用于控制、监视可调谐光学装置和子组件并且与其进行通信的方法和设备与流程

根据35u.s.c.§119要求优先权本专利申请要求于2014年11月20日提交的名称为“用于控制可调谐光学装置和子组件的方法和设备(methodsandapparatusforcontrollingtunableopticaldevicesandsubassemblies)”的美国临时专利申请第62/082,545号的权利。
背景技术：
：当今的基于光纤的网络使用收发机作为在光纤上和在其中信息在电子形式与光形式之间转换的网络中的其他点处传播的电子和光信号之间的接口。光学装置(包括光学、电子和光电装置和部件)用于传输、编码、接收和解码用于在光纤上传输的光学数据。光学装置介接到各种电子电路，所述电子电路用于控制装置和部件，并且介接发射和接收侧上的呈电子形式的数据，编码和解码电子数据，执行其他功能(如时钟恢复和错误修正)并实现控制电路系统环境所需的功能，所述电路系统环境包括温度、波长和其他可调谐激光器功能以及用于实现完全操作可调谐激光器和可调谐子组件的接口光学器件和电路的功能。基于可调谐激光器的可编程光学装置(例如发射机、光学子组件和收发机)需要许多控制系统来支持可调谐激光器的功能并支持控制、监视和通信功能性。广泛可调谐激光器包括多个部分，通常包括增益部分、可调谐相位部分和可调谐镜部分，且在一些设计中，还包含可调谐滤波器部分。调谐这些部分的物理参数导致对输出激光波长的调谐。可调谐激光器的其他参数包括光学数据调制器(不论其是集成的或者不是集成的)以及可使用本公开来提高其性能的其他功能，如功率控制、波长锁定、线宽变窄和控制、调制控制、更高阶调制等。现有技术参考文献的实例可包括光波技术期刊2000年8月第8期第18卷“用于密集波分复用的广泛可调谐ssg-dbr激光器的控制”(“controlofwidelytunablessg-dbrlasersfordensewavelengthdivisionmultiplexing”journaloflightwavetechnology,vol.18,no.8,august2000)；美国专利第6,954,476号；第6,788,719号；第6,690,693号；以及美国专利申请第2004/0120372号，以上专利的全部公开内容全文以引用方式并入本文。然而，已知现有技术可编程波长可调谐发射机(例如发射机光学子系统组件(transmitteropticalsubsystemassembly；tosa)、收发机和其他通信光学子组件)不能实时编程，且因此在光学层缺乏灵活性和响应性。此外，由于现有装置缺乏实时可编程性，因此与数据中心网络的规划、构建、运行和维护相关的成本很高。技术实现要素：应理解，上述大体说明和下述详细说明均为实例性的，且旨在提供对所描述的本技术或本公开的进一步解释。本公开大体上涉及光学装置和子组件，例如光学收发机、模块和子组件以及采用集成电子器件和光子集成电路及其组合的激光发射机和接收机。所述光学装置和子组件包括多个元件，例如与光调制器和半导体光放大器集成在同一基板上的广泛可调谐半导体激光器、非集成光学和光电元件、以及其他测量及控制装置和元件。在一个方面，提供一种用于控制、监视用于光学通信的光学装置、光子集成电路或子组件并且与其进行通信的设备。所述设备包括光学装置或子组件以及包括耦合到所述光学装置或子组件的可编程硬件门的现场可编程装置。所述现场可编程装置被配置成在门级实施多个功能以控制、监视所述光学装置或子组件并且/或者与其进行通信，所述多个功能中的每个功能被配置成作为并发进程来执行，而不使用微处理器或微控制器。在本公开的一个方面，一种光学通信系统包括：光学装置或子组件，包括与光调制器和半导体光放大器集成在同一基板上的可调谐激光器、非集成光学和光电元件；和现场可编程装置，包括耦合到所述光学装置或子组件以及所述激光发射机和接收机的可编程硬件门。所述现场可编程装置被配置成在门级实施多个功能，以控制、监视所述光学装置或子组件并且/或者与其进行通信，所述多个功能中的每个功能被配置成作为并发进程来运行，而不使用微处理器或微控制器。所述光学通信系统的所述现场可编程装置包括一个或多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray；fpga)或可编程逻辑装置(programmablelogicdevice；pld)。此外，所述光学通信系统的所述现场可编程装置可被配置成包括用于基于实际业务流对所述光学装置和子组件进行实时控制和监视的应用可编程接口(applicationprogrammableinterface；api)。另外，所述多个功能可被配置成在所述现场可编程装置中以不同的时钟信号来运行。此外，所述现场可编程装置可包括通信接口，所述通信接口包括至图形用户接口(graphicaluserinterface；gui)或应用编程接口(api)的插口中的一者或两者，以允许控制、监视与所述光调制器和所述半导体光放大器集成在所述同一基板上的所述可调谐激光器、非集成光学和光电元件并且/或者与其进行通信。在另一方面，本公开包括实时可编程光学装置和子组件，例如波长可调谐发射机(例如：tosa)、收发机和其他通信光学子组件。根据本公开，可经由应用可编程接口(api)访问的软件启用特征提供基于例如实际业务流对所述光学装置和子组件的全面的实时控制和监视。可编程性能够通过带宽的实时缩放和重新路由、从给定光纤方式的更高带宽提取以及数据中心网络的规划、构建、运行和维护的复杂性和相关成本的降低在光学层处实现前所未有的灵活性和响应性。在本公开的一个方面，提供可编程系统、方法和装置以控制、监视可调谐激光器、可调谐发射机、可调谐收发机可插拔件和子组件、以及板安装可调谐收发机和辅助集成或非集成光学器件、光电器件和/或电子器件并且与其进行通信。本文所述的系统、方法和装置实现用于设计、构建、生产和制造全功能可调谐激光器、可调谐发射机、可调谐收发机、可插拔件、子组件或板安装座的功能。本公开在包括现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑装置(pld)电路系统架构的现场可编程装置中或结合微处理器或微控制器对所述可调谐激光器、收发机、模块或光学子组件实施监视和控制以及通信功能。fpga电路系统和pld电路系统两者均为可在制造后现场或实时编程/重新编程的可重新配置电路系统。根据本公开，所述光学装置或子组件的控制功能可在没有微控制器或微处理器的情况下实施。例如，包括控制功能在内的各种功能可在fpga或pld中实施。举例来说，在fpga或pld中嵌入的功能包括但不限于通过在fpga、pld或可编程逻辑与微处理器的组合中嵌入并发进程来实施的软状态机、电子滤波器、控制和反馈回路、决策电路、通信接口等。本公开是相对于利用微处理器或微控制器来进行控制并利用可编程逻辑装置(例如fpga或pld)来存储用于查表操作的校准和其他数据的现有技术的进步。下面更详细地描述本公开的其他优点。举例来说，用于构建和操作可调谐发射机、可调谐激光器、可调谐收发机、可插拔件或子组件的控制、监视和通信功能可使用固件在现场可编程门阵列中的硬件门中编程，从而各自以自己的时钟速度运行并以模块方式实施。并发性、模块性、以不同的时钟速度运行进程的能力可因降低的成本、复杂性和功耗以及其他优点而带来相对于现有技术的进步。本公开包括但不限于用于可调谐激光器/收发机的控制、监视和通信方法和设备，所述可调谐激光器/收发机是可编程的和固件可更新的，并且可以是完全fpga控制的(意即不需要微处理或微控制器)。本公开的实施例可包括但不限于：·至/来自客户端或主机或光纤通信通道的通信接口；·可调谐激光波长存储和管理；·至外部可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory；eprom)的可编程只读存储器(programmablereadonlymemory；prom)-串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)闪存接口；·所述可调谐激光器、调制器、光电器件、电子器件、传感器和经由电压和电流介接的其他控制和监视点的所有控制和监视功能的设定电流和电压；·光电子和光子集成电路(photonicintegratedcircuit；pic)监视器；·箱式平均器和其他信号处理功能；·自动光学功率控制；·波长锁定；·线宽变窄算法和电路(例如：pounddreverhall(pdh))；·温度监视和控制；·警报和监视控制与通信；·应用可编程接口(api)；以及·完全校准独立，准备好集成到可插拔件或板上数字控制/监视/数据–板上校准eprom中。根据本公开的一个方面，提供控制系统和方法以迅速地控制光学装置和/或子组件。所述控制系统和方法包括用于控制所述光学装置或子组件的元件的功能性，例如可调谐激光器、内部和外部光学和光电监视与控制功能、内部和外部电子监视与控制功能、信号处理功能、以及收发机、光学模块和/或光学子组件中的相关功能。根据本公开的另一方面是根据本公开的控制系统和方法的实施例在现场可编程装置(例如fpga、pld等)中独立或与微控制器组合和/或与模数转换(analogtodigitalconverting；adc)和数模转换(digitaltoanalogconverting；dac)电路组合的实施方案，其中除fpga和pld作为只数据存储机构(例如：可调谐激光器的查找表)的简单当前使用外，fpga、pld等作为第一实施例的一部分用于控制功能。因此，本公开的此实施例提供相对于利用有限容量的fpga和/或pld来存储关于可调谐激光器的数据的现有技术以及将由用于监视、控制和处理而不是用于本文所述的控制系统和方法的其他处理模块访问的其他实施例的各种优点。在本公开的一个方面，所述现场可编程装置可被配置成基于测量的温度和以下中的至少一者自动地使可调谐激光器的激光控制电流适应所测量的温度以便减轻热电散热器(thermoelectriccooler；tec)上的负载：通过在存储在所述现场可编程装置中的表之间移动或通过在温度波长映射图之间外插。使用所述现场可编程装置(例如所述fpga、pld等)作为根据，本公开的控制系统和方法的一部分的优点在于代码和进程可以是模块化和/或并发进程，每个进程在相同的装置内以不同的独特时钟速度运行并且可重新编程，而且可以处理所有控制、监视和通信实施例。因此，在本公开的一个方面，可对所述系统的一个或多个子模块进行替换、修改、编程并且/或者重新编程，而不影响其他模块/子模块。因此，在门级以可编程方式运行所述光学装置和子组件的控制、监视和通信系统的优点可包括功耗更低、成本更低、横跨更宽广应用类别使用更广泛、以及在常见可编程架构中引入各种类型的新控制模块(滤波器、模拟电路、状态机等)。根据本公开的另一方面，本文所述的方法和系统可与多面激光架构一起使用，如2014年7月10日公布的w02014/107537的美国专利申请第14/146717号中所述，所述专利申请全文以引用方式并入本文。如w02014/107537中所述，可调谐激光器的两个或更多个面可用于输出且可连接到新型调制器结构。在某些形式中，当与w02014/107537中所述的发明组合时，本公开所述的控制和监视可具有相对于现有技术水平的另外的优点。根据一个方面，本公开可与使用fpga中心架构的光学装置和子组件一起使用。装置和子组件的实例可包括美国专利第8,644,713号、以及名称为“可编程光学子组件和模块(programmableopticalsubassembliesandmodules)”的美国专利申请第14/171,480号；名称为“使用硬件可编程光网络的光网络接口模块(opticalnetworkinterfacemoduleusingahardwareprogrammableopticalnetwork)”的12/945,470；和名称为“用于光学装置和子组件的控制系统(controlsystemsforopticaldevicesandsubassemblies)”的13/942,519，以上专利全文以引用方式并入本文。所述fpga中心架构可在这些光学装置和子组件中使用内部fpga而不使用微处理器或微控制器来运行所有控制、监视、通信、算法。根据本公开，也可针对外部fpga使用相同的固件来校准激光器并显著加快校准速度，其中所得校准数据接著被输出到用于控制可调谐激光器的波长控制fpga，从而使制造期间的校准以及控制和重新校准或重新编程从制造到在网络中的部署横跨可调谐激光器的使用的所有实施例与fpga技术和固件一致。因此，本技术可显著降低制造和拥有的成本并且提高性能。根据本公开的另一方面，通信接口可集成到所述现场可编程装置(例如：fpga)中，如全文以引用方式并入本文的美国专利申请第12/945,470号以及相关专利和专利申请中所述。所述通信接口可包括至图形用户接口(gui)和/或应用可编程接口(api)的插口，以允许使用通过所述现场可编程装置(例如：fpga或pld等)与所述可调谐激光器交互的軟件層來完成可调谐激光器的軟件控制，以实施任何一种快速波长校准算法，从而使得能够实现使用的简易性、可制造性、校准的速度、以及至其他制造、系统集成和网络操作系统中的集成和与任何现有方法相比的显著较低的成本和灵活性。校准例程的速度(大约几分钟)甚至可允许经由所述现场可编程装置(例如：fpga、pld等)使用应用程序层接口来进行现场或实时重新校准。在本公开的另一方面，所述现场可编程装置可被配置成经由无线通信从耦合到所述现场可编程装置的gui或通过光学通信链路从位于远程站点的另一设备的gui接收一个或多个控制信号。本公开的其他显著优点还可包括除了控制和监视接口以外还利用在所述现场可编程装置(例如：fpga、pld等)中嵌入的进程来实现使用固件提高所述可调谐激光器和发射机的性能所需的所有功能(例如作为许多实例中的两个，使相干通信的激光器线宽变窄，降低激光器相对强度噪声(relativeintensitynoise；rin))的能力。这些进程可针对所述可调谐激光器、发射机、收发机、模块或子组件与所有其他进程并行地运行，并且在许多情况下可重复使用用于其他功能的硬件。附图说明结合附图阅读下述说明可获得更详细的理解。图1a概念性地示出根据本公开的一个方面的现场可编程装置中心控制系统的部件的方框图；图1b例示根据本公开的一个方面的现场可编程装置的实例；图1c例示如何在现场可编程装置中将功能实施为并发、独立进程的实例；图2例示基于微处理器或微控制器的架构的可调谐激光器或收发机控制、监视和通信使用的典型实施方案；图3例示根据本公开的一个方面的寄存器写入操作的实施方案的实例；图4例示光子集成电路(pic)可调谐调制器的方框图；图5为根据本公开的一个方面的使用现场可编程装置技术的外部控制功能或回路的实例性方框图；图6a到图6c例示根据本公开的一个方面通过在三个不同的温度下调谐可调谐激光器的激光镜电流而获得的增益电压映射图的实例；图7a和图7b为处于1542.02nm和1577.16nm波长下的两个激光镜电流的调谐近似值对温度的关系曲线的实例；图8a到图11b例示被配置成通过在现场可编程装置中运行的进程来进行通信的图形用户接口(gui)的实例；图12例示模拟pdh控制系统的典型实施方案；图13例示根据本公开的一个方面的pdh反馈回路的实例性实施方案；图14例示根据本公开的一个方面的pdh算法的实例性实施方案；图15例示根据本公开的一个方面的pdh算法的实例性实施方案；图16示出根据本公开的一个方面的来自标准具反射光信号的检测功率的方程的实例；图17例示根据本公开的一个方面的pdh算法的实例性实施方案；图18例示根据本公开的一个方面的现场可编程装置和其他装置的固件控制的实例性方框图；图19例示根据本公开的一个方面的通用标准具反射和透射响应的实例；图20例示了例示根据本公开的一个方面的波长锁定算法的实例性实施方案的方框图；图21例示根据本公开的一个方面的温度控制进程的一个实施方案的实例图；图22例示根据本公开的一个方面的箱式滤波器的一个通道的符号模型的方框图；图23a例示根据本公开的一个方面的闪存的实例性地址空间(addressspacing)；图23b例示根据本公开的一个方面的波长定义表的实例；以及图24例示根据本公开的一个方面的一个或多个处理系统的实施方案的实例。具体实施方式根据本公开，描述了可编程的光学装置，例如光发射机、光学子组件和收发机。举例来说，可编程光学装置是基于可调谐激光器，可调谐激光器具有支持可调谐激光器的各种功能的现场可编程装置中心(例如：fpga或pld中心)控制系统并且支持控制、监视和通信功能性。本公开包括实时可编程波长可调谐发射机，例如发射机光学子组件(transmitteropticalsubassembly；tosa)、收发机和其他通信光学子组件。图1a例示概念性地示出现场可编程装置中心(例如：fpga/pld中心)控制系统的部件的方框图。图1所示的系统100包括主控制器101、现场可编程装置103(例如：fpga、pld等)、激光控制电子器件105、可调谐激光器109和存储装置111。主控制器101可被配置成与现场可编程装置103进行通信以用于各种功能，且还被配置成接收与可调谐激光器109的操作有关的数据。在所述实例中，现场可编程装置103可通过介接到现场可编程装置103和可调谐激光器109的数模转换器(dac)107来驱动激光控制电极105。此外，现场可编程装置103可通过模数转换器(adc)117耦合到可调谐激光器109以用于可调谐激光器109的通信和控制。此外，现场可编程装置103还可包括各种部件、模块或进程(其在图1a中未示出，但在本文详细描述)，例如至/来自光纤通信通道的客户端或主机的通信接口；可调谐激光波长存储和管理；至外部存储器的prom-spi闪存接口；可调谐激光器、调制器、光电器件、传感器和经由电压和电流介接的其他控制和监视点的所有控制和监视功能的设定电流和电压；光电子和光子集成电路(pic)监视器；箱式平均器和信号处理功能；自动光功率控制；波长锁定；线宽变窄功能；温度监视和控制；警报和监视控制与通信；应用程序编程接口(api)；以及用于实施本文所述的本方法论的各个方面的许多其他功能。此外，现场可编程装置103可包括用于存储包括用于实施本技术的各个方面的参数的各种参数的内部存储装置(图中未示出)和/或外部存储装置，例如耦合到现场可编程装置103的存储装置或存储器111。在本公开的一个方面，存储器111可包括与实施本文所述的本技术的各个方面有关的一个或多个数据查找表。此外，在本公开的一个方面，可按下述方式来实施现场可编程装置-中心架构(例如：fpga、pld等中心)。主控制器101可将用于一个或多个算法、模块、进程或功能的代码传送到现场可编程装置103，作为嵌入式软处理器中的高级编程语言(例如：c代码等)，或者为了更高效和高速度，作为硬件描述语言(例如：hdl代码等)。主计算机101还可通过标准接口(即：通用串行总线(usb)连接)连接到现场可编程装置103。如前所述，根据本技术的各个方面，在执行本技术的各个方面的同时，现场可编程装置103可直接与被配置成将电流驱动到包括可调谐激光器109的激光镜的各种部件的dac117进行通信并且与被配置成监视电极电压和/或功率检测器的adc107进行通信，以从可调谐激光器109收集数据。另选地和/或除此之外，现场可编程装置103可通过监视可调谐激光器109上的热敏电阻器并将电流控制输入驱动到可调谐激光器109的tec控制器来控制激光温度瞬变。此外，根据本公开的各方面，现场可编程装置103可对与控制、监视可调谐激光器109并且与其进行通信有关的数据进行缓冲或将其存储在一个或多个存储装置(例如存储器111，无论其是在现场可编程装置103外部还是内部)中，以执行各种功能、方法、算法或方法论。根据本公开的一个方面，本技术可被看作是光学通信系统的现场可编程装置(例如：fpga、pld等)中心架构。因此，本技术的所述一个或多个实施方案可针对硬件架构和方法论或算法本身进行优化，从而致使在现场可编程装置103中对本技术的各个方面的处理的开销可忽略，且因此向及从耦合的adc107、dac117和存储装置111的数据传送可为非常高效的。在另一方面，本公开提供可经由应用可编程接口(api)访问的软件启用特征，从而提供基于例如实际业务流对一个或多个模块或进程的全面的实时控制和监视。这种可编程性通过带宽的实时缩放和重新路由、从给定纤维植物的更高带宽提取以及数据中心网络的规划、构建、运行和维护的复杂性和相关成本的降低在光学层处提供前所未有的灵活性和响应性。提供对其中多于一个面是光学可用的可调谐激光器或组合可调谐激光器和调制器或光学收发机或光学子组件的集成发射机光子集成电路(pic)组件的所有方面的快速控制。即，本公开可提供为模块化、并发、独立进程、且快速的和可重新编程的控制，且因此可处理其中可对系统的任何子模块进行替换、修改、编程而不影响其他模块或进程的所有控制、监视和通信方面。换句话说，在一个方面，控制、监视和通信系统可包括被配置成在现场可编程装置中运行的模块化进程、独立进程和/或并发进程，所述进程中的每个进程可被配置成以不同的时钟运行。在门级以可编程方式运行所有控制、监视和通信的优点可致使功率更低、成本更低、横跨更宽广应用类别使用更广泛、以及在常见可编程架构中引入各种类型的新控制模块(滤波器、模拟电路、状态机等)。如此一来，本公开可使用内部现场可编程装置(例如：fpga、pld等)来提供控制、监视、通信和算法实施方案，而不使用微处理器或微控制器，并且甚至可针对用于校准可调谐激光器的外部fpga使用相同的固件，从而显著加快可调谐激光器的校准速度。所得校准数据然后可输出到用于控制可调谐激光的波长控制fpga，从而使制造期间的校准以及控制和重新校准或重新编程从制造到在网络中的部署横跨可调谐激光器的使用的所有方面与本文所述的基于现场可编程装置的技术和固件一致，从而显著降低制造和拥有的成本并且提高性能。在本公开的一个方面，至现场可编程装置103中的通信接口可为图形用户接口(gui)和/或应用可编程接口(api)提供门级通用编程和接口，以允许使用通过现场可编程装置103与可调谐激光器介接的软件层对完整的可调谐激光器进行软件控制、监视和校准，以实施本文所述的任何一种算法(包括快速波长校准算法)，从而使得能够实现使用的简易性、可制造性、校准的速度、以及至其他制造、系统集成和网络操作系统中的集成和与任何现有技术相比显著较低的成本和灵活性。校准例程的速度(大约几分钟)甚至可允许经由现场可编程装置(例如：fpga、pld等)使用应用程序层接口来进行现场或实时重新校准。本公开的优点可包括但不限于相对于使用微控制器或微处理器作为主控装置并且主要使用fpga作为数据存储装置和查表装置的现有技术的许多显著优点。过去，随现场可编程装置(例如fgpa)的占用面积和功耗而变化的性能未被视为用于处理可调谐激光器应用中的实时数据和控制所需的各种功能的微处理器的竞争力。然而，近年来，现场可编程装置技术(包括fpga、pld等技术)已经取得了显著的进步，并且已经成为比许多基于微控制器或微处理器的解决方案优选和更灵活的控制、监视和通信方法和设备。举例来说，如图1b所示，与为硬核的某些集成电路(例如微控制器或微处理器)不同，现场可编程装置(例如fpga)为可在制造后现场或实时编程的集成电路。即，fpga为基于经由可编程互连件或布线电路连接的可编程/可配置逻辑块的半导体装置，从而使得fpga能够在制造后根据期望的应用或功能性要求重新编程。换句话说，fpga为基于加载到fpga中以对输入处的数据和信号进行操作以产生输出的门和装置互连的装置。在一个实施方案中，现场可编程装置103可包括fpga或pld等，所述fpga或pld等包括多个可配置逻辑块(configurablelogicblock；clb)133、多个输入/输出(input/output；i/o)端口135、可编程互连件137等。每个可配置逻辑块133(clb)可包括各种部件，例如进位逻辑、输入查找表、触发器等。可实时改变fpga的操作以及在fpga上运行的不同进程的时钟速度，且因此可通过fpga中的硬件级性来实现各种各样的控制、监视、反馈、通信和其他功能。因此，举例来说，根据本公开的一个方面，基于现场可编程装置(例如：fpga、pld等)的架构可使得能够实现可调谐激光器或基于可调谐激光器的模块的并发控制、监视和通信进程。此外，如图1c所示，可分配或使用fpga电路系统的不同区域以完在单个装置内实施所有不同的数据和/或控制功能。举例来说，在图1c中，可在一个或多个plb中实施多个数据及/或控制功能或模块，例如，波长锁定151、波长映射和查找153、tec控制155、自动功率控制(automaticpowercontrol；apc)157、phd线宽控制159、通信i/o161等，每一者均以不同的时钟信号(例如：时钟1,2,...6)运行。此外，可实时添加新的模块或进程，例如具有时钟信号(例如：时钟5)的pdh线宽(linewidth；lw)控制159。在本公开的一个方面，可根据本技术的各个方面实现的一些功能可包括但不限于：·对包括所传输光信号的啁啾(chirp)的数据调制可调谐激光器进行控制并基于可调谐激光器的输出波长以及其他参数来调整控制；·对温度敏感部件(例如：激光器、标准具等)进行温度监视和控制；·对激光输出功率进行控制和/或调整(例如：通过调整增益部分和压控衰减器)；·通过嵌入也可随温度而变化的电流波长控制映射图来控制镜、共振器、相位部分和其他波长可调谐元件从而对可调谐激光器的激光波长进行控制；·对波长锁定器电路和功能进行控制和监视。内部映射也可响应于使用波长锁定器对可调谐激光器进行校准和重新校准而实时地改变；·与微控制器或微处理器相比需要fpga的更大存储容量(如状态大小)的功能；·可彼此独立操作从而导致与串行有限状态微处理器相比在给定时钟速度下的更高性能的并发进程，其具有更高的容错性(faulttolerance)，即通过个别地接通和关断进程和个别地更新进程而无需重新写入和重新编译完整的代码来管理功率的能力；·主机故障后的连续操作(例如：在主机出故障的情况下单元仍可继续操作的控制接口)；·校正措施(例如：如果激光输出功率劣化或激光波长移位，则fpga可采取校正措施-逐一锁定器和其他机构)；以及·可重新编程以适合不同的应用的其他功能。因此可横跨更多种类的应用和pic、开关或发射机与接收机子组件使用一个芯片或较小的电子芯片子集以增大容积并降低成本，并且最终降低功耗和大小。如上所述，可在现场可编程装置103(例如fpga、pld等)中实施的可编程固件功能的一些实例可包括但不限于(以下功能或实例可单独或与其他功能或实例组合实施)：·主机通信接口和存储器映射图；·波长存储和管理；·至外部可擦除可编程只读存储器(eprom)的可编程只读存储器(prom)-串行外设接口(spi)闪存接口·设定电流和电压；·光电子和光子集成电路(pic)监视器；·箱式平均器；·自动功率控制；·波长锁定；·线宽变窄算法(如pounddreverhall(pdh))；·温度监视和控制；·警报和监视控制与通信；和·应用可编程接口；如先前所述，图1c例示如何可将这些功能中的一些功能实施为并发模块化进程同时提供相对于如图2所示使用微控制器和/或串行状态机的现有技术的优点的实例，图2例示使用基于微处理器或微控制器的架构的可调谐激光器或收发机控制、监视和通信的典型实施方案。如图所示，微处理器或微控制器按照设计以顺序方式执行所述功能、模块或进程，例如执行波长映射和查找161、波长锁定163、apc165、tec控制167和通信i/o168。此外，如果要添加(在171处)新的功能(例如pdhlw控制173，则需要为微处理器或微控制器重新设计代码。然而，如上所述，根据本公开的一个方面，本技术提供现场可编程装置103(例如：fpga、pld等)，现场可编程装置103可将与控制、监视可调谐激光器或收发机并且与其进行通信有关的各种功能、模块或进程实施为被配置成以不同的时钟信号运行的并发、独立模块或进程而不使用微处理器或微控制器。主机通信接口和存储器映射图在本公开的一个方面，现场可编程装置103可包括从属控制器，所述从属控制器可实施标准串行协议，例如ic间总线(i2c)和/或串行外设接口(spi)或其他专有协议。本技术相对于任何基于微处理器/微控制器或片上系统(system-on-chip；soc)的系统的优点在于本公开的从属控制器不是硬核，且因此其可容易修改成适应现场可编程装置103中的主机接口要求。举例来说，在本公开的一个方面，寄存器映射图架构可基于可在现场可编程装置103中(或外部但耦合到现场可编程装置103)实施的两个双端口随机存取存储器(randomaccessmemory；ram)，一个用于寄存器映射图且一个用于波长表数据。至寄存器映射图的主机读取/写入然后可直接定址到寄存器表ram的一个端口，而波长表数据的上传/下载则通过一组寄存器来完成，所述一组寄存器包括单波表项目的参数并且将此数据重定向到波表ram中的适当位置。当波长改变时或由系统指定时，第二ram端口可用于从ram更新数模(dac)数据，将模数(adc)监视器数据读取到ram，并从波表ram更新激光器/调制器控制参数。专用控制逻辑可执行ram至adc/dac事务，而不使用微控制器或微处理器。在现场可编程装置103中实施的逻辑可进一步针对传送效率进行优化，具有可预测的延迟，并且可被调谐成排定需要非常低的延迟的事务的优先级。在本公开的另一方面，现场可编程装置103的寄存存储器映射图可实施于现场可编程装置103内并经由主机通信接口来加以控制。寄存存储器映射图可定义控制系统的当前状态，继而确定可调谐激光器组件的波长和输出功率。控制系统的状态可为例如电极电流、偏压、装置操作温度和与可调谐激光器(如tecpid控制回路和波长锁定器)相关联的各种可配置设定的结果。所有这些个别可配置模块或进程可通过写入现场可编程装置103的寄存存储器映射图中的适当寄存器或从现场可编程装置103的寄存存储器映射图中的适当寄存器读取来加以改变和监视，而不使用微处理器或微控制器。举例来说，经由uart的寄存器写入操作的实例性实施方案在图3中示出。在所述实施方案中，使用uart来与i2c装置进行通信。如图3所示，现场可编程装置103经由uart字符串从主机或主控制器101接收命令(例如：从主机到现场可编程装置的uarttx)，uart字符串被回送到主机或主控制器(例如：从现场可编程装置到主机的uartrx)，然后对所述命令进行解释，且向耦合到现场可编程装置103的i2c总线上的寄存器接口发布i2c命令。uart然后将具有写入数据的字符串传回。在所述实施方案中，对于寄存器写入周期，可能需要大约1.2ms。自动功率控制(apc)在本公开的一个方面，自动功率控制(apc)功能或回路可在现场可编程装置103内实施为并发、独立模块或进程。apc控制功能或回路使激光器输出功率动态保持在命令水平，同时还保持可调谐激光器(例如：u型激光器)中的半导体光放大器(semiconductoropticalamplifier；soa)电流的比率，继而保持马赫曾德尔(machzehnder)调制器接腳中的光电流的平衡，而这是适当调制所需的。图4例示如2014年7月10日公布为w02014/107537的美国专利申请第61/748,415号中所述的具有能够实现apc和apc回路的实例性pic可调谐调制器的方框图。此外，使用现场可编程装置技术(例如fpga、pld等技术)的外部控制功能或回路的实例性方框图也在图5中示出。在本公开的一个方面，现场可编程装置531(类似于图1a所示的现场可编程装置103)可包括平均滤波器533、soa平衡器535、回路滤波器537和dac控制件539。在所述实例中，平均滤波器533、soa平衡器535、回路滤波器537和dac控制件539全部可在现场可编程装置531内以数字方式实施为一个或多个并发、独立模块或进程。现场可编程装置531(例如：fpga或pld等技术)被配置成允许最优地执行这些功能并且具有低固定延迟和高抗扰度(noiseimmunity)。此外，在所述实例中，电流dac551和adc559可位于外部但耦合到现场可编程装置531，并且现场可编程装置531通过外部电流dac(例如：电流dac551)将激光soa电流驱动到可调谐激光器(例如：u型激光器553)。经由检测器557来自马赫曾德尔调制器555的两个接腳的所检测光功率可在外部adc559中数字化并且输入到现场可编程装置531，现场可编程装置531首先通过平均滤波器533传递所检测光功率，以平滑在模拟路径中拾取的响应和滤波器噪声。经滤波检测功率被输入到soa平衡器535，soa平衡器535以从波长表(图中未示出)提供的默认soa电流开始，且然后测量检测功率以确定soa电流的适当比率以保持平衡mzm输出。此比率与作tx功率和总功率一起被馈送到回路滤波器537，tx功率是来自马赫-曾德尔调制器555的接腳1的功率，总功率是两个调制器接腳中的功率的总和。线性回路滤波器537可被配置成以固定阶跃大小(stepsize)调整soa1电流和soa2电流，同时保持soa1电流对soa2电流的比率，直到获得期望的tx功率。soa1或soa2中的较大者的初始阶跃大小可为l000ua增量。当输出功率处于一个l000ua增量内时，可使阶跃大小减小到125ua并且可执行最终的“游标”搜索，直到输出功率处于一个125ua阶跃内。如果所测量功率变化超过2个计数或250ua，则恢复游标搜索。然而，如果可调谐激光器被重新初始化(例如：被关断，然后被接通)，则粗搜索可重新启动，之后是游标搜索。还应注意，理论上，soa电流可通过其电效应和热效应影响激光波长调谐和稳定性。当soa电流变化时，其控制电路可影响控制激光器的增益部分、激光器相位部分和镜部分的电路，从而影响波长的调谐和稳定性。另外，soa电流变化可影响镜周围的热稳定性，从而影响镜的性能，继而影响波长调谐和稳定性。在现场可编程装置531中的apc功能的一个实施方案中，可使用实时控制回路逐一波长按比例调整soa功率，以保持输出功率。迄今的测量已表明，当apc模块和波长锁定器模块协同操作时，soa的小的递增调整可能不会显著影响波长。在本公开的一个方面，波长和功率稳定性可作为实例总结如下。自动波长映射(automaticwavelengthmapping；awm)减少光学激光器模块的功耗的限制因素之一是对激光器的主动温度稳定的需要以使激光波长保持在规定精度内。通常，激光器需要稳定在士0.05℃的范围内，并且特别是在温度范围(典型温度范围为-5℃至70℃)的极端区域中，被配置成有利于温度稳定的热电散热器(tec)可消耗大量功率来满足这个规范。例如，当激光器需要处于20℃的温度下而环境处于70℃下，意味着激光器封装处于80℃至85℃下时，tec需要跨越60℃至65℃的温度差距。在本公开的一个方面，可通过下述方式来提供一种用于减少tec的负载并且在一些情况下完全去除所述负载的方法：代替使激光控制电流保持固定及使激光器保持稳定，让激光控制电流自动地适应温度。为进一步例证所述实施例，代替在20℃下操作激光器，可在60℃下操作激光器且因此将从激光器温度到激光器封装温度的差距减小到20℃至25℃。这可基于所测量的温度并且通过以下方式“动态地”进行：在先前存储在例如fpga、pld等现场可编程装置(531或103)中的表之间移动或使用某些算法和拟合函数在温度波长映射图之间外插。可调谐激光器的动态温度设定的效应可包括：(i)光发射机的功耗的总体减少，这是因为可调谐激光器与光发射机的壳体温度之间的温度差(或差异)可通过在壳体温度变化时调整可调谐激光器的设定温度来保持尽可能的小；和(ii)与将激光器温度设定为某一温度值的现有技术相比，可使光发射机的操作温度的范围变宽。图6a到图6c示出通过在三个不同温度(例如：20℃、30℃和40℃)下调谐可调谐激光器的激光镜电流获得的增益-电压映射图的实例。在本公开中，这三个不同的温度可被称为校准温度。在一个方面，针对每个映射图，使用一个或多个校准算法(例如全文以引用方式并入本文的美国专利申请第62/073,713号及其对应实用专利申请中所述的算法)来识别调谐点或波长，并且将其加载到fpga中。例如，图6a例示通过在20℃的温度下调谐具有两个镜的可调谐激光器的激光镜电流获得的增益-电压映射图的实例。在所述实例中，通过当两个镜电流的值变化时观察光输出功率来产生增益-电压映射图。此外，可经由各种处理将增益-电压映射图的所有最小值识别为其中可调谐激光器正在输出最大功率的点，且因此可提取相关联的波长。所提取的波长(或激光波长峰值)可用于调谐和校准可调谐激光器的进程。类似地，在30℃和40℃的温度下，可如图6b和图6c所示分别产生对应增益-电压映射图。在所述实例中，应注意，增益-电压映射图基于温度值而不同。在本公开的一个方面，自动波长映射进程可在现场可编程装置103或531中实施为并发、独立模块或进程，并且可被配置成使得控制回路能够使用不同的校准温度下的数据。对激光镜的调谐电流的调整可使用一个或多个算法来完成，且来自调谐映射图(或增益-电压映射图)的点在下文中更详细描述并且示出于图7a和图7b中。从这些增益-电压映射图，可估计镜电流的温度相依性，并且可导出分析近似值。然后，鉴于对可调谐激光器本身的详细了解，可从在不同温度下获取的三个或更少的增益-电压映射图导出镜电流的温度相依性。举例来说，随温度t而变化的镜电流imirror的特性可通过如下所示的二阶多项式方程来精确地逼近。imirror(t)＝at2+bt+c其中a、b和c为可特定于也可不特定于给定波长的常数且t为激光器的温度。因此，每个通道可能需要也可能不需要与其相关联的附加参数以精确地施加随着温度变化的镜电流。如上所述，在图7a和图7b中，提供处于1542.02nm和1577.16nm波长下的两个激光镜电流的调谐近似值对温度的关系曲线的实例。在镜电流的实例中，可以观察到左曲线上的超过30℃的连续电流和其中一个镜电流超过最大允许电流并且环绕成曲线的环绕情形，如图7b的底部所示。后者在一些情况下不是所期望的且因此左边的连续实例可为供使用的唯一可行选项。因此，可以存在如果采用两者可避免“环绕”情形的两个选项：(i)当进行增益-电压扫描时，通常发现每个波长多次且因此可消除一些环绕通道；以及另外，(ii)镜可具有更高的电流限制，从而去除剩余的环绕通道。通常，后者被避免以减少功耗，因为在温度固定时环绕是完全可接受的(电流只在通道改变时才改变且显著电流变化在这种情况下是可接受的)。当温度不固定时，镜电流可增加且因此pic功耗也增加，因为与tec功率节省的成本相比，功率成本最小。此外，应注意，如在图6a到图6c中可见，在不同的温度上观察到不同的增益-电压映射图。如本文所述的可调谐激光器的自动波长映射、调谐和校准的各个方面可在现场可编程装置103或531中实施为一个或多个并发、独立模块或进程，且随后被配置成使用不同校准温度下的数据(例如：与激光波长等有关的数据)。此外，在本公开的一个方面，在不同温度下观察到的增益-电压映射图可用于确定在可调谐激光器的不同温度下的激光波长。此外，在现场的可调谐激光器的温度可经由现场可编程装置中的一个或多个当前运行的进程或通过经由下文所述的一个或多个图形用户接口的控制自适应地改变。另选地，激光镜电流可基于不同温度下的增益-电压映射图自动地适应(在本文中也被称为激光镜电流自适应)。在本公开的一个方面，远程操作者可经由各种图形用户接口(gui)对可调谐激光器的参数设定进行完全控制，所述各种图形用户接口(gui)被配置成通过现场可编程装置103或531(例如：fpga或pld等)中的嵌入进程与可调谐激光器的激光电流和温度设定进行通信。例如，远程操作者可改变不同温度设定下的各种参数设定并且观察光输出光谱。在所述实例中，图8a到图11b示出可被配置成将激光电流和温度设定控制在23℃、30℃和40℃下的gui，其中相应输出光谱经由gui而处于操作者的控制下。在一个实施方案中，gui功能可集成在现场可编程装置或包括现场可编程装置的系统中，经由一种或多种无线技术连接到系统，或从远程站点或位置通过光传输线连接到系统。具体来说，gui控制功能可经由包括光发射机(或收发机)的api、i2c、gpio等的一个或多个通信接口在系统处执行。此外，可从以下者提供一个或多个控制信号：系统的gui、经由一种或多种无线技术连接到系统的gui、或通过其中所述一个或多个控制信号来自远程站点的另一系统的gui的光传输线连接到系统的gui。此外，当所述一个或多个控制信号来自远程站点的另一系统的gui时，系统的光接收机可直接读取或解码输入信号以控制系统的波长。另选地，来自远程站点的另一系统的gui的所述一个或多个控制信号可由耦合到系统的主机接收和解码且随后发布一个或多个命令以控制系统的波长。举例来说，图8a例示在启用激光镜电流自适应的情况下对于23℃的温度值来自gui控制件831的激光电流和温度设定，且图8b示出其对应光谱输出833。图9a例示在没有激光镜电流自适应的情况下对于30℃的温度值来自gui控制件931的激光电流和温度设定，且图9b示出其对应光谱输出933。图10a例示在启用激光镜电流自适应的情况下对于30℃的温度值来自gui控制件1031的激光电流和温度设定，且图10b示出其对应光谱输出1033。图11a例示在启用激光镜电流自适应的情况下对于40℃的温度值来自gui控制件1131的激光电流和温度设定，且图11b示出其对应光谱输出1133。如上所述，仅示出在启用电流修正功能的情况下对于23℃和40℃的温度值，然而示出在具有和不具有电流修正的情况下对于30℃的激光电流设定和实例性光谱。在30℃的情况下，应注意，在启用激光镜电流自适应的情况下光谱输出集中在1577.160nm处，而在不启用激光镜电流自适应的情况下光谱输出则集中在1578.040nm处。如此一来，本公开可经由图8a、图9a、图10a和图11a所示的一个或多个gui为在远程位置处(例如：在主机装置处)的操作者提供用于控制可调谐激光器的各种参数设定以及与在现场可编程装置中同时运行的一个或多个进程有关的操作参数的增强能力。线宽缩减算法-数字信号处理在本公开的一个方面，线宽缩减算法可在现场可编程装置103或531(例如fpga、pld等)中以数字方式实施为并发、独立模块或进程。举例来说，线宽缩减算法(例如pound-drever-hall(pdh)技术)是用于通过锁定到稳定腔而使来自可调谐激光器的光的频率稳定的广泛使用和强有力的方法。pdh技术的应用范围宽广并且可包括干涉重力波检测器、原子物理学和时间测量标准，其中许多还使用相关技术，例如频率调制光谱学。图12例示模拟pdh控制系统的典型实施方案。来自激光器1201的所发射光被分裂器1211按某一比率分裂，并且一部分使用外部时钟源1213进行相位调制。经相位调制的信号通过循环器1215发送并且到达法布里-珀罗滤波器1217，而来自法布里-珀罗滤波器1217的所反射光被光检测器1221检测到并随后与原始时钟源信号混合以产生误差信号1223。误差信号1223然后进行信号处理并且在激光器上用来矫正相位像差(phaseaberration)，从而缩减其线宽。如上所述，在本公开的一个方面，pdh反馈回路可在现场可编程装置中实施为并发、独立模块或进程以用于如图13所示的高比特率相干通信。在本公开的一个方面，具有使用波长锁定器系统作为光学检测系统的100gbps发射机的系统的实例例示于图13中。用于相干通信和其他高比特率通信(和光谱高效的通信系统)所需的线宽变窄或缩减的本公开的优点可包括：控制电路系统可在现场可编程装置103或531(例如fpga、pld等)中实施为以独立于其他控制回路进程且针对期望线宽而被优化的时钟速率运行的并发、独立模块或进程。另外，在一个实施方案中，用于其他用途(例如：波长锁定器1323)的相同光学器件、光电子器件、模拟电子器件和模数电路也可双重用于线宽变窄，例如，phd电路1325，从而降低可根据本公开的一个方面实施的低线宽收发机或发射机的成本、复杂性、大小、重量和功率。因此，使用本文所述的本技术，图12所示的模拟pdh控制系统的所有构造块均可在现场可编程装置103或531的可重新编程硬件门中实施。重复使用(双重使用)波长锁定器部件的pdh线宽控制系统的图示在图13中示出具有pic、外部部件和pdh控制回路。传统上，pdh算法使用模拟电子器件来形成降噪回路的滤波、解调和反馈部分。这些功能可因对从检测器到激光相位调制器的路径中的固定低延迟的某些要求而在微处理器或微控制器中执行起来成问题。然而，本技术的优点可提供：现场可编程装置103或531使得能够将数字信号处理(digitalsignalprocessing；dsp)功能实施为固定、专用模块或进程，从而能够对延迟进行精确控制。如此一来，根据本公开的pdh反馈回路的实施方案可致使产生对模拟噪声和电磁干扰(electronicmagneticinterference；emi)源的抗干扰性和极大简化校准的可编程性以及对反馈回路特性和线宽缩减性能的优化。图14示出例示根据本公开的一个方面的现场可编程装置(例如：fpga或pld等)到adc、dac、激光器和光学路径的连接的一个实施例的实例性方框图。图15示出例示根据本公开的一个方面的用于pdh回路的嵌入于现场可编程装置中的滤波功能的实施方案的实例性方框图。在所述实例中，来自反射标准具光学路径的所检测光功率被数字化并且被馈送到现场可编程装置(例如fpga1531)中，fpga1531被配置成执行pdh算法滤波、解调，并产生驱动光子集成电路(pic)1535中的激光相位调制器的误差消除信号。fpga1531还被配置成产生通过dac驱动标准具输入光信号相位调制器的参考调制频率，如图15所示。在本公开的另一方面，在图15的实例中，表示成参考调制频率与代表性无用频率分量之间的差的函数的来自标准具反射光信号的所检测功率的方程可如图16所示导出并使用。在所述方程中，所检测功率(p)包括三个分量：dc项1601、调制频率的分量(误差信号1603)和调制频率的两倍的分量(诊断1605)。调制频率的两倍(2x)的分量(诊断1605)可用于系统的测试和校准。在pdh算法的实例性实施方案中，通过调制激光波长使得在谐振器响应的高度倾斜部分上出现旁瓣，调制频率的分量(误差信号1603)的振幅与任何外来频率分量和调制频率之间的差成比例，并且对正相位扰动和负相位扰动作出相反的响应，从而产生期望的误差信号。此外，在pdh算法的一个实施方案中，可提取误差信号并将其反馈到可调谐激光器中的相位调制器以消除不期望的分量，如图17所示。此处，adc接口逻辑从标准具反射光学路径检测器接收数字化功率信号。集中在调制频率处的数字fir带通滤波器从检测到的功率信号移除dc分量和2x调制频率分量。带通输出然后乘以由dds产生的调制频率参考。结果是具有无用的2x调制频率的分量的解调误差信号。因此，在大约调制频率处截止的fir低通滤波器移除无用的2x调制频率分量，而留下接近于调制频率的任何误差分量。所得误差信号经过增益和偏移块以提供适当的振幅和dc偏移来驱动激光相位调制器，且然后进入dac接口逻辑，dac接口逻辑将数据格式化并将其发送到dac。在来自标准具的所检测功率与包括外部adc和dac在内的激光相位电极之间示出的实例性路径中的设计延迟小于500ns，主要贡献来自fir滤波器。上述算法的优化可致使延迟甚至更低。参考dds提供发送到解调器和参考相位调制器的调制器参考信号的相位调整，使得响应对于初始校准可能无效。还为参考调制输出提供增益和偏移调整。fir滤波器系数、参考频率和相位、增益和偏移均可由主机编程，从而能够实现可调谐激光器及其相关联系统的算法优化、调谐和校准的简易性。如此一来，在本公开的一个方面，线宽缩减算法可在现场可编程装置103或531(例如fpga、pld等)中以数字方式实施为并发、独立模块或进程。参数的实时监视可调谐激光器/或调制器中的许多参数需要实时监视并反馈到动态控制回路。参数还需要在许多操作点进行测量以用于校准和分析目的，并且可执行这些测量的速率对于能够实现可调谐激光器的大规模生产可为至关重要的。在本公开的一个方面，本技术能够实现可调谐激光器的此种大规模生产。换句话说，可使用例如fpga或pld等现场可编程装置来创建的并行架构能够实现对关键参数的监视并且同时以最小的延迟将这些参数反馈到多个控制回路，而微处理器或微控制器将不得不以串行和/或顺序方式处理和分配所有信息。如上所述，以现场可编程装置为中心的实施方案(例如：以fpga/pld为中心的实施方案)可被描述为本公开的一个实施方案。关于参数监视，现场可编程装置(103、531等)可被配置成控制至多个adc通道(例如：24个adc通道)的读取周期，使得以最小的开销进行通道读取，且关于每通道的顺序和频率来说仍是完全可编程的。本公开的这个方面可使得能够以高到足以提供用于实时控制(例如：波长锁定、功率控制和温度控制)的数据的频率来监视对于实时控制回路至关重要的参数。下表1列出了实时控制以及具有需要对每一者进行监视的代表性参数的校准算法和采样率中的一些校准算法和采样率。[表1.实时控制和具有代表性参数的功能]如从上表1可见，可以注意到两件事情：(i)一些参数需要源自多于一个功能；和(ii)一些参数需要比其他参数更快地采样。因此，根据本公开的各方面，基于现场可编程装置的一个或多个实施方案可允许具有以使效率最大化并且允许所有进程同时以足够的速率获得所需的数据的方式来构建监视功能的灵活性。图18例如例示现场可编程装置1831(例如：fpga/pld固件)以及用于监视参数的附接的adc和dac1833的固件控制的实例性方框图。在所述实例中，所有实时控制回路均可被配置成以独立速率(例如：独立时钟速率(例如图18中的10khz、6.25khz、l00mhz、lkhz和20mhz))并行地运行。实时控制回路需要的参数可由监视器和控制逻辑1835提供，监视器和控制逻辑1835可被配置成通过介接到adc、dac和其他装置的一个或多个spi总线1837来访问参数。此外，现场可编程装置1831(例如：fpga、pld等)被配置成允许为需要高优先级访问的装置创建各自具有不同协议的多个spi接口，同时还使带宽最大化并且在由多个装置共享的spi接口上以近零开销运行。此外，由多个控制回路需要的参数可同时分配给所有所需要的功能，并且一些功能而不是其他功能在高带宽情况下需要的参数可根据需要从多个监视装置提供。因此，在本公开的一个方面，实时控制功能可在现场可编程装置1831中实施为现场可编程装置1831中的一个或多个并发、独立进程，且因此可用于分析从监视器和控制逻辑1835接收的参数并且产生经由主机或寄存器接口1841和/或离散件1843反馈到主机的警报和状态。此外，在所述实例中，所产生的警报可包括：(i)激光温度黄色和红色警报；(ii)激光功率黄色和红色警报；(iii)激光器接通；和(iv)λ稳定。此外，在另一方面，现场可编程装置1831还可允许警报的计算和决策进程并行地运行，从而使向主机报告异常状态的延迟最小化。波长锁定波长锁定算法基于法布里-珀罗标准具的响应随着操作条件的变化而动态调谐激光波长以使其保持为精确设定点。通常，标准具在与标准itu规范相一致的波长和间隔处具有峰值响应，但原则上波长可根据标准具的设计而为任何值或间隔。图19示出一般标准具反射响应和透射响应的实例。透射响应1901在所感兴趣的波长处具有峰值，而反射响应1903在这些相同的波长处具有最小值。为了创建物理上足够小以与可插拔模块中的其他光学器件一起放置的标准具几何形状，可对标准具最大值和最小值的精细度或清晰度作出妥协，从而降低可执行波长锁定的精度。在本公开的一个方面，能够实现对标准具响应的高效测量和对测量的算法处理以提高结果的质量。为了找出与期望的操作波长对应的标准具峰值和/或最小值，首先通过基于镜电流值和对应波长的预校准表调谐镜从而将激光器调谐成接近正确的波长。波长锁定算法然后通过在围绕默认预校准值的小范围内使激光相位电极电流抖动并寻找峰值和/或最小响应来微调波长。可通过控制驱动激光相位电极的电流dac并且通过adc监视标准具响应而以数字方式执行算法。图20示出例示根据本公开的一个方面的波长锁定算法的另一实施方案的方框图的实例。此处，通过控制驱动激光相位电极的电流dac2051并通过adc2059监视标准具响应而以数字方式执行波长锁定算法。在所述实例性实施方案中，相位抖动速度可为以足够的速率获得相位偏移和因此操作波长的更新之间的妥协，从而使抖动的线宽效应最小化。所述实例性技术可使相位以100us的速率步进。抖动的振幅也可在足够宽的范围上扫描以捕获最大值/最小值与不扫描只要在激光器2053中维持模式跳跃之间的妥协。所述实例性实施方案中的扫描振幅(或范围)可为可编程的，并且可基于校准表逐一波长设定，但通常处于+/-1ma的相位电极电流的范围内。在一个方面，然后通过平均滤波器2033处理从adc2059接收的所检测标准具透射功率和反射功率(经由耦合到循环器2055和标准具2057的检测器2058)，以减少噪声并平滑响应。现场可编程装置2031(例如fpga、pld等)被配置成有利于并行地对透射功率数据和反射功率数据进行滤波。算法然后基于以下操作来尝试经由最大值/最小值搜索2035在传输数据中找出最大值并在反射数据中找出对应的最小值：找出数据集上的最大值/最小值，并且通过在扫描中要求高于/低于最小值/最大值两侧的点处的最小值/最大值的阈值超过数来验证其实际上是拐点。然后将所确定的最大值点和最小值点的平均值用作要应用到激光器2053的新的相位偏移以设定波长的微调。如果算法未找出可接受的最小值或最大值，则新的相位偏移将基于所成功确定的拐点，或者如果既不确定最小值也不确定最大值，则不使用当前扫描的数据且不改变相位，直到获得成功的扫描。新的相位偏移经由dac控制件2039和电流dac2051提供给相位偏移2037及激光器2053。此外，应注意，上述波长锁定算法可在例如fpga、pld等现场可编程装置(103、531等)中实施为一个或多个并发、独立进程。此外，应注意，可能需要相位调制来实现以下中的至少一者或多者：(i)波长锁定，(ii)线宽缩减；和(iii)布里渊散射减轻。举例来说，在一个实施方案中，经由驱动经由spi介接的激光电极的多通道电流dac在现场可编程装置(例如fpga或pld等)的控制下对激光波长进行调谐。可经由查找表设定命令波长的初始镜和相位电极电流，并且波长锁定控制回路可基于检测到的标准具功率连续地运行以保持波长稳定性。如此一来，实时控制算法的基于现场可编程装置(例如：fpga、pld等)的实施方案有利于增强和优化，因为可在不影响总体系统性能和时间线的情况下独立地调谐个别控制回路。温度控制在本公开的另一方面，用于可调谐激光器的温度控制的进程可在现场可编程装置(例如：fpga/pld)中实施为并发、独立进程，所述现场可编程装置被配置成以与其他进程不同的时钟信号运行。图21例示温度控制进程的一个实施方案的实例图。举例来说，模块2129(例如：temp_pid)通过使用离散pid回路的tec控制器2135来监视并控制附接的tec2131。模块2129可被配置成接受期望的温度作为输入并且以可设定的采样率(时间常数)伺服，直到tec实际温度与设定温度相同。模块2129(例如：temp_pid)监视tec温度，将其与设定温度(例如：温度设定点)进行比较并且调整tec驱动电流以达到期望的温度。可通过线性控制芯片来控制tec2131。如此一来，可经由本地化热敏电阻器和选定adc通道来监视温度。还可经由线性控制芯片和选定adc通道来监视tec驱动电流。还可基于pid回路输出、设定温度和实际tec温度来计算tec驱动电流。pid回路输出因此驱动确定控制器输出电流的选定dac通道。如上所述，模块2129(例如：temp_pid)被配置成通过tec控制器电路2135来监视和控制附接的tec2131。模块2129可被配置成接受期望的温度值作为输入并且以可设定的速率(时间常数)伺服，直到tec实际温度变为与设定温度相同。还可监视最大tec电流以及最大温度和最小温度以获得用红色和黄色警报输出指示的警报状态。用于伺服的算法可包括使用以下离散时域公式的pid回路：u(k)＝u(k-l)+a0*e(k)+al*y(k)+a2*y(k-l)+a3*y(k-2)，其中u(k)为输出，u(k-l)为先前计算的输出，e(k)为设定温度与实际温度y(k)之间差，y(k-l),y(k-2)为来自tec控制器的一个和两个采样延迟输入温度。此外，值a0、al、a2、a3可从pid系数kp、ki、kd导出且采样周期ts如下：a0＝ki*ts，al＝kp-(kd/ts)，a2＝kp+(2kd/ts)，a3＝-kd/ts。用于产生u(k)的alu的结构可由在每个输入上具有4:1×16多路复用器的16×16乘法器后跟具有累加器寄存器的36位加法器组成。16位减法器块产生e(k)值。对u(k)和u(k-1)进行范围检查且限制在x"1000"以避免终结和溢出。累加器变为用于下一迭代的u(k-l)值。输入多路复用器和乘法器以及alu均为流水式的且其可能需要用于第一积与和的2个时钟以及各自用于随后的3次乘与加的一个时钟。累加器然后可保持为用于下一周期的u(k-l)的u(k)。在本公开的一个方面，可存在两个误差指示器：红色警报和黄色警报。红色警报可指示已超出最大温度、电流或温度裕度中的任一者。在抑制tec关闭的初始周期之后，如果出现红色警报以允许pid回路时间达到设定温度，则红色警报将引起tec关闭和激光器关闭。可存在如下多个流程：·tec_init_proc：当初始启用tec时，红色警报关闭被抑制与采样周期成比例的一段时间，但不少于约5.8秒。·temp_control：设定并监视警报限制、电流限制和pid限制。·pid_proc：控制pidalu初始化和pidalu的排序的有限状态机(fsm)。·pid_mpy_inst：具有同步32位输出寄存器的嵌入式并行带符号的16×16乘法器的实例。其可为pidalu的一部分。·local_clk_proc：以100us为增量的可编程采样时钟产生器。此外，在本公开的一个方面，可对pid常数和采样周期进行估计和设定。可使用齐格勒-尼科尔斯(ziegler-nichols)方法来估计pid常数，所述方法可能需要在无差分和积分项的情况下鉴于足够的增益而知晓控制回路将振荡的频率。此外，由于对设计施加的安全限制，可能无法获得需要稳态振荡的这种值。相反，可从阻尼振荡周期估计tu并且可估计ku。在本公开的一个方面，可在具有从pid值导出的离散系数a0至a3的电子表格中创建tec(单系数低通滤波器)和pid伺服系统的简单一阶模型。温度设定点的阶跃变化(stepchange)可用选定pid常数kp、ki和kd、以及采样周期ts和模型转移系数“xfer_coeff”来产生回路的阶跃响应(stepresponse)。可用曲线图表示响应，以使得可以交互方式观察结果。可将pid模块的实际系数输入乘以128，从而得到位6处的二进制点和分数系数。另外，可鉴于ku和tu的估计来实施齐格勒-尼科尔斯表以给出pid常数起始值。此外，用于计算变量的电子表格中可存在两个窗格。第一个窗格可用于以交互方式发现ku和tu；第二个窗格可用于以交互方式开发sfp的最佳kp和ki(系数项已设定为零)。此外，在本公开的一个方面，齐格勒-尼科尔斯方法可使用以下技术基于实验数据或模拟植物行为来分配pid系数：·将ki和kd系数设定为零。·增大kp(增益)系数，直到回路以恒定振幅振荡。·注意振荡周期---这是下表中的tu。·注意kp增益值----这是ku，下表中的最后增益。控制类型kpkikdp0.5kupi0.45ku1.2kp/tupd0.8kukptu/2pid0.6ku2kp/tukptu/8pessen积分0.7ku2.5kp/tu0.15kptu某一过冲0.33ku2kp/tukptu/3无过冲0.2ku2kp/tukptu/3注意在选择采样率和一阶滤波器系数之后，电子表格“ku、tu”工作表可用于找出ku值，且然后找出tu值。箱式滤波器在本公开的一个方面，一个或多个多通道移动平均(也被称为“箱式”)滤波器可在现场可编程装置(例如：fpga或pld)中以数字方式实施，所述现场可编程装置可被配置成为例如10gtosa电子板中的24个adc通道中的每个通道提供可配置低通滤波。24个通道中的每个通道可设定为0、1、2、4、8、16、32、64、128或256个样本的不同滤波器深度。这种能力可使得能够对其中需要短期起伏或随机较高频率噪声的adc输出数据进行滤波。也可通过寄存器存储器空间中的一组通道号相关寄存器来对滤波器深度和启用进行编程。在经滤波输出被确定为无效之前，给定滤波器通道的采样存储器必须充满样本。因此，在一个实施方案中，当获取样本时，所有样本與新样本减去最旧样本的和可进行平均并呈现为滤波器的输出值。在本公开的一个方面，可使用现场可编程装置(例如：fpga或pld)的内部存储块来实施一个或多个箱式滤波器，以用于数据历史存储、定址和索引、以及累加每个通道的和。举例来说，现场可编程装置中的单个24位alu可用于数据求和，并且和可右移适合于每个滤波器的深度的多个位置。在一个实施方案中，从输入到输出可能需要约10个系统时钟时间(大约400ns)。由于相关联模拟子系统的采样率可为约4khz/通道，因此箱式滤波器可在增加非常少的延迟时间的同时容易适应所有通道。箱式滤波器的一个通道的符号模型的方框图示出于图22中。非易失性存储装置在本公开的一个方面，寄存存储器映射图的状态以及装置波长表可存储在一个或多个非易失性闪速存储器(例如：麦可罗尼克斯(mcronix)闪存，mx25l4006e)中。每个闪速存储器可为4mb容量的装置，并且在对装置加电以应用适当个性的期间以及在維護整个系统的终端用户定义的行为时可为一体的。可存在当被写入时导致所述字节向闪存的立即写入的一组寄存器。因此，当功率循环时，所述字节数据可存留，从而保持用户定义的个性。可如图23a所示定义非易失性闪速存储器的地址空间的实例。此外，可如图23b所示定义波长定义表。每个波长表可为32字节结构，并且每个装置可包括用于多个波长表的存储器空间，无论是在现场可编程装置内部还是外部。填充寄存器和波长表的加电闪存流程在本公开的一个方面，在光学通信系统或装置加电时，板上固件个性可经历两个流程以便将所述装置置于最终用户确定的状态。例如，流程可包括将寄存的存储器映射图加载到固件系统中并且将波长表复制到通信系统的ram存储装置中。每个存储器空间可被定义为4096个字节(4kb)。如图23a中的闪速存储器映射图所示，寄存器存储器映射图可从0×70000开始。在加电后，板上固件个性执行的第一流程是将寄存器值复制到固件寄存器空间中。执行的第二流程是从0×70000开始将波长表从闪存复制到装置上的波长ram空间中。一旦从闪存复制了所有存储器，则装置读取“电流波长”的寄存器值，并且将所述波长写入激光电极寄存器。此时，装置可被完全加电且被配置有加载的选定波长并准备好操作。在所述实施方案中，从闪存存储装置复制所有寄存器和波长数据可能需要约0.4ms。应用编程接口(api)在本公开的一个方面，应用编程接口(api)可由dll可执行库实施。通过将apidll输入到编码项目中，api的用户可访问对可调谐激光控制电子器件进行控制的功能。可供用户使用的api功能可允许适当地打开串行通信端口、读取和写入寄存器接口、及甚至提供一些更高级别的宏功能，以直接读取装置温度、设定电极电流、读取监视器电压、设定波长、并且接通和关断激光器和激光器tec。如此一来，本公开可提供可经由api访问的软件启用特征，从而提供基于例如实际业务流对一个或多个模块或进程的全面的实时控制和监视。如上所述，这种可编程性通过带宽的实时缩放和重新路由、从给定纤维植物的更高带宽提取以及数据网络的规划、构建、运行和维护的复杂性和相关成本的降低在光学层处提供前所未有的灵活性和响应性。虽然本公开的上述书面说明使普通技术人员能够制作和使用目前被认为是其最佳模式的技术，但所述普通技术人员将理解和了解，在本文中存在具体实施例、方法和实例的变化形式、组合形式和等效形式。因此，本公开不应受上述实施例、方法和实例限制，而是应受处于本公开的范围和精神内的所有实施例和方法限制。本公开的各个方面还可由一个或多个处理系统实施。例如，主控制器101、现场可编程装置103或激光器109可通过可包括总线和任何数量的互连总线和桥接器的总线架构来实施，如图24所示。总线将包括一个或多个处理系统、一个或多个存储器、一个或多个通信接口和输入/输出装置在内的各种电路链接在一起。所述一个或多个处理系统负责管理总线和一般处理，包括存储在非临时性计算机可读介质上的软件的执行。如上所述，所述一个或多个处理系统可包括解释和执行指令的一个或多个可配置电路块。在各实例性实施方案中，所述一个或多个处理系统可实施为或包括一个或多个应用专用集成电路、现场可编程逻辑阵列等。软件在由所述一个或多个处理系统执行时致使所述一个或多个处理系统执行本文针对任何特定设备所述的各种功能。非临时性计算机可读介质还可用于存储由所述一个或多个处理系统在执行软件时操纵的数据。所述一个或多个存储器可包括用于存储信息和/或指令的各种类型的存储器，包括随机存取存储器或只读存储器和/或其他类型的磁性或光学记录介质及其对应装置。所述一个或多个输入/输出装置可包括允许输入信息和/或输出信息到外部装置或装备的装置。所述一个或多个通信接口还可包括如能够实现与其他装置和/或系统的通信的机构的任何收发机，包括光学收发机(例如：tosa和/或rosa)。即使特征的特定组合公开于本说明中和/或陈述于权利要求书中，但这些组合并非旨在限制本技术的公开内容。此外，本文公开的本技术的方法和方法论可在软件、硬件、硬件和软件的任何组合、并入计算机可读介质以由处理系统执行的计算机程序或固件中实施，所述处理系统包括离散硬件电路、门控逻辑、状态机、可编程逻辑装置pld、现场可编程门阵列(fpga)、应用专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit；asic)、以及被配置成执行本文所述的各种功能的其他合适的硬件。本文所使用的术语“硬件”、“模块”或“进程”应被广泛地解释为指任何指令、指令集、程序、子程序、代码、程序代码、软件模块、应用程序、软件包、例程、对象程序、可执行程序、执行线程、流程、功能等，包括固件、微代码、中间件、软件、硬件描述语言等。此外，软件还可包括各种类型的机器指令，包括指令、代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件包、例程、子例程、可执行程序、流程、功能等。此外，软件还可指通用软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言等。如上所述，软件可存储在计算机可读介质上。计算机可读介质的实例可包括非临时性计算机可读介质，例如(举例来说)光盘、磁存储装置、数字通用盘、闪速存储器、随机存取存储器(randomaccessmemory；ram)、静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory；sram)、同步动态随机存取存储器(synchronousdynamicrandomaccessmemory；sdram)、只读存储器(readonlymemory；rom)、寄存器、可编程rom(programmablerom；prom)、可擦除prom(erasableprom；eprom)、电可擦除prom(electricallyerasableprom；eeprom)、可移动盘、闪速存储器装置、以及用于存储可由处理器或处理系统访问和读取的软件的任何其他合适的介质。还应当理解，本领域的技术人员将认识到如何在设计限制范围内根据特定应用最好地实施与要在一个或多个现场可编程装置中单独或与一个或多个计算系统组合实施的各种功能有关的所述功能性。本文所使用的术语“单元”或“部件”是指软件、硬件、或其任何组合。部件可实施为软件部件、硬件部件、或其任何组合，包括现场可编程门阵列(fpag)、数字逻辑、数字逻辑阵列、应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)等、或其任何组合。部件因此可包括软件部件、任务部件、进程、流程、功能、程序代码、固件、微代码、电路、数据结构、表、阵列和变量。虽然为了简单起见，这些方法论在本文中被描述为一系列步骤或动作，但应当理解，所要求的主题不受步骤或动作的顺序限制，因为一些步骤或动作可以与本文所示和所述的顺序不同的顺序进行和/或与其他动作同时进行。此外，根据本公开的本技术，可能并不需要所有所例示步骤或动作来实施各种方法论。此外，本文和本说明书通篇所公开的方法论能够被存储在制品上，以有利于将这些方法论输送和传送到一个或多个处理系统。本文所使用的术语“制品”旨在涵盖可从任何计算机可读装置、载体或介质访问的计算机程序。本文所使用的术语“第一”、“第二”等可用于描述各种部件，但所述部件不受上述术语限制。上述术语仅用于区分一个部件与另一个部件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第二部件可被称为第一部件，并且第一部件可以类似的方式被称为第二部件。此外，本文所使用的术语“和/或”包括多个相关项的组合或所述多个相关项中的任一项。此外，应当注意，当描述元件“耦合”或“连接”到另一元件时，所述元件可直接耦合或直接连接到所述另一元件，或者所述元件可通过第三元件耦合或连接到所述另一元件。如果在上下文中没有明确相反的意思，则单数形式可包括复数形式。在本公开中，本文所使用的术语“包括”或“具有”指示存在本文所述的特征、操作、部件、步骤、数目、部分或其任一组合。然而，术语“包括”或“具有”不排除存在或添加一个或多个特征、操作、部件、步骤、数目、部分或组合的可能性。此外，如本文所使用的冠词“一(a)”旨在包括一个或多个项。此外，除非在本公开中如此明确地描述，否则本公开中使用的元件、动作、步骤或指令不应被解释为对于本公开是至关重要的或必不可少的。尽管为了描述实例性实施例的目的，已通过本文所述的具体实例例示了本技术，但相关领域的技术人员应当理解，各种各样的另选和/或等效实施方案可替代所示和所述的具体实例，此并不背离本公开的范围。因此，本公开旨在涵盖本文所示和所述的实例和/或实施例的任何修改形式或变化形式，此并不背离本公开的精神和技术范围。当前第1页12