DE60034068T2 - Frequenzverriegelungsvorrichtung in einer Faser - Google Patents

Frequenzverriegelungsvorrichtung in einer Faser Download PDF

Info

Publication number
DE60034068T2
DE60034068T2 DE60034068T DE60034068T DE60034068T2 DE 60034068 T2 DE60034068 T2 DE 60034068T2 DE 60034068 T DE60034068 T DE 60034068T DE 60034068 T DE60034068 T DE 60034068T DE 60034068 T2 DE60034068 T2 DE 60034068T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fiber
laser
frequency
cavity
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60034068T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60034068D1 (de
Inventor
Shevy Pasadena YAAKOV
Amnon Pasadena YARIV
Dan Pasadena PROVENZANO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
California Institute of Technology CalTech
Original Assignee
California Institute of Technology CalTech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by California Institute of Technology CalTech filed Critical California Institute of Technology CalTech
Application granted granted Critical
Publication of DE60034068D1 publication Critical patent/DE60034068D1/de
Publication of DE60034068T2 publication Critical patent/DE60034068T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1303—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by using a passive reference, e.g. absorption cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • Lock And Its Accessories (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Description

  • VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorzug der am 13. August 1999 eingereichten provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/149,004.
  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft Lichtleitergeräte und Laser.
  • Die Ausgangsfrequenz eines Lasers kann aufgrund verschiedener interner Vorgänge (z.B. Schussgeräusche und andere Fluktuationen) oder Umweltfaktoren (z.B. eine Temperaturänderung oder Vibrationen) abwandern oder schwanken. Die Frequenz eines Halbleiterlasers kann sich beispielsweise mit dem elektrischen Ansteuerungsstrom und der Temperatur ändern. Solche Variationen der Laserfrequenz sind in bestimmten Anwendungen unerwünscht, wo Frequenzstabilität erforderlich ist.
  • So wurde beispielsweise Wellenlängenmultiplexierung (WDM) zum Erweitern der Kapazität einer Faserkommunikationsverbindung durch gleichzeitiges Übertragen verschiedener Lichtwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen angewendet. Es ist von wesentlicher Bedeutung, die Wellenlängen in WDM-Signalen vorzugeben und zu standardisieren, so dass WDM-Geräte, Module und Subsysteme von verschiedenen Herstellern kompatibel sind und in kommerziellen WDM-Netzen integriert und eingesetzt werden können. Ein üblicherweise angewendeter WDM-Wellenlängenstandard ist der ITO-(International Telecommunication Union)-Standard, bei dem die WDM-Wellenlängen unterschiedlicher Lichtwellen mit ITU-Gitterfrequenzen übereinstimmen müssen. Daher müssen die Lasersender für die unterschiedlichen WDM-Kanäle gegen Wellenlängeninstabilität stabilisiert werden, die durch interne oder externe Schwankungen verursacht wird.
  • Andere Anwendungen, wie z.B. spektroskopische Präzisionsmessungen und nichtlineare optische Prozesse, können ebenfalls eine Frequenzstabilisierung von Lasern erfordern.
  • Das US-Patent Nr. US-A-5107512 offenbart einen lokalen Lichtleiter zum Übertragen eines Laserstrahls. Ein Polarisationstrennelement ist vorgesehen und trennt oder teilt den polarisationsvariierten Strahl in eine erste und eine zweite Strahlenkomponente, die orthogonal polarisiert sind. Ein erster Lichtdetektor oder Fotodetektor wird mit der ersten Strahlenkomponente gespeist und dient zum Erfassen der ersten Strahlenintensität, um ein für die erste Strahlenintensität repräsentatives erstes Erfassungssignal zu erzeugen. Ein zweiter Lichtdetektor wird mit der zweiten Strahlenkomponente gespeist, die die zweite Strahlenintensität erfasst und ein für die zweite Strahlenintensität repräsentatives zweites Erfassungssignal erzeugt. Ein Subtrahierglied wird mit den ersten und zweiten Erfassungssignalen gespeist und dient zum Errechnen einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Strahlenintensität. Das Subtrahierglied erzeugt somit ein Differenzsignal, das einen für die Differenz repräsentativen Differenzsignalwert hat. Eine Steuersignalerzeugungsschaltung dient als Anordnung zum Erzeugen eines Steuersignals und wird mit dem Differenzsignal vom Subtrahierglied zum Erzeugen eines Frequenzregelsignals im Einklang mit der Differenz gespeist.
  • Das US-Patent Nr. US-A-5561675 offenbart einen faseroptischen Laser, der eine doppelbrechende optische Faser mit einem Bragg-Gitter an jedem Ende umfasst.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beinhaltet Techniken und Geräte, die Lichtleiter und -geräte verwenden, die die Frequenz eines Lasers stabilisieren.
  • Die Erfindung ist in ihren verschiedenen Aspekten in den Hauptansprüchen unten definiert, auf die nunmehr Bezug genommen werden sollte. Vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen dargelegt.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Ausgestaltung einer Laserfrequenzverriegelung auf der Basis einer Polarisationsmodendispersion in einem Faserhohlraum, der von zwei Fasergittersätzen in einer Faser gebildet wird.
  • 2A zeigt ein Übertragungsspektrum eines Fabry-Perot-Faserresonators mit zwei beabstandeten Fasergittern in Abwesenheit von Polarisationsmodendispersion, wobei ein einzelner Übertragungspeak nahe 1535 nm innerhalb der reflektiven Bandbreite von etwa 1534,5 nm bis etwa 1535,6 nm erscheint.
  • 2B zeigt ein Beispiel für zwei dicht beabstandete Übertragungspeaks innerhalb der reflektiven Bandbreite eines Fabry-Perot-Faserresonators, bewirkt durch Teilen eines einzelnen Übertragungspeaks aufgrund der Polarisationsmodendispersion in dem in 1 gezeigten System.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Fehlersignal, das durch eine Implementation des in 1 gezeigten Systems erzeugt wird.
  • 4 zeigt die gemessene Laserfrequenz in Abhängigkeit von Injektionsstrom zu einem Diodenlaser mit und ohne eine(r) in 1 gezeigte(n) Frequenzregelung.
  • 5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Laserfrequenzverriegelung auf der Basis von zwei in zwei separaten Fasern ausgebildeten Faserhohlräumen.
  • Gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleichartige Elemente.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt eine Ausgestaltung einer fasergestützten Frequenzverriegelung 100. Ein Laser 110 ist optisch so mit einer Faser 120 gekoppelt, dass der Laserausgangsstrahl 112 in der Faser 120 eingeschlossen und geführt wird. Die Faser 112 ist anisotrop ausgelegt, so dass sich der Brechungsindex für eine optische Polarisation entlang einer gewählten Richtung lotrecht zum Faserkern von dem für eine andere optische Polarisation lotrecht zur gewählten Richtung unterscheidet. So kann beispielsweise eine polarisationserhaltende Faser mit einer solchen Anisotropie im Index als die Faser 120 verwendet werden. Eine Möglichkeit, diese Anisotropie im Brechungsindex zu erzielen, besteht darin, die Faser 120 mechanisch entlang der gewählten Richtung zu beanspruchen, die im Wesentlichen lotrecht zur Faserachse ist. In einer anderen Methode wird der Faserkern UV-Licht ausgesetzt, um die gewünschte Doppelbrechung im Faserkern zu erzeugen. Ferner kann ein doppelbrechendes dielektrisches Material zum Bilden des Faserkerns verwendet werden.
  • Die Faser 120 beinhaltet ein Segment 130, in dem zwei Sätze von Bragg-Gittern 131 und 132 mit im Wesentlichen derselben Gitterperiode in der Faser ausgebildet und durch eine Lücke 133 voneinander beabstandet sind. Jedes Fasergitter dient als Reflektor, um Licht selektiv mit einer Bragg-Wellenlänge zu reflektieren, die die Bragg-Phasenabgleichbedingung erfüllt, und um andere Spektralkomponenten zu übertragen. Diese Bragg-Wellenlänge ist gleich dem Zweifachen des Produkts aus dem effektiven Brechungsindex der Faser und der Gitterperiode. Da beide Gitter 131 und 132 dieselbe Gitterperiode haben, sind sie bei derselben Wellenlänge reflektierend. Die Reflexion der Gitter 131 und 132 ist nicht auf eine einzelne Wellenlänge begrenzt, sondern hat eine Reflexionsbandbreite, bei der jedes Gitter Licht bei einer beliebigen Wellenlänge innerhalb der Bandbreite reflektiert. Die Reflexionsbandbreite jedes Gitters ist von der Gitterstärke abhängig, die von der Tiefe der periodischen Modulation am Brechungsindex der Faser und von der Anzahl der Perioden in jedem Gitter abhängig ist. Daher bilden die beiden beabstandeten Gitter 131 und 132 einen Fabry-Perot-Hohlraum nur für Licht mit der Bragg-Wellenlänge.
  • Licht mit der Bragg-Wellenlänge in einem solchen Fabry-Perot-Hohlraum 130 wird von den Gittern 131 und 132 reflektiert und springt hin und her und verursacht Lichtinterferenz. Eine konstruktive Interferenz hat den Zweck, einen Übertragungspeak bei einer Resonanz zu erzeugen, wenn die Umlaufphasenverzögerung 360 Grad oder ein beliebiges Vielfaches von 360 Grad beträgt. Die Lichtübertragung des Fabry-Perot-Hohlraums 130 nimmt ab, wenn die Phasenverzögerung von der Resonanz abweicht, und wird null, wenn die Phasenverzögerung genau um 180 Grad von der Resonanz abweicht. Während sich die Phasenverzögerung weiter ändert, beginnt die Lichtübertragung zuzunehmen und erreicht den Peak, wenn eine andere Resonanzbedingung erfüllt ist. Dieses Verhalten ist in Bezug auf die Umlaufphasenverzögerung periodisch. Diese Umlaufphasenverzögerung wird im Wesentlichen durch das Produkt aus dem effektiven Brechungsindex der Faser und der Lücke 133 bestimmt und ein Resonanzpeak tritt dann auf, wenn das Produkt gleich der Hälfte der Wellenlänge ist. In Frequenz ausgedrückt, repräsentiert die Umlaufphasenverzögerung die Frequenzdifferenz zwischen zwei benachbarten Resonanzpeaks und wird als der freie Spektralbereich (FSR) des Fabry-Perot-Hohlraums bezeichnet.
  • Der Fabry-Perot-Hohlraum 130 kann so konfiguriert werden, dass er nur einen einzigen Übertragungspeak innerhalb der Reflexionsbandbreite hat, indem die Reflexionsbandbreite der Fasergitter 131 und 132 kleiner als FSR gemacht wird. 2A zeigt das Übertragungsspektrum eines beispielhaften Fabry-Perot-Faserhohlraums, wobei jedes Fasergitter so ausgelegt ist, dass es in der Bandbreite von etwa 1534,5 nm bis etwa 1535,6 nm reflektierend ist. In Abwesenheit von Polarisationsmodendispersion erscheint ein einzelner Übertragungspeak 200 in der reflektiven Bandbreite, wenn die Frequenz von Eingangslicht mit einem der Resonanzpeaks des Fabry-Perot-Faserhohlraums übereinstimmt.
  • Wenn die Feinheit des Fabry-Perot-Faserhohlraums 120 relativ hoch ist, z.B. durch Erhöhen der Stärke jedes Gitters, dann ist die Linienbreite jedes Übertragungspeaks gering und somit ist die Resonanzfrequenz des Übertragungspeaks eine gut definierte Frequenz. Daher kann diese Resonanzfrequenz als Frequenzreferenz oder Markierung verwendet werden. Da sich die Übertragung des Eingangslichts ändert, wenn die Eingangsfrequenz relativ zur Resonanzfrequenz abwandert, kann eine Variation der Übertragungsintensität des Eingangslichts verwendet werden, um die Frequenzverschiebung des Eingangslichts in Bezug auf die Resonanzfrequenz anzuzeigen.
  • Insbesondere ist der Brechungsindex der Faser 122 anisotrop. Für Eingangslicht mit einer festen Eingangsfrequenz erfährt die optische Polarisation parallel zur gewählten Richtung einen Wert für den Brechungsindex und die optische Polarisation lotrecht zur gewählten Richtung erfährt einen anderen Wert für den Brechungsindex. Diese beiden unterschiedlichen Indexwerte entlang zwei orthogonalen Richtungen erzeugen eine Polarisationsmodendispersion zwischen zwei orthogonalen Polarisationen und erzeugen jeweils zwei dicht beabstandete Resonanzpeaks, einen für jede Polarisation. Der Frequenzabstand zwischen den beiden Peaks wird durch die Indexdifferenz in der Lücke 133 bestimmt.
  • 2B zeigt ein Beispiel für zwei Übertragungspeaks 210 und 220 nahe 1541,41 nm von dem aus einer polarisationserhaltenden Siliciumglasfaser gebildeten Faserhohlraum 130. Die Indexdifferenz zwischen den beiden orthogonalen Polarisationen bewirkt, dass die beiden Polarisationen mit derselben Resonanzmode des Hohlraums bei zwei unterschiedlichen Frequenzen 210 und 220 übereinstimmen, d.h. in einem Abstand von etwa 2,18 GHz.
  • Das System 100 ist so ausgelegt, dass es diese beiden Spitzen entlang zwei orthogonalen Polarisationen in derselben Resonanzmode dazu benutzt, ein Fehlersignal zu erzeugen, das eine Variation der Laserfrequenz anzeigt, und einen Feedback-Mechanismus zum Korrigieren der Laserfrequenz auf der Basis des Fehlersignals benutzt.
  • Die Fasergitter 131 und 132 sind so ausgelegt, dass ihre reflektive Bandbreite einen Spektralbereich abdeckt, in dem die Frequenz des Lasers 110 stabilisiert werden soll. Die Polarisation des Ausgangslaserstrahls 112 und die gewählte Richtung der Faser 120 sind mit etwa 45 Grad relativ zueinander orientiert, so dass die Eingangslaserleistung zwischen zwei orthogonalen Polarisationen im Wesentlichen gleich aufgeteilt ist, eine parallel zur gewählten Achse und eine andere lotrecht zur gewählten Achse. Ein Polarisationsgerät 140 ist mit der Faser 120 zum Empfangen der Übertragung vom Faserhohlraum 130 gekoppelt. Beispiele für ein solches Gerät 140 sind u.a. ein Polarisationsstrahlteiler und ein Polarisationsfaserkoppler. Beim Betrieb ist das Gerät 140 so ausgerichtet, dass es die Polarisation entlang der gewählten Richtung so trennt, dass es ein erstes Ausgangssignal 141 von einer anderen Polarisation lotrecht zur gewählten Richtung ist, die ein zweites Ausgangssignal 142 ist. Zwei Lichtdetektoren 151 und 152 werden benutzt, um die Signale 141 und 142 zu empfangen und in elektrische Ausgangssignale zu konvertieren.
  • Eine elektronische Schaltung 160 ist zum Empfangen der Ausgangssignale von den Detektoren 151 und 152 gekoppelt. Eines der beiden Signale 151 und 152 (z.B. 152, das die Spitze 220 in 2 repräsentiert) wird von der Schaltung 160 invertiert und dann zu einem anderen Signal addiert, um ein Summensignal zu erzeugen. Das Summensignal kann nachfolgend zur Weiterverarbeitung verstärkt werden. Wie illustriert, kann die Schaltung 160 einen Operationsverstärker beinhalten, um die Invertierungs-, Addierungs- und Verstärkungsschritte auszuführen.
  • 3 zeigt ein Beispiel für das obige Summensignal als spektraldispersive Linienform für eine Laserwellenlänge bei etwa 1544,78 nm. Die beiden Peaks vom Fabry-Perot-Faserhohlraum aufgrund der Anisotropie entlang zwei othogonalen Polarisationen haben einen Abstand von etwa 1,84 GHz voneinander. Wenn die Polarisation des Laserstrahls 112 genau 45 Grad in Bezug auf die gewählte Richtung der Faser 120 hat, dann sind die beiden Peaks im Hinblick auf Spektralprofil und Stärke im Wesentlichen identisch, sind aber voneinander spektral verschoben. Daher geht das Summensignal bei der Mittenfrequenz zwischen den beiden Peaks auf null und wird entweder positiv oder negativ, wenn die Laserfrequenz von dieser Mittenfrequenz abweicht. Diese Mittenfrequenz kann als Frequenzreferenz (fref) benutzt werden, auf der die Laserfrequenz verriegelt wird.
  • Der Faserhohlraum 130 kann so ausgelegt werden, dass die Frequenzreferenz auf einen gewünschten Wert festgelegt wird, indem z.B. die Anisotropie im Index der Faser 120, die Struktur der Gitter 131 und 132 und die Lücke 133 reguliert werden. Für WDM-Anwendungen kann die Frequenzreferenz beispielsweise eine der vom ITU-Standard vorgegebenen WDM-Wellenlängen sein.
  • Wieder zurück zu 1, ein Fehlersignal 170 kann ein Spannungs- oder Stromsignal von der Schaltung 160 sein, das Vorzeichen und Größe des Summensignals repräsentiert. Das Fehlersignal 170 wird dann zurück zum Laser 110 gespeist, um einen Feedback-Servoregelkreis zu bilden. Der Servokreis hat die Aufgabe, als Reaktion auf das Fehlersignal 170 die Frequenz des Lasers 110 in Richtung auf die Frequenzreferenz zu justieren, so dass die Größe des Fehlersignals 170 innerhalb eines akzeptablen Bereichs reduziert wird und die Laserfrequenz somit auf der Frequenzreferenz „verriegelt" bleibt. Das Vorzeichen des Fehlersignals 170 diktiert die Richtung der Korrektur der Laserfrequenz und die Größe bestimmt den Betrag der Korrektur an der Laserfrequenz.
  • Der Laser 110 kann im Allgemeinen ein beliebiger abstimmbarer Laser sein, dessen Ausgangsfrequenz mit einem Signal 116 von einer Frequenzregeleinheit 114 geregelt werden kann. So kann der Laser 110 beispielsweise einen Halbleiterlaser, einen Faserlaser mit einem linearen oder ringförmigen Hohlraum oder einen auf einem Halbleiter- oder Faserlaser basierenden Laser beinhalten. Die Frequenzregeleinheit 114 kann ein interner Teil des Lasers 110 oder ein Gerät außerhalb des Lasers 110 sein. Wenn beispielsweise der Laser 110 ein Halbleiterdiodenlaser ist, dann kann der Frequenzregler 114 die Ansteuerungsschaltung sein und das Steuersignal 116 kann der Ansteuerungsstrom zur Diode sein. Alternativ kann der Frequenzregler 114 ein Temperaturregler sein, der die Temperatur der Diode regelt. Wenn der Laser 110 eine Faser als Teil des Lichtwegs beinhaltet, dann kann der Frequenzregler 114 einen Faserstrecker beinhalten, der die Faserlänge und somit die Laserfrequenz regelt.
  • 4 zeigt die gemessene Laserwellenlänge in Abhängigkeit vom Injektionsstrom zu einer Laserdiode mit und ohne der/die in 1 gezeigte(n) Servosteuerung. Die Kurve 410 zeigt die gemessenen Daten, wenn der Frequenzservoregler in Betrieb ist. Im Vergleich dazu zeigt Kurve 420 die gemessenen Daten bei abgeschaltetem Frequenzservoregler. Die Messungen zeigen an, dass der Servoregler die Frequenzstabilität des Diodenlasers um eine Größenordnung verbessert. Höhere Stabilität kann mit einer höheren Servokreisverstärkung erzielt werden.
  • 5 zeigt ein weiteres Frequenzservoregelsystem 500 unter Verwendung von zwei Faserhohlräumen 130A und 130B jeweils in zwei separaten Fasern 120A und 120B. Ein Faserkoppler 510 kann zum Teilen des Laserstrahls 112 in zwei gleiche Strahlen und zum jeweiligen Koppeln der beiden Strahlen mit den Fasern 120A und 120B verwendet werden. Im Gegensatz zu der im einzelnen Fasersystem 100 verwendeten Faser 120 brauchen die beiden Fasern 120A und 120B keine zwei unterschiedlichen Indexe für zwei orthogonale Polarisationen zu haben, um die dicht beabstandeten Resonanzpeaks zu erzeugen, damit sie mit derselben Resonanzhohlraummode aufgrund von Polarisationsmodendispersion übereinstimmen. Stattdessen sind die beiden Faserhohlräume 130A und 130B so ausgelegt, dass ihre Resonanzfrequenzen für dieselbe Ordnung der Resonanz um einen gewünschten Betrag geringfügig voneinander verschoben sind. Dies kann beispielsweise erzielt werden, indem ihre Lücken zwischen den beiden Gittern oder den Gitterperioden oder beiden unterschiedlich konfiguriert werden. In einer Ausführung können die beiden Fasern 120A und 120B unter geringfügig unterschiedliche Spannungen gesetzt werden, um die Frequenzverschiebung zwischen den beiden Peaks zu erzielen.
  • Die Lücke zwischen den beiden Fasergittern in jedem Faserhohlraum ist ausreichend klein eingestellt, damit der FSR des Hohlraums größer ist als die reflektive Bandbreite. Somit kann nur ein einzig Übertragungsresonanzpeak innerhalb der reflektiven Bandbreite für jeden Faserhohlraum erscheinen. Wie bei der Polarisationsdispersion im System 100 von 1, kann die Mittenfrequenz zwischen den beiden unterschiedlichen Übertragungspeaks von den beiden Faserhohlräumen 130A und 130B als Frequenzreferenz zum Verriegeln des Lasers 110 verwendet werden. Detektoren 151 und 152 werden zum Empfangen der Signale für die beiden Übertragungspeaks verwendet und die Schaltung 160 dient zum Invertieren von einem der Signale, um das Summensignal 170 als Feedback-Regelung zu erzeugen.
  • Sowohl im System 100 von 1 als auch im System 500 in 5 kann die Frequenzreferenz justierbar gemacht werden, so dass die Laserfrequenz, während sie auf der Referenz verriegelt ist, abstimmbar sein kann. So können beispielsweise die beiden verschobenen Resonanzpeaks in beiden Systemen verschoben werden, um die Mittenfrequenz zu ändern. Solange die Servoregelung ordnungsgemäß arbeitet, kann der Laser 110 als Reaktion auf das Signal 116 justiert werden, damit die Laserfrequenz der Mittenfrequenz folgt.
  • Im System 100 in 1 kann dies dadurch erzielt werden, dass der Gitterabstand und die Lücke 133 zwischen den beiden Fasergittern 131 und 132 so geändert werden, dass beide Peaks um denselben Betrag in dieselbe Richtung verschoben werden. Ein Faserstrecker kann auf die Faser 120 an der Position des Hohlraums 130 angewendet werden, um die Abstimmung zu implementieren. Im System 500 in 5 kann/können eine oder beide Fasern 120A und 120B gestreckt werden, um die Mittenfrequenz zwischen den beiden Resonanzpeaks zu verschieben.
  • Es wurden einige Ausgestaltungen beschrieben. Man wird jedoch verstehen, dass verschiedene Modifikationen und Erweiterungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims (24)

  1. Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Faser (120) zum Empfangen eines Laserstrahls (112) auf einer Laserfrequenz, mit einem Faserhohlraum (130), der aus zwei Sätzen von Bragg-Gittern (131 und 132) gebildet wird, die voneinander beabstandet und auf der genannten Laserfrequenz reflektierend sind, wobei die genannte Faser (120) einen ersten Brechungsindex für eine optische Polarisation entlang einer ersten Richtung lotrecht zum Faserkern und einen zweiten, anderen Brechungsindex für eine optische Polarisation entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu der genannten ersten Richtung hat; ein Polarisationselement (140), das mit der genannten Faser (120) gekoppelt ist, um einen übertragenen Laserstrahl von dem genannten Faserhohlraum (130) zu empfangen und einen ersten, entlang der genannten ersten Richtung polarisierten Strahl und einen zweiten, entlang der genannten zweiten Richtung polarisierten Strahl zu erzeugen; einen ersten Lichtdetektor (151) zum Empfangen des genannten ersten Strahls zum Erzeugen eines ersten Detektorsignals; einen zweiten Lichtdetektor (152) zum Empfangen des genannten zweiten Strahls zum Erzeugen eines zweiten Detektorsignals; und eine elektronische Schaltung (160) zum Kombinieren der genannten ersten und zweiten Detektorsignale zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine Abweichung der genannten Laserfrequenz von einer von dem genannten Faserhohlraum (130) definierten Referenzfrequenz anzeigt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Laser (110) mit der Aufgabe umfasst, den genannten Laserstrahl (112) zu erzeugen, wobei der genannte Laserstrahl (112) entlang einer Richtung polarisiert ist, die einen Winkel von 45 Grad zu der ersten Richtung bildet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannte Faser (120) eine polarisationserhaltende Faser ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die genannte Faser (120) entlang der genannten ersten und der genannten zweiten Richtung mechanisch beansprucht wird.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die genannte Faser (120) doppelbrechendes dielektrisches Material aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die genannte elektronische Schaltung (160) ein Schaltungselement aufweist, das das genannte erste Detektorsignal invertiert und dann das invertierte erste Detektorsignal zum Erzeugen des genannten Fehlersignals zu dem genannten zweiten Detektorsignal addiert.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das genannte Polarisationselement (140) einen Polarisationsstrahlteiler beinhaltet.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das genannte Polarisationselement (140) einen Polarisationsfaserkoppler beinhaltet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Laser (110) mit der Aufgabe umfasst, den genannten Laserstrahl (112) zu erzeugen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der genannte Laser (110) einen Halbleiterlaser beinhaltet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der genannte Laser (110) eine Faser als einen Port eines Laserhohlraums des genannten Lasers (110) aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der genannte Laser (110) einen aus der genannten Faser (120) gebildeten Ringhohlraum beinhaltet.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der genannte Laser (110) die Aufgabe hat, die genannte Laserfrequenz des genannten Laserstrahls (112) als Reaktion auf das genannte Fehlersignal zu justieren, um die genannte Laserfrequenz relativ zu der genannten Referenzfrequenz zu stabilisieren.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Element umfasst, das zugeschaltet wird, um den genannten Faserhohlraum (130) so zu steuern, dass die genannte Referenzfrequenz variiert wird.
  15. Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Faserkoppler (510) zum Empfangen eines Laserstrahls (112) auf einer Laserfrequenz und zum Teilen des genannten Laserstrahls (112) in einen ersten Laserstrahl und einen zweiten Laserstrahl; eine erste Faser (120A), die zum Empfangen des genannten Laserstrahls gekoppelt ist, mit einem ersten Faserhohlraum (130A) aus zwei Sätzen von Bragg-Gittern (131 und 132), die voneinander beabstandet und auf der genannten Laserfrequenz reflektierend sind; eine zweite Faser (120B), die zum Empfangen des genannten zweiten Laserstrahls gekoppelt ist, mit einem zweiten Faserhohlraum (130B) aus zwei Sätzen von Bragg-Gittern (131 und 132), die voneinander beabstandet und auf der genannten Laserfrequenz reflektierend sind; einen ersten Lichtdetektor (151) zum Empfangen einer ersten Übertragung von dem genannten ersten Faserhohlraum (130A) zum Erzeugen eines ersten Detektorsignals; einen zweiten Lichtdetektor (152) zum Empfangen einer zweiten Übertragung von dem genannten zweiten Faserhohlraum (130B) zum Erzeugen eines zweiten Detektorsignals; und eine elektronische Schaltung (160) zum Kombinieren der genannten ersten und zweiten Detektorsignale zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine Abweichung der genannten Laserfrequenz von einer durch die genannten Faserhohlräume definierten Referenzfrequenz anzeigt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, die ferner ein Element umfasst, das mit dem genannten ersten und/oder dem genannten zweiten Faserhohlraum (130A und 130B) zum Regeln und Variieren der genannten Referenzfrequenz gekoppelt ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das genannte Element ferner einen Faserstrecker beinhaltet.
  18. Verfahren, das die folgenden Schritte beinhaltet: Ausbilden eines Faserhohlraums (130) in einer Faser (120) zum Herstellen von zwei voneinander beabstandeten Sätzen von Bragg-Gittern (131 und 132) in der Faser (120); Herstellen der Faser (120) so, dass sie einen ersten Brechungsindex für eine optische Polarisation entlang einer ersten Richtung lotrecht zum Faserkern und einen zweiten, anderen Brechungsindex für eine optische Polarisation entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu der genannten ersten Richtung hat; Koppeln eines Laserstrahls (112) auf einer in eine Reflexionsbandbreite der genannten Bragg-Gitter (131 und 132) fallenden Laserfrequenz mit der Faser (120); Ausrichten der Polarisation des genannten Laserstrahls (112) zum Bilden eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die genannte erste Richtung; Erzeugen von zwei Übertragungspeaks auf zwei Frequenzen von dem Faserhohlraum; separates Konvertieren der Übertragungspeaks in zwei Signale; Invertieren eines der beiden Signale und Addieren des invertierten Signals zu dem anderen Signal zum Bilden eines Fehlersignals, das eine Abweichung der Laserfrequenz von einer zwischen den beiden Übertragungspeaks zentrierten Frequenzreferenz anzeigt; und Justieren der Laserfrequenz, um das Fehlersignal so zu reduzieren, dass die Laserfrequenz relativ zur Frequenzreferenz stabilisiert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Ändern der Frequenzreferenz beinhaltet, während die Laserfrequenz relativ zur Frequenzreferenz beibehalten wird, um die Laserfrequenz abzustimmen.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Frequenzreferenz durch Steuern des Faserhohlraums (130) verändert wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Abstand (133) zwischen den Bragg-Gittern (131 und 132) des Faserhohlraums (130) auf einen Wert eingestellt wird, so dass der freie Spektralbereich des Faserhohlraums (130) größer als eine Reflexionsbandbreite der Bragg-Gitter (131 und 132) ist.
  22. Verfahren, das die folgenden Schritte beinhaltet: Ausbilden eines ersten Faserhohlraums (130A) durch Herstellen von zwei voneinander beabstandeten Sätzen von Bragg-Gittern (131 und 132) in einer ersten Faser (120A), um einen ersten Übertragungsresonanzpeak zu erzeugen; Ausbilden eines zweiten Faserhohlraums (130B) durch Herstellen von zwei voneinander beabstandeten Sätzen von Bragg-Gittern (131 und 132) in einer zweiten Faser (120B), um einen zweiten Übertragungsresonanzpeak zu erzeugen, der sich vom ersten Übertragungsresonanzpeak unterscheidet; Koppeln eines Laserstrahls (112) auf einer in eine Reflexionsbandbreite der Bragg-Gitter (131 und 132) fallenden Laserfrequenz mit der ersten und der zweiten Faser (120A und 120B) im ersten und im zweiten Hohlraum (130A und 130B); separates Konvertieren der Übertragungspeaks in zwei Signale; Invertieren eines der beiden Signale und Addieren des invertierten Signals zu dem anderen Signal zum Bilden eines Fehlersignals, das eine Abweichung der Laserfrequenz von einer zwischen den beiden Übertragungspeaks zentrierten Frequenzreferenz anzeigt; und Justieren der Laserfrequenz zum Reduzieren des Fehlersignals, so dass die Laserfrequenz relativ zur Frequenzreferenz stabilisiert wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei jeder Faserhohlraum (130A und 130B) einen freien Spektralbereich hat, der größer als die Reflexionsbandbreite der Bragg-Gitter (131 und 132) ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, das ferner das Ändern der Frequenzreferenz umfasst, während die Laserfrequenz relativ zur Frequenzreferenz beibehalten wird, um die Laserfrequenz abzustimmen.
DE60034068T 1999-08-13 2000-08-11 Frequenzverriegelungsvorrichtung in einer Faser Expired - Fee Related DE60034068T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14900499P 1999-08-13 1999-08-13
US149004P 1999-08-13
PCT/US2000/022225 WO2001013477A1 (en) 1999-08-13 2000-08-11 In fiber frequency locker

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60034068D1 DE60034068D1 (de) 2007-05-03
DE60034068T2 true DE60034068T2 (de) 2007-12-06

Family

ID=22528386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60034068T Expired - Fee Related DE60034068T2 (de) 1999-08-13 2000-08-11 Frequenzverriegelungsvorrichtung in einer Faser

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6483956B1 (de)
EP (1) EP1258061B1 (de)
JP (1) JP3718164B2 (de)
CN (1) CN1174529C (de)
AT (1) ATE357759T1 (de)
AU (1) AU1187401A (de)
DE (1) DE60034068T2 (de)
IL (1) IL147800A (de)
WO (1) WO2001013477A1 (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001284711A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Hitachi Ltd 光伝送装置及びこれを用いた光システム
US6661941B1 (en) * 2001-01-23 2003-12-09 Xiaotian Steve Yao Frequency locking of tunable lasers by using a birefringent optical cavity
US20030197936A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Tunable polarization mode dispersion compensation using multi-layered reflector
US20050053103A1 (en) * 2003-09-10 2005-03-10 Jiann-Chang Lo Seeking and tracking control for locking to transmision peak for a tunable laser
TWI240794B (en) * 2004-03-02 2005-10-01 Ind Tech Res Inst Wavelength meter
US7468998B2 (en) * 2005-03-25 2008-12-23 Pavilion Integration Corporation Radio frequency modulation of variable degree and automatic power control using external photodiode sensor for low-noise lasers of various wavelengths
JP2009218488A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 Mitsutoyo Corp レーザ周波数安定化装置、方法、及びプログラム
CN101614879B (zh) * 2009-07-24 2011-01-26 北京工业大学 窄带光滤波器
CN102364770A (zh) * 2011-10-19 2012-02-29 烽火通信科技股份有限公司 基于并联标准具的激光波长精密控制方法
CN102916329A (zh) * 2012-11-09 2013-02-06 天津理工大学 一种傅里叶域锁模光纤激光器
CN105144623B (zh) * 2013-10-12 2017-12-22 华为技术有限公司 一种分光组件、频率监控装置及其监控方法
CN104078840B (zh) * 2014-07-04 2017-02-15 西安电子科技大学 一种产生激光线性调频信号的方法
JP2016024120A (ja) * 2014-07-23 2016-02-08 日本電信電話株式会社 極値検出器
JP7062882B2 (ja) * 2017-04-28 2022-05-09 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 波長モニタ装置、光源装置及び光モジュール
EP4220108B1 (de) * 2020-12-09 2024-04-03 Adtran Networks SE Verfahren und vorrichtung zur erfassung der absoluten oder relativen temperatur und/oder der absoluten oder relativen wellenlänge
CN113224630B (zh) * 2021-04-22 2022-09-30 合肥工业大学 一种延时光路锁定装置及锁定方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3212809C2 (de) * 1982-04-06 1984-12-20 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Meßeinrichtung für die Stabilisierung von Lasern
JPS60117693A (ja) * 1983-11-30 1985-06-25 Fujitsu Ltd 光周波数安定化装置
JPH0239131A (ja) * 1988-07-29 1990-02-08 Hitachi Ltd 周波数間隔安定化方法、光ヘテロダイン又は光ホモダイン通信方法
JP2546388B2 (ja) * 1989-08-31 1996-10-23 日本電気株式会社 半導体レーザ装置の発振周波数安定化装置
FR2720198B1 (fr) * 1994-05-20 1996-07-19 France Telecom Laser à fibre optique polarisé linéairement.
US5428700A (en) 1994-07-29 1995-06-27 Litton Systems, Inc. Laser stabilization
US5511083A (en) * 1995-03-02 1996-04-23 United Technologies Corporation Polarized fiber laser source
DE19633569A1 (de) * 1996-08-21 1998-02-26 Inst Physikalische Hochtech Ev Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Wellenlänge monochromatischer Lichtquellen
JP3385898B2 (ja) * 1997-03-24 2003-03-10 安藤電気株式会社 可変波長半導体レーザ光源
US6009111A (en) * 1997-04-17 1999-12-28 University Technology Corporation System and a method for frequency-stabilizing a diode laser

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003507892A (ja) 2003-02-25
CN1174529C (zh) 2004-11-03
IL147800A0 (en) 2002-08-14
WO2001013477A9 (en) 2002-06-27
CN1370344A (zh) 2002-09-18
EP1258061B1 (de) 2007-03-21
AU1187401A (en) 2001-03-13
US6483956B1 (en) 2002-11-19
WO2001013477A1 (en) 2001-02-22
ATE357759T1 (de) 2007-04-15
JP3718164B2 (ja) 2005-11-16
EP1258061A4 (de) 2005-11-16
DE60034068D1 (de) 2007-05-03
EP1258061A1 (de) 2002-11-20
IL147800A (en) 2005-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60034068T2 (de) Frequenzverriegelungsvorrichtung in einer Faser
DE60222889T2 (de) Wellenlängensteuerung mit dither-modulation und rückkopplung
DE69631534T2 (de) Laserwellenlängen-regelungssystem
DE69532941T2 (de) Schaltung zur gleichzeitiger Überwachung mehrerer Wellenlängen unter Verwendung eines aus gruppierten Wellenleiter gebautes Gitters
DE102006058395B4 (de) Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen
DE602004003429T2 (de) Laserdiode mit einem externen Gitter in einem Wellenleiter
DE602005001370T2 (de) Dispersionskompensator mit Wellenlängennachführung
DE60309783T2 (de) Abstimmungsmethode für optischen Schaltkreis mit kaskadierten Mach-Zehnder-Interferometern
DE602004004879T2 (de) Wellenlängenabstimmbare Laservorrichtung
DE60024934T2 (de) Optischer Filter
JP2002543444A (ja) 調整可能な非線形チャープ格子を使用することによる分散補償
DE102009021043A1 (de) Planare Lichtwellenschaltung und abstimmbare Laservorrichtung, die diese aufweist
DE60019658T2 (de) Optische Vielfachwellenlängen-Multiplex-Vorrichtung, Vielfachwellenlängen-Lichtquelle mit einer solchen Vorrichtung und optischer Verstärker
DE60210920T2 (de) Erzeugung von elektronischen Trägersignalen im optischen Bereich
EP0304601A2 (de) Verfahren zur Freqzuenzstabilisierung eines Halbleiterlasers mit angekoppeltem, externem Ringresonator
US6432736B1 (en) Adjustable monolithic multi-wavelength laser arrays
DE102008058017B4 (de) Wellenlängenmesser und zugehöriges Verfahren
DE102004003090A1 (de) Aktive Steuerung zweier orthogonaler Polarisationen für eine heterodyne Interferometrie
DE69720164T2 (de) Optisches Interferometer und Signalsynthesierer mit Verwendung des Interferometers
EP0809335A2 (de) Resonator für elektromagnetische Wellen mit einer Stabilisierungseinrichtung und Verfahren zum Stabilisieren der Resonatorlänge
DE102006007411A1 (de) Aktive Steuerung und Erfassung von zwei nahezu orthogonalen Polarisationen bei einer Faser zur Heterodyninterferometrie
DE102006028953B4 (de) Wellenlängenmonitor
DE60100877T2 (de) Optische Anordnung zum Auskoppeln von Licht
WO2017137587A1 (de) Laseranordnung, verfahren zum steuern eines lasers und messverfahren
DE102021107431B4 (de) Multi-Wellenlängen-Sender mit niedriger Treiberspannung

Legal Events

Date Code Title Description
8381 Inventor (new situation)

Inventor name: YAAKOV, SHEVY, PASADENA, CALIF., US

Inventor name: YARIV, AMNON, PASADENA, CALIF., US

Inventor name: PROVENZANO, DAN, PASADENA, CALIF., US

8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee