CN1340232A - 使可调谐激光器特征化并确定实际波长的方法 - Google Patents

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Abstract

一种评估可调谐激光器(15)并确定适当的激光器工作点的方法,其中该激光器包括一个或多个其中引入的电流可以改变的可调谐部分,其特征在于通过将从激光器(15)发射的光的一部分导向包括引起信号随着波长周期性改变的周期性滤波器形式的、如法布里－泊罗滤波器(32)的第一滤波器(32)、适于测定光的功率并传送相应的探测信号(I1,I2)的第一(33)和第二(34)探测器的配置中;相对于周期性滤波器(32)安置探测器,使得所述探测器信号(I1,I2)将包含关于从滤波器(32)给出的许多波长之中的至少所探测光的波长的信息;第二滤波器(43)平行于周期性滤波器(32)安置,第二滤波器(43)是一种其响应单调地随着波长改变的滤波器;透过第二滤波器的光通向第三探测器(44),第三探测器发射对应于光功率及波长的探测信号(I3);扫描通过调谐部分(17,18,19)的电流,从而通过不同电流组合;在所述扫描期间测量两个探测器信号(I2,I3)之比;当探测器信号之比处于预定范围,而该范围表明发射的光位于周期性滤波器(32)给出的许多波长之一中时,使第三探测器(44)被控制,从而分选出相关波长;所述调谐电流的控制组合与相关波长一并储存。

Description

使可调谐激光器特征化并确定实际波长的方法
本发明涉及一种使可调谐激光器快速特征化的方法。
该方法可应用在关于发射的波长评估和选择激光器，以及系统地发现好的工作点。
可调谐半导体激光器具有几个部件，可以通过这些部件引入电流，这些部件的数目一般是三到四个。激光器的波长、功率和模式纯度可通过调节各部件的电流来控制。模式纯度是指激光器将处于一个工作点，即，激光器远离发生被称作波模跳变和激光作用稳定以及副模式抑制(sidemode suppression)较高的地方的驱动电流的组合。
在远程通讯应用中，需要在设置了驱动电流和温度后，激光器能够非常高的精确度的并长时间地保持。关于这一方面典型的精确度是0.1纳米，典型的时间周期是20年。
为了能够控制激光器，必须将激光器的性能映射为各驱动电流的函数。这需要在激光器出厂后使用之前进行。
一个问题是激光器呈现滞后现象。这意味着对于给定的驱动电流的设置，即，给定的工作点，激光器将根据激光通过的路径关于功率和波长传送不同的输出信号，该通路是激光器关于所述驱动电流的变化而通过的，以便达到所查询的工作点。因此，在这种情况下给定的驱动电流设置将不能等价地给出期望的波长或功率。
在可调谐激光器的情况下，发射光的波长主要由通过的电流或调谐截面的电压来决定。功率输出由通过激光器的增益部分的电流或所述部分的电压控制。
当使激光器特征化时，调查由调谐截面，或所述截面的亚单位提供的所有可能的控制组合。在特征化处理期间，关于波长和副模式抑制并关于功率调整控制增益截面来研究发射的光。
在大量可能的控制组合，典型的是数十亿种中，将可选择少于一百种控制组合，从产生的大量数据来看，不可能进行激光器的总映射。
在瑞士专利号9900536-5中公开了一种使激光器特征化的方法，根据该专利申请，也考虑了激光器迟滞的问题。该专利涉及快速分选出不能产生正确波长的控制组合的方法。
前述专利涉及一种评估可调谐激光器和确定适当的用于激光器工作点的方法，其中的激光器包括两个或多个其引入电流可以改变的可调谐部分，其中至少一个是反射器部分，一个是相位部分。根据该专利，由激光器发射的光的一部分通向包括法布里-泊罗滤波器和第一及第二探测器的配置，所述探测器用于测定光的功率，并传输相应的探测器信号。探测器相对于法布里-泊罗滤波器安置，使得探测器信号将包含从滤波器给出的许多波长中探测的至少关于光的波长的信息。扫描通过调谐部分的电流使得电流通过不同的电流组合，在上述扫描期间测定两个探测信号之比。当两个探测信号之比位于表明发射光处于由法布里-泊罗滤波器给定的许多波长之一的预定范围内时，存储电流组合。
法布里-泊罗滤波器适于对包含在所谓的通道平面内的波长有特定的透射，其中通道平面中的每个通道对应于明确定义的波长。
根据前述现有专利申请的发明中的一个问题是对于属于那个通道的工作点无信息可获得。因此需要确定并选出各个工作点，这必须手动并用传统仪器来进行。
本发明可以解决这个问题。
本发明涉及评估可调谐激光器并确定适当的激光器工作点的方法，其中该激光器包括一个或多个其中引入的电流可以改变的可调谐部分，本发明的特征在于通过将从激光器发射的光的一部分导向包括引起信号随着波长周期性改变的周期性滤波器形式的，如法布里-泊罗滤波器的第一滤波器、适于测定光的功率并传送相应的探测信号的第一和第二探测器的配置中；相对于周期性滤波器安置探测器，如此使得所述探测器信号将包含关于从滤波器给出的许多波长之中的至少所探测光的波长的信息；第二滤波器平行于周期性滤波器安置，并包括一种其响应单调地随着波长改变的滤波器，其中透过第二滤波器的光通向第三探测器，第三探测器发射对应于光功率及波长的探测信号；通过调谐部分的电流被扫描，从而通过不同的电流组合；在每次扫描期间测量两个探测器信号之比；当探测器信号之比处于预定范围，而该范围表明发射的光位于周期性滤波器给出的许多波长之一中时，引起第三探测器进行探测，从而分选出相关波长；还在于所述调谐电流的控制组合与相关波长一并储存。
下面将参考草图对本发明的示例性实施例进行详细描述。
图1是可调谐的光栅耦合抽样反射器(GCSR)激光器的截面图；
图2是示出用于本发明的配置的方框图；
图3是显示单调滤波器的示图；
图4显示激光器的功率作为周期性滤波器的波长的函数；和
图5是显示激光器功率作为单调变化滤波器的波长的函数的图表。
DBR激光器包括三个部分，即，布拉格反射器1、相位部分2和增益部分3。每一部分通过引入电流到各个部分来控制。
图1是可调谐的光栅耦合抽样反射器(GCSR)激光器的截面图；这种激光器包括四个部分，即，布拉格反射器7、相位部分8、耦合器9和增益部分10。每一部分通过引入电流到各个部分来控制。
DBR激光器包括三个部分，即，布拉格反射器1、相位部分2和增益部分3。每一部分通过引入电流到各个部分来控制。
抽样光栅DBR激光器也具有四部分，其中外部是布拉格反射器，相位部分和增益部分位于它们之间。
尽管还存在其它激光器，但这三种激光器类型是通用的。
尽管本发明基本参考根据图1所示的GCSR激光器进行以下描述，但应该明白，本发明不限于任何特别类型的可调谐半导体激光器，而是可以相应地应用于除了这里描述的以外的可调谐激光器。
本发明涉及评估可调谐激光器和决定适当的激光器工作点的方法。因此，这种激光器可包括一个或多个可调谐部分，其中引入电流可以用已知方法改变。该激光器可以是那种至少包括一个反射器部分和一个相位部分的激光器。该激光器也可以是那种仅包括一个调谐部分的激光器，或者是那种不是通过在反射器内的电流引入而是通过一些机构调谐的激光器。
图2是示出用于本发明的配置的方框图；标号15代表GCSR激光器，标号16代表用于通过各自导体17、18和19分别引入电流到激光器的反射器部分、相位部分和耦合器部分的电流发生器。激光器的功率通过激光器调节电路20经通向激光器的增益部分的导体21来控制。
激光器从前反光镜发射光，经透镜组合件22到光导体23，例如光纤。这个光导体将光导向分流一部分光到第二光导体24的分光镜或分流器26。剩余的光被进一步导向导体25。分光镜26从导体23分流例如10％的光到导体24。
光导体24将光导向用作将光均分到两个导体28、29的第二分光镜或分流器27。透镜30和透镜31分别放置于光导体的末端。在透镜30下游的射束路线上配置法布里-泊罗滤波器32或相应的周期性滤波器。滤波器32是本领域所熟知的，因此在本说明书中不作详细解释。法布里-泊罗滤波器可被设计成显示专门用于一定波长、为给定波长的倍数的标准波长的光的透射。法布里-泊罗滤波器在其它波长展现低或高的偏移传导。应该明白也可用具有相当于法布里-泊罗滤波器的特征的其它周期性滤波器来替代。
图4是显示周期性滤波器的下游的功率作为波长的函数的视图。
在透镜31的下游配置了第一探测器33，在法布里-泊罗滤波器的下游配置了第二探测器34。探测器33、34用来测定光的功率，和分别经放大器35、36传送相应的探测器信号到A/D转换器37。
A/D转换器37、功率调节电路20和电流发生器16都经数据总线38联接到微处理器39。微处理器适于用来响应A/D转换器37和功率调节电路20来的信号，以期望并熟知的方式控制电流发生器和功率调节电路。
一部分向前发送的光传导到第一探测器33，还经法布里-泊罗滤波器传导到第二探测器34。
电流被扫描通过调谐部分18、19、21，如此通过不同电流组合。在所述扫描期间测定两个探测器信号I1和I2之间的比率。
当扫描该电流通过调谐部分，反射器电流是可变的内扫描。这意味着当保持所述电流恒定时，反射器电流被扫描通过其它调谐电流的部分。反射器电流首先在一个方向扫描，然后在相对方向扫描回到它的初始值。例如，反射器电流从零值扫描到高达它的最大值，然后再回到零。
本说明书中的电流控制意思是通过这些部分的电流由电流发生器控制，或者通过该部分的电流交替地由控制通过所述部分的电压来控制。
在图2中的实施例的情况下，第一探测器、第二探测器和法布里-泊罗滤波器放置在靠近激光器的前反光镜的地方。或者，这些元件也同样可以放置在靠近激光器的后反光镜的地方，在这种情况下，从激光器后反光镜发射的光被用来确定波长。
另外，法布里-泊罗滤波器、第一和第二探测器可以按照与图4所示的不同的方式彼此相对安置，从而至少探测波长。第一和第二探测器适用于测量从法布里-泊罗滤波器发送的光和/或反射到法布里-泊罗滤波器的光，由此测定波长。
位于关于用在出现迟滞现象的那些部分的反射器电流或关于其它调谐电流迟滞的区域内的工作点不是操作中的激光器的最好的工作点。
通讯用激光器将适于以一定的已知波长进行操作，其中的已知波长包含在所谓通道平面内，其中每个通道对应一个界线分明的波长。根据本发明，法布里-泊罗滤波器32适于对包含在通道平面内的每个波长具有给定的透射。
当从探测器32、33来的探测信号I1/I2之间的比率位于表示发射的光位于由法布里-泊罗滤波器给定的许多波长之一的预定范围内，以及所述比率I1/I2位于已知反射器电流的所述电流在两个扫描方向的范围内时，存储调谐电流控制组合。
这个范围由通道平面内允许通道宽度给出。
因此，这个控制组合将满足产生期望的波长和不产生任何迟滞效应的标准。
在一些情况下，最好扫描除反射器电流以外，展现迟滞效应的一个或多个其它部分调谐电流，从而确定在预计工作点是否发生迟滞。
前面所述在上面提到的专利申请中也很明显。
根据本发明，第二滤波器43平行于周期性滤波器32放置。在透镜30上游的光导体28中的光功率的一半由分光镜45适当地转换到光导体46，光导体46用于经透镜47将光导向第三滤波器43。第三滤波器是一种它的反应随着波长而单调地改变的滤波器。这在图5中显示，其显示发送功率P随着波长单调地改变。通过第二滤波器发送的光导向第三探测器44，它经放大器54，给A/D转换器48发送一个相应于这个光的功率和它的波长的探测信号I3。A/D转换器连接到所述数据总线38。
图3显示一种已知的单调改变滤波器的实例。该滤波器是一种绝缘波长选择滤波器。光被分开到滤波器的上游，并且这束光的每一部分被导向通过玻璃49、50，其上面有一薄层已经被汽化。在经过玻璃的透射后，由探测器51、52探测功率，各个探测器的输出信号被穿过运行的放大器53，它的输出信号是波长的测量结果。
第二滤波器的另一个实例是实现以纤维耦合器形式的分光镜的波长选择。
如前面所提到的，电流被扫描通过调谐部分17、18和19，在扫描期间测定两个探测信号(I1、I2)之间的比率。当两个探测信号(I1、I2)之间的比率位于指明发射的光位于周期性滤波器32给出的许多波长之一的预定范围内时，引起第三探测器44进行探测以分选出相关的波长。这里的调谐电流控制组合与相关波长一并储存。
为此，将I1、I2和I3经数据总线传向微处理器，所述微处理器适于评估工作点和波长，并将它们储存。该微处理器后面用来控制激光器以所需波长进行操作。
由此，从第三滤波器来的信号提供一个清晰的激光器的波长的测定。然而，这个测量结果的准确度，尽管它足够肯定地识别周期性滤波器中每个峰，但却不足以进行评估激光器的不同的工作点。因此，就可能明确给出期望波长的所有工作点。
因此，本发明经由迅速地测定通过两个滤波器的光功率而使激光器特征化，以及为通道平面内所有期望通道自动确定激光工作点。
根据本发明的一个优选实施例，从第一探测器33来的信号I2被传送到功率调节电路20。这个电路适于控制激光器以恒定的输出功率发光。这使得比率I1/I2在确定可能的工作点时很容易地跟踪。
根据本发明的另一个优选实施例，监视器二极管放置在激光器一侧，与放置第一和第二探测器的一侧相对，所述监视器二极管用于测定由激光器发出的光。从探测器40来的信号经放大器41传导到A/D转换器42，它的输出信号被送到微处理器39。根据该实施例，挑选一个或多个调谐电流，从而最小化向后发射光的功率和向前发射光的功率之间的比率，因此，使将从所述可能的工作点中选出的通道的工作点最优化。
应该明白，前述使用法布里-泊罗滤波器能够使不满足要求电流I1/I2之间的比率位于一定的给定间隙内的标准的所有控制组合被选出。
另外，为通讯目的，足够识别那些位于激光器不发生迟滞的范围内的通道平面中每个波长的一个控制组合。
因此，本发明解决了在引言中提到的问题。
尽管本发明已经参考它的各种示例性实施例并使用GCSR激光器进行了描述，应该明白所述配置的结构设计可以改变，只要达到相同结果。还应该明白本发明还可用于GCSR激光器以外的激光器。
因此，本发明不限于上面描述的实施例，在下面权利要求领域内的变异和修改都是允许的。

Claims (7)

1.一种评估可调谐激光器(15)并确定适当的激光器工作点的方法，其中该激光器包括一个或多个其中引入的电流可以改变的可调谐部分，其特征在于通过将从激光器(15)发射的光的一部分导向包括引起信号随着波长周期性改变的周期性滤波器形式的、如法布里-泊罗滤波器(32)的第一滤波器(32)、适于测定光的功率并传送相应的探测信号(I1，I2)的第一(33)和第二(34)控测器的配置中；相对于周期性滤波器(32)安置探测器，使得所述探测器信号(I1，I2)将包含关于从滤波器(32)给出的许多波长之中的至少所探测光的波长的信息；第二滤波器(43)平行于周期性滤波器(32)安置，第二滤波器(43)是一种其响应单调地随着波长改变的滤波器；透过第二滤波器的光通向第三探测器(44)，第三探测器发射对应于光功率及波长的探测信号(I3)；扫描通过调谐部分(17，18，19)的电流，从而通过不同电流组合；在所述扫描期间测量两个探测器信号(I2，I3)之比；当探测器信号之比处于预定范围，而该范围表明发射的光位于周期性滤波器(32)给出的许多波长之一中时，使第三探测器(44)被控制，从而分选出相关波长；所述调谐电流的控制组合与相关波长一并储存。
2. 据权利要求1的方法，其特征在于当扫描通过调谐部分(17、18、19)的电流从而通过不同电流组合时，导致反射器电流(17)是内部扫描变量，它在一个方向扫描然后在相反方向回到它的初始值；当所述碧绿在给定反射器电流在所述电流的两个扫描方向的所述预定范围内时，存储调谐电流组合和波长。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于周期性滤波器(32)对于包含在包括期望波长的通道平面中的每种波长具有给定的透射，并关于其它波长有一个偏移的透射。
4.根据权利要求1、2和3的方法，其特征在于把探测器(33)从激光器前反射镜发出的信号传输到功率调节电路(20)，从而以恒定的输出功率从前反射镜发光。
5.根据权利要求1、2、3或4的方法，其特征在于使位于激光器(15)一侧上与放置第一(32)和第二(33)探测器的一侧相对的监视器二极管(40)测量由激光器发射的光；并调节一个或多个调谐电流从而最小化向后发射的光的功率和向前发射的光的功率之比，由此优化激光器(15)的工作点。
6.根据权利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于扫描一个或多个调谐电流到显示迟滞效应的部分，除反射器电流以外，从而确定在预计的工作点是否有迟滞发生。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6的方法，其特征在于测定激光器(15)在许多取出的可能的工作点发送的波长，直到为每个期望的波长获得一个工作点，并为每个工作点存储控制组合。
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