JP2018530932A - 光ヘテロダイン測定システムの掃引制御 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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f0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f0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f0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f0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。
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f0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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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