專利名稱：在數(shù)字波長穩(wěn)定控制系統(tǒng)中選擇最佳工作條件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器，尤其涉及一種在多通道激光源中選擇最佳工作條件的控制系統(tǒng)。
日益增加的信息傳送要求導(dǎo)致了對傳送系統(tǒng)的要求。光傳輸源，諸如激光器正變得越來越復(fù)雜。當(dāng)前波分復(fù)用(WDM)以及密集波分復(fù)用(DWDM)中的發(fā)展要求精確的波長激光器，即要求該激光器能夠在多通道傳送結(jié)構(gòu)中起作用。
在密集波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中，不同頻率或波長的多個通道耦合到單個光纖中，以便增加通過該系統(tǒng)傳遞的信息容量。這種網(wǎng)絡(luò)的通道密度顯著地增加，從而在通道之間產(chǎn)生了較窄的頻率間隔。頻率或者通道間隔正從典型的100GHz變窄到大約50GHz，甚至25GHz的范圍。
一種用于這種多通道傳送結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體族被稱為分布布拉格反射激光器(DBR)，該激光器能夠產(chǎn)生多種帶有所需波長以及窄的通道間隔的光。DBR激光器具有位于兩個反射表面之間的激光腔。調(diào)諧電流信號提供給一個或者兩個反射表面，以改變折射率，折射率又改變由DBR所產(chǎn)生的激光器光的波長。
在諸如使用DBR激光器的多通道激光器系統(tǒng)中，很重要的是，使激光器邊模抑制比(SMSR)控制在所需的水平上，以便防止串話和傳送錯誤。一般來說，對于DBR激光器的每個通道來說，需要-30到-40Db的抑制來保證合適的傳送。然而，在每個所需的通道內(nèi)，有可以使抑制比顯著減少的調(diào)諧電流信號。這樣，現(xiàn)有系統(tǒng)一般不利用DBR激光器，以便改變激光器波長。相反，使用多個分布反饋(DFB)激光器，每個激光器被調(diào)諧到所需的波長。
嘗試控制激光器邊模抑制比(SMSR)的某些現(xiàn)有系統(tǒng)根據(jù)從模擬音產(chǎn)生第二諧音，來使用模擬技術(shù)，前述模擬音疊加在激光器驅(qū)動電流上。這種技術(shù)在某些應(yīng)用中可能引起傳送錯誤，因而不合乎要求。
因此，所需一種用于諸如DBR激光器的多通道激光源的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)保持每個波長通道內(nèi)的所需工作點。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，多通道激光器中的控制系統(tǒng)通過測量作為調(diào)諧電流的函數(shù)的激光器功率的斜率值，來控制提供給激光源的調(diào)諧電流。激光器功率可以在其前面測量，產(chǎn)生的光在此被引向光纖，或者，可以在其后部測量，部分發(fā)射光可以在此被測量。接著變化調(diào)諧電流，直到系統(tǒng)測量出所需的斜率值。所需的斜率值優(yōu)選地與表示激光器功率對調(diào)諧電流的曲線區(qū)域相關(guān)，該功率優(yōu)選地為后部功率，該曲線區(qū)域保證可接受的激光器邊模抑制比，或者其他光學(xué)工作參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，控制系統(tǒng)還保證激光源正在工作，以便提供所需的頻率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，使用了基于微處理器的控制系統(tǒng)。查閱表存儲了對于每個工作通道的所有所需的斜率值。根據(jù)激光源的特性，事先測量所需的斜率值。隨后，使用光鑒別器以向微處理器提供激光器功率源值以及光源的頻率。微處理器提供多次迭代上調(diào)諧電流的增量，以便計算出激光器后部功率源的平均斜率值。該系統(tǒng)接著確定哪個調(diào)諧電流值對應(yīng)于與特定通道的查閱表斜率值最接近的斜率，并且緩慢地將調(diào)諧電流跳變到所需的值。
根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)使諸如DBR激光器的多通道光學(xué)激光源靈活地工作在很寬的可利用通道范圍內(nèi)，同時避免了經(jīng)受低邊模抑制比或者其他不需要工作參數(shù)的工作點。
本發(fā)明的主題在說明書的結(jié)論部分中被專門指出，并且被清楚地要求保護。然而，本發(fā)明的構(gòu)成和工作方法，以及特征、目的及其優(yōu)點通過參考下文的詳細描述并參照附圖將會被很好地理解。


圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的激光器波長和激光器背面電流的曲線，該曲線是分布布拉格反射激光器(DBR)中調(diào)諧電流的函數(shù)；圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的激光器背部功率輸出值的示例性曲線212，該曲線是圖1所示工作通道的其中一個通道內(nèi)調(diào)諧電流的函數(shù)；圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的DBR激光器控制系統(tǒng)的方框圖；圖4描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制系統(tǒng)操作DBR激光器的流程圖；圖5描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的溫度控制環(huán)路和調(diào)諧電流控制環(huán)路的組合操作。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，與分布布拉格反射(DBR)激光器的特性相關(guān)的曲線110和102。如圖所示，曲線110在對數(shù)刻度上代表作為調(diào)諧電流的函數(shù)的激光器波長值。呈現(xiàn)圖1所示特性的DBR激光器提供這樣的激光器光束，即該光束帶有用于特定范圍的調(diào)諧電流的相對固定波長。因此，曲線110的階梯114表示激光源的一個通道，該通道對應(yīng)于相對固定的波長，例如大約1549nm。曲線110的階梯118表示激光源的另一個通道，該通道對應(yīng)于相對固定的波長，例如大約1548nm。類似地，曲線110的階梯122和126表示激光源的其他通道，它們分別對應(yīng)于相對固定的波長，例如大約1547nm和1546nm。
當(dāng)調(diào)諧電流變化時，光源的波長也變化。每個通道內(nèi)的波長變化相對較小，而從一個通道到另一個通道的變化更顯著。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生所需的調(diào)諧電流，其向位于沿著由曲線110定義的每個通道的特定位置上的激光源提供操作。這些特定位置可以被有利地選擇，以便減少傳送差錯，諸如誤碼率、色散以及線性調(diào)頻，并且將邊模抑制增加到可接受的水平。調(diào)制時激光頻率的動態(tài)頻移被稱為線性調(diào)頻(frequency chirp)。
圖1也描述了在對數(shù)刻度上表示作為調(diào)諧電流函數(shù)的激光器功率值。應(yīng)該注意的是，在該實例中，激光器功率實際上是由以μA為單位的激光器背部電流來表示。呈現(xiàn)圖1所示特性的DBR激光器給功率曲線提供了圍繞對應(yīng)于不同通道的調(diào)諧電流的陡變。因此，曲線112的部分116表示激光源的一個通道，該通道例如對應(yīng)于大約1549nm的相對固定波長。曲線112的部分120表示激光源的另一個通道，該通道例如對應(yīng)于大約1548nm的相對固定波長。類似地，曲線112的部分124和128表示激光源的其他通道，這些通道例如對應(yīng)于大約1547nm和1546nm的相對固定波長。這些波長可以由激光器的溫度調(diào)諧來改變。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的激光器背部功率輸出值的示例性曲線212，該曲線是圖1所示工作通道的其中一個通道內(nèi)調(diào)諧電流的函數(shù)。如圖所示，可以在各個調(diào)諧電流值上測量曲線212的斜率dp/di，前述調(diào)諧電流值隨著功率曲線向上或者向下移動，如箭頭214所示。有利的是，盡管本發(fā)明的范圍并不限于這個方面，但可以存儲對應(yīng)于所需的激光器特性的所需斜率值dp/di，諸如用于每個通道的最佳邊模抑制比，如邊模抑制比曲線216所示。例如，其他激光器特性的所需斜率值也可以被存儲，這些特性諸如誤碼率、色散以及線性調(diào)頻。隨后，在多通道激光器工作期間，可以測量斜率值dp/di，同時變化調(diào)諧電流，直到檢測到所需的斜率值dp/di。激光器控制機制試圖保持對應(yīng)于所需斜率值的波長，例如通過將在下文向描述的溫度和波長反饋環(huán)路。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的DBR激光器控制系統(tǒng)260的方框圖。DBR激光源262例如向光纖266提供激光267。光分路器268基本上接收一小部分光264，以使用將在下文解釋的反饋系統(tǒng)。
光分路器268向光鑒別器270提供從激光源262接收到的激光的一部分。業(yè)已描述了光鑒別器的操作，例如在由本發(fā)明的受讓人在1999年6月7日提出的專利申請，其案卷號為Ackerman 17-3-13-10，該申請作為參考包含于此。光鑒別器270基本上包括一個標(biāo)準(zhǔn)光檢測器濾波器272和一個基準(zhǔn)光檢測器274，它們分別經(jīng)過放大器280和282提供標(biāo)準(zhǔn)輸出信號276和基準(zhǔn)輸出信號278。其中，基準(zhǔn)輸出信號278與由激光源262產(chǎn)生的激光功率成比例。而且，標(biāo)準(zhǔn)輸出信號276與由激光源262產(chǎn)生的激光功率和波長成比例。此外，如上述作為參考的申請所教導(dǎo)的，可以通過使用標(biāo)準(zhǔn)輸出信號和基準(zhǔn)輸出信號的值，來間接地估計由激光源262所產(chǎn)生的波長。
盡管本發(fā)明并不限于這個方面，但微處理器284被配置成接收標(biāo)準(zhǔn)輸出信號276和基準(zhǔn)輸出信號278。例如，根據(jù)本發(fā)明其他實施例的控制系統(tǒng)260使用其它類型的處理器，諸如微控制器，現(xiàn)場可編程門陣列以及其他類型的硬件和固件。微處理器284包括一個存儲器286，其中該存儲器被配置成存儲與控制系統(tǒng)260操作相關(guān)的程序操作以及各種查閱表。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，存儲器286包括多個查閱表，每個查閱表與激光源可以工作的信道的其中一個相關(guān)。每個查閱表包括多個斜率值，這些斜率值是每個特定工作溫度的調(diào)諧電流的函數(shù)，并且對應(yīng)于由激光器所產(chǎn)生的激光功率。還對每個通道選擇所需的斜率值，以便控制工作的調(diào)諧電流信號，來保持對應(yīng)于所需的斜率值的值。
微處理器284向直流驅(qū)動器286產(chǎn)生階躍的調(diào)諧電流信號IDC。電流驅(qū)動器286的輸出信號又經(jīng)過調(diào)節(jié)電路288提供給激光源262的調(diào)諧電流電極290。激光器262還包括一個被配置成接收增益電流信號292的增益部分。應(yīng)該注意的是，標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)信號276和278可以從提供給激光器輸出部分262的激光中得到，或者從提供給激光源背部的激光中得到。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，優(yōu)選地測量背部的光，因為這種光沒有被調(diào)制提供給激光器262輸出部分的光在某些應(yīng)用中被調(diào)制。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制多通道激光源的調(diào)諧電流的進程，該激光源使用了控制系統(tǒng)260。在步驟310，控制系統(tǒng)開始它的工作。接著該系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟312，以從存儲于存儲器286的查閱表中的一個中取出初始調(diào)諧電流值，這些查閱表對應(yīng)于所需的激光器通道。微處理器284又將初始調(diào)諧電流設(shè)置為該取出值。
隨后，在步驟314，微處理器284在步進結(jié)構(gòu)中以足夠的增量來改變調(diào)諧電流值，以便檢測激光器光功率中的變化。應(yīng)該注意的是，對于每個激光器通道，這些增量可以不同。微處理器284在可指定時間周期上測量輸出功率值，并且計算平均輸出功率值。為此，在步驟316，微處理器284確定是否已經(jīng)產(chǎn)生足夠的平均值。如果這樣的話，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟318。否則，它轉(zhuǎn)回到步驟314，以得到用于平均值測量的附加功率值。
在步驟318，微處理器284增加調(diào)諧電流值。在步驟320，該系統(tǒng)確定是否已經(jīng)跨越工作通道的可指定部分。盡管本發(fā)明并不僅限于該方面，但該部分優(yōu)選地為整個通道的大約5-10％，以便確保斜率計算時的充分信噪比。然而，如果由微處理器284所產(chǎn)生的調(diào)諧電流值沒有跨越工作通道的調(diào)諧電流范圍的足夠部分，則該系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟321，以確定該系統(tǒng)是否已經(jīng)越出該范圍。如果這樣的話，在步驟325，系統(tǒng)觸發(fā)用于校正動作的報警。否則，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟314，并且對于新增加的調(diào)諧電流，重復(fù)參考步驟314和316所述的功率測量，否則，該步驟轉(zhuǎn)到步驟322。
在步驟322，該系統(tǒng)通過改變調(diào)諧電流，計算出用于跨越的功率曲線部分的斜率。計算出的斜率值接著與所需的斜率值相比較，該斜率值對應(yīng)于沿著功率曲線，諸如圖2所示的曲線212的所需的工作點。接著選擇與所需的斜率值最接近的斜率值。在步驟324，該系統(tǒng)確定該斜率值是否足夠接近于所需的斜率值，該斜率值由系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)所規(guī)定。因此，在步驟324，可以根據(jù)要求的系統(tǒng)精度做出決定。
在步驟324，如果該系統(tǒng)確定該斜率值與所需的斜率值足夠接近，則該系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟328，微處理器284緩慢地將調(diào)諧電流躍變到對應(yīng)該所需的斜率值。否則，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟326，并且微處理器緩慢地躍變到最佳可得到的調(diào)諧電流值。該系統(tǒng)接著轉(zhuǎn)到步驟314，并且再次重復(fù)上述的操作。
應(yīng)該注意的是，在控制系統(tǒng)260根據(jù)測量的激光源功率來控制調(diào)諧的電流值時，控制系統(tǒng)的獨立溫度控制環(huán)路持續(xù)地調(diào)節(jié)激光源的工作溫度，以便將激光源產(chǎn)生的波長保持在所需的值。溫度控制環(huán)路根據(jù)由標(biāo)準(zhǔn)光檢測器272所檢測到的波長變化來工作。該系統(tǒng)將波長變化歸因于激光器的工作溫度。從光鑒別器中得到的溫度控制環(huán)路具有比圖3所示的調(diào)諧電流控制環(huán)路更快的時間常數(shù)。圖5描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的溫度控制環(huán)路310和調(diào)諧電流控制環(huán)路的組合操作。
因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，可以根據(jù)作為調(diào)諧電流值函數(shù)的激光器功率值的所需斜率值，來移動多通道激光源的工作點。這種控制機制使得激光源利用最佳邊模抑制比、色散以及線性調(diào)頻要求來工作。
權(quán)利要求
1．一種控制提供給多通道激光源的調(diào)諧電流值的方法，包括步驟(a)對于每個工作的激光器通道，存儲作為調(diào)諧電流函數(shù)所需的激光器功率的斜率值；(b)測量作為調(diào)諧電流函數(shù)的激光器功率的斜率值；(c)改變調(diào)諧電流，直到測量到基本上接近于所述所需斜率值的斜率值；(d)向?qū)?yīng)于所述測量的斜率值的所述激光源設(shè)置工作調(diào)諧電流。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟分配調(diào)諧電流增量，這些增量對應(yīng)于所述多通道激光源的每個通道。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對于在步驟(c)設(shè)置的每個調(diào)諧電流值，該方法還包括步驟平均對于每個所述調(diào)諧電流值所測量的斜率值。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括步驟在所述多通道激光源的每個通道的可指定部分上增加所述調(diào)諧電流值。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括步驟通過路由部分所述激光源產(chǎn)生的激光到光鑒別器，來測量所述激光源的功率。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括步驟產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)輸出信號和一個基準(zhǔn)輸出信號，這些信號對應(yīng)于由所述激光源所產(chǎn)生的激光的功率。
7．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括步驟控制所述激光源的工作溫度。
8．一種用于產(chǎn)生由多通道激光源所使用的調(diào)諧電流值的微處理器控制系統(tǒng)，它包括(a)一個查閱表存儲器，對于每個工作的激光器通道，存儲作為調(diào)諧電流函數(shù)所需的激光器功率的斜率值；(b)耦合到所述查閱表的微處理器，用于測量作為調(diào)諧電流函數(shù)的激光器功率的斜率值；(c)調(diào)諧電流發(fā)生器，用于提供多個調(diào)諧電流信號，直到測量到基本上接近于所述所需斜率值的斜率值，以便所述微處理器向?qū)?yīng)于所述測量的斜率值的所述激光源設(shè)置工作調(diào)諧電流。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述微處理器分配指定的調(diào)諧電流增量，這些增量對應(yīng)于所述多通道激光源的每個通道。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述微處理器計算對于每個所述調(diào)諧電流值所測量的平均斜率值。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中測量對應(yīng)于所述多通道激光源的每個所述通道內(nèi)的可指定范圍的調(diào)諧電流值的所述斜率值。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，還包括耦合到所述激光源，以便測量所述激光源的功率的光鑒別器。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述光鑒別器還包括一個標(biāo)準(zhǔn)輸出信號和基準(zhǔn)輸出信號檢測器，這些檢測器用于產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)輸出信號和一個基準(zhǔn)輸出信號，這些信號對應(yīng)于由所述激光源所產(chǎn)生的激光的頻率和功率。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括一個用于保持所述激光源的工作溫度的溫度反饋環(huán)路。
全文摘要
一種控制提供給多通道激光源的調(diào)諧電流值的方法,包括對于每個工作的激光器通道,存儲作為調(diào)諧電流函數(shù)的激光器功率的所需斜率值;測量作為調(diào)諧電流函數(shù)的激光器功率的斜率值;改變調(diào)諧電流,直到測量到基本上接近于所述所需斜率值的斜率值;向?qū)?yīng)于所述測量的斜率值的所述激光源設(shè)置工作調(diào)諧電流。
文檔編號H01S5/06GK1313660SQ00137088
公開日2001年9月19日 申請日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月30日
發(fā)明者戴維·A·阿克曼, 斯考特·L·布魯汀, 詹姆斯·K·普勞德, 小約翰·W·斯泰 申請人:朗迅科技公司