JP2014522105A - 波長連続及び規定された時間に対する波長掃引をレーザーから動的及び適応的に生成するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の局面による例示的システム10は、図4に示される。システム10は、レーザー制御ユニット16(ここではレーザーコントローラとも呼ばれる)に結合されているプロセッサ14を含む。レーザー制御ユニット16は、制御信号、例えば電気信号又はコマンド信号をレーザー光源12(ここではレーザーデバイスとも呼ばれる)に出力する。レーザー12は、レーザー制御に応答して光を発生する。レーザー光源12によって出射された光のうちの一部が出力されて使用される。レーザー光源12によって出射された光のうちの他の部分は、1つ以上の掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)18に出力される。掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)18は、レーザー光源12からの光の出力に関連する光学特性を求めるよう構成された1つ以上のデバイスであり得る。掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)18への結合は、常に維持されていてもよく(例えば掃引毎に常に維持される)、及び/又は時々維持されてもよい(例えば周期的に)。掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)18は、レーザーの波長又は他の特性に応答して信号又はデータを発生する。掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)18のうちの1つ以上のものは、プロセッサ14に結合され得て、このプロセッサ14は、データ又は信号を分析することによって、レーザー制御を調整して、レーザーデバイスの時間に対する波長の掃引(後続の掃引群について)における波長の不連続性を低減又は除去する目的で、レーザー光源12のパフォーマンスを調整し得る。この調整は、時間に対するレーザー波長掃引の時間依存性をも変更し得る。好ましい実施形態において、レーザー波長掃引は、時間に対する光周波数において直線的であり得る。
本発明のレーザーシステム20の代替の実施形態が図5に示される。プロセッサ14は、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又はASICのようなリアルタイムデジタルプロセシングデバイス(DSP)22に結合される。DSP22は、デジタルアナログコンバータ(DAC)24に結合され、これがDSP22(例えばFPGA)からのデジタル情報をアナログ電気信号に変換する。DAC24の電気信号は、レーザー光源12に出力されるレーザー制御信号である。レーザー光源12は、SMTLSであり得る。レーザー光源12からの光の一部は、レーザーシステムから出力される。レーザーデバイスからの光の他の部分は、波長モニタデバイス26に出力され得る(代替として、光の波長モニタへの出力は、一部の時間においてだけアクティブであり得る)。掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)26は、上述の掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)18と同一であり得る。掃引パフォーマンスモニタデバイス(群)26からの信号は、検出電子機器28に出力され得て、この検出電子機器28は、信号を検出し、増幅し、又は光信号から電気信号に変換し得る。検出電子機器28は、データをデジタル信号プロセッサ(DSP)22に出力し、このDSPは、高速でデータを取得することが可能である。レーザーデバイスの時間に対する波長の掃引における波長不連続性を低減又は除去するために、このプロセッサは、DSP22からの検出された信号データにアクセスすることによってデータを分析し、又はレーザー制御を調整するための信号にアクセスすることによってレーザーデバイス10のパフォーマンスを調整し得る。この調整は、時間に対するレーザー波長掃引の時間依存性も変更し得る。例示的実施形態においては、レーザー波長掃引は、時間に対する光周波数において直線的であり得る。
本発明の他の局面は、レーザーシステム10,20を用いて、時間に対するレーザーの制御パラメータの掃引を較正する方法30であり、これによって掃引中のモードホップを防止するようパラメータを調整でき、かつ、規定された時間に対する波長プロファイルを作るためにモードホップ間でパラメータを調整することができる。この方法の概観は図6に示される。
本発明の他の局面は、図7に示されるように、スティッチされた(stitched)波長不連続性を持つ時間に対するレーザー掃引、及び時間に対する規定された波長を維持するために、レーザーシステム10,20を用いる方法50である。ブロック52において、レーザー制御パラメータの最終波長掃引が実行される。ブロック54において、レーザー制御パラメータを調整することによって、モードホップに起因する波長不連続性を低減又は除去する。ブロック56において、レーザー制御パラメータを調整することによって、時間に対する規定された波長のプロファイルを作る。ブロック58において、レーザー制御パラメータは、レーザー波長の掃引を作るために集められる。方法50は、あるステップ群を個別に、又はまとめて繰り返す、つまり反復することで有利になり得る。図7で信号パスの矢印によって示されたように、ブロック54,56及び58は、アルゴリズムのパフォーマンスを改善するために反復され得る。
較正されたレーザー制御パラメータを用いて、時間に対する波長の掃引を十分に較正する方法60が図8に示される。
本発明の他の局面においては、上述のように第1レーザーチューニングパスが作られた後に、レーザー12が動作され、周期的に又は不定期に(occasionally)チューニングパスがモニタされ、修正され得る。周期的又は不定期のチューニングパス修正アルゴリズム80の実施形態は、図13に示される。
本発明の好ましい実施形態において、レーザーはSGDBRレーザーのようなSMTLSであり得る。波長不連続性が低減又は除去されるよう、時間に対するSMTLSの第1波長掃引を作る方法100は、図14に示される。
本発明の他の局面においては、先行するステップは、レーザーがエンドユーザによって必要とされない時にはいつでも、バックグラウンドで反復され得て、これらバックグラウンドでの実行は、新しいユーザが要求した掃引を実行するリクエストに迅速に応答することを可能にするよう、終了され得る。図18の方法120に示されるように、SMTLSは、周期的に又は不定期にチューニングパスがモニタされ、修正され得る。
Claims (31)
- レーザー源(12)、
前記レーザー源に動作可能に結合されたレーザー制御ユニット(16)、及び
規定された掃引パフォーマンス特性のセットへの適合を達成するよう前記レーザー制御ユニットが前記レーザー源を制御するように構成するプロセッサ(14)
を備える掃引レーザーシステム(10,20)。 - 請求項1に記載の掃引レーザーシステムであって、
前記プロセッサに結合された掃引パフォーマンスモニタリングデバイス(18,26)をさらに備え、
前記掃引パフォーマンスモニタリングデバイスは、掃引中に前記レーザー源の出力に関連する少なくとも1つの物理的特性をモニタリングするよう構成される、
掃引レーザーシステム。 - 前記少なくとも1つの物理的特性は、波長、光電力、サイドモード抑圧比、及び位相からなるグループから選択された少なくとも1つの物理的特性である
請求項2に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記パフォーマンスモニタリングデバイスは、波長モニタリングデバイス、光電力モニタリングデバイス、位相モニタリングデバイス、電圧モニタリングデバイス、及び電流モニタリングデバイスからなるグループから選択された少なくとも1つのデバイスである
請求項2に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記パフォーマンスモニタリングデバイスは、波長に対する光電力又はサイドモード抑圧比を測定する光電力モニタを含む
請求項2に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記レーザー源は、波長の範囲にわたって離散的に放射を出力するよう動作可能である半導体レーザーである
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記プロセッサは、前記範囲にわたって放射出力における波長不連続性を最小にするよう構成される
請求項6に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記プロセッサは、前記レーザー源がある単一縦モードから他の単一縦モードに同調する時に、前記レーザー源の波長変化の大きさを低減するよう構成される
請求項6に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、波長及び時間の間の直線的な関係を含む
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、光周波数及び時間の間の直線的な関係を含む
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、媒体における影響を補償するための波長及び時間の間の非直線的な関係を含む
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、波長に対して一定である、時間に対する電力の掃引を含む
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、波長に対してガウス分布をとる、時間に対する電力の掃引を含む
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、高速フーリエ変換窓関数をエミュレートする
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記規定された掃引パフォーマンス特性は、周波数及び/又は波長についての光学システム損失を補償する
請求項1に記載の掃引レーザーシステム。 - 波長の範囲にわたって放射を出力する半導体レーザー源(12)を制御する方法であって、
前記波長の範囲にわたって前記放射を離散的に変化させる入力信号を受け取るよう構成された半導体レーザー源から、波長の範囲にわたって放射を出力すること、
前記波長の範囲にわたった前記放射に関連する少なくとも1つの物理的特性に関連するデータを検出すること、
規定された掃引パフォーマンス特性のセットへの適合を達成するよう前記データを処理し、前記半導体レーザー源への入力信号を変化させること
を含む方法。 - 前記データは、前記範囲において前記レーザーの掃引中の波長不連続性の数を最小化するよう処理される
請求項16に記載の方法。 - 一定(constant)単一縦モードにおいて前記レーザーをチューニングすること
をさらに含む請求項17に記載の方法。 - 前記データは、
前記レーザー源がある単一縦モードから他の単一縦モードに同調する時に、前記半導体レーザー源の波長変化の大きさを低減するよう処理される
請求項16に記載の方法。 - 前記波長の範囲にわたった前記放射に関連する少なくとも1つの物理的特性に関連するデータを検出し、
規定された掃引パフォーマンス特性のセットへの適合を達成するよう、前記データを処理し、前記半導体レーザー源への入力信号を変化させる
請求項16に記載の方法。 - 掃引レーザーシステム(10,20)であって、
波長チューニングメカニズム、
レーザー共振器の1つのモードより大きく離れたある波長から他の波長へとレーザー源(12)が移って動作するよう構成された、レーザーパス長チューニングメカニズム、
1つ以上の波長モニタリングデバイス(18)、及び
前記1つ以上の波長モニタリングデバイス及び前記チューニングメカニズムに結合されたプロセッサ(14)であって、前記プロセッサは、前記波長モニタリングデバイスからのデータを分析し、波長不連続性における波長チューニング及び共振器長を調整することによって前記不連続性を低減する
掃引レーザーシステム。 - 前記レーザー源は、前記レーザー源の波長範囲の全体にわたって共振器の単一縦モードで動作するよう構成される
請求項21に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記レーザー源は、サンプルグレーティング分布ブラッグ反射器(SGDBR)レーザーを備える
請求項22に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記レーザー源は、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)を備える
請求項22に記載の掃引レーザーシステム。 - 利得媒体、及び前記レーザー源に動作可能に結合された前記利得媒体の外部にある調整可能な共振器をさらに含む
請求項22に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記波長モニタリングデバイスは、干渉計、及び前記干渉計を通って伝搬された、又は前記干渉計によって反射された光の光強度検出器を含む
請求項21に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記波長モニタリングデバイスは、自由スペクトル領域が異なる2つの干渉計を含む
請求項21に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記波長モニタリングデバイスは、温度安定化エタロンを含む
請求項21に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記波長モニタリングデバイスは、温度安定化されたファイバーブラッググレーティングを含む
請求項21に記載の掃引レーザーシステム。 - 前記波長モニタリングデバイスは、ガスセルを含む
請求項21に記載の掃引レーザーシステム。 - チューナブルレーザーの開始波長から停止波長への掃引における波長不連続性を低減する方法であって、
1つ以上のパラメータを持つレーザー(12)をチューニングすることによって、初期波長から最終波長まで前記レーザーを掃引すること、
少なくとも1つの波長測定デバイス(26)によって前記レーザーからの光を測定すること、
前記少なくとも1つの波長測定デバイスからのデータをプロセッサ(14)に結合すること、及び
レーザー制御パラメータを調整し、前記掃引における前記波長不連続性を低減することによって、規定された掃引パフォーマンス特性のセットへの適合を達成するよう前記データを処理すること
を含む方法。
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