JP2005538558A - レーザ調節速度の制御 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ源（２）を制御する装置および方法に関し、この方法は、レーザ源（２）から出力される光信号（３、４、５）を分析することと、この分析に基づいて、レーザ源（２）の調整速度の実際値に対応する、「実際の指標」を評価することと、この「実際の指標」を、調整速度の目標値に対応する「目標の指標」と比較し、調整速度の実際値の、目標調整速度に対する偏差を検出することと、もし偏差が存在する場合、光源（２）からの信号（３、４、５）に影響を及ぼす少なくとも一つのパラメータを操作することにより、この偏差を補償することとを有する。

Description

本発明は、レーザ源の操作に関する。

本発明は、特にレーザ源から出る光信号の操作、さらに詳細には、周波数掃引される調節可能なレーザ源（ＴＬＳ）から出る光信号の操作に関する。

本発明の目的は、レーザ源の操作を改善することである。この目的は、独立請求項により解決される。

ＴＬＳの周波数を調節、すなわち掃引する場合、ＴＬＳの調節速度が線形ではないという事態が生じることが多い。

本発明の１つの利点は、ＴＬＳの周波数を掃引する時に、速度の非線形性を補償する可能性である。

本発明のもう１つの利点は、ＴＬＳのある周波数の信号上におけるジッター、つまり、ほぼ目標周波数のＴＬＳの、小さいけれども高速な発振を補償することが可能である点である。望ましくはないが、ジッターは、調節速度として考えることもできるという点で、ジッターを補償することも可能である。これは、たとえば、ＴＬＳにより生成された信号を干渉分析することにより行なうことができる。何らかのうなり周波数、つまり、光が分割し、２つの異なる経路長上を伝播した後に再度結合する干渉計により生成された周波数を干渉計の重畳信号で検出できる場合、信号上に、ジッターが存在する、つまり小さく高速だが望ましくない調節速度が存在し、この調節速度は、信号上にもはやジッターが存在しなくなるまで、つまり調節速度がゼロになるまで補償可能である。

本発明の一実施態様では、補償は、掃引速度の指標の実際値を測定することにより、好ましくは、周波数または波長規準単位（ＷＲＵ）を使用することにより、測定値を目標値と比較することにより、好ましくは、偏差検出器を使用することにより、および偏差が検出された場合、偏差を補償することにより、好ましくは、レーザ源の信号に影響を与える位相制御装置を使用することにより実現される。指標は、調節速度自体でも良い。ＷＲＵは、どのような種類の適切な検波計によっても、好ましくは、以下の特許出願、欧州特許出願公開第１０９９９４３号、欧州特許出願公開第１２２１５９９号または欧州特許出願公開第０８７５７４３号の何れかに開示されているものによって具現することができ、これらの特許出願が示唆するところは、引用することにより本願に援用するものとする。

さらに、目標調節速度の指標として、目標調節速度に対応する周波数を強制的に生成することができる電気信号発生器により、目標値を生成すると有利である。有利なことに、次に、この周波数は、干渉計ＷＲＵにより測定した周波数と比較することができ、存在しうる偏差の検出を使用して、ＴＬＳにより生成された光信号に影響を与えることができる。

ＴＬＳには、ＴＬＳのレーザの経路内に導入された位相制御装置を使用して影響を与えることができる。好ましくは、位相制御装置は、高速だが小さい偏差に反応する高速位相制御装置と、低速だが大きい偏差に反応する低速位相制御装置とから成る。高速位相制御装置は、電子−光変調器（ＥＯＭ）を備えることができる。低速位相制御装置はアクチュエータを備えることができ、アクチュエータは圧電要素を備えることができる。

本発明の実施態様の可能な応用分野は、ＴＬＳを使用する被験デバイスの光特性を測定するための測定構成である。

その他の好ましい実施態様は、添付の請求の範囲に記載する。

本発明は、１つまたは複数の適切なソフトウェアプログラムであって、何らかの種類のデータ記憶媒体上に記憶することができるか、さもなければこうしたデータ記憶媒体により提供され、何らかの適切なデータ処理ユニット内で、またはこうしたデータ処理ユニットにより実行されるソフトウェアプログラムにより部分的に具現するか、またはサポートすることができることは明白である。

本発明のその他の目的および付随する多くの利点は、以下の詳細な説明を参照して、添付の図面に関連して考察すると容易に評価され、より良く理解されるであろう。図中の構成要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれているのではなく、むしろ、本発明の原理を明確に示す点を強調した。実質的または機能的に等しいかまたは類似する特徴は、同じ参照符号で記載する。

次に、図面を詳細に参照すると、図１は、目標値と比較した光信号の偏差を補正するための装置、たとえば、ＴＬＳ ２の掃引速度で非線形性を補償するための装置であって、本発明の一実施態様による装置の略図を示す。

本明細書に示すＴＬＳ ２の特定の実施態様では、ＴＬＳ ２は、出力としてのレーザビーム３、４、５の少なくとも１個を出力し、レーザキャビティ６を備える。レーザキャビティ６は、レージングチップ８と、キャビティ６内におけるレーザビーム１２aの経路１２を提供するキャビティ端部要素１０とを備える。経路１２には、ＴＬＳ ２を調節させるための可動調節要素１４が挿入される。この実施態様では、ＴＬＳ ２は、たとえば毎秒１００ＧＨｚの調節速度で調節される。チップ８に隣接する、経路１２内のレンズ１６は、レーザビーム１２ａをチップ８上に収束するために設けられる。レンズ１６に対向してチップ８に隣接するレンズ１８は、ＴＬＳ ２の、結果として得られるレーザビーム３を収束するために設けられる。レンズ１６に隣接する経路１２内のビームスプリッタ２０は、ＴＬＳ ２の、結果として得られるレーザビーム４を出力するために設けられる。

ＴＬＳ ２の特定の実施態様として、以下に示すとおり、その他どのようなのタイプのＴＬＳも適宜応用することができる。

ビームスプリッタ２０に隣接する、経路１２内の高速位相制御装置（ＦＰＣ）としてのＥＯＭ２２は、ＴＬＳ ２の、結果として得られるビーム３、４、５の高速位相制御装置として設けられる。キャビティ端部要素１０と接触する低速位相制御装置（ＳＰＣ）としての圧電素子２４は、ＴＬＳ ２の、結果として得られるビーム３、４、５の低速位相制御を行なう。ＦＰＣ ２２およびＳＰＣ ２４をどのように制御するかについて、以下で説明する。

ビーム３の一部は、コネクタ２６に提供される。別法によると、ビーム３〜５、またはその他のビーム４および５の部分、またはビーム３〜５のその他の何らかの組合せをコネクタ２６に提供することができる。コネクタ２６は、ビーム３をファイバ２８に提供する。ファイバ２８は、２個の２ポートカップラ３２および３４、遅延ループ３６、第２ファイバ３８、並びにファイバ２８および３８が放射する光のパワーを検出するための検出器４０および４２とを備える干渉計３０の一部である。さらに、本発明の目的に、すべての種類の干渉計を使用することができ、たとえばマイケルソン干渉計、マッハツェンダー干渉計、ファブリペロー干渉計またはフィゾー干渉計が挙げられる。

減算器４４は、検出器４０および４２に接続されて、検出器４０および４２が検出した信号を互いに減算し、結果として得られる信号４６を提供する。結果として得られる信号４６は、検出器４０および４２で検出した周波数の、ＴＬＳ ２の調節速度に対する従属関係を記憶するためのメモリ５０を備える周波数偏差検出ユニット（ＦＤＤＵ）４８に送信される。ＦＤＤＵ ４８は、ＦＰＣ ２２を経てハイパスフィルタ（ＨＰ） ５２により、およびＳＰＣ ２４を経てローパスフィルタ（ＬＰ）により制御する。

図示の実施態様による創意に富む方法は、以下のように作用する：
ＴＬＳ ２を調節する際、光周波数が増加するレーザビーム３が生成される。レーザビーム３の一部、たとえばビーム３の５％はコネクタ２６に結合される。カップラ３２は、ファイバ２８の信号を２つの部分５６および５８に分割する。これらの部分５６および５８は、カップラ３４において干渉してある周波数の信号を生成し、この信号がＴＬＳ ２の調節レートの指標または測定値となる。検出器４０は、この周波数を有する信号を検出する。検出器４２は、同じ周波数を有する信号を検出する。これらの２つの信号は、減算器４４により減算されて、やはり同じ周波数ではあるけれども振幅が変位した周波数を有する信号４６をＦＤＤＵ ４８に送信する。ＦＤＤＵは、ＴＬＳ ２の上記の調節速度に関してメモリ５０内に記憶されている周波数と、信号４６の周波数とを比較する。ＦＤＤＵ４８は、上記の目標調節速度からの前記調節速度の偏差を検出すると、適切な制御信号をＦＰＣ２２およびＳＰＣ２４に送信し、偏差がなくなるまで、つまり、測定された調節速度が目標調節速度と等しくなるまで、偏差を補償する。

上記の方法により、ＴＬＳ ２のビーム３〜５上のジッターを補償することも可能である。

図２は、ＦＤＤＵ４８の好ましい実施態様４８−２の略図を示す。ＦＤＤＵ４８−２は電気信号発生器６０を備え、この発生器は、制御ユニット６２により、目標調節速度に対応する目標周波数６６を強制的に生成する。目標周波数６６は、移相器６４により移相され、目標周波数６６と測定周波数４６との間で一定の位相の関連つけを行い、次に、混合器６８を使用して目標周波数６６および測定周波数を混合することにより、目標周波数６６は干渉計ＷＲＵ ３０で測定された測定周波数４６と比較される。次に、偏差に関する可能な検出を使用して、上記の方法によりＴＬＳ ２に作用する。

本発明の実施の形態の概略を示す図である。 本発明の実施の形態の概略を示す図である。

Claims (19)

1. レーザ源（２）を操作するための方法であって、
   前記レーザ源（２）が生成した光信号（３、４、５）を分析するステップと、
   前記分析に基づいて、前記レーザ源（２）の調節速度の実際値に対応する、実指標を評価するステップと、
   前記実指標（４６）を、前記調節速度の目標値に対応する目標指標（６６）と比較して、前記調節速度の目標値からの前記調節速度の実際値の偏差を検出するステップと、
   偏差が存在する場合、前記レーザ源（２）の信号（３、４、５）に影響を与える少なくとも1つのパラメータを操作することにより、前記偏差を補償するステップと
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記信号（３、４、５）の第1部分（５６）を前記信号（３、４、５）の第２部分（５８）と干渉させて、前記第１部分（５６）が前記第２部分（５８）に対して遅延した状態で重畳した信号を生成し、
   前記重畳した信号のパワーを検出することにより、
   前記光信号（３、４、５）を分析するステップをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記検出されたパワーの発振周波数（４６）を前記実指標として測定することにより、
   前記実指標を評価するステップをさらに有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 検出されたパワーの信号の発振周波数と調節速度との、記憶されている従属関係を使用して前記目標指標を供給するステップをさらに有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記目標指標（６６）として、前記目標調節速度に対応する周波数（６６）を生成することにより、前記目標指標（６６）を供給するステップをさらに有することを特徴とする、請求項３、または前記請求項の何れか１項に記載の方法。
6. 前記実指標（４６）を目標指標（６６）と混合することにより、前記実指標を前記目標指標（６６）と比較するステップをさらに有することを特徴とする、請求項３、または前記請求項の何れか１項に記載の方法。
7. 偏差が存在する場合、レーザ源（２）のキャビティ（６）の長さをパラメータとして操作することにより、前記偏差を補償するステップをさらに有することを特徴とする、請求項１、または前記請求項の何れか１項に記載の方法。
8. 高速偏差が存在する場合、キャビティ（６）の光路長を電子・光学的に変更することにより、前記高速偏差を補償するステップをさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 低速偏差が存在する場合、キャビティ（６）の光路長を機械的に変更することにより、前記低速偏差を補償するステップをさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
10. 好ましくはデータ記憶媒体上に記憶されたソフトウェアプログラムまたは製品であって、コンピュータなどのデータ処理システム上で動作する時に、請求項１、または前記請求項の何れか１項に記載の方法を実行させるためのソフトウェアプログラムまたは製品。
11. レーザ源（２）を操作するための装置であって、
    前記レーザ源（２）が生成した光信号（３、４、５）を分析し、前記分析に基づいて、前記レーザ源（２）の調節速度の実際値に対応する実指標（４６）を評価し、調節速度の目標値に対応する目標指標（６６）と前記実指標とを比較して、前記調節速度の目標値からの調節速度の実際値の偏差を検出する、分析器（３０、４８、４８−２）と、
    前記分析器（３０、４８、４８−２）に接続された補償器（２２、２４）であって、偏差が存在する場合、前記レーザ源（２）の信号（３、４、５）に影響を与える少なくとも１つのパラメータを操作することにより前記偏差を補償するための補償器（２２、２４）とを備えることを特徴とする装置。
12. 前記分析器（３０、４８、４８−２）が、
    前記信号（３、４、５）の第1部分（５６）を前記信号（３、４、５）の第２部分（５８）と干渉させて、前記第１部分（５６）が前記第２部分（５８）に対して遅延した状態で重畳した信号を生成するための干渉計（３０）と、
    前記重畳した信号のパワーを検出するための検出器（４０、４２）とをさらに備えることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記分析器（３０、４８、４８−２）が、
    前記検出器（４０、４２）に接続されて、前記検出されたパワーの発振周波数（４６）を実指標として測定するための周波数偏差検出ユニット（４８、４８−２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 前記分析器（３０、４８、４８−２）が、
    検出されたパワーの信号の発振周波数と調節速度との従属関係を記憶かつ供給するメモリであって、前記目標指標を前記分析器（３０、４８、４８−２）に供給するメモリ（５０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 前記分析器（３０、４８、４８−２）が、
    前記目標指標（６６）として、前記目標調節速度に対応する周波数を生成することにより、前記目標指標（６６）を前記分析器（３０、４８、４８−２）に供給するための電気信号発生器（６０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１３、または前記請求項の何れか１項に記載の装置。
16. 前記分析器（３０、４８、４８−２）が、
    前記実指標（４６）を前記目標指標（６６）と混合することにより、前記実指標（４６）を前記目標指標（６６）と比較するための混合機（６８）をさらに備えることを特徴とする、請求項１３、または前記請求項の何れか１項に記載の装置。
17. 前記補償器（２２、２４）が、
    前記レーザ源（２）のキャビティ（６）の長さをパラメータとして操作するための操作装置（２２、２４）であって、前記分析器（３０、４８、４８−２）により制御される操作装置（２２、２４）をさらに備えることを特徴とする、請求項１１、または前記請求項の何れか１項に記載の装置。
18. 前記操作装置（２２、２４）が、
    前記キャビティ（６）内のビーム経路内にある電子−光変調器（２２）であって、高速偏差が存在する場合、前記キャビティ（６）の光路長を電子・光学的に変更することにより、前記高速偏差を補償する電子−光変調器（２２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
19. 前記キャビティ（６）のキャビティ端部要素（１０）に作用する圧電素子（２４）であって、低速偏差が存在する場合、前記キャビティ（６）の光路長を機械的に変更することにより、前記低速偏差を補償する圧電要素（２４）をさらに備えることを特徴とする、請求項１７、または前記請求項の何れか１項に記載の装置。

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