CN107367801A - 使用多个反馈曲线以波长锁定光束的波长锁定器 - Google Patents

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Abstract

一种装置，可以包括第一光电探测器，其基于光束的光功率产生第一电流。所述光束可以包括分束器以将所述光束的一部分分为第一光束和第二光束。所述装置可以包括波长滤波器以滤波所述第一光束和所述第二光束。基于通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度，所述波长滤波器可以以不同的方式滤波所述第二光束和所述第一光束。所述装置可以包括第二光电探测器和第三光电探测器，以分别在所述波长滤波器之后接收所述第一光束和所述第二光束，并产生相应的第二电流。

Description

使用多个反馈曲线以波长锁定光束的波长锁定器
技术领域
本公开涉及激光系统和操作激光系统的方法。更具体地，本公开涉及用于进行激光发射器的波长锁定的方法和系统。
背景技术
光学装置(例如，发射机光学子组件(TOSA)、发射机/接收器光学子组件(TROSA)，等等)可以将电信号转换为光信号，以将信息传输到另一装置(例如接收器光学子组件(ROSA)、另一TROSA，等等)。在一些情况下，基于具有特定目标波长/频率的激光束来产生光信号。例如，在密集波分复用(DWDM)应用中，可以产生光信号以符合由国际电信联盟(ITU)ITU-C DWDM G.694.1网格规范认证的频率。通过以特定的频率产生光信号，光学装置简化了光信号的复用和解复用，并减少了具有类似波长的光信号之间的干扰和串扰。
发明内容
根据一些可能的实施方式，一种装置可以包括激光发射器，其基于待由所述装置测量的发射频率来产生被波长锁定到目标频率的激光束。所述装置可以包括第一光电探测器，其基于所述激光束的第一光功率来产生第一电流。所述激光束可以基于所述第一电流被波长锁定。所述装置可以包括分束器，以将所述激光束的一部分分为第一光束和第二光束。所述装置还可以包括标准具，其基于所述激光束的发射频率来滤波所述第一光束和所述第二光束。所述标准具可以具有针对所述第一光束和所述第二光束的不同的光路长度。基于所述标准具中的相应的光路长度，所述标准具可以将所述第一光束和所述第二光束分别滤波到第二光功率和第三光功率。所述装置可以包括第二光电探测器和第三光电探测器，以产生相应的第二电流。所述第二电流的选定电流可以用于波长锁定所述激光束。可以基于所述第二电流中的哪一个将提供对所述发射频率的更准确的测量，来选择所述选定电流。所述第二光电探测器和所述第三光电探测器可以分别基于所述第二光功率和所述第三光功率来产生相应的第二电流。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述第一光束和所述第二光束的相应的光路长度配置为在对应于所述第一光束的第一曲线和对应于所述第二光束的第二曲线之间引起频率偏移，所述第一曲线描述所述第二光功率、所述第一光束的光路长度、以及所述发射频率之间的关系，并且所述第二曲线描述所述第三光功率、所述第二光束的光路长度、以及所述发射频率之间的关系；并且其中，所述装置的控制器配置为基于对应于所述目标频率的点在所述第一曲线和所述第二曲线上的位置来选择所述选定电流。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述控制器配置为，当在所述点处，所述第一曲线的斜率比所述第二曲线的斜率更陡峭时，选择对应于所述第一光束的所述第二电流，并且其中，所述控制器配置为，当在所述点处，所述第二曲线的斜率比所述第一曲线的斜率更陡峭时，选择对应于所述第二光束的所述第二电流；并且其中，所述控制器配置为，基于所述选定电流与参考电流的比率，并且基于所述第一曲线和所述第二曲线中对应于所述选定电流的曲线，来确定所述发射频率。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述控制器配置为基于所述发射频率和所述目标频率之间的差异来产生反馈信号，以使所述激光发射器修正所述发射频率。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述标准具还包括涂层或图案化表面，以使得所述第一光束的光路长度不同于所述第二光束的光路长度。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述分束器包括走离分束器，以引起所述第一光束和所述第二光束之间的特定空间间距，所述特定空间间距使得所述第一光束或所述第二光束中的一个传输通过所述涂层或所述图案化表面。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述分束器包括楔形分束器，以引起所述第一光束和所述第二光束之间的角度间距，使得所述第一光束的光路长度不同于所述第二光束的光路长度。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述分束器包括：第一反射表面，部分地反射所述激光束以形成所述第一光束，并且将所述激光束部分地传递到第二反射表面，所述第二反射表面将所述激光束部分地传递到所述第一光电探测器，并且部分地反射所述激光束以形成所述第二光束。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述激光束的所述部分包括所述第一光束和所述第二光束；并且其中，所述分束器从所述标准具接收所述激光束的所述部分；并且其中，所述标准具还包括：部件，其配置为具有针对所述第一光束的第一折射率和针对所述第二光束的第二折射率，所述第一折射率不同于所述第二折射率。
根据一些可能的实施方式，一种装置可以包括第一光电探测器，以基于光束的光功率来产生第一电流。所述装置可以包括分束器，以将所述光束的一部分分为第一光束和第二光束。所述装置可以包括波长滤波器，以滤波所述第一光束和所述第二光束。基于通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度之间的差异，所述波长滤波器可以以不同的方式滤波所述第二光束和所述第一光束。所述装置可以包括第二光电探测器和第三光电探测器，其分别在所述波长滤波器之后接收所述第一光束和所述第二光束，以产生相应的第二电流。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述装置还包括控制器，所述控制器基于所述第二电流中的选定的一个、以及所述第一电流，来产生反馈信号。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述控制器配置为基于所述光束的目标频率来选择所述第二电流中的选定的一个。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述装置还包括：产生所述光束的发射器；并且其中，所述控制器配置为基于所述反馈信号来驱动所述发射器。
根据一些可能的实施方式，可选地，通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度之间的差异与以下中的至少一个相关联：与所述第二光束的光路相比，所述第一光束的光路的所述波长滤波器的厚度；与所述第二光束的光路相比，对所述第一光束的光路的所述波长滤波器的入射角；或者与所述第二光束的光路相比，所述第一光束的光路的所述波长滤波器的一部分的材料性质的差异。
根据一些可能的实施方式，可选地，通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度之间的差异与以下相关联：与所述第二光束的光路的反馈曲线相比，所述第一光束的光路的反馈曲线中的频率偏移。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述装置还包括：所述第一光束的光路的反馈曲线具有周期T；所述第二光束的光路的反馈曲线具有所述周期T；并且所述频率偏移在所述周期T的15％到35％之间。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述装置还包括发射器，所述发射器基于所述第二电流中的至少一个、以及所述第一电流，来产生所述光束。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述分束器是第一分束器；并且其中，所述光束的所述部分是第一部分；并且其中，所述装置还包括：第二分束器，分裂所述光束以形成所述光束的第一部分和第二部分，将所述光束的所述第二部分被提供到输出部件。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述装置还包括：部件，将所述光束的偏振状态改变为第一偏振状态和与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态的组合，所述第一光束，当由所述光束形成时，具有所述第一偏振状态，以及所述第二光束，当由所述光束形成时，具有所述第二偏振状态。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述波长滤波器包括波片，所述波片具有关于所述第一偏振状态的第一折射率和关于所述第二偏振状态的第二折射率，所述第一折射率不同于所述第二折射率。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述分束器在所述光束的所述部分被滤波之后形成所述第一光束和所述第二光束，所述分束器基于所述第一光束和所述第二光束的所述第一偏振状态和所述第二偏振状态来形成所述第一光束和所述第二光束。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述分束器是第一分束器；其中，所述光束的所述部分是所述光束的第一部分；并且其中，所述装置还包括第二分束器，所述第二分束器具有反射表面以部分地反射所述光束来形成所述光束的第一部分，并且部分地传递所述光束以形成所述光束的第二部分，以及所述第二分束器具有抗反射涂层，以将所述光束的第二部分传递到所述第一光电探测器，所述第一光电探测器基于所述光束的第二部分来产生所述第一电流。
根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括，基于产生激光束的发射频率，通过光学装置接收或产生被波长锁定到目标频率的激光束。所述方法可以包括，基于所述激光束的光功率，由所述光学装置确定参考值。所述方法可以包括，通过所述光学装置将所述激光束分裂成第一光束和第二光束。所述方法可以包括，通过所述光学装置，在波长滤波器中，对使用不同光路长度的所述第一光束和所述第二光束进行波长滤波。所述不同的光路长度可以使得所述波长滤波器以不同的方式滤波所述第一光束和所述第二光束。所述方法可以包括，通过所述光学装置确定对应于所述第一光束和所述第二光束的相应的传输值。所述方法可以包括，通过所述光学装置选择所述传输值中的一个作为选定的传输值。可以基于所述传输值中的哪一个将提供对所述发射频率的更准确的测量，来选择所述选定的传输值所述选定的传输值。所述方法可以包括，基于所述选定的传输值和所述参考值，通过所述光学装置确定所述发射频率。所述方法可以包括，基于所述发射频率和所述目标频率之间的差异，通过所述光学装置控制所述激光束的发射频率。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述光学装置存储描述第一曲线和第二曲线的信息，所述第一曲线标识所述发射频率、描述所述第一光束的传输值、以及所述第一光束的光路长度之间的关系，并且所述第二曲线标识所述发射频率、描述所述第二光束的传输值、以及所述第二光束的光路长度之间的关系；并且其中，选择所述传输值中的一个包括：确定所述目标频率是否与所述第一曲线上或所述第二曲线上的更陡峭的斜率相关联；基于所述目标频率是否与所述第一曲线上或所述第二曲线上的更陡峭的斜率相关联来选择所述选定的传输值，当所述目标频率与所述第一曲线上的更陡峭的斜率相关联时，描述所述第一光束的传输值被选择为所述选定的传输值，并且当所述目标频率与所述第二曲线上的更陡峭的斜率相关联时，描述所述第二光束的传输值被选择为所述选定的传输值。
根据一些可能的实施方式，可选地，所述第一曲线和所述第二曲线是具有特定周期的周期函数；并且其中，基于所述第一光束和所述第二光束的不同的光路长度，所述第一曲线相对于所述第二曲线位移所述特定周期的约15％到35％之间。
根据一些可能的实施方式，可选地，基于以下中的至少一个来引起所述不同的光路长度：所述第一光束的波长滤波器的厚度相对于所述第二光束的波长滤波器的厚度的差异，所述第一光束对波长滤波器的入射角相对于所述第二光束对波长滤波器的入射角的差异，或者关于所述第一光束的波长滤波器的折射率相对于关于所述第二光束的波长滤波器的折射率的差异。
附图说明
图1A-图1D是使用多个反馈曲线的波长锁定器的示例实施方式的图；
图2是用于波长锁定激光发射器的示例过程的流程图；
图3A是由使用单个反馈曲线的波长锁定器产生的描述激光束和激光束的波长的传输值和参考值之间的示例关系的曲线图；以及
图3B是由使用多个反馈曲线的波长锁定器产生的描述激光束和激光束的波长的传输值和参考值之间的示例关系的曲线图。
具体实施方式
下面的详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
光学子组件(例如TOSA、TROSA，等等)产生激光束，以经由使用光信道的光学连接来编码或调制以及发送信息。光学子组件可以包括激光发射器，例如激光芯片、可调谐激光二极管等，以产生激光束。激光发射器可以以特定的目标波长发射激光束，这简化了激光束的处理并减少了相邻光信道之间的干扰。在一些情况下，可以基于网格(例如，ITU-C DWDM网格)来选择目标波长，并且从而可以在光谱中均匀间隔，并且可以在为光学子组件设计波长锁定器时为人所知。在其他情况下，可以任意地选择目标波长(例如，不基于网格)，并且可以或可以不在光谱中均匀间隔，并且可以在为光学子组件设计波长锁定器时不为人所知。例如，可调谐频率激光发射器、可调谐TOSA、可调谐TROSA等允许在频率范围内调谐激光的目标频率。相应地，目标频率可以在设计波长锁定器时不为人所知。在实践中，由于制造公差、温度和湿度波动、不正确的校准、损坏，等等，由激光发射器发射的激光束(无论是否可调谐)有时会偏离目标波长。
光学子组件可以使用波长锁定器基于目标波长来波长锁定发射的激光束。波长锁定是将发射的激光束调整为匹配或近似地匹配目标波长的过程。波长锁定器可以包括波长滤波器、例如标准具、干涉仪、法布里-珀罗(Fabry-Perot)标准具、麦克尔逊(麦克尔逊)干涉仪、或者将发射的激光束波长滤波到窄范围的频率的其他结构。法布里—珀罗标准具包括两个基本上平行的部分反射表面，其在激光束中形成多光束干涉效应，使得基于激光束的波长来滤波激光束。激光束的滤波光功率与激光束的波长之间的关系可以通过周期函数来近似，例如周期艾里函数(periodic Airy function)。
根据通过标准具的光的光路，标准具可以具有不同的波长滤波效果。该路径上的光的波长能否以高能量或低能量传输取决于光的波长(λ)(在真空中)、光行进通过标准具(θ)的角度、标准具的厚度、以及反射表面(n)之间的材料的折射率。如本文所使用的，“光路”可以包括待由光束穿过的几何路径和/或光束将穿过的材料的折射率的影响。
简要参考图3A，绘制了反馈曲线，其基于滤波之前的激光束的光功率(即，参考值)与滤波之后的激光束的光功率(即，传输值)之间的比率。波长锁定器可以使用反馈曲线来估计激光束的观测波长(即，发射频率)。基于观测波长和目标波长之间的差异，波长锁定器可以产生反馈信号以控制产生的激光束的波长。激光束的滤波光功率和激光束的波长之间的关系可以通过周期函数来近似，例如周期艾里函数、包装洛伦兹分布(wrappedLorentzian distribution)、包装柯西分布(wrapped Cauchy distribution)，等等。
如从图3A可见，滤波光功率与微滤波光功率的比率可以比关于测量激光束的观测波长的其他比率更准确。例如，用于确定发射频率的计算可能包括不确定性。因此，基于陡峭斜率处的不确定性的范围比较浅斜率处的不确定性的等效范围包括较少的带宽，位于具有陡峭斜率处的反馈曲线中的点处(例如，图3A中的中值315)的比率可以比位于具有较浅斜率的反馈曲线中的点处的比率(例如，峰值325或‘盲’区或谷值320)给出波长(例如，发射频率)的更准确的估计。
为了减少波长估计的不确定性，当事者可以设计波长滤波器，使得反馈曲线的陡峭斜率与波长锁定器将锁定激光束的频率/波长相关联，同时避免反馈曲线的较浅斜率。这种设计可以使均匀间隔的目标波长与周期反馈曲线的陡峭斜率的区域直接对准。然而，改变正在使用的目标波长(即使对于网格固定频率，例如将网格间距从50GHz切换到25GHz)，或使用具有可配置波长的波长锁定器或者可调谐激光发射器，可以导致目标波长与反馈曲线的较浅斜率的区域(例如，关于图3A所描述的“盲点”)对准。如上所述，该关联降低了激光束的波长的相对应的测量的准确度和精确度。
本文所述的实施方式描述了一种波长锁定器，其使用多个反馈曲线来确定激光束的波长。多个反馈曲线可以位移，如将参考图3B所述。可以选择相应的反馈曲线之间的位移，使得可以由激光发射器输出的波长与一个或多个反馈曲线的陡峭部分相关联。作为一个示例，第一反馈曲线可以与第二反馈曲线具有相同的周期，但是可以相对于第二曲线频率偏移第一反馈曲线和第二反馈曲线的周期的约15％到35％。可以提供多于两个反馈曲线，其具有相同的频率，但是相对于彼此频率偏移。
当波长与反馈曲线的陡峭部分相关联时，波长值的估计比当波长与反馈曲线的较浅部分相关联时更准确和/或精确。波长锁定器或与波长锁定器相关联的控制器可以从多个反馈曲线中选择可能为激光束及其目标波长给出最佳波长估计的反馈曲线。
按照这种方式，波长锁定器可以改善波长锁定的精度和精度，并简化不均匀间隔的目标波长的波长测量。另外，波长锁定器可以激光束的不同波长，例如可调谐激光束，并且在一些情况下，具有通过波长滤波器的变化的光路的激光束，而无需配置或更换波长滤波器，这节约了实施波长锁定器的时间和成本。
如本文所使用的，对激光束的波长的参考是示例，并且在一些实施方式中，可以替换为对激光束的频率的参考。
图1A-图1D是使用多个反馈曲线来波长锁定激光束的波长锁定器100的示例实施方式。如图1A所示，在一些实施方式中，波长锁定器100包括激光发射器102、输入透镜104、隔离器106、分束器108、输出部件110、楔形分束器112、参考光电探测器114、标准具116、以及传输光电探测器118-1和118-2(在图1A-图1D中示出为“PDT”)。在一些实施方式中，波长锁定器100可以包括控制器(例如，控制器164)，这将结合图1D更详细地描述。
激光发射器102包括发射激光束的一个或多个装置。在一些实施方式中，激光发射器102包括可调谐激光发射器，其为发射具有可配置的发射频率的激光束的一个或多个装置。例如，激光发射器102包括固态激光器、气体激光器、纤维激光器、半导体激光二极管、半导体激光芯片，等等，其向输入透镜104和隔离器106发射激光束。在一些实施方式中，激光发射器102可以包括发射光信号(例如光束)的发射器，光信号可以是或可以不是激光束。输入透镜104可以包括柱面透镜、球面透镜、非球面透镜，等等，其对激光束进行准直。隔离器106包括光学隔离器(例如，法拉第隔离器等)，以减少激光从波长锁定器100的部件向激光发射器102的背射。
隔离器106可以基于法拉第效应将激光束偏振到特定的偏振状态(例如，从激光束的原始偏振状态旋转45度)。在一些实施方式中，隔离器106可以位于激光发射器102和输入透镜104之间。在一些实施方式中，波长锁定器100可以不包括隔离器106。
如进一步示出的，隔离器106可以将激光束发送到分束器108。分束器108包括能够分裂激光束以形成两个或更多个激光束的装置。例如，分束器108包括部分反射镜(例如，电介质镜或二向色镜)、分束器立方体(例如，玻璃立方体或结晶立方体)、光纤分束器，等等。在一些实施方式中，分束器108的表面120可以涂覆有部分反射涂层。
如图所示，分束器108通过穿过分束器108将激光束的一部分引导到输出部件110，并通过反射将激光束的另一部分引导到楔形分束器112。输出部件110包括一个或多个部件，其接收激光束和/或修正激光束，以通过波长锁定器100进行输出。例如，输出部件110可以包括对激光束进行聚焦、位移、准直或去准直的输出透镜(例如，球面透镜、非球面透镜、柱面透镜，等等)、与传输激光束的光纤连接的偏振保持光纤头(pigtail)、放大器，等等。
在一些实施方式中，分束器108可以通过激光束的能量的80％、90％、95％、97％、99％等，到输出部件110。在一些实施方式中，分束器108可以将激光束的一部分反射到输出部件110，并且可以通过激光束的一部分到楔形分束器112(例如，根据波长锁定器100的部件的配置)。
楔形分束器112包括具有表面涂层122和124的基板(例如，玻璃基板、水晶基板，等等)。表面涂层122和124包括部分反射表面涂层。在一些实施方式中，表面涂层122和124配置为使得激光束126、128和130在由标准具116滤波之前具有近似相等的光功率，这简化了基于对激光束126、128和/或130的光功率的测量的反馈信号的产生。
在一些实施方式中，对应于表面涂层122和124的表面可以不平行。例如，表面可以以相对的角度(例如，1/6度、1度、5度、或者更大或更小的值)来设定，以使得激光束128和130具有角度间距。
如图所示，楔形分束器112可以将激光束126传递到参考光电探测器114。参考光电探测器114包括光电探测器(例如，光电二极管、光传感器，等等)，其产生与激光束126的光功率成正比的参考电流。在一些情况下，参考光电探测器114可以连接到激光发射器102，并且可以向激光发射器102提供参考电流，供激光发射器102使用来调节发射的激光束的频率。附加地，或替代地，包括在波长锁定器100中的控制器(例如，控制器164)可以接收参考电流，并且可以调节由激光发射器102发射的激光束的频率，如下文参考图1D更详细地描述的。
如进一步示出的，楔形分束器112将激光束128和130反射到标准具116。如图所示，激光束128和130可以具有角度间距。标准具116包括干涉仪(例如，麦克尔逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪、或法布里-珀罗标准具)，其波长滤波进入标准具116的激光束。标准具116的输出传输的光功率关于以下周期性地变化，标准具116的输入的频率，以及输入激光束在标准具116内的光路长度。输出传输的光功率、输入的频率、以及光路长度之间的关系在本文中被称为反馈曲线。
如本文所使用的，光路长度是指以下两者的乘积，激光束通过部件所跟随的光路的几何长度，以及部件关于激光束的折射率。例如，具有对于标准具116较大的入射角的激光束相比具有较小的入射角的激光束在标准具116中行进的更远，并且因此具有不同的光路长度。两个光路长度之间的差异被称为光路差异。
通过标准具116的变化的光路可以与不同的反馈曲线相关联。即是说，基于激光束穿过的通过标准具116的光路，并且基于激光束的光学性质，标准具116可以根据不同的反馈曲线滤波激光束。例如，具有通过标准具116的更大的光路长度的激光束的反馈曲线可以相对于具有较小的光路长度的激光束的反馈曲线频率偏移，并且位移可以与较大光路长度和较小光路长度之间的光路差异成比例。作为另一示例，当标准具116包括双折射材料时(如图1C所示)，光路长度可以基于穿过特定光路的激光束的光学性质而不同(即，相对于具有较高折射率的激光束，对于在双折射材料中具有较低折射率的激光束，光路长度可能减少)。
可以设计通过标准具116的两个光路之间的光路差异，以在反馈曲线之间引起特定的位移(即，如下文更详细描述的峰值偏移)。可以设计特定的位置，以使得使由激光发射器102发射的激光束的潜在波长值的范围的整体被反射曲线的一个或多个陡峭部分覆盖。下面参照图2和图3B提供反馈曲线和光路长度之间的关系的更详细的描述。
激光束的光路，并且从而激光束的光路差异基于以下两者变化，激光束传输到标准具116的相对角度，以及标准具116固定在光学平台或基板上的角度。通过操纵激光束128和130在标准具116中穿行的光路(以及光路差异)，波长锁定器100使描述激光束128的输出光功率的反馈曲线相对于描述激光束130的输出光功率的反馈曲线位移。作为一个可能的示例，反馈曲线可以具有相等的周期，并且对应于激光束130的反馈曲线可以相对于对应于激光束128的反馈曲线频率偏移周期百分比的约15％到35％。该位移在本文中被称为峰值偏移。对于这种关系的图形表示和描述，请参见图3B。
如图所示，传输光电探测器118-1接收滤波激光束128。传输光电探测器118-1基于滤波激光束128的光功率产生第一传输电流。如进一步示出的，传输光电探测器118-2接收激光束130。传输光电探测器118-2基于激光束130的光功率产生第二传输电流。在一些实施方式中，传输光电探测器118-1和118-2可以向激光发射器102和/或与波长锁定器100相关联的控制器(例如，控制器164)提供传输电流。
基于由传输光电探测器118-1和118-2产生的传输电流和由参考光电探测器114产生的参考电流，波长锁定器100可以控制由波长锁定器100输出的激光束的频率。将参照下面的图1D、图2和图3B，来提供对控制激光束频率而执行的操作的更详细的描述。
图1B示出了包括走离(Walkoff)分束器132和图案化标准具134的波长锁定器100的示例实施方式。走离分束器132包括晶体部件、玻璃部件，等等，其部分地传递并且部分地反射激光束。走离分束器132引起激光束140和142将在图案化标准具134中穿行的光路之间的特定空间间距。特定空间间距可以使得激光束140和142中的一个的光路穿过图案化标准具134的图案化表面144，而使得激光束140和142中的另一个的光路不能穿过图案化表面144。
在一些实施方式中，走离分束器132的表面136和138可以基本上平行。基于基本上平行的表面136和138，激光束140和142可以在由走离分束器132传输到图案化的标准具134时平行或基本平行。例如，表面136和138之间的角度间距可以小于约1/10度、小于约1/100度、小于约1/600度，等等。在一些实施方式中，相比图1A中的附图标记122和124所标识的楔形分束器112的表面，走离分束器132可以在表面136和138之间包括更大的距离。
如图所示，激光束140和142传输到图案化标准具134。图案化标准具134包括在激光束140或激光束142的光路中的图案化表面144。图案化表面144可以包括图案化表面、蚀刻表面、涂覆表面、附接到图案化标准具134的晶片，等等。与在通过图案化标准具134而不是图案化表面144上的光路传输的激光束(例如，激光束142)的光路长度相比，图案化表面144修正在通过图案化表面144的光路上传输的激光束(例如，激光束140)的光路长度。因此，图案化表面144在对应于激光束140和激光束142之间的光路引起光路差异。作为一个可能的示例，对于具有50GHz周期的反馈曲线，图案化表面144可以包括厚度约为140nm或在约125nm至155nm的范围内的熔融二氧化硅阶梯，并且由熔融二氧化硅阶梯引起的光路差异可以在对应于激光束140和142的反馈曲线之间引起约11.9GHz至14.9GHz的峰值偏移。作为另一示例，具有周期X的反馈曲线的峰值偏移可以在X/4+/-X/10的范围中。
与使用激光束之间的角位移以引起光路差异的实施方式(例如，图1A所示的实施方式)相比，图案化标准具134可以简化波长锁定器100的制造。例如，与楔形分束器112和相对应的标准具116相比，可以使用较不精确的制造和/或较不精确的对准来实现图案化标准具134。另一方面，标准具116可以比图案化标准具134更便宜，并且楔形分束器112可以比走离分束器132在波长锁定器100中需要更少的空间。
如图1B所示，激光发射器102、输入透镜104、隔离器106、分束器108、输出部件110、参考光电探测器114、以及传输光电探测器118-1和118-2的部件和其执行的功能可以基本上类似于图1A所示的相对应的部件所执行的那些。对于这些部件及其功能的详细说明，请参考上文对图1A的描述。
图1C示出了波长锁定器100的示例实施方式，其包括分束器108-1和108-2、双折射标准具146(包括波片148和基板150)、以及基于偏振的分束器152。在图1C中，由激光束160和162穿行的光路之间的光路差异基于以下而形成，激光束160和162的相应的偏振状态，以及对于激光束160和162的相应的偏振状态不同的双折射标准具146的折射率。按照这种方式，激光束160和162可以通过双折射标准具146穿行相同的几何光路，并且基于激光束160和162的不同的光学性质而经历不同的光路长度。实际上，这允许(多个)激光束160/162通过双折射标准具146穿行任意的几何光路，并且仍然根据两个或更多个位移的反馈曲线被波长锁定。
为了图1C的目的，具有“p”偏振状态的激光束(例如，激光束154和激光束160)被示出为与字母“p”相关联，并且具有“s”偏振状态的激光束(例如，正交于“p”偏振状态的偏振状态)被示出为与字母“s”相关联。包括处于“p”偏振状态和“s”偏振状态两者的激光的激光束(例如，由隔离器106以附图标记156发送的激光束)被示出为与字母“ps”相关联。
如图1C所示，并且通过附图标记154，激光发射器102可以发射具有“p”偏振状态的激光束154。如附图标记156所示，在由隔离器106发送激光束154之后，激光束154与“p”偏振状态和“s”偏振状态相关联。例如，基于法拉第效应，隔离器106可以将激光束154的偏振状态旋转45度，到“p”偏振状态和“s”偏振状态的组合。如图所示，激光束的第一部分被引导或反射到分束器108-2，且第二部分继续通过或指向分束器108-1，并发送到输出部件110。输出部件110可以输出激光束的第二部分。
如进一步示出的，激光束的第一部分被分束器108-1反射到分束器108-2。分束器108-2包括关于图1A中的分束器108所描述的一个或多个部件。在一些实施方式中，分束器108-2的反射表面可以配置为反射激光束的特定部分。例如，分束器108-2的背部表面(例如，邻近参考光电探测器114的表面)可以涂覆有抗反射涂层以减少激光束在分束器108-2内的反射，这简化了分束器108-2的设计。作为另一示例，分束器108-2的前部表面(例如，反射激光束158的表面)可以涂覆有部分反射涂层，其部分地将激光束传递到参考光电探测器114(例如，经由背部表面)，且部分地将激光束反射到双折射标准具146。
如附图标记158所示，激光束的至少一部分被反射到包括波片148和基板150的双折射标准具146。双折射标准具146之所以被描述为双折射的，是由于波片148包括诸如石英等双折射晶体材料，其基于波片148的取向具有对于p偏振光和s偏振光不同的折射率，且由于波片148被包括在双折射标准具146中。例如，波片148的光轴可以对准为“p”偏振状态，或“s”偏振状态，这导致波片148具所需的折射率差异。通过将折射率改变为与“s”偏振状态相比的“p”偏振状态，波片148形成了具有“p”偏振状态的激光束(例如，激光束160)和具有“s”偏振状态的激光束(例如，激光束162)之间的光路差异。
基板150包括非双折射材料(例如，玻璃材料)，其具有的折射率等于或类似于波片148。例如，当波片148是石英晶体时，基板150可以包括钡轻火石玻璃基板(例如，N-BALF5，等等)。通过选择具有相似的折射率的波片148和基板150，减少了波片148和基板150之间的界面处的界面反射，这改善了双折射标准具146的性能。
在一些实施方式中，波片148和基板150的一个或多个外表面(例如，激光束158进入的基板150的表面，以及波片148的外表面)可以涂覆有部分反射涂层，其基于多波束干扰效应使得双折射标准具146波长滤波激光束。换言之，波片148和基板150一起形成双折射标准具146。在一些实施方式中，波片148和基板150的布置可以与图1C所示的布置不同。例如，激光束158可以在基板150之前穿过波片148。
双折射标准具146输出由p偏振光和s偏振光组成的滤波激光束。基于相对于p偏振光和s偏振光的波片148的相应的折射率，在双折射标准具146中，p偏振光和s偏振光与不同的光路长度相关联。因此，p偏振光和s偏振光基于相应对的位移反馈曲线被波长滤波。反馈曲线之间的位移(即，反馈曲线的峰值偏移)可以取决于波片148的厚度，以及p偏振光和s偏振光之间的折射率差异，如结合图2的图框240更详细地描述的。
基于偏振的分束器152接收滤波激光束，并将滤波激光束分裂为p偏振光(例如，激光束160)和s偏振光(例如，激光束162)。基于偏振的分束器152包括这样的分束器，其基于激光束的偏振状态反射、传递或部分地传递激光束。例如，基于偏振的分束器152可以包括二向色镜，其具有对于p偏振光和对于s偏振光不同的反射率，等等。
通过在分裂激光束之前波长滤波激光束，与使用标准具116或图案化标准具134的波长锁定器相比，如图1C所示的波长锁定器100可以减少标准具(例如，双折射标准具146)的尺寸，这可以节省波长锁定器100中的空间。
在图1C中，基于偏振的分束器152传递激光束160并反射激光束162。在一些实施方式中，基于偏振的分束器152可以反射激光束160并传递激光束162。附加地或替代地，基于偏振的分束器152可以在通过双折射标准具146滤波激光束160和162之前分裂激光束160和162。
如图1C所示，激光发射器102、输入透镜104、分束器108-1、输出部件110、参考光电探测器114、以及传输光电探测器118-1和118-2的部件和其执行的功能可以基本上类似于图1A和图1B所示的相对应的部件所执行的那些。对于这些部件及其功能的详细说明，请参考上文对图1A的描述。
图1D是用于波长锁定器100的控制系统的示例实施方式的图。如图1D所示，在一些实施方式中，波长锁定器100可以包括控制器164。控制器164实现为硬件、固件、或者硬件和软件的组合。控制器164可以包括处理器，例如数字信号处理器、微处理器、集成电路(例如，光子集成电路、专用集成电路，等等)、现场可编程门阵列，等等。控制器164还可以包括与处理器交互的其他部件，例如存储器装置、通信接收、输入部件、和/或输出部件。存储器装置可以存储由处理器使用的指令或数据。通信接口可以允许处理器与激光系统的其他部件通信，以从激光系统的外部接收命令，和/或向激光系统的外部提供数据。控制器164可以包括存储在非暂时计算机可读介质中的计算机可读指令，以由以下来执行，通用计算机、可重新配置硬件(例如FPGA)、特定用途硬件(例如ASIC)，和/或这些实现技术的组合。
如图所示，控制器164可以与参考光电探测器114、传输光电探测器118-1和118-2、以及激光发射器102相连接。控制器164可以接收由传输光电探测器118-1和118-2产生的传输电流和由参考光电探测器114产生的参考电流。控制器164可以接收和/或存储对应于由激光发射器102发射的光束的参考波长。参考波长可以基于哪个光束被激光锁定来标识目标波长。
控制器164可以基于参考波长来选择传输电流的传输电流。例如，控制器164可以选择对应于在参考波长处具有最陡峭斜率的反馈曲线的传输电流。作为另一示例，控制器164可以存储信息，以标识在其中选择第一反馈曲线的第一波长范围，以及在其中选择第二反馈曲线的第二波长范围。控制器164可以确定参考波长是否在第一范围中的一个中或者第二范围中的一个中，且可以相应地选择对应于第一反馈曲线和第二反馈曲线的传输电流。
控制器164可以基于确定(例如，查找，计算等)选定的传输值和参考值的比率并使用选定的反馈曲线来确定光束的观测频率。例如，对于给定的反馈曲线，控制器164可以存储使特定比率与相对应的观测频率相关联的信息，且控制器164可以使用存储的信息基于比率来确定光束的观测频率。控制器164可以基于观测频率和参考频率之间的差异来产生反馈信号以控制光束的波长。控制器164可以使激光发射器102修正光束的频率，以使观测频率近似匹配或接近参考频率(例如，通过修正提供给激光发射器102的调谐电流)。
按照这种方式，波长锁定器100使用对应于通过波长滤波器的不同光路的多个反馈曲线和/或基于光束的光学性质在波长滤波器中对光束的不同处理来波长锁定激光束。这改善了波长锁定过程的准确度和精确度，并且与单个反馈曲线相比，允许激光束频率(例如，不同网格上的频率)的更宽范围的更准确的波长锁定。另外，波长锁定器100可以结合可调谐激光发射器实现，而无需重新配置或替换标准具116/134/146以匹配由可调谐激光发射器发射的激光束的变化波长。
如上所述，图1A-图1D仅作为示例提供。其他示例是可能的，且可以与关于图1A-图1D所描述的不同。例如，与图1A-图1D所示的不同，波长锁定器100可以包括附加的部件、较少的部件、不同的部件、或以不同方式布置的部件。作为另一示例，波长锁定器100可以使用以下方式中的一个、或者两个或更多个个的任意组合来在两个光束之间引起光路差异，两个光束穿行的光路之间的角度间距(例如，如图1A)、标准具的两个部分之间的物理长度差异(例如，如图1B)、关于两个光束的折射率差异(例如，如图1C)、或类似的方法。即是说，波长锁定器100可以通过以下方式来引起光路差异，通过改变一个或多个相应的光路以由标准具中的两个光束遵循，或者基于两个光束的光学性质通过标准具对两个光束的处理。也可以设想其他方式改变标准具中的多个光束之间的光路差异，例如，为每个光束提供单独的标准具结构。
通过形成通过标准具的两个光路之间的光路差异，波长锁定器100使得与通过标准具的一个光路相关联的反馈曲线相对于通过标准具的两个光路中的第二个的反馈曲线频率偏移。在一些实施方式中，光路差异可以配置为引起反馈曲线之间的特定峰值偏移。例如，反馈曲线可以具有基本上相等的周期，且特定峰值偏移可以在周期的15％和35％之间。作为另一示例，可以选择特定峰值偏移，使得可能由激光发射器102发射的任何频率与反馈曲线中的一个的至少一个陡峭斜率区域相关联。
图2是使用多个反馈曲线进行波长锁定过程的示例过程200的流程图。过程200可以由波长锁定器100进行。
如图2所示，过程200可以包括接收或产生激光束(图框210)。例如，波长锁定器100(例如，激光发射器102)可以产生激光束。在一些实施方式中，激光束可以具有特定的偏振状态，或者可以包括在两个正交偏振中的激光。在一些实施方式中，激光束可以由非偏振激光组成。
在一些实施方式中，波长锁定器100可以从另一装置接收激光束，例如不包括在波长锁定器100中的激光发射器、与波长锁定器100相连接的光纤，等等。在一些实施方式中，波长锁定器100的激光发射器102可以产生激光束。例如，激光发射器102(例如，可调谐激光发射器)可以基于目标波长并基于来自波长锁定器100的控制器164的反馈信号以特定的波长产生激光束。
如图2进一步所示，过程200可以包括确定激光束的参考值(图框220)。例如，波长锁定器100可以确定激光束的参考值。波长锁定器100可以基于由参考光电探测器114产生的电流来确定参考值。例如，如结合图1A-图1D所述，参考光电探测器114可以接收激光束的一部分，并且可以基于激光束的该部分的光功率来产生电流。在一些实施方式中，参考值可以等于电流的安培数(amperage)，可以等于基于激光束的该部分的光功率的电流水平(scaled)的安培数，等等。
如图2进一步所示，过程200可以包括将激光束划分为第一光束和第二光束(图框230)。例如，波长锁定器100可以将激光束划分为第一光束(例如，图1A中激光束128、图1B中的激光束140、或图1C中的激光束160)和第二光束(例如，图1A中的激光束130、图1B板中的激光束142、或图1C中的激光束162)。在一些实施方式中，波长锁定器100可以包括在第一光束和第二光束被波长滤波之前，将激光束划分为第一光束和第二光束(例如，如图1A和图1B所示)。在其他情况下，波长锁定器100可以在将滤波激光束划分为第一光束和第二光束之前，来波长滤波激光束(例如，如图1C所示)。
在一些实施方式中，当第一光束和第二光束在波长滤波前被划分时，第一光束和第二光束可以具有类似的光功率，这简化了对观测波长的确定。例如，第一光束、第二光束、以及用于确定参考值的激光束的部分可以与基本上相同的光功率相关联(例如，基于楔形分束器112或分束器108-2的反射性质)。
如图2进一步所示，过程200可以包括，在波长滤波器中使用不同厚度、折射率、或其组合来波长滤波第一光束和第二光束(图框240)。例如，波长锁定器100可以以不同的频率峰值波长滤波第一光束和第二光束，或者由于波长滤波器中的第一光束和第二光束之间的差异，使得在第一光束和第二光束之间的反馈曲线之间具有频率峰值偏移(例如，标准具116、图案化标准具134、或双折射标准具146)。在一些实施方式中，反馈曲线之间的峰值偏移可以为反馈曲线的周期的约15％到35％。
在一些实施方式中，如图1A所示，波长锁定器100基于在第一光束和第二光束传输通过标准具116时的第一光束和第二光束之间的角位移，来形成第一光束和第二光束之间的光路差异。在一些实施方式中，如图1B所示，波长锁定器100基于以下形成第一光束和第二光束之间的光路差异：使第一光束或第二光束中的一个穿过图案化标准具134上的蚀刻或涂层，而另一不穿过蚀刻或涂层。在一些实施方式中，如图1C所示，波长锁定器100基于片148关于第一光束的偏振状态和第二光束的偏振状态的折射率，来形成第一光束和第二光束之间的光路差异。标准具116/134/146中的光路差异转换为第一光束和第二光束在标准具116/134/146中进行频率滤波时经历的频率峰值偏移。
波长锁定器100在第一光束和第二光束穿行的光路之间的标准具中形成光路差异，以在描述第一光束和第二光束的相应的反馈信号的反馈曲线中引起频率峰值偏移。对于描述输入光束频率的范围的传输速率的单个反馈曲线的示例，请参见图3A。对于对应于在标准具116、图案化标准具134或双折射标准具146中具有不同光路长度的第一光束和第二光束的偏移反馈曲线的示例，请参见图3B。
由标准具(例如，标准具116、图案化标准具134、或双折射标准具146)波长滤波的沿着特定光路的激光束(例如，第一光束或第二光束)的输出能量值可以基于等式1来近似，如下所示：
l(f)＝d·n·cos(arcsin(sin(θin)/n)).
在等式1中，T(f)表示输入光功率与输出光功率的比率，θin表示激光束相对于标准具的入射角(其中，0描述了垂直于标准具的表面进入标准具的激光束)，f表示激光束的频率，d表示标准具的厚度，c表示光在真空中的速度，R表示标准具的表面的反射率，且n表示标准具在激光束的频率下的折射率。在等式1中，l表示标准具116/134/146相对于激光束的有效腔长度，且基于标准具厚度d、折射率n、以及激光束的入射角θin得出。
对于给定的标准具配置，且在特定的光路上，在某些频率值下，激光束将以基本上全功率传递。这些频率值被称为峰值频率，两个峰值频率之间的间隔被称为峰值偏移。对于标准具和激光束的给定配置，一组峰值频率可以基于等式2来确定，如下所示：
在等式2中，k包括等于或大于1的整数，且值为3的k例如描述对于标准具的给定配置的三价峰值频率。可以通过改变以下中的任何一个或多个来增加或减少fpeak的值之间的间隔(例如，峰值偏移)，光束和标准具之间的相对入射角θin(如图1A)、光束所经历的标准具的厚度d(如图1B)、或者光束所经历的折射率(如图1C)。通过对标准具116/134/146的给定配置调节峰值偏移，波长锁定器100可以选择性地使用第一光束和第二光束的反馈曲线，以控制由激光发射器102产生的激光束的波长。
波长锁定器100，如结合图1C描述的，使用双折射标准具146的波片148和基板150来形成第一光束和第二光束之间的光路差异(例如，分别地，激光束的p偏振部分和激光束的s偏振部分)。对应于p偏振光和s偏振光的峰值频率可以基于等式3和4来确定，如下所示：
其中，fpeak_p表示p偏振光的峰值频率，fpeak_s表示s偏振光的峰值频率，ds表示基板150的厚度，ns表示基板150的折射率，dw表示波片148的厚度，no表示相对于p偏振光的折射率，且ne表示相对于s偏振光的折射率。k和c结合等式2描述过。按照这种方式，波长锁定器100，如结合图1C所述，引起与激光束160和162相关联的反馈曲线之间的相移，这允许波长锁定器100选择性地使用激光束160或激光束162的反馈信号来控制由激光发射器102产生的激光束的波长。
如图2进一步所示，过程200可以包括确定第一光束和第二光束的相应的传输值(图框250)。例如，在滤波第一光束和第二光束之后，波长锁定器100可以确定第一光束和第二光束的相应的传输值。波长锁定器100可以基于由传输光电探测器118-1和118-2产生的电流来确定相应的传输值。例如，传输光电探测器118-1或118-2的传输值可以基于相对应的电流的安培数、基于相对应的激光束的输入光功率的相对应的电流水平的安培数等来确定。传输光电探测器118-1和118-2可以基于第一光束和第二光束的光功率来产生相应的电流，如本文其他地方更详细地描述的。
如图2进一步所示，过程200可以包括基于参考值并基于传输值中的至少一个来控制激光束的频率(图框260)。例如，波长锁定器100可以基于参考值并基于对应于第一光束和第二光束的传输值中的至少一个来控制激光束的频率。激光发射器102可以包括可以基于反馈信号来修正激光束的频率的可调谐激光二极管，其具有温度部件(能够调节可调谐激光二极管的温度)、可调节腔、电流调制激光器部件等。
在一些实施方式中，波长锁定器100可以基于观测波长和目标波长(例如，参考波长)之间的差异通过产生反馈信号来控制激光束的频率。波长锁定器100基于传输值和参考值的比率来确定观测波长。例如，波长锁定器100基于参考波长(例如，基于目标波长处的反馈曲线的陡度)来选择两个或更多个反馈曲线中的一个，并使用对应于选定的反馈曲线的传输值来确定观测波长(例如，基于传输值与参考值的比率)。基于观测波长和目标波长之间的差异，波长锁定器100使得由激光发射器102发射的光束的发射波长调整为匹配目标波长。
特别地，波长锁定器100可以与激光束的变化波长一起使用，而无需重新配置波长锁定器100的波长滤波器。例如，基于使用具有特定峰值偏移的反馈曲线的波长锁定器100，波长锁定器100能够波长锁定具有变化波长的激光束。为了更新波长锁定的光束的目标波长，波长锁定器100可以更新由控制器164存储的目标波长，且可以执行上述关于更新的目标波长的操作，以波长锁定激光束。特定峰值偏移可以使得可调谐激光发射器102可以发射的波长范围的每个波长位于一个或多个反馈曲线的陡峭斜率区域。按照这种方式，波长锁定器100改善波长锁定过程的准确度和/或精确度，且使得能够重新配置可调谐激光发射器102或波长锁定到不同的频率网格，而无需重新配置波长锁定器100的标准具。
如图2进一步所示，过程200可以包括输出激光束(图框270)。例如，波长锁定器100可以输出激光束(例如，激光束的一部分)到输出部件110。输出的激光束具有的光功率可以为激光束产生时的光功率的大约80％、90％、95％、97％、99％，等等。例如，分束器108可以传输大部分的激光束(例如，80％、90％、95％、97％、99％，等等)，且可以反射或引导剩余的激光束以执行波长锁定过程。通过传输大部分的激光束，分束器108减少激光发射器102的功率消耗。
按照这种方式，波长锁定器100基于多个反馈曲线来波长锁定激光束，所述多个反馈曲线组合在一起包括覆盖激光发射器102可能发射的波长范围的陡峭斜率区域，这改善了波长锁定器100的通用性以及波长锁定过程的准确度和精确度。
尽管图2示出了过程200的示例图框，但在一些实施方式中，相比于图2所绘示的图框，过程200可以包括附加的图框、较少的图框、不同的图框、或以不同方式布置的图框。附加地或替代地，过程200的图框中的两个或更多个可以并行执行。
图3A是由波长锁定器产生的描述激光束和激光束的波长的传输值和参考值之间的示例关系的曲线图305。与图3A相关联的波长锁定器使用一个反馈曲线来波长锁定激光束，这与波长锁定器100形成比较，波长锁定器100使用具有峰值偏移的两个或更多个反馈曲线，其使得波长范围的每个波长与两个或更多个反馈曲线中的一个的陡峭斜率部分相关联。因此，在图3A中仅示出了单个反馈曲线。关于图3A所述的标准具包括结合图1A中的标准具116描述的部件。
基于激光束的频率以及激光束在标准具中穿行的光路，标准具将激光束波长滤波到基本上全功率，或小于全功率。滤波激光束的光功率可以使用艾里函数或包装洛伦兹分布来近似，这是基于输入频率、滤波激光束的光功率、以及通过标准具的光路的材料和几何性质，例如滤波激光束对标准具的入射角、标准具的厚度、以及标准具的折射率。例如，如附图标记310所示，与特定频率相关联的激光束(例如，标准具的谐振频率)在给定的光路上以基本上全功率传递，这里示出为艾里函数的极大值。特定频率之间的间隔被称为自由光谱范围(FSR)，或称为艾里函数的周期。在图3A中示出了特定标准具的艾里函数，且被称为反馈曲线。每个波长滤波器可以具有不同的反馈曲线，用于通过波长滤波器的每个不同光路。每个反馈曲线表征沿着相关联的光路穿过波长滤波器的光束所经历的波长滤波。
在图3A示出的示例反馈曲线中，具有大约193,030GHz、193,130GHz等频率的激光束以基本上全功率传递。另外，具有大约193,080GHz、193,180GHz等频率的激光束以最大值的大约38％的最小光功率传递。基于激光束的输出能量(例如，传输值)与激光束的输入光功率(例如，参考值)的比率，波长锁定器可以确定激光束的观测频率。例如，波长锁定器可以存储标识输出能量与频率之间的关系(即，反馈曲线)的信息，且可以使用存储的信息来确定观测频率。基于观测频率和参考频率(例如，目标频率)之间的差异，波长锁定器可以产生反馈信号，如本文其他地方更详细描述的。
标准具可以配置为在给定的光路上以特定光功率传递目标频率的激光束，例如对应于附图标记315所示的比率的光功率。可以使用附图标记315所示的反馈曲线的区域，这是因为附图标记315处的比率的波动更精确地标识激光束的频率，例如相比于附图标记320所示的反馈曲线的区域(示为“盲区”)处的波动。例如，在附图标记320处，从0.38的比率到0.40的比率的波动包括大约20GHz的频率，而附图标记315处的类似波动包括大约2GHz的频率。其他盲区发生在在标准具的谐振频率处，如附图标记325所示。
在一组目标频率可能均匀间隔的应用中，标准具可以配置为使得目标频率与反馈曲线中较陡峭的斜率相关联，例如在附图标记315处。然而，当一组目标频率不均匀间隔时，例如当波长锁定的激光束可以被调谐到任意值时，组中的某些目标频率可能与反馈曲线中的较浅斜率相关联，例如在由附图标记320和325标识的区域。因此，与目标频率相对应的观测频率的估计可能不准确或不精确。
图3A是由波长锁定器100产生的描述激光束和激光束的波长的传输值和参考值之间的示例关系的曲线图330。如图3B和附图标记335所示，对应于第一传输值的第一反馈曲线340可以从对应于第二传输值的第二反馈曲线345位移。两个反馈曲线之间的偏移在本文中被称为峰值偏移。这里，峰值偏移约为13GHz，对应于反馈曲线340和反馈曲线345之间的近似相移的25％。
如附图标记350-1和350-2所示，两个反馈曲线中的至少一个的陡峭斜率区域覆盖激光发射器102可调谐到的每个频率。陡峭斜率区域由紧凑虚线的矩形示出。这里，对应于反馈曲线340的陡峭斜率区域由附图标记350-1示出，且对应于反馈曲线345的陡峭斜率区域由附图标记350-2示出。为了曲线图330的左侧的清楚起见，省略了对应于反馈曲线345的一个陡峭斜率区域的一个矩形。
假设波长锁定器100配置为将激光束波长锁定到193,035GHz的参考频率，如附图标记355所示。如图所示，参考频率位于反馈曲线340的陡峭斜率区域。因此，波长锁定器100的控制器164可以选择反馈曲线340来确定观测频率360(即，激光束的发射频率)。控制器164可以从参考光电探测器114接收参考电流，且可以从传输光电探测器118接收传输电流(例如，与反馈曲线340相关联的传输光电探测器118，而不是与反馈曲线345相关联的传输光电探测器118)。
假设控制器164确定传输电流与参考电流的比率等于大约0.69，如附图标记365所示。进一步假设控制器164存储标识比率365和观测频率360(其为激光束的发射频率)之间的关系的信息(即，标识反馈曲线340的信息)。基于存储的信息，控制器164可以确定观测频率360近似等于193,030GHz。
基于参考频率355与观测频率360之间的差异370(例如约5GHz)，控制器164可以产生反馈信号。反馈信号可以使激光发射器102产生激光束来修正激光束的发射频率。例如，反馈信号可以使得激光发射器102提供不同的驱动电流，从而调节激光束的发射频率。
按照这种方式，波长锁定器100使用对应于多光路的多个反馈曲线来控制频率，这改善了与反馈曲线的盲区附近的频率相关联的激光束的波长锁定的准确度和精确度。另外，通过使用多个反馈曲线，波长锁定器100改善了波长锁定过程的通用性，并且与使用一个反馈曲线的波长锁定器相比，可以更准确地和/或更精确地波长锁定更宽范围的频率。
如上所述，图3A和图3B仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可以与关于图3A和图3B所描述的不同。
上述公开内容提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。鉴于上述公开，可以进行修正和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修正和变化。
虽然本文所述的实施方案涉及两个传输光电探测器和两个反馈曲线，但是本文所述的实施方案不限于两个传输光电探测器或两个反馈曲线。相反，可以使用对应于任意数量的反馈曲线的任意数量的传输光电探测器(例如，3、4、5等)。
即使在权利要求中描述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并不旨在限制可能的实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求书中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管列举的每个从属权利要求可能仅直接取决于一个权利要求，但是可能的实施方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求组中的每个其他权利要求的组合。
除非明确描述，否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应被解释为关键的或必需的。此外，如本文所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个事项，并且可以与“一个或多个”互换地使用。另外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个事项(例如相关事项、不相关事项、相关事项和不相关事项的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换地使用。在旨在表示仅一个事项的情况下，使用术语“一个”或类似的语言。此外，如本文所使用的，术语“有”、“具有”、“含有”或类似术语旨在为开放式术语。另外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。

Claims (26)

1.一种装置，包括：
激光发射器，基于待由所述装置测量的发射频率来产生被波长锁定到目标频率的激光束；
第一光电探测器，基于所述激光束的第一光功率来产生第一电流，
所述激光束基于所述第一电流被波长锁定；
分束器，将所述激光束的一部分分为第一光束和第二光束；
标准具，基于所述激光束的发射频率来滤波所述第一光束和所述第二光束，
所述标准具具有针对所述第一光束和所述第二光束的不同的光路长度，并且
基于所述标准具中的相应的光路长度，所述标准具分别将所述第一光束和所述第二光束滤波到第二光功率和第三光功率；以及
第二光电探测器和第三光电探测器，以产生相应的第二电流，
所述第二电流的选定电流，用于波长锁定所述激光束，
基于所述第二电流中的哪一个将提供对所述发射频率的更准确的测量，来选择所述选定电流，以及
所述第二光电探测器和所述第三光电探测器分别基于所述第二光功率和所述第三光功率来产生相应的第二电流。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一光束和所述第二光束的相应的光路长度配置为在对应于所述第一光束的第一曲线和对应于所述第二光束的第二曲线之间引起频率偏移，
所述第一曲线描述所述第二光功率、所述第一光束的光路长度、以及所述发射频率之间的关系，并且
所述第二曲线描述所述第三光功率、所述第二光束的光路长度、以及所述发射频率之间的关系；并且
其中，所述装置的控制器配置为基于对应于所述目标频率的点在所述第一曲线和所述第二曲线上的位置来选择所述选定电流。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述控制器配置为，当在所述点处，所述第一曲线的斜率比所述第二曲线的斜率更陡峭时，选择对应于所述第一光束的所述第二电流，并且
其中，所述控制器配置为，当在所述点处，所述第二曲线的斜率比所述第一曲线的斜率更陡峭时，选择对应于所述第二光束的所述第二电流；并且
其中，所述控制器配置为，基于所述选定电流与参考电流的比率，并且基于所述第一曲线和所述第二曲线中对应于所述选定电流的曲线，来确定所述发射频率。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述控制器配置为基于所述发射频率和所述目标频率之间的差异来产生反馈信号，以使所述激光发射器修正所述发射频率。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述标准具还包括涂层或图案化表面，以使得所述第一光束的光路长度不同于所述第二光束的光路长度。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述分束器包括走离分束器，以引起所述第一光束和所述第二光束之间的特定空间间距，
所述特定空间间距使得所述第一光束或所述第二光束中的一个传输通过所述涂层或所述图案化表面。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述分束器包括楔形分束器，以引起所述第一光束和所述第二光束之间的角度间距，使得所述第一光束的光路长度不同于所述第二光束的光路长度。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述分束器包括：
第一反射表面，部分地反射所述激光束以形成所述第一光束，并且将所述激光束部分地传递到第二反射表面，
所述第二反射表面将所述激光束部分地传递到所述第一光电探测器，并且部分地反射所述激光束以形成所述第二光束。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述激光束的所述部分包括所述第一光束和所述第二光束；并且
其中，所述分束器从所述标准具接收所述激光束的所述部分；并且
其中，所述标准具还包括：
部件，其配置为具有针对所述第一光束的第一折射率和针对所述第二光束的第二折射率，
所述第一折射率不同于所述第二折射率。
10.一种装置，包括：
第一光电探测器，基于光束的光功率来产生第一电流；
分束器，将所述光束的一部分分为第一光束和第二光束；
波长滤波器，滤波所述第一光束和所述第二光束，
基于通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度之间的差异，所述波长滤波器以不同的方式滤波所述第二光束和所述第一光束；以及
第二光电探测器和第三光电探测器，其分别在所述波长滤波器之后接收所述第一光束和所述第二光束，以产生相应的第二电流。
11.如权利要求10所述的装置，还包括控制器，所述控制器基于所述第二电流中的选定的一个、以及所述第一电流，来产生反馈信号。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述控制器配置为基于所述光束的目标频率来选择所述第二电流中的选定的一个。
13.如权利要求11所述的装置，还包括：
产生所述光束的发射器；并且
其中，所述控制器配置为基于所述反馈信号来驱动所述发射器。
14.如权利要求10所述的装置，其中，通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度之间的差异与以下中的至少一个相关联：
与所述第二光束的光路相比，所述第一光束的光路的所述波长滤波器的厚度；
与所述第二光束的光路相比，对所述第一光束的光路的所述波长滤波器的入射角；或者
与所述第二光束的光路相比，所述第一光束的光路的所述波长滤波器的一部分的材料性质的差异。
15.如权利要求10所述的装置，其中，通过所述波长滤波器的所述第一光束的光路长度和所述第二光束的光路长度之间的差异与以下相关联：与所述第二光束的光路的反馈曲线相比，所述第一光束的光路的反馈曲线中的频率偏移。
16.如权利要求15所述的装置，还包括：
所述第一光束的光路的反馈曲线具有周期T；
所述第二光束的光路的反馈曲线具有所述周期T；并且
所述频率偏移在所述周期T的15％到35％之间。
17.如权利要求10所述的装置，还包括发射器，所述发射器基于所述第二电流中的至少一个、以及所述第一电流，来产生所述光束。
18.如权利要求10所述的装置，其中，所述分束器是第一分束器；并且
其中，所述光束的所述部分是第一部分；并且
其中，所述装置还包括：
第二分束器，分裂所述光束以形成所述光束的第一部分和第二部分，
将所述光束的所述第二部分被提供到输出部件。
19.如权利要求10所述的装置，还包括：
部件，将所述光束的偏振状态改变为第一偏振状态和与所述第一偏振状态正交的第二偏振状态的组合，
所述第一光束，当由所述光束形成时，具有所述第一偏振状态，以及
所述第二光束，当由所述光束形成时，具有所述第二偏振状态。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述波长滤波器包括波片，
所述波片具有关于所述第一偏振状态的第一折射率和关于所述第二偏振状态的第二折射率，
所述第一折射率不同于所述第二折射率。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述分束器在所述光束的所述部分被滤波之后形成所述第一光束和所述第二光束，
所述分束器基于所述第一光束和所述第二光束的所述第一偏振状态和所述第二偏振状态来形成所述第一光束和所述第二光束。
22.如权利要求10所述的装置，其中，所述分束器是第一分束器；
其中，所述光束的所述部分是所述光束的第一部分；并且
其中，所述装置还包括第二分束器，
所述第二分束器具有反射表面以部分地反射所述光束来形成所述光束的第一部分，并且部分地传递所述光束以形成所述光束的第二部分，以及
所述第二分束器具有抗反射涂层，以将所述光束的第二部分传递到所述第一光电探测器，
所述第一光电探测器基于所述光束的第二部分来产生所述第一电流。
23.一种方法，包括：
基于产生激光束的发射频率，通过光学装置接收或产生被波长锁定到目标频率的激光束；
基于所述激光束的光功率，由所述光学装置确定参考值；
通过所述光学装置将所述激光束分裂成第一光束和第二光束；
通过所述光学装置，在波长滤波器中，对使用不同光路长度的所述第一光束和所述第二光束进行波长滤波，
所述不同的光路长度使得所述波长滤波器以不同的方式滤波所述第一光束和所述第二光束，
通过所述光学装置确定对应于所述第一光束和所述第二光束的相应的传输值；
通过所述光学装置选择所述传输值中的一个作为选定的传输值，
基于所述传输值中的哪一个将提供对所述发射频率的更准确的测量，来选择所述选定的传输值；
基于所述选定的传输值和所述参考值，通过所述光学装置确定所述发射频率；以及
基于所述发射频率和所述目标频率之间的差异，通过所述光学装置控制所述激光束的发射频率。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述光学装置存储描述第一曲线和第二曲线的信息，
所述第一曲线标识所述发射频率、描述所述第一光束的传输值、以及所述第一光束的光路长度之间的关系，并且
所述第二曲线标识所述发射频率、描述所述第二光束的传输值、以及所述第二光束的光路长度之间的关系；并且
其中，选择所述传输值中的一个包括：
确定所述目标频率是否与所述第一曲线上或所述第二曲线上的更陡峭的斜率相关联；
基于所述目标频率是否与所述第一曲线上或所述第二曲线上的更陡峭的斜率相关联来选择所述选定的传输值，
当所述目标频率与所述第一曲线上的更陡峭的斜率相关联时，描述所述第一光束的传输值被选择为所述选定的传输值，并且
当所述目标频率与所述第二曲线上的更陡峭的斜率相关联时，描述所述第二光束的传输值被选择为所述选定的传输值。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述第一曲线和所述第二曲线是具有特定周期的周期函数；并且
其中，基于所述第一光束和所述第二光束的不同的光路长度，所述第一曲线相对于所述第二曲线位移所述特定周期的约15％到35％之间。
26.如权利要求23所述的方法，其中，基于以下中的至少一个来引起所述不同的光路长度：
所述第一光束的波长滤波器的厚度相对于所述第二光束的波长滤波器的厚度的差异，
所述第一光束对波长滤波器的入射角相对于所述第二光束对波长滤波器的入射角的差异，或者
关于所述第一光束的波长滤波器的折射率相对于关于所述第二光束的波长滤波器的折射率的差异。
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