JP2004528701A - Tunableetalon(チューナブルエタロン)を利用する高密度波長分割マルチプレクサにおけるレーザ用の搬送波長をロッキングする方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
(発明の背景)
(I.関連出願)
本特許出願は、「Method and System for Locking Transmission Wavelength For Lasers in a Dense Wavelength Division Multiplexer」と称され、2001年3月17日に出願された、Randy Mayによる米国特許出願第09/811,090号の一部継続出願である。米国特許出願第09/811,090号は、2001年1月31日に出願された米国特許出願第09/775,772号の一部継続出願である。米国特許出願第09/775,772号は、「Method and Apparatus For Determining Transmission Wavelengths For Lasers In A Dense Wavelength Division Multiplexer」と称され、2000年10月10日に出願された米国特許出願第09,685,212号の一部継続出願である。
【0002】
(II.発明の分野)
本発明は、概して、高密度波長分割マルチプレクサ(DWDM)に関し、より詳細には、DWDMの個々のレーザにおける搬送波長をロッキングする技術に関する。
【0003】
(III.関連技術の説明)
DWDMは、単独の光ファイバ搬送ラインを通って離散情報チャネルのセットを同時に搬送するデバイスである。従来の光ファイバ搬送ラインは、シリカファイバにおいて「低損失」領域である1280〜1625ナノメータ(nm)の帯域幅内の信号を信頼して搬送する能力を有する。全帯域幅において、国際電気通信連合(ITU)が、様々な搬送帯域、および、各搬送帯域内で用いるためのある特定の搬送チャネルプロトコルを定義している。搬送帯域の一例は、ITUの「C」帯域であり、この帯域幅は、1525nm〜1565nm間の40nmに及んでいる。C帯域では、40、80または160の離散チャネルにおける特定の搬送チャネルプロトコルが定義され、各プロトコルに対して、ITUは、各ラインが受け入れ可能な搬送波長に対応するように搬送波長のグリッド(grid)を定義している。プロトコルは、全てのDWDM送信器および受信機器が同じ波長で動作するように製作されることを確認するために定義されている。40チャネルのプロトコルに対しては、対応するITUグリッドは、0.8nmのチャネルスペーシングを有する40のラインを有し、80チャネルのプロトコルに対しては、対応するITUグリッドは、0.4nmのチャネルスペーシングを有する80のラインを有する等である。320チャネルプロトコルおよび640チャネルプロトコルを含むさらなるプロトコルが提案されている。様々なITUプロトコルに対する理論的に最大の搬送周波数は、以下のとおりである。40チャネルプロトコルに対して100GHz;80チャネルプロトコルに対して50GHz;160チャネルプロトコルに対して25GHz;320チャネルプロトコルに対して12.5GHz;640チャネルプロトコルに対して6.25GHz。チャネルスペーシングが変調周波数よりも大きい必要があることから、より接近したチャネルスペーシングはより低い変調レートを必要とする。高周波数変調は、適切な光ファイバ、妥当な送信器および受信機器を必要とする。現在のDWDMの技術状況は、典型的に、40チャネルITUプロトコルを使用しているが、2.5GHzで送信しており、理論的な最大値からはかなり低い。他の例示的なITU搬送帯域は、S帯域およびL帯域である。
【0004】
光ファイバケーブルでチャネルのセットを同時に搬送するために、従来のDWDMは、個々に分布帰還型レーザ(DFB)のセットを使用している。一つのチャネルに対して一つのDFBレーザで、DFBが搬送するように構成されている。図1は、単一の光ファイバ104を介して光信号を搬送する40の個々のDFBレーザ102を有するDWDM100を示す。光学的マルチプレクサ106は、中間の光ファイバ107のセットを介する個々のDFBから受信された信号を出力光ファイバ104に結合する。各DFBレーザは、40チャネルITU C帯域の異なる波長で搬送する。これにより、情報に対して40の離散チャネルが、単一の光ファイバ104を介して、光ファイバの遠端で提供されるデマルチプレクサ(図示せず)に搬送されることが可能である。
DWDMが40の分離チャネルを同時に搬送することを可能にするために、個々のDFBは、単一のITU搬送チャネル波長にチューニングされる必要がある。DFBレーザは、狭い波長帯域(典型的には、幅が約2nm)内においてのみチューニングされ得る。従って、0.8nmの搬送ラインスペーシングを有するITU C帯域の40チャネルプロトコルに対して、典型的なDFBは、ITUグリッド(grid)の全40ラインから数本の隣接するラインのうちの一つにチューニングされ得るのみである。もともとは、それぞれのDFBレーザは、工場において手動で較正され、ITU搬送ラインのうちの対応する一つで放射している。レーザ動作温度および電流を調節して、所望の波長を得ることによって、このことが達成される。
【0005】
従って、いくつかの実施の際には、レーザは、対応する手動式チューナブルエタロン(tunable etalon)を通って各DFBレーザからの出力ビームをルーティングすることによって、ターゲット波長にロッキングされる(エタロンは、図1に示さず)。手動式チューナブルエタロンは、周期的に変化する透過スペクトルをレーザ波長の関数として作る光学的デバイスである。DFBレーザビーム経路に関してエタロンを傾けることによって、エタロンの搬送ピークは、ターゲットのITUチャネルと一致され得る。エタロン搬送ピークの波長は、光波長分析器を用いてエタロンからの波長出力を監視しながらエタロンの角度を手動で調節することによってITU搬送ラインのうちの一つに較正され得る。エタロンの角度は、出力波長がITU搬送ラインのうちの一つに適切に合わせられるまで調節される。次いで、エタロンは、エタロンの出力波長を選択されたITU搬送ラインにロッキングするための位置に実装される。これは、熟練した技術者を必要とする難解かつ時間を浪費するプロセスであり、この結果、エタロン搬送ピークを数個のITU搬送ラインに合わせることとなる。さらに、ITU搬送ラインにおける特定の領域での搬送が所望される場合、複数のチューナブルレーザは、十分な範囲を確実にするために必要とされる。このように合わせることは、コストがかかり、ITU搬送ライン間の高速スイッチングを提供しない。さらに、長期に渡るエタロンの機械的ドリフト(drift)または温度ドリフトは、搬送ピークをターゲットのITUチャネルから遠ざけ、再較正を必要とする。
【0006】
一度単一のDWDMのDFBレーザがITUグリッドに適切に合わせられると、DWDMは、ファイバの光学的ラインを通って信号を搬送するために(例えば、コンピュータネットワークを通ってデジタルデータを搬送するために、または、テレビネットワークからその加入者のうちの一つにテレビ信号を搬送するために)用いられ得る。単一のDWDMは、DWDMに使用される各ファイバの光学的ラインに用いられるために提供される必要がある。従って、単一の消費者設備(例えば、テレビ放送センター)は、大きな数のDWDMを必要とする。DWDM内のDFBレーザのうちの一つがその対応するITU搬送ラインからドリフトするかまたは故障する場合、DWDM全体は通常、交換される必要があり、この結果、故障しているDWDMが工場に返却されて、再較正されるか、または、修理されることを可能にする必要がある。結果として、DWDMのセットを維持するコストは、相当なものであることが多い。この課題を解決するために、ITUグリッドラインのうちの任意のうちの一つに分割してチューニングされ得る広範囲(widely)チューナブルレーザ(WTL)がいくつかのDWDMにさらに提供されている。従って、DFBレーザのうちの一つが誤動作する場合、単一のWTLは、DFBの対応する搬送波長にチューニングされ得、これにより、DWDMが動作し続けることを可能にする。二つ以上のDFBチャネルの欠陥に順応するさらなるWTLがDWDMに供給され得る。このような「sparing」は、DFBをしのぐWTLの主な利点である。しかし、従来のWTLは、消費者設備において、任意のターゲットITUチャネルに単純にかつ正確にチューニングされ得ず、特定のチャネルで動作するために工場で較正される必要がある。
【0007】
DWDM内でDFBを使用することに関連した別の課題は、各DFBが約2nmの狭い領域内でチューニングされ得るのみであるために、各DFBレーザが数個の隣接するITU搬送波長ラインのうちの一つに較正され得るのみであるということである。単一のITU搬送ラインで搬送する多くのレーザを用いて、そのチャネルに対してより広い帯域幅を提供するDWDMを構成することが望ましい場合もある。DFBレーザを用いるときに、多くてもレーザのうちの2または3が単一のITU搬送ラインに対して較正され得る。従って、いくつかのDWDMにおいて、WTLは、DFBレーザの代わりに排他的に用いられ、レーザのうちの任意が消費者設備において手動で較正されて、ITU搬送ラインのうちの任意で搬送することを可能にする。WTLを使用することによってDFBレーザを用いることに関連する課題の多くが解決されるが、WTLは、製作して初期に較正することが難解かつ高価で、波長ドリフトに敏感で、訓練を受けた技術者が消費者設備で頻繁に再構成する必要がある。従って、全体として高い設置コストおよび維持コストと必要とする。
【0008】
このように、DWDM内でDFBまたはWRLのどちらを用いるのであろうと、レーザの適切な波長較正を達成および維持して、DWDMの信頼できる動作を可能にする際には、重要な問題が生じる。従って、DWDM内で搬送レーザを較正する効果的な方法およびシステムを提供する必要があった。上位の親出願における発明は、主にこの目的に向けられていた。手短にいうと、上位の親出願は、とりわけ、エタロンおよびアセチレン、シアン化水素または炭化水素を有する気体セルを用いて、DWDMの搬送WTLを較正する技術に関与している。最初に、WTLの絶対搬送波長は、WTLからの出力ビームをエタロンおよび気体セルを通してルーティングさせ、一方で、WTLのチューニングパラメータを変化させて、これにより、エタロンスペクトルと気体吸収スペクトルとの両方をチューニングパラメータの関数として生成させることによって較正される。エタロンおよび気体吸収スペクトルは、WTLのための絶対搬送波長をチューニングパラメータの関数として決定するために、気体吸収を絶対波長の関数として特定する入力基準情報と共に比較される。WTLは、次いで、チューニングされ、WTLの搬送波長をITU搬送グリッドラインに合わせる。気体吸収セルと組み合わせたエタロンを用いてWTLの出力波長をチューニングすることにより、WTLは、消費者設備において選択されたITU搬送グリッドラインに素早く、簡単にかつ正確に設定され得る。チューニングプロセスは、周期的に繰り返され得、様々なコンポーネントの温度ドリフトまたは機械的ドリフトの可能性があるにもかかわらず、WTLの正確なチューニングを維持し得る。ある実施では、波長マッパ(mapper)は、手動でWTLに接続するように提供され、WTLを選択されたITU搬送グリッドラインにチューニングする。別の実施において、波長マッパは、波長ロッカ(locker)と共にWTLに恒久的に取り付けられ、WTLをITU搬送グリッドラインにロッキングする。
【0009】
波長ロッキングに関することにおいて、親出願は、温度制御エタロンを使用する波長ロッカを記載している。上記の波長マッピングステップが実施されて、レーザの絶対波長をレーザチューニングパラメータの関数として決定した後、チューニングパラメータは、レーザに印加されて、レーザを選択された搬送波長(例えば、ITUチャネル波長)にチューニングする。温度オフセットは、波長ロッカのエタロンに印加されて、搬送ピークのうちの一つが正確に選択された波長に合わせられるまでエタロンの搬送ピークの波長を変化させる。エタロン搬送ピークからのレーザの任意のドリフトが検出されて、レーザに印加されたチューニングパラメータは、自動的に調節されて、ドリフトを補償する。エタロンの温度は、正確に維持されて、その結果、エタロン搬送ピークは、選択された波長からドリフトしない。この様態で、レーザの主な出力ビームは、レーザの出力特性において改変の可能性があるにもかかわらず、選択された搬送チャネルの絶対波長にロッキングされ続ける。周期的に、システムは、気体吸収チャンバの既知の絶対波長を用いて再較正され得、エタロンの搬送ピークが選択された搬送チャネルの絶対波長からドリフトしないことを確実にする。
【0010】
上位の親出願は、DWDM内のレーザにおける搬送波長をマッピングし、搬送波長をITUグリッドラインにロッキングする高度に有効な技術を記載しているが、特に波長ロッカの設計および製作に関して、さらなる改善の余地が残されている。実用的な出願に対して、波長ロッカは、非常に小型化され、比較的小さな電力を消費するように構成されるべきである。波長ロッカはまた、10年または20年の耐用年数で信頼して動作するように十分に耐久性があるべきである。理想的には、波長ロッカは、広く様々なITU搬送プロトコルおよびファイバの光学的搬送レートのうちの任意と組み合わせて働くように設計されるべきである。両者は存在し、提案され、そして、ITUグリッド間の高速スイッチングを可能にする。おそらく、最も重要なことは、波長ロッカが実用的な使用のために十分安価であるように設計されるべきであるということである。これらの領域の各々においては、困難性が生じている。
DWDMで用いるための各WTLは、マイクロコントローラおよび他のコンポーネントをもまた含む回路ボードに実装される、ミニチュアの「バタフライ(butterfly)」パッケージで典型的に提供される。回路ボードは、典型的にITUチャネルあたりの一つのボードと共にDWDM内の並行アレイに実装される。従って、40のITUチャネルDWDMが40の回路ボードを使用する。80のITUチャネルDWDMは80の回路ボードを使用する。現在のWTLの技術状況は、典型的に、約10ワットの電力を引き出し、従って、40チャネルDWDMに対して400ワット以上の電力を必要とし、同様に、80または160チャネルDWDMに対してこれ以上の電力を必要とする。電力の大部分は、WTLの半導体レーザの温度を制御する電子冷却器(TE cooler)によって消費される。WTLは大部分の電力を消費しているので、波長ロッカ(特に、温度制御エタロン)が電力消費を最小にするように構成されることが特に重要である。しかし、電力消費を最小化するために、エタロンが数多くの近接したスペーシングの搬送ピークを提供するように(すなわち、狭い自由スペクトル領域を有するように)構成されることが典型的に必要とされる。これにより、エタロンの搬送ラインのうちの一つを選択されたITUグリッドラインに合わせるためには十分であり、エタロンを膨張または収縮させるために、あるいは、エタロンの屈折率を変化させるために、比較的小さな冷却または過熱が必要とされる。しかし、数多くの近接したスペースのピークを用いることは、波長ロッカがWTLの搬送波長を誤った波長にロッキングする危険性を増加させる。また、数多くの近接したスペースの搬送ピークを提供するために、エタロンは、かなり短い光軸を有するように構成されることが典型的に必要とされる。これにより、エタロンを製作および合わせることがより難しくなる。
【0011】
さらに、電力損失を最小化して、かつ、エタロン内の最小温度勾配を確実にするように温度制御エタロンを適切に断熱する際に困難が生じる。エタロン内の任意の大きな温度勾配は、エタロンのフィネス(finesse)(すなわち、個々のエタロンラインの鋭さ)を退化させる傾向があり、従って、正確な波長ロッキングを達成することを困難にする。同様に、エタロンを若干ずれて合わせること、または、エタロンの反射コーティングの際に若干の不正確になることがフィネスの度合いを減少させる。もちろん、十分な断熱の不足がまた、電力消費を増加させ、より多くの浪費熱量を生成する。このことは、特に、エタロンがバタフライパッケージ内のレーザ近くに隣接して実装される場合、レーザの温度を効率的に制御するレーザの電子冷却器の能力に影響し得る。典型的に、DWDMの製造プロトコルは、DWDMが70℃以下で動作する必要があることを特定し、従って、温度制御エタロンの設計をさらに制限する。従って、正確な波長ロッキングのために不可欠なフィネスの度合いを達成し、一方でまた、丁度一つのITUチャネルプロトコルでの使用においてでも電力消費を最小化する温度制御エタロンおよび他の波長ロッカを提供することは難解である。しかし、理想的には、温度制御エタロン、および、波長ロッカの他のコンポーネントは、様々なITUチャネルプロトコル(例えば、40〜640チャネル)のうちの任意で、および、様々な搬送周波数(例えば、2.5〜100GHz)のうちの任意で働くように構成されるべきである。また、理想的には、波長ロッカは、回路ボード全体のスペースを最小化するために、WTLのバタフライパッケージ内に実装するように十分に最小化される。
【0012】
先の理由の全てに対して、DWDMのレーザにおける搬送波長をロッキングするために用いられる波長ロッカを実施する改善方法およびシステムを提供することが望ましかった。この波長ロッカは、非常に最小化され、低実施コストおよび動作コストを達成し、比較的小さな電力を消費し、広く様々なITU搬送プロトコルのうちの任意と共に働き、ITUグリッドライン間で素早くスイッチングし、そして、十分耐久性があり、10〜20年間信頼して動作可能である。
【0013】
本親出願の発明は、正にこのような改善された波長ロッカを提供することに関する。手短にいうと、WTLをITUグリッドラインにロッキングするために、WTLからの出力の一部は、エタロンを通ってルーティングされ、検出器によって検出するためにビームを搬送ラインのセットに分割する。ビームの別の部分は、レーザとエタロンとの間に置かれたビームスプリッタを介してレーザ波長検出器に直接ルーティングされる。波長ロッキングコントローラは、二つの検出器からの信号を比較して、エタロンの温度を調節し、エタロンの搬送ラインのうちの一つにおける波長を出力ビームの波長に合わせる。この構成において、波長ロッキングコントローラは、帰還ループにあるWTLを制御するように動作して、レーザをエタロンラインにロッキングする。その後、波長ロッキングコントローラは、エタロンの温度を監視し、温度を一定に保って、エタロンにおける任意の波長ドリフトを防ぐ。特定の一実施例において、エタロンは、約20のフィネスを有し、かつ、約8GHzの自由スペクトル領域を提供するように構成されたシリコン(silicon)エタロンである。これらのパラメータによって、システムは、WTLの波長を約0.2GHz内の精度にロッキング可能である。別の実施例では、エタロンは、最初に製造中に較正されて、エタロンの搬送ピークを所望のITUグリッドラインに合わせるために十分な「設定点」の動作温度を決定する。その後、エタロンは、WTL内に実装され、エタロンは、エタロンの搬送ピークをITUグリッドラインに合わせて波長ロッキングを可能にするために、設定点温度に調節される。このレーザ技術は、チャネル間の高速スイッチングを考慮しており、WTL内の気体セルを必要とすることを未然に防ぐ。
【0014】
なお、さらなる改善が達成可能である。詳細には、構成を要約すると、ビームスプリッタは、レーザビームを二つのビームに(一つはレーザ波長検出器に、もう一方はエタロンに)分割するために使用される。ビームスプリッタは、二つのビーム振幅偏差の原因となる。このことは、互いに位相が一致していないということであり、レーザをITUチャネルのうちの一つにロッキングすることをより難解にしている。従って、より易しい波長ロッキングを可能にする別の構成を提供することが望ましい。本CIPの局面は、この目的に向けられている。
【0015】
別の関心事は、ITUグリッドライン波長のうちの一つにおいて、光ファイバに沿って搬送された信号に影響する光周波数チャープの可能性にある。手短にいうと、光チャープは、搬送レーザを変調するために用いられる電流源がレーザ接合部または他の光搬送器における屈折率の動的変化を引き起こすときに起こる。屈折率の動的変化は、順に、光ファイバ内に搬送された光パルスの実際の搬送周波数における動的変化を引き起こす。結果として、光搬送の時間平均は、光パルスの先端がパルスの後端と若干異なる周波数を有することを示し得る。パルスの先端と後端との間の初期周波数の差はわずかであり得るが、光ファイバに特有の色分散は、特に長距離光ファイバ搬送システムにおいて、先端および後端が異なる速度で伝播して、光パルスの潜在的に重要な歪みを生じる原因となる。この歪みは、信号搬送変調の最大周波数、または、信号が信頼して搬送され得る最大距離のいずれかを制限する。
【0016】
従って、特にITUチャネル波長で搬送するシステム内で用いるために、光周波数チャープを制限する技術を提供することが望ましい。本発明の他の局面は、この目的に向けられている。
【0017】
(発明の要旨)
本発明の一局面に従って、システムおよび方法は、チューナブルエタロンを用いてレーザを搬送波長にロッキングする際に使用するために提供される。このシステムは、光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、レーザにおける光経路の最初の直線部分に沿って配置され、レーザの出力ビームのうちの第1の部分を捕らえてレーザの搬送波長を検出するレーザ波長検出器とを含む。また、このシステムは、レーザにおける出力ビームの第2の部分を同時に受信し、かつ、この第2の部分を一連の搬送ラインに分割するために配置されたエタロンを含む。エタロン波長検出器は、エタロン搬送ラインを検出するために提供される。レーザ波長検出器をレーザにおける光経路の第1の直線部分に沿って配置することによって、レーザ波長検出器は、出力ビームの一部をレーザから直接受信し、従って、波長の関数としてのビームの振幅は影響されない。そうではない場合、検出器は、軸外に配置され、ビームスプリッタは、レーザビームの一部を検出器に反射するように使用されることが起こり得る。好ましくは、システムはまた、レーザにおける出力ビームの搬送波長を選択された波長に設定し、エタロンをチューニングして、選択されたエタロン搬送ラインを選択された波長に合わせる制御ユニットを含む。その後、波長ロッキング制御ユニットは、選択されたエタロン搬送ラインからのレーザ搬送波長の任意のドリフトを検出して、レーザを調節して任意のドリフトを補償し、この結果、選択されたエタロン搬送ラインが選択された波長であり続ける間、レーザの出力ビームが選択された搬送波長にロッキングされる。
【0018】
例示的な実施形態において、レーザ、レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン波長検出器は、全て共通の軸に沿って配置される。レーザ波長検出器は、レーザとエタロンとの間に置かれる。レーザ波長検出器は、共通の軸から若干オフセットし、レーザビームの大部分がエタロンを直接通ることを可能にし、一方では、レーザの波長を検出する際に使用するためにビームのより小さな部分を捕らえる。あるいは、レーザ波長検出器は、レーザビームの中心部が直接エタロンを通り、ビームの外部が検出器によって捕らえられることを可能にする環状検出器として構成される。いずれの場合においても、レーザ波長検出器はレーザにおけるビームの30%を捕らえ、エタロンは残りの70%を捕らえることを可能にすることが好ましい。また、好ましくは、レーザ波長検出器は、検出器から反射された任意の光がレーザ内に反射して直接戻らないように、レーザの光経路の最初の直線部分に対して5〜10度の角度で配置される。別の実施形態において、レーザ波長検出器は、レーザビームの軸上に直接取り付けられるが、エタロンおよびエタロン検出器は、軸外に配置される。レーザビームの約70%をエタロンに反射し、残りの30%がレーザ波長検出器へと直接通ることを可能にするために、レーザとレーザ波長検出器との間に鏡が取り付けられる。両実施形態において、レーザ波長検出器は、反射性または透過性の光学的コンポーネントに干渉することによってレーザビームの位相特性が影響されないように、レーザから直接レーザビームの一部を受信する。
【0019】
本発明の別の局面に従って、システムおよび方法は、光ファイバを通るレーザによって搬送された光信号からチャープをフィルタリングするように提供される。このシステムは、出力ビームを提供するレーザであって、固定された波長スペーシングを有するチャネル周波数群から選択された周波数で搬送するように制御されるレーザと、出力ビームを搬送する光ファイバと、レーザと光ファイバとの間に取り付けられたエタロンとを含む。エタロンは、固定された波長スペーシングに等しい自由スペクトル領域(FSR)を有し、エタロンによって作られたフリンジ(fringe)が搬送チャネルに合わせられるようにチューニングされる。好ましくは、エタロンは、フリンジの帯域が約1GHzであるようにフィネスを有する。エタロンのフリンジを搬送チャネル周波数に合わせることによって、選択された搬送周波数のうちの一つに合わせられた周波数で搬送された信号の部分のみがエタロンによって通過される。選択された搬送周波数からオフセットした周波数を有する信号の部分はフィルタリングされ、周波数オフセットを搬送信号チャープとして有する信号の任意の部分を含む。この様態で、チャープは、選択された周波数のうちのいずれが、信号を搬送するために用いられるかにかかわらず減少され、または、エタロンによって完全に取り除かれる。チャープが取り除かれると、信号は、より高い変調レートで、より長い光ファイバケーブルを通って容易に搬送され得る。
【0020】
例示的な実施形態において、レーザは、80の等しくスペーシングされたC帯域ITUチャネル周波数のうちの任意の一つで信号を搬送するように構成される。エタロンは、約50のFSR、および、約25〜50のフィネスを有する。これらのパラメータによって、エタロンフリンジのスペーシングは、ITUチャネルのスペーシングに正確に一致する。エタロンは、チューニングされて、エタロンのフリンジをC帯域ITUチャネルに合わせる。従って、信号を搬送するために使用される特定のITUチャネルにかかわらず、エタロンは、搬送された信号からのチャープをフィルタリングする。より高密度のITUチャネルグリッドに対して、より小さなFSRを有するエタロンは、より近接してスペーシングされたフリンジを提供して、より高密度にスペーシングされたITUチャネルのうちの任意からチャープをフィルタリングするように用いられ得る。
【0021】
本発明の特徴、目的および利点は、図面と共に以下に記載された詳細な説明からより明らかとなる。これらの図面では、同様の参照符号は、対応するものが全体において一致する。
【0022】
(例示的な実施形態の詳細な説明)
残りの図面を参照して、本発明の例示的な実施形態が次に記載される。
【0023】
図2は、単一の光ファイバ(図示せず)を介して40のITU C帯域チャネルで光信号を搬送する40の個々のWTL202を有するDWDM200を示す。図2において、選択されたWTLからの光ファイバ出力は、光ファイバライン203を介して、固定された機械内に組み込まれ得るかハンドヘルド携帯式ユニットにあり得るかのいずれかである波長マッパ204の入力に接続される。この波長マッパ204は、WTLの搬送波長をWTLチューニングパラメータ(例えば、WTL制御電圧または電流)の関数として自動的に決定するように構成され、制御ライン205を介して波長マッパからDWDMの選択されたWTLに出力する。40のチャネルDWDMが示されているが、他の実施では、80、160またはそれ以上のWTLが提供される。さらに、これらのレーザのチューニング領域が気体吸収ライン( 5)の最小数を記録するために十分であるという条件で、他のレーザ(例えば、DFBレーザ)が別の実施において使用され得る。
【0024】
DWDMが40の分割したITUチャネルを同時に搬送することを可能にするために、DWDMにおけるそれぞれのWTLは、単一のITU搬送チャネル波長に正確にチューニングされなければならない。例えば、WTLは、制御電圧をWTLに印加することによってチューニングされ、別々の電圧レベルは、各ITU波長に関連する。波長マッパは、全体の電圧チューニング領域における制御電圧値に対して各WTLの結果の搬送波長を決定するように動作する。このプロセスは、40のWRLの各々に対して順々に実施されて、各WTLにおける別々の波長対電圧マップを生成する。その後、任意の特定のWTLは、対応する波長対電圧マップに単にアクセスして、適切な制御電圧を決定することによって、任意の選択された波長にチューニングされ得る。典型的に、WTLは、選択されたITUC帯域、S帯域またはL帯域チャネルに設定されるが、任意の選択された波長に設定され得る。新規のWTLレーザが製作され、そのレーザのチューニングパラメータが決定される必要があるとき、および、設置されたWTLがフィールドサービス担当者によってフィールドの別のITUチャネルに正確にチューニングされなければならない場合に波長マッピングが実施される。
【0025】
図3は、波長マッパ204の関連する内部コンポーネントを示す。波長マッパは、光ファイバ20を介してDWDM(図2)のWTLのうちの一つから入力光ビームを受信する。入力ビームは、コリメータ207を用いて平行化され、スプリッタ208を用いて分割される。ビームのうちの一部分は、気体セル210を通ってルーティングされ、別の部分は、エタロン212を通ってルーティングされる。気体セルは、レーザがチューニングされるべき光帯域において数多くの吸収ラインを有する既知の吸収スペクトルを有する気体を含む。レーザがITUC帯域およびITCS帯域内にチューニングされるために、アセチレンが適切である(また、H13CNはC帯域に対して適切である)。一酸化炭素は、L帯域に対して適切である。エタロンは、レーザがチューニングされるべき光帯域内の数多くの透過率最大値を提供するように構成される。エタロンは、全てのエタロンと同様に、波数に関して等しくスペーシングされた透過ライン(または、フリンジピーク)を提供する。(波数は、10,000/(数ミクロンの波長)であるため、容易に波長または周波数に変換され得る)。40のチャネルITU C帯域DWDMと共に使用するために、エタロンは、C帯域における少なくとも500の搬送ピークを提供するように好ましくは構成される。
【0026】
第1の光検出器214は、気体セルから出現するビームを検出して、第二の光検出器216は、エタロンから出現するビームを検出する。これらの検出器によって検出された信号は、マイクロコントローラ218内で処理するためにマイクロコントローラ218内にルーティングされる。マイクロコントローラはまた、制御ライン205を介してDWDMに接続され、DWDMの選択されたWTLを制御し、ITU C帯域全体に渡ってスキャンする。言い換えると、マイクロコントローラは、全体の入力領域に渡ってWTLへの電圧または電流入力を変化させ、これにより、ITU C帯域全体に渡るWTLの搬送波長を変化させる。結果として、二つの光検出器の両方は、ITU C帯域全体を覆う光信号における全体のスペクトルを受信する。エタロンに結合された検出器は、エタロン内にエタロン搬送ラインを有するエタロンスペクトルを検出する。気体セルに結合された検出器は、検出器内に気体吸収ラインを有する気体吸収スペクトルを検出する。また、マイクロコントローラは、気体セル内に含まれる気体に対する基準気体吸収スペクトルを入力し、基準吸収スペクトルは、気体の各吸収ラインに対する絶対波数、波長または周波数を特定する。マイクロコントローラは、検出されたエタロン、および、基準気体スペクトルと組み合わせた気体吸収スペクトルを処理して、WTlに印加されてWTLの波長をマッピングする、WTLに印加される電圧または電流チューニングパラメータの関数としてWTLの搬送波長を決定する。波長マップは、WTLを設定する際に引き続いて使用するために格納され、任意の選択された波長で(例えば、ITU C帯域チャネルのうちの一つで)搬送する。
【0027】
波長マッパがWTLまたは他のレーザに対する波長対チューニングパラメータマップを生成する方法は、次に、図4〜7を参照してより詳細に説明される。最初に、図4のステップ300において、波長マッパは、エタロンおよび気体セルを通るレーザの出力ビームをルーティングし、一方で、チューニングパラメータの完全な領域を通るレーザをチューニングして、エタロン透過スペクトルおよび気体吸収スペクトルを生成する。一つの特定の実施例において、0.0〜40.0ボルトに渡る制御電圧によってチューニングされたレーザに対して、波長マッパは、.0000610352ボルトの電圧を増分させることによって、0.0ボルトから40.0ボルトへ電圧を増加的に上昇させて、各々が65536データ点を有するエタロンおよび気体吸収スペクトルを生成する。このエタロンおよび気体吸収スペクトルは、ステップ306で検出され、波長マッパによって別のデータアレイに格納される。約6.6ギガヘルツ(GHz)のピークスペーシングを有するエタロンに対して例示的なエタロンスペクトル302のセクションが図5に示される。しかし、好ましくは、約8GHzのピークスペーシングを有するエタロンが用いられる。アセチレン用の例示的な気体吸収スペクトル304のセクションが図6に示される。両スペクトルは、電圧でスケーリングされる。各データ点に対して、波長マッパはまた、データアレイに対応するデータ点数を格納する。従って、検出されたエタロンおよび吸収スペクトルは、いずれも、未知の波長でも周波数でもなく、電圧の関数として記録される。
【0028】
引き続き図4において、波長マッパは、次いで、検出されたエタロンスペクトルをステップ308で処理して、その中の搬送ピークを特定し、かつ、この位置決めを行う。このピークは、エタロンスペクトルの一次導関数および二次導関数をデータ点の関数として決定することによって、ならびに、従来の技術に従ってローカルピーク領域に適合する多項式を適用させることによって位置決めされる。各ピークの位置は、ピークに対応する別個のデータ点数によって特定される。ピークは、データ点に関して等しくスペーシングされないことに留意されたい。むしろ、ピークは、概して、データ点内で非線形に分散されている。任意の場合において、一度、ピークが特定され、かつ、位置決めされると、波長マッパは、相対波数を1で始まり最後に検出されたピークまで継続する搬送ピークの各々に順々に割り当てる。図5(図5は、エタロンスペクトルの非常に小さなセクションのみを示す)の実施例において、37のピークが存在し、従って、それらのピークは、例えば、400から437までの番号が付けられる。このプロセスによって生成された相対波数は、電圧ピークに対応する端数のデータ点でエタロンスペクトルデータアレイに格納され、ピークを取り囲む整数点数に補間される。例えば、403番目の搬送ピークが65536データ点のデータ点50788.56で見つけられる場合、相対波数403は、端数データ点50788.56に割り当てられる。整数データ点50788および50789の相対波数は、補間によって得られ、エタロンデータアレイに格納される。同様に、404番目の搬送ピークが65536データ点からのデータ点50823.17で見つけられる場合、相対波数404は、端数データ点50823.17と関連して格納される。隣接した整数点50823および50824に対する端数の相対波数は、補間によって割り当てられる。相対波数は、連続してエタロンスペクトルの搬送ピークに割り当てられ得る。なぜなら、ピークは、光エタロンによって生成される。光エタロンは、光エタロンの光学的性質によって、実質的に均等にスペーシングされた波数を有するピークを生成する。従って、たとえ、ピークがデータ点として、または、レーザ入力電圧の関数として均等にスペーシングされないとしても、ピークは、相対波数の関数として均等にスペーシングされ、連続した波数は信頼して割り当てられ得る。波数は、本明細書中で、相対波数として参照される。なぜなら、絶対波数(従って、絶対波長または波長)は、既知ではないからである。
【0029】
従って、ステップ308が完了すると、相対波数は、最も近いエタロン搬送ピークに対応するエタロンスペクトルアレイにおける整数データ点のみに割り当てられている。ステップ310において、波長マッパは、ピーク間を補間して、端数の波数を各中間のデータ点に割り当てる。例えば、相対波数403は、データ点50788と50789との間に落ち着き、相対波数404は、整数データ点50823と50824との間に落ち着き、波長マッパは、50822を通ってデータ点50789に割り当てられた端数の波数間を補間する。一つの特定の実施例において、補間の結果として、データ点50789は、割り当てられた6471.5600の相対波数であり得る。データ点50790は、割り当てられた6471.5625の相対波数等であり得る。この様態において、補間は、端数の相対波数をエタロンスペクトルデータアレイ内の各々の残りの値に割り当てるように実施される。端数の波数は、必ずしも整数の波数間に均等に分散されるとは限らないことは留意されたい。むしろ、補間の結果として、端数の波数は、非線形に割り当てられ得る。従って、次の補間、エタロンアレイの各整数データ点は、整数データ点に関連する相対波数を有する。相対波数は、対応する電圧値と共にエタロンスペクトルデータアレイに格納され、これにより、各データ点に対して相対波数を提供する。
【0030】
ステップ312において、エタロンアレイの各データ点に対して生成された相対波数は、気体スペクトルデータアレイを再びスケーリングするように用いられる。このために、エタロンスペクトルアレイにおける各データ点の相対波数は、検出された気体吸収スペクトルアレイの対応するデータ点に割り当てられる。この点において、相対波数スケールは、エタロン透過スペクトルと気体吸収スペクトルとの両方に対して存在する。しかし、レーザのチューニング特性が非線形であるために、相対波数スケールは、線形ではない。
【0031】
ステップ318において、波長マッパは、気体セルにおける気体に対して基準気体吸収強度スペクトルを入力する。基準スペクトルは、相対波数ではなく絶対波数に従ってスケーリングされる。図7は、アセチレンに対する例示的な基準気体強度スペクトル322の一部を示す。このスペクトルは、基準気体における既知の周波数および強度を用いて合成して生成される。これらの周波数および強度は、国立標準技術研究所(NIST)によって公表された実験計測および実験検証を通して高精度として既知である。基準スペクトルは、修正された気体吸収データアレイと等しいサイズのデータアレイとして入力される(例えば、65536データ点)。ステップ320において、波長マッパは、相対波数の関数である修正されて検出された気体吸収スペクトルの強度パターンと、絶対波数の関数である入力基準スペクトルの強度パターンとを自己相関させて、それらの間の任意のオフセットを決定する。必要から修正された適切な自己相関技術は、Randy May,Rev.Sci.Instrum.63(5),1992年5月の「Correlation−based Technique for Automated Tunable Diode Laser Scan Stabilization」で見られ得る。プロセスの第2の繰り返しとして、エタロン搬送ピークスペーシング(エタロン「自由スペクトル領域」またはFSR)は、既知の気体スペクトルライン位置からより正確に決定され、波数マッピングプロセスは、繰り返されて、正確さを改善する。
【0032】
ステップ318に次いで、波長マッパは、ステップ312で生成された、修正された検出気体強度スペクトルとステップ318で入力された基準気体強度スペクトルとを格納する。二つのスペクトルは類似しているが、互いにオフセットしている。ステップ320において、自己相関が実施されて、スペクトルが合わせられるまで、互いに関連するスペクトルのシフトを決定し、従って、シフトまたはオフセットの量が決定されることが可能である。このオフセットは、相対波数とそれらに対応する絶対波数との間のオフセットを表す。ステップ324において、様々なアレイの相対波数は、オフセットを用いて調節され、相対波数を絶対波数に変更する。一度絶対波数を知ると、絶対波長または周波数は、エタロンスペクトルアレイに格納された制御電圧値の各々にステップ326で割り当てられる。
【0033】
波長マッパが例示的な実施形態に関して説明された。この場合、レーザは、単一の電圧制御信号によって制御されたが、概して、適切な気体吸収基準が利用可能であり、かつ、レーザが入力チューニングパラメータのセット(例えば、入力アナログまたはデジタル信号の組み合わせ)によってチューナブルである限りにおいて、任意のレーザが本発明と共に用いられ得る。レーザは、チューニングパラメータの任意の組み合わせの関数としてレーザの絶対出力波長を十分決定可能なチューニングパラメータ領域を通して単純にスキャンされる。従って、結果の波長対チューニングパラメータマップは、チューニングパラメータの各組み合わせに対する固有の波長を有する多次元マップである。二つのパラメータを有するチューナブルないくつかのレーザに対して、第1のチューニングパラメータを単一の定数値に設定して、第2のチューニングパラメータを変化させ、次いで、第2のチューニングパラメータを単一の定数値に設定して、第1のチューニングパラメータを変化させることは、十分であり得る。他の場合、非線形の影響を考慮する二つのパラメータの全ての可能な組み合わせを通してレーザをチューニングすることが必要であり得る。任意の所与のレーザに対して、チューニングパラメータが変化されるべき特定の様態を決定する定型の試験が実施され得る。
【0034】
これまで説明してきたものは、レーザ(特にDWDMにおけるレーザ)に対する波長対チューニングパラメータのマップを生成するために動作する波長マッパである。以下では、波長マップを用いてレーザを選択された波長に自動的に設定して、次いで、選択されたITUチャネルにチューニングされた温度または電圧状態であるエタロン搬送ピークを用いてレーザ波長をロックする波長ロッカが説明される。波長ロッカの特徴の多くが上記の波長マッパと同じであるために、関連した差のみを詳細に説明する。
【0035】
図8は、WTL401と共に用いられる波長ロッカ400の第1の実施例の関連する内部コンポーネントを示す。波長ロッカは、光ファイバスプリッタ402を介してWTL401からの出力を受信する。波長ロッカに入力されたレーザビームは、最初は未知の波長である。波長ロッカの内部では、第2のスプリッタ404は、気体セル408を通ってルーティングされる一部と、ミラー409から反射されて、次いでエタロン410にルーティングされる他の部分とを有する二つにビームにこのビームを分割する。別々の検出器416および418は、波長マッパと同様に、気体セルおよびエタロン透過スペクトルを記録する。マイクロコントローラ420は、制御ライン422に沿ってWTLに入力される制御パラメータを変化させて、エタロン透過ピークと気体吸収ラインとの両方を有するスペクトルを生成する。記録されたスペクトルは、処理のためにマイクロコントローラ内に入れられて、上記の技術を用いて波長対WTLチューニングパラメータマップを生成する。一旦、波長対WTLチューニングパラメータマップが生成されると、マイクロコントローラは、選択された波長(例えば、ITUチャネル波長)に対応するWTLチューニングパラメータの照合制御を行い、次いで、WTLを選択された搬送波長にチューニングするために、ライン422に沿う制御信号にWTLチューニングパラメータを印加する。さらに、マイクロコントローラは、制御ライン424を介してエタロンに対する温度制御設定点を調節し、検出器416によって検出されたような透過ピークのうちの一つが選択された出力波長に正しく合わせられるまで、エタロンにおける透過ピークの波長を変化させる。マイクロコントローラは、次いで、選択された波長に合わせられたエタロン透過ピークを監視することによってWTLの出力波長を選択された波長にロッキングする。このために、マイクロコントローラは、検出器418によって検出されたようなレーザ出力波長の任意のドリフトを検出し、制御ライン422を介してWTLに印加されたチューニングパラメータを調節して、ドリフトを補償する。言い換えると、WTLの出力特性が変化する可能性があるにもかかわらず、選択された透過チャネルにロッキングされた主出力ビームを維持する負のフィードバックループが提供される。
【0036】
あるいは、気体セル408およびエタロン410は、同時にエタロンンおよび気体吸収スペクトルを検出するために、単一デバイス内に統合されるか、または、単一の検出器と共に共通の光経路に沿って提供されるかである。結果のスペクトルがエタロンピークと気体吸収ラインとの両方を有するが、重要なことは、エタロンピークおよび気体吸収ラインは互いに干渉せず、従って、上で実施された波長マッピングプロセスが実施され得る。この点において、エタロンピークは、透過中の約30%の変化を示し、気体ラインは、第2の調和検出を用いて約1%のみ示す。従って、気体ラインは、エタロンスペクトルに対して非常に小さな摂動を示し、エタロン波数ロッキング手順と干渉しないが、大きなエラーの無い自己相関を可能にするくらい十分に強い。
【0037】
本発明の一般的な波長ロッキング方法は、図9に要約されている。一般的な方法は、図8の波長ロッカによって、以下で説明される図11〜16の波長ロッカによって、または、任意の適切なデバイスによって実施され得る。最初に、図9のステップ500において、レーザ(例えば、図8のWTL401)は、選択された透過波長にチューニングされる。DWDMのWTLに関して、レーザは、例えば、40チャネルITUC帯域の搬送プロトコルのチャネルのうちの一つにおける絶対波長に設定され得る。ステップ502が図10に示される。この図10は、いくつかの最初の搬送波長503から選択されたITUチャネル波長505へのその中心波長を移動させるように調整されているレーザビーム501を示す。好ましくは、レーザの絶対搬送波長をチューニングパラメータの関数としてマッピングして、これにより、適切なチューニングパラメータを決定して、選択された搬送チャネルの絶対波長にレーザを設定するようにレーザに印加する上記の波長マッピング技術を最初に実施することによってチューニングが達成される。しかし、任意の他の適切なチューニング技術は、レーザを選択された波長にチューニングする代わりに用いられ得る。図9のステップ502において、レーザは、選択された搬送波長で出力光ファイバに沿って情報信号を搬送開始する。情報信号は、例えば、データ、オーディオまたはビデオ信号を含み得る。レーザの出力ビームの一部は、ステップ504において分割され、エタロン(例えば、図8のエタロン510)を通ってルーティングされる。このエタロンは、ビームを干渉ラインまたはフリンジのセットに分割する。ステップ506において、エタロンに接続されたマイクロコントローラは、エタロンを調節して、搬送ラインのうちの一つをレーザの搬送波長に合わせる。ステップ506は、図10に示される。この図10は、エタロン搬送ピークのうちの一つの中心波長509が選択されたITUチャネル波長505のレーザの波長に合わせられるまで調整されるエタロン搬送ラインまたはフリンジ507のセットを示す。このために、レーザの主出力ビームから分割されたビームの一部は、図8で示されるように、再び二つのビームに分割され得る。一つは、エタロンを通って第1の検出器へと進み、他方は、第2の検出器へと直接進むか気体吸収チャンバを通って進むかのいずれかである。マイクロコントローラは、両検出器からの信号を受信し、エタロンの透過ピークが所望のITUチャネル(波長)に得られるまでエタロンの温度を調節する。この技術は、選択されたITU透過チャネルの絶対波長でエタロン搬送ラインを配置するために十分である。なぜなら、レーザは、ステップ500において既に設定されており、選択された絶対波長を搬送し、レーザの波長が絶対波長からドリフトするには十分な時間が経過していない。
【0038】
従って、以下のステップ506において、レーザとエタロンとの両方は、ITUチャネル波長でビームを放出するように調節されている。従って、第1および第2の検出器の両方は、同じ波長で信号を受信する。ステップ508において、第1および第2の検出器によって検出されたビーム間の任意の波長ドリフトが特定され、レーザは、マイクロコントローラによって自動的に調節されて、ドリフトを補償する。このためには、レーザに印加されたチューニングパラメータが調節され、必要に応じてレーザの搬送波長を長くまたは短くし、第2の検出器によって検出されたレーザの搬送波長を第1の検出器によって検出されたエタロンの搬送ラインに合うように保つ。この様態で、レーザは、選択されたITUチャネルの絶対波長にロックされ続ける。定型の波長ロッキングフィードバック技術は、信頼できる波長ロッキングを確実にするために用いられ得る。同時に、ステップ509において、エタロンの温度における任意のドリフトが検出され、エタロンの温度がマイクロコントローラによって自動的に調節されて、ドリフトを補償する。温度検出器は、エタロンに実装され、定型のフィードバック技術は、固定されたエタロンの温度を保つように使用される。
【0039】
図9の波長ロッキング技術は、部分的に効果的である。なぜなら、エタロンは、レーザよりも安定しており、従って、任意の短い区間のドリフトが、エタロンの搬送波長のドリフトによってではなく、レーザの出力波長の変更によって、引き起こされることが想定され得るからである。結果的に、エタロンの正確な温度制御にかかわらず、エタロンの搬送ラインは、ドリフト開始し得る。従って、周期的に、システムは、波長マッパを用いることによってステップ510で再較正され、レーザを選択された搬送チャネルの絶対波長に再びチューニングする。上記されたように、波長マッピングは、温度、圧力等での変化にもかかわらず固定されたままの既知の絶対波長で吸収ラインを提供する気体吸収チャンバを使用する。再較正した後は、図9のステップは、エタロンの搬送ラインのうちの一つをレーザの搬送波長に再び合わせるように繰り返され、次いで、レーザをエタロン搬送ラインにロッキングする。例えば、特定のシステムの必要性に応じて、毎週または毎月一度、再較正が実施され得る。この点に関して、エタロンにおける搬送ラインの安定性を決定するシステムを設置する前に、定型の実験が実施され、次いで、システムは、エタロンに重大なドリフトが起こらないことを確実にするために必要に応じて再較正される。システムは、再較正が必要に応じて度々実施され得るように、波長ロッカと波長マッパとの両方を有して実現され得る。あるいは、上記された波長マッパ等の外部マッパが使用される。
【0040】
様々な特定の実施は、次に、図11〜16において説明される。図11は、DWDMシャーシ内に挿入するためのWTL回路ボードカード600を示す。典型的に、DWDMの搬送チャネルあたり一つのカードが提供される。従って、40のチャネルDWDMは、並行に実装された40の回路カードを含む。WTLカード600は、出力光ファイバ604を介して変調された出力ビームを搬送するために、従来のバタフライパッケージ602内に実装された搬送レーザを有する。ファイバ604の出力ビームは、単一の光ファイバを介するリモートDWDM受信器への最終的な搬送のために、マルチプレクサを介してDWDMの他のWTLカードからのビームと融合される。出力ビームを介して搬送されたで搬送されたデジタル信号、および、用いられる搬送波長を特定する制御信号は、WTlコントローラ606によって受信される。WTLコントローラ606は、バタフライパッケージ602のレーザを搬送波長にチューニングし、次いで、バタフライパッケージの信号変調器を制御して、出力ビームの信号を変調する。レーザを選択された波長にチューニングするために、WTLは、内部メモリ(別々に図示せず)に格納された波長マップを使用する。波長マップは、レーザに印加するチューニングパラメータ(すなわち、制御電圧)を特定して、選択された搬送波長を達成する。波長マップは、最初に、上記されたタイプの携帯式波長マッパによって生成され、WTLコントローラメモリに転送される。WTLコントローラは、格納された波長マップにアクセスして、入力搬送波長に基づくチューニングパラメータを参照する。あるいは、WTLコントローラは、入力制御信号を介して適切なチューニングパラメータを直接受信し、従って、波長マップを格納する必要はない。バタフライパッケージおよびその内部コンポーネントは、全体的に従来のものであり、本明細書中で詳細に説明されない。図11において、バタフライパッケージは、WTLからの単一入力制御ライン、および、電力供給源608からの単一ライン電源ラインを有するブロック図で示される。現実には、バタフライパッケージは、コントローラから制御信号を受信し、かつ、電源供給源から電源を受信する数多くのピンを有する。電源供給源はまた、回路カードの二つのマイクロコントローラに電力を供給する。
【0041】
波長ロッキングを提供するために、レーザからの出力ビームの一部は、スプリッタ610によって光ファイバ604から別の光ファイバ611上に分割され、次いで、スプリッタ612によって再び光ファイバ614および616に分割される。ファイバ616は、コリメータ618に結合される。コリメータ618は、シールされたチャンバ622内に実装された温度制御エタロン620に平行化されたビームを向ける。エタロンは、搬送ライン、または、検出器624によって検出されるフリンジのセット内にビームを分割する。ファイバ618は、第2の検出器626に直接結合される。波長ロッキングコントローラ628は、二つの検出器から信号を受信し、上記の方法を用いて、エタロンを調節して、出力ビームと同じ波長を有する搬送ラインのうちの一つに合わせて、(コントローラ606を介して)フィードバックループ中のレーザを制御し、レーザをエタロンラインにロッキングする。エタロンを調節するために、波長ロッキングコントローラは、エタロンの温度を調節するためにエタロンに結合された抵抗性のヒートエレメントに印加される電流量を制御する。これにより、エタロンの長さおよび屈折率を調節し、従って、搬送ラインまたはフリンジがエタロンによって生成される波長の最大値を調節する。一度エタロンが搬送ラインを選択されたITUチャネルに合わせるように調節されると、波長ロッキングコントローラは、エタロンにおける搬送ラインの波長がドリフトしないように固定されたエタロンの温度を保つ。レーザを制御するために、波長ロッキングコントローラは、制御信号をWTLコントローラに転送して、この制御信号によって、WTLコントローラは、レーザにおける出力信号の波長を調整するためにバタフライパッケージのレーザに印加される制御電圧を増加または減少させる。波長ロッキングコントローラによって提供された制御信号は、WTLコントローラによって既に受信された信号と置き換える。最終的に、回路カードのコンポーネントは、携帯式波長マッパを用いて再較正され、WTLコントローラ内に格納用の新規の波長マップを提供するかまたは、エタロンの任意のドリフトが補償され得るように新規の制御信号を提供し得る。
【0042】
エタロン620は、図12で示される。エタロンは、シリコンで形成された矩形のブロックであり、約5.36mmの光軸長と、約3mm×3mmの断面と、所望の波長領域で90%の反射まで提供する両表面上の反射防止コーティングとを有する。これにより、エタロンは、(細線で示され、かつ、参照符号630によって特定される)3mmまでのビーム幅を収容する。しかし、エタロンのサイドエッジがあまり正確に形成されていない場合、ビームのエッジが影響されないように、エタロンを通されるレーザビームは約1mmの幅を有するように平行化されることが好ましい。エタロンは、15〜30の領域のフィネス(好ましくは、約20)を有し、6〜12の領域(好ましくは、8GHz)の自由スペクトル領域を提供する。フィネスは、エタロンによって生成された個々の搬送ライン507(図10)の正確さに関し、反射コーティングおよびビームの質に主に依存する。フィネスがあまりにも質が悪い場合、正確な波長ロッキングを達成することは困難である。自由スペクトル領域は、隣接する搬送ライン間の波長スペーシングに関し、エタロンの長さおよびその反射率に主に依存する。自由スペクトル領域が大き過ぎる場合、選択された搬送波長に合わせられるまで、搬送ラインのうちの一つに実質的に適応するためにエタロンを加熱または冷却することが必要であり得る。従って、電力消費が最小化されない。また、エタロンは、エタロンの温度を、全体のデバイスの受容かつ動作可能な温度領域外(例えば、回路カード全体に対する指定された75℃の最大温度より上)にする量によって加熱される必要があり得る。自由スペクトル領域が小さすぎる場合、波長ロッカがレーザの搬送波長を違ったエタロン搬送ラインにロッキングし得る(すなわち、周波数ホッピング(hopping)が起こり得る)というリスクがある。20のフィネス、および、40チャネルプロトコルに対して100GHzの自由スペクトルレンジ;80チャネルプロトコルに対して50GHz;160チャネルプロトコルに対して25GHz;320チャネルプロトコルに対して12.5GHz;640チャネルプロトコルに対して6.25GHzが好ましいパラメータである。なぜなら、これらのパラメータを有すると、エタロンは、周波数ロッキングおよび最小電力消費のリスクを最小にし、約0.2GHzの精度内でレーザの波長をロッキングするように用いられ得、一方で、エタロンを75℃より上で動作可能にする。0.2GHzの精度を達成することによって、波長ロッカは、40チャネルから1000チャネル以上の全てのITU搬送プロトコルで、および、2.5Ghzから100Ghzまでの全てのITU搬送レートで用いられ得る。20のフィネスおよび8GHzの自由スペクトル領域が好ましいが、エタロンは、また、特定のシステムの必要性に応じてパラメータの他の特定の組み合わせを有するように構成され得る。また、エタロンは、代替的に、他の材料(例えば、サファイアまたはインジウムリン化合物)から作られ得る。エタロンは、必要に応じて、所望のフィネスおよび自由スペクトル領域を達成するために構成される。
【0043】
ニッケルクロムから作られた二つの抵抗性のヒーティングエレメント(632および634)(図示せず)は、エタロンの対向側に蒸着、または、実装される。各抵抗性ヒーティングエレメントは、波長ロッキングコントローラ628(図11)からの電気リード(図示せず)に結合している、対抗端上にある一対の金の接点636を有する。熱を提供するデバイスがエタロンに結合されるように、数多くのヒーティング技術が本発明に組み込まれ得ることが認識される。エタロンは、エタロンの光軸を膨張または収縮して、エタロンの屈折率を変化させ、エタロンの搬送ラインのうちの一つを選択されたITUチャネルに合わせるために十分な量の電流を抵抗性リードに印加して、エタロンは、波長ロッキングコントローラによって選択的に加熱される。上記のパラメータによって、任意のC帯域ITUチャネルは、約72±2℃の領域でエタロンの温度を調節することによって、順応され得る。電子冷却器も他の冷却コンポーネントも必要とされない。むしろ、エタロンが周囲の環境に熱をゆっくりとなくすことを可能にすることによって冷却が達成される。あるいは、抵抗性ヒーティングエレメントを用いて、エタロン全体の長さを変化させるのではなく、コントローラがエタロンの光反射経路を調節可能にさせ、これにより、エタロンにおける搬送ラインの波長を調節するように、反射性微小電子機械システム(MEMS)膜がエタロンの端面に実装され得、かつ、波長ロッキングコントローラに結合され得る。
【0044】
温度制御エタロンが熱をあまりにも早く失うことを防ぎ、これにより、電力損失を最小化し、温度の安定性を確実にするために、エタロンは、気密チャンバ(図11の622)内に実装され、断熱微粒子を有する接着材料638によってチャンバのベースに貼り付けられる。エタロンを気密チャンバにシールすることによって、循環空気に応じた熱損失が最小化される。チャンバは、空気または、比較的低い熱伝導率を提供し、非反応性を有し、従って、エタロンおよびエタロンのコンポーネントを腐食させない任意の他の気体で満たされ得る。別の適切な気体は、クリプトン気体である。空気は、図12の実施形態において好ましい。この実施形態は、十分な熱伝導率を提供し、使用するために高価ではない。断熱微粒子を用いて接着材料によってエタロンを実装して、チャンバのベース内への伝導を介する熱損失が最小化される。チャンバベースに対する熱損失がエタロン内の温度勾配を生じるために、このことは、特に重要である。(すなわち、エタロンの底は、上部よりも冷えている。)エタロン内の任意の温度勾配は、エタロンのフィネスを減少させ、これにより、エタロンの搬送ラインを選択されたITUチャネルに正確に合わせることがより困難になり得る。好ましい接着材料は、Laiらによる、1989年12月19日に発行され、「High Thermal Resistance Bonding Material And Semiconductor Structures Using Same」と称された米国出願第4,888,634号に記載されている。同特許は、本明細書中で参考として援用される。米国特許第4,888,634号による接着材料は、概して均一の大きさであるふるい目粒子の形式の結合材および高熱抵抗性材料を含む。結合材は、シリコーン、エポキシまたはポリイミドであり、高熱抵抗性材料は、ガラス微粒子、ガラスビーズ、セラミック微粒子またはセラミックビーズである。
【0045】
エタロンの均一な温度はまた、抵抗性ヒートエレメントがエタロンの対向側の実質的な一部を覆うことを確実にすることによって容易にされる。ヒートエレメントは、エタロンの上部および底エッジから若干オフセットし、エタロンのエッジが正確に形成されない場合であってもエタロンと適切にかつ均一に接触することを確実にする。一度、エタロンの搬送ラインのうちの一つを、選択されたITU搬送波長に合わせるためにエタロンが加熱されると、波長ロッキングコントローラは、必要に応じて温度を一定に保つために、一つ以上の温度検出器640を用いてエタロンの温度を検出して、温度を一定に保つために必要に応じてエタロンに印加された電流を調節することによって、合わせられた搬送ラインを保つ。最終的には、上記されたように、エタロンの搬送ラインはドリフトするが、前述の周期的な再較正が実施される。
【0046】
従って、図11〜12は、本発明のWTL回路カードの一つの例示的な実施形態を示す。様々な他の例示的な実施形態は、次に、図13〜16を参照して説明される。図13〜16の実施形態は、図11および12の実施形態と類似しており、関連する差のみが説明される。
【0047】
図13は、波長ロッキングコンポーネントと波長マッピングコンポーネントとの両方を含むWTL回路カード700を示す。波長マッピングコンポーネントは、既知の吸収特性を有する気体(例えば、アセチレン、シアン化水素または一酸化炭素)を含む気体吸収チャンバ750を含む。気体吸収チャンバは、光ファイバ718と検出器726との間に実装される。コリメータ751は、ファイバ718から受信されたビームを平行化し、かつ、気体吸収チャンバを通過するビームを導くためにファイバ718のエンドで提供される。従って、バタフライパッケージ702のレーザにおける出力ビームの一部は、気体吸収チャンバを通過する。波長マッピングコントローラ752は、検出器726と検出器724との両方から信号を受信し、上記の波長マッピング技術を用いて、レーザにおける各絶対搬送波長に関連するレーザチューニングパラメータを決定することによって、WTLコントローラ706内に格納するために、少なくとも関心のあるチューニング領域内で、レーザの絶対搬送波長をマッピングする。従って、搬送のためのITUチャネルを特定する制御信号を受信すると、WLTコントローラは、チューニングパラメータを参照し、ITUチャネルで信号を搬送するためにレーザを制御する。波長ロッキングコントローラ728は、レーザがITUチャネルでロッキングすることを保つように動作する。周期的に、波長マッピングは、システムを再較正するように実施される。波長ロッキングコンポーネントと共に波長マッピングコンポーネントを提供することによって、再較正は、所望の数だけ実施され得る。
【0048】
図13の実施形態において、検出器726は、波長マッピングの目的で気体吸収スペクトルを検出するために、または、波長ロッキングの目的でレーザビームを検出するために用いられることに留意されたい。波長マッピングを実施するとき、レーザの波長は、チューニングパラメータの全領域を通してチューニングされ、気体吸収スペクトルを生成する。波長ロッキングを実施するとき、レーザの波長は、軽微にドリフトしているのみで(このドリフトは、波長ロッキングコンポーネントによって補償される)、実質的に固定されたままである。従って、波長ロッキングの間に、気体吸収チャンバの気体は、レーザがロッキングされている波長でレーザビームの光の一部を吸収し得る。気体がビームの一部を吸収し、検出用に十分な部分を残して、波長ロッキングを可能にするので、これは、典型的な問題ではない。所望の場合、3つの検出器が提供され得る。一つはエタロン用の検出器、もう一つは気体吸収チャンバ用の検出器、そして、もう一つはレーザの出力ビームの一部を直接受信する検出器である。その結果、波長ロッキングは、気体吸収チャンバを通過するビームを用いることなく実施され得る。
【0049】
図14は、波長ロッキングコンポーネントと波長マッピングコンポーネントとの両方を有する別のWTL回路カード800を示す。しかし、エタロン820は、別のチャンバがエタロンおよび気体吸収チャンバに提供される必要がないように気体吸収チャンバ850内に実装される。気体吸収チャンバは、アセチレンを含む。このアセチレンは、波長マッピングするための吸収気体、および、エタロンからの熱損失を減少するための断熱気体の両方として働く。WTL回路カードは、波長マッピングと波長ロッキングとの両方を提供する図13の回路カードと同じ様態で動作される。気体吸収チャンバ内にエタロンを実装することによって、デバイス全体の大きさが減少され得る。
【0050】
図15は、波長ロッキングコンポーネントを有するWTL回路カード900を示す。エタロン920およびこのシールされたチャンバ922は、バタフライパッケージ902内に実装される。従来のバタフライパッケージは、典型的に、上記の大きさのエタロンを収容しても内部体積を十分に占有しない。必要な場合、バタフライパッケージは、エタロンチャンバを収容ためにより大きく作られ得る。そのような場合、好ましくは、バタフライパッケージの従来のピンアウト構成は、さらなる回路カードの修正を必要とすることなく、修正されたバタフライパッケージが従来のWTL回路カードで用いられ得るように保持される。また、特定の実施に依存して、エタロンチャンバを必要とすることなく、バタフライパッケージにエタロンを直接実装することが可能であり得る。しかし、エタロンの温度をより正確に制御可能にし、エタロンからの熱がレーザの機能に影響し得るリスクを低減するために、エタロンを包むエタロンチャンバを用いることが好ましい。任意の場合において、バタフライパッケージ内にエタロンを実装することによって、デバイス全体の大きさがさらに低減される。
【0051】
図16は、別のWTL回路カード1000を示す。エタロンチャンバ1022は、バタフライパッケージ1002内に実装されるが、エタロンチャンバは、また、気体吸収チャンバと同様に機能するためにアセチレンを含む。WLT回路カードは、波長マッピングと波長ロッキングとの両方を提供する図14の回路カードと同じ様態で動作される。気体吸収チャンバ内にエタロンを実装することによって、および、バタフライパッケージ内に気体吸収チャンバを実装することによって、デバイス全体の大きさは、さらに低減される。
レーザまたはレーザが設置されているDWDMの使用における特質により、再較正のためのレーザの周期的なマッピングを防ぐために、レーザパッケージに対して単一の較正を提供する技術が図17に要約される。一般的な方法がエタロン較正ユニット(例えば、以下に記載される図18で示されるエタロン較正ユニット)かまたは、任意の他の適切なデバイスによって実施され得る。較正ユニットで較正されるエタロンは、レーザパッケージ(例えば、図19で示されるレーザパッケージ)内に後に統合される。
【0052】
最初に、図17のステップ1100において、エタロン(例えば、図12のエタロン620)および検出器を含むモジュールは、図18のエタロン較正ユニット内に実装される。エタロン較正ユニット1200は、較正レーザ1204、気体セル1212(または、モジュールにある検出器によって検出された較正レーザの搬送波長を既知の波長スペーシングと比較する任意の他の適切なデバイス)、および、モジュール上のリードに結合されたマイクロコントローラ1216を含む。ステップ1104において、較正レーザは、エタロンおよび気体セルを通ってビームを搬送し、一方で、レーザビームの波長を変化させる。結果のエタロン搬送ラインスペクトルおよび結果の気体吸収ラインスペクトルは、マイクロコントローラによって処理するために検出される。ステップ1108において、マイクロコントローラは、エタロンスペクトルの隣接する搬送ピーク間のスペーシングを、気体吸収スペクトルの既知の吸収ライン間のスペーシングと比較し、搬送ピークの絶対波長スペーシングを決定する。このスペーシングは、所望で所定のITUグリッドラインスペーシング(例えば、40チャネルC帯域スペーシング)と比較される。このスペーシングが所望のグリッドラインスペーシングと密接に一致しない場合、ステップ1112において、マイクロコントローラは、搬送ピークスペーシングが所望のITUグリッドラインスペーシングに近似的に一致するまで、エタロンに熱を加えて、エタロンの温度を調節する。エタロン搬送ピークのスペーシングが、エタロンに熱を加えるのみではグリッドラインスペーシングに一致するように調節され得ない場合、または、必要とされる熱の量が所定の製造許容度を越える場合、ステップ1116において、エタロンは、廃棄されるか、手動でエタロンのパッケージ内でチルトされるかであり、所望のスペーシングを近似し、ステップ1100〜1112が繰り返される。ステップ1116において、エタロンを手動でチルトすることは、典型的に、エタロンをエタロンパッケージ内に実装するために用いられたいかなる粘着性のまたは他の接着材料をも分断して、かつ、追加の粘着性のまたは接着材料を用いてわずかに違う角度でエタロンを再実装することによって、エタロンがエタロンパッケージから取り除かれ得ることを必要とする。
【0053】
一度、エタロンピーク間のスペーシングが同等である、または、特定のITUグリッドラインスペーシングに対する許容可能度内であると、エタロンに加えられた熱の量は、最も近いITUグリッドラインに合わせられるまで、エタロン搬送ピークをシフトするように若干調節される。温度のわずかな調節は、ただピークの波長のみを変化させるだけで、所望の許容範囲を越えてエタロンピークのスペーシングを変化させるためには十分ではないことは留意されたい。(他の適切なチューニング技術がレーザを選択された搬送波長にチューニングする代わりに用いられ得る)。エタロンの結果の温度は、「エタロン設定点温度」として記録される。従って、ステップ1124において、エタロンモジュールは、較正パッケージから取り除かれ、最終的に、DWDMのWLT等のレーザ内に実装される。WTLのマイクロコントローラは、次いで、エタロン設定点温度でプログラミングされ、エタロンが、エタロンの搬送ピークを選択されたITUラインに合わせるように早く調節されることが可能である。その後、必要ならば、エタロンの較正は、上記された波長マッパを用いることによって検証され得る。
【0054】
一つの特定の実施例において、それぞれのエタロンピークがそれぞれのITU搬送ラインの±0.625GHz内であり得るが、DWDMは、160チャネルのプロトコルを使用し、ITUグリッドライン間の所望のスペーシングは、25GHzであり、エタロンピークスペーシング内の許容可能な±0.008GHzの変動を有している。従って、レーザパッケージ内に設置する前に、モジュール1203に実装される、50℃で1.71999mmの厚いシリコンエタロン1201がエタロン較正ユニット1200内に配置される。ステップ1108において検出されたエタロンピークの最初のスペーシングが25GHz±0.008GHzに等しくない場合、エタロンの温度は、ピークが25GHz±0.008GHzでスペーシングされるまで調節される(通常、±0.025GHzでFSRを調節する±20℃)。ステップ1108において、マイクロコントローラが、FSRが25GHz±0.025GHzの領域外に落ち着くことを検出する場合、エタロンは、廃棄されるかまたは、FSRがITUグリッドラインに合わせることが可能であるように手動で約3度以下チルトされる。エタロンの温度を細かくチューニングすることによって、エタロン搬送ピークが最も近いITUグリッドラインと列をなすように若干(通常、±0.5℃)調節される。50GHzのスペーシングに対しては、50℃で2.066mmの厚さの溶融石英エタロンが利用され得る。
【0055】
この構成は、全てのエタロン搬送ピークがITUチャネルのうちの一つに関連したままで、レーザによるITUチャネル間のより高速なスイッチングを提供し、そして、レーザのチューニングパラメータがこれに応じて調節される必要があるだけである。さらに、エタロンが所定の温度で維持され、レーザが大きなヒステリシスを示さない場合に、レーザの周期的な再較正は必要とされない。
【0056】
図19は、WTL回路カード1300を示す。エタロン1201は、バタフライパッケージ1308内に実装されたレーザ1304とは別のモジュール1203内に実装される。上記されたWTLカードの実施形態とは異なり、気体セルは、WTL内に必要とされない。また、レーザ前面から光を方向転換させるのではなく、エタロンは、レーザの主出力の反対に実装され、レーザ背面から光を受信する。WTLの波長ロッキングコントローラは、エタロン設定点温度でプログラミングされ、次いで、WTLは、波長ロッキングを提供する図15の回路カードと同じ様態で動作される。
【0057】
図20〜29は、波長マッピングではなく波長ロッキングを提供する図11および図15の波長ロッカの様々な別の実施形態を示す。すなわち、波長ロッカは、レーザのチューニングパラメータの完全なセットをマッピングする際に用いるための基準気体チャンバを欠いているが、適切なチューニングパラメータが既知になり、レーザを選択された搬送波長にロッキングする際に用いられるエタロンを含む。より詳細には、図20〜29の様々な実施形態は、波長ロッキングを単純にするように構成された光コンポーネントの構成を使用している。
【0058】
図20は、背面1405を介して、エタロン1404を通り、エタロンフリンジ検出器1406までレーザビーム1403を搬送するWTLレーザ1402を有する波長ロッカ1400の関連する部分を示す。レーザ基準波長検出器1408は、レーザとエタロンとの間に置かれ、レーザビームの一部を捕える。レーザ基準波長検出器1408は、レーザビームの光経路から若干オフセットして、レーザの背面から放出された光の大部分をエタロンに到達可能にする。しかし、レーザ基準波長検出器1408は、レーザの基準波長を検出するために、光の小さな部分を捕える。波長ロッカは、図9の方法を使用して、検出器1406によって検出された信号と検出器1408によって検出された信号とを比較することによって、レーザの出力波長をITUグリッド波長にロッキングする。同時に、レーザは、光ファイバ1412へと前面1410を通る変調されたビーム1411を出力する。変調された出力ビームは、ファイバ1412に沿って搬送され、単一の光ファイバを介するリモートDWDM受信器への最終的な搬送用のマルチプレクサを介して、DWDMの他のWTLカードからのビームと融合される。図20が波長ロッカの関連する選択されたコンポーネントのみを示すことは留意されたい。必要とされ得る他のコンポーネント(例えば、制御回路、ヒートエレメント、サーミスタ、コリメータ等)は、引き続く図に示される。
【0059】
従って、図20は、光学的構成を示す。様々なコンポーネントは、ライン上に実質的に実装される(すなわち、コンポーネントは、小さなバタフライまたはDIPパッケージ内に設置可能にするコンパクトな(compact)構成を提供するように共通の軸に沿って配置される)。また、軸からオフセットするのではなく、レーザ波長検出器1408を直接レーザビームの経路に配置することによって、波長ロッキングが容易に達成される。これらを以下に詳細に説明する。検出器1408は、好ましくは、図21に示されるような円形の検出器であり、ビーム1403の光の約30%を捕えて、70%がエタロンに入ることを可能にするような大きさにされ、かつ、配置される。図22に示された別の構成では、検出器は、ビーム1403の軸上に合わせられるが、ビームの外周部を捕えて、一方で、中心部がエタロンへと直接通過可能な大きさにされた円形を有する。この場合もやはり、好ましくは、検出器は、光の約30%を捕える。検出器が捕えた光の量は、丁度30%に設定される必要はないが、一般的に、検出器を動作可能にするために十分な光を捕えるように、任意の満足した値に設定され得る。他の適切な値は、例えば、20〜40%の範囲にある。両方の構成において、検出器1408は、図11の構成のようなビームスプリッタを介するのではなく、レーザから直接光を受信する。
【0060】
図23および24は、(図11の構成のような)軸外構成に対する、および、(図20のような)軸上構成に対するレーザ信号の大きさを基準レーザ検出器およびエタロン検出器によって検出された波長の関数として示す。図23の破線1418は、レーザ基準検出器によって検出された信号である。実線1414は、エタロン検出器によって検出された、様々なフリンジを含む信号である。図23の構成に対して、ビームスプリッタは、レーザビームを二つの別なレーザに分割するために用いられる(一つはレーザ波長検出器へのレーザ、もう一方はエタロン検出器へのレーザである)。ビームスプリッタはまた、基準信号(破線1418)の大きさが波長の関数として変化する原因となっている。ビームスプリッタはまた、フリンジ(実線1414)のピークの大きさが波長の関数として変化する原因となっている。ビームスプリッタは、透過コンポーネントと反射コンポーネントとの両方を含むために、基準信号およびエタロン信号の位相が一致していない。図24の軸上構成では、ビームスプリッタはなく、従って、基準信号1420かフリンジピーク1416かのいずれかにおいて波長変動はない。言い換えると、二つの信号は、同位相のままである。
【0061】
平均的なフリンジの大きさの半分(図24の1422)に等しい基準の大きさを達成するフリンジの一つのサイド波長を検出し、次いで、レーザをドリフトすることから防ぐように帰還ループにあるレーザを調節することによって波長ロッキングが達成される。これは、サイドロッキング(または、傾斜(slope)ロッキング)と呼ばれ、典型的に、フリンジの上部を検出する試みよりも容易である。(図24に示されるように)フリンジの大きさ対基準大きさのレートが一定である限り、サイドロッキングは、直線的である。
【0062】
より詳細には、サイドロッキングは、レーザ波長を連続的に調節することによって働き、一定ロック点率(constant lock point ratio)を維持する(すなわち、エタロン信号の一定の率が基準信号で割られる)。軸上構成において、各検出器に対する光の百分率が適切に調節され、基準検出器の信号は、図24のドットによって示されるように、各エタロンピークに対する半分の振幅点でエタロン検出信号を横切る。この場合、ロック点率は、丁度1.0である。ロック点率が1.0に設定される必要がないことは留意されたい。波長ロッカの制御ソフトウェアが実際のロック点率でプログラミングされる(または、自動的に検出し得る)限り、ロック点率は他の値に設定され得る。好ましくは、ロック点率は約1.0に設定される。可能な限り1.0に近いロック点を達成するために、レーザ基準検出器は、光の30%がレーザ基準検出器によって捕えられ、一方で、70%がエタロン検出器へとエタロンを通過するように実装されるべきである。エタロンピークに対する振幅の半分の点は、従って、全光の35%を表し、一方で、30%が基準検出器に影響を与える。光の約5%は、エタロンを通過する際に損失する。従って、全光信号の約30%は、フリンジに対する振幅の半分の点で各検出器に達し、1.0のロック点率を達成する。最も重要なことに、ロック点率は、フリンジからフリンジへと変化せず、従って、ITUチャネルからITUチャネルへと変化しない。図23の軸外の構成において、ロック点率は、フリンジからフリンジへと変化する。従って、ITUチャネルからITUチャネルへと変化し、これにより、サイドロッキングをより困難にする。軸外構成の正確なサイドロッキングを達成するために、波長ロッカは、位相変調の度合いに基づいて補償するようにプログラミングされる。位相変調の度合いは、波長ロッカの制御回路内に予めプログラミングされ得るか、波長ロッカによって自動的に決定され得るかのいずれかである。当業者は、必要な補償プログラミングを提供し得るが、このような任意の補償を必要としないシステムを構成することは確かに好ましい。
【0063】
図25は、システム1424を示す。このシステム1424は、図20のわずかな改変である。システム1424において、基準波長検出器1408は、光軸に対して30度と45度との間の角度で実装され、検出器の表面から反射された任意の光が軸外に反射されることを確実にする。エタロン1404は、1度と3度との間の角度(好ましくは、2度)で光軸に対して実装され、これもまた、任意の反射された光が軸外に反射されることを確実にする。
【0064】
図26および27は、軸上にある波長ロッキングシステムを組み込んだ波長ロッカモジュール1500(例えば、DIPまたはバタフライパッケージ)を示す。WTLレーザ(図示せず)は、モジュールの外表面に実装される金環1502に結合されるファイバ1503によってモジュールと通信する。このモジュールは、エタロン1504、エタロンフリンジ検出器1506、および、図26で説明されるように実質的に配置されたレーザ基準波長検出器1508を含む。コリメータ1509は、ファイバからのレーザ受信されたビームを最初に平行化するように提供される。コリメータは、モジュールの筐体1511の内部サイド表面に実装された金環に実装する。検出器1506および1508は、両方、FR4で形成された上位の基板1530に直接実装する。上位の基板は、筐体の内部サイド表面に貼り付けられる。エタロン1504は、窒化アルミニウムで形成された基板1532に実装される。サーミスタまたは他の温度センサ1534(すなわち、白金レジスタ)は、エタロン近くの上位の基板に実装され、エタロンの温度を検出する。エタロン下に配置する部分にある基板(図示せず)に置かれた加熱パッドは、制御回路1536の制御の下でエタロンを加熱し、サーミスタによって検出されたエタロンの温度を一定に保つ。サーミスタは、製造が容易であるために、(図12の構成と同様に)エタロンに直接配置されない。サーミスタがエタロンの十分近くに実装され、エタロン温度を信頼して検出できることを確実にするように注意が払われる。制御回路1536は、より低い基板1538の対向するサイドに実装される。この基板は、セラミックで形成され、筐体の内部サイド表面に貼り付けられている。図27は、わずかに異なる構成1501を示す。ここで、単一の基板のみが存在する。制御回路1536は、FR4で形成された基板1538の裏面に実装される。
【0065】
図20〜27は、様々な軸上の光学的構成を示す。この構成は、大きさが小さく、上述の位相変調問題が避けられることを確実にする。大きさが重大である場合か、軸外構成がより便宜的である場合のいずれかにおいて、図28または29の構成が好ましくは用いられる。図28および29の構成は、図20の構成と類似しており、関連する違いのみが説明される。図28において、エタロン1604およびエタロン検出器1606は、軸外に実装される。ミラー1609、または、他の適切な反射性(しかし、非透過性)デバイスは、レーザビーム1603の一部をエタロンに反射するように配置され、一方で、ビームの残りの部分がレーザ波長検出器1608を直接通過する。図29において、エタロン1654およびエタロン検出器1656は、軸上に実装される。ミラー1659は、レーザビーム1653の一部をレーザ基準検出器1658に反射するように配置され、一方、ビームの残りの部分をエタロン1654に直接通過可能にする。両実施形態において、ミラーは、ビームの約30%がレーザ波長検出器に搬送され、ビームの約70%がエタロンに搬送される。図20〜27の構成と同様に、非透過デバイスは、光をレーザ波長検出器かエタロン検出器のいずれかに反射させるために用いられ、従って、上記の位相変調問題が避けられる。この点に関して、レーザビームの一部を反射するように用いられるミラーは、フリンジピークの振幅の変動を生じさせず、従って、図24で示される変調問題の種類を生じない。
【0066】
これまで記載されてきたことは、WTLまたは他のレーザからのレーザビーム出力の波長が光ファイバを通る搬送のために特定のITUグリッド波長にロッキングされることを確実にする様々な波長マッピングおよび波長ロッキング技術である。しかし、上記されるように、周波数チャープは、光ファイバに沿って搬送される信号、特に長距離光ファイバ搬送システムを通る信号に影響を与え得、潜在的に光パルスの重大な歪みとなる。この歪は、信号搬送変調の最大周波数を制限する。
【0067】
図30は、光ファイバ搬送システム1700を示す。エタロンチャープフィルタ1702は、周波数チャープを減少するかまたは排除するために提供される。エタロンチャープフィルタは、選択されたITUチャネルグリッドの一つ以上の搬送周波数で光信号を搬送するように構成されたDWDMシステムの出力光ファイバ1704に沿って実装される。光信号は、DWDM1706の個々のWTLを用いて生成され、各WTLは、異なるITUチャネル周波数にチューニングされ、光マルチプレクサ1708を用いて信号光ファイバ内への搬送のために組み合わせられる。エタロンは、選択されたITUグリッドの最小波長スペーシングに厳密に等しいFSRを有するように加工される。従って、システムが40チャネルのC帯域ITUシステムのチャネルのうちの任意の一つで搬送するように構成される場合、100のFSRを有するエタロンが用いられる。システムが80チャネルのC帯域ITUシステムのチャネルのうちの任意の一つで搬送するように構成される場合、50のGHzのFSRを有するエタロンが用いられる。いずれの場合においても、エタロンは、好ましくは、約25〜50のフィネスを有する。図31に示されるように、エタロンは、エタロンフリンジ1709をITUチャネル周波数1711に合わせるようにチューニングされる。図32にで示されるように、適切に合わせられるとき、ITU周波数のうちの一つと異なる周波数で、DWDMからエタロンチャープフィルタ1704内に搬送された光搬送パルス1713の任意の部分は、エタロンによってフィルタリングされ、フィルタリングされたパルス1715を生じさせる。従って、ITUチャネル周波数のうちの一つで正確に搬送された光パルス部分のみが光ファイバに結合される。わずかに異なる周波数を有する光パルスの部分は、おそらく、光周波数チャープの結果であり、光ファイバを入力することからブロックされる。
【0068】
図33は、例示的なエタロンチャープフィルタの内部コンポーネントを示す。コリメータ1710は、エタロン1712を通過する出力ファイバ1704から受信された光信号を平行化する。エタロンの温度は、必要に応じて、ヒートエレメントによって調節され、エタロンのフリンジを選択されたITUチャネルグリッド周波数に合わせられるように維持する。サーミスタまたは他の温度センサ1716は、エタロンの温度を検出するために用いられる。ヒートエレメントは、制御回路1717によって制御される。制御回路は、サーミスタから信号を受信する。エタロンから現れるフィルタリングされた光信号は、ダウンストリームDWDMに搬送する目的で光ファイバ1704に結合するために、コリメータ1718によって再び平行化される。図26の波長ロッカの構成と同様に、エタロンおよびサーミスタは、好ましくは、FR4で形成された基板に実装される。制御回路は、セラミックで形成された第2の基板に実装される。コリメータおよび二つの基板は、外部筐体1722の内部サイドに実装される。
【0069】
例示的な実施形態は、実施形態の関連するコンポーネントを示すブロック図を参照して主に説明される。実際のシステムの完全な実施における全てのコンポーネントが必ずしも図示され、または、詳細に説明されているとも、全ての変化するコンポーネントのレイアウト図が説明されているとも限らないことは理解されるべきである。むしろ、本発明を通して理解するために必要なコンポーネントおよびアーキテクチャのみが詳細に図示され、かつ、説明されている。実際の実施は、より多くのコンポーネントを含み得るか、実施に依存しているのだが、より少ないコンポーネントを含み得るかのいずれかである。好ましい実施形態の修正は、当業者に明らかである。例えば、反射性表面を用いる実施形態において、他の反射性表面(例えば、MEMSミラー)が代わりに用いられ得る。結果的に、本発明の範囲は、上記の特定の実施例によって制限されるべきではなく、上掲の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、従来技術に従って構成されたDWDMを示す。
【図2】
図2は、本発明の第1の例示的な実施形態に従って提供された、DWDMにおけるレーザの搬送波長をレーザにおけるチューニングパラメータの関数として自動的に決定するために提供された波長マッパと共にDWDMを示す。
【図3】
図3は、図2の波長マッパを示す。
【図4】
図4は、図3の波長マッパによって実施された方法を示す。
【図5】
図5は、レーザ電圧チューニングパラメータの関数としてスケーリングされて、図4の方法によって検出された例示的なエタロン透過スペクトルを示す。
【図6】
図6は、同様にレーザ電圧チューニングパラメータの関数として目盛りを付けられ、図4の方法によって検出された例示的な気体吸収スペクトルを示す。
【図7】
図7は、入力基準気体吸収スペクトルを示す。
【図8】
図8は、本発明の第2の例示的な実施形態に従って提供された、帰還ループにおける温度制御エタロンを用いることによってレーザの波長を選択されたITU搬送波長に自動的にロッキングするために提供された波長ロッカと共に個々のDWDMレーザを示す。
【図9】
図9は、図8のデバイスのような波長ロッカを用いてDWDMにおけるWTLの搬送波長を固定された波長にロッキングする一般的な方法を示す。
【図10】
図10は、図9の方法を用いて調節されたレーザ搬送ビームと、エタロン搬送ラインのセットとを図解して示す。
【図11】
図11は、DWDMにおいて使用されるWTL回路カードの第1の例示的な実施形態を示し、このカードは、バタフライパッケージ内に取り付けられたレーザと、図9の方法を用いてレーザをITUチャネル波長にロッキングする際に用いられる温度制御エタロンを有する波長ロッカとを有する。
【図12】
図12は、図11の波長ロッカにおける温度制御エタロンの斜視図である。
【図13】
図13は、WTL回路カードの第2の例示的な実施形態を示し、波長ロッカに加えて、このカードは、また、レーザをマッピングして、波長ロッキング前にレーザの絶対搬送波長を決定する際に用いられるための気体吸収チャンバ付の波長マッパを有する。
【図14】
図14は、WTL回路カードの第3の例示的な実施形態を示し、波長ロッカのエタロンは、波長マッパの気体吸収チャンバ内に取り付けられる。
【図15】
図15は、WTL回路カードの第4の例示的な実施形態を示し、エタロンチャンバは、レーザの波長ロッキングの際に用いられるレーザと共にバタフライパッケージ内に取り付けられる。
【図16】
図16は、WTL回路カードの第5の例示的な実施形態を示し、組み合わせられたエタロン/気体吸収チャンバは、波長マッピングおよびレーザの波長ロッキングの際に用いられるレーザと共にバタフライパッケージ内に取り付けられる。
【図17】
図17は、エタロンをチューニングし、エタロンのFSRのスペーシングおよび位置合わせ調節し、所定のITUグリッドラインスペーシングに一致させる方法を示す。
【図18】
図18は、図17で列挙された方法に従って用いられたエタロン較正ユニットを示す。
【図19】
図19は、WTL回路カードの第6の例示的な実施形態を示し、予めチューニングされたエタロンモジュールは、レーザの波長ロッキングにおいて用いられるレーザと共にバタフライパッケージに取り付けられる。
【図20】
図20は、波長ロッカで用いられるための光コンポーネントのライン上の配置を示し、この波長ロッカは、本発明のさらなる別の実施形態に従って構成され、基準レーザ波長検出器は、レーザの光軸から若干オフセットしている。
【図21】
図21は、図20のオフセット基準レーザ波長検出器を示し、例えば、検出器は、円形である。
【図22】
図22は、図20の基準レーザ波長検出器を示し、例えば、検出器は、レーザビームの軸からオフセットせず、円形である。
【図23】
図23は、ライン上に配置されていない基準レーザ波長検出器およびエタロン検出器によって受信された信号を示すグラフであり、ビームスプリッタは、(図11に示すように)レーザと検出器との間に置かれている。
【図24】
図24は、図20でライン上に配置された基準レーザ波長検出器およびエタロン検出器によって受信された信号を示すグラフであり、ビームスプリッタは、レーザと検出器との間に置かれていない。
【図25】
図25は、図20の光コンポーネントにおけるライン上の配置を示し、レーザ波長検出器とエタロンとの両方は、角度を付けて取り付けられ、反射を減少させる。
【図26】
図26は、一対の並行基板を使用する、図20の光コンポーネント用の例示的なパッケージ配置を示す。
【図27】
図27は、単一の基板を使用する、図20の光コンポーネント用の別の例示的なパッケージ配置を示す。
【図28】
図28は、波長ロッカで用いられるための光コンポーネントの軸外配置を示し、エタロンは、レーザの光軸に垂直に取り付けられる。
【図29】
図29は、波長ロッカで用いられるための光コンポーネントの軸外配置を示し、レーザ基準検出器は、レーザの光軸に垂直に取り付けられる。
【図30】
図30は、本発明のさらに別の実施形態に従って構成された、DWDMおよびエタロンチャープフィルタを示す。
【図31】
図31は、エタロンフリンジおよびITUチャネルの位置合わせを示すグラフである。
【図32】
図32は、図30のエタロンチャープフィルタによってフィルタリングされているDWDMからの光信号出力を示すグラフである。
【図33】
図33は、図30のエタロンチャープフィルタにおける内部コンポーネントを示す。
Claims (39)
- レーザの搬送波長を選択された波長にロッキングする際に用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、
該レーザの該出力ビームの第1の部分を捕えて該レーザの搬送波長を検出するために、該レーザの該光経路における最初の直線部分に沿って配置される、レーザ波長検出器と、
該レーザの該出力ビームの第二の部分を同時に受け取るために、および、該第二の部分を一連の搬送ライン内に分割するために、該レーザ波長検出器からの該レーザダウンストリームの該光経路にある該最初の直線部分に沿って配置されたエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するためのエタロン波長検出器と
を含むシステム。 - 選択された波長に対して前記レーザの前記出力ビームにおける前記搬送波長を設定し、また、前記エタロンをチューニングして、前記エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを前記選択された波長に合わせる制御ユニットであって、該波長ロッキング制御ユニットは、その後、該選択されたエタロン搬送ラインからの該レーザの搬送波長における任意のドリフトを検出し、該レーザを調節して任意のドリフトを補償して、その結果、該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザの該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされる、制御ユニットをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器は、円形であり、該レーザ波長検出器の周辺部は、前記ビームの前記第1の部分を捕えるために、該レーザの光経路の前記第1の直線部分に沿って置かれる、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器は、その中に形成されたスルーホールを含み、該レーザ波長検出器の環状部は、前記ビームの前記第1の部分を捕える、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器は、前記ビームが前記エタロンに達する前に前記レーザの前記出力ビームの20%〜40%を捕えるように取り付けられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器は、前記ビームが前記エタロンに達する前に前記レーザの前記出力ビームの30%を捕えるように配置される、請求項5に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器は、前記レーザの前記光経路における前記最初の直線部分に対して角度を有して配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器は、前記レーザの前記光経路における前記最初の直線部分に対して30〜45度の角度で配置される、請求項7に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン波長検出器は、第1の基板に取り付けられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の基板は、FR4によって形成される、請求項9に記載のシステム。
- 前記制御ユニットは、第2の基板に取り付けられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第2の基板は、セラミックである、請求項11に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン波長検出器は、基板の第1のサイドに取り付けられ、前記制御ユニットは、該基板の第2のサイドに取り付けられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン検出器は、前記レーザにおける第1の出力面に放射する光経路に沿って配置され、出力光ファイバは、該レーザの第2の出力面に放射する光経路に沿って配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザの前記第2の出力面と前記光ファイバとの間に配置され、かつ、該光ファイバを通って該レーザによって搬送された光信号の周波数チャープを低減するように構成された第2のエタロンをさらに含む、請求項14に記載のシステム。
- 前記レーザは、固定された波長スペーシングを有するチャネル周波数の群から選択された周波数で搬送するように制御され、前記第2のエタロンは、周波数チャープが該選択された周波数の任意で低減されるように該固定された波長スペーシングに等しい自由スペクトル領域を有する、請求項15に記載のシステム。
- 前記第2のエタロンは、約50の自由スペクトル領域を有する、請求項15に記載のシステム。
- 前記第2のエタロンは、約25〜50の前記領域にフィネスを有する、請求項15に記載のシステム。
- 選択された波長に対してレーザの搬送波長をロッキングする際に用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力レーザビームを提供する手段と、
該レーザにおける該光経路の最初の直線部分に沿って配置され、該レーザの搬送波長を検出するために該レーザにおける出力ビームの第1の部分を捕える手段と、
該レーザビームにおける該第1の部分を捕える手段からのレーザダウンストリームにおける該光経路の該最初の直線部分に沿って配置され、該レーザの該出力ビームにおける第2の部分を受け取ると同時に、該第2の部分を一連の搬送ラインに分割する手段と、
該エタロン搬送ラインを検出する手段と
を含むシステム。 - レーザ波長検出器、エタロン、エタロン波長検出器および制御ユニットでもって選択された波長に対してレーザの搬送波長をロッキングする方法であって、
該レーザの搬送波長を選択された波長に設定するステップと、
該レーザ波長検出器を用いてレーザの搬送波長を検出するステップであって、該レーザ波長検出器は、該レーザにおける出力ビームの第1の部分を捕えるために該レーザにおける光経路の最初の直線部分に沿って取り付けられるステップと、
該エタロンおよび該波長検出器を用いてエタロン搬送ラインを同時に検出するステップであって、該エタロンおよびエタロン波長検出器は、該レーザにおける該出力ビームの第2の部分を捕えるために該レーザ波長検出器からのレーザダウンストリームにおける該光経路の最初の直線部分に沿って配置される、ステップと、
該エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを該選択された波長に合わせるために該エタロンをチューニングするステップと、
該選択されたエタロン搬送ラインから該レーザの該搬送波長における任意のドリフトを検出するステップと、
該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザの該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように、該レーザを調節して任意のドリフトを補償するステップと
を包含する方法。 - レーザの搬送波長を選択された波長にロッキングするために用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、
該レーザにおける該光経路の直線部分に沿って配置され、該レーザビームの第2の部分に軸上に沿って進むことを許可する一方で、該レーザビームの第1の部分を軸外に反射させる鏡と、
該第2の部分を一連の搬送ラインに分割するために、該レーザにおける該出力ビームの該第1の部分を捕えるように配置されたエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するエタロン波長検出器と、
該レーザにおける該出力ビームの該第2の部分を同時に捕えて、該レーザの搬送波長を検出するように配置されたレーザ波長検出器と
を含むシステム。 - 前記鏡は、前記エタロンに前記レーザにおける前記出力ビームの60%〜80%を反射するために取り付けられ、残りの20%〜40%が前記レーザ波長検出器へと通すことを許可する、請求項21に記載のシステム。
- レーザの搬送波長を選択された波長にロッキングするために用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、
該レーザにおける該光経路の直線部分に沿って配置され、該レーザビームの第2の部分に軸上に沿って進むことを許可する一方で、該レーザビームの第1の部分を軸外に反射する鏡と、
該レーザにおける該出力ビームの第1の部分を捕えて、該レーザの搬送波長を検出するように配置されたレーザ波長検出器と、
該第2の部分を一連の搬送ラインに分割するために、該レーザにおける該出力ビームの該第2の部分を同時に捕えるように配置されたエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するエタロン波長検出器と
を含むシステム。 - 前記鏡は、前記レーザにおける前記出力ビームの20%〜40%を前記レーザ波長検出器に反射するように取り付けられ、残りの60%〜80%が前記エタロンを通ることを許可する、請求項23に記載のシステム。
- 光ファイバを通るレーザによって搬送された光信号からのチャープをフィルタリングするシステムであって、
出力ビームを提供するレーザであって、該レーザは、波長スペーシングを固定しているチャネル周波数群から選択された周波数を搬送するように制御される、レーザと、
該出力ビームを搬送する光ファイバと、
該選択された周波数のうちの任意で該レーザによって搬送された信号における周波数チャープを低減するように、該レーザと該光ファイバとの間に取り付けられたエタロンチャープフィルタと
を含むシステム。 - 前記エタロンチャープフィルタは、周波数チャープがチャネル周波数群から選択された任意の周波数で低減されるように前記固定された波長スペーシングに等しい自由スペクトル領域を有するエタロンを含む、請求項25に記載のシステム。
- 前記エタロンは、約50の自由スペクトル領域を有する、請求項26に記載のシステム。
- 前記エタロンは、約20のフィネスを有する、請求項26に記載のシステム。
- 前記光ファイバおよび前記エタロンは、前記レーザの第1の出力面に放射する第1の光経路に沿って配置され、レーザ波長検出器、第2のエタロンおよびエタロン波長検出器は、該レーザの第2の出力面に放射する第2の光波長経路に沿って配置される、請求項26に記載のシステム。
- 前記レーザにおける前記第2の光経路に沿って配置されたレーザ波長検出器は、該レーザにおける搬送波長を検出し、前記第2のエタロンは、前記第2の部分を一連の搬送ラインに分割し、前記エタロン波長検出器は、該エタロン搬送ラインを検出し、
制御ユニットは、選択された波長に対して該レーザにおける該搬送波長を設定するために、および、該第2のエタロンをチューニングして、該エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを該選択された波長に合わせるために提供され、その後、前記波長ロッキング制御ユニットは、該レーザにおける該搬送波長の任意のドリフトを該選択されたエタロン搬送ラインから検出し、該レーザを調節して、該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザにおける該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように任意のドリフトを補償する、請求項29に記載のシステム。 - 光ファイバを通してレーザによって搬送された光信号からチャープをフィルタリングするシステムであって、
波長スペーシングを固定したチャネル周波数群から選択された周波数でレーザビームを提供する手段と、
エタロンチャープフィルタリング手段であって、該レーザビームを提供する手段によって該選択された周波数のうちの任意で搬送された信号における周波数チャープを低減するために、自由スペクトル領域は、該固定された波長スペーシングに等しく、該チャネル周波数群に合わせられた搬送ラインを提供するようにチューニングされた、エタロンチャープフィルタリング手段と
を含む、フィルタリングするシステム。 - 光ファイバを通ってレーザによって搬送された光信号からのチャープをフィルタリングする方法であって、
波長スペーシングを固定したチャネル周波数群から周波数を選択するステップと、
該選択された周波数でレーザビームを搬送するステップと、
該選択された周波数のうちの全てで搬送された信号における周波数チャープを低減するために、エタロンを通って該レーザビームをルーティングするステップであって、自由スペクトル領域は、該固定された波長スペーシングに等しく、該チャネル周波数群に合わせられた搬送ラインを提供するようにチューニングされた、ステップと
を包含する方法。 - 通信レーザと共に用いるためのエタロンを較正する方法であって、
出力ビームにおける波長を変化させて、エタロン透過スペクトルを作る間に、該エタロンを通る較正レーザの該出力ビームを搬送するステップと、
該出力ビームにおける波長を変化させて、気体吸収スペクトルを作る間に、気体吸収セルを通る該較正レーザにおける該出力ビームを搬送するステップと、
該エタロン透過スペクトル内の搬送ピーク、および、該気体吸収スペクトル内の吸収ラインを検出するステップと、
該気体吸収スペクトル内にある既知の吸収ライン間のスペーシングを比較することによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングを判定するステップと、
第1のチューニングパラメータを該エタロンに印加させることによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングが所定のスペーシングに近似するまで、該エタロンをチューニングするステップと、
第2のチューニングパラメータを該エタロンに印加させることによって、該エタロン透過スペクトルにおける複数の搬送ピークを選択された搬送波長に合わせるために、該エタロンをチューニングするステップと、
該通信レーザで用いられるために該エタロンが取り付けられる間に、該エタロンの搬送ピークを該選択された搬送波長のうちの一つに合わせるために該エタロンの該次の較正で用いられる該第1および第2のチューニングパラメータを記録するステップと
を包含する方法。 - 前記第1のチューニングパラメータと第2のチューニングパラメータとの両方は、温度チューニングパラメータである、請求項33に記載の方法。
- 通信レーザと共に用いるエタロンを較正するシステムであって、
出力ビームにおける波長を変化させて、エタロン透過スペクトルを作る間に、該エタロンを通る較正レーザの該出力ビームを搬送する手段と、
該出力ビームにおける波長を変化させて、気体吸収スペクトルを作る間に、気体吸収セルを通る該較正レーザにおける該出力ビームを搬送する手段と、
該エタロン透過スペクトル内の搬送ピーク、および、該気体吸収スペクトル内の吸収ラインを検出する手段と、
該気体吸収スペクトル内にある既知の吸収ライン間のスペーシングを比較することによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングを判定する手段と、
第1のチューニングパラメータを該エタロンに印加することによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングが所定のスペーシングに近似するまで、該エタロンをチューニングする手段と、
第2のチューニングパラメータを該エタロンに印加することによって、該エタロン透過スペクトルにおける複数の搬送ピークを選択された搬送波長に合わせるために該エタロンをチューニングする手段と、
該通信レーザで用いられるために該エタロンが取り付けられる間に、該エタロンの搬送ピークを該選択された搬送波長のうちの一つに合わせるために該エタロンの該次の較正で用いられる該第1および第2のチューニングパラメータを記録する手段と
を含むシステム。 - レーザにおける搬送波長を選択された波長にロッキングするシステムであって、
該レーザにおける該出力ビームの搬送波長を検出するレーザ波長検出器と、
該レーザにおける該出力ビームの一部を一連の搬送ラインに分割するエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するエタロン波長検出器と、
選択された波長に対して該レーザの該出力ビームにおける該搬送波長を設定し、また、該エタロンをチューニングして、該エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを該選択された波長に合わせる制御ユニットであって、該波長ロッキング制御ユニットは、その後、該選択されたエタロン搬送ラインからの該レーザの搬送波長における任意のドリフトを検出し、該レーザを調節して任意のドリフトを補償して、その結果、該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザの該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされる、制御ユニットと
を含むシステム。 - チューナブルエタロンを用いてレーザを制御する方法であって、
選択された搬送波長で搬送するために該レーザをチューニングするステップと、
該エタロンの搬送ラインを該選択された搬送波長に合わせるために該エタロンをチューニングするステップと、
該レーザにおける該搬送波長の任意のドリフトを該エタロン搬送ラインから検出するステップと、
選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザにおける該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように、任意のドリフトを補償するために該レーザを調節するステップと
を包含する方法。 - レーザを制御するシステムであって、
選択された搬送波長で搬送するために該レーザをチューニングする手段と、
該レーザにおける出力ビームの一部を一連の実質的に一様にスペーシングされた搬送ラインに分割する干渉手段と、
一連の搬送ラインのうちの選択された搬送ラインを該選択された搬送波長に合わせるように分割する手段を調節する手段と、
該レーザにおける該搬送波長の任意のドリフトを該エタロン搬送ラインから検出する手段と、
選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザにおける該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように、任意のドリフトを補償するために該レーザを調節する手段と
を含むシステム。 - 自動チューナブルエタロン、および、既知の気体を有する気体セルを用いてレーザを較正する方法であって、
エタロン搬送ライン、および、該気体セルにおける該既知の気体用の気体吸収ラインを用いて該レーザにおける絶対搬送波長を較正するステップと、
該レーザにおける選択された搬送波長を所定の搬送波長に合わせるために該レーザをチューニングするステップと、
該エタロンの搬送ラインを該選択された搬送波長に合わせるために該エタロンをチューニングするステップと、
該エタロン搬送ラインと該選択された搬送波長との間の任意のドリフトを検出するステップと、
該エタロン搬送ラインと該選択された搬送波長との間の任意のドリフトを補償し、これにより、該レーザにおける出力ビームを該選択された搬送波長にロッキングするために該レーザを再びチューニングするステップと
を包含する方法。
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