CN108011671B - 控制包括半导体光放大器的半导体光学装置的方法 - Google Patents

控制包括半导体光放大器的半导体光学装置的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种控制半导体元件的方法，所述半导体元件包括半导体激光二极管、半导体调制器和半导体光放大器。供应有第一偏置电流的半导体激光二极管产生连续波光。供应有驱动信号的半导体调制器通过调制连续波光而产生调制光。供应有第二偏置电流的半导体光放大器通过放大调制光而产生光信号。该方法首先将第二偏置电流设置在光信号的输出功率相对于第二偏置电流呈负相关的区域中。然后，调节半导体元件的温度、第一偏置电流和驱动信号，使得光信号呈现出各个预设范围内的性能。

Description

控制包括半导体光放大器的半导体光学装置的方法
技术领域
本发明涉及用于控制包括半导体光放大器的半导体元件的方法。
背景技术
日本专利申请公开No.2005-019820公开了一种半导体激光器模块，该半导体激光器模块在壳体内部放置有内置光调制器的分布式反馈激光器(DFB-LD)和半导体光放大器(SOA)。DFB-LD和SOA共同地安装在如珀尔帖元件的热电冷却器(TEC)上，从而其温度受控制。
近来的光通信系统(例如光纤到户(FTTH))已经实现了半导体激光设备，该设备通常包括产生激光并调制激光的半导体激光二极管(LD)以及将调制激光放大为预设幅度的光放大器。两种类型的LD是众所周知的，其中一种类型被称为直接调制型，而另一种类型是间接调制型，其中前一种类型通过调制被供应至LD的偏置电流来产生调制光，而后一种类型集成了产生激光的LD装置与调制激光的光调制器。一种类型的光调制器是电吸收(EA)调制器，其形成在与LD共用的半导体衬底上。光放大器通常是半导体光放大器(SOA)类型，其放大由偏置电流提供的光。LD和SOA，像上述现有技术中公开的光学模块那样，安装在用于控制其温度的公用TEC上。
如下地确定LD和SOA的操作条件：在监测从LD输出的光功率时首先确定被供应给LD的偏置电流,与偏置电流的确定同时，在监测激光的波长时确定供应给TEC的电流。在LD的偏置电流和TEC的电流确定之后，在监测从SOA输出的功率时确定SOA的偏置电流，使得功率在预设范围内。因此，传统上需要确定三个电流。然而，这种方法有时变得难以一致地确定这三个电流。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种控制光发射装置的方法，所述光发射装置输出光信号并且包括半导体激光二极管(LD)、半导体调制器、半导体光放大器(SOA)和温度控制器。半导体LD响应于第一偏置电流来产生连续波(continuous wave,CW)光。半导体调制器响应于驱动信号通过调制所述光来产生调制光。SOA根据第二偏置电流通过放大调制光来产生光信号。其上安装有半导体LD、半导体调制器和SOA的热电冷却器(TEC)被提供有驱动电流以控制半导体LD、半导体调制器和SOA的温度。该方法包括以下步骤：首先，根据传输预定距离后的光信号的波形来调节被供应至SOA的第二偏置电流；以及，在调节第二偏置电流之后，调节TEC的驱动电流使得光信号具有目标波长，调节第一偏置电流使得光信号呈现目标功率，并且调节驱动信号使得光信号呈现目标消光比(target extinction ration)、目标交点(target cross point)和目标脉冲遮幅输出(target pulse mask margin，PMM)。本发明的方法的特征在于，在光信号的功率相对于第二偏置电流呈负相关的区域中调节第二偏置电流。
本发明的另一方面涉及一种光发射装置，该装置包括:半导体激光二极管(LD)、半导体调制器和半导体光放大器(SOA)。被供应有第一偏置电流的LD产生连续波(CW)光。半导体调制器基于提供给其的驱动信号通过调制CW光而产生调制光。被供应有第二偏置电流的SOA通过光学放大调制光而产生放大光。本发明的光发射装置的特征在于，SOA的第二偏置电流的大小在其中放大光的功率相对于第二偏置电流呈负相关的区域中。
附图说明
现在将通过参考附图以仅示例方式来描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的光学子组件(OSA)的平面图；
图2示出了半导体元件沿其光轴的截面；
图3示例性地示出了SOA的偏置电流与从SOA输出的光功率之间的关系；
图4比较了当SOA的偏置电流分别为190mA、200mA和230mA时，刚从SOA输出(BtoB)的光信号的眼图与传输40km后的光信号的眼图；
图5比较了当SOA的偏置电流ISOA分别为190mA、200mA和230mA时，BtoB处的光信号的误码率BER(即，传输损失)与传输40km后的光信号的误码率；
图6示出了用于确定半导体激光二极管和半导体光放大器的工作条件的设置环境；
图7示出了用于确定LD和SOA的工作条件的方法的流程图；
图8示出了用于确定LD和SOA的工作条件的方法的流程图；
图9比较了在调节被供应至SOA的偏置电流之前以及在调节被供应至SOA的偏置电流之后，BtoB处的眼图和传输40km后的眼图；以及
图10比较了在调节被供应至SOA的偏置电流之前以及在调节被供应至SOA的偏置电流之后，BtoB处的误码率和传输40km后的误码率。
具体实施方式
接下来，将参照附图来描述根据本发明的优选实施例。在附图的描述中，彼此相同或相似的数字或符号将指彼此相同或相似的元件，而不需要重复说明。
图1是根据本发明的光学子组件(OSA)1A的平面图。图1以具有局部截面的平面图示出了光发射装置10，以示出光发射装置10的内部，其中光发射装置10是本发明的用于确定其工作条件的主题。
OSA 1A可以是所谓的双向光学子组件(BOSA)类型，除了光发射装置10之外，OSA1A还包括波分复用(WDM)单元30、光接收装置和耦合单元34。确切地说，图1示出了光接收装置要被组装至的端口32。WDM单元30可以具有圆柱形状，其中安装了波长选择滤波器(WSF)。光发射装置10附接至圆柱形WDM单元30的一端，使得从光学装置10输出的光信号进入WDM单元30内。通过WDM单元30中的WSF的光信号从WDM单元30的另一端向外部输出。附接到设置在WDM单元30侧面的端口32的光接收模块接收进入耦合单元34并由WDM单元中的WSF反射的另一光信号。光接收模块可以提供CAN封装(有时被称为同轴封装)，以安装用于将光信号转换成电信号的光接收装置，该光接收装置通常是半导体光电二极管(PD)。接收光信号或发射光信号的传输速度通常为10Gbps。WDM单元30还可以安装有可在宽度为100GHz的信号信道工作的另一个WSF(例如，带通滤波器)，其消除接收光信号中包含的噪声。耦合单元34也具有圆柱形状并且固定到WDM单元30的与附接光发射装置10的那侧相反的另一端，耦合单元34接收固定在外部光纤的端部的光学套管(ferrule)，以建立它们之间的光通信。
光发射装置10可以产生并以10Gbps的速度发射所述发射光信号。光发射装置10具有箱形壳体11、热电冷却器(TEC)12、载体13和43、衬底15、透镜16、电容器17和18、半导体元件20、分束器(BS)41和光接收装置42。
图2示出了半导体元件20沿其光轴的截面。本实施例的半导体元件20设置有半导体激光二极管(LD)区域21、半导体调制器区域22(该半导体调制器是电吸收(EA)调制器类型，因此被称为EA调制器区域)以及与EA调制器区域22光学耦合的半导体光放大器(SOA)23。LD区域21、EA调制器区域22和SOA 23的这些元件被单片集成在公用半导体衬底24上。半导体衬底24的背面设置有由LD区域21、EA调制器区域22和SOA 23共用的电极25，其中半导体元件20通过施加在半导体元件20与载体13之间的导电树脂而安装在载体13上。
供应有偏置电流的LD区域21产生连续波(CW)光的光信号。在向其供应驱动信号的EA调制器区域22中调制CW光。LD区域21和EA调制器区域22形成在这两个区域21和22共用的半导体衬底24上并且彼此相邻。LD区21包括有源层21a、位于有源层21a上的上包覆层26和设置在上包覆层26上的电极21c。偏置电流(即第一偏置电流IOP)被供应给电极21c以产生CW光。LD区域21是一种所谓的分布式反馈激光二极管(DFB-LD)，其在有源层21a与半导体衬底24之间设置有光栅21b。LD区域21中的光栅21b的波长选择功能可以唯一地确定从LD区域21输出的CW光的波长。LD区域21在与设置有EA调制器区域22的一侧相对的面上设置有反射膜27。
夹在LD区域21与SOA 23之间的EA调制器区域22可以调制在LD区域21中产生的CW光，以形成调制光信号。EA调制器区域22包括位于半导体衬底24上的光吸收层22a、设置在光吸收层22a上的包覆层26和设置在包覆层26上的电极22b。根据供应给电极22b的驱动信号，EA调制器区域22可以吸收进入EA调制器区域22的CW光的一部分。因此，电极22b可以接收电压信号类型的驱动信号。
SOA 23设置有位于半导体衬底24上的有源层23a、位于有源层23a上的包覆层26和位于包覆层26上的电极23b，该SOA 23可以通过向电极23b供应偏置电流(其为第二偏置电流ISOA)来光学地放大从EA调制器区域22输出的光信号。因此，半导体元件20可以产生功率增强的光信号。SOA 23可以放大在PON系统中使用的波长在1250nm至1600nm的范围内的光信号。SOA 23还在与EA调制器区域22相对的面上设置有防反射涂层。
半导体衬底24可以由n型磷化铟(InP)制成，而有源层23a可以是由阱层和阻挡层组成的多量子阱结构类型，其中阱层由四元材料InGaAsP制成，阻挡层也由InGaAsP制成，但其组成不同于阱层中InGaAsP材料的组成。包覆层26可以由p型InP制成。在替代方案中，有源层23a可以是InGaAsP的块状材料(bulk material)。
在本实施例中，LD区域21、EA调制器区域22和SOA 23单片地集成在半导体衬底24上。然而，可以独立或分开制备LD区域21、EA调制器区域和SOA 23。此外，本实施例的半导体元件20设置有位于LD区域21与SOA 23之间的EA调制器区域；但是，半导体元件20可以去除EA调制器区域22。即，LD区域21可以由供应至电极21c的调制信号来直接驱动，这通常被称为直接驱动配置。
再次参考图1，布置在壳体11底部上的TEC 12可以根据供应至其的驱动电流来从安装在其上的部件吸收热量，并且将由此吸收的热量排出到壳体11的外部。TEC 12上的部件是包括LD区域21、EA调制器区域和SOA 23的半导体元件20；因此，TEC 12可以控制LD区域21、EA调制器区域和SOA 23的温度。因此，从LD区域21输出的CW光的波长可以稳定在设计波长。TEC 12可以包括珀尔帖元件。设置在TEC 12的底板上的电极12a和12b被引线接合到形成在壳体11的穿通件上的端子14a和14b。提供有来自外部的偏置电流的TEC 12可以控制半导体元件20的温度。TEC 12在其上安装载体13，其中载体13可以具有矩形板状并且具有良好的导热性，以传导由半导体元件20产生的热量。
衬底15固定在载体13上，其中衬底15具有朝向壳体11的后壁延伸的细长板形。衬底15在顶表面上设置有传输线15a，并在其背表面上设置有接地图案，从而形成微带线。接合线可以将传输线15a的一端电连接到半导体元件20上的电极22b，而另一接合线可以将传输线15a的另一端电连接到设置在壳体11后壁中的穿通件11b上的端子14c。衬底15可以将提供给端子14c的驱动信号从光发射装置10的外部提供至电极22b。
与半导体元件20的面光学耦合的透镜16是凸透镜类型并且准直由半导体元件20产生的光信号。准直光信号被BS 41分束为输出光束和监测光束，其中输出光束通过壳体11的前壁中的窗口11a而被输出到WDM单元30；而监测光束由安装在PD载体43上的监测光电二极管(mPD)42接收。透镜16固定在载体13上。mPD 42可以是PIN光电二极管或雪崩光电二极管类型。
电容器17是芯片电容器(die-capacitor)类型且也固定在载体13上，电容器17具有顶部电极，从该顶部电极伸出两根接合线，其中一根接合线与半导体元件20的电极23b连接，而另一根接合线连接到穿通件上的端子14d。电容器17的底部电极通过载体13接地。从外部提供的偏置电流通过端子14d和电容器17被供应给电极23b。因此，电容器17可以作为旁路电容器来工作以消除高频分量中的噪声。
另一个电容器18也是芯片电容器类型且也固定在载体13上，从其顶部电极中伸出两根接合线，其中一根接合线与半导体元件20的电极21c连接，而另一根接合线与设置在穿通件上的端子14e连接。电容器18的底部电极通过载体13直接接地。从外部提供的偏置电流通过端子14e和电容器18被供应给电极21c。因此，电容器18也可以作为旁路电容器来工作以消除高频分量中的噪声。
接下来，将描述SOA 23的细节，特别是SOA 23的输出性能。图3示例性地示出了SOA的偏置电流ISOA与光输出功率Pf之间的关系。图3的垂直轴示出了以dBm为单位的平均输出功率Pf，而水平轴示出以mA为单位的SOA的偏置电流ISOA。垂直轴还指示在PON系统中定义的类别的范围，其中所述类别取决于在传输路径中设置多少个分支。行为G1至G5与被提供至LD区域21中的电极21c的偏置电流IOP对应，这些偏置电流IOP分别为60mA、80mA、100mA、120mA和140mA。如图3所示，SOA的输出光功率取决于LD区域21的偏置电流IOP，特别是，较大的偏置电流IOP会导致更大的光功率。此外，SOA的操作被划分为三个区域，其中第一区域A1呈现输出功率Pf与偏置电流ISOA的正相关性，第二区域A2呈现输出功率Pf饱和，并且第三区域A3呈现输出功率Pf与偏置电流ISOA的负相关性。
第二区域A2并不总是将输出功率Pf保持在测量误差内的饱和功率。因此，假设第二区域在所测量的输出功率Pf从最大输出功率降低了0.1dB的点到所测量的输出功率Pf从最大输出功率同样降低了0.1dB的另一点的范围内。SOA 23的输出功率Pf随着第三区域A3中的偏置电流的增加而减小的原因是较大的偏置电流IOSA不可避免地产生热量从而增加SOA 23的温度，这降低了SOA 23的效率，即，输出功率Pf随偏置电流ISOA的增加而减小。
优选地，驱动SOA以便有效地放大进入其中的光信号。即，通过较小的偏置电流ISOA获得更大的输出功率。因此，通常在第一区域A1中驱动SOA。优选地避开了第二区域A2和第三区域A3。
然而，研究在区域A2和A3中驱动的SOA的输出波形；具体地，在LD区域21的偏置电流IOP是80mA、EA调制器区域22的驱动信号是1.0VPP、以及半导体元件20的温度是44.3℃的条件下，研究刚从SOA输出(将被称为紧接(Back to Back,BtoB)处)的光信号的波形和在传输40km后的光信号的波形以及通过误码率(BER)确定的传输损失。
图4比较了当偏置电流ISOA分别为190mA、200mA和230mA时，刚从SOA输出(即，BtoB处)的光信号的眼图与传输40km后的光信号的眼图。图5比较了当SOA 23的偏置电流ISOA分别为190mA、200mA和230mA时，BtoB处的光信号的BER(即，传输损失)与传输40km后的光信号的BER；其中，行为G21对应于BtoB处的BER，而行为G22示出传输40km的BER。在图5中，水平轴表示平均接收功率，而垂直轴对应于BER。光信号由光灵敏度为-23dBm的PIN-PD来检测。当使用雪崩PD(APD)用作光检测器时，APD的光灵敏度通常呈现为约-30dBm，则图5中的BER可以进一步提高。
如图4所示，BtoB处的光信号的波形很好地独立于偏置电流ISOA；而传输40km后的光信号的波形则劣化。然而，在传输40km后的光信号中观察到的抖动分别被抑制为19.4ps、22.1ps和13.8ps。特别是，最大的偏置电流ISOA(即230mA)导致最小抖动13.8ps。
参考图5，传输40km后的BER与偏置电流ISOA相关地劣化。特别地，230mA的偏置电流ISOA在BtoB处的BER以及在传输40km后的BER基本上彼此相当。在偏置电流为190mA至230mA时对于这些BER的传输损失分别为0.21dB、0.26dB和-0.13dB，其中传输损失由BtoB处的平均输入功率和传输40km的平均输入功率之差给出。
大小为190mA、200mA和230mA的偏置电流位于图3中的第三区域A3中，通过以上三个偏置电流，传输40km后的波形变得令人满意。供应有第三区域A3中的偏置电流ISOA的SOA会抑制或不劣化传输性能的原因是SOA增加了SOA中的负啁啾(negative chirp)，因此从SOA输出的光信号在其上叠加了负啁啾，其可以补偿在光纤中引起的正啁啾(pos itivechirp)。
因此，SOA 23可以由第三区域A3中的偏置电流ISOA来驱动。参照图3，图3还指示了在PON系统中定义的类别1至类别3。当系统用于类别1时，LD区域21的偏置电流IOP例如优选被设定为80mA，且偏置电流ISOA可以优选被设定为约200mA。当系统用于类别2时，偏置电流IOP和ISOA分别设置为例如100mA和240mA；对于类别3，偏置电流IOP和ISOA优选选择120mA和250mA。
接下来，将参照下面的表1和表2来描述控制光发射装置10的方法，其中表1列出了初始值，而表2列出了根据本实施例的偏置电流ISOA调节后的值。在表中，符号Pf、TLD、IOP、ISOA、V0和VPP是半导体元件20的输出功率、半导体元件20的温度、供应至LD区域21的偏置电流、供应至SOA 23的偏置电流、供应至EA调制器区域22的驱动信号的偏移电平、以及供应至EA调制器区域22的驱动信号的幅度。
Figure BDA0001448567980000091
Figure BDA0001448567980000092
图6示意性地示出了用于评估半导体元件20的偏置电流ISOA等的设置环境(setup)60。设置环境60设置有TEC控制器51、LD偏置源52、SOA偏置源53、脉冲模式发生器(PPG)54和万用表55。
与图1所示的端子14a和14b连接的TEC控制器51向端子14a和14b提供驱动电流。LD偏置源52调节偏置电流IOP的大小并将偏置电流IOP提供给LD区域21。LD偏置源52与图1所示的端子14e连接以将偏置电流IOP提供给LD区域21。
SOA偏置源53调节偏置电流ISOA的大小并将偏置电流ISOA提供给SOA 23。SOA偏置源53与图1所示的端子14d连接，并对其提供偏置电流ISOA。PPG 54调节驱动信号的偏移电平和幅度并将驱动信号提供给EA调制器区域22。PPG 54与图1所示的端子14c连接。
设置环境60还可以提供光开关57、光耦合器58至60、可变光衰减器(ATT)61和63、长度为40km的光纤62、两个光功率计64和68、波长监测器65、光谱分析仪66、数字通信分析仪(DCA)67、光接收器69和误差检测器70。
与半导体元件20光耦合的光开关57接收从其输出的光信号。光开关57的一个输出端与光耦合器58耦合，另一输出端与功率计56耦合。光耦合器58将来自光开关57的光信号分束成两部分，其中一个部分与第二光耦合器59耦合，而另一部分与第三光耦合器60耦合。第二光耦合器59进一步将来自第一光耦合器58的光信号分束成两部分，其中一个部分直接进入第一可变光衰减器(ATT)61，而另一部分在光纤62内传播之后也进入另一个可变光衰减器ATT 63。第三光耦合器60将来自第一光耦合器58的光信号分成三部分，其中第一部分进入功率计64，第二部分进入波长监测器65，而第三部分进入光谱分析仪66。
设置有两个输入端口1和2的DCA 67将各自进入这两个端口的两个光信号相比较，并评估属于各个光信号的抖动。两个端口中的一个端口与可变ATT 61耦合，而另一个端口与另一个可变ATT 63耦合。可以监测光信号的平均功率的功率计68暂时与两个可变ATT 61和63耦合。可将光信号转换为电信号的光接收器69也暂时与两个可变ATT 61和63耦合。转换的电信号被传递到误差检测器70，从而可以评估BER(传输损失)等。
图7和图8示出了根据本发明的实施例的用于控制光发射装置10或半导体元件20的流程图。在图7中，步骤S12至S14是根据本实施例的第二处理的示例，步骤S15至S20是根据本实施例的第三处理的示例，且步骤S23是根据本实施例的第四处理的示例。
首先，步骤S11的处理激活半导体元件20以通过设置LD区域21的第一偏置电流IOP、EA调制器区域22的驱动信号、SOA区域23的第二偏置电流ISOA、TEC 12的驱动电流(它们中的每个都作为初始条件而被预先确定)来产生调制光信号。然后，可以操作LD区域21、EA调制器区域22和SOA 23，使得LD区域21产生CW光，EA调制器区域22调制所述CW光，且SOA 23对调制光进行放大。此后，通过光开关57将被测半导体元件20与光耦合器58耦合，在步骤S12处，分别通过功率计64、波长监测器65和DCA 67评估调制光的输出功率Pf、波长λ以及BtoB处和传输40km后的波形(通常是抖动)。
然后，在步骤S13处检查BtoB处的抖动和传输40km后的抖动。当抖动在预设范围之外时(对应于图7中的“否”)，则在步骤S14处调节偏置电流ISOA。重复步骤S13和S14，直到抖动变为在预设范围内。在抖动的评估期间，示波器模式下的DCA可以促进偏置电流ISOA的大小的确定。由此确定的偏置电流ISOA落入图3所示的区域A3内。
相对于LD区域21的相应偏置电流IOP，偏置电流ISOA的区域A3具有超过100mA的宽度。然而，凭经验，偏置电流ISOA在30mA内的调节可以抑制抖动并带来满意的传输损失。此外，步骤S13中指定的抖动的预设范围例如为24ps。然而，根据EA调制器区域22和SOA 23中的啁啾特征，抖动有时会超过该预设范围。在这种情况下，目标抖动可以变为短于25ps。因此，目标抖动是可选的，并且应该根据系统来确定。
当在步骤S13和步骤S14处抖动在预设范围内时，可以在步骤S15、步骤S17和步骤S19同时进行后续评估。步骤S15通过使用波长监测器65来检查调制光的波长是否在目标波长附近的±0.05nm的范围内。当检查的波长在该范围以外时(对应于步骤S15中的否)，则在步骤S16处调节TEC 12的驱动电流以改变被测半导体元件20的温度。可以重复步骤S15和S16，直到所监测的波长进入目标波长附近的预设范围内。从半导体元件20输出的光信号的波长通常表现出与其温度线性相关，其中温度系数为0.12nm/℃。在±3℃以内的温度调节通常将半导体元件20的波长设定在目标波长附近的预设范围内。
步骤S17通过功率计64来检查调制光束的平均功率Pf。平均功率Pf的范围取决于上述类别。例如，第一类别设置功率范围为+5dBm至+9dBm，第二类别设置功率范围为+7dBm至+11dBm，而第三类别设置功率范围为+9dBm至+11dBm。当监测功率在该功率范围之外时(对应于步骤S17中的“否”)，则在步骤S18处调节供应至LD区域21的偏置电流IOP。重复步骤S17和S18，直到监测功率落在目标功率范围内。由于两个光耦合器58和60介于半导体元件20与功率计64之间，所以监测功率Pf应考虑在这些光耦合器58和60中引起的光损耗，其中在本实施例中所述光损耗总共为-13dBm。LD区域21通常呈现光功率与偏置电流IOP线性相关，其通常被称为LD的I-F特性。本实施例的LD呈现约0.05dBm/mA的斜率效率，那么偏置电流IOP可以在初始设定值的±15mA的范围内改变。
在LD区域21中产生的CW光的波长取决于偏置电流IOP，其中系数约为6.5pm/mA，这意味着在±15mA的范围内调节偏置电流IOP，CW光的波长在约±0.1nm内变化。因此，在执行步骤S18之后，可以根据调节后的偏置电流IOP来再次执行步骤S15和S16。此外，当LD区域21的温度变化时，CW光的输出功率根据温度而变化，其中温度系数约为-0.37dBm/℃的。因此，可以根据半导体元件20的温度变化再次执行步骤S17和S18。也就是说，本实施例的方法可以重复步骤S15和S16以及步骤S17和S18。在这样描述的实施例中，步骤S15优选地足够精确地限定波长，例如±0.05nm，而步骤S17可以粗略地确定目标功率，例如±0.5dBm。
步骤S19评估刚从半导体元件20输出(即在BtoB处)的光信号的消光比(ER)、交点(CP)和脉冲遮幅输出(PMM)。当ER和PMM在范围之外时，在步骤S20中调节驱动信号的幅度VPP，并且再次执行步骤S19。幅度VPP的可变范围约为±0.2V。因此，通过重复步骤S19和S20可以确定幅度VPP使得ER和PMM在目标范围内。该处理同时进行用于确定TEC的驱动电流的步骤S15和S16、用于确定LD区域21的偏置电流IOP的步骤S17和S18以及用于确定EA调制器区域22的驱动信号的幅度的步骤S19和S20。然而，该处理可以顺序地执行这些步骤。至于CP，CP通常控制在可接受的范围内，因此，当半导体元件呈现该范围之外的CP时，则该处理可以确定半导体元件故障。
当在步骤S19和S20中驱动信号的幅度VPP变化时，输出功率Pf由此改变，系数约为0.1dBm/0.1VPP。因此，在调节驱动信号的幅度VPP之后，该处理可以执行步骤S17和S18。波长λ基本上独立于驱动信号的幅度VPP，特别是在系数小于1pm/0.1V的情况下，这意味着该处理不必再次执行步骤S15和S16。通过重复步骤S19和S20来将ER、CP和PMM调节在各自范围内，该处理获得ER、CP和PMM的条件。
当在步骤S15、S17和S19处的所有调节完成时，将在步骤S22处检查BtoB处对BER的评估和传输40km后对BER的评估。通过将设置环境60中的光接收器69的输入端与可变ATT 61和63连接，可选地，通过将光接收器69的输出提供给误差检测器70，可以评估BER。步骤S23计算传输损失并且判断所述传输损失是否在预设范围内，所述传输损失被称为DP40且由紧接处的BER和传输40km后的BER之差来限定。DP40的可接受范围例如为±2dB，进一步优选为±0.75dB。
当步骤S23确定传输损失变为预设范围之外时(对应于“否”)，则伴随着步骤S13和S14处的再次抖动检查，该处理再次调节偏置电流ISOA，因为所述损失的劣化主要是由于传输40km后BER的增加导致的。因为波长λ基本上与偏置电流ISOA不相关(系数约为1.8pm/mA，即使偏置电流ISOA的20mA变化也只引起波长的32pm变化)，因此不需要再次执行步骤S16。当要求波长λ非常精确时，可以再次执行步骤S15和S16。此外，输出功率Pf呈现与偏置电流ISOA的相关性(如图3所示)。在步骤S13完成之后，可以再次执行步骤S17和步骤S18。此外，ER和CP基本上与偏置电流ISOA不相关，但是可以在步骤S13完成之后执行步骤S19和S20。因此，重复对偏置电流ISOA的重新调节和一些后续调节，直到传输损失DP40变得在预设范围内。
然后，在步骤S24处该处理评估波长λ、子模式抑制比(sub-mode suppressionration,SMSR)、监测电流IM、工作温度TLD、偏置电流IOP、大小为Vf的驱动信号、偏置电流ISOA，以及施加给SOA 23的电压VSOA。最后，通过改变开关57，在使光耦合器59与可变ATT 61和63不介入情况下，功率计56评估从被测半导体元件20实际输出的光功率。当输出功率Pf在预设范围之外时，可以再次执行步骤S17和S18。
所述方法首先在步骤S13和S14处根据传输40km后的眼图来确定偏置电流ISOA的大小，该偏置电流ISOA落入图3中的第三区域A3内。然后，基于波长λ来确定TEC 12的驱动电流，以及基于从半导体元件20输出的光信号来确定LD区域21的偏置电流IOP。因此，由于偏置电流ISOA主要影响从半导体元件20输出的光信号的眼图，因此该方法可以简化用于调节驱动电流和偏置电流IOP的过程。
由步骤S13和S14确定的偏置电流ISOA落入图3中的第三区域A3内，其中，半导体元件20的光输出功率随着偏置电流ISOA大小的增加而减小。在第三区域A3中工作的SOA可以减少波长啁啾，这意味着可以有效地抑制长距离传输之后的波形的劣化，因此也可以改善传输损失。
图9比较了在调节SOA的偏置电流之前与调节SOA的偏置电流之后，BtoB处的眼图和传输40km后的眼图，其中调节前的偏置电流为200mA，而调节后的偏置电流为215mA。未调节的200mA偏置电流ISOA的眼图显示了在传输40km后的波形劣化，抖动为27.5ps。而在根据本发明的调节偏置电流ISOA之后，眼图抑制了劣化，其抖动变为18.0ps。
图10比较了在调节偏置电流ISOA之前(为200mA)以及在调节偏置电流ISOA之后(为215mA)，BtoB处的误码率以及传输40km后的误码率。在调节偏置电流ISOA之前，在BER＝10-3处显示了0.97dB的传输损失，其由平均输入功率之差给出。另一方面，调节后的传输损失变为-0.23dB，这意味着与刚从半导体元件20输出之后的BER相比，BER得到改善，并且该BER看上去是由于偏置电流ISOA在SOA 23中引起的负啁啾导致的，这种负啁啾可补偿光纤的正啁啾。在图9和图10中，输出功率Pf变为7.59dBm，这与7.59dBm的目标功率相当，且波长λ也在±0.01nm的范围内。
在半导体元件20中，LD区域21、EA调制器区域22和SOA 23可以单片地集成在半导体衬底24上，这使得半导体元件20变得紧凑。此外，LD区域21、EA调制器区域22和SOA 23安装在公共的TEC上。用于控制半导体元件20的操作条件的本方法可以特别适用于LD区域21和SOA 23的这种布置。
在步骤S13和S14调节偏置电流ISOA之后，可以在步骤S19和S20中执行对EA调制器区域22的操作条件的调节。当调节EA调制器区域22(诸如调节驱动信号VPP的大小)与调节偏置电流IOP同时进行时，针对EA调制器区域22的过程变得复杂。本方法可以简化EA调制器区域22的调节。
在步骤S11中设置的初始条件和步骤S13、S15、S17和S19中的预设范围是可选的。半导体元件20通常呈现取决于制造工艺以及从其中取出半导体元件20的晶片之间的性能的公差，特别是，由EA调制器区域22和SOA引起的啁啾强烈地影响半导体元件20的性能。因此，可以根据本发明一次确定一个半导体元件的操作条件，并且根据针对该一个半导体元件而一次确定的条件，可选地改变初始条件和目标范围。
本实施例关注40km传输，即，根据传输40km后光信号的波形的劣化来确定半导体元件20和TEC 12的工作条件。被称为TWDM-PON的另一个PON标准除了40km传输之外还定义了20km传输的规范。通过将光纤62改变为距离为20km的另一光纤，可以类似地应用本方法和过程。
所述OSA 1A可以适用于设置在中心站的光线路终端(OLT)的装置和/或适用于设置在各个用户中的光网络单元(ONU)的装置。即，通过选择设置在WDM单元30中的波长选择滤波器，OSA 1A可以用作OLT或ONU。
尽管已经相当详细地描述了本发明，但是其它变化也是可能的。因此，出于说明和描述的目的，提出了本发明的优选实施例的前述描述。它不意在穷举或者将本发明限制于所公开的确切形式。显然，许多变型和变化对于本领域技术人员是显而易见的。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。
本申请基于并要求于2016年10月27日提交的在先日本专利申请No.2016-210725的优先权。

Claims (5)

1.一种控制发射器光学子组件的方法，所述发射器光学子组件输出光信号并且包括半导体激光二极管、半导体调制器、半导体光放大器和温度控制器，所述半导体激光二极管响应于第一偏置电流产生连续波光，所述半导体调制器响应于驱动信号通过调制所述连续波光产生调制光，所述半导体光放大器根据第二偏置电流通过放大所述调制光产生光信号，在热电冷却器上安装所述半导体激光二极管、所述半导体调制器和所述半导体光放大器，并且所述热电冷却器被提供有驱动电流以控制所述半导体激光二极管、所述半导体调制器和所述半导体光放大器的温度，所述方法包括以下步骤：
将初始条件分别提供至所述半导体激光二极管、所述半导体调制器、所述半导体光放大器和所述热电冷却器；
根据传输预定距离后的光信号的波形来调节供应至所述半导体光放大器的第二偏置电流；
在调节所述第二偏置电流之后，调节所述热电冷却器的驱动电流以使得所述光信号具有目标波长，调节所述第一偏置电流以使得所述光信号呈现目标功率，并且调节所述驱动信号以使得所述光信号呈现目标消光比、目标交点和目标脉冲遮幅输出，
评估刚从所述半导体光放大器输出时的误码率以及传输所述预定距离后的误码率；以及
在传输所述预定距离之后的误码率呈现与刚从半导体光放大器输出时的误码率之差大于预设范围时，调节所述第二偏置电流、所述驱动电流、所述第一偏置电流和所述驱动信号，
其中，所述第二偏置电流被设置在所述光信号相对于所述第二偏置电流呈负相关的区域中。
2.如权利要求1所述的方法，
其中，同时执行调节所述驱动电流的步骤、调节所述第一偏置电流的步骤和调节所述驱动信号的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，
其中，顺序执行调节所述驱动电流的步骤、调节所述第一偏置电流的步骤和调节所述驱动信号的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，
还包括在调节所述驱动电流的步骤、调节所述第一偏置电流的步骤和调节所述驱动信号的步骤中的至少一个步骤之后再次调节所述第二偏置电流的步骤。
5.如权利要求2所述的方法，
其中，所述半导体激光二极管、所述半导体调制器和所述半导体光放大器单片地集成在半导体衬底上。
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