專利名稱：使可調(diào)諧激光器特征化并確定實際波長的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使可調(diào)諧激光器快速特征化的方法。
該方法可應(yīng)用在關(guān)于發(fā)射的波長評估和選擇激光器，以及系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)好的工作點。
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器具有幾個部件，可以通過這些部件引入電流，這些部件的數(shù)目一般是三到四個。激光器的波長、功率和模式純度可通過調(diào)節(jié)各部件的電流來控制。模式純度是指激光器將處于一個工作點，即，激光器遠(yuǎn)離發(fā)生被稱作波模跳變和激光作用穩(wěn)定以及副模式抑制(sidemode suppression)較高的地方的驅(qū)動電流的組合。
在遠(yuǎn)程通訊應(yīng)用中，需要在設(shè)置了驅(qū)動電流和溫度后，激光器能夠非常高的精確度的并長時間地保持。關(guān)于這一方面典型的精確度是0.1納米，典型的時間周期是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)動電流的函數(shù)。這需要在激光器出廠后使用之前進(jìn)行。
一個問題是激光器呈現(xiàn)滯后現(xiàn)象。這意味著對于給定的驅(qū)動電流的設(shè)置，即，給定的工作點，激光器將根據(jù)激光通過的路徑關(guān)于功率和波長傳送不同的輸出信號，該通路是激光器關(guān)于所述驅(qū)動電流的變化而通過的，以便達(dá)到所查詢的工作點。因此，在這種情況下給定的驅(qū)動電流設(shè)置將不能等價地給出期望的波長或功率。
在可調(diào)諧激光器的情況下，發(fā)射光的波長主要由通過的電流或調(diào)諧截面的電壓來決定。功率輸出由通過激光器的增益部分的電流或所述部分的電壓控制。
當(dāng)使激光器特征化時，調(diào)查由調(diào)諧截面，或所述截面的亞單位提供的所有可能的控制組合。在特征化處理期間，關(guān)于波長和副模式抑制并關(guān)于功率調(diào)整控制增益截面來研究發(fā)射的光。
在大量可能的控制組合，典型的是數(shù)十億種中，將可選擇少于一百種控制組合，從產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)來看，不可能進(jìn)行激光器的總映射。
在瑞士專利號9900536-5中公開了一種使激光器特征化的方法，根據(jù)該專利申請，也考慮了激光器遲滯的問題。該專利涉及快速分選出不能產(chǎn)生正確波長的控制組合的方法。
前述專利涉及一種評估可調(diào)諧激光器和確定適當(dāng)?shù)挠糜诩す馄鞴ぷ鼽c的方法，其中的激光器包括兩個或多個其引入電流可以改變的可調(diào)諧部分，其中至少一個是反射器部分，一個是相位部分。根據(jù)該專利，由激光器發(fā)射的光的一部分通向包括法布里-泊羅濾波器和第一及第二探測器的配置，所述探測器用于測定光的功率，并傳輸相應(yīng)的探測器信號。探測器相對于法布里-泊羅濾波器安置，使得探測器信號將包含從濾波器給出的許多波長中探測的至少關(guān)于光的波長的信息。掃描通過調(diào)諧部分的電流使得電流通過不同的電流組合，在上述掃描期間測定兩個探測信號之比。當(dāng)兩個探測信號之比位于表明發(fā)射光處于由法布里-泊羅濾波器給定的許多波長之一的預(yù)定范圍內(nèi)時，存儲電流組合。
法布里-泊羅濾波器適于對包含在所謂的通道平面內(nèi)的波長有特定的透射，其中通道平面中的每個通道對應(yīng)于明確定義的波長。
根據(jù)前述現(xiàn)有專利申請的發(fā)明中的一個問題是對于屬于那個通道的工作點無信息可獲得。因此需要確定并選出各個工作點，這必須手動并用傳統(tǒng)儀器來進(jìn)行。
本發(fā)明可以解決這個問題。
本發(fā)明涉及評估可調(diào)諧激光器并確定適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c的方法，其中該激光器包括一個或多個其中引入的電流可以改變的可調(diào)諧部分，本發(fā)明的特征在于通過將從激光器發(fā)射的光的一部分導(dǎo)向包括引起信號隨著波長周期性改變的周期性濾波器形式的，如法布里-泊羅濾波器的第一濾波器、適于測定光的功率并傳送相應(yīng)的探測信號的第一和第二探測器的配置中；相對于周期性濾波器安置探測器，如此使得所述探測器信號將包含關(guān)于從濾波器給出的許多波長之中的至少所探測光的波長的信息；第二濾波器平行于周期性濾波器安置，并包括一種其響應(yīng)單調(diào)地隨著波長改變的濾波器，其中透過第二濾波器的光通向第三探測器，第三探測器發(fā)射對應(yīng)于光功率及波長的探測信號；通過調(diào)諧部分的電流被掃描，從而通過不同的電流組合；在每次掃描期間測量兩個探測器信號之比；當(dāng)探測器信號之比處于預(yù)定范圍，而該范圍表明發(fā)射的光位于周期性濾波器給出的許多波長之一中時，引起第三探測器進(jìn)行探測，從而分選出相關(guān)波長；還在于所述調(diào)諧電流的控制組合與相關(guān)波長一并儲存。
下面將參考草圖對本發(fā)明的示例性實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1是可調(diào)諧的光柵耦合抽樣反射器(GCSR)激光器的截面圖；圖2是示出用于本發(fā)明的配置的方框圖；圖3是顯示單調(diào)濾波器的示圖；圖4顯示激光器的功率作為周期性濾波器的波長的函數(shù)；和圖5是顯示激光器功率作為單調(diào)變化濾波器的波長的函數(shù)的圖表。
DBR激光器包括三個部分，即，布拉格反射器1、相位部分2和增益部分3。每一部分通過引入電流到各個部分來控制。
圖1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部分，即，布拉格反射器7、相位部分8、耦合器9和增益部分10。每一部分通過引入電流到各個部分來控制。
DBR激光器包括三個部分，即，布拉格反射器1、相位部分2和增益部分3。每一部分通過引入電流到各個部分來控制。
抽樣光柵DBR激光器也具有四部分，其中外部是布拉格反射器，相位部分和增益部分位于它們之間。
盡管還存在其它激光器，但這三種激光器類型是通用的。
盡管本發(fā)明基本參考根據(jù)圖1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。
本發(fā)明涉及評估可調(diào)諧激光器和決定適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c的方法。因此，這種激光器可包括一個或多個可調(diào)諧部分，其中引入電流可以用已知方法改變。該激光器可以是那種至少包括一個反射器部分和一個相位部分的激光器。該激光器也可以是那種僅包括一個調(diào)諧部分的激光器，或者是那種不是通過在反射器內(nèi)的電流引入而是通過一些機(jī)構(gòu)調(diào)諧的激光器。
圖2是示出用于本發(fā)明的配置的方框圖；標(biāo)號15代表GCSR激光器，標(biāo)號16代表用于通過各自導(dǎo)體17、18和19分別引入電流到激光器的反射器部分、相位部分和耦合器部分的電流發(fā)生器。激光器的功率通過激光器調(diào)節(jié)電路20經(jīng)通向激光器的增益部分的導(dǎo)體21來控制。
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。這個光導(dǎo)體將光導(dǎo)向分流一部分光到第二光導(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導(dǎo)體28、29的第二分光鏡或分流器27。透鏡30和透鏡31分別放置于光導(dǎo)體的末端。在透鏡30下游的射束路線上配置法布里-泊羅濾波器32或相應(yīng)的周期性濾波器。濾波器32是本領(lǐng)域所熟知的，因此在本說明書中不作詳細(xì)解釋。法布里-泊羅濾波器可被設(shè)計成顯示專門用于一定波長、為給定波長的倍數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)波長的光的透射。法布里-泊羅濾波器在其它波長展現(xiàn)低或高的偏移傳導(dǎo)。應(yīng)該明白也可用具有相當(dāng)于法布里-泊羅濾波器的特征的其它周期性濾波器來替代。
圖4是顯示周期性濾波器的下游的功率作為波長的函數(shù)的視圖。
在透鏡31的下游配置了第一探測器33，在法布里-泊羅濾波器的下游配置了第二探測器34。探測器33、34用來測定光的功率，和分別經(jīng)放大器35、36傳送相應(yīng)的探測器信號到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38聯(lián)接到微處理器39。微處理器適于用來響應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器37和功率調(diào)節(jié)電路20來的信號，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。
一部分向前發(fā)送的光傳導(dǎo)到第一探測器33，還經(jīng)法布里-泊羅濾波器傳導(dǎo)到第二探測器34。
電流被掃描通過調(diào)諧部分18、19、21，如此通過不同電流組合。在所述掃描期間測定兩個探測器信號I1和I2之間的比率。
當(dāng)掃描該電流通過調(diào)諧部分，反射器電流是可變的內(nèi)掃描。這意味著當(dāng)保持所述電流恒定時，反射器電流被掃描通過其它調(diào)諧電流的部分。反射器電流首先在一個方向掃描，然后在相對方向掃描回到它的初始值。例如，反射器電流從零值掃描到高達(dá)它的最大值，然后再回到零。
本說明書中的電流控制意思是通過這些部分的電流由電流發(fā)生器控制，或者通過該部分的電流交替地由控制通過所述部分的電壓來控制。
在圖2中的實施例的情況下，第一探測器、第二探測器和法布里-泊羅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)射的光被用來確定波長。
另外，法布里-泊羅濾波器、第一和第二探測器可以按照與圖4所示的不同的方式彼此相對安置，從而至少探測波長。第一和第二探測器適用于測量從法布里-泊羅濾波器發(fā)送的光和/或反射到法布里-泊羅濾波器的光，由此測定波長。
位于關(guān)于用在出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象的那些部分的反射器電流或關(guān)于其它調(diào)諧電流遲滯的區(qū)域內(nèi)的工作點不是操作中的激光器的最好的工作點。
通訊用激光器將適于以一定的已知波長進(jìn)行操作，其中的已知波長包含在所謂通道平面內(nèi)，其中每個通道對應(yīng)一個界線分明的波長。根據(jù)本發(fā)明，法布里-泊羅濾波器32適于對包含在通道平面內(nèi)的每個波長具有給定的透射。
當(dāng)從探測器32、33來的探測信號I1/I2之間的比率位于表示發(fā)射的光位于由法布里-泊羅濾波器給定的許多波長之一的預(yù)定范圍內(nèi)，以及所述比率I1/I2位于已知反射器電流的所述電流在兩個掃描方向的范圍內(nèi)時，存儲調(diào)諧電流控制組合。
這個范圍由通道平面內(nèi)允許通道寬度給出。
因此，這個控制組合將滿足產(chǎn)生期望的波長和不產(chǎn)生任何遲滯效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
在一些情況下，最好掃描除反射器電流以外，展現(xiàn)遲滯效應(yīng)的一個或多個其它部分調(diào)諧電流，從而確定在預(yù)計工作點是否發(fā)生遲滯。
前面所述在上面提到的專利申請中也很明顯。
根據(jù)本發(fā)明，第二濾波器43平行于周期性濾波器32放置。在透鏡30上游的光導(dǎo)體28中的光功率的一半由分光鏡45適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換到光導(dǎo)體46，光導(dǎo)體46用于經(jīng)透鏡47將光導(dǎo)向第三濾波器43。第三濾波器是一種它的反應(yīng)隨著波長而單調(diào)地改變的濾波器。這在圖5中顯示，其顯示發(fā)送功率P隨著波長單調(diào)地改變。通過第二濾波器發(fā)送的光導(dǎo)向第三探測器44，它經(jīng)放大器54，給A/D轉(zhuǎn)換器48發(fā)送一個相應(yīng)于這個光的功率和它的波長的探測信號I3。A/D轉(zhuǎn)換器連接到所述數(shù)據(jù)總線38。
圖3顯示一種已知的單調(diào)改變?yōu)V波器的實例。該濾波器是一種絕緣波長選擇濾波器。光被分開到濾波器的上游，并且這束光的每一部分被導(dǎo)向通過玻璃49、50，其上面有一薄層已經(jīng)被汽化。在經(jīng)過玻璃的透射后，由探測器51、52探測功率，各個探測器的輸出信號被穿過運(yùn)行的放大器53，它的輸出信號是波長的測量結(jié)果。
第二濾波器的另一個實例是實現(xiàn)以纖維耦合器形式的分光鏡的波長選擇。
如前面所提到的，電流被掃描通過調(diào)諧部分17、18和19，在掃描期間測定兩個探測信號(I1、I2)之間的比率。當(dāng)兩個探測信號(I1、I2)之間的比率位于指明發(fā)射的光位于周期性濾波器32給出的許多波長之一的預(yù)定范圍內(nèi)時，引起第三探測器44進(jìn)行探測以分選出相關(guān)的波長。這里的調(diào)諧電流控制組合與相關(guān)波長一并儲存。
為此，將I1、I2和I3經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳向微處理器，所述微處理器適于評估工作點和波長，并將它們儲存。該微處理器后面用來控制激光器以所需波長進(jìn)行操作。
由此，從第三濾波器來的信號提供一個清晰的激光器的波長的測定。然而，這個測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，盡管它足夠肯定地識別周期性濾波器中每個峰，但卻不足以進(jìn)行評估激光器的不同的工作點。因此，就可能明確給出期望波長的所有工作點。
因此，本發(fā)明經(jīng)由迅速地測定通過兩個濾波器的光功率而使激光器特征化，以及為通道平面內(nèi)所有期望通道自動確定激光工作點。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，從第一探測器33來的信號I2被傳送到功率調(diào)節(jié)電路20。這個電路適于控制激光器以恒定的輸出功率發(fā)光。這使得比率I1/I2在確定可能的工作點時很容易地跟蹤。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，監(jiān)視器二極管放置在激光器一側(cè)，與放置第一和第二探測器的一側(cè)相對，所述監(jiān)視器二極管用于測定由激光器發(fā)出的光。從探測器40來的信號經(jīng)放大器41傳導(dǎo)到A/D轉(zhuǎn)換器42，它的輸出信號被送到微處理器39。根據(jù)該實施例，挑選一個或多個調(diào)諧電流，從而最小化向后發(fā)射光的功率和向前發(fā)射光的功率之間的比率，因此，使將從所述可能的工作點中選出的通道的工作點最優(yōu)化。
應(yīng)該明白，前述使用法布里-泊羅濾波器能夠使不滿足要求電流I1/I2之間的比率位于一定的給定間隙內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)的所有控制組合被選出。
另外，為通訊目的，足夠識別那些位于激光器不發(fā)生遲滯的范圍內(nèi)的通道平面中每個波長的一個控制組合。
因此，本發(fā)明解決了在引言中提到的問題。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考它的各種示例性實施例并使用GCSR激光器進(jìn)行了描述，應(yīng)該明白所述配置的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以改變，只要達(dá)到相同結(jié)果。還應(yīng)該明白本發(fā)明還可用于GCSR激光器以外的激光器。
因此，本發(fā)明不限于上面描述的實施例，在下面權(quán)利要求領(lǐng)域內(nèi)的變異和修改都是允許的。
權(quán)利要求
1.一種評估可調(diào)諧激光器(15)并確定適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c的方法，其中該激光器包括一個或多個其中引入的電流可以改變的可調(diào)諧部分，其特征在于通過將從激光器(15)發(fā)射的光的一部分導(dǎo)向包括引起信號隨著波長周期性改變的周期性濾波器形式的、如法布里-泊羅濾波器(32)的第一濾波器(32)、適于測定光的功率并傳送相應(yīng)的探測信號(I1，I2)的第一(33)和第二(34)控測器的配置中；相對于周期性濾波器(32)安置探測器，使得所述探測器信號(I1，I2)將包含關(guān)于從濾波器(32)給出的許多波長之中的至少所探測光的波長的信息；第二濾波器(43)平行于周期性濾波器(32)安置，第二濾波器(43)是一種其響應(yīng)單調(diào)地隨著波長改變的濾波器；透過第二濾波器的光通向第三探測器(44)，第三探測器發(fā)射對應(yīng)于光功率及波長的探測信號(I3)；掃描通過調(diào)諧部分(17，18，19)的電流，從而通過不同電流組合；在所述掃描期間測量兩個探測器信號(I2，I3)之比；當(dāng)探測器信號之比處于預(yù)定范圍，而該范圍表明發(fā)射的光位于周期性濾波器(32)給出的許多波長之一中時，使第三探測器(44)被控制，從而分選出相關(guān)波長；所述調(diào)諧電流的控制組合與相關(guān)波長一并儲存。
2. 據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于當(dāng)掃描通過調(diào)諧部分(17、18、19)的電流從而通過不同電流組合時，導(dǎo)致反射器電流(17)是內(nèi)部掃描變量，它在一個方向掃描然后在相反方向回到它的初始值；當(dāng)所述碧綠在給定反射器電流在所述電流的兩個掃描方向的所述預(yù)定范圍內(nèi)時，存儲調(diào)諧電流組合和波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于周期性濾波器(32)對于包含在包括期望波長的通道平面中的每種波長具有給定的透射，并關(guān)于其它波長有一個偏移的透射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3的方法，其特征在于把探測器(33)從激光器前反射鏡發(fā)出的信號傳輸?shù)焦β收{(diào)節(jié)電路(20)，從而以恒定的輸出功率從前反射鏡發(fā)光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其特征在于使位于激光器(15)一側(cè)上與放置第一(32)和第二(33)探測器的一側(cè)相對的監(jiān)視器二極管(40)測量由激光器發(fā)射的光；并調(diào)節(jié)一個或多個調(diào)諧電流從而最小化向后發(fā)射的光的功率和向前發(fā)射的光的功率之比，由此優(yōu)化激光器(15)的工作點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于掃描一個或多個調(diào)諧電流到顯示遲滯效應(yīng)的部分，除反射器電流以外，從而確定在預(yù)計的工作點是否有遲滯發(fā)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的方法，其特征在于測定激光器(15)在許多取出的可能的工作點發(fā)送的波長，直到為每個期望的波長獲得一個工作點，并為每個工作點存儲控制組合。
全文摘要
一種評估可調(diào)諧激光器(15)并確定適當(dāng)?shù)募す馄鞴ぷ鼽c的方法,其中該激光器包括一個或多個其中引入的電流可以改變的可調(diào)諧部分,其特征在于通過將從激光器(15)發(fā)射的光的一部分導(dǎo)向包括引起信號隨著波長周期性改變的周期性濾波器形式的、如法布里－泊羅濾波器(32)的第一濾波器(32)、適于測定光的功率并傳送相應(yīng)的探測信號(I1,I2)的第一(33)和第二(34)探測器的配置中;相對于周期性濾波器(32)安置探測器,使得所述探測器信號(I1,I2)將包含關(guān)于從濾波器(32)給出的許多波長之中的至少所探測光的波長的信息;第二濾波器(43)平行于周期性濾波器(32)安置,第二濾波器(43)是一種其響應(yīng)單調(diào)地隨著波長改變的濾波器;透過第二濾波器的光通向第三探測器(44),第三探測器發(fā)射對應(yīng)于光功率及波長的探測信號(I3);掃描通過調(diào)諧部分(17,18,19)的電流,從而通過不同電流組合;在所述掃描期間測量兩個探測器信號(I2,I3)之比;當(dāng)探測器信號之比處于預(yù)定范圍,而該范圍表明發(fā)射的光位于周期性濾波器(32)給出的許多波長之一中時,使第三探測器(44)被控制,從而分選出相關(guān)波長;所述調(diào)諧電流的控制組合與相關(guān)波長一并儲存。
文檔編號H01S5/0625GK1340232SQ0080388
公開日2002年3月13日 申請日期2000年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月17日
發(fā)明者馬可斯·蘭倫德, 拉爾斯·安德爾森 申請人:阿爾蒂通股份公司