專(zhuān)利名稱(chēng)：鎖定波長(zhǎng)和監(jiān)測(cè)可調(diào)諧激光器的模式的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖定波長(zhǎng)和監(jiān)測(cè)可調(diào)諧激光器的模式的方法。本發(fā)明還包括補(bǔ)償激光器衰減的方法。
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器具有許多不同的部件，可以通過(guò)這些部件引入電流，這些部件的數(shù)目一般是三到四個(gè)。激光器的波長(zhǎng)、功率和模式純度可通過(guò)調(diào)節(jié)各部件的電流來(lái)控制。模式純度是指激光器將處于一個(gè)工作點(diǎn)，即，在三個(gè)或四個(gè)引入的驅(qū)動(dòng)電流的組合中，其特征在于激光器遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)電流的組合，該處為發(fā)生所謂的波模跳變的地方以及激光穩(wěn)定并且副模式抑制(side mode suppression)較高的地方。
在不同的應(yīng)用中需要特定的波長(zhǎng)控制。在遠(yuǎn)程通訊應(yīng)用中，需要在設(shè)置了驅(qū)動(dòng)電流和溫度后，激光器能夠?qū)⑵洳ㄩL(zhǎng)保持非常高的精確度并維持非常長(zhǎng)的一段時(shí)間。關(guān)于這一方面典型的精確度是0.1納米，典型的時(shí)間周期是20年。
為了能夠控制激光器，必須將激光器的性能映射為各驅(qū)動(dòng)電流的函數(shù)。這需要在激光器出廠后使用之前進(jìn)行。
鎖定激光器的波長(zhǎng)并保證激光器運(yùn)行的模式可以控制，以使得激光器將在一段長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)按意愿運(yùn)行，也是非常有意義的。模式控制意思是當(dāng)激光器連續(xù)或有規(guī)律的間隔使用時(shí)，該激光器的工作點(diǎn)可以?xún)?yōu)化，以便排除一種模式跳變到某種其它諧振腔模式的危險(xiǎn)。還非常有意義的是能夠自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)行中的激光器的激光器衰減。
本發(fā)明滿(mǎn)足這些要求。
因此，本發(fā)明涉及一種鎖定波長(zhǎng)并監(jiān)測(cè)可調(diào)諧激光器模式的方法，其中該可調(diào)諧激光器包括兩個(gè)或多個(gè)可以改變注入的電流的可調(diào)諧部件，這些部件中至少一個(gè)是反射器部件，一個(gè)是相位部件，并且其中的激光器已經(jīng)關(guān)于適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c(diǎn)被特征化，所述工作點(diǎn)已經(jīng)被確定為通過(guò)不同的激光器部件的不同的電流組合，并且激光器在預(yù)定的、被選擇的工作點(diǎn)運(yùn)行，其中所述方法的特征在于通過(guò)利用波長(zhǎng)選擇濾波器探測(cè)由激光器發(fā)射的光的波長(zhǎng)；使激光器在迭代過(guò)程被控制，其中通過(guò)激光器的反射部件以及有時(shí)耦合器部件的交流電和通過(guò)所述激光器的相位部件的電流被調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)通過(guò)反射器部件和耦合器部件的電流從而獲得后向功率和前向功率之間關(guān)系的最小化。調(diào)節(jié)通過(guò)所述激光器相位部件的電流從而使波長(zhǎng)保持恒定，對(duì)照波長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)定所述波長(zhǎng)。
以下將部分參考草圖部分參考本發(fā)明的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1是一部分被切去以觀察DBR激光器的透視圖。
圖2是可調(diào)諧光柵耦合抽樣反射器(GCSR)激光器的截面圖；圖3是抽樣光柵DBR激光器的截面圖。
圖4是示出用于本發(fā)明的配置的方框圖；圖1所示的DBR激光器包括三個(gè)部件，即，布拉格反射器1、相位部件2和增益部件3。每一部件通過(guò)經(jīng)各個(gè)導(dǎo)體4、5、6引入電流到各個(gè)部件來(lái)控制。
圖2是可調(diào)諧的光柵耦合抽樣反射器(GCSR)激光器的截面圖；這種激光器包括四個(gè)部件，即，布拉格反射器7、相位部件8、耦合器9和增益部件10。每一部件通過(guò)引入電流到各個(gè)部件來(lái)控制。
圖3是抽樣光柵DBR激光器的截面圖，它也具有四部件11、12、13、14，其中11和14部件是布拉格反射器，部件13是相位部件，部件12是增益部件。
盡管還存在其它激光器，但這三種激光器類(lèi)型是通用的。
盡管本發(fā)明基本參考根據(jù)圖2所示的GCSR激光器進(jìn)行以下描述，但應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于任何特別類(lèi)型的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，而是可以相應(yīng)地應(yīng)用于除了這里描述的以外的可調(diào)諧激光器。
圖4是示出用于本發(fā)明的配置的方框圖；標(biāo)號(hào)15代表GCSR激光器，標(biāo)號(hào)16代表用于通過(guò)各自導(dǎo)體17、18和19分別引入電流到激光器的反射器部件、相位部件和耦合器部件的電流發(fā)生器。激光器的功率通過(guò)激光器調(diào)節(jié)電路20經(jīng)導(dǎo)體21由它的增益部件來(lái)控制。
激光器從前反光鏡發(fā)射光，經(jīng)透鏡組合件22到光導(dǎo)體23，例如光纖。這個(gè)光導(dǎo)體將光導(dǎo)向分流一部分光到另一個(gè)光導(dǎo)體24的分光鏡或分流器26。剩余的光被進(jìn)一步導(dǎo)向?qū)w25。分流器或分光鏡26從導(dǎo)體23分流例如10％的光到導(dǎo)體24。
光導(dǎo)體24將光導(dǎo)向用作將光均分到兩個(gè)導(dǎo)體28、29的另一個(gè)分光鏡或分流器27。透鏡30和透鏡31分別放置于光導(dǎo)體的末端。用作波長(zhǎng)基準(zhǔn)的濾波器32配置在透鏡30下游的光路上。
在透鏡30下游配置的是第一探測(cè)器33，而第二探測(cè)器34配置在Fabry-Perot濾波器32的下游。探測(cè)器33、34用來(lái)測(cè)定光的功率，和分別經(jīng)放大器35、36傳送相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)到A/D轉(zhuǎn)換器37。
A/D轉(zhuǎn)換器37、功率調(diào)節(jié)電路20和電流發(fā)生器16都經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)38聯(lián)接到微處理器39。微處理器適于用來(lái)響應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器37和功率調(diào)節(jié)電路20來(lái)的信號(hào)，以期望并熟知的方式控制電流發(fā)生器和功率調(diào)節(jié)電路。
該配置還包括放置在激光器的后反光鏡并用于測(cè)定激光器向后發(fā)射的光的監(jiān)視器二極管40。探測(cè)信號(hào)I3經(jīng)放大器41導(dǎo)向A/D轉(zhuǎn)換器42，它的信號(hào)被傳送到微處理器39。
因此，本發(fā)明涉及可調(diào)諧激光器15的波長(zhǎng)鎖定和模式監(jiān)測(cè)的方法，其中激光器已經(jīng)關(guān)于適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c(diǎn)被特征化，工作點(diǎn)是當(dāng)不同的激光器部件通過(guò)不同的電流組合確定的，其中激光器在一個(gè)預(yù)定的、選擇的工作點(diǎn)運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明，測(cè)定激光器發(fā)射的前向光功率和后向光功率，通過(guò)波長(zhǎng)選擇濾波器、關(guān)于它的波長(zhǎng)探測(cè)向前發(fā)射的光的一部分。
根據(jù)本發(fā)明，向前發(fā)射的光的一部分還經(jīng)波長(zhǎng)選擇濾波器32導(dǎo)向第一探測(cè)器31和第二探測(cè)器34。
根據(jù)本發(fā)明，以跌代過(guò)程控制激光器15，其中交流電通過(guò)激光器的反射器部件，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候通過(guò)它的耦合器部件，調(diào)節(jié)通過(guò)所述激光器的相位部件的電流，從而保持波長(zhǎng)恒定，并鎖定激光器的模式。這受到通過(guò)所述激光器的反射部件，有時(shí)是耦合器部件的交流電，并且通過(guò)所述激光器的相位部件的電流被調(diào)節(jié)的影響。調(diào)節(jié)通過(guò)反射器部件和耦合器部件的電流從而獲得后向功率I3和前向功率I2之間關(guān)系的最小化。調(diào)節(jié)通過(guò)所述激光器的相位部件的電流從而使波長(zhǎng)保持恒定，對(duì)照波長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)定所述波長(zhǎng)。
在本文中的電流控制意思是指通過(guò)該部件的電流由電流發(fā)生器控制，或者，通過(guò)該部件的電流通過(guò)控制傳過(guò)該部件的電壓來(lái)控制。
在圖4中的實(shí)施例的情況下，第一探測(cè)器、第二探測(cè)器和Fabry-Perot濾波器放置在靠近激光器的前反光鏡的地方?；蛘?，這些元件也同樣可以放置在靠近激光器的后反光鏡的地方，在這種情況下，從激光器后反光鏡發(fā)射的光被用來(lái)確定波長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，波長(zhǎng)基準(zhǔn)包括法布里泊羅濾波器32，它對(duì)包括在通道平面內(nèi)的每個(gè)波長(zhǎng)具有一定的透射，其中通道平面包含期望波長(zhǎng)并顯示關(guān)于其它波長(zhǎng)偏移的透射。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，由激光器15向前發(fā)射的光的一部分一方面被導(dǎo)向第一探測(cè)器33，另一方面經(jīng)Fabry-Perot濾波器32被導(dǎo)向第二探測(cè)器34。監(jiān)視器二極管40放置在激光器15的后反光鏡處，用于測(cè)定激光器向后發(fā)射的光。探測(cè)器33、34、40適于用來(lái)以已知的方式測(cè)定光功率，并傳輸相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)I1、I2、I3。調(diào)節(jié)通過(guò)反射器和耦合器17、19的電流從而使從監(jiān)視器二極管40和第一探測(cè)器33來(lái)的信號(hào)之間的I3/I2的比率取得最小值，同時(shí)調(diào)節(jié)通過(guò)相位部件18的電流使得第二探測(cè)器34和第一探測(cè)器33來(lái)的信號(hào)之間的I1/I2的比率分別位于預(yù)定間隔內(nèi)，意味著發(fā)射的光將位于由Fabry-Perot給出的許多波長(zhǎng)之一內(nèi)。
最好濾波器是所謂Fabry-Perot濾波器。這種濾波器是眾所周知的，因此在本說(shuō)明書(shū)中不作詳細(xì)描寫(xiě)。Fabry-Perot濾波器可被涉及成專(zhuān)門(mén)發(fā)送一定波長(zhǎng)的光，即給定波長(zhǎng)的被述的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。Fabry-Perot濾波器在其它波長(zhǎng)有底或高透射的偏移。
Fabry-Perot濾波器、第一和第二探測(cè)器可以按照與圖4所示的不同的方式彼此相對(duì)安置，從而至少探測(cè)波長(zhǎng)。第一和第二探測(cè)器適用于測(cè)量從Fabry-Perot濾波器透射的光和/或反射到Fabry-Perot濾波器的光，由此測(cè)定波長(zhǎng)。
另外，可使用寬帶濾波器，其中用已知的方式檢測(cè)濾波器的一個(gè)邊緣的能級(jí)，從而探測(cè)波長(zhǎng)。
迭代過(guò)程意思是指例如反射器電流和耦合器電流首先被調(diào)節(jié)，從而使激光器波形鎖定，之后調(diào)節(jié)相位電流從而獲得正確的波長(zhǎng)，之后再調(diào)節(jié)反射器電流和耦合器電流，再后面調(diào)節(jié)相位電流，等等，直到測(cè)定的不同功率之間的比率位于預(yù)定范圍內(nèi)?？紤]激光器以正確的模式傳輸正確的波長(zhǎng)。其的比率位于預(yù)定范圍內(nèi)。
如果向前發(fā)射的功率保持恒定，上述方法可以極大地簡(jiǎn)化。
因此，最好從第一探測(cè)器33探測(cè)的信號(hào)被傳送到功率調(diào)節(jié)電路20，它用于在跌代過(guò)程期間引起激光器15傳送具有恒定輸出功率的光。
為了保持前向發(fā)射功率的恒定，需要在波長(zhǎng)保持鎖定的副條件(subcondition)下，最小化后向發(fā)射功率，從而可獲得最優(yōu)工作點(diǎn)，即，鎖定模式。
當(dāng)通過(guò)增益部件的電壓被測(cè)定時(shí)，可以測(cè)定僅從這些方向之一的方向發(fā)射的光，而不是測(cè)定從前反光鏡和后反光鏡發(fā)射的光。該電壓可用來(lái)與發(fā)射光的功率一起檢測(cè)激光器的模式，而不是測(cè)定從后反光鏡和前反光鏡發(fā)射的光。因此，可從所述電壓和反光鏡之一發(fā)射的光的功率獲得關(guān)于后向發(fā)射的功率和前向發(fā)射的功率之間的比例的最小值。
本發(fā)明可用來(lái)測(cè)定激光器的衰減，以及計(jì)算衰減的激光器的不同工作點(diǎn)的調(diào)諧電流。
根據(jù)為此目的的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)諧部件的電流以使得該激光器在以初始設(shè)置模式發(fā)射激光的同時(shí)傳送初始設(shè)置的波長(zhǎng)，隨后關(guān)于各個(gè)調(diào)諧部件計(jì)算初始電流和相關(guān)的電流之間的商。這提供一種非常好的激光器衰減的度量。然后將這些商用于重新調(diào)節(jié)其它各工作點(diǎn)的電流，以便隨其得到調(diào)整過(guò)的工作點(diǎn)。
因此本發(fā)明解決了在引言中提到的問(wèn)題。
雖然在上面已經(jīng)參考各種實(shí)施例并且也聯(lián)系GCSR激光器描述了本發(fā)明，但很明顯，可以改變所描述的配置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而得到同樣的結(jié)果。本發(fā)明也可以應(yīng)用于不同于GCSR激光器的類(lèi)型的激光器。
本發(fā)明因此不限于上述的并且圖解的其示范實(shí)施例，而可以在下列權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。
權(quán)利要求
1.一種鎖定波長(zhǎng)并監(jiān)測(cè)可調(diào)諧激光器(15)的模式的方法，其中該可調(diào)諧激光器包括兩個(gè)或多個(gè)可以改變引入的電流的可調(diào)諧部件，所述部件包括至少一個(gè)反射器部件和一個(gè)相位部件，其中的激光器(15)已經(jīng)關(guān)于適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c(diǎn)被特征化，所述工作點(diǎn)已經(jīng)被確定為通過(guò)不同的激光器部件不同的電流組合，并且所述激光器在預(yù)定的、被選擇的工作點(diǎn)運(yùn)行，其特征在于通過(guò)利用波長(zhǎng)選擇濾波器對(duì)于波長(zhǎng)探測(cè)由激光器發(fā)射的光；使激光器以迭代過(guò)程被控制，其中通過(guò)所述激光器的反射部件(17)以及耦合器部件(19)的交流電和通過(guò)所述激光器的相位部件(18)的電流被調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)通過(guò)反射器部件和耦合器部件的電流從而獲得后向功率(I3)和前向功率(I2)之間比值的最小化；調(diào)節(jié)通過(guò)所述激光器相位部件(18)的電流從而使波長(zhǎng)保持恒定，對(duì)照波長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)定所述波長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于波長(zhǎng)校準(zhǔn)器包括法布里泊羅濾波器(32)，它對(duì)包括在包含期望波長(zhǎng)的通道平面內(nèi)的每個(gè)波長(zhǎng)具有一定的透射，并對(duì)其它波長(zhǎng)具有偏離所述期望波長(zhǎng)的透射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于向前發(fā)射的激光的一部分一方面被導(dǎo)向第一探測(cè)器(33)，另一方面經(jīng)所謂法布里泊羅濾波器(32)被導(dǎo)向第二探測(cè)器(34)；用放置在激光器(15)的后反射鏡處的監(jiān)視器二極管(40)測(cè)定向后發(fā)射的激光；所述探測(cè)器(33、34、40)適用于測(cè)定光功率，并傳輸相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)(I1、I2、I3)；調(diào)節(jié)通過(guò)反射器部件和耦合器部件(17、19)的電流從而使來(lái)自監(jiān)視器二極管(40)和第一探測(cè)器(33)的信號(hào)(I3；I1)之比取得最小值；并調(diào)節(jié)通過(guò)相位部件(18)的電流使得來(lái)自第二探測(cè)器(34)和第一探測(cè)器(33)的信號(hào)(I1，I2)之比位于預(yù)定范圍內(nèi)，意味著發(fā)射的光將位于由法布里泊羅濾波器(32)給出的許多波長(zhǎng)之一內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于把從第一探測(cè)器(33)探測(cè)的信號(hào)用到控制激光器(15)的功率調(diào)節(jié)電路(20)，以便使所述激光器在迭代過(guò)程期間發(fā)射功率恒定的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征在于計(jì)算初始電流與關(guān)于各個(gè)調(diào)諧部件的電流之間的系數(shù)，調(diào)節(jié)通過(guò)所述調(diào)諧部件的電流從而使激光器發(fā)射初始設(shè)置的波長(zhǎng)，同時(shí)以初始設(shè)置模式發(fā)射激光；使用這些系數(shù)再調(diào)節(jié)所有其它工作點(diǎn)的電流并給出調(diào)節(jié)的工作點(diǎn)。
全文摘要
一種鎖定波長(zhǎng)并監(jiān)測(cè)可調(diào)諧激光器(15)的模式的方法,其中該可調(diào)諧激光器包括兩個(gè)或多個(gè)可以改變引入的電流的可調(diào)諧部件,所述部件包括至少一個(gè)反射器部件和一個(gè)相位部件,其中的激光器(15)已經(jīng)關(guān)于適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c(diǎn)被特征化,所述工作點(diǎn)已經(jīng)被確定為通過(guò)不同的激光器部件不同的電流組合,并且所述激光器在預(yù)定的、被選擇的工作點(diǎn)運(yùn)行,其特征在于通過(guò)利用波長(zhǎng)選擇濾波器對(duì)于波長(zhǎng)探測(cè)由激光器發(fā)射的光;使激光器以迭代過(guò)程被控制,其中通過(guò)所述激光器的反射部件(17)以及耦合器部件(19)的交流電和通過(guò)所述激光器的相位部件(18)的電流被調(diào)節(jié);調(diào)節(jié)通過(guò)反射器部件和耦合器部件的電流從而獲得后向功率(I3)和前向功率(I2)之間比值的最小化;調(diào)節(jié)通過(guò)所述激光器相位部件(18)的電流從而使波長(zhǎng)保持恒定,對(duì)照波長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)定所述波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01S5/0625GK1340231SQ0080387
公開(kāi)日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2000年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月17日
發(fā)明者拉爾斯·安德森 申請(qǐng)人:阿爾蒂通股份公司