送至光纤16 ；以及电通路38，其将来自同轴线缆34的电信号传送至激光器M。NIU 10、12和14各自中的激光器标称按例如1310纳米的相同波长工作。然而，这 些激光器即使在相同的温度下工作时，通常也存在发射波长的偏差。为了增大该偏差并降 低以相同波长发射的两个激光器的似然性，本发明的实施例针对连接至给定接收器18的 一组NIU中的各个激光器对，设立不同的偏移温度。可以通过选择基准温度为例如25°C并 且选择温度偏移范围为例如士 10°C来实现该偏差的增大。组内的各激光器随机设立小于 或等于温度偏移范围的温度偏移值。对于NIU 10中的各激光器对，可以选择温度偏移值 为+3°C，对于NIU 12中的激光器，可以选择偏移为-10°C，并且对于NIU 14中的激光器对， 可以选择偏移为+8°C，等等。该随机选择使得能够不要求不同NIU中的控制器彼此通信而 增大偏差。如果由于其它原因而提供了 NIU之间的通信，则可以指派相互不同的偏移温度。 可选地，可以在安装时在各NIU处预设偏移温度。在选择偏移温度之后，各NIU 10、12、14中的控制器观将相关联的TEC沈的温度 设置为基准温度加上所选择的偏移温度。在该例子中，对于NIU 10中的激光器M所实现的 温度为25°C +3°C或^°C。如图2所示，该处理的效果是，在室温下可能已经存在Inm的偏 差的一组激光器将具有扩散为Inm加上激光器每单位温度的波长变化的20倍的偏差。如 果激光器M包括波长偏差约为0. lnm/°C的分布式反馈激光器(DFB)，则Inm的偏差将增大 至lnm+20°C X0. lnm/°C或3nm。偏差增大的程度将随着温度偏移范围而增加。所公开的实 施例使用TEC沈来实现该温度控制。还可以根据激光器的位置使用其它的温度控制方法。即使进行了工作波长的初始随机化，两个激光器M仍有可能具有相同的波长。所公开的实施例的方法添加使各激光器的温度在其起点、偏移温度周围略微改变的温度抖 动。抖动各激光器将使各激光器的波长移动，从而使得如果两个激光器之间存在重叠，则该 重叠将仅在有限的时间段内发生。为了抖动激光器温度，在控制器观中设置例如士 1.5°C 的总抖动范围。另外，在控制器观中还设置例如0. 25°C的最小抖动增量。为了增大两个波长彼此远离的可能性，各控制器观对其相关联的激光器M随机 设立大于最小增量但小于抖动范围的抖动增量。当应用抖动温度增量时，各控制器观随机 设立用于使温度递增的方向(增大或减小)。抖动方向随着每次应用抖动增量而持续，直到 达到总抖动极限为止。此时，控制器观改变抖动方向，直到达到另一极限为止，并且再次改 变抖动方向。通过使各控制器观设立随机抖动温度增量和随机抖动方向，在控制器观抖 动波长时，系统降低了两个激光器波长跟踪的可能性。此外，通过代替上下随机抖动、而使 控制器观在同一方向上持续抖动直到达到极限为止，激光器M更有可能远离重叠状况，而 不是重复进入和离开重叠状况。通过使抖动间隔随机化来进一步降低波长重叠的潜在可能。可以通过在进行抖动 决定期间设立多个时间增量来使抖动间隔随机化。在每个时间增量之前，各控制器观使用 选择处理以决定是否抖动。例如，控制器观可以随机选择0 1的值，并且如果该值落入 所设立的抖动激活范围0 0.2内，则控制器观在所确定的方向(增大或减小)上实现抖 动温度递增。如果该值未落入给定范围内，则针对该时间增量，不对激光器温度作出任何改 变。还可以使用其它随机化过程和/或不同的激活范围的值。以这种方式，控制器观按随 机间隔独立地抖动激光器温度。在图3中示出表示50个时间增量之后两个激光器的预期工作温度的图。抖动时 间间隔的大小可以从连续或大致连续变为秒以上的较长间隔。从调制解调器发送包的时间 开始到允许该调制解调器发送第二个包的时间为止的典型间隔可以为微秒级。因而，可以 选择该时间间隔作为抖动间隔。通过使用这样的时间尺度，调制解调器可能由于波长重叠 而丢失一个包，但在下一间隔中，重叠将不存在。然而，考虑TDMA通信的性质和初始波长随 机化处理，调制解调器位于不同的DOCSIS通道上并且同时突发的两个NIU的波长重叠的可 能性已经较低。由此，每IOOms或甚至每一秒发生的抖动步长可以大大减轻以重叠的波长 发射的问题。根据密集波分复用(DWDM dense wavelength divisional multiplexing)系 统，已知用于将激光器的温度精确地控制为十分之几。C的控制电路。例如，根据Maxim Integrated Products of Sunnyvale，CA，可以获得用于维持TEC和相关联的激光器的温度 的适当的控制器，这些控制器用于对温度变化快速响应以维持TEC处于所需温度。可选地， 还可以使用其它用于维持TEC温度的适当的控制器。在图4中例示出根据本发明实施例的方法，并且该方法包括块50，其提供用于生 成具有某一波长的光信号的至少一个激光器；块52，其提供用于维持所述至少一个激光器 处于某一温度的温度控制系统；和块M，其在高温和不同于所述高温的低温之间自动改变 所述温度。在图5中例示出根据本发明实施例的另一方法，并且该方法包括块60，其提供 用于生成具有某一波长的光信号的至少一个激光器；块62，其提供用于将所述至少一个激 光器维持于某一温度的温度控制系统；以及块64，其将所述温度设置为第一水平。所述方法还包括块66，其确定温度改变方向；和块68，其在所述温度改变方向上按第一步长改变 所述温度，直到达到高温或低温为止。该方法还包括块70，其在达到所述高温或所述低温 时，反转所述温度改变方向；和块72，其在反转后的温度改变方向上按第二步长升高或降 低温度，直到达到所述高温或所述低温为止。 已经针对当前优选的实施例说明了本发明。对于相关领域的普通技术人员来说， 通过阅读前述说明，这些实施例的变形例和添加例是显而易见的。意图是所有这些变形例 和添加例包括本发明的一部分，以达到这些变形例和添加例均落入所附的几个权利要求的 范围内的程度。
权利要求
1.一种激光器单元，其能够用于网络接口单元(NIU)中，所述激光器单元包括 激光器，用于生成具有某一波长的光信号；温度控制系统，用于设立所述激光器的温度；以及控制器，其在功能上连接至用于设置所述温度的所述温度控制系统，所述控制器用于 在高温和不同于所述高温的低温之间自动改变所述温度。
2.根据权利要求1所述的激光器单元，其特征在于，所述温度控制系统包括热电冷却器ο
3.根据权利要求1所述的激光器单元，其特征在于，所述控制器用于选择相对于预定 起始温度的随机温度偏移。
4.根据权利要求1所述的激光器单元，其特征在于，所述控制器用于按给定大小的步 长改变所述温度。
5.根据权利要求1所述的激光器单元，其特征在于，所述控制器用于将所述温度设置 为第一水平，确定步长大小，按步长升高所述温度，直到达到所述高温为止，之后按步长降 低所述温度，直到达到所述低温为止。
6.根据权利要求1所述的激光器单元，其特征在于，所述控制器用于确定时间间隔，并 针对各时间间隔判断是否改变所述温度。
7.根据权利要求1所述的激光器单元，其特征在于，所述控制器用于将所述温度设置 为第一水平，确定温度改变方向，确定步长大小，确定时间间隔，判断在给定时间间隔内是 否改变所述温度，在所述温度改变方向上按第一步长改变所述温度，直到达到所述高温或 所述低温为止，并且当达到所述高温或所述低温时，反转所述温度改变方向，并且在反转后 的温度改变方向上按第二步长升高或降低所述温度，直到达到所述高温或所述低温为止。
8.根据权利要求7所述的激光器单元，其特征在于，所述第一步长的大小与所述第二 步长的大小相等。
9.根据权利要求4所述的激光器单元，其特征在于，所述步长为1秒以下。
10.根据权利要求4所述的激光器单元，其特征在于，所述步长为100微秒以下。
11.一种NIU，包括根据权利要求1所述的激光器单元。
12.—种NIU，包括根据权利要求7所述的激光器单元。
13.一种网络接口单元(NIU)，包括 根据权利要求1所述的激光器单元； 第一连接器，其能够连接至光纤；光通路，其从所述激光器通向所述第一连接器； 第二连接器，其能够连接至电导体；以及 电通路，其从所述激光器通向所述第二连接器。
14.一种方法，包括提供用于生成具有某一波长的光信号的至少一个激光器； 提供用于设立所述至少一个激光器的温度的温度控制系统；以及 在高温和不同于所述高温的低温之间自动改变所述温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，自动改变所述温度包括 将所述温度设置为第一水平；确定温度改变方向；在所述温度改变方向上按第一步长改变所述温度，直到达到所述高温或所述低温为 止；以及当达到所述高温或所述低温时，反转所述温度改变方向；以及在反转后的温度改变方向上按第二步长升高或降低所述温度，直到达到所述高温或所 述低温为止。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括确定一系列时间段，并且针对各时 间段，判断在各时间段期间是否改变所述温度。
17.一种系统，包括多个网络接口单元(NIU)，用于经由光纤与接收器进行通信，并且各自包括根据权利要 求1所述的激光器单元；以及多个第一终端单元，其连接至各个NIU，所述第一终端单元用于向所述OTU发射信号， 以通过所述NIU将所述信号发射到所述光纤上。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，包括连接至各个NIU的多个第二终端 单元，所述第二终端单元用于向所述NIU发射信号，以通过所述OTU将所述信号发射到光纤 上，其中，所述多个第一终端单元在第一通道上发射，并且所述多个第二终端单元在第二通 道上发射。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述多个NIU中的控制器选择步长的大 小，并且在第一组的多个NIU中，所述步长的大小相互不同。
20.根据权利要求17所述的OTU，其特征在于，所述多个OTU中的控制器将所述多个 NIU中的激光器的温度设置为不同的第一水平，并且以不同的时间间隔，按与所述多个NIU 中的其它NIU所使用的步长不同大小的步长，在第一方向或第二方向上以远离所述第一水 平的方式改变所述温度。
全文摘要
一种激光器单元，其能够用于网络接口单元(NIU)中，包括激光器(24)，用于生成具有某一波长的光信号；温度控制系统，用于设立所述激光器的温度；以及控制器，其在功能上连接至用于设置所述温度的所述温度控制系统(28)，所述控制器用于在高温和不同于所述高温的低温之间自动改变所述温度。此外，还提供一种包括所述激光器的NIU和NIU系统以及控制所述激光器的相关方法。
文档编号H01S5/06GK102124617SQ200980131490
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年6月24日
发明者M·伏格尔 申请人:北卡罗来纳康姆斯科普公司