CN105493359B - 热锁定器 - Google Patents

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Abstract

一种组件包括用于动态地将光束的频率锁定到设置频率的标准具组件，该标准具组件位于输出光束的激光源组件外部。标准具组件包括接收光束并且经干涉效应产生透射光束的标准具，标准具具有比标准具的自由光谱范围的一半大的热调谐范围。标准具组件还包括安装到标准具的标准具加热器，从而使得该标准具加热器被配置为调整标准具的温度。该组件包括控制器，该控制器被配置为基于设置频率检索校准数据，使用热调谐算法和校准数据计算标准具的设置温度，并且控制标准具加热器以使得标准具具有等于计算的设置温度的温度。

Description

热锁定器
技术领域
本公开一般地涉及控制激光源的频率的领域，并且具体地讲，涉及使用热锁定器组件允许将激光源的频率动态锁定到频率网格(frequency grid)内的任何频率。
背景技术
在光纤通信信道中，通常使用密集波分复用(DWDM)经单个光纤传送多个光学信号。对于DWDM应用，这些光学信号中的每个光学信号被调谐到与特定信道对应的不同频率。使用频率网格(例如，ITU-T G.694.1)定义信道。
由激光源产生的光学信号的频率通常经波长锁定机构被“锁定到”它们各自的网格位置。在这些实例中，每个波长锁定机构被校准以将激光源锁定到频率网格上的特定频率。另外，使这些波长锁定机构通常热稳定，从而不发生可使波长锁定机构从所述特定频率失谐的温度变化。因此，目前的波长锁定机构缺乏灵活性，因为它们不能动态地将激光源的光学输出锁定到不同频率，包括非网格频率(即，不与频率网格上的信道关联的频率)。
发明内容
在一个实施例中，一种组件包括用于动态地将光束的频率锁定到设置频率的标准具组件，该标准具组件位于输出光束的激光源组件外部。标准具组件包括接收光束并且经干涉效应产生透射光束的标准具，该标准具具有比标准具的自由光谱范围的一半大的热调谐范围。标准具组件还包括安装到标准具的标准具加热器，使得该标准具加热器被配置为调整标准具的温度。该组件包括控制器，该控制器被配置为：基于设置频率检索校准数据，使用热调谐算法和校准数据计算标准具的设置温度，并且控制标准具加热器以使得标准具具有等于计算的设置温度的温度。
在另一实施例中，一种用于控制标准具组件的计算机实现的方法包括接收设置频率。基于设置频率检索校准数据。使用热调谐算法和校准数据计算标准具的设置温度，其中标准具的热调谐范围大于标准具的自由光谱范围的一半。该标准具组件被控制为使得标准具具有等于计算的设置温度的温度以动态地将光束的频率锁定到设置频率。
在还另一实施例中，一种组件包括激光源组件、重定向组件、参考检测器、标准具组件、透射检测器和控制器。激光源组件产生处于初始频率的输出光束，其中初始频率取决于一个或多个激光参数。重定向组件将输出光束分割成参考光束和重定向光束。参考检测器监测参考光束，产生与参考光束的光强成比例的参考信号。标准具组件包括接收重定向光束并且经干涉效应产生透射光束的标准具，并且透射光束取决于标准具的温度。标准具组件还包括调整标准具的温度的标准具加热器。透射检测器监测透射光束，产生与透射光束的光强成比例的透射信号。控制器被配置为根据所述一个或多个激光参数设置控制激光源组件，从而使得初始频率处于设置频率或处于设置频率附近。控制器还被配置为确定与设置频率对应的标准具温度，并且控制标准具加热器从而使得标准具处于确定的温度。控制器还被配置为使用参考信号和透射信号计算锁定比，并且调整所述一个或多个激光参数中的一个或多个，直至锁定比对应于针对设置频率的校准的锁定比。
附图说明
图1是根据实施例的热锁定器系统的方框图。
图2是根据实施例的来自图1中使用的热锁定器系统的调谐组件。
图3A示出根据实施例的图1中使用的重定向组件的顶视图。
图3B示出根据实施例的图1中使用的重定向组件的侧视图。
图3C示出根据实施例的图1中使用的重定向组件的等距图。
图4A示出根据实施例的图1中使用的标准具组件的顶视图。
图4B示出根据实施例的图1中使用的标准具组件的侧视图。
图4C示出根据实施例的图1中使用的标准具组件的等距图。
图5是描述根据实施例的热锁定器系统的一般热锁定器特性的曲线图。
图6图示根据实施例的用于使用热锁定器系统的控制器调谐标准具组件的过程的一个实施例的流程图。
图7是描述根据实施例的包括校准点的热锁定器系统的一般热锁定器特性的曲线图。
图8是描述根据实施例的针对不同热调谐算法的锁定误差的曲线图。
图9图示根据实施例的用于使用热锁定器系统的控制器设置由热锁定器系统产生的光束的频率的过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
仅作为说明，附图和下面的描述描述了某些实施例。本领域技术人员将会容易地从下面的描述意识到，可在不脱离这里描述的原理的情况下采用这里说明的结构和方法的替代实施例。现在将详细参照几个实施例，其例子被图示在附图中。要注意的是，在可实践的任何地方，类似或相似的附图标记可被用于附图中并且可指示类似或相似功能。
图1是根据实施例的热锁定器系统100的方框图。热锁定器系统100包括调谐组件105和控制器110。热锁定器系统100根据来自控制器110的指令产生光束，该光束被锁定到特定频率(即，设置频率)。另外，该光束的设置频率可被动态地调整，从而使得光学辐射的光束被锁定到跨频带的不同频率值。频带可以是例如传统波长窗口，称为覆盖1.53-1.57 μm (191083-196078 GHz)的C频带、覆盖1.565-1.625 μm (184615-191693 GHz)的L频带等。热锁定器系统100能够动态地将它的输出光束锁定到用户选择的频率(例如，设置频率)。另外，频率可以是网格频率或非网格频率。网格频率与频率网格的特定信道关联，非网格频率不与频率网格上的信道关联。
调谐组件105包括激光源组件115、子支架120、温度调节器125、准直器130、重定向组件135、标准具组件140、参考检测器145、透射检测器150和子支架温度检测器155。
激光源组件115以特定频率产生光学辐射的一个或多个输出光束(例如，向前光束116和向后光束118)。向前光束116可被提供给外部组件(例如，发射器)。向后光束118由热组件系统100使用以识别向前光束116的频率并且确保它保持锁定到特定频率。在替代实施例中，向前光束116以及光束分割元件可由热组件系统100使用以识别向前光束116的频率。
为了产生（一个或多个）输出光束，激光源组件115包括一个或多个激光芯片(例如，激光二极管)。另外，一个或多个激光芯片可由多个部分构成。例如，激光源组件115可包含由多个部分构成的单片激光芯片。各个部分是激光芯片的不同部分，例如增益介质、调谐、相位、放大器等。可选择所述一个或多个激光芯片来产生可用于特定应用的光学辐射的频率。例如，对于一些电信应用，由所述一个或多个激光芯片产生的光学辐射的频率可跨C频带分布。激光源组件115被耦合到控制器110。光束116和118的频率取决于所述一个或多个激光芯片的温度和从控制器110接收的每个芯片(例如，激光芯片和/或一个或多个芯片部分)中驱动电流的量。
子支架120包括一个或多个板。调谐组件105的部件(即，激光源组件115、准直器130、重定向组件135、标准具组件140、参考检测器145、透射检测器150、子支架温度检测器155和温度调节器125)被安装到所述一个或多个板。所述一个或多个板提供机械稳定性并且可辅助一个或多个部件的热管理。另外，所述板中的一个或多个板是导热的。在这个实施例中，至少激光源组件115被安装到导热板。在一些实施例中，标准具组件140可被安装在隔热板上。导热板可由稳定的导热材料(例如，氮化铝)构成，并且隔热板可由稳定的隔热材料构成。在一个实施例中，激光源组件115、准直器130、重定向组件135、标准具组件140、参考检测器145、透射检测器150、子支架温度检测器155被安装在子支架120的一个表面上，并且温度调节器125被安装到子支架120的相对表面。
温度调节器125包括一个或多个温度调节装置。温度调节装置可被用于冷却和/或加热子支架120的一部分或全部以便调节安装到子支架120的导热部分的一个或多个部件的温度。温度调节装置可以是例如电热冷却器。温度调节器125被耦合到控制器110以从控制器110接收信号，该信号使温度调节器125冷却和/或加热子支架120的一部分或全部。
子支架温度检测器155监测子支架120的温度并且产生对应于子支架的温度的对应输出信号。在一个实施例中，子支架120的温度指示安装到子支架120的导热部分的一个或多个部件。例如，子支架120的温度可指示安装到子支架120的导热部分的激光源组件115的温度。另外，可在校准期间计及激光源组件115的测量温度和实际温度的任何偏移。子支架温度检测器155可以是例如热敏电阻、涂覆偶等。子支架温度检测器155被耦合到控制器110以提供指示子支架120的温度的信号。
准直器130包括一个或多个光学元件。所述一个或多个光学元件被用于准直向后光束118，产生准直光束132。所述一个或多个光学元件可包括一个或多个非球面和/或球面透镜，所述一个或多个非球面和/或球面透镜被设计为按照使波前畸变最小化的方式准直光束。
重定向组件135将准直光束132分割成参考光束136和重定向光束138。在一个实施例中，重定向组件135包括偏振分束器，该偏振分束器将准直光束132分割成参考光束136和重定向光束138。另外，在一些实施例中，重定向组件135还可被配置为相对于子支架120沿垂直方向使重定向光束138从参考光束136偏移(即，潜望镜配置)。潜望镜配置帮助减小调谐组件105的形状因数，因为它减少在子支架120上使用的空间的量。另外，在一些实施例中，重定向组件135可包括：偏振器，位于准直光束132入射的重定向组件135的表面上；和四分之一波片，位于相对表面上。以下参照图2讨论偏振器和四分之一波片的功能。
标准具组件140接收重定向光束138并且经干涉效应产生透射光束142。标准具组件140包括标准具160、标准具加热器165和标准具温度检测器170。
标准具160是干涉测量元件，其从重定向光束138产生周期性输出(即，透射光束142)，使得透射光束142随着激光的频率和标准具160的温度而改变。标准具160具有进入表面(第一表面)和离开表面(第二表面)。标准具可由玻璃、一个或多个晶体或它们的某种组合构成。在一个实施例中，离开表面与进入表面相对，其中这两个表面以高几何公差制备以便产生精确光学腔。另外，在一些实施例中，进入表面和/或离开表面可被以光学方式涂覆。腔内的相长和相消干涉或谐振的条件由干涉级以及具有折射率、厚度和入射光束角度参数的元件的光程长度(OPL)定义。透射光束142能够由透射最大值(即，谐振峰)的位置和宽度定义。更具体地讲，从一个峰到下一个峰的频率差异被称为自由光谱范围(FSR)，并且峰的宽度被称为标准具等强干涉束有效数（Etalon Finesse），该标准具等强干涉束有效数主要取决于两个表面的涂层反射率的选择。标准具160的温度改变会改变以元件热光系数(dn/dT)为特征的元件的折射率和以腔的热膨胀系数(α)为特征的腔的厚度两者。所导致的光程长度(OPL)的改变会改变谐振峰的位置，从而在透射光束142内提供随着温度的频移(dυ/dT)。
通常，用于标准具160的材料应该具有良好的机械性质(例如，稳定并且容易加工)；具有高频率改变/温度改变()，但并不高到足以产生控制灵敏度问题；并且具有高热导率(κ)以跨标准具160产生均匀热分布。例如，标准具160可由稳定材料构成，该材料具有处于范围(2至4 GHz/C)内的和超过10W/m.K的κ。在一些实施例中，标准具160可由单一钇铝石榴石(“YAG”)晶体构成。YAG具有大约2.2 GHz/C的和大约1412.9 Wm-1K-1的κ。相比之下，硅对温度的改变太敏感(大约8.8 GHz/C的)，使得它需要严格的温度控制。并且，蓝宝石在具有类似温度灵敏度(大约2.23 2.2 GHz/C的)时由于它的硬度而非常难以机加工至需要的精度。
在一些实施例中，标准具160可由护罩部分地覆盖。护罩被用于保持跨标准具160的温度均匀性。护罩可以是单片结构，或者可由多个零件构成。另外，在一些实施例中，可在标准具160和护罩之间、在护罩的零件之间或它们某种组合存在一个或多个气隙。护罩由导热材料构成并且被安装到标准具加热器165。护罩可由例如稳定的导热材料(例如，氮化铝、复合陶瓷、铜或某种或多种其它金属等)构成。
标准具加热器165加热标准具组件140。标准具加热器165包括导热安装表面，标准具160、护罩和标准具温度检测器170被安装到该导热安装表面。标准具加热器165可以是例如电热冷却器、电阻加热器等。标准具加热器165的最大温度取决于标准具160的材料组成。例如，对于由YAG构成的标准具160，标准具加热器165可被配置为将标准具160加热到大约78ºC的最大温度。相比之下，对于熔融硅石，标准具加热器165将会必须被配置为达到95.8ºC的最大温度，这将是不实际的。另外，标准具加热器165的响应时间和精度取决于标准具160的壳体设计和材料组成。例如，对于对温度改变非常敏感(即，高)的材料，标准具加热器165在控制精度以及补偿外部影响这两个方面在保持特定温度方面具有更严格的要求。标准具加热器165被耦合到控制器110以从控制器110接收信号，该信号使标准具加热器165加热和/或冷却到特定温度。
在一些实施例中，标准具组件140包括隔热体，该隔热体被安装到与导热安装表面相对的表面。隔热体由隔热材料构成并且被用于把标准具160的温度与子支架120隔离。该隔热体可由隔热陶瓷、玻璃或某种其它材料稳定隔热材料构成。另外，在一些实施例中，可在标准具加热器165的各部分和隔热体之间存在一个或多个气隙。气隙的位置和尺寸被确定为促进标准具组件140的高效和一致的热管理。
标准具温度检测器170监测标准具加热器165的温度并且产生对应输出信号。标准具温度检测器170可以是例如热敏电阻、热电偶等。在一个实施例中，标准具温度检测器170被安装到标准具加热器165。在其它实施例中，标准具温度检测器170可被安装到标准具160、护罩或标准具组件140的某个其它部分。标准具温度检测器170被耦合到控制器110以提供指示标准具160的温度的信号。在标准具温度检测器170被安装到除标准具160之外的部件的实施例中，可在校准期间计及标准具160的测量温度和实际温度的任何偏移。
参考检测器145和透射检测器150测量入射光学辐射的强度。检测器145和150是光电二极管(例如，p-i-n二极管)。参考检测器145监测参考光束136并且产生对应输出信号RxMon。透射检测器150监测重定向光束138并且产生对应输出信号TxMon。RxMon和TxMon的信号强度分别与参考光束136和重定向光束138的光强成比例。参考检测器145和透射检测器150被耦合到控制器110以向控制器110分别提供输出信号RxMon和TxMon。
控制器110被配置为控制调谐组件105，使得以特定频率(例如，设置频率)输出向前光束116和向后光束118。设置频率是从激光源组件115输出的光束116的期望频率。控制器110包括一个或多个存储器175以及一个或多个处理器180。在一些实施例中，控制器110由耦合在一起的多个子控制器构成。其中每个子控制器控制组件100的不同方面。例如，能够存在针对标准具加热器165和温度调节器125的分开的子控制器。
控制器110被配置为使用所述一个或多个处理器180监测来自标准具温度检测器170、子支架温度检测器155、参考检测器145和透射检测器150的信号。来自标准具温度检测器170的信号指示标准具160的温度。来自子支架温度检测器155的信号指示激光源组件115的温度。并且如以上所讨论的，来自参考检测器145和透射检测器150的信号分别是RxMon和TxMon。
控制器110被配置为使用所述一个或多个处理器180驱动激光源组件115、温度调节器125、标准具加热器165以获得向前光束116和向后光束118的期望频率。以下参照图5-9详细地描述这些功能。另外，控制器110可被配置为并且偏置参考检测器145和透射检测器150。
控制器110包括一个或多个查找表，所述一个或多个查找表例如被存储在存储器175中并且由控制器110使用以调整调谐组件105从而产生向前光束116和向后光束118并且将向前光束116和向后光束118锁定在特定频率。查找表包括激光源组件数据，该激光源组件数据将提供给激光源组件115的驱动电流和来自子支架温度检测器155的测量温度的组合映射到向前光束116和向后光束118的估计输出频率。
所述一个或多个查找表还包括校准数据和一个或多个热调谐算法，所述校准数据和一个或多个热调谐算法可由控制器110使用以将标准具160的温度调整到与设置频率对应的设置温度。所述一个或多个查找表可包括针对对应频率值的校准的锁定比值和标准具温度值。锁定比是频率、标准具温度、子支架温度和壳体温度的函数。另外，可在校准期间计及子支架温度和壳体温度的相关性。因此，锁定比可通常被视为频率和标准具温度的函数。在一个实施例中，锁定比(LR)可被定义为：
(1)
方程(1)是在特定标准具温度和频率处透射光束142的强度除以参考光束136的强度的度量。替代地，锁定比可被以其它方式定义，例如，被定义为光束之间的强度差除以光束总数。
针对特定设置频率和标准具温度的校准的锁定比被称为锁定比设置点。锁定比设置点具有特定频率值(即，设置频率)和对应标准具响应值。在一些实施例中，针对发生的标准具响应值校准锁定比设置点，从而使得锁定比设置点按照等间隔与Tnom响应曲线交叉(例如参见图5)。该间隔可以是例如自由光谱范围(FSR)除以2。在一些实施例中，该间隔可以是50 GHz。另外，在一些实施例中，锁定比设置点的校准值具有使针对频率改变的标准具响应最大化的标准具响应值。在锁定比设置点被按照某种其它间隔定位的实施例中，这导致关于校准点的标准具温度的不对称需求。并且因为标准具的操作温度极值可被限制，所以这将可能意味着选择针对校准的替代标称温度。
如以下详细讨论的，控制器110被配置为计算锁定比，并且将它与锁定比设置点进行比较以确定向后光束118和向前光束116的频率是否已从设置频率移动。控制器110被配置为调整所述一个或多个激光芯片的温度和/或提供给所述一个或多个激光芯片的驱动电流以使向后光束118和向前光束116的光束频率移回至设置频率。
图2是根据实施例的图1中使用的来自热锁定器系统100的调谐组件105。激光源组件105包括激光芯片205，激光芯片205产生向前光束116和向后光束118。在这个实施例中，激光芯片205被安装到导热分隔器210。向后光束118经准直器130被准直以产生准直光束132。
准直光束132入射在光束重定向组件135上。在这个实施例中，光束重定向组件135包括偏振器215、修改的偏振分束器220和四分之一波片225。偏振器215是沿着X轴定向的线性偏振器，因此沿着X轴使准直光束132偏振以产生偏振光束。偏振光束随后入射在第一反射表面230上。第一反射表面230被配置为将偏振光束的一部分的方向改变90度，从而使得反射部分沿Y方向传播。另外，第一表面230被涂覆以朝着四分之一波片225透射偏振光束的一部分。例如，该涂覆可使得偏振光束的大约70%被反射并且大约30%被透射。由第一反射表面230透射的偏振光束的部分经四分之一波片225旋转45度以形成参考光束136。参考光束136随后入射在参考检测器145上。
由第一反射表面230反射的偏振光束的部分随后入射在第二反射表面235上。第二反射表面235被涂覆有这样的材料：该材料使沿着X轴定向的偏振光束的分量的反射最大化并且使沿与X轴正交的方向偏振的偏振光束的分量的透射最大化。第二反射表面235被配置为沿平行于子支架120的方向(例如， Z方向)使偏振光束重定向并且设置重定向光束138和参考光束136之间的垂直偏移。用于提供重定向光束138和参考光束136之间的垂直偏移的第一反射表面230和第二反射表面235的这种配置是潜望镜配置。潜望镜配置减小在子支架120上安装部件所需的面积，并且因此可减小调谐系统105的形状因数和/或占地。由第二反射表面235反射的偏振光束的部分随后经四分之一波片225旋转45度以形成重定向光束138。
在这个实施例中，标准具组件140包括标准具160、护罩250、标准具加热器165、标准具温度检测器170和隔热体255。重定向光束138入射在标准具160的第一表面240上。第一表面240被高度抛光并且平行于也被高度抛光的标准具160的第二表面245，从而产生所需的光学腔。另外，在一些实施例中，第一表面240和第二表面245两者都具有一个或多个反射涂层。标准具160从重定向光束138产生透射光束142，使得透射光束142随由激光源组件115产生的（一个或多个）输出光束的频率和标准具160的温度而变化。透射光束142入射在透射检测器150上。
透射光束142取决于由激光源组件115产生的（一个或多个）输出光束的频率和标准具的温度。如以上所讨论的，标准具温度的改变的改变导致谐振峰的位置的改变，从而在透射光束142内提供随着温度的频移(dυ/dT)。
在这个实施例中，护罩250包围标准具160的各部分，同时露出第一表面240和第二表面245。护罩250导热并且帮助保持跨标准具160的均匀温度分布。隔热体255操作为使标准具组件140与子支架120和温度调节器125的温度隔离。
要注意的是，重定向光束138的某个部分可被从第一表面240、参考检测器145、透射检测器150或它们的某种组合反射，从而使得它沿着光束路径向回传播，这称为背反射。背反射可使得在激光源组件115的输出中产生不期望的噪声分量。偏振器215和四分之一波片225的功能组合操作以防止来自标准具组件140的背反射向回耦合到激光芯片205中。背反射由四分之一波片225旋转另外的45度，因此，背反射沿着Y方向被偏振，并且偏振器215阻挡背反射，因为背反射与偏振器的取向(即，X方向)正交。另外，在一些实施例中，调谐组件105的一个或多个部件可倾斜，使得任何背反射或其它反射不沿着光束路径向回传播。例如，标准具组件140、参考检测器145、透射检测器150等可倾斜以使背反射沿着光束路径向回传播的机会最小化。另外，在一些实施例中，可存在用于捕捉任何背反射或其它反射的一个或多个挡板(未示出)。
图3A-3C图示重定向组件135的不同视图。图3A图示根据实施例的图1中使用的重定向组件的顶视图。图3B图示根据实施例的图1中使用的重定向组件135的侧视图。图3C图示根据实施例的图1中使用的重定向组件135的等距图。
图4A-4C图示标准具组件140的不同视图。图4A图示根据实施例的图1中使用的标准具组件140的顶视图。在这个实施例中，护罩250和标准具160相对于Z轴稍微倾斜以减少背反射。图3B图示根据实施例的图1中使用的标准具组件140的侧视图。从这个视角，清楚的是，标准具组件140还包括隔热体255，隔热体255包括气隙315，气隙315使隔热体225的一部分与标准具加热器165部分地分离。图3C图示根据实施例的图1中使用的标准具组件140的等距图。
标准具组件的热调谐
图5是描述根据实施例的热锁定器系统100的一般热锁定器特性的曲线图500。曲线图500包括针对校准温度(Tnom)的标准具响应505、在最大温度(Tmax)处的标准具响应510和在最小温度(Tmin)处的标准具响应515。标准具响应轴是标准具的透射特性的度量。可通过在标准具温度被固定到特定值(例如，Tnom、Tmax和Tmin)时在频域中将透射光束142标准化并且标绘透射光束142来确定透射特性。可通过将透射光束142除以未穿过标准具160的激光源组件115的输出光束(例如，参考光束136、向前光束116等)来将透射光束142标准化。曲线图500将标准具自由光谱范围(FSR)图示为标准具响应510的两个最大值之间的间距。可发生全网格热锁定，因为热调谐范围(TTR)大于FSR/2。热调谐范围是当标准具温度从Tmin到Tmax的范围变化时标准具响应的改变。
图6图示根据实施例的用于使用热锁定器系统100的控制器110调谐标准具组件140的过程600的一个实施例的流程图。在其它实施例中，其它实体可执行该过程的一些或全部步骤。同样地，实施例可包括不同和/或另外的步骤，或按照不同次序执行步骤。
在这个实施例中，控制器110从用户接收605设置频率。在替代实施例中，控制器110从装置接收设置频率。
控制器110使用设置频率检索610校准数据。校准数据包括校准点和与校准点关联的校准温度(Tnom)。组件系统100在校准温度(Tnom)保持针对不同频率的多个校准点。可直接从查找表读取校准数据点，和/或在一些实施例中，从查找/校准点的有限集合计算/内插校准数据点。校准点分布在感兴趣的频带(例如，C频带)上。为了简单，频带能够被视为被划分成片段，校准点位于每个片段内。例如，如果频带覆盖4800 GHz并且标准具160的热调谐范围是50 GHz，则96个或更多个片段确保覆盖全部频带。
在这些实施例中的一些实施例中，校准点落在每个片段内。在一些实施例中，校准点集中在每个片段内。在其它实施例中，多个校准点可位于每个片段内。另外，在一些实施例中，可从其它片段推断校准点。控制器110检索与设置频率最近的校准点。在一些实施例中，校准温度是落在标准具160的热调谐范围内的温度。在一些实施例中，校准温度是与标准具160的热调谐范围的中心对应的温度。例如，校准温度可以是65ºC。
控制器110使用热调谐算法和检索的校准数据计算615标准具160的设置温度。在一个实施例中，热调谐算法可以是：
(2)
其中dυ/dT是随着温度的标准具频率改变，是在校准温度Tnom测量的频率，Tj是标准具160的温度，并且是设置频率。跨该频带存在“i”个校准点，并且“j”是±0、1、…… n，其中通过标准具温度检测器170的分辨率来确定n。
方程(2)是固定校正，然而，它不考虑随温度的标准具频率改变的频率相关性。因此，在一些实施例中，可使用频率校正热调谐算法，具体地讲：
(3)
(4)
其中能够是频率的线性或非线性函数，例如线性函数，其中m和c是常数。方程(3)被校正频率，然而，它不考虑来自由标准具温度检测器170测量的温度和标准具160的实际温度的温度偏移。替代地，在一些实施例中，可使用频率和温度校正热调谐算法，具体地讲：
(5)
其中δ是温度偏移校正因子。温度偏移校正因子指示标准具160的实际温度和标准具温度检测器170的温度之间的偏移，该偏移随着与校准温度的温度偏差而缩放。可在校准期间获得温度偏移校正因子。另外，在一些实施例中，热调谐算法可包括用于补偿其它环境因素的另外的校正项。例如，子支架120的温度、包围调谐组件105的壳体的温度、老化等。
控制器110控制620标准具组件，从而使得标准具160具有等于计算的设置温度的温度。控制器110调整标准具加热器165，直至标准具温度检测器170将监测的温度指示为设置温度。控制器110可经例如比例-积分-微分(PID)算法将标准具160的温度保持在设置温度。
在某个点，用户可能想要将设置频率改变为不同频率值。例如，用户可能希望将热锁定器系统100锁定到不同频率。控制器110接收625不同设置频率值，并且然后基于该不同设置频率继续步骤610-620。因此，热锁定器系统100能够动态地将它的输出光束锁定到用户选择的频率。另外，该频率可以是网格频率或非网格频率。
图7是描述根据实施例的包括校准点的热锁定器系统100的一般热锁定器特性的曲线图700。曲线图700包括针对校准温度(Tnom)的标准具响应505、在最大温度(Tmax)处的标准具响应510和在最小温度(Tmin)处的标准具响应515。曲线图700描述标准具响应505上的三个校准点，具体地讲，、、。如以上所讨论的，参照图6，为了将标准具160调谐到设置频率，控制器110选择与设置频率最近的校准点，并且然后调整标准具160的温度，以使标准具响应曲线510移至设置位置，该设置位置对应于位于设置频率的向后光束116和向前光束118。为了将响应曲线调谐至较高频率，控制器110减小标准具160的温度，并且为了将响应曲线调谐至较低频率，控制器110增加标准具160的温度。
图8是描述根据实施例的不同热调谐算法的锁定误差的曲线图800。具体地讲，曲线图800图示当使用不同调谐算法时如何使锁定误差最小化。如以上所讨论的，方程5考虑到温度偏移并且针对频率被校正。相比之下，方程2是固定校正，并且方程3在被频率校正时不校正温度偏移。标准化锁定器误差是光束的实际频率和经标准具160指示的光束频率之间的误差。
热锁定器系统的操作
图9图示根据实施例的用于使用热锁定器系统100的控制器110设置由热锁定器系统100产生的光束的频率的过程900的一个实施例的流程图。在其它实施例中，其它实体可执行该过程的一些或全部步骤。同样地，实施例可包括不同和/或另外的步骤，或按照不同次序执行这些步骤。
控制器110接收905针对将要由激光源组件115产生的光束的设置频率。设置频率是从激光源组件115输出的光束116的期望频率。例如，用户可提供194,000 GHz的设置频率或对应波长1.546 μm。
控制器110基于设置频率确定910激光源组件数据和标准具的设置温度。控制器110能够根据一个或多个查找表确定激光源组件数据。检索到的激光源组件数据包括针对激光源组件115内的一个或多个激光芯片和/或各部分的驱动电流设置和激光芯片的初始温度值，其组合对应于设置频率。使用以上参照图6描述的过程确定标准具的设置温度。
控制器110随后基于激光源组件数据将驱动电流提供915给激光源组件115中的一个或多个激光芯片。激光源组件随后以初始频率产生一个或多个输出光束，例如向后光束118和向前光束116。
控制器110基于激光源组件数据将激光源组件115的温度调整920到初始温度。控制器110基于检索的数据向温度调节器125发送用于加热或冷却子支架120的信号。控制器110使用从子支架温度检测器155接收的信号确定子支架120，并且因此，所述一个或多个激光芯片，何时达到初始温度。在一个实施例中，控制器110经比例-积分-微分(PID)算法将所述一个或多个激光芯片的温度保持在初始温度或由控制器110确定的某个其它温度。要注意的是，在替代实施例中，控制器110可与步骤920中的激光源组件的加热共同或在步骤920中的激光源组件的加热之前将驱动电流提供915给激光源组件115中的一个或多个激光芯片。
控制器110将标准具的温度调整925到设置温度。控制器110向标准具加热器165发送用于加热或冷却标准具160的信号。控制器110使用从标准具温度检测器170接收的信号确定标准具160达到设置温度。在一个实施例中，控制器110经PID算法将标准具160的温度保持在设置温度。
控制器110基于设置频率和设置温度确定930锁定比设置点。在一些实施例中，控制器110从一个或多个查找表检索锁定比设置点。另外，在一些实施例中，可从校准点的有限集合计算/内插锁定比设置点。控制器110使用分别从参考检测器145和透射检测器150接收的参考信号(RxMon)和透射信号(TxMon)计算935锁定比。
所述一个或多个输出光束的初始频率在理想情况下与设置频率相同，然而，可能在初始和/或在热锁定器系统100的操作期间的某个时间存在相对于设置频率的某种非预期偏差。使用标准具组件140识别相对于设置频率的任何非预期偏差，并且通过调整提供给激光源组件115的驱动电流和/或调整激光源组件115的温度来校正该偏差。
控制器110确定940计算的锁定比是否对应于锁定比设置点。如果锁定比设置点不与计算的锁定比重叠，则控制器110调整945一个或多个激光参数以改变计算的锁定比，从而使得它再一次与锁定比设置点重叠。在所述一个或多个激光芯片的温度和所述一个或多个输出光束的频率之间存在相反关系。控制器110可经温度调节器125调整所述一个或多个激光芯片的温度和/或调整提供给所述一个或多个激光芯片的驱动电流。所述一个或多个激光芯片的驱动电流和/或温度的增加导致所述一个或多个输出光束的频率的减小。类似地，所述一个或多个激光芯片的驱动电流和/或温度的减小导致所述一个或多个输出光束的频率的增加。如果计算的锁定比和锁定比设置点对应，则输出光束处于设置频率。因此，所述一个或多个激光参数可被调整以使计算的锁定比与锁定比设置点重叠。在某个点，用户可能想要将设置频率改变到不同频率值。例如，用户可能希望将热锁定器系统100锁定到不同频率。控制器110确定是否接收到950不同设置频率。如果控制器110接收到不同设置频率，则该过程流程使用该不同设置频率移至步骤910。否则，该过程流程移至步骤940。
另外的配置考虑
已出于说明的目的呈现了实施例的前面的描述；它不意图是穷举的或者将本公开限制于所公开的精确形式。相关领域技术人员能够理解，根据以上公开可实现许多修改和变化。
可仅利用一个或多个硬件或软件模块或利用一个或多个硬件或软件模块结合其它装置执行或实现这里描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括计算机可读介质的计算机程序产品实现软件模块，该计算机可读介质包含计算机程序代码，该计算机程序代码能够由计算机处理器执行以执行描述的任何或全部步骤、操作或过程。
实施例还可涉及一种用于执行这里的操作的设备。可出于需要的目的而专门构造这种设备，和/或该设备可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算装置。这种计算机程序可被存储在可被耦合到计算机系统总线的非临时性有形计算机可读存储介质或适合存储电子指令的任何类型的介质中。另外，在说明书中提及的任何计算系统可包括单个处理器，或者可以是为了增加的计算能力而采用多处理器设计的架构。
另外，已主要出于可读性和教学目的而选择在说明书中使用的语言，并且不可为了描绘或限制发明主题而选择在说明书中使用的语言。因此，实施例的范围不意图由这种详细描述限制，而是由基于本文在申请时提出的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图说明，而非限制在下面的权利要求中阐述的本公开的范围。
最后，在权利要求中，对单数元件的提及并不意图表示“一个并仅有一个”(除非明确地指出)，而是意图表示“一个或多个”。另外，装置或方法不必为了被权利要求包括而解决可由本发明的不同实施例解决的每个问题。

Claims (19)

1.一种组件，包括：
由单个标准具构成的标准具组件，用于动态地将光束的频率锁定到设置频率，所述设置频率选自被划分成频率网格的频带内的多个设置频率，并且所述多个频率包括与信道相关联的网格频率和不与信道相关联的非网格频率，所述标准具组件位于输出所述光束的激光源组件外部，所述标准具组件包括：
标准具，接收光束并且经干涉效应产生透射光束，其中透射光束是取决于标准具的温度的周期性函数，并且标准具的热调谐范围大于标准具的自由光谱范围的一半，以及
标准具加热器，安装到标准具，使得标准具加热器被配置为调整标准具的温度；和
控制器，被配置为：
基于所述设置频率检索校准数据，其中所述控制器进一步被配置为：
定位多个校准点中的与设置频率最近的校准点，其中所述多个校准点跨被划分成片段的频带分布，每个片段具有至少与标准具的热调谐范围一样大的带宽，并且至少一个校准点位于每个片段内，以及
检索定位到的校准点和关联的校准温度(Tnom)；以及
使用热调谐算法和所述校准数据计算标准具的设置温度，并且
控制标准具加热器，使得标准具具有等于计算的设置温度的温度。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述标准具具有范围2至4 GHz/ºC内的热光系数和大于10W/m.K的热导率。
3.如权利要求2所述的组件，其中所述标准具是钇铝石榴石的单晶。
4.如权利要求1所述的组件，其中所述标准具组件还包括导热护罩，所述导热护罩包围标准具的一部分并且与标准具加热器接触，并且所述护罩的形状被设计为向标准具提供均匀热分布。
5.如权利要求1所述的组件，其中所述标准具加热器是电阻加热器。
6.如权利要求5所述的组件，其中所述标准具组件还包括：
隔热体，被安装到标准具加热器的底部并且以隔离标准具加热器和子支架的方式被安装到子支架，所述子支架处于不同于标准具加热器的温度，隔热体包括在隔热体的一部分和标准具加热器之间的至少一个气隙。
7.一种方法，包括：
接收设置频率，所述设置频率选自被划分成频率网格的频带内的多个设置频率，并且所述多个频率包括与信道相关联的网格频率和不与信道相关联的非网格频率；
基于设置频率检索校准数据，其中基于设置频率检索校准数据包括：
定位多个校准点中的与设置频率最近的校准点，其中所述多个校准点跨被划分成片段的频带分布，每个片段具有至少与标准具的热调谐范围一样大的带宽，并且至少一个校准点位于每个片段内，以及
检索定位到的校准点和关联的校准温度(Tnom)；以及
使用热调谐算法和校准数据计算由单个标准具构成的标准具组件内的标准具的设置温度，其中标准具的热调谐范围大于标准具的自由光谱范围的一半；和
控制标准具组件，使得标准具具有等于计算的设置温度的温度以将光束的频率动态地锁定到设置频率。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述热调谐算法包括：
其中dυ/dT是随着温度的标准具频率改变，是校准点，Tj是标准具的温度，并且是设置频率。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述热调谐算法包括：
其中是频率，是频率的函数，是校准点，Tj是标准具的温度，并且是设置频率。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述热调谐算法包括：
其中是频率，是频率的函数，是校准点，Tj是标准具的温度，是设置频率，并且其中δ是温度偏移校正因子。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述频带是C频带。
12.一种组件，包括：
激光源组件，以初始频率产生输出光束，其中初始频率取决于一个或多个激光参数；
重定向组件，将输出光束分割成参考光束和重定向光束；
参考检测器，监测参考光束，产生与参考光束的光强成比例的参考信号；
标准具组件，包括：
标准具，接收重定向光束并且经干涉效应产生透射光束，标准具是单晶，并且透射光束取决于标准具的温度，和
标准具加热器，调整标准具的温度；和
透射检测器，监测透射光束，产生与透射光束的光强成比例的透射信号；和
控制器，被配置为：
根据所述一个或多个激光参数设置来控制激光源组件，使得初始频率位于设置频率处或位于设置频率附近，所述设置频率选自被划分成频率网格的频带内的多个设置频率，并且所述多个频率包括与信道相关联的网格频率和不与信道相关联的非网格频率，
确定与设置频率对应的标准具的温度，
控制标准具加热器，使得标准具处于确定的温度，
使用参考信号和透射信号计算锁定比，以及
调整所述一个或多个激光参数中的一个或多个，直至所述锁定比对应于针对设置频率的校准的锁定比。
13.如权利要求12所述的组件，其中所述标准具具有范围2至4 GHz/ºC内的热光系数和大于10W/m.K的热导率。
14.如权利要求13所述的组件，其中所述标准具是钇铝石榴石的单晶。
15.如权利要求12所述的组件，其中所述一个或多个激光参数包括用于激光源组件的驱动电流和激光源组件温度值。
16.如权利要求15所述的组件，还包括：
导热子支架，包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中所述激光源组件被安装到子支架的第一表面；和
温度调节器，被安装到子支架的第二表面，并且被配置为将子支架调整到激光源组件温度值。
17.如权利要求12所述的组件，其中所述控制器还被配置为：
接收不同于第一设置频率的第二设置频率；
根据所述一个或多个激光参数设置来控制激光源组件，使得所述初始频率位于所述不同设置频率处或位于所述不同设置频率附近；
确定与所述不同设置频率对应的标准具的第二温度；
控制标准具加热器，使得标准具处于第二温度；
使用参考信号和透射信号计算第二锁定比；以及
调整所述一个或多个激光参数中的一个或多个，直至锁定比对应于针对第二设置频率的校准的锁定比。
18.如权利要求12所述的组件，其中所述重定向组件包括：
第一反射表面，被配置为将输出光束的一部分的方向改变90度，使得它沿垂直方向传播，并且朝着参考监测器透射所述输出光束的剩余部分作为参考光束；和
第二反射表面，沿垂直方向从第一反射表面偏移，被配置为沿平行于输出光束并且从输出光束沿垂直方向偏移的方向使光束重定向以产生重定向光束。
19.如权利要求18所述的组件，其中所述重定向组件包括：
线性偏振器，放置为在输出光束入射在第一反射表面上之前使输出光束偏振；和
四分之一波片，放置为使重定向光束的偏振旋转45度并且使背反射旋转另外的45度，使得旋转的背反射与线性偏振器的定向正交。
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