CN116491037A - 双输出直接调制激光设备、光网络单元和无源光网络 - Google Patents

双输出直接调制激光设备、光网络单元和无源光网络 Download PDF

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Abstract

提供了一种生成两个不同的光输出信号的双输出直接调制激光设备。所述双输出直接调制激光设备包括两个外增益部分，每个外增益部分通过注入相应的调制电流而被直接调制。所述双输出直接调制激光设备还包括中心部分，所述中心部分包括分布式反射器，所述分布式反射器向所述两个外增益部分提供光反馈，同时防止受激光子的生成。所述两个外增益部分形成两个激光腔，每个激光腔被配置为在远离所述中心部分的方向上发射直接调制信号作为光输出信号。所述双输出直接调制激光设备可以同时用于主PON上行和子PON下行传输，因此，利用这种增强的功能，通过降低的功耗和实施成本，所述激光设备使得无源光网络架构更具能效。

Description

双输出直接调制激光设备、光网络单元和无源光网络
技术领域
本公开大体上涉及光通信领域，并且更具体地，涉及双输出直接调制激光设备、光网络单元和无源光网络。
背景技术
通常，无源光网络(passive optical network，PON)可以定义为使用光纤电信技术向最终用户提供宽带网络接入的光网络。典型的PON是点对多点光网络，其中，单根光纤用于服务多个最终用户。典型的PON使用无源光组件(即，不需要电源运行的光组件)，以便在多个最终用户(或接入点)之间分配光纤带宽。典型的PON由三个主要组件组成：光线路终端(optical line termination，OLT)、无源光连接器和一组传统光网络单元(opticalnetwork unit，ONU)。OLT是位于服务提供商中心局的专用交换机，通过无源光连接器(例如分路器、耦合器和熔接器)将骨干网连接到一组传统ONU。该组传统ONU中的每一个都可以称为用户侧设备，每一个ONU将光纤信号转换为用户侧的电信号，并为商业或住宅用户提供可靠的光纤以太网服务。传统PON的示例包括但不限于光纤到户(fiber to the home，FTTH)、光纤到路边(fiber to the curb，FTTC)、光纤到建筑物(fiber to the building，FTTB)、光纤到地板(fiber to the floor，FTTF)、光纤到房间(fiber to the room，FTTR)等。
随着光通信的最新发展，下一代无源光网络(passive optical network，PON)的目标是为园区、工厂、建筑物甚至房间提供更高的数据速率，如大于或等于10千兆每秒(Gigabits per second，Gbps)的数据速率。传统PON可以将“主PON”(例如光纤到建筑物(fiber to the building，FTTB))连接到“子PON”(如光纤到房间(fiber to the room，FTTR))，使用多个单独封装的设备，这些设备是在“主PON”与“子PON”之间创建光链路所需的。这种传统方法既不具成本效益，也不不具能效，因为它只是通过将“子PON”的成本添加到“主PON”中来使得相应的组件成本成倍增加，并导致需要光衰减器来调整“子PON”接收器的光功率水平。因此，单片设备的独立双通道激光操作可以以对称双面半导体激光设备的形式使用。这种类型的对称双面半导体激光设备在两个激光面具有中心分布式反馈(distributed feedback，DFB)部分和电吸收调制部分，并用于产生具有部分能效的提高的数据速率(例如112Gbps和120Gbaud)。尽管对称双面电吸收调制激光器(electro-absorption modulated laser，EML)设备是共享共同增益和吸收介质的单片设备，但是，传统单面EML设备需要外延增生步骤，以组合两种不同的材料用于增益和吸收区。这通常会降低制造良率，从而使传统EML设备的成本要高得多，在经济上不适用于光接入ONU，而系统成本是主要关注的问题。此外，这种传统EML设备在调整每个面的光功率水平方面的灵活性有限，而外调制过程之后的一般功率电平也倾向于较低。因此，传统激光设备和传统PON存在低能效和高实现成本的技术问题。
因此，根据前面的讨论，需要克服与传统激光设备以及由此的传统PON关联的上述缺点。
发明内容
本公开提供了一种双输出直接调制激光设备、光网络单元和无源光网络。本公开提供了一种针对与传统PON相关联的低能效和高实现成本的现有问题的解决方案，其中该问题由于现有PON中的如下现实而变得更加复杂，该现实即使用多个单独封装的设备来创建主PON与子PON之间的光链路，这增加了传统PON的整体实现成本和功耗。本公开的目的是提供一种至少部分克服现有技术中遇到的问题的解决方案，并提供一种改进的激光设备，该激光设备可以同时用于主PON上行和子PON下行传输，从而提供比传统PON更具能效和成本效益的PON。
本公开的一个或多个目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。本公开的有利实现方式在从属权利要求中进一步限定。
在一个方面，本公开提供了一种用于生成两个不同的光输出信号的双输出直接调制激光设备。该双输出直接调制激光设备包括：两个外增益部分，每个外增益部分通过注入相应的调制电流而被直接调制；中心部分，包括向两个外增益部分提供光反馈的分布式反射器，以防止两个外增益部分之间的串扰。两个外增益部分形成两个激光腔，每个激光腔被配置为在远离中心部分的方向上发射直接调制信号作为光输出信号。
本公开的双输出直接调制激光设备生成两个不同的光输出信号，每个激光腔生成一个光输出信号。通过提供两个光输出信号，可以降低光网络架构(例如，无源光网络(passive optical network，PON))的整体实现成本。双输出直接调制激光设备以使两个不同的光输出信号具有主PON上行和子PON下行能力两者的方式提供了增强的功能。因此，双输出直接调制激光设备在单个激光设备中提供了两个单独的直接调制激光设备的功能，这进一步实现了更高的能效、降低的功耗和低的组件成本。此外，与传统电吸收调制部分(electro-absorption modulated laser，EML)不同，双输出直接调制激光设备中不需要额外的外延增生步骤，从而获得简化的制造工艺以及低的制造成本。
在一种实现方式中，中心部分的长度选择为使得外增益部分之间的透射小于预定义的水平。
中心部分长度的适当选择确保了激光设备中的无串扰双输出直接调制。
在另一种实现方式中，第一外增益部分的长度大于第二外增益部分的长度，使得对应的第一激光腔的功率输出大于第二激光腔的功率输出。
第一外增益部分的长度被保持比第二外增益部分的长度长，以产生非对称外增益部分。通过非对称外增益部分，来自由两个外增益部分形成的激光腔的相应输出光信号可以根据光网络架构的要求以不同的光功率水平操作，以匹配相应的链路功率预算。因此，非对称外增益部分可以由于消除对光衰减器的需求而降低功耗并简化光网络架构。
在另一种实现方式中，第一调制电流的数据速率与第二调制电流的数据速率不同。
有益的是，从双输出直接调制激光设备生成的具有不同数据速率的两个不同光输出信号可以同时用于主PON上行和子PON下行，并进一步实现节能。
在另一种实现方式中，中心部分包括有源区材料，该有源区材料被偏置为使得中心部分的光增益基本上等于或小于与中心部分关联的聚合光损耗。
通过偏置中心部分的有源区材料，双输出直接调制激光设备变得光透明，并且防止在中心反射部分中生成受激光子。因此，防止了来自中心反射器部分的不相关光子与来自双输出直接调制激光设备的外增益部分的两个光调制信号之间的串扰，同时减少了中心反射器部分中的过量吸收损耗。
在另一种实现方式中，两个外增益部分与中心部分共享公共有源区材料层。
有益的是，不需要额外的外延增生步骤，这简化了激光设备的制造过程，并具有低的制造成本。
在另一种实现方式中，激光设备的有源区材料层由两个半部分形成，每个半部分用于发射不同的波长带。
双输出直接调制激光设备的有源区材料层由两个半部分形成，以允许在两个完全不同的波长带中发射(例如，用于千兆无源光网络(gigabit passive optical network，GPON)或扩展千兆无源光网络(extended gigabit passive optical network，XGPON)的1270纳米和1490纳米)。
在另一种实现方式中，中心部分包括由无源材料形成的波导。
有益的是，通过减轻保持在透明程度或低于透明程度的要求，可以放宽对中心部分偏置电平精度的要求。
在另一种实现方式中，反射器是高折射率分布式布拉格反射器。
中心部分包括高折射率分布式布拉格反射器，该反射器用作反射镜，并且因此，向两个外增益部分提供足够的光反馈。
在另一种实现方式中，激光设备被划分成三个独立的部分，该划分通过在相邻的用于每个部分的电接触部之间蚀刻隔离沟槽来进行。
有益的是，两个外增益部分和中心部分可以用相同的外延材料形成，并且不需要额外的外延增生步骤。
在另一种实现方式中，每个腔用作法布里-珀罗型腔。
两个外增益部分可以被配置用作法布里-珀罗型腔，并在不需要改进的模式选择性的情况下使用。
在另一种实现方式中，每个腔包括光栅，用于以选择腔的预定义的波长。
通过光栅，可以选择每个外增益部分的预定义的波长，以减少串扰。
在另一种实现方式中，针对每个腔选择不同的波长。
通过光栅，不同波长的光输出信号的发射有可能减少串扰。
另一方面，本公开提供了一种光网络单元(optical network unit，ONU)。ONU被配置用于接收来自下行主无源光网络(passive optical network，PON)的数据。ONU包括激光设备。激光设备的第一激光腔被配置用于向上行主PON发送第一直接调制信号，并且激光设备的第二激光腔被配置用于向下行子PON发送第二直接调制信号。
本公开的光网络单元(optical network unit，ONU)提供了一种连接上行主PON和下行子PON的具有能效的方式。ONU包括双输出直接调制激光设备，其提供了两个不同的光输出信号，以便同时连接上行主PON和下行子PON，从而获得低的功耗以及更高的能效。
在又一方面，本公开提供了一种无源光网络(passive optical network，PON)。PON包括主PON，用于向多个ONU发送数据和从多个ONU接收数据。PON还包括多个子PON，对应地从多个ONU接收数据和向多个ONU发送数据。
本公开的无源光网络(passive optical network，PON)提供了一种以高速数据速率向最终用户提供宽带网络接入的具有能效的方式。PON提供了更高的带宽、高灵活性、高可靠性、高适应性、易于管理和每个最终用户的低成本。通过PON，连接到多个子PON的大量最终用户可以以非常低的成本访问高速数据。
需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、电路、单元和模块可以在软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指相应实体适于或被配置用于执行相应步骤和功能。即便在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员也应清楚，这些方法和功能可以在相应的硬件或软件元件或其任何组合中实现。将会理解，本公开的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所限定的本公开的范围。
本公开的附加方面、优点、特征和目的将从附图和结合以下所附权利要求书解释的说明性实现方式的详细描述中变得显而易见。
附图说明
当结合附图阅读时，以上发明内容以及说明性实施例的以下详细描述将得以更好地理解。为了说明本公开，本公开的示例性结构在附图中示出。但是，本公开不限于本文公开的具体方法和手段。此外，本领域技术人员应理解，附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，相同的元件用相同的数字表示。
现在参考下图仅作为示例来描述本公开的实施例，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。
图2是根据本公开的另一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。
图3是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。
图4是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。
图5是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。
图6是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。
图7A是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。
图7B是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。
图8A是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的眼图的图形表示。
图8B是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的眼图的图形表示。
图9是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的每个部分中光增益的分布的图形表示。
图10A是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在线性尺度上的分布的图形表示。
图10B是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在对数尺度上的分布的图形表示。
图11A是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。
图11B是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。
图12A是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的眼图的图形表示。
图12B是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的眼图的图形表示。
图13是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的每个部分中光增益的分布的图形表示。
图14A是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在线性尺度上的分布的图形表示。
图14B是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在对数尺度上的分布的图形表示。
图15A是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。
图15B是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。
图16A是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的眼图的图形表示。
图16B是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的眼图的图形表示。
图17是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的每个部分中光增益的分布的图形表示。
图18A是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在线性尺度上的分布的图形表示。
图18B是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在对数尺度上的分布的图形表示。
图19是根据本公开的一个实施例的无源光网络的实现场景。
在附图中，带下划线的数字用于表示带下划线的数字所在的项目或与带下划线的数字相邻的项目。不带下划线的数字与将不带下划线的数字链接到项目的线所标识的项目有关。当一个数字不带下划线并伴随关联的箭头时，不带下划线的数字用于标识箭头指向的总体项目。
具体实施方式
以下详细描述说明了本公开的实施例以及可以实现这些实施例的方式。虽然已经公开了实施本公开的一些模式，但本领域技术人员将认识到，也可以存在用于实施或实践本公开的其它实施例。
图1是根据本公开的一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。参考图1，示出了双输出直接调制激光设备(下文简称为激光设备100)，包括上部p型掺杂层102、下部n型掺杂层104和有源区材料层106。激光设备100还包括两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)和中心部分110。激光设备100还包括两个激光腔，例如在中心部分110与激光面112A之间形成的第一激光腔和在中心部分110与激光面112B之间形成的第二激光腔。还示出了三个电接触部(例如第一电接触部114A、第二电接触部114B和第三电接触部114C)和两个隔离沟槽(例如第一隔离沟槽116A和第二隔离沟槽116B)。激光设备100生成两个直接调制光输出信号，例如第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B。
本公开提供了一种用于生成两个不同的光输出信号的双输出激光直接调制激光设备(即激光设备100)，其包括：
两个外增益部分，每个外增益部分通过注入相应的调制电流直接调制；
中心部分110，包括分布式反射器，分布式反射器向两个外增益部分提供光反馈，同时防止受激光子的生成；
其中，两个外增益部分形成两个激光腔，每个激光腔被配置为在远离中心部分110的方向上发射直接调制信号作为光输出信号。
双输出激光直接调制激光设备(即激光设备100)也可以称为半导体激光器或二极管激光器。激光设备100可以用于但不限于光电信、光数据存储、计量、光谱、材料处理、其它激光器的泵送和医疗。激光设备100的示例包括但不限于双异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、带间级联激光器、分离约束异质结构激光器、分布式布拉格反射激光器、分布式反馈激光器、垂直腔表面发射激光器、垂直外腔表面发射激光器、外腔二极管激光器等。
双输出激光直接调制激光设备(即激光设备100)包括两个外增益部分，每个外增益部分通过注入相应的调制电流直接调制。两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)也可以称为直接调制增益部分(或分布式反馈(distributedfeedback，DFB)型增益部分)。第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个分别具有光栅耦合因子k1和k2。第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个被偏置远高于激光设备100的阈值，以便通过注入相应的调制电流来实现直接和独立的调制。附加地，第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个的光输出可以通过注入相应的调制电流直接控制。换句话说，激光设备100的直接调制光输出(即，第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B)跟随施加到第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个的相应调制电流。
激光设备100还包括中心部分110，中心部分110包括分布式反射器，分布式反射器向两个外增益部分提供光反馈，同时防止受激光子的生成。中心部分110包括分布式反射器，例如分布式布拉格反射器。分布式反射器是用作反射镜的高折射率反射器，并且因此向第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个提供光反馈。
两个外增益部分形成两个激光腔，每个激光腔被配置为在远离中心部分110的方向上发射直接调制信号作为光输出信号。两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)建立两个独立的激光腔，例如中心部分110与激光面112A之间的第一激光腔和中心部分110与激光面112B之间的第二激光腔，其中，光在相应的如劈开(as-cleaved)的或抗反射涂层输出面与中心分布式布拉格反射器之间振荡。两个直接调制光输出信号(例如第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B)分别通过两个激光面(例如第一激光面112A和第二激光面112B)发射。第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B中的每一个在远离中心部分110的方向的相反方向上发射。
根据一个实施例，反射器是高折射率分布式布拉格反射器。激光设备100的中心部分110包括高折射率差分布式布拉格反射器，该反射器是由具有某种特性的折射率的周期性变化(例如，具有变化折射率的波导或多层交替材料的尺寸(例如高度和/或宽度)的周期性变化)形成的结构，由此能够实现波导中有效折射率的周期性变化。分布式布拉格反射器用作中心部分110中的反射镜，并且因此向第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个提供光反馈。
根据一个实施例，激光设备100被划分成三个独立的部分，该划分是通过相邻的用于针对每个部分的电接触部之间蚀刻隔离沟槽而进行的。激光设备100通过使用蚀刻隔离沟槽(例如第一隔离沟槽116A和第二隔离沟槽116B)而被划分为三个独立的部分，即第一外增益部分108A、中心部分110和第二外增益部分108B。第一隔离沟槽116A和第二隔离沟槽116B中的每一个在相邻的电接触部(例如第一电接触部114A、第二电接触部114B和第三电接触部114C)之间形成。第一隔离沟槽116A在第一外增益部分108A与中心部分110之间形成，以实现第一外增益部分108A与中心部分110之间的电隔离。第二隔离沟槽116B在中心部分110与第二外增益部分108B之间形成，以实现中心部分110与第二外增益部分108B之间的电隔离。第一电接触部114A在第一外增益部分108A上形成，并用于将相应的调制电流注入第一外增益部分108A。类似地，第二电接触部114B在第二外增益部分108B上形成，并用于将相应的调制电流注入第二外增益部分108B。第三电接触部114C在中心部分110上形成，并用于偏置中心部分110。第一隔离沟槽116A和第二隔离沟槽116B中的每一个也可以称为隔离沟槽。
根据一个实施例，两个外增益部分与中心部分110共享公共有源区材料层。激光设备100包括上部p型掺杂层102、下部n型掺杂层104和有源区材料层106。上部p型掺杂层102通过p型杂质的掺杂形成，而下部n型掺杂层104通过n型杂质的掺杂形成。有源区材料层106夹在上部p型掺杂层102与下部n型掺杂层104之间(或为两者共用)。有源区材料层106可以对应于多量子阱有源区。激光设备100的两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)和中心部分110在相同的外延材料(即，有源区材料层106)上形成。因此，与传统EML相反，激光设备100中不需要额外的外延增生步骤。
根据一个实施例，中心部分110的长度选择为使得外增益部分之间的透射小于预定义的水平。中心部分110位于第一外增益部分108A与第二外增益部分108B之间。中心部分110的长度选择为使得第一外增益部分108A和第二外增益部分108B之间的透射小于预定义的水平，这可以通过减小它们之间的光子密度来获得。因此，中心部分110的长度必须具有足够的尺寸，以便向第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个提供足够的光反馈。此外，中心部分110长度的适当选择确保了激光设备100中的无串扰双输出直接调制。
根据一个实施例，第一外增益部分108A的长度大于第二外增益部分108B的长度，使得在面112A发射的对应的第一激光腔的功率输出大于在面112B发射的第二激光腔的功率输出。第一外增益部分108A的长度保持比第二外增益部分108B的长度长，以产生非对称外增益部分。通过非对称外增益部分，从两个激光腔(例如分别在第一激光面112A和第二激光面112B)发射的第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B中的每一个可以在不同的光功率水平下操作，以便匹配相应的链路功率预算。非对称外增益部分(例如第一外增益部分108A(即，较长的部分)和第二外增益部分108B(即，较短的部分))可以由于消除对光衰减器的需要而进一步降低功耗并简化无源光网络架构。可选地，两个外增益部分(第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)的光栅耦合因子(k1、k2)可以不同或相同，但光栅耦合因子(k)的较低值对于更长和更高的功率增益部分是优选的，以避免过高的光功率传播到中心部分110中。
根据一个实施例，第一调制电流的数据速率与第二调制电流的数据速率不同。第一调制电流通过第一电接触部114A注入第一外增益部分108A，而第二调制电流通过第二电接触部114B注入第二外增益部分108B。第一调制电流的数据速率保持与第二调制电流的数据速率不同。换句话说，从相应的外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)生成具有不同数据速率的两个不同的直接调制光输出信号(例如第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B)，这是因为直接调制光输出信号(118A、118B)直接由它们相应的调制电流控制。
根据一个实施例，中心部分110包括有源区材料层106，该有源区材料层106被偏置为使得中心部分110的光增益基本上等于或小于与中心部分110关联的聚合光损耗。中心部分110的有源区材料层106通过第三电接触部114C偏置。中心部分110的有源区材料层106的偏置在某一透明程度或在该透明程度以下完成。透明程度可以定义为中心部分110的光增益(g)基本上等于或小于与中心部分110关联的聚合光损耗(α)的操作点。因此，激光设备100在该透明程度上变得光透明。这被执行以便向第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个提供光反馈，同时防止在中心部分110中生成受激光子(g>0)或诱导实质光损耗(g<0)。这样，激光设备100中不需要电吸收调制部分，因为它们被直接调制部分(即，第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)取代。因此，与传统激光设备相比，激光设备100的成本更低。
因此，激光设备100提供两个不同的光输出信号，分别是从第一激光腔112A和第二激光腔112B发射的第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B。因此，激光设备100将两个单独DML的功能组合在单个设备中。附加地，与传统分布式反馈直接调制激光(distributed feedback directly modulated laser，DFB DML)设备相比，激光设备100的生长过程的成本较低。与传统电吸收调制部分(electro-absorption modulatedsection，EML)相反，不需要额外的外延增生步骤，这简化了激光设备100的制造。此外，第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B中的每一个可以根据光网络架构以相同或不同的数据速率以及相同或不同的光功率水平操作。第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B中的一个可以用作到“主PON”(例如，到建筑物的光纤FTTB网络)的上行发送信号，另一个可以用作朝向“子PON”(例如，到房间的光纤FTTR)最终用户的时分复用下行信号。通过以非对称方式设计第一外增益部分108A(即，较长的部分)和第二外增益部分108B(即，较短的部分)，实现与第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B中的每一个关联的不同光功率水平，以便可以调整每个激光面(即112A、112B)处的光输出水平，以便匹配相应的链路功率预算。这可以进一步导致降低的激光设备100的功耗和高的能效，以及消除了光衰减器的简化网络架构。在一种情况下，如果需要热电冷却器(thermoelectric cooler，TEC)，则这也可以由两个外增益部分(即，第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)共享。
图2是根据本公开的另一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。结合图1的元件描述图2。参考图2，示出了双输出直接调制激光设备(下文简称为激光设备200)，包括上部p型掺杂层202、下部n型掺杂层204和有源区材料层206。激光设备200还包括两个外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)和中心部分210。激光设备200还包括两个激光腔，例如在中心部分210与激光面212A之间形成的第一激光腔和在中心部分210与激光面212B之间形成的第二激光腔。还示出了三个电接触部(例如第一电接触部214A、第二电接触部214B和第三电接触部214C)和两个隔离沟槽(例如第一隔离沟槽216A和第二隔离沟槽216B)。激光设备200生成两个直接调制光输出信号，例如第一直接调制光输出信号218A和第二直接调制光输出信号218B。
激光设备200对应于(图1的)激光设备100，但有不同。不同的是，在激光设备200中，两个外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)以对称方式设计。这意味着第一外增益部分208A和第二外增益部分208B的长度保持相同。激光设备200是激光设备100的第一替代实现方式。由于第一外增益部分208A和第二外增益部分208B的长度相等，所以激光设备200允许在每个输出面212A和212B处具有相同或相似的功率发射水平。
激光设备200的上部p型掺杂层202、下部n型掺杂层204、有源区材料层206、中心部分210、中心部分210与激光面212A之间的第一激光腔、中心部分210与激光面212B之间的第二激光腔、第一电接触部214A、第二电接触部214B、第三电接触部214C、第一隔离沟槽216A、第二隔离沟槽216B、第一直接调制光输出信号218A和第二直接调制光输出信号218B的工作和连接与例如在图1中详细描述的相同，因此为了简洁起见，在此省略。
图3是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。结合图1和图2的元件描述图3。参考图3，示出了双输出直接调制激光设备(下文简称为激光设备300)，其包括上部p型掺杂层302、下部n型掺杂层304和有源区材料层306。激光设备300还包括两个外增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)和中心部分310。激光设备300还包括两个激光腔，例如在中心部分310与激光面312A之间形成的第一激光腔和在中心部分310与激光面312B之间形成的第二激光腔。还示出了三个电接触部(例如第一电接触部314A、第二电接触部314B和第三电接触部314C)和两个隔离沟槽(例如第一隔离沟槽316A和第二隔离沟槽316B)。激光设备300生成两个直接调制光输出信号，例如第一直接调制光输出信号318A和第二直接调制光输出信号318B。
激光设备300对应于(图1的)激光设备100，但有不同。不同的是，在激光设备300中，两个外增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)被设计为与在激光设备100和(图2的)激光设备200中设计的分布式反馈(distributed feedback，DFB)型增益部分不同的法布里-珀罗型增益部分。
根据一个实施例，每个腔用作法布里-珀罗型腔。在激光设备300中，在不需要改善的模式选择性的情况下，第一外增益部分308A和第二外增益部分308B中的每一个被设计为不具有蚀刻光栅结构的法布里-珀罗型增益部分。在法布里-珀罗型增益部分的情况下，第一外增益部分308A和第二外增益部分308B中的每一个可以由两个紧密间隔的部分反射镜形成，这两个反射镜在小的入射光角度下，在数倍于反射镜的间距的波长时，形成具有最大光传输的谐振光腔。在激光设备300的情况下，两个这样的法布里-珀罗型腔分别在中心部分310与激光面312A之间以及在中心部分310与激光面312B之间形成。有益的是，激光设备300由于其法布里-珀罗型增益部分(即，第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)而显示出多模宽纵向激光光谱，并且没有模式选择性反馈机制。激光设备300可以对应于(图1的)激光设备100的第二替代实现方式。
激光设备300的上部p型掺杂层302、下部n型掺杂层304、有源区材料层306、中心部分310、第一激光腔312A、第二激光腔312B、第一电接触部314A、第二电接触部314B、第三电接触部314C、第一隔离沟槽316A、第二隔离沟槽316B、第一直接调制光输出信号318A和第二直接调制光输出信号318B的工作和连接与例如在图1中详细描述的相同，因此为了简洁起见，在此省略。
图4是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。结合图1、图2和图3的元件描述图4。参考图4，示出了双输出直接调制激光设备(下文简称为激光设备400)，其包括上部p型掺杂层402、下部n型掺杂层404和有源区材料层406。激光设备400还包括两个外增益部分(例如第一外增益部分408A和第二外增益部分408B)和中心部分410。激光设备400还包括两个激光腔，例如在中心部分410与激光面412A之间形成的第一激光腔和在中心部分410与激光面412B之间形成的第二激光腔。还示出了三个电接触部(例如第一电接触部414A、第二电接触部414B和第三电接触部414C)和两个隔离沟槽(例如第一隔离沟槽416A和第二隔离沟槽416B)。激光设备400生成两个直接调制光输出信号，例如第一直接调制光输出信号418A和第二直接调制光输出信号418B。
激光设备400的上部p型掺杂层402、下部n型掺杂层404、有源区材料层406、第一外增益部分408A、第二外增益部分408B、中心部分410、在中心部分410与激光面412A之间形成的第一激光腔、在中心部分410与激光面412B之间形成的第二激光腔、第一电接触部414A、第二电接触部414B、第三电接触部414C、第一隔离沟槽416A、第二隔离沟槽416B、第一直接调制光输出信号418A、第二直接调制光输出信号418B的工作和连接与例如在图1中详细描述的相同，因此为了简洁起见，在此省略。
激光设备400对应于(图1的)激光设备100，但有不同。不同的是，在激光设备400中，第一外增益部分408A和第二外增益部分408B中的每一个具有不同的光栅间距。
根据一个实施例，每个腔包括光栅，用以选择腔的预定义的波长。换句话说，第一外增益部分408A和第二外增益部分408B分别包括光栅间距Λ1和Λ2。第一外增益部分408A和第二外增益部分408B中的每一个的光栅间距Λ1和Λ2彼此失谐，以便能够在稍微不同的发射波长下激射，从而减少串扰。
根据一个实施例，为每个腔选择不同的波长。分别具有光栅间距Λ1和Λ2的第一外增益部分408A和第二外增益部分408B中的每一个被配置用于发射不同的波长，以减少串扰。
图5是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。结合图1、图2、图3和图4的元件描述图5。参考图5，示出了双输出直接调制激光设备(下文简称激光设备500)，其包括上部p型掺杂层502、下部n型掺杂层504和由两个半部分(例如第一半部分活性区材料层506A和第二半部分活性区材料层506B)形成的有源区材料层。激光设备500还包括两个外增益部分(例如第一外增益部分508A和第二外增益部分508B)和中心部分510。激光设备500还包括两个激光腔，例如在中心部分510与第一激光面512A之间形成的第一激光腔和在中心部分510与第二激光面512B之间形成的第二激光腔。还示出了三个电接触部(例如第一电接触部514A、第二电接触部514B和第三电接触部514C)和两个隔离沟槽(例如第一隔离沟槽516A和第二隔离沟槽516B)。激光设备500生成两个直接调制光输出信号，例如第一直接调制光输出信号518A和第二直接调制光输出信号518B。
激光设备500的上部p型掺杂层502、下部n型掺杂层504、第一外增益部分508A、第二外增益部分508B、中心部分510、在中心部分510与第一激光面512A之间形成的第一激光腔、在中心部分510与第二激光面512B之间形成的第二激光腔、第一电接触部514A、第二电接触部514B、第三电接触部514C、第一隔离沟槽516A、第二隔离沟槽516B、第一直接调制光输出信号518A、第二直接调制光输出信号518B的工作和连接与例如在图1中详细描述的相同，因此为了简洁起见，在此省略。
根据一个实施例，激光设备500的有源区材料层由两个半部分形成，每个半部分被配置用于发射不同的波长带。激光设备500对应于包括两个不同的有源区材料层的对接激光结构。因此，激光设备500的有源区材料层由两个半部分形成，例如第一半部分有源区材料层506A和第二半部分有源区材料层506B。第一半有源区材料层506A和第二半有源区材料层506B可以被配置用于允许在两个完全不同的波长带中发射(例如，用于千兆无源光网络(gigabit passive optical network，GPON)或扩展千兆无源光网络(extended gigabitpassive optical network，XGPON)的1270纳米和1490纳米)。
此外，第一外增益部分508A和第二外增益部分508B的光栅间距(Λ1和Λ2)被调整为使得它们的布拉格波长与目标发射波长一致。具有光栅间距Λ1和Λ2的每个光栅部分(即，第一外增益部分508A和第二外增益部分508B)在中心部分510中的长度被调整为产生对第一外增益部分508A和第二外增益部分508B的足够反馈，因为属于相对腔的相邻光栅部分被设计用于非常不同的发射带，并且因此不适合提供光反馈。
可选地，第一半有源区材料层506A和第二半有源区材料层506B可以与(图2的)激光设备200和(图3的)激光设备300结合使用。
图6是根据本公开的又一个实施例的双输出直接调制激光设备的示意图。结合图1、图2、图3、图4和图5的元件描述图6。参考图6，示出了双输出直接调制激光设备(下文简称激光设备600)，其包括在两个外增益部分(例如第一外增益部分608A和第二外增益部分608B)中的上部p型掺杂层602、下部n型掺杂层604、有源区材料层606A，以及由中心部分610中的无源材料形成的波导606B。激光设备600还包括两个激光腔，例如在中心部分610与第一激光面612A之间形成的第一激光腔和在中心部分610与第二激光面612B之间形成的第二激光腔。还示出了两个电接触部(例如第一电接触部614A和第二电接触部614B)和两个隔离沟槽(例如第一隔离沟槽616A和第二隔离沟槽616B)。激光设备600生成两个直接调制光输出信号，例如第一直接调制光输出信号618A和第二直接调制光输出信号618B。
激光设备600的上部p型掺杂层602、下部n型掺杂层604、有源区材料层606A、第一外增益部分608A、第二外增益部分608B、第一激光腔612A、第二激光腔612B、第一电接触部614A、第二电接触部614B、第一隔离沟槽616A、第二隔离沟槽616B、第一直接调制光输出信号618A和第二直接调制光输出信号618B的工作和连接与例如在图1中详细描述的相同，因此为了简洁起见，在此省略。
根据一个实施例，中心部分610包括由无源材料形成的波导606B。激光设备600对应于(图1的)激光设备100，但有不同。不同的是，在激光设备600中，中心部分610包括由无源材料形成的波导606B。在激光设备600中，通过减轻保持在透明程度或低于透明程度的需要，放宽了对中心部分610的偏置电平精度的要求。结果，在激光设备600的中心部分610上不需要电接触。但是，需要额外的外延再生步骤来在激光设备600的中心部分610中形成波导606B。
可选地，波导606B也可以与激光设备100、200、300、400和500中的任何一个一起使用。
图7A是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。结合图1的元件描述图7A。参考图7A，示出了图形表示700A，其示出了从(图1的)激光设备100的第一外增益部分108A的第一激光面112A发射的第一直接调制光输出信号118A的光输出功率的时间演变。
图形表示700A是通过将激光设备100考虑为非对称设备而获得的，该非对称设备具有长度为200微米(micro-meter，μm)的第一外增益部分108A、长度为150μm的第二外增益部分108B和长度为400μm的中心部分110。第一外增益部分108A使用非归零(non-return-to-zero，NRZ)伪随机二进制序列(pseudo random binary sequenc，PRBS)以10Gbps的数据速率调制。NRZ PRBS是二进制序列，其中，1由一个重要条件表示，通常是正电压，而零由某一其它重要条件表示，通常是负电压，没有其它中性或静止条件。但是，第一外增益部分108A的调制数据速率可以灵活地选择，例如1.25Gbps、2.5Gbps或25Gbps。
图形表示700A表示X轴702上以纳秒(nanosecond，ns)为单位的时间和Y轴704上以毫瓦(milliwatt，mW)为单位的光输出功率值。还示出了在轴705上以毫安(milli-ampere，mA)为单位的输入电流。多条第一线706表示激光设备100的第一外增益部分108A的第一调制电流图案。第一调制电流图案指示通过第一电接触部114A注入第一外增益部分108A的第一调制电流。多条第二线708表示从激光设备100的第一激光面112A发射的第一直接调制光输出信号118A的第一光输出功率图案。从图形表示700A可以观察到，可以获得激光设备100的第一外增益部分108A的独立调制。
图7B是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。结合图1和图7A的元件描述图7B。参考图7B，示出了图形表示700B，其示出了在从(图1的)激光设备100的第二外增益部分108B的第二激光面112B发射的第二直接调制光输出信号118B方面光输出功率的时间演变。
与图形表示700A类似，图形表示700B是通过将激光设备100考虑为非对称设备而获得的，该非对称设备具有长度为200微米(micro-meter，μm)的第一外增益部分108A、长度为150μm的第二外增益部分108B和长度为400μm的中心部分110。第二外增益部分108B使用非归零(non-return-to-zero，NRZ)伪随机二进制序列(pseudo random binary sequence，PRBS)以2.5Gbps的数据速率调制。但是，第二外增益部分108B的调制数据速率可以灵活地选择，例如1.25Gbps、2.5Gbps或10Gbps。
图形表示700B表示X轴710上以纳秒(nanosecond，ns)为单位的时间和Y轴712上以mW为单位的输出光功率值。还示出了在轴713上以mA为单位的输入电流。多条第一线714表示激光设备100的第二外增益部分108B的第二调制电流图案。第二调制电流图案指示通过第二电接触部114B注入第二外增益部分108B的第二调制电流。多条第二线716表示从激光设备100的第二激光面112B发射的第二直接调制光输出信号118B的第二光输出功率图案。从图形表示700B可以观察到，可以获得激光设备100的第二外增益部分108B的独立调制。
通过考虑长度不同并且具有折射率差的第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110来获得图形表示700A和700B中的每一个。例如，为第一外增益部分108A、中心部分110和第二外增益部分108B分别选择0.005、0.01和0.01的折射率差Δn。折射率差产生了63cm-1和127cm-1的不同光栅耦合系数。第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个在个体DC和峰峰电流摆动下偏置，以在每个面产生不同的光输出功率水平。例如，在图形表示700A中，第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个在150mA的IDC和100mA的Ipp下偏置。类似地，在图形表示700B中，第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个在100mA的IDC和80mA的Ipp下偏置。从图形表示700A和700B中的每一个可以观察到，第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B在初始预热时间之后跟随它们的注入调制电流。与图形表示700A中从第一外增益部分108A(即，通道1)的第一激光腔112A发射的第一直接调制光输出信号118A相比，在图形表示700B中，从第二外增益部分108B(即，通道2)的第二激光腔112B发射的第二直接调制光输出信号118B跟随相对于零电平稍微更强的显著残余振荡。但是，尽管与第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B关联的光功率不同，但可以获得第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个的独立调制。在激光设备100(即，非对称设备)中，可以通过使用相应的低速接收器过滤掉不希望的振荡。
图8A是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的眼图的图形表示。结合图1的元件描述图8A。参考图8A，示出了图形表示800A，其示出了激光设备100的第一直接调制光输出信号118A的眼图。
图形表示800A表示X轴802上以纳秒(nanosecond，ns)为单位的相对时间和Y轴804上以毫瓦(milliwatt，mW)为单位的光信号值。还示出了第一直接调制光输出信号118A的眼图806。第一直接调制光输出信号118A是通过使用NRZ PRBS发生器以10Gbps的数据速率调制第一外增益部分108A(即，通道1)而获得的。
图8B是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的眼图的图形表示。结合图1和图8A的元件描述图8B。参考图8B，示出了图形表示800B，其示出了激光设备100的第二直接调制光输出信号118B的眼图。
图形表示800B表示X轴808上以纳秒(nanosecond，ns)为单位的相对时间和Y轴810上以毫瓦(milliwatt，mW)为单位的光信号值。还示出了第二直接调制光输出信号118B的眼图812。第二直接调制光输出信号118B是通过使用NRZ PRBS发生器以2.5Gbps的数据速率调制第二外增益部分108B(即，通道2)而获得的。
(图8A的)眼图806和(图8B的)812中的每一个是通过将激光设备100考虑为非对称设备而获得的，该非对称设备具有长度为200微米(micro-meter，μm)的第一外增益部分108A、长度为150μm的第二外增益部分108B和长度为400μm的中心部分110。眼图806和812中的每一个示出了第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B的光输出功率水平可以通过激光设备100的第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110中的每一个的设计和偏置来调节。这进一步导致在光网络架构中在光链路(例如，子PON)处的光衰减器的消除。此外，根据激光设备100的三个独立部分(即，第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110)中的每一个的偏置条件，与两个传统激光设备在相同电平上偏置的传统DFB DML设备相比，可以实现大约30％的电功率的节省。
图9是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的每个部分中光增益的分布的图形表示。结合图1的元件描述图9。参考图9，示出了图形表示900，其示出了(图1的)激光设备100的第一外增益部分108A、中心部分110和第二外增益部分108B中光增益的分布。
图形表示900表示第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110中的每一个在X轴902上的纵向位置(以微米(micrometre，μm)为单位)，以及在Y轴904上的光增益值(以每厘米(per centimetre，cm-1)为单位)。第一光增益曲线906表示在第一外增益部分108A中获得的光增益。第二光增益曲线908表示在中心部分110中获得的光增益。第三光增益曲线910表示在第二外增益部分108B中获得的光增益。从第一光增益曲线906、第三光增益曲线910和第二光增益曲线908可以观察到，分别地，在两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)中，光增益分布为正，而在中心部分110中，光增益分布降至零以下。
图10A是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在线性尺度上的分布的图形表示。结合图1的元件描述图10A。参考图10A，示出了图形表示1000A，其示出了(图1的)激光设备100的第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110中光子密度在线性尺度上的分布。
图形表示1000A表示第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110中的每一个在X轴1002上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1004上的光子密度值(以每立方厘米(per cubic centimetre，cm-3)为单位)。第一光子密度曲线1006表示线性尺度上第一外增益部分108A中的光子密度。第二光子密度曲线1008表示线性尺度上中心部分110中的光子密度。第三光子密度曲线1010表示线性尺度上第二外增益部分108B中的光子密度。从第一光子密度曲线1006和第三光子密度曲线1010可以观察到，在两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)中，光子密度分布以不同的速率经历放大。这进一步说明，可以调节第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个的偏置电平，以产生第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B的不同光输出功率。此外，第二光子密度曲线1008指示中心部分110中的减小的光子密度分布。这是由于仅有中心部分110的低偏置而发生的，因为中心部分110仅用作被动反射器。执行低偏置以避免来自中心部分110的不相关光子与来自外增益部分108A和108B的两个光调制信号之间的串扰，同时减少中心部分110中的过量吸收损耗。
图10B是示出根据本公开的一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在对数尺度上的分布的图形表示。结合图1和图10A的元件描述图10B。参考图10B，示出了图形表示1000B，其示出了(图1的)激光设备100的第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110中光子密度在对数尺度上的分布。
图形表示1000B表示第一外增益部分108A、第二外增益部分108B和中心部分110中的每一个在X轴1012上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1014上的光子密度值(以cm-3为单位)。第一光子密度曲线1016表示对数尺度上的第一外增益部分108A中的光子密度。第二光子密度曲线1018表示对数尺度上中心部分110中的光子密度。第三光子密度曲线1020表示对数尺度上第二外增益部分108B中的光子密度。从第一光子密度曲线1016和第三光子密度曲线1020可以观察到，在两个外增益部分(例如第一外增益部分108A和第二外增益部分108B)中，光子密度分布以不同的速率经历放大。这进一步说明，可以调节第一外增益部分108A和第二外增益部分108B中的每一个的偏置电平，以产生第一直接调制光输出信号118A和第二直接调制光输出信号118B的不同光输出功率。此外，第二光子密度曲线1018指示中心部分110中的减小的光子密度分布(例如，减小两个数量级)。这是由于仅有中心部分110的低偏置而发生的，因为中心部分110仅用作被动反射器。执行低偏置以避免来自中心部分110的不相关光子与来自外增益部分108A和108B的两个光调制信号之间的串扰，同时减少中心部分110中的过量吸收损耗。
图11A是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。结合图2的元件描述图11A。参考图11A，示出了图形表示1100A，其示出了从(图2的)激光设备200的第一外增益部分208A的第一激光面212A发射的第一直接调制光输出信号218A的光输出功率的时间演变。
图形表示1100A是通过将激光设备200考虑为对称设备而获得的，该对称设备具有长度为300μm的第一外增益部分208A、长度为300μm的第二外增益部分208B和长度为400μm的中心部分210。第一外增益部分208A使用非归零(non-return-to-zero，NRZ)伪随机二进制序列(pseudo random binary sequenc，PRBS)以2.5Gbps的数据速率调制。
图形表示1100A表示X轴1102上以纳秒(nanosecond，ns)为单位的时间和Y轴1104上以毫瓦(milliwatt，mW)为单位的光输出功率值。还示出了在轴1105上以毫安(milli-ampere，mA)为单位的输入电流。多条第一线1106表示激光设备200的第一外增益部分208A的第一激光腔212A的第一调制电流图案。第一调制电流图案指示通过第一电接触部214A注入第一外增益部分208A的第一调制电流。多条第二线1108表示从激光设备200的第一激光腔212A发射的第一直接调制光输出信号218A的第一光输出功率图案。从图形表示1100A可以观察到，可以获得激光设备200的第一外增益部分208A的独立调制。
图11B是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。结合图2和图11A的元件描述图11B。参考图11B，示出了图形表示1100B，其示出了从(图2的)激光设备200的第二外增益部分208B的第二激光面212B发射的第二直接调制光输出信号218B的光输出功率的时间演变。
与图形表示1100A类似，图形表示1100B是通过将激光设备200考虑为对称设备而获得的，该对称设备具有长度为300μm的第一外增益部分208A、长度为300μm的第二外增益部分208B和长度为400μm的中心部分210。第二外增益部分208B使用非归零(non-return-to-zero，NRZ)伪随机二进制序列(pseudo random binary sequence，PRBS)以10Gbps的数据速率调制。
图形表示1100B表示X轴1110上以ns为单位的时间和Y轴1112上以mW为单位的输出光功率值。还示出了在轴1113上以mA为单位的输入电流。多条第一线1114表示激光设备200的第二外增益部分208B的第二激光腔212B的第二调制电流图案。第二调制电流图案表示通过第二电接触部214B注入第二外增益部分208B的第二调制电流。多条第二线1116表示从激光设备200的第二激光面212B发射的第二直接调制光输出信号218B的第二光输出功率图案。从图形表示1100B可以观察到，可以获得激光设备200的第二外增益部分208B的独立调制。
也通过考虑长度相同并且具有相同折射率的第一外增益部分208A和第二外增益部分208B来获得图形表示1100A和1100B中的每一个。例如，为第一外增益部分208A、中心部分210和第二外增益部分208B分别选择0.005、0.01和0.005的折射率差Δn。第一外增益部分208A和第二外增益部分208B中的每一个的相同折射率(即Δn＝0.005)得到63cm-1的相同光栅耦合系数。类似地，中心部分210的折射率(即Δn＝0.01)得到127cm-1的光栅耦合系数。第一外增益部分208A和第二外增益部分208B中的每一个在相同的DC和峰峰电流摆动下偏置，以在每个面产生近似相等的光输出功率水平。例如，在图形表示1100A中，第一外增益部分208A和第二外增益部分208B中的每一个在130mA的IDC和100mA的Ipp下偏置。类似地，在图形表示1100B中，第一外增益部分208A和第二外增益部分208B中的每一个在130mA的IDC和100mA的Ipp下偏置。从图形表示1100A和1100B中的每一个可以观察到，在与第一直接调制光输出信号218A和第二直接调制光输出信号218B关联的近似相等的光功率下，可以获得第一外增益部分208A和第二外增益部分208B中的每一个的独立调制。
图12A是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的眼图的图形表示。结合图2、图11A和图11B的元件描述图12A。参考图12A，示出了图形表示1200A，其示出了激光设备200的第一直接调制光输出信号218A的眼图。
图形表示1200A表示X轴1202上以ns为单位的相对时间和Y轴1204上以mW为单位的光信号值。还示出了第一直接调制光输出信号218A的眼图1206。第一直接调制光输出信号218A是通过使用NRZ PRBS发生器以2.5Gbps的数据速率调制第一外增益部分208A(即，通道1)而获得的。
图12B是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的眼图的图形表示。结合图2、图11A、图11B和图12A的元件描述图12B。参考图12B，示出了图形表示1200B，其示出了激光设备200的第二直接调制光输出信号218B的眼图。
图形表示1200B表示X轴1208上以ns为单位的相对时间和Y轴1210上以mW为单位的光信号值。还示出了第二直接调制光输出信号218B的眼图1212。第二直接调制光输出信号218B是通过使用NRZ PRBS发生器以10Gbps的数据速率调制第二外增益部分208B(即，通道2)而获得的。
(图12A的)眼图1206和(图12B的)1212中的每一个是通过将激光设备200考虑为对称设备而获得的，该对称设备具有长度为300μm的第一外增益部分208A、长度为300μm的第二外增益部分208B和长度为400μm的中心部分210。眼图1206和1212中的每一个示出，第一直接调制光输出信号218A和第二直接调制光输出信号218B两者的眼都示出了清晰的眼开口。
图13是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的每个部分中光增益的分布的图形表示。结合图2的元件描述图13。参考图13，示出了图形表示1300，其示出了(图2的)激光设备200的第一外增益部分208A、中心部分210和第二外增益部分208B中光增益的分布。
图形表示1300表示第一外增益部分208A、第二外增益部分208B和中心部分210中的每一个在X轴1302上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1304上的光增益值(以cm-1为单位)。第一光增益曲线1306表示在第一外增益部分208A中获得的光增益。第二光增益曲线1308表示在中心部分210中获得的光增益。第三光增益曲线1310表示在第二外增益部分208B中获得的光增益。从第一光增益曲线1306、第三光增益曲线1310和第二光增益曲线1308可以观察到，分别地，在两个外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)中，光增益分布为正，而在中心部分210中，光增益分布降至零以下。此外，第一光曲线1306和第三光曲线1310示出作为对称腔设计和偏置条件的结果的对称行为。
图14A是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在线性尺度上的分布的图形表示。结合图2的元件描述图14A。参考图14A，示出了图形表示1400A，其示出了(图2的)激光设备200的第一外增益部分208A、第二外增益部分208B和中心部分210中光子密度在线性尺度上的分布。
图形表示1400A表示第一外增益部分208A、第二外增益部分208B和中心部分210中的每一个在X轴1402上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1404上的光子密度值(以cm-3为单位)。第一光子密度曲线1406表示在线性尺度上的第一外增益部分208A中的光子密度。第二光子密度曲线1408表示在线性尺度上中心部分210中的光子密度。第三光子密度曲线1410表示在线性尺度上的第二外增益部分208B中的光子密度。从第一光子密度曲线1406和第三光子密度曲线1410可以观察到，在两个外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)中，光子密度分布经历放大。此外，第一光子密度曲线1406和第三光子密度曲线1410示出作为对称腔设计和偏置条件的结果的对称行为。但是，第二光子密度曲线1408指示中心部分210中的减小的光子密度分布。这是由于仅有中心部分210的低偏置而发生的，因为中心部分210仅用作被动反射器。执行低偏置以避免来自中心部分210的不相关光子与来自外增益部分208A和208B的两个光调制信号之间的串扰，同时减少中心部分210中的过量吸收损耗。
图14B是示出根据本公开的另一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在对数尺度上的分布的图形表示。结合图2和图14A的元件描述图14B。参考图14B，示出了图形表示1400B，其示出了(图2的)激光设备200的第一外增益部分208A、第二外增益部分208B和中心部分210中的光子密度在对数尺度上的分布。
图形表示1400B表示第一外增益部分208A、第二外增益部分208B和中心部分210中的每一个在X轴1412上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1414上的光子密度值(以cm-3为单位)。第一光子密度曲线1416表示对数尺度上的第一外增益部分208A中的光子密度。第二光子密度曲线1418表示对数尺度上中心部分210中的光子密度。第三光子密度曲线1420表示对数尺度上第二外增益部分208B中的光子密度。从第一光子密度曲线1416和第三光子密度曲线1420可以观察到，在两个外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)中，光子密度分布经历放大。此外，第一光子密度曲线1416和第三光子密度曲线1420示出作为对称腔设计和偏置条件的结果的对称行为。但是，第二光子密度曲线1418指示中心部分210中的减小的光子密度分布(例如，减小两个数量级)。这是由于仅有中心部分210的低偏置而发生的，因为中心部分210仅用作被动反射器。执行低偏置以避免来自中心部分210的不相关光子与来自外增益部分208A和208B的两个光调制信号之间的串扰，同时减少中心部分210中的过量吸收损耗。
图15A是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。结合图3的元件描述图15A。参考图15A，示出了图形表示1500A，其示出了从(图3的)激光设备300的第一外增益部分308A的第一激光面312A发射的第一直接调制光输出信号318A的光输出功率的时间演变。
图形表示1500A是通过将激光设备300考虑为对称设备而获得的，该对称设备具有长度为160μm的第一外增益部分308A、长度为160μm的第二外增益部分308B和长度为500μm的中心部分310。第一外增益部分308A使用非归零(non-return-to-zero，NRZ)伪随机二进制序列(pseudo random binary sequenc，PRBS)以2.5Gbps的数据速率调制。
图形表示1500A表示X轴1502上以纳秒(nanosecond，ns)为单位的时间和Y轴1504上以毫瓦(milliwatt，mW)为单位的光输出功率值。还示出了在轴1505上以毫安(milli-ampere，mA)为单位的输入电流。多条第一线1506表示激光设备300的第一外增益部分308A的第一调制电流图案。第一调制电流图案指示通过第一电接触部314A注入第一外增益部分308A的第一调制电流。多条第二线1508表示从激光设备300的第一激光面312A发射的第一直接调制光输出信号318A的第一光输出功率图案。从图形表示1500A可以观察到，可以获得激光设备300的第一外增益部分308A的独立调制。
图15B是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的光输出功率的时间演变的图形表示。结合图3和图15A的元件描述图15B。参考图15B，示出了图形表示1500B，其示出了在从(图3的)激光设备300的第二外增益部分308B的第二激光面312B发射的第二直接调制光输出信号318B方面光输出功率的时间演变。
与图形表示1500A类似，图形表示1500B是通过将激光设备300考虑为对称设备而获得的，该对称设备具有长度为160μm的第一外增益部分308A、长度为160μm的第二外增益部分308B和长度为500μm的中心部分310。第二外增益部分308B使用非归零(non-return-to-zero，NRZ)伪随机二进制序列(pseudo random binary sequence，PRBS)以10Gbps的数据速率调制。但是，第二外增益部分308B的调制数据速率可以灵活地选择，例如1.25Gbps、2.5Gbps或25Gbps。
图形表示1500B表示X轴1510上以ns为单位的时间和Y轴1512上以mW为单位的输出光功率值。还示出了在轴1513上以mA为单位的输入电流。多条第一线1514表示激光设备300的第二外增益部分308B的第二调制电流图案。第二调制电流图案表示通过第二电接触部314B注入第二外增益部分308B的第二调制电流。多条第二线1516表示从激光设备300的第二激光输出面312B发射的第二直接调制光输出信号318B的第二光输出功率图案。从图形表示1500B可以观察到，可以获得激光设备300的第二外增益部分308B的独立调制。
通过考虑长度相同并且没有光栅的第一外增益部分308A和第二外增益部分308B来获得图形表示1500A和1500B中的每一个。第一外增益部分308A和第二外增益部分308B中的每一个在相同的DC和峰峰条件下偏置，以在每个面产生近似相等的光输出功率水平。例如，在图形表示1500A中，第一外增益部分308A和第二外增益部分308B中的每一个在120mA的IDC和100mA的Ipp下偏置。类似地，在图形表示1500B中，第一外增益部分308A和第二外增益部分308B中的每一个在120mA的IDC和100mA的Ipp下偏置。从图形表示1500A和1500B中的每一个可以观察到，在与第一直接调制光输出信号318A和第二直接调制光输出信号318B关联的近似相等的光功率下，第一外增益部分308A和第二外增益部分308B中的每一个的独立调制可以使用没有光栅的法布里-珀罗型腔获得。
图16A是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第一直接调制光输出信号的眼图的图形表示。结合图3的元件描述图16A。参考图16A，示出了图形表示1600A，其示出了激光设备300的第一直接调制光输出信号318A的眼图。
图形表示1600A表示X轴1602上以ns为单位的相对时间和Y轴1604上以mW为单位的光信号值。还示出了第一直接调制光输出信号318A的眼图1606。第一直接调制光输出信号318A是通过使用NRZ PRBS发生器以2.5Gbps的数据速率调制第一外增益部分308A(即，通道1)而获得的。
图16B是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的第二直接调制光输出信号的眼图的图形表示。结合图3和图16A的元件描述图16B。参考图16B，示出了图形表示1600B，其示出了激光设备300的第二直接调制光输出信号318B的眼图。
图形表示1600B表示X轴1608上以ns为单位的相对时间和Y轴1610上以mW为单位的光信号值。还示出了第二直接调制光输出信号318B的眼图1612。第二直接调制光输出信号318B是通过使用NRZ PRBS发生器以10Gbps的数据速率调制第二外增益部分308B(即，通道2)而获得的。
(图16A的)眼图1606和(图16B的)1612中的每一个是通过将激光设备300考虑为对称设备而获得的，该对称设备具有长度为160μm的第一外增益部分308A、长度为160μm的第二外增益部分308B和长度为500μm的中心部分310。眼图1606和1612中的每一个示出，第一直接调制光输出信号318A和第二直接调制光输出信号318B两者的眼都示出了清晰的眼开口。
图17是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的每个部分中光增益的分布的图形表示。结合图3的元件描述图17。参考图17，示出了图形表示1700，其示出了(图3的)激光设备300的第一外增益部分308A、中心部分310和第二外增益部分308B中光增益的分布。
图形表示1700表示第一外增益部分308A、第二外增益部分308B和中心部分310中的每一个在X轴1702上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1704上的光增益值(以cm-1为单位)。第一光增益曲线1706表示在第一外增益部分308A中获得的光增益。第二光增益曲线1708表示在中心部分310中获得的光增益。第三光增益曲线1710表示在第二外增益部分308B中获得的光增益。从第一光增益曲线1706、第三光增益曲线1710和第二光增益曲线1708可以观察到，分别地，在两个外增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)中，光增益分布为正，而在中心部分310中，光增益分布降至零以下。此外，第一光曲线1706和第三光曲线1710示出作为对称腔设计和偏置条件的结果的对称行为。
图18A是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在线性尺度上的分布的图形表示。结合图3的元件描述图18A。参考图18A，示出了图形表示1800A，其示出了(图3的)激光设备300的第一外增益部分308A、第二外增益部分308B和中心部分310中光子密度在线性尺度上的分布。
图形表示1800A表示第一外增益部分308A、第二外增益部分308B和中心部分310中的每一个在X轴1802上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1804上的光子密度值(以cm-3为单位)。第一光子密度曲线1806表示线性尺度上第一外增益部分308A中的光子密度。第二光子密度曲线1808表示线性尺度上中心部分310中的光子密度。第三光子密度曲线1810表示线性尺度上第二外增益部分308B中的光子密度。从第一光子密度曲线1806和第三光子密度曲线1810可以观察到，在两个外增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)中，光子密度分布经历放大。此外，第一光子密度曲线1806和第三光子密度曲线1810示出作为对称腔设计和偏置条件的结果的对称行为。但是，第二光子密度曲线1808指示中心部分310中的减小的光子密度分布。这是由于仅有中心部分310的低偏置而发生的，因为中心部分310仅用作被动反射器。执行低偏置以避免来自中心部分310的不相关光子与来自两个外增益部分308A和308B的两个光调制信号之间的串扰，同时减少中心部分310中的过量吸收损耗。在(图2的)激光设备200的外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)中，在(图3的)激光设备300的法布里-珀罗型增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)中，DFB型光栅的缺失变得显而易见，不过这是源自两个激光设备的相应外增益部分的正向和反向行进光子密度的不同放大行为。
图18B是示出根据本公开的又一个实施例的激光设备的每个部分中光子密度在对数尺度上的分布的图形表示。结合图3和图18A的元件描述图18B。参考图18B，示出了图形表示1800B，其示出了(图3的)激光设备300的第一外增益部分308A、第二外增益部分308B和中心部分310中光子密度在对数尺度上的分布。
图形表示1800B表示第一外增益部分308A、第二外增益部分308B和中心部分310中的每一个在X轴1812上的纵向位置(以μm为单位)，以及在Y轴1814上的光子密度值(以cm-3为单位)。第一光子密度曲线1816表示对数尺度上第一外增益部分308A中的光子密度。第二光子密度曲线1818表示对数尺度上中心部分310中的光子密度。第三光子密度曲线1820表示对数尺度上第二外增益部分308B中的光子密度。从第一光子密度曲线1816和第三光子密度曲线1820可以观察到，在两个外增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)中，光子密度分布经历放大。此外，第一光子密度曲线1816和第三光子密度曲线1820示出作为对称腔设计和偏置条件的结果的对称行为。但是，第二光子密度曲线1818指示中心部分310中的减小的光子密度分布(例如，减小两个数量级)。这是由于仅有中心部分310的低偏置而发生的，因为中心部分310仅用作被动反射器。执行低偏置以避免来自中心部分310的不相关光子与来自外增益部分308A和308B的两个光调制信号之间的串扰，同时减少中心部分310中的过量吸收损耗。在(图2的)激光设备200的外增益部分(例如第一外增益部分208A和第二外增益部分208B)中，在(图3的)激光设备300的法布里-珀罗型增益部分(例如第一外增益部分308A和第二外增益部分308B)中，DFB型光栅的缺失变得显而易见，不过这是源自两个激光设备的相应外增益部分的正向和反向行进光子密度的不同放大行为。
图19是根据本公开的一个实施例的无源光网络的实现场景。结合图1、图2、图3、图4、图5和图6的元件描述图19。参考图19，示出了无源光网络1900，包括主PON光线路终端(optical line termination，OLT)1902、无源光连接器1903和多个光网络单元(opticalnetwork unit，ONU)1904。多个ONU 1904包括第一ONU 1904A、第二ONU 1904B，直至第N ONU1904N。多个ONU 1904中的每个ONU包括相应的激光设备，例如第一ONU 1904A包括第一激光设备1906A，第二ONU 1904B包括第二激光设备1906B，第N ONU 1904N包括第N激光设备1906N。还示出了多个子PON 1908，包括第一子PON 1908A、第二子PON 1908B，直至第N子PON1908N。多个ONU 1904中的每一个都连接到一个或多个用户，例如第一ONU 1904A连接到N个用户，即1910A、1910B……1910N。
无源光网络1900可以指代点到多点光网络架构，该多点光网络架构使用无源光组件来提供增加的数据速率，并在一个或多个用户(例如N个用户，即1910A、1910B……1910N)之间划分光纤带宽。无源光网络1900提供高速带宽、高灵活性、高可靠性、高适应性、易于管理和每个最终用户的低成本。无源光网络1900的示例包括但不限于光纤到户(fiber tothe home，FTTH)、光纤到路边(fiber to the curb，FTTC)、光纤到建筑物(fiber to thebuilding，FTTB)、光纤到地板(fiber to the floor，FTTF)、光纤到房间(fiber to theroom，FTTR)等。
无源光网络1900包括通过OLT 1902接入的主PON。主PON可以指更广泛的地理区域的PON，例如光纤到建筑物(fiber to the building，FTTB)。主PON被配置用于通过主PONOLT 1902向多个ONU 1904发送数据和从多个ONU 1904接收数据。通过OLT 1902接收的来自主PON的数据在无源光连接器1903的帮助下通过光纤发送到多个ONU 1904。无源光连接器1903可以用作无源光分路器。无源光连接器1903被配置用于划分从主PON接收的数据，该数据进一步在下游通道中发送到多个ONU 1904。类似地，来自多个ONU 1904的数据可以通过使用上行通道中的无源光连接器1903经由主PON OLT 1902发送到主PON。在上行通道中，无源光连接器1903被配置用作无源光合路器，以组合从多个ONU 1904接收的数据，这些数据在组合后进一步通过主PON OLT 1902发送到主PON。
无源光网络1900还包括多个子PON 1908，其包括第一子PON 1908A、第二子PON1908B，直至第N子PON 1908N。多个子PON 1908中的每一个可以称为较小地理区域的PON，例如光纤到房间(fiber to the room，FTTR)。由于建筑物中可以有多个房间，所以多个子PON 1908可以同时存在。多个子PON 1908中的每一个可以包括一个或多个ONU。此外，多个子PON 1908中的每一个可以用于通过使用相应的激光设备从多个ONU 1904接收数据和向多个ONU 1904发送数据。
多个ONU 1904中的每一个用于经由主PON OLT 1902从下行主PON接收数据。从主PON(例如，光纤到建筑物(fiber to the building，FTTB))发送的光纤信号由包括多个子PON 1908(例如，光纤到房间(fiber to the room，FTTR))的多个ONU 1904接收。多个ONU1904中的每一个都可以称为用户侧设备，每一个ONU 1904在用户侧将光纤信号转换为电信号，并为一个或多个企业或住宅用户(例如N个用户1910A、1910B……1910N)提供可靠的光纤以太网服务。该N个用户1910A、1910B……1910N的示例包括但不限于智能手机、笔记本电脑、物联网(internet-of-things，IoT)设备、机器类型通信(machine type communicatio，MTC)设备、演进型通用移动通信系统(universal mobile telecommunications system，UMTS)陆地无线接入(E-UTRAN)的NR-双连接(NR-dual connectivity，EN-DC)设备、无人机、用于无线通信或任何其它便携式或非便携式电子设备的定制硬件。
此外，第一ONU 1904A包括第一激光设备1906A，第二ONU 1904B包括第二激光设备1906B，第N ONU 1904N包括第N激光设备1906N。第一激光设备1906A、第二激光设备1906B，直至第N激光设备1906N中的每一个对应于(图1至6的)激光设备100、200、300、400、500和600中的一个。因此，每个激光设备(即，1906A、1906B……1906N)的第一激光腔(例如，在激光设备100的中心部分110与第一输出激光面112A之间形成)被配置用于将第一直接调制光输出信号(例如，第一直接调制光输出信号118A)发送到每个激光设备(即，1906A、1906B……1906N)的上行主PON，并且第二激光腔(例如，在激光设备100的中心部分110与第二输出激光面112B之间形成)，被配置用于将第二直接调制光输出信号(例如，第二直接调制光输出信号118B)发送到下行子PON，即多个子PON 1908。因此，在每个激光设备(1906A、1906B……1906N)的帮助下，在主PON(即，光纤到建筑物(fiber to the building，FTTB))与相应ONU的多个子PON 1908(即，光纤到房间(fiber to the room，FTTR))之间建立光链路。通过主PON 1902与多个子PON 1908之间的光链路，与单独的传统主PON和/或子PON的成本相比，无源光网络1900的总体实施成本被降低，因为激光设备(1906A、1906B……1906N)中的每一个以如下的方式提供了增强的功能，该方式即其同时具有上行主PON和下行子PON的功能。通过使用激光设备(1906A、1906B……1906N)，PON 1900的功耗显著降低，这进一步导致了更高的能效。
在不脱离所附权利要求所限定的本公开范围的情况下，可以对上文描述的本公开的实施例进行修改。如“包括”、“并入”、“具有”、“是”等用于描述和要求保护本公开的表述旨在以非排他的方式解释，即允许还存在未明确描述的项目、部件或元素。对单数的引用也应解释为涉及复数。本文所使用的词语“示例性的”表示“作为一个示例、实例或说明”。任何被描述为“示例性的”实施例不一定解释为比其它实施例更优选或更有利，和/或排除并入其它实施例的特征。本文所使用的词语“可选地”意味着“在一些实施例中提供而在其它实施例中没有提供”。应当理解，为了清楚起见而在分离实施例的上下文中描述的本公开的某些特征还可以以组合的方式提供在单个实施例中。相反，为简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本公开的各个特征也可以单独提供、以任何适当的组合提供，或以适合于本公开的任何其它描述的实施例提供。

Claims (15)

1.一种用于生成两个不同光输出信号的双输出直接调制激光设备(100、200、300、400、500、600)，包括：
两个外增益部分，每个外增益部分通过注入相应的调制电流而被直接调制；
中心部分(110、210、310、410、510、610)，包括分布式反射器，所述分布式反射器向两个外增益部分提供光反馈，同时防止受激光子的生成；
其中所述两个外增益部分形成两个激光腔，每个激光腔被配置为在远离所述中心部分(110、210、310、410、510、610)的方向上发射直接调制信号作为光输出信号。
2.根据权利要求1所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述中心部分(110、210、310、410、510、610)的长度被选择为使得所述外增益部分之间的透射小于预定义的水平。
3.根据权利要求1或2所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中第一外增益部分(108A、208A、308A、408A、508A、608A)的长度大于第二外增益部分(108B、208B、308B、408B、508B、608B)的长度，使得对应的第一激光输出面(112A、312A、412A、512A、612A)的功率输出大于第二激光输出面(112B、312B、412B、512B、612B)的功率输出。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中第一调制电流的数据速率与第二调制电流的数据速率不同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述中心部分(110、210、310、410、510、610)包括有源区材料层(106、206、306、406)，所述有源区材料层(106、206、306、406)被偏置为使得所述中心部分(110、210、310、410、510、610)的光增益基本上等于或小于与所述中心部分(110、210、310、410、510、610)相关联的聚合光损耗。
6.根据权利要求5所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述两个外增益部分与所述中心部分(110、210、310、410、510、610)共享公共有源区材料层(106、206、306、406)。
7.根据权利要求5所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述激光设备(100、200、300、400、500、600)的有源区材料层(106、206、306、406)由两个半部分形成，每个半部分被配置用于发射不同的波长带。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述中心部分(110、210、310、410、510、610)包括由无源材料形成的波导(606B)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述反射器是高折射率分布式布拉格反射器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中所述激光设备(100、200、300、400、500、600)被划分成三个独立的部分，所述划分通过在相邻的用于每个部分的电接触部之间蚀刻隔离沟槽来进行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中每个所述腔用作法布里-珀罗型腔。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中每个所述腔包括用于针对所述腔选择预定义的波长的光栅。
13.根据权利要求12所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，其中针对每个腔选择不同的波长。
14.一种光网络单元ONU，被配置用于从下行主无源光网络PON接收数据，并且包括前述权利要求中任一项所述的激光设备(100、200、300、400、500、600)，
其中所述激光设备(100、200、300、400、500、600)的第一外增益部分(108A、208A、308A、408A、508A、608A)被配置用于将第一直接调制光输出信号(118A、218A、318A、418A、518A、618A)发送到上行主PON，
其中所述激光设备(100、200、300、400、500、600)的第二外增益部分(108B、208B、308B、408B、508B、608B)被配置用于将第二直接调制光输出信号(118B、218B、318B、418B、518B、618B)发送到下行子PON。
15.一种无源光网络PON(1900)，包括：
主PON，被配置用于向根据权利要求14所述的多个ONU(1904)发送数据和从所述多个ONU(1904)接收数据，
多个子PON(1908)，对应地从所述多个ONU(1904)接收数据和向所述多个ONU(1904)发送数据。
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