专利名称：直接激光器调制的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光学通信的设备和方法。
背景技术：
本部分介绍可有助于促进对发明的更好理解的方面。因此，本部分的陈述应据此来阅读，且不应理解为承认什么是现有技术或什么不是现有技术。在光学通信系统中，将数据流调制到光学载波上，所述光学载波将数据从光学发射器载运到光学接收器。光学数据调制的一个常用方法涉及对光学载波的振幅调制，例如在接通与断开状态之间的调制。对光学载波的此光学振幅调制可通过对产生光学载波的激光的直接调制来执行，例如通过改变其输出正在被调制的激光器的偏置。对光学载波的此光学振幅调制可替代地通过例如以可变光学衰减器对激光器输出的光束进行外部调制来执行。
发明内容
各种实施例提供基于经直接调制的激光器的阵列来光学传送数据。一些此类实施例提供用于波长锁定经直接调制激光器阵列的设备和/或方法，所述激光器产生用于光学通信系统的经数据调制的光学载波。一种设备的一个实施例包含激光器阵列、电驱动器阵列和光学滤光器。每一激光器经配置以在对应波长通道中产生光，其中所述激光器中的不同者的所述波长通道是不同的。所述电驱动器经连接以直接调制所述激光器。每一驱动器产生第一驱动电流或电压以致使所述激光器中的对应一者处于第一激射状态，且产生不同的第二驱动电流或电压以致使所述激光器中的所述对应一者处于不同的第二激射状态。所述光学滤光器经连接以接收由所述激光器输出的光。所述光学滤光器选择性地衰减来自所述激光器中的每一者在其所述第一激射状态中的光，且选择性地通过来自所述激光器中的每一者在其所述第二激射状态中的光。在以上设备的一些实施例中，所述激光器光学滤光器的波长通道可具有平均波长通道间距，且所述平均波长通道间距约等于所述光学滤光器的自由光谱范围的正整数倍。所述平均波长通道间距可等于例如自由光谱范围的正整数倍± 10%或更少的平均波长通道间距。在以上设备中的任一者的一些实施例中，每一激光器可响应于以第一数字数据值直接调制而输出具有第一中心波长的光，且响应于以不同的第二数字数据值直接调制而输出具有不同的第二中心波长的光。在此些实施例中，所述光学滤光器具有在同一激光器的每一第二中心波长处比所述第一中心波长处小至少2分贝的响应。在以上设备中的任一者的一些实施例中，所述设备可进一步包含第一和第二光检测器。第一光检测器经配置以接收正由所述激光器输出且未通过所述光学滤光器的光。第二光检测器经配置以接收正由所述激光器输出且已通过所述光学滤光器的光。在一些此类实施例中，所述设备还可包含控制器，所述控制器经配置以基于所述第一和第二光检测器的光强度测量而调整所述激光器的输出波长。在以上设备中的任一者的一些实施例中，所述设备可经配置以抖动所述激光器中的每一者。在一些此类实施例中，所述控制器可经配置以通过估计在激光器中的特定一者的抖动频率下由第二光检测器检测到的光强度来调整激光器中的所述特定一者的输出波长。在以上设备中的任一者的一些实施例中，所述设备可经配置以用激光器中的每一者调制对应的伪随机序列。在一些此类实施例中，控制器还可经配置以通过估计由第二光检测器检测到的光强度的与对应于激光器中的特定一者的伪随机序列相关的部分来调整激光器中的所述特定一者的输出波长。在以上设备中的任一者的一些实施例中，控制器可经配置以估计激光器中的个别者对由第二光检测器测得的光强度的相对贡献。在以上设备中的任一者的一些实施例中，光学滤光器可具有自由光谱范围，其近似等于由激光器阵列输出的光的平均波长通道间距±10%或更少的平均波长通道间距。在一些实施例中，一种方法包含:直接调制多个激光器以使得所述激光器中的每一者产生光学载波，所述光学载波经调制以在对应于所述激光器中的所述一者的波长通道中载运数字数据。所述方法还包含:通过对所述经调制光学载波进行光学多路复用来形成多路复用光束；以及用具有自由光谱范围的光学滤光器对所述经多路复用的光束的第一部进行光学滤光。所述波长通道以平均波长通道间距间隔开，所述平均波长通道间距约等于所述自由光谱范围的正整数倍。在以上方法的一些实施例中，每一经直接调制的激光器可在发射第一值的数字数据时以对应第一中心波长进行激射且在发射不同的第二值的数字数据时以对应不同的第二中心波长进行激射。所述光学滤光可使在所述第二中心波长处的光衰减比在所述第一中心波长处的光多至少2分贝。在以上方法中的任一者的一些实施例中，所述方法进一步包含:以大体上不依赖于波长的方式划分所述经多路复用的光束以形成所述经多路复用的光束的所述第一部和所述经多路复用的光束的第一部分。在此些实施例中，所述方法还包含测量所述经多路复用的光束的所述第一部分的强度而不使所述第一部分通过所述光学滤光器；以及测量所述经多路复用的光的所述经滤光第一部的第二部分的强度。所述第二部分是通过以大体上不依赖于波长的方式将所述经滤光第一部划分为所述第二部分和所述经滤光部的另一部来产生的。在任何此些实施例中，所述方法可进一步包含基于所述测得强度中的一者或一者以上来调整所述激光器的输出波长。在任何此些实施例中，所述方法可进一步包含在测量动作期间抖动激光器的输出波长。在任何此些实施例中，调整激光器中的每一个别者的输出波长可包含估计在激光器中的个别一者的抖动频率下对第二部分的测得强度的贡献。在以上方法中的任一者的一些实施例中，每一经直接调制的激光器在发射第一值的数字数据时以对应第一中心波长进行激射且在发射不同的第二值的数字数据时以对应的第二中心波长进行激射。在此些实施例中，所述滤光使在所述第二中心波长处的光衰减比在所述第一中心波长处的光多至少2分贝。
在以上方法实施例中的任一者中，光学滤光器的自由光谱范围可等于平均波长通道间距±10%或更少的平均波长通道间距。
图1A、1B和IC分别在光学发射器、光学接收器和光学通道中示意性说明光学通信系统的第一、第二和第三实例，所述系统直接调制一个或一个以上激光器且对经调制光学载波进行光学滤光。图2示意性 说明在光学通信系统或光学子系统(例如，图1A到IC的光学系统和图3的光学子系统)中在直接激光器调制期间激光器的输出谱的实例以及可能用以对输出谱进行光学滤光的滤光器响应的实例。图3示意性说明具有光学滤光器的光学子系统，例如用以例如在图1A到IC的光学通信系统中的任一者中改善振幅光学消光比和/或执行波长通道锁定。图4是说明例如在图1A、1B、1C和3中的任一者的系统和子系统中处理由阵列的一个或一个以上经直接调制的激光器输出的光以例如改善振幅光学消光比的方法的流程图。图5是说明例如在图1A、1B、1C和3中的任一者的系统和子系统中调整经直接调制激光器的任一阵列的输出波长以例如实施波长锁定的方法的流程图。图6A到6Ctj^意性说明例如在图1A、1B、1C和3中的任一者的系统和子系统中来自经直接调制激光器的经振幅和/或频率和/或频率调制的光学载波的强度可如何由于以相对于激光器输出谱中的主谱峰具有不同对准的光学滤光器进行滤光而改变。在图式和文字中，相同参考符号指示具有相似或相同功能和/或结构的元件。在图式中，可能夸大某个特征的相对尺寸以更清楚地说明特征和/或与本文中其它特征的关系。此处，通过图式和说明性实施例的详细描述来更完整地描述各种实施例。然而，本发明可以各种形式体现且不限于图式和说明性实施例的详细描述中描述的实施例。
具体实施例方式全部在2010 年 10 月 7 日申请的第 61/390876、61/390837、61/390840 和 61/390798号美国临时申请案，在2010年11月12日由大卫.T.内尔森(David T.Neilson)、纳格什.R.巴萨凡哈利(Nagesh R.Basavanhally)和马克.恩肖(Mark Earnshaw)申请的第12/944,939号美国申请案“用于WDM接收器或发射器的光学组合件(OPTICAL ASSEMBLYFOR A WDM RECEIVER OR TRANSMITTER) ”(代理人案号 807934-US-NP)，在 2010 年 11月12日由马克.恩肖申请的第12/944，875号美国申请案“用于线路卡的光电子组合件(0PT0-ELECTR0NIC ASSEMBLY FOR A LINE CARD) ”(代理人案号 807933-US-NP)，在 2010年11月12日由马克.恩肖和弗拉维奥.帕尔多(Flavio Pardo)申请的第12/944,917号美国申请案“具有倒装芯片式安装激光器或集成阵列式波导光栅波分多路复用器的光学发射器(OPTICAL TRANSMITTER WITH FLIP-CHIP MOUNTED LASER OR INTEGRATED ARRAYEDWAVE⑶IDE GRATING WAVELENTH DIVISION MULTIPLEXER) ”(代理人案号 807931-US-NP)，在2010年11月12日由默罕默德.拉什拉斯(Mahmoud Rasras)申请的第12/944，946号美国申请案“热控制半导体光学波导(THERMALLY CONTROLLED SEMICONDUCTOR OPTICALWAVE⑶IDE) ” (代理人案号808553-US-NP)，和在2010年11月12日由道格拉斯.M.吉尔(Douglas M.Gill)申请的第12/945，550号美国申请案“波长对准多通道光学发射器(WAVELENGTH ALIGNING MULT1-CHANNEL OPTICAL TRANSMITTERS)” (代理人案号808555-US-NP)，全部以全文引用的方式并入本文。以上申请案中的一者或一者以上可描述光学发射器结构和/或光学接收器结构；制作光学接收器结构和/或光学发射器结构的方法；和/或使用光学接收器、光学发射器及其组件的方法，其可适合于在如本文描述的实施例和/或实施例的组件中使用或与其一起使用、其制作和/或使用。各种实施例 可提供对阵列的一个或一个以上经直接调制激光器的光学波长锁定和/或可提供改善阵列的一个或一个以上经直接调制激光器中的振幅光学消光比(extinction ratio)。图1A到IC示意性说明光学通信系统10A的替代实施例10A到10C，光学通信系统10A包含光学发射器2、光学发射通道4和光学接收器6。光学发射器2将数字数据直接调制到光学载波上，且将经调制光学载波经由光学发射通道4发射到光学接收器6。光学发射通道4可为光学波导、光纤线路(例如，光学发射光纤的全光学单跨度或多跨度或者非全光学多跨度线路)，或自由空间光学通道。光学接收器6处理接收的经调制光学载波且提取调制于其上的数字数据。每一光学通信系统10A到10C包含光学通信子系统,其具有N个激光器12”…，12N的阵列、N个对应激光器驱动器14”…，14n的阵列、光学滤光器18和任选的N Xl光学多路复用器或功率组合器16。此处，N指代正整数，例如N可为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更大的整数。N个激光器12”…，12N中的每一者可在直接激光器调制期间输出经振幅和/或频率调制的光学载波，即由图1A到IC中的带箭头线示意性说明的光束。每一此光学载波的光通常在单独的波长通道中。波长通道形成具有平均波长通道间距(AWCS)的若干邻近通道的序列。平均波长通道间距在间距依赖于波长的情况下是实际波长通道间距，否则不同于实际波长通道间距。每一经振幅和/或频率调制的光学载波可承载对应于由光学发射器4接收的数字数据序列(例如，图1A到IC中的数据序列DATA1 - DATAn)的顺序数据调制。每一激光器驱动器H1,…，14n电连接到且控制阵列的对应激光器12”…，12N。每一激光器驱动器Il可使对应激光器12」响应于由所述激光器驱动器Il接收的数字数据而在固定的一组激射状态之间变换。激光器驱动器Hj可通过调整偏置电流或电压或者通过调整对应激光器12」的泵激电流来变换激射状态。每一固定组的激射状态包含两个或两个以上状态，且激光器的输出强度或波长或两者在所述固定组中的不同状态中有所不同。通常，输出强度、波长或两者如下文论述在所述固定组中的不同状态中有所不同。因此，每一激光器驱动器Hj直接调制对应激光器12」以输出光学载波，所述光学载波经振幅和/或频率调制以载运由所述激光器驱动器Hj接收的数字数据序列DATAjtl任选的N Xl光学耦合器16可连接到N个激光器U1 - 12N的光学输出，且将来自激光器IZ1 - 12n的光递送到光学滤光器18的光学输入作为光学波长多路复用光束。Nxl光学多路复用器16可为例如常规的阵列式波导光学多路复用器或光学衍射光栅或一组薄膜光学滤光器(例如，二向色膜)。来自N个激光器U1 - 12n的光或者可例如经由体光学装置(未图示)单独地引导到光学滤光器18的光学输入。光学滤光器18接收来自激光器A - 12n的经振幅和/或频率调制的光束。光学滤光器18可处于分别如图1A、IB和IC中说明的光学发射器4、光学接收器6或光学发射通道4中。在一些实施例中，光学滤光器18改善了由阵列的激光器U1 - 12N输出的一些或全部经调制光束的振幅光学消光比，即，使得经调制光束在其上具有改善的振幅调制。事实上，激光器U1 - 12N可以不合需要地低的振幅光学消光比来产生经调制光束，例如3到5分贝(dB)，因为其振幅调制在直接激光器调制期间具有低深度。振幅调制的深度可在各种实施例中保持为低，使得激光器- 12n不会在时间响应滞后可能在其中的载波电流中发生的高速直接调制时具有操作不稳定性。但是，低调制深度通常暗示激光器将产生振幅消光比较低的经调制光学载波，这意味着光学载波的振幅调制具有较大DC光学分量。此较大DC光学分量可实质上且不合需要地降低光学接收器处的信噪比，所述光学接收器基于其振幅调制而解调来自所接收光学载波的数据。此较大DC光学分量或等效的较低振幅光学消光比可能在光学接收器远离发射经调制光学载波的光学发射器时尤其成问题。因此，在光学通信系统IOA到IOC的一些实施例中，可能希望改善由N个激光器U1 - 12n中的一些或全部输出的经振幅和/或频率调制的光学载波的振幅光学消光比。另外，一些实施例可经配置以用较低或最少振幅调制来直接调制一些或全部N个激光器- 12N输出频率经调制光学载波。在此些实施例中，光学滤光器18中的光学滤光可将具有合适振幅消光比的振幅调制引入到此些经频率调制的光学载波上。图2示意性说明图1A到IC的光学滤光器18的一个实施例的动作。光学滤光器18的此实施例可用以改善由图1A到IC的激光器U1 - 12,输出的经振幅和/或频率调制光学载波中的一者或一者以上中的振幅光学消光比，和/或可用以将N个激光器U1 - 12n中的一者或一者以上光学地波长锁定到对应的预定输出波长通道。图2示意性说明具有最近相邻波长通道的两个激光器的第j和第(j+Ι)波长通道的输出谱(实线)和光学滤光器18的滤光器响应(虚线)。在此实施例中，每一激光器W1 - 12n在直接激光器调制期间在两个激光器状态之间切换，即高输出强度状态H和低输出强度状态L。在这两个状态中，激光器的光学腔具有稍微不同的光学路径长度。不同的光学路径长度可能例如由激光器的光学腔中的不同载波密度造成，和/或可能例如由腔对不同激光器驱动电压的电光响应造成。由于不同的光学路径长度，每一激光器- 121<在H状态中操作时产生在H谱峰中的光，且在L状态中操作时输出具有稍微不同波长的L谱峰中的光。如图2中说明，光学滤光器18的实施例具有依赖于波长的响应，其中一些通带大约以激光器- 12n的H峰为中心。光学滤光器18的这些通带大体上通过对应H峰的光，且较强地衰减同一激光器- 12n的L峰的光，因为此些通带中的每一者的边缘位于对应的一对H峰与L峰之间或靠近对应的一对H峰和L峰。举例来说，光学滤光器18的所说明实施例可使同一激光器U1 - 12n的H峰的强度与L峰的强度的比率增加2dB或更多或者增加4dB或更多。因此，光学滤光器18可通过使对应一对H和L激射状态更靠近光学接通和断开键控状态来改善振幅光学消光比，即使直接激光器调制并不太深也是如此。在一些实施例中，光学滤光器18经配置以大体上通过N个经直接调制激光器U1 - 12n的每一 H峰且大体上阻挡其每一 L峰。此配置可通过波长通道的平均波长通道间距(AWCS)是否大约是光学滤光器18的自由光谱范围(FSR)的整数倍来实现。举例来说，AWCS可等于FSR、2FSR、3FSR等等，至多有一小误差。在AWCS的值与FSR的相关整数倍之间的所述小误差的大小限制了阵列的最大大小，但所述误差将通常至少小于AWCS的10%。如果FSR和AWCS满足以上关系中的一者且N个激光器U1 - 12,的输出谱具有至多有总体平移的相似的形状，那么，如果光学滤光器18大体上通过激光器12」的H峰且较强地相对衰减L峰，则光学滤光器18可大体上通过由其它经直接调制的激光器U1 - 12N输出的经振幅和/或频率调制的光学载波的H峰且较强地衰减L峰。替代地，激光器A - 12n的可为固定的或可调谐到不均匀栅格，其中相邻栅格波长之间的间距经设定为光学滤光器18的FSR的大约正整数倍，例如所述间距可为FSR、2FSR、3FSR等。举例来说，相邻栅格波长之间的间距可与FSR的此些正整数倍相差少于正倍数的10%。图3说明子系统30的实例，其中N个激光器W1 - 12N经直接调制以并行地发射数字数据到例如图1A的光学发射器2中的N个对应光学通道的序列。子系统30包含对由N个激光器- 12,输出的光进行组合的光学多路复用器16、处理和/或帮助监视经多路复用的输出光的光学序列32,且在一些实施例中包含监视与调整系统52。光学序列32将经多路复用的输出光的一部分(B卩，如虚线指示)从光学多路复用器18发射到图1A的发射光纤4。在一些实施例中，光学序列32还可将经多路复用的输出光的部分发射到监视与调整系统52。光学序列32包含光学滤光器18且可包含一个或一个以上其它体或集成的常规光学元件，例如体光学组件的自由空间序列。其它光学元件可包含一个或一个以上光学光束分裂器34、36，一个或一个以上中继透镜38、40，一个或一个以上光学隔离器42、44，以及一个或一个以上转向镜46、48、50。光学滤光器18可为例如法布里-珀罗(Fabry - P6rot)标准具，其自由光谱范围的正整数倍约等于阵列的N个激光器U1 - 12n的平均波长通道间距(AffCS)，例如至多为AWCS的土 10%或更少。滤光器可为单腔或多腔滤光器，例如多腔光学标准具，其产生所要的滤光分布。任选的第一和第二光学光束分裂器34和36分别在由光学滤光器18滤光之前和之后分裂经多路复用的光束的第一和第二部分。光学光束分裂器34和36不是显著地波长依赖于N个激光器12「12N的谱，例如所述分裂可为功率或极化。光学光束分裂器34和36将经光学多路复用的光束的第一和第二部分引导到监视与调整系统52。中继透镜38、40可帮助减少由于衍射带来的损失且便于通过光学系统的光束的对准。中继透镜38、40还可为光学滤光器18提供最佳光束大小以确保正确的滤光器形状和其中的低光学损失。中继透镜38、40还经配置以减少光学滤光器18中的经光学多路复用的光束的不同部分的光学路径长度差。光学隔离器42和44分别减少到N个激光器U1 - 12n的光学反馈和到监视与调整系统52的光学反馈。转向镜46、48、50可帮助成形或减小子系统32的占据面积的线性尺寸。监视与调整系统52包含第一和第二光强度检测器54和56 (例如光电二极管)，和电子控制器58。第一光检测器54进行测量，所述测量指示在光学滤光器18中的滤光之前经多路复用的光束的强度。第二光检测器56进行测量，所述测量指示在光学滤光器18中的滤光之后经多路复用的光束的强度。控制器58通过电线连接以从光强度检测器54、56接收测量值，且通过电线连接以实现基于测得的光强度对阵列的N个激光器A - 12n的输出波长的调整。举例来说，电子控制器58可例如经由到激光器U1 - 12n的个别加热器(未图示)的电流来单独控制N个激光器12,12,*的每一者的光学腔的温度。因此，控制器58控制且可调整N个激光器U1 - 12n的输出波长。在子系统32中，N个激光器U1 - 12N中的每一者可任选地包含驱动器6(^ - 60N,其经配置以抖动对应激光器- 12n的输出频率。举例来说，抖动频率可在约I到10千赫(kHz)、约10到IOOkHz或约100到IOOOkHz的范围内。第j驱动器60」可在一频率下抖动第j激光器12」的输出频率，所述频率不同于第k驱动器60k抖动第k激光器12k的频率，其中全部k古j。出于此原因，N个激光器U1 - 12N中的个别者对来自光学多路复用器16的经多路复用的光束的贡献可通过对应的抖动频率来识别。虽然本文将每一激光器上的抖动描述为在单个频率下执行，但替代实施例可使用其它类型的频率抖动。举例来说，频率抖动可使用展频技术，其中每一激光器- 12,将在一频率带上抖动，例如码分多址(CDMA)中。鉴于本发明，相关领域的技术人员将容易了解，频率抖动的此些替代形式还将提供使得能够区分N个激光器U1 - 12N中的个别者对经多路复用光束的贡献和对经多路复用光束的由光学滤光器18滤光的部分的贡献的技术。特定来说，电子控制器58可在一取样周期中累计光检测器54、56的测量值。所述取样周期与在波长通道上发射一个数据符号的周期相比通常较长，且与激光器U1 - 12n中的任一者的输出光学波长预期显著改变的时间相比通常较短。对于每一取样周期，电子控制器58可通过评估在激光器U1 - 12n中的个别一者的抖动频率下的测量值的傅立叶系数来确定激光器- 12N中的所述个别一者对由光检测器54、56测得的强度的贡献。基于贡献的值，电子控制器56可确定如何改变激光器U1 - 12n中的所述个别一者的输出光学波长，例如使得激光器- 12n中的个别者的输出光学波长近似经波长锁定于约为距阵列的激光器A - 12n中的其它者的最近输出光学波长的AWCS。在抖动频率下，对经多路复用光束的在光检测器56中测得的部分的贡献与经多路复用光束的在光检测器54中测得的部分的贡献的比率经常在光学滤光器18的通带大约以激光器- 12N中的对应一者的H峰为中心时大致最大化。此最大化将通常在光学滤光器18的通带具有等于或小于H峰的3dB宽度的3dB宽度的情况下发生。则光学滤光器18可在大约以H峰的中心波长为中心时大体上通过H峰且同时大体上衰减对应的L峰。图3的子系统30的替代实施例可使用替代方式来区分个别激光器U1 - 12N在经光学多路复用的光束及其经滤光部分中的强度贡献。举例来说，子系统30可经配置以用对应且相异的伪随机数字数据序列来调制每一个别激光器- 12n。随后，可使用不同的伪随机数字数据序列来识别激光器- 12n中的个别者的贡献。特定来说，电子控制器58可使用测得的光强度的与伪随机数字数据序列中的一者时间相关的那些部分作为激光器12! - 12n中发射所述特定伪随机序列的一者的贡献的度量。事实上，对激光器中的所述一者的输出波长的任何调整均可基于由光检测器54、56检测到的光强度的与所述特定伪随机序列时间相关的部分的估计。
图4说明操作N个激光器(例如，图1A、1B、1C和/或3中的激光器U1 - 12N)的阵列以光学发射数字数据的方法70。此处，整数N大于或等于1，例如N可为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更大。方法70包含直接调制多个激光器以使得所述多个激光器中的每一激光器在对应波长通道上输出经振幅和/或频率调制的光束(步骤72)。不同激光器的波长通道以平均波长通道间距间隔开。各种波长通道可以或可不以近似不依赖于波长的间距间隔开。直接调制产生载运数字数据流的光学载波，例如每一光学载波可由不同的所接收数字数据流来调制。举例来说，图1A到IC和/或3的驱动器H1 - 14n驱动激光器A - 12N以输出由数字数据流DATA1 - DATAn进行振幅和/或频率调制的光学载波。光学载波的振幅和/或频率调制可在一些实施例中近似对应于光学接通/断开键控，或可对应于具有两个以上符号值的振幅和/或频率调制协议。方法70包含对由激光器输出的经振幅和/或频率调制的光学载波进行光学多路复用以形成经光学多路复用的光束(步骤74)。光学多路复用可由图1A、IB、IC和/或3的Nxl光学多路复用器16执行，例如其可经由光学波导(OW)接收经振幅和/或频率调制的光学载波。方法70包含在光学滤光器(例如，图1A、1B、1C和/或3的光学滤光器18)中对经光学多路复用的光束进行光学滤光(步骤76)。光学滤光器具有自由光谱范围(FSR)。平均波长通道间距近似为光学滤光器的自由光谱范围的整数倍。举例来说，平均波长通道间距可与自由光谱范围的此整数倍相差少于平均波长通道间距的约10%。则，如果步骤76的光学滤光改善了波长通道中的一者的振幅光学消光比，那么光学滤光还可改善N个光学通道中的其它者的振幅光学消光比，即，谱强度峰在波长通道中的每一者中相似地分布的情况。步骤76的光学滤光通常衰减经直接调制的激光器中的每一者的一个谱峰(例如，图2的L峰)比经直接调制的激光器中的同一者的另一谱峰(例如，图2的H峰)更强。举例来说，低强度谱峰可通常比对应H峰更强地衰减2dB或更多，或可比对应的H峰更强地衰减4dB或更多。在此些实施例中，步骤76的光学滤光改善了由经直接调制的激光器输出的经振幅和/或频率调制的光学载波的振幅光学消光比。
图5说明对经直接激光器调制的激光器(例如，图1A、1B、1C和/或3中说明的N个激光器- 12n)的阵列进行波长锁定的方法80。方法80包含例如使用图1A到IC和/或图3的光学多路复用器16，在数字数据的直接激光器调制期间对由N个对应激光器输出的N个经振幅和/或频率和/或频率调制的光学载波进行光学多路复用(步骤82)。所述N个经振幅和/或频率调制的光学载波是在不同的波长通道上并行输出。因此，光学多路复用产生在N个不同光学波长通道中具有经振幅和/或频率调制的光学载波的经光学多路复用的光束。方法80可任选地包含在N个激光器中的每一者的直接激光器调制期间对其输出光学波长进行频率抖动。举例来说，抖动可用图3的驱动器6(^ - 6(^来完成。对N个激光器进行频率抖动可串行或并行地执行。如果频率抖动并行地执行，则N个激光器中的每一者将通常具有与N个激光器中的其它者不同的抖动频率。个别抖动频率可例如为范围IOkHz到 IOkHzUOkHz 到 1000kHz、IOOOkHz 到 IMHz 等中的一者。方法80任选地包含例如在图3的光学光束分裂器34中将经多路复用的光束光学分裂为主部分和第一取样部分(步骤84)。光学分裂将主部分朝向光学滤光器(例如，图1A到IC和3的光学滤光器18)引导，且将取样部分朝向光学强度检测器(例如，图3的光检测器54)引导。光学分裂是以大体上不依赖于波长的方式执行，使得第一取样部分中的个别波长通道的强度指示原始经光学多路复用的光束中的那些波长通道的相对强度。举例来说，光学分裂可涉及用极化分裂器或光学功率分裂器分裂经光学多路复用的光束以提供此大体的不依赖于波长的性质。在包含步骤84的任选光学分裂的实施例中，方法80还包含例如在图3的光检测器54中在第一时间平均周期中的一组时间处以电子方式测量经光学多路复用的光束的第一取样部分(即，未经滤光部分)的光学强度(步骤86)。第一时间平均周期优选与激光器的输出波长预期大体上改变的时间相比较短，且与用于在经振幅和/或频率调制的光学载波中的一者上发射光学符号的周期相比通常较长，例如，所述周期可为一到几毫秒。在所述时间序列处测得的强度可例如发送到图3的电子控制器58以用于进一步处理。在包含步骤84的任选光学分裂的实施例中，方法80还包含例如在图3的电子控制器58中以电子方式估计波长通道中的个别者中的光对在第一时间平均周期中的所述组时间处测得的第一取样部分的强度的相对贡献(步骤88)。估计步骤88估计N个激光器中的个别者对测得的强度的贡献，且可以串行方式或并行方式执行。在串行实施例中，步骤88的估计可涉及顺序地改变由N个激光器中的个别者输出的光的振幅和/或频率或循序地对N个激光器中的个别者进行频率抖动，以确定正改变的激光器对测得的光学强度的个别贡献。在并行实施例中，估计步骤88可涉及并行地对N个激光器进行频率抖动，其中激光器中的每一者是在与激光器中的其它者不同的频率下抖动。在此实施例中，抖动频率可用以识别N个激光器中的个别者的贡献。随后，估计步骤90可涉及例如评估在N个激光器的抖动频率下在第一取样部分中测得的强度的傅立叶分量的傅立叶系数。此些傅立叶系数可通过对在第一时间平均周期的所述组时间处测得的强度取加权平均值来获得。事实上，针对特定频率的测得强度的傅立叶系数是在所述频率下抖动的激光器对在第一时间平均周期中针对第一取样部分测得的强度的相对贡献的一个估计。如果在步骤84处滤光器的谱响应是已知的，则比较在滤光器的滤光之前和之后的傅立叶分量可使得能够确定发射所述傅立叶分量的激光器的波长的相对位置。方法80包含在光学滤光器中光学滤光经多路复用的光束或在其中执行光学分裂步骤84的实施例中光学滤光经多路复用光束的主部分(步骤90)。光学滤光器可为例如图3的光学滤光器18。波长通道的平均波长通道间距(ACS)可约等于光学滤光器的自由光谱范围(FSR)的正整数倍，例如至多有ACS的±10%或更小的误差。对于此自由光谱范围，步骤90的光学滤光可改善N个经振幅和/或频率调制的光学载波中的每一者的振幅光学消光比，前提是光学滤光改善经振幅和/或频率调制的光学载波中的一者的振幅光学消光比且光强度分布在不同波长通道中具有相似形状。对于此自由光谱范围，光学滤光步骤90还可提供可用于波长锁定N个激光器中的每一者的反馈，前提是光学滤光再次提供可用于波长锁定N个激光器中的一者的反馈且光强度分布在不同波长通道中具有相似形状。方法80包含例如在图3的光学光束分裂器56中将经光学滤光的经多路复用光束或其经光学滤光的主部分光学分裂为输出部分和第二取样部分(步骤92)。光学分裂步骤92也是以大体上不依赖于波长的方式执行，使得每一波长通道对第二取样部分的强度的贡献指示经光学滤光的经多路复用光束或其经光学滤光的主部分中的个别波长通道的相对强度。举例来说，步骤92的光学分裂可用极化分裂器或光学功率分裂器来执行以提供此大体的不依赖于波长的性质。此光学分裂步骤92通常将经滤光的经多路复用光束或其经滤光的主部分的输出部分朝向光学发射通道引导。在图1A的系统IOA中，输出部分可直接或间接地发射到光学发射通道4。在图3的子系统30中，输出部分通过由中继透镜40、镜50和隔离器44形成的光学序列32的部分进一步处理，且随后发射到光学发射通道4。此光学分裂步骤92通常将第二取样部分引导到第二光学强度检测器，例如图3的光强度检测器56。替代地，并非执行光学分裂步骤92以产生第二取样部分，而是可使用来自滤光器的经多路复用光束的反射部分来形成朝向第二光学强度检测器引导的第二取样部分。方法80包含例如用图3的光检测器54在第二时间平均周期中的时间序列处以电子方式测量经滤光的经多路复用光束或经多路复用光束的经滤光主部分的第二取样部分的光学强度(步骤94)。第二时间平均周期再次优选与N个激光器的输出波长预期大体上改变的时间相比较短，且与用于在经振幅和/或频率调制的光学载波中的一者上发射光学符号的周期相比通常较长。第二时间平均周期可等于或约等于第一时间平均周期。在第二时间平均周期的所述时间序列处测得的强度可再次发送到图3的电子控制器58。方法80包含例如在图3的电子控制器58中以电子方式估计个别波长通道对在第二时间平均周期的时间处测得的第二取样部分的强度的相对贡献(步骤96)。步骤96的估计涉及估计激光器中的个别者对测得强度的贡献，且可以串行方式或并行方式执行。步骤96的串行和并行实施例可相似或相同于关于估计步骤88描述的相应串行和并行实施例，不同的是处理是对在第二时间平均周期期间的第二取样部分的测量值执行而不是对在第一时间平均周期期间的第一取样部分的测量值执行。举例来说，波长通道对第二取样部分的贡献的估计可取为频率为激光器的抖动频率的傅立叶分量的傅立叶系数，所述激光器在所述波长通道中输出经振幅和/或频率调制的载波。方法80包含基于在以上步骤96处确定的个别激光器对经多路复用光束的经滤光部分的第二取样部分的测得强度的相对贡献的估计来调整个别激光器的输出波长(步骤98)。调整步骤98任选地也可基于在以上步骤88处确定的所述个别激光器对经多路复用光束的第一取样部分(即，未经滤光部分)的测得强度的相对贡献的步骤88的估计。调整步骤98可例如由图3的控制器58控制，且输出波长调整可通过控制器58对用于N个激光器的个别加热器(图3未图示)的调整来实施。在一些实施例中，调整步骤98涉及将N个激光器的输出波长调整为位于波长通道的预选定栅格上，例如其中相邻通道以固定或不依赖于波长的间距分离的栅格，所述间距例如约等于平均波长通道间距(AWCS)。在一些实施例中，在步骤96处确定的激光器对经滤光光的第二取样部分的测得强度的估计强度贡献自身用以确定如何改变所述激光器的输出波长。举例来说，可调整输出波长以反复地最大化此贡献的估计值。在其它实施例中，在步骤96处确定的激光器对经滤光光的第二取样部分的测得强度的估计贡献与在步骤88处确定的同一激光器对未经滤光光的第一取样部分的测得强度的估计贡献的比率用以确定如何改变所述激光器的输出波长。举例来说，可反复地调整所述激光器的输出波长以最大化此比率。如上文论述，此激光器的两个贡献可获得作为在所述激光器的抖动频率下第一和第二取样部分的测得强度的傅立叶分量的傅立叶系数。图6A到6C说明在步骤96处估计的在直接调制期间激光器对第二取样部分的测得强度的贡献以及所述贡献与在步骤88处估计的在直接调制期间同一激光器对第一取样部分的测得强度的贡献的比率可如何用以确定激光器的输出波长。在图6A到6C中，执行滤光步骤90的光学滤光器具有与激光器的输出谱中的H谱峰约一样宽的通带。对于此光学滤光器，在光学滤光之后激光器对经多路复用光束的强度的贡献较强地依赖于光学滤光器的通带的谱位置以及激光器的H和L峰的谱位置。图6A、6B和6C指示其中步骤90的光学滤光器具有矩形通带的配置，所述矩形通带分别:A)在直接调制期间以激光器的H峰的中心波长为中心，B)在直接调制期间以比激光器的H峰的中心波长稍微更短的波长为中心，以及C)在直接调制期间以比激光器的H峰的中心波长稍微更长的波长为中心。图6A到6C的左边部分说明这些配置的步骤90的光学滤光器的通带(点线)和激光器的输出谱(实线)。图6A到6C的右边部分说明分别如图6A、6B和6C中配置的激光器在步骤90的光学滤光之后谱的依赖于波长的强度。右边部分展示其中H峰的中心波长近似以光学滤光器的通带的中心波长为中心的图6A的配置导致比其中H峰的中心波长不以光学滤光器的通带的中心波长为中心的图6B到6C的配置大的累积强度的经滤光光。出于此原因，通过用光学滤光器在步骤90处的滤光产生的光束的波长累积强度在经直接调制的激光器的H峰的中心波长与光学滤光器的通带的中心波长对准时具有最大值。出于此原因，通过调整每一激光器的输出波长以最大化在步骤96处估计的其对第二取样部分的测得强度的贡献，可将每一激光器波长锁定以在用于步骤90处的光学滤光的光学滤光器的对应通带中输出光。在各种实施例中，可重复图5的方法80的步骤以将N个激光器近似波长锁定于一组预选定且对应的输出波长。在各种实施例中，振幅光学消光比的改善和光学波长锁定可共同执行。举例来说，系统IOA到IOC和图3的子系统30可对由激光器U1 - 12N输出的经调制光学载波进行光学滤光以改善其中的振幅光学消光比且获得反馈以用于将激光器U1 - 12N波长锁定于预选定波长栅格。举例来说，系统IOA到IOC和图3的子系统30可经配置以执行图4的方法70和图5的方法80。根据揭示内容、附图和权利要求书，所属领域的技术人员将了解本发明的其它实施例。
权利要求
1.一种设备，其包括: 激光器阵列，所述阵列的所述激光器中的每一者经配置以在对应波长通道中产生光，所述激光器中的不同者的所述波长通道是不同的； 电驱动器阵列，其经连接以直接调制所述激光器，每一驱动器经配置以产生第一驱动电流或电压以致使所述激光器中的对应一者处于第一激射状态，且产生不同的第二驱动电流或电压以致使所述激光器中的所述对应一者处于不同的第二激射状态；以及光学滤光器，其经连接以接收由所述阵列的所述激光器输出的光；且其中所述光学滤光器经配置以选择性地衰减来自所述激光器中的每一者在其所述第一激射状态中的光，且选择性地通过来自所述激光器中的所述每一者在其所述第二激射状态中的光。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光器的所述波长通道具有平均间距，且所述平均波长通道间距约等于所述光学滤光器的自由光谱范围的正整数倍。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光器的所述波长通道可调谐为位于固定栅格上，所述栅格具有约等于所述光学滤光器的自由光谱范围的正整数倍的平均波长通道间距。
4.根据权利要求1所述的设备，其中每一激光器响应于以第一数字数据值直接调制而输出具有第一中心波长的光，且响应于以不同的第二数字数据值直接调制而输出具有不同的第二中心波长的光，且所述光学滤光器具有在同一激光器的每一第二中心波长处比在所述第一中心波长处小至少2分贝的响应。
5.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括: 第一光检测器，其经配置以接收正由所述激光器输出且未通过所述光学滤光器的光；以及 第二光检测器，其经配置以接收正由所述激光器输出且已通过所述光学滤光器的光。
6.根据权利要求5所述的设备，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以基于所述第一和第二光检测器的光强度测量而调整所述激光器的输出波长。
7.一种方法，其包括: 直接调制多个激光器以使得所述激光器中的每一者产生光学载波，所述光学载波经调制以在对应于所述激光器中的所述一者的波长通道中载运数字数据，所述波长通道以平均波长通道间距间隔开； 通过对所述经调制光学载波进行光学多路复用来形成多路复用光束；以及用具有自由光谱范围的光学滤光器对所述经多路复用的光束的第一部进行光学滤光，所述平均固定波长通道间距约等于所述自由光谱范围的正整数倍。
8.根据权利要求7所述的方法，其中每一经直接调制的激光器在发射第一值的数字数据时以对应第一中心波长进行激射且在发射不同的第二值的数字数据时以对应不同的第二中心波长进行激射，所述滤光使在所述第二中心波长处的光衰减比在所述第一中心波长处的光多至少2分贝。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括: 以大体上不依赖于波长的方式划分所述经多路复用的光束以形成所述经多路复用的光束的所述第一部和所述经多路复用的光束的第一部分；测量所述经多路复用的光束的所述第一部分的强度而不使所述第一部分通过所述光学滤光器；以及 测量所述经多路复用的光的所述经滤光第一部的第二部分的强度，所述第二部分是通过以大体上不依赖于波长的方式将所述经滤光第一部划分为所述第二部分和所述经滤光部的另一部来产生的。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括基于所述测得强度中的一者或一者以上来调整所述激 光器的输出波长。
全文摘要
一种设备包含激光器阵列、电驱动器阵列和光学滤光器。每一激光器经配置以在对应波长通道中产生光，其中所述激光器中的不同者的所述波长通道是不同的。所述电驱动器经连接以直接调制所述激光器。每一驱动器产生第一驱动电流或电压以致使所述激光器中的对应一者处于第一激射状态，且产生不同的第二驱动电流或电压以致使所述激光器中的所述对应一者处于不同的第二激射状态。所述光学滤光器经连接以接收由所述激光器输出的光。所述光学滤光器选择性地衰减来自所述激光器中的每一者在其所述第一激射状态中的光，且选择性地通过来自所述激光器中的每一者在其所述第二激射状态中的光。
文档编号H04J14/02GK103155459SQ201180048287
公开日2013年6月12日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月12日
发明者大卫·托马斯·尼尔森, 彼得罗·阿图罗·贝尔纳斯科尼 申请人:阿尔卡特朗讯