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Gebiet der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein das Gebiet der Wellenlängenüberwachung in optischen Netzwerken und insbesondere die Wellenlängen-Grobüberwachung von optischen Signalen, die zum Beispiel mit Sendern, Empfängern, Sende-Empfängern, Transpondern oder abstimmbaren Lasern verbunden sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Allgemeinen gibt es Sende-Empfänger oder Sender mit abstimmbaren Lasern für Prüf- und Messzwecke, zur spektralen Charakterisierung optischer Komponenten, für faseroptische Netzwerke und andere Anwendungen. Abstimmbare Laser können eine Verringerung der Komponenten von Sender sowie eine dynamische Versorgung von optischen Netzwerken ermöglichen. Zurzeit können Telekommunikationsstandards, wie etwa der von der International Telecommunications Union (ITU), Telecommunication Standardization Sector of ITU (ITU-T), erstellte Standard G.694.1 vom Juni 2002, eine optische Übertragung auf ITU-Kanälen mit bestimmten Wellenlängen erfordern, was eine Übertragung zwischen Kanälen oder ein unkontrolliertes Umschalten zwischen Kanälen verhindert. Viele abstimmbare Laser sind mit Wellenlängenblockierern ausgestattet, um ein „Blockieren” der Wellenlänge für den nächstgelegenen Kanal zu ermöglichen, wobei die Wahl zwischen verschiedenen Kanälen auf einer Lasereichung beruht, die normalerweise einmalig im Rahmen des Laser-Herstellungsprozesses durchgeführt wird. Aufgrund verschiedener Alterungsmechanismen kann die Lasereichung überholt sein, sodass die Gefahr des Lasern auf einem unerwünschten Kanal besteht.
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US 5,270,336 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Wellenlänge von Licht unter Verwendung von DC-Photostrommessungen.
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US 5,637,862 offenbart einen Detektor zur Bestimmung der Wellenlänge eines optischen Signals.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, werden beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugssymbole ähnliche Elemente bezeichnen. Hierbei sind:
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1 eine grafische Darstellung von Fotostromspektren für eine Fotodiode nach einer Ausführungsform, die bei unterschiedlichen Sperrvorspannungen gemessen wurden;
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2 eine grafische Darstellung, die eine Wechselstrom(AC)-/Gleichstrom(DC)-Implementierung, nach einer Ausführungsform, für die Überwachung eines optischen Signals zeigt;
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3 eine schematische Darstellung eines Wellenlängenmessers nach einer Ausführungsform;
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4 eine schematische Darstellung eines mit einem abstimmbaren Laser verbundenen Wellenlängenmessers nach einer Ausführungsform;
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, nach einer Ausführungsform, zum Überwachen der Wellenlänge eines optischen Signals und
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6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Systems nach einer Ausführungsform, bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Es ist wohlverstanden, dass aus Gründen der Einfachheit und/oder Klarheit der Darstellung Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet sein müssen. Zum Beispiel können der Klarheit halber die Abmessungen einiger der Elemente gegenüber anderen Elementen vergrößert dargestellt sein. Und wenn es für angemessen gehalten wird, werden Bezugssymbole unter den Figuren wiederholt, um entsprechende und/oder analoge Elemente anzugeben.
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Detaillierte Beschreibung
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Hier werden Ausführungsformen eines Wellenlängenmessers und eines zugehörigen Verfahrens und Systems beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um hier beschriebene Ausführungsformen besser verständlich zu machen. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen auch ohne eine oder mehrere der speziellen Einzelheiten oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien und so weiter genutzt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen, Materialien oder Operationen nicht näher dargestellt oder beschrieben, um das Verständnis von Aspekten der Patentbeschreibung nicht zu erschweren. n der gesamten Patentschrift bedeutet die Bezeichnung „eine Ausführungsform”, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, Bestandteil mindestens einer Ausführungsform ist. Die Wendung „bei einer Ausführungsform”, die an verschiedenen Stellen in dieser Patentbeschreibung aufritt, bezieht sich nicht immer auf ein und dieselbe Ausführungsform. Darüber hinaus können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert sein.
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1 ist eine grafische Darstellung von Fotostromspektren für eine Fotodiode, die bei unterschiedlichen Sperrvorspannungen gemessen wurden. Bei einer Ausführungsform enthält ein Diagramm 100 Fotostromspektren 102 bei unterschiedlichen Sperrvorspannungen 104, wobei die Wellenlänge (nm) 106 der Spektren auf der x-Achse aufgetragen ist, der Fotostrom (beliebige Einheit) 108 der Spektren auf der y-Achse aufgetragen ist und die Verschiebung der Absorptionskante mit dem Pfeil 110 dargestellt ist. Bei einer Ausführungsform zeigt das Diagramm 100 das Funktionsprinzip, das bei einem Wellenlängen-Grobmesser oder -monitor verwendet wird.
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Eine Sperrvorspannung 104, die an eine Diodenstruktur, wie etwa eine Fotodiode, angelegt wird, kann bewirken, dass sich die Absorptionskante der Fotodiode zu längeren Wellenlängen 106 hin verschiebt (110). Bei einer Ausführungsform bewirkt eine an eine Fotodiode angelegte Sperrvorspannung 104, dass sich die Absorptionskante zu den Wellenlängen 106 hin verschiebt, die länger als beim Anlegen von 0 V sind. Bei der dargestellten Ausführungsform 100 werden Sperrverspannungen zwischen 0 und –4 V in 1-V-Schritten (von links nach rechts) angelegt, um die gezeigten Fotostromspektren 102 zu erhalten. Bei anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger Sperrvorspannungen 104 mit anderen Spannungen und/oder Schritten angelegt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Absorptionskante der Übergang zwischen der starken Kurzwellen- und der schwachen Langwellen-Absorption in dem Spektrum eines festen Stoffes, wie etwa eines Halbleitermaterials.
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Eine Fotodiodenstruktur kann Volumen- und Quantentopf-Halbleiterstrukturen haben. Bei einer Ausführungsform mit einer Volumen-Fotodiodenstruktur kann die Absorptionskantenverschiebung 110 auf eine Elektronentunnelung durch die Bandlücke zurückführen sein, was auch als Franz-Keldysh-Effekt bekannt ist. Bei einer Ausführungsform mit einer Quantentopf-Fotodiodenstruktur kann die Absorptionskantenverschiebung 110 auf die Teilung von Quantenenergieniveaus zurückführen sein, was auch als quantenbeschränkter Stark-Effekt bekannt ist.
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Bei einer Ausführungsform verschiebt sich (110) die Absorptionskante um etwa 30 nm, wenn die Sperrvorspannung 104 von 0 auf –5 V steigt. Bei einer anderen Ausführungsform verschiebt sich (110) die Absorptionskante um etwa 20 nm bis 100 nm, wenn die Sperrvorspannung 104 von 0 auf –5 V steigt. Für einen Bereich von Wellenlängen 106 identifiziert das Verhältnis von Fotoströmen 108, die bei zwei unterschiedlichen Sperrvorspannungen 104 gemessen werden, die Wellenlänge 106 eindeutig, und sie können daher zur Wellenlängen-Grobmessung verwendet werden. Bei einer Ausführungsform werden die Verhältnisse von Fotoströmen 108 zum Beispiel in Einheiten der Wellenlänge 106 oder Äquivalenten im Rahmen eines Eichungsprozesses bei der Herstellung so geeicht, dass die Verhältnisse zum Ermitteln der Wellenlänge eines optischen Signals verwendet werden können. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verhältnis von Fotoströmen 108, die bei zwei unterschiedlichen Sperrvorspannungen 104 gemessen werden, eine Sperrvorspannungen von 0 V. Das Verhältnis von Fotoströmen 108, die bei zwei unterschiedlichen Sperrvorspannungen 104 gemessen werden, kann Informationen zu der Größe und Richtung der Verschiebung von einer Soll-Wellenlänge 106 eines optischen Signals liefern. Bei einer Ausführungsform umfassen die gelieferten Informationen eine Auflösung der Wellenlänge 106 von etwa 0,4 nm oder etwa 50 GHz oder einen ITU-Standard-Kanalabstand. Bei einer Ausführungsform identifiziert das Verhältnis eines ersten zu einem zweiten Messwert eindeutig eine Wellenlänge 106 eines optischen Signals mit einer Auflösung von mindestens etwa 0,4 nm, um eine Wellenlängen-Grobmessung des optischen Signals zu ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform weist ein Wellenlängenmesser Folgendes auf eine Fotodiode mit einer Absorptionskante, die auf einen interessierenden Bereich der Wellenlänge 106 ausgerichtet ist; und Steuerelektronik mit einer Schaltung zur Vorspannungserzeugung, mit der variable Sperrvorspannungen 104 an die Fotodiode angelegt werden können. Ein Wellenlängen-Grobmesser gestattet bei einer Ausführungsform Wellenlängenmessungen von optischen Signalen, die mit Sendern, Empfängern, Sende-Empfängern, Transpondern oder abstimmbaren Lasern verbunden sind. Ein Wellenlängen-Grobmonitor kann zweckmäßig sein, um zum Beispiel zu gewährleisten, dass ein abstimmbarer Laser nicht auf einem falschen Kanal arbeitet. Bei einer Ausführungsform wird ein Wellenlängen-Grobmesser in abstimmbaren Lasern, abstimmbaren Transpondern und/oder anderen Komponenten von DWDM-Netzwerken (DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing; dichtes Wellenlängenmultiplex) zur Unterscheidung zwischen optischen Kanälen verwendet. Ein Wellenlängen-Grobmesser kann auch bei anderen geeigneten Netzwerken als den DWDM-Netzwerken verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Wellenlängen-Grobmesser in Anwendungen auf einer Empfänger- oder Detektor-Seite eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein Wellenlängen-Grobmesser detektieren, welche Wellenlänge er gerade empfängt, und kann in Reaktion darauf eine Aktion ausführen, wie etwa das Routen der Wellenlänge zu einem geeigneten Anschluss.
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2 ist eine grafische Darstellung, die eine Wechselstrom(AC)-/Gleichstrom(DC)-Implementierung, nach einer Ausführungsform, für die Überwachung eines optischen Signals zeigt. Bei einer Ausführungsform enthält eine grafische Darstellung 200 eine Fotodioden-Vorspannung 202, wobei ein Pfeil 204 zeigt, dass die Einheit (V) für die Fotodioden-Vorspannung auf der linken y-Achse 206 angegeben ist; eine Zeit (beliebige Einheit) auf der x-Achse 208; einen gemessenen Fotodiodenstrom oder Fotostrom 210, wobei ein Pfeil 212 zeigt, dass die Einheit (beliebig) für den Fotodiodenstrom auf der rechten y-Achse 214 angegeben ist; einen mittleren Fotostrom 216; ein Maximum-Minimum-Verhältnis der Wechselstrom-Komponente 218 des Fotostroms und eine Gleichstrom-Komponente 220 des Fotostroms.
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Eine Sperrvorspannung kann Gleichstrom-, Wechselstrom- oder kombinierte Wechselstrom-/Gleichstrom-Vorspannungskomponenten enthalten. Bei einer Ausführungsform wird eine an eine Fotodiode angelegte Gleichstrom-Sperrvorspannung 202 einer sinusförmigen Niederfrequenz-Modulation unterzogen. Eine sinusfömige Niederfrequenz-Modulation kann ein Wechselstrom-Signal mit einer Frequenz von etwa 10 Hz bis 100 kHz verwenden. Bei einer Ausführungsform dient die Gleichstrom-Komponente 220 des Fotodiodenstroms 210 zum Messen der Energie eines optischen Signals mit einem geeigneten Verfahren. Das Verhältnis der Wechselstrom-Komponente 218 zu der Gleichstrom-Komponente 220 des Fotostroms kann bei Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf 1 und überall in dieser Patentbeschreibung beschrieben werden, zum Liefern von Informationen zu der Wellenlänge eines optischen Signals verwendet werden. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Wechselstrom-Komponente 218 zu der Gleichstrom-Komponente 220 des Fotostroms beim Eichen während der Herstellung auf Wellenlängen-Einheiten geeicht werden (d. h., zum Beispiel unter Verwendung eines externen Wellenlängenmessers). Die Verwendung eines beschriebenen Wechselstrom-Gleichstrom-Verhältnisses kann die Verwendung nur einer Fotodiode ermöglichen, damit diese gleichzeitig als Leistungsmonitor und Wellenlängenmesser arbeitet.
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3 ist eine schematische Darstellung eines Wellenlängenmessers nach einer Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung 300 Folgendes auf: eine Fotodiode 302, ein optisches Signal 304, einen Fotostrom IPD 306, einen Widerstand 308, ein Voltmeter 310, ein Steuergerät 312, einen Funktionsgenerator 314, eine oder mehrere Sperrvorspannungen 316 und eine Spannungsquelle 318, die jeweils wie gezeigt geschaltet sind.
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Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung 300 eine Fotodiode 302 zum Empfangen eines optischen Signals 304 und zum Erzeugen eines Fotostroms 306 beim Empfangen des optischen Signals 304 auf, wobei die Fotodiode 302 eine Absorptionskante hat, die im Wesentlichen auf ein Band von Wellenlängen ausgerichtet ist, wobei sich die Absorptionskante zu längeren Wellenlängen hin verschiebt, wenn eine Sperrvorspannung 316 an die Fotodiode angelegt wird. Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung 300 Steuerelektronik 308, 310, 312, 314, 316, 318 auf. Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung 300 weiterhin eine mit der Fotodiode 302 verbundene Schaltung zur Vorspannungserzeugung 312, 314, 316, 318 auf, um mindestens eine erste Sperrvorspannung 316 und eine zweite Sperrvorspannung 316 an die Fotodiode 302 anzulegen. Bei einer Ausführungsform umfasst die erste oder die zweite Sperrvorspannung 316 entweder eine erste oder eine zweite Sperrvorspannung, die 0 V oder ungefähr 0 V beträgt. Die erste Sperrvorspannung kann von der zweiten Sperrvorspannung verschieden sein, um die Gewinnung von Wellenlängen-Informationen unter Verwendung von vorgeeichten Verhältnissen zu ermöglichen.
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Es können eine erste Messung des Fotostroms bei der ersten Sperrvorspannung und eine zweite Messung des Fotostroms bei der zweiten Sperrvorspannung durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform weist die Messschaltung ein Voltmeter 310 und einen Widerstand 308 auf. Das Voltmeter 310 kann die Messung des Fotostroms 306 über den Widerstand 308 durchführen. Bei einer Ausführungsform liefert ein Verhältnis des ersten Messwerts zu dem zweiten Messwert Informationen zu der Wellenlänge des optischen Signals 304. Bei einer Ausführungsform ist der erste Messwert von dem zweiten Messwert verschieden. Der erste Messwert und der zweite Messwert können Messwerte der Amplitude des Fotostroms 306 bei verschiedenen angelegten Spannungen 316 sein. Das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert kann zurück auf die optische Frequenz geeicht werden, um Informationen zu der Frequenz oder Wellenlänge eines optischen Signals 304 zu liefern.
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Die Fotodiode 302 kann eine Absorptionskante haben, die im Wesentlichen auf ein Band von Wellenlängen ausgerichtet ist. Das Band von Wellenlängen umfasst bei einer Ausführungsform DWDM-Bänder, wie etwa S-Band-Wellenlängen von etwa 1492 bis 1529 nm, C-Band-Wellenlängen von etwa 1530 bis 1569 nm oder L-Band-Wellenlängen von etwa 1570 bis 1612 nm. In der Praxis können Banddefinitionen von einem Systemintegrator zu einem anderen verschieden sein. Zum Beispiel haben bei einer anderen Ausführungsform DWDM-Bänder S-Band-Wellenlängen von etwa 1490 bis 1528 nm, C-Band-Wellenlängen von etwa 1529 bis 1568 nm oder L-Band-Wellenlängen von etwa 1569 bis 1610 nm. Benachbarte Bänder überlappen sich bei dem gleichen System-Anbieter normalerweise nicht, können sich aber bei verschiedenen System-Anbietern überlappen. Solche Änderungen können entsprechend dem Grundgedanken und Schutzumfang dieser Patentbeschreibung in dem Wellenlängenband auftreten. Bei anderen Ausführungsformen hat ein Wellenlängenband einen geeigneten Wellenlängenbereich, wie etwa die Wellenlängen-Bereiche 1310 nm, 980 oder 850 nm. Ein Wellenlängen-Grobmesser kann bei CWDM-Anwendungen (CWDM: Coarse Wavelength Multplexing; grobes Wellenlängenmultiplex) verwendet werden. Zum Beispiel zielt der CWDM-Standard ITU-T G.695 darauf ab, die Anbieter-Interoperabilität durch Festlegen von Eigenschaften des Senders-/Multiplexers an einem Ende einer CWDM-Verbindung und des Demultiplexers/Empfängers an dem anderen Ende zu fördern. ITU-T G.695 kann die vorhandene Empfehlung ITU-T G.694.2 ergänzen, die ein Wellenlängengitter mit einem Kanalabstand von 20 nm und 18 Wellenlängen zwischen 1271 nm und 1611 nun definiert.
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Bei einer Ausführungsform wird das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert dazu verwendet, um zu ermitteln, ob die Wellenlänge des optischen Signals 304 in dem Wellenlängenband oder einem vorgegebenen Wellenlängenbereich liegt. Wenn die Wellenlänge außerhalb des Wellenlängenbands oder nicht innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereiches liegt, kann die Wellenlänge des optischen Signals 304 so abgestimmt oder eingestellt werden, dass sie innerhalb des gewünschten Bereichs von Wellenlängen liegt. Bei einer Ausführungsform wird mit einem geeigneten Verfahren zum Einstellen oder Abstimmen der Wellenlänge des optischen Signals 304 die Wellenlänge korrigiert oder eingestellt, wenn sie nicht innerhalb des gewünschten oder vorgegebenen Bereichs liegt. Bei einer Ausführungsform wird ein abstimmbarer Laser so abgestimmt, dass die Wellenlänge so eingestellt wird, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs oder Bands von Wellenlängen liegt.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Fotodiode 302 Fotodioden, die unter Verwendung von Volumen-Halbleitermaterial, einer oder mehrerer Quantentopfstrukturen, Halbleitermaterial der Gruppen III–V oder Kombinationen davon hergestellt sind. Volumen-Halbleitermaterialien können bei einer Ausführungsform unter anderem massives Silicium, Ge, SiGe, InP, GaAs, InGaAsP oder ein anderer geeigneter Halbleiter sein. Halbleitermaterialien der Gruppen III–V können unter anderem InP, GaAs, InGaAsP, geeignete Kombinationen und/oder jedes andere geeignete Material zum Herstellen von integrierten Photonenschaltungen sein.
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Die Fotodiode 302 kann bei einer Ausführungsform eine einzelne Fotodiode 302 sein. Die Verwendung einer einzelnen Fotodiode 302 zum Liefern von Informationen zu der Wellenlänge des optischen Signals 304 erübrigt die Verwendung von zwei getrennten Fotodetektoren mit verschiedenen Bandlücken zum Ermitteln der Wellenlänge. Eine Einzeldiodenlösung kann billiger sein, den Ausstoß erhöhen und die Überwachung von nur zwei Anschlussstiften erfordern.
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Bei einer Ausführungsform weist die Messschaltung Folgendes auf: einen Widerstand 308, der mit einer Fotodiode 302 verbunden ist, wobei der Fotostrom 306 über den Widerstand 308 fließen kann; und ein mit dem Widerstand 308 verbundenes Voltmeter 310, das zum Durchführen einer ersten und einer zweiten Messung durch Messen der von dem Fotostrom 306 erzeugten Spannung über dem Widerstand 308 bei einer entsprechenden ersten und zweiten Sperrvorspannung 316 verwendet wird. Die Schaltung zur Vorspannungserzeugung kann Folgendes aufweisen: ein mit dem Voltmeter 310 verbundenes Steuergerät 312 zum Empfangen des ersten und des zweiten Messwerts, wobei das Steuergerät 312 so geeicht ist, dass es das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert in Wellenlängen-Einheiten umwandelt; und einen mit dem Steuergerät 312 und der Fotodiode 302 verbundenen Funktionsgenerator 314 zum Anlegen mindestens der ersten und der zweiten Sperrvorspannung 316. Bei einer Ausführungsform kann die Schaltung zur Vorspannungserzeugung Gleichstrom-, Wechselstrom- oder kombinierte Wechselstrom-/Gleichstrom-Vorspannungen von zum Beispiel etwa 0 bis –6 V anlegen, wenn der Fotostrom ein Strom von zum Beispiel etwa 1 μA bis 10 mA ist. Die Vorspannungen und der Fotostrom sind nicht auf diese Werte beschränkt und können bei verschiedenen Anwendungen andere geeignete Werte haben.
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Bei einer Ausführungsform fordert ein Steuergerät 312 den Funktionsgenerator 314 auf, eine Spannungswellenform mit einer Wechselstrom-, Gleichstrom- oder kombinierten Wechselstrom-/Gleichstrom-Vorspannung auszugeben. Licht 304 in einem abstimmbaren Laserwellenleiter kann Fotostrom 306 in der Fotodiode 302 erzeugen. Der Fotostrom 306 kann eine Spannung über dem Widerstand 308 erzeugen, wobei die Spannung von dem Voltmeter 310 gemessen wird. Das Voltmeter 310 kann die zeitabhängige Spannung an das Steuergerät 312 melden, das vor der Messung zum Beispiel mit einer Nachschlagetabelle geeicht wird, um das Fotostromverhältnis in eine Wellenlänge oder eine optische Frequenz umzuwandeln. Bei anderen Ausführungsformen wird eine beliebige Anpassfunktion zum Umwandeln des Verhältnisses in Wellenlängen-Einheiten verwendet.
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Eine Vorrichtung 300 kann mehr als zwei Vorspannungen anlegen, um zum Beispiel eine feinere Auflösung zu erzielen. Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung 300 Steuerelektronik auf, die eine Schaltung zur Vorspannungserzeugung enthält, die eine dritte oder weitere Sperrvorspannungen an die Fotodiode anlegen kann, wenn eine dritte oder weitere Messungen des Fotostroms mit der dritten bzw. weiteren Sperrvorspannung durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform werden die Verhältnisse zwischen einem ersten, zweiten und/oder dritten oder weiteren Fotoströmen auf Wellenlängen-Einheiten geeicht, um anzugeben, ob das optische Signal in dem Wellenlängenband läuft.
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4 ist eine schematische Darstellung eines mit einem abstimmbaren Laser verbundenen Wellenlängenmessers nach einer Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung 400 eine integrierte Struktur 402 auf, die optisch zwischen eine Gruppe von externen Resonatorelementen 404 und eine Gruppe von ausgangsseitigen Elementen 406 geschaltet ist. Die Resonatorelemente 404 können eine Kollimationslinse 408, ein Abstimmfilterelement oder -elemente 410 und ein Reflexionselement 414 umfassen. Die ausgangsseitigen Elemente 406 können eine Kollimationslinse 416, einen optischen Isolator 418, eine Faser-Fokussierlinse 420 und eine Ausgangsfaser 422 umfassen. Die integrierte Struktur 402 kann einen Verstärkungsteil 424, einen Phasensteuerteil 426 und einen Modulatorteil 428 haben, die über einen Wellenleiter 430 optisch verbunden werden können. Ein Wellenlängenmesser oder Wellenmesser 432 kann bei Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, optisch mit dem Wellenleiter 430 verbunden sein. Hier ist zwar eine ECDL-Ausführungsform dargestellt, aber der Begriff „abstimmbare Laser” ist nicht auf die ECDL-Varietät beschränkt, sondern kann halbintegrierte Diodenlaser mit externem Resonator, monolithisch integrierte Anordnungen oder eine andere Art oder Form von abstimmbarem Laser beinhalten.
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Bei einer Ausführungsform ist ein Wellenmesser 432 optisch mit einem Wellenleiter 430 in dem Modulatorteil 428 der integrierten Struktur 402 verbunden. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Fotodiode 432 eines Wellenmessers optisch mit einem Wellenleiter 430 verbunden, um ein Lichtquantum oder ein optisches Signal in dem Wellenleiter 430 zu empfangen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter 430 in zwei Wellenleiterzweige geteilt, und eine Fotodiode 432 ist optisch mit einem Seitenzweig (keinem durchgehenden Zweig) des Wellenleiters 430 verbunden. Ein Spiegel 434 kann zwischen dem Phasensteuerteil 426 und dem Modulatorteil 428 angeordnet sein. Ein Wellenmesser 432 kann auch bei anderen analogen Ausführungsformen von abstimmbaren Lasern als der verwendet werden, die bei der Vorrichtung 400 dargestellt ist. Zum Beispiel werden bei einer Ausführungsform geneigte Wellenleitergeometrien verwendet, wie etwa die, die bei der integrierten Struktur 402 dargestellt ist. Bei anderen Ausführungsformen werden gekrümmte Wellenleitergeometrien verwendet.
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5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, nach einer Ausführungsform, zum Überwachen der Wellenlänge eines optischen Signals. Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren 500 die folgenden Schritte auf: Empfangen eines optischen Signals unter Verwendung einer Fotodiode, in einem Kasten 502; Anlegen einer ersten Sperrvorspannung an die Fotodiode, in einem Kasten 504; Messen des Fotodiodenstroms bei der ersten angelegten Sperrvorspannung, in einem Kasten 506; Anlegen einer zweiten Sperrvorspannung an die Fotodiode, in einem Kasten 508; Messen des Fotodiodenstroms bei der zweiten angelegten Sperrvorspannung, in einem Kasten 510 und Verwenden eines Verhältnisses der gemessenen Fotoströme zum Liefern von Informationen zu mindestens der Wellenlänge des optischen Signals, in einem Kasten 512, wobei Pfeile einen angenommenen Ablauf darstellen.
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Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren 500 die folgenden Schritte auf: Empfangen eines optischen Signals unter Verwendung einer Fotodiode (502), die eine Absorptionskante hat, die im Wesentlichen auf ein Wellenlängenband ausgerichtet ist; Erzeugen eines Fotostroms unter Verwendung der Fotodiode beim Empfangen des optischen Signals; Anlegen einer ersten Sperrvorspannung an die Fotodiode (504); Durchführen einer ersten Messung des Fotostroms bei der ersten Sperrvorspannung (506); Anlegen einer zweiten Sperrvorspannung an die Fotodiode (508) und Durchführen einer zweiten Messung des Fotostroms bei der zweiten Sperrvorspannung (510), wobei ein Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert Informationen zu der Wellenlänge des optischen Signals liefert. Bei einer Ausführungsform umfasst das Anlegen einer ersten oder zweiten Sperrvorspannung das Anlegen einer Vorspannung von 0 V oder ungefähr 0 V.
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Bei einer Ausführungsform verschiebt das Anlegen einer ersten Sperrvorspannung (504) oder das Anlegen einer zweiten Sperrvorspannung (508) die Absorptionskante der Fotodiode hin zu größeren Wellenlängen. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Wellenlängenband DWDM-Bänder, die S-Band-Wellenlängen von etwa 1492 bis 1529 nm, C-Band-Wellenlängen von etwa 1530 bis 1569 nm oder L-Band-Wellenlängen von etwa 1570 bis 1612 nm aufweisen.
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Das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert kann die Wellenlänge eines optischen Signals eindeutig identifizieren (512). Bei einer Ausführungsform identifiziert das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert eindeutig die Wellenlänge des optischen Signals (512) mit einer Auflösung von mindestens etwa 0,4 nm, um eine Wellenlängen-Grobüberwachung des optischen Signals zu ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform wird das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Messwert dazu verwendet, um zu ermitteln, ob die Wellenlänge des optischen Signals innerhalb des Bands von Wellenlängen oder innerhalb des vorgegebenen Wellenlängenbereichs liegt (512). Wenn die Wellenlänge außerhalb des Bands von Wellenlängen oder nicht innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs liegt, kann die Wellenlänge des optischen Signals so abgestimmt oder eingestellt werden, dass sie innerhalb des gewünschten Bereichs von Wellenlängen liegt. Bei einer Ausführungsform wird mit einem geeigneten Verfahren zum Einstellen oder Abstimmen der Wellenlänge des optischen Signals die Wellenlänge korrigiert oder eingestellt, wenn sie nicht innerhalb des gewünschten oder vorgegebenen Bereichs liegt. Bei einer Ausführungsform wird ein abstimmbarer Laser so abgestimmt, dass er die Wellenlänge so einstellt, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs oder Bands von Wellenlängen liegt.
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Das Anlegen einer ersten Vorspannung (504) oder einer zweiten Vorspannung (508) umfasst bei einer Ausführungsform das Anlegen einer ersten und zweiten Gleichstrom-, Wechselstrom- oder kombinierten Wechselstrom-/Gleichstrom-Vorspannung. Bei einer Ausführungsform erfolgt das Anlegen einer ersten Vorspannung (504) oder einer zweiten Vorspannung (508) durch Verwenden einer sinusförmigen Modulation. Bei einer Ausführungsform umfasst das Durchführen einer ersten Messung (506) oder einer zweiten Messung (510) das Messen der Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum eines sinusförmigen Fotostroms, um einen ersten oder einen zweiten Messwert zu erhalten (506, 510). Bei einer Ausführungsform umfasst das Anlegen der ersten und/oder zweiten Sperrvorspannung (504, 508) das Anlegen einer Spannung von etwa 0 bis –6 V. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der gemessene Fotostrom Ströme von etwa 1 μA bis 10 mA.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Anlegen einer ersten oder zweiten Sperrvorspannung (504, 508) das Anlegen einer Gleichstrom-Sperrvorspannungskomponente und das Anlegen einer niederfrequenten Wechselstrom-Vorspannungskomponente mit Frequenzen von etwa 10 Hz bis 100 kHz. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Durchführen der ersten bzw. zweiten Messung (506, 510) das Messen der Gleichstrom-Komponente des Fotostroms zum Ermitteln der Energie des optischen Signals und das Messen der Wechselstrom-Komponente des Fotostroms, damit das Verhältnis der gemessenen Wechselstrom-Komponente zu der gemessenen Gleichstrom-Komponente Informationen zum Ermitteln der Wellenlänge des optischen Signals liefert. Zum Beispiel können die Informationen ein Verhältnis von Fotostrom-Messwerten sein, das in einem Wellenmesser geeicht wird, um das Verhältnis in Wellenlängen-Einheiten umzuwandeln.
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Ein Verfahren 500 kann bei anderen Ausführungsformen weiterhin das Durchführen von mehr als zwei Messungen umfassen. Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren 500 das Anlegen eines dritten oder weiterer Sperrvorspannungen an eine Fotodiode und das Durchführen einer dritten oder weiterer Messungen des Fotostroms bei der dritten bzw. den weiteren Sperrvorspannungen, wobei die Verhältnisse zwischen dem ersten, zweiten und/oder dritten oder weiteren Messwerten auf Wellenlängen-Einheiten geeicht werden, um anzugeben, ob das optische Signal innerhalb des Wellenlängenbands läuft.
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Bei anderen Ausführungsformen entspricht ein Verfahren 500 Ausführungsformen, die bereits in Zusammenhang mit anderen Figuren in dieser Patentbeschreibung beschrieben worden sind. Verschiedene Operationen werden als mehrere diskrete Operationen nacheinander in einer Weise beschrieben, die beim Verstehen der Erfindung sehr hilfreich ist. Die Reihenfolge der Beschreibung darf jedoch nicht so ausgelegt werden, dass impliziert wird, dass diese Operationen unbedingt Reihenfolgen-abhängig sind. Insbesondere brauchen diese Operationen nicht in der Reihenfolge der Darstellung ausgeführt zu werden. Die beschriebenen Operationen können auch in einer anderen Reihenfolge als bei der beschriebenen Ausführungsform ausgeführt werden. Bei weiteren Ausführungsformen können verschiedene weitere Operationen ausgeführt werden, und/oder beschriebene Operationen können weggelassen werden.
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6 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Systems nach einer Ausführungsform, bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Bei einer Ausführungsform weist ein Kommunikationssystem 600 ein optisches Netzwerk 602 auf, das mit mehreren Daten-Teilnehmeranschlussleitungen 606 und/oder Sprach-Teilnehmeranschlussleitungen 608 mittels eines optischen Mehrzustandsmultiplexers/-demultiplexers 612 unter Verwendung von abstimmbaren Laser 622 verbunden ist, die mit einem oder mehreren Wellenmessern 626 verbunden sind, die hier beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Der eine oder die mehreren abstimmbaren Laser 622 sind nicht auf die ECDL-Varietät beschränkt, sondern können halbintegrierte Diodenlaser mit externem Resonator, monolithisch integrierte Anordnungen oder eine andere Art oder Form von abstimmbarem Laser sein.
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Ein Kommunikationssystem 600 kann ein optisches Netzwerk 602, einen Netzwerkschalter 604, ein Daten-Endgerät 606 und/oder ein Sprach-Endgerät 608 aufweisen, die jeweils wie gezeigt geschaltet sind. Modulierte Daten können auf mehreren Kanälen in Mehrfachzugriffsprotokollen übertragen werden, unter anderem WDM (Wavelength Division Multiplexing; Wellenlängenmultiplex), DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing; dichtes Wellenlängenmultiplex), FDMA (Frequency Division Multiple Access; Frequenzvielfachzugriff) usw. Die Mittenfrequenzen jedes Kanals können von Standardisierungsorganisationen, wie etwa der International Telecommunications Union (ITU), festgelegt werden. Telekommunikationsstandards, wie etwa der von der ITU, Telecommunication Standardization Sector of ITU (ITU-T), erstellte Standard G.694.1 vom Juni 2002, kann eine optische Übertragung auf ITU-Kanälen mit bestimmten Wellenlängen erfordern, was eine Übertragung zwischen Kanälen oder ein unkontrolliertes Umschalten zwischen Kanälen verhindert. Ein Wellenmesser 626, der eine einzelne Fotodiode verwendet, wie hier beschrieben wird, kann angeben, ob ein Laser- oder optisches Signal auf dem gewünschten Kanal läuft.
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Der Netzwerkschalter 604 führt Netzwerk-Schaltoperationen aus, die durch optische Sende-Empfänger realisiert werden können, die auf Faserleitungskarten 610 montiert sind. Eine Faserleitungskarte 610 kann einen Multiplexer/Demultiplexer 612, eine Zirkulatorbank mit Zirkulatoren 614, eine Empfängerbank mit Empfängern 616 und eine Senderbank mit Sendern 618 aufweisen. Der Multiplexer/Demultiplexer 612 kann eine passive optische Vorrichtung sein, die Wellenlängen oder Kanäle von einem optischen Mehrkanalsignal trennt oder verschiedene Wellenlängen oder Kanäle auf entsprechenden optischen Wegen zu einem einzigen optischen Mehrkanalsignal in Abhängigkeit von der Ausbreitungsrichtung des Lichts vereint.
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Im Empfangsmodus wird nach dem Demultiplexen jeder einzelne Kanal über einen entsprechenden Zirkulator 614 in dem Zirkulatorband zu einem entsprechenden Empfänger 616 in der Empfängerbank geleitet. Jeder Empfänger 616 kann einen Schmalbandpass-Fotodetektor, einen Framer und Decodierer (nicht dargestellt) aufweisen. Schalter (nicht dargestellt) können den Empfänger über eine entsprechende von Teilnehmeranschlussleitungen 620 mit einem Daten- oder Sprach-Endgerät 606 oder 608 verbinden.
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Beim Sendemodus weist jede Leitungskarten-Senderbank eine Bank von Lasern 622 mit n Lasern auf, die Licht auf einer der gewählten Mittenfrequenzen jedes Kanals des Telekommunikations-Wellenlängengitters ausstrahlen. Aktuelle Wellenlängenbereiche von ITU-definierten Gittern sind zwischen drei Bändern aufgeteilt: S-Band-Wellenlängen von 1492 bis 1529 nm, C-Band-Wellenlängen von 1530 bis 1569 nm und L-Band-Wellenlängen von 1570 bis 1612 nm. Ein Teilnehmer-Datenstrom kann optisch auf einen Ausgangsstrahl eines mit dem Wellenmesser 626 optisch verbundenen entsprechenden Lasen aufmoduliert werden, um zu ermitteln, ob der Laser auf einer gewünschten Frequenz oder Wellenlänge lasert.
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Der Framer 624 gestattet das Framen, die Zeiger-Erzeugung und das Verwürfeln zur Übertragung von Daten von der Bank von Lasern 622 und zugehörigen Treibern. Die modulierten Informationen von jedem der Laser werden über einen entsprechenden Zirkulator an den Multiplexer/Demultiplexer 612 gesendet, der den Ausgang mit einer einzelnen optischen Faser für die Übertragung verbindet. Die Faserleitungskarte 610 kann eine Duplexkarte sein, die eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht.
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Bei einer Ausführungsform weist ein System 600 eine Fotodiode 626 zum Empfangen eines optischen Signals und zum Erzeugen eines Fotostroms beim Empfangen des optischen Signals auf, wobei die Fotodiode eine Absorptionskante hat, die im Wesentlichen auf ein Wellenlängenband ausgerichtet ist, wobei sich die Absorptionskante hin zu längeren Wellenlängen verschiebt, wenn eine Sperrvorspannung an die Fotodiode angelegt wird. Das System kann weiterhin Folgendes aufweisen: Steuerelektronik, die eine mit der Fotodiode 626 verbundene Schaltung zur Vorspannungserzeugung enthält, um mindestens eine erste Sperrvorspannung und eine zweite Sperrvorspannung an die Fotodiode 626 anzulegen, wobei das Verhältnis eines ersten Messwerts des Fotostroms bei der ersten Sperrvorspannung zu einem zweiten Messwert des Fotostroms bei der zweiten Sperrvorspannung Informationen zu der Wellenlänge des optischen Signals liefert; und einen mit der Fotodiode 626 verbundenen abstimmbaren Sender 618 zum Bereitstellen des optischen Signals. Der abstimmbare Sender 618 weist bei einer Ausführungsform einen abstimmbaren Laser 622 auf, der einen Wellenleiter enthält, der optisch mit der Fotodiode 626 verbunden ist.
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Bei einer Ausführungsform sind die Fotodiode 626 und der abstimmbare Laser 622 Bestandteil einer integrierten Photonenschaltung. Die Fotodiode kann Volumen-Halbleitermaterial, eine oder mehrere Quantentopfstrukturen, Halbleitermaterial der Gruppen III–V oder Kombinationen davon enthalten. Bei einer Ausführungsform enthält die Fotodiode InP, GaAs, InGaAsP oder Kombinationen davon. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Fotodiode und der abstimmbare Sender getrennte Halbleiteranordnungen (d. h., sie sind nicht vollständig integriert).
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Ein System 600 kann weiterhin Folgendes aufweisen: einen Netzwerkschalter 604, der mit dem abstimmbaren Sender 618 verbunden ist; ein Sprach- oder Daten-Endgerät, das mit dem abstimmbaren Sender verbunden ist; und ein optisches Netzwerk, das mit dem Netzwerkschalter verbunden ist. Wenn ein abstimmbarer Sender Bestandteil eines Netzwerkschalters ist, bezieht sich der Begriff „Netzwerkschalter” auf alle mit einem Netzwerkschalter verbundenen Komponenten außer auf den abstimmbaren Sender. Es lassen sich auch andere analoge Szenarios mit dieser Bedeutung vereinbaren.
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Die vorstehende Beschreibung von dargestellten Ausführungsformen sowie das, was in der „Zusammenfassung” beschrieben ist, sollen weder erschöpfend sein noch genau auf die beschriebenen Formen beschränkt sein. Hier sind zwar spezielle Ausführungsformen und Beispiele zur Erläuterung beschrieben worden, aber verschiedene äquivalente Modifikationen sind innerhalb des Schutzumfangs dieser Beschreibung möglich, wie Fachleute erkennen werden.
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Diese Modifikationen können in Anbetracht der vorstehenden detaillierten Beschreibung vorgenommen werden. Die in den folgenden Ansprüchen verwendeten Begriffe dürfen nicht als Begriffe angesehen werden, die den Schutzumfang auf die speziellen Ausführungsformen beschränken, die in der Patentbeschreibung und den Ansprüchen beschrieben sind. Vielmehr soll der Schutzumfang der hier beschriebenen Ausführungsformen vollständig von den folgenden Ansprüchen bestimmt werden, die nach den aufgestellten Grundsätzen der Anspruchsauslegung auszulegen sind.
