KR20170071606A - 고속 캘리브레이션 및 프로그래밍 광학 소자 - Google Patents

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홀거 클라인
채드 알트하우스
토드 치치
패트릭 바이 비
헨릭 폴슨
사라 트 찬드라 군다 바루 뿌
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오이솔루션 아메리카 인코퍼레이티드
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Abstract

가변 레이저를 캘리브레이팅(calibrating) 및 제어하기 위한 방법 및 장치가개시된다. 여기에 개시된 다수의 방법론은 캘리브레이션 시간을 상당히 가속시키고, 따라서 가변 레이저를 캘리브레이션하는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 제공하도록 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다. 특정 방법론은 2개 이상의 광학 패시트를 출력에 결합시키는 가변 레이저의 독특한 설계로부터 이익을 얻는다. 가변 레이저는 2개 이상의 추출격자 분포 브래그 반사(SGDBR : sampled grating distributed Bragg reflector) 거울을 구비할 수 있으며, SGDBR 거울 뒤에 반도체 광 증폭기(SOAs)를 포함할 수 있다.

Description

고속 캘리브레이션 및 프로그래밍 광학 소자{FAST CALIBRATION AND PROGRAMMING OPTICAL COMPONENTS}
본 특허 출원은 미국 가출원 “가변 레이저와 관련 송신기 및 광학 서브어셈블리의 고속 캘리브레이션 및 프로그래밍을 위한 방법 및 장치”라는 제목으로 2014년 10월 31일자 출원된 미국 특허출원 제62/073,713호에 대해 우선권을 주장한다. 그 전체 내용은 본 개시에서 그 전체가 참조로 인용된다.
오늘날의 광섬유(optical fiber) 기반 네트워크는 정보가 전자 형태와 광학 형태 사이에서 변환되는 네트워크의 다른 지점과 광섬유에서 전파되는 전자 및 광 신호 간의 인터페이스(interface)로서 송수신기를 사용한다.
광섬유 상에서 전송을 위해 광 데이터를 전송, 코딩, 수신, 디코딩하는데 사용되는 광자(photonic) 및/또는 광전자 장치(optoelectric devices) 및 구성 요소를 포함하는 광통신 장치는 이들 요소를 제어하고 데이터를 인터페이스하는 데 사용되는 다양한 전자 회로에 인터페이스되고, 송수신 측에서 전자 형태로 전자 데이터를 코드화 및 복호화(decode)하고 클럭(clock) 복구 및 오류 정정과 같은 다른 기능을 수행하며, 온도를 포함한 이들 회로의 환경을 제어하는 데 필요한 기능을 구현한다.
가변 레이저(tunable laser)를 기반으로 하는 가변 레이저, 모듈(module) 및/또는 서브어셈블리(subassemblies)에 대한 오늘날의 과제는 부분적으로 출력의 출력 특성을 캘리브레이팅(calibrating)하는데 소요되는 복잡성(complexity)과 시간, 특히 적용된 제어신호(예를 들어, 전압, 전류, 온도 또는 이들의 임의 조합)에 응답하여 광 주파수(또는 파장)를 제어하는 데에 있다. 레이저 설계 및 튜닝 물리학(tuning physics)에 따라 제어방법과 제어신호는 크게 다를 수 있다. 통신 시스템을 위한 C-대역 또는 O-대역과 같은 광범위한 튜닝(tuning)에 대해 목적 파장(desired wavelength)(특정 정확도 내에서)으로 튜닝(tuning)할 수 있는 설계를 포함하여 여러 가지 가변 레이저 등급(classes)이 있다.
가변 레이저를 제조하고 파장 캘리브레이션(calibration)을 신속하고 견고하게 만드는 비용은 고정 레이저를 가변 레이저로 대체하고 새로운 응용프로그램(applications) 및 시장을 개척하는 데 중요하다. 하나의 광섬유로 여러 파장이나 채널(channels)을 전송하는 시스템에서 가변 레이저로 전환해야 하는 것은 경제적이고 실용적인 필요성이 되었고, 모든 고정 레이저의 인벤토리(inventory)를 보관하고 있으므로 이 인벤토리를 지정하고 운반하는 데 필요한 인프라(infrastructure)는 필드(field)에 잘못된 파장 레이저를 전송할 때 발생하는 비가용성(non-availability) 및 실수로 인한 채널의 다운 타임(down time) 비용만큼 각 광섬유가 40, 80, 96, 128 또는 그 이상의 파장을 전송할 수 있는 오늘날의 고용량 네트워크의 중요한 요소가 된다.
게다가, 100Gbps, 200Gbps, 400Gbps 및 그 이상의 속도로 데이터를 전송하도록 구성된 새로운 모듈(modules) 비용으로 하나의 모듈 유형이 광섬유 채널(fiber channel) 상의 임의의 채널에 접속하는데 사용될 수 있는 가변 레이저를 사용해야 한다. 이러한 새로운 대용량 시스템의 경우, 고정 레이저를 사용하여 이러한 인터페이스(interface)를 배치하는 것이 엄청나게 어려워졌으며, 업계에서는 단일 파장의 고 비트율(high bit rate) 모듈 및 인터페이스용 가변 레이저로 향하고 있다.
광범위하게 사용되는 가변 레이저의 클래스는 전체가 본원의 참고로 인용된 미국 특허 가출원 제61/748,415호에 기술된 것과 같이 광자 직접회로(PIC : Photonic integrated circuit) 상에서 하나로 집적될 수 있고, 제어신호와 파장 사이에 매핑(mapped)되는 제어 신호 세트로 레이저의 여러 섹션을 제어해야 하는 제어 시스템으로 목적 파장(desired wavelength)에 도달할 수 있는 레이저로서 정의되는 레이저의 준 연속 튜닝 등급(the quasi-continuous tuning class)에 속한다. 준 연속 레이저(quasi-continuous laser)를 튜닝하는데 사용되는 제어방법은 제어 신호와 출력 파장 간의 복합관계로 복합적일 수 있으며, 룩업 테이블(look-up table)과 같은 기술은 모든 제어 신호에 대한 전체 튜닝 맵과 목적 파장이 캘리브레이션 시간동안 저장되는 곳에서 활용된다. 준 연속 레이저 방식은 모든 출력 주파수 또는 파장을 통해 스윕(sweep)할 수 있는 단일 노브(knob) 또는 단일 제어 신호의 조정으로 연속적으로 튜닝할 수 있는 연속 레이저 방식과 구별되고, 제어와 시간 캘리브레이션은 준 연속 레이저를 통해 단순화된다.
가변 레이저와 특히, 준 연속 레이저의 미국 특허 가출원 제61/748,415호에 기술되어 있는 것과 같은 문제점은 제어 신호 및 출력 파장의 관점에서 가변 레이저를 완전히 캘리브레이션하는데 걸리는 시간이다. 이 캘리브레이션은 신속해야 하며, 제조 공정에서 병목(bottleneck) 현상을 일으키지 않아야 하고, 레이저 및 제조 처리량을 크게 높여야 하고, 캘리브레이션의 견고성(robustness), 공정 자동화의 정도, 설계 오차에 대한 견고성, 주변 제어 회로 및 광학, 공정 변화 및 레이저 작동 및 노화 변화(aging variations)에도 영향을 미친다.
가변 레이저 및 기타 소자(예를 들어 광학 데이터 변조기(optical data modulators)와 파장 락커(wavelength lockers)와 같은)가 더욱 긴밀하게 집적되기 때문에, 빠른 캘리브레이션 시간과 관련 방법 및 장치는 다른 시스템과 서브어셈블리(subassemblies)로 레이저를 집적하는 비용적인 측면에서 가변 레이저의 광범위한 배치에 결정적인 역할을 할 것이다. 또한, 레이저 파장 캘리브레이션의 속도는 캘리브레이션이 발생할 수 있는 위치에 영향을 줄 수 있으며, 빠른 기술은 레이저 제조업체 뿐만 아니라 시스템에 레이저 기반 구성요소(component)를 구축하는 장비 제조업체 및 현장에서 시스템의 레이저 리캘리브레이션(recalibration)까지도 가능하게 한다.
오늘날 기술의 한 실시 예는 가변 레이저의 캘리브레이션을 위해 마이크로프로세서(microprocessors) 및/또는 스테이트 머신(state machines)상에서 동작하는 선형 모노리틱 코드(linear monolithic code)는 캘리브레이션 루틴(calibration routine)을 위해 사용되며, 캘리브레이션의 결과는 제어 신호를 목적 출력 파장(desired output wavelength)으로 매핑(map)하는데 사용되는 룩업 테이블(look-up table)에 저장될 수 있다. 그러나, 이러한 방법에는 몇 가지 문제점이 있다. 하나는 캘리브레이션 루틴과 모든 공구와 장비뿐만 아니라 가변 레이저 또는 캘리브레이션되는 장치에 대한 제어 및 인터페이스를 실행하기 위해 쓰이고 있는 퍼스널 컴퓨터(PC) 또는 마이크로프로세서(Micro processor) 접속의 효율(efficiency)(속도 부족)이다. 또 하나의 문제점은 제조의 균일성(uniformity)으로, 최종적으로 캘리브레이션 데이터는 FPGA에 저장될 수 있으며, 제조 과정에서 캘리브레이션 루틴을 수행할 수 있는 기능 및 가변 레이저 기반 제품이 통신 시스템에 사용될 시 파장 캘리브레이션을 위한 별도의 마이크로프로세서가 필요하다는 것이다. 코드의 일관성, 코드의 변조(modulatory), 제조 라인 및 캘리브레이션 라인의 하드웨어의 균일성 및 배치(deployment) 라인은 종래 기술을 넘어 경제적 및 기타 효율성을 선도한다.
기존의 파장 캘리브레이션 방법 및 장치의 주된 문제점은 부분적으로 레이저 설계 및 캘리브레이션 프로세스를 가능하게 하는 기술 뿐만 아니라 캘리브레이션의 자동화 및 소프트웨어 제어와 관련이 있다. 이러한 캘리브레이션 문제점은 제품에 설치되거나 현장에 배치되는 동안 리캘리브레이션에 대한 제한뿐만 아니라 제조 비용, 시간 및 복잡성을 증가시키므로, 이와 같은 레이저를 사용하는 가변 레이저와 광학 서브어셈블리 및 통신 모듈에 대한 시장을 제한하는 것이다.
따라서, 제조 비용과 시간 절감 및 시스템에 대한 가변 레이저, 통신 시스템 및 네트워크와 같이 통합 자동화를 증가시키기 위해 가변 레이저 새로운 고속 가변 레이저 캘리브레이션 기술, 알고리즘(algorithm) 및 구현에 대한 필요성이 있다.
본 개시에 따르면, 광 통신용 가변 레이저(tunable laser)의 파장 캘리브레이션(wavelength calibration)을 위한 장치 및 방법이 개시된다. 상기 가변 레이저는 광 출력에서 복수의 거울의 다중 패시트(facets)에 대한 접속을 제공하도록 구성되며, 각 거울은 상이한 추출격자 주기(sampled grating period)를 갖는다. 상기 가변 레이저의 이득 구역(gain section)의 이득 전압 맵(gain-voltage map), 반도체 광 증폭기(SOA : Semiconductor Optical Amplifier) 광 전류 맵, 상기 복수의 거울의 거울 반사 스펙트럼 및 상기 가변 레이저의 모드 호핑(mode-hoping) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울을 가변 레이저에 대해 목적 파장(desired wavelength)으로 튜닝(tuning)하는데 필요한 거울 전류(mirror currents)가 결정될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 전자회로를 통해 전류의 폭(span)을 넘는 상기 가변 레이저의 이득 구역의 전압값은 모니터 될 수 있고,; 및 상기 전자회로를 통해 전압 강하점 또는 최소점(points of voltage drop or minima)이 결정될 수 있다. 전압 강하점 또는 최소점은 상기 가변 레이저가 거울 전류의 세트(a set of mirror currents)에서 최대 전력을 출력하고 있는지를 나타낸다.
본 개시의 다른 양태에서, 상기 전자회로를 통해 광 검출기(photodectectors)로서 동작하는 복수의 반도체 광 증폭기를 이용하여 상기 복수의 거울의 각 패시트로부터 출력 전력(output power)이 결정될 수 있다. 또한, 상기 반도체 광 증폭기의 반도체 광 증폭기 광 전류 맵은 결정될 수 있다. 또한, 상기 전자회로에 의한 이미지 프로세싱(image processing)를 통해 상기 결정된 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 컨투어(contours)의 중심 위치가 결정될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 전자회로를 통해 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나는 순방향 바이어싱(forward biased)될 수 있고, 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 잔존하는 다른 반도체 광 증폭기는 역방향 바이어싱(reverse biased)될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 거울 전류의 폭(span)을 넘는 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼이 획득될 수 있다. 또한, 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼 분석에 기초하여 상기 가변 레이저에 대해 특정 파장으로 상기 복수의 거울을 튜닝하는데 필요한 거울 전류가 결정될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 상기 복수의 거울에 대한 거울 전류에서 미러 피크(mirror peak) 그래프가 생성될 수 있고, 최대 범위 안에서 모든 파장에 대한 상기 거울 전류가 획득될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 특정 파장에 대한 거울 전류 값은 룩업 테이블(look-up table)로서 메모리에 저장될 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예에서, 이득 구역의 이득 전압 튜닝 맵(예를 들어, 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)이 생성될 수 있고, 이미지 프로세싱을 통해 이득 전압 튜닝 맵에서의 최소점(minima)이 결정될 수 있다. 또한, 상기 이미지 프로세싱을 통해 상기 최소점에 대응하는 제어점(control points)과 관련된 파장 출력(wavelength outputs)이 결정될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 복수의 반도체 광 증폭기(SOAs) 중 하나는 순방향 바이어싱될 수 있고, 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 잔존하는 다른 반도체 광 증폭기는 역방향 바이어싱될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 상기 복수의 반도체 광 증폭기의 광 출력 상의 데이터가 수집될 수 있고, 상기 수집된 데이터에 기초하여 거울 전류 제한의 폭을 넘는 광 스펙트럼이 결정될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 광 증폭기(예를 들어, SOA : 반도체 광 증폭기)의 반도체 광 증폭기 광 전류 맵이 획득될 수 있고, 이미지 프로세싱을 통해 상기 획득된 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상에서 엣지(edges)가 감지될 수 있다.
또한, 이미지 프로세싱을 통해 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상에서 컨투어(contours)가 결정될 수 있고, 상기 감지된 컨투어의 중심 위치가 결정될 수 있다. 상기 감지된 컨투어의 상기 결정된 중심 위치는 상기 가변 레이저의 파장을 튜닝하기 위한 동작점(points of operation)에 대한 거울 전류에 매핑(mapped)될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 복수의 거울로부터 거울 반사 스펙트럼이 측정될 수 있고, 상기 측정된 거울 반사 스펙트럼에 기초하여 피크 파장(peak wavelenths)이 결정될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 언더라잉 자연 증폭 방출(underlying ASE : underlying Amplified Spontaneous Emission)이 결정될 수 있고, 평균화 연산(averaging operation)이 상기 측정된 거울 반사 스펙트럼에 대해 적용될 수 있으며, 언더라잉 자연 증폭 방출은 상기 평균화된 거울 반사 스펙트럼으로부터 감해질 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 복수의 거울 전류를 넘는 상기 결정된 피크 파장의 복수의 추적(traces)을 포함하는 데이터에 대해 폴리노미얼 피트(a polynomial fit)가 적용될 수 있고, 상기 폴리노미얼 피트된 상기 데이터는 메모리에 룩업 테이블로서 저장될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 파장 홉(wavelength hops)의 하나 이상의 시작점이 찾아질 수 있고, 상기 복수의 거울 상에서 거울 전류의 1차원 라인(one-dimensional line)을 따라 상기 파장 홉이 추적될 수 있으며, 상기 목적 파장에 대한 거울 전류의 동작 설정이 결정될 수 있다. 또한, 목적 파장의 미세 튜닝으로서 작용하는 가변 레이저의 캐비티 모드 위치(cavity mode position)가 최적화 될 수 있다.
본 개시의 다른 양태에서, 광 통신 장치에 대한 파장 캘리브레이션을 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 광 출력에서 상이한 추출격자 주기(sampled grating period)를 갖는 복수의 거울의 다중 패시트(facets)에 대해 접속을 제공하도록 구성되는 가변 레이저 및 상기 가변 레이저와 호스트 컨트롤러(host controller)에 결합되는 전자회로를 포함한다. 또한, 상기 전자회로는 이득 구역(gain section)의 이득 전압 맵(gain-voltage map), 반도체 광 증폭기 광 전류 맵(SOA : Semiconductor Optical Amplifier) , 복수의 거울의 거울 반사 스펙트럼 및 상기 가변 레이저의 모드 호핑(mode hoping) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 복수의 거울을 상기 가변 레이저에 대해 목적 파장(desired wavelength)으로 튜닝(tuning)하는데 필요한 거울 전류를 결정한다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 장치의 상기 전자회로는 거울 전류의 폭을 넘는 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼을 획득하고, 상기 복수의 거울의 상기 반사 스펙트럼 분석에 기초하여 상기 가변 레이저에 대해 상기 목적 파장으로 상기 복수의 거울을 튜닝하는데 필요한 거울 전류를 결정한다.
본 개시의 다른 양태에서, 상기 장치의 상기 전자회로는 또한 광 검출기로서 동작하도록 구성된 복수의 반도체 광 증폭기를 통해 상기 복수의 거울의 각 패시트로부터 출력 전력을 모니터하고, 가변 거울 전류 및 상기 가변 레이저로부터의 광 출력에 기초하여 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나와 관련된 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵을 결정하며, 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 이미지 프로세싱을 통해 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 컨투어의 중심 위치를 결정한다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 장치의 상기 전자회로는 또한 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나의 순방향 바이어스 및 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 잔존하는 반도체 광 증폭기의 역방향 바이어스를 더 포함한다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 장치의 상기 전자회로는 거울 전류의 폭을 넘는 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼을 획득하고, 상기 복수의 거울의 상기 반사 스펙트럼 분석에 기초하여 상기 가변 레이저에 대해 상기 목적 파장으로 상기 복수의 거울을 튜닝하는데 필요한 거울 전류를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 장치의 상기 전자회로는 파장 홉의 하나 이상의 시작점을 결정하고, 상기 복수의 거울 상에서 거울 전류의 1차원 라인을 따라 상기 파장 홉을 추적하며, 상기 목적 파장에 대한 거울 전류의 동작 설정을 결정하고, 상기 가변 레이저의 미세 튜닝으로서 작용하는 상기 파장 가변 레이저의 캐비티 모드 위치를 최적화한다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 복수의 거울은 추출격자 분포 브래그 반사경(a sampled grating distributed bragg reflector mirror)를 각각 포함할 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 전자회로는 프로세서, 마이크로컨트롤러(microcontroler), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적회로(ASIC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 장치는 상기 복수의 거울에 대응하여 복수의 반도체 광 증폭기를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 전자회로는 반도체 광 증폭기 광 전류 맵을 획득하고, 상기 이미지 프로세싱을 통해 상기 획득한 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상에서 엣지(edges)를 감지하며, 상기 이미지 프로세싱을 통해 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상에서 컨투어를 감지하고, 상기 이미지 프로세싱을 통해 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상에서 상기 감지된 컨투어의 중심 위치를 결정하며, 상기 목적 파장으로 상기 가변 레이저의 파장을 튜닝하기 위해 동작점에 대해 상기 감지된 컨투어의 상기 결정된 중심 위치를 매핑할 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 상기 장치는 상기 전자회로와 연결되고, 상기 가변 레이저의 상기 목적 파장에 대한 상기 거울 전류를 저장하도록 구성되는 메모리를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 양태 또는 다른 양태들은 후술되는 상세한 설명에 의해 더욱 이해될 수 있을 것이다.
보다 상세한 이해는 첨부된 도면과 관련하여 다음의 설명으로부터 얻을 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 양태에 따른 가변 레이저의 전방 및 후방 거울(mirror)에서 변화하는 전류를 갖는 파장 튜닝(tunning) 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 양태에 다른 이득 전압(gain voltage) 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 양태에 따른 반도체 광 증폭기(SOA: semiconductor optical amplifier) 광 전류 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 개시의 일 양태에 따른 파장을 추출하는 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 4b 내지 도 4d는 본 개시의 일 양태에 따른 반도체 광 증폭기 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 또 다른 일 양태에 따른 가변 레이저 구성의 예시를 도시하는 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 일 양태에 따른 거울 반사 스펙트럼의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일 양태에 따른 거울 반사 스펙트럼의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 일 양태에 따른 거울 반사 스펙트럼의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 개시의 일 양태에 따른 거울 반사 스펙트럼의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 일 양태에 따른 튜닝 전류를 넘는 파장의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 일 양태에 따른 튜닝 전류를 넘는 파장의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 12는 본 개시의 일 양태에 따른 거울 반사 스펙트럼의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 13은 본 개시의 일 양태에 따른 모드-홉 추적에 대한 프로세스의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 14는 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 16은 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 17은 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 18은 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 18은 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 19는 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 20은 본 개시의 일 양태에 따른 파장 캘리브레이션 프로세스의 일부를 도시하는 그래프이다.
도 21은 본 개시의 일 양태에 따른 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 22는 본 개시의 일 양태에 따른 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
보여주는 예시의 상세한 설명을 다양한 도면과 관련하여 아래에 설명할 것이며, 이하의 설명은 예시적인 것으로 청구된 발명의 범위를 결코 제한하는 것이 아니다. 구현 가능한 자세한 예시를 제공하며, 여기에 설명된 개념이 실시될 수 있는 유일한 구성을 나타내기 위한 것이 아니다. 이와 같이, 상세한 설명은 다양한 개념의 철저한 이해를 제공하기 위한 구체적인 세부 사항을 포함하며, 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 수 있다. 경우에 따라, 잘 알려진 구조와 구성은 이러한 개념을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 블록도 형식으로 표시된다.
본 발명에 따르면, 가변 레이저(tunable laser) 및 관련 송신기 및 광학 서브어셈블리(subassemblies)의 고속 캘리브레이션(calibration) 및 프로그래밍(programming)을 위한 방법 및 장치를 포함하는 고속 캘리브레이션 및 프로그래밍을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시 예에서, 광학 송수신기(optical transceivers), 모듈(module)과 서브어셈블리(subassemblies) 및 레이저 송신기 및 수신기를 포함하는 광학 장치가 제공된다. 광학 장치는 동일 기판에 집적되는 광 변조기, 반도체 광 증폭기 및 비집적 광학 및 광전자 소자로 동일 기판에 집적되는 광범위한 가변 반도체 레이저와 같이 다중 소자를 포함하는 집적 전자 및 광 집적 회로와 측정 및 제어 장치 및 소자를 사용한다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 다단 처리과정을 통해 광학 소자의 전체 캘리브레이션 프로세스 속도를 증가시킴으로써 캘리브레이션 시간을 상당히 감소시킨다.
가변 레이저의 캘리브레이션에 대한 종래 기술은 레이저 또는 레이저 섹션이 가능한 모든 값으로 점진적으로 조정되고, 레이저 출력이 조정값과 함께 기록되는 간단한 검색을 포함한다. 가변 레이저의 광 출력은 파장, 광출력, 광 부모드 억제율 (SMSR : side mode suppression ratio)과 같은 매개변수(parameter)를 모니터한다. 이 주먹구구식 접근법(brute-force approach)의 문제점 중 하나는 각 제어 매개변수의 값이 튜닝 채널 출력(tuning channel output)을 놓치지 않도록 충분히 높은 해상도(resolution)를 제공해야 하고, 오늘날의 모노리틱식(monolithically) 집적 반도체 레이저에는 제어되고 튜닝되어야만 하는 다중 구역(multiple section)이 있다는 것이다. 이와 같이, 가변 레이저를 튜닝하기 위한 데이터 포인트의 수는 대박 수만 개 정도로 매우 클 수 있다. 적용된 제어 신호에 대한 응답으로 레이저 출력을 기록하기 위해 필요한 테스트 장비는 밀리초(milliseconds)에서 초 단위의 응답시간을 가질 수 있으므로, 캘리브레이션 프로세스를 역사적으로(historically) 수십 시간으로 증가하게 만든다.
제어 가능한 두 개의 거울(mirror)을 사용하는 가변 레이저의 경우, 표준 캘리브레이션이 거울이 점진적으로 튜닝되면서 레이저 출력이 기록되는 파장 튜닝 맵으로서 사용되거나 참조될 수 있다. 일 실시 예에서, [0070]에 설명된 것과 같이 2차원 컨투어 맵(contour map)은 파장 튜닝맵으로서 생성될 수 있다. 도 1은 가변 레이저의 전방 및 후방 거울에서 변화하는 전류를 갖는 전형적인 파장 튜닝 맵 도시한다.
가변 레이저의 파장 및 매개변수 캘리브레이션에서 발생하는 문제는 온도에 대한 캘리브레이션 기술의 견고성과 가변 레이저의 가능한 모든 튜닝 채널에 접속하는 기능의 문제를 포함한다. 또한, 가변 레이저에 대한 많은 종래 기술이 공개 문헌에서 보고되었으며, 예를 들어, 이득 구역(gain section)과 같은 레이저 공동(cavity) 내부의 다이오드 구역(diode section)의 전압이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이득 구역의 전압은 가변 레이저가 해당 지점에서 최대 전력을 출력하는 지점을 나타내는 전압 강하값 또는 최소값에 대해 모니터링 될 수 있다. 일 실시 예에서, 이 프로세스로부터 도 2에 도시된 것과 같이 이득 전압 튜닝 맵(gain voltage tuning map)이 생성될 수 있고, 후속 단계는 이득 전압 튜닝 맵에서 모든 최소값을 식별하기 위해 수행될 필요가 있다. 또한, 이득 전압 튜닝 맵의 최소값과 관련하여, 광 출력 전력 값과 관련된 파장이 계측기(instrumentation)를 사용하여 측정되고, 가변 레이저가 위상 구역(phase section)과 같은 미세 튜닝 메카니즘(fine tuning mechanism)을 사용한다면, 출력 파장 또한 조정되고 제어값이 기록될 수 있다.
이러한 캘리브레이션의 유형(예를 들어, 이득 전압 튜닝 맵에 기초한 기술)은 파장 전용 맵(예를 들어, 파장 튜닝 맵)을 사용하는 것보다 더욱 견고하고 빨라질 수 있다. 먼저, 이득 전압 튜닝 맵은 고속 전자 계측기를 이용하여 생성될 수 있고, 이득 전압 튜닝 맵에서 최소값 식별 후에 제어점(control points)만이 외부 계측기의 파장 출력 관찰하는데 사용되고, 계측기에 의한 시간 제한을 줄인다. 그러나, 이득 전압 맵은 노이즈가 있을 수 있고, 싱글 포인트(single point) 해석 시간이 증가될 필요가 있을 뿐만 아니라 이득 전압 맵의 최소값 파인더(finder)가 무작위로 포인트를 분배할 수 있다.
종래 기술에서 고속 파장 및 레이저 캘리브레이션의 또 다른 제한 요소는 가변 레이저의 기본 설계로부터 발생한다. 가변 레이저는 레이저 패시트(facets) (또는, 거울) 중 하나에서 최대 에너지를 추출하도록 설계되었으므로, 캘리브레이션 루틴(calibration routines)은 하나의 패시트로부터 추출된 광학 신호에 기초하여 수행되어야 한다. 2개 이상의 거울의 전체 정보와 위상 전류 구역(phase current section)은 튜닝하는데 사용될 수 있으나, 캘리브레이션 알고리즘(algorithm) 및 기술은 하나의 거울에만 접속할 수 있는 경우에 제한될 수 있다.
본 개시된 기술은 가변 레이저의 전체 설계 특징을 사용하여 이러한 한계를 부분적으로 극복한다. 즉, 본 기술은 레이저 공동(laser cavity)의 다중 패시트(multiple facets)(예를 들어, 둘 또는 그이상의 패시트 또는 거울)로부터 추출된 광학 에너지를 사용한다. 예를 들어, 캘리브레이션 프로세스에서 다중 패시트(예를 들어, 둘 또는 그이상의 패시트 또는 거울)에 접속하는 기능은 하나의 패시트(거울)에만 접속할 수 있는 종래의 기술을 넘는 핵심적인 이점을 제공할 수 있다. 한계를 극복하는 본 발명의 다른 실시 예는 다중 출력 패시트(집적 광 데이터 변조기가 있거나 없는)와 결합하여 활용하는 기능, 이득 전압 맵(gain voltage map), 최소값 검색 알고리즘(minima search algorithm), 고속 커브 피팅 알고리즘(fast curve fitting algorithms), 필요한 데이터만 빠르게 수집하기 위한 테스트 및 측정 장비의 인터페이싱(interfacing), 및 소스로서 온 칩 광 증폭기(on-chip optical amlifiers)를 사용하는 다중 거울로부터 튜닝 데이터를 수집하는 것에 기초하는 알고리즘 포함할 수 있다. 결과적으로, 본 개시된 기술은 전체 캘리브레이션 프로세스를 상당히 가속화하고 멀티 스테이지(multi-stage) 프로세스를 가능하게 하며, 이에 따라 다양한 채널 스페이싱(channel spacing)(예를 들어,25 GHz, 37.5 GHz, 50 GHz, 100 GHz)에서 대용량 채널 카운트(예를 들어, 80개 채널 이상)로 튜닝할 수 있는 가변 레이저에 대한 캘리브레이션 시간을 상당히 감소시킨다.
본 개시에서는, 본 기술의 다양한 실시 예에서 단독 또는 조합해서 쓰일 수 있는 4개의 예시적인 방법론 또는 알고리즘이 개시된다. 도시된 4가지 방법론은 단지 예시적인 경우로서 제공된다. 이와 같이, 본 명세서는 개시된 방법에만 한정되지 않고, 레이저 설계 및 본 발명의 본질적인 측면을 다른 조합에서 활용하는 다른 변형 및 방법론을 포함할 수 있다.
본 개시된 기술은 종래 기술보다 더욱 큰 향상을 제공하고, 이는 가변 레이저의 캘리브레이션 프로세스동안 칩 출력(chip output)에서 2개 이상의 패시트에 접속할 수 있는 가변 레이저 설계에 의해 가능해진다. 또한, 반도체 광 증폭기와 같은 온-칩(on-chip) 광원(optical sources)을 이용하여, 본 개시된 기술은 캘리브레이션의 첫 번째 단계 중 하나의 웨이퍼 레벨 스케일 테스트(wafer level scale testing)를 가능하게 하고, 이에 의해 캐리어 레벨 상 개별 다이(die) 또는 칩에서 이루어지는 전체 캘리브레이션에 대한 테스트 비용을 상당히 절감할 수 있다.
고속 파장 캘리브레이션 알고리즘을 갖는 다른 이유는 코히어런트 통신(coherent communications)을 위한 가변 레이저용을 위함이다. 가변 레이저의 선폭 및 광 출력 노이즈는 코히어런트(및 기타) 통신 시스템에 중요할 수 있고, 가변 레이저의 다양한 구역을 튜닝하는 전류 소스의 노이즈 때문에 부분적으로 제한될 수 있다. 가변 레이저의 튜닝에 대한 대안적인 접근방법은 가변 레이저의 레이저 튜닝 구역을 가열하는 것처럼 전류 튜닝을 대체하거나 증대시킬 수 있다. 그러나, 튜닝 온도 제어의 어떠한 유형(예를 들어, 열 튜닝 기술(thermal tuning techniques))은 전류 제어 접근법(approach)보다 훨씬 느리고, 그 결과, 온도 제어에 기초한 파장 캘리브레이션 루틴은 수용할 수 없는 수준으로 느려질 수 있으며, 이에 의해 제조 비용과 시간을 크게 늘릴 수 있다. 따라서, 본 개시된 기술에 의해 가능해지는 파장 캘리브레이션 방법, 알고리즘, 및 장치는 제조 비용을 낮추고 코히어런트 통신을 위한 가변 레이저의 제조용이성(manufacturability)을 향상시키는 데 매우 중요하다.
전술한 바와 같이, 본 기술은 가변 레이저의 독특한 양상(예를 들어, 가변 U-레이저(tunable u-laser)) 또는 출력에서 하나 이상의 광 출력 패시트(예를 들어, 다중 패시트)가 접근 가능한 가변 레이저의 일반적인 등급이 부분적으로 가능해진다. 가변 레이저의 캘리브레이션 동안, 다중 패시트는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)와 같은 알고리즘 및 하드웨어와 함께 사용되며, 파장 캘리브레이션을 위한 복잡성 및 시간의 양을 상당히 감소시키고, 또한, 테스트 장비 및 공정의 비용 및 시간 소모적인 사용을 줄인다.
본 개시에 따른 일 양태는 2개 이상의 레이저 거울(또는 패시트)이 캘리브레이션 계측기 및 알고리즘을 위해 광 출력에 접속 가능한 레이저 구조의 이용이다. 광 데이터 변조기(optical data modulator)와 통합된 가변 레이저의 경우, 가변 레이저의 양쪽 거울이 광 출력과 캘리브레이션 계측기에 접속 가능할 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 이득 전압 튜닝 맵(gain-voltage tuning map)이 가변 레이저의 레이저 캐비티(cavity) 내의 미러 튜닝과 다른 튜닝 메카니즘의 다양한 단계를 조합하고/조합하거나 전체 캘리브레이션 시간을 줄이도록 설계된 튜닝 피트 알고리즘과 캘리브레이션의 다양한 단계를 조합하여 이용할 수 있는 것이다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 광학 증폭기와 같은 온-칩 광원이 주 광학 칩 출력을 통해 레이저 거울 및 임의의 내부 레이저 튜닝 구역의 튜닝 특성과 관련하여, 파장 캘리브레이션 프로세스는 선형 거울 스캔(linear mirror scan) 및/또는 모든 제어 대 파장 맵 포인트(control vs. wavelength map points)의 전체 맵을 수행하는 것보다 크게 감소된 복잡성의 튜닝 커브로 수행되는 정보를 제공하는데 이용될 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 하나 이상의 이미 처리 기술이 이득 전압 튜닝 맵에서 빠른 매핑(mapping) 기법과 장비를 사용하여 레이저 튜닝 포인트의 식별 속도 향상을 위해 최소값 또는 최대값을 식별하는데 이용될 수 있으며, 보다 느린 테스트 및 캘리브레이션 장비를 이용하여 더 적은 포인트가 테스트되고 측정되는 캘리브레이션 프로세스에서 캘리브레이션의 느린 부분을 후기 단계로 이관한다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 하드웨어 레벨 게이트(hardware level gates)에 FPGA, 및 심지어 데이터가 저장되는 동일한 FPGA와 같은 내장 캘리브레이션 라우팅(routing)을 활용하는 것이며, 이는 예를 들어, 제조 과정에서 시스템 집적 및 가변 레이저의 배치 전개와 같은 제조 효율의 증가와 비용 감소 및 파장 캘리브레이션이 수행되는 유연성(flexibility) 증가로 이어질 수 있다.
본 개시의 따른 또 다른 양태는 일련의 방법론 또는 알고리즘이 가변 레이저의 독립형 또는 조합형으로 이용될 수 있다. 이것은 가변 레이저의 다중 패시트 출력 접속과 FPGA와 같은 하드웨어 게이트(hardware gates)에 파장 캘리브레이션의 내장(embedding)에 의해 가능해진다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 독립형 또는 부분적으로 슈퍼 모드 비팅(super-mode beating)이 스위트 동작점(sweet operating points)의 경계를 추적하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 이 방법론 또는 알고리즘은 고속 웨이브 미터를 사용하여 약 10분 안에 100개의 ITU 채널(channels)을 매핑할 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 알고리즘에 이용할 수 있는 하나 이상의 패시트(거울)을 갖는 가변 레이저에 의해 가능해지는 거울 반사 캘리브레이션을 이용하는 것이다. 이 예제 기술은 N^ 2 지점 문제에서 2N 문제로 매핑 복잡성을 줄일 수 있으므로, 몇 분 내에 전력 집적 회로(PIC : power integrated circuit)을 완전히 매핑할 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는, 특히, 레이저 튜닝 구역을 가열하는 것과 같은 저속 튜닝 메카니즘(slow tuning mechanisms)이 이용되는 곳에서 본 기술이 가변 레이저의 파장을 캘리브레이션하는데 사용되는 경우에 하나 이상의 베네핏(benefits)이 얻어질 수 있다. 가변 레이저의 낮은 선폭 및 광 출력 노이즈는 코히어런트(및 기타) 통신 시스템에서 중요하다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 개시된 하나 이상의 기술 또는 방법과 결합하고, 다중 패시트 출력을 갖는 가변 레이저의 이점에 의해 가능해지는 것이다. 예를 들어, 이득 전압 맵의 사용은 검출기로서 역바이어스되고 1차 레이저 출력 각각에 연결되는 온-칩 집적(on chip integrated) 반도체 광 증폭기와 결합될 수 있고, 출력들은 광자 집적 회로의 주 출력에서 동시에 이용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 개시된 기술은 오프 칩(off chip) 검출기와도 이용될 수 있다. 그러나, 각 레이저 거울의 출력에서 검출기로서 작용하는 증폭기(예를 들어, 반도체 광 증폭기)의 내장은 평형 레이저 출력의 인-시투(in-situ) 모니터링이 이득 전압 튜닝 맵과 상관있도록 하고, 이득 구역 전압 및 광 출력 전력에 기초하여 레이저 튜닝 특성을 매핑한다. 본 개시된 기술은 전류 주입 튜닝이 사용되는 경우, 고속 전류 소스 미터와 고속 웨이브 미터가 결합될 때 상당히 빠르다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는 많은 양의 데이터를 수집해야하는 단계에 가장 빠른 기술이 적용되는 파이프 라인 방식(pipeline manner)으로 다중 기술을 병합하는 것이고, 저속 기술 또는 측정이 데이터 세트(data set)를 크게 감소시키는 경우에 캘리브레이션 단계에서 적용된다. 일 실시 예에서, 모든 접속 가능한 튜닝 포인트의 고속 캘리브레이션은 사이드 모드 서프레션 비(SMSR : side mode suppression ratio)와 같은 실제 파장이 알려지지 않거나 다른 매개변수(parameter)인 상기 기술들의 임의의 것 또는 조합을 이용하여 수행될 수 있고, 한번 더 제한되는 목적 채널의 세트(set of desired channels)와 제어 세트 포인트(control set point)는 알려져 있고, 최종 스윕(final sweep)은 각 채널의 최종 특성을 결정하기 위해 이용되는 광 스펙트림 분석기(또는 고속 병렬 채널 광 스펙트럼 분석기 :　fast parallel channel optical spectrum analyzer)같은 저속 기기로 수행된다.
본 개시에 따른 일 양태는 이미지 프로세싱을 이용하여 상기 기술 또는 다른 기술의 임의의 것 또는 조합으로 생성된 맵으로부터의 목적 채널을 위한 컨트롤 튜닝 포인트의 위치를 개선하는 파장 추적이다. 예를 들어, 이득 구역이 최적의 광 출력에 필요한 일정 전류 레벨로 세팅되는 경우, 반도체 광 증폭기는 출력 광 전력을 위한 검출기로서 작용하도록 역바이어스 될 수 있다. 거울 전류의 변화는 다른 출력 전력을 갖는 다양한 파장에서 피크를 갖는 가변 레이저를 튜닝할 수 있다. 가변 거울 전류(예를 들어, 도 3에 도시된 것)를 갖는 반도체 광 증폭기 중 임의의 하나에 대한 반도체 광 증폭기 광 전류 맵은 거울 구역과 이득 구역에 대응하는 모드 홉을 나타낸다. 거울전류에 대한 반도체 광 증폭기 광 전류의 플롯에서(여기서는 “반도체 광 증폭기 맵”이라고 함), 이러한 홉은 중첩되어 “블럭”을 형성한다. 이 블록의 중심은 가변 레이저를 튜닝하기 위한 이상적인 작동 지점을 형성한다.
본 개시에 따른 일 양태에서, 다양한 방법론 또는 알고리즘은 독립형 또는 혼합형으로 가변 레이저를 캘리브레이션하기 위해 사용될 수 있다. 이하의 설명에서, 다양한 방법론은 본 개시의 일 양태에 따라 나타내어지며, 이득 전압 맵 알고리즘, 이득 전압 및 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 알고리즘, 거울 반사 알고리즘, 및 모드 호핑 알고리즘을 포함하고, 이들 각각은 단독 또는 다른 알고리즘과 함께 구현될 수 있다.
[이득 전압 및 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 알고리즘(Gain-voltage and SOA photocurrent Map Algorithm)]
전술한 바와 같이, 예로서, 본 개시의 일 양태에서, 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 또는 이득 전압 및 반도체 광 증폭기 광 전류 맵의 조합이 파장 캘리브레이션 프로세스에 사용될 수 있다. 실시 예에서, 파장은 광 증폭기 이미지 맵(예를들어, 반도체 광 증폭기 맵)으로부터 이미지 프로세싱 및 컴퓨터 비전 기능을 이용하여 추출될 수 있다. 광 증폭기는 독립형 측정 또는 이득 전압 맵으로서 가변 거울 전류로 광 전류 변화를 모니터링 하기 위해 가변 레이저로 동일 칩, 또는 오프 칩(off chip) 상에 배치될 수 있으나 접속 가능한 두 개 이상의 레이저 거울 외부에 위치할 수 있다.
실시 예에서, 가변 레이저의 이득 구역은 최적의 광 출력을 위해 요구되는 일정 전류 레벨로 설정될 수 있다. 광자 집적 회로(PIC)는 전기적 역 바이어스를 인가함에 의해 광 검출기로서 반도체 광 증폭기를 사용하여 각 레이저 패시트로부터의 광 출력이 모니터 될 수 있도록 각각의 레이저 거울 출력에 연결되는 다수의 반도체 광 증폭기를 포함하도록 구성될 수 있다. 거울 전류의 변화는 출력 전력이 다른 가변 파장에서 피크를 발생시키는 레이저 광 출력 파장을 튜닝할 수 있다. 관련된 레이저 거울에 대한 가변 거울 전류 및 광 출력에 대응하여, 반도체 광 증폭기 중 하나의 반도체 광 증폭기 광전자 맵을 얻을 수 있다.
준 연속 가변 레이저(quasi-continuous tunable lasers)의 특징은 일련의 다중 파장 피크 출력을 통해 하나의 파장에서 다른 파장으로 광 출력 점프를 하는 모드 호핑을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 반도체 광 증폭기 튜닝 맵은 거울 구역과 이득 구역에 대응하는 모드 홉을 보여줄 수 있다. 도 3이 도시된 바와 같이, 거울전류에 대한 반도체 광 증폭기 광 전류의 플롯(plot)에서(예를들어, 반도체 광 증폭기 맵), 이러한 모드 홉은 영역이 대칭일 경우, 피크 컨투어(peak contours) 주변과 중심 근처 어딘가에 위치하는 최소값을 갖는 밸리(valleys)가 있는 ‘블럭’ 또는 영역을 형성하기 위해 중첩된다. 따라서, 이들 블록의 중심(예를 들어, 최소값을 갖는 밸리 근처)은 결과적으로 가변 레이저 튜닝을 위해 이상적인 동작점을 형성한다. 그러나, 영역이 대칭이 아니며, 특히 맵을 가로 지르고, 하나 이상의 최소값의 위치를 결정하는 것은 최소 동작점을 국부의 이상적으로 동작하는 것의 관점에서 가속화되는 본 개시의 일 양태이다.
본 개시에 따른 또 다른 양태는, 예시 방법론 또는 알고리즘이 반도체 광 증폭기 광 전류 맵의 이미지 프로세싱에 의해 블록의 중심을 결정하는데 이용될 수 있다. 실시 예에서, 알고리즘은 다음의 4개의 단계를 포함할 수 있다. (1) 반도체 광 증폭기 광 전류 맵이 얻어질 수 있다. (2) 엣지 검출은 반도체 광 증폭기 광 전류맵 상에서 수행된다. (3) 컨투어 (contour) 검출은 (2)단계에서 얻어진 이미지 상에서 수행된다. 및 (4) 컨투어(contour)의 중심 검출이 수행되고, 검출된 컨투어의 중심이 거울 전류에 가변 레이저를 튜닝하기 위한 동작점에 대한 거울 전류에 매핑된다. 알고리즘에 대한 프로세스 흐름의 예가 도 4a에 도시되어 있다. 도 4b 내지 도 4d 또한 엣지 검출 및 컨투어 검출에 따른 반도체 광 증폭기 광 전류 맵의 예를 도시한다.
도 2에 도시된 프로세스 흐름으로 다시 돌아가면, 401단계에서 반도체 광 증폭기 광 전류 맵이 먼저 얻어지거나 추출된다. 예로서, 프로세서, 마이크로프로세서, 또는 FPGA 등과 같은 전자 회로는 반도체 광 증폭기 광 전류 맵을 구축하는데 이용된다. 예를 들면, 도 4b에 도시된 것과 같이 두 번째 광 증폭기(예를 들어, 반도체 광 증폭기 2)에 대해, 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵은 가변 거울 전류(예를 들어, 거울 1 전류, M1,과 거울2 전류, M2)로 획득될 수 있다.
403단계에서, 하나 이상의 프로세서, FPGA 등과 같은 전자 히로를 통해 이미지 프로세싱을 수행함에 의해, 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵 상에서 엣지가 검출될 수 있다. 일반적으로, 파장 홉은 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵 상의 블록 또는 컨투어의 경계(또는 엣지)로 변환될 수 있다. 적절한 이미지 임계값으로, 경계는 예를 들어, 컴퓨터 비전 분야에서 사용되는 기술 그리고/또는 알고리즘과 같은 다양한 특징 검출 기술을 이용하여 쉽고 빠르게 검출될 수 있다. 엣지 검출 기술의 예는 캐니 엣지(canny edge) 검출 방법을 포함하여 사용될 수 있다.
또한, 엣지 검출의 효율성은 일반적으로 검출된 블록 엣지의 유효성에 의해 결정되고, 이는 이미지 기준치에 의존할 수 있다. 엣지 검출을 위해 사용되는 이미지 기준치는 출력 광학 전력에 기초하여 캘리브레이션 될 수 있다. 이미지 기준치(image thresholds)는 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵의 거울전류 전체 스윕 범위에서 일정하지 않을 수 있다는 것을 알 수 있다.
405단계에서, 블록의 엣지를 검출한 후에, 컨투어는 검출된 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵의 엣지 상에서 이미지 프로세싱을 통해 검출된다. 또한, 검출된 컨투어는 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵의 이미지 상에 다시 그려진다. 본 실시 예에서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 닫힌 컨투어(closed contours)는 모드 홉에 의해 형성된 블록을 나타내므로, 닫힌 컨투어만이 관심 대상이다. 예로서, 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 또는 FPGA 등과 같은 전자 회로는 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵의 이미지 상에서 컨투어를 검출하는데 사용될 수 있다.
407단계에서, 각 유효 컨투어(valid contour)의 중심은 전자회로를 통해 이미지 모멘트에 기초하여 결정될 수 있다. 각 유효 컨투어는 유효 컨투어의 중심을 결정하는 데 추가 처리된다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 결정된 유효 컨투어의 중심은 서브 픽셀(sub-pixel)까지의 정확도로 거울 전류에 다시 매핑될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 또는 FPGA 등가 같은 전자회로는 반도체 광 증폭기 2 광 전류 맵 상의 검출된 컨투어의 중심을 결정하는데 사용될 수 있다. 결정된 중심과 관련된 거울 전류는 레이저 파장 피크에 대응된다.
[거울 반사 알고리즘 : Mirror Reflection Algorithm]
대안적으로 또는 부가적으로 거울 반사 알고리즘은 단독 또는 파장 캘리브레이션 프로세스에 대한 다른 알고리즘의 조합으로 사용될 수 있다. 본 개시의 일 양태에서, 예를 들면, 2개의 추출 격자 브래그 반사기(SGDBR : sampled grating distributed bragg reflector) 거울을 갖는 이중 광학 가변 레이저의 방출 파장은 여기 개시된 하나 이상의 기술을 통해 매핑될 수 있다. 하나 이상의 기술은 가변 레이저의 방출 패시트 모두에 접속하는 능력에 의존한다는 것을 알 수 있다. 또한, 가변 레이저는 거울 뒤에 반도체 광 증폭기를 가지고 있거나 가지고 있지 않을 수도 있다. 또한, 반도체 광증폭기는 PIC의 일부이거나 PIC의 외부에 배치되어 가변 레이저에 연결될 수 있다.
2개 이상의 반도체 광 증폭기(다중 거울에 대응하는)를 갖는 가변 레이저의 2가지 구성 예는 도 5a와 도 5b에서 도시된다. 일반적인 원리는 다양한 튜닝 상태에서 가변 레이저의 거울 1 및 거울 2의 반사 스펙트럼을 측정하고, 레이저 발진에 대해 가변 레이저를 목적 파장으로 설정하기 위해 필요한 설정을 계산하는 것이다. 거울(예를 들어, 거울 1 및 거울 2)과 레이저 위상 구역의 굴절률 튜닝은 전류 주입 또는 가변 레이저 광 도파관의 열적 가열을 포함하는 다양한 기술에 의해 수행될 수 있다.
본 실시 예에서, 필요하지는 않지만, 가변 레이저의 거울 반사 스펙트럼을 얻는 절차는 두 거울에서 동일하다. 아래의 논의에서, 거울 1에 대한 거울 반사 스펙트럼을 측정하는 방법이 설명된다. 예로서, 일 실시 예에서, 반도체 광 증폭기 1은 자연 증폭 방출(ASE)을 생성하기 위해 순방향 바이어스된다. 이득 구역(또는 도 5a에서의 두 개)은 역방향 바이어스 될 수 있거나, 역방향 바이어스를 이용할 수 없는 경우, 0mA로 바이어스되어 흡수를 제공한다. 반도체 광 증폭기 2는 역방향 바이어스 되거나, 역방향 바이어스를 이용할 수 없는 경우, 0mA로 바이어스되어 흡수를 제공한다. 거울 1의 반사 스펙트럼은 반도체 광 증폭기1과 관련된 출력점(예를 들어, 출력 1)을 통해 기록될 수 있다. 도 6a는 파장 튜닝 프로세스가 없는 거울 1의 반사 스펙트럼을 도시한다. 본 실시 예에서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 거울 1에 대한 다중 거울 전류에서의 다른 튜닝 단계에서 반사 스펙트럼이 기록된다. 최대 튜닝 단계는 반사 피크가 튜닝없이 스펙트럼으로부터의 이웃 피크와 오버레이되도록 멀리 이동해야한다. 이와 같이, 도 7은 35mA 튜닝 전류의 피크가 튜닝 전류가 인가되지 않은 피크(예를 들어, 0mA)와 중첩된 예를 도시한다. 따라서, 35mA는 최대 튜닝 단계일 수 있다.
비슷하게는, 거울 1에 대해 유사한 데이터는 반도체 광 증폭기 2로부터 자연 증폭 방출(ASE)를 이용하고, 반도체 광 증폭기 2와 관련된 출력점 상에서 거울 반사 스펙트럼을 측정함으로써 거울 2에 대해 획득될 수 있다. 이 경우, 반도체 광 증폭기 1은 역방향 바이어스 될 수 있거나, 역방향 바이어스를 이용할 수 없는 경우, 0mA로 바이어스되어 흡수를 제공한다.
또한, 모든 단일 반사 피크는 획득되거나 수집된 거울 반사 스펙트럼을 포함하는 데이터에 기초하여 추출되거나 결정된다. 그러나, 본 실시 예에서, 데이터 수집 방법은 단일 반사 피크의 존재를 보장할 필요가 있거나, 예를 들어, 하나의 반사 피크에서 다중 최대값을 피하기 위해 평탄화(smoothed)되는 것과 같이 반사피크를 생성하기 위해 추가 처리될 필요가 있다. 예로서, 도 8에 도시된 바와 같이 로우 데이터는 하나의 피크(801)에서 두 개의 최대값을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 평탄화(smoothing) 또는 평균화(averaging) 동작은, 예를 들어, 15포인트 평균화된 곡선(807) 또는 200포인트 평균화된 곡선(805)와 같이 평탄화된 곡선을 생성하기 위한 로우 데이터 상에서 수행된다.
실시 예에서, 전술된 바와 같이, 각 측정된 거울 반사 스펙트럼으로부터 개별적인 파장이 다양한 신호 처리 동작을 사용하여 추출될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 임의의 피크 검출 알고리즘을 포함하는 다양한 평균화 방법이 사용될 수 있다. 피크 검출 및/또는 추출을 용이하게 하기 위해, 언더라잉 자연 증폭 방출이 측정된 거울 반사 스펙트럼으로부터 감해질 수 있다. 또한, 언더라잉 자연 증폭 방출 스펙트럼을 위해 각 측정된 거울 반사 스펙트럼이 피크가 데이터에서 보이지 않을 정도로 평활화 될 수 있다. 예를 들어, 200포인트 평균화 방법에 의한 평활화 곡선(805)이다.
도 9는 거울 반사 스펙트럼으로부터 언더라잉 자연 증폭 방출 스펙트럼이 결정되고 감해지는 거울 반사 스펙트럼을 도시한다. 본 실시 예에서, 거울 반사 스펙트럼(901)은 도 8에 도시된 15 포인트 평균화 곡선의 스펙트럼으로부터 200포인트 평균화 곡선이 감해짐으로써 획득된다. 보다시피, 감산된 자연 증폭 방출을 갖는 거울 반사 스펙트럼이 측정된 피크 파장으로 플롯될 때, 피크 검출 알고리즘은 모든 피크 파장값을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
전체 파장 캘리브레이션을 얻는 다음 단계는 복수의 튜닝 전류 또는 튜닝 히터 전력값에 대해 또는 가젼 레이저의 거울을 유닝하는 데 사용되는 유닛에 대해 피크 파장을 플롯(plotted)하는 것이다. 도 10a는 가젼 레이저의 거울 1의 복수의 튜닝 전류에 대해 복수의 추출된 피크 파장(peak wavelengths)을 도시한다. 특히, 예로서, 거울 1의 튜닝 전류에 대한 추출된 피크 파장을 플로팅(plotted) 한 후에, 도 10a에 도시된 모든 추적에 대해 2차 폴리노미얼 피트(polynomial fit)가 적용된다. 폴리노미얼 피팅된 라인은 도 10b에 도시된다. 비슷하게는, 가변 레이저의 거울 2에 대해 수집된 데이터 상에서 동일한 분석이 수행된다.
이제, 거울 1과 거울2에서 폴리노미얼 피트된 데이터를 사용할 수 있게 되면, 가변 레이저를 설정하고자 하는 임의의 파장은 폴리노미얼 피트된 데이터에 기초하여 결정되거나 추출될 수 있다. 도 11은 거울 1과 거울2에 대해 폴리노이얼 피트된 데이터의 예시를 도시한다. 전류 튜닝을 위해, 피크 파장은 증가하는 전류로 감소될 수 있다. 목적 파장을 추출하기 위해, 하나는 높은 파장에서 시작하는 두 거울의 폴리노미얼 피트된 데이터 세트를 선택하고, 목정 파장으로 거울을 정확히 설정하는 데 요구되는 전류를 계산한다. 예로서, 도 11에 도시된 1550nm의 목적 파장에 대해 폴리노미얼 피트된 데이터를 이용하여, 첫 번째 거울 전류, 예를 들어, 거울 1은 12.7mA(예를 들어, M1=12.7mA)로 설정되고, 두 번째 거울, 예를 들어, 거울 2는 4.0mA(예를 들어, M2=4.0mA)로 설정된다.
게다가, 가변 레이저의 거울 1 및 거울 2가 목적 레이저 방출 파장(예를 들어, 1550nm)으로 정렬된 후에, 패브리-패롯(FP : Fabry-Perot) 모드가 목적 방출 파장에 완전히 매치하도록 조정될 필요가 있다. 이를 위해, 가변 레이저의 위상 구역(예를 들어, LasPhase section)은 튜닝될 필요가 있다. 레이저위상 구역의 튜닝없이, 패브리-패롯 모드는 완벽히 정렬될 수 않을 수 있다. 도 12는 1542.05nm의 목적 방출 파장과 시뮬레이션된 패브리-패롯 모드를 가정하여, 완벽히 정렬된 거울 반사 피크의 예시에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 레이저위상 구역 상에서 3mA의 튜닝 전류에 대해 하나의 패브리-패롯 모드가 1201의 1542.04nm에서 거울과 완벽하게 정렬됨을 알 수 있다.
[모드-호핑 알고리즘 : Mode-Hoping Algorithm]
본 개시의 일 양태에서, 대안적으로 또는 추가적으로, 모드 호핑(또는 모드홉(mode-hop) 또는 모드 추적(mode tracing)) 알고리즘은 단독 또는 파장 캘리브레이션 프로세스를 위한 다른 알고리즘과 함께 사용될 수 있다. 예로서, 모드 홉 또는 추적 알고리즘은 2개의 SGDBR 거울을 갖는 광범위한 가변 레이저를 특성화하기 위한 알고리즘이다. 하나의 이러한 레이저는 예시적인 경우로서 여기에 설명되는 U-레이저이나, 모드 홉 알고리즘은 특히 출력과 통신하는 데 사용되는 출력 패시트를 하나 이상 갖고 있는 다른 가변 레이저에 적용될 수 있다. 이 캘리브레이션 방법을 설명하기 위해, U-레이저가 어떻게 작동하는 지 이해하는 것이 좋다. 다음 섹션은 가변 U-레이저의 넓은 튜닝 기능을 허용하는 개념에 대한 간략한 설명이다. 또한, 제시된 캘리브레이션 장비에 대한 설명은 이후에 제공된다.
광범위하게 튜닝할 수 있는 가변 U-레이저의 기능은 두 개의 SGDBR 거울에서의 전류 설정에 기초한다. 가변 레이저 캐비티(cavity) 모드의 튜닝은 레이저 파장의 미세 튜닝을 위해 허용된다. SGDBR 거울은 각각 반사 피크의 베니어(veneer)를 형성하고 하나의 거울의 피크 간격은 약간씩 차이가 있어서 언제나 거울들 사이에 하나의 피크가 있는 것은 공통이다. 하나의 거울의 반사 피크의 파장이 다른 거울의 반사 피크의 파장과 일치할 때, 가변 레이저는 그 파장에서 레이징될 것이다. 전류와 그에 따른 하나의 거울의 베니어 피크가 다른 거울에 대해 이동할 때, 레이징 파장은 하나의 베니어 피크로부터 양쪽 거울 상에서 일치하는 다음 거울로 뛰어오를 것이다. 양 거울을 함께 튜닝하면, 베니어 피크 사이의 거리를 평탄하게 튜닝할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 예에서, 호핑과 평탄한 튜닝의 조합으로, 광범위한 파장을 넘는 전체 튜닝능력을 달성하는 것이 가능하다. 이하의 설명에서, 본 개시는 호핑 및 평탄한 튜닝을 함께 언급할 것이다.
캘리브레이션은 계측기의 여러 가지 다른 유형으로 수행될 수 있고, 예시는 설명의 목적으로 여기에 제공된다. 본 개시의 일 양태에서, 전류/전압 소스는 FPGA, 프로세서, 컴퓨터 등에 의해 제어될 수 있을 뿐만 아니라, 기타 계측기는 가변 레이저의 파장을 측정할 수 있는 광 스펙트럼 분석기, 웨이브 미터, 또는 기타 유사한 도구를 포함하되, 이에 국한되지 않고 제어하고, 이 정보를 전류/전압 소스를 제어하는데 사용되는 동일 컴퓨터로 반환한다.
도 13a는 모드-홉 프로세스에서 사용되는 흐름도의 예시를 도시한다. 본 개시의 일 양태에서, 두 개의 거울을 갖는 가변 레이저에 대한 모드 홉 프로세스는 다음의 단계 또는 부분을 포함할 수 있다.
Step 1 :　홉(hop)-라인 출발점을 찾는다. (1301)
Step 2 :　홉-라인을 추적한다.(1303)
Step 3 : 홉-라인 데이터를 분석하고, 채널 거울 전류를 획득한다.(1305)
Step 4 : 레이저 캐비티 위상 구역(LasPhase)를 최적화한다. 그리고,
Step 5 : 레이저 캐비티 위상 구역(LasPhase)이 파장 오프셋을 설명하는 채널에 대한 거울 전류를 고정한다(1309)
즉, 1단계(1301)에서 파장 홉의 시작점이 먼저 발견된다. 그 다음, 이들 파장 홉은 2단계(1303)에서 양 거울 상에 증가하는 거울 전류의 1차원 라인을 따라 추적된다. 3 단계(1305)로서, 2단계(1303)로부터 수집된 데이터의 분석은 목적 및 특정한 레이저 파장을 위한 동작 설정을 결정하기 위해 수행된다. 이어서, 4단계(1307)에서 레이저 파장의 미세 튜닝으로서 작용하는 가변 파장 레이저의 캐비티 모드 위치의 최적화가 수행된다. 5단계(1309)로서, 일부 채널에 대한 거울 전류의 재최적화도 수행된다. 이들 단계를 수행함에 있어서, 하나 이상의 프로세서를 포함하는 전자회로, 마이크로컨트롤러, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGa), 주문형 집적회로(ASIC) 또는 기타 전자 장치가 로직(logic) 기능을 수행하기 위해 구성될 수 있고, 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트의 임의의 조합을 포함하여 사용될 수 있다.
도 13b는 모드 홉 프로세스의 처음 4단계를 수행하기 위한 허위 코드(pseudo-code) 및 흐름도의 예시를 나타낸다. 예로서, 전술된 바와 같이, 1단계는 거울 전류 파장 홉이 생성되는 지를 찾는 것이다. 이는 거울의 전류에 반복적으로 약간씩 수정을 반복하고, 결과적인 파장과 거울 전류를 측정 및 기록함으로써 달성될 수 있다. 여기서, 거울 전류의 시작값은 선택하는 필수 매개변수이며, 거울 전류의 시작값 하나는 양 거울에 대한 제로 전류(zero current)를 포함할 수 있다. 본 개시에서, 거울 전류는 M1(거울 1에 대한 거울 전류) 및 M2(거울 2에 대한 거울 전류)로 상호 교환적으로 언급될 수 있다. 게다가, 전술한 바와 같이, M1 및 M2는 초기에 0mA로 설정될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 하나의 접근은 모든 단계에서 결과적인 파장을 측정하면서 임의의 전류량(예를 들어, 델타, d1)에 의해 M1을 반복적으로 증가시키는 것이다. 각 단계 이후에, 파장을 일반적으로 비교적 적은 양으로만 변경될 것이다. 파장이 거울 베니어 피크 공간의 공간과 비슷한 양만큼 변화한다면, 모드 홉의 위치가 식별되었다고 결정된다. 이 프로세스는 도 14에서 자세히 도시될 수 있다. 이 결과적은 M1 및 M2 전류 설정은 모드 홉 프로세스의 2단계에서 시작점으로 사용될 것이다.
대안적으로, 모드 홉 프로세스는 이 시작점을 위해 2단계로 진행할 수 있다. 드 홉의 나머지 시작점을 찾는 것을 지속하는 것도 가능하다. 모드 홉의 발견을 지속하기 위해, M1의 값은 다음 모드 홉이 관측되어 기록될 때까지 방향(1401)을 따라 증가될 수 있다. 소정 수의 홉이 결정되고, 최대 전류에 대한 하계가 거울 중 어느 하나에 도달될 때까지, M1 값 증가시키고 언급된 홉을 기록하는 과정이 지속된다. 모드 홉 프로세스는 M1=0mA 및 M2=0mA로 돌아가 순환될 수 있고, 동일한 프로세스를 시작하나 M1=0mA로 남겨두지만, 델타에 의해 M2를 점진적으로 증가시키고 새로운 방향(1403)을 따라 언급된 홉을 기록한다. 그 결과, 프로세스는 일반적으로 모든 거울 홉 시작점을 찾을 수 있다.
대안적으로, Ml = alpha M2인 선을 따라 가는 것과 같이 동일하게 하기 위한 다른 방법이 있고, 알파는 거울 전류 한계와 관련된 상수이다. 도 14는 M1 및 M2에 대한 스캐닝 방향과 발견된 복수의 홉-라인 시작점을 개념적으로 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 화살표는 스캐닝 방향(1401 or 1403)을 나타내고, 원은 발견된 홉-라인 시작점을 나타낸다.
본 개시의 일 양태에서, 모드-홉 프로세스에서 2단계의 예시는 점진적으로 증가(또는 감소)하는 양 거울 상 거울 전류의 1차원 라인을 따라 홉 시작 위치를 추적하는 것이고, 이는 도 15에 개념적으로 도시된다. 이 라인(1501)을 추적하면서, 거울 전류와 레이저 피크의 파장은 기록될 수 있다. 모드-홉 라인을 추적하는 방법에 따라, 초기 피크의 전력과 2차피크의 전력과 파장도 기록될 수 있다. 본 실시 예에서, M1, M2 및 파장은 특정 홉라인에 대해 종속적이기 때문에 홉 라인은 1차원이다. 거울의 전류의 변화로 인해 파장의 변화가 선형일 때, M1과 M2는 같은 양만큼 증가할 수 있고, 홉-라인 상에 있을 수 있다. 그러나, 대개의 경우가 아니므로, M1과 M2를 주의깊게 조정하여 라인 상에 머무르는 것이 중요하다. 실시 예에서, 이를 행하는 한가지 방법은 홉이 관측될 때까지 M1만 증가시키고, 다른 방향의 홉 백(hop back)이 식별될 때까지 M2만 증가시키는 것이다. 프로세스는 미리 결정된 파장 또는 전류 한계에 도달할 때까지, 홉까지 증가하는 M1과 다른 홉까지 증가하는 M2 사이에서 지속될 것이다.
대안적으로, 홉 라인을 추적하는 작업은 홉 동안 발생할 수 있는 두 개의 레이징 피크의 비율을 검사함으로써 수행될 수 있다. 두 개의 전력 레벨의 비율은 홉 라인에 머무르기 위해 M2를 증가시키는 양에 비해 M1을 증가시키는 양을 안내할 수 있다. 홉 라인을 추적하기 위해 사용되는 방법이 무엇이든, 홉 라인의 추적은 모드 홉 프로세스의 제 1 단계에서 결정된 각각의 시작점에 대해 수행될 수 있다. 본 개시에 따른 또다른 양태에서, 모드 홉 프로세스의 3단계의 예시는 캘리브레이션 중인 가변 레이저에 대한 모드 홉 라인을 따라 M1 및 M2 값을 나타내는 데이터로 목적 특정 레이저 파장에 대한 동작 설정을 결정하기 위해 분석을 수행하는 것이다. 도 16은 각각의 채널(1605)에 대해 요구되는 거울 전류의 개념 맵을 도시한다. 이 예에서, 이들은 이상적인 동작 조건이 아니므로 모드 홉 라인(1603)으로부터 멀리하는 것이 중요하다. 더 나은 동작 조건은 모드 홉 라인(1603) 사이에서 직접적으로 발견될 수 있다. 예를 들어, 모드 홉 라인(1603)은 레이저 동작을 위한 각각의 이상 조건에 대해 유사한 방향으로 진행하고, 모드 홉 라인(1603) 사이에서 직접적으로 진행하는 라인을 형성한다. 본 개시에서, 이상적인 동작의 라인은 이상 라인(ideal-line)으로 언급될 것이다. 이상적인 라인(모드 홉 라인처럼)은 각각 M1, M2 및 파장의 1차원 코드종속함수를 각각 구성한다. 이 예에서, 이상 라인을 기술하는 1차원 코드종속함수는 이상 라인(1601)의 양측에 있는 모드 홉 라인(1603)의 함수 매개변수(parameter)를 평균화함으로써 결정될 수 있다. 모드 홉 라인(1603)의 함수 매개변수는 모드 홉 프로세스 2단계로부터 생성된 데이터의 피트로부터 도출된다. 모든 이상 라인에 대한 함수 매개변수가 발견되면, 함수는 가변 레이저의 튜닝 범위에서 요구되는 임의의 파장으로 가변 레이저를 설정하는 데 필요한 거울 전류를 결정하는 데 사용될 수 있다.
또한, 함수 매개변수는 추후 사용을 위해 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 대안적으로, 각 목적 파장의 최종 전류는 FPGA와 같은 하드웨어 게이트에 내장된 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 캘리브레이션 루틴이 FPGA의 하드웨어 상에서 실행되는 일 실시 예에서, 방법론 또는 알고리즘, 데이터 수집 및 저장은 모두 동일한 하드웨어 기반 로직(logic)으로 수행될 수 있다. 또한, 프로세싱 및 저장은 종래 기술에 비해 상당한 이점을 갖는 초고속, 게이트 레벨 기반, 동시 발생 프로세스(concurrent processes)에 의해 수행될 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 도 17에 도시된 바와 같이, 각 모드 홉 라인(1701)의 양 사이드로부터 데이터가 취해질 수도 있다. 이 예에서, M1 및 M2값은 각 사이드에서 다소 유사하지만, 각 사이드의 파장이 수퍼 모드 간격에 의해 구분될 수 있다. 본 개시에서, 라인(1701)의 사이드는 “좌측” 및 “우측”으로 치징되고, 도 17에 도시된 바와 같이, 용어 “좌” 및 “우”는 라인(1701)을 따라 낮은 거울 전류로부터 높은 전류로 흐르는 것에 기초하여 설정된다. 가장 왼쪽 라인 상에서 0에서 시작하여 가장 오른쪽 라인까지 증가하는 모드 홉 라인이 라벨링(labeled)된다.(도 17의 라인 상 번호 참조)
본 개시의 일 양태에서, 이상적인 라인(예를 들어, 도 16의 1601)의 계산을 설명하기 위해, 모드 홉 라인 3과 모드홉 라인 4 사이의 이상 라인을 캘리브레이팅 하기 위한 프로세스가 이해되어야만 한다. 모드 홉 라인 3의 오른쪽 사이드는 모드 홉 라인 4의 왼쪽 사이드에 대해 비슷한 파장을 가질 것이다. 이 경우, 곡선 커브 피트(curve fit)는 파장 vs M1 및 파장 vs M2에 대한 모드 홉 라인의 오른쪽 사이드에 2차 방정식을 사용하는 예로서 수행된다. 이 곡선 피팅은 총 4개의 방정식을 유도하여 모드 홉 라인 4의 왼쪽 사이드에서 반복된다. 각 방정식은 아래와 같이 2차 방정식으로 표현될 수 있다.
Y = AX2 + BX + C
4개의 방정식은 위의 A, B 및 C 매개변수에 대한 4 문자의 전문용어를 사용하여 작성될 수 있다. 첫 번째 문자는 A, B, 또는 C이다. 두 번째 문자는 모드 홉 라인의 숫자이다. 세 번째 문자는 모드홉 라인의 오른쪽 또는 왼쪽을 나타내는 R 또는 L이다. 네 번째 문자는 M2의 M1 중 하나의 커브 피트에 대한 1 또는 2이다.
이와 같이, 4개의 방정식은 다음과 같이 작성될 수 있다.
λ(모드 홉 라인 3의 오른쪽 사이드) = (A3R1)(M1)2 + (B3R1)(M1) + (C3R1);
λ(모드 홉 라인 3의 오른쪽 사이드) = (A3R2)(M2)2 + (B3R2)(M2) + (C3R2);
λ(모드 홉 라인 4의 왼쪽 사이드) = (A4L1)(M1)2 + (B4L1)(M1) + (C4L1); and
λ(모드 홉 라인 4의 왼쪽 사이드) = (A4L2)(M2)2 + (B4L2)(M2) + (C4L2).
그런 다음, 매개변수의 평균을 사용하여 이상 라인에 대한 두 개의 2차 방정식을 다음과 같이 결정할 수 있다.
λ (3-4 ideal line) = (A1)(M1)2 + (B1)(M1) + (CI);
λ (3-4 ideal line) = (A2)(M2)2 + (B2)(M2) + (C2), where
Al = (A3R1 + A4L1) / 2, Bl = (B3R1 + B4L1) / 2, CI = (C3R1 + C4L1) / 2, A2 = (A3R2 + A4L2) / 2, B2 = (B3R2 + B4L2) / 2, and C2 = (C3R2 + C4L2) / 2.
마지막으로, 2차 방정식은 두 개의 이상 라인 방정식에 대한 파장의 함수로서 M1 과 M2를 얻기 위해 활용될 수 있고, 이 정보를 합리적인 M1 및 M2 전류를 갖는 라인 상에 국제전기통신연합(ITU) 파장이 있는지를 결정하기 위해 사용할 수 있다. (예를 들어, 0보다 크고 최대 거울 전류보다 작은 전류)
본 개시의 일 양태에서, 모드 홉 프로세스의 네번째 부분은 파장의 미세 튜닝으로서 작용하는 가변 레이저의 캐비티 모드 위치를 최적화 하는 것이다. U-레이저 및 이와 유사한 유형의 레이저를 포함한 가변 레이저는 한번에 하나의 캐비티 모드만 레이징 할 수 있도록 설계된다. 따라서, 이 단일 레이징 캐비티 모드의 위치는 가변 레이저의 목적 레이저 출력 파장에 맞춰 정렬될 필요가 있다.
일 실시 예에서, 캐비티 모드의 정렬은 파장을 모니터링하면서 레이저 위상(예를 들어, LasPha) 구역 전류를 스위핑함으로써 수행된다. 도 19는 레이저 위상 구역 전류를 스위핑하는 단계로부터 생성된 전형적인 데이터를 도시한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 하나의 캐비티 모드가 개별적인 거울 반사 피크를 남기고 다음의 반사 모드가 들어올 때, 3.2mA에서와 같은 불연속성이 나타난다. 도 19에 도시된 예에 따르면, 가변 레이저가 1578.9nm에서 레이징 되길 원한다면, LasPha 구연 전류는 약 1.3mAfh 설정될 수 있다. 이 조정은 파장 락커가 광학적으로 캘리브레이팅 된 목적 레이저 파장을 유지하기 위해 LasPha 구역 전류를 조정하는 피드백 루프(feedback loop)에 있는 파장 락커로 자동적으로 수행될 수 있다. 또한, 캐비티 모드의 정렬은 모든 파장에 대해 수행될 수 있으며, 매개변수는 본 개시에 설명된 바와 같이 동작 사용을 위한 룩업 테이블에 저장될 수 있다.
또한, 도 19에 도시된 최대 파장과 최소 파장 사이의 범위는 매핑된 채널을 포함하지 않을 것이다. 이것은 홉 라인 데이터의 분석에서 발견된 거울 전류가 정확하지 않은 경우에 발생할 수 있다. 이와 같이, 본 개시의 일 양태에서, 거울 전류에 대한 교정이 이루어질 수 있다. 즉, 거울 전류에 대해 작은 오프셋을 위한 교정이 이루어질 수 있다. 예로서, 목적 출력 파장은 1579.1이라고 가정한다. 이 경우, 거울 전류는 상기 계산된 피트 매개변수(예를 들어, 3단계)를 사용하여 옮겨질 수 있다. 첫째, 거울 전류가 얼마나 크게 벗어나는지 추산한다. 그 후, 도 19의 최대 및 최소파장의 평균이 다음과 같이 거울 피크의 위치 추산값을 얻기 위해 결정된다.
최대 = 1579.024 nm;
최소 = 1578.789 nm;
최대 및 최소 평균= (1579.024 nm + 1578.789 nm ) / 2 = 1578.907 nm;
람다 오프셋(Lambda offset) = 1579.1 nm - 1578.907 nm = 0.193 nm.
다음으로, 거울 전류의 변화는 다음과 같이 피트의 도함수를 사용하고, 거울 전류의 변화를 풀어 파장의 변화에 대해 발견될 수 있다.
Y = AX2 + BX + C,
dY = ( 2 AX + B ) dX,
dX = dY / (2AX + B )
거울 오프셋 = (람다 오프셋) / (2*A*(거울 전류)) + B)
(*작은 오프셋에 대해서만 유효함)
그 결과, 업데이트된 거울 전류는 다음과 같이 결정될 수 있다.
새로운 거울 전류 = 이전 거울 전류 + 거울 오프셋
거울 1과 거울 2 모두 동일 방정식이 사용될 수 있으나, 이제는 거울 1에 대한 거울 1 피트 매개변수와 거울 2에 대한 거울 2 피트 매개변수를 사용한다. 이러한 거울 전류의 업데이트를 시용하여 4단계는 튜닝맵 최소값에 도달하고, 목적 출력 파장 채널에 도달하기 위해 재최적화가 필요한 채널을 대해 반복된다. 5단계의 완료로, 가변 레이저는 임의의 채널에 대해 튜닝될 수 있고, 하나 이상의 프로세서, 마이크로컨트롤러, FPGA, ASIC 등을 통해 거울 전류와 LasPha 전류를 룩업 테이블에 저장할 수 있다. 도 20은 분 단위로 획득 된 본 명세서에 기술된 본 기술을 이용하여 가변 U-레이저에 대해 캘리브레이팅 된 100-채널 튜닝의 예시를 도시한다.
종종, 가변 레이저의 파장 캘리브레이션에서의 주요 도전은 생산량만큼 가변 레이저를 생산하기 위해 실행할 수 있는 수준으로 캘리브레이션 시간을 감소시키는 것이다. 예를 들어, 한달에 10,000유닛이 생산되고 하루 24시간 생산라인이 가동되고 완벽한 효율로 캘리브레이션이 이루어지면, 유닛 당 사용 가능한 캘리브레이션 시간은 30*24(=720시간/월)을 10,000유닛(=0.072시간/유닛 = 4.32분/유닛)로 나눈 값이 될 것이다. 생산 유닛의 병렬 프로세스는 캘리브레이션 시간의 이러한 문제점을 줄여주지만, 생산 유닛의 병렬 프로세스에 대해 요구되는 추가 인력 및 테스트 장비 때문에 비용이 증가하기도 한다. 이와 같이, 공장 수준에서의 가변 레이저에 대한 캘리브레이션 타임의 감소가 무엇보다도 중요할 수 있다. 또한, 현장과 SDN을 통해 이미 현장에 배치된 서비스 캘리브레이션 또는 노후된 유닛의 리캘리브레이션(re-calibration)도 중단 시간 및 교체 비용을 크게 감소할 수 있음을 의미한다.
이러한 목표(예를 들어, 캘리브레이션 시간의 단축)를 달성하기 위해서는 가변 레이저의 캘리브레이션을 수행하는 인텔리전스를 가변 레이저에 더 가깝게 배치하고, 캘리브레이션을 수행하는 데 필요한 전자 장치의 비용, 크기, 전력을 감소시키는 것이 필요할 수 있다. 예로서, 본 개시에 기술된 바와 같이, FPGA 센트릭(FPGA-centric) 디자인은 본 기술의 다양한 양태를 구현하는 데 사용될 수 있어 가변 레이저의 캘리브레이션 시간의 상당하게 감소시킬 수 있다. 즉, 본 개시에 따른 FPGA 및 관련 전자 장치들은 공장에서의 초기 캘리브레이션의 비용을 크게 감소시킬 수 있고/있거나 전달된 제품의 일부로 구현되어 SDN을 통한 필드 캘리브레이션이 가능하게 한다.
여기에 설명된 방법론 및 하드웨어 아키텍처(hardware architecture)는 캘리브레이션 시간을 10분 미만으로 줄일 수 있다. 그러나, 관련 장비 비용의 추가적인 감소를 위해 규모에 따라 더 짧은 시간이 필요할 수 있다. 종종, 이러한 캘리브레이션 시간을 줄이는 제한 요소는 표준 인터페이스를 통해 상용 테스트 장비와 통신하는 표준 호스트 상에서 하나 이상의 캘리브레이션 알고리즘을 수행하는 것과 관련된 프로세싱 오버헤드(processing overhead)와 데이터 전송 병목 현상이다. 따라서, 비용 제약은 종종 레이저 전극 제어 채널 당 수천 달러의 비용이 들 수 있는 테스트 장비가 될 수 있다. 본 개시에 기술된 기술은 이러한 제한을 모두 회피하면서, 전달된 제품에 새롭고 효율적인 캘리브레이션 방법을 사용할 수 있다.(예를 들어, 가변 레이저)
본 개시에 기술된 파장 캘리브레이션을 수행하는 방법을 포함하는 본 기술은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 그러나, 본 개시의 일 양태에서, 본 기술은 하드웨어 액셀레이션(hardware acceleration)으로서 구현될 수 있다. 예에서, 캘리브레이션 방법론의 인텔리전스가 FPGA에 배치될 수 있고, 이 기술은 최적화된 전용 방식으로 본 기술을 수행하고, 표준 호스트 프로세서의 부하를 줄이며, 데이터 세트 상에서 보관 및 보고하는 업무만 수행하도록 설계될 수 있다. 도 21은 FPGA 중심 파장 캘리브레이션을 위한 구성요소(component)를 개념적으로 도시하는 블록도를 도시한다. 도 21에 도시된 시스템(2100)은 호스트 컨트롤러(host controller)(2101), FPGA(2103), 레이저 제어 전자장치(2105), 레이저(2109), 및 저장부(2111)를 포함한다. 호스트 제어기(2101) 제어 및 관리를 포함하는 다양한 목적을 위해 FPGA(2103)와 통신하기 위해 구성될 수 있고, 또한, 가변 레이저(2109)의 캘리브레이션에 관련된 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예에서, FPGA(2103)은 또한 FPGA(2103)에 인터페이스 되고 가변 레이저(2109)에 연결된 디지털-아날로그 변환기(DACs)를 통해 레이저 제어 전극(2105)을 구동한다. FPGA(2103)는 여기에 기술된 본 방법론의 다양한 양태를 구현하기 위해 캘리브레이션 컴포넌트(2113) 및/또는 온도 컴포넌트(2115)를 포함하는 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, FPGA(2103)은 본 기술을 구현하기 위한 매개변수를 포함하는 다양한 매개변수 저장을 위해 FPGA(2103)에 결합된 메모리(2111)와 같은 내부 저장 장치(미도시) 및/또는 외부 저장 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 양태에서, 메모리(2111)은 여기에 기술된 본 기술의 다양한 양태를 구현하는 것과 관련하여 하나 이상의 데이터 룩업 테이블을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 양태에서, 초기 개발 비용을 초래하지만, 시스템(2100)은 제품의 일생동안 종래 상업 장비(예를들어, 상업용 기성품(COTS:commercial-off -the-shelf))보다 훨씬 더 저렴할 뿐만 아니라 훨씬 더 빠른 속도롤 달성한다.
또한, 본 개시의 일 구현에서, 예를 들어, 파장 캘리브레이션의 FPGA-센트릭(FPGA-Centric) 방법은 다음과 같이 수행될 수 있다. 호스트 제어기(2101)은 임베디드 소프트 프로세서(embedded soft processor) 내의 고차원(high level) 프로그래밍 언어(예를 들어, C 코드 등)이거나 보다 효율적이고 고속인 하드웨어 기술 언어(예를 들어, HDL 코드 등)로서 FPGA(2103)에 대한 하나 이상의 캘리브레이션 알고리즘에 위한 코드를 변환할 수 있다. 호스트 컴퓨터(2101)은 표준 인터페이스, 즉, USB 연결를 통해 연결될 수 있으며, 캘리브레이션의 진행을 제어하고, 캘리브레이션의 결과인 매개변수를 전송하고 저장하는 역할을 담당할 수 있다. FPGA(2103)은 캘리브레이션 알고리즘을 포함하는 다양한 방법론을 수행하면서 가변 레이저(2109)의 레이저 거울을 포함하는 다양한 구성요소에 대한 전류를 구동하도록 DACs(2117)과 직접 통신할 수 있고, 본 기술에 의해 요구되는 가변 레이저(2109)로부터 데이터를 수집하기 위해 전극 전압 및/또는 전력 검출기를 모니터링 하도록 구성된 ADCs(2107)과 통신할 수 있다. 대안적으로, 및/또는 추가적으로, FPGA(2103)은 가변 레이저(2109) 상 서미스터(thermistor)를 모니터링하고, 가변 레이저(2109)의 TEC제어기로 전력 제어 입력을 구동함으로써 레이저 온도의 과도 현상을 제어할 수 있다. FPGA(2103)는 그 프로세싱에서 초병렬(massively parallel)될 수 있기 때문에, 여기에 기술된 캘리브레이션 방법론과 함께 본 기능을 동시에 사용함으로써 오버헤드(overhead)가 발생하기 않을 수 있다.
또한, FPGA(2103)은 메모리(2111)(예를 들어, SDRAM)와 같이 하나 이상의 저장장치에 있는 레이저로부터 수집된 데이터를 버퍼링 또는 저장할 수 있고, 본 기술의 다양한 양태를 실행하고, 로우 데이터 세트보다 크기가 훨씬 작은 캘리브레이션 매개변수의 세트를 생산할 수 있다. 본 개시의 일 양태에서, 호스트 컨트롤러(2101)가 전송 및 저장하는 것이 필요할 수 있는 감소된 매개변수(및/또는 데이터)의 세트이므로, 레이저(2109) 캘리브레이팅에서 효율을 크게 증가시킨다. 이 예에서, 호스트 컨트롤러(2101)은 감소된 데이터 세트를 관리하고, 캘리브레이션 프로세스를 시작 및 중지하고, 캘리브레이션 상태/결과를 인간 테스트 오퍼레이터에게 안내하고, 오퍼레이터가 캘리브레이션 매개변수를 설정하도록 하기 위해서만 필요할 수 있다.
본 기술의 FPGA 기반 구현은 아키텍처 및 방법론 또는 알고리즘 자체에 대해 최적화될 수 있기 때문에, 무시해도 될 정도의 오버헤드가 FPGA(2103) 내의 방법론의 프로세싱에서 발생될 수 있고, 결합된 ADCs(2107), DACs(2117)와 메모리(2111)로 그리고 이들로부터의 데이터 전송이 매우 효율적일 수 있다. 결과적으로, 캘리브레이션 시스템(예를 들어, 시스템(2100))은 전극 전류 변화 상에서의 열적 과도 현상으로 인한 파장 안정화 시간을 포함하여, 이제 더 이상 캘리브레이션 시스템 자체의 오버헤드와 전송률에 의해서가 아닌, 레이저 자체(예를 들어, 레이저(2109))의 수행에 의해 제한되지 않는다.
예로서, 여기에 설명된 예시적인 아키텍처는 100KHz의 속도에서 단일 전극의 전압을 읽거나 단일 전극의 전류를 설정할 수 있다. 이득 전압 맵을 위한 단일 데이터 포인트를 수집한다고 가정하면, 두 개의 레이저 전극 전류가 변경되어야하고 하나의 전극 전압이 측정되어야 할 필요가 있고, 데이터 포인트는 약 30KHz, 또는 데이터 포인트 당 33us로 수집될 수 있다. 레이저 안정 시간이 충분히 빠르다고 가정하면, 전체 이득 전압 맵이 1/3초 단위로 기존 COTS 장비보다 빠르게 수집할 수 있다. 또한, 여기에 설명된 예시적인 아키텍처가 전달된 제품(예를 들어, 가변 레이저)에서 레이저/변조기에 대한 제어기로 사용되는 경우, 이득 전압 맵은 최소한의 다운 타임으로 서비스에서 수집 및 진행될 수 있고, 모니터 및/또는 필드에 제공된 제품을 리캘리브레이션하기 위해 SDN을 통해 사람 또는 자율 오퍼레이터에게 전송될 수 있다.
본 발명의 전술한 설명은 당업자가 현재 가장 좋은 모드로 고려되는 것을 제조하고 사용할 수 있게 하지만, 당업자는 본 명세서의 특정 실시 예, 방법 및 예시에 대한 변형, 조합 및 등가물의 존재를 이해하고 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 전술한 실시 예, 방법 및 예에 의해 제한되지 않고, 본 발명의 범위 및 사상 내의 모든 실시 예 및 방법에 의해 제한되어야 한다.
본 개시의 다양한 양태는 또한, 하나 이상의 프로세싱 시스템에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 호스트 컨트롤러(2101), FPGA(2103), 또는 레이저(2109)는 버스 아키텍처(bus architecture)로 구현될 수 있고, 이것은 도 22에 도시된 바와 같이 버스(bus)와 많은 수의 상호 연결 버스 및 브릿지(bridges)를 포함할 수 있다. 버스(bus)는 하나 이상의 프로세싱 시스템(또는 프로세서), 하나 이상의 메모리, 하나 이상의 통신 인터페이서, 및 입출력 장치를 포함하는 다양한 회로를 함께 연결한다. 하나 이상의 프로세싱 시스템은 비 일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 소프트웨어의 실행을 포함하여, 버스 및 일반적인 프로세싱을 관리하는 역할을 한다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 처리 시스템은 하나 이상의 프로세서, 명령을 해석하고 실행하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 다른 구현에서, 하나 이상의 프로레싱 시스템은 하나 이상의 주문형 집적 회로, 필드 프로그래머블 로직 어레이 등으로 구현되거나 포함될 수 있다. 소프트웨어는, 하나 이상의 프로세싱 시스템에 의해 실행되는 경우, 하나 이상의 프로세싱 시스템으로 하여금 임의의 특정 장치에 대해 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하게 한다. 또한, 소프트웨어를 실행할 때, 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 하나 이상의 프로세싱 시스템에 의해 조작되는 데이터를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 메모리는 랜덤 액세스 메모리 또는 판독 전용 메모리, 및/또는 다른 유형의 자기 또는 광학 기록 매체를 포함하는 다양한 유형의 메모리 및 포함할 수 있고, 정보 및/또는 명령을 저장하기 위해 대응한다. 또한, 하나 이상의 통신 인터페이스는 광 수신기(예를 들어, TOSA 및/또는 ROSA)를 포함하여, 다른 장치 및/또는 시스템과 통신 가능한 메커니즘과 같은 임의의 송수신기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입출력 장치는 외부 장치 또는 장비에 정보를 입력 정보 및/또는 출력 정보를 허용하는 장치를 포함할 수 있다.
특정 특징들의 조합이 명세서에 개시되고/개시되거나 청구 범위에 기술되어 있음에도 불구하고, 이들 조합은 본 기술의 개시를 제한하도록 의도된 것은 아니다. 또한, 여기에 개시된 본 기술에 대한 방법 또는 방법론은 소프트웨어, 하드웨어, 소프트웨어와 하드웨어의 임의의 조합과 컨트롤러, 프로세서, 컴퓨터, 또는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 처리 시스템에 의한 실행을 위해 컴퓨터 판독 가능 매체에 통합 된 컴퓨터 프로그램 또는 펌웨어에서 구현될 수 있다. 프로세서의 예시는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 개별 하드웨어 회로, 게이트 로직, 스테이트 머신, 프로그래머블 로직 디바이스(PLDs), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGAs), 주문형 집적 회로(ASICs), 및 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하도록 구성된 다른 적절한 하드웨어를 포함한다.
여기에 사용된 “소프트웨어”라는 용어는 명령, 명령 세트, 프로그램, 서브 프로그램, 코드, 프로그램 코드, 소프트웨어 모듈, 응용프로그램, 소프트웨어 패키지, 루틴(routines), 오브젝트(objects), 실행가능, 실행 스레드(threads of execution), 절차(procedures), 기능 등을 펌웨어, 마이크로코드, 미들웨어, 소프트웨어, 하드웨어 기술 언어 등을 포함하여 의미하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다. 또한, 소프트웨어는 명령, 코드, 프로그램, 서브프로그램, 소프트웨어 모듈, 응용프로그램, 소프트웨어 패키지, 루틴, 서브루틴, 실행가능, 절차, 기능 등을 포함하는 다양한 유형의 기계 명령을 포함할 수 있다. 또한, 소프트웨어는 일반적인 소프트웨어, 펌웨어 미들웨어, 마이크로 코드, 하드웨어 기술 언어 등을 지칭할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
컴퓨터 판독 매치의 예시는 광디스크, 자기기억장치, 디지털 다목적 디스크(digetal versatile disk), 플래시 메모리, RAM, SRAM, DRAM, ROM, 레지스터, PROM, EPROM, EEPROM, 분리성 디스크, 플래시 메모리 장치, 및 프로세서 또는 프로세싱 시스템에 의해 액세스되고 판독될 수 있는 소프트웨어를 저장하기 위한 임의의 다른 적절한 매체를 예로서, 이와 같은 비일시적 컴퓨터 판독 매체를 포함할 수 있다. 또한, 당업자는 설계제한 조건 내의 특정 응용프로그램을 따라, 새로운 시스템 기능을 기존의 네트워크 요소에 추가하는 것과 관련하여 개시된 기능을 어떻게 구현하는 것이 최선인지를 인식할 것이다.
여기에 사용되는 “유닛(unit)” 또는 “컴포넌트(component)”라는 용어는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 그 임의의 조합을 의미한다. 컴포넌트는 소프트웨어 컴포넌트, 하드웨어 컴포넌드, 또는 그의 임의 조합으로서 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 로직, 디지털 로직 어레이, 주문형 집적회로 , 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 등 또는 그의 임의 조합을 포함하여 구현될 수 있다. 따라서, 컴포넌트는 소프트웨어 컴포넌드, 작업 컴포넌트, 프로세스, 절차, 기능, 프로그램 코드, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터 구조, 테이블, 어레이, 및 변수를 포함할 수 있다.
간략화를 위한 방법론은 여기에 일련의 단계 또는 동작으로서 개시되지만, 일부 단계 또는 동작이 다른 순서 및/또는 여기에 도시되고 설명된 것과 다른 동작들과 동시에 발생할 수 있으므로, 청구된 대상은 단계 또는 동작의 순서에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해해야한다. 또한, 여기에 개시된 본 기술에 따라 다양한 방법론을 구현하기 위해 모든 예시된 단계 또는 동작이 요구되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서의 전반에 걸치고, 여기에 개시된 방법론은 이러한 방법론을 하나 이상의 처리 시스템으로 전달 및 전송하는 것을 용이하게 하기 위 제조 물품에 저장될 수 있다. 여기에 사용된 용어 “제조 물품”은 임의의 컴퓨터 판독 가능 장치, 캐리어 또는 매체로부터 액세스 가능한 컴퓨터를 포함하도록 의도된다.
여기에 사용되는 “첫번째”,“두번째” 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 상기 용어에 의해 제한되지 않는다. 상기 용어는 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 두 번째 구성요소는 첫 번째 구성요소로 지칭될 수 있고, 첫 번째 구성요소는 유사한 방식으로 두 번째 구성요소로 지칭될 수 있다. 또한, 여기에 사용된 “및/또는”이라는 용어는 복수의 관련 아이템 또는 복수의 관련 아이템 중 임의의 아이템의 조합을 포함한다.
또한, 하나의 구성 요소가 다른 구성요소와 “결합”되거나 “접속”된 것으로 기술될 때, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 결합되거나 연결될 수 있거나, 그 구성요소는 세 번째 구성요소를 통해 다른 구성요소에 결합되거나 연결될 수 있다. 문맥상 명백하게 반대되는 의미가 없다면 단수형은 복수형을 포함할 수 있다. 본 개시에서, 여기에 사용되는 “포함하다” 또는 “갖는다”라는 용어는 여기에 설명된 특징, 동작, 구성요소, 단계, 수, 일부 또는 이들의 임의의 조합이 존재함을 나타낸다. 그러나, “포함하다” 또는 “갖는다”라는 용어는 하나 이상의 다른 특징, 동작, 구성요소, 단계, 숫자, 부품 또는 조합의 존재 또는 추가 가능성을 배제하지 않는다. 또한, 여기에 사용된 바와 같이, “a”는 하나 이상의 아이템을 포함하는 것을 의도한다. 또한, 본 개시에 사용된 구성요소, 동작, 단계 또는 명령도 본 개시에 명시적으로 기술되지 않는다면, 본 개시에 대해 중요하거나 필수적인 것으로 해석되어서는 안된다.
본 기술은 예시적인 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 여기에 설명된 특정 예들로 도시되었지만, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 등가 구현이 도시되고 설명된 구체적인 예시를 대체할 수 있는 것은 관련 기술 분야의 당업자에 의해 인식될 것이다. 이와 같이, 본 개시는 본 개시물의 사상 및 기술 범위를 벗어나지 않고, 여기에 도시되고 설명된 예 및/또는 실시 예들의 임의의 개조 또는 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (26)

  1. 가변 레이저(tunable laser)가 광 출력단에서 각 거울이 상이한 추출격자 주기(sampled grating period)를 갖는 복수의 거울의 다중 패시트(facets)에 대해 접속을 제공하도록 구성되는 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션(calibration)하는 방법에 있어서,
    상기 가변 레이저의 이득 구역(gain section)의 이득 전압 맵(gain-voltage map), 반도체 광 증폭기(SOA : Semiconductor Optical Amplifier) 광 전류 맵, 상기 복수의 거울의 거울 반사 스펙트럼 및 상기 가변 레이저의 모드 호핑(mode-hoping) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울을 가변 레이저에 대해 목적 파장(desired wavelength)으로 튜닝(tuning)하는데 필요한 거울 전류(mirror currents)를 결정하는 단계를 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 거울 전류의 폭(span)을 넘는 상기 가변 레이저의 이득 구역의 전압값을 모니터링하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 상기 가변 레이저가 거울 전류의 세트(a set of mirror currents)에서 최대 전력을 출력하는지를 나타내는 전압 강하점 또는 최소점(points of voltage drop or minima)을 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 광 검출기(photodetectors)로서 동작하도록 구성되는 복수의 반도체 광 증폭기를 통해 상기 복수의 거울의 각 패시트로부터 출력 전력(output power)을 모니터링하는 단계;
    상기 전자회로를 통해 상기 가변 레이저로부터의 광 출력 및 가변 거울 전류 에 기초하여 반도체 광 증폭기의 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵을 결정하는 단계, 상기 반도체 광 증폭기는 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나임; 및
    상기 전자회로에 의한 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 이미지 프로세싱을 통해 상기 결정된 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 컨투어(contours)의 중심 위치(center location)를 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나를 순방향 바이어싱(forward biasing) 하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 잔존하는 다른 반도체 광 증폭기를 역방향 바이어싱(reverse biasing) 하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 거울 전류의 폭을 넘는 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼 분석에 기초하여 상기 가변 레이저에 대해 상기 목적 파장으로 상기 복수의 거울을 튜닝하는데 필요한 거울 전류를 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 파장 홉(wavelength hops)의 하나 이상의 시작점을 결정하는 단계;
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울에서 거울 전류의 1차원 라인을 따라 상기 파장 홉을 추적(tracing)하는 단계;
    상기 전자회로를 통해 상기 목적 파장에 대한 거울 전류의 동작 설정을 결정하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 상기 가변 레이저의 미세 튜닝으로서 작용하는 상기 가변 레이저의 캐비티 모드 위치를 최적화하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 광 증폭기는,
    상기 가변 레이저의 광자 직접회로(PIC : Photonic Integrated Circuit)에 배치되는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 광 증폭기는,
    상기 가변 레이저의 광자 직접회로의 외부에 배치되는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 거울은,
    추출격자 분포 브래그 반사경(a sampled grating distributed Bragg reflector mirror)을 각각 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 목적 파장에 대한 상기 거울 전류의 값을 메모리에 룩업 테이블(look-up table)로서 저장하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 상기 거울 전류의 폭에 대한 상기 이득 전압 맵을 생성하는 단계; 및
    상기 전자회로의 이미지 프로세싱을 통해 상기 이득 전압 맵에서의 최소값을 식별하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나를 순방향 바이어싱 하는 단계;
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 잔존 반도체 광 증폭기를 역방향 바이어싱 하는 단계;
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 반도체 광 증폭기의 광 출력 데이터를 수집하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 상기 수집된 데이터에 기초하여 상기 거울 전류의 폭을 넘는 광학 스펙트럼을 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울로부터 거울 반사 스펙트럼을 측정하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 측정된 상기 거울 반사 스펙트럼에 기초하여 피크 파장(peak wavelength)을 결정하는 단계;를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 측정된 상기 거울 반사 스펙트럼에 기초하여 피크 파장을 결정하는 단계는,
    상기 전자회로를 통해 언더라잉 자연 증폭 방출(underlying ASE : underlying Amplified Spontaneous Emission)을 결정하는 단계;
    상기 전자회로를 통해 측정된 거울 반사 스펙트럼에 대한 평균화 연산(averaging operation)을 적용하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 상기 평균화된 거울 반사 스펙트럼으로부터 상기 기초적인 자연 증폭 방출을 감하는(subtracting) 단계를 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울 전류를 넘는 상기 결정된 피크 파장의 복수의 추적을 포함하는 데이터에 대해 폴리노미얼 피트(polynomial fit)를 적용하는 단계; 및
    상기 전자회로를 통해 폴리노미얼 피트된 상기 데이터를 메모리에 룩업 테이블로서 저장하는 단계;를 더 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자회로는,
    프로세서, 마이크로컨트롤러, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적회로(ASIC) 중 적어도 하나를 포함하는, 광 통신용 가변 레이저를 캘리브레이션하는 방법.
  17. 광 출력에서 각 거울이 상이한 추출격자 주기(sampled grating period)를 갖는 복수의 거울의 다중 패시트(facets)에 대해 접속을 제공하도록 구성되는 가변 레이저; 및
    상기 가변 레이저와 호스트 컨트롤러(host controller)에 결합되는 전자회로를 포함하고,
    상기 전자회로는,
    상기 가변 레이저의 이득 구역(gain section)의 이득 전압 맵(gain-voltage map), 반도체 광 증폭기 광 전류 맵(SOA : Semiconductor Optical Amplifier) , 복수의 거울의 거울 반사 스펙트럼 및 상기 가변 레이저의 모드 호핑(mode hoping) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 전자회로를 통해 상기 복수의 거울을 가변 레이저에 대해 목적 파장(desired wavelength)으로 튜닝(tuning)하는데 필요한 거울 전류(mirror currents)를 결정하는, 광 통신의 파장 캘리브레이션 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 거울은,
    추출격자 분포 브래그 반사경(a sampled grating distributed bragg reflector mirror)을 각각 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전자회로는,
    프로세서, 마이크로 컨크롤러, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적회로(ASIC) 중 적어도 하나를 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 거울에 대응하여 복수의 반도체 광 증폭기를 더 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 전자회로에 연결되고 상기 가변 레이저의 상기 목적 파장에 대한 상기 거울 전류를 저장하도록 구성된 메모리를 더 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 전자회로는,
    거울 전류의 폭을 넘는 상기 가변 레이저의 이득 구역의 전압값을 모니터링하고, 전압 강하점 또는 최소점을 결정하며,
    상기 전압 강하점 또는 최소점은 상기 가변 레이저가 거울 전류의 세트(a set of mirror currents)에서 최대 전력을 출력하는 것을 나타내는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 전자회로는,
    광 검출기로서 동작하도록 구성된 복수의 반도체 광 증폭기를 통해 상기 복수의 거울의 각 패시트로부터 출력 전력을 모니터하고, 가변 거울 전류 및 상기 가변 레이저로부터의 광 출력에 기초하여 상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나와 관련된 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵을 결정하며, 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 이미지 프로세싱을 통해 상기 반도체 광 증폭기 광 전류 맵 상의 컨투어의 중심 위치를 결정하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  24. 제 23 항의 장치에 있어서,
    상기 전자회로는,
    상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 하나의 순방향 바이어스; 및
    상기 복수의 반도체 광 증폭기 중 잔존하는 반도체 광 증폭기의 역방향 바이어스를 더 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 전자회로는,
    거울 전류의 폭을 넘는 상기 복수의 거울의 반사 스펙트럼을 획득하고,
    상기 복수의 거울의 상기 반사 스펙트럼 분석에 기초하여 상기 가변 레이저에 대해 상기 목적 파장으로 상기 복수의 거울을 튜닝하는데 필요한 거울 전류를 결정하는 단계를 더 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 전자회로는,
    파장 홉의 하나 이상의 시작점을 결정하고, 상기 복수의 거울 상에서 거울 전류의 1차원 라인을 따라 상기 파장 홉을 추적하며, 상기 목적 파장에 대한 거울 전류의 동작 설정을 결정하고, 상기 가변 레이저의 미세 튜닝으로서 작용하는 상기 가변 레이저의 캐비티 모드 위치를 최적화하는 단계를 더 포함하는, 광 통신의 파장 튜닝 장치.
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