TWI391640B - 光信號之波長的測量設備、方法及系統 - Google Patents

光信號之波長的測量設備、方法及系統 Download PDF

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Description

光信號之波長的測量設備、方法及系統
本發明的實施例大致上有關於光學網路上的波長監視領域，特別有關於與例如發射器、接收器、收發器、轉頻器、或可調諧雷射器相關聯的光學信號之粗略式波長監視。
一般而言，包含可調諧雷射器的可調諧收發器或發射器正出現以供測試和測量用途、光學組件的頻譜特徵化、光纖網路及其它應用。可調諧雷射器可允許縮減發射器存貨且能夠動態地提供給光學網路。目前，例如在2002年6月由ITU-T,G.694.1之國際電信聯盟(ITU)電信標準化部門所設定的電信標準可要求在特定波長ITU頻道進行光學傳輸，禁止在頻道之間傳輸或是在頻道之間未受控地切換。許多可調諧雷射器可配備有波長鎖以便對最接近的頻道提供波長的「鎖定」，其中，在不同頻道之間的選取依賴雷射校正，此校正典型上被實施一次，做為雷射製程的一部份。由於不同的老化機制，所以，雷射校正可能變成過時了，其導致在並非想要的頻道上發射雷射光的風險。
 【發明內容及實施方式】
將瞭解，為了舉例說明的簡明起見，圖示中所示的元件無需依比例而繪製。舉例而言，為了清楚起見，某些元件的尺寸相對於其它元件是放大的。此外，假使適當地考量，則在這些圖式中，代號會重複以表示對應的及/或類似的元件。
在此說明波長計及相關方法及系統的實施例。在下述說明中，揭示眾多特定細節，以助於完整瞭解在此所揭示的實施例。但是，習於此技藝者將瞭解，不用一或更多特定細節、或是以其它方法、元件、材料、等等，即可實施在此所揭示的實施例。在其它情形中，並未詳細揭示或說明習知的結構、材料、或操作以免模糊說明書的樣態。
在本說明書中提及的「一個實施例」或「一實施例」意指配合實施例所述的特定特點、結構或特徵係包含於至少一個實施例中。因此，當在本說明書中不同處出現如「在一個實施例中」或「在一實施例中」等詞語並非需要總是意指相同實施例。此外，在一或更多實施例中，特定特點、結構或特徵可以以任何適當方式來予以結合。
圖1是以不同的逆向偏壓所測量到之光二極體的光電流頻譜圖。在一實施例中，圖形100包含不同逆向偏壓104的光電流光譜102，其中，x軸是光譜的波長(nm)106，y軸是光譜的光電流(任意單位)108，且以箭頭110來說明吸收邊緣偏移。在一實施例中，圖形100顯示粗略式波長計或監視器中所使用的操作原理。
施加至例如光二極體等二極體結構的逆向偏壓104可以使得光二極體的吸收邊緣從110偏移朝向較長的波長106。在一實施例中，施加至光二極體的逆向偏壓104為0V時，使得吸收邊緣朝向較長的波長106偏移。在所示的實施例100中，以1V步階(從左至右)施加介於0與-4V之間的逆向偏壓，以取得所示的光電流光譜102。在其它實施例中，可以施加不同電壓及/或步階之更多或更少的逆向偏壓104。在一實施例中，吸收邊緣是介於例如半導體材料之固體的光譜中的強短波與弱長波吸收之間的暫態。
光二極體結構可包含以塊體及量子井為基礎的半導體結構。在塊狀光二極體結構實施例中，吸收邊緣偏移110可能是導因於穿隧過能帶隙的電子，也稱為夫蘭茲-凱迪希(Franz-Keldysh)效應。在量子井光二極體結構實施例中，吸收邊緣偏移110可能是導因於量子能階的分裂，也稱為量子侷限史塔克(Stark)效應。
在一實施例中，當逆向偏壓104從0增加至-5V時，吸收邊緣使110偏移約30nm。在另一實施例中，當逆向偏壓104從0增加至-5V時，吸收邊緣使110偏移約20nm至100nm。對於波長106的範圍，在二個不同偏壓104處所測量到的光電流108的比例獨特地辨識波長106，且因此，可以被使用於粗略式波長測量。舉例而言，在一實施例中，光電流108比例會被校正成波長106單位或等效單位而作為製造校正程序的一部份，以使得該等比例可以被使用來決定光信號的波長。在另一實施例中，在二個不同偏壓104下所測量到的光電流108的比例包含在0V的一個偏壓。在二個不同偏壓104下所測量到的光電流108的比例可提供關於從光信號的標的波長106偏移的量值及方向的資訊。在一實施例中，所提供的資訊具有約0.4nm或約50GHz的波長106解析度、或者一個標準ITU頻道間隔。在一實施例中，第一及第二測量的比例以至少約0.4nm的解析度而獨特地識別光信號的波長106，以提供光學信號的粗略式波長監視。
在一實施例中，波長計包含光二極體，光二極體具有與有用的(range of interest)波長106範圍相對齊的吸收邊緣及控制電子機構，控制電子機構包含偏壓電路，其允許可變逆向偏壓104能夠被施加至光二極體。在一實施例中，粗略式波長計允許測量與發射器、接收器、收發器、轉頻器、或可調諧雷射器相關的光信號。舉例而言，可能希望粗略式波長監視器確保可調諧雷射器不會在錯誤的頻道上操作。在一實施例中，在可調諧雷射器、可調諧轉頻器、及/或其它高密度分波長多工(DWDM)網路中使用粗略式波長計，以供介於光學頻道之間的區分。粗略式波長計可以和除了DWDM網路以外的其它適當網路一起被使用。在其它實施例中，在接收器或偵測器側上的應用中，可以使用粗略式波長計。舉例而言，粗略式波長計可以偵測其正接收的波長為何以及實施例如安排波長至適當埠的路由等的回應動作。
圖2為舉例說明根據一個實施例之監視光學信號的交流/直流(AC/DC)實施。在一實施例中，圖形200包含光二極體偏壓202，測量到的光二極體電流或光電流210、平均光電流216、光電流的AC成份218的波峰至波谷、及光電流的DC成份220，在光二極體偏壓202中，箭頭204表示用於光二極體偏壓的單位(V)是在左邊的y軸206上，時間(任意單位)在x軸208上，在測量到的光二極體電流或光電流210中，箭頭212表示用於光二極體電流的單位(任意)在右邊軸214上。
逆向偏壓可包含直流(DC)、交流(AC)、或AC/DC偏壓成份的組合。在一個實施例中，將低頻正弦調變加至施加於光二極體的DC逆向偏壓202。低頻正弦調變可包含約10Hz至100kHz頻率的AC信號。在一實施例中，根據任何適當的方法，使用光二極體電流210的DC成份220以測量光信號的功率。根據參考圖1所述之實施例及在本說明書中，光電流的AC 218成份相對於DC成份202的比例可以用來提供關於光信號的波長之資訊。舉例而言，在製造校正程序期間(亦即，舉例而言，使用外部波長計)，將光電流的AC/DC 218、220比例校正成波長單位。如上所述般地使用AC/DC比例能夠使用單一光二極體而同時用作為功率監視器及波長計。
圖3為根據一個實施例之波長計的示意圖。在一實施例中，設備300包含光二極體302、光信號304、光電流IPD 306、電阻器308、伏特計310、控制器312、函數波產生器314、一或多個逆向偏壓316、及電壓源318，每一者均如同所示般地耦合。
在一實施例中，設備300包含光二極體302，以接收光信號304及當接收到光信號304時產生光電流306，光二極體302具有實質上與波長帶相對齊的吸收邊緣，其中，當逆向偏壓316被施加至光二極體時，吸收邊緣偏移向較長的波長。在一實施例中，設備300包含控制電子機構308、310、312、314、316、318。在一實施例中，設備300又包含與光二極體302相耦合的偏壓電路312、314、316、318，以施加至少第一逆向偏壓316及第二逆向偏壓316至光二極體302。在一實施例中，第一或第二逆向偏壓316包含為0V或約0V的第一或第二逆向偏壓。第一逆向偏壓可以不同於第二逆向偏壓，以便能夠使用預先校正的比例來取出波長資訊。
可實施第一偏壓下的光電流測量及第二偏壓下的光電流測量。在一實施例中，測量電路包含伏特計310及電阻308。以橫跨於電阻器308上的光電流306的伏特計310來實施測量。在一實施例中，第一測量與第二測量的比例提供有關於光信號304的資訊。根據一實施例，第一測量不同於第二測量。第一測量及第二測量可以是在不同施加電壓316下的光電流306的振幅測量。第一及第二測量的比例可以被校正回到光頻率，以提供有關於光信號304的頻率或波長的信號。
光二極體302具有實質上與波長帶對齊的吸收邊緣。在實施例中，波長帶包含DWDM頻帶，例如從約1492至1529nm的S頻帶波長、從約1530至1569nm的C頻帶波長、或從約1570至1612nm的L頻帶波長。實際上，頻帶的定義會隨著系統積分器的不同而不同。舉例而言，在另一實施例中，DWDM頻帶包含從約1490至1528nm的S頻帶波長、從約1529至1568nm的C頻帶波長、或從約1569至1610nm的L頻帶波長。對於相同的系統賣方，相鄰的頻帶典型上不會重疊，但是，對於不同的賣方則可能會重疊。此等變異根據本說明書的精神及範圍可能會被包含於波長帶中。在其它實施例中，波長帶包含任何適當的波長區，例如1310nm、980nm、或850nm波長區。粗略式波長計可以被使用於粗略式分波長多工(CWDM)應用中。舉例而言，CWDM標準ITU-T G.695可藉由指定CWDM鏈結的一端之發射器/多工器特性及另一端的解多工器/接收器特性，以促進賣方之間的可交互運作性。ITU-T G.695可與現有的ITU-T G.694.2建議互補，ITU-T G.694.2建議界定具有20nm頻道間隔的波長柵，20nm頻道間隔包含在1271nm與1611nm之間的18種波長。
在一實施例中，使用第一及第二測量的比例以決定光信號304的波長是否在波長帶之內或是預定的波長範圍之內。假使波長是在波長帶之外或不在預定的波長範圍之內，則可以將光信號304的波長調諧或調整至所需的波長範圍之內。在一實施例中，如果波長不在所相等或預定範圍之內，則使用用來調整或調諧光信號304的波長之任何適當方法，以校正或調整波長。在一實施例中，調諧可調諧雷射器以將波長調整在預定範圍或波長帶之內。
在一實施例中，光二極體302包含使用塊狀半導體材料、一或多個量子井結構、III-V族半導體材料、或其組合所製成的光二極體。在一實施例中，塊狀半導體材料包塊狀矽、Ge、SiGe、InP、GaAs、InGaAsP、或任何其它適當的半導體。III-V族半導體材料包含InP、GaAs、InGaAsP、適當的組合、及/或任何其它用以形成光子積體電路的適當材料。
在一實施例中，光二極體302可為單一光二極體302。使用單一光二極體302以提供有關於光信號304的波長不需要使用二分別具有不同能帶隙的光偵測器來評估波長之資訊。一個單一二極體的解決方法可能較便宜，可增進產能、及可能僅需要監視二個接腳。
在一實施例中，測量電路包含與光二極體302耦合的電阻器308，其中，允許光電流306能夠通過電阻器308之上、與電阻器308耦合的伏特計310，伏特計310被用來藉由測量由在個別的第一及第二逆向偏壓316下橫跨電阻器308上之光電流30b所產生的電壓來實施第一及第二測量。偏壓電路可包含與伏特計310耦合的控制器312、及函數波產生器314，控制器312接收第一及第二測量，其中，控制器312被校正以將第一及第二測量的比例轉換成波長單位，以及，函數波產生器314係與控制器312及光二極體302相耦合，以施加至少第一及第二逆向偏壓316。在一實施例中，偏壓電路能夠施加介於約0與-6V之間的DC、AC或AC/DC組合偏壓，舉例而言，其中，光電流包含介於約1μA與10mA之間的電流。偏壓及光電流並不限於這些值且在各種不同的應用中包含其它適當值。
在一實施例中，控制器312請求函數波產生器314輸出具有AC、DC或組合的AC/DC偏壓之電壓波形。在可調諧雷射波導中的光304可以在光二極體302中產生光電流306。光電流306可產生橫跨電阻器308之上的電壓，此電壓由伏特計310所感測到。伏特計310可將時間相依電壓回報給控制器312，舉例而言，控制器312在根據查詢表的測量之前被校正以將光電流比例轉換成波長或光頻率。在其它實施例中，使用任何適配的函數(fitting function)以將比例轉成波長單位。
舉例而言，設備300可施加二個以上的偏壓以達成較精密的解析度。在一實施例中，設備300包含控制電子機構，控制電子機構包含偏壓電路，偏壓電路能夠施加第三或更多個逆向偏壓給光二極體，其中，在個別的第三或更多個逆向偏壓下，實施光電流的第三或更多測量。在一實施例中，在第一、第二、及/或第三或更多光電流之間的比例會被校正成為波長單位，以表示光信號是否在波長帶之內操作。
圖4為根據一實施例之與可調諧雷射器耦合的波長計之示意圖。在一實施例中，設備400包含積體結構402，積體結構402光學地耦合於一組外腔元件404與一組輸出側元件406之間。腔元件404可包含準直透鏡408、調諧濾波器元件410、及反射元件414。輸出側元件406可包含準直透鏡416、光學隔離器418、光纖聚焦透鏡420、及輸出光纖422。積體結構402可包含增益部424、相位控制部426、及調變器部428，調變器部428可以經由波導430而光學地耦合。根據在此所述的波長計或測波計432可以光學地耦合至波導430。雖然在此說明ECDL實施例，但是，可調諧雷射器一詞不限於ECDL類，而是可包含半積體外腔二極體雷射器、單晶體(monolithically)積體裝置、或任何類型或形式的可調諧雷射器。
在一實施例中，測波計432在積體結構402的調變器部428中係光學地耦合至波導430。在另一實施例中，波長計的光二極體432係光學地耦合至波導430，以接收波導430中的部份光或光信號。在又另一實施例中，波導430被分成二分支，以及，光二極體432係光學地耦合至波導430的一側(非穿過)分支。鏡434可配置於相位控制部426與調變器部428之間。根據在設備400中所示的實施例以外的可調諧雷射的類似實施例，可以使用測波計432。舉例而言，在一實施例中，可以使用例如積體結構402中所示之傾斜的波導幾何形狀。在其它實施例中，使用彎曲的波導幾何形狀。
圖5是根據一個實施例之用以監視光學信號的波長之方法的流程圖。在一實施例中，方法500包含：在方塊502中，使用光二極體以接收光信號，在方塊504中，施加第一逆向偏壓給光二極體，在方塊506中，在第一施加逆向偏壓下測量光二極體雷流，在方塊508中，施加第二逆向偏壓，在方塊510中，在第二施加偏壓下測量光二極體電流，以及，在方塊512中，使用測量的光電流比例以提供關於至少光信號的波長之資訊，其中，以箭頭提供一個建議的流程。
在一實施例中，方法500包含使用具有與波長帶實質相對齊的吸收邊緣之光二極體502來接收光信號，在接收到光信號時，施加第一逆向偏壓給光二極體504，在第一逆向偏壓506之下實施光電流的第一測量，施加第二逆向偏壓給光二極體508，在第二逆向偏壓510之下實施光電流的第二測量，其中，第一及第二測量的比例提供關於光信號的波長之資訊。在一實施例中，施加第一逆向或第二偏壓包含施加0V或約0V的偏壓。
在一實施例中，施加第一偏壓504或施加第二偏壓508，使光二極體的吸收邊緣朝向較長的波長偏移。在另一實施例中，波長帶包含高密度分波長多工(DWDM)頻帶，DWDM頻帶包括從約1492至1529nm的S-頻帶、從約1530至1569nm的C-頻帶、或從約1570至1612nm的L-頻帶。
第一與第二測量的比例可獨特地識別光信號512的波長。在一實施例中，第一及第二測量的比例以至少約0.4nm的解析度獨特地識別光信號512的波長，以提供光信號的粗略式波長監視。
在一實施例中，使用第一與第二測量的比例以決定光信號的波長是否在波長帶之內或是在預定的波長範圍512之內。假使波長在波長帶之外或不在預定波長範圍之內，則可以調諧或調整光信號的波長至所想要的波長範圍內。在一實施例中，假使波長不在所想要或預定範圍之內，使用調整或調諧光信號的波長之任何適當方法，以修正或調整波長。在一實施例中，將可調諧雷射器調諧以調整波長至預定的波長範圍或波長帶之內。
在一實施例中，施加第一偏壓504或施加第二偏壓508包含施加DC、AC或組合AC/DC第一及第二逆向偏壓。在一實施例中，藉由施加正弦調變以完成施加第一偏壓504或第二偏壓508。在一實施例中，實施第一測量506或第二測量510包含測量正弦光電流的高及低峰值，以提供第一或第二測量506、510。在一實施例中，施加第一及/或第二逆向偏壓504、508包含施加介於約0與-6V之間的電壓。在另一實施例中，測量的光電流包含介於約1μA與10mA之間的電流。
在一實施例中，施加第一或第二逆向偏壓504、508包含施加DC逆向偏壓成份及施加約10Hz至100kHz之頻率的低頻AC偏壓成份。根據本實施例，實施個別的第一或第二測量506、510包含測量光電流的DC成份以決定光信號的功率，及測量光電流的AC成份，以使得所測量到的AC成份相對於測量到的DC成份之比例提供資訊以供決定光信號的波長。舉例而言，資訊可以是光電流測量的比例之資訊，光電流測量的比例由測波計校正以將比例轉換成波長單位。
在其它實施例中，方法500又包含實施二次以上的測量。在一實施例中，方法500又包含施加第三或更多逆向偏壓給光二極體，以及，在個別的第三或更多逆向偏壓下實施第三或更多光電流測量，其中，第一、第二、及/或第三或更多測量之間的比例被校正成波長單位，以表示光信號是否在波長帶之內操作。
在其它實施例中，方法500與已參考其它圖示而述的實施例一致。以最有助於瞭解發明的方式，將不同的操作依序說明成多個分開操作。但是，說明的次序不應被解釋為意指這些操作需要是依據次序的。特別是，這些操作無需以所說明的次序來予以實施。可以以不同於所述的實施例之次序，來實施所述的操作。可以實施不同的額外操作，或是在其它實施例中所述的操作可以被省略。
圖6是，根據一個實施例之舉例說明的系統，其中，使用使用本發明的實施例。在一實施例中，通信系統600包含光學網路602，光學網路602以使用可調諧雷射器622之光學多態多工器/解多工器(mux/demux)612而被耦合至多個資料用戶線606及/或語音用戶線608，調諧雷射器622與依據在此所述的實施例之一或更多測波計626相耦合。一或更多可調諧雷射器622並不限於ECDL類，而是包含半積體外腔二極體雷射器、單晶體積體裝置、或是任何類型或形式的可調諧雷射器。
通信系統600可包含光學網路602、網路開關604、資料終端606、及/或語音終端608，每一者係如同所示般地耦合。以多個存取通信協定，在許多頻道上，載送經過調變的資料，這些通信協定包含但不限於：分波長多工(WDM)、高密度分波長多工(DWDM)、分頻多重存取(FDMA)、等等。每一個頻道的中心頻率可以由例如國際電信聯盟(ITU)等標準設定組織來予以指定，例如2002年6月由ITU電信標準化部門所設定的ITU-T,G.694.1會要求在特定波長ITU頻道進行光傳輸，禁止在頻道之間傳輸或在頻道之間未受控地切換。如在此所述之使用單一二極體的波長計626可表示雷射或光信號是否正在所想要的頻道上操作。
網路開關604提供網路切換操作，其可藉由安裝於光纖線卡610上的光學收發器而便利操作。光纖線卡610可包含多工器/解多工器612，包括循環器614的循環器組、包括接收器616的接收器組、及包含發射器618的發射器組。多工器/解多工器612可以為被動光學裝置，其視光的傳播方向而將波長或頻道與多頻道光信號分開或是將個別光路徑上的不同波長或頻道結合成一個多頻道光學信號。
在接收模式中，在解多工之後，每一個個別的頻道通過循環組之內對應的循環器614而至接收器組中對應的接收器616。每一個接收器616可包含窄帶通光偵測器、框化器(framer)及解碼器(未顯示出)。開關(未顯示出)可將對應的其中一個用戶線620上的接收器耦合至資料或語音終端606或608。
在發射模式中，每一個線卡發射器組包含雷射器組622，雷射器組622包含n個雷射器，n個雷射器發射頻率為電信波長柵的每一個頻道的選取的中心頻率之一的光。目前ITU界定的光柵的波長範圍分成三個頻帶：從1492至1529nm的S-頻帶、從1530至1569nm的C-頻帶、從1570至1612nm的L-頻帶。用戶資料串被光學地調變成對應雷射的輸出光，對應雷射與波長計626光學地耦合以決定雷射是否以所想要的頻率或波長發光。
框化器624對來自雷射622器組及相關驅動器的資料傳送框化、指標產生、及擾頻。來自每一個雷射器的經調變之資訊經由對應的循環器而被傳送進入多工器/解多工器612，多工器/解多工器612將輸出耦合至供傳輸用的單一光纖。光纖線卡610可以雙工的，允許雙向通訊。
在一實施例中，系統600包含光二極體626以接收光信號及當接收到光信號時產生光電流，光二極體具有與波長帶實質對齊的吸收邊緣。其中，當逆向偏壓被施加至光二極體時，吸收邊緣移向較長的波長。系統可又包含控制電子機構，控制電子機構包含與光二極體626耦合的偏壓電路、及與光二極體626耦合的可調諧發射器618以提供光信號，偏壓電路將至少第一逆向偏壓及第二逆向偏壓施加至光二極體626，其中，在第一逆向偏壓下的光電流的第一測量與在第二逆向偏壓下的光電流的第二測量之比例提供關於光信號的波長之資訊。根據一實施例，可調諧發射器618包含可調諧雷射器622，其中，可調諧雷射器622包含波導，而波導會與光二極體626光學地耦合。
在一實施例中，光二極體626及可調諧雷射器622是光子積體電路的一部份。光二極體可包含塊狀半導體材料、一或多個量子井結構、III-V族半導體材料、或其組合。在一實施例中，光二極體包含InP、GaAs、InGaAsP、或其組合。在另一實施例中，光二極體及可調諧發射器是分開的半導體裝置(亦即，未完全集成的)。
系統600又包含與可調諧發射器618耦合之網路開關604、與可調諧發射器耦合的聲音或資料終端、及與網路開關耦合的光學網路。在可調諧發射器是網路開關的一部份之情形中，網路開關一詞意指與網路開關有關的所有其它組件，但是可調諧發射器除外。其它類似情形也與此意義一致。
包含發明摘要中所述之上述實施例說明並非是毫無遺漏的或是限定所揭示的精準形式。雖然在此為了說明而敍述具體實施例及實施例，但是，如同習於此技藝者所知般。不同的均等修改係可能在此說明的範圍之內。
慮及上述詳細說明，可以產生這些修改。在下述申請專利範圍中所使用的術語不應被解釋為將範圍限定於說明書中及申請專利範圍中所揭示的具體實施例。相反地，此處所揭示的實施例之範圍由下述申請專利範圍整體地決定，根據建立之申請專利範圍解釋法則來解釋申請專利範圍。
300．．．設備
302．．．光二極體
304．．．光信號
306．．．光電流IPD
308．．．電阻器
310．．．伏特計
312．．．控制器
314．．．函數波產生器
316．．．一或多個逆向偏壓
318．．．電壓源
400．．．設備
402．．．積體結構
404．．．腔元件
406．．．輸出側元件
408．．．準直透鏡
410．．．調諧濾波器元件
414．．．反射元件
416．．．準直透鏡
418．．．光學隔離器
420．．．光纖聚焦透鏡
422．．．輸出光纖
424．．．增益部
426．．．相位控制部
428．．．調變器部
430．．．波導
432．．．波長計
434．．．鏡
600．．．通信系統
602．．．光學網路
604．．．網路開關
606．．．資料終端
608．．．語音終端
610．．．光纖線卡
612．．．多工器/解多工器
614．．．循環器
616．．．接收器
618．．．發射器
620．．．用戶線
622．．．可調諧雷射器
624．．．框化器
626．．．測波計
在此所揭示的附圖中的實施例僅為舉例說明，而非限定，其中，類似代號代表類似元件，其中：
圖1是根據一個實施例之以不同逆向偏壓測量之光二極體的光電流光譜圖；
圖2是說明根據一個實施例之監視光學信號的交流/直流(AC/DC)實施；
圖3是根據一個實施例之波長計；
圖4是根據一個實施例之與可調諧雷射器耦合的波長計；
圖5是根據一個實施例之監視光學信號的波長之方法的流程圖；
圖6是根據一個實施例之可以使用本發明的實施例之舉例說明的系統。
300‧‧‧設備
302‧‧‧光二極體
304‧‧‧光信號
306‧‧‧光電流IPD
308‧‧‧電阻器
310‧‧‧伏特計
312‧‧‧控制器
314‧‧‧函數波產生器
316‧‧‧一或多個逆向偏壓
318‧‧‧電壓源

Claims (20)

  1. 一種光信號之波長的測量設備，包括：光二極體，接收光信號且在接收到該光信號後即產生光電流，該光二極體具有與波長帶實質上對齊的吸收邊緣，當施加於該光二極體之逆向偏壓被改變時，該吸收邊緣的對齊在該波長帶之內做改變；及控制電子機構，係與該光二極體相耦合，以施加至少第一逆向偏壓及第二逆向偏壓予該光二極體，在該第一逆向偏壓下之光電流的第一量值與在該第二逆向偏壓下之光電流的第二量值之比例對應於該光信號之與該波長帶相關的波長資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該波長帶包含高密度分波多工(DWDM)頻帶，該DWDM頻帶包含從約1492至1529 nm的S頻帶波長、從約1530至1569 nm的C頻帶波長、或從約1570至1612 nm的L頻帶波長。
  3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該光二極體包括塊狀半導體材料、一或多個量子井結構、III-V族半導體材料、或其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制電子機構包括：電阻器，係與該光二極體相耦合，其中，允許該光電流通過該電阻器， 伏特計，係與該電阻器相耦合，該伏特計藉由測量在該個別的第一及第二逆向偏壓下跨於該電阻器上之電壓來測量該光電流之第一及第二量值；控制器，係與該伏特計相耦合，該控制器接收該第一及第二量值，其中，該控制器被校正以將該第一及第二量值的該比例轉換而對應於波長單位；及函數波產生器，係與該控制器及該光二極體相耦合，以施加至少該第一及第二逆向偏壓。
  5. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一與第二量值的該比例以至少約0.4 nm的解析度而對應於該光信號的預定波長。
  6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制電子機構能夠將第三或更多個逆向偏壓施加於該光二極體，其中，在個別的第三或更多逆向偏壓下做成該光電流之量值的第三或更多個測量，且其中，該第一、第二、與第三或更多個光電流之間的比例被校正而對應於該波長帶內之選擇到的預定波長。
  7. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制電子機構能夠施加直流(DC)、交流(AC)、或包含介於約0至-6 V之間的電壓之組合AC/DC第一及第二逆向偏壓，且該光電流包括介於約1μA與10 mA之間的電流。
  8. 一種光信號之波長的測量方法，包括：使用光二極體來接收光信號，該光二極體具有與波長帶實質上對齊的吸收邊緣； 在接收到該光信號後即使用該光二極體來產生光電流；將第一逆向偏壓施加於該光二極體；在該第一逆向偏壓下，測量該光電流的第一量值；將第二逆向偏壓施加於該光二極體，在該第二逆向偏壓下，測量該光電流的第二量值，其中，該第一及該第二量值之比例對應於該光信號之與該波長帶相關的波長資訊。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，施加第一逆向偏壓或施加第二逆向偏壓以使該光二極體的該吸收邊緣偏移向較長的波長，且其中，該波長帶包含高密度分波多工(DWDM)頻帶，該DWDM頻帶包含從約1492至1529 nm的S頻帶波長、從約1530至1569 nm的C頻帶波長、或從約1570至1612 nm的L頻帶波長。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，又包括：將第三或更多個逆向偏壓施加於該光二極體；在該個別的第三或更多個逆向偏壓下，實施該光電流之量值的第三或更多個測量，其中，該第一、第二、與第三或更多個量值之間的比例被校正而對應於該波長帶內之選擇到的預定波長。
  11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，該第一與第二量值的該比例以至少約0.4 nm的解析度而對應於該光信號的預定波長，該方法又包括：使用該第一與該第二量值的比例，以決定該光信號的 該預定波長是否在該波長帶之內；及假使該光信號的該波長不在該波長帶之內，則將該光信號的該波長調諧至該波長帶之內。
  12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，施加該第一逆向偏壓及施加該第二逆向偏壓包括施加直流(DC)、交流(AC)、或組合AC/DC第一及第二逆向偏壓，其中，該第一及第二逆向偏壓包含介於約0至-6 V之間的電壓，且其中，該光電流包括介於約1μA與10 mA之間的電流。
  13. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，施加該第一或該第二逆向偏壓包括施加直流(DC)逆向偏壓成份及施加在約10 Hz至100 kHz處之低頻交流(AC)偏壓成份，其中，測量該光電流的個別第一或第二量值包括測量該光電流的DC成份以決定該光信號的功率以及測量該光電流的AC成份，其中，該測量到的AC成份相對於該測量到的DC成份之比例提供決定該光信號的波長之資訊。
  14. 一種光信號之波長的測量系統，包括：光二極體，用以接收光信號及在接收到該光信號後即產生光電流，該光二極體具有與波長帶實質上對齊的吸收邊緣，其中，當施加於該光二極體之逆向偏壓被改變時，該吸收邊緣的該對齊在該波長帶之內做改變；及控制電子機構，係與該光二極體相耦合，以施加至少第一逆向偏壓及第二逆向偏壓予該光二極體，其中，在該第一逆向偏壓下之該光電流的第一量值與在該第二逆向偏 壓下之該光電流的第二量值之比例對應於該光信號之與該波長帶相關的波長資訊；及可調諧發射器，係與該光二極體相耦合以提供該光信號。
  15. 如申請專利範圍第14項之系統，其中，該可調諧發射器包括可調諧雷射器，且其中，該光信號包括與該光二極體光學地耦合之波導。
  16. 如申請專利範圍第14項之系統，其中，該控制電子機構包括：電阻器，係與該光二極體相耦合，其中，允許該光電流通過該電阻器，伏特計，係與該電阻器相耦合，該伏特計藉由測量在該個別的第一及第二逆向偏壓下跨於該電阻器上之電壓來測量該光電流之該第一及第二量值；控制器，係與該伏特計相耦合，該控制器接收該第一及第二量值，其中，該控制器被校正以將該第一及第二量值的比例轉換而對應於波長單位；及函數波產生器，係與該控制器及該光二極體相耦合，以施加至少該第一及第二逆向偏壓。
  17. 如申請專利範圍第14項之系統，其中，該光二極體與該可調諧發射器為光子積體電路的一部份。
  18. 如申請專利範圍第17項之系統，其中，該光二極體包括塊狀半導體材料、一或多個量子井結構、III-V族半導體材料、或其組合。
  19. 如申請專利範圍第14項之系統，其中，該光二極體及該可調諧發射器為分開的半導體裝置。
  20. 如申請專利範圍第14項之系統，又包括：語音或資料終端，係與該可調諧發射器相耦合；及網路開關，係與該可調諧發射器相耦合，其中，該網路開關能夠經由該可調諧發射器，透過光學網路而提供網路切換操作。
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