CN116345301A - 光电系统和方法 - Google Patents

光电系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116345301A
CN116345301A CN202211652524.XA CN202211652524A CN116345301A CN 116345301 A CN116345301 A CN 116345301A CN 202211652524 A CN202211652524 A CN 202211652524A CN 116345301 A CN116345301 A CN 116345301A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
semiconductor
tunable laser
light source
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211652524.XA
Other languages
English (en)
Inventor
L·西安宗杰弗里
A·M·亚伦
K·埃米尔
V·V·埃尔温马提恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Efficiency Photonics Pte Ltd
Original Assignee
Efficiency Photonics Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Efficiency Photonics Pte Ltd filed Critical Efficiency Photonics Pte Ltd
Publication of CN116345301A publication Critical patent/CN116345301A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651—Mode control
    • H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0654—Single longitudinal mode emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/021—Silicon based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本公开涉及一种光电系统，其包括PIC，PIC包括基于半导体的可调谐激光光源，该激光光源能够实现单模激射，从而在预定义工作波长上发射具有预定线宽的光辐射。PIC还包括光学测量单元，该光学测量单元可以接收由所述激光光源发射的光学辐射，并将代表所接收到的光学辐射的信号提供给光电系统的控制单元，该控制单元与所述激光光源和光学测量单元可操作地连接。光电系统能够省略外部光学测量设备，从而能够以更快和更低成本的方式锁定所述激光器的预定义工作波长并实现预定线宽。本公开还涉及一种根据本公开的光电系统的基于半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法。

Description

光电系统和方法
技术领域
本公开涉及一种光电系统，其可以例如但不排他地应用于光学电信应用、光探测和测距(LIDAR)或传感器应用。本公开还涉及一种根据本公开的光电系统的基于半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法。
背景技术
光电系统可以例如但不排他地应用于光学电信应用、LIDAR或传感器应用领域。例如可用于光学电信应用的光电系统可包括光子集成电路(PIC)，其可具有基于半导体的可调谐激光光源，该基于半导体的可调谐激光光源可配置为以适合于光学电信的工作波长发射辐射。基于半导体的可调谐激光光源所发射的辐射的工作波长可以在无意中被改变，例如由于温度变化和/或老化。这限制了基于半导体的可调谐激光光源和包括这种激光光源的PIC在光学电信应用中的应用，在光学电信应用中，利用波长复用来提高数据速率。
基于半导体的可调谐激光光源通常有许多需要设置的控制，以便在所需的工作波长上实现单模激射。由于对每个单独的激光光源来说对基于半导体的可调谐激光光源所发射的辐射的控制的效果都是不同的，因此需要对激光光源的效果和校准进行映射。传统上，校准是在基于半导体的可调谐激光光源的切割和安装之后进行的，需要外部设备，而且处理时间长。已知的控制基于半导体的激光光源所发射的辐射的工作波长的解决方案依赖于分割发射的辐射，并将发射的辐射的一部分提供给外部的波长锁定器(WLL)。这种已知解决方案的一个缺点是，外部WLL给光电系统增加了体积和成本。另一个缺点是，使用外部WLL需要对外部WLL和光电系统的PIC进行繁琐的光学校准。后者使PIC的基于半导体的可调谐激光光源的调谐变得缓慢。
本领域的技术人员将理解，对更高数据速率的需求不断增加，通常在光学电信应用中，特别是光电系统的PIC的基于半导体的可调谐激光光源，需要更快和更精确地控制。因此，有必要提供一种光电系统，它能够改进基于集成半导体的可调谐激光光源的调谐。
发明内容
本公开的目的是提供一种光电系统，该光电系统可以例如但不排他地应用于光学电信应用、激光雷达LIDAR或传感器应用，预先阻止或至少减少与本领域已知的可用于上述应用领域的光电系统相关的上述和/或其他缺点中的至少一个。
本公开的另一个目的是提供一种根据本公开的光电系统的基于半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法。
本公开的各方面在所附的独立和从属权利要求中陈述。从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征组合，而不仅仅是如权利要求中明确阐述的那样。此外，所有特征都可以替换为其他技术上等效的特征。
上述目标中的至少一个是通过一种光电系统实现的，该系统被配置和布置为能够改进基于集成半导体的可调谐激光光源的调谐。光电系统包括PIC，该PIC包括：基于半导体的可调谐激光光源，所述基于半导体的可调谐激光光源可配置为实现单模激射，从而在预定义工作波长上发射具有预定义线宽的光辐射；以及光学测量单元，该光学测量单元被配置和布置为接收由基于半导体的可调谐激光光源发射的光辐射，并提供代表所接收到的光辐射的至少一个信号。光电系统还包括控制单元，该控制单元与PIC的基于半导体的可调谐激光光源和光学测量单元可操作地连接，所述控制单元被配置为：接收第一输入，所述第一输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长的设定值，所述基于半导体的可调谐激光光源以所述预定义工作波长发射光辐射；基于所接收到的第一输入生成第一控制设置；向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第一控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源能够以所述预定义工作波长发射光辐射；接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的工作波长；确定所述预定义工作波长的所述设定值与所述确定的工作波长之间的波长偏移；基于所述确定的波长偏移生成第一经调整的控制设置；以及向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第一经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源至少能够减少所述确定的波长偏移，从而能够锁定所述基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长。
与本领域已知的使用外部光学测量设备实现上述基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长锁定的解决方案相比，上述光电系统的实施例为锁定基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长提供了一个更快的解决方案。本领域已知的解决方案需要对外部光学测量设备和基于集成半导体的可调谐激光光源进行精确的光学对准，涉及到光纤对PIC对准技术。因此，已知的解决方案相当繁琐，因此比根据本公开的光电系统提供的解决方案慢，因为根据本公开的光电系统不再需要上述繁琐的光纤到PIC对准技术，所以可以避免这些缺点。至少由于根据本公开的光电系统的上述实施例提供的更快的波长锁定过程，PIC的基于半导体的可调谐激光光源的初始化、校准和模式映射中的至少一项可以比本领域已知的使用外部光学测量设备的解决方案更快并因此花费的成本更低。此外，根据本公开的光电系统能够实现PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源的片上模式映射。
应注意，无论所发射的光辐射的线宽以何种方式测量和/或在何种条件下，例如时间段、温度和/或湿度，本公开上下文中的预定义线宽将被解释为可被控制为在基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长处具有所需的、且因此具有预定义值的线宽。
本领域技术人员将理解，光学测量单元向控制单元提供的至少一个信号可以是电信号或光信号。此外，控制单元可以是电子控制单元或光电控制单元，并且第一控制设置和第一经调整的控制设置可以由控制单元使用单个控制算法或使用多个控制算法生成。此外，应注意，在预定义工作波长的所述设定值和所述确定的工作波长之间确定的波长偏移将被解释为两个值之间的差。
根据本公开的光电系统可以例如但不排他地应用于电信应用、LIDAR或传感器应用。在那种情况下，光电系统可以是发射器、接收器、收发器、相干发射器、相干接收器和相干收发器之一。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC的光学测量单元被配置为提供至少三个电信号，所述至少三个电信号中的每一个电信号具有时变强度并且代表从基于半导体的可调谐激光光源接收到的光辐射，并且其中所述控制单元被配置为基于所述至少三个电信号的相位信息来确定所述预定义工作波长的设定值和所确定的工作波长之间的波长偏移，所述相位信息可从所述至少三个电信号的时变强度推导出来。
根据上述光电系统的实施例，光学测量单元能够确定预定义工作波长的设定值和确定的工作波长之间的波长偏移，这有利于调整基于半导体的可调谐激光光源以保持恒定的工作波长。需要注意的是，如果预定义工作波长的设定值和确定的工作波长之间的波长偏移变得较大，则相应电信号的相移(该相移与相应电信号的强度相关)会突然从-π切换到+π。需要考虑这种所谓的相位包裹，以避免波长锁定过程中的不稳定性。控制单元可以被配置为相位解卷绕(Unwrap)相应的电信号，以得到基于半导体的可调谐激光光源的平滑模式图。
根据本公开的光电系统的波长锁定光学测量单元的优点在于可以自由选择自由光谱区(FSR)或周期。传统的基于标准具的两相波长锁定光学测量单元的响应只对交叉点敏感，因此在典型的50GHz(0.4nm)通道间隔上是预先确定自由光谱区(FSR)和周期性。因此，很难跟踪在多个通道上漂移的基于半导体的可调谐激光光源，因为在通道之间存在一个点，在该点处不能确定基于半导体的可调谐激光光源在哪个方向上移动。
根据本公开的光电系统的光学测量单元可以被解释为在整个频带上具有相同灵敏度的集成三相波长锁定器。只要可以确定基于半导体的可调谐激光光源在哪个周期开始，就可以沿着几个周期跟踪它。此外，可以组合双级波长锁定器，其中具有宽FSR的第一级可以提供工作波长的粗略估计，而具有窄FSR的第二级可以提供工作波长的精确值。
本领域技术人员将理解，也可以设计非常窄的FSR，以便能够测量小的波长偏差。这对于测量频率噪声特别有用，该频率噪声提供了在特定调谐设置中基于半导体的可调谐激光光源的稳定性的指示。
此外，可以使用根据本公开的光电系统的波长锁定光学测量单元来确定基于半导体的可调谐激光光源的快速切换效应。通常，如果基于半导体的可调谐激光光源需要从一个波长切换到另一个波长，则需要将电调谐电流变化到不同的设定值。电流的这种变化会导致热平衡的变化，而热平衡本身会导致小的波长漂移。因此，基于半导体的可调谐激光光源需要一些时间才能达到目标波长。因此，基于半导体的可调谐激光光源本身具有的潜在纳秒切换时间被限制为毫秒切换时间。根据本公开的光电子系统的波长锁定光学测量单元可以用来确定上述效应的时间常数，由于生产工艺中的变化，每个组装的基于半导体的可调谐激光光源的时间常数是不同的。根据本公开的光电系统的控制单元可以使用确定的时间常数来补偿这些上述效应。根据本公开的光电系统的集成的光学测量单元允许映射所有可能的切换事件的时间常数，而不需要昂贵的外部光学测量设备。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC的基于半导体的可调谐激光光源包括背镜，该背镜被配置为具有部分反射率，允许通过背镜发射预定义光功率量的光辐射。
本领域技术人员将理解，基于半导体的可调谐激光光源通常包括前镜，前镜被配置为具有允许发射光辐射的部分反射率，而背镜则被配置为具有理想的防止通过背镜发射光辐射的反射率。然而，由于加工公差，在实践中背镜可能具有允许通过背镜泄漏光学辐射的部分反射率。显然，用作背镜的镜子的反射率总是高于用作前镜的镜子的反射率。
在本公开的上下文中，经由背镜发射的预定义光功率量的光辐射应当足以允许光学测量单元向控制单元提供代表所接收到的光辐射的至少一个信号，以向基于半导体的可调谐激光光源生成上述第一经调整的控制设置。如果通过背镜发射的预定义光功率量在1μW(-30dBm)到10mW(10dBm)的范围内，则是足够的。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC的光学测量单元包括：第一分光合光器单元，该第一分光合光器单元具有至少设置有第一光学接口的第一端部，和至少设置有第二光学接口和第三光学接口的第二端部；第二分光合光器单元，第二分光合光器单元具有至少设置有第四光学接口和第五光学接口的第三端部，和至少设置有第六光学接口、第七光学接口和第八光学接口的第四端部；一组至少三个光电探测器，所述至少三个光电探测器中的每一个光电探测器被配置为检测所接收的经由所述基于半导体的可调谐激光光源的背镜发射的光辐射的至少一部分；多个光波导，其中：所述多个光波导中的第一光波导被布置为将所述第一分光合光器单元的第一端部的第一光学接口与所述基于半导体的可调谐激光光源的背镜光学互连；所述多个光波导中的第二光波导具有第一光路长度L1，所述第二光波导被布置为将所述第一分光合光器单元的第二端部的第二光学接口与所述第二分光合光器单元的第三端部的第四光学接口光学互连；所述多个光波导中的第三光波导具有不同于所述第二光波导的第一光路长度L1的第二光路长度L2，所述第三光波导被布置为将所述第一分光合光器单元的第二端部的第三光学接口与所述第二分光合光器单元的第三端部的第五光学接口光学互连；所述多个光波导中的第四光波导被布置为将所述第二分光合光器单元的第四端部的第六光学接口与所述一组光电探测器中的第一光电探测器光学互连；所述多个光波导中的第五光波导被布置为将所述第二分光合光器单元的第四端部的第七光学接口与所述一组光电探测器中的第二光电探测器光学互连；所述多个光波导中的第六光波导被布置为将所述第二分光合光器单元的第四端部的第八光学接口与所述一组光电探测器中的第三光电探测器光学互连；并且其中所述光电系统包括：第一组至少三个电气连接元件，所述至少三个电气连接元件中的每一个被布置为将所述PIC的光学测量单元的所述一组光电探测器中的相应光电探测器与控制单元电互连；和第二组电气连接元件，所述第二组电气连接元件中的每一个电气连接元件被布置为将所述控制单元和所述PIC的基于半导体的可调谐激光光源电互连。
根据上述光电系统的实施例，与控制单元协作的光学测量单元可用于更快和更准确地锁定基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长。经由基于半导体的可调谐激光光源的背镜发射的光辐射由第一光波导引导至第一分光合光器单元。第一分光合光器单元被配置为将所接收到的光辐射分成第一部分和第二部分。所接收到的光辐射的第一部分由多个光波导中的第二光波导引导至第二分光合光器单元的第三端部的第四光学接口。所接收到的光辐射的第二部分由多个光波导中的第三光波导引导至第二分光合光器单元的第三端部的第五光学接口。由于第二光波导的第一光路长度L1不同于第三光波导的第二光路长度L2，所以所接收到的光辐射的第一部分在第二分光合光器单元的第三端部的第四光学接口处具有第一相位φ1，并且所接收到的光辐射的第二部分在第二分光合光器单元的第三端部的第五光学接口处具有第二相位φ2，其中第一相位φ1和第二相位φ2彼此不同。
第二分光合光器单元被配置为提供三个具有时变强度的光信号，这三个光学信号基于所接收到的光辐射的第一部分和第二部分。三个光信号中的第一光信号由多个光波导中的第四光波导从第二分光合光器单元的第四端部的第六光学接口引导至所述一组光电探测器中的第一光电探测器。三个光信号中的第二光信号由多个光波导中的第五光波导从第二分光合光器单元的第四端部的第七光学接口引导至所述一组光电探测器中的第三光电探测器，以及三个光信号中的第三光信号由多个光波导中的第六光波导从第二分光合光器单元的第四端部的第八光学接口引导至所述一组光电探测器中的第三光电探测器。
所述三个光电探测器中的每一个光电探测器被配置为提供代表所接收到的三个光信号中的相应光信号的电信号。三个电信号中的每一个经由第一组至少三个电气连接元件被提供给控制单元。控制单元被配置为基于所接收的三个电信号的时变强度来确定预定义工作波长的设定值和所确定的工作波长之间的波长偏移，并基于所确定的波长偏移来生成第一经调整的控制设置。如上所述，所确定的波长偏移将被解释为两个值之间的差。
所生成的第一经调整的控制设置经由第二组电气连接元件被提供给基于半导体的可调谐激光光源。所生成的第一经调整的控制设置使得至少能够减少所确定的波长偏移，从而使得能够锁定基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长，基于半导体的可调谐激光光源以所述预定义工作波长发射光辐射。通过这种方式，控制单元可用于调节基于半导体的可调谐激光光源，以保持恒定的工作波长。
在根据本公开的光电系统的实施例中，控制单元被配置为：接收第二输入，所述第二输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源将要发射的光辐射的相对强度噪声的设定值；基于所接收到的第二输入生成第二控制设置；向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第二控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源能够发射所述相对强度噪声为所述设定值的光辐射；接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的相对强度噪声；确定所述相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪音之间的偏移；基于所述确定的偏移生成第二经调整的控制设置；以及向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第二经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源至少能够减少所述确定的偏移，从而能够发射预定义线宽的光辐射。
根据上述光电系统的实施例，控制单元使得所确定的相对强度噪声能够用作反馈信号，以控制基于半导体的可调谐激光光源发射预定义线宽的光辐射。本领域技术人员将理解，激光器的线宽将被解释为在波长、频率或波数方面发射电场的功率谱密度的宽度。如上所述，无论所发射的光辐射的线宽以何种方式测量和/或在何种条件下，例如，时间段、温度和/或湿度，本公开上下文中的预定义线宽将被解释为可被控制为在基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长处具有所需的、且因此具有预定义值的线宽。
应注意，相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪声之间的确定的偏移将被解释为两个值之间的差。
光电系统的上述实施例的优点在于，光学测量单元的部件不需要具有比基于半导体的可调谐激光光源的腔模式间隔高的带宽，以允许使用相对强度噪声作为反馈信号。光电系统的上述实施例的另一个优点是可以省略对线宽的直接测量，或对基于半导体的可调谐激光光源发射的光辐射的光谱的直接测量。光电系统的上述实施例的另一个优点是它提供了对基于半导体的激光光源发射的光辐射的线宽的快速和精确控制。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC的光学测量单元被配置为提供至少一个电信号，该电信号包括至少三个光电探测器中的一个光电探测器的时变输出电流，并且其中控制单元被配置为随时间对所述至少一个电信号进行采样，以获得所述至少一个电信号的一组单独的时间采样分量，将所述一组单独的时间采样分量转换为用于提供所述至少一个电信号的频率信息的一组单独的频谱分量，并基于所述频率信息确定所接收到的光辐射的相对强度噪声。根据上述光电系统的实施例，控制单元可以被配置为使用单个转换算法或使用多个转换算法来生成一组单独的频谱分量。
在根据本公开的光电系统的实施例中，控制单元被配置为涉及傅里叶变换以获得所述一组单独的频谱分量。根据上述光电系统的实施例，控制单元被配置为执行作为快速傅里叶变换(FFT)的傅里叶变换可能是有利的。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC的光学测量单元的第一分光合光器单元和/或第二分光合光器单元是基于多模干涉、基于MMI的分光合光器单元。本领域技术人员将理解，基于MMI的第一分光合光器单元和基于MMI的第二分光器合并器单元可以被实现为任何合适的nxm MMI，其中n和m分别是表示光输入端口和光输出端口数量的自然数。关于第一分光合光器单元，本领域技术人员将理解，它可以有利地实现为1x2 MMI。然而，也可以设想其他选项，例如2x2 MMI。关于第二分光合光器单元，本领域技术人员将理解，它可以有利地实现为2x3 MMI。同样，也可以设想其他选项，例如3x3 MMI。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC的基于半导体的可调谐激光光源是基于InP的可调谐激光光源。特别是在光电系统应用于光学电信应用的情况下，如果基于InP的可调谐激光光源被配置为提供具有1300nm至1600nm范围内的光辐射，则是有利的。
在根据本公开的光电系统的实施例中，所述一组至少三个光电探测器中的至少一个光电探测器包括基于InP的光电二极管(PD)和/或基于InP半导体的光放大器(SOA)。本领域技术人员将理解，基于InP的PD是电反向偏置的，以便检测入射光辐射，而基于InP的SOA不需要电反向偏置。然而，如果需要，基于InP的SOA可以是电反向偏置的。
在根据本公开的光电系统的实施例中，多个光波导中的至少一个光波导是基于InP的光波导。
在根据本公开的光电系统的实施例中，PIC是混合PIC或单片PIC。应当理解，混合PIC使得本公开的优点为既应用于硅光子学领域，也应用于III-V光子学的领域。混合PIC的优点在于，包括III-V族半导体材料(例如基于InP的半导体材料)的功能光子块可以与包括IV族半导体材料(例如基于Si的半导体材料)的功能光子模块一起使用在单个裸片上。根据本公开的PIC的混合集成的另一个优点是，例如在其发生故障或失效的情况下，可以交换功能光子块。
例如但不排他地应用于光学电信应用、激光雷达或传感器应用领域的PIC正变得越来越复杂，这至少是因为越来越多的功能光子块需要集成在单个裸片上，该裸片优选具有尽可能小的尺寸。本领域技术人员将理解，这种PIC的最通用的技术平台，特别是用于上述应用领域的技术平台，使用由InP基半导体材料组成的晶圆。
基于InP的单片PIC的优点在于，根据本公开的光电系统的有源部件(例如可调谐激光光源和光电探测器)和根据本公开的光电系统的无源部件(例如本公开的光电子系统的光波导)都可以集成在单个裸片的同一InP基半导体衬底上。因此，基于InP的单片PIC的制造可以不那么复杂，因此比混合集成PIC的组装的成本低，后者需要将有源和无源光电器件混合互连的组装步骤，每个有源和无源光电器件通常在不同的衬底上制造。此外，基于InP的单片PIC可能允许PIC具有比混合PIC的总尺寸更小的总尺寸。
在根据本公开的光电系统的一个实施例中，光电系统是混合的单裸片光电系统或基于InP的单片光电系统。混合的单裸片光电系统或基于InP的单片光电系统的优点在于，根据本公开的光电系统的可调谐激光光源、光电探测器和控制单元等光子和电子的有源功能块，以及光子和电子的无源功能部件，如光波导和电气连接元件，都可以集成在单个裸片上。
混合的单裸片光电系统的优点在于，包括III-V族半导体材料(例如基于InP半导体材料)的功能性光子和/或电子块可以与包括IV族半导体材料(例如基于Si的半导体材料)的功能性光电子和/或电子块一起使用在单个裸片上。混合的单裸片光电系统的另一个优点是，例如在其故障或故障的情况下，可以交换功能性光子和/或电子块。
基于InP的单片光电系统的优点在于，它的制造可以不那么复杂，因此可以比混合的单裸片光电子系统的组装成本低，后者需要将有源和无源光电器件混合互连的组装步骤。此外，基于InP的单片光电系统可能允许光电系统具有比混合单芯片光电系统的总尺寸更小的总尺寸。
根据本公开的另一个方面，提供了一种根据本公开的光电系统的基于集成半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法，其中该光电系统包括控制单元，该控制单元被配置成接收第一输入，所述第一输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长的设定值，所述基于半导体的可调谐激光光源以所述预定义工作波长发射光辐射，其中所述方法包括：操作所述控制单元以基于所接收到的第一输入生成第一控制设置；操作所述控制单元以向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第一控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源能够以所述预定义工作波长发射光辐射；操作所述光学测量单元以向所述控制单元提供代表所述接收到的光学辐射的所述至少一个信号；操作所述控制单元以基于所述接收到的至少一个信号来确定所述接收到的光辐射的工作波长；操作所述控制单元以确定所述预定义工作波长的所述设定值与所述确定的工作波长之间的波长偏移；操作所述控制单元以基于所述确定的波长偏移生成第一经调整的控制设置；以及操作所述控制单元以向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第一经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源至少能够减少所述确定的波长偏移，从而能够锁定所述基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长。
与本领域已知的使用外部光学测量设备实现上述基于集成半导体的可调谐激光光源预定义工作波长锁定的解决方案相比，根据本公开的方法的上述限定实施例为锁定光电系统PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长提供了一个更快的解决方案。本领域中已知的用于实现基于集成半导体的可调谐激光光源的波长锁定的方法需要对外部光学测量设备和基于集成半导体的可调谐激光光源进行精确的光学对准，涉及到光纤对PIC对准技术。因此，已知的方法相当繁琐，且比根据本公开的方法慢，根据本公开的方法由于不再需要上述繁琐的光纤对PIC对准技术，所以可以避免这些缺点。至少由于根据本公开方法的上述实施例提供的更快的波长锁定，光电系统的PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源的初始化、校准和模式映射中的至少一项可以比本领域已知的使用外部测量设备的方法更快并因此花费的成本更低。此外，根据本公开的方法使得能够对光电系统的PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源进行片上模式映射。
在根据本公开的方法的实施例中，控制单元被配置为：接收第二输入，所述第二输入包括基于半导体的可调谐激光光源将要发射的光辐射的相对强度噪声的设定值；其中所述方法包括操作所述控制单元以基于所接收到的第二输入生成第二控制设置；操作所述控制单元以向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第二控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源能够发射所述相对强度噪声为所述设定值的光辐射；操作所述光学测量单元以向所述控制单元提供代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；操作所述控制单元以基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的相对强度噪声；操作所述控制单元以确定所述相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪音之间的偏移；操作所述控制单元以基于所述确定的偏移生成第二经调整的控制设置；以及操作所述控制单元以向所述基于半导体的可调谐激光光源提供所生成的第二经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源至少能够减少所述确定的偏移，从而能够控制发射预定义线宽的光辐射。
根据上述方法的实施例，控制单元使得所确定的相对强度噪声能够用作反馈信号，以控制基于半导体的可调谐激光光源发射预定义线宽的光辐射。
附图说明
通过描述根据本公开的光电系统的示例性和非限制性实施例以及一种根据本公开的光电系统的基于集成半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法，本公开的其他特征和优点将变得明显。
本领域技术人员将理解，所描述的光电系统和方法的实施例本质上只是示例性的，不应被解释为以任何方式限制保护范围。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的保护范围的情况下，可以构想光电系统和方法的替代方案和等效实施例并将其付诸实践。
将参考附图页中的附图。这些图本质上是示意性的，因此不一定按比例绘制。此外，相同的附图标记表示相同或相似的部分。
在附图页中：
图1示出了根据本公开的光电系统的第一示例性、非限制性实施例的示意性俯视图，该光电系统可以例如但不排他地应用于光学电信应用、LIDAR或传感器应用；
图2示出了根据本公开的光电系统的第二示例性、非限制性实施例的示意性俯视图；
图3示出了根据本公开的方法的第一示例性、非限制性实施例的流程图；和
图4示出了根据本公开的方法的第二示例性、非限制性实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的光电系统的第一示例性、非限制性实施例的示意性俯视图，该光电系统可以例如但不排他地用于光学电信应用、LIDAR或传感器应用。光电系统1包括PIC 2，PIC 2包括基于半导体的可调谐激光光源3，该激光光源可配置为实现单模激射，从而在预定义的工作波长上发射具有预定义线宽的光辐射。PIC 2还包括光学测量单元4，其被配置和布置成接收由基于半导体的可调谐激光光源3发射的光辐射并且提供代表接收到的光辐射的至少一个信号。光电系统1还包括控制单元5，其可操作地与PIC 2的基于半导体的可调谐激光光源3和光学测量单元4连接。控制单元5可被配置为：接收第一输入，所述第一输入包括基于所述半导体的可调谐激光光源3的预定义工作波长的设定值，所述基于半导体的可调谐激光光源3以所述预定义工作波长发射光辐射；基于所接收到的第一输入生成第一控制设置；向所述基于半导体的可调谐激光光源3提供所生成的第一控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源3能够以所述预定义工作波长发射光辐射；从光学测量单元4接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；基于所述接收到的至少一个信息确定所述接收到的光辐射的所述工作波长；确定所述预定义工作波长的所述设定值与所述确定的工作波长之间的波长偏移；基于所述确定的波长偏移生成第一经调整的控制设置；以及向所述基于半导体的可调谐激光光源3提供所生成的第一经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源至少能够减少所述确定的波长偏移，从而能够锁定基于半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长。如上所述，与本领域已知的使用外部光学测量设备实现上述预定工作波长锁定的解决方案相比，图1中示意性示出的光电系统1可以为锁定基于集成半导体的可调谐激光光源3的预定义工作波长提供一个更快的解决方案。
图2示出了根据本公开的光电系统1的第二示例性、非限制性实施例的示意性俯视图。PIC2的基于半导体的可调谐激光光源3包括背镜6，该背镜被配置为具有部分反射率，允许通过背镜6发射预定义光功率量的光辐射。在本公开的上下文中，经由背镜6发射的预定义光功率量的光辐射应当足以允许光学测量单元4向控制单元5提供代表所接收到的光辐射的至少一个信号，以向基于半导体的可调谐激光光源3生成上述第一经调整的控制设置。如果经由背镜6发射的预定义光功率量在1μW(-30dBm)到10mW(10dBm)的范围内，则是足够的。
光学测量单元4与图2所示光电系统1的第二示例性、非限制性实施例的控制单元5协作，可用于更快、更准确地锁定基于半导体的可调谐激光光源3的预定义工作波长。经由基于半导体的可调谐激光光源3的背镜6发射的光辐射被第一光波导24引导至光学测量单元4的第一分光合光器单元7的第一端部8的第一光学接口9。第一分光合光器单元7被配置为将所接收的光辐射分成第一部分和第二部分。本领域技术人员将理解，根据图2中所示光电系统1的第二示例性实施例的第一分光合光器单元7可以实现为基于1x2 MMI的分光合光器单元。接收到的光辐射的第一部分由第二光波导25从第一分光合光器单元7的第二端部10的第二光学接口11引导至第二分光合光器13的第三端部14的第四光学接口15。接收到的光辐射的第二部分由第三光波导26从第一分光合光器7的第二端部10的第三光学接口12引导至第二分光合光器单元13的第三端部14的第五光学接口16。由于第二光波导25的第一光路长度L1不同于第三光波导26的第二光路长度L2，所以所接收到的光辐射的第一部分在第二分光合光器单元13的第三端部14的第四光学接口15处具有第一相位φ1，并且所接收到的光辐射的第二部分在第二分光合光器单元13的第三端部14的第五光学接口16处具有第二相位φ2，其中第一相位φ1和第二相位φ2彼此不同。
图2所示的第二分光合光器单元13被配置为提供三个具有时变强度的光信号。本领域技术人员可以理解，第二分光合光器单元13可以实现为基于2x3 MMI的分光合光器单元。上述三个光信号是基于接收到的光辐射的第一部分和第二部分的。三个光信号中的第一光信号由第四光波导27从第二分光合光器单元13的第四端部17的第六光学接口18引导至第一光电探测器21。第二光信号由第五光波导28从第二分光合光器单元13的第四端部17的第七光学接口19引导至第二光电探测器22，第三光信号由第六光波导29从第二分光合路器单元13的第四端部17的第八光学接口20引导至第三光电探测器23。三个光电探测器21、22、23中的至少一个可以包括基于InP的PD和/或基于InP的SOA。光波导24-29中的至少一个可以是基于InP的光波导，并且基于半导体的可调谐激光光源3可以是基于InP的可调谐激光光源，其被配置为提供波长在1300nm至1600nm范围内的光辐射。
三个光电探测器21、22、23中的每一个被配置为提供代表所接收到的三个光信号中的相应光信号的电信号。三个电信号中的每一个都经由第一组三个电气连接元件30、31、32提供给控制单元5。控制单元5被配置为基于所接收的三个电信号的时变强度来确定预定义工作波长的设定值和所确定的工作波长之间的波长偏移，并且基于所确定的波长偏移来生成第一经调整的控制设置。如上所述，所确定的波长偏移被解释为两个值之间的差。
所生成的第一经调整的控制设置经由第二组电气连接元件33、34、35被提供给基于半导体的可调谐激光光源3，从而提供对基于半导体的可调谐激光光源3进行可调谐的控制。所生成的第一经调整的控制设置使得基于半导体的可调谐激光光源3至少能够减少所确定的波长偏移，从而能够锁定基于半导体的可调谐激光光源3的预定义工作波长，基于半导体的可调谐激光光源以所述预定义工作波长发射光辐射。通过这种方式，控制单元5可用于调节基于半导体的可调谐激光光源3，以保持恒定的工作波长。
PIC 2可以是混合PIC或单片PIC，从而提供上述任何一个优点。此外，光电系统1可以是提供上述任何一个优点的混合的、单芯片光电系统或基于InP的单片光电系统。
图3示出了根据本公开的方法100的第一示例性、非限制性实施例的流程图，该方法是根据本公开的光电系统的基于集成半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法。本领域技术人员将理解，如图3所示的方法100的第一示例性、非限制性实施例的步骤101-107可以涉及具有本文公开的特征或特征组合中的任何一个的光电系统1。因此，图1和图2的公开以及光电系统1的上述方面在此并入方法100的第一示例性、非限制性实施例的当前讨论中。
与本领域已知的使用外部光学测量设备实现上述基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长锁定的解决方案相比，图3中所示的方法100的步骤101-107为锁定根据本公开的光电系统的PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源的预定义工作波长提供了一个更快的解决方案。至少由于根据图3所示方法的第一示例性、非限制性实施例的步骤101-107提供的更快的波长锁定，光电系统的PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源的初始化、校准和模式映射中的至少一项可以比本领域已知的使用外部测量设备的方法更快并因此花费的成本更低。此外，图3所示方法的第一示例性、非限制性实施例实现了根据本公开的光电系统的PIC的基于集成半导体的可调谐激光光源的片上模式映射。
图4示出了根据本公开的方法100的第二示例性、非限制性实施例的流程图。图4所示的方法100的步骤108-114使得所确定的相对强度噪声能够用作反馈信号，以实现对根据本公开的光电系统的基于半导体的可调谐激光光源发射的光辐射的预定义线宽的控制。图4中所示的方法100的第二示例性、非限制性实施例的优点在于，根据本公开的光电系统的光学测量单元的部件不需要具有比光电系统的基于半导体的可调谐激光光源的腔模式间隔高的带宽，以允许使用相对强度噪声作为反馈信号。图4所示的方法100的第二示例性、非限制性实施例的另一个优点是，可以省略对线宽的直接测量，或对由基于半导体的可调谐激光光源发射的光辐射的光谱的直接测量。图4中所示的方法100的第二示例性、非限制性实施例的另一个优点是，它提供了对由基于半导体的激光光源发射的光辐射的线宽的快速和精确控制。
本领域技术人员将清楚，本公开的范围不限于前面讨论的实施例，而是在不偏离所附权利要求所定义的本公开范围的情况下，可以对其进行若干修正和修改。特别地，可以进行本公开各个方面的特定特征的组合。通过添加关于本公开的另一方面所描述的特征，可以进一步有利地增强本公开的一个方面。虽然已经在附图和说明书中详细说明和描述了本公开，但是这样的说明和说明仅被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。
本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他步骤或要素，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本公开的范围。

Claims (17)

1.一种光电系统(1)，被配置和布置为能够改进基于集成半导体的可调谐激光光源的调谐，所述光电系统(1)包括：
光子集成电路PIC(2)，所述光子集成电路PIC(2)包括：
基于半导体的可调谐激光光源(3)，所述基于半导体的可调谐激光光源(3)被配置为实现单模激射，从而在预定义工作波长上发射具有预定线宽的光辐射；
光学测量单元(4)，被配置和布置为：
接收由所述基于半导体的可调谐激光光源(3)发射的光辐射；以及提供代表所接收到的光辐射的至少一个信号；以及
控制单元(5)，所述控制单元(5)与所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)和所述光学测量单元(4)可操作地连接，所述控制单元(5)被配置为：
接收第一输入，所述第一输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的预定义工作波长的设定值，所述基于半导体的可调谐激光光源(3)以所述预定义工作波长发射光辐射；
基于所接收到的第一输入生成第一控制设置；
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第一控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够以所述预定义工作波长发射光辐射；
接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；
基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的工作波长；
确定所述预定义工作波长的所述设定值与所述确定的工作波长之间的波长偏移；
基于所述确定的波长偏移生成第一经调整的控制设置；以及
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第一经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的波长偏移，从而能够锁定所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的预定义工作波长。
2.根据权利要求1所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的光学测量单元(4)被配置为提供至少三个电信号，所述至少三个电信号中的每一个具有时变强度并且代表从所述基于半导体的可调谐激光光源(3)接收的所述光辐射，并且其中所述控制单元(5)被配置为基于所述至少三个电信号的相位信息来确定所述预定义工作波长的设定值和所确定的工作波长之间的波长偏移，所述相位信息可从所述至少三个电信号的时变强度推导出来。
3.根据权利要求1所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)包括背镜(6)，所述背镜被配置为具有部分反射率，允许通过所述背镜(6)发射预定义光功率量的光辐射。
4.根据权利要求2所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)包括背镜(6)，所述背镜被配置为具有部分反射率，允许通过所述背镜(6)发射预定义光功率量的光辐射。
5.根据权利要求3所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述光学测量单元(4)包括：
第一分光合光器单元(7)，所述第一分光合光器单元(7)具有：
第一端部(8)，所述第一端部(8)至少设置有第一光学接口(9)；和
第二端部(10)，所述第二端部(10)至少设置有第二光学接口(11)和第三光学接口(12)；
第二分光合光器单元(13)，所述第二分光合光器单元(13)具有：
第三端部(14)，所述第三端部(14)至少设置有第四光学接口(15)和第五光学接口(16)；和
第四端部(17)，所述第四端部(17)至少设置有第六光学接口(18)、第七光学接口(19)和第八光学接口(20)；
一组至少三个光电探测器(21、22、23)，所述至少三个光电探测器中的每一个光电探测器被配置为检测所接收的经由所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的背镜(6)发射的光辐射的至少一部分；
多个光波导，其中：
所述多个光波导中的第一光波导(24)被布置为将所述第一分光合光器单元(7)的所述第一端部(8)的所述第一光学接口(9)与所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的所述背镜(6)光学互连；
所述多个光波导中的第二光波导(25)具有第一光路长度L1，所述第二光波导(25)被布置为将所述第一分光合光器单元(7)的所述第二端部(10)的所述第二光学接口(11)与所述第二分光合光器单元(13)的所述第三端部(14)的所述第四光学接口(15)光学互连；
所述多个光波导中的第三光波导(26)具有不同于所述第二光波导(25)的所述第一光路长度L1的第二光路长度L2，所述第三光波导(26)被布置为将所述第一分光合光器单元(7)的所述第二端部(10)的所述第三光学接口(12)与所述第二分光合光器单元(13)的所述第三端部(14)的所述第五光学接口(16)光学互连；
所述多个光波导中的第四光波导(27)被布置为将所述第二分光合光器单元(13)的所述第四端部(17)的所述第六光学接口(18)与所述一组光电探测器中的第一光电探测器(21)光学互连；
所述多个光波导中的第五光波导(28)被布置为将所述第二分光合光器单元(13)的所述第四端部(17)的所述第七光学接口(19)与所述一组光电探测器中的第二光电探测器(22)光学互连；
所述多个光波导中的第六光波导(29)被布置为将所述第二分光合光器单元(13)的所述第四端部(17)的所述第八光学接口(20)与所述一组光电探测器中的第三光电探测器(23)光学互连；
并且其中所述光电系统(1)包括：
第一组至少三个电气连接元件(30、31、32)，所述至少三个电气连接元件中的每一个电气连接元件被布置为将所述PIC的所述光学测量单元(4)的所述一组光电探测器(21、22、23)中的相应光电探测器与所述控制单元(5)电互连；和
第二组电气连接元件(33、34、35)，所述第二组电气连接元件(33、34、35)中的每一个电气连接元件被布置为将所述控制单元(5)和所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)电互连。
6.根据权利要求1所述的光电系统(1)，其中，所述控制单元(5)被配置为：
接收第二输入，所述第二输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源(3)将要发射的光辐射的相对强度噪声的设定值；
基于所接收到的第二输入生成第二控制设置；
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够发射所述相对强度噪声为所述设定值的光辐射；
接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；
基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的相对强度噪声；
确定所述相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪音之间的偏移；
基于所述确定的偏移生成第二经调整的控制设置；以及
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的偏移，从而能够发射预定义线宽的光辐射。
7.根据权利要求3所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述光学测量单元(4)包括：
第一分光合光器单元(7)，所述第一分光合光器单元(7)具有：
第一端部(8)，所述第一端部(8)至少设置有第一光学接口(9)；和
第二端部(10)，所述第二端部(10)至少设置有第二光学接口(11)和第三光学接口(12)；
第二分光合光器单元(13)，所述第二分光合光器单元(13)具有：
第三端部(14)，所述第三端部(14)至少设置有第四光学接口(15)和第五光学接口(16)；和
第四端部(17)，所述第四端部(17)至少设置有第六光学接口(18)、第七光学接口(19)和第八光学接口(20)；
一组至少三个光电探测器(21、22、23)，所述至少三个光电探测器中的每一个被配置为检测所接收的经由所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的背镜(6)发射的光辐射的至少一部分；
多个光波导，其中：
所述多个光波导中的第一光波导(24)被布置为将所述第一分光合光器单元(7)的所述第一端部(8)的所述第一光学接口(9)与所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的所述背镜(6)光学互连；
所述多个光波导中的第二光波导(25)具有第一光路长度L1，所述第二光波导(25)被布置为将所述第一分光合光器单元(7)的所述第二端部(10)的所述第二光学接口(11)与所述第二分光合光器单元(13)的所述第三端部(14)的所述第四光学接口(15)光学互连；
所述多个光波导中的第三光波导(26)具有不同于所述第二光波导(25)的所述第一光路长度L1的第二光路长度L2，所述第三光波导(26)被布置为将所述第一分光合光器单元(7)的所述第二端部(10)的所述第三光学接口(12)与所述第二分光合光器单元(13)的所述第三端部(14)的所述第五光学接口(16)光学互连；
所述多个光波导中的第四光波导(27)被布置为将所述第二分光合光器单元(13)的所述第四端部(17)的所述第六光学接口(18)与所述一组光电探测器中的第一光电探测器(21)光学互连；
所述多个光波导中的第五光波导(28)被布置为将所述第二分光合光器单元(13)的所述第四端部(17)的所述第七光学接口(19)与所述一组光电探测器中的第二光电探测器(22)光学互连；
所述多个光波导中的第六光波导(29)被布置为将所述第二分光合光器单元(13)的所述第四端部(17)的所述第八光学接口(20)与所述一组光电探测器中的第三光电探测器(23)光学互连；
并且其中所述光电系统(1)包括：
第一组至少三个电气连接元件(30、31、32)，所述至少三个电气连接元件中的每一个电气连接元件被布置为将所述PIC的所述光学测量单元(4)的所述一组光电探测器(21、22、23)中的相应光电探测器与所述控制单元(5)电互连；和
第二组电气连接元件(33、34、35)，所述第二组电气连接元件(33、34、35)中的每个电气连接元件被布置为将所述控制单元(5)和所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)电互连；
并且，其中所述控制单元(5)被配置为：
接收第二输入，所述第二输入包括将由所述基于半导体的可调谐激光光源(3)发射的光辐射的相对强度噪声的设定值；
基于所接收到的第二输入生成第二控制设置；
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够发射所述相对强度噪声为所述设定值的光辐射；
接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；
基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的相对强度噪声；
确定所述相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪音之间的偏移；
基于所述确定的偏移生成第二经调整的控制设置；以及
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的偏移，从而能够发射预定义线宽的光辐射。
8.根据权利要求7所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述光学测量单元(4)被配置为提供至少一个电信号，所述电信号包括所述至少三个光电探测器中的光电探测器的时变输出电流，并且其中所述控制单元(5)被配置为：
随时间对所述至少一个电信号进行采样，以获得所述至少一个电信号的一组单独的时间采样分量；
将所述一组单独的时间采样分量转换为用于提供所述至少一个电信号的频率信息的一组单独的频谱分量；以及
基于所述频率信息确定所接收到的光辐射的相对强度噪声。
9.根据权利要求8所述的光电系统(1)，其中，所述控制单元(5)被配置为涉及傅里叶变换以获得所述一组单独的频谱分量。
10.根据权利要求5所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述光学测量单元(4)的第一分光合光器单元(7)和/或第二分光合光器单元(13)是基于多模干涉、基于MMI的分光合光器单元。
11.根据权利要求1所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)是基于InP的可调谐激光光源。
12.根据权利要求5所述的光电系统(1)，其中，所述一组至少三个光电探测器(21、22、23)中的至少一个光电探测器包括基于InP的光电二极管PD和/或基于InP半导体的光放大器SOA。
13.根据权利要求5所述的光电系统(1)，其中，所述多个光波导中的至少一个光波导是基于InP的光波导。
14.根据权利要求1所述的光电系统(1)，其中，所述PIC(2)是混合PIC或单片PIC。
15.根据权利要求1所述的光电系统(1)，其中，所述光电系统(1)是混合的单裸片光电系统或基于InP的单片光电系统。
16.一种光电系统的基于集成半导体的可调谐激光光源的改进调谐方法(100)，所述光电系统(1)包括：
光子集成电路PIC(2)，所述光子集成电路PIC(2)包括：
基于半导体的可调谐激光光源(3)，所述基于半导体的可调谐激光光源(3)被配置为实现单模激射，从而在预定义工作波长下发射具有预定线宽的光辐射；
光学测量单元(4)，被配置和布置为：
接收由所述基于半导体的可调谐激光光源(3)发射的光辐射；以及
提供代表所接收到的光辐射的至少一个信号；以及
控制单元(5)，所述控制单元(5)与所述PIC(2)的所述基于半导体的可调谐激光光源(3)和所述光学测量单元(4)可操作地连接，所述控制单元(5)被配置为：
接收第一输入，所述第一输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的预定义工作波长的设定值，所述基于半导体的可调谐激光光源(3)以所述预定义工作波长发射光辐射；
基于所接收到的第一输入生成第一控制设置；
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第一控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够以所述预定义工作波长发射光辐射；
接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；
基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的工作波长；
确定所述预定义工作波长的所述设定值与所述确定的工作波长之间的波长偏移；
基于所述确定的波长偏移生成第一经调整的控制设置；以及
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第一经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的波长偏移，从而能够锁定所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的预定义工作波长；
其中所述方法(100)还包括：
操作(101)所述控制单元(5)以基于所接收到的第一输入生成第一控制设置；
操作(102)所述控制单元(5)以向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第一控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够以所述预定义工作波长发射光辐射；
操作(103)所述光学测量单元(4)以向所述控制单元(5)提供代表所述接收到的光学辐射的所述至少一个信号；
操作(104)所述控制单元(5)以基于所述接收到的至少一个信号来确定所述接收到的光辐射的工作波长；
操作(105)所述控制单元(5)以确定所述预定义工作波长的所述设定值与所述确定的工作波长之间的波长偏移；
操作(106)所述控制单元(5)以基于所述确定的波长偏移生成第一经调整的控制设置；以及
操作(107)所述控制单元(5)以向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第一经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的波长偏移，从而能够锁定所述基于半导体的可调谐激光光源(3)的预定义工作波长。
17.根据权利要求16所述的方法(100)，其中所述控制单元(5)被配置为：
接收第二输入，所述第二输入包括所述基于半导体的可调谐激光光源(3)将要发射的光辐射的相对强度噪声的设定值；
基于所接收到的第二输入生成第二控制设置；
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够发射所述相对强度噪声为所述设定值的光辐射；
接收代表所述接收到的光辐射的所述至少一个信号；
基于所述接收到的至少一个信号确定所述接收到的光辐射的相对强度噪声；
确定所述相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪音之间的偏移；
基于所述确定的偏移生成第二经调整的控制设置；以及
向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的偏移，从而能够发射预定义线宽的光辐射；以及
其中所述方法(100)还包括：
操作(108)所述控制单元(5)以基于所接收到的第二输入生成第二控制设置；
操作(109)所述控制单元(5)向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)能够发射所述相对强度噪声为所述设定值的光辐射；
操作(110)所述光学测量单元(4)以向所述控制单元(5)提供代表所述接收到的光学辐射的所述至少一个信号；
操作(111)所述控制单元(5)以基于所述接收到的至少一个信号来确定所述接收到的光辐射的相对强度噪声；
操作(112)所述控制单元(5)以确定所述相对强度噪声的所述设定值与所述确定的相对强度噪音之间的偏移；
操作(113)所述控制单元(5)以基于所述确定的偏移生成第二经调整的控制设置；以及
操作(114)所述控制单元(5)以向所述基于半导体的可调谐激光光源(3)提供所生成的第二经调整的控制设置，以使所述基于半导体的可调谐激光光源(3)至少能够减少所述确定的偏移，从而能够发射预定义线宽的光辐射。
CN202211652524.XA 2021-12-22 2022-12-21 光电系统和方法 Pending CN116345301A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21217165.6 2021-12-22
EP21217165.6A EP4203208A1 (en) 2021-12-22 2021-12-22 Opto-electronic system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116345301A true CN116345301A (zh) 2023-06-27

Family

ID=79020911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211652524.XA Pending CN116345301A (zh) 2021-12-22 2022-12-21 光电系统和方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230198227A1 (zh)
EP (1) EP4203208A1 (zh)
JP (1) JP7564181B2 (zh)
CN (1) CN116345301A (zh)
TW (1) TW202345479A (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6445477B1 (en) 1999-02-11 2002-09-03 Lucent Technologies Self-monitored light source for stable wavelength optical communications
ATE272905T1 (de) * 1999-03-01 2004-08-15 Univ California Abstimmbarer laser mit einer integrierten vorrichtung zur wellenlängenüberwachung und zugehöriges betriebsverfahren
AU2002357724A1 (en) * 2001-11-14 2003-05-26 Massachusetts Institute Of Technology Tunable optical add/drop multiplexer with multi-function optical amplifiers
US9766131B2 (en) * 2008-02-21 2017-09-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. High accuracy, high precision, low drift, and concurrent wavelength measurement of a sweeping tunable laser
JP2011155320A (ja) 2010-01-25 2011-08-11 Sony Corp 光源装置、及び通信装置
US8619824B2 (en) * 2010-09-03 2013-12-31 Teraxion Inc. Low white frequency noise tunable semiconductor laser source
US20170201070A1 (en) * 2015-04-29 2017-07-13 Infinera Corporation Compact lasers with extended tunability

Also Published As

Publication number Publication date
JP7564181B2 (ja) 2024-10-08
TW202345479A (zh) 2023-11-16
EP4203208A1 (en) 2023-06-28
JP2023093375A (ja) 2023-07-04
US20230198227A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8249405B2 (en) Variable wavelength light source, optical module and manufacturing method of variable wavelength light source
EP2454787B1 (en) Integrated photodiode wavelength monitor
US8559821B2 (en) Wavelength stabilization and locking for colorless dense wavelength division multiplexing transmitters
US10349492B2 (en) Wavelength tunable light source, light source module, and wavelength control method
US10103809B2 (en) Wavelength tunable light source, and optical transceiver using the same
Johnson et al. Fully stabilized electroabsorption-modulated tunable DBR laser transmitter for long-haul optical communications
SE468267B (sv) Terminal foer ett frekvensdelat, optiskt kommunikationssystem
US10670803B2 (en) Integrated wavelength monitor
US7615730B2 (en) Device and method for measuring wavelength of an optical signal
US9525492B2 (en) Method for controlling the wavelength of a laser source
US6885462B2 (en) Wavelength monitoring device and method of tunable laser sources
JP7564181B2 (ja) 光電子システム及び方法
US6549549B2 (en) Method of stabilizing the wavelength of lasers and a wavelength monitor
KR100956630B1 (ko) 파장 분석기 및 파장 분석 방법
GB2368969A (en) Wavelength Locker
Gotoda et al. Dual-output tunable laser diode array for optical transmission and coherent detection
US6919963B2 (en) Apparatus for detecting wavelength drift and method therefor
Yang et al. Tunable In-series Laser Array With Duplex Distributed Feedback Sections
Aalto et al. Fast 100-channel wavelength selectors integrated on silicon
KR101191236B1 (ko) 다파장 레이저 다이오드, 다파장 레이저 다이오드 모듈, 및파장 분할 다중 광 통신 시스템
Dai et al. Multi-channel wavelength-swept DFB laser array based on REC technique
KR100593994B1 (ko) 집적광학장치
Hofmann et al. Integrated wavelength monitoring in a photonic-crystal tunable laser diode
Jimenez et al. Dual-wavelength operation of monolithically integrated arrayed waveguide grating lasers for optical heterodyning
CN118249946A (zh) 一种基于级联微环调制器的波长锁定系统及波长锁定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination