CN117650419A - 一种可调谐激光器和波长锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器波长锁定技术领域，特别是涉及一种可调谐激光器和波长锁定方法，包括：激光器、第一标准具和第二标准具；所述第一标准具和第二标准具有相同的透射率周期FSR；所述第一标准具的峰值对准ITU波长，所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长存在预设波长间隔；在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。采用第一标准具和第二标准具实现了激光器任意波长的锁定，避免了锁定波长落入标准具斜率较小区域，导致电路无法检测，造成波长无法锁定的问题。

Description

一种可调谐激光器和波长锁定方法

技术领域

本发明涉及激光器波长锁定技术领域，特别是涉及一种可调谐激光器和波长锁定方法。

背景技术

高清视频、云存储和交互式网络电视(Internet Protocol Television，简写为IPTV)等一些高速率业务不断的发展导致网络协议(Internet Protocol，简写为IP)流量持续快速的增加，目前IP流量已经占到骨干网总流量的99％，而以高清视频为代表的对等联网(peer-to-peer，简写为P2P)业务流量已经超过50％，这些业务的快速发展给网络带宽带来了巨大的压力，为了满足对网络带宽的需求，密集波分复用(Dense WavelengthDivision Multiplexing，简写为DWDM)技术、波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，简写为WDM)以及光学时分复用(Optical Time Division Multiplexing，简写为OTDM)系统的研究已经取得了迅速的发展。

在DWDM系统中，用一个可调节激光器替代多个固定波长激光器，能够有效减低系统复杂性，简化系统模式，用软件算法对波长的调节替代硬件上的变更，使得网络布局更加灵活；在光网络系统中，可调谐激光器的波长可调性能够允许对光路由上的波长进行动态配置，在动态重构方面有着重要应用。另一方面，激光器在其生命周期内，由于激光器老化，波长有高达0.15nm的漂移，这种波长漂移会引起相邻信道间串扰，导致系统误码。需要设法消除这种由于激光器老化带来的波长漂移。消除波长漂移，可采用对激光器的波长进行重新定标的方案：即利用可调激光器来实现对激光器波长调谐或者锁定，可以把激光器波长调谐至指定波长。可调谐激光器一般采用标准具或者薄膜滤波器进行波长的标定，而标准具或者薄膜滤波器的波长对温度较敏感，所以一般需要采用半导体致冷器(ThermoElectric Cooler，简写为TEC)对标准具或者薄膜滤波器进行温度控制以实现波长标定的稳定性。

为了实现更灵活的波长选择、波长间隔通道或者扩展可调谐激光器应用范围，需要实现可调谐激光器对任意波长的锁定。传统的任意波长锁定方案采用双TEC分别对可调谐激光器和标准具控温，当所需要锁定的波长落入标准具斜率较小区域，电路端无法检测到标准具斜率，而造成无法实现波长的锁定，此时需要调节标准具控温TEC的温度，使标准具频率间隔(Free Spectral Range，简写为FSR)整体发生偏移，使需要锁定的波长落入标准具斜率较大区域，才能实现波长的锁定。而此方案需要双TEC控制设计，对应不同波长锁定，需要调节标准具控温，控制较为复杂，而TEC控制温度的变化在器件内部又会影响激光器端温度场分布，进而影响激光器波长稳定性，器件设计端需要考虑双TEC的温度串扰问题。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何实现对激光器的任意波长进行锁定。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种可调谐激光器，包括：激光器、第一标准具和第二标准具；

所述第一标准具和所述第二标准具有相同的透射率周期FSR；

所述第一标准具的峰值对准ITU波长，所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长存在预设波长间隔；

在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或所述第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

优选的，以所述第一标准具的第一透射光谱和所述第二标准具的第二透射光谱的任一个相交位置作为分割点，以所述透射率周期FSR作为分割周期，将所述激光器的波长锁定范围划分为多个锁定区间；

按照所述预设波长间隔将所述锁定区间划分为至少两个锁定区域，在所述至少两个锁定区域中交替采用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

优选的，所述第二标准具的峰值所对准的波长为ITU波长±a*FSR_。

优选的，所述可调谐激光器还包括：分光器、第一探测器、第二探测器和第三探测器；

所述分光器用于接收来自激光器的第一光信号，并将所述第一光信号分为第二光信号、第三光信号、第四光信号和第五光信号，所述第二光信号用于传输至光纤；

所述第一标准具用于将所述第三光信号进行标定后传输给所述第一探测器，所述第一探测器用于生成第一探测信号；所述第二标准具用于将所述第四光信号进行标定后传输给所述第二探测器，所述第二探测器用于生成第二探测信号；

所述第三探测器用于接收所述第五光信号，并生成第三探测信号；

根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号以对所述激光器的波长进行锁定。

优选的，所述可调谐激光器还包括热沉和热电制冷器，所述热沉设置于所述热电制冷器上；

所述激光器、第一标准具和第二标准具均设置在所述热沉上。

优选的，所述分光器包括第一分光镜和第二分光镜；

所述第一分光镜用于接收所述第一光信号，并将所述第一光信号分为第二光信号和第六光信号；

所述第二分光镜用于接收所述第六光信号，并将所述第六光信号分为第三光信号、第四光信号和第五光信号。

第二方面，提供了一种可调谐激光器的波长锁定方法，包括：

将所述第一标准具的峰值对准ITU波长，将所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长间隔预设波长间隔；

在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或所述第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

优选的，所述在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置包括：

以所述第一标准具的第一透射光谱和所述第二标准具的第二透射光谱的任一个相交位置作为分割点，以所述透射率周期FSR作为分割周期，将所述激光器的波长锁定范围划分为多个锁定区间；

按照所述预设波长间隔将所述锁定区间划分为至少两个锁定区域，在所述至少两个锁定区域中交替采用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

优选的，所述可调谐激光器还包括第一探测器、第二探测器和第三探测器，所述可调谐激光器的波长锁定方法还包括：

所述第一标准具将接收到的第三光信号进行标定后传输给所述第一探测器，所述第一探测器生成第一探测信号；

所述第二标准具将接收到的第四光信号进行标定后传输给所述第二探测器，所述第二探测器生成第二探测信号；

所述第三探测器接收第五光信号，并生成第三探测信号；

根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号对所述激光器的波长进行锁定。

优选的，所述根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号对所述激光器的波长进行锁定，具体包括：

确定所述激光器所发射的激光信号的波长所在的锁定区域，根据所确定的锁定区域选择使用所述第一标准具或所述第二标准具进行波长锁定；

如果所确定的锁定区域未涵盖所述第一标准具的第一透射光谱的峰值位置或谷值位置，则使用所述第一标准具进行波长锁定；在波长锁定过程中，调节所述激光器的电流，使得所述第一探测信号和第三探测信号的比值为固定值；

如果所确定的锁定区域未涵盖所述第二标准具的第二透射光谱的峰值位置或谷值位置，则使用所述第二标准具进行波长锁定；在波长锁定过程中，调节所述激光器的电流，使得所述第二探测信号和第三探测信号的比值为固定值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明设置所述第一标准具和第二标准具有相同的透射率周期FSR；将所述第一标准具的峰值对准ITU波长，将所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长存在预设波长间隔；在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。采用第一标准具和第二标准具实现了激光器任意波长的锁定，避免了锁定波长落入标准具斜率较小区域，导致电路无法检测，造成波长无法锁定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的双标准具透射光谱示意图；

图3是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的具体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种标准具的透射率随波长变化示意图；

图5是本发明实施例提供的一种标准具的透射率和斜率根据频率的变化示意图；

图6是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的波长锁定方法的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的波长锁定方法的双标准具透射光谱波形示意图；

图8是本发明实施例提供的一种可调谐激光器的波长锁定方法的波长定标的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

在本实施例中提出了一种可调谐激光器，如图1和图2所示，包括：激光器、第一标准具和第二标准具；所述第一标准具和第二标准具有相同的透射率周期FSR；所述第一标准具的峰值对准ITU波长，所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长存在预设波长间隔；在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

所述第一标准具的透射光谱的峰值对准ITU波长指的是所述第一标准具的峰值对准ITU波长标准中的某一个ITU波长。例如，所述第一标准具的透射光谱的其中一个峰值对准1.934GHZ所对应的ITU波长，所述第一标准具的透射光谱的其中一个峰值对准1.9345GHZ所对应的ITU波长。

在优选的实施例中，所述第一标准具的峰值对准ITU波长，调制第二标准具有一定的入射角度，使所述第二标准具的峰值对准的波长位置与ITU波长存在预设波长间隔，预设波长间隔为：a*FSR，例如，以a＝1/4为例进行解释说明，当然也可根据电路检测能力设置为其他数值。所述第一标准具和第二标准具具有相同的FSR，在长波、中波、和短波上有较好重复性。具体实现方式可以为：首先，对于所述第一标准具，需要找到透射光谱中与ITU波长位置对应的峰值。这可以通过光谱分析仪或其他适当的测量设备来实现。一旦找到了ITU波长位置对应的峰值，可以通过调整第一标准具的位置或参数来使其对准该峰值。这可以通过微调标准具的位置或使用其他校准方法来实现。接下来，需要调整光信号进入第二标准具的角度，使第二标准具的透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置。这可以通过调整第二标准具的位置或参数来实现。通过调整角度，改变第二标准具的工作频率，使其透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置。在调整角度时，a是一个常数，FSR是标准具的频率标准。通过选择适当的a值和相应的角度调整，可以实现第二标准具透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置。

将第一标准具的峰值与所述第二标准具的峰值错开，以避开所述第一标准具和第二标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置，再根据波长范围选择相应的标准具来实现波长的锁定。通过第一标准具或第二标准具进行波长锁定的具体方法下文中说明。

其中，如图2所示，所述第一标准具(标准具1)的第一透射光谱和所述第二标准具(标准具2)的第二透射光谱的任一个相交位置作为分割点，以所述透射率周期FSR作为分割周期，将所述激光器的波长锁定范围划分为多个锁定区间；按照所述预设波长间隔将所述锁定区间划分为至少两个锁定区域，在所述至少两个锁定区域中交替采用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

根据上述将所述第一标准具的透射光谱的峰值对准ITU波长位置A点，将第二标准具的透射光谱的峰值对准ITU+a*FSR波长位置B点，在图2中，使得所述第一标准具和第二标准具的透射光谱曲线之间会存在相交位置M点，以任一相交位置M点为分割点，以透射率周期FSR为分割周期将透射光谱分割上的波长锁定范围分为多个锁定区间，通过预设波长间隔a*FSR将所述锁定区间划分为至少两个锁定区域，在至少两个锁定区域内，采用交替的方式使用第一和第二标准具进行波长锁定，即在一个锁定区域使用第一标准具锁定激光器的波长，而在下一个锁定区域使用第二标准具进行锁定。通过这种方式，可以避开标准具透射光谱的峰值位置或者谷值位置，即斜率为接近0的位置。关于标准具透射光谱与斜率的关系将在下文中进行说明。

在优选的实施例中，如图1所示，所述可调谐激光器还包括分光器、第一探测器、第二探测器和第三探测器；所述分光器用于接收来自激光器的第一光信号，并将所述第一光信号分为第二光信号、第三光信号、第四光信号和第五光信号，所述第二光信号用于传输至光纤；所述第一标准具用于将所述第三光信号进行标定后传输给所述第一探测器，所述第一探测器用于生成第一探测信号；所述第二标准具用于将所述第四光信号进行标定后传输给所述第二探测器，所述第二探测器用于生成第二探测信号；所述第三探测器用于接收所述第五光信号，并生成第三探测信号；根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号以对所述激光器的波长进行锁定。

其中，所述分光器的实现通常利用光的折射和反射原理。一种常见的实现方式是使用棱镜或半反射镜。分光器将接收到的激光光束分成四个部分，发送到不同的位置。具体的分光比例和方向取决于分光器的设计和材料。在本实施例中，如图3所示，所述分光器包括第一分光镜和第二分光镜；所述第一分光镜用于接收所述第一光信号，并将所述第一光信号分为第二光信号和第六光信号；所述第二分光镜用于接收所述第六光信号，并将所述第六光信号分为第三光信号、第四光信号和第五光信号。所述第一分光镜接收从激光器来的第一光信号。然后，通过调整所述第一分光镜的角度和反射率，将第一光信号分为第二光信号和第六光信号。所述第二光信号用于传输至光纤，所述第六光信号则传输给第二分光镜进行进一步的分光。所述第二分光镜接收从第一分光镜来的第六光信号。然后，通过调整第二分光镜的角度和反射率，将第六光信号分为第三光信号、第四光信号和第五光信号。这三种光信号分别用于进一步的处理和检测。

所述第一标准具和第二标准具的实现可以有多种方式，具体取决于需要标定的参数和精度。例如，需要标定的是光信号的波长，那么标准具可以是一个已知光谱特性的元件，如光栅、光谱滤波器或干涉仪。这些元件可以改变通过的光的波长分布，从而实现标定功能。

所述第一探测器、第二探测器和第三探测器的实现通常依赖于光电效应，即光能被转换为电能的现象。常见的光电转换元件包括光电二极管、光电倍增管以及电荷耦合器件等。在本实施例中，所述第一探测器和第二探测器将接收到的光信号转换为电信号，然后进行后续的处理和分析。

其中，在实现激光器波长的锁定的过程中，通常涉及到反馈控制系统，在本实施例中，可以设置一个微处理器或数字信号处理器来接收和分析所述第一探测器、第二探测器和第三探测器生成的电信号。通过比较这些电信号和预设的标准值，处理器可以计算出激光器的工作参数(如电流、温度)的偏差，然后生成相应的调整信号，发送到激光器的驱动电路，以调整激光器的工作状态，实现精确的波长锁定。

本发明通过所述第一标准具和第二标准具有相同的透射率周期FSR；将所述第一标准具的峰值对准ITU波长，将所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长存在预设波长间隔；在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。采用第一标准具和第二标准具实现了激光器任意波长的锁定，避免了锁定波长落入标准具斜率较小区域，导致电路无法检测，造成波长无法锁定的问题。

关于所述可调谐激光器的其他结构以及具体实现方法将在下文中进行说明。

在优选的实施例中，如图3所示，所述可调谐激光器还包括热沉和热电制冷器，所述热沉设置于所述热电制冷器上；所述激光器、第一标准具和第二标准具均设置在所述热沉上。

其中，热电制冷器是一种基于Peltier效应工作的装置。它通过电流的控制，在两个不同的热电材料之间产生温度差，从而实现对温度的控制。在可调谐激光器中，热电制冷器被设置在热沉的下方。它可以通过吸收热量并将其转移出去，来降低激光器和标准具的温度。通过调节热电制冷器的电流，可以实现对激光器波长的精确控制和锁定。

传统的任意波长锁定方案采用双TEC分别对可调谐激光器和标准具控温，利用标准具上升沿或下降沿实现对激光器波长的锁定，当所需要锁定的波长落入标准具斜率较小区域时，电路端无法检测到标准具斜率的编号，而造成无法实现波长的锁定，此时需要调节标准具控温TEC的温度，使标准具FSR整体发生偏移，使需要锁定的波长落入标准具斜率较大区域，才能实现波长的锁定。而此方案需要双TEC控制设计，在本实施例中，采用单TEC对激光器和第一标准具和第二标准具同时控温，对于所述第一标准具和第二标准具的温度不需要单独调节，简化器件封装难度，简化模块温控程序，与双TEC控温方案相比，单TEC封装同时能就降低器件功耗。同时，两个标准具位于同一个TEC上，温度相同，具有相同的FSR，对于周期性定标区域选择上有更好的重复性。

所述热沉是一个被设计用来吸收和散发热量的部件。在所述可调谐激光器中，热沉被设置在所述热电制冷器上方，它可以有效地吸收激光器和标准具产生的热量，并将其散发到周围环境中。这有助于保持激光器和标准具的工作温度在一个稳定的范围内。激光器、第一标准具和第二标准具通常被安装在热沉上。激光器是产生激光光束的核心部件，第一标准具和第二标准具则用于参考和校准激光器的波长。它们的位置靠近热沉，可以确保它们受到热沉和热电制冷器对其温度进行稳定控制，从而保持波长的稳定性和锁定性能。

在优选的实施例中，如图3所示，所述可调谐激光器还包括准直透镜和第一固定槽，所述准直透镜设置在所述第一固定槽中；所述第一固定槽设置在所述热沉上，所述准直透镜设置在所述激光器输出端面后，用于将所述第一光信号进行准直，以提高所述第一光信号的聚焦能力；所述第一固定槽用于所述准直透镜的定位，以使所述准直透镜与所述第一光信号传输的光路对齐。

其中，所述准直透镜的主要作用是将所述第一光信号进行准直，以提高光信号的聚焦能力。当光信号通过准直透镜时，透镜会对其进行折射和聚焦，使得光线能够更加准直地传播。这样可以增强光的聚焦效果，使得光束更加集中和聚焦，提高可调谐激光器的性能和准确性。

所述第一固定槽可以为V型槽，第一固定槽用于定位和固定准直透镜，使其与第一光信号传输的光路对齐。通过固定准直透镜的位置，可以确保光信号在传输过程中的准直性和稳定性。第一固定槽通常是一个固定的结构，可以将准直透镜牢固地放置在正确的位置，以保证光信号的正确定位和传输。

在优选的实施例中，如图3所示，所述可调谐激光器还包括隔离器，所述隔离器设置于所述第一分光镜和所述准直透镜之间；所述隔离器用于对所述第一分光镜的回反光束的隔离，以确保所述可调谐激光器的稳定性。

其中，所述隔离器的作用是对所述第一分光镜的回反光束进行隔离，以确保可调谐激光器的稳定性。在波长锁定过程中，所述第一光信号中一部分经过所述第一分光镜分出一部分光信号，而另一部分则会被反射回激光器。这个反射的光束被称为回反光束。为了保持可调谐激光器的稳定性，需要对回反光束进行隔离，以避免它对激光器产生干扰。隔离器的作用就是将回反光束与其他光束隔离开来，使其不会干扰到可调谐激光器的正常工作。

在优选的实施例中，如图3所示，所述可调谐激光器还包括汇聚透镜和第二固定槽，所述第二固定槽设置在所述热沉上，所述汇聚透镜设置于所述第二固定槽中，所述汇聚透镜设置于所述第二光信号传输的光路上；所述汇聚透镜用于将所述第二光信号聚焦，并将聚焦后的光信号传输至光纤；所述第二固定槽用于所述汇聚透镜的定位，以使所述汇聚透镜与所述第二光信号传输的光路对齐。

其中，所述汇聚透镜被设置在第二固定槽中，第二固定槽通常是一个固定的结构，可以将汇聚透镜牢固地放置在正确的位置，以保证光信号的正确定位和传输。所述第二固定槽可以为V型槽。所述汇聚透镜的作用是将所述第二光信号进行聚焦，并将聚焦后的光信号传输至光纤。通过汇聚透镜的使用，可以使得第二光信号的能量更加集中和聚焦，提高可调谐激光器的灵敏度和精确度。

实施例2：

在实施例1中提出了一种可调谐激光器，在本实施例中，将提出一种可调谐激光器的波长锁定方法，该波长锁定方法适用于实施例1中所述的可调谐激光器中。

在本实施例中，所述激光器可以为基于数字超模分布布拉格反射器(DigitalSuper-mode Distributed Bragg Reflector，简写为DS-DBR)或者样品光栅分布式布拉格反射器(Sample Grating Distributed Bragg Reflector，简写为SG-DBR)原理的激光器，可通过实时改变相位phase电流的方法来实现对周期内的波长进行锁定调节。所述激光器结合标准具能够实现对波长的锁定或者调谐效果。不同波长对准透射谱不同位置，标准具透射光谱随波长呈周期性变化，保持标准具透射波长强度为一定值，即可实现激光器的锁波功能。

P(λ)＝1/(1+F×sin(thita/2)^2)公式一

F＝4×R/(1-R)^2公式二

thita＝4×pi×nt×d×cos(phi)/λ公式三

在公式1～公式3中，P(λ)为标准具透射光谱曲线，F为精细度系数，thita为光线在标准具单次反射的相位变化，phi为光线在标准具内部反射角度，nt为材料折射率。

根据sellmeier色散公式，波长λ与折射率n的关系如公式四(入射标准具的角度为22度)：

n＝sqrt(A1×λ^2/(λ^2-B1)+A2×λ^2/(λ^2–B2)+A3×λ^2/(λ^2–B3)+1)公式四

根据康宁提供折射率变化与温度关系如公式五：

dn＝(C1+C2×λ^(-2)+C3×λ^(-4)+C4×λ^(-6))×dt公式五

在公式五中，dn表示温度变化dt时折射率变化率(相对于22度)，C1、C2、C3和C4为已知常数。

nt＝n+dn公式六

由公式四、公式五和公式六即可求出特定波长在特定温度下透射率如图4所示。在图4中，有三条不同曲线，分别代表当标准具的反射率为0.3、温度为22度时的透射率,当标准具的反射率为0.3、温度为32度时的透射率,当标准具的反射率为0.3、温度为22度、标准具的入射角度为0.5度时的透射率。

由公式一～公式六可求出波长与透射率的关系，如图5所示，透射率呈周期性变化，周期为FSR，FSR与材料折射率，材料厚度有关。当标准具内部反射角度phi发生变化时或者温度发生变化时，FSR会发生整体偏移。当温度发生变化时，nt也发生变化，所以FSR会发生较小的变化。

如图5所示，当标准具的透射率接近最大或最小位置时(即对应图5中透射率曲线示意图的峰值位置和谷值位置)，斜率均接近0，斜率太小导致此时的电路端无法对标准具的斜率进行检测，导致无法实现对波长的锁定。

本实施例采用FSR＝50GHz，反射率30％的标准具进行任意波长锁定方案说明，实现任意波长锁定方法。

如图6所示，所述波长锁定方法包括：

步骤101：将所述第一标准具的峰值对准ITU波长，将所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长间隔预设波长间隔。

其中，将所述第一标准具透射光谱中的峰值对准ITU波长位置；调制所述第四光信号进入所述第二标准具的角度，使所述第二标准具透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置，其中，a为常数，FSR为标准具的频率标准。

如图7所示，所述第一标准具峰值对准ITU波长，调制第二标准具有一定角度，使所述第二标准具峰值对准ITU+a*FSR(本实施例以FSR＝50GHz为例)波长位置，以a＝1/4为例进行解释说明，当然也可根据电路检测能力设置为其他数值。所述第一标准具和第二标准具具有相同的FSR，且位于同一个TEC上面其温度一致，在长波、中波和短波上有较好重复性。具体实现方式可以为：首先，对于所述第一标准具，需要找到透射光谱中与ITU波长位置对应的峰值。这可以通过光谱分析仪或其他适当的测量设备来实现。一旦找到了ITU波长位置对应的峰值，可以通过调整第一标准具的位置或参数来使其对准该峰值。这可以通过微调标准具的位置或使用其他校准方法来实现。接下来，需要调整第四光信号进入第二标准具的角度，使第二标准具的透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置。这可以通过调整第二标准具的位置或参数来实现。通过调整角度，改变第二标准具的工作频率，使其透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置。在调整角度时，a是一个常数，FSR是标准具的频率标准。通过选择适当的a值和相应的角度调整，可以实现第二标准具透射光谱中的峰值对准ITU+a*FSR波长位置。

通过第一标准具的峰值与所述第二标准具的峰值错开，再根据波长范围选择相应的标准具来实现波长的锁定。具体实现方法参见步骤1042。

步骤102：在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

由于本实施例中是通过两个标准具来进行波长锁定的，首先介绍单个标准具的波长锁定方式，对于单个标准具实现激光器波长锁定方案如下：设第三探测器接收电流为P3，P3为一定值，不随可调激光器波长变化而变化；第一探测器接收电流为P1，P1随波长变化而变化，当激光器波长稳定时，P1/P3＝D(λ)，为一定值，当激光器波长发生变化时，P1电流减小_△P，△P/P1变化大小与标准具设计及波长对准标准具位置有关，此时电路端检测到(P1-ΔP)/P3≠D(λ)，电流比例发生变化，即激光器波长发生了变化，这时重新调节激光器phase电流，使P1/P3＝D(λ)重新成立，即实现对激光器波长锁定。检测原理是当激光器频率发变化后，对于的标准具透射率发生了变化，实现频率的检测，激光器每一个特定的频率对应标准具一个特定的P1/P3的比值，锁定P1/P3的比值，即实现激光器波长的锁定。对于单个标准具光谱，其斜率(％/GHz)代表频率对应每变化1GHz透射率变化的大小，斜率在不同位置大小不同，在峰值与谷值时，斜率为0，此区间表示标准具透射频率发生了变化，其后端mpd电流大小基本不变。当激光器锁定频率位于斜率为0区间附近，激光器频率发生变化检测到的mpd变化量_△P小于电路检测能力，即电路检测端P1/P3仍为一定值，此时无法实现激光器频率的锁定。区间大小与标准具斜率，电路最小电流检测能力相关。

如图8所示，步骤102主要包括：

步骤1021：所述第一标准具将接收到的第三光信号进行标定后传输给所述第一探测器，所述第一探测器生成第一探测信号。

当所述第三光信号通过所述第一标准具时，它会被标定并转换为一个精确的光信号。标定后的信号会传输给所示第一探测器。所述第一探测器是一个光电转换器，用于将光信号转换为电信号。它接收标定后的信号，将其转换为相应的电信号，并输出为第一探测信号。第一探测信号可以是一个电压、电流或其他形式的电信号，用于进一步分析和处理。

步骤1022：所述第二标准具将接收到的第四光信号进行标定后传输给所述第二探测器，所述第二探测器生成第二探测信号。

当所述第四光信号经过第二标准具时，它会被标定并转换为一个准确的光信号。标定后的信号会传输给所述第二探测器。所述第二探测器是一个光电转换器，用于将光信号转换为电信号。它接收标定后的信号，将其转换为相应的电信号，并输出为第二探测信号。第二探测信号可以是一个电压、电流或其他形式的电信号，用于进一步分析和处理。

步骤1023：所述第三探测器接收第五光信号，并生成第三探测信号。

所述第三探测器将第所述五光信号转换为相应的电信号即为第三探测信号。所述第三探测信号可以被用作标准信号，用于校准、比较或参考其他光信号。它可以被用来验证可调谐激光器的准确性，并进行相应的调整或校正。通过与已知的标准信号进行比较，可以评估可调谐激光器的性能和精确度，并进行必要的修正。

步骤1024：根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号对所述激光器的波长进行锁定。

其中，确定所述激光器所发射的激光信号的波长所在的锁定区域，根据所确定的锁定区域选择使用所述第一标准具或所述第二标准具进行波长锁定；如果所确定的锁定区域未涵盖所述第一标准具的第一透射光谱的峰值位置或谷值位置，则使用所述第一标准具进行波长锁定；在波长锁定过程中，调节所述激光器的电流，使得所述第一探测信号和第三探测信号的比值为固定值；如果所确定的锁定区域未涵盖所述第二标准具的第二透射光谱的峰值位置或谷值位置，则使用所述第二标准具进行波长锁定；在波长锁定过程中，调节所述激光器的电流，使得所述第二探测信号和第三探测信号的比值为固定值。

通过第一标准具或第二标准具实现波长锁定的方法如下：

在所述锁定区域中，根据PD1/PD3＝D(λ)或PD2/PD3＝C(λ)，其中，PD1为所述第一探测信号，PD2为所述第一探测信号，PD3为所述第三探测信号，D(λ)和C(λ)为固定值；当所述激光器的波长发生变化时，所述第一探测信号增大或减小ΔP，即(PD1±ΔP)/PD3≠D(λ)或(PD2±ΔP)/PD3≠C(λ)，重新调节所述激光器的电流，使PD1/PD3＝D(λ)或PD2/PD3＝C(λ)重新成立，即实现对所述激光器波长的锁定。

这种方式可以实现对可调谐激光器波长的锁定，以确保波长的稳定性和准确性。通过持续地监测PD1、PD2和PD3的信号，以及进行相应的电流调节，可以实现对激光器波长的精确控制和锁定。同时，采用双标准具锁波方案，避开了标准具斜率接近0区域，值得波长锁定D(λ)有较大斜率，电路更容易检测，更容易实现高精度波长锁定。

其中，所述可调谐激光器的具体结构参见实施例1，在本实施例中不再赘述。

实施例3：

在实施例1中提出了一种可调谐激光器，在实施例2中提出了一种可调谐激光器的波长锁定方法，本实施例将举出实例进一步说明本发明。

如图7所示，所述第一标准具和第二标准具在透射谱上相交于+/-12.5GHz位置，按FSR＝50GHz周期，把一个周期等分成4个区域：

区域1：T0到T0+12.5G；区域2：T0+12.5G到T0+25G；区域3：T0+25G到T0+37.5G；区域4：T0+37.5G到T0+50G。

区域1范围频率采用第一标准具透射谱进行锁波，区域2采用第二标准具，区域3采用第一标准具，区域4采用第二标准具。这样交替采用不同标准具可以避开一个标准具的峰值或者谷值位置，避开斜率接近0区域，避免造成电路无法检测到时激光器波长无法锁定问题。

区域1范围波长锁定：T0到T0+12.5G，采用PD1(λ)/PD3(λ)＝D(λ)；

区域2范围波长锁定：T0+12.5G到T0+25G，采用PD2(λ)/PD3(λ)＝D(λ)；

区域3范围波长锁定：T0+25G到T0+37.5G，采用PD1(λ)/PD3(λ)＝D(λ)；

区域4范围波长锁定：T0+37.5G到T0+50G，采用PD2(λ)/PD3(λ)＝D(λ)。

由于标准具FSR＝50GHz，具有50GHz周期重复性，在下一个周期内采用同样的交替采用第一标准具和第二标准具作为频率定标，可以实现整个波长范围内任意频率的锁定。采用双标准具锁波方案，避开了标准具斜率接近0区域，值得波长锁定D(λ)有较大斜率，电路更容易检测，更容易实现高精度波长锁定。区域选择的起点T0可根据配套电路检测精度进行灵活选择，保证4个区域选择避开斜率为0区域，斜率又能满足电路检测要求。

其中，所述可调谐激光器的具体结构参见实施例1，在本实施例中不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调谐激光器，其特征在于，包括：激光器、第一标准具和第二标准具；

所述第一标准具和所述第二标准具有相同的透射率周期FSR；

所述第一标准具的峰值对准ITU波长，所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长存在预设波长间隔；

在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或所述第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

2.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，以所述第一标准具的第一透射光谱和所述第二标准具的第二透射光谱的任一个相交位置作为分割点，以所述透射率周期FSR作为分割周期，将所述激光器的波长锁定范围划分为多个锁定区间；

按照所述预设波长间隔将所述锁定区间划分为至少两个锁定区域，在所述至少两个锁定区域中交替采用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

3.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述第二标准具的峰值所对准的波长为ITU波长±a*FSR，a为常数_。

4.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述可调谐激光器还包括：分光器、第一探测器、第二探测器和第三探测器；

所述分光器用于接收来自激光器的第一光信号，并将所述第一光信号分为第二光信号、第三光信号、第四光信号和第五光信号，所述第二光信号用于传输至光纤；

所述第一标准具用于将所述第三光信号进行标定后传输给所述第一探测器，所述第一探测器用于生成第一探测信号；所述第二标准具用于将所述第四光信号进行标定后传输给所述第二探测器，所述第二探测器用于生成第二探测信号；

所述第三探测器用于接收所述第五光信号，并生成第三探测信号；

根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号以对所述激光器的波长进行锁定。

5.根据权利要求4所述的可调谐激光器，其特征在于，所述可调谐激光器还包括热沉和热电制冷器，所述热沉设置于所述热电制冷器上；

所述激光器、第一标准具和第二标准具均设置在所述热沉上。

6.根据权利要求4所述的可调谐激光器，其特征在于，所述分光器包括第一分光镜和第二分光镜；

所述第一分光镜用于接收所述第一光信号，并将所述第一光信号分为第二光信号和第六光信号；

所述第二分光镜用于接收所述第六光信号，并将所述第六光信号分为第三光信号、第四光信号和第五光信号。

7.一种可调谐激光器的波长锁定方法，其特征在于，所述可调谐激光器的波长锁定方法适用于如权利要求1-6任一项所述的可调谐激光器，包括：

将所述第一标准具的峰值对准ITU波长，将所述第二标准具的峰值所对准的波长与ITU波长间隔预设波长间隔；

在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或所述第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

8.根据权利要求7所述的可调谐激光器的波长锁定方法，其特征在于，所述在所述激光器的波长锁定范围内，交替使用所述第一标准具或所述第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置包括：

以所述第一标准具的第一透射光谱和所述第二标准具的第二透射光谱的任一个相交位置作为分割点，以所述透射率周期FSR作为分割周期，将所述激光器的波长锁定范围划分为多个锁定区间；

按照所述预设波长间隔将所述锁定区间划分为至少两个锁定区域，在所述至少两个锁定区域中交替采用所述第一标准具或第二标准具对所述激光器所发射的激光信号进行波长锁定，以避开标准具的透射光谱的峰值位置或谷值位置。

9.根据权利要求8所述的可调谐激光器的波长锁定方法，其特征在于，所述可调谐激光器还包括第一探测器、第二探测器和第三探测器，所述可调谐激光器的波长锁定方法还包括：

所述第一标准具将接收到的第三光信号进行标定后传输给所述第一探测器，所述第一探测器生成第一探测信号；

所述第二标准具将接收到的第四光信号进行标定后传输给所述第二探测器，所述第二探测器生成第二探测信号；

所述第三探测器接收第五光信号，并生成第三探测信号；

根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号对所述激光器的波长进行锁定。

10.根据权利要求9所述的可调谐激光器的波长锁定方法，其特征在于，所述根据所述激光器所发射的激光信号的波长，选择所述第一探测信号和第三探测信号，或者所述第二探测信号和第三探测信号对所述激光器的波长进行锁定，具体包括：

确定所述激光器所发射的激光信号的波长所在的锁定区域，根据所确定的锁定区域选择使用所述第一标准具或所述第二标准具进行波长锁定；

如果所确定的锁定区域未涵盖所述第一标准具的第一透射光谱的峰值位置或谷值位置，则使用所述第一标准具进行波长锁定；在波长锁定过程中，调节所述激光器的电流，使得所述第一探测信号和第三探测信号的比值为固定值；

如果所确定的锁定区域未涵盖所述第二标准具的第二透射光谱的峰值位置或谷值位置，则使用所述第二标准具进行波长锁定；在波长锁定过程中，调节所述激光器的电流，使得所述第二探测信号和第三探测信号的比值为固定值。