JP5075816B2 - 多重−チャネル光集積回路（ｐｉｃｓ）のための波長ロックおよび出力の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、多重ＷＤＭ信号チャネルに対する、波長ロックおよび出力制御システムに関し、より具体的には、各チャネルが変調ソースを有する複数の集積信号チャネルを備えるモノリシック送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）チップに見られるような該信号チャネルに関する。

（発明の背景）
レーザー、具体的には、光伝送ネットワークで使用する光送信機で用いられる離散レーザー、つまりいわゆるＥＭＬの配列の波長を制御するための多くのフィードバックループシステムが知られている。また、信号チャネル発生器の配列間でその電力レベルが等しくなるように、そのような送信機で生成される変調信号の出力レベルを制御するためのフィードバックループシステムも存在する。本電力等化は、当技術分野においてプリエンファシスとも呼ばれる。集積マルチプレクサを備えるモノリシックＴｘＰＩＣの特徴は、ＴｘＰＩＣから出現する光が、複数のデータ変調光波長を既に統合しているということにある。信用性および費用削減という利点があるが、個々のチャネル電力および波長の制御に必要な情報がＴｘＰＩＣの出力における光多重化信号から抽出されなくてはならないため、本集積マルチプレクサ機能は、個々の光波長およびチャネル平均電力の制御という問題を有する。

そのようなレーザーの配列、より具体的には集積レーザーの配列についての発振波長と電力とを同時に制御可能な制御システム、または集積光マルチプレクサを備える送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）における変調ソースが必要とされている。制御システムは、有利なことに、該発振波長および信号出力制御を支援するために、集積チャネル能動素子を使用することができる。

本開示のチャネル波長および電力の制御システムは、主に以下の三つの機能を提供する。
１．共有波長基準を用いて、多重チャネル集積ＴｘＰＩＣの変調ソースの波長を標準波長グリッドにロックすること。
２．さまざまな劣化、再起動、およびチャネル不良のシナリオに基づく、誤った基準値への波長ロックを防止すること。
３．モノリシック送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）における複数の変調ソースの個々の信号チャネル電力の検出および制御すること。

本開示の重要な特徴は、チャネル波長ロックおよびチャネル電力制御という二重機能の役割を果たすＰＩＣ信号チャネル特有のタギングまたはラベリングのスキームおよび方法の使用にある。

また、本開示の重要な特徴は、多重チャネル送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）の各信号チャネルに提供される、制御可能で透過型の能動チャネル素子の配置にある。「透過型」について、素子が、その素子を通って伝搬する変調ソースからのチャネル信号に透過性であることを意味する。制御可能で透過型の能動チャネル素子は、１）チャネル特性光変調タグを提供するために、既知の変調度および周波数の光強度変調を有する各信号チャネルをラベリングするための変調器として、ならびに２）各ＴｘＰＩＣチャネルの出力チャネル信号レベルを調節するための電力制御素子、の両方として機能する。光多重化信号内の個々の光チャネルの属性の検出は、チャネル特性光変調タグの強度を検出することによって達成される。チャネル波長とチャネル電力制御の両方のためのフィードバックループは、全オンチップ信号チャネルに並列制御を提供する、すなわちＴｘＰＩＣ上のＰＩＣチャネルの各々には、変調トーンタグが同時に提供され、これらのタグは、光多重化信号からコンポジット信号を受信する所定の光検出器の出力において同時に検出される。チャネル波長および電力の変化が、発振波長および隣接する信号チャネルの電力に即座に影響を与えることが可能であるため、多重化信号における全チャネルの並列信号処理は、集積ＰＩＣ装置にとって重要である。隣接チャネル変調ソースの耐用期間切れまたは故障の際に、本効果は特に顕著である。隣接チャネルの熱的結合は、隣接チャネルの発振波長に迅速で動的な効果を有する。したがって、フィードバック制御システムは、１ミリ秒内などで迅速に応答可能でなければならない。全信号チャネルに取り付けられるトーンタグの同時復調に基づき、並列信号処理により、本結合多重チャネルシステムのチャネル波長および電力の高速制御が可能になる。

多重チャネル集積ＴｘＰＩＣにおいて、各信号チャネルは、直接変調レーザーまたは外部変調器を有するｃｗ動作レーザーとして定義される、データ変調ソースを備える。各チャネルの透過型能動素子は、例えば、導波路ＰＩＮ領域を有してもよく、その透過率は、逆バイアス電圧（ＰＩＮの吸収を変更する）または順バイアス電流（ＰＩＮの利得を変更する）に応じて変化可能である。ＰＩＮ領域は、ｐ型およびｎ型の閉じ込め領域によって束縛される真性領域である。説明上、本導波路ＰＩＮ領域は、以下「前部ＰＩＮ」と呼ぶ。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、透過型能動素子は、別のチャネル透過型能動素子であってもよく、その例は、本開示において後に提供される。各チャネルは、後部検出器（ＰＤ）をさらに備え、その目的は、チャネルレーザーソースのバックエンドから放射される実質的に全ての光を吸収することにある。製造時に、後部ＰＤは、各チャネルレーザーの寿命初期（ＢＯＬ）出力電力および各チャネルレーザーの想定寿命末期（ＥＯＬ）出力電力に関連する光電流を測定するために用いられる。バックワード出力電力に対するフォーワード出力電力に対する割合は、寿命中実質的に一定である。したがって、後部ＰＤ光電流の読み取りは、ＴｘＰＩＣ上のチャネルレーザーの各々からのフォーワード光内部電力出力の非常に良好な指標である。想定ＥＯＬ電力は、寿命中のレーザー劣化推定に基づき選択され、それは、普通は、例えば、寿命中に電力出力劣化の約１．５ｄＢから約３ｄＢなどのそのＢＯＬ電力出力よりも数ｄＢ減少する。チャネルレーザーソースから選択される２つの光出力電力レベル各々について、バイアス状態の機能として前部ＰＩＮを介して伝送されるフォーワード出力電力は、そのチャネルの前部ＰＩＮのための伝達関数と呼ばれる二曲線を生成するために検出される。寿命初期（ＢＯＬ）伝達関数曲線は、ＢＯＬレーザー出力状態時の前部ＰＩＮの逆バイアス電圧に対する正規化透過率を表し、その後部ＰＤ電流も既知である。想定寿命末期（ＥＯＬ）伝達関数曲線は、想定ＥＯＬレーザー出力状態時の前部ＰＩＮの逆バイアス電圧に対する正規化透過率を表し、その後部ＰＤ電流も既知である。動作時、以下の技術が、チャネルレーザーソースの出力電力に関連する正規化伝達関数を推定するために使用される。後部ＰＤの電流が読み取られ、既知ＢＯＬ値および想定ＥＯＬ値に対するその値が決定される。検出された後部ＰＤ電流を補間パラメータとして使用して、正規化ＢＯＬとＥＯＬ正規化伝達関数との間の線形補間が実行される。本補間伝達関数は、次に、チャネル出力電力の所望値を達成するために前部ＰＩＮの透過率をいかに設定するかを決定するために用いられる。伝達関数が既知であるため、平均所望透過率を設定することが可能である（適切な平均バイアス設定を使用して）。また、前部ＰＩＮのバイアスのために適切なＡＣ変調波形を選択することによって、既知の変調度および所望の平均透過率の強度変調を導入することも可能である。このように、チャネル毎の単一透過型能動素子を使用して、既知の光変調指数の強度変調で光チャネルをラベル付けすると共に、チャネルの平均電力を制御することも可能である。

光多重化信号内の個々のチャネルにラベル付けするために、慎重に選択される強度変調波形スキームが使用可能である。そのようなラベリングスキームの一つは、方形波を使用し、その基本周波数と位相との関係は、特定の積分時間間隔のいかなる組の異なる方形波の積の近似数学的直交性を生成するように選択される。本スキームにおいて、各チャネルは、チャネルの前部ＰＩＮのバイアス入力に適切な方形波「トーン」を適用することによって変調される強度である。方形波トーンの基本周波数は、多重化信号における割当チャネルに特有であり、光変調度は、チャネルの前部ＰＩＮの較正伝達関数（透過率対バイアス）に基づいて、既知かつ一定であるように成される。該当する多重化信号における全てのチャネルは、並行して変調される強度であり、最適な直交性を維持するように同期化される波形を有する。多重化信号における個々のチャネルの属性の検出には、チャネルの割当ラベルを使用するコンポジット検出信号の復調を伴う。光多重化信号のタップ部分をその入力として有する光検出器の出力を考える。光電流は、特に、多重化信号における各チャネルの一定の光変調指数の強度変調ラベルと関連するＡＣ信号を含む。コンポジット光電流信号は、電圧に変換され、アナログ／デジタル変換器によって密にサンプルされて、後続のデジタル信号処理を可能にする。特定のチャネルに関連する情報を抽出するために、サンプルコンポジット信号と、チャネルの選択および同期化された方形波との積が形成され、多重化信号におけるチャネルをラベル付けする異なる方形波に近似的に直交性を提供するように選択された期間で積分される。このように、該当する個々のチャネルをラベル付けする方形波に対応するコンポジット信号の部分は、デジタル信号処理によって抽出される。選択された方形波の近似的な数学的直交性により、積分処理の出力は、被試験チャネルのラベリングまたはタギングの強度により主に決定される単数である。その他全てのチャネルからの相互相関関係は、無視できるほどに十分小さくすることができる。コンポジット受信信号をサンプリングし、直交性を保つ積分間隔で被試験チャネルをラベル付けするために使用される適切に同期化されたトーンで積分する処理は、そのチャネルのラベルまたはタグの復調と呼ばれる。多重化信号における全チャネルは、サンプルリングされたコンポジット出力信号を光検出器から同時積分処理に送ることによって、同時に変調可能であり、直交ラベリングスキームにおいて各ラベルトーンについて一つである。個々のチャネルについて、復調結果は、受信機におけるＡＣラベル信号のサイズを示す数である。本ＡＣラベル信号は、チャネルの平均光パワーとチャネルの光変調指数の積に比例する。チャネルの光変調指数が既知である場合、平均光チャネル電力を容易に推定することができる。本技術の利点は、ＡＣ信号ラベルおよびＡＣ信号処理が多重化信号内の個々のチャネル電力を推定するために使用されることにあり、例えば、個々のＤＣ光電流の検出を可能にするために、光逆多重化などで個々のチャネルを分離する必要がない。したがって、Ｎ信号相関は、全Ｎチャネルに同時に適用され、Ｎチャネルの各信号チャネルの平均電力を同時に示すが、各チャネルの光変調指数が可能なラベリング波形で既知である場合に限り、変調周波数が積分間隔でゼロに近い相互相関を呈するように慎重に選択可能で、かつ変調がデジタル交換によって実施し易くなるため、方形波変調が使用され、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）は、チャネル能動素子に適用される電圧高レベルＶ_Ｈｉｇｈおよび電圧低レベルＶ_Ｌｏｗ信号の両方を設定するために用いられ、選択変調周波数で２つの電圧間においてトグルするＦＰＧＡのデジタル出力は、アナログスイッチにより、ＴｘＰＩＣ上の各信号チャネルのチャネル透過型能動素子で方形波変調を生成するように駆動することができる。しかしながら、当業者によって明らかであるように、例えば、チャネル能動素子変調に使用される波形は、正弦波であるように選択可能であったことが留意されたい。正弦波の直交性は特によく知られている。

まとめると、ＴｘＰＩＣ上の各チャネルの前部ＰＩＮは、２つの役割を果たす。まず、前部ＰＩＮは、チャネルの制御可能減衰器または利得素子としての役割を果たす。前部ＰＩＮの正規化伝達関数（透過率対バイアス）の適切な較正により、チャネルの目標出力値およびチャネルの出力電力の実測値を踏まえて、所望の平均バイアス状態を決定するのに必要な情報が提供される。次に、前部ＰＩＮは、各チャネルの既知の光変調指数の確立および維持を含む信号処理要件を満たすように選択される強度変調ラベルまたはタグで、個々のチャネルをラベル付けするための変調器としての役割を果たす。選択チャネルラベルの直交性を使用して、相関技術は、多重化信号を形成する個々のチャネルの各々の平均光パワーを多重化信号の検出と関連するコンポジット光電流から抽出するために使用可能である。ゆえに、多重化信号内の個々の光チャネルの電力のための制御システムは、前部ＰＩＮの平均バイアスと透過率との較正関係と共に、単一の光検出器による多重化信号のタップ部分の検出ならびに上述の復調過程の実行に基づくことができる。本制御システムの１つのバージョンにおいて、光タップおよび光検出器は、集積マルチプレクサを有するモノリシックＴｘＰＩＣから出現する多重化信号の一部を送るために使用可能である。上述のような光検出器の出力変調により、光検出器に到達するチャネル電力の測定が可能になり、ＴｘＰＩＣのチャネル上の個々の前部ＰＩＮへのフィードバックにより、個々のチャネル電力が、所望値に設定可能になる。例えば、チャネル電力は、光検出器において全てがほぼ等しくなるようにすることができる。あるいは、異なるチャネルは、必要に応じて、さまざまな出力電力設定点に制御されてもよい。

これまでの復調過程の記述は、ＴｘＰＩＣの個々のチャネルの電力制御についてのみ述べた。適切な形式の波長基準を併用して、復調信号処理は、ＴｘＰＩＣの個々のチャネルのチャネル波長を制御するようにも使用可能である。

光多重化信号内の個々のチャネルの平均光チャネル電力の検出に関連した、上記のようなチャネルラベリングおよび復調の使用は、以下のように波長ロックの適用にまで拡大可能である。ファブリペローエタロンなどの装置は、その自由スペクトル領域（隣接透過ピークの間の周波数間隔）が、従来のＩＴＵ周波数グリッドと関連し得る所望の周波数間隔に対応するよう選択されるように、製造可能である。例えば、ファブリペローエタロンの自由スペクトル領域は、５０ＧＨｚになるように選択されてもよい。よく知られる光学的配列手順によって、ファブリペローエタロンの透過ピークは、５０ＧＨｚＩＴＵ周波数グリッドに関連する各特定周波数が、透過フリンジの側面のほぼ途中およびそれに沿った点に関連するように配置可能である。本配列過程の重要な結果は、周波数がＩＴＵグリッド周波数に近い光搬送波について、エタロンの透過率が光搬送波周波数によって決まるということ、つまり、特定のチャネルのための送信電力の放射電力に対する割合が、チャネルの光搬送波周波数およびファブリペローエタロンの関連フリンジの局部勾配によって決まる。簡単に言うと、ファブリペローエタロンは、所望の設定点が透過フリンジの勾配側面上の点に対応するいかなる光搬送波周波数にも、光周波数判別関数を提供する。

単一の光チャネルついて、光搬送波周波数の偏差を検出するためのセンサーは、ＴｘＰＩＣからの多重化信号出力のタップ部分を分配または分割し、光検出器に終端される２つの異なる光路を介して分割信号部分を送信することによって展開可能である。１つのパス（エタロンパス）により、光チャネルからの平行光が、配列ファブリペローエタロンを通るようにし、そこで、送信電力が光搬送波周波数によって決まるように周波数弁別機能が提供される。他方のパス（基準パス）は、光周波数弁別器素子を含まず、単に、光チャネルの平均電力の測定を提供する。これらの２つのパスからの出力光電流を比較することによって、関連のファブリペローエタロン透過フリンジのその位置に対する、チャネルの光搬送波周波数を測定することができる。例えば、エタロン光検出器からの光電流の基準光検出器からの光電流に対する割合は、光チャネル電力に依存しない光搬送波周波数の特有の測定値を提供する。ＪＤＳＵ，Ｉｎｃ．より入手可能な広帯域ファブリペロー波長ロッカーなどの市販の装置は、当技術分野でよく知られている。

単一の光チャネルの光搬送波周波数の測定値を提供するファブリペロー波長ロッカー（または同等物）の適用について、検出ＤＣ光電流の観点からこれまで記載した。Ｎ多重信号チャネルを含む光多重化信号が、そのようなファブリペロー波長ロッカーに通される場合、ＤＣ光電流は、チャネルの光搬送波周波数に関する有用な情報を提供するために使用できない。しかしながら、光多重化信号の個々のチャネルが前述のように強度変調波形によってラベル付けされる場合、ならびにエタロンおよび基準光検出器の両方の出力がサンプルされて同時に復調される場合に、有用な情報は、エタロンおよび基準光検出器のコンポジット光電流から得られる。所定のラベリングトーン周波数について、エタロン光検出器信号の復調結果は、そのトーン周波数、チャネルの光変調指数、およびチャネルの光搬送波周波数（エタロン透過フリンジの勾配側面の周波数−弁別器特性による）によってラベル付けされるチャネルの平均光パワーに比例する数である。同様に、基準光検出信号の復調結果は、そのトーン周波数およびチャネルの光変調指数によってラベル付けされるチャネルの平均光パワーに比例する数である。復調によりもたらされるこの組の数から、トーン周波数によってラベル付けされるチャネルの搬送波周波数の測定値が、多重光チャネルを含む光多重化信号によって光検出器の照明よりもたらされるコンポジット信号から抽出可能である。全トーン周波数におけるエタロン光検出器出力および基準光検出器出力の並列復調は、単一のファブリペロー波長ロッカーを使用して、多重化信号における全チャネルの光搬送波周波数を同時に測定する手段を提供する。

ファブリペロー波長ロッカーのエタロンおよび基準パスのＩＴＵグリッド周波数と透過性との較正関係を考慮して、光搬送波周波数の測定値が、ＩＴＵグリッド周波数に対して光搬送波周波数の偏差の測定値に変換される。前述のチャネルラベリングおよび並列復調を使用して、単一のファブリペロー波長ロッカーが、光多重化信号における個々のチャネル搬送周波数を測定するため、ならびにそれらの個々のチャネル搬送周波数をＩＴＵグリッド周波数に関連付けるために使用可能であるが、但し、各光搬送波周波数は、その関連ＩＴＵグリッド周波数に十分近くなければならない（エタロンの周期的透過性から起こるあいまいさを回避するため）。

光チャネル電力制御に関して記載されるようにラベル付けされる、多重チャネルＴｘＰＩＣの多重化光出力は、単一のファブリペロー波長ロッカーに通されて、上記のようにＴｘＰＩＣの各チャネルの個々の光搬送波周波数を測定するように処理可能である。ＴｘＰＩＣチャネルの光搬送波周波数を変更する手段を考慮すると、ＩＴＵグリッド周波数などの標準波長グリッドに沿った割当光搬送波周波数に、ＴｘＰＩＣの各チャネルをロックする制御システムを完成することができる。ＴｘＰＩＣ上の個々のチャネルの光搬送波周波数を制御するこのような一手段は、チャネルの光搬送波周波数を生成するレーザーのに隣接する隣の局部ヒーターである。

前述のとおり、所望の信号チャネル出力電力およびレーザー発振波長を維持する二重機能を提供するために、ＴｘＰＩＣ上の複数の信号チャネルの前部ＰＩＮが用いられるが、各ＰＩＣ信号チャネルにおけるその他のチャネル能動素子も、本二重機能性を提供するために検討可能であることを留意することが重要である。そのようなその他のチャネル集積能動素子の例として、チャネルレーザーソース、チャネル外部変調器、チャネル可変光減衰器（ＶＯＡ）、チャネル半導体光増幅器（ＳＯＡ）、またはチャネルＳＯＡ／ＶＯＡの組み合わせが挙げられる。

本発明は、モノリシック送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）における複数の集積信号チャネル間の波長および電力を制御するのに適用可能であるように記載されるが、本開示の基礎は、その他のＷＤＭ信号チャネルシステムに同様に適用可能であることが、当業者によって容易に認識され、そのＷＤＭ信号チャネルシステムには、離散および分離信号チャネルを有する光伝送システムを含むがそれだけに限定されず、その場合、例えば、各信号チャネルが分離および離散ｃｗレーザーおよび対応する離散外部変調器または離散直接変調レーザー、あるいはＥＭＬと呼ばれる離散であって集積でない電気吸収型変調器／レーザーを備える。このようなＷＤＭ信号チャネルシステムは、信号を結合または多重化して、その多くの分離変調ソースから光多重化信号出力を提供するようにするために離散手段も含む。

以下の図面において、類似記号は、類似部分を指す。

図１において、送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）１０は、半導体回路チップであってもよく、複数のＮ集積信号チャネル１５を備えてもよく、その各チャネルは、各チャネルに沿った連続的につながった素子において、後部光検出器（ＰＤ）１２、半導体レーザー１４（ＤＦＢレーザーまたはＤＢＲレーザー）、電気光学変調器（ＥＯＭ）１６（本図面において電気吸収型変調器またはＥＡＭとして示されるが、例えば、マッハツェンダー変調器も可能）、および前部ＰＩＮ１８を備える。本願発明者は、レーザー１４と電気光学変調器１６の信号チャネルの組み合わせをチャネル変調ソースとして呼ぶ。ＴｘＰＩＣ１０のチャネル１５において使用されてもよい別の種類の変調ソースとして、直接変調レーザーがあり、その場合、当然各チャネル１１における外部変調器１６は必要なくなる。ＴｘＰＩＣ１０において、５０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、または２００ＧＨｚなどの一様な周波数グリッド間隔で動作する、異なる光搬送波周波数または発振波長のＮレーザー１４を有するＮ信号チャネル１５が存在する。レーザーＣＷ光出力は、チャネル電気光学変調器（ＥＯＭ）１６で変調されるデータ信号である。

簡略化のため、そのようなチャネル１５の一つだけしか図１に示されないが、他方のＮ−１信号チャネルは、集積光コンバイナ、例えば、変調ソースで生成された変調チャネル信号出力をしてＴｘＰＩＣ１０からの出力導波路上に光チャネル群（ＯＣＧ）多重信号を提供するマルチプレクサ（アレイ導波路回折格子またはＡＷＧ）２０に光学的に結合される全出力を有する第一の信号チャネルとほぼ心合する。また、このようなコンバイナは、例えば、エシェル格子（波長選択コンバイナ）またはＭＭＩカプラー（自由空間カプラー）などの光カプラーであってもよい。本ＰＩＣ出力は、アイソレータ２２、タップカプラー２４、可変光減衰器（ＶＯＡ）２６、および出力導波路２８で、帯域多重モジュール（ＢＭＭ）として本明細書で説明される別のモジュールにオフチップで提供され、それは、２００６年６月ｘｘ日に出願された米国非仮特許出願第（Ｐ０９６）号、２００５年６月３０日に出願された仮出願第６０／６９５，５０８号の非仮特許出願に開示および説明され、これらの出願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。本明細書で使用される際、ＯＣＧは、所定ＴｘＰＩＣ１０の特定チャネル群であるが、異なる発振波長のチャネル群（ＯＣＧ）を有するその他のＴｘＰＩＣも、ＴｘＰＩＣ１０として図１に示される実施形態を有する同一のモジュール（デジタル回線モジュールまたはＤＬＭと呼ばれる）において設けられてもよく、その各々は、それ自体のフィードバックループ４１を有し、また、その出力は、全ＯＣＧが光伝送ネットワーク光リンク上の伝送のために結合される導波路２８上の同一のＢＭＭに提供される。ＤＬＭについてのさらなる詳細は、２００５年１２月２５日にＵＳ２００５／０２８６５２１Ａ１で公開もされている、２００５年６月１６日に出願された米国非仮特許出願第１１／１５４，４５５号でも見ることが可能で、その出願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。例として、ＴｘＰＩＣ１０上でＮが１０である信号チャネル１５が存在してもよい。しかしながら、４０以上の信号チャネルなどのより多くの信号チャネルが、同一のＴｘＰＩＣに取り付けられてもよい。チップ１０上で集積される各信号チャネル１５は、ＩＴＵ波長グリッド上のＣ帯域のスペクトル域などの異なるピーク波長を有する変調信号出力を提供し、発振波長は、各信号チャネルの対応する半導体レーザー１４によって設定される。前述のとおり、これらの変調出力の各々は、本明細書においてアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）で示される光マルチプレクサ２０の入力に提供される。図１のＴｘＰＩＣ１０の詳細は、２００２年１０月８日に出願、２００３年５月２２日に公報第ＵＳ２００３／００９５７３６Ａ１で公開された米国特許出願第１０／２６７，３３１号に記載され、参照することによって本明細書に組み込まれる。

図１において、波長ロックおよび電力制御フィードバックループ４１が、多重チャネル送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）１０に設けられる。いくつかの重要側面の中でも特に本開示の一側面は、ＴｘＰＩＣ１０の各信号チャネル１５において、可変チャネル減衰器として機能する電力制御素子、ならびにチャネル電力制御およびチャネル波長ロックの両方に使用されるチャネルラベリングまたはタギング用の低周波トーン変調器として、前部ＰＩＮ１８を用いる。チャネルタギング情報は、例えば、ＴｘＰＩＣ１０上の信号チャネルアレイ間のチャネル信号出力の等化を達成するために、波長および電力制御の両方、つまり、各信号チャネル１５におけるオンチップチャネルレーザー発振波長の制御ならびにチャネル信号出力の制御のためにフィードバックループ４１において用いられる。これらの過程は、前述のとおり、デジタル信号処理によって達成される。したがって、各チャネルの集積チャネル前部ＰＩＮ１８は、信号チャネル毎に平均逆バイアス電圧を調整して決定される各チャネルの平均光出力を設定する減衰器として、ならびにチャネル変調ソースから受信する光信号の強度変調のための変換器としても機能する。本明細書で選択される強度変調は方形波であり、本明細書でＶ_ＨｉｇｈおよびＶ_Ｌｏｗと呼ばれる２値の逆バイアス電圧の間で、図４においてさらに説明され、図１のＴｘＰＩＣ１０の差し込み図においても説明されるように、変調方形波の電圧ピーク間がＶ_ＨｉｇｈマイナスＶ_Ｌｏｗであるように、各前部ＰＩＮ１８に加えられる逆バイアス電圧をトグルすることによって生成される。前述のとおり、タギングのためにチャネル信号印可される強度変調波形は、方形波の代わりに代替的に正弦波であってもよい。変調方形波のピーク間の値Ｖ_ＰＰは、前部ＰＩＮの伝達関数と共に、一定である光変調指数を決定する。チャネル電力出力を調整するが、最大および最長値であるＶ_ＰＰつまり、Ｖ_ＨｉｇｈおよびＶ_Ｌｏｗは、前部ＰＩＮの平均減衰を調整するように変更する一方、光変調指数を一定に維持する。個々のチャネルの電力出力設定点に応じて、異なる信号チャネルは、等出力を生成するように制御されてもよく、また、必要に応じて、例えばチャネルプリエンファシスで使用されるような不等出力を生成するように制御されてもよい。各前部ＰＩＮ１８における本方形波変調は、後により詳しく説明される発生器５０によって生成される。したがって、異なる方形波周波数を有する方形波強度変調は、各前部ＰＩＮ１８に提供され、ＴｘＰＩＣ上の全てのチャネルは、常に、同時かつ同期に変調される。ＴｘＰＩＣ上の各チャネルは、特有の方形波でラベル付けされ、全方形波の設定は、選択される積分間隔上で近似的に直交するように選択される。

図１の実施形態において、レーザー１４は、寿命中一定電流で駆動されて、バイアス電流、ヒーター電流、およびサブマウント温度の組み合わせが、それぞれの波長発振動作に所望の標準グリッドに出力波長を実質的に近づけ、かつ適切な出力電力を各チャネルに提供するように製造時に設定されるようにする。レーザーヒーター１３は、各レーザー１４に局所的に設けられる。ヒーター１３は、わずかな増加分でその発振波長を変更するために、レーザー１４の温度を変更するヒーター電流を介して提供されるジュール加熱の変化に応じて、各レーザー１４の光搬送波周波数を変更することができる。例えば、ＴｘＰＩＣレーザーは、約−１０．６ＧＨｚ／℃の割合で温度調節してもよい。このようなヒーターに関するさらなる情報は、非仮出願第１０／２６７，３３０号および１０／２６７，３３１号に記載され、それらは参照することによって本明細書に組み込まれる。

このようなヒーター１３を用いるレーザー周波数の双方向制御について、レーザー１４は、ヒーターに対する入力電力減少によりレーザー温度を下げ、レーザー発振波長を減少させるように、局所的に上昇する温度で動作しなければならない。レーザーがその標準グリッド波長に近い発振波長で動作する場合、付随するレーザーヒーター１３は、非ゼロ電力を供給しなければならない。冷却速度は、ヒーター供給によるレーザー温度上昇によって決まる。レーザー発振波長を下げることが望まれる場合に、ヒーターへの電流が減少するように、レーザー自体が局所的に上昇する温度で動作する。冷却速度と、レーザー波長シフトのための長期劣化予測と、ＴｘＰＩＣ１０の容量制約との間でトレードオフしなければならない。双方向制御範囲の端でレーザー局部ヒーターによりもたらされる最小温度上昇が、約１℃から約２℃の範囲で小さいことが認識されたい。

前述のとおり、好ましくは方形波である光強度変調は、ＴｘＰＩＣ１０の各Ｎ信号チャネルにおいて、前部ＰＩＮ１８を介して重畳される。方形波変調またはトーン周波数は各チャネルで異なり、変調方形波電圧は各信号チャネルの前部ＰＩＮ１８で重畳される。トーン駆動電圧の振幅は、前部ＰＩＮ１８によって誘導される必要減衰ならびに所望減衰設定の前部ＰＩＮ伝達関数の局部形状に左右される。変調方形波のピーク間電圧は、既定で一定の光変調指数（ＯＭＩ）をトーン変調出力光に提供するようにスケールされる。ＴｘＰＩＣマルチプレクサ２０からの集合光チャネル群（ＯＣＧ）は、３４でタップされて、ファブリペロー波長ロッカー（ＦＰＷＬ）サブモジュール３０に提供される。タップされた出力は、スプリッタ３１で基準線３１Ａとエタロン線３１Ｂに分割される。エタロン線３１Ｂにおいて、分割光はエタロン３４に提供される。線３１Ａ上の基準光信号および線３１Ｂ上のエタロン光信号は、光検出器ＰＤ１ ３２およびＰＤ２ ３３でそれぞれ検出され、ＰＤ１およびＰＤ２のその各光検出電流信号は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）３４Ａおよび３４Ｂによって電圧信号に変換され、高速アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル化される。デジタル化された出力波形は、第一のフィールドプログラマブルゲートアレイチップ（ＦＰＧＡ１）３５を介して関連付けられる（変調方形波の遅延重複によって乗算され、既定の時間間隔で積分される）。ＰＤ３２および３３は、ローパスフィルタとして機能し、チャネルラベリングトーンを含む低周波信号検出するだけであることに留意したい。ゆえに、これらのＰＤは、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃまたは４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃデータ変調などの高周波データ変調には反応しない。ＦＧＰＡ１ ３５に関する信号処理において、アナログ電流信号は、１ミリ秒などの既定の時間間隔でサンプルされる。出力信号３１Ａおよび３１Ｂは両方とも、波長ロック目的で用いられ、そこで、検出される波長オフセットはこれらの信号から決定され、レーザー発振波長はレーザーヒーター１３を介して適宜調整される。しかしながら、電力制御の目的で、基準出力３１のみが本目的に必要となる。

したがって、前部ＰＩＮ１８は、チャネルラベリングまたは識別のための、チャネル電力制御素子と変調素子の両方に用いられる能動透過型チャネル素子である。チャネル電力制御の場合、前部ＰＩＮは、所望の電力レベルに維持するために、チャネル変調信号上で電圧制御減衰を提供する。ＰＩＣ製造後の初期動作の際、個々のチャネル減衰が、寿命中にチャネル電力の双方向制御を可能にするように選択される寿命初期（ＢＯＬ）値に設定される。例えば、ソースレーザーは、寿命中に電力減衰を呈してもよい。そのような寿命中の減衰は、例えば、約１ｄＢから約３ｄＢの範囲内であってもよく、通常は約２ｄＢである。また、前述のとおり、前部ＰＩＮ平均逆バイアス電圧は、発生器５０、好ましくは方形波ソースによってチャネルラベリングトーンのチャネル特定周波数に設定される。チャネル毎の電力測定の適合性を維持するために、チャネルラベリングトーンと関連する光変調指数（ＯＭＩ）は各チャネルで一定に保たれるが、素子１８における平均減衰は、経時的に変化する。方形波のＯＭＩは図２に示される。ゆえに、変調電圧のピーク間電圧振幅は、ＯＭＩが一定に維持されるように、伝達関数の局部勾配に応じて変化する必要がある。伝達関数の形状は、光パワーがどれだけ前部ＰＩＮ１８で分散されているかによって決定され、レーザー１４からの出力電力の変化ならびに前部ＰＩＮ１８より上流のその他チャネル内光学素子のその他光学変化によりＴｘＰＩＣ１０の寿命中に経時的に変化する。

積分の直交性がより容易に達成されるため、トーン適用のための正弦波変調が当技術分野において通常用いられてもよいが、方形波変調が所望の周波数において電圧レベル間での切り替えを容易に実行し易いので、本願発明者は方形波変調を用いる。通常、ＴｘＰＩＣ１０上のチャネル１は、光チャネル群（ＯＣＧ）のための最低トーン周波数を有してもよく、各後続チャネルは、一つ以上のｋＨｚによって分離されるより高いトーン周波数を有する。例えば、周波数の範囲は、約４２．０５７ｋＨｚから約８７．７７１ｋＨｚの範囲内であってもよく、例えば１０の信号チャネル１５に分割される。しかしながら、トーン分離の範囲およびトーン増加のチャネル方向は、いかなる順序または方向であってもよい。ｋＨｚトーンは、複数の信号チャネルに沿ったランダム値であってもよいが、それぞれが異なる周波数であり、積分で適切な直交性を維持するように選択されなければならない。ＯＭＩはμとして定義され、最大出力電力と最小出力電力の合計で割る最大出力電力と最小出力電力との差である。本図面において、ＯＭＩは５％、つまりμ＝０．０５で示され、変調高点と変調低点との間の送信電力における約０．４４ｄＢ差に相当する。ＯＭＩが平均送信電力、つまり前部ＰＩＮ１８からの変調後電力に正規化される場合、μの値は単に変調振幅である。

本説明において、チャネル前部ＰＩＮ１８は上述の二重制御機能を提供するが、各チャネル１５の半導体レーザー１４または各チャネル１５の電気光学変調器（ＥＯＭ）１６に、トーン強度変調を代替的に取り付けるその他の実施形態も本開示の範囲内である。さらに、別の実施形態において、主に波長タギングおよび制御のために各チャネル１５のチャネル変調器１６にチャネルラベリング変調を重畳することが可能であり、かつ主に電力制御のためにチャネル前部ＰＩＮ１８を用いることが可能である。また、さらなる実施形態において、可変光減衰器（ＶＯＡ）の役割をする前部ＰＩＮまたは同様の光学素子は、各チャネル１５における半導体光増幅器（ＳＯＡ）と入れ替えられてもよく、あるいは、ＶＯＡ／ＳＯＡの組み合わせも各チャネル１５内に配置されてもよい。最後に、さらに別の実施形態において、チャネル信号タギングおよび波ロック変調は、電気制御を提供するために用いられるチャネルＳＯＡを有する各チャネル変調器１６に重畳され、チャネル信号アレイ間の電力等化を達成してもよい。

（１．共有波長基準値を使用して、多重チャネル集積ＴｘＰＩＣの波長を標準波長グリッド値にロック）
（Ａ．波長ロック）
低周波数の周波数トーンは、普通は、各レーザーのための異なる識別（ＩＤ）タグとして、ならびに変調ソース波長が許容時間に決定可能な手段として機能する各レーザー搬送周波数に取り付けられる。したがって、各変調ソースの搬送周波数は、単一波長基準を使用する。これらのトーン周波数は、各チャネルのデータを変調するのに使用される波長の確定帯域幅を十分下回る周波数を有し、それは１Ｇｂｉｔｓ／ｓｅｃを上回る。このようなトーン周波数の使用についての説明は、米国特許出願第１０／２６７，３３０号に詳細に開示され、参照することによって本明細書に組み込まれる。

図１において、ファブリペロー波長ロッカー（ＦＰＷＬ）サブモジュール３０は、ＰＩＣレーザー１４がロックされてもよい光周波数基準値を提供する。約±１．２５ＧＨｚのＩＴＵグリッドに対する精度などで達成される十分高い精度について、サブモジュール３０および４０で表示されるように、２つのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ１およびＦＰＧＡ２）チップ３５および４２を含むサーボループ４１は、エタロンＰＤ２ ３３とその付随するＴＩＡ回路３４Ａからのエタロンパス３３Ａおよび基準ＰＤ１ ３２とその付随するＴＩＡ回路３４Ｂからの基準パス３２Ａからそれぞれ供給される光電流割合の較正値が、所望の標準波長チャネル値で与えられる。また、定常状態エラーサーボループは、ゼロでなければならない。したがって、本実施形態で例えば２００ＧＨｚである既定の所望搬送周波数分離を有するＮ ＴｘＰＩＣチャネルの同時基準を提供するために、サブモジュール３０が本実施形態において用いられる。ここで、所定の一様な周波数間隔、例えば２００ＧＨｚによって分離されるＮ ＴｘＰＩＣレーザー１４または信号チャネル１５の同時基準として、単一のＦＰＷＬ３０が配置されるので、エタロンおよび基準フォトダイオードによって提供されるＤＣ光電流を使用するだけではそれ自体十分ではない。これは、チャネル１５上の各チャネル信号が、そのチャネルの前部ＰＩＮ１８を介して特徴基本トーン周波数で変調される方形波強調であるからで、レーザーからの全光搬送周波数は、それ自体の特徴周波数、つまり相互に異なるトーン周波数で平行して連続的に変調される。

２つのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ１およびＦＰＧＡ２）チップ３５および４２は、フィードバックループ４１において利用される。ＦＰＧＡ２ ４２は、Ｎトーン周波数ｆ_ｋのためのそれ自体のトーン発生器を有し、５０でＮ方形波発生器の各々に適用し、Ｎ前部ＰＩＮｓ１８の各々に適用する。ＦＰＧＡ１ ３５は、それ自体の方形波周波数発生器を有し、ＦＰＷＬ光検出回路からの出力信号の復調のために、Ｎトーン周波数ｆ_ｋを発生させる。ＰＤ１ ３２およびＰＤ２ ３３からの両光電流は本目的のために使用される。ＦＰＧＡ１ ３５のトーン発生器からの同期パルスは、ＦＰＧＡ２ ４２のトーン発生器に提供され、変調トーンと復調トーンとの間のタイミングを維持する。

図１に示されるように、方形波発生器５０のそれぞれは、線４９を介してＦＰＧＡ２４２から受信される電圧によってトーン周波数ｆ_ｋで駆動されるアナログスイッチ５１を備える。加算器５２は、ＤＡＣ４８を介して負バイアスで設定され、スイッチ５１が変調されて、各チャネルの既定の周波数に応じてオフおよびオンにされるようにする。したがって、方形波発生器に関するＤＡＣは、高レベルおよび低レベル信号（Ｖ_ＨｉｇｈおよびＶ_Ｌｏｗ）を設定し、アナログスイッチされたものは、ＦＰＧＡ２ ４２から送信された周波数でトグルされる。Ｖ_Ｈｉｇｈは、ＤＡＣ４８から線４８を介して加算器５２に提供され、加算器５２から、ＴｘＰＩＣ１０上に示される四角の変調差し込みのグラフで示されるように、変調度がＶ_Ｌｏｗによって決定される。

グリッド上の所望の発振波長からの特定のレーザー波長オフセットを表すエラー信号は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４４から得られ、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４８および線６０を介してＴｘＰＩＣ１０の各レーザーヒーター１３に電流の正確な変化を提供する。デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４４には、基準およびエタロン光検出器回路の出力の並列復調によって検出されるトーン強度（各チャネルの）の測定値が提供される。ＤＳＰ４４は、例えば、特定チャネルのトーン強度割合を取得し、その割合を所望の波長に対応する較正値と比較することによって、適切なエラー信号を得る。また、ＤＡＣ４８は、設定バイアス電流バイアス電流Ｉ_Ｌを、ＤＡＣ４８から線６２を介して各レーザー１４に提供する。また、ＤＳＰ４４は、Ｎレーザー１４の各チャネルから線６４においてそのＴＩＡ６３およびアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）４６を介して、後部ＰＤ１２光電流Ｖ_ＰＤを受信する。したがって、ヒーター電流の監視およびレーザーバイアス電流制御は、ＤＳＰ４４によって達成され、レーザー１４を不適切なロック点に駆動する試みを阻止する。

図１において、発生器５０で提供されるＮ方形波の周波数および位相は、例えば約１ｍｓなどの一定サンプリング周期で近似的に数学的直交するように選択される。これらの方形波信号は、各サンプリング周期の開始時に同期化させる。一定サンプリング周期のサイクル整数を有する方形波の基本組から、Ｎ方形波の近似的に直交した組が選択可能である、すなわち、２つの異なる方形波の積は、所定の間隔で積分されると限りなくゼロに近い数をもたらす一方、２つの同一方形波の積は、同間隔で積分されると１に標準化可能な大きな数をもたらす。３１Ｂにおけるエタロン出力および３１Ａにおける基準出力の両方から得られる出力、ならびに３１Ａで基準出力より得られるトーン強度を介してチャネル波長ドリフトを示すのは、これらの標準値である。変調トーン周波数は、いかなる波長シフトも速く測定できるように比較的高いｋＨｚの周波数範囲内にあるように選択され、例えば、トーン周波数は４０ｋＨｚを上回るように選択される。

上述のとおり、チャネルの前部ＰＩＮに供給される各変調する方形波変調のピーク間電圧振幅は、その高点Ｖ_Ｈｉｇｈおよびその低点Ｖ_Ｌｏｗの差であり、既定かつ一定に維持される光変調指数（ＯＭＩ）を各Ｎ信号チャネルの出力電力に提供するように決定される。ＯＭＩ率は、適切な信号を信号処理の雑音比に提供するよう十分大きくなくてはならず、また、データの過剰なペナルティを回避するよう十分小さくなくてはならない（例えば、アイクロージャのため）。ＯＭＩが小さ過ぎると、回路測定値は、回路電圧オフセット、暗電流、および漏電電流により正確でなくなる。ＯＭＩを極端に大きくすることができないと、送信データはアイクロージャペナルティを受ける。例えば、５％のＯＭＩは、許容アイクロージャペナルティを誘導するが、依然として十分大きい制御信号を生成する許容可能な選択であり、信号エラーおよび雑音に対してロバスト結果を達成する。このようなＯＭＩを生成する必要のある方形波のチャネル特定電圧値は、各前部ＰＩＮ１８の設定ＤＣバイアス点によって決まる。そのＤＣバイアス点は、チャネル毎の電力制御の一部として意図的に変化するので、方形波変調の電圧値は、ルックアップテーブルまたは図１のサーボ制御ループ４１を配置することによって制御し、全変調トーン周波数ｆ_ｋについて、経時的に一定のＯＭＩを持続的に維持しなければならない。

エタロン３４は、信号チャネル空間または間隔に一致する特定の周期的応答で調達可能であることが留意されたい。しかしながら、本出願発明者は、５０ＧＨｚの周期的応答を有するエタロン３４を選び、信号チャネルｋおよびｋ＋１に対するそのフリンジ透過率は図３に示される。出力３２Ａにおける基準信号は、光波長からほぼ独立する応答を有する。前述のとおり、本実施形態における信号チャネル間隔は２００ＧＨｚであり、エタロン応答はその空間の因子となるように、すなわち、信号チャネルｋおよびｋ＋１と関連するエタロンフリンジ間で三つの未利用エタロンフリンジが存在するようにする。ゆえに、同一の５０ＧＨｚエタロンは、５０ＧＨｚまたは１００ＧＨｚなどの自由スペクトル領域の正の倍数におけるその他のＴｘＰＩＣチャネル空間のために、ならびに例えばＴｘＰＩＣ毎に４０チャネルなどの大きい数Ｎの信号チャネルを有するＴｘＰＩＣのために、同一の周波数弁別機能を実行するのに有用である。エタロン３４は市販のファブリペローエタロンであり、５０ＧＨｚの周期関数対光周波数を有し、ＪＤＳＵ，Ｉｎｃなどのさまざまな製造者より容易に入手可能である。ファブリペロー波長ロッカーの製造過程には、透過ピークの勾配側のおよそ半分までの点にＩＴＵ周波数が対応するように、ＩＴＵグリッドとエタロンの透過ピークとの関係を設定することが含まれる。したがって、透過ピークの勾配側は、光搬送波周波数におけるわずかな変更が、検出可能な変化を送信電力にもたらす局所的周波数弁別としての役割を果たす。

（Ｂ．正確なロック点へのロック）
変調ソース１４、１６によってチャネル信号に課される高周波数データ変調は、ＦＰＷＬサブモジュール３０における２つのフォトダイオード３２および３３の帯域幅内ではないため、その光電流信号に直接出現しないことが留意されたい。図３における基準レベル３６は、エタロンフリンジの上昇側（光周波数の増加に伴い光パワー透過率が増加するところ）に沿って点を提供し、ここで有用なロック点が確定されてもよい。この点は、フリンジの側面に沿ったほとんどどこにあってもよいが、局部勾配は十分大きくなくてはならない。フリンジを横切る垂直基準レベル線３７は、エタロン３４の所定の感知温度について、ＩＴＵ光搬送波周波数およびエタロンフリンジの側面との交点を示すために使用される。垂直基準３７と図３のフリンジとの交点の位置を受動的に決定するためにセンサー３９が用いられ、これは、ＰＤ３２と３３の各々の光電流の一組に関する可能温度の範囲におけるエタロン３４で測定される１組の温度についての初期較正で達成され、この較正を使用して、ＰＤ３２およびＰＤ３３からの出力電流の相対値は、ＩＴＵグリッド周波数においてわかるようにする。したがって、フリンジ側面に沿った確定ロック点３８によって、ロック点４８よりも上または下のフリンジ側面に沿った検出値が電子的に検出可能である手段がもたらされる。較正ロック点３８からのオフセット量は、レーザー発振周波数または波長がどのくらいその所望の標準グリッド周波数からシフトされたかによって、どの方向ならびにデジタル形式にいつ変換されたかを決定するのに用いられる。したがって、ＰＩＣ上の多重チャネルとは対称的に、単一光チャネル１５における単一ＣＷレーザー１４の場合、ｃｗ光チャネルが、ＩＴＵグリッドなどの標準グリッド上のロック点光周波数であるのであれば、エタロンおよび基準フォトダイオード３２および３３からＤＣ光電流の較正ロック点の割合を生成する。

多重チャネルＴｘＰＩＣからの光多重化信号のタップ部分が、ＦＰＷＬサブモジュール３０ならびにエタロンおよび基準光電流出力３２Ａと３３Ａ及びそれぞれに対応するＴＩＡ３４Ａと３４Ｂに供給されると、結果的に生じる電気信号は、コンポジット信号、つまり平均ＤＣ値、および複合チャネル信号に課されるトーン変調、ならびにチャネル信号におけるデータ変調、ＴｘＰＩＣ１０上のＮチャネル１５の各々からび雑音を含む。多重チャネル入力の場合、ｋ^ＴＨ光搬送波周波数のエラー信号は、コヒーレント復調を使用して決定され、エタロンフォトダイオード３３および基準フォトダイオード３２に、周波数ｆ_ｋで方形波信号強度のロックイン検出を提供する。エタロン３４は、温度変化に敏感であるため、サーミスタ３９として本図面で示される温度センサー３９がＦＰＷＬサブモジュール３０上に提供され、ＦＰＷＬサブモジュール３０の温度の機能として、ＩＴＵグリッドなどの標準グリッド上で周波数へのＦＰＷＬロック点をより正確に較正可能にする。

所望の光搬送波周波数からのｋ^ＴＨレーザー１４の中心光搬送波周波数の偏差を表すエラー信号は、ＰＤ３２と３３のそれぞれからトーン周波数ｆ_ｋでトーン信号強度をコヒーレントに復調し、その結果と所望光搬送波周波数に決定される較正値とを比較することによって、ＴＩＡ３４ＡとＴＩＡ３４Ｂの両方からのコンポジット光電流から抽出される。前述のとおり、復調トーンはＦＰＧＡ１ ３５内で生成され、同期変調トーンは、４２においてＦＰＧＡ２で生成される。例えば、ＦＰＧＡ３５は、サブモジュール３０から選択トーン周波数に対して標準化するためのＮトーン周波数を生成するために、水晶時計を有してもよい。また、ＦＰＧＡ４２は、ＦＰＧＡ３５からＦＰＧＡ４２に送信される同期パルスを介してＦＰＧＡ３５で生成されるトーン周波数で同期化される同一組のトーン周波数を生成する。チャネルラベリングトーンに対するサンプル信号のアナログ／デジタル変換およびコヒーレント復調は、ＦＰＧＡ３５を介して実行され、次いで、関連信号処理エラー信号は、ＴｘＰＩＣ１０の個々のレーザーヒーター１３に提供される電流の補正変更を提供するようにフィルターおよびスケールされるＤＳＰ４４でもたらされる。このようにして、Ｎレーザーの中心光搬送波周波数は、全て、ＩＴＵグリッドに割り当てられる波長などの割当標準グリッド周波数または波長に駆動され、定常エラーはゼロになる。ヒーター電流およびレーザーバイアス電流が含まれるがそれだけに限定されないＴｘＰＩＣパラメータの監視は、フィードバックサーボループが、ＴｘＰＩＣレーザー１４を不適切なロック点に駆動しないようにするために用いられ、本開示において後により具体的に指摘される。

前述のとおり、図３は、これらのチャネルのロック点３８を定義するチャネルｋおよびｋ＋１について、基準レベル３６が垂直基準線３７との交点で示されるエタロン３４の透過率の一部を示す。表示されるように、ここで、エタロン３４の周期的間隔は５０ＧＨｚである。ＴｘＰＩＣ信号チャネル間隔は２００ＧＨｚグリッドであり、図３に示されるように、隣接ＴｘＰＩＣチャネルが三つの介入フリンジまたは１５０ＧＨｚに分離されるフリンジにロックされるようにする。したがって、ロック点３８に近い、つまり、基準線３６と周期フリンジの側面フリンジとの間の次の近い交点との間の光搬送波周波数を有する所定のＴｘＰＩＣレーザー１４について、ロック点３８より上または下のレーザー周波数は、透過率の差異に、チャネル側面フリンジに沿ったロック点３８と隣接点との間の周波数範囲上で正または負として適切に割り当てられるエラー提供する。よって、例えば、正周波数オフセットが所定の復調信号に存在する場合、復調トーンレベルは、基準レベル３６を上回る。同様に、負周波数オフセットが所定の復調信号に存在する場合、復調トーンレベルは、基準レベル３６を下回る。したがって、各復調トーンの場合、復調信号値が、局部ヒーター１３を介した温度変化によって特定のレーザー１４の発振波長を動かすためにどの方向あるいは正または負で補正が成されるかを示す基準値レベル３６の上または下であることが可能である窓が存在する。

復調トーン信号形式のＦＰＧＡ１ ３５の出力は、線４１を介してＤＳＰサブモジュール４０およびＤＳＰ４４に提供される。ＦＰＧＡ２ ４２の出力は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４４に提供される。サブモジュール４０は、関連デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４８およびアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）４６を備える。

復調トーン信号を生成する信号処理は、以下のとおりである。３２のＰＤ１および３３のＰＤ２からの出力光電流は、ＴＩＡ３４Ａおよび３４Ｂで電圧に変換される。ＴＩＡの電圧レベルは、高速アナログ／デジタル変換器で可能になる入力範囲に適切にスケールされなければならない。３５のＦＰＧＡ１において、バイポーラ方形波（特定チャネルラベリング周波数のものと等しい基本周期を有する可能値＋１、−１）のデジタル積およびサンプル波形が形成され、ハイポーラ方形波とサンプル波形の積の積分に相当する蓄積積が計算される。積分間隔は、各チャネルラベリング方形波の周期の整数を含み、チャネルラベリング方形波は、近似的に直交になるように選択された。したがって、３５のＦＰＧＡ１の本ＦＰＧＡ積分の出力は、選択方形波で変調される信号の強度に比例する大数である。次いで、これは、光変調指数（ＯＭＩ）と受信フォトダイオードにおける選択方形波にラベル付けされるチャネルの平均光パワーの積に比例する。エタロンチャネル３１Ｂについて、エタロンフリンジが光周波数弁別器としての役割を果たすため、チャネルの平均光パワーは、チャネルの光搬送波周波数によって決まる。基準チャネル３１Ａについて、チャネルの平均光パワーは、光搬送波周波数に依存しない。したがって、ＦＰＧＡ１ ３５は、エタロン入力および基準入力からの両方の電圧信号のトーン周波数をデジタル化する。Ｎチャネルの各々の並列復調（近似的に直交の方形波との相関を介する）は、ＴｘＰＩＣ１０の各チャネル１５のそれぞれのトーン強度の測定形式で信号を提供する。これらの信号は線４１を介してＤＳＰ４４に送信され、そこで、各チャネルのエラー信号が計算される。さらに、ＤＳＰ４４は、次に、各信号チャネルに並行して決定される計算されたエラー信号に基づいて、補正信号の形式でＤＡＣ４８および線６０を介してレーザー１４の個々の各レーザーチャネルヒーター１３に補正値を提供する。このような補正信号の各々は、その関連ヒーターを介してレーザーの動作温度を変更し、次いで、そのヒーターは、レーザーの発振波長を変更して、その発振波長が、そのグリッド指定および所望の発振波長に近くなるように補正する。別の実施形態において、レーザーヒーター１３に加えられる電流を変更するのではなく、フィードバックループ４１が、レーザー１４のバイアス電流を変更して、発振波長をそのグリッド指定および所望の発振波長に補正するために使用可能である。しかしながら、本実施形態において、レーザー１４は寿命中一定電流で動作するのが好ましく、レーザー動作温度を変更する関連オンチップヒーター１３が各レーザーに設けられることが好ましく、そのヒーターは、次いで、その発振波長をその標準波長グリッド周波数の方向に変更する。

前述のとおり、サブモジュール３０における波長ロッカー動作は、大気温度によって変化可能で、Ｎレーザーの各発振波長の理想設定点が、全動作温度範囲について製造中に初期較正されるようにし、これらの較正設定点は、ＤＳＰ４４のメモリに保存される。したがって、温度センサー３９で監視されるエタロンサブモジュール３０の所定の動作温度において、設定点は、ＤＳＰメモリにおける隣接する２つの温度較正点の較正値の間に線形に補間可能である。波長ロックフィードバックに用いられるエラー信号は、較正設定点と補間設定点との間の差に基づく。本アプローチが、サブモジュール３０の所定の較正熱設定点で各トーン変調信号に波長の推定値を提供し、該当する場合、標準グリッド波長からの各レーザー１４の波長オフセットの非常に正確な推定値を補間が提供するようにすることが見られる。

上に示されるように、基準およびエタロンフォトダイオード３２、３３の両方の出力は、ＴｘＰＩＣ１０上の全てのＮ信号チャネルについて同時に復調される。これらのフォトダイオードからの特定のトーン周波数でコヒーレントに復調される光電流の双線形結合は、適切なエラー信号：

を定義するために用いられる。ここで、

は、所定の信号チャネルの光搬送波周波数が、ＦＰＷＬサブモジュール３０上の温度センサー３９から検索される所定の温度Ｔでロックされるべき標準チャネル周波数で評価される。図３は、５０ＧＨｚで分離される全チャネル周波数について、エタロン光電流が基準光電流に等しくなる、つまりκ（Ｔ）＝１である理想的な場合を示す。ファブリペロー波長ロッカーの所定の光チャネルおよび所定の温度について、所望の光搬送波周波数（例えば、ＩＴＵグリッド周波数）に対応する復調光電流の割合は、較正から分かる。本較正値と測定値との差は、所望の光搬送波周波数に対してチャネル光搬送波周波数の偏差を示す符号付きの量を提供する。エラー信号が測定されると、チャネルのヒーターがとる補正措置が、計算および適用可能になる。信号チャネルｋのエラー信号の一形式は、結合からＤＳＰ４４において形成され、

ここで、Ｉ_ＥＴは、チャネルｋの復調エタロン光電流信号であり、Ｉ_ＲＥＦは、チャネルｋの復調基準光電流信号である。式（２）中の「測定」は復調処理の結果を示し、「較正」は所望値に等しい光搬送波周波数に対するエタロンおよび基準パスの応答を定義するために使用される較正処理によって決定された、初期的に測定または計算された値を示す。ファブリペロー波長ロッカーの温度は温度制御されてもよく、その場合、単一の較正値が使用可能である。あるいは、温度制御無しのファブリペロー波長ロッカーは、さまざまな温度で較正可能であり、補間は、波長ロッカーの所望の測定温度で適切な較正値を確立するために使用可能である。エラー信号は、エラー信号をゼロに駆動するフィードバックループへの入力である。エラー信号のループフィルターは、ＤＳＰ４４によってデジタル的に実施され、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）に提供されて、エラー信号を積分制御下でゼロに駆動するようにチャネルｋのレーザーの各ヒーター１３に電流を制御するスケールされたアナログ出力信号である補正信号を生成する。

当然、ＦＰＷＬ製造公差により、理想フィードバックループ状態からの偏差がもたらされるため、温度センサー３９によって監視されるＦＰＷＬサブモジュール３０の温度に対して測定値が較正されることが重要である。図１のフィードバックループ４１は、エラー信号の算術符号と反対方向でレーザーの光搬送波周波数を駆動するように設計される。図３において、エラー信号は、各局部フリンジ付近に三つの可能な隣接するゼロ交差を有する。フィードバックループ４１が関与する場合に正確な局部設定点に光搬送波周波数をロックする制御ループについて、レーザー光搬送波周波数は、所望設定点付近の所定範囲内になければならない。ファブリペローエタロンの周期的フリンジの中から正確なフリンジに光搬送波周波数をロックするのを確実にするために、レーザー電流、ヒーター電流、サブマウント温度、およびＴｘＰＩＣの多重チャネル間の相関の較正に基づくルックアップテーブルが提供されてもよい。これら全ての周波数に影響を与える入力の適切な較正情報および測定値が与えられと、ＤＳＰ４４は、ファブリペロー波長ロッカーの特定フリンジに関連する適用値の範囲が有効光周波数設定に対応するか否かを決定することができる。これは、チャネル不良状態に対する迅速応答に関して以下にさらに説明される。

ＤＳＰ４４は、特定のＤＡＣ４８に提供される平均値を得るために、各所定のレーザー波長のエラー信号を経時的（接辞利得定数スケール後）に積分する積分器を備え、次に、ＤＡＣ４８は、特定のレーザー１４の特定のヒーター１３を駆動するアナログ補正信号を生成する。積分器出力が正補正信号の場合、赤方偏移（低周波数または長波長）およびヒーター電力増加に対応する。反対に、積分器出力が負補正信号の場合、これは、青方偏移（高周波数または短波長）およびヒーター電力減少に対応する。積分器は固定周波数オフセットについて、所定のレーザーに対する補正信号が常に正確な極性で終わるように飽和させる。補正信号が、既定のレーザー調整範囲、例えば、＋／−１から５ＧＨｚを何らかの理由で越える場合、波長ロッカーループ制御器は、影響を受ける特定のＰＩＣレーザーの動作を中断する。これは、レーザーが適切に動作せず、使用不可能として取り除くことを示唆している。

前述に関連して、図５は、ＰＤ２ ３３電流ｉ_ＰＤに対する赤方偏移とｉ_ＰＤ−_{Ｅｔａｌｏｎ}としてのエタロンフリンジに対する光周波数をグラフで示す。Ｉ_{ＰＤ−Ｒｅｆ}におけるＡ点は、グリッド波長または周波数が、所定の変調ソースの出力波長の標準（ＩＴＵ）グリッド周波数に適切である所望のロック点である。点ＢへのＩ_{ＰＤ−Ｓｈｉｆｔ}における赤方偏移は、標準（ＩＴＵ）グリッド周波数の発振波長の減少量を表す（に比例する）ｉ_{ＰＤ−Ｒｅｆ}からの減少量である。エラーの本偏移量は、以下の割合で表すことができる。

補正信号は、青方偏移に展開され、ヒーター１３を介したレーザー１４における波長動作、つまり、レーザーに加えられる熱が増加し、レーザーの波長動作がＢ点からＡ点に限りなく近くまで戻すようにする。

図１の波長ロッカーシステム動作が最初に作動する場合、またはフリンジ補正事象（ＤＳＰ４４で無効設定の検索によりトリガされる）の場合、レーザーヒーター出力は、期待値および負周波数オフセット（赤方偏移）にプリセットされ、フィードバック波長制御ループ４１の動作前に熱安定化を可能にすることが留意されたい。レーザーヒーター電力ならびにもたらされるヒーター抵抗は、ＡＤＣ４８を介して波長ロッカーループＤＳＰ４４によって連続的に監視され、ヒーターは、回路（図示せず）を駆動する。生成される抵抗が既定閾値範囲外である場合、波長ロッカーループ制御器ＤＳＰ４４は、このチャネルレーザーを動作から外す。当然、起動中に、ヒーター電力は、波長ロッカーループＤＳＰ４４によってそのような措置がとられる前に、まず安定化させることができる。

（Ｃ．誤ったロック点へのロック防止）
図１に示されるフィードバック波長制御ループ４１は、その他の情報無しでは、所定のレーザー搬送周波数が誤ったロック点にロックされたか否か、つまり、正確なフリンジではなく隣接する誤ったフリンジに周波数を代わりにロックした可能性があることを決定することができない。すなわち、波長ロッカー特徴は周期的であるので、もたらされるエラー信号は、前述のとおり、特定の光搬送波周波数がロックされる図３における特定のフリンジ自体において表示を提供しないが、ＰＩＣにおける各レーザーの同調範囲は、多数のフリンジを含む。また、ＴｘＰＩＣチップ１０の基礎を成す、チップ上の集積要素間ならびに熱電冷却器（ＴＥＣ）（図示せず）へのＴｘＰＩＣチップ１０における熱的結合は十分強くして、（１）熱過渡によって特定のレーザーの周波数が誤ったフリンジに整合するようにジャンプした後に、波長フィードバックループ４１がその熱過渡を補正する、（２）チップ上の隣接レーザーまたはレーザーヒーターの不能または不良によって生成される熱過渡が、隣接フリンジにジャンプするように十分な大きさである、（３）ＰＩＣレーザー１４またはそのヒーター１３のいかなるものの使用可能または使用不可能状態に変更が加えられた場合に、ＴｘＰＩＣ１０の初期化および作動において、最新の既知の良好ないレーザーヒーター値が、レーザーの周波数または波長を所望の捕獲範囲内に確実に初期化しない、あるいは（４）標準レーザー劣化による熱変化が、熱クロストークを各隣接レーザーに変更し、本クロストーク効果が、異なるレーザー劣化により異なる最新の既知の良好なヒーター値の周期的保存により説明されるようにしてもよい。したがって、追加情報は、波長制御ループ４１が、別の誤ったフリンジにレーザー波長を不注意に駆動して、結果的に搬送波周波数を誤った設定点に制御ないように用いられなければならない。

本追加情報は、レーザー搬送周波数に特に影響するＴｘＰＩＣ１０の全動作パラメータの、最新の既知の良好値の全てを含むＤＳＰ４４のメモリにおけるルックアップテーブルに提供される。所定のＴｘＰＩＣに関するこれらの動作パラメータの優勢組は、（１）ＴｘＰＩＣ寿命中に固定保持され、再現されるレーザーバイアス電流、（２）ＴｘＰＩＣ寿命中にフィードバック制御によって変化し、再現されるヒーター電流、（３）熱電冷却器（ＴＥＣ）（図示せず）上に通常設置されるＴｘＰＩＣサブマウント（図示せず）の（固定）温度、（４）電気光学変調器（ＥＯＭ）バイアス電圧、および（５）前部ＰＩＮ逆バイアス電圧である。また、上に説明されるとおり、ＴｘＰＩＣ１０上の全Ｎ信号チャネルの較正ロック点割合ｋ（Ｔ）に関するルックアップテーブルの必要性もある。最後に、チャネルクロストーク係数を含む全ＴｘＰＩＣＮチャネルのヒーター誘導同調係数に関するルックアップテーブルの必要性がある。ＤＳＰメモリに保存される本情報を使用して、ＤＳＰ４４は、ルックアップテーブにおける本情報から、最新の既知の良好なロック点と矛盾するヒーター駆動電力を提供するように現在求められているかどうかを決定することができる。前述のとおり、隣接する使用可能なロック点は、エタロンの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）、ここでは５０ＧＨｚによって分離されることが留意されたい。図３における正確なロック点から誤った隣接ロック点に個々のレーザー光搬送波周波数を移動することは、レーザーヒーターが、ヒーター電力の大きくて簡単に検出される変化である約５℃ほど関連レーザー温度を上昇または下降するようにすることを必要とする。したがって、レーザーヒーター１３に供給される電力は、ＴｘＰＩＣ１０上の各レーザーヒーター１３に加えられる電流の最新の既知の良好値または平均値との比較のために、ＤＳＰ４４に監視される。この場合、ＤＳＰ４４は、この最新の既知の良好なトラッキング法に基づいて、そのような不適切なレーザーヒーター電力適用が、特に正常電力の範囲外で適用されないようにする。

（２．チャネル毎の伝送電力制御ループ）
また、本開示において、フィードバック制御ループ４１を使用して、波長ロック制御のために上述の同一のチャネルラベリング変調を利用する、チャネル電力の相対均衡を決定するための方法が開示される。チャネル毎の電力制御ループは、光チャネル群（ＯＣＧ）を形成する信号チャネルの配列間のチャネル電力を等化するように動作する。より一般的には、チャネル毎の電力制御ループは、相互のチャネルで異なる個々の光チャネル電力を個々の設定点に保持するように動作する。チャネル電力を等化するように使用する場合、チャネル毎のループ機能は、ＴｘＰＩＣ１０の寿命中、ＯＣＧ内で平均電力に対するいかなるチャネル電力についても、チャネルアレイ間のチャネル電力を、例えば±０．５０ｄＢ内の既定エラーに等化する。本電力ループは、ＴｘＰＩＣ１０の初期化中に上げることによって起動される。再度図１を参照すると、各チャネル電力出力は、その前部ＰＩＮ１８によって制御される。前部ＰＩＮに個々のチャネル電力制御およびチャネルラベリング変調器の二重目的の役割を果たさせることにより、必要とされる能動チャネル素子および制御電子回路の数が減少する。したがって、要素１８は、多機能素子（ＭＦＥ）と呼ばれてもよく、減衰器／変調器トーンＰＩＮと呼ばれることも可能である。発生器５０を介してサブモジュール４０においてＤＳＰ４４から供給される可変バイアス電圧Ｖ_Ｈｉｇｈおよびピーク間電圧，Ｖ_ＰＰ，の組み合わせによって決定される平均バイアス電圧に基づいて、前部ＰＩＮ１８は、チャネル変調ソース１４、１６から受信する変調チャネル信号の一部を吸収する。

各チャネルに必要とされる減衰量は、２つの要因によって決定される。まず、寿命初期（ＢＯＬ）時の多重レーザー光出力は、完全に均衡されておらず、一定量相互に異なってもよい。製造時に、各レーザーの最適な一定駆動電流は、（１）各レーザー１４がレーザーヒーター電力の許容限界内に波長ロック可能である、（２）レーザー出力が、その前部ＰＩＮ１８の必要公差内に調整可能である、ならびに（３）高周波数データ変調がチャネル変調器１６に加えられる際に、伝送リンクにおける所望のビット誤り率を満たすことが可能である、ように決定される。前述のとおり、チャネル毎のレーザー駆動電流は、ＴｘＰＩＣ１０の寿命中一定に保たれる。適切なレーザーバイアス電流値は、ＰＩＣモジュール製造中に初期に決定され、各レーザーの既定値は、サブモジュール４０におけるＤＳＰ４４のフラッシュメモリなどメモリに転送および保存される。しかしながら、ＴｘＰＩＣ１０上のレーザー駆動電流の較正は、それ自体、ＰＩＣ上の信号チャネル出力の配列間の電力均衡を保証せず、各ＴｘＰＩＣチャネルの前部ＰＩＮ１８を介して必要とされる減衰値が、チャネル出力間の電力等化を達成するように設定されず、これらの前部ＰＩＮ減衰値は、ＰＩＣ寿命中チャネル毎に異なる。

次に、ＴｘＰＩＣ１０における集積レーザー１３は、回路の寿命中に異なる速度で劣化し、普通は、本劣化過程で、その出力電力は、また異なる速度で減少する。ゆえに、各信号チャネルの前部ＰＩＮ減衰は、一般的に、レーザー出力が遅延するにつれて徐々に減少しなければならない、すなわち、前部ＰＩＮ１８上の平均逆バイアス電圧は、一般的に、寿命中に減少しなければならない。したがって、印加負バイアスは、ＰＩＣレーザー１４の寿命初期（ＢＯＬ）時に最も高くなり、通常、変調ソースからの電力出力をＰＩＣ寿命中に実質上一定に維持するように、寿命中に減少する。したがって、ＢＯＬ時のレーザー１４は、高出力電力で、寿命中連続的に印加電流レベルで動作する。減衰は、各レーザーについて、各チャネルからの所望の初期電力レベル出力で設定され、チャネルアレイ間の電力出力は、実質的に等化される。レーザー１４がそれぞれ異なる速さで劣化し、その速さは個々で予測不可能であるため、その調整出力電力は、寿命中異なる速さで減少し、減衰を控えること、つまり、負バイアスも、寿命中異なる速度で各チャネル出力から前部ＰＩＮ１８で減少させることが必要である。同様に、個々のチャネル電力の増加は、必要に応じ、前部ＰＩＮの減衰設定を増加させることによって補正可能である。

したがって、電力制御フィードバックループ４１は、ＴｘＰＩＣ１０上で生成される変調チャネル信号の配列間のチャネル電力出力の均衡を継続的に維持するために適用する、チャネル毎の減衰量を決定するために用いられる。ゆえに、各前部ＰＩＮ１８の平均バイアス点は、ＤＳＰ４４を介してＤＳＰサブモジュール４０で計算され、信号チャネル識別のためにタギングトーン周波数を各前部ＰＩＮ１８に適用すると共に、閉ループ制御４１で各前部ＰＩＮ１８に適用される。平均バイアス電圧は、電圧Ｖ_ＨｉｇｈとＶ_Ｌｏｗの平均値であり、ここでＶ_ＨｉｇｈとＶ_Ｌｏｗの値は、光変調指数を一定に維持するように選択される。電力制御ループ４１は、約５秒などの比較的長い、一定の時間で動作し、上述の製造変数ならびに所望の波長からの波長変化の過程よりも当然比較的遅いレーザー装置の劣化に基づいて減衰レベルを調整するように設計される。レーザー劣化が比較的さらに遅い過程であるため、この時間は、所望に応じてより長い時間で設定も可能である。

前述のとおり、低周波数またはトーン振幅変調は、ＴｘＰＩＣ１０のＮ信号チャネルの各々の前部ＰＩＮ１８に重畳される。印加電圧の値は、前部ＰＩＮ１８の推定減衰曲線によって決まり、上に説明されたように、特定の光変調指数（ＯＭＩ）を提供するようにスケールされる。また、前に示されたように、ＴｘＰＩＣマルチプレクサ２０からの光チャネル群（ＯＣＧ）多重化信号はタップされて、ファブリペロー波長ロッカーサブモジュール３０に提供され、そこで、線３３Ａ上のエタロン出力と線３２Ａ上の基準出力が増幅およびデジタル化され、波長オフセットおよび調整を決定するために共に用いられる。しかしながら、前述のように、エタロン出力３１Ｂは、電力制御目的で使用されない。基準出力３１Ａのみが本目的に必要になる。基準出力３１Ａからのデジタル化ＯＣＧエンベロープは、各トーンについてＦＰＧＡ１ ３５でコヒーレントに復調される。本処理は同時であり、つまり、データが全チャネルトーンに連続的に提供されるように全Ｎ信号チャネルについて並行して実行される。ＤＳＰ４４のサブモジュール４０において、次に、線４１を介したＦＰＧＡ１ ３５からのＮチャネル復調器出力は、元々の生成復調トーンとそれぞれ比較され、各信号チャネル１５のＮトーンの各々の相対振幅を得ることができる。ＯＭＩが、各トーンについて５％などの一定値に保持される場合、各チャネルについて検出される相対搬送波振幅は、相対トーン振幅と同一である。したがって、本チャネル電力検出スキームは、各チャネルトーン変調について同一のＯＭＩを仮定する。前述のとおり、個々の前部ＰＩＮ伝達関数の較正は、適用される方形波の電圧レールの正確な値を決定し、光変調指数が一定である場合に必要な減衰を提供するために必要である。また、前部ＰＩＮ伝達関数は、入射レーザー出力が変化するにつれて変化する。ゆえに、初期前部ＰＩＮ伝達関数は、製造時に較正しなければならず、前部ＰＩＮ１８上のレーザー入射電力が簡単に直接測定できないので、寿命中変化は推定しなければならない。

したがって、寿命初期（ＢＯＬ）における各前部ＰＩＮ１８の減衰とバイアスの曲線は、固定駆動電流で動作するレーザーで初期製造中に較正され、その電流レベルは、所定の電圧範囲でバイアスを変化させ、ＴｘＰＩＣ１０からの出力電力を測定することによって較正中に既定される。ゆえに、複数の電圧工程が、バイアス電圧における同様の工程において電圧範囲においてとられる。前部ＰＩＮ上の印加逆バイアス電圧の機能としてのこの第一組の出力電力は、各チャネルについて外部から測定される。点の組（標準減衰と逆バイアス）は、レーザーの出力電力の測定を提供する対応する後部ＰＩＮと共に、ＤＳＰ４４のメモリに保存される。次に、第二の組の複数の点（標準減衰と逆バイアス、関連後部ＰＩＮ電流）が取られて保管されるが、今回は、アレイ間の寿命末期（ＥＯＬ）電力レベルを想定するために印加レーザー駆動電流を意図的に各レーザーについて減少させ、全波長をＢＯＬ値に一定に保つ。本想定は、寿命中約１．５ｄＢから約３ｄＢの範囲内のレーザー電力出力遅延であるＴｘＰＩＣ１０上のレーザーアレイの劣化経験に基づく。

より具体的には、製造時に、２つの標準前部ＰＩＮ伝達関数が形成され、１つは寿命初期（ＢＯＬ）状態、１つは想定寿命末期（ＥＯＬ）状態のために形成される。後部ＰＩＮ電流の読み取りに基づいて、２つの伝達関数間を補間するためにアルゴリズムが用いられる。補間される標準伝達関数は、図４に示されるＶ_ＨｉｇｈおよびＶ_Ｌｏｗの適切値を計算するために使用され、各信号チャネルが、光変調指数を一定に保持すると共に、所望の減衰を提供するようにする。

したがって、動作中、後部ＰＤ１２から受信するリアルタイムの光電流は、レーザー出力を推定する為に用いられる。次いで、２つの異なる上述の組の上記データに対する、寿命初期（ＢＯＬ）および想定寿命末期（ＥＯＬ）前部ＰＩＮ曲線は、線形補間され、推定レーザー出力に関する新規前部ＰＩＮ減衰曲線を形成する。新規にもたらされる標準伝達関数に基づいて、２つの電圧Ｖ_ＨｉｇｈおよびＶ_Ｌｏｗは、（１）所望の復調トーン信号がＦＰＷＬサブモジュール３０における基準出力３１Ａで取得される、ならびに（２）推定ＯＭＩが５％ＯＭＩなどの既定値で維持される、ように選択される。所定のチャネルについて、復調トーン信号は、光変調指数の積ならびに復調に使用されたチャネルラベリングトーンによってラベル付けされるチャネルの平均光パワーに比例する。全復調トーン信号が、ファブリペロー波長ロッカーにおける基準フォトダイオードに見られるように等しく形成される場合、ならびに全チャネルが、その（直交）チャネルラベリングトーンについて同一の光変調指数を有する場合、全チャネル電力は、基準フォトダイオードでほぼ等しくなる。これは、光チャネル電力制御の基礎となる。ファブリペロー波長ロッカーにおける基準フォトダイオードは、光チャネル電力制御の検出器として、ならびに波長ロック制御に必要な２つの検出器の１つとして、二重の役割を果たすことに留意されたい。

本発明は、いくつかの具体的な実施形態とともに記載されたが、前述の記載を考慮すると、多くのさらなる代替、修正、および変形が明白であることが、当業者にとって明らかである。したがって、本明細書に記載される発明は、添付の請求項の精神および範囲内にあり得るそのような代替え、修正、適用、および変形を含むことを意図している。

図１は、本開示の多重チャネル送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）のための波長および電力の制御システムの概略図である。 図２は、方形波の光変調指数（ＯＭＩ）を定義するグラフであり、ここで光変調指数μは０．０５（５％）で示される。 図３は、多重チャネル送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）における信号チャネル間に２００ＧＨｚグリッド間隔を有するチャネルｋおよびチャネルｋ＋１についての、エタロン透過ピークと光搬送波周波数との間の関係を示す、周波数の関数としての５０ＧＨｚ自由スペクトル領域エタロン透過曲線のグラフである。 図４は、一定の波長、温度、および入力電力における、正規化前部ＰＩＮ伝達関数のグラフである。 図５は、所定の標準（ＩＴＵ）グリッド周波数のエタロン光電流に対する光周波数偏移に関する誤差決定のグラフである。

Claims (40)

1. モノリシック光集積回路（ＰＩＣ）であって、
   単一の基板に集積された複数の信号チャネルと、
   所定の発振波長の光チャネル信号をもたらすための、該各信号チャネルにおける変調ソースと、
   該各信号チャネルにおける透過型能動素子と、
   該透過型能動素子に適用され、該各信号チャネルを識別する該光チャネル信号を変調する変調トーン周波数と、
   該ＰＩＣにおける該光チャネル信号を、該回路からの出力として提供されるＷＤＭ信号に結合する、該ＰＩＣにおける集積光コンバイナと、
   該ＷＤＭ信号の一部を受信し、所望の波長の値からの変調ソース発振波長の波長ドリフトを示す個々のトーンチャネルエラー信号に該ＷＤＭ信号部分を復調し、それぞれの変調ソース発振波長をその所望の発振波長に向かってまたはそれに対して駆動するために補正信号を得る、フィードバック制御器と
   を備える、モノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
2. 前記変調ソースのための前記エラーおよび補正信号は、前記信号チャネルに対して同時に引き出される、請求項１に記載のモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
3. 前記透過型能動素子は、各信号チャネルにおける出力電力のレベルを所望の電力出力レベルに調節するために適用されるバイアスを含む、請求項１に記載のモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
4. 所望の電力レベルからのチャネル出力電力の差異を示す前記ＷＤＭ信号部分に対して、エラー信号は前記フィードバック制御器においても得られ、それから、前記所望の出力レベルにチャネル毎の前記出力電力レベルを変更するために、前記信号チャネルの前記透過型能動素子に前記適用されるバイアスを変更するための電力補正信号が得られる、請求項３に記載のモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
5. 前記信号チャネルの前記出力電力レベルは、前記光コンバイナに提供される際に実質的に等しくなるように与えられる、請求項３に記載のモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
6. 前記光コンバイナは、波長選択コンバイナまたは自由空間コンバイナである、請求項１に記載のモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
7. 前記透過型能動素子は、ｐ−ｉ−ｎ（ＰＩＮ）接合素子、レーザー、光変調器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、可変光減衰器（ＶＯＡ）、光検出器（ＰＤ）、または前記変調ソースそれ自体を備える、請求項１に記載のモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）。
8. モノリシック光集積回路（ＰＩＣ）のためのフィードバックシステムであって、
   各々が異なる既定の発振波長を有する複数の変調チャネル信号を提供するために、該チャネルの少なくともいくつかにおける変調ソースを有する該ＰＩＣ上に形成される複数の集積光信号チャネルと、
   該変調チャネル信号を受信し、該回路からの出力のためにＷＤＭ信号にそれらを結合する光コンバイナと、
   該ＷＤＭ信号を復調し、該それぞれの復調チャネル信号から、各チャネルにおける該変調ソースの発振波長が該既定の発振波長からオフセットされるか否かを決定するために、該ＷＤＭ信号出力の一部を受信するように結合されたフィードバック回路であって、各信号チャネルに対して、該各信号チャネルの該既定の発振波長オフセットを表すエラー信号を同時に生成し、発振波長変更を該変調ソースに適用するための補正信号を生成するフィードバック回路と、
   該変調ソースの発振波長をその既定の発振波長に、またはその近くに調節させるためにそれぞれの補正信号を受信するように各変調ソースと関連する波形補償器と
   を備えるフィードバックシステム。
9. 各変調ソースは、変調半導体レーザーまたは外部変調器を有する連続波半導体レーザーである、請求項８に記載のフィードバックシステム
10. 前記ＷＤＭ信号出力部分は、各変調チャネル信号のために適用されるタギング周波数であって、該各タギング周波数はその他のいかなるタギング周波数とも異なるタギング周波数を含み、該タギング周波数を復調する回路は、各信号チャネルの前記電流の発振波長とその既定の発振波長との差異を決定するために用いられる、請求項８に記載のフィードバックシステム。
11. 前記適用されるタギング周波数は、チャネル出力電力レベルを決定するため、ならびにチャネル電力レベルを前記信号チャネル間で実質的に同一であるように補正するために、前記フィードバック回路において用いられる、請求項１０記載のフィードバックシステム。
12. その適用されるバイアスに変更を加える前記電力レベル補正を受信するために、信号チャネルにおいて集積透過型能動素子をさらに備える、請求項１１記載のフィードバックシステム。
13. 各信号チャネルに透過型能動素子をさらに備える、請求項８に記載のフィードバックシステム。
14. 前記透過型能動素子は、ｐ−ｉ−ｎ（ＰＩＮ）接合素子、レーザー、光変調器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、可変光減衰器（ＶＯＡ）、光検出器（ＰＤ）、または前記変調ソースそれ自体である、請求項１３に記載のフィードバックシステム。
15. 特有の変調トーン周波数は、チャネル識別子として各透過型能動素子に適用され、該トーン周波数は、各信号チャネルの発振波長および電力出力に調整を提供するために、前記フィードバック回路において用いられる、請求項１３に記載のフィードバックシステム。
16. チャネル出力電力を各チャネルにおける既定の電力レベルに補正する補正信号を生成する前記フィードバック回路と、
    前記能動素子からの前記チャネル信号出力が、既定の電力レベルに、またはその近くに調整されるように、該補正信号によって調整されるバイアスを有する、各チャネルにおける透過型能動素子と
    をさらに備える、請求項８に記載のフィードバックシステム。
17. 全信号チャネルの前記既定の電力レベルは実質的に等しくされる、請求項１６に記載のフィードバックシステム。
18. 複数の集積信号チャネルを有するモノリシック光集積回路（ＰＩＣ）における、信号チャネル発振波長およびチャネル出力電力を補正する方法であって、
    該回路において複数の変調チャネル信号を生成するステップと、
    特有の変調トーン周波数信号で、該各変調チャネル信号をタギングするステップと、
    該変調チャネル信号を、該回路におけるＷＤＭ信号に結合し、該ＷＤＭ信号を回路出力において提供するステップと、
    該ＷＤＭ信号出力の一部から該トーン周波数信号を復調するステップと、
    発振波長またはチャネル電力出力のチャネル変更を示す復調トーン周波数信号からエラー信号を得るステップと、
    チャネル発振波長またはチャネル出力電力を、各集積信号チャネルのための既定の発振波長および既定の電力出力レベルにできるだけ近づけるように変更するために、各信号チャネルに適用するための該エラー信号に基づいて、補正信号を得るステップと
    を含む方法。
19. 前記タギングするステップは、前記特有のトーン信号が適用される各信号チャネルにおける透過型能動素子を利用することによって実行される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記各信号チャネルにおける前記透過型能動素子をバイアスし、前記チャネル出力電力を制御するために、前記適用されるバイアスレベルを制御するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記各信号チャネルにおける前記適用されるバイアスレベルは、前記チャネル電力出力が、該信号チャネル間で実質的に等しくなるように制御される、請求項２０に記載の方法。
22. その発振波長を変更するために、前記信号チャネルの前記変調ソースに前記補正信号を適用するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記変調ソースに前記補正信号を適用する前記ステップは、該チャネル変調ソースに適用されるバイアスを変更することによって、あるいは該変調ソースの局部温度を変更することによって実行される、請求項２２に記載の方法。
24. 多重チャネル送信機光集積回路（ＴｘＰＩＣ）から、既定の動作特性を有する複数の光学変調信号を生成する方法であって、
    既定の所望電力レベルを有し、その他の信号チャネルの既定の発振波長とは異なる既定の所望発振波長を有する変調信号をもたらすために、該各信号チャネルにおける変調ソースを提供するステップと、
    該チャネル変調信号を受信する各信号チャネルにおける能動素子を提供するステップと、
    該チャネル信号の電流のチャネル発振波長および電力出力のそれぞれが得られる該能動素子を介して、該チャネル信号に変調トーンを適用するステップと
    を含む、方法。
25. 前記変調トーンから得られる情報に基づき、それぞれの信号チャネルの前記発振波長を変更するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記発振波長は、前記変調ソースへの前記バイアス電流を変更することによって、あるいは該変調ソースの前記局部温度を変更することによって変更される、請求項２５に記載の方法。
27. それぞれの信号チャネルの前記電力出力を、前記変調トーンから得られる情報に基づき変更する、請求項２４に記載の方法。
28. 前記電力出力は、チャネル能動素子への前記適用されるバイアスを変更することによって変更される、請求項２７に記載の方法。
29. 全ての前記チャネル電力出力が実質的に同一になるように、各チャネル信号の前記電流の電力レベルを維持するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. その信号チャネルのための前記既定の発振波長から前記電流の発振波長がオフセットされるという決定に応じて、前記変調ソースの該電流の発振波長を該既定の発振波長に変更するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
31. 前記変調ソースの前記電流の発振波長を変更する前記ステップは、前記変調ソースの局部動作温度を変更することによって達成される、請求項３０に記載の方法。
32. その信号チャネルのための既定の電力レベルから前記電流の電力レベルがオフセットされるという決定に応じて、チャネル信号の該電流の電力レベルを該既定の電力レベルに維持するために、前記能動素子に適用されるバイアスを変更するステップと、
    該その信号チャネルのために前記既定の発振波長から前記電流の発振波長がオフセットされるという決定に応じて、前記変調ソースの該電流の発振波長を該既定の発振波長に変更するステップと
    をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
33. 多重チャネル光送信機のための波長ロックおよび電力制御のフィードバックループであって、
    複数の光チャネルに結合された複数のレーザーと、
    複数の光信号内の少なくとも２つの光信号にチャネル識別子タグを挿入する該複数の光チャネル上の、該複数の光信号を受信するように結合される、チャネルタギング素子の配列と、
    前記少なくとも２つのタグ付けされた光信号を含む該複数の光信号を、光信号群に結合するマルチプレクサと、
    該フィードバックループ内で結合され、該光信号群の少なくとも一部分を受信するための波長ロックサブモジュールであって、該光信号群の第一の光信号を、該チャネル識別子タグから得られる第一および第二のロック信号に分割し、電気ドメイン内の第一および第二のロック信号を分析することによって波長オフセットを識別する、該波長ロックサブモジュールと、
    該フィードバックループ内および該波長ロックサブモジュールに結合される信号処理サブモジュールであって、該識別される波長オフセットを相殺するための情報を含むエラー信号を生成する、信号処理サブモジュールと、
    該波長オフセットまたは電力レベルが該第一の光信号において調整されるように、該チャネル識別子タグから得られる情報を使用して該エラー信号を切り替える、該エラー信号を受信するように結合されるスイッチと
    を備える、フィードバックループ。
34. 前記チャネルタギング素子の配列は、前部ＰＩＮ、半導体光減衰器、可変光減衰器、およびレーザー変調器から成る群から選択される素子の配列である、請求項３３に記載のフィードバックループ。
35. 前記チャネル識別子タグは、前記少なくとも２つの光信号の周波数よりも低い特有のトーン周波数を該少なくとも２つの光信号に挿入することによって、前記複数の光チャネル内の特定の光チャネルを識別する、請求項３３に記載のフィードバックループ。
36. 前記特有のトーン周波数から前記第一のロック信号を生成する、前記波長ロックサブモジュール内に結合された第一のローパス光検出器と、
    該特有のトーン周波数から前記第二のロック信号を生成する、該波長ロックサブモジュール内に結合された第二のローパス光検出器と
    をさらに備える、請求項３５に記載のフィードバックループ。
37. 前記波長ロックサブモジュールは、前記複数の光チャネル間の所望の搬送周波数分離に応じて、前記波長オフセットをさらに識別する、請求項３５に記載のフィードバックループ。
38. 前記波長ロックサブモジュールは、前記波長オフセットをさらに識別するために、前記第二のロック信号の上昇側のロック点と温度感性のＩＴＵ光搬送波グリッド周波数との交点を使用する、請求項３７に記載のフィードバックループ。
39. 前記エラー信号は、前記第一の光信号の既知の較正周波数目標に対する前記第一の光信号の中心光搬送波周波数偏差を表す、請求項３３に記載のフィードバックループ。
40. 前記エラー信号は、前記複数のレーザー内の第一のレーザーに関する第一の制御器に提供されて、前記第一のレーザーを駆動するバイアス電流を調整する、請求項３３に記載のフィードバックループ。

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