專利名稱：可變波長(zhǎng)光發(fā)射器及其輸出控制方法和光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求在2000年12月13日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?000-378232的日本專利的權(quán)益，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
本發(fā)明涉及可變波長(zhǎng)光發(fā)射器及其輸出控制方法和光通信系統(tǒng)，特別涉及可控制可變波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器單元的輸出功率電平和波長(zhǎng)的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器及其輸出控制方法和光通信系統(tǒng)。
這里，已經(jīng)提出了某些維持極窄波長(zhǎng)間隔的方法作為保證半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)穩(wěn)定性的技術(shù)。例如，根據(jù)日本未審定公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)10-209549，通過(guò)安裝在一組件外的光耦合器將一從半導(dǎo)體激光器二極管發(fā)射的前向激光束分光，并且由光檢測(cè)器對(duì)通過(guò)相干濾光器濾光的透過(guò)和反射的光束進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)使用在兩個(gè)所檢測(cè)光量之間的差值來(lái)控制半導(dǎo)體激光器二極管的振蕩波長(zhǎng)。
也有一個(gè)方法可以達(dá)到同樣的效果，該方法利用了來(lái)自半導(dǎo)體激光器二極管的后向光束。在這些方法中，來(lái)自半導(dǎo)體激光器二極管的后向光束通常由光檢測(cè)器檢測(cè)，以用于穩(wěn)定的半導(dǎo)體激光器二極管輸出光束電平控制。至于振蕩波長(zhǎng)變化，這種用于穩(wěn)定溫度控制的安排被用來(lái)抑制波長(zhǎng)變化。
在日本未審定公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)9-219554中公開(kāi)了這種布局的例子，在這種技術(shù)中，通過(guò)采用兩個(gè)具有相反斜率透光特性的濾光器，控制半導(dǎo)體激光器二極管的溫度以用于振蕩波長(zhǎng)控制。


圖14給出了日本未審定公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)9-219554公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光器二極管波長(zhǎng)控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在這種設(shè)備中，從半導(dǎo)體激光器二極管22發(fā)射的反向光束由安裝在那后面的分束器23分束，并通過(guò)具有相反透光特性的波長(zhǎng)濾光器24和25濾光合成的發(fā)射和反射光束，以及由光束電平檢測(cè)器26和27分別檢測(cè)。
光束檢測(cè)器26和27輸出光束電平檢測(cè)信號(hào)，該信號(hào)在控制電路28和29中處理，由此，通過(guò)LD驅(qū)動(dòng)電路30和溫度控制電路31，控制輸出光束電平和半導(dǎo)體激光器二極管22的振蕩波長(zhǎng)。在這種結(jié)構(gòu)中，通過(guò)控制溫度，例如根據(jù)通過(guò)光束電平檢測(cè)器26和27檢測(cè)的光束電平之間的差值對(duì)振蕩波長(zhǎng)偏移進(jìn)行補(bǔ)償，來(lái)控制半導(dǎo)體激光器二極管的振蕩波長(zhǎng)。
在上述的DWDM通信系統(tǒng)中，波長(zhǎng)間隔已經(jīng)從100GHz漂移到50GHz，并且例如圖4所示的可變波長(zhǎng)光源單元就使用了其光束發(fā)射器。通常，半導(dǎo)體的波長(zhǎng)在溫度變化10℃變化大約1納米。對(duì)于具有50GHz波長(zhǎng)間隔的DWDM采用具有這種可變波長(zhǎng)光源單元，通過(guò)一個(gè)半導(dǎo)體激光器二極管±10℃的溫度控制，其可能覆蓋5個(gè)信道(在50GHz波長(zhǎng)間隔時(shí))。這樣，如圖5所示，通過(guò)以2納米的間隔排列4個(gè)半導(dǎo)體激光器，用4個(gè)半導(dǎo)體激光器可以覆蓋20個(gè)信道。
在上述未審定公開(kāi)的10-209549或9-219544號(hào)日本專利申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)中，具有上述結(jié)構(gòu)的可變波長(zhǎng)光源單元被用于半導(dǎo)體激光器351-354的波長(zhǎng)穩(wěn)定控制，該半導(dǎo)體激光器構(gòu)成如圖4所示的半導(dǎo)體激光器陣列，作為用于檢測(cè)波長(zhǎng)偏移的波長(zhǎng)偏移傳感器特性的波長(zhǎng)相對(duì)于透過(guò)特性的可檢測(cè)波長(zhǎng)范圍是窄的，并且，因此可以從多個(gè)信道的每個(gè)波長(zhǎng)中檢測(cè)波長(zhǎng)偏移(即波長(zhǎng)變化)。
未審定公開(kāi)的上述日本專利申請(qǐng)10-209546也是對(duì)DWDM波長(zhǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)的發(fā)明專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)帶來(lái)了增大光傳輸設(shè)備尺寸的問(wèn)題，在設(shè)備中必須用昂貴的偏振維持耦合器將前向光束分束，以減少偏振的負(fù)面影響，而且在設(shè)備中由于外部使用半導(dǎo)體激光器模塊的必要性，當(dāng)多路復(fù)用波長(zhǎng)的數(shù)目增加時(shí)，也必須增加在數(shù)量上對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)數(shù)的波長(zhǎng)偏移檢測(cè)機(jī)構(gòu)，這樣，就要求增加安裝空間。
通過(guò)在上述未審定公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)9-219554中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)，可以提供一些對(duì)半導(dǎo)體激光器二極管相對(duì)于長(zhǎng)期退化的振蕩波長(zhǎng)穩(wěn)定化的措施。然而，為了獲得足夠的所接收光束電流數(shù)量，以進(jìn)行控制，使得后向光束不經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直而輸入到光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器應(yīng)該放置在接近于半導(dǎo)體激光器二極管的附近，并且這樣在這兩個(gè)元件之間放置濾光器是很困難的。如未審定公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)2000-012952所公開(kāi)的那樣，由于半導(dǎo)體激光器陣列通過(guò)使用光二極管不可能均勻地接收后向光束，在可變波長(zhǎng)光源單元中包括半導(dǎo)體激光器陣列的單片集成電路，合成單元和光束放大器區(qū)域。除此之外，由于在光束放大器區(qū)域調(diào)整輸出光束，必須通過(guò)監(jiān)視前向光束以控制輸出光束或類似的光束。
此外，類似于上述未審定公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)10-209546的技術(shù)，由于多路復(fù)用波長(zhǎng)的數(shù)目的增加，必須提供在數(shù)量上對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)數(shù)的波長(zhǎng)偏移檢測(cè)機(jī)構(gòu)，這樣，需要增加安裝的空間并且由此導(dǎo)致光傳輸設(shè)備尺寸的增加。
發(fā)明的概述本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光器二極管波長(zhǎng)穩(wěn)定器固有的上述缺點(diǎn)，其目的在于提供一可變波長(zhǎng)光傳輸設(shè)備，及采用該設(shè)備的輸出控制方法和光通信系統(tǒng)，其允許在激光器部件上安裝可變波長(zhǎng)光源單元波長(zhǎng)檢測(cè)單元，而不用考慮多路復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)目的增加，允許振蕩波長(zhǎng)穩(wěn)定和可變波長(zhǎng)光源單元的輸出光束控制，以及適用于在DWDM系統(tǒng)中使用的半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其包括一可變波長(zhǎng)光源裝置，在外部控制的基礎(chǔ)上，其能夠振蕩以產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光束；一波長(zhǎng)濾光器裝置，其透光特性根據(jù)多個(gè)不同波長(zhǎng)光束的每個(gè)的波長(zhǎng)變化而改變；以及一波長(zhǎng)控制裝置，根據(jù)波長(zhǎng)濾光器裝置的輸出，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其包括一可變波長(zhǎng)光源裝置，根據(jù)外部控制，能夠振蕩以產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光束；波長(zhǎng)濾光器裝置，其透光特性可以根據(jù)不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束的每個(gè)的波長(zhǎng)變化而改變；以及一波長(zhǎng)控制裝置，其包括第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射并通過(guò)波長(zhǎng)濾光器裝置的部分光束，第二檢測(cè)器，用于直接檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射的部分光束，以及一波長(zhǎng)控制電路，根據(jù)第一和第二檢測(cè)器的檢測(cè)輸出，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。
根據(jù)第一和第二檢測(cè)器的檢測(cè)輸出比值，波長(zhǎng)控制電路補(bǔ)償控制波長(zhǎng)變化。該可變波長(zhǎng)光發(fā)射器進(jìn)一步包括一電平控制裝置，根據(jù)第二檢測(cè)器的檢測(cè)輸出，控制可變波長(zhǎng)光源裝置的輸出電平。該可變波長(zhǎng)光發(fā)射器還進(jìn)一步包括一第一溫度控制裝置，通過(guò)控制溫度，由此用于控制來(lái)自可變波長(zhǎng)光源裝置的不同波長(zhǎng)光束的振蕩波長(zhǎng)。該波長(zhǎng)控制裝置包括第二溫度控制裝置，通過(guò)溫度控制，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。將可變波長(zhǎng)光源裝置安裝在通過(guò)第一和第二溫度控制裝置控制溫度的冷卻單元。將波長(zhǎng)濾光器裝置安裝在冷卻單元上，并且其進(jìn)一步包括一溫度特性補(bǔ)償裝置，用于向第二溫度控制裝置提供補(bǔ)償量，以補(bǔ)償隨濾光器裝置由于冷卻單元的溫度控制的溫度而發(fā)生的透光特性變化。在開(kāi)始時(shí)間，啟動(dòng)第一溫度控制裝置以設(shè)置可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)，然后啟動(dòng)第二溫度控制裝置。該波長(zhǎng)濾光器裝置是一標(biāo)準(zhǔn)濾光器單元。該可變波長(zhǎng)光束裝置包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器單元，在溫度控制下，每一個(gè)可以振蕩以產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光束；光合成單元，用于合成或組合從半導(dǎo)體激光器單元發(fā)射的光束；以及包括一光放大器，用于放大光合成器的合成輸出。可以將波長(zhǎng)濾光器裝置設(shè)置為接收光放大器的部分輸出光束。還可將波長(zhǎng)濾光器裝置設(shè)置為接收由可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)出的后向光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一密集波分多路復(fù)用光通信系統(tǒng)，其使用根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器作為發(fā)射器。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供一種可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其包括一可變波長(zhǎng)光源裝置，可根據(jù)外部控制進(jìn)行振蕩，以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束，還包括波長(zhǎng)濾波裝置，其透光特性根據(jù)不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束的每個(gè)的波長(zhǎng)變化而改變，根據(jù)波長(zhǎng)濾光器裝置的輸出，執(zhí)行對(duì)于可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化的補(bǔ)償控制，該方法包括第一檢測(cè)步驟，用于檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光束裝置發(fā)射并且通過(guò)了波長(zhǎng)濾光器裝置的部分輸出光束；第二檢測(cè)步驟，用于直接地檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射的光束；以及波長(zhǎng)控制步驟，根據(jù)由第一和第二檢測(cè)步驟獲得的檢測(cè)輸出，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。
根據(jù)第一和第二步驟的檢測(cè)輸出的比值，波長(zhǎng)控制步驟補(bǔ)償控制波長(zhǎng)變化?？勺儾ㄩL(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法還進(jìn)一步包括一電平控制步驟，用于根據(jù)第二步驟的檢測(cè)輸出，控制可變波長(zhǎng)光源裝置的輸出電平。該可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法還進(jìn)一步包括第一溫度控制步驟，通過(guò)控制溫度，控制來(lái)自于可變波長(zhǎng)光源裝置的不同波長(zhǎng)光束的振蕩波長(zhǎng)。該波長(zhǎng)控制步驟包括第二溫度控制步驟，通過(guò)其溫度控制，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。將該波長(zhǎng)濾光器裝置安裝在冷卻單元上，并且進(jìn)一步包括溫度特性補(bǔ)償步驟，用于向第二溫度步驟提供補(bǔ)償量，以補(bǔ)償波長(zhǎng)濾光器裝置由于冷卻單元的溫度控制的發(fā)生的與溫度有關(guān)的透光特性變化。在開(kāi)始的時(shí)候，啟動(dòng)第一溫度控制步驟以設(shè)置可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)，然后啟動(dòng)第二溫度控制步驟。
從下面的說(shuō)明和引用的附圖中將闡明其它的目標(biāo)和特征。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例現(xiàn)在結(jié)合附圖就本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述如下。
圖1是顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。參考該圖，在DWDM系統(tǒng)使用的可變波長(zhǎng)光源單元2具有如圖4所示的半導(dǎo)體激光器陣列35的結(jié)構(gòu)，并且公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)中的每一個(gè)，其不能均勻地接收后向光束。此外，應(yīng)該通過(guò)光束放大器37調(diào)整輸出光束。通過(guò)監(jiān)視前向光束，必須控制輸出光束或類似的光束。此外，如圖1所示，來(lái)自可變波長(zhǎng)光源單元2的輸出前向光束被用于振蕩波長(zhǎng)穩(wěn)定和輸出光束控制。
參考圖1，第一實(shí)施例主要包括模塊部分1和控制部分13。模塊部分1包括可變波長(zhǎng)光源單元2；透鏡3，用于將從可變波長(zhǎng)光源單元2發(fā)射的輸出前向光束轉(zhuǎn)換成平行光束；分束器4，用于將平行光束分為用作光纖輸入束的分束和波長(zhǎng)監(jiān)視束；標(biāo)準(zhǔn)濾光器5，用于接收由分束器4分光的平行波長(zhǎng)監(jiān)視束的部分以作為輸入光束；第一光檢測(cè)器6，用于接收已經(jīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的平行束，并將所接收的束轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)；以及第二光檢測(cè)器7，用于直接地從分束器4接收分裂的平行波長(zhǎng)監(jiān)視束并將所接收束轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)。
模塊部分1進(jìn)一步包括電子冷卻單元8，用于控制可變波長(zhǎng)光源單元2的溫度；溫度傳感器9；光纖10；光束振蕩器11，用于防止來(lái)自光纖10的由透鏡3產(chǎn)生的平行光的返回光束，透鏡12，用于將來(lái)自分束器4的濾光器輸入光束連接到光纖10。
該控制部分13包括APC(自動(dòng)功率控制)電路14，用于維持可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的恒定輸出光信號(hào)功率電平；AFC(自動(dòng)頻率控制)電路15，用于控制可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的振蕩波長(zhǎng)ATC(自動(dòng)溫度控制)電路15，用于維持可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的恒定溫度；以及溫度補(bǔ)償電路17，用于補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性。
在可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2中，振蕩波長(zhǎng)通常依賴于注入半導(dǎo)體激光器二極管部分的電流和溫度，并且根據(jù)注入到半導(dǎo)體激光器二極管或電冷卻單元8的電流執(zhí)行AFC。根據(jù)注入到半導(dǎo)體激光器二極管部分或光放大器部分的電流執(zhí)行APC。
在這個(gè)實(shí)施例中，將從可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2發(fā)射的前向光信號(hào)通過(guò)透鏡3轉(zhuǎn)換成平行束，然后由分束器4分束。一個(gè)被分束的平行光束(即波長(zhǎng)監(jiān)視束)部分地通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)濾光器5，并輸入到第一光檢測(cè)器6，以轉(zhuǎn)換為一電信號(hào)a1，并且也部分地直接輸入到第二光檢測(cè)器6，以轉(zhuǎn)換為一電信號(hào)b1。
該標(biāo)準(zhǔn)濾光器5具有根據(jù)輸入光束的波長(zhǎng)而改變的透光性，而且作為通過(guò)它的光電轉(zhuǎn)換的結(jié)果獲得的電信號(hào)a1含有可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元的振動(dòng)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)。將電信號(hào)b1饋入到AFC電路15和APC電路14，并將電信號(hào)a1L饋入到AFC電路15。通過(guò)將電信號(hào)a1L和b1L的比值與波長(zhǎng)控制的基準(zhǔn)值比較，執(zhí)行可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的AFC(即波長(zhǎng)變化補(bǔ)償控制)。通過(guò)比較電信號(hào)b1L和輸出光信號(hào)功率電平控制的基準(zhǔn)值，執(zhí)行APC。
但是，在系統(tǒng)開(kāi)始的時(shí)間，例如當(dāng)關(guān)閉模塊的電源時(shí)，電信號(hào)a1和b1還沒(méi)有出現(xiàn)。在這個(gè)時(shí)候，根據(jù)從溫度傳感器9輸出到可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的穩(wěn)定振蕩波長(zhǎng)的信號(hào)，執(zhí)行AFC(自動(dòng)溫度控制)，這樣波長(zhǎng)實(shí)際上變成為所要求的值，并且隨后執(zhí)行AFC，在此之后，執(zhí)行AFC、ATC和進(jìn)一步進(jìn)行APC。
如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)濾光器5有兩個(gè)平行的光反射鏡，并且其由這兩個(gè)反射器之間的相干性提供衰減波長(zhǎng)特性。圖2畫(huà)出了標(biāo)準(zhǔn)濾光器5對(duì)波長(zhǎng)的光透過(guò)率。光透過(guò)率依賴于已經(jīng)在不同的光路徑長(zhǎng)度上行進(jìn)的兩個(gè)光束的相位重疊。相位差取決于由兩個(gè)光束覆蓋的光路徑長(zhǎng)度之間的差別。表示光路徑長(zhǎng)度差別的參數(shù)是圖3所示濾光器的腔體長(zhǎng)度d和折射率n的乘積nd。
乘積nd的變化引起濾光器的通過(guò)波長(zhǎng)中心的變化。將傳輸?shù)姆逯甸g隔稱為FSR(空閑光譜范圍)。用c表示光的速度，當(dāng)光線垂直地入射到濾光器上時(shí)，F(xiàn)SR表示為FSR＝c/2nd這樣，F(xiàn)SR可以通過(guò)選擇濾光器的厚度d和折射率n來(lái)設(shè)置。厚度d和折射率n是受溫度變化影響，并且每變化1℃中心波長(zhǎng)的變化是1微微米到10微微米，換句話說(shuō)，其是半導(dǎo)體激光器的溫度特性的1/100到1/10。
如圖4所示，可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的示意性的結(jié)構(gòu)是假設(shè)半導(dǎo)體激光器陣列35、光合成單元36和光放大器37是一單片的集成電路。目前快速發(fā)展的DWDM的波長(zhǎng)間隔從100GHz移到50GHz。
通常，通過(guò)將半導(dǎo)體激光器的溫度改變10℃，可改變振蕩波長(zhǎng)大約1納米。對(duì)于具有50GHz的波長(zhǎng)間隔的DWDM單元，上述可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元通過(guò)將一個(gè)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行溫度控制，使之處于±10℃的溫度范圍內(nèi)，時(shí)可覆蓋5個(gè)信道(具有50GHZ的波長(zhǎng)間隔)。如圖5所示，通過(guò)以2納米的間隔排列半導(dǎo)體激光器，采用4個(gè)半導(dǎo)體激光器可以覆蓋20個(gè)信道，通過(guò)采用8個(gè)半導(dǎo)體激光器可以覆蓋40個(gè)信道。
只要通過(guò)使用具有50GHz的FSR的標(biāo)準(zhǔn)濾光器5，對(duì)每個(gè)信道可以周期性地檢測(cè)到相同的光透過(guò)率，就可以通過(guò)使用可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2進(jìn)行波長(zhǎng)穩(wěn)定控制。然而，對(duì)于可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的波長(zhǎng)控制，必須將溫度控制在±10℃的范圍內(nèi)，而這意味著該控制受到標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的光透過(guò)率相對(duì)于波長(zhǎng)的溫度特性的影響。
為消除標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性的影響，如圖1所示采用了溫度補(bǔ)償電路17，以從溫度補(bǔ)償電路17將補(bǔ)償信號(hào)輸入到AFC電路15。
圖6給出了包含標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性的透光特性。在該圖中，假設(shè)驅(qū)動(dòng)了可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的半導(dǎo)體激光器陣列中的一個(gè)半導(dǎo)體激光器。在這種情況下，通過(guò)將單元的溫度控制在±10℃的范圍內(nèi)，其可覆蓋5個(gè)信道(以50GHz的波長(zhǎng)間隔)。也可以假設(shè)預(yù)先設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)濾光器5為這樣，其初始預(yù)設(shè)置波長(zhǎng)λL0位于波長(zhǎng)范圍的中心，在其中標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的光透過(guò)率單調(diào)地增加或減少。在此時(shí)的光透過(guò)率用T0表示。
在λL0附近的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，對(duì)于振蕩波長(zhǎng)大于λL0，其光透過(guò)率小于T0，而對(duì)于振蕩波長(zhǎng)小于λL0，其光透過(guò)率大于T0?？勺儾ㄩL(zhǎng)光信號(hào)源單元2的AFC這樣來(lái)執(zhí)行，在T0時(shí)，來(lái)自于第一光檢測(cè)器6和第二光檢測(cè)器7的電流a1L和b1L之間的比值a1L/b1L具有預(yù)定的基準(zhǔn)值。
通過(guò)控制饋入到光放大器37的電流，這樣以使來(lái)自于第二光檢測(cè)器7的電流b1L為常數(shù)，也可以執(zhí)行輸出光信號(hào)功率電平的APC。
通過(guò)對(duì)可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2進(jìn)行溫度控制以使振動(dòng)波長(zhǎng)從λL0改變到相隔100GHz的λL+2，即大概越過(guò)兩個(gè)波谷，在圖6中，由于標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性，光透過(guò)率移到點(diǎn)A。通過(guò)進(jìn)一步以λL+2改變振蕩波長(zhǎng)，該光透過(guò)率進(jìn)一步移到B。標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性是線性變化的。這樣，如圖7所示，在溫度補(bǔ)償電路17計(jì)算特性，該特性是由虛直線標(biāo)出(即虛線標(biāo)出)顯示的特性到在圖6中連接點(diǎn)A到點(diǎn)B由直線標(biāo)出(即實(shí)線標(biāo)出)顯示的特性，并且將計(jì)算數(shù)據(jù)作為一補(bǔ)償信號(hào)輸入到AFC電路15，用于可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2在波長(zhǎng)變化時(shí)的波長(zhǎng)穩(wěn)定控制。這樣就可以在同一個(gè)電子冷卻單元上安裝標(biāo)準(zhǔn)濾光器和可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元，這樣就減少了元件的數(shù)量，也減少了模塊的尺寸。
圖1以功能性的方框圖顯示實(shí)施例，圖8示意性地給出圖1所示模塊部分1的特定例子。在圖8中，與圖1中所示的部分相同的由相同的參考標(biāo)號(hào)來(lái)指定。如圖所示，透鏡3、分束器4、第一和第二光檢測(cè)器6和7和溫度傳感器9以及可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2和標(biāo)準(zhǔn)濾光器5都安裝在同一個(gè)電子冷卻單元8上。參考標(biāo)號(hào)40指示一模塊組件。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明第二實(shí)施例加以說(shuō)明。圖9顯示了第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在圖9中，與圖1中相同的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)指定。在前面的第一個(gè)實(shí)施例中，可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2和標(biāo)準(zhǔn)濾光器放置在同樣的基底或同樣的電子冷卻單元上。如圖9所示在這個(gè)實(shí)施例中，可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2和標(biāo)準(zhǔn)濾光器分別單獨(dú)安裝在電子冷卻單元18和19上。
同時(shí)，在第一實(shí)施例中，由于標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性，通過(guò)溫度補(bǔ)償單元17來(lái)補(bǔ)償AFC信號(hào)的偏移，對(duì)可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2和溫度補(bǔ)償電路17分別的溫度控制需要第二ATC電路18、第二電子冷卻單元19和第二溫度傳感器20，以替換溫度補(bǔ)償電路17。然而在指標(biāo)方面，標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性不必考慮，并且這樣可以減輕標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的安裝麻煩和減少控制步驟數(shù)目。
此外，由于AFC獨(dú)立于溫度補(bǔ)償電路17，可獲得更準(zhǔn)確的波長(zhǎng)穩(wěn)定。在下面的控制方法中，替換溫度補(bǔ)償電路，提供用于控制第二電子冷卻單元的第二ATC電路18，用于標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的恒定溫度控制。而AFC和APC基本上與在第一實(shí)施例中是一樣的，在此不再給出它們的描述。
現(xiàn)在描述第三實(shí)施例。圖10顯示出第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在圖10中，那些與圖1和圖9相同的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)明。在這個(gè)實(shí)施例中，如圖10所示，放置的分束器4和21用于將從可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2發(fā)射的前向光束分束。由第二光檢測(cè)器7接收來(lái)自于分束器4的分束，并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)濾光器5過(guò)濾來(lái)自于其它分束器21的分束，然后由第一檢測(cè)器6接收以用于檢測(cè)。通過(guò)采用兩個(gè)分束器4和21，可以減輕光檢測(cè)器的安裝麻煩和抑制光路徑中的波長(zhǎng)偏移。
在這個(gè)實(shí)施例中，控制方法和第一實(shí)施例是相同的，所以在此不再對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。很明顯通過(guò)使用梯形菱鏡以替換兩個(gè)分束器4和21可以獲得相同的效果。各種元件的實(shí)際機(jī)械安裝狀態(tài)和圖8所示是相同的。
現(xiàn)在將描述第四實(shí)施例。在上述的第一實(shí)施例中，即使當(dāng)溫度控制可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2用于補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)濾光器的溫度特性時(shí)，振蕩波長(zhǎng)也應(yīng)該出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)濾光器的透光特性的線性部分。而本實(shí)施例具有一種結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)振蕩波長(zhǎng)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的特性的非線性部分，也允許進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)顯示在圖6中的點(diǎn)A和點(diǎn)B出現(xiàn)在非線性區(qū)域時(shí)，使用下面的方法。
如圖11所示，圍繞溫度點(diǎn)T的兩個(gè)溫度點(diǎn)用Ti-1和Ti+1表示，從對(duì)應(yīng)于單個(gè)溫度點(diǎn)的第一光檢測(cè)器的檢測(cè)電壓值獲得的模數(shù)轉(zhuǎn)換值用Y(T)、Y(Ti-1)、Y(Ti+1)表示。這些值寫(xiě)在ROM或類似的裝置上。然后在所寫(xiě)的值上進(jìn)行計(jì)算以獲得補(bǔ)償信號(hào)，將該補(bǔ)償信號(hào)輸入到AFC電路用于波長(zhǎng)控制。
使用的補(bǔ)償信號(hào)給出如下-(Y(Ti-1))+(Y(Ti+1)-Y(Ti-1)×(T-Ti-1)/((Ti+1)-(Ti-1)).
這樣，通過(guò)使用這種補(bǔ)償信號(hào)，即使當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)濾光器5的溫度特性較大的或當(dāng)可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的溫度控制范圍超過(guò)時(shí)，可以獲得準(zhǔn)確的波長(zhǎng)控制。
在上面的每個(gè)實(shí)施例中，可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2可以是將光調(diào)制器連接到光放大器的輸出端，或者是將DBR(分布式布拉格反光器)激光器、串聯(lián)型DFB(分布式反饋)激光器和光放大器集成。
可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2并不限定于具有如圖4所示的結(jié)構(gòu)。被監(jiān)視的光束也不限定于從單元發(fā)射的前向光束，而且，其也可能是后向光束。圖12給出了后一種情況的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，第一和第二光檢測(cè)器6`和7`和分束器4一起放置在可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元2的后側(cè)，用于接收和檢測(cè)從那里發(fā)射的后向光信號(hào)。第一和第二光檢測(cè)器6`和7`每個(gè)具有陣列結(jié)構(gòu)，這樣，可以接收和檢測(cè)在從如圖4所示的半導(dǎo)體激光器陣列35中的每個(gè)半導(dǎo)體激光器351到354發(fā)射的后向光束。
作為與本發(fā)明的上述每個(gè)實(shí)施例的設(shè)備的應(yīng)用，可以使用多個(gè)如上面顯示的在光傳輸站的設(shè)備來(lái)構(gòu)成波長(zhǎng)多路復(fù)用光傳輸系統(tǒng)，這樣每個(gè)光信號(hào)的波長(zhǎng)彼此接近，并且可以非常準(zhǔn)確地控制。單個(gè)設(shè)備也可以用作能夠覆蓋多路復(fù)用波長(zhǎng)的備份光信號(hào)源。具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明使用可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的波長(zhǎng)多路復(fù)用光傳輸系統(tǒng)包括光傳輸站、光接收站和將光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)互連的光傳輸線。在光傳輸線上，光放大器用于放大提供的衰減信號(hào)。在這個(gè)系統(tǒng)中，在光發(fā)射和接收終端之間傳輸和接收不同波長(zhǎng)的多個(gè)光信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，光發(fā)射器是具有內(nèi)置波長(zhǎng)監(jiān)視器的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，而且包括多個(gè)用于從光波導(dǎo)(即光纖)輸出不同波長(zhǎng)的信號(hào)光束的光發(fā)射器和用于波長(zhǎng)多路復(fù)用信號(hào)光束的光合成單元。光接收站包括用于接收信號(hào)光束的光接收器。
圖13給出這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。參考附圖，光發(fā)射器51到53和上述根據(jù)本發(fā)明描述的發(fā)射器一樣。從那些由光發(fā)射器發(fā)射的輸出光信號(hào)，光合成單元54產(chǎn)生波長(zhǎng)多路復(fù)用信號(hào)，通過(guò)一光放大器55放大該信號(hào)，并且饋入到光處理單元56。在光處理單元56，進(jìn)行各種處理，如光信號(hào)的加/減處理，以及來(lái)自于不同的光放大器的波長(zhǎng)多路復(fù)用信號(hào)的多路復(fù)用處理。通過(guò)光纖57將來(lái)自于光處理單元56的輸出光信號(hào)傳輸?shù)焦夥植▎卧?8，用于解合成以恢復(fù)光信號(hào)，在光接收器59-61接收該信號(hào)。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明，部分地直接監(jiān)視來(lái)自于可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元的光信號(hào)(前向或后向)以用于APC，并且也可通過(guò)波長(zhǎng)濾光器部分地監(jiān)視，該波長(zhǎng)濾光器對(duì)多個(gè)波長(zhǎng)提供不同的光透光率值，以及當(dāng)通過(guò)使用濾光器輸出和直接監(jiān)視器輸出檢測(cè)到波長(zhǎng)變化時(shí)，執(zhí)行AFC。這樣，該結(jié)構(gòu)是極其簡(jiǎn)單而不必考慮多路復(fù)用波長(zhǎng)的數(shù)目的增加，而且可以減小設(shè)備的尺寸和減低設(shè)備的造價(jià)。
為進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，將濾光器放置在冷卻單元用于溫度控制，即可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元的波長(zhǎng)控制。在這種情況下，相對(duì)于溫度變化的濾光器的透光特性，可以獲得用于反向補(bǔ)償波長(zhǎng)的補(bǔ)償裝置，并且進(jìn)一步減小尺寸。通過(guò)分別對(duì)可變波長(zhǎng)光信號(hào)源單元和濾光器溫度控制可以免除該補(bǔ)償裝置。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在結(jié)構(gòu)上發(fā)生的明顯地不同修改和實(shí)施例的改變和變化將不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。在前面描述中提到的內(nèi)容和附圖僅提供用于說(shuō)明。因此，前面的描述應(yīng)認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，包括可變波長(zhǎng)光源裝置，其根據(jù)外部控制，能夠振蕩以產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光束；波長(zhǎng)濾光器裝置，其透光性根據(jù)不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束的每個(gè)的波長(zhǎng)變化而改變；以及波長(zhǎng)控制裝置，其根據(jù)波長(zhǎng)濾光器裝置的輸出，對(duì)可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化進(jìn)行補(bǔ)償控制。
2.一種可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，包括可變波長(zhǎng)光源裝置，根據(jù)外部控制，其能夠振蕩以產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光束；波長(zhǎng)濾光器裝置，其透光性根據(jù)不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束的每個(gè)的波長(zhǎng)變化而改變；以及波長(zhǎng)控制裝置，其包括第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射并通過(guò)波長(zhǎng)濾光器裝置的部分光束，第二檢測(cè)器，用于直接檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射的部分光束，以及波長(zhǎng)控制電路，其根據(jù)第一和第二檢測(cè)器的檢測(cè)輸出，對(duì)可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化進(jìn)行補(bǔ)償控制。
3.如權(quán)利要求2所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中波長(zhǎng)控制電路根據(jù)第一和第二檢測(cè)器的檢測(cè)輸出的比值，補(bǔ)償控制波長(zhǎng)變化。
4.如權(quán)利要求2和3之一所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其進(jìn)一步包括一電平控制裝置，用于根據(jù)第二檢測(cè)器的檢測(cè)輸出，控制可變波長(zhǎng)光源裝置的輸出電平。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其進(jìn)一步包括一第一溫度控制裝置，通過(guò)控制溫度，由此來(lái)控制來(lái)自可變波長(zhǎng)光源裝置的不同波長(zhǎng)光束的振蕩波長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求5所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中波長(zhǎng)控制裝置包括第二溫度控制裝置，用于通過(guò)溫度控制，對(duì)可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化進(jìn)行補(bǔ)償控制。
7.如權(quán)利要求6所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中將所述的可變波長(zhǎng)光源裝置安裝在通過(guò)所述第一和第二溫度控制裝置控制溫度的冷卻單元上。
8.如權(quán)利要求7所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中，將波長(zhǎng)濾光器裝置安裝在冷卻單元上，并且還包括溫度特性補(bǔ)償裝置，用于向第二溫度控制裝置提供補(bǔ)償量，該補(bǔ)償量對(duì)波長(zhǎng)濾光器由于冷卻單元的溫度控制造成的與溫度有關(guān)的透光特性變化進(jìn)行補(bǔ)償。
9.如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中，在開(kāi)始時(shí)間，啟動(dòng)第一溫度控制裝置以設(shè)置可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)，然后啟動(dòng)第二溫度控制裝置。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中波長(zhǎng)濾光器裝置是一標(biāo)準(zhǔn)濾光元件。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中可變波長(zhǎng)光束裝置包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器單元，在溫度控制下，每一個(gè)可以振蕩以產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光束，光合成單元，用于合成或組合從半導(dǎo)體激光器單元發(fā)射的光束，以及光放大器，用于放大光合成單元的合成輸出。
12.如權(quán)利要求1所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中這樣放置波長(zhǎng)濾光器裝置，以便于接收光放大器的部分輸出光束。
13.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器，其中這樣放置波長(zhǎng)濾光器裝置，以便于接收由可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射的反向光束。
14.一種密集波分多路光通信系統(tǒng)，其使用根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器作為發(fā)射器。
15.一種可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其包括一可變波長(zhǎng)光源裝置，該裝置根據(jù)外部控制，能夠振蕩以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束，并包括一波長(zhǎng)濾波裝置，其透光特性根據(jù)不同波長(zhǎng)的多個(gè)光束的每個(gè)的波長(zhǎng)變化而改變，并且，根據(jù)波長(zhǎng)濾光器裝置的輸出，執(zhí)行對(duì)于可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化的補(bǔ)償控制，該方法包括第一檢測(cè)步驟，用于檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光束裝置發(fā)射并且已經(jīng)通過(guò)波長(zhǎng)濾光器裝置的部分輸出光束；第二檢測(cè)步驟，用于直接地檢測(cè)從可變波長(zhǎng)光源裝置發(fā)射的光束；以及波長(zhǎng)控制步驟，根據(jù)由第一和第二檢測(cè)步驟獲得的檢測(cè)的輸出，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。
16.如權(quán)利要求15所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其中波長(zhǎng)控制步驟根據(jù)第一和第二步驟的檢測(cè)輸出的比值，補(bǔ)償控制波長(zhǎng)變化。
17.如權(quán)利要求15和16中之一所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其進(jìn)一步包括一電平控制步驟，用于根據(jù)第二步驟的檢測(cè)輸出，控制可變波長(zhǎng)光源裝置的輸出電平。
18.如權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其進(jìn)一步包括第一溫度控制步驟，通過(guò)控制其溫度，控制來(lái)自于可變波長(zhǎng)光源裝置的不同波長(zhǎng)光束的振蕩波長(zhǎng)。
19.如權(quán)利要求18所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其中波長(zhǎng)控制步驟包括第二溫度控制步驟，通過(guò)其溫度控制，補(bǔ)償控制可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)變化。
20.如權(quán)利要求19所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其中波長(zhǎng)濾光器裝置安裝在冷卻單元上，并且進(jìn)一步包括溫度特性補(bǔ)償步驟，用于向第二溫度控制步驟提供補(bǔ)償量，該補(bǔ)償量對(duì)波長(zhǎng)濾光器由于冷卻單元的溫度控制造成的與溫度有關(guān)的透光特性變化進(jìn)行補(bǔ)償。
21.如權(quán)利要求19或20所述的可變波長(zhǎng)光發(fā)射器的輸出控制方法，其中，在開(kāi)始的時(shí)候，啟動(dòng)第一溫度控制步驟以設(shè)置可變波長(zhǎng)光源裝置的波長(zhǎng)，然后啟動(dòng)第二溫度控制步驟。
全文摘要
在第二檢測(cè)器2中直接地監(jiān)視從可變波長(zhǎng)光源單元2發(fā)射的部分光束,以用于APC電路14的自動(dòng)功率控制,該光束還部分通過(guò)一光透過(guò)率隨波長(zhǎng)而變化的波長(zhǎng)濾光器5,并且在第一檢測(cè)器65被監(jiān)視。在AFC電路15執(zhí)行自動(dòng)頻率控制,同時(shí)通過(guò)使用濾光器輸出和直接監(jiān)視輸出來(lái)檢測(cè)波長(zhǎng)的變化。這樣,該結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單,同時(shí)減少了尺寸和成本。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1359178SQ0114423
公開(kāi)日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2001年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月13日
發(fā)明者巖藤尊己 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社