JP2018530932A - 光ヘテロダイン測定システムの掃引制御 - Google Patents

Abstract

光ヘテロダイン測定システム（１）を制御するシステムおよび方法が開示される。測定システム（１）は、局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザ（９）と、入力光信号を受信するための光入力部（５）と、出力光測定信号を発生させるために、局所発振器信号を入力光信号と混合するための混合モジュール（１３）とを有する。一実施形態は、ａ）スペクトル線幅およびピーク中心周波数を有するレーザ出力を発生するために、波長可変レーザ（９）を駆動するべく入力電気駆動信号を受信するステップと、ｂ）スペクトル線幅を選択的に広げるために、入力電気駆動信号を電気的な線幅制御信号と重ね合わせるステップと、ｃ）測定期間の間、予め設定された周波数スペクトルにわたって、段階的方式で、予め定義された調律増分でレーザの中心周波数を選択的に調律するステップと含む方法を提供する。

Description

本発明は、光ヘテロダイン測定システムに関し、詳細には、高分解能光ヘテロダイン測定システムのための制御システムに関する。本願明細書においては、いくつかの実施形態が、特にその用途に関連して説明されるが、本発明は、そのような使用分野に限定されず、より広範な状況において適用可能であることが理解されよう。

本願明細書のいずれの箇所における背景技術についてのいかなる説明も、そのような技術が、当技術分野において広く知られており、または当技術分野における共通の一般知識の一部を形成していることを認めるものであると決してみなされるべきではない。

光ヘテロダイン測定システムにおいては、参照レーザ・ビームは、局所発振器信号として使用されて、入力光信号と非線形に混合し、混合出力信号を生成する。前記出力信号は、局所発振器信号の周波数に近い複数の周波数における入力光信号の振幅および位相についての情報を含む。このように、（波長可変レーザを使用して）局所発振器信号の周波数を調律（ｔｕｒｎｉｎｇ）することにより、複数の周波数の範囲にわたって、入力光信号の振幅および位相情報を測定することができる。

光ヘテロダイン測定システムは、局所発振器周波数に近い周波数における信号情報を抽出するので、これらのシステムは、ときには、コヒーレント検波システムと呼ばれる。
例示的な光ヘテロダイン測定システムは、高分解能で光スペクトルの微細構造を測定する複数の光スペクトル・アナライザ（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｎａｌｙｚｅｒ：ＯＳＡ）と、一般にＯＳＡよりも広帯域スペクトル・スケールにおいて、光チャネルの光パワーを測定することを目指す複数の光チャネル・モニタ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｍｏｎｉｔｏｒ：ＯＣＭ）とを含む。例として、特許文献１は、ヘテロダイン検波に依拠する、コンパクトで再構成可能な高分解能光チャネル・モニタに関する。この高分解能ＯＣＭ装置、および関連する高分解能ＯＣＭ装置は、本願明細書においては、高分解能ＯＣＭと呼ばれる。

高分解能ＯＣＭは、きわめて高分解能のＯＣＭであり、装置の基本分解能は、ヘテロダイン検波受光器における電子帯域幅に制限される。ＯＣＭの重要な側面は、モニタされている光スペクトルの掃引を装置が完了するのに要する時間である。ＯＣＭが、スペクトル・ギャップなしに、所望のスペクトルの包括的な走査すなわち掃引の実行を保証するために、波長可変参照レーザは、当該レーザのスペクトル線幅によって与えられる最大増分を用いて、前記スペクトルをステップ・スルー（ｓｔｅｐ ｔｈｒｏｕｇｈ）すべきである。レーザのスペクトル線幅は、ピーク・レーザ信号のスペクトル幅を表し、一般に、その半値全幅（ＦＷＨＭ）によって測定される。

ＯＳＡおよび高分解能ＯＣＭなどの高分解能装置は、スペクトル測定が行われる小さい参照レーザ線幅を有するため、広帯域スペクトルの掃引は、多数のレーザ周波数ステップを必要とする。一般に、高分解能ＯＣＭは、より遅い掃引時間という代償を払って、詳細なスペクトル・ディテールを測定する。反対に、低分解能ＯＣＭは、高めの掃引レートで、見劣りするスペクトル・ディテールを提供する。同様のトレードオフは、Ｆｉｎｉｓａｒ社の高分解能光スペクトル・アナライザＷａｖｅＡｎａｌｙｚｅｒ １５００Ｓ（商品名）を含む、ＯＳＡにおいても存在する。

多くの用途で、チャネルまたはシステム・スペクトルを非常に迅速に測定することが必要とされる。しかして、高分解能ＯＣＭまたはＯＳＡの掃引時間を短縮するための１つの技法は、全スペクトルから選択した部分を標本にすることである。しかしながら、この技法は、スペクトル情報を獲得することができないスペクトル・ギャップを必然的に残すため、高分解能ＯＣＭと関連付けられた分解能の優位性を台無しにする。このように複雑な光学系を用いない場合、広い周波数帯域にわたって高分解能光ヘテロダイン測定装置を掃引するためには、多数のレーザ・ステップを使用しなければならない。これは、装置の全掃引時間を増加させるばかりでなく、ファームウェア、ソフトウェア、および較正に関して、システム全体の設計に複雑さを加えることとなる。

米国特許出願公開第２０１５／００８６１９８Ａ１号明細書

したがって、高分解能ＯＣＭを迅速に掃引するための改善された技法が望まれる。
本発明の第１の態様によれば、局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザと、入力光信号を受信するための光入力部と、出力光測定信号を発生させるために、前記局所発振器信号を前記入力光信号と混合するための混合モジュールとを有する光ヘテロダイン測定システムを制御する方法が提供され、該方法は、
ａ）スペクトル線幅およびピーク中心周波数を有し、かつ、初期スペクトル線幅が第１のスペクトル幅を有するレーザ出力を発生するために、前記波長可変レーザを駆動するべく入力電気駆動信号を受信するステップと、
ｂ）前記スペクトル線幅を第２のスペクトル幅に選択的に広げるために、前記入力電気駆動信号を電気的な線幅制御信号と重ね合わせるステップと、
ｃ）測定期間の間、予め設定された周波数スペクトルにわたって、予め定義された調律増分での段階的方式で、前記波長可変レーザの中心周波数を選択的に調律するステップと、を含む。

いくつかの態様において、前記調律増分は、前記第２のスペクトル幅に基づいて定義される。いくつかの態様において、前記調律増分は、前記第２のスペクトル幅の０．５倍から１．５倍の範囲内にある。一の特定の態様において、前記調律増分は、前記第２のスペクトル幅に等しい。

一態様において、前記線幅制御信号は、光ヘテロダイン測定システムの所望の走査時間またはリフレッシュ・レートを示すユーザ入力に基づく。一態様において、前記線幅制御信号は、疑似ランダム・ビット波形（ｐｓｅｕｄｏ ｒａｎｄｏｍ ｂｉｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を含む。別の態様において、前記線幅制御信号は、繰り返し三角形波形（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を含む。さらなる態様において、前記線幅制御信号は、正弦曲線波形（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を含む。

一態様において、前記入力電気駆動信号は、前記波長可変レーザのゲインを制御する。別の態様において、前記入力電気駆動信号は、前記波長可変レーザの位相を制御する。
一態様において、前記第２のスペクトル幅は、前記線幅制御信号の振幅に比例する。好ましくは、前記第２のスペクトル幅は、前記第１のスペクトル幅よりも５倍から１００倍大きい。

一態様において、前記線幅制御信号は、前記波長可変レーザのスペクトル・プロファイルも変更する。好ましくは、前記線幅制御信号は、前記波長可変レーザのスペクトル・プロファイルを平坦化する。

一態様において、前記調律増分は、所定の周波数範囲にわたって可変である。
一態様において、ステップｂ）は、当該線幅制御信号を用いて当該入力電気駆動信号を変調するステップを含む。

いくつかの態様において、前記線幅制御信号は、動的である。一態様において、前記線幅制御信号は、測定期間の間、前記第２のスペクトル幅を変化させるために前記波長可変レーザの中心周波数の関数として変化する。

本発明の第２の態様によれば、光ヘテロダイン測定システムのための制御システムであって、局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザと、入力光信号を受信するための光入力部と、出力光測定信号を発生させるために、前記局所発振器信号を前記入力光信号と混合するための混合モジュールとを有する光ヘテロダイン測定システム用の制御システムが提供され、前記制御システムは、
スペクトル線幅およびピーク中心周波数を有し、かつ、初期スペクトル線幅が第１のスペクトル幅を有する光出力を発生するために、前記波長可変レーザを駆動するべく入力電気駆動信号を生成する駆動モジュールと、
前記スペクトル線幅を第２のスペクトル幅に選択的に広げるために、前記入力電気駆動信号を電気的な線幅制御信号と重ね合わせるための線幅調律モジュールと、
予め設定された周波数スペクトルにわたって、段階的方式でレーザの中心周波数を選択的に調律するための調律モジュールと、を含む。

一態様において、前記線幅調律モジュールは、調律増分の整数倍で中心周波数を選択的に調律し、前記調律増分は、当該第２のスペクトル幅に基づいて定義される。
一態様において、前記線幅制御信号は、前記波長可変レーザの中心周波数の関数としての、第２のスペクトル幅のばらつきを許容するために動的である。

本発明の第３の態様によれば、波長可変レーザを較正する方法が提供され、該方法は、
ａ）レーザ出力のスペクトル線幅の第１の測定を実行するステップと、
ｂ）前記スペクトル線幅を選択的に広げるために、前記入力電気駆動信号を電気的な制御信号と重ね合わせるステップと、
ｃ）前記スペクトル線幅の第２の測定を実行するステップと、
ｄ）操作の間、前記波長可変レーザの中心周波数が、予め設定された周波数スペクトルにわたって、調律増分の整数倍での段階的方式で増加的に調律されるように、第２の測定に基づいて調律増分を定義するステップとを含む。

本発明の第４の態様によれば、光ヘテロダイン測定システムが提供され、該システムは、
入力光信号を受信するための光入力部と、
局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザと、
出力光測定信号を発生させるために前記局所発振器信号を前記入力光信号と混合するための混合モジュールと、
電気的な制御信号を発生させるための信号ジェネレータと
前記局所発振器信号と混合する前に前記入力光信号をスペクトル的に広げるために、前記電気的な制御信号を用いて前記入力光信号を変調するための変調器と
を含む。

本開示の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して、もっぱら例として、以下に説明される。

特許文献１において説明されている例示的な高分解能ＯＣＭ１の概略平面図。 入力信号およびレーザ両方からの例示的なビーム軌道を示した、図１および図２の光チャネル・モニタの概略平面図。 波長可変レーザＦｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００（商品名）、および関連する入力制御信号の概略平面図。 光ヘテロダイン測定システムを制御する方法のフローチャート。 従来のレーザ信号のガウス型スペクトル・プロファイルを示す図。 波長可変レーザＦｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００（商品名）と、入力制御信号を線幅制御信号と重合可能なマイクロコントローラからの関連する各種入力制御信号との概略平面図。 ５つの異なる線幅制御信号について、周波数に対する出力再現性（ｐｏｗｅｒ ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）を比較したグラフ。 線幅を広げた前後の例示的なスペクトル測定を示す図。 分解能がより高く（狭い線幅）、かつ、調律増分がより小さい（線幅に等しい）スペクトルの遅い掃引を概略的に示す図。 分解能がより低く（より広い線幅）、かつ、調律増分がより大きい（より広い線幅に等しい）スペクトルの速い掃引を概略的に示す図。 スペクトル拡大が入力信号に適用される、本発明の代替的な実施形態を概略的に示す図。

本発明の実施形態が、特許文献１において説明されているような高分解能ＯＣＭを参照して、説明される。しかしながら、本発明は、ＯＳＡを含む様々な他の光ヘテロダイン測定システムに適用可能であることが理解されよう。

図１を参照して、特許文献１の例示的な高分解能ＯＣＭ１の概略平面図が、示されている。高分解能ＯＣＭ１は、部品をその中に密封するための外部保護ハウジング３を含む。ハウジング３には入力ポート５が配置されており、入力ポート５は、波長および周波数ごとに区別される１つ以上の光チャネルを含む入力光信号７を受信するように構成される。ハウジング３内には波長可変レーザ９が配置されており、波長可変レーザ９は、基準周波数ｆ_０および自然な線幅Δｖにおいて光参照信号１１を提供するように構成される。例として、一実施形態において、レーザ９は、１ＧＨｚの増分で、周波数の光Ｃバンド全体にわたって段階的に掃引するように適合された調律可能な半導体型レーザＦｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００（商品名）である。Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザの動作は、後述する。より一般には、レーザ９は、波長チャネルをカバーする予め定義された周波数バンドにわたって、連続的または半連続的に掃引するように適合される。いくつかの実施形態においては、他のタイプのレーザが利用される。いくつかの実施形態においては、レーザ９は、絶対周波数登録のため、さらに温度変動に対する波長補正のための波長参照要素を含む。さらなる実施形態においては、レーザ９は、ハウジング３の外部にまたは別個のハウジングの内部に配置される。

光混合モジュール１３は、入力ポート５およびレーザ９に接続され、入力信号７を参照信号１１と混合して、混合出力信号を生成する。混合モジュール１３は、数々の方法で、入力信号７を参照信号１１と光学的に混合することができる。混合モジュール１３の例示的な動作は、特許文献１において詳細に説明されている。この関連出願の内容は、相互参照によって本願明細書に援用される。

４つの光ダイオード１７、１９、２１、２３を有する受光器モジュール１５は、混合出力信号を受信し、基準周波数ｆ_０における入力信号７の光パワーを示す信号情報を抽出するように構成される。この方式においては、基準周波数ｆ_０を光チャネルの周波数になるように設定することによって、その光チャネルの特性をモニタすることができる。周波数の範囲にわたって基準周波数ｆ_０を掃引することによって、時分割方式で、数々の光チャネルの特性をモニタすることができる。

レーザ９、混合モジュール１３、および受光器モジュール１５は、すべて、ハウジング３内のプリント回路ボードの形態の基板２５に取り付けられる。基板２５は、異なる要素と中央マイクロコントローラ３３との間の電気的相互接続、例えば、２７、２９、３１を含む。マイクロコントローラ３３は、レーザゲイン、レーザ中心周波数、熱電冷却器、光ダイオード・コントロール、および外部プロセッサ（図示されず）へのデータ出力といったものを含む装置の様々な側面を電気的に制御するための制御部や信号処理電子部品を含む。ハウジング３は、マイクロコントローラ３３に接続された複数の電気ピン３５も含む。電気ピン３５は、高分解能ＯＣＭ１を制御し、高分解能ＯＣＭ１によって獲得されたデータを抽出するための外部制御システム（図示されず）に対する高分解能ＯＣＭ１の接続を可能にする。図１に示されたレイアウトは、基板２５上における要素の例示的なレイアウトにすぎないことが理解されよう。高分解能ＯＣＭ１は、本開示の範囲から逸脱することなく、様々なレイアウトで実施することができることが当業者によって理解されよう。

図２を参照して、混合モジュール１３の例示的な動作をここで簡潔に説明する。混合モジュール１３の動作についてのさらなる詳細は、特許文献１において説明されており、それは、発明者スティーブン・フリスケン（Ｓｔｅｖｅｎ Ｆｒｉｓｋｅｎ）に付与され、フィニサ・コーポレーション（Ｆｉｎｉｓａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡された、「高帯域幅復調器システムおよび方法（Ｈｉｇｈ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ）」と題する、米国特許第８５２６８３０号明細書において説明されている、コヒーレント検波における最近の発展を利用している。この関連出願の内容も、相互参照によって本願明細書に援用される。

最初に、参照信号１１が、レーザ９から、コリメート・レンズ３５を通って、混合モジュール１３に入力される。同様に、入力信号７が、入力ポート５から、単一のコリメート・レンズ３７を通って、混合モジュール１３に入力される。混合モジュール１３の全体的な動作は、入力信号および参照信号を、それぞれの第１および第２の直交偏光成分に分割すること、ならびにこれらの直交成分を一緒に混合することである。特に、混合モジュール１３は、第１の直交信号偏光成分を第２の直交参照偏光成分と混合し、第２の直交信号偏光成分を第１の直交参照偏光成分と混合する。

混合モジュール１３は、入力光信号７を第１および第２の直交信号偏光成分４１、４３に空間的に分離するための第１の偏光ビーム・スプリッタ３９を含む。ビーム・スプリッタ３９は、横断面が概ね長方形であり、中央の斜めの鏡面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）４９を画するガラス材料の２つのプリズム要素（ｗｅｄｇｅ−ｓｈａｐｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）４５、４７を含む。鏡面４９は、誘電体コーティングを含み、誘電体コーティングは、一方の偏光成分が通過することを可能にするとともに、直交成分を反射する。

入力光信号７は、第１のプリズム要素４５を通って伝搬し、鏡面４９上に入射し、そこで、（図２において垂直成分として示された）第１の偏光成分４１は、反射され、（図２の紙面に入射・出射成分として示された）第２の直交偏光成分４３は、透過する。

反射された偏光成分４１は、１／４波長板５１およびミラー５３の形態で具体化された第１の偏光操作器、すなわち偏光要素を通過する。第１の信号偏光成分４１は、１／４波長板５１を通過し、ミラー５３で反射され、再び１／４波長板５１を通過する。１／４波長板５１の２回目の通過の後、成分４１は、９０°だけ回転し（図２において垂直な）、直交した向きになる。

成分４１は、その後、ビーム・スプリッタ３９に戻されて通過し、直交した向きとなったことで鏡面４９をそのまま通過する。ビーム・スプリッタ３９を通過した後、成分４１は、第２の１／４波長板５５として具体化された第２の偏光操作要素を通過する。第２の１／４波長板５５は、成分４１が、ウォークオフ結晶５７として具体化された偏光分離要素に到達する前に、成分４１を操作して、（４５°成分として示された）円偏光状態にする。

ウォークオフ結晶５７は、成分４１を、構成要素（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）が直交して偏光する２つのサブ成分５９、６１に空間的に分離する。結晶５７の厚さは、サブ成分５９、６１が、予め設定された距離だけ離間し、もって、結晶５７の出力部からサブ成分が、２つの隣接する光ダイオード１７、１９にそれぞれ入射するように選択される。

次に成分４３について検討すると、ビーム・スプリッタ３９の鏡面４９を透過した後、成分４３は、邪魔されず、変更されずに、第２のプリズム要素４７を透過し、半波長板６３を通過する。半波長板６３は、（図２の紙面において入射／出射する）直交した偏光の向きに戻るように、成分４３を操作する。成分４３は、その後、異なる屈折率を有する２つのプリズム要素６７、６９を含む第２の偏光ビーム・スプリッタ６５に入射する。ビーム・スプリッタ６５は、動作については、上で説明されたビーム・スプリッタ３９に同等であるが、向きについては逆にされる。いくつかの実施形態においては、ビーム・スプリッタ３９およびビーム・スプリッタ６５、並びに半波長板６３は、一体型部品を形成するように連結される。

成分４３は、プリズム要素６７を通過し、要素６７と要素６９とが接合する境界の鏡面７１で反射される。成分４３は、要素６７を通って上方に向き、１／４波長板５５を横断し、１／４波長板５５により円偏光する。成分４３は、その後、ウォークオフ結晶５７を横断し、サブ成分５９、６１と同じ偏光の向きをそれぞれ有する、２つの直交偏光サブ成分７３、７５に空間的に分離される。成分７３、７５は、結晶５７から出力され、受光器モジュール１５内のそれぞれの光ダイオード２１、２３によって受光される。

参照信号１１は、入力信号７と同時に、高分解能ＯＣＭ１を通って伝搬する。高分解能ＯＣＭ１は、入力信号７に関連して上で説明されたのと同様の方式で、参照信号１１を処理する。

次に図３を参照して、同図には、上で言及されたＦｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザを表すレーザ９の概略平面図が示されている。Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザを使用するヘテロダイン・システムの動作は、レーザ入力をどのように制御して、レーザ線幅を指定するかを目立たせるために、もっぱら例示的に説明される。様々な他のタイプの波長可変レーザが同様の方式で制御されることができることが当業者によって理解されよう。

Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００は、モノリシックＩｎＰ半導体チップを組み込んだものであり、該モノリシックＩｎＰ半導体チップは、チューナブルＭＧ−Ｙ（ｔｕｎａｂｌｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ Ｙ−ｂｒａｎｃｈ（ＭＧ−Ｙ））ファイバ・レーザ・キャビティを半導体光増幅器（ＳＯＡ）ゲイン媒質４０と統合したものである。ＭＧ−Ｙキャビティの各分岐は、電子的に調律可能な狭帯域分布ブラッグ反射器（ＤＦＢ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）４２、４４を含む。各反射器は、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ４６を使用して合成される櫛形の反射率スペクトル（スペクトルコム）を生成する。スペクトルコムは、ピークのただ１つのペアが常に重なり合うように、僅かに異なるピーク間隔を有する。大きい反射は、左の反射器からの反射率ピークが右の反射器からの反射率ピークと重なる周波数においてのみ生じる。したがって、レーザは、合成された反射（ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）のピークに最も近い長手のキャビティ・モードの周波数で光を照射する。ピーク間隔における差に等しい量だけ反射器の一方を調律することによって、隣接するピークのペアを重ねることができる、つまり、一方の反射器のみによる比較的わずかな調律により、放射周波数（波長）の大きい調律を達成することができる。

中心レーザ周波数の調律は、ブラッグ反射器の屈折率の相対変化を電子的に変化させることによって、また位相要素４８を使用して光キャビティの往復位相を変化させることによっても、実行される。キャビティにおける光学ゲインは、光学ゲイン材料から形成されたゲイン要素５０によって提供される。

他の波長可変レーザのように、調律および動作は、制御回路からの電気的入力によって制御される。特に、Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザは、５つの別個の入力制御信号によって制御され、各々は、マイクロコントローラ・チップによってソフトウェア制御される。マイクロコントローラのアプリケーション・コードが、周波数およびパワー制御のための制御アルゴリズムを実行し、ＲＳ−２３２シリアル接続などによる接続を介した、外部装置との通信を処理する。レーザは、内部的に完全に制御することができ、または以下の５つの入力制御信号、すなわち、
１）ブラッグ反射器４２の屈折率を調律する、左反射器制御信号、
２）ブラッグ反射器４４の屈折率を調律する、右反射器制御信号、
３）位相要素４８を調律して、光キャビティの往復位相を制御する、位相制御信号、
４）要素５０のゲインを変化させて、レーザの全ゲインを制御する、ゲイン制御信号、および
５）ＳＯＡ４０によって提供される増幅を制御するための、ＳＯＡ制御信号
を入力することによって、外部コンピュータから完全に制御することができる。

信号１）から信号３）は、周波数調律を提供し、信号４）および信号５）は、パワー調律を提供する。完全な周波数調律カバレージは、キャビティ全体の往復位相を変化させるための信号３）と併せて、レーザ・キャビティの左反射器アームおよび右反射器アームの温度／長さを制御するための信号１）および信号２）を選択的に変化させることによって達成される。信号４）は、ゲイン要素によって提供されるゲインの量を制御する。信号５）の調整は、ＳＯＡを通る電流を変化させ、放射周波数とは独立した出力パワーの調整を可能にする。

マイクロコントローラ３３は、所望の周波数またはパワー入力を、上記の５つの信号の各々についての対応する電圧または電流信号に関連付けるために、ルックアップ・テーブルにアクセスする。

波長可変レーザは、出力周波数およびパワーを調律するための著しい柔軟性を有するが、１つの限界は、レーザの線幅を変化させることができないことである。通常の動作条件下においては、Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザは、（半値全幅において）約５ＭＨｚのローレンツ線幅を有する。高分解能ＯＳＡなどの測定システム内に組み込まれるとき、結果の有効線幅は、約１５０ＭＨｚに広がる。この分解能における典型的な掃引時間は、Ｃバンド（５．２ＴＨｚ）を走査するための１．２５秒、または４００ＧＨｚのより小さい領域を走査するための１００ミリ秒を含む。

本発明は、ＯＣＭまたはＯＳＡなどの光ヘテロダイン測定システムにおいてより速い測定を実行するために、レーザ中心周波数の調律と組み合わされる、レーザ線幅の制御に関する。

図４を参照して、図１に示されるものなど、光ヘテロダイン測定システムを制御する方法４００が示されている。方法４００は、マイクロコントローラ３３によって実行されるように適合される。方法４００は、無変更のスペクトル線幅（第１のスペクトル線幅）Δｖおよびピーク中心周波数ｆ_０を有するレーザ出力を発生するために、波長可変レーザを駆動するべく入力電気駆動信号を受信する初期ステップ４０１を含む。従来のレーザ・ビームのガウス型スペクトル・プロファイル５２が図５に示されている。Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザのケースにおいては、これらの駆動信号は、既述の図３に示された５つの信号を含む。他の波長可変レーザのケースにおいては、これらの駆動信号は、それぞれの位相およびゲイン制御信号を表す。

ステップ４０２において、スペクトル線幅を制御された画一的な方式で広いスペクトル線幅（第２のスペクトル幅）Δｖ２に選択的に広げるために、１つ以上の入力電気駆動信号が、電気的な線幅制御信号５４と重ね合わされる。これは、マイクロコントローラ３３と電気的に通信するレーザ９を示した図６に概略的に示されている。図示のように、マイクロコントローラ３３は、線幅制御信号を、上で説明された５つの入力制御信号のうちのいずれか１つと重ね合わせまたは合成するように構成される。線幅制御信号５４は、入力制御信号と択一的にスイッチされるように示されているが、線幅制御信号５４は、複数の入力制御信号に同時に重ね合わせることができることが理解されよう。様々な用途においては、広いスペクトル線幅は、好ましくは、第１のスペクトル幅よりも５倍から１００倍大きい。非常に高い掃引レートを必要とする用途は、より大きく広げることを必要とし、より高い分解能を必要とする用途は、より程度の小さく広げることを必要とするだけでよい。

線幅制御信号５４は、数々の方法で、入力電気駆動信号に適用することができる。３つの例示的な技法は、以下のものを含む。
ａ）変成器の接続部を使用して、信号を配線で一緒に接続するもの。

ｂ）デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）およびレーザ電流ドライバを、高周波数を扱うように構成し、その後、線幅制御信号を変調波形としてＤＡＣに送るもの。
ｃ）例えば、線幅制御信号を用いてデジタル抵抗器を調律することによって、電流ドライバを、貧弱なノイズ性能を有するように意図的に構成するもの。

線幅制御信号は、当該線幅制御信号が適用される駆動信号におけるノイズ電流を制御可能に増加させるように作用し、レーザの線幅を広げるように作用する。線幅制御信号は、ゲイン要素または位相要素に接続することができる。位相要素は、実際には、レーザの中心周波数を調律するので、位相変調を使用する線幅の広がりは、実際には、光周波数の高速なジッタである。ゲイン要素への注入ノイズも、適切な駆動信号を使用することによって、位相変調として作用することができる。

例示的な一実施形態においては、線幅制御信号は、疑似ランダム・ビット系列（ＰＲＢＳ）である。長さの長いＰＲＢＳのパワー・スペクトル密度は、ガウス型確率密度波形（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を有するノイズ源に著しく類似しており、これは、デジタル・ハードウェアで効率的に発生させることができる。このランダム・ノイズを位相調律電流に注入することは、レーザの周波数を非常に迅速に分散させ、それによって、非常に短い時間スケールで、線幅を広げる。ノイズをゲイン電流に注入することは、レーザのビーム・フィールドに余計な不確実性を加え得るが、典型的なウィーナ・レヴィ統計（Ｗｅｉｎｅｒ−Ｌｅｖｙ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）によるものとはならない（すなわち、レーザのパワー・スペクトル密度は、時変ランダム位相のウィーナ・レヴィ統計による場合は、一様に広がるが、電流ノイズおよびジッタを伴う場合は、不均等な広がりと同様な態様で広がる）。

線幅制御信号としてＰＲＢＳ信号を使用することの利点は、プリント回路ボード基板上において必要とされる小さいフットプリントと、信号を動的に調律することができることと、したがって、レーザ線幅をオン・ザ・フライで調律することができることと、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイにおいてＰＲＢＳを発生させることができることとを含む。デジタル・アナログ変換器は、外部コンピュータ装置から、ソフトウェアを使用して、ＰＲＢＳ信号を制御するために使用することができる。

長いＰＲＢＳシーケンス信号を使用することの難点は、レーザのドエル・タイムの程度が大きい「デッド・ゾーン」（ＰＲＢＳがランダム性から逸脱する短い時間間隔のことで、アーチファクトを生じさせる）を有し得ることであり、これは、パワー変動の原因となり得る。したがって、より短い信号が、より一貫性のあるレーザ動作挙動を提供する。

他の例示的な実施形態においては、線幅制御信号は、修正された三角形パターン、または正弦曲線パターンを含む。これらのパターンの振幅は、周波数の範囲にわたってスペクトル掃引の出力再現性（ｐｏｗｅｒ ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）を均一にするように、変更することができる。図７は、５つの異なる線幅制御信号、すなわち、２つの異なるＰＲＢＳ信号と３つの異なる三角形信号についての周波数に対する出力再現性の比較を示している。図示のように、ＰＲＢＳ信号はポイント間の差を示す長い符号であるので、ＰＲＢＳ信号は、最も低い出力再現性に直面する。

光パワーは、より広帯域スペクトル線幅領域にわたって平均されるので、出力再現性は、より広い線幅の局所発振器信号を使用して強化される。
別の例示的な実施形態においては、線幅制御信号は、上限値と下限値との間で振動するクロック信号を含む。特定の一実施形態においては、クロック信号は、１００ＭＨｚの周波数を有する。より複雑な線幅制御信号は、数々の可変係数を有するより高次の関数に基づいて、導出することができる。これらの係数の変化は、レーザの全体的なスペクトル・プロファイルの変更を可能にする。特に、適切な係数の選択は、レーザのスペクトル・プロファイルを平坦化するように作用することができ、それによって、平坦なフィルタ・プロファイルを提供する。他の係数は、ガウス型レーザ・スペクトル・ビーム・プロファイルのロールオフ形状を制御することができる。

スペクトルの拡大の大きさは、線幅制御信号の振幅に比例する。振幅のより高い線幅制御信号は、より広い線幅を生じさせる。
スペクトル拡大効果を示すために、図８は、周波数コムを含むテスト信号の例示的なスペクトル測定を示している。ＰＲＢＳ信号を用いたノイズ注入の後、測定値は、スペクトル線幅がＰＲＢＳ信号によって一様に広げられたことを示すガウス型有効フィルタ形状を明白に有する。

図４を再び参照して、ステップ４０３において、測定期間の間に、レーザの中心周波数が、予め設定された周波数スペクトルにわたって、予め定義された調律増分での段階的方式で選択的に調律される。調律増分は、入力光信号の測定の間に、レーザの中心周波数を調律するために定義される。Ｆｉｎｉｓａｒ Ｓ７５００レーザにおいては、調律増分は、左調律信号および右調律信号、ならびに位相制御信号を制御することによって指定される。他のレーザにおいては、調律増分は、それぞれの調律制御信号によって提供される。

いくつかの実施形態においては、調律増分は、決定された広いスペクトル線幅Δｖ２に基づいて定義される。好ましくは、調律増分は、所望のスペクトルの包括的な走査すなわち掃引を、スペクトル・ギャップなしに実行することができるように、第２のスペクトル幅と概ね等しい。しかしながら、いくつかの実施形態においては、調律増分を、広いスペクトル線幅よりも小さくまたは大きくなるように設定することが有利なことがある。例として、調律増分は、広いスペクトル線幅の０．１から２倍の範囲内の増分になるように設定してもよい。

高分解能ＯＣＭまたはＯＳＡによる測定の間、レーザの中心周波数は、所望の周波数スペクトルにわたって、調律増分の整数倍での段階的方式で調律される。調律増分は、局所発振器のスペクトル線幅に基づいて設定されるので、スペクトルを掃引するのに必要とされる増分の数も、より広い線幅がスペクトルのより迅速な掃引を提供するように、線幅によって決定される。これは、図９および図１０に概略的に示されている。図９は、分解能がより高く（狭い線幅）、かつ、調律増分がより小さい（線幅に等しい）スペクトル５６の比較的遅い掃引を示している。図１０は、分解能がより低く（より広い線幅）、かつ、調律増分がより大きい（より広い線幅に等しい）スペクトル５６の比較的速い掃引を示している。節約される時間の長さは、レーザ線幅の拡大の量に比例する。例えば、線幅を係数１０で広げると、全体的な掃引時間が同じ係数だけ短縮する。いくつかの事案において、調律増分は、当該調律増分が、所定の周波数範囲にわたって不規則またはばらつくように制御されてよい。

いくつかの実施形態においては、線幅制御信号は、動的であり、測定されているスペクトルの掃引中に変化することができる。線幅制御信号の動的な性質は、掃引中に波長可変レーザの線幅を動的に変更することを可能にする。このことは、いくつかの計器が中心レーザ周波数とともに変化する線幅を示す際に有利である。マイクロコントローラ３３は、線幅の変化に伴い、変化後の線幅と一致するように、対応する変更をレーザ調律増分に適用するように構成される。

上述の線幅拡大技法は、高分解能ＯＣＭまたはＯＳＡタイプのヘテロダイン測定装置において、きわめて高速なスペクトル掃引を実行するための潜在能力を提供する。適切な線幅制御信号を使用すると、約１００ＭＨｚの線幅は、測定用途に応じて、１ＧＨｚもしくは１０ＧＨｚに、または必要な場合はさらに高くまで、人為的かつ選択的に広げることができる。例として、５．２ＴＨｚの範囲を有するＣバンドにおいて、１ＧＨｚの線幅および調律増分が選択された場合、Ｆｉｎｉｓａｒ ＷａｖｅＡｎａｌｙｚｅｒ １５００Ｓ高分解能光スペクトル・アナライザは、約３９Ｈｚから４０Ｈｚのリフレッシュ・レートを提供することができる。４００ＧＨｚのより実用的なスペクトル範囲上においては、この掃引スピードは、５００Ｈｚまで増加する。同様に、線幅が、１０ＧＨｚに広げられ、調律増分が、これに一致するように増やされた場合、Ｃバンド上における掃引は、約３９０Ｈｚから４００Ｈｚのリフレッシュ・レートを用いて、実行することができる。

上述の掃引制御技法は、既存の制御信号を使用して方法４００を実行するように、マイクロコントローラ３３をプログラムすることによって、既存のハードウェアを使用して、完全に実行することができる。いくつかの実施形態において、線幅制御信号を提供するために追加的な信号発生装置が基板２５上に統合される。

いくつかの実施形態においては、掃引制御技法は、初期較正技法として製造中に、または装置の動作期間後に続く再較正中に、実行することができる。他の実施形態においては、掃引制御技法は、ヘテロダイン測定装置の動作中にわたって、動的に実行される。動的な能力は、当該装置と統合された、またはＲＳ２３２もしくは他の電気コネクタを通して当該装置に接続された、連携するコンピュータ・システムのユーザ・インターフェースを通して提供される。該インターフェースを使用して、ユーザは、ユーザ入力を提供して線幅制御信号を変更し、もって、線幅および調律増分を変化させることができる。例示的なユーザ入力は、スペクトル掃引の所望の分解能、周波数領域における掃引の開始ポイントおよび終了ポイント、または最大掃引時間もしくはリフレッシュ・レートを含む。

マイクロコントローラ３３は、ユーザ入力と、線幅制御信号５４および入力制御信号２７に適用されて所望の線幅および掃引レートを達成するための対応する電圧値または電流値との間の関係を記憶した、連関ルックアップ・テーブルにアクセスする。

線幅拡大効果は、所望の測定用途に基づいて、各装置に合わせて調律することができる。ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）から駆動される場合、拡大効果は、レーザのドエル時間と同じオーダで変化することができ、高分解能ＯＣＭの有効分解能帯域幅の非常に高速な変化を可能にする。

いくつかの状況においては、局所発振器上におけるスペクトル拡大を組み込むことが、ヘテロダイン測定装置に望ましくないことがある。図１１は、Ｆｉｎｉｓａｒ ＷａｖｅＡｎａｌｙｚｅｒ １５００Ｓ高分解能光スペクトル・アナライザ６０などのＯＳＡ向けの代替実施形態を概略的に示しており、この形態では、スペクトル拡大が、局所発振器６４ではなく入力信号６２に適用される。この実施形態においては、線幅制御信号の例としての増幅されたＰＲＢＳ信号６６が、入力信号６２を制御可能に広げるために電気光学位相変調器６８を使用して入力信号６２とともに変調される。この実施形態は、コヒーレンスの低い測定用途にとって有利であり得る。これらの用途の場合、線幅拡大は、線幅の狭い入力信号が、掃引中に比較的大きい調律増分を用いて捕捉されるように、十分に広げられることを可能にする。

変調器６８、およびＰＲＢＳ信号を増幅するための増幅器７０は、既製の部品から作成することができ、ＰＲＢＳ信号は、ＷａｖｅＡｎａｌｙｚｅｒのマザーボード上において、またはＡＤＮ２９１５などの集積回路によって、発生させることができる。

まとめ
本発明の好ましい実施形態は、半導体レーザの電子線幅拡大を使用して、高分解能ＯＣＭにおける光スペクトル測定の分解能帯域幅を人為的かつ制御可能に増加させつつ、モニタされる所望のスペクトルにわたる連続的な掃引を維持する。システムの全体的な掃引時間を短縮するために、分解能帯域幅の増加に比例して、調律増分を増加させることができる。加えて、より広い分解能帯域幅は、出力再現性の改善をもたらすことができる。

解釈指針
レーザ・ビームの周波数および波長は、式
光速＝波長×周波数
によって結び付けられることが当業者によって理解されよう。

したがって、周波数シフト、周波数変換、周波数拡大、異なる周波数、および類似の用語に言及するとき、これらは、対応する用語である、波長シフト、波長変換、波長拡大、および異なる波長などと交換可能である。

本願明細書の全体において、「要素」という用語の使用は、単一の単位的な部品、または特定の機能もしくは目的を実行するために組み合わされた部品の集まりを意味することが意図されている。

「プロセッサ」または「マイクロプロセッサ」という用語は、例えば、レジスタまたはメモリの少なくともいずれか一方からの電子データを、例えば、レジスタまたはメモリ内に記憶される他の電子データに変遷するために処理する何らかの装置または装置の一部を指している。「コンピュータ」または「コンピューティング・マシン」もしくは「コンピューティング・プラットフォーム」は、１つ以上のプロセッサを含んでいてもよい。

本願明細書において説明された方法は、一実施形態において、プロセッサのうちの１つまたは複数によって実行されたときに、本願明細書において説明された方法のうちの少なくとも１つを実施する命令のセットを含む、コンピュータ可読（マシン可読とも言われる）コードを読み取り可能な１つ以上のプロセッサによって実行可能である。取るべきアクションを指定する命令のセットを（順次的に、または他の方法で）実行することが可能な何らかのプロセッサが含まれる。しかして、１つの例は、１つ以上のプロセッサを含む典型的な処理システムである。各プロセッサは、１つ以上のＣＰＵ、グラフィックス処理ユニット、およびプログララマブルＤＳＰユニットを含んでいてもよい。処理システムは、さらに、メインＲＡＭもしくはスタティックＲＡＭの少なくともいずれか一方と、ＲＯＭの少なくともいずれか一方とを含むメモリ・サブシステムを含んでよい。部品間の通信のためにバス・サブシステムが含まれていてもよい。処理システムは、さらに、ネットワークによって接続されたプロセッサを用いる分散処理システムであってよい。処理システムが、ディスプレイを必要とする場合、そのようなディスプレイとしては、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイが含まれていてもよい。手動データ入力が、必要とされる場合、処理システムは、キーボードなどの英数字入力ユニット、およびマウスなどのポインティング制御装置などのうちの１つまたは複数など、入力装置も含む。本願明細書において使用されるときの記憶装置という用語は、文脈から明らかであって、かつ、明示的に別段の指摘がない場合には、ディスク・ドライブ・ユニットなどの記憶システムも包含する。いくつかの構成における処理システムは、サウンド出力装置、およびネットワーク・インターフェース装置を含んでよい。このようにメモリ・サブシステムは、１つ以上のプロセッサによって実行された際に、本願明細書において説明された方法のうちの１つの実行を引き起こす命令のセットを含むコンピュータ可読コード（例えば、ソフトウェア）を保持するコンピュータ可読キャリア媒体を含む。方法が、いくつかの要素、例えば、いくつかのステップを含むとき、そのような要素の順序は、明確に述べられていない限り、示唆していないことに留意されたい。ソフトウェアは、ハードディスク内にインストールされていてもよく、またはコンピュータ・システムによって実行されている間は、ＲＡＭもしくはプロセッサの少なくともいずれか一方に、少なくとも部分的にインストールされてもよい。このように、メモリやプロセッサもまた、コンピュータ可読コードを保持するコンピュータ可読キャリア媒体を構成する。

さらに、コンピュータ可読キャリア媒体は、コンピュータ・プログラム製品であってもよく、またはコンピュータ・プログラム製品内に含まれていてよい。
代替実施形態において、１つ以上のプロセッサは、スタンドアロン装置として動作してもよく、あるいは、例えばネットワーク接続のように他のプロセッサに接続されていてもよく、ネットワーク接続された配備において、１つ以上のプロセッサは、サーバ−ユーザ・ネットワーク環境ではサーバ機もしくはユーザ機として動作してもよく、ピア・ツー・ピア環境もしくは分散ネットワーク環境ではピア機として動作してよい。１つ以上のプロセッサは、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セット・トップ・ボックス（ＳＴＢ）、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、セルラ電話、ウェブ・アプライアンス、ネットワーク・ルータ、スイッチもしくはブリッジ、または何らかのマシンであって、当該マシンの取る動作を指定する命令のセットを（順次的に、もしくは他の方法で）実行することが可能なものであってもよい。

図面は、単一のプロセッサとコンピュータ可読コードを保持する単一のメモリを示すだけであるが、当業者は、既述の部品が多数含まれている一方、本発明の諸側面を曖昧にしないようにするために、明示的な表示または説明がないことを理解することに留意されたい。例えば、単一のマシンだけが、示されているが、「マシン／〜機」という用語は、本願明細書において説明された方法のうちの少なくとも１つを実行するために、命令のセット（または複数のセット）を個別にまたは連結して実行する、マシンの何らかの集合体を含むとも解釈されるものとする。

このように、本願明細書において説明された方法の各々の一実施形態は、命令のセットを、例えば、１つ以上のプロセッサ、例えば、ウェブ・サーバ構成の一部である１つ以上のプロセッサ上における実行のためのコンピュータ・プログラムを担持するコンピュータ可読キャリア媒体の形態を取る。このように、当業者によって理解されるように、本発明の実施形態は、方法、専用装置としての装置、データ処理システムとしての装置、またはコンピュータ可読キャリア媒体、例えば、コンピュータ・プログラム製品として具体化可能である。コンピュータ可読キャリア媒体は、コンピュータ可読コードを担持し、コンピュータ可読コードは、１つ以上のプロセッサ上において実行されたときに、１つ以上のプロセッサに方法を実施させる命令のセットを含む。このように、本発明の態様は、方法、完全なハードウェア実施形態、完全なソフトウェア実施形態、またはソフトウェアとハードウェアの諸側面を組み合わせた実施形態の態様を取り得る。さらに、本発明は、媒体内において具体化されたコンピュータ可読プログラム・コードを担持するキャリア媒体（例えば、コンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータ・プログラム製品）の態様を取り得る。

ソフトウェアは、さらに、ネットワーク・インターフェース装置を介して、ネットワーク上において送信または受信されてよい。キャリア媒体は、例示的な実施形態においては、単一の媒体として示されているが、「キャリア媒体」という用語は、命令の１つ以上のセットを記憶する単一の媒体、またはマルチプルメディア（例えば、集中型もしくは分散型データベース、または連携するキャッシュおよびサーバの少なくともいずれか１つ）を含むと解釈されるべきである。「キャリア媒体」という用語は、任意の媒体であって、１つ以上のプロセッサが実行する命令のセットを記憶、符号化、または担持することが可能であり、当該１つ以上のプロセッサに本発明の方法のいずれか１つ以上を実行させる原因となるものを含むとも解釈されるものとする。キャリア媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を、限定することなく含む多くの形態を取り得る。不揮発性媒体は、例えば、光ディスク、磁気ディスク、および光磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メイン・メモリなどの、ダイナミック・メモリを含む。伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含み、バス・サブシステムを構成する電線を含む。伝送媒体は、電波および赤外線データ通信中に発生させられるものなど、音波または光波の形態も取ってもよい。例えば、「キャリア媒体」という用語は、上記に倣い、ソリッドステート・メモリ、光媒体内および磁気媒体内に具体化されたコンピュータ製品、少なくとも１つのプロセッサによって検出可能な伝搬信号を担持するとともに実行されたときにある方法を実施する命令のセットを表す媒体、ならびに１つ以上のプロセッサのうちの少なくとも１つのプロセッサによって検出可能な伝搬信号を運び、命令のセットを表すネットワーク内の伝送媒体を含み、しかもそれらに限定はされないと解釈されるものとする。

本発明が、いずれか特定の実施またはプログラミング技法に限定されないこと、および本発明が、本願明細書において説明された機能性を実施するために、いずれかの適切な技法を使用して実施されてよいことも理解されよう。本発明は、いずれか特定のプログラミング言語またはオペレーティング・システムに限定されない。

本願明細書の随所における「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、または「実施形態」の参照は、実施形態に関連して説明された特定の機能、構造、または特徴が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本願明細書全体の様々な場所における「一実施形態における」、「いくつかの実施形態における」、または「実施形態における」という句の表現は、必ずしもすべてが同一の実施形態に言及しているわけではない。さらに、特定の機能、構造、または特徴は、１つ以上の実施形態において、本開示から当業者に明らかなように、任意の適切な方法で組み合わされてよい。

本願明細書において使用されるとき、別段の指定がない限り、共通の対象を説明するための「第１の」、「第２の」、「第３の」などの序数形容詞の使用は、同様の対象の異なる実例に言及していることを単に示しており、そのように説明された対象が、時間的、空間的に与えられた順序に、序列に、または他の任意のありようになければならないことを暗示することは意図されていない。

以下の特許請求の範囲、および本願明細書における説明においては、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備えている）、ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ（〜を備え）、またはｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（〜を備える）という表現のうちのいずれの１つも、後続する少なくとも１つの要素／特徴を含むが、他を排除しないことを意味する非限定用語である。したがって、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備える）という用語は、特許請求の範囲において使用された場合、その後に列挙された手段または要素またはステップに限定されると解釈されるべきではない。例えば、ＡおよびＢを含む装置という表現の範囲は、ＡおよびＢだけから成る装置に限定されるべきではない。本願明細書において使用されるときの、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（〜を含んでいる）、またはｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｓ（〜を含む）、もしくはｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ（〜を含む）という表現のうちのいずれの１つも、また、後続する少なくとも１つの要素／特徴を含むが、他を排除しないことをやはり意味する非限定用語である。したがって、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇは、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇの同義語であり、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇを意味する。

本開示の例示的な実施形態についての上述の説明においては、本開示を簡素化し、様々な本発明の態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的で、開示の様々な特徴が、ときには、単一の実施形態、図、またはそれの説明にひとまとめにされていることが理解されるべきである。開示のこの方法は、しかしながら、請求項が、各請求項において明示的に列挙されたよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映したものであると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映しているように、本発明の態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴の中にある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、これによって、この詳細な説明に明示的に援用され、各請求項は、それ自体で、本開示の別個の実施形態として存在する。

さらに、本願明細書において説明されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる、他の特徴ではない、いくつかの特徴を含むが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、当業者によって理解されるように、本開示の範囲内にあり、異なる実施形態を形成することが意味される。例えば、以下の特許請求の範囲においては、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせの中で使用することができる。

本願明細書において提供される説明においては、多数の特定の詳細が、説明される。しかしながら、本開示の実施形態は、これらの特定の詳細を用いずに実施されてよいことが理解される。他の例においては、よく知られた方法、構造、および技法は、この説明の理解を曖昧にしないために、詳細には示されていない。

したがって、本開示の好ましい実施形態であると信じられるものが、説明されたが、当業者は、本開示の主旨から逸脱することなく、他のさらなる変更がそれに施されてよく、そのような変化および変更のすべてを、本開示の範囲に包含されるものとして、特許請求することが意図されていることを認識する。例えば、上で与えられたいずれの式も、使用されてよい手続きを表すにすぎない。機能性が、ブロック図に追加されてよく、またはブロック図から削除されてよく、動作は、機能ブロックの間において交換可能であってよい。本開示の範囲内で、ステップが、説明された方法に追加されてよく、または説明された方法から削除されてよい。

Claims (23)

1. 局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザと、入力光信号を受信するための光入力部と、出力光測定信号を発生させるために、前記局所発振器信号を前記入力光信号と混合するための混合モジュールとを有する光ヘテロダイン測定システムを制御する方法であって、該方法は、
   ａ）スペクトル線幅およびピーク中心周波数を有し、かつ、初期スペクトル線幅が第１のスペクトル幅を有するレーザ出力を発生するために、前記波長可変レーザを駆動するべく入力電気駆動信号を受信するステップと、
   ｂ）前記スペクトル線幅を第２のスペクトル幅に選択的に広げるために、前記入力電気駆動信号を電気的な線幅制御信号と重ね合わせるステップと、
   ｃ）測定期間の間、予め設定された周波数スペクトルにわたって、予め定義された調律増分での段階的方式で、前記波長可変レーザの中心周波数を選択的に調律するステップと、を含む方法。
2. 前記調律増分は、前記第２のスペクトル幅に基づいて定義される請求項１に記載の方法。
3. 前記調律増分は、前記第２のスペクトル幅の０．５倍から１．５倍の範囲内にある請求項２に記載の方法。
4. 前記調律増分は、前記第２のスペクトル幅に等しい請求項３に記載の方法。
5. 前記線幅制御信号は、光ヘテロダイン測定システムの所望の走査時間またはリフレッシュ・レートを示すユーザ入力に基づく請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記線幅制御信号は、疑似ランダム・ビット波形を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記線幅制御信号は、繰り返し三角形波形を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記線幅制御信号は、正弦曲線波形を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記入力電気駆動信号は、前記波長可変レーザのゲインを制御する請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記入力電気駆動信号は、前記波長可変レーザの位相を制御する請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第２のスペクトル幅は、前記線幅制御信号の振幅に比例する請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第２のスペクトル幅は、前記第１のスペクトル幅よりも５倍から１００倍大きい請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記線幅制御信号は、前記波長可変レーザのスペクトル・プロファイルも変更する請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記線幅制御信号は、前記波長可変レーザのスペクトル・プロファイルを平坦化する請求項１３に記載の方法。
15. 前記調律増分は、所定の周波数範囲にわたって可変である請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記ステップｂ）は、当該線幅制御信号を用いて当該入力電気駆動信号を変調するステップを含む請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記線幅制御信号は、動的である請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記線幅制御信号は、測定期間の間、前記第２のスペクトル幅を変化させるために前記波長可変レーザの中心周波数の関数として変化する請求項１７に記載の方法。
19. 局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザと、入力光信号を受信するための光入力部と、出力光測定信号を発生させるために、前記局所発振器信号を前記入力光信号と混合するための混合モジュールとを有する光ヘテロダイン測定システム用の制御システムであって、前記制御システムは、
    スペクトル線幅およびピーク中心周波数を有し、かつ、初期スペクトル線幅が第１のスペクトル幅を有する光出力を発生するために、前記波長可変レーザを駆動するべく入力電気駆動信号を生成する駆動モジュールと、
    前記スペクトル線幅を第２のスペクトル幅に選択的に広げるために、前記入力電気駆動信号を電気的な線幅制御信号と重ね合わせるための線幅調律モジュールと、
    予め設定された周波数スペクトルにわたって、段階的方式でレーザの中心周波数を選択的に調律するための調律モジュールと、を含む制御システム。
20. 前記線幅調律モジュールは、調律増分の整数倍で中心周波数を選択的に調律し、前記調律増分は、当該第２のスペクトル幅に基づいて定義される請求項１９に記載の制御システム。
21. 前記線幅制御信号は、前記波長可変レーザの中心周波数の関数としての、第２のスペクトル幅のばらつきを許容するために動的である請求項１９または２０に記載の制御システム。
22. 波長可変レーザを較正する方法であって、該方法は、
    ａ）レーザ出力のスペクトル線幅の第１の測定を実行するステップと、
    ｂ）前記スペクトル線幅を選択的に広げるために、入力電気駆動信号を電気的な制御信号と重ね合わせるステップと、
    ｃ）前記スペクトル線幅の第２の測定を実行するステップと、
    ｄ）操作の間、前記波長可変レーザの中心周波数が、予め設定された周波数スペクトルにわたって、調律増分の整数倍での段階的方式で増加的に調律されるように、第２の測定に基づいて調律増分を定義するステップと、を含む方法。
23. 光ヘテロダイン測定システムであって、該システムは、
    入力光信号を受信するための光入力部と、
    局所発振器信号を発生させるための波長可変レーザと、
    出力光測定信号を発生させるために前記局所発振器信号を前記入力光信号と混合するための混合モジュールと、
    電気的な制御信号を発生させるための信号ジェネレータと、
    前記局所発振器信号と混合する前に前記入力光信号をスペクトル的に広げるために、前記電気的な制御信号を用いて前記入力光信号を変調するための変調器と、を含む光ヘテロダイン測定システム。