CN115118344B - 稳定光特性参数的调节装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种稳定光特性参数的调节装置与方法，稳定光特性参数的调节方法，适用于具有硅光子芯片的光发射次模组，该调节方法包含：以第一控制组件感测光发射次模组所输出的初始光讯号，以第一控制组件根据初始光讯号及控制单元传送的相位目标值控制硅光子芯片的相位，使光发射次模组调整初始光讯号为第一修正光讯号，在第一修正光讯号符合相位目标值时，以控制单元传送功率目标值至第二控制组件，以及以第二控制组件感测第一修正光讯号，并根据第一修正光讯号及功率目标值控制光发射次模组的偏压电流，使光发射次模组调整第一修正光讯号为第二修正光讯号。

Description

稳定光特性参数的调节装置与方法
技术领域
本发明涉及一种调节装置与方法，特别涉及一种适用于具有硅光子芯片的光发射次模组的稳定光特性参数的调节装置与方法。
背景技术
硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的集成电路，主要由光源、调节器、有源芯片等组成，通常将光器件集成在同一硅基衬底上。硅光芯片的具有集成度高、成本低等特点，因为硅光芯片以硅作为集成芯片的衬底，所以能集成更多的光器件；在光模组里面，光芯片的成本非常高，但随着传输速率要求，晶圆成本同样增加，对比之下，硅基材料的低成本反而成了优势；波导的传输性能好，因为硅光材料的能隙(Band gap)更大，折射率更高，传输更快。
硅光芯片具有低成本以及低功耗的特点，若应用在不具有热电冷却器(Thermoelectric Cooler，TEC)的光发射次模组(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)上，可使其整体功耗更为降低。硅光芯片需要进行光讯号的相位调节。目前的问题就在于高低温变换，会导致光功率变化，其原因在于：1、硅光芯片高低温下会影响相位，而相位会影响光功率；2、不具有TEC的TOSA在不同高低温下的光功率会变化。常规的解决方案是将相位和偏压电流分别做成2个查找表，这样的方法需要在不同的温度下分别对每个TOSA都进行调试，且花费的时间成本较大。
发明内容
鉴于上述，本发明提供一种以满足上述需求的一种稳定光特性参数的调节装置，适用于具有一硅光子芯片的一光发射次模组，该调节装置包含：一第一控制组件，连接该光发射次模组，该第一控制组件用于接收该光发射次模组所产生的一初始光讯号，并用于依据一相位目标值控制该硅光子芯片的一相位，使该光发射次模组调整该初始光讯号为一第一修正光讯号；一第二控制组件，连接该光发射次模组，该第二控制组件用于接收该第一修正光讯号，并用于依据一功率目标值控制该光发射次模组的一偏压电流，使该光发射次模组调整该第一修正光讯号为一第二修正光讯号；以及一控制单元，分别连接该第一控制组件及该第二控制组件，该控制单元用于传送该相位目标值至该第一控制组件，且在该第一修正光讯号符合该相位目标值时传送该功率目标值至该第二控制组件。
本发明另提供一种稳定光特性参数的调节方法，适用于具有一硅光子芯片的一光发射次模组，该调节方法包含：以一第一控制组件感测该光发射次模组所输出的一初始光讯号；以该第一控制组件根据该初始光讯号及一控制单元传送的一相位目标值控制该硅光子芯片的相位，使该光发射次模组调整该初始光讯号为一第一修正光讯号；在该第一修正光讯号符合该相位目标值时，以该控制单元传送一功率目标值至一第二控制组件；以及以该第二控制组件感测该第一修正光讯号，并根据该第一修正光讯号及该功率目标值控制该光发射次模组的偏压电流，使该光发射次模组调整该第一修正光讯号为一第二修正光讯号。
藉由实施本发明的稳定光特性参数的调节装置及方法，即便在不同温度下，光发射次模组对温度敏感的光讯号的相位及光功率可最终被调整以分别符合相位目标值及功率目标值，无需额外安装提高功耗的调温元件。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明系用以示范与解释本发明的精神与原理，并且为本发明的保护范围提供更进一步的解释。
附图说明
图1为包含本发明一实施例的稳定光特性参数的调节装置的装置方块图；
图2为本发明一实施例的第一控制组件的示意图；
图3为本发明一实施例的第二控制组件的示意图；
图4为本发明一实施例的稳定光特性参数的调节方法的流程图；
图5为本发明一实施例的稳定光特性参数的调节方法的局部流程图；
图6为本发明一实施例的稳定光特性参数的调节方法的局部流程图。
【附图标记说明】
T 光发射次模组
T1 相位调节器
T2 偏压电流调节器
1 第一控制组件
2 第二控制组件
11、21 感测模组
12、22 模拟转数字模组
13、23 差值模组
14、24 误差控制模组
15、25 数字转模拟模组
3 控制单元
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、保护范围及附图，本领域普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例系进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参考图1。本发明一实施例的稳定光特性参数的调节装置，适用于具有硅光子芯片的光发射次模组(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)T，该调节装置可包含：第一控制组件1、第二控制组件2以及控制单元3。第一控制组件1连接光发射次模组T，第一控制组件1用于接收光发射次模组T所产生的初始光讯号，并用于依据相位目标值控制硅光子芯片的相位，使光发射次模组T调整初始光讯号为第一修正光讯号。第二控制组件2连接光发射次模组T，第二控制组件2用于接收第一修正光讯号，并用于依据功率目标值控制光发射次模组T的偏压电流，使光发射次模组T调整第一修正光讯号为第二修正光讯号。控制单元3分别连接第一控制组件1及第二控制组件2，控制单元3用于传送相位目标值至第一控制组件1，且在第一修正光讯号符合相位目标值时传送功率目标值至第二控制组件2，以使光发射次模组T发出符合需求的第二修正光讯号。此“符合”可指第一修正光讯号的相位恰好等于相位目标值(即第一修正光讯号的相位与相位目标值的差值为0)，或可指第一修正光讯号的相位落于包含此相位目标值的一范围内(例如前述差值的大小低于一门坎值)，本发明不予以限制。藉此，此第二修正光讯号的相位值及功率值可分别符合相位目标值及功率目标值。以下即以图2及图3进一步详细说明第一控制组件1及第二控制组件2。
请先参考图2，此为本发明一实施例的第一控制组件1的示意图。第一控制组件1可包含：感测模组11、模拟转数字模组12、差值模组13、误差控制模组14以及数字转模拟模组15，当使用比例积分微分(PID)控制器实现误差控制模组14时，第一控制组件1即可使用PID控制方式进行误差控制，将初始光讯号的相位调整为符合相位目标值而成为第一修正光讯号。然而，上述的误差控制模组14并非仅能以PID控制器实现，也可以使用例如具有机器学习架构的控制器实现，本发明不就此予以限制。
详言之，上述的感测模组11用于感测初始光讯号的相位数据。模拟转数字模组12连接感测模组11且用于将该相位资料转为数字形式的相位资料。差值模组13分别连接控制单元3以及模拟转数字模组12，且用于接收来自控制单元3的相位目标值以及来自模拟转数字模组12的相位数据，并输出两者的差值。误差控制模组14连接差值模组13，且用于将接收的差值进行PID控制运算以得出一控制量，其中PID控制运算关于比例运算、积分运算及微分运算的各项参数可经实验而定义。数字转模拟模组15最后接收该控制量而据以产生并输出第一调节讯号至光发射次模组T的相位调节器T1。相位调节器T1依据接收的第一调节讯号调整硅光子芯片的相位，进而使光发射次模组T输出的初始光讯号调整为第一修正光讯号。此外，控制单元3可连接于模拟转数字模组12的输出端以接收数字形式的相位数据，供控制单元3比对此初始光讯号的相位的数值是否符合相位目标值。若此相位值不符合相位目标值，控制单元3可不做任何运作，第一控制组件1会继续做死循环的PID控制。若此相位值符合相位目标值，则视为第一阶段的调节(相位调节)完成，继续进行第二阶段的调节(光功率调节)，控制单元3对第二控制组件传送功率目标值。另，控制单元3也可不连接于模拟转数字模组12，而是连接于差值模组13的输出端以取得前述的差值，或是连接于误差控制模组14的输出端以取得前述的控制量，则控制单元3可以直接在此差值或控制量低于一门坎值时，便视为第一阶段的调节(相位调节)完成。
请接着参考图3，此为本发明一实施例的第二控制组件2的示意图。第二控制组件2可包含：感测模组21、模拟转数字模组22、差值模组23、误差控制模组24以及数字转模拟模组25。该多个元件与第一控制组件1包含的该多个元件11～15大致相似，差别系在于：感测模组21系感测功率数据、模拟转数字模组22系将该功率数据转为数字形式的功率数据、差值模组23系接收功率目标值，以及数字转模拟模组25系将产生的第二调节讯号输出至光发射次模组T的偏压电流调节器T2。偏压电流调节器T2依据接收的第二调节讯号调整光发射次模组T的偏压电流，进而使光发射次模组T输出的第一修正光讯号调整为第二修正光讯号。综合以上，初始光讯号在经过第一控制组件1的相位调节后可被调整为第一修正光讯号，再经过第二控制组件2的功率调节后可被调整为第二修正光讯号，最后的第二修正光讯号的相位值及功率值可分别符合相位目标值及功率目标值。
请参考图4，本发明一实施例另提供一种稳定光特性参数的调节方法，适用于具有硅光子芯片的光发射次模组，该调节方法可包含以下步骤。请参考步骤S1，以光发射次模组T输出初始光讯号至第一控制组件1。实务上，应用本实施例的稳定光特性参数的调节方法可用于本实施例的稳定光特性参数的调节装置，光发射次模组T输出初始光讯号，而由第一控制组件1的感测模组21接收并感测其相位。
请参考步骤S2，以第一控制组件1根据初始光讯号及控制单元3传送的相位目标值控制硅光子芯片的相位，使光发射次模组T调整初始光讯号为第一修正光讯号。实务上，如图5所示的，步骤S2可包含两子步骤。请参考步骤S21，以第一控制组件1根据相位目标值与初始光讯号的相位值的差值传送第一调节讯号至光发射次模组T。实务上的运作可同时参考图2，感测模组11接收初始光讯号的相位数据后，由模拟转数字模组12将该相位数据转为数字形式的相位资料。随后差值模组13将由控制单元3传送的相位目标值与此相位数据相减得出一差值，再由误差控制模组14将接收的差值进行PID控制运算以得出一控制量。最后，数字转模拟模组15接收该控制量，据以产生并输出第一调节讯号至光发射次模组T的相位调节器T1。请参考步骤S22，以光发射次模组T的相位调节器T1根据第一调节讯号，将初始光讯号调整为第一修正光讯号。
请参考步骤S3，在第一修正光讯号符合相位目标值时，以控制单元3传送功率目标值至第二控制组件2。实务上，在本发明一实施例中，第一修正光讯号是否符合相位目标值可由控制单元3来判断。举例而言，第一控制组件1可将第一修正光讯号传送给控制单元3，控制单元3可每隔一相位检测时段判断第一修正光讯号的相位值是否符合相位目标值。若第一修正光讯号的相位值符合相位目标值，则以控制单元3传送功率目标值至第二控制组件2；若第一修正光讯号的相位值不符合相位目标值，控制单元3可不做任何运作，第一控制组件2则在差值仍不为0或不低于一门坎值的情况下继续控制硅光子芯片的相位。此相位检测时段可被视为控制单元3观察相位调节状况的最小时间单位，也可被视为第一控制组件1运作的时间间隔的最小时间单位。相位检测时段可例如为2毫秒。
请参考步骤S4，以第二控制组件2根据第一修正光讯号及功率目标值控制光发射次模组T的偏压电流，使光发射次模组T调整第一修正光讯号为第二修正光讯号。实务上，第二控制组件2接收功率目标值后，差值模组23可产生差值，第二控制组件2的PID运算才得以进行。步骤S4亦包含2个子步骤，分别为：步骤S41，以第二控制组件2根据功率目标值与第一修正光讯号的功率值的差值传送第二调节讯号至光发射次模组T；以及步骤S42，以光发射次模组T的偏压电流调节器T2根据第二调节讯号，将第一修正光讯号调整为第二修正光讯号。步骤S41的PID控制运算过程与步骤S21相似，且步骤S42与步骤S22相似，本发明相关领域具通常知识者可在参阅此说明书后进而了解其运作，故不在此进行赘述。
此外，控制单元3可每隔一功率检测时段判断第二修正光讯号的功率值是否符合功率目标值。若第二修正光讯号的功率值不符合功率目标值，控制单元3可不做任何运作，第二控制组件3则在差值仍不为0或不低于一门坎值的情况下继续控制光发射次模组T的偏压电流。此功率检测时段可被视为控制单元3观察功率调节状况的最小时间单位，也可被视为第二控制组件2运作的时间间隔的最小时间单位。此外，功率检测时段可大于相位检测时段，例如为10毫秒。
综上，本发明的稳定光特性参数的调节装置及方法，在光发射次模组T发射初始光讯号后，第一控制组件1接收初始光讯号且依据相位目标值控制该硅光子芯片的相位，使光发射次模组T调整初始光讯号为第一修正光讯号；第二控制组件2接收第一修正光讯号且依据功率目标值控制光发射次模组T的偏压电流，使光发射次模组T调整第一修正光讯号为第二修正光讯号，最终该第二修正光讯号的相位值及功率值可分别符合相位目标值及功率目标值。
藉由实施本发明的稳定光特性参数的调节装置及方法，即便在不同温度下，光发射次模组对温度敏感的光讯号的相位及光功率可最终被调整以分别符合相位目标值及功率目标值，无需额外安装提高功耗的调温元件。

Claims (9)

1.一种稳定光特性参数的调节装置，适用于具有一硅光子芯片的一光发射次模组，其特征在于，该调节装置包含：
一第一控制组件，连接该光发射次模组，该第一控制组件用于接收该光发射次模组所产生的一初始光讯号，并用于依据一相位目标值控制该硅光子芯片的一相位，使该光发射次模组调整该初始光讯号为一第一修正光讯号；
一第二控制组件，连接该光发射次模组，该第二控制组件用于接收该第一修正光讯号，并用于依据一功率目标值控制该光发射次模组的一偏压电流，使该光发射次模组调整该第一修正光讯号为一第二修正光讯号；以及
一控制单元，分别连接该第一控制组件及该第二控制组件，该控制单元用于传送该相位目标值至该第一控制组件，且在该第一修正光讯号符合该相位目标值时传送该功率目标值至该第二控制组件。
2.如权利要求1所述的稳定光特性参数的调节装置，其特征在于，该第一控制组件电性连接该光发射次模组的一相位调节器以用于传送一第一调节讯号，使该光发射次模组据以输出该第一修正光讯号。
3.如权利要求1所述的稳定光特性参数的调节装置，其特征在于，第二控制组件电性连接该光发射次模组的一偏压电流调节器以用于传送一第二调节讯号，使该光发射次模组据以输出该第二修正光讯号。
4.一种稳定光特性参数的调节方法，适用于具有一硅光子芯片的一光发射次模组，其特征在于，该调节方法包含：
以一第一控制组件感测该光发射次模组所输出的一初始光讯号；
以该第一控制组件根据该初始光讯号及一控制单元传送的一相位目标值控制该硅光子芯片的相位，使该光发射次模组调整该初始光讯号为一第一修正光讯号；
在该第一修正光讯号符合该相位目标值时，以该控制单元传送一功率目标值至一第二控制组件；以及
以该第二控制组件感测该第一修正光讯号，并根据该第一修正光讯号及该功率目标值控制该光发射次模组的偏压电流，使该光发射次模组调整该第一修正光讯号为一第二修正光讯号。
5.如权利要求4所述的稳定光特性参数的调节方法，其特征在于，以该第一控制组件根据该初始光讯号及该控制单元传送的该相位目标值控制该硅光子芯片的相位，使该光发射次模组调整该初始光讯号为该第一修正光讯号包含：
以该第一控制组件根据该相位目标值与该初始光讯号的相位值的差值传送一第一调节讯号至该光发射次模组；以及
以该光发射次模组的一相位调节器根据该第一调节讯号，将该初始光讯号调整为该第一修正光讯号。
6.如权利要求4所述的稳定光特性参数的调节方法，其特征在于，在该第一修正光讯号符合该相位目标值时，以该控制单元传送该功率目标值至该第二控制组件包含：
以该控制单元每隔一相位检测时段判断该第一修正光讯号的相位值是否符合该相位目标值；
若该第一修正光讯号的相位值符合该相位目标值，以该控制单元传送该功率目标值至该第二控制组件；以及
若该第一修正光讯号的相位值不符合该相位目标值，以该第一控制组件继续调整该硅光子芯片的相位。
7.如权利要求4所述的稳定光特性参数的调节方法，其特征在于，以该第二控制组件感测该第一修正光讯号，并根据该第一修正光讯号及该功率目标值控制该光发射次模组的该偏压电流，使该光发射次模组调整该第一修正光讯号为该第二修正光讯号包含：
以该第二控制组件根据该功率目标值与该第一修正光讯号的功率值的差值传送一第二调节讯号至该光发射次模组；以及
以该光发射次模组的一偏压电流调节器根据该第二调节讯号，将该第一修正光讯号调整为该第二修正光讯号。
8.如权利要求4所述的稳定光特性参数的调节方法，其特征在于，该光发射次模组调整该第一修正光讯号为一第二修正光讯号后，该方法更包含：
以该控制单元每隔一功率检测时段判断该第二修正光讯号是否符合该功率目标值；
在该第二修正光讯号的功率值符合该功率目标值时，以该第二控制组件维持该光发射次模组的偏压电流；以及
在该第二修正光讯号的功率值不符合该功率目标值时，以该第二控制组件继续调整该光发射次模组的偏压电流。
9.如权利要求6所述的稳定光特性参数的调节方法，其特征在于，该光发射次模组调整该第一修正光讯号为一第二修正光讯号后，该方法更包含：
以该控制单元每隔一功率检测时段判断该第二修正光讯号是否符合该功率目标值；
在该第二修正光讯号的功率值符合该功率目标值时，以该第二控制组件维持该光发射次模组的偏压电流；以及
在该第二修正光讯号的功率值不符合该功率目标值时，以该第二控制组件继续调整制该光发射次模组的偏压电流，
其中该相位检测时段小于该功率检测时段。
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