CN1270452C - 使用高频振动调制和反馈的波长控制 - Google Patents

Abstract

一种波长锁定环路伺服控制电路和方法，它使能在使用电磁波的系统中电磁信号和波长选择器件的实时相互对准，所述电磁信号具有包括中心波长的峰值波谱函数，所述波长选择器件实现包括中心波长的峰值通带函数。所述电路包括：用于向所述电磁信号施加在高频振动调制频率的高频振动调制信号、并且向所述波长选择器件输入所述高频振动调制电磁信号的部分；用于将所述高频振动调制电磁信号的一部分转换为电反馈信号的部分；用于连续比较所述反馈信号和所述高频振动调制信号、并且产生表示在所述反馈信号的频率特性和高频振动调制频率之间的差别的误差信号的部分；用于按照所述误差信号来调整所述电磁信号的峰值波谱函数的部分。当所述反馈信号的所述频率特性是两倍的所述高频振动调制频率时，所述电磁信号的所述中心波长和所述波长选择器件的中心波长变得对准。

Description

使用高频振动调制和反馈的波长控制

技术领域

本发明一般地涉及产生和处理在射频、微波和光频谱的电磁信号的系统，具体涉及用于使用这样的电磁信号用于这样的系统的新型伺服控制电路，所述电路应用了通过这样的系统来最优化信号功率和传输带宽的波长锁定环路的原理。

背景技术

波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)是光波应用技术，它们使得多个波长(光的颜色)并行进入同一光纤，每个波长被潜在地分配了它本身的数据诊断。当前，WDM和DWDM产品通过将数据重新调制到一组激光上来在单对光纤上组合许多不同的数据链路，所述激光被调谐到很具体的波长(在0.8nm容限内，按照工业标准)。在当前的产品上，可以在单个光纤链路上组合多达32个波长的光，并且考虑更多的波长来用于未来的应用。通过将光穿过一系列薄膜干扰滤光器来组合所述多个波长，所述滤光器包括在玻璃基底上的多层涂层，其尾部带有光纤。所述滤光器将多个波长组合为单个光纤路径，并且在复用链路的远端将它们再次分开。滤光器也可以用于多个中间点，以便从光网络增加或减少波长信道。

理想上，WDM激光器产生由仅仅单个波长构成的很窄的谱线宽度光谱，并且理想的滤光器将具有在频域内的例如大约0.4nm宽度的方波带通特性。但是，实际上，每个激光器具有有限的光谱宽度，所述光谱宽度是高斯型的，扩展例如大约1-3nm宽，并且所有的实际滤光器具有高斯型的带通功能。因此，因为在WDM波长之间的间距很窄，期望将激光器中心波长与滤光器通带的中心对准，便于降低在波长之间的串音。但是，在今天使用的商业系统中，很难执行这种对准——激光器和滤光器是由不同公司制造的，并且制作精密调谐的光部件是困难和昂贵的。结果，今天使用的系统远不是最佳；在WDM滤波器中的光损失由于与激光器中心波长不对准而可以高达4db(如果不能通过滤光器，则损失激光的光功率)。这对于光链路预算和所支持的距离具有严重的影响，特别是因为许多滤光器必须串联级联在一起(在当前的设计中最多8个滤光器，未来可能更多)。如果每个滤光器工作在它的最差情况的条件(最差的损耗)，则不可能建立实际的系统。而且，激光器中心波长随着电压、温度和其寿命的老化而漂移，并且滤光器特性也随着温度和老化而变化。激光器中心波长和滤光器带宽也可以是依赖于偏振的。这个问题对于未来的WDM联网系统的设计加上了基本的限制。

第二种相关的问题来自这样的事实，即向半导体激光二极管上的数据的直流调制引起两个效应，这可能导致在激光脉冲的开始之后立即在激光器中心波长出现迅速移位，这些是(1)频率啁啾和(2)张弛振荡。两种效应在较高的激光输出功率和驱动电压或在较高的调制比特率时更为显著。不仅仅这些效应引起激光器中心波长迅速和未预期地改变，而且它们也引起激光谱线宽度的加宽，这可以是当与滤光器交互时的损耗的来源或可以引起光串音。避免这两种效应需要非标准和昂贵的激光器、外部调制器(它们有损耗并且增加成本)，或者以小于其最大功率容量的功率容量来驱动激光器(这降低了链路预算和距离)。降低数据调制率也是有帮助的，但是在多个千兆位激光链路中通常不采用。

美国专利5,068,864图解了一种现有技术的方案，其中使用频率稳定级来在激光束中稳定频率调制，所述频率稳定级包括：用于高频振动激光束的频率的调整器；吸收共振元件，它具有施加了频率高频振动光束的预定线宽的谐振。与高频振动同步的同步解调器通过解调吸收元件的输出而产生校正信号，它表示在所述线宽内相对于参考频率的频率波动。所述校正信号被用在一种装置中，该装置校正所述频率波动并且产生作为所述级的输出的非高频振动的频率稳定的光束。

因此，非常期望提供一种新的用于提供在激光器中心波长和高斯带通滤光器的中心之间的稳定、最佳对准方法，以便通过这样的光纤系统来最佳化功率传输和降低在光网络中的串音干扰。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种伺服控制“波长锁定环路”电路，它使能在使用电磁波的系统中电磁信号和波长选择器件的实时相互对准，所述电磁信号具有包括中心波长的峰值波谱函数，所述波长选择器件实现包括中心波长的峰值通带函数。

本发明的另一个目的是提供一种用于WDM和DWDM系统和应用的伺服控制系统和方法，所述系统和方法被设计来最佳化通过多千兆位激光/光系统的功率。

本发明的另一个目的是提供一种用于光系统的波长锁定环路，它使能在用于WDM系统中的光纤和波导等中诸如Bragg光栅的任何选择一个波长的光谱器件的实时对准和跟踪。

本发明的另一个目的是提供一种用于光系统的伺服/反馈环路，它被称为“波长锁定环路”，它通过从在光纤和波导等中的已知传输补偿一个光纤来使能可变光学衰减器的实时对准。

本发明的另一个目的是提供一种用于光系统的伺服/反馈环路，它被称为“波长锁定环路”，它可以用于光偏振应用中。

本发明的另一个目的是提供一种用于光系统的伺服/反馈环路，它被称为“波长锁定环路”，它使能在多千兆位激光/光系统中的激光器中心波长和滤光器通带中心波长的实时对准和跟踪，以便大大降低WDM滤光器/激光器组合的光损耗，因此能够显著地扩大链路预算和延迟所支持的距离。

本发明的另一个目的是提供一种用于光系统的伺服/反馈环路，它被称为“波长锁定环路”，它使能在多千兆位激光/光系统中的激光器中心波长和滤光器通带中心波长的实时对准和跟踪，因此可以使用较低成本的激光器和滤光器，在WDM设备中很大地降低成本。

因此，按照本发明的原理，提供了一种波长锁定环路伺服控制电路和方法，它使能在使用电磁波的系统中电磁信号和波长选择器件的实时相互对准，所述电磁信号具有包括中心波长的峰值波谱函数，所述波长选择器件实现包括中心波长的峰值通带函数。所述系统和方法使用步骤：a)向工作在特定的波长的电磁信号施加在高频振动调制频率的高频振动调制信号，并且向具有在期望波长的峰值频率响应的波长选择器件输入高频振动调制电磁信号；b)将高频振动调制电磁信号的一部分转换为电反馈信号；c)连续比较反馈信号和高频振动调制信号，并且产生表示在反馈信号的频率特性和高频振动调制频率之间的差别的误差信号；d)按照所述误差信号来调整电磁信号的峰值波谱函数，其中，当反馈信号的频率特性是两倍的高频振动调制频率时，电磁信号的中心波长和波长选择器件的中心波长变得对准。

使用波长锁定环路的系统可以是使用电磁波的信息运载或控制系统，所述电磁波包括那些在电磁频谱的射频、微波频率和光频部分的波，因此，所述电磁波可以包括射频信号、微波信号和光信号。

当在激光/光系统中被使用时，本发明的系统和方法可以用于调谐激光二极管器件，并且/或者补偿在网络中的任何类型的波长选择元件，包括：在光纤Bragg光栅中的波长选择滤光器、衰减器和开关，在光放大器中的环形谐振腔，诸如声光可调谐滤光器的外部调制器，或阵列波导光栅。这也被应用到在网络中的许多其他的光部件(例如，当在非线性时段中操作时可以作为滤光器的光放大器)。而且，本发明的系统和方法可以用于实现用于所有上述应用领域的将为便宜的器件。

或者，本发明的系统和方法可以被实现来在制造期间实时调谐用于WDM和光网络应用的这样的器件，例如将所有的激光调谐到特定的波长。这将大大提高激光器件的批产量，另外，所述激光器件因为作为例如制造过程变化的结果不满足波长规格而被丢弃。

附图说明

通过参见下面的说明、所附的权利要求和附图，本发明的其他特性、方面和优点将变得更好理解，其中：

图1(a)和1(b)描述了用于使用按照本发明的原理的波长锁定环路的基础系统结构；

图2(a)-2(c)是描述在作为三种激光信号的波长的函数的激光光功率之间的关系的信号波形图；

图3(a)-3(c)是描述用于图2(a)-2(c)的三个波形图的每个的激光二极管驱动电压高频振动调制(正弦曲线)的信号波形图；

图4(a)-4(c)是描述用于图2(a)-2(c)的三个波形图的每个的PIN二极管的所得到的反馈误差信号输出的信号波形图；

图5(a)-5(c)是描述从原始高频振动正弦曲线的放大的反馈误差的混合得到的矢量积信号的信号波形图；

图6(a)-6(c)是描述被反馈回以调整激光电流和中心频率的整流输出激光偏压信号的信号波形图；

图7是描述如何在本发明的WLL系统中实现高频振动的一般电路图；

图8是描述在使用按照本发明的两个带通滤光器的光系统中用于使用波长锁定环路技术的基础系统结构的一般方框图；

图9是描述在通过包括如图8所示的两个串联带通滤光器的系统来对准激光信号的情况下的、作为波长的函数的激光光功率之间的关系的信号波形图；

图10是描述用于调谐按照本发明的原理的、诸如带通滤光器的可调谐频率选择器件的基础系统结构的一般方框图；

图11是描述本发明的基础系统结构的一般方框图，所述基础系统结构使用热电偶或类似的温度传感器元件来通过按照误差信号而改变激光二极管元件的温度来调整激光波长；

图12是描述用于实现波长锁定环路原理的基础系统结构的一般方框图。

具体实施方式

本发明是新型的伺服控制系统，它被实现来用于光系统，其中包括诸如激光器的光源、和诸如带通滤光器的频率选择器件。在此被称为“波长锁定环路”或“兰姆达锁定环路”(因为符号兰姆达通常用于表示波长)的所述伺服控制系统实现高频振动调制，以连续调整电磁信号源，以便跟踪诸如滤光器通带的频率选择器件的中心，所述电磁信号源的特性在于包括峰值频率波谱或峰值中心波长，例如激光。以这种方式，来发送信号的最佳功率，并且最佳地使用系统传输路径。

现在参照图1(a)来说明波长锁定环路(WLL)的基本工作原理，所述附图1(a)描述了一个示例光系统10，包括诸如激光二极管的光源12，它被来自偏压电路14的偏压15和来自数据源(未示出)的调制数据18驱动。激光二极管产生由带通滤光器25或任何频率选择器件接收的光(激光)信号20，所述频率选择器件包括但不限于：薄膜光干扰滤光器、声光滤光器、电光滤光器、衍射光栅、棱镜、光纤Bragg光栅、集成光干扰仪、电吸收滤光器和液晶。激光二极管本身可以包括标准法布里珀罗或任何其他类型的(例如垂直空腔表面发射(VCSEL))发光二极管，或者可以包括分布反馈半导体激光二极管(DFB)，诸如通常用于波长复用的那些器件。优选的是，激光二极管发射在850-1550nm波长范围内的光。如上所述，带通滤波器可以包括薄膜干扰滤光器，包括在诸如玻璃的透明基底上的交变折射率的多层。如图1(a)进一步所示，按照本发明，存在增加的正弦波高频振动调制电路或振荡器22，用于产生正弦波高频振动调制信号27，它调制激光偏压。可以通过例如改变激光流来电子地产生正弦波高频振动信号，或者可以通过改变为机电系统(MEMS)的镜子而改变波长来机械地产生正弦波高频振动信号。高频振动调制频率在几千赫兹(kHz)级，但是可以达到兆赫兹的范围。优选的是，高频振动调制频率比一般处于1-10GHz级的数据速率小得多。在这种方式中的激光二极管偏流的调制引起激光器中心波长中对应的高频振动。调制的数据随后被施加到激光上，并且光输出穿过带通滤光器25。优选的是，滤光器25被设计来抽出例如小数量的光29，所述光29被入射到诸如PIN二极管30的光检测器接收器件上，并且被转换为电反馈信号32。可以被抽出的光量可以在例如光输出信号的1％到5％范围中的任何位置上，但是，技术人员可以理解，可以抽出在噪音水平之上的任何数量的激光，这些激光保留输出信号的完整性，包括高频振动调制特性。剩余的激光继续通过滤光器25到达光网络(未示出)。由于PIN二极管输出32是相对弱的电信号，因此结果得到的反馈信号被放大器35放大以增强信号强度。被放大的电反馈信号37被输入到乘法器40，在此，它与原始的高频振动调制信号35组合。从放大的PIN二极管输出(反馈信号)37和高频振动信号35的相乘获得的矢量积信号42包括高频振动频率的和与差的项。结果因此被输入到低通滤波器45，在此它被低通滤波，并且随后被积分器电路48平均，以产生误差信号50，这个信号依赖于是否激光器中心波长分别小于或大于带通滤波器的中心点而是正或负的。误差信号50被输入到激光偏压器件15，在此，它可以被加上(例如，通过未示出的加法器)以便在适当的方向上校正激光偏流15。以这种方式，偏流(和激光波长)将提高或降低直到它精确地匹配滤波器通带的中心。或者，误差信号50可以在被输入到偏压器件之前首先被转换为数字形式。

按照本发明的一个方面，WLL将自动保持跟踪激光器中心波长到滤光器的峰值。但是，在一些情况下，可能不期望使能激光与滤光器峰值的对准，例如在光衰减器中。因此，如图1(b)中所述的实施例中所示，提供了选用的外部调谐电路，在此它被称为波长偏移器51，波长偏移器51接收误差信号和改变或偏移它，以便激光器中心波长可以按照特定的网络应用来以预定的方式被移位或偏移。即，波长偏移器51使得一些外部输入、例如诸如按钮的手动控制元件可以在激光器中心波长和滤波器峰值之间引入任意的固定偏移。

现在根据图7来提供对于如何在本发明中实现用于提供WLL的高频振动的一般说明。如图7所示，正弦波高频振动产生器(谐波振荡器)22产生高频振动信号27，它使得激光器中心波长在它的标称位置附近以小幅度振荡。在通过光带通滤光器之后，激光波长变换被转换为由光电检测器电路30(例如光电二极管)检测的强度变化。伺服环路反馈光电二极管输出信号S，并且获取与原始的正弦波高频振动I的矢量积。矢量积结果被相对于时间段T平均(积分)，并且可以被采样和数字化以产生误差检测信号R的等同品，它是双极性的和与激光器中心波长和滤光器中心波长位移的数量成比例。任选地，信号可以被归一化来说明在从滤光器输出的激光功率中的变化。任选地，可以实现外部调谐电路以接收误差信号和使得激光器中心波长偏移能够改变到任意值。最后，误差信号R被反馈和加入到激光偏压以产生在偏压中的DC偏移，所述DC偏移继而在适当的方向上调整激光器中心波长以便较好地与滤光器中心波长对准。这是被探索来产生可调谐的激光、可调谐的滤光器、可变的衰减器等等。

在图2-6的定时和信号图中进一步图解了操作原理。图2(a)-2(c)具体描述了在激光功率之间的关系，所述激光功率作为用于三种激光信号的情况的波长的函数：第一种情况(图2(a))，其中激光信号频率中心点21小于由滤光器带通函数60指示的带通函数中心点，所述滤光器带通函数60具有在附图中所示重叠的中心点62；第二种情况(图2(b))，其中激光频率中心点21与带通函数中心点62对准；第三种情况(图2(c))，其中激光频率中心点21大于带通函数中心点62。在每种情况下，如在对应的图3(a)-3(c)中所述，激光二极管驱动电压信号15被示出高频振动(正弦波)，以相同的方式产生激光波长高频振动。高频振动激光二极管波谱通过滤波器，并且被PIN二极管30转换为电形式。在具有分别小于和大于带通滤波器中间点的频率中间点的图2(a)和图2(c)所述的激光信号的每种情况下，高频振动谐波波谱不通过带通滤波器的频率峰值或中心点。结果，PIN二极管的所获得的输出是与高频振动频率具有相同频率的电正弦波信号，诸如在对应的图4(a)和4(c)中所述的。注意对于在低于峰值的频率的激光信号(图2(a))，反馈误差信号32在频率和相位上对应于高频振动信号(图4(a))，但是对于在高于峰值的频率的激光信号(图2(c))，反馈误差信号32在频率上对应于高频振动信号，但是与所述高频振动信号180°反相(图4(c))。由于当激光信号中心点与带通滤波器中心点有位移时的反馈信号(误差信号)的双极性特性，因此知道在什么方向上驱动激光二极管(幅度和方向)，这个现象可以用于许多不同的应用中。对于具有与带通函数中心点对准的激光频率中心点的图2(b)所述的激光信号，高频振动谐波波谱与带通滤波器的频率峰值对准，并且通过带通滤波器的频率峰值(最大值)两次。即，在一个周期(正弦波高频振动信号的完整往返行程)期间，高频振动信号通过中心点两次。这导致反馈信号32的高频振动频率的频率加倍，即如图4(b)中的PIN二极管输出32`所述的位移频率加倍签字，所述图4(b)示出了具有高频振动频率的两倍频率的反馈误差信号。

因此，在每种情况下，如在对应的图4(b中所示，如果激光器中心波长与滤波器中心波长对准则结果获得的反馈信号显示出频率加倍；否则，它产生具有相同高频振动频率的信号，它与原始的高频振动调制同相(图4(a))或异相(图4(c))。应当明白，对于激光中心频率与带通滤波器峰值不对准并且显示出通过带通滤波器峰值的高频振动波谱的部分重叠(即中心峰值在高频振动周期内穿过两次)的情况下，PIN二极管将根据是否激光中心频率在滤波器中心频率内部或外部而检测到在相对相位的部分频率加倍。因此，即使检测到部分频率加倍，也仍然可以从反馈信号检测到它，在所述反馈信号内，应当驱动激光信号的方向和幅度来对准。

因此，现在参见图5(a)和5(c)，低于当激光器和滤波器不对准的情况，从放大的反馈误差与原始的高频振动正弦波的混合得到的矢量积信号42是带符号的误差信号，这些信号或者在第一极性(对于频率低于带通滤波器中心点的激光信号)，例如图5(a)所示的，或者在第二极性(对于频率大于带通滤波器中心点的激光信号)，例如图5(c)所示的，这些信号的每个可以被整流和转换为数字输出的激光偏压信号48，如图6(a)和6(c)分别所示，它们被反馈以便使用使得激光器中心波长靠近带通滤波器中心点的方式来分别增加或降低激光流(波长)。对于当激光器和滤波器对准的情况，所产生的矢量积是附图所示的频率加倍的信号(高频振动频率的两倍)。因此，这导致0V直流偏压(图6(b))，它将激光频率中心点保持在它当前的波长值。

为了进一步描述本发明的益处，首先应当注意，虽然可能看起来如果滤波器带通大于激光谱线宽度，则整体的光脉冲将无影响地通过滤波器，但是很清楚这不是事实；激光波谱和滤波器函数在时间和频率上都是高斯的。因此将激光波谱穿过滤波器导致在波谱和滤波器函数之间的卷积。在实现模拟信号处理的情况下，产生输出光波谱，它实际比输入波谱窄(即在滤波时一些光丢失)。在实际的WDM系统中，可以在链路上有至少两个带通滤波器器件来在每一端执行复用/去复用功能：实际上，可以有串联配置的多个带通滤波器。这导致第二个问题：当两个滤波器串联并且它们的带通中心不对准时，原始信号必须与两个滤波器函数卷积；这进一步变窄了信号波谱，通过丢弃光谱的边缘来降低了光功率。一连串彼此不对准的滤波器可以被示出来作为单个更窄的滤波器具有相同的特性。这进一步降低了在激光和滤波器之间的不对准的容限。例如，即使WDM系统的理想的中心到中心波长间距是0.8nm，由于在复用和去复用滤波器之间的不对准，这个创空可以被降低到大约0.4nm或更少。这将需要激光波长的极其精确和稳定，导致了很昂贵的激光发射器。因此，实际存在两个要解决的问题：(1)激光与滤波器的对准；(2)滤波器与滤波器的对准。注意当信号传播通过光纤网络和穿过多个滤波器时，波长可能由于与温度和环境效应组画的这些效应而偏移。一个真实实际的问题是将输入的波长在整体网络中保持相同，以便诸如环行网格(ring mesh)、波长重用和波长转换的网络结构可以正确地工作，即这被称为定频率基准。

本发明涉及定频率基准，因为它可以处理这两种情况。例如，如图8所示，描述了说明在使用串联的两个带通滤光器25a和25b的光系统10`中使用波长锁定环路技术的基础系统结构的一般方框图。图9描述了用于图8的两个带通滤光器25a和25b的独立滤波器响应67和68的每个以及具有中心点或峰值70的对应复合滤波器响应69。当执行滤波器到滤波器或多个滤波器对准时，图8所述的本发明的技术可以被实现来调谐激光信号55以具有中心频率，以便通过串联的两个带通滤波器发生最大的功率传送，这由其复合滤波器响应69来表示(图9)。一般，级联的带通滤波器导致整个通带的有效变窄，因为净滤波器响应是组成滤波器响应的卷积。WLL可以将激光器中心波长与这个复合通带的中间对齐，

本发明的系统和方法可以被用于调谐激光器波长，以便补偿在网络中的任何类型的波长选择元件，包括：在光纤Bragg光栅中的波长选择滤光器、衰减器和开关，在光放大器中的环形谐振腔，诸如声光可调谐滤光器的外部调制器，或阵列波导光栅。这也被应用到在网络中的许多其他的光部件(例如，当在非线性时段中操作时可以作为滤光器的光放大器)。这种方法可以另外地用于实现用于所有上述应用区域的较为便宜的器件。随着通过实现本发明的技术来大大降低了WDM滤波器/激光器组合的光损耗，可以支持很大的链路预算和较长的距离。而且，本发明允许使用更低成本的激光器和滤波器；因为这些是今天的WDM设备中的最昂贵的部分，在WDM设备中存在大的成本降低。

作为一个示例，在图10中描述了WLL伺服控制系统100的实现方式，所述WLL伺服控制系统100用于调谐可调谐频率选择器件，诸如带通滤波器，用于多种光网络应用，例如光衰减器、光增益控制电路等。如图10所示，偏压器件140向激光二极管120施加偏置信号，用于产生具有峰值波谱函数的光信号200。这个光信号被输入到可调谐的频率选择器件250，例如可调谐带通滤波器。但是，如图10所示，实现了正弦波高频振动/驱动器件220来以小高频振动信号270来调制滤波器通带的峰值中心频率。小数量的光290被从滤波器250的输出抽出来输入到光电检测器，例如PIN二极管300，其中光信号被转换为电信号320，被放大器350放大，并且输入到混合器400，所述混合器400还接收高频振动信号270。混合器产生被放大的反馈信号370和高频振动信号270的矢量积420，其结果以在此参照图2-6所讨论的方式被积分器480低通滤波和平滑(例如被积分)，以提供误差信号500。

这个误差信号500可以是双极性信号，可以用于动态地调整滤波器通带的峰值中心频率，直到它匹配激光信号输入200的中心频率。

通过实现本发明的系统和方法而获得的进一步的优点包括：使能补偿引起波长漂移的寿命终止效应，延长激光器的寿命和可靠性；不需要花费成本的设计变化来克服频率啁啾和张弛振动，并且使得可以以其功率和调制容量来驱动激光器；并且使能对于激光器的热漂移的补偿。例如，作为在图11中所示的系统结构10``中描述的一个替代实施例，可以使用热电偶或类似的温度传感器元件72来通过按照误差信号48、而不是调整输入到激光二极管元件的偏流来改变激光二极管元件12的温度以调整激光器波长。因此，考虑可以在本发明的应用中使用热光调制器。而且，通过从滤波器峰值解调谐激光器中心波长以调整激光器光功率，本发明的系统和方法可以被实现作用于激光器的外部空腔调制器。

应当明白，波长锁定环路原理可以被实现用来在使用电磁信号(例如射频、微波和光频频谱的电磁波)的任何系统中将任何电磁信号和波长选择器件对准，所述电磁信号具有包括中心波长的峰值波谱函数，所述波长选择器件实现包括中心波长的峰值通带函数，并且波长锁定环路原理可以被实现来调谐或调整电磁波源，或者用于调谐或调整诸如在这些系统中实现的可调谐滤波器的频率选择器件的传输属性。图12图解了用于实现在使用电磁信号的信息运载或控制系统中使用的波长锁定环路原理的一般系统，所述电子信号例如在微波或射频范围内，具有峰值波谱函数。在图12中，这样的电磁信号产生器被描述为电流或电压驱动器和电磁信号源13的组合。例如，当在微波网络中被使用时，发射源可以包括速调管，波长选择滤波器可以包括表面声波(SAW)滤波器13，检测器可以包括任何电磁场检测器31。

Claims (24)

1.一种波长锁定环路伺服控制电路(10)，该控制电路在使用电磁波的系统中，使电磁信号和波长选择器件(25)的中心波长能够实时相互对准，所述电磁信号具有包括中心波长的峰值波谱函数，所述波长选择器件实现包括中心波长的峰值通带函数，所述电路包括：

用于向所述电磁信号(18)施加在高频振动调制频率的高频振动调制信号(27)，以产生高频振动调制的电磁信号，以及向所述波长选择器件输入所述高频振动调制的电磁信号的第一部分(12，14，22)；

用于将所述高频振动调制的电磁信号的一部分(29)转换为电反馈信号(32)的第二部分(30)；

用于连续比较所述电反馈信号和所述高频振动调制信号、并且产生表示在所述电反馈信号的频率和高频振动调制频率之间的差别的误差信号(50)的第三部分(35，40，45，48)；以及

用于按照所述误差信号来调整所述电磁信号的峰值波谱函数的第四部分(14)，其中，当所述电反馈信号的所述频率是两倍的所述高频振动调制频率时，所述电磁信号的所述中心波长和所述波长选择器件的中心波长变得对准。

2.按照权利要求1所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述电磁波包括那些从下列组中选择的频率的波：电磁频谱的射频、微波频率和光频部分，所述电磁信号相应地包括射频信号、微波信号和光信号之一。

3.按照权利要求2所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述光信号包括在光网络中使用的激光信号，所述光网络包括：

激光二极管(12)，用于产生所述激光信号；以及

激光偏压控制电路(14)，用于向激光二极管提供偏压，用于控制所述激光信号，其中所述第四部分包括向所述激光偏压控制电路施加所述误差信号，用于调整所述激光信号的中心波长特性。

4.按照权利要求2所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中在使用微波的信息运载系统中使用所述电磁信号，所述信息运载系统包括：

微波发生器，用于产生所述微波信号；

驱动器控制电路，用于向所述微波发生器提供驱动信号来控制所述微波信号，其中所述第四部分包括向所述驱动器控制电路施加所述误差信号，用于调整所述微波信号的中心波长特性。

5.按照权利要求1所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述波长选择器件包括具有表示滤波器通带中心波长的所期望波长的带通滤波器，其中，所述电磁信号被调谐到所述通带中心波长，以便在所述使用电磁波的系统中通过所述带通滤波器来最大地发送信号功率。

6.按照权利要求1所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述波长选择器件包括多个串联的带通滤波器，所述多个带通滤波器显示表示通带中心波长的复合滤波器响应，其中所述电磁信号被调谐到所述通带中心波长，以便在所述使用电磁波的系统中通过所述串联的多个带通滤波器来最大地发送信号功率。

7.按照权利要求1所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述用于向所述电磁信号施加高频振动调制的器件是正弦波高频振动电路，用于产生预定频率的正弦波高频振动调制信号。

8.按照权利要求2所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述第二部分包括从下列组中选择的一个：射频检测器、微波检测器和光信号检测器。

9.按照权利要求8所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述光信号检测器包括光电检测器。

10.按照权利要求8所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述微波检测器包括表面声波检测器。

11.按照权利要求7所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述第三部分包括混合器，它能够将所述被转换的反馈信号与所述正弦波高频振动调制信号组合，并且产生具有表示高频振动频率的和与差的分量的矢量积信号。

12.按照权利要求11所述的波长锁定环路伺服控制电路，所述波长锁定环路伺服控制电路还包括：

低通滤波器，用于滤波所述输出的矢量积信号；

积分电路，用于平均所述输出的矢量积信号，以便产生所述误差信号，其中所述电磁信号的中心波长小于所述波长选择器件的所述期望波长时，所述误差信号是正的；所述电磁信号的中心波长大于所述波长选择器件的所述期望波长时，所述误差信号是负的。

13.按照权利要求1所述的波长锁定环路伺服控制电路，所述波长锁定环路伺服控制电路还包括波长偏移器，用于接收所述误差信号，并且以预定的方式使所述误差信号在一定数量范围内变化，以偏移电磁信号中心波长。

14.按照权利要求3所述的波长锁定环路伺服控制电路，所述波长锁定环路伺服控制电路还包括热电偶器件，用于接收所述误差信号，并且修改所述激光二极管的温度，以便按照所述误差信号来在适当的方向上调整所述激光信号的频率。

15.按照权利要求3所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述波长选择器件包括光放大器。

16.按照权利要求3所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述波长选择器件包括光衰减器。

17.按照权利要求3所述的波长锁定环路伺服控制电路，其中所述波长选择器件包括光开关。

18.一种用于在使用电磁波的系统中将电磁信号的中心波长和波长选择器件的中心波长相互对准的方法，所述电磁信号具有包括中心波长的峰值波谱函数，所述波长选择器件实现包括中心波长的峰值通带函数，所述方法包括步骤：

a)向工作在特定的波长的所述电磁信号施加在高频振动调制频率的高频振动调制信号，产生高频振动调制的电磁信号，并且向所述波长选择器件输入所述高频振动调制的电磁信号；

b)将所述高频振动调制的电磁信号的一部分转换为电反馈信号；

c)连续比较所述电反馈信号和所述高频振动调制信号，并且产生表示在所述电反馈信号的频率特性和高频振动调制频率之间的差别的误差信号；以及

d)按照所述误差信号来调整所述电磁信号的峰值波谱函数，其中，当所述电反馈信号的所述频率是两倍的所述高频振动调制频率时，所述电磁信号的所述中心波长和所述波长选择器件的中心波长变得对准。

19.按照权利要求18的方法，其中所述电磁信号是在光网络中使用的、具有中心波长的激光信号，所述光网络包括用于产生所述激光信号的激光二极管器件和激光偏压控制电路，所述激光偏压控制电路用于向激光二极管器件提供偏压来控制所述激光信号，其中所述调整步骤d)包括向所述激光偏置控制电路施加所述误差信号来调整所述激光信号的中心波长特性。

20.按照权利要求19的方法，其中所述波长选择器件包括带通滤波器，它具有表示滤波器通带中心波长的期望波长，所述方法包括将所述电磁信号调谐到所述通带中心波长，以便在所述系统中通过所述带通滤波器来最大地发送电磁信号功率。

21.按照权利要求20的方法，其中所述波长选择器件包括多个串联的带通滤波器，所述多个带通滤波器显示出表示通带中心波长的复合滤波器响应，所述方法包括将所述激光信号调谐到所述通带中心波长，以便在所述使用电磁波的系统中通过所述系列的多个带通滤波器来最大地发送光信号功率。

22.按照权利要求18的方法，其中所述连续比较步骤c)包括步骤：

将所述被转换的反馈信号与所述高频振动调制信号组合，并且产生具有表示在高频振动频率的和与差的分量的矢量积信号；

滤波所述输出的矢量积信号；以及

平均所述输出矢量积信号以产生所述误差信号，其中所述电磁信号的中心波长小于所述波长选择器件的所述期望波长时，所述误差信号是正的；所述电磁信号的中心波长大于所述波长选择器件的所述期望波长时，所述误差信号是负的。

23.按照权利要求18的方法，其中所述调整步骤d)包括步骤：接收所述误差信号，并且以预定的方式使所述误差信号在一定数量范围内变化，以偏移电磁信号中心波长。

24.按照权利要求19的方法，其中所述调整所述激光信号的波长的步骤包括步骤：提供热电偶器件，用于接收所述误差信号，并且修改所述激光二极管的温度，以便按照所述误差信号来在适当的方向上调整所述激光信号的频率。

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