专利名称：控制半导体激光器的光功率和消光比的制作方法
技术领域：
本发明的一个或多个实施例涉及半导体激光器的控制。特别地，本发明的一个或多个实施例涉及半导体激光器的光功率和/或消光比的控制。
背景技术：
相关申请本申请涉及2004年12月10日提交的顺序号为11/008,905的同时待审的美国专利申请。
背景信息半导体激光器用于各种各样的应用。特别地，半导体激光器是光通信系统中的组成部件，在光通信系统中，利用大量信息调制的光束可以通过光纤以光速被远距离传送，以及可以被短范围距离传送，例如在计算环境中从芯片到芯片。
半导体激光器通常在不同的温度下操作。半导体激光器的温度可能改变的一个原因是由于邻近的电路和其它发热部件所产生的热。在所谓的小形状因数(SFF)的模块中，由于这种部件在相对较小的模块内紧密接近，所以会加剧温度的改变。而且，多个SFF模块可以被包括在相同的线卡或网络设备中，这可以进一步促进温度升高。不同的环境温度也可以影响激光器的温度。因此，通常期望光收发机工作在相对较宽的温度范围，例如从冷约-10℃到热约+70℃，或者在一些情况下甚至更大的温度范围，例如从约-40℃到约+85℃。
难题在于半导体激光器的某些特性会随温度改变。会随温度改变的若干公知参数包括阈值电流、斜率效率和消光比。如果未被减轻，这些参数中的一个或多个的改变会显著地降低在其中采用了半导体激光器的光收发机的性能。
用于补偿这些改变的激光器特性的各种方法在本领域是已知的。在一个说明性方法中，可以在存储器中存储查找表。该查找表可以用于存储在特定温度下适于驱动激光器的激光器驱动电流。这种方法的潜在缺点是，提供存储查找表的存储器会增加制造成本，和/或获得填充查找表的数据会花高代价得到、难以得到、不方便得到和/或不准确。其它方法基于使用自动功率控制(APC)回路或热敏电阻。
通过参考下面的描述和用于说明本发明实施例的附图可以最好地理解本发明。在附图中图1是根据一个或多个实施例示出在两个不同温度下用于半导体激光器的代表性激光器输出功率与激光器输入驱动电流特性的关系的曲线。
图2是根据本发明的一个或多个实施例示出光发送机的有关部件的框图。
图3是根据本发明的一个或多个实施例为了试图保持基本恒定的光功率和基本恒定的消光比而调整半导体激光器的驱动电流的方法的流程框图。
图4是适用于本发明的一个或多个实施例的发送机光学子组件(TOSA)的截面图。
图5是示出用于容纳光电组件的TO-can的透视图。
图6是适用于本发明的一个或多个实施例的光收发机的框图。
图7是适用于本发明的一个或多个实施例的示例性小形状因数(SFF)光收发机组件的透视图。
图8是根据本发明的一个或多个实施例包括交换机结构(switch fabric)和具有多个光收发机的线卡的网络交换设备的框图。
具体实施例方式
在下面的描述中陈述了许多特定细节。然而可以理解，可以在没有这些特定细节的情况下来实行本发明的实施例。在其它示例中，为了不模糊对本描述的理解，公知的电路、结构和技术未被详细地示出。
图1是根据一个或多个实施例示出在两个不同温度下用于半导体激光器的代表性激光器输出功率与激光器输入驱动电流特性的关系的曲线。垂直腔面发射激光器(VCSEL)和法布里-珀罗激光器往往显示出类似的特性。其它类型的半导体激光器也会具有可以取决于温度的斜率效率和/或阈值电流。
该曲线示出提供给激光器的在水平轴上的驱动电流(I)和对应于驱动电流的在垂直轴上的激光器输出功率(P)。示出了两条不同的“曲线”，一条在“较低温度”，一条在“较高温度”。
通过两个公知的特性来表征“曲线”，即阈值电流和斜率效率。首先将讨论阈值电流，然后将讨论斜率效率。
第一阈值电流(IT)被标记在较低温度的曲线上，而第二阈值电流(IT’)被标记在较高温度的曲线上。在阈值电流以下，激光器输出随着驱动电流增加而显著增加比高于阈值电流时更缓慢。通常，认为低于阈值电流的激光器输出功率是可忽略的。在阈值电流以上，输出功率往往会随驱动电流增加而基本上线性地增加。
当温度升高时，阈值电流往往增加。注意，在较低温度下的阈值电流(即IT)低于在较高温度下的阈值电流(即IT’)。在不希望受理论限制的情况下，阈值电流可以表示光增益超过光损耗的点。阈值电流随温度升高而增加可能是由于激光器的光增益随温度升高而减小。由于光增益减小，会需要更多的电流以获得相干光发射，并且这会造成阈值电流增加。然而，本发明的范围不限于用于该效应的任何已知原因，只要在实际的实践中已经观察到所说明的温度依赖性。
一旦半导体激光器以高于阈值电流的电流被偏置，输出的光功率会随着驱动电流增加而基本上线性地增加。根据相应的输入驱动电流的变化，激光器输出功率的变化率被称为斜率效率。斜率效率可以表示曲线高于阈值电流的线性部分的斜率。
如所示，斜率效率会随着温度升高而降低。第一斜率效率(S)被标记在较低温度的曲线上，而第二斜率效率(S’)被标记在较高温度的曲线上。注意，在较低温度的斜率效率(即S)大于在较高温度的斜率效率(即S’)。
半导体激光器通常在高于阈值电流的基本上线性的区域中操作。激光器可以发出低的光功率(PL)或高的光功率(PH)。PH通常对应于数字“1”，而PL通常对应于数字“0”。为了传送表示数字信息的一串零和一，半导体激光器可以在发出低和高的光功率之间快速交替。
在某些情况下，为了使激光器在高的光功率下发光，可以将快速改变的调制电流添加到基本上恒定的偏置电流上，以及为了使激光器在低的光功率下发光，可以将调制电流从偏置电流中减去。注意，在较低温度下获得PH和PL所需的驱动电流相差两倍的第一调制电流(2*Im)，以及在较高温度下获得PH和PL所需的驱动电流相差两倍的第二调制电流(也就是2*Im’)。还要注意，Im’大于Im。由于在较高温度下的斜率效率(S’)小于在较低温度下的斜率效率(S)，所以为了保持相同的PH和PL，在较高温度下的调制电流(Im’)需要大于在较低温度下的调制电流。因此，可以增加调制电流以补偿斜率效率的降低。
可以随温度变化的另一公知的激光器特性是消光比。消光比可以表示激光器的高输出光功率(PH)电平与激光器的低输出光功率(PL)电平的比，即(PH/PL)。换句话说，消光比可以表示用于激光器“接通”时数字“1”的传输功率与用于激光器“断开”时数字“0”的传输功率的比。如在图1中清楚地看出，如果斜率效率降低并且驱动电流(例如调制电流)没有相应地增加，那么消光比也将降低。换句话说，如果调制电流没有为了补偿PH的减少而从Im增加到Im’，那么从较低到较高温度的温度升高会造成消光比显著降低。
消光比的显著降低会不利地影响光收发机的性能。例如，消光比的降低会不利地影响比特差错率(BER)和/或信噪比。在一些情况中，为了能够在最大的预期操作温度下符合规范，例如同步光网络(SONET)的那些规范，光收发机可以被设计成在较低温度下具有不期望的大消光比。使用这样的大消光比往往会引起其它问题，例如增加的抖动和功率。
以上的讨论描述了由于温度的变化而变化的半导体激光器的特性。然而，半导体激光器的特性还会由于其它因素而变化，例如激光器的老化(例如由于退化)，和/或由于在激光器制造过程遇到的工艺偏差。本发明的实施例对于减少由于所有这样的原因而引起的变化会是有用的。
图2是根据本发明的一个或多个实施例示出光发送机200的有关部件的框图。光发送机包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)202和驱动VCSEL的激光器驱动电路204。可选择的实施例可以包括除了VCSEL之外的其它半导体激光器。特别说明的激光器驱动电路包括微控制器206、可变电流源208、光电探测器210和电阻器212。
例如，微控制器通过互连214例如串行接口与电流源电耦合，或与电流源通信。为了控制和/或指示电流源要提供给VCSEL多少电流，微控制器可以传送或提供电控制信号给电流源。一个合适的微控制器是可从Atmel Corporation，of San Jose，California获得的ATmega88通用微控制器，尽管本发明的范围不限于此。也可以可选地使用其它通用微控制器。
在本发明的一个或多个实施例中，可变电流源可以包括6位数模转换器(DAC)电流源，尽管本发明的范围不限于此方面。在这样的实施例中，微控制器可以提供6位数字电流编码信号到6位DAC电流源。6位数字电流编码能够进行编码并指示64种不同的电流量。作为一个例子，值111111可以对应于最高支持的电流，而值000000可以对应于最低支持的电流，尽管这只是一种可能的约定。应该认识到，使用6位电流编码信号不是必需的。其它合适的多位电流编码信号包括但不限于4位、5位、7位、8位、9位、10位和16位电流编码信号。
6位DAC电流源可以接收来自微控制器的6位电流编码信号或其它电信号。6位DAC电流源可以将6位电流编码信号转换成相应的电流量。例如，在Weiss的美国专利5,001,484中讨论了代表性DAC电流源。作为例子，DAC电流源可以包括电流源晶体管的阵列，所述电流源晶体管产生表示二进制字或二进制码的位的加权值的输出电流。电流源与VCSEL电耦合或通信，并且可以提供电流量到VCSEL。
VCSEL可以接收来自电流源的电流量。垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种普通类型的半导体微激光器二极管。这种类型的激光器发出“垂直”或正交于具有在其中形成的VCSEL的半导体衬底的表面的相干光束。VCSEL表示一种合适类型的半导体激光器，尽管本发明的范围不限于VCSEL。其它半导体激光器，例如各种公知的半导体二极管激光器，也是合适的。VCSEL可以发送、发出或提供与接收的电驱动电流量对应的光量。
光电探测器与VCSEL光耦合或光通信，并且可以探测由VCSEL发出或提供的光。代表性合适的光电探测器包括但不限于雪崩光电二极管、光电倍增管、p-n光电二极管、p-i-n光电二极管等。如在所说明的实施例中所示，VCSEL和光电探测器可以被可选地集成或包括在通用的发送机光学子组件(TOSA)216内，尽管本发明的范围不限于此方面。具有与光电探测器集成的VCSEL的合适的TOSA在商业上可从EMCORE Corporation of Somerset，New Jersey和AOCTechnologies，Inc.，of Dublin，California获得，尽管本发明的范围不仅仅限于这些TOSA。光电探测器可以响应于接收的输入光信号而产生输出的电信号，例如电压。输出电压或信号的量或范围可以与输入光功率或信号的量或范围成正比例，或至少与其正相关。
光电探测器通过一条或多条线路、走线(trace)或其它电信号通路218与微控制器电耦合或电通信。光电探测器可以提供表示检测到的光的输出电信号给微控制器。在本发明的一个或多个实施例中，输出电信号可以包括与由光电探测器检测到的光的量或功率正相关的电压。然而，本发明的范围不限于这种特定类型的电信号。
微控制器可以接收输出电信号。在本发明的一个或多个实施例中，微控制器可以通过检测电阻上电压差动的变化而接收电信号。正如将在下面进一步详细解释的那样，在本发明的一个或多个实施例中，微控制器可以使用从光电探测器接收的这种电信号，以便控制或调整提供给VCSEL或其它半导体激光器的电流，从而试图保持恒定的光功率输出和/或试图保持恒定的消光比。这种调整会有助于避免在温度改变和/或半导体激光器退化或随时间变化时可能往往发生的光功率和/或消光比的变化。
为了简单并且易于描述起见，本说明书和权利要求书将经常提到使用从光电探测器接收到的电信号的微控制器。实际上，微控制器可以经常使用接收的电压或其它模拟电信号的数字转换表示。如在此使用的，术语“接收的电信号”打算包含实际接收的电信号以及实际接收的电信号的这种变换和表示。
图3是根据本发明的一个或多个实施例为了试图保持基本恒定的光功率和基本恒定的消光比而调整半导体激光器的驱动电流的方法320的流程框图。一方面，可以通过串联光电探测器和微控制器来实施该方法，其中光电探测器进行测量，而微处理器基于该测量进行判定，并基于该判定进行调整。由微控制器执行的操作可以由软件逻辑比如可执行指令、或者硬件逻辑比如一个或多个电路、或者软件与硬件逻辑的组合(例如包括具有在其上存储的软件的只读存储器的固件)来执行。
如在此使用的短语“基本恒定的消光比”等，是指消光比的变化少于20％。如在此使用的短语“近似恒定的消光比”等，是指消光比的变化少于30％。如在此使用的短语“基本恒定的光功率”等，是指平均光功率的变化少于20％。如在此使用的短语“近似恒定的光功率”等，是指平均光功率的变化少于30％。光功率和消光比变化的观测量可能往往至少部分地取决于目标光功率和消光比。如果从约0.5mW的目标光功率和4(6dB)的消光比显著偏离，那么可以观测到不同的变化量。
最初，在块321，光电探测器可以检测或测量由VCSEL或其它半导体激光器发出的第一光功率。在本发明的一个或多个实施例中，光电探测器可以被包括在作为激光器的同一TOSA内。可选择地，光电探测器可以以其它方式紧邻激光器，或被配置为检测激光器的光功率。光电探测器可以提供指示光功率的电压或其它电信号给微控制器。该电压可以与光功率成正比例或至少与其正相关。
微控制器可以接收来自光电探测器的输出电压或其它电信号。微控制器可以包括判定逻辑或判定单元或模块，以在块322对测量的光功率与预定的目标光功率之间的差异是否超过阈值作出第一判定。为了清楚起见，没有把该阈值与关于图1所示出并讨论的所谓的阈值电流混淆。该阈值可以是大约为目标光功率的一小部分的常量值。合适的阈值包括但不限于从约1％到约20％的目标光输出值、或从约2％到约10％的目标光输出值。这些只是一些说明性例子，并且应当认识到，本发明的范围不限于任何已知的阈值。
如果微控制器在323判定值的差异小于阈值，(换句话说，如果判定为“否”)，那么该方法可以回到块321。这样，当测量的和目标光功率基本相近时，可以避免电流的调整。这会有助于避免进行许多调整，会有助于避免系统颠簸，和/或会有助于抑制或稳定控制。然而，本发明的范围不限于此方面，只要使用阈值是可选的而不是必需的。
可选择地，如果微控制器在324判定值的差异大于阈值，(换句话说，如果判定为“是”)，那么该方法会前进到块325。在块325，微控制器可以包括附加的判定逻辑或单元或模块以进行第二判定。特别地，如在所说明的实施例所示，微控制器可以判定测量的光功率是否大于目标光功率。应该认识到，这只是可以进行的几种可能的大致类似的判定之一。例如，在本发明的一个可选择实施例中，微控制器可以判定目标光功率是否大于测量的光功率。在本发明的另一可选择实施例中，微控制器可以判定测量的光功率是否小于或等于目标光功率。这些只是一些说明性的例子。通常，微控制器会比较测量的和目标光功率。比率和比较的其它形式也可能是合适的。
微控制器可以包括调整逻辑或单元或模块，以至少部分地基于测量的第一光功率和预定的目标光功率的前述比较而调整提供给半导体激光器的电流，例如偏置电流。特别地，在该第二判定期间，如果微控制器在326判定测量的光功率大于目标光功率，(换句话说，如果判定为“是”)，那么微控制器会减少偏置电流，如在块327所示。在本发明的一个或多个实施例中，可以以一个最低有效位来递减6位电流编码，然后将其提供给6位DAC电流源，以使电流源可以提供相应减少的电流给激光器。可选择地，可以使用以两位或更多位对6位DAC电流源进行的递减。在本发明的一个或多个实施例中，偏置电流减少的量可以正相关于测量的和目标光功率之间差异的范围。
可选择地，如果微控制器在328判定测量的光功率不大于目标光功率，(换句话说，如果判定为“否”)，那么微控制器会增加偏置电流，如在块329所示。与以前类似，在本发明的一个或多个实施例中，可以以一个最低有效位来递增6位电流编码，然后将其提供给6位DAC电流源，以使电流源可以提供相应增加的电流给激光器。
因此，为了试图反转光功率变化的方向并保持或控制恒定的光功率，微控制器可以包括负反馈逻辑以基于测量的光功率和预定的目标光功率来调整偏置电流。这种调整会有助于补偿或避免当温度改变和/或当激光器的发射特性退化或随时间变化时光功率的变化。在一个或多个实施例中，第一测量光功率和目标光功率之间的差异可以与阈值比较，并且只有当测量的第一光功率与目标光功率的差异大于阈值时才可以调整电流。阈值的这种使用会有助于避免系统颠簸，并且会有助于稳定控制，但这是可选的。
在块327减少电流、或在块329增加电流之后，该方法可以前进到块330。在块330，光电探测器可以重新测量当激光器在调整的电流下操作时由该激光器提供的光功率。也就是，光电探测器可以测量当半导体激光器在以前调整的电流下操作时由该激光器发出的第二光功率。如前所述，光电探测器可以提供指示重新测量的光功率的电压或其它电信号给微控制器。
微控制器可以接收输出电压或其它电信号。如在块331所示，微控制器可以包括附加的判定逻辑或单元或模块，以通过利用以前测量的光功率(它在块321测量)和后来重新测量的光功率(它在块330测量)来计算公式从而确定新的调制电流。如前所述，可以使用实际接收的电信号，或者可以使用接收的电信号的变换或表示。在一个或多个实施例中，微控制器可以包括模数转换器以将接收的电压转换为表示电压或光功率的量的数字。在本发明的一个或多个实施例中，计算的调制电流能够给予半导体激光器基本恒定和/或近似恒定的消光比。
根据本发明的一个或多个实施例，合适公式的一个例子是下面的公式1IM=PH/PL-1PH/PL+1*VpdΔVpd---(1)]]>在这个公式中，Im表示新的调制电流，PH表示对应于数字“1”的高“接通”光功率，PL表示对应于数字“0”的低“断开”光功率，Vpd表示在块321测量的第一光功率，以及ΔVpd表示在块330测量的第二光功率与在块321测量的第一光功率之间的差异。
公式1的简短推导会是有帮助的。作为温度(T)的函数的消光比(ER)可以由下面的公式2以分贝(dB)为单位来表示ER(T)≡10*log(PH/PL)(2)在阈值电流(IT)以上，平均激光器输出功率(LaserPower)随施加的平均驱动电流(I)增加而近似线性地增加，如由下面的公式3所表示LaserPower≡S(T)*(I-IT)(3)公式2和公式3可以被改写为下面的公式4(PHPL)=(S(T)*(I-IT+IM)S(T)*(I-IT-IM))=((I-IT)+IM(I-IT)-IM)---(4)]]>当半导体激光器的驱动电流增加一个对应于来自微控制器的数字信号增加一个最低有效位的增加的量时，激光器功率还通过下面的公式5与来自光电探测器的平均电压(VPD)和来自光电探测器的电压变化(ΔVPD)有关LaserPower=Constant(T)*VPdΔVpd---(5)]]>其中Constant(T)表示当平均驱动电流根据一个最低有效位的增加而增加时平均激光器输出功率的变化。公式4和5可以被组合并重新整理以给出下式IM=PH/PL-1PH/PL+1*(I-IT)=PH/PL-1PH/PL+1*VpdΔVpdConstant(T)*/S(T)=PH/PL-1PH/PL+1*VpdΔVpd]]>上面的公式立即给出公式1。公式1可以用于计算调制电流以根据已知的PH/PL比、从光电探测器测量的电压VPD以及当通过数字驱动信号的一个最低有效位的等值改变驱动电流时从光电探测器测量的电压的变化(ΔVPD)来实现基本或近似恒定的消光比。
本发明的范围不限于使用公式1。公式1的重新整理也是合适的。其它变量或表达式也可以或者替换可选地被代入公式1以给出不同的公式。还可以完全基于半导体激光器特性的不同模型和/或假设而得到更多的其它公式。例子包括说明非线性、舍入、阈值电流以下非零部分等。因此，应该把公式1看作只是可以使用的许多可能的公式之一。提供了公式1以说明某些概念，而不是限制本发明的范围。
如果期望，还可以可选地计算阈值电流和斜率效率。用于确定阈值电流的一个示例性的合适公式是下面的公式6IT=IB-VpdΔVpd---(6)]]>在这个公式中，IT表示阈值电流，以及IB表示偏置电流。
用于确定斜率效率的一个示例性的合适公式是下面的公式7S=LaserPower(IB-IT)---(7)]]>在这个公式中，LaserPower表示平均输出光功率，IB表示偏置电流，以及IT表示阈值电流。在本发明的一个或多个实施例中，可以通过使用校准数据从光电探测器的测量电压输出来确定LaserPower，该校准数据可以被存储在微控制器例如EEPROM中，并且用于实时地使电压与LaserPower相关。也可以可选地使用其它公式和给定公式的其它形式。另外，计算阈值电流和/或斜率效率是可选的，而不是必需的。
本领域技术人员通常使用阈值电流和斜率效率来表征半导体激光器的特性。在本发明的一个或多个实施例中，在光收发机制造期间，可以可选地确定在一个或多个温度下(例如在室温下)一个或多个初始或启动斜率效率和阈值，并且可选地将其存储在光收发机的非易失局部存储器例如EEPROM中。初始或启动斜率效率和阈值可以被用作访问光收发机的光性能变化的基准或标准。在运行时间期间，可以如这里在别处描述的使用固件来计算斜率效率和阈值电流，并且可选地将其存储在光收发机的易失局部存储器例如微控制器的随机存取存储器(RAM)中。可以在操作期间可选地频繁计算运行时间计算的斜率效率和阈值电流，例如至少每分钟几次或者甚至每秒数次。在本发明的一个或多个实施例中，为了访问光收发机的变化，例如由于老化或退化，可以比较计算的阈值电流和/或斜率效率以及初始斜率效率和/或阈值电流。作为例子，为了允许主系统监视激光器或光收发机的性能，可以将EEPROM中的初始值和RAM中的运行时间计算的值提供给主系统I2C(Inter-IC)或其它接口。在本发明的一个或多个实施例中，方法可以包括进行确定以替换具有其斜率效率和/或阈值电流在相同温度下相对于初始斜率效率和/或阈值已经改变的激光器的模块，这往往可能指示激光器已经老化、退化或其它变化。
再次参考图3，如在块332所示，微控制器于是可以基于新的调制电流来调整调制电流。在本发明的一个或多个实施例中，可以将调制电流调整到新的调制电流。可选择地，可以朝着新的调制电流部分地调整调制电流，如果期望的话。
如由连接块332回到块321的箭头线所示，可以将该方法可选地重复一次或多次或任意大数量的次。在本发明的各种实施例中，在光发送机操作期间，可以持续和/或周期性地执行该方法。代表性地，仅举出一些例子，可以每分钟一次、每分钟几次、每秒一次或每秒多次地执行该方法。不大频繁地执行该方法也是合适的，尽管这可能潜在地导致光功率和/或消光比的显著变化，尤其当例如在启动期间会发生的温度快速变化时。
使用半导体激光器例如VCSEL的光收发机，目前可以以各种各样的形状因数得到，每种形状因数针对一定范围的连接参数和协议。这些形状因数是定义通用的机械尺寸和电接口的多源协议(MSA)的结果。早期的MSA是300引脚的MSA，之后是XENPAK、X2/XPAK和XFP。由MSA定义的每个收发机可以提供适合各种系统的需要的优点，从而支持不同的协议、光纤到达范围(reach)和/或功率耗散水平。
图4是适用于本发明的一个或多个实施例的发送机光学子组件416(TOSA)的截面图。所说明的TOSA 416具有称为晶体管外壳(TO-can)封装434的配置。该名称是指通常与分立晶体管封装的形状类似的TO-can的形状。TO-can可以密封地容纳TOSA的敏感部件。TO-can可以包括具有电引线438的管座部分436。TO-can可以安装在腔440内，其中管座部分邻接外部壳体442。隔板444可以用于保持TO-can抵靠腔的内壁446。TO-can顶部的透镜或窗口448可以允许光传到光纤芯450或从光纤芯450传出。壳体可适于将光纤芯和TO-can的窗口对准。虽然示出TO-can具有凸透镜或窗口，但是TO-can可选择地可包括具有平角窗口的金属壳。壳体可以形成小形状因数(SFF)的可插连接器例如LC连接器或其它用于光收发机的标准化可移动连接器的凹部452。光纤454可以具有延伸的缆线部分456，并且还可以包括外部保护性护套458，该外部保护性护套可由包括位于光纤中心的套圈460的连接器的配合部分保持。套圈可以被插入在壳体中所形成的套圈塞孔462中，以使光纤可以与TO-can的窗口光学对准。
图5是示出用于容纳光电组件的TO-can 434的透视图。TO-can可以包括绝缘基座或管座436、金属密封部件563和金属盖564。管座436可以由具有良好的热传导性的材料形成以将热从光电组件导离。通过使用高热传导性材料，管座可以有效地从未冷却的有源光学器件例如二极管激光器和装入壳中的(can-incorporate)集成电路例如二极管驱动电路或芯片散热。
绝缘管座可以包括上表面565、下表面566和从上表面向下延伸的四个基本平坦的侧壁564(示出其中两个)。管座的厚度可以是约1毫米(mm)。可选择地，绝缘管座可以按照期望更厚或更薄。管座可以被配置为具有多个层的多层衬底。可以在多个层的每一层设置多金属层，并进行层叠或以其它方式结合在一起。
可以在TO-can内容纳各种器件。例如，有源光学器件568比如VCSEL及其相关的集成电路569、其它光学器件570比如光电二极管、以及各种其它电部件571和572可以位于金属密封部件的内部区域。
可以包括并耦合至少一个电引线573，以将信号从容纳在组件TO-can内部的光电和/或电部件传送到位于To-can外部例如在印刷电路板或其它外部的发信号(signaling)介质上的部件。引线在截面上可以为圆形或矩形，如所示。可选择地，管座可以与印刷电路板或其它发信号介质通过使用焊接例如球栅阵列连接和/或柔性电路来耦合。
为了容纳并完全封闭安装在管座的上表面的光电和电部件并从而密封TO-can，可以对金属密封部件密封盖，该盖可以包括KovarTM或另一合适的金属。为了保护在其中的光电和电部件，这种密封盖的使用可以有助于不使湿气和周围空气入内，并且减少侵蚀。
盖可以包括透明部分，例如平玻璃窗口、球面透镜、非球面透镜或GRIN透镜，仅举出一些例子。光电部件例如VCSEL可以位于TO-can内，以使光能够通过透明部分214传到它们或从它们传出。在许多方面，透明部分可以由玻璃、陶瓷、塑料或组合形成。为了避免影响容纳在TO-can内的光电和电部件，盖的透明部分可选择地可以具有抗反射涂层以减少光损耗和背反射。
在本发明的一个或多个实施例中，在图4-5中所说明的TOSA 416或类似于它的组件可以用于图2所示的TOSA 216。可选择地，可以可选地使用符合其它MSA的其它类型的TOSA。本发明的范围不限于任何特定的TOSA、MSA或形状因数。
图6是适用于本发明的一个或多个实施例的光收发机600的框图。光收发机包括发送机光学子组件(TOSA)616、接收机光学子组件(ROSA)675、发送机(Tx)驱动器和接收机(Rx)量化器集成电路(IC)676、以及可选数字诊断IC 677。TOSA和ROSA与Tx驱动器和Rx量化器IC电耦合。Tx驱动器和Rx量化器IC与可选数字诊断IC电耦合。TOSA和ROSA能够与光接口例如一个或多个光纤耦合。Tx驱动器和Rx量化器IC能够与电接口例如高速串行数据总线耦合。可选数字诊断IC能够与数字管理接口电耦合。可选择地，可以包括可选数字诊断IC以提供远程链路监视能力。由于如这里在别处所述的一些或全部数字诊断功能还可以可选地在微控制器内被实施，所以认为数字诊断IC是可选的。
图7是适用于本发明的一个或多个实施例的示例性小形状因数(SFF)光收发机组件700的透视图。如所示，该组件可以包括主体778以容纳电子和光电部件。可以在主体上设置引脚或其它电连接器(未示出，但位于底部)以与电路板或其它发信号介质耦合。为了允许光纤或波导与收发机组件通信，组件的前端可以包括能够接收配合插头的插座部分779。在所说明的实施例中包括了两个插座，例如，一个用于发送机插座，而另一个用于接收机插座。
具有与图7所示的光收发机类似的某些特征的一个说明性SFF光收发机是IntelTXN31115 4/2/1Gbps小形状因数可插(SFP)光收发机，其在商业上可从Intel Corporation，of Santa Clara，California获得。TXN31115光收发机是服从多源协议(MSA)的，并且可以提供用于经由多模光纤进行双向通信的高性能集成双工数据链路。可以设计用于4.25Gbps(4X光纤信道速率)高速光纤信道数据链路的模块。利用速率选择特征，模块可以速率灵活，并且还可以以1X和2X光纤信道速率(1.0625Gbps和2.125Gbps)以及吉比特以太网速率(1.25Gbps)工作。Intel TXN31115光收发机可以具有与工业标准LC光连接器兼容的LC插座。SFF 850nm收发机可以使用单个3.3V电源。光电收发机模块可以是1类激光器产品，该产品可以服从FDA Radiation Performance Standards，21 CFRSubchapter J。该器件还可以是根据International Safety Standard IEC-825-1而服从的1类激光器。其它潜在的特征可以包括服从光纤信道FC-PI标准、服从以太网802.3z标准、服从SFP MSA、可热插、包闭锁设计、850nmVCSEL发射器、4.25/2.125/1.0625Gbps光纤信道性能、1.25Gbps吉比特以太网性能、4/2Gbps或2/1Gbps的速率选择、仅2/1Gbps形式可用、TTL信号检测输出、发送机禁止输入、50W AC耦合的CML电平输入/输出、单个+3.3V电源、1类激光器安全服从、以及UL 1950认可。如果期望的话，类似的合适光收发机的更多细节可在2005年1月14日出版的Intel TXN31111 Tn-rate 850nm SFPOptical Transceiver datasheet，Order No.280049，Revision 004中获得。在本发明的各种其它实施例中，完全具有这些特征的子集、这些特征的超集以及其它特征的光收发机也是合适的。
图8是根据本发明的一个或多个实施例的光网络设备890的框图。光网络设备可以包括光交换机或光路由器，仅举出一些例子。
光网络设备包括线卡880和其它部件883。线卡包括多个光收发机800，例如与其耦合的IntelTXN31115光收发机或其它SFF光收发机。在所说明的实施例中，16个光收发机与线卡耦合。例如，SFF模块允许在线卡上的高模块密度。4个光收发机被分别耦合到每个四线SERDES 881。SERDES代表串化器和解串器。串化器部分可以取得低速并行数据流，并且使其串行化为高速数据流，以及解串器可以取得高速串行流，并且使其解串为低速并行数据流。每个四线SERDES可以采用4个高速串行输入和输出。4个四线SERDES中的每个分别与交换机专用集成电路(ASIC)882耦合。交换机ASIC能够与交换机底板或交换机结构耦合。
如在所说明的实施例中所示，其它部件883可以包括常规部件，例如交换机结构884、一个或多个处理器885、以及存储器886。术语“交换机结构”通常是指由交换机使用的内部互连架构以使在其端口之一进入的数据改道输出到其另一个端口。在本发明的各种实施例中，处理器可以包括单处理器核或多处理器核。在本发明的一个或多个实施例中，存储器可以包括动态随机存取存储器(DRAM)。DRAM是在一些但不是所有网络设备中使用的存储器类型。
在本说明书和权利要求书中，可以使用术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词。应该理解，并不打算这些术语互相作为同义词。而是，在特定的实施例中，“连接”可以用来表明两个或更多个元件彼此直接物理或电接触。“耦合”可以指两个或更多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”还可以指两个或更多个元件彼此没有直接接触，但是还彼此合作、交互或通信。
除非另作说明，如在此所使用，诸如判定、比较、调整、计算等之类的操作是指由器件例如微控制器、集成电路、其它电路、或光收发机、网络设备、或结合了这种电路的其它器件所执行的操作。这种操作可以包括操纵或变换电信号和/或例如存储在存储器中的数据。
在上面的描述中，为了解释的目的，陈述了许多特定细节以便提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对于本领域技术人员而言下述将是显而易见的，可以在没有这些特定细节中的一些的情况下实行一个或多个其它实施例。并未提供所述的特定实施例来限制本发明，而是说明它。本发明的范围不由上面提供的特定例子来确定，而仅由下面的权利要求书来确定。在其它情况下，以框图的形式或者没有细节地示出公知的电路、结构、器件和操作，以便避免模糊对本说明书的理解。
本领域技术人员还将认识到，可以对在此公开的实施例进行修改，例如对实施例的部件的尺寸、结构、功能、材料和操作方式。与在附图中所说明并在说明书中所描述的那些等同的所有关系都被包含在本发明的实施例中。
已经描述了各种操作和方法。一些方法以基本形式来描述，然而可选地可以将操作添加到方法上和/或从方法中除去。还可以经常可选地以不同顺序执行方法的操作。可以对方法进行许多修改和适应，并且设想了许多修改和适应。
某些操作可以由硬件部件来执行，或者可以以可用于造成或至少导致利用指令编程的电路执行操作的机器可执行指令来实现。该电路可以包括通用或专用处理器或逻辑电路，仅举出一些例子。还可以可选地由硬件和软件的组合来执行操作。
可以提供本发明的一个或多个实施例以作为程序产品或其它制造品，所述物品可以包括在其上存储一个或多个指令和/或数据结构的机器可访问和/或可读取的介质。该介质可以提供指令，该指令如果由机器执行，那么会导致和/或造成机器执行在此公开的操作或方法中的一个或多个。合适的机器包括但不限于微控制器、控制器、微处理器、光发送机、光收发机、线卡、网络设备、计算机系统、以及具有一个或多个处理器的各种各样的其它器件，仅举出一些例子。
该介质可以包括以可由机器访问的形式提供例如存储信息的机构。例如，该介质可选地包括可记录和/或不可记录的介质，例如软盘、光存储介质、光盘、CD-ROM、磁盘、磁光盘、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、闪存及其组合。
为了清楚起见，在权利要求书中，没有明确地陈述用于执行规定功能的“装置”或用于执行规定功能的“步骤”的任何元件不应被解释为如在35 U.S.C.Section 112，Paragraph 6中所规定的“装置”或“步骤”条款。特别地，在权利要求书中“的步骤”的任何可能的使用在此都不打算援引35 U.S.C.Section 112，Paragraph 6的规定。
还应该认识到，在本说明书全篇提到的例如“一个实施例”、“实施例”或“一个或多个实施例”，是指可以包括在本发明的实践中的特定特征。类似地，应该认识到，为了使本公开简化并帮助理解本发明各种方面的目的，在描述中有时在单个实施例、附图或其描述中将各种特征集合在一起。然而，公开的本方法不应被解释为反映了本发明需要比在每项权利要求中清楚记载的更多的特征的意图。而是，如下面的权利要求所反映，本发明的方面可以在于比单个公开的实施例的全部特征少的特征。因此，在详细描述之后的权利要求书由此被清楚地结合到该详细描述中，其中每项权利要求单独作为本发明独立的实施例。
因此，虽然已经根据几个实施例充分描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明不限于所描述的特定实施例，而是可以利用在所附的权利要求书的精神和范围内的修改和变更来实行。因此应将本描述看作是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种方法，包括测量由半导体激光器发出的第一光功率；至少部分地基于测量的第一光功率和预定的目标光功率的比较，调整提供给半导体激光器的电流；在所述调整之后，测量由半导体激光器发出的第二光功率；通过利用第一和第二光功率来计算公式，从而确定能够给予半导体激光器基本恒定的消光比的电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整包括如果测量的第一光功率与预定的目标光功率的差异超过阈值，则调整电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调整包括调整偏置电流，所述调整偏置电流包括如果测量的第一光功率大于预定的目标光功率的量超过阈值，则减少偏置电流；或者如果测量的第一光功率小于预定的目标光功率的量超过阈值，则增加偏置电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中阈值的范围从目标光功率的1％到20％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定包括确定调制电流。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括通过计算一个或多个公式来确定一个或多个斜率效率和阈值电流；以及将所述的一个或多个斜率效率和阈值电流提供给主系统，以允许主系统监视激光器的退化。
7.一种装置，包括控制器，用于提供控制信号；可变电流源，其与控制器电耦合以基于控制信号来提供电流；半导体激光器，其与可变电流源电耦合以基于电流来发光；光电探测器，其与半导体激光器光耦合以测量光，并与控制器电耦合以提供表示测量的光的信号；逻辑，用于使控制器至少部分地基于第一测量的光功率和预定的目标光功率的比较来调整由可变电流源所提供的电流；以及逻辑，用于使控制器通过利用第一测量的光功率和在控制器调整电流之后测量的第二光功率来计算公式，从而确定能够实现基本恒定的消光比的电流。
8.根据权利要求7所述的装置，其中如果第一测量的光功率与预定的目标光功率的差异超过阈值，则逻辑将使控制器调整电流。
9.根据权利要求8所述的装置，其中调整的电流包括偏置电流，以及其中逻辑将使控制器通过下述来调整偏置电流如果第一测量的光功率大于预定的目标光功率的量超过阈值，则减少偏置电流；或者如果第一测量的光功率小于预定的目标光功率的量超过阈值，则增加偏置电流。
10.根据权利要求9所述的装置，其中阈值的范围从目标光功率的1％到20％。
11.根据权利要求7所述的装置，其中逻辑将使控制器通过计算公式来确定调制电流。
12.根据权利要求7所述的装置，其中半导体激光器和光电探测器被包括在发送机光学子组件(TOSA)中，并且还包括容纳TOSA的小形状因数(SFF)模块。
13.一种制造品，包括提供指令的机器可访问介质，该指令如果被执行，则导致机器执行包括下述的操作至少部分地基于由半导体激光器发出的光的第一测量的光功率和预定的目标光功率的比较，调整提供给半导体激光器的电流；以及通过利用第一测量的光功率和在控制器调整电流之后测量的第二光功率来计算公式，从而确定能够给予半导体激光器基本恒定的消光比的电流。
14.根据权利要求13所述的制造品，其中机器可访问介质还提供这样的指令，该指令如果被执行，则导致机器执行包括下述的操作如果第一测量的光功率与预定的目标光功率的差异超过阈值，则调整电流。
15.根据权利要求13所述的制造品，其中机器可访问介质还提供这样的指令，该指令如果被执行，则导致机器执行包括下述的操作通过下述来调整偏置电流如果第一测量的光功率大于预定的目标光功率的量超过阈值，则减少偏置电流；或者如果第一测量的光功率小于预定的目标光功率的量超过阈值，则增加偏置电流。
16.根据权利要求13所述的制造品，其中机器可访问介质还提供这样的指令，该指令如果被执行，则导致机器执行包括下述的操作确定从斜率效率和阈值电流中选择的一个或多个；以及在控制器的存储器中存储从斜率效率和阈值电流中选择的一个或多个。
17.根据权利要求13所述的制造品，其中机器可访问介质还提供这样的指令，该指令如果被执行，则导致机器执行包括下述的操作通过计算公式来确定调制电流。
18.一种系统，包括交换机结构；以及至少一个光收发机，其与交换机结构电耦合，所述至少一个光收发机中的每个包括控制器，用于提供控制信号；可变电流源，其与控制器电耦合以基于控制信号来提供电流；半导体激光器，其与可变电流源电耦合以基于电流来发光；以及光电探测器，其与半导体激光器光耦合以测量光，并与控制器电耦合以提供表示测量的光的信号；逻辑，用于使控制器至少部分地基于第一测量的光功率和预定的目标光功率的比较来调整由可变电流源所提供的电流；以及逻辑，用于使控制器通过利用第一测量的光功率和在控制器调整电流之后测量的第二光功率来计算公式，从而确定能够实现基本恒定的消光比的电流。
19.根据权利要求18所述的系统，其中如果第一测量的光功率与预定的目标光功率的差异超过阈值，则逻辑将使控制器调整电流。
20.根据权利要求18所述的系统，其中调整的电流包括偏置电流，以及其中所确定的电流包括调制电流。
全文摘要
在此公开了对于半导体激光器实现基本恒定的光功率和/或消光比的方法、装置和系统。一方面，光发送机的微控制器可以至少部分地基于由半导体激光器发出的光的第一测量的光功率和预定的目标光功率的比较来调整提供给半导体激光器的电流。然后，微控制器可以通过利用第一测量的光功率和在微控制器调整电流之后测量的第二光功率来计算公式，从而确定能够给予半导体激光器基本恒定的消光比的电流。
文档编号H01S5/0683GK101013924SQ200610064490
公开日2007年8月8日 申请日期2006年11月21日 优先权日2005年11月21日
发明者F·王, C·-C·刘, H·程, L·徐 申请人:英特尔公司