CN101366208A - 用于波长测量或监视系统的宽频与频间多波长参考方法及装置 - Google Patents

用于波长测量或监视系统的宽频与频间多波长参考方法及装置 Download PDF

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CN101366208A CNA2007800020268A CN200780002026A CN101366208A CN 101366208 A CN101366208 A CN 101366208A CN A2007800020268 A CNA2007800020268 A CN A2007800020268A CN 200780002026 A CN200780002026 A CN 200780002026A CN 101366208 A CN101366208 A CN 101366208A
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Abstract

一种波长测量或监视系统[700]，提供[702]可调谐的法布里－珀罗光学滤波器[202]。使用[704]至少一个已知光源[302，304]来校正与关联由该可调谐的法布里－5珀罗光学滤波器[202]所扫描的个别波长带[240，242，244]。利用[706]至少一个波长参考[208，402]以校正该可调谐的法布里－珀罗光滤波器[202]的至少一个波长带[240，242，244]。当该波长参考[208，402]不在由该可调谐的10法布里－珀罗光滤波器[202]所识别用来测量的波长频带[240，242，244]内时，该波长参考[208，402]被传送[708]至被识别用来测量的波长频带[240，242，244]。透过该可调谐的法布里－珀罗光滤波器[202]来扫描[710]未知光信号[404]。指定[712]在该未知光信号[404]中的波长。

Description

用于波长测量或监视系统的宽频与频间多波长参考方法及装置
相关申请案的相互参照
本申请案主张于2006年1月10日提出的美国专利申请案第11/329,522号案的优先权。
本申请案包括与审查中的美国专利申请案案号11/048,455有关的主题，于2005年1月31日提出，该相关的申请案被指定给美国升阳电信公司(Sunrise Telecom Incorporated.)。
本申请案也包含与审查中的美国专利申请案案号11/615,986有关的主题，于2006年12月24日提出，该申请案为美国临时专利申请案(provisional patentapplication)案号第60/757,961号案的非临时案(nonprovisional)。该相关的申请案被指定给美国升阳电信公司。
技术领域
本发明大体上有关于电磁发射的波长的测量，且尤关于利用法布里—珀罗光学滤波器的宽范围波长测量或监视系统。
背景技术
可调谐的镜片法布里—珀罗(Fabry-Perot，“FP”)干涉仪(FPinterferometers，“FPI”)长久以来已在物理、化学、天文学以及其它各种科学领域的光谱测量中扮演重要角色。适用于光纤光学系统的小型镜片法布里—珀罗干涉仪可提供适中的解析度调节(细致度＝100)。然而，无镜片(lensless)光纤法布里—珀罗干涉仪(fiberFPI，“FFPI”)可以大于500的解析度执行而用于调节光纤系统中的功能。此种高效能可调谐的法布里—珀罗干涉仪能使询问器(interrogator)系统能准确测量被动或主动光纤光学器件的波长回应。
在许多的技术应用中，必须在这领域中做出精确的波长测量，而往往是远离精确的校正源。因此需要有可靠及准确的可用于感兴趣的任何光频的现场波长的参考。这特别适用于实作现代的高密度分波多路复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，“DWDM”)的光纤网络的许多光学设备，例如光谱分析器(optical spectrum analyzers，“OSA”)、光通道监视器(“optical channel monitors，“OCM”)、波散测量(dispersion measurement，“DM”)工具等等。
不幸的是，在场(field)条件下的板正源(calibration sources)并非可用于在该场位置的所有感兴趣的波长带(wavelength bands)。事实上，可用的校正源经常不会落于特定频带(band)的有限范围内，而该特定频带目前被识别用作场中的测量。一般而言，也缺乏光谱分析器和具有宽波长范围与可利用及受益于该法布里—珀罗干涉仪的特定优点的参考系统。
因此，仍然有需要保留宽频与频间(inter-band)多波长参考的系统，特别是使用在宽波长及延伸波长范围的光波长测量的法布里—珀罗干涉仪的此种系统。更特别需要存在有可传送波长参考的准确波长参考，该波长参考通过现有的波长参考源提供给感兴趣的不同波长范围。
有鉴于商业竞争压力日益增加，消费者期待日益提高，以及对于市场中有意义的产品差异化的机会日益减小，找出这些问题的答案日益紧要。此外，节省成本、改善效益及迎合此种竞争压力的需要日益增加，增添了找出这些问题的答案的关键需要的更大的迫切性。
长期以来已在寻找这些问题的解决方案，但先前开发尚未教示或提示任何解决方案，这些问题的解决方案已长期困惑在此技术领域中具有通常技艺者。
发明内容
本发明提供一种具有可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(opticalfilter)的波长测量或监视系统。使用至少一个已知的光源来校正及关联由该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器所扫描的个别波长带(wavelength band)。利用至少一个波长参考来校正该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器的至少一个波长带。当该波长参考不位在通过该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器所识别用于测量的波长带中时，将该波长参考传送至被识别用于测量的波长带。未知的光信号透过该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器来扫描。指定于该未知的光信号中的波长。
本发明的某些实施例除了或代替上述这些实施例之外，尚具有其它态样。这些态样于参照附图时通过阅读以下详细的说明对在此技术领域具有通常技艺者将会是显而易见的。
附图说明
图1为可用于描述法布里—珀罗滤波仪的传输轮廓的艾瑞函数(Airy function)的图；
图2为利用及展示本发明的实施例的全频光谱分析仪的光电路示意图；
图3为用于波长测量系统的校正设定的光电路示意图；
图4为绘制使用于远端位置或“场(field)”位置的波长测量系统的示意图；
图5为没有传送波长参考信息的波长测量系统的波长准确性的图；
图6为具有传送波长参考信息的波长测量系统的波长准确性的图；以及
图7为根据本发明的实施例用于光谱分析的系统流程图。
具体实施方式
于以下的说明中，将给予多个特定的细节以提供本发明的完整了解。然而，很明显的，可实行本发明而不需这些特定的细节。为求避免模糊本发明，一些已知的电路及系统配置并未详细揭露。同样地，显示该装置的实施例的图式为半图表式的且非按比例绘制的，尤其，某些尺寸为了清晰呈现起见而于图中夸大显示。除此之外，其中多个实施例揭露及描述具有共同叙述的某些特征(为了清晰及容易说明起见)，与另一特征类似或相同的特征将会习惯地以相同的的元件符号描述。
经发现可利用法布里—珀罗(“FP”)滤波器扫描实质上大于该法布里—珀罗滤波器本身的自由频谱范围(free spectrum range，“FSR”)的宽波长范围，同时维持够窄的频宽(bandwidth，“BW”)，因而维持极佳的频谱解析度(spectral resolution)。
根据本发明，揭露有用于光波长测量的器件及方法。详而言之，已发现并揭露准确波长参考系统通过将现有波长参考源为一个波长范围或频带所提供的波长参考准确地传送至另一个感兴趣的波长范围或频带，以不预期地达成显著延伸波长范围。本发明尤其与提供用于光波长扫描及利用法布里—珀罗干涉仪(“FPIs”)的光谱分析器件的宽频及频间波长参考的系统有关。
在宽波长范围的波长感测应用中，可调谐的无镜片光纤法布里—珀罗干涉仪(“FFPI”)的高解析度提供明显的优势，并且允许感测到皮米(picometer，“pm”)等级。除此之外，该全光纤法布里—珀罗干涉仪还具有非常高的场中(in-field)可靠性记录的机械韧性。于适当的温度补偿时，该全光纤法布里—珀罗干涉仪操作在非常宽的温度范围，并具有最小的插入耗损(insertion loss)及调整电压变化。
用作为扫描干涉仪的全光纤法布里—珀罗干涉仪于使用压电转换器(piezo-electric transducer，“PZT”)致动器(actuators)来调整该光纤法布里—珀罗干涉仪的多通(multi-pass)双镜面光共振腔(cavity)时能感应极小的波长变动。然而，使用这些干涉仪用于在反射布拉格光纤光栅(fiber Bragg gratings，“FBG”)中测量波长变动的早期作业缺乏适当的长期稳定性的波长参考。一般用压电转换致动器来调整该法布里—珀罗干涉仪会呈现动态的非线性，该动态的非线性通过非线性长度相依电压及非线性长度相依具有温度的电压磁滞现象(hysteresis)所产生。因此，为完全使用可调谐的法布里—珀罗干涉仪(不论是镜片或全光纤法布里—珀罗干涉仪)作为光谱校正干涉仪，需要实行某种即时多波长参考技术。
布拉格光纤光栅可在单一波长附近产生窄频回应(通过反射窄频峰值或通过传送具有窄频凹陷(notch)或干(bole)的该照射的频谱)。低细致度固定共振腔法布里—珀罗干涉仪(镜片或全光纤无镜片)可用作为校正可调谐的光纤法布里—珀罗干涉仪的准确的波长参考以一并增加波长测量的准确性及长期稳定性。虽然法布里—珀罗干涉仪产生多个、非常准确间隔的波长(例如，一串峰值(a comb of peaks))，然而符合使用作为波长参考所产生的问题在所产生的多个波长峰值中一直需要准确地识别给定的个别峰值。因此，在作为波长参考的固定共振腔的法布里—珀罗干涉仪的应用中，一直缺少识别该串法布里—珀罗干涉仪输出峰值的特定的齿(teeth)。
此外，虽然基于法布里—珀罗干涉仪的现有的波长参考方法产生多个、准确间隔波长(例如，一串峰值)，然而其使用所产生的问题就是这些方法提供的有效的波长参考所在的波长范围被与该干涉仪一起使用的该参考光源的频宽及电力所限制。正常来说，此种宽频光源的频宽一般为几十个纳米(nanometers)。因此，所产生的波长参考范围也从几十个纳米延伸到或许些微超过一百纳米，其乃取决于该频带被校正的范围而定。在许多应用中，此种有限的参考光源范围被太过限制了，因为这些应用需要非常宽的宽频波长参考。
现有波长参考方法的另一个问题为这些方法需要输入信号的波长落在用于校正参考的宽频光源的波长带中。然而，为数不少的应用环境中并没有此种可用于该环境中感兴趣的波长带的宽频光源。在其它情况中，即使适合的宽频光源对感兴趣的频带为可用的，但由于与/或来自于测量环境的干涉，也不可能使用该特定的宽频光源。
一些现有的波长参考方法的又一问题在于，由于从参考校正切换至实际信号测量需要时间，因此在以该参考信号校正与测量该实际(标的)信号间会有时间间隔。虽然此时间间隔或许是短暂的，但在某些应用中该时间间隔还是太长而无法提供准确即时的波长参考。某些应用需要同时执行该波长参考及该实际信号测量。因此，也有需要新的及改良的系统用以执行波长参考。
如本文所教示及揭露者，已发现了一种系统，该系统提供用于识别与测量光学器件放射的波长的宽频与频间多波长参考。该系统仅使用单一法布里—珀罗干涉仪，且需要用于一个波长带的单一当前(at-hand)(场)校正参考，以及用于其它波长带的一次桌上型(bench-top)波长标准，以完成此种宽频及频间多波长测量。于一个范围内的目前即时的波长范围校正设定，以及用于其它波长范围的一个或多个预先校正(预先存在)的波长参考设定使通过目前波长参考设定所提供的波长参考信息能够传送到其它波长范围，而不需要于那些其它范围用到个别的法布里—珀罗干涉仪。
在一个实施例中，该目前波长参考可以是例如用于1460nm到1650nm的波长范围。本发明的系统则不预期地提供用于立即传送并且延伸该波长参考至其它波长范围，例如，举例来说1270nm到1460nm的波长范围。
有关于使用于该全宽频与频间多波长测量的单一法布里—珀罗干涉仪，已发现通过利用单一可调谐的法布里—珀罗滤波器可实行具有380nm或更多的波长扫描范围的全频光谱分析器(optical spectrumanalyzer，“OSA”)。在一个实施例中，该法布里—珀罗滤波器具有大约180nm的自由光谱范围(FSR)以及介于1460nm与1650nm间低于80皮米(pm)的3-db频宽。在另一波长区域(大约1260nm至1470nm)，该自由光谱范围略为较小。然后使用良好定义的带通滤波器(band passfilters，“BPF”)来致能该法布里—珀罗滤波器的多个光级数(opticalorders)以扫描非常宽波长范围(例如1260nm至1640nm)，该波长范围涵盖整个电信通信(telecommunication)波长带(例如，频带O、E、S、C以及L)。取决于该带通滤波器的隔离，不同频带间的光信号隔离可大于45db。在此实施例中，以法布里—珀罗滤波器为基础的光谱分析器然后具有比该法布里—珀罗滤波器的自由光谱范围更大的波长扫描范围。
兹参考图1，其中为显示用来描述法布里—珀罗滤波器的传送轮廓的艾瑞函数(Airy Function)A(λ)图100：
A ( λ ) = I 0 1 + ( 2 F π sin 2 πnL λ ) 2 , - - - ( 1 )
其中：I0为该峰值传送光强度，
F为该法布里—珀罗滤波器的细致度，而
λ为该光波的波长。
以下的方程式建立采用该法布里—珀罗滤波器的该法布里—珀罗干涉仪的共振频率fm：
f m = c 2 Ln m - - - ( 2 )
该模间隔(mode spacing)定义为该法布里—珀罗干涉仪的自由光谱范围102，以该光波的频率f来看，其自由光谱范围102为：
FSR ( f ) = c 2 Ln - - - ( 3 )
该法布里—珀罗干涉仪的频宽定义为半高全宽(full width at halfmaximum，“FWHM”)。该法布里—珀罗干涉仪的频宽通过以下的方程式(Hz)定义：
BW = 1 - r r c 2 πnL - - - ( 4 )
其中：r为该滤波器镜面的反射系数，
c为光在真空中的速度，
n为媒介在该滤波器共振腔内的折射率，而
L为该滤波器的共振腔的长度
将该频宽关联该模间隔，例如，该自由光谱范围(FSR)102，产生该细致度F：
F = FSR BW = π r 1 - r - - - ( 5 )
请参阅图2，其中为显示实行本发明的实施例及使用如可调谐的法布里—珀罗滤波器(tunable Fabry-Perot filter，TFPF)202的可调谐的光学滤波器的全频光谱分析器200的光电路示意图。用于该全频光谱分析器200的可调谐的法布里—珀罗滤波器202的共振腔长度习知通过压电转换器(图中未显示)所驱动，该压电转换器乃通过控制器/分析器206经由适合的数位至模拟转换器(digital-to-analog converter，“DAC”)所控制。
该全频光谱分析器200含有波长参考臂208，该波长参考臂208具有光源210及其中所定义的滤波器212。该光源210为该控制器/分析器206透过驱动器214所控制的宽频发光二极管(LED)(例如其中心位在1550nm附近)。该滤波器212包括固定共振腔(fixed cavity)长度的法布里—珀罗干涉仪216，该共振腔法布里—珀罗干涉仪216具有大约100GHz(800皮米)的自由光谱范围及大约80皮米的频宽。该固定共振腔长度的法布里—珀罗干涉仪216结合具有1nm频宽的布拉格光纤光栅218以阻挡其大约1550nm的共振峰值的其中一者。具有该固定共振腔长度216该布拉格光纤光栅218的该波长参考臂208与因而构成具有皮米准确度的波长参考系统。热敏电阻(thermistor)220提供有关于该滤波器212的温度校正信息给控制器/分析器206。
如所示，该固定共振腔长度的法布里—珀罗干涉仪216具有如100GHz的固定自由光谱范围的固定共振腔长度的法布里—珀罗干涉仪。该布拉格光纤光栅218的频宽略大于该固定共振长度的法布里-珀罗干涉仪216的共振峰值的频宽。该布拉格光纤光栅218具有预先定义的凹陷位置以阻挡该固定共振腔长度的法布里—珀罗干涉仪216的共振峰值的其中一者。该LED光源210、该固定共振长度的法布里—珀罗干涉仪216、以及该布拉格光纤光栅218的此种组合于是能够提供精确的波长参考，且对于1460nm至1650nm间的波长范围该波长参考的准确性为小于的1皮米。
全频光谱分析器200也含有光侦测臂222，该光侦测臂222具有可调谐的法布里-珀罗滤波器202及其中所定义的数位至模拟转换器电路204。除此之外，该光侦测臂222还具有带通滤波器(BPF)224、226、以及228、三向分歧器(three-way splitter)230、侦测器232、234、以及236、以及如其中定义有模拟至数位转换器(“ADC”)238的电路。该带通滤波器228及该侦测器232定义第一侦测通道240，例如电信频带(telecom band)O。该带通滤波器226及该侦测器234定义第二侦测通道242，例如电信频带E。该带通滤波器224及该侦测器236定义第三侦测通道244，例如电信频带S、C、以及L(“S-C-L”)。
该第一、第二、第三侦测通道240、242、244的输出均分别连接至模拟至数位转换器238，该数位至模拟转换器238处理该输出成为数位形式，且发送该个别的数据至该控制器/分析器206。该光侦测臂222因此被设定用以扫描大于该可调谐的法布里—珀罗滤波器202的自由光谱范围102的整个波长范围，且该侦测通道240、242、以及244被设定用以同时及分别侦测通过该可调谐的法布里—珀罗滤波器202所扫描及过滤的波长的个别的多个光级数。
对输入端246提供未知的光信号(例如分波多路复用(wavelength-division-multiplexing，“WDM”)信号)用于该全频光谱分析器200，该输入端246被连接至光开关248。在该全频光谱分析器200扫描来自于该输入端246的未知的分波多路复用信号前，该光开关248设定给该波长参考臂208，而该波长参考臂208被设定以提供波长参考及校正信息至可调谐的法布里—珀罗滤波器202。然后扫描该波长参考及校正信息并且将该结果储存于该控制器/分析器206。
然后设定该光开关248以连接至输入端246上的未知的分波多路复用信号，并且该可调谐的法布里—珀罗滤波器202再度扫描(这次为来自于该输入端246的未知分波多路复用信号)且过滤穿越其中的未知的光信号。然后如下所述分析从该第一、第二、以及第三侦测通道240、242、以及244所产生的输出以提供来自该输入端246的未知分波多路复用信号的全频谱分析(在输出端250)。
为了侦测如所述的三个电信频带，在一个实施例中的带通滤波器224、226、以及228具有以下的值：
带通滤波器224：通过至1457nm至1650nm，阻挡其它波长；
带通滤波器226：通过至1345nm至1490nm，阻挡其它波长；
带通滤波器228：通过至1260nm至1378nm，阻挡其它波长。
此产生及定义出1260nm至1378nm的波长侦测范围用于该第一侦测通道240，1345nm至1490nm的波长侦测范围用于该第二侦测通道242，以及1457nm至1650nm的波长侦测范围用于该第三侦测通道244。
成对的相邻带通滤波器的通过频带(passing bands)因此具有某些重叠，例如10nm至30nm宽的重叠。然而，虽然经发现此重叠为有益的，但该重叠不应如此宽以致无法区别来自不同光级数的信号。
如在全频光谱分析器中的应用范例，本发明提供准确以及完整用于波长侦测及测量的宽频与频间多波长干涉仪为基础的参考。因为本发明赋予非常宽及非常准确的波长参考而能根据本发明的波长测量系统的范围内的任何地方的任何单一场校正参考，且因为本发明的参考系统仅需要单一法布里—珀罗滤波器用于该系统的整个范围，本发明为特别有益的。
本发明的波长测量系统(例如，图3的波长测量系统310)使用两部份的校正程序。第一校正程序于实验室(或类似的地点)中执行，其中适当、已知、以及一般可调谐的宽频校正光资源(例如图3的第一与第二激光302与304)在该实验验室中为可取得的。该程序在该数位至模拟转换器电路204(图2)值与同时侦测到的该法布里—珀罗干涉仪(例如图2中该光谱分析器200内的可调谐的法布里—珀罗滤波器202)的各数个光命令的对应的波长值间建立一对一关联关系。这些关联关系(其为校正并直接关联该可调谐的光学滤波器所扫描的波长的个别的多个光级数)可在长时间及各种使用与场条件(例如，各种温度、电源供应电压等)下可靠地运用。此外，这些频内(intra-band)及频间校正及关联关系的精确性意指该可调谐的光学滤波器所扫描的波长的个别的多个光级数具有被已知光源校正及关联过的特征。
在一个实施例中，该关联关系记录于交叉参考表中，而该交叉参考表储存于波长测量系统中。然后，通过之后参考此表，而能判定(对于任何给定的数位至模拟转换器值)例如在该第一侦测通道240(图2)所侦测到的波长会是什么，在该第二侦测通道242(图2)所侦测到的波长会是什么，以及在该第三侦测通道244(图2)所侦测到的波长会是什么。同样地，通过知道在该侦测通道的其中一者内所侦测到的波长，该表将揭露对应的数位至模拟转换器值以及对应的波长，其中该对应的波长将于其它侦测通道内被侦测用于该数位至模拟转换器值或设定。在一个实施例中，此关联关系交叉参考表被称为“校正-映射表”。(请看图3的校正-映射表322)
第二校正程序对目前手边特定操作及环境条件的校正-映射表产生调整。在场的情况中，需要适应例如温度差异、电压差异、湿度差异等(不同于在最初校正期间存在的情况)。值得注意的是(本发明的未预期且重要的发现)，在该校正-映射表中的相对波长值彼此间维持稳定且在此种场条件下保持其一对一的关联关系。举例来说，若在该第一侦测通道240的波长的数位至模拟转换器值由于环境改变而飘移某些量，则在其它两个侦测通道的对应的波长的数位至模拟转换器值将对第一级数飘移相同的量。连同该映射表，为了对其它波长带维持类似的波长准确性，此信息为非常需要的，此信息不被现场现有的波长参考所涵盖，例如在本例子中用于1460nm至1650nm范围的信息。
然而，场条件可产生数位至模拟转换器补偿，然后使得该数位至模拟转换器值将对应于不同组的对应波长。因此，在正要使用该波长测量系统之前执行场校正。已意外发现能以当时可取得的任何校正参考源而可靠地执行场校正，即使，受限于仅有窄波长范围，或极端地，仅有单一校正参考线，只要场校正参考光源落于该波长测量系统的范围内。
因此，通过使用可用的场校正参考源，然后建立该数位至模拟转换器点与该可用的来源参考波长间的目前、即时的关系，且在一个实施例中，储存至第二表中。在该第二表中的值建立该最初校正映射表与目前实际场数位至模拟转换器以及该波长系统的有关场波长值间的关联关系和交叉对照。当然，很明显的，该可用的校正参考源越宽，该第二表所提供的关联关系会越准确。在一个实施例中，此第二，关联交叉参考表被称为“动态映射表”(请参阅图3的动态映射表324)。
最后，在一个实施例中，然后可对该场校正光源参考波长所落入的侦测通道(例如该第一、第二、或第三侦测通道240、242、或244)中的每一波长计算与产生该数位至模拟转换器值的调整或补偿。在一个实施例中，此补偿的第三表被称为“动态补偿表”。(请看图3的动态补偿表326)
为了对未知的波长扫描，则根据该动态补偿表中的值调整该所侦测(未知的)波长所获得的数位至模拟转换器值，产生被扫描的波长的高准确测量。执行此调整及补偿过程无关乎发现侦测到波长的侦测通道，因为已发现该补偿值对该波长测量系统的所有侦测通道及波长带为有效的。因此请注意，该结果即来自该场校正参考源的校正已准确传送至该波长测量系统的所有频带及侦测通道。值得注意且同样有意义的是，通过利用在细致度及其效能没有耗损或妥协的仅有单一的法布里—珀罗干涉仪而提供本发明的延伸操作范围及高准确度。
请参阅图3，其中为显示一次桌上型校正设定300的光电路示意图。为了说明本发明的多用途，该校正设定300通过使用与以上所讨论者不同的侦测通道及波长值来描述。当在该频带没有可用的场校正源时，所说明的将会是在该频带O与E的未知波长信号的准确测量，而仅有1460nm至1650nm的波长区域为可用的。
该校正设定300包括第一激光302、第二激光304、2×2耦合器306、波长计308、根据本发明的实施例的波长测量系统310、以及处理器或电脑312。该第一与第二激光302及304为已知的可调谐的光源。该第一与第二激光302与304的输出透过该2×2耦合器306而耦合至该波长计308(用以准确监测该第一与第二激光302与304)以及耦合至该波长测量系统310。IEEE 488通用接口总线(general purpose interfacebusses，“GPIB”)314、316、与318、以及乙太网络总线(Ethernet bus)320分别连结该第一与第二激光302与304、该波长计308以及该波长测量系统310至该电脑312，该电脑312可编程以控制校正操作，以及记录来自该波长测量系统310(本身通常也记录测量数据)的测量数据。该波长测量系统310包括现场波长参考及多个光侦测通道(如图2所显示)、校正映射表322、动态映射表324、以及动态补偿表326。
在此范例中，对该最初(例如，实验室)校正而言，该第一激光302设定在该频带O与E于1270nm，且该第二激光304对应地设定在该频带S、C、以及L于1460nm。这些设定值均使用该波长计308来校正。然后该第一与第二激光302与304的输出通过该2×2耦合器306耦合一起，并且送至该波长测量系统310中。然后通过该波长测量系统310执行扫描，且用于该第一与第二激光302与304的激光线的数位至模拟转换器电路204(图2)的对应点分别通过用于该频带O的侦测器232(图2)以及用于该频带S-C-L的侦测器236(图2)所记录，并且储存于该校正-映射表322中。
该最初校正通过将第一激光302设定在该频带O与E 1274nm、将第二激光304设定在该频带S、C、以及L 1464nm，且透过该2×2耦合器306将这些电射的输出耦合在一起，并且将该输出送进该波长测量系统310而持续进行(再一次说明，这些设定值使用该波长计308校正)。通过该波长测量系统310再一次执行扫描，并且用于该第一与第二激光302与304的激光线的数位至模拟转换器电路204的对应点分别为用于该O频带的侦测器232与用于S-C-L频带的侦测器236所记录，并且储存在该校正-对应表232中。
该过程随着该激光302与304以此种方式增量(incremented)而持续进行，直到该第一激光302已扫过1270nm至1460nm，且该第二激光304已同时扫过1460nm至1650nm。此产生在该O与E频带区域内的波长以及在该S-C-L频带区域内的波长间的立即的一对一关系，将建立好的一对一关系储存至该校正-映射表322。
根据此揭露，在此技术领域具有通常技艺者将会更清晰明了，在建立好该校正-映射表232后，然后能从一个频带传送波长参考至另一频带。因此，例如落于1460nm至1650nm波长带内且提供给1460nm至1650nm波长带的波长参考可被逻辑关联(亦即，映射至)，从而被传送并且作为与用于1270nm到1460nm的波长带一样好的准确波长参考。用于1460nm至1650nm的波长带的波长参考凭借该数位至模拟转换器电路204的各对应点的个别的频带的个别波长间的一对一关系，从而通过本发明有效地传送到1270nm至1460nm波长带。
为了更详细陈述此范例，在该O与E频带区域中的一个或多个未知信号透过该输入端246输入(如以下关于图4所描述者)该波长测量系统310。然后，为了执行这些未知信号的任何即时的测量，该现有或可用的S-C-L频带波长参考光谱对该S-C-L频带区域首先扫描。在该数位至模拟转换器电路204点与该S-C-L频带的波长间建立立即关系(例如1460nm、1464nm、1650nm等)，并且储存至该动态映射表324。然后，对该S-C-L频带内的每一波长计算出该校正-映射表322与该动态映射表324间的数位至模拟转换器电路204读数差异(readingdifference)，并且储存至该动态补偿表326。
然后，透过该可调谐的法布里—珀罗滤波器202对来自于该输入端246(在该O与E频带区域)的未知信号执行扫描，并且获得对应的数位至模拟转换器电路204读数。在扣除如该动态补偿表326所描述的对应飘移点后，透过该校正-映射表322来推论该对应于各测量过的数位至模拟转换器电路204值的确切波长位置，从而指定该未知信号中的确切波长。
因此，本发明的波长测量系统310利用至少一个场可用(field-available)的波长参考及校正源(可不在被识别用来测量的波长带中)，以在测量被识别用来测量的波长带内的光源前校正该全频带光谱分析器200的可调谐的法布里—珀罗滤波器202的至少一个波长带。然后，当该场参考及校正源不在于被识别用来测量的波长带内时，该波长测量系统310传送该波长参考至被识别用来测量的波长带。
通过上述，该波长测量系统310包括用以执行及控制许多功能及其操作的电路将变得清楚。此电路主要包括控制器/分析器206(图2)，连同该波长测量系统310的各种其它电路元件例如，举例来说，该模拟至数位转换器238(图2)、该校正至映射表322、该动态映射表324、该动态补偿表326、以及如上所述的其它操作性相关元件。这些电路元件将根据所遭遇到的操作条件所需来使用。在一些例子中，例如当需要从一个波长带传送波长参考至另一波长带时，这些电路元件可能都有使用。在其它例子中，可使用较少的这些电路元件。因为(在一个实施例中)所有的这些功能可在该控制器/分析器206的全面控制下，该控制器/分析器206能据以提供及整合：i)用于利用至少一个波长参考以校正该可调谐的光学滤波器的至少一个波长带的控制电路；ii)当波长参考不在由该可调谐的光学滤波器识别用来测量的波长带内时，用于传送该波长参考至被识别用来测量的波长带的电路；iii)用于透过该可调谐的光学滤波器控制未知光信号的扫描的电路；以及iv)用于在未知光信号中指定波长的电路。
请参阅图4，其中为显示使用于远端或“场”位置(远离该精确校正资源，例如该第一与第二激光302与304(图3))的波长测量系统310的示意图400。替代地，在测量及/或分析未知信号404之前，本地(local)的校正参考402为可用的并用于校正波长测量系统310。
在操作中，起初光开关406将光信号从该本地校正参考402传递至该波长测量系统310，其中该用于本地条件的校正如上所述执行(例如，该动态映射表324与该动态补偿表326的增生)。然后设定该光开关406以透过该输入端246传递未知信号404至波长测量系统310用于分析，再一次如上所述，不需要本地校正参考402与未知信号404在相同的波长带内。如上所述，有利的是当该信号不在相同的频带时，本发明准确地传送该本地校正参考402至该未知信号404的波长带。
请参阅图5，其中为显示绘制该波长测量系统310的波长准确性(“WL Dev”)的图500。所显示的为当该未知的波长为仅根据该信号的数位至模拟转换器电路204读数来计算，而没有通过用于该1460nm至1650nm波长区域的现有现场波长参考设定所传送的波长参考信息时，用于该1270nm到1460nm的O与E频带区域波长范围的波长准确性。该图显示正负几百皮米至数纳米的波长准确性。
相反地，请参阅图6，其中为显示该波长参考已如上所述从该S-C-L频带区域传送至该O与E频带区域时而绘制本发明的全频光谱分析器波长测量系统310的波长准确性的图600。在所传送的O与E频带区域1270nm至1460nm波长范围中，该波长准确性为大约±40.0皮米，其非常接近在该S-C-L频带区域1460nm至1650nm范围内的波长准确性(例如，±30皮米)。比较图600与图500(图5)因而清楚证明了该可用的(场)波长参考的成功频间传送(根据本发明)，并且证实本发明的有效性及高波长准确性。应该注意，若在未来使用另一方法而更进一步增加该S-C-L频带内的波长准确性，则在该O与E及其它频带内也会因而改善波长准确性。
请参阅图7，其中为根据本发明的实施例显示波长测量或监视系统700的流程图。该波长测量或监视系统700包括在方块702中提供可调谐的法布里—珀罗光学滤波器；在方块704中，使用至少一个已知光源以校正及关联通过该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器所扫描的个别波长带；于方块706中，使用至少一个波长参考以校正该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器的至少一个波长带；于方块708中，当该波长参考不在由该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器所识别用以测量的波长带时，传送该波长参考至识别用以测量的波长带；于方块710中，透过该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器扫描未知的光信号；于方块712中，在该未知的光信号中指定该波长。
经发现，本发明因此具有数个态样。
本发明主要提供波长测量及监视系统，其使用及受益自法布里—珀罗干涉仪的特定优点而具有宽波长范围。
本发明的同样或更大的重要性及价值在于提供用于宽频及频间多波长参考的相关系统。
本发明的重要态样因此提供波长测量及监视系统；其使用用于宽波长及延伸波长范围的光波长测量的高精确及高准确性法布里—珀罗干涉仪。
本发明的另一态样提供此种宽波长及延伸波长范围波长测量及监视系统，该系统可利用场-可用的参考及可不在被识别用来测量的波长带内的校正源。
本发明的特定态样因而可准确传送波长参考，该波长参考通过现有的波长参考源提供至感兴趣的不同波长范围。
本发明的另一重要态样有价值地支持且为降低成本、简化系统、以及增加效能的历史趋势服务。
本发明的这些及其它有价值的态样因此促进科技的状态到至少下一个层次。
因此，已发现本发明的波长测量系统提供用于光谱分析及所提供的宽频与频间多波长参考的重要与迄今未知与无法利用的解决方案、性能、以及功能优点。所产生的系统为明确、有成本效益、不复杂、高度广泛性以及有效率的，可通过适合已知的技术来实行，并且因此立即适用于有效及节省制造与操作高效能的波长测量系统。
尽管本发明已结合特定最佳模式来描述，但应该了解许多替代、修改及变化对根据先前说明的在此技术领域具有通常知识者将会显而易见。因此，包含所有此种替代、修改、及变化均会落于所附加的权利要求书的范畴内。本文至目前为止所提或显示于附图中的所有事项将以例示或无限制的意义诠释。

Claims (10)

1.一种波长测量或监视系统(700)，包括：
提供(702)可调谐的法布里—珀罗(Fabry-Perot)光学滤波器(202)；
使用(704)至少一个已知光源(302，304)以校正与关联由该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)所扫描的个别的波长频带(240，242，244)；
利用(706)至少一个波长参考(208，402)以校正该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)的至少一个波长频带(240，242，244)；
当该波长参考(208，402)不在由该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)所识别用来测量的波长频带(240，242，244)内时，传送(708)该波长参考(208，402)至被识别用来测量的波长频带(240，242，244)；
透过该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)扫描(710)未知的光信号(404)；以及
指定(712)在该未知的光信号(404)中的波长。
2.如权利要求1所述的系统(700)，其中，提供(702)可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)进一步包括：提供单一法布里—珀罗光学滤波器(202)。
3.如权利要求1所述的系统(700)，其中，使用(704)至少一个已知光源(302，304)以校正与关联由该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)所扫描的个别的波长频带(240，242，244)进一步包括：同时耦合(306)第一与第二激光(302，304)的输出至波长计(308)以及至该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)。
4.如权利要求1所述的系统(700)，进一步包括：
提供校正-映射表(322)；
提供动态映射表(324)；以及
提供动态补偿表(326)。
5.如权利要求1所述的系统(700)，其中，提供(702)可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)进一步包括：提供设定用于扫描至少从大致1260nm至大致1640nm的波长范围的可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)。
6.一种波长测量或监视系统，包括：
可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)；
通过具有由至少一个已知光源(302，304)所校正与关联的特征的该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)所扫描的这些波长频带(240，242，244)；
用于利用至少一个波长参考(208，402)以校正该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)的至少一个波长频带(240，242，244)的控制电路(206)；
用于该波长参考(208，402)不在由该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)所识别用来测量的波长频带(240，242，244)内时传送该波长参考(208，402)至被识别用来测量的波长频带(240，242，244)的电路(206)；
用于透过该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)控制未知的光信号(404)的扫描的电路(206)；以及
用于指定在该未知的光信号(404)中的波长的电路(206)。
7.如权利要求6所述的系统，其中，该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)进一步包括：单一法布里—珀罗光学滤波器(202)。
8.如权利要求6所述的系统，进一步包括：
波长计(308)；以及
具有同时耦合(306)至该波长计(308)与该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)的输出的第一与第二激光(302，304)。
9.如权利要求6所述的系统，进一步包括：
校正-映射表(322)；
动态映射表(324)；以及
动态补偿表(326)。
10.如权利要求6所述的系统，其中，该可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)进一步包括设定用于扫描至少从大致1260nm至大致1640nm的波长范围的可调谐的法布里—珀罗光学滤波器(202)。
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