CN103891066A - 自表征可调谐光网络单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调光发射器，包括一个可调谐激光器，其包含分布式布拉格反射镜（DBR）区段、相位区段和增益区段，以及一个光耦合到所述可调谐激光器的光电二极管检测器（PD），其中所述可调谐光发射器缺少温度控制器，以及所述可调谐光发射器用于在不同操作温度下锁定波长。

Description

自表征可调谐光网络单元
相关申请案交叉申请
本发明要求2011年10月17日由颜学进等人递交的发明名称为“自表征可调谐光网络单元”的第61/547971号美国临时专利申请案以及2012年10月12日递交的发明名称为“自表征可调谐光网络单元”的第13/650388号美国申请案的在先申请优先权，这些在先申请的内容以引入方式并入本文本中，如全文再现一般。
技术领域
本发明涉及通信网络，以及在具体实施例中，涉及自表征可调谐光网络单元。
背景技术
无源光网络（PON）是一种点到多点、光纤到驻地的网络架构，在该网络架构中，使用无电源光分路器使得单一光发射器能够服务于多个驻地。PON可以由位于服务提供商的中心局的光线路终端（OLT）和靠近终端用户的多个光网络单元（ONU）组成。与点到点架构相比，PON减少了所需光纤和中心局设备的数量。多个ONU可以在光纤上共享相同的波长。
发明内容
在一项实施例中，发射器本发明包括一种可调谐光发射器，包括一个可调谐激光器，其包含分布式布拉格反射镜（DBR）区段、相位区段和增益区段，以及一个光耦合到所述可调谐激光器的光电二极管检测器（PD），其中所述可调谐光发射器缺少温度控制器，以及所述可调谐光发射器用于在不同操作温度下锁定波长。
在另一项实施例中，本发明包括一种可调谐光发射器，包括一个可调谐激光器，其包含分布式布拉格反射镜（DBR）区段、相位区段和增益区段，一个耦合到所述DBR区段的DBR区段电流发生器，一个耦合到所述相位区段的相位区段电流发生器，其中所述相位区段电流发生器与所述DBR区段电流发生器进行光结合，一个耦合到所述增益区段并用于在超过阀值电流的电流处为所述增益区段偏置增益的增益偏置振荡器，一个耦合到所述可调谐激光器并用于测量多个扫描电流值的输出激光器功率的功率监控器，以及一个耦合到所述功率监控器的处理器，其用于确定所述输出激光器功率的功率最大点的第一电流值和功率最小点的第二电流值以及为波长的相当最大功率输出确定DBR偏置电流值、相位区段偏置电流值和增益偏置电流值。
在另一实施例中，本发明包括一种用于可调谐光网络单元（ONU）的自动自表征的方法，包括将第一偏置施加到可调谐激光器的增益区段，其中所述第一偏置超过所述增益区段的阀值电流；将第二偏置施加到所述可调谐激光器的相位区段和DBR区段中的一个；将扫描电流施加到所述DBR区段和所述相位区段中的一个；测量所述扫描电流的激光器输出功率曲线；从所述可调谐激光器的激光器输出功率曲线中确定功率最大电流值和功率最小电流值；以及基于所确定的功率最大电流值和功率最小电流值发射数据信号。
结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其他特征。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。
图1为PON的一项实施例的示意图。
图2为根据所公开的实施例的自表征可调谐ONU发射器（Tx）。
图3为是根据所公开的实施例的图2所示的自表征可调谐ONU Tx的DBR扫描电流分布的图。
图4为根据所公开的实施例的图2所示的自表征可调谐ONU Tx的相位区段扫描电流分布的图。
图5为根据所公开的实施例的图2所示的自表征可调谐ONU Tx的DBR小面输出功率对DBR电流的曲线图。
图6为来自DBR小面的激光器输出功率和图2所示的自表征可调谐ONUTx的相位偏置电流的曲线图。
图7为示出图2所示的自表征可调谐ONU Tx的DBR区段激光器输出功率对DBR区段注入电流的曲线的曲线图。
图8为示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx的作为DBR区段注入电流函数的激光器波长的曲线的曲线图。
图9为示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx的作为DBR区段注入电流函数的激光器输出功率的曲线图。
图10为示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx的作为DBR区段注入电流函数的DBR激光器边模抑制比（SMSR）的曲线图。
图11为示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx的作为相位区段注入电流函数的激光器输出功率的曲线图。
图12为示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx的作为相位区段注入电流函数的激光器波长的曲线图。
图13为示出图2所示的自表征可调谐ONU Tx的四个信道的可调谐光发射次模块（TOSA）自表征结果的表。
图14为根据所公开的实施例图示DBR区段电流扫描过程的流程图。
图15为根据所公开的实施例图示相位区段电流扫描过程的流程图。
图16为根据所公开的实施例的另一自表征可调谐ONU Tx的示意图。
图17为根据所公开的实施例的随着DBR区段镜面偏置电流增加的图15中可调谐ONU Tx的增益区段侧小面的激光器输出功率起伏的曲线图。
图18为根据所公开的实施例的随着图15中的可调谐ONU Tx的激光器相位区段偏置电流的不同而改变的增益区段侧小面的激光器输出功率的曲线图。
图19为根据所公开的实施例的另一类型的自表征可调谐ONU Tx的示意图。
图20为图示网络单元的实施例的示意图，网络单元可以是通过网络传输和处理数据的任意设备。
具体实施方式
最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。
本发明公开了用于自表征可调谐ONU的系统、方法和装置。在实施例中，可调谐ONU的可调谐光发射次模块（TOSA）通过可调谐激光器输出功率特性（起伏例如，功率波动）和波长调整（例如，通过调整分布式布拉格反射镜（DBR）和相位偏置电流）进行表征。作为初始或循环配置，扫描电压或电流可以施加到可调谐激光器的DBR区段，并且可调谐激光器的光电二极管检测器（PD）功率监控器可记录可调谐激光器的输出功率值。激光器输出功率的数据和功率的对应扫描电流值可以保存到ONU存储器中。ONU的微控制器或现场可编程门阵列（FPGA）可以分析该数据并且找到激光器输出功率具有最大值和最小值时的DBR区段和/或激光器相位区段电流值。根据PD功率监控器是在增益侧还是在DBR侧，这些值可能与激光跳模和最佳工作点有关。获取激光器相位区段上的最佳工作点的方法可能与DBR区段扫描方法类似。在实施例中，还可以在激光器相位区段上扫描电压或电流。相位偏置点的这些电流值还可以保存到ONU存储器中并且用于系统中的ONU波长设置。
在ONU操作期间，可以使用所保存的值重新表征可调谐ONU发射器的波长，该波长可能因环境（例如，温度）变化而不定。DBR跳模偏置电流数据、相位跳模偏置电流数据和DBR最佳偏置点值可以用作新的DBR扫描电流值用于设置可调谐发射器波长。此外，可以使用这些值重新表征可调谐ONU发射器以确保特定信道或波长（其增加传输距离）的相当最大功率输出，因为该波长对于给定范围的偏置电流可能是准稳态的，但是输出功率对于同一波长可能变化很大。可调谐ONU发射器可以在不中断数据传输的情况下可每天一次或几次重新表征自己。在实施例中，所公开的可调谐自表征发射器可以用作第二相位下一代PON（NGPON2）（40千兆比特PON（GPON）或80GPON）ONU发射器。所公开的自表征可调谐发射器可以节省可调谐TOSA表征成本并且可以使PON系统更加灵活且易于管理。尽管参照ONU进行描述，本文中所述的系统和方法还可以用在OLT或其他光发射器中。
图1示出了PON100的一项实施例。PON100包括OLT110、多个ONU120以及光分配网络（ODU）130，该ODN可以耦合到OLT110和ONU120。PON100可以是一个不需要任何有源部件在OLT110和ONU120之间分配数据的通信网络。相反，PON100可以使用ODN130中的无源光部件在OLT110和ONU120之间分配数据。在实施例中，PON100可能是下一代接入（NGA）系统，例如，10千兆比特每秒（Gbps）GPON（XGPON），可以具有大约10Gbps的下行带宽和至少大约2.5Gbps的上行带宽。或者，PON100可以是任何基于以太网的网络，例如由电气和电子工程师学会（IEEE）802.3ah标准定义的以太网PON（EPON）、由IEEE802.3av标准定义的10千兆比特EPON、异步传输模式PON（APON）、由国际电联电信标准化部门（ITU-T）G.983标准定义的宽带PON（BPON）、由ITU-T G.984标准定义的GPON，或波分复用（WDM）PON（WPON），所有这些网络以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。
在实施例中，OLT110可以是用于与ONU120和另一网络（未图示）进行通信的任何设备。具体而言，OLT110可担当另一网络和ONU120之间的中介。例如，OLT110可将从网络接收的数据转发到ONU120，并且将从ONU120接收的数据转发到另一网络上。尽管OLT110的具体配置可根据PON100的类型而变化，但在实施例中，OLT110可包括一个发射器和一个接收器。当另一网络在使用一个不同于用于PON100中的PON协议的网络协议时，例如，以太网或同步光网络/同步数字体系（SONET/SDH）时，OLT110可包括一个将该网络协议转换成PON协议的转换器。OLT110转换器也可将PON协议转换成该网络协议。OLT110通常放置在中心位置处，例如中心局，但也可放置在其他位置处。
在实施例中，ONU120可以是用于与OLT110以及客户/用户（未图示）进行通信的任何设备。具体而言，ONU120可担当OLT110与客户之间的中介。例如，ONU120可将从OLT110接收的数据转发到客户，并且将从客户接收的数据转发到OLT110上。尽管ONU120的具体配置可根据PON100的类型而变化，但在实施例中，ONU120可包括用于将光信号发送到OLT110的光发射器和用于从OLT110接收光信号的光接收器。此外，ONU120可包括为客户将光信号转换成电信号的转换器，例如以太网或异步传输模式（ATM）协议中的信号，以及可针对客户设备发送和/或接收电信号的第二发射器和/或接收器。在一些实施例中，ONU120和光网络终端（ONT）是类似的，因此这两个术语在本文中可互换使用。ONU120通常可放置在分配的位置处，例如客户驻地，但也可放置在其他位置处。
在实施例中，ODN130可以是一个数据分配系统，其中可包括光纤电缆、耦合器、分路器、分配器和/或其他设备。在实施例中，所述光纤电缆、耦合器、分路器、分配器和/或其他设备可以是无源光部件。具体而言，所述光纤电缆、耦合器、分路器、分配器和/或其他设备可能是不需要任何电能以在OLT110与ONU120之间分配数据信号的组件。或者，ODN130可以包括一个或多个有源部件，如光放大器。ODN130通常可以以图1所示的分支配置从OLT110延伸到ONU120，但另一种选择可以是以任何其他点到多点配置的形式进行。
PON100可具有少于或等于约20千米（km）的最大传输距离和少于或等于约1:64的分光比。例如，在ODN130中可使用多个分路器将每一支光纤划分成多个分支，直到达到上述分光比。通常，为增加PON100的分光比以及最大传输距离，可增加多个光放大器和/或再生器，例如，以耦合ODN130中的某些光纤并由此提高光信号功率，从而实现更长的范围和/或更大的分光比。然而，分路器与光放大器（或光再生器）的此类组合可增加部署的成本，而这可能不符合要求或不实用。
在实施例中，具有四个波长（10Gb/s每波长）的40千兆比特每秒（Gb/s）PON系统用于下行数据传输（例如，从OLT到ONU），四个波长（2.5Gb/s或10Gb/s（通过电吸收（EA）调制器）每波长）用于上行数据传输（例如，从ONU到OLT）。为了降低ONU波长库存，本文中所公开的三区段可调谐激光器可以用在ONU发射器处。所公开的三区段可调谐激光器自表征方法可以降低可调谐ONU成本和/或复杂度以及40Gb/s（40G）PON系统成本和/或复杂度。
图2是根据所公开的实施例的自表征可调谐ONU发射器（Tx）200。ONUTx200可以包括存储和处理单元204、DBR和相位扫描和偏置电流发生器202、增益偏置和射频（RF）发生器206、包含PD228和可调谐激光器220的基板214、分路器216、PD功率监控器210、隔离器208、散热片218、光波导（或光纤）212，以及可选热电制冷器（TEC）温度控制器（未示出）。可调谐激光器220可以包括DBR区段222、相位区段224以及增益区段226。基板214、分路器216、PD功率监控器210、隔离器208以及光纤212可以安装在散热片218上。在包括TEC温度控制器的实施例中，TEC温度控制器可以将可调谐激光器220的温度控制在指定频率范围之内。
存储和处理单元204可以包括一个存储器和一个处理器。存储和处理单元204中的处理器可以是一个单核或多核微处理器、CPU或FPGA。存储和处理单元204可以用来测量、关联和存储本文中论述的各种值（例如，电流对波长）。PD228可以用于检测可调谐激光器220的光信号和/或自动表征。DBR和相位扫描和偏置电流发生器202可以耦合到DBR区段222和相位区段224并且可以在配置（例如，DBR/相位扫描）和数据传输期间提供偏置电压/电流给DBR区段222和相位区段224。增益偏置和RF发生器206可以耦合到增益区段226并且用于在配置（例如，DBR/相位扫描）和数据传输期间偏置可调谐激光器220的增益区段226。散热片218可以散除基板214、分路器216、PD功率监控器210、隔离器208，和/或光纤212的热量。
PD功率监控器210可以从分路器216的一面确定输出激光器光功率。根据分光比，由PD功率监控器210检测的光功率可能在总输出光激光器功率的约2%和约10%之间。隔离器208允许光信号仅在一个方向（例如，从激光器220到光纤212）传输。隔离器208防止不需要的反馈进入激光器220。光纤212提供一个介质从激光器220向ODN发射光信号。
可以通过施加到DBR区段222、相位区段224和/或增益区段226的电流/电压激励或照射激光器220。在实施例中，两个电流源可以用于电流发生器202.一个电流源可用于DBR，另一个电流源可以用于相位。这两种电流源可能是不同的并且可以分别为激光器220的DBR区段222和相位区段224提供恒定电流偏置和扫描电流分布。在激光器220的后侧，PD228可以用于确定激光器波长和/或表征可调谐激光器220波长调整规范，例如，针对特定DBR电流调整范围和跳模点处的电流值，激光器220的跳模数量。可以从相位区段224电流扫描获得类似结果。来自激光器的增益226小面输出（例如，激光器220的前侧）的激光器功率可以耦合到光分路器216上的输入。光分路器216可以具有两个输出小面。一个输出小面可以通过隔离器208耦合到光纤212，另一输出小面可以耦合到PD功率监控器210。光功率到光纤212和到光功率PD210的分路器分光比可以在约98:2到约90:10的范围内。因此，大多数功率可以传向光纤212中（例如，在功率的约90%和约98%之间），约2%到约10%的光功率提供给PD功率监控器210。
图3为图2所示的自表征可调谐ONU300的DBR扫描电流分布300。电流分布300示出了作为扫描时间函数的以毫安（mA）为单位的DBR电流。如图所示，DBR电流与时间具有线性关系，随着时间的增加电流从零线性增加。在实施例中，DBR扫描电流可以是一个恒定范围步长或各种范围步长，以及步长范围可以在约0.01mA到约0.1mA之间或其他步长。
图4为图2所示的自表征可调谐ONU Tx200的相位区段扫描电流分布400的曲线图。相位区段扫描电流分布400与DBR电流分布300类似。相位区段扫描电流分布400示出了作为扫描时间函数的以mA为单位的相位电流。如图所示，相位电流随着时间的增加从约零mA开始线性增加。在实施例中，相位扫描电流步长是统一的并且电流步长大小可以约0.005mA到约0.01mA之间。可以在其他实施例中使用其他值的电流步长大小。
返回图2，当可调谐激光器220的增益区段226在其阀值电流以上（例如，阀值电流的两倍）偏置时，激光器220照射。当（1）扫描电流施加在DBR区段222上和（2）增益区段226和相位区段224偏置电流保持恒定时，激光器220输出功率起伏。图4示出了随着DBR区段222电流变化的输出功率起伏曲线，其从DBR区段222小面测量而来，并且忽略了DBR自发发射光功率。该自发发射光功率对于DBR偏置电流来说非常弱，其可以用来移除DBR自发发射光。或者，可以使用边缘过滤器（未示出）来移除DBR自发发射光。相位区段224可以在特定电流值处偏置，该特定电流值可以在相位扫描电流范围内或者相位偏置电流可以为零。
图5为图2所示的自表征可调谐ONU Tx200的DBR小面输出功率对DBR电流的曲线图500。曲线图500示出了DBR小面的可调谐激光器输出功率与DBR偏置电流的关系。曲线图500示出了DBR小面输出功率一般随着DBR电流的增加而降低，当DBR电流增加时，DBR小面输出功率中的局部最大值和最小值在各种点发生。最大点是激光跳变位置。这些数据点可以保存在存储和处理单元204的存储器中。存储和处理单元204可以找到对应于这些最大功率点的电流值并且将它们保存到存储和处理单元204的存储器中。两个邻近最大点电流值的平均值可能是该模式下的显著最佳DBR偏置电流值。针对图4所示的结果，激光器在阀值电流的两倍处偏置，以及相位偏置电流为零。
图6示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx200的来自DBR区段222小面的激光输出功率和相位区段224偏置电流的曲线600。针对相位区段224，电流扫描和输出功率的结果与DBR区段222电流扫描的结果类似。当激光器220的增益区段226在其阀值以上（例如，阀值电流的两倍）处偏置时，当增益区段226和DBR区段222偏置电流保持恒定时激光器220输出功率也出现了起伏。DBR最佳偏置电流值可以通过平均两个邻近功率峰值（502、504）电流值在图5中获得。针对图6所示的结果，激光器220增益区段226在阀值电流的两倍处偏置，以及DBR区段222偏置约11.8mA。
图7至13示出了可调谐ONU Tx200的各种参数的实验结果。图7是示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx200的DBR区段222激光器220输出功率对DBR区段222注入电流的曲线的曲线图。图8为示出图2所示的自表征可调谐ONU Tx200的作为DBR区段222注入电流函数的激光器220波长的曲线的曲线图。图9是示出了图2所示的自我表征可调谐ONU Tx200的激光器220输出功率，作为DBR区段222注入电流的函数的曲线图。图10是示出了图2所示的自我表征可调谐ONU Tx200的DBR激光器边模抑制比（SMSR），作为DBR区段222注入电流的函数的曲线图。图11是示出了图2所示的自我表征可调谐ONU Tx200的激光器220输出功率，作为相位区段224注入电流的函数的曲线图。图12示出了图2所示的自我表征可调谐ONU Tx200的激光器220波长，作为相位区段224注入电流的函数的曲线图。图13是示出了图2所示的自表征可调谐ONU Tx200的四个信道的可调谐TOSA自我表征结果的表。
ONU Tx200可以将激光器220输出功率和DBR区段222和相位区段224的扫描电流数据保存到ONU Tx200的存储和处理单元204中。模数转换器（ADC）（未示出）可以用于数据保存和处理。ONU Tx200存储和处理单元204可以找到最大和最小输出功率电流值并且将这些值保存到存储和处理单元204的存储器中。
图14为根据所公开的实施例的图示示例性DBR区段222电流扫描过程1400的流程图。在步骤1402，可调谐激光器220的增益区段226在阀值电流的两倍（或ONU发射器的正常突发模式偏置电流）处偏置。在步骤1404，相位区段224的偏置为零。在步骤1406，扫描电流可以施加到激光器220的DBR区段222。然后，在步骤1408，在DBR镜面的PD228测量激光器220输出功率曲线。在步骤1410，输出功率和扫描电流数据可以通过模数转换器（ADC）保存到ONU Tx200的存储器204中。在步骤1412，存储和处理单元204可以找到功率最大和最小点电流值并且将它们保存到存储和处理单元204中用于可调谐220DBR电流设置，之后方法1400可以结束。
相位区段224电流扫描过程与DBR区段222的类似。图15是根据所公开的实施例的示例性相位区段224电流扫描过程1500的流程图。在步骤1502，增益区段226可以在阀值电流的两倍（或ONU发射器的正常突发模式偏置电流）处偏置。在步骤1504，DBR镜面或DBR区段222可以在两个DBR电流的平均值处偏置，这两个DBR电流对应于两个邻近最大输出功率点电流502、504。在步骤1506，扫描电流随后可以施加到激光器220的相位区段224，以及在DBR镜面的PD228可以测量激光器220输出功率数据。在步骤1508，输出功率和相位扫描电流数据随后可以通过ADC保存到ONU Tx200的存储和处理单元204的存储器中。在步骤1510，ONU200的存储和处理单元204可以找到输出功率最大和最小点的电流值并且将ONU Tx200存储器上的最大和最小点保存到存储和处理单元204中用于可调谐激光器220相位电流设置，之后方法1500可以结束。
在另一实施例中，可调谐激光器PD功率监控器还可以用作可调谐激光器自表征功率检测器。存在两种模式：一种模式用于激光器输出功率控制检测器，另一种模式用于可调谐激光器自表征功率检测器。图16为根据所公开的实施例的另一自表征可调谐ONU Tx1600的示意图。ONU Tx1600可以包括DBR和相位扫描和偏置电流发生器1602、增益偏置和RF发生器1616、包含可调谐激光器1620的基板1618、分路器1614、PD功率监控器1606、存储和处理单元1604、隔离器1610、光波导（或光纤）1608，以及（具有或不具有TEC温度控制器的）散热片1612。基板1618、分路器1614、隔离器1610、PD功率监控器1606以及光纤1608可以安装在散热片1612上。可调谐激光器1620可以包括DBR区段1622、相位区段1624以及增益区段1626。除此之外，DBR和相位扫描和偏置电流发生器1602、增益偏置和RF发生器1616、基板1618、可调谐激光器1620、分路器1614、PD功率监控器1606、存储和处理单元1604、隔离器1610、光纤1608以及散热片1612可以大体上与图2的对应部件相同。ONU Tx1600可以与图2中的ONU Tx200不同，区别在于（1）存储和处理单元1604可以耦合到PD功率监控器1606以及（2）PD功率监控器1606不仅用作激光器1620输出功率控制器，而且还用作激光器1620自表征PD。
增益区段1626小面输出的激光器输出功率起伏与具有DBR区段1622和相位区段1624偏置电流变化的DBR区段1622小面不同。图17和图18示出了随着DBR区段1622和相位区段1624注入电流的增加，增益区段1626侧小面的激光器1620输出功率的起伏。在图17中，随着DBR区段1622镜面偏置电流的增加，增益区段1626侧小面的激光器1620输出功率起伏。针对图17所示的结果，激光器1620的增益区段1626偏置约为阀值电流的两倍，相位区段1624偏置约为零mA。在图18中，示出了具有不同激光器1620相位区段1624偏置电流的增益区段1626侧小面的激光器1620输出功率变化。针对图18所示的结果，增益区段1626偏置电流大约为激光器1620阀值电流的两倍以上，DBR区段1622镜面偏置大约为11.8mA（第十个模式最大输出功率点DBR电流）。
返回图16，针对使用一个PD1606的可调谐激光器1620，该PD检测器1606可能具有两个功能：激光器1620功率监控器和激光器1620自表征检测器。在可调谐激光器1620自表征模式的条件下，PD1606可以与激光器1620DBR区段1622镜面检测器类似。输出功率和DBR区段1622扫描电流数据可以通过如ADC（未示出）保存在ONU Tx1600的存储和处理单元1604的存储器中。存储和处理单元1604可以找到DBR区段1622镜面偏置电流值，其可能与最大和最小功率点有关。DBR区段1622镜面偏置电流值可以保存在存储和处理单元1604的存储器中用于ONU Tx1600波长设置。增益区段1622侧小面输出的激光器1620输出功率数据和相位区段1624电流的数据也可以通过如ADC（未示出）保存在存储和处理单元1604的存储器中。存储和处理单元1604可以找到与输出功率最大和最小点有关的相位电流值并且将这些相位电流值保存在存储和处理单元1604的存储器中用于可调谐ONUTx1600波长设置。当可调谐激光器1620相位区段1624通过改变注入电流调整时，DBR区段1622可以偏置与图17中的最大输出功率点（例如，点1702）DBR区段1622电流有关的某一电流值。在实施例中，当可调谐激光器增益区段在其阀值电流以上偏置时，ONU Tx1600可以通过DBR的输出功率起伏和相位注入电流变化表征自身。ONU Tx1600可以分析输出功率和扫描电流数据并且找到特定DBR区段1920和相位区段1922扫描电流的激光器跳模点，并且将这些点电流值保存在存储和处理单元1604中的存储器中。ONUTx1600还可以通过分析扫描输出功率和扫描电流数据找到最佳DBR区段1920和相位区段1922偏置电流。这些数据和值可以用于ONU Tx1900波长设置。
图19是根据所公开的实施例的另一类型的自表征可调谐ONU Tx1900的示意图。ONU Tx1900可以包括存储和处理单元1904、包含PD1912和可调谐激光器1918的基板1916、DBR和相位扫描和偏置电流发生器1902、增益偏置和RF发生器1908、（具有或不具有TEC温度控制器的）散热片1910，以及光波导（或光纤）1906。存储和处理单元1904、基板1916、PD1912、可调谐激光器1918、DBR和相位扫描和偏置电流发生器1902、增益偏置和RF发生器1908、散热片1910，以及光纤1906可以大体上与图2所示的对应部件相同。与图2所示的ONU Tx200相比，分路器226、激光器220PD功率监控器220，以及光隔离器208从ONU Tx1900中移除。此外，DBR区段1920侧PD监控器1912可能具有两个功能：可调谐ONU Tx1900自表征和激光器1918输出功率监控。
针对这种类型的可调谐ONU Tx1900，ONU Tx1900的可调谐TOSA表征可能与图2中的ONU Tx200的相同，并且激光器1918DBR和相位电流设置过程也与ONU Tx200的相同。ONU Tx1900和ONU Tx200的一个区别在于PD1912还监控激光器1918输出功率。由于DBR区段1920和相位区段1922吸收系数与波导层中的载体密度成正比，所以DBR区段1920和相位区段1922损失会在其偏置电流增加时增加。这将会导致即使增益区段1924小面输出功率可能不会变化，当DBR区段1920和相位区段1922偏置电流增加时，DBR区段1920侧输出功率降低。针对该PD功率监控器1912，另一个问题可能是DBR区段1920和相位区段1922可以自发发射光。这可能多少通过自由载体吸收损失补偿。幸而，激光器1918的DBR区段1920侧输出功率随着注入电流的增加而缓慢变化并且可以通过将吸收损失添加到DBR区段1920输出功率和补偿自由载体吸收损失进行校正。
图20图示了网络单元2000的实施例，网络单元2000可以是通过网络传输和处理数据的任意设备。例如，网络单元2000可对应于或可位于ONU，例如上述ONU120。网络单元2000可以包含一个或多个入端口或单元2010，所述入端口或单元耦合到接收器（Rx）2012，用于从其他网络部件接收信号和帧/数据。网络单元2000可以包括处理器或逻辑单元2020，用于确定将数据发送到哪些网络组件。例如，逻辑单元2020可包括可调谐ONU Tx200、存储和处理单元204，和/或增益偏置和RF发生器206。逻辑单元2020可以使用硬件、软件或这两者来实施。网络单元2000还可以包括一个或多个出端口或单元2030，所述出端口或单元耦合到发射器（Tx）2032，用于将信号和帧/数据传输到其他网络组件。因此，逻辑单元2020和发射器2032可以实施或支持上述自我表征可调谐ONU过程。网络单元2000的组件可以如图20所示进行布置。
与现有技术相比，所公开的TOSA可以具有很多优点。例如，目前商用的可调谐接收器具有手动的特点。然而，所公开的自表征可调谐光收发器可以自动表征自身。当可调谐光收发器的环境（例如，温度等）发生变化时，来自发射器的发射辐射的波长可能偏移，但是所公开的自表征可调谐光发射器可以自动重新表征自身以重新调整该波长。另外，与需要一个波长锁定器将波长保持在一个恒定值以及一个热电制冷器（TEC）来保持恒温的目前商用的可调谐接收器相比，所公开的可调谐发射器可以不需要一个波长锁定器来保持恒定波长，也不需要一个TEC来保持恒温。因此，利用所公开的自表征可调谐光发射器的制作和维护所需的成本可能低于目前商用的ONU的成本。
本发明公开至少一项实施例，且所属领域的普通技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征作出的变化、组合和/或修改均在本发明公开的范围内。因组合、合并和/或省略所述实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。应当理解的是，本发明已明确阐明了数值范围或限制，此类明确的范围或限制应包括涵盖在上述范围或限制（如从大约1至大约10的范围包括2、3、4等；大于0.10的范围包括0.11、0.12、0.13等）内的类似数量级的迭代范围或限制。例如，每当公开具有下限Rl和上限Ru的数值范围时，具体是公开落入所述范围内的任何数字。具体而言，特别公开所述范围内的以下数字：R=R1+k*(Ru–R1)，其中k为从1%到100%范围内以1%递增的变量，即，k为1%、2%、3%、4%、7%、…、70%、71%、72%、…、97%、96%、97%、98%、99%或100%。此外，还特此公开了，上文定义的两个R值所定义的任何数值范围。除非另有说明，否则使用术语约摂是指随后数字的±10%。相对于权利要求的某一要素，术语“可选择”的使用表示该要素可以是“需要的”，或者也可以是“不需要的”，二者均在所述权利要求的范围内。使用如“包括”、“包含”和“具有”等较广术语应被理解为提供对如“由…组成”、“基本上由…组成”以及“大体上由…组成”等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所述的限制，而是由所附权利要求书定义，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每项和每条权利要求作为进一步公开的内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。所述揭示内容中的参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例性、程序性或其他细节。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦接或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (24)

1.一种可调谐光发射器，其特征在于，包括：
一个可调谐激光器，包含分布式布拉格反射镜（DBR）区段、相位区段和增益区段；以及
一个光耦合到所述可调谐激光器的光电二极管检测器（PD），
其中所述可调谐光发射器缺少温度控制器，以及
所述可调谐光发射器用于在不同操作温度下锁定波长。
2.根据权利要求1所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个耦合到所述可调激光器和所述PD的散热片，其中所述发射器不包括波长锁定器。
3.根据权利要求2所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个光耦合到所述可调谐激光器的增益区段的分路器，使得所述可调谐激光器置于所述PD和所述分路器之间，其中所述分路器置于所述PD和所述激光器之间；以及
一个耦合到所述分路器的光波导或光纤，使得所述分路器置于所述可调谐激光器和所述光波导或光纤之间。
4.根据权利要求3所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个耦合到所述分路器和所述光波导或光纤的隔离器，其中所述隔离器置于所述分路器和所述光波导或光纤之间。
5.根据权利要求4所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个耦合到所述可调谐激光器的DBR区段的第二PD，使得所述激光器置于所述第二PD和所述分路器之间。
6.根据权利要求3所述的可调谐光发射器，其特征在于，所述光波导和所述PD之间的分路器的分光比在大约98:2和90:10之间的范围中。
7.根据权利要求1所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个光耦合到所述可调谐激光器的增益区段的分路器，使得所述可调谐激光器置于所述PD和所述分路器之间，其中所述PD耦合到所述可调谐激光器的DBR区段，使得所述可调谐激光器置于所述PD和所述分路器之间；以及
一个耦合到所述分路器的光波导或光纤，使得所述分路器置于所述可调谐激光器和所述光波导或光纤之间。
8.根据权利要求7所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个光波导或光纤，其中所述激光器和所述光波导或光纤之间没有光分路器。
9.根据权利要求1所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括一个耦合到所述PD和/或所述可调谐激光器的处理器，所述PD和处理器用于测量施加到所述DBR区段和所述相位区段中的一个的多个扫描电流的激光器输出功率曲线。
10.根据权利要求1所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括一个耦合到所述PD和/或所述可调谐激光器的处理器，所述PD和所处处理器用于确定所述激光器输出曲线的功率最大点电流值和功率最小点电流值。
11.根据权利要求1所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括一个耦合到所述可调谐激光器的相位区段的相位扫描电流发生器，其中所述相位扫描电流以约相同的步长增加，所述相位扫描电流步长为从约0.005毫安到约0.01mA。
12.一种可调谐光发射器，其特征在于，包括：
一个可调谐激光器，包含分布式布拉格反射镜（DBR）区段、相位区段和增益区段；
一个耦合到DBR区段的DBR区段电流发生器；
一个耦合到所述相位区段的相位区段电流发生器，其中所述相位区段电流发生器与所述DBR区段电流发生器光结合；
一个耦合到所述增益区段并用于在超过阀值电流的电流处为所述增益区段偏置增益的增益偏置振荡器；
一个耦合到所述可调谐激光器并用于测量多个扫描电流值的输出激光器功率的功率监控器；以及
一个耦合到所述功率监控器的处理器，并用于：
确定所述输出激光器功率的功率最大点的第一电流值和功率最小点的第二电流值；以及
为波长的相当最大功率输出确定DBR偏置电流值、相位区段偏置电流值和增益偏置电流值。
13.根据权利要求12所述的可调谐光发射器，其特征在于，所述DBR区段电流发生器和所述相位区段电流发生器中的一个用于生成所述扫描电流，并且所述DBR区段电流发生器和所述相位区段电流发生器中的另一个用于偏置所述DBR区段电流发生器和所述相位区段电流发生器中的对应一个为常数值。
14.根据权利要求12所述的可调谐光发射器，其特征在于，所述功率监控器用于测量来自所述可调谐激光器的增益区段端的所述输出激光器功率。
15.根据权利要求12所述的可调谐光发射器，其特征在于，所述功率监控器用于测量来自所述可调谐激光器的DBR区段端的所述输出激光器功率。
16.根据权利要求12所述的可调谐光发射器，其特征在于，进一步包括：
一个耦合到所述可调谐激光器的增益区段并置于所述增益区段和光波导或光纤之间的光分路器，其中所述光分路器用于将来自所述可调谐激光器的光信号划分到所述光波导和所述功率监控器。
17.根据权利要求16所述的可调谐光发射器，其特征在于，所述光分路器用于以具有从约98:2到约90:10范围的比率在所述光波导和所述功率监控器之间划分光信号。
18.一种用于可调谐光网络单元（ONU）的自动自表征的方法，其特征在于，包括：
将第一偏置施加到可调谐激光器的增益区段，其中所述第一偏置超过所述增益区段的阀值电流；
将第二偏置施加到所述可调谐激光器的相位区段和DBR区段中的一个；
将扫描电流施加到所述DBR区段和所述相位区段中的一个；
测量所述扫描电流的激光器输出功率曲线；
从所述可调谐激光器的激光器输出功率曲线中确定功率最大电流值和功率最小电流值；以及
基于所确定的功率最大电流值和功率最小电流值发射数据信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一偏置包括大约阀值电流的两倍。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二偏置包括大约零电流。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二偏置包括大约两个DBR电流的平均值。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，两个DBR电流对应于大约两个邻近的最大输出功率点电流。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述扫描电流的所述激光器输出功率曲线测量接近于所述可调谐激光器的增益区段小面。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述扫描电流的所述激光器输出功率曲线测量接近于所述可调谐激光器的DBR区段小面。
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