CN111194528A - 波长监测和/或控制设备、包括所述设备的激光系统及操作所述设备的方法 - Google Patents

波长监测和/或控制设备、包括所述设备的激光系统及操作所述设备的方法 Download PDF

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CN111194528A CN201780095688.8A CN201780095688A CN111194528A CN 111194528 A CN111194528 A CN 111194528A CN 201780095688 A CN201780095688 A CN 201780095688A CN 111194528 A CN111194528 A CN 111194528A
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Abstract

本发明提供一种波长监测和/或控制设备，优选为波长锁定器，用于监测和/或控制从可调谐激光器接收的原始激光束的波长或频率。所述设备包括第一分束器和标准具滤波器。所述第一分束器用于将所述原始激光束划分成两个具有预定角位移的光束，并且用于对所述两个光束进行不同偏振，使得所述两个光束中的第一光束具有第一偏振，所述两个光束中的第二光束具有第二偏振；所述标准具滤波器用于对所述两个具有预定角位移的偏振光束进行滤波。本发明还提供一种包括根据本发明的至少一个所述波长监测和/或控制设备的激光系统以及一种操作根据本发明的所述波长监测和/或控制设备的方法。

Description

波长监测和/或控制设备、包括所述设备的激光系统及操作所 述设备的方法
技术领域
本发明涉及一种波长监测和/或控制设备，优选为一种波长锁定器，用于监测和/或控制从可调谐激光器接收的原始激光束的波长或频率，一种包括根据本发明的至少一个所述波长监测和/或控制设备的激光系统以及一种操作根据本发明的所述波长监测和/或控制设备的方法。
背景技术
在密集波分复用(dense wavelength division multiplexing，DWDM)光学系统中，激光源被频率调谐到若干个信道，这些信道进行光调制并复用到单模光纤中，作为长距离通信链路。图1示意性地示出了DWDM光学系统的一个示例，其中，激光源被频率调谐到若干个信道，这些信道进行光调制并复用到单模光纤中。波长锁定器(wavelength locker，WL)是用来确保稳定、准确的波长或频率监测和激光控制的关键部件，使得电反馈与频率与期望值(fTARGET)之间的偏差成正比。闭环方案中的激光主动控制可以利用这种反馈来补偿偏差(参见图1)。
典型的波长锁定器设置有还称为标准具滤波器的法布里-珀罗干涉滤波器、分束器(beam splitter，BS)和光电二极管(photodiode，PD)。图2示意性地示出了DWDM光学系统中采用的波长锁定器的一个示例。分束器将未经滤波的输入光束功率划分成两个沿不同光路传播的光束。第一光路中，监测光电二极管(PD监测器)测量未经滤波的输入光束，第二光路中，标准具滤波器对光束进行滤波，信号光电二极管(PD信号)对该光束进行检测。监测光电二极管的测量结果与信号光电二极管的测量结果的比值(PD信号与PD监测器的比值)为电输出信号，其与输入光束的实际频率和期望频率之间的偏差有关。
由于滤波器具有干涉特性，标准具滤波器的响应显示有等距的透射峰值，这些峰值的位置和间距(自由光谱范围，FSR)取决于标准具滤波器的散装材料的折射率、输入光束入射角(angle of incidence，AOI)和厚度。如果透射峰值与DWDM光学系统的系统信道频率网格相匹配，则波长锁定器可以在传输链路中充当频率基准。这特别适用于信道以标准ITU50GHz或100GHz的网格等固定频率等距间隔的系统。图3示意性地示出了标准具滤波器为激光束生成的透射峰值图案的一个示例，其中，透射峰值与DWDM光学系统的系统信道频率网格相匹配。在图3中，信道被标记为信道i-1、信道i和信道i+1。另外，图3示例性地示出了激光束的实际频率与信道i之间的频率偏差。
但是，新的光通信系统可能需要激光源进行连续频率调谐，这些系统的信道不限于固定网格而是可以设置为宽调谐范围(例如，1525nm至1575nm)内的任意值。在这些应用中，标准波长锁定器无法检测到相对于目标值的频率偏差，这些目标值接近由标准具滤波器生成的透射峰值图案中的峰值或介于峰值之间，其中，输出信号不随频率变化而变化(零导数)。
现有的解决连续调谐问题的方案可以按相似的基本原理分为以下几组：
根据第一原理，可以通过一些冷却器/加热器元件对标准具滤波器进行热调谐，利用折射率随温度变化而变化，实现了滤波峰值偏移。因此，根据一定工厂校准，所有目标信道频率都进行滤波器温度调整，使得滤波器响应可以用作频率偏差反馈。
根据第二个原理，可以采用双标准具组件，具有固定的透射峰值，便于偏移以在连续范围内具有非零导数。在这种情况下，输入光束在两个滤波器之间划分开，产生的响应相互偏移，其中，滤波信号的组合突破了单滤波器反馈的局限性。
根据第三个原理，采用了某种双折射材料制成的集成标准具的波长锁定器，使得正交偏振产生的透射峰值略有不同。控制输入光束偏振可以实现与双标准具方案类似的响应，从而保证在连续范围内存在频率偏差反馈。
第一个原理的主要缺点在于设备功耗增加，这是因为相比于热或固定温度方法，热调谐需要一些额外功率来加热/冷却。第二个原理的缺点是，需要双倍部件，因此成本翻倍。此外，零件数量增加导致设备尺寸更大，使得集成相当具有挑战性，尤其是在共同封装的激光器设置的情况下。第三个原理的优点是，结构紧凑、省电，但市场上的双折射材料的定制标准具价格昂贵。为了正常工作，两种偏振态都需要滤波器响应得到良好控制，产生制造问题，导致成本增加。
发明内容
鉴于上述问题和缺点，本发明的目的在于提供一种激光源的连续频率调谐，尤其是针对DWDM光学系统，而不存在解决了连续调谐问题的最先进方案中的上述缺陷和缺点。因此，本发明的目的在于提供一种波长监测和/或控制设备，尤其是实现激光源连续频率调谐的波长锁定器，尤其是针对DWDM光学系统，同时不存在上述缺陷和缺点。
本发明的目的通过所附独立权利要求提供的方案来实现。本发明的有利实施方式在附属权利要求中进一步定义。
具体而言，本发明提出一种优选为波长锁定器的波长监测和/或控制设备，一种包括至少一个所述波长监测和/或控制设备的激光系统，以及一种操作所述波长监测和/或控制设备的方法。
本发明第一方面提供一种波长监测和/或控制设备，优选为波长锁定器、用于监测和/或控制从优选可调谐激光器接收的原始激光束的波长频率。所述设备包括：
-第一分束器，用于将所述原始激光束划分成两个具有预定角位移的光束，并且用于对所述两个光束进行不同偏振，使得所述两个光束中的第一光束具有第一偏振，所述两个光束中的第二光束具有第二偏振；以及
-标准具滤波器，用于对所述两个具有预定角位移的偏振光束进行滤波。
由于两个光束之间存在角位移，标准具滤波器对两个光束进行滤波，产生两个透射峰值图案，它们彼此相对偏移。这两个透射峰值图案彼此相对偏移可以实现可调谐激光器的连续频率调谐。由于单个标准具滤波器生成的两个透射峰值图案之间的偏移取决于两个光束之间的角位移，所以不需要精确定位标准具滤波器在第一分束器和标准具滤波器构成的光路中的位置。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为标准具滤波器可以很容易安装在光路中的第一分束器后面，而不需要对光路中的标准具滤波器的位置和/或角定位进行冗长而复杂的调整。换句话说，只要第一分束器生成的两个具有预定角位移的光束可以进入标准具滤波器，标准具滤波器在波长监测和/或控制设备的光路中的安装角度可能不同，以便生成彼此相对偏移的两个透射峰值图案。
因此，本发明提供了一种尤其是波长锁定器的波长监测和/或控制设备，其包括探测到一对波长或频率(波长或频率为从可调谐激光器接收的原始激光束的波长或频率)相同的光束的标准具滤波器，该对光束以不同的入射角穿过标准具滤波器，也就是说，第一光束以第一入射角传播，第二光束以第二入射角传播。优选地，入射角的取值范围在0°到2°之间。这样避免了高滤波器插入损耗。
由于两个光束的入射角略有不同，而且频率响应依赖于入射角，所以两个光束之一对应的标准具滤波器的频率响应，即标准具滤波器生成的透射峰值图案，相对于另一个光束对应的标准具滤波器的频率响应进行偏移。
标准具滤波器为以某个入射角穿过标准具滤波器的光束生成的透射峰值图案中的第m个透射峰值可以通过以下公式定义：
Figure BDA0002440928830000031
其中，“vm”对应于标准具滤波器生成的透射峰值图案的第m个透射峰值，“c”对应于光速，“n”对应于标准具滤波器的折射率，“l”对应于标准具滤波器的厚度，“AOI”对应于穿过标准具滤波器的光束的入射角，标准具滤波器为该光束生成了透射峰值图案。
优选地，波长监测和/或控制设备是一种波长锁定器，用于保证可调谐激光器输出的原始激光束具有稳定、准确波长或频率。具体而言，波长监测和/或控制设备用于监测和/或控制可调谐激光器发射的激光束的波长或频率。
在本发明中，“激光束”和“光束”这两个词用作为同义词，理解为激光设备产生的电磁辐射。也就是说，“激光束”优选地对应于激光设备产生的某一波长或频率下的包括激光辐射特性的电磁辐射。激光束可以对应于可见光谱中具有波长或频率的光束。
两个光束的角位移对应于第一光束相对于标准具滤波器的入射角(angle ofincidence，AOI)与第二光束相对于标准具滤波器的入射角之差。第一或第二光束相对于标准具滤波器的入射角对应于第一或第二光束相对于标准具滤波器表面上的法矢量进入标准具滤波器的角度。也就是说，垂直进入标准具滤波器的光束，即在标准具滤波器表面上的法矢量的方向上进入标准具滤波器的光束，包括0°入射角。
在目前的应用中，“两个光束的角位移”、“两个光束彼此相对的角位移”和“两个光束之间的角位移”被理解为同义词。
优选地，标准具滤波器为法布里-珀罗干涉仪，优选地由具有两个反射面的透明板制成。可替代地，标准具滤波器可以由两个平行高反射镜制成。标准具滤波器优选地用于为光束生成透射峰值图案，作为光束的波长或频率的函数，其中，透射光谱中的峰值对应于标准具滤波器的谐振。
优选地，标准具滤波器由玻璃制成。
根据本发明，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备中的标准具滤波器可以采用任何已知的标准具滤波器或法布里-珀罗干涉仪来实现。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为尤其是标准具滤波器的波长监测和/或控制设备可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备可以采用常用的光学元件来实现，例如用于将激光束划分成且偏振为两个不同的具有预定角位移的偏振光束的第一分束器、标准具滤波器。
优选地，原始激光束也可以从非可调谐激光器接收。原始激光束可以从任何已知的激光源接收。
优选地，第一分束器和标准具滤波器设置在波长监测和/或控制设备的光路中，使得从可调谐激光器接收的激光束穿过第一分束器和标准具滤波器，其中，第一分束器将激光束划分成两个进行不同偏振的具有角位移的光束。这两个光束穿过标准具滤波器，相互之间存在预定角位移。
第一分束器和标准具滤波器优选地为从可调谐激光器接收的原始激光束构成光路。在光路中，相对于波长监测和/或控制设备从可调谐激光器接收激光束的输入端，标准具滤波器优选地设置在第一分束器的后面。
第一分束器用于使得穿过第一分束器的激光束划分成两个进行不同偏振的相互具有角位移的光束。也就是说，第一分束器用于使得原始激光束产生的两个光束进入到第一分束器中，其中，两个光束以不同方向传播至标准具滤波器并进行不同偏振。由于两个光束以不同方向传播到标准具滤波器，所以它们以不同的入射角进入标准具滤波器。
标准具滤波器用于使得，对于穿过标准具滤波器的两个光束之一，根据各个光束的入射角生成透射峰值图案。也就是说，标准具滤波器用于为两个光束生成不同的透射峰值图案，这是因为两个光束在进入标准具滤波器时具有不同的入射角。第一光束的入射角与第二光束的入射角之差对应于两个光束之间的角位移。
如上所述，标准具滤波器为穿过标准具滤波器的光束生成的透射峰值图案中峰值的位置和间距取决于标准具滤波器材料的折射率和厚度以及各个光束进入标准具滤波器的入射角(angle of incidence，AOI)。透射峰值图案中的两个连续峰值之间的光频率或波长的间隔也称为自由光谱范围(free spectral range，FSR)。
标准具滤波器滤波后的两个输出光束可以由两个光电二极管等检测构件检测。因此，将检测到的信号进行适当组合在捕获范围内产生非零导数的反馈，用于相对于完整感兴趣范围中的预期或目标频率fTARGET的激光束频率(从分配给波长监测和/或控制设备的可调谐激光器接收)进行反馈控制。因此，本发明所述的波长监测和/或控制设备适用于目标频率fTARGET不限于任何固定网格的频率偏差测量。
通过设置本发明所述的波长监测和/或控制设备，可以实现波长监测和/或控制设备的无网格操作，而无需双倍增加部件或使用价格高的零件。波长监测和/或控制设备的制造过程与标准的“整体尺寸相似的波长锁定器”一样简单。因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的优点如下：
本发明所述的波长监测和/或控制设备可以基于现成的廉价部件，像玻璃标准具滤波器(例如，50GHz的FSR)、双折射分束器形式的第一分束器(例如，由YVO4材料制成)，也可以称为小角度偏振分束器，以及可选的偏振分束器。没有必要制造非常规光学零件，像双折射标准具滤波器。
进一步地，本发明所述的波长监测和/或控制设备中的部件对装配公差几乎不敏感，因为用于设置标准具滤波器为两个光束生成的透射峰值图案之间的偏移的关键参数，即第一分束器输出的两个光束之间的预定角位移，一定程度上取决于部件在波长监测和/或控制设备的光路中的位置，即第一分束器和/或标准具滤波器的位置。
此外，波长监测和/或控制设备可以足够紧凑，与可调谐激光器等激光源一起封装在同一个金盒内。
在所述第一方面的一种实现形式中，所述标准具滤波器优选地用于为每个光束生成透射峰值图案，其中，根据所述预定角位移，为所述第一光束生成的透射峰值图案相对于为所述第二光束生成的透射峰值图案偏移。
换句话说，标准具滤波器优选地用于为以第一入射角进入标准具滤波器的第一光束生成第一透射峰值图案，并且为以第二入射角进入标准具滤波器的第二光束生成第二透射峰值图案，第二透射峰值图案相对于第一透射峰值图案偏移。所述偏移取决于第二入射角与第一入射角之差，该差值对应于第一与第二光束之间的角位移。
在所述第一方面的又一实现形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地还包括两个光电二极管，用于检测所述标准具滤波器滤波后的两个光束。
也就是说，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地包括两个光电二极管，其中，两个光电二极管中的第一光电二极管优选地用于检测或测量标准具滤波器对第一光束进行滤波所产生的透射峰值图案，两个光电二极管中的第二光电二极管优选地用于检测或测量标准具滤波器对第二光束进行滤波所产生的透射峰值图案。换句话说，第一光电二极管优选地用于检测第一光束穿过标准具滤波器所产生的透射峰值图案，第二光电二极管优选用于检测第二光束穿过标准具滤波器所产生的透射峰值图案。
优选地，本发明所述的两个光电二极管可以采用任何已知的光电二极管或任何已知的用于检测激光束和标准具滤波器对该激光束进行滤波所产生的对应透射峰值图案的其它光探测器来实现。也就是说，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地包括两个光探测器，用于检测标准具滤波器滤波后的两个光束。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是两个光电二极管或光学探测器，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
在所述第一方面的另一种实现形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地包括第二分束器，用于将所述具有第一偏振的第一光束引导至所述两个光电二极管中的第一光电二极管，以及用于将所述具有第二偏振的第二光束引导至所述两个光电二极管中的第二光电二极管。
也就是说，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地包括第二分束器，其设置在波长监测和/或控制设备的光路中和/或用于使得所述标准具滤波器滤波后的或穿过标准具滤波器并从中输出的第一光束引导至第一光电二极管以及使得标准具滤波器滤波后的或穿过标准具滤波器并从中输出的第二光束引导至第二光电二极管。因此，第二分束器优选地用于将进行不同偏振的具有预定角位移的第一和第二光束分别引导至两个光电二极管中的第一和第二光电二极管，使得第一光电二极管检测到第一光束对应的透射峰值图案，第二光电二极管检测到第二光束对应的透射峰值图案。
优选地，相对于从可调谐激光器源接收原始激光束的波长监测和/或控制设备的输入端，第二分束器设置在波长监测和/或控制设备的光路中的标准具滤波器后面。也就是说，从波长监测和/或控制设备的输入端开始，在光路中，第一分束器的后面是标准具滤波器，优选其次是第二分束器。因此，第一分束器将从外部可调谐激光器接收的原始激光束进行偏振并划分成两个进行不同偏振的彼此之间具有预定角位移的光束。
接着，这两个进行不同偏振的具有预定角位移的光束以不同入射角进入到标准具滤波器中。两个进行不同偏振的光束穿过标准具滤波器，其中，标准具滤波器根据各自的入射角为每个光束生成一个透射峰值图案。在穿过标准具滤波器或标准具滤波器进行滤波之后，优选地，光路中标准具滤波器后面的第二分束器将两个进行不同偏振的光束引导至不同的光电二极管。因此，将两个光束中的第一光束引导至第一光电二极管，将两个光束中的第二光束引导至第二光电二极管，其中，第一和第二光电二极管用于检测或测量标准具滤波器对第一和第二光束进行滤波所产生的对应透射峰值图案。
任何已知的用于将两个光束引导至不同的光电二极管或光检测器的分束器可以作为第二分束器。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是第二分束器，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
在所述第一方面的又一实施形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地包括分别设置在所述两个光电二极管处的两个偏振滤波器，其中，两个偏振滤波器分别用于仅允许一个偏振类型的电磁辐射通过过各自光电二极管。
优选地，在第二分束器优选地将滤波后的第一光束引导至的第一光电二极管处，设置第一偏振滤波器，用于仅允许第一光束的偏振类型的电磁辐射通过第一光电二极管。优选地，在第二分束器优选地将滤波后的第二光束引导至的第二光电二极管处，设置第二偏振滤波器，用于仅允许第二光束的偏振类型的电磁辐射通过第二光电二极管。
这是有利的，因为使用两个偏振滤波器确保了每个光电二极管仅通过两个进行不同偏振中的各个光束的电磁辐射。
根据本发明，波长监测和/或控制设备中的可选两个偏振滤波器可以采用任何已知的偏振滤波器来实现。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是两个光电二极管，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
在所述第一方面的另一种实现形式中，所述第一分束器优选为双折射楔。双折射楔是一种分束器，其将激光束划分成两个进行正交偏振的具有预定角位移的光束。
具体而言，第一分束器由具有折射率的双折射材料制成，折射率取决于激光束的偏振和/或传播方向。这种双折射产生双折射现象，由此，激光束在入射到第一分束器的双折射材料上时通过偏振划分成两个进行不同偏振的光束选择略微不同的光路，彼此之间具有角位移。在本申请中，“双折射(birefringent)”是“双折射(birefractive)”的同义词。
第一分束器优选由双折射材料制成。例如，第一分束器可以由YVO4材料制成。
优选地，第一分束器包括晶体形式的双折射材料。
优选地，本发明波长监测和/或控制设备中的第一分束器可以采用任何已知的用于将原始激光束进行偏振并划分成两个进行不同偏振，优选进行正交偏振，彼此之间具有预定角位移的光束的分束器来实现。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是第一分束器，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
在所述第一方面的又一实施形式中，所述预定角位移优选根据所述第一分束器的形状和/或材料来设置。
也就是说，优选地，具有第一偏振的第一光束的第一入射角和具有第二偏振的第二光束的偏离第一入射角的第二入射角根据第一分束器的形状和/或材料来设置。具体而言，具有第一偏振的第一光束的传播方向和具有第二偏振的第二光束的传播方向根据第一分束器的形状和/或材料来设置。
优选地，两个进行不同偏振的光束之间的预定角位移使得两个进行不同偏振的光束穿过相同区域内的标准具滤波器，优选地由所述第二分束器标准具滤波器的输出端进行分离。
在所述第一方面的另一种实现形式中，所述预定角位移优选对应的角位移范围为0°到2°，更优选为0.1°到1°，最优选为0.1°到0.5°。
也就是说，第一光束的入射角与第二光束的入射角之差优选在0°和2°之间，更优选地在0.1°和1°之间，最优选在0.1°和0.5°之间。
在所述第一方面的又一种实现形式中，所述预定角位移优选使得所述标准具滤波器为所述第一光束生成的所述透射峰值图案相对于所述标准具滤波器为所述第二光束生成的所述透射峰值图案偏移了所述标准具滤波器的自由光谱范围(free spectral range，FSR)的25％。
标准具滤波器的自由光谱范围(free spectral range，FSR)对应于所述标准具滤波器为进入到标准具滤波器中的激光束生成的透射峰值图案中的两个连续峰值之间的光频率或波长的间隔。透射峰值图案是激光束的波长或频率的函数。透射光谱中的峰值对应于标准具滤波器的谐振。
因此，第一分束器优选用于使得第一分束器输出的两个进行不同偏振的光束具有不同的传播方向或不同的进入标准具滤波器的入射角。两个光束的传播方向或入射角的差异优选使得标准具滤波器为两个光束中的第一光束生成的透射峰值图案与标准具滤波器为两个光束中的第二光束生成的透射峰值图案之间的偏移对应于原始激光束，也就是源自原始激光束的两个被滤波的光束，的频率或波长对应的自由光谱范围(free spectralrange，FSR)的25％。
优选地，标准具滤波器包括30GHz至70GHz的FSR，更优选为40GHz至60GHz的FSR，最优选为50GHz的FSR。
优选地，预定角位移使得标准具滤波器为第一光束生成的透射峰值图案相对于标准具滤波器为第二光束生成的透射峰值图案偏移了标准具滤波器的自由光谱范围(freespectral range，FSR)的10％到40％，更优选为15％到30％，最优选为23％到27％。
由于第一分束器输出的两个进行不同偏振的光束具有不同的传播方向，因此它们以不同的入射角穿过标准具滤波器。两个光束的入射角之差，也称为角位移，导致标准具滤波器为两个光束中的第一光束生成的第一透射峰值图案与标准具滤波器为两个光束中的第二光束生成的第二透射峰值图案之间产生偏移。也就是说，由于两个进行不同偏振的穿过标准具滤波器的光束存在传播方向和入射角的差异，所以第二透射峰值图案相对于第一透射峰值图案进行偏移或第一透射峰值图案相对于第二透射峰值图案进行偏移。
在所述第一方面的另一种实现形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地还包括第三光电二极管，用于监测所述原始激光束的功率，其中，所述第一分束器用于将所述原始激光束的一部分，优选为所述原始激光束的1％到2％，反射至所述第三光电二极管。
在所述第一方面的又一实施形式中，所述第一分束器优选地用于对所述两个光束进行正交偏振。
在所述第一方面的另一种实现形式中，所述第一分束器优选地用于使得所述原始激光束划分成所述两个光束，所述两个光束以不同相位速度通过所述第一分束器，从而进行不同偏振。
具体而言，当原始激光束是波长监测和/或控制设备从可调谐激光器接收时，原始激光束是在相同方向上以相同相位速度传播的两个正交偏振光束的叠加。当原始激光束穿过优选由双折射材料制成的第一分束器时，由于不同的正交偏振和双折射材料，构成原始激光束的两个正交偏振光束优选以不同的相位速度传播，使得构成原始激光束的两个正交偏振光束解耦合，因此可识别为两个单独进行不同偏振的具有角位移的光束。具体而言，在第一分束器的输出面上，根据两个单独进行不同偏振的光束之间的斯涅尔定律，第一分束器输出的两个单独进行不同偏振的光束的相位速度之差产生角位移。
在所述第一方面的又一实现形式中，所述第一分束器优选地用于将所述原始激光束划分成具有快偏振的第一光束和具有慢偏振的第二光束，其中，相比于所述第一光束对应的所述第一分束器的材料具有较低的有效折射率，所述第二光束对应的所述第一分束器的材料具有较高的有效折射率。
具体而言，第一分束器输出的两个光束具有相同的频率或波长(对应波长监测和/或控制设备从激光源接收的原始激光束的频率或波长)，但具有不同的正交偏振态。
优选地，第一分束器由双折射材料制成，该双折射材料优选具有在应用频率范围(例如C波段)中几乎恒定的折射率，使得色散对角位移的影响可忽略不计。
在所述第一方面的另一种实现形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地还包括输入构件，用于将光纤连接到所述设备，以通过所述光纤将来自所述可调谐激光器的所述原始激光束提供给所述设备。
根据本发明，波长监测和/或控制设备的输入构件可以采用任何已知的用于耦合或连接光纤的输入构件来实现。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是输入构件，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
在所述第一方面的又一种实现形式中，所述光纤为一种偏振保持光纤(PM光纤)，用于为所述原始激光束提供预定偏振，优选为45°偏振，或者所述光纤优选为一种单模光纤(SM光纤)，用于提供没有偏振或具有随机偏振的原始激光束。
在所述第一方面的另一种实现形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地还包括设置于所述输入构件与所述第一分束器之间的偏振片，其中，所述偏振片用于对所述原始激光束进行偏振，优选进行45°偏振。
优选地，偏振片用于将所述原始激光束进行45°线性偏振。
根据本发明，波长监测和/或控制设备中的偏振片可以采用任何已知的用于对原始激光束进行偏振，优选进行45°偏振，的偏振片。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是偏光片，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
在所述第一方面的又一种实现形式中，本发明所述的波长监测和/或控制设备优选地还包括透镜，用于校准提供给所述设备的所述输入构件的所述原始激光束。
根据本发明，波长监测和/或控制设备中的透镜可以采用任何已知的用于校准原始激光束的透镜。
因此，本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备是有利的，这是因为波长监测和/或控制设备，尤其是透镜，可以采用标准光学设备来实现。这使得本发明所述的波长监测和/或控制设备的实现简单，因此成本低。
本发明第二方面提供一种激光系统，包括：
-根据本发明的至少一个波长监测和/或控制设备，如上所述，
-用于发射所述原始激光束的至少一个优选可调谐激光器，以及
-至少一个光学元件，用于将所述原始激光束的至少一部分，优选将所述原始激光束的4％到5％，从所述优选可调谐激光器引导至所述波长监测和/或控制设备。
也就是说，本发明第二方面所述的激光系统包括本发明所述的一个或多个波长监测和/或控制设备，一个或多个优选的可调谐激光器，一个或多个光学元件。
优选地，激光系统包括本发明所述的相同数量的波长监测和/或控制设备以及激光器，其中，每个激光器尤其是光耦合波长监测和/或控制设备。
根据本发明，激光系统中的一个或多个激光器可以采用任何已知的用于输出原始激光束并调谐激光束的频率或波长的可调谐激光器来实现。
根据本发明，任何已知的用于将原始激光束的至少一部分，优选为原始激光束的4％到5％，从可调谐激光器引导至波长监测和/或控制设备的光学元件可以用作至少一个光学元件。
在所述第二方面的一种实现形式中，所述波长监测和/或控制设备和所述激光源优选地设置在金盒内。
在所述第二方面的又一种实现形式中，本发明所述的激光系统优选地还包括控制器，用于根据所述波长监测和/或控制设备中的所述第一分束器生成以及所述标准具滤波器滤波后的所述两个光束，控制从所述可调谐激光器发射的所述原始激光束的波长或频率。
优选地，控制器用于根据波长监测和/或控制设备中的标准具滤波器对所述两个光束进行滤波所产生的两个透射峰值图案，控制可调谐激光器输出的原始激光束的波长或频率，其中，两个透射峰值图案根据两个光束的角位移彼此相对偏移。
本发明第三方面提供一种操作本发明如上所述的波长监测和/或控制设备的方法，所述设备用于监测和/或控制从优选可调谐激光器接收的原始激光束的波长或频率，所述设备包括第一分束器和标准具滤波器，其中
-所述第一分束器将所述原始激光束划分成两个具有预定角位移的光束，并对所述两个光束进行不同偏振，使得所述两个光束中的第一光束具有第一偏振，所述两个光束中的第二光束具有第二偏振；以及
-所述标准具滤波器滤波所述两个具有预定角位移的偏振光束。
需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和构件都可以在软件或硬件元件或其任意组合中实现。本申请所描述的各实体所执行的所有步骤以及所述各实体所描述的功能都是为了意味着各自实体用于或用于执行各自的步骤和功能。即使在以下对具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有反映在执行该特定步骤或功能的实体的具体详细元素的描述中，对于一个技术人员来说，应该清楚地知道，这些方法和功能可以在各自的软件或硬件元素中实现，或者它们的任何组合。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述本发明的各方面及其实现形式，其中：
图1示意性地示出了密集波分复用(dense wavelength division multiplexing，DWDM)光学系统的一个示例，其中，激光源被频率调谐到若干个信道，这些信道进行光调制并多路复用到单模光纤中。
图2示意性地示出了DWDM光学系统中采用的波长锁定器的一个示例。
图3示意性地示出了标准具滤波器为激光束生成的透射峰值图案的一个示例，其中，透射峰值与DWDM光学系统的系统信道频率网格相匹配。
图4示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备。
图5示意性地示出了源自原始激光束的两个光束之间相对于标准具滤波器的角位移。
图6示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的实现形式的一部分。
图7示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备中的标准具滤波器对两个具有预定角位移的光束进行滤波所产生的透射峰值图案的一个示例。
图8示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的又一实现形式。
图9示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的又一实现形式。
图10示意性地示出了本发明第二方面所述的激光系统。
图11示意性地示出了本发明第二方面所述的激光系统的一种实现形式。
图12示意性地示出了本发明第三方面所述的方法。
在附图和以下描述中，最后两位数字相同的附图标记是指相应元件。对于三位数字的附图标记，第一位数字对应附图编号(图1至图9)，最后两位用于标记。对于四位数字的附图标记，第一位数字对应附图编号(图10至图12)，最后两位用于标记。例如，图4中，附图标记“401”是指波长监测和/或控制设备，图10中，附图标记“1001”是指波长监测和/或控制设备。
具体实施方式
图4示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备。
图4所示的波长监测和/或控制设备401包括第一分束器403和标准具滤波器404。在波长监测和/或控制设备401的外面，优选可调谐激光器402用于发射具有一定频率或波长的激光束B0(也称为原始激光束)。
优选地，第一分束器403和标准具滤波器404设置在波长监测和/或控制设备401的光路中，使得从激光器402接收的原始激光束B0穿过第一分束器403和标准具滤波器404，其中，标准具滤波器404设置在光路中的第一分束器403的后面。
第一分束器403用于将原始激光束B0划分成两个具有预定角位移(angulardisplacement，AD)的光束B1和B2，并且对两个光束B1和B2进行不同偏振，使得两个光束中的第一光束B1具有第一偏振，两个光束中的第二光束B2具有第二偏振。也就是说，当原始激光束B0穿过第一分束器403时，原始激光束B0被划分成两个进行不同偏振的具有预定角位移(angular displacement，AD)的光束B1和B2。
优选地，第一分束器403和/或标准具滤波器404设置在波长监测和/或控制设备401中，使得第一分束器403输出的两个进行不同偏振的具有预定角位移(angulardisplacement，AD)的光束B1和B2进入到标准具滤波器404中，也就是说，两个光束都到达标准具滤波器404的表面并穿过标准具滤波器404。由于第一光束B1与第二光束B2之间存在角位移(angular displacement，AD)，第一光束B1进入标准具滤波器404并以第一入射角穿过标准具滤波器404，第一入射角与第二光束进入标准具滤波器404并穿过标准具滤波器404的第二入射角不同(参见图2)。第一和第二光束B1和B2沿不同方向穿过监测和/或控制设备401的光路，并以不同的入射角进入标准具滤波器404。两个光束B1和B2的传播方向和入射角之差通过两个光束B1和B2的角位移(angular displacement，AD)来表示。
标准具滤波器404用于滤波两个光束B1和B2，从而为两个光束B1和B2分别生成一个透射峰值图案。由于第一光束B1与第二光束B2之间存在角位移，这两个透射峰值图案根据角位移彼此相对偏移。也就是说，当两个光束B1和B2穿过标准具滤波器404时，标准具滤波器404分别为两个光束B1和B2生成一个透射峰值图案作为频率响应。一个光束对应的标准具滤波器器404的频率响应取决于该光束进入并穿过标准具滤波器404的入射角。
因此，控制或设置两个光束B1和B2之间的角位移(angular displacement，AD)可以控制或设置标准具滤波器404生成的透射峰值图案之间的偏移。
图5示意性地示出了源自原始激光束的两个光束之间相对于标准具滤波器的角位移，描述了两个光束的“角位移”和一个光束的“入射角”。
如图5所示，源自原始激光束B0的两个光束B1和B2的角位移(angulardisplacement，AD)对应于第一光束B1的入射角AOI1与第二光束B2的入射角AOI2之差。
第一光束B1相对于标准具滤波器504的入射角AOI1对应于第一光束B1进入标准具滤波器504的角度。具体而言，第一光束B1的入射角AOI1对应于第一光束B1的传播方向与标准具滤波器504表面上的法矢量N之间的角度。第二光束B2相对于标准具滤波器504的入射角AOI2对应于第二光束B2进入标准具滤波器504的角度。具体而言，第二光束B2的入射角AOI2对应于第二光束B2的传播方向与标准具滤波器504表面上的法矢量N之间的角度。
因此，垂直进入标准具滤波器504的光束，即在标准具滤波器504表面上的法矢量N的方向上进入标准具滤波器的光束，包括0°入射角。
图6示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的实现形式的一部分。
如图6所示，两个进行不同偏振的具有预定角位移(predetermined angulardisplacement，AD)的光束B1和B2以不同的入射角AOI1和AOI2穿过标准具滤波器，并且分别由两个检测构件PD1和PD2检测。具体而言，第一检测构件PD1检测标准具滤波器604滤波并输出的第一光束B1，第二检测构件PD2检测标准具滤波器604滤波并输出的第二光束B2。因此，第一检测构件PD1检测穿过标准具滤波器604的第一光束B1对应的标准具滤波器604的频率响应(滤波器响应)，第二检测构件PD2检测第二光束B2对应的标准具滤波器604的频率响应(滤波器响应)。如上所述，一个光束对应的标准具滤波器604的频率响应对应于一个透射峰值图案，该图案取决于该光束进入标准具滤波器604的光束入射角(参见图7)。
优选地，两个检测构件PD1和PD2是本发明所述的波长监测和/或控制设备的组成部分。具体而言，两个检测构件PD1和PD2是两个光电二极管。如上所述，检测构件PD1和PD2可以采用任何已知的用于检测光束B1和B2的检测构件来实现。
图7示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备中的标准具滤波器对两个具有预定角位移的光束B1和B2进行滤波所产生的两个透射峰值图案的一个示例。
图7的A中，实线表示的透射峰值图案对应于标准具滤波器为第一光束B1生成的透射峰值图案(第一透射峰值图案)，虚线表示的透射峰值图案对应于标准具滤波器为第二光束B2生成的透射峰值图案(第二透射峰值图案)。也就是说，实线表示第一光束B1对应的标准具滤波器的滤波器响应，虚线表示第二光束B2对应的标准具滤波器的滤波器响应。
由于第一光束B1与所述第二光束B2之间存在预定角位移，根据预定角位移，第二透射峰值图案相对于第一透射峰值图案偏移。
如上所述，标准具滤波器为以某个入射角穿过标准具滤波器的光束生成的透射峰值图案中的第m个透射峰值可以通过以下公式定义：
Figure BDA0002440928830000121
其中，“vm”对应于标准具滤波器生成的透射峰值图案的第m个透射峰值，“c”对应于光速，“n”对应于标准具滤波器的折射率，“l”对应于标准具滤波器的厚度，“AOI”对应于穿过标准具滤波器的光束的入射角，标准具滤波器为该光束生成了透射峰值图案。
图7的B显示了某个频率范围内通过对应透射峰值图案滤波的光束B1和B2生成的反馈信号。具体而言，第一和第二透射图案IPD1和IPD2对应于波长监测和/或控制设备中的两个检测构件PD1和PD2，尤其是光电二极管，检测到的检测信号为IPD1和IPD2。检测到的信号IPD1和IPD2的组合在捕获范围内产生具有非零导数的反馈，对应于(从激光源接收的)相对于完整感兴趣范围内的目标频率fTARGET的原始激光束频率，其中，目标频率fTARGET对应激光源输出的激光束的期望频率。因此，波长监测和/或控制设备适合进行频偏测量，其中，目标频率fTARGET不限于任何固定网格。
图8示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的又一实现形式。
图8所示的波长监测和/或控制设备801包括第一分束器803，优选采用双折射楔形；以及标准具滤波器804。上述关于波长监测和/或控制设备的描述，尤其是第一分束器和标准具滤波器，同样适用于图8的波长监测和/或控制设备801，尤其是第一分束器803和标准具滤波器804。
图8所示的波长监测和/或控制设备801还包括第二分束器805；两个可选偏振滤波器PF1和PF2；三个检测构件PD1、PD2和PD3，优选采用光电二极管；输入构件806；以及可选透镜807。
第二分束器805用于将标准具滤波器804输出和滤波的两个光束B1和B2分别引导至两个检测构件PD1和PD2。
两个可选偏振滤波器PF1和PF2用于仅允许一种偏振类型的电磁辐射通过。具体而言，两个滤波器中的第一偏振滤波器PF1设置在用于将第一光束B1引导至三个检测构件中的第一检测构件PD1的第二分束器805提供的光路中，用于仅允许第一光束B1的偏振类型的电磁辐射通过。相应地，两个滤波器中的第二滤波器PF2设置在用于将第二光束B2引导至三个检测构件中的第二检测构件PD2的第二分束器805提供的光路中，用于仅允许第二光束B2的偏振类型的电磁辐射通过。
也就是说，第一偏振滤波器PF1用于仅允许第一光束B1传播到第一检测构件PD1，因为第一偏振滤波器PF1仅对于以与第一光束B1相同的方式进行偏振的电磁辐射是透射的；第二偏振滤波器PF2用于仅允许第二光束B2传播到第二检测构件PD2，因为第二偏振滤波器PF2仅对于以与第二光束B2相同的方式进行偏振的电磁辐射是透射的。
如图8所示，通过输入偏振保持光纤和输入构件806从激光源接收的原始激光束B0优选包括45°偏振。第一分束器803优选为双折射楔，其将原始激光束划分成两个进行不同偏振的光束B1和B2，尤其是划分成具有“快”偏振的第一光束B1和具有“慢”偏振的第二光束B2。双折射楔等双折射材料制成的分束器中采用“快”和“慢”这些词，是指偏振为45°的原始激光束B0的两个偏振分量，这两个偏振分量在双折射材料方面具有不同的有效折射率。具有“慢”偏振的第二光束B2为双折射材料的有效折射率较高的分量，也就是说，第二光束B2以较慢的相位速度穿过第一分束器803的双折射材料。具有“快”偏振的第一光束B1为双折射材料的有效折射率较低的分量，也就是说，第一光束B1以较快的相位速度穿过第一分束器803的双折射材料。
第一和第二检测构件PD1和PD2用于在第一和第二光束B1和B2已经穿过标准具滤波器804后，即在标准具滤波器804已经滤波并输出后，分别检测第一和第二光束B1和B2。如图8所示，可选的第一和第二偏振滤波器PF1和PF2分别分配给第一和第二检测构件PD1和PD2。因此，第一检测构件PD1仅接收第一光束B1的电磁辐射，因为第一偏振滤波器PF1仅允许第一光束B1的偏振类型的电磁辐射穿过自身到达第一检测构件PD1；第二检测构件PD2仅接收第二光束B2的电磁辐射，因为第二偏振滤波器PF2仅允许第二光束B2的偏振类型的电磁辐射穿过自身到达第二检测构件PD2。
图8所示的第一分束器803用于将从外部激光源接收的原始激光束划分成两个进行不同偏振的具有预定角位移的光束B1和B2。另外，第一分束器803用于将原始激光束的一部分，优选为原始激光束的1％到2％，反射至第三检测构件PD3。第三检测构件PD3用于监测原始激光束B0的功率。
波长监测和/或控制设备801中的可选透镜807用于校准从外部激光源接收的原始激光束B0。
波长监测和/或控制设备801中的输入构件806用于将光纤连接到该设备，以通过该光纤将来自外部激光源，尤其是可调谐激光器，的原始光束提供给该设备。如图8所示，光纤是一种偏振保持光纤。
可选透镜807、第一分束器803、标准具滤波器804和第二分束器805设置在以波长监测和/或控制设备801中的输入构件806为起点的光路中。因此，输入构件806接收的原始激光束B0穿过透镜807、第一分束器804、标准具滤波器804(通过两个光束B1和B2)和第二分束器805。由于第一分束器803将原始激光束划分成两个进行不同偏振的具有预定角位移的光束B1和B2，因此两个光束B1和B2在波长监测和/或控制设备801的光路中穿过标准具滤波器804和第二分束器805。
第二分束器805提供两个光路，其中，从第二分束器805开始的一个光路包括可选第一偏振滤波器PF1并通往第一检测构件PD1，从第二分束器805开始的另一个光路包括可选第二偏振滤波器PF2并通往第二检测构件PD2。
波长监测和/或控制设备801可以封装在普通的光电封装，例如金属或陶瓷气腔密封封装中。
如图8所示，来自输入偏振保持光纤的输入激光束B0通过透镜807校准并传播到第一分束器803，其优选地对应于双折射楔形元件。耦合到输入构件806的输入光纤优选为偏振保持类，使得输入激光束偏振可以得到控制并且优选地设为双折射楔形元件803的“快”轴的45°。然后，优选地通过50∶50的比例将输入激光束功率划分成两个优选进行正交偏振的具有受控角位移的光束B1和B2。偏振与双折射楔形元件803的“快”轴和“慢”轴对准，因此，第一光束B1的偏振称为“快”偏振，第二光束B2的偏振称为“慢”偏振。标准具滤波器804优选由玻璃制成和/或优选地包括50GHz的FSR，用于滤波具有角位移的光束B1和B2，其中，两个检测构件PD1和PD2检测第一和第二光束对应的滤波器响应，这两个检测构件优选为光电二极管。偏振滤波器PF1和PF2可以分别放置在检测构件PD1和PD2的前面，以便限制两个光束B1和B2的光串扰。双折射楔形元件803可以将输入光束的一部分，优选为1％到2％，反射至第三检测构件PD3，第三检测构件PD3可以作为输入功率监测器。
图9示意性地示出了本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的又一实现形式。
基本上，图9所示的波长监测和/或控制设备的实现形式对应于图8所示的波长监测和/或控制设备的实现形式。
因此，上述关于图8所示的波长监测和/或控制设备的实施形式的描述同样适用于图9所示的波长监测和/或控制设备的实现形式。具体差异在下面描述。
原始激光束B0通过图9所示的单模光纤提供，所以在图9所示的波长监测和/或控制设备901中的输入构件906处接收的激光束B0包含具有随机偏振的激光束。
因此，波长监测和/或控制设备901可以包括偏光片PF3，用于将原始激光束B0进行预期偏振，尤其是进行45°偏振。偏振片PF3优选地设置在波长监测和/或控制设备901的光路中的第一分束器903的前面，使得具有预定偏振，尤其是45°偏振的激光束B0进入到第一分束器903中。
因此，偏振片PF3用于确保对入射到第一分束器903的激光束B0进行适当的偏振控制。
图10示意性地示出了本发明第二方面所述的激光系统。
图10所示的激光系统1008包括激光器1002，本发明所述的包括第一分束器1003和标准具滤波器1004的波长监测和/或控制设备1001，光学元件1009以及用于控制激光器1002的可选控制器1010。
波长监测和/或控制设备1001可以如上所述实现。因此，对于波长监测和/或控制设备1001的描述，请参考上述本发明第一方面所述的波长监测和/或控制设备的描述，尤其参考其不同的实现形式。
但是，波长监测和/或控制设备1001的主要功能如图10所示。也就是说，第一分束器1003将原始激光束B0划分成两个进行不同偏振的具有预定角位移的光束B1和B2。然后，这两个具有预定角位移的光束B1和B2进入到标准具滤波器1004中进行滤波，其中，根据预定角位移，第一光束B1对应的透射峰值图案形式的滤波器响应相对于第二光束B2对应的透射峰值图案形式的滤波器响应偏移。
激光器1002优选为可调谐激光器，如上所述，可以以任何已知的方式来实现。
光学元件1009用于将原始激光束B0的至少一部分，优选为原始激光束B0的4％到5％，从激光器1002引导至波长监测和/或控制设备1001。激光系统1008输出原始激光束的其余部分，从而向外界提供激光束。原始激光束B0引导至波长监测和/或控制设备1001的那部分是用来监测和/或控制激光器1002输出的激光束的实际频率或和波长，进而由激光系统1008输出，以便保持激光束的预期频率fTARGET。
因此，激光系统1008还可以包括控制器1010，用于根据波长监测和/或控制设备1001中的第一分束器1003生成以及标准具滤波器1004滤波的两个光束B1和B2，控制从激光器1002发射的原始光束B0的波长或频率。也就是说，控制器1010可以根据波长监测和/或控制设备1001的监测结果，尤其是根据标准具滤波器1004为两个光束B1和B2生成的透射峰值图案，控制激光器1002的操作，以便激光器提供期望波长或频率fTARGET下的激光束B0。
如上所述，激光系统1008还可以包括至少两个激光器1002、至少两个光学元件1009和/或至少两个波长监测和/或控制设备1001。
如果激光系统1008包括多个激光器1002和多个波长监测和/或控制设备1001，激光系统1008优选地包括相同数量的激光器1002和波长监测和/或控制设备1001。在这种情况下，优选地将多个激光器1002中的每一个分配给，尤其是光耦合到多个波长监测和/或控制设备1001中的一个。具体而言，多个激光器1002中的每一个通过光学元件1009光耦合到多个波长监测和/或控制设备1001中的一个。
然后，控制器1010可以控制多个激光器1002。可替代地，激光系统1008还可以包括一个以上的控制器1010，其中，每个控制器1010可以控制一个激光器或一组激光器。
控制器1010也可以设置在激光系统1008的外面。
图11示意性地示出了本发明第二方面所述的激光系统的一种实现形式。
图11所示的激光系统1108包括激光器1102、光学元件1109和波长监测和/或控制设备1101。
上述图10所示的激光系统的描述同样适用于图11所示的激光系统1108。
图11所示的波长监测和/或控制设备1101基本上对应于图9所示的波长监测和/或控制设备901的实现形式，因此，对于图11所示的波长监测和/或控制设备1101的描述，请参考上述图9所示的波长监测和/或控制设备901的实现形式的描述。
如图11所示，波长监测和/或控制设备1101，优选为波长锁定器，与激光源1102一起封装，需要对激光源1102的波长或频率进行控制。优选地，将它们一起封装在一个金盒内。
位于光路中的优选对应于又一个分束器的光学元件1109向波长监测和/或控制设备1101输入激光束B0的一部分，优选为4％到5％。优选地，激光器输出偏振与设备平面平行或垂直。因此，由于激光器输出偏振与设备平面平行或垂直，优选地将偏振旋转器用作偏振片PF3，以实现激光束B0的45°偏振，尤其是激光器B0相对于第一分束器1103的双折射材料的“快轴”的45°偏振。第一分束器1103优选对应于双折射楔形元件。
图12示意性地示出了本发明第三方面所述的方法。
图12所示的用于操作本发明如上所述的波长监测和/或控制设备的方法包括步骤S1和S2。
在第一步骤S1中，波长监测和/或控制设备中的第一分束器将原始光束B0划分成两个具有预定角位移(angular displacement，AD)的光束B1和B2，并对两个光束B1和B2进行不同偏振，使得两个光束中的第一光束B1具有第一偏振，两个光束中的第二光束B2具有第二偏振。也就是说，在第一步骤S1中，将原始激光束B0划分成两个具有预定角位移的光束B1和B2，并对两个光束B1和B2进行不同偏振，使得两个光束中的第一光束B1具有第一偏振，两个光束中的第二光束B2具有第二偏振。
在第一步骤S1之后的第二步骤S2中，波长监测和/或控制设备中的标准具滤波器对两个具有预定角位移的偏振光束进行滤波。也就是说，在第二步骤S2中，对两个具有预定角位移的偏振光束进行滤波。
鉴于以上所述，本发明的基本概念包括波长监测和/或控制设备，尤其是波长锁定器的特定设置，这依赖于第一分束器，尤其是双折射楔，用于将从激光源，优选为可调谐激光器，接收的原始激光束划分成两个进行不同偏振的具有预定角位移的光束。第一分束器将入射激光束划分成一对优选具有正交偏振(普通偏振和非普通偏振)和受控角位移的光束。然后将光束传送到标准具滤波器(例如，玻璃制成的标准具滤波器)，第二分束器，优选为偏振分束器，可选地将光束引导至两个分别检测两个光束的光电二极管。
由于两个光束的角位移对应于两个光束传送到标准具滤波器的入射角之差，因此对角位移进行良好控制能够获得标准具滤波器为两个光束生成的透射峰值图案之间的预期偏移。这样实现了具有非零导数的最优信号组合。
光束的角位移仅由第一分束器确定，相对于第一分束器和/或标准具滤波器的方向的变化可忽略不计(在几度内)。
已经结合作为实例的不同实施例以及实施方案描述了本发明。但本领域技术人员通过实践所请发明，研究附图、本公开以及独立权项，能够理解并获得其他变体。在权利要求以及描述中，术语“包括”不排除其它元件或步骤，且“一个”并不排除复数可能。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所引用的若干实体或项目的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。

Claims (19)

1.一种波长监测和/或控制设备，优选为波长锁定器，用于监测和/或控制从优选可调谐激光器接收的原始激光束的波长或频率，其特征在于，所述设备包括：
-第一分束器，用于
-将所述原始激光束划分成两个具有预定角位移的光束，
-对所述两个光束进行不同偏振，使得所述两个光束中的第一光束具有第一偏振，所述两个光束中的第二光束具有第二偏振；以及
-标准具滤波器，用于对所述两个具有预定角位移的偏振光束进行滤波。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
-所述标准具滤波器用于为每个光束生成透射峰值图案，
-根据所述预定角位移，为所述第一光束生成的透射峰值图案相对于为所述第二光束生成的透射峰值图案进行偏移。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括：
-两个光电二极管，用于检测所述标准具滤波器滤波后的所述两个光束。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述第一分束器为一种双折射楔。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述预定角位移根据所述第一分束器的形状和/或材料来设置。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述预定角位移对应的角位移范围为0°到2°，优选为0.1°到1°，更优选为0.1°和0.5°。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述预定角位移使得所述标准具滤波器为所述第一光束生成的所述透射峰值图案相对于所述标准具滤波器为所述第二光束生成的所述透射峰值图案偏移了所述标准具滤波器的自由光谱范围(free spectral range，FSR)的25％。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
-第三光电二极管，用于监测所述原始激光束的功率，
-所述第一分束器用于将所述原始激光束的一部分，优选将所述原始激光束的1％到2％，反射至所述第三光电二极管。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述第一分束器对所述两个光束进行正交偏振。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述第一分束器用于将所述原始激光束划分成所述两个光束，所述两个光束以不同相位速度通过所述第一分束器，从而进行不同偏振。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
-所述第一分束器用于将所述原始激光束划分成具有快偏振的所述第一光束和具有慢偏振的所述第二光束，
-相比于所述第一光束对应的所述第一分束器的材料具有较低的有效折射率，所述第二光束对应的所述第一分束器的材料具有较高的有效折射率。
12.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
-输入模块，用于将光纤连接到所述设备，以通过所述光纤将来自所述可调谐激光器的所述原始激光束提供给所述设备。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
-所述光纤为一种偏振保持光纤，用于为所述原始激光束提供预定偏振，优选为45°偏振；或者
-所述光纤为一种单模光纤，用于提供没有偏振的原始激光束。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，还包括：
-设置于所述输入构件与所述第一分束器之间的偏振片，
-所述偏振片用于对所述原始激光束进行偏振，优选进行45°偏振。
15.根据权利要求12至14任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
-透镜，用于校准提供给所述设备中的所述输入模块的所述原始激光束。
16.一种激光系统，其特征在于，包括：
-根据上述权利要求中任一项所述的至少一个波长监测和/或控制设备，
-用于发射所述原始激光束的至少一个优选可调谐激光器，以及
-至少一个光学元件，用于将所述原始激光束的至少一部分，优选将所述原始激光束的4％到5％，从所述优选可调谐激光器引导至所述波长监测和/或控制设备。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，
-所述波长监测和/或控制设备和所述激光源设置在金盒内。
18.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，还包括：
-控制器，用于根据所述波长监测和/或控制设备中的所述第一分束器生成以及所述标准具滤波器滤波后的所述两个光束，控制从所述可调谐激光器发射的所述原始激光束的波长或频率。
19.一种用于操作根据权利要求1至15中任一项所述的波长监测和/或控制设备的方法，所述设备优选为波长锁定器，用于监测和/或控制从优选可调谐激光器接收的原始激光束的波长或频率，所述设备包括第一分束器和标准具滤波器，其特征在于，
-第一分束器
-将所述原始激光束划分成两个具有预定角位移的光束，
-对所述两个光束进行不同偏振，使得所述两个光束中的第一光束具有第一偏振，所述两个光束中的第二光束具有第二偏振；以及
-所述标准具滤波器对所述两个具有预定角位移的偏振光束进行滤波。
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