ES2335755T3

ES2335755T3 - Procedimiento para optimizar el proceso de calibracion de un laser sintonizable.

Info

Publication number: ES2335755T3
Application number: ES03708443T
Authority: ES
Inventors: Tom Farrell; Neil Ryan; John Levins; Tommy Mullane
Original assignee: Intune Networks Ltd
Current assignee: Intune Networks Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2010-04-05
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: AU2003212618A1; ATE447783T1; US7436864B2; EP1483814A2; AU2003212618A8; EP1483814B8; WO2003077382A3; EP1483814B1; IES20020187A2; DE60329904D1; US20060072631A1; WO2003077382A2

Abstract

Procedimiento de calibración de un láser sintonizable de múltiples secciones a una frecuencia específica, estando caracterizado el procedimiento porque presenta las etapas siguientes: a) medir los valores de salida desde el láser como una función de intensidades de sintonización aproximada del láser, b) formar una primera matriz discreta a partir de dichos valores de salida desde el láser, estando definida la matriz por una característica óptica de la salida del láser a intensidades de sintonización de determinación específicas, c) procesar la matriz para determinar puntos de funcionamiento estables dentro de la matriz, definiendo los puntos de funcionamiento estables unas frecuencias específicas en las que puede hacerse funcionar el láser, y d) determinar si los puntos de funcionamiento estables determinados representan los puntos de funcionamiento estables óptimos, mediante las subetapas siguientes: aumentar en un píxel el conjunto de puntos que se definen como que contribuyen a un borde en la matriz de bordes para ampliar los bordes de la matriz, obligando de este modo a los bordes a unirse cuando existan espacios; determinar si hay más de un punto de funcionamiento en cada región limitada aumentada, y determinar si la diferencia entre la frecuencia medida del láser y el espaciado de saltos de modo está dentro de un valor predeterminado y, si está dentro del valor, calcular el promedio de la pluralidad de puntos de funcionamiento para proporcionar un único punto de funcionamiento dentro de esa región limitada o, si no está dentro de ese valor predeterminado, permitir una pluralidad de puntos dentro de esa región.

Description

Procedimiento para optimizar el proceso de calibración de un láser sintonizable.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a láseres sintonizables, en particular a un diodo láser de múltiples secciones que puede conmutarse entre diferentes longitudes de onda o frecuencias y, más particularmente, a un procedimiento adaptado para proporcionar las intensidades de control correctas para conseguir cada una de las frecuencias de salida deseadas desde el láser.

Antecedentes de la invención

Los diodos láser de múltiples secciones se conocen bien en la técnica y pueden conmutarse entre diferentes longitudes de onda. Típicamente, el diodo se calibra durante su fabricación para determinar las intensidades de control correctas que deben aplicarse al láser para producir las frecuencias de salida deseadas desde el láser.

Uno de los primeros diodos láser de múltiples secciones conocidos es un láser con reflectores Bragg distribuidos (DBR) sintonizable de tres secciones. Otros tipos de láseres de diodo de múltiples secciones son los DBR de rejilla de muestreo (SG-DBR), los DBR de muestreo de superestructura (SSG-DBR) y el acoplador asistido de rejilla con reflector de rejilla de superestructura o de muestreo posterior (GCSR). Una revisión de los láseres de este tipo se proporciona en Jens Buus, Markus Christian Amann, "Tuneable Laser Diodes" Artect House, 1998 y "Widely Tuneable Semiconductor Lasers" ECOC'00. Beck Mason.

La figura 1 es un dibujo esquemático de un SG-DBR 10. El láser comprende secciones de reflector anterior y posterior 2 y 8 con una sección activa o de ganancia en intervención 6 y una sección de fase 4. Un recubrimiento 9 antirreflectante se proporciona habitualmente en las caras anterior y posterior del chip para evitar modos de cara. Los reflectores posterior y anterior adoptan la forma de rejillas de Bragg de muestreo 3 y 5. El paso de las rejillas de los reflectores posterior y anterior varía ligeramente para proporcionar un efecto de sintonización Vernier variando la intensidad suministrada a estas secciones. La longitud del trayecto óptico de la cavidad también puede sintonizarse con la sección de fase, por ejemplo mediante cambios de índice de refracción inducidos variando la densidad de portadora en esta sección. Una descripción más detallada del SG-DBR y otros láseres de diodo de múltiples secciones sintonizables puede encontrarse además en Jens Buus, Markus Christian Amann, "Tuneable Laser Diodes" Artect House, 1998.

Los láseres de diodo de múltiples secciones son útiles en sistemas multiplexados por división de longitud de onda (WDM). Aplicaciones a título de ejemplo son como fuentes de transmisor, como convertidores de longitud de onda en conexiones ópticas cruzadas (OXC) y para fuentes de referencia en receptores heterodinos. Típicamente, los sistemas WDM presentan un espaciado de canales que cumple la norma G962 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), que tiene un punto fijado en 193,1 THz y un espaciado entre canales en un múltiplo entero de 50 GHz o 100 GHz. Un sistema WDM denso a modo de ejemplo podría presentar un espaciado de canales de 50 GHz y oscilar desde 191 THz hasta 196 THz (1529,6-1559,6 nm).

Puesto que se trata de láseres de múltiples secciones, requieren una cierta calibración antes de utilizarse para determinar los valores correctos de intensidad para conseguir cada una de las longitudes de onda de salida deseadas del láser sintonizable. Por ejemplo, un láser SG-DBR presenta 4 secciones de sintonización. Si cada una de estas secciones presenta 300 posibles valores de intensidad (0-90 mA en etapas de 0,3 mA por ejemplo) y puesto que cada una de las secciones del láser son interdependientes en la salida del láser, hay 300x300x300x300 posibles combinaciones de intensidad que pueden aplicarse al láser.

Además, el láser también debe cumplir los requisitos de ancho de línea, SMSR, etc. Esto significa que el láser debe calibrarse y obtenerse una tabla de consulta de intensidades en la que cada entrada en la tabla consiste en las intensidades requeridas para conseguir cada longitud de onda en el plan de frecuencias. Cada una de estas entradas se denomina punto de funcionamiento.

El procedimiento de fabricación de láseres sintonizables no está completamente desarrollado y cada dispositivo presentará su propia firma de longitud de onda única lo que significa que cada dispositivo es lo suficientemente diferente para requerir una calibración completa y que los datos de otro láser no funcionarán. Esto significa que cada dispositivo debe calibrarse completamente para obtener la tabla de consulta y esta tabla debe utilizarse con el dispositivo cuando esté en funcionamiento.

Se han publicado varias técnicas para obtener esta tabla de consulta de información, entre los que se incluyen "Fast Generation of Optimum Operating Points for Tuneable SG-DBR Laser over 1535-1565nm Range" John Dunne et al. Conference on Lasers and Electroptics (CLEO) Baltimore, mayo de 1999, págs. 147-148 proceedings, "Fast Accurate Characterisation of a GCSR laser over the complete EDFA Band" Tom Farrell et al. LEOS'99 noviembre, San Francisco, "Control of widely tuneable SSG-DBR lasers for dense wavelength division multiplexing" Gert Sarlet, G. Morthier, R. Baets J. Lightwave Technol. vol. 18, n.º 8, págs. 1128-1138, agosto de 2000, y también en la patente WO 00/54380. La primera publicación mencionada anteriormente también utiliza una configuración de medición como la mostrada en la figura 2. El aparato comprende un láser 600 que se controla mediante fuentes de intensidad y un elemento 610 de control de la temperatura. La salida del láser se hace pasar a través de un primer acoplador 620 para proporcionar una parte de la salida a un medidor 630 de longitud de onda y una segunda parte a un segundo acoplador en el que se divide adicionalmente. Una primera parte de la salida de luz dividida se pasa directamente a un primer fotodiodo (fotodiodo A), mientras que la segunda parte pasa a través de un filtro lineal y a continuación se detecta la señal filtrada usando un fotodiodo B. Dividiendo el nivel de tensión detectada en el fotodiodo B (que es proporcional a la cantidad de luz que llega al fotodiodo A) entre la tensión detectada en el fotodiodo A, se obtiene un valor que es proporcional a la longitud de onda de la luz emitida por el láser. Puede utilizarse o bien el valor medido por el medidor de longitud de onda o bien el valor del fotodiodo B dividido por el fotodiodo A, como la longitud de onda de la luz emitida por el láser.

La publicación de patente PCT nº WO9940654 a nombre de 'Altitun AB' describe un procedimiento de optimización del punto de funcionamiento de un láser que comprende caracterizar el láser y controlar las diferentes secciones de láser.

Aunque estos procedimientos ofrecen soluciones al concepto general de calibración, son muy complicados porque implican muchas operaciones y parámetros (los números típicos para sistemas convencionales se encuentran entre 10 y 20) para guiar el procedimiento de calibración. De manera inevitable, esto lleva a varios parámetros que controlan la calibración y éstos son sensibles a estructuras particulares del dispositivo y no pueden asumir la variación de dispositivos de una línea de producción. Además, estos parámetros serán a menudo interdependientes, lo que lleva a un espacio multidimensional para configurar la calibración en el que sólo un subconjunto pequeño de posibles parámetros proporcionará buenos resultados de calibración del láser sintonizable. De manera ideal, la calibración debe presentar un pequeño conjunto de parámetros que simplifique en gran medida la calibración y minimice su dependencia de características particulares del dispositivo.

Por tanto, existe una necesidad de proporcionar un procedimiento que permita obtener resultados constantes y precisos para proporcionar un control de procedimiento del procedimiento de calibración.

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Objetivo de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de control de procedimiento para garantizar la calibración precisa de diodos láser.

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Sumario de la invención

Por consiguiente, la presente invención proporciona un procedimiento de calibración de un diodo láser sintonizable de múltiples secciones a una rejilla de frecuencia específica con un conjunto pequeño de parámetros para controlar este procedimiento. La metodología y técnica de la presente invención es ventajosa porque es genérica y puede aplicarse a diversos tipos de láseres sintonizables tales como DBR, SG-DBR, SSG-DBR, GCSR, etc.

Este enfoque genérico al algoritmo de calibración núcleo puede utilizarse para reducir el número de parámetros de calibración a un conjunto de valores menor de lo que era posible hasta el momento.

Utilizando la metodología de la presente invención no se realizan suposiciones del tipo específico de saltos de tal modo que se producen en un láser y en su lugar se tratan todos como regiones de inestabilidad en las que no debería hacerse funcionar el láser. La presente invención proporciona una técnica mediante la cual pueden obtenerse todos los puntos de funcionamiento posibles del láser y es fácil obtener un parámetro de calidad para cada uno de los puntos de funcionamiento de modo que se establece su estabilidad en esa región de funcionamiento. Esto puede utilizarse como base para un procedimiento de criba para realizar una selección de puntos de funcionamiento que entren dentro de un intervalo de criterios predefinido.

El procedimiento de la presente invención permite comprobar el rendimiento de la calibración sin requerir la determinación de un conjunto completo de calibraciones con todos los valores de parámetros de calibración posibles.

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Según una primera realización de la presente invención, se proporciona un procedimiento de calibración de un láser sintonizable de múltiples secciones a una rejilla de frecuencia específica, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

: formar una primera matriz discreta de valores de salida desde el láser, estando definida la matriz por una característica óptica de la salida del láser a intensidades de sintonización de determinación específicas, y

: procesar la matriz para determinar puntos de funcionamiento estables dentro de la matriz, definiendo los puntos de funcionamiento estables frecuencias específicas en las que puede hacerse funcionar el láser.

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La invención proporciona adicionalmente un procedimiento de calibración de un láser sintonizable, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

: formar una primera matriz discreta de valores de salida desde el láser, estando definidos los valores de salida por valores de por lo menos una característica óptica de la salida del láser determinada a intensidades de sintonización específicas, y

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Los valores de salida desde el láser son de manera deseable mediciones indicativas de las características del láser, seleccionándose las características a partir de una o más de las siguientes:

: la potencia de salida del láser,

: la longitud de onda del láser,

: la SMSR del láser,

: el ancho de línea, o

: algunas otras características del láser.

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Típicamente, la primera matriz se determina midiendo los valores de salida desde el láser como una función de intensidades de sintonización aproximada del láser.

La matriz puede visualizarse normalmente de manera gráfica como un plano de valores relacionados con la potencia de salida del láser con parámetros de sintonización de control específicos.

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De manera deseable, la etapa de procesar la matriz incluye las etapas siguientes:

: definir regiones dentro de la matriz en las cuales está presente un borde o discontinuidad, y

: determinar puntos que están limitados por discontinuidades o bordes, representando los puntos determinados regiones de funcionamiento estables para los parámetros de sintonización específicos.

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La etapa de definir regiones dentro de la matriz en las que está presente un borde o discontinuidad se lleva a cabo de manera deseable realizando una detección de bordes en los valores de la matriz, produciendo la detección de bordes la formación de un conjunto de valores de la matriz procesada, presentando el conjunto de valores de la matriz procesada valores indicativos de si está presente un borde.

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La detección de bordes se realiza de manera deseable:

: procesando la matriz mediante la utilización de un algoritmo de filtrado en una dirección sustancialmente equivalente a la dirección de saltos de modo de la salida del láser,

: determinando un conjunto de puntos máximos dentro de la matriz filtrada,

: determinando un conjunto de puntos mínimos dentro de la matriz filtrada,

: estableciendo un conjunto de pares máximos y mínimos,

: determinando la diferencia entre el máximo y el mínimo de cada par para proporcionar una pluralidad de valores de diferencia, y

: aplicando un umbral a los valores de diferencia determinados de modo que los valores de pares de puntos superiores a un valor umbral determinado son zonas que contribuyen a un borde dentro de la matriz.

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La aplicación de umbral se lleva a cabo de manera deseable utilizando el valor del parámetro de salto de modo como valor umbral. El valor del mismo puede determinarse seleccionando de manera arbitraria una secuencie de valores y seleccionando el valor que proporciona el mejor resultado.

Adicionalmente, pueden realizarse otras mediciones tales como la utilización de un filtro de longitud de onda aproximado para convertir cambios de longitud de onda en el láser en cambios de potencia. Puesto que la potencia a través del filtro es proporcional a la potencia de entrada y a la longitud de onda, dividiendo la potencia de entrada en la salida de potencia del filtro, se determina un valor proporcional a la longitud de onda. Técnicas similares descritas anteriormente o un umbral y una operación laplaciana sencilla pueden extraer más bordes del láser y dar como resultado una matriz de bordes que puede combinarse con la matriz anterior utilizando un operador O lógico para proporcionar resultados más robustos y garantizar la detección de todos los bordes. Se observará que la simple utilización de la medición del filtro de longitud de onda aproximado solamente no proporcionará bordes exhaustivos para todos los modos de salto del láser, aunque puede considerarse suficiente o satisfactoria para determinadas
aplicaciones.

La etapa de definir puntos de funcionamiento estables dentro del conjunto de valores de la matriz se realiza normalmente llevando a cabo una operación de mapas de distancias en el conjunto de la matriz procesada para determinar las distancias entre bordes adyacentes y seleccionar los puntos que están en el centro de la región limitada por los bordes.

El procedimiento proporciona el procedimiento de determinar si cada punto de funcionamiento estable obtenido representa el punto de funcionamiento estable óptimo para ese modo, incluyendo el procedimiento las etapas siguientes:

: aumentar el conjunto de puntos que se definen como que contribuyen a un borde en la matriz de bordes obligando así a los bordes a juntarse cuando existan espacios,

: determinar si hay más de un punto de funcionamiento en cada región limitada aumentada, y

: si se encuentra más de un punto de funcionamiento en la región limitada aumentada, medir la frecuencia del láser en estos puntos,

: determinar si la diferencia entre la frecuencia medida del láser y el espaciado de saltos de modo está dentro de un valor predeterminado y, si está dentro del valor, calcular el promedio de la pluralidad de puntos de funcionamiento para proporcionar un único punto de funcionamiento dentro de esa región limitada o, si no está dentro de ese valor predeterminado, permitir una pluralidad de puntos dentro de esa región.

Se apreciará que el espaciado de saltos de modo es una característica física de todos los dispositivos sintonizables de este tipo y depende de la cavidad Fabry Perot principal configurada en el diodo láser.

Se apreciará además que cada punto de funcionamiento se encuentra en una región limitada por bordes aumentados y que si se determina que un punto es el único ocupante de tal región y no hay otro punto de funcionamiento en la misma región limitada, entonces se optimiza este punto de funcionamiento.

El procedimiento puede proporcionar adicionalmente una repetición de las una o más etapas anteriores con diferentes parámetros de sintonización para proporcionar una pluralidad de matrices, siendo cada matriz indicativa de un conjunto de puntos de funcionamiento para un conjunto particular de parámetros de sintonización facilitando el enlace de puntos de funcionamiento desde diferentes matrices para formar una región de sintonización continua.

El enlace de puntos entre dos matrices diferentes se realiza normalmente uniendo puntos que cumplen los criterios de que un punto de una primera matriz y un punto de una segunda matriz se unen si el punto de la segunda matriz presenta una intensidad anterior y posterior mayor pero estas intensidades están dentro de un valor de distancia predeterminado de los dos puntos de funcionamiento.

Este valor de distancia predeterminado se obtiene fácilmente a partir de las características de los dispositivos y depende de la eficacia de sintonización de las secciones de sintonización de longitud de onda aproximada del láser. Se apreciará que puede realizarse una aproximación a esto seleccionando un valor superior a la intensidad en la parte anterior y/o posterior que hace que el láser pase de una longitud de onda a otra.

Alternativamente, puede medirse la frecuencia de cada punto de funcionamiento y se unen los puntos de funcionamiento que son adyacentes y presentan una diferencia de frecuencia dentro de un intervalo predeterminado. Se apreciará que esto forma un parámetro de tasa de sintonización que define la mayor cantidad en la que pueden diferir las frecuencias y aún así unirse.

Además, se proporciona un procedimiento que comprende las etapas siguientes:

a): realizar una medición de un primer conjunto de puntos de funcionamiento para una corriente monofásica,

b): trazar este número de puntos de funcionamiento como una función de un parámetro de salto de modo,

c): repetir las etapas a) y b) para una pluralidad de intensidades de fase, y

d): analizar el gráfico resultante y determinar un parámetro de salto de modo medio que puede utilizarse para todos los planos del diodo láser. Éstas y otras características de la presente invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos siguientes.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un dibujo esquemático de un diodo láser conocido,

la figura 2 muestra una configuración de medición para medir las frecuencias y la potencia de un láser sintonizable,

la figura 3 muestra un plano de potencia de salida de un diodo láser medida según dos intensidades de sintonización,

la figura 4 muestra una representación gráfica de una matriz formada según el procedimiento de la presente invención,

la figura 5 es una representación gráfica de una matriz procesada que identifica puntos de funcionamiento según la presente invención,

la figura 6 es una representación gráfica de la salida del filtro utilizado para detectar los saltos de modo del láser según un procedimiento de la presente invención,

la figura 7 muestra un subconjunto de las regiones de sintonización continua de un láser como una función de la intensidad de fase, y

la figura 8 muestra un subconjunto de las regiones de sintonización continua de un láser como una función de las dos intensidades de sintonización aproximada y la intensidad de sintonización fina, sección de rejilla anterior, de rejilla posterior y de fase respectivamente para un láser SG-DBR.

Descripción detallada de los dibujos

La presente invención proporciona un procedimiento de calibración de un diodo láser sintonizable de múltiples secciones a una rejilla de frecuencia específica con un conjunto pequeño de parámetros que controlan el procedimiento. La técnica es genérica y puede aplicarse a diversos tipos de láseres sintonizables tales como DBR, SG-DBR, SSG-DBR, GCSR, etc.

Las técnicas utilizadas por el procedimiento de la presente invención no se basan en suposiciones con respecto al tipo específico de saltos de modo que se producen en el láser. Según la presente invención, los saltos de modo se tratan como regiones de inestabilidad en las que no debe hacerse funcionar el láser. Además, se obtienen todos los posibles puntos de funcionamiento del láser junto con un parámetro de calidad correspondiente para cada uno de los puntos de funcionamiento para cuantificar su estabilidad. Entonces puede implementarse un procedimiento de criba para seleccionar puntos de funcionamiento que cumplan un determinado criterio.

En formas de realización preferidas de la presente invención se llevan a cabo diversas mediciones en el láser. Éstas son medir la potencia de salida frente a todas las intensidades de sintonización aproximada, por ejemplo para un láser SG-DBR de 4 secciones esto da como resultado un plano. La figura 3 muestra un plano de potencia de salida de un láser según dos intensidades de sintonización.

Este plano puede obtenerse utilizando un elemento selectivo de longitud de onda aproximado que utiliza técnicas adecuadas tales como las descritas en "Fast Accurate Characterisation of a GCSR laser over the complete EDFA Band" Tom Farrell et al. LEOS'99 noviembre, San Francisco. Estas mediciones se repiten como una función de cualquier otra sección de sintonización que pueda presentar el dispositivo. Por ejemplo, con un láser SG-DBR se miden diversos planos de rejilla anterior frente a rejilla posterior respecto a la intensidad de fase.

A continuación, se procesan cada uno de estos planos para obtener los puntos de funcionamiento estables disponibles a esa intensidad de fase particular. Esto se lleva a cabo mediante las etapas siguientes:

1.: Aplicar un algoritmo de detección de bordes que producirá un plano de tamaño similar en el que los píxeles se activan si hay un borde y se desactivan si no hay un borde presente en la ubicación correspondiente en el plano. Un ejemplo de un plano de este tipo se muestra en la figura 4,

2.: Llevar a cabo una operación de mapa de distancias en el mapa de bordes,

3.: Seleccionar los picos del mapa de bordes,

4.: Unir los picos en el mapa de bordes que están más próximos entre sí que la suma de sus dos valores de mapa de distancias.

La detección de bordes puede llevarse a cabo habitualmente en dos etapas. La primera etapa es pasar un filtro paso alto tal como los del tipo [-1 -2 0 2 1] o los del tipo de 2D 1 a través de cada plano en la dirección predominante de los saltos de modo. A continuación, siguiendo en la dirección del filtro y buscando un conjunto de puntos de máximo a mínimo en la línea, puede obtenerse un grupo de máximos/mínimos y puntos de diferencia. Esto se lleva a cabo buscando máximos locales en los que el punto que está considerándose es superior o igual a los puntos a cada lado. De manera similar, se localizan los mínimos locales buscando un punto que es inferior o igual a los puntos a cada lado.

A continuación, en la misma dirección en la que se pasó el filtro por los datos, es posible localizar pares de máximos a mínimos. Para cada uno de estos pares se registra el valor en el máximo y el mínimo, y se restan entre sí. Esto se denomina valor de diferencia. Aplicando un umbral a este valor utilizando el parámetro de salto de modo se permiten aceptar saltos de máximos a mínimos de un determinado tamaño como borde. Una alternativa a la utilización de un parámetro de aplicación de umbral fijo para extraer los bordes es utilizar un algoritmo de K medias u optimización de histograma para seleccionar el umbral correcto. El parámetro de salto de modo seleccionado puede seleccionarse basándose en análisis de rendimiento de uno o más valores de parámetro de salto de modo y utilizando el valor de parámetro que da como resultado el rendimiento óptimo. Esto puede observarse en la figura 4 que muestra un mapa de bordes de un láser SG-DBR.

Se apreciará que el mecanismo funciona igual de bien en todos los bordes que se obtienen a partir de saltos de modo en láseres sintonizables.

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Si se calculan los efectos de este filtro sobre los datos [x_{0}, x_{1}, x_{2},..., x_{n-2}, x_{n-1}, x_{n}, x_{n+1}, x_{n+2},...] utilizando un filtro que presenta un valor de filtro tal como [-1,-2,0,2,1], se apreciará que la función:

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2

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en la que f(n) es el resultado en n tras llevar a cabo la operación de filtrado, proporciona una relación resultante:

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Esto corresponde a la pendiente de los puntos alrededor del punto central, es decir, la pendiente de los puntos x_{n-1}, x_{n+1} y la pendiente de x_{n-2}, x_{n+2} como:

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Combinando las dos pendientes puede demostrarse que:

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Se apreciará por tanto que f(n) = 4(m_{1} + m_{2}), es decir, la respuesta del filtro es igual a cuatro veces la suma de los dos conjuntos de pendientes alrededor del punto central.

La etapa siguiente es encontrar el máximo y mínimo local, es decir

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y

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y el valor de diferencia d es

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donde n_{min} > n_{max} y n_{min} - n_{max} se minimiza.

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Por tanto, un borde está presente cuando d > P_{mj}, siendo P_{mj} el parámetro de salto de modo.

La figura 3 muestra un plano de potencia de un láser SG-DBR como una función de las dos intensidades de sintonización aproximada (rejilla anterior y rejilla posterior). Se toma una línea desde el plano en la dirección en la que se buscan saltos de modo, es decir, una intensidad de rejilla anterior fija. La figura 6 muestra una de estas líneas tras pasar el filtro [-1,-2,0,2,1] a través de la misma. A continuación, se le aplicará un umbral utilizando las técnicas descritas anteriormente para obtener todos los puntos que contribuyen a los bordes.

El resultado de esto cuando se repite para todos los valores de intensidad de rejilla anterior se muestra en la figura 4.

A continuación se lleva a cabo una operación de mapa de distancias donde D(x,y) es la distancia desde (x,y) hasta el borde más próximo. Hay algunos ejemplos de cómo llevar esto a cabo en "Control of widely tuneable SSG-DBR lasers for wavelength division multiplexing" Gert Sarlet, G. Morthier, R. Baets J. Lightwave Technol. vol. 18, n.º 8, págs. 1128-1138, agosto de 2000. Localizando los picos del mapa de distancias, es decir, cuando D(x,y) \geq D (x\pm1, y\pm1), es posible obtener el centro de las regiones limitadas por bordes. En muchos casos se hallarán múltiples picos máximos locales y éstos pueden fusionarse utilizando la regla siguiente.

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Siguiendo esto se obtiene un conjunto de puntos que están en el centro de regiones limitadas por bordes. Estos puntos son puntos de funcionamiento del láser para esa intensidad de ganancia y fase y se muestran en la figura 5, que es el mapa de bordes correspondiente a la figura 4 con los puntos de funcionamiento seleccionados.

Como comprobación final de los puntos de funcionamiento obtenidos, puede aumentarse el mapa de bordes en un píxel y a continuación dividirse en regiones limitadas por saltos de modo. Si hay más de un punto de funcionamiento hallado en el mapa de distancias en cualquiera de las regiones halladas anteriormente, entonces debe medirse la frecuencia del láser en estos puntos. Cualquier punto que presente una diferencia de frecuencia inferior al 10% del espaciado de saltos de modo es el mismo punto y puede calcularse el promedio del mismo para obtener sólo un punto. Se permiten los puntos que presentan una diferencia de frecuencia grande superior al 10% del espaciado de saltos de modo puesto que son puntos de funcionamiento diferentes.

La fase siguiente tras haber llevado a cabo lo anterior en todos los planos medidos es unir puntos de funcionamiento que presentan una sintonización continua entre ellos. Ejemplos de las líneas de sintonización continua se muestran en las figuras 7 y 8. Esto se lleva a cabo tomando el primer plano (a la intensidad de fase más baja) y uniendo puntos de funcionamiento que cumplen el criterio siguiente: "un punto de la intensidad de fase inferior y un punto de la intensidad de fase superior, cuando el punto de intensidad de fase superior presenta intensidades anterior y posterior mayores pero estas intensidades están dentro de los valores de pico del mapa de distancias promedio de los dos puntos de funcionamiento".

Alternativamente, la frecuencia de cada punto de funcionamiento puede medirse utilizando un medidor de longitud de onda en una disposición conocida, tal como la descrita en la figura 2.

Como se ha detallado anteriormente, el aparato comprende un láser 600 que se controla mediante fuentes de intensidad y un elemento 610 de control de la temperatura. La salida del láser se hace pasar a través de un primer acoplador 620, de modo que se proporciona una parte de la salida a un medidor 630 de longitud de onda y una segunda parte a un segundo acoplador 625 en el que se divide adicionalmente. Una primera parte de la salida de luz dividida se pasa directamente a un primer fotodiodo (fotodiodo A), mientras que la segunda parte pasa a través de un filtro 635 lineal y a continuación se detecta la señal filtrada utilizando el fotodiodo B.

Dividiendo el nivel de tensión detectada en el fotodiodo B (que es proporcional a la cantidad de luz que llega al fotodiodo A) entre la tensión detectada en el fotodiodo A, se obtiene un valor que es proporcional a la longitud de onda de la luz emitida por el láser. Puede utilizarse o bien el valor medido por el medidor de longitud de onda o bien el valor del fotodiodo B dividido por el fotodiodo A, como la longitud de onda de la luz emitida por el láser.

La ventaja principal de utilizar el valor del fotodiodo para la longitud de onda es que es mucho más rápido de medir que utilizando un medidor de longitud de onda en varios órdenes de magnitud. A continuación, pueden unirse los puntos de funcionamiento que son adyacentes y presentan una pequeña diferencia de frecuencia (o longitud de onda, puesto que la velocidad de la luz dividida entre la frecuencia es igual a la longitud de onda). Esto proporciona un parámetro "parámetro de tasa de sintonización" que es la mayor cantidad en la que pueden diferenciarse las frecuencias y aún así unirse.

Cuando se unen todos estos puntos para todas las fases, representan las regiones de sintonización continua del láser. A continuación se muestrean estas líneas en frecuencia de salida del láser. Esto se lleva a cabo estableciendo algunos puntos en cada línea en el láser y midiendo la longitud de onda de salida del láser. A continuación, pueden calcularse las frecuencias deseadas mediante interpolación, puesto que la sintonización del láser es continua entre los puntos de muestreo.

Alternativamente, puede utilizarse un etalón Fabry Perot de alta fineza. Otra derivación de una parte de la luz desde el láser se hace pasar a través del etalón y a continuación sobre un fotodiodo. A medida que el láser se explora a través de sus regiones de sintonización de longitud de onda continua se monitoriza la tensión en el fotodiodo de etalón. Si se configura el etalón para presentar picos de resonancia a la longitud de onda deseada, se observará una tensión pico en el fotodiodo y por tanto pueden localizarse fácilmente las longitudes de onda correctas. Una configuración de este tipo implicaría configurar el etalón para una resonancia cada 50 GHz y localizaría las longitudes de onda requeridas para la especificación ITU G692 sobre frecuencia.

Esto permite la generación de una tabla de consulta de intensidades en la que cada entrada en la tabla presenta las intensidades requeridas en cada sección de modo que cuando se aplica al láser, éste proporcionará luz a una longitud de onda de luz deseada. Típicamente, esto se lleva a cabo para la especificación ITU G692 sobre frecuencia aunque puede utilizarse para generar cualquier plan de frecuencias requerido. Las ventajas de este enfoque son que puede generar la tabla de consulta utilizando un sistema de calibración automatizado. Esto es enormemente significativo en la fabricación de estos dispositivos puesto que el tiempo de prueba requerido añade un coste significativo a la producción de láseres sintonizables. La posibilidad de generar la tabla de consulta para un dispositivo en un procedimiento automatizado y rápido permite una configuración sencilla del diodo respecto a los requisitos del cliente y comprobar que el láser cumple una especificación.

Además, este sistema puede utilizarse en diferentes fases de la producción de láseres sintonizables para mejorar la productividad en cada fase de producción. Por ejemplo, el empaquetado corresponde a aproximadamente el 70% del coste del componente de modo que cuando se utiliza este sistema para someter a prueba los dispositivos antes del empaquetado, sólo se permitirá empaquetar un dispositivo adecuado conocido, siendo un dispositivo adecuado conocido aquél que puede conseguir el intervalo de salidas de frecuencia deseado requerido. Esto garantiza que el procedimiento de empaquetado sea lo más eficaz posible y mejora la productividad del dispositivo.

Se apreciará que puesto que el procedimiento de la presente invención utiliza sólo la potencia de salida del láser para identificar puntos de funcionamiento estables adecuados, este procedimiento proporciona un procedimiento rápido de calibración. Se requiere una referencia de frecuencia para calibrar el láser a un plan de frecuencias deseado y se describen procedimientos que permiten su medición rápida. Además, pueden utilizarse componentes tales como un elemento de enganche de longitud de onda en esta fase para optimizar la velocidad de calibración.

Se apreciará que la descripción anterior es ilustrativa de las técnicas tal como se proporcionan por la presente invención y no pretende limitar la invención a ninguna técnica de filtrado específica o a otro parámetro. Lo anterior se proporciona sólo a título de ejemplo y se apreciará que el procedimiento de la presente invención puede adaptarse y funcionará igual de bien para cualquier láser sintonizable de múltiples secciones. Las etapas implementadas según el procedimiento de la invención pueden resumirse de la siguiente manera:

1.: Medir la potencia de salida del dispositivo como una función de las secciones de sintonización aproximada (por ejemplo láser DBR - sección Bragg, láser SG-DBR secciones de rejilla anterior y rejilla posterior, láser GCSR - secciones de acoplador y reflector)

2.: Hallar el mapa de bordes o discontinuidades en los datos medidos

3.: Tomar puntos que se encuentran entre los bordes

4.: Repetir las etapas 1-3 para diferentes valores de intensidad de sintonización fina (normalmente o bien la sección de fase o bien la temperatura del diodo)

5.: Medir la frecuencia óptica de todos los puntos hallados y unir los puntos como una función de la intensidad de sintonización fina cuando la sintonización es continua

6.: Interpolar/ajustar la curva de las líneas halladas en la parte 5 para obtener las intensidades reales para conseguir las frecuencias de salida deseadas del dispositivo

7.: Si se desea un control de la potencia de salida pueden repetirse las etapas 1 a 6 para diferentes intensidades de ganancia.

A continuación, los puntos finales obtenidos mediante la etapa 7 pueden interpolarse para encontrar la potencia de salida deseada para cada frecuencia de salida.

A partir de la descripción anterior, se apreciará que hasta el momento no ha habido ninguna descripción de la extensión de la presente invención para cubrir situaciones de histéresis. Algunos dispositivos tales como DBR y GCSR presentan histéresis en la sección Bragg/reflector, lo que significa que si el Bragg se sube repentinamente y luego se baja, los saltos de modo no están en la misma región. Estas regiones no pueden utilizarse puesto que son sensibles a la dirección de aproximación y, cuando se conmuta el láser de un punto de funcionamiento a otro, el salto en la intensidad podría ser desde una intensidad de Bragg o superior o inferior. Esto implica una etapa adicional en la que debe medirse la línea en ambas direcciones aunque la región intermedia se identifica fácilmente como estable cuando la potencia de salida es la misma en ambas direcciones. A continuación, pueden identificarse los saltos de modo y entonces el algoritmo puede proceder como se ha definido anteriormente.

Se apreciará que la presente invención proporciona un procedimiento que reduce el número de parámetros requeridos para realizar una medición de puntos de funcionamiento estables para un diodo láser. La formación de una matriz que representa la salida del láser para parámetros de sintonización específicos y la selección de puntos de funcionamiento específicos dentro de la matriz que representan puntos de funcionamiento estables para un diodo láser a intensidades de funcionamiento específicas permite una calibración más eficaz del láser.

Las expresiones "comprende/que comprende" y las expresiones "que presenta/incluye" cuando se utilizan en la presente memoria haciendo referencia a la presente invención se utilizan para especificar la presencia de componentes, etapas, unidades o características mencionadas pero no excluyen la presencia o adición de uno o más grupos, componentes, etapas, unidades o características diferentes de los mismos.

Claims

1. Procedimiento de calibración de un láser sintonizable de múltiples secciones a una frecuencia específica, estando caracterizado el procedimiento porque presenta las etapas siguientes:

a): medir los valores de salida desde el láser como una función de intensidades de sintonización aproximada del láser,

b): formar una primera matriz discreta a partir de dichos valores de salida desde el láser, estando definida la matriz por una característica óptica de la salida del láser a intensidades de sintonización de determinación específicas,

c): procesar la matriz para determinar puntos de funcionamiento estables dentro de la matriz, definiendo los puntos de funcionamiento estables unas frecuencias específicas en las que puede hacerse funcionar el láser, y

d): determinar si los puntos de funcionamiento estables determinados representan los puntos de funcionamiento estables óptimos, mediante las subetapas siguientes:

: aumentar en un píxel el conjunto de puntos que se definen como que contribuyen a un borde en la matriz de bordes para ampliar los bordes de la matriz, obligando de este modo a los bordes a unirse cuando existan espacios;

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los valores de salida desde el láser son mediciones indicativas de las características del láser, estando seleccionadas las características a partir de una o más de las siguientes:

a): la potencia de salida del láser,

b): la longitud de onda del láser,

c): la SMSR del láser,

d): el ancho de línea, o

e): algunas otras características del láser.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la matriz puede visualizarse de manera gráfica como un plano de valores relacionados con la potencia de salida del láser con parámetros de sintonización de control específicos.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de procesar la matriz incluye las etapas siguientes:

a): definir regiones dentro de la matriz en las que está presente un borde o discontinuidad, y

b): determinar unos puntos que están limitados por discontinuidades o bordes, representando los puntos determinados unas regiones de funcionamiento estables para los parámetros de sintonización específicos.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la etapa de definir unas regiones dentro de la matriz en las que está presente un borde o discontinuidad se lleva a cabo realizando una detección de bordes en los valores de matriz, produciendo la detección de bordes la formación de un conjunto de valores de la matriz procesada, presentando el conjunto de valores de la matriz procesada unos valores indicativos de si está presente un borde.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la detección de bordes se realiza:

a): procesando la matriz mediante la utilización de un algoritmo de filtrado en una dirección sustancialmente equivalente a la dirección de saltos de modo de la salida del láser,

b): determinando un conjunto de puntos máximos dentro de la matriz filtrada,

c): determinando un conjunto de puntos mínimos dentro de la matriz filtrada,

d): estableciendo un conjunto de pares máximos y mínimos,

e): determinando la diferencia entre el máximo y el mínimo de cada par para proporcionar una pluralidad de valores de diferencia, y

f): aplicando un umbral a los valores de diferencia determinados de tal modo que los valores superiores a un valor umbral determinado se definen como un borde dentro de la matriz.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la aplicación de umbral se lleva a cabo mediante la utilización del valor del parámetro de salto de modo como un valor umbral.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el valor del parámetro de salto de modo seleccionado se selecciona mediante la selección de una secuencia de valores y mediante la selección del valor que proporciona el mejor resultado.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de determinar puntos de funcionamiento estables dentro del conjunto de valores de la matriz se realiza llevando a cabo una operación de mapas de distancias en el conjunto de matriz procesada para determinar las distancias entre los bordes adyacentes y seleccionar los puntos que están en el centro de la región limitada por los bordes.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la repetición de una o más etapas anteriores con diferentes parámetros de sintonización para proporcionar una pluralidad de matrices, siendo cada matriz indicativa de un conjunto de puntos de funcionamiento para un conjunto particular de parámetros de sintonización, y el enlace de puntos de funcionamiento desde diferentes matrices para formar una región de sintonización continua.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el enlace de puntos desde diferentes matrices se realiza uniendo unos puntos que cumplen los criterios de que un punto de una primera matriz y un punto de la segunda matriz se unen si el punto de la segunda matriz presenta una intensidad anterior y posterior mayor pero estas intensidades están dentro de un valor de distancia predeterminado de los dos puntos de funcionamiento.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que se mide la frecuencia de cada punto de funcionamiento y se unen los puntos de funcionamiento que son adyacentes y presentan una diferencia de frecuencia dentro de un intervalo predeterminado.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende las etapas adicionales siguientes:

a): medir la potencia de salida del láser como una función de las secciones de sintonización aproximada,

b): determinar un mapa de bordes o discontinuidades en los datos medidos,

c): definir puntos que se encuentran entre los bordes hallados,

d): repetir las etapas a-c para valores diferentes de intensidad de sintonización fina, y

e): unir puntos para formar líneas continuas, estando determinadas las líneas como una función de una intensidad de sintonización fina cuando la sintonización de la longitud de onda del láser es continua, y siendo indicativas de regiones de sintonización continua del láser.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, que incluye además la etapa siguiente:

: interpolar las líneas halladas en la parte e para obtener las intensidades reales para conseguir las frecuencias de salida deseadas del dispositivo.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, que incluye además la etapa de muestrear la longitud de onda a lo largo de las líneas continuas antes de la interpolación.

16. Procedimiento según la reivindicación 13, que comprende además las etapas siguientes:

: acoplar una parte de la luz láser a través de un filtro de alta fineza sobre un fotodiodo, estando configurado el filtro de alta fineza de tal modo que los picos en su transmisividad se encuentran a frecuencias de calibración deseadas del láser,

: explorar el láser a través de cada una de las líneas halladas en la parte (e) mientras se monitoriza la salida de un fotodiodo, y

: en el que la presencia de una salida detectada del fotodiodo que indica que hay luz presente en la salida del filtro es indicativa de que el láser está a una frecuencia requerida para la calibración, pudiendo registrarse las intensidades en el láser para esas frecuencias requeridas para proporcionar una generación de una tabla de consulta para el láser.

17. Procedimiento según las reivindicaciones 13 a 16, en el que si se desea un control de la potencia de salida, se repiten las etapas a-e según la reivindicación 13 para intensidades de ganancia diferentes, y se interpolan los puntos finales obtenidos para encontrar una potencia de salida deseada para cada frecuencia de salida.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el láser sintonizable de múltiples secciones es un láser sintonizable.