JP6047250B2 - 熱ロックアセンブリ - Google Patents
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Description
LR=TxMon/RxMon (1)
式(1)に示すように、ロック比率は、特定のエタロン温度及び周波数において、送信ビーム142の強度を参照ビーム136の強度によって除算した値である。これに代えて、ロック比率は、他の手法で定義してもよく、例えば、ビーム間の強度の差をビームの強度の合計によって除算した値であってもよい。
図5は、一実施形態に基づく熱ロックシステム100の包括的な熱ロック特性を表すグラフ500を示している。グラフ500は、較正温度(Tnom)に対するエタロン応答505、最高温度(Tmax)におけるエタロン応答510、及び最低温度(Tmin)におけるエタロン応答515を含む。エタロン応答軸は、エタロンの伝達特性の測定値を示している。伝達特性は、エタロン温度を特定の値、例えば、Tnom、Tmax及びTminに固定し、送信ビーム142を正規化して、周波数領域内にプロットすることによって判定してもよい。送信ビーム142は、エタロン160を通過していないレーザ光源アセンブリ115の出力光、例えば、参照ビーム136、前方ビーム116等によって、送信ビーム142を除算することによって正規化してもよい。グラフ500は、エタロン応答510の2つの最大値の間の間隔としてエタロン自由スペクトル範囲(FSR)を示している。熱チューニング範囲(thermal tuning range:TTR)は、FSR/2より大きいので、フルグリッドの熱ロック(full grid thermal locking)が提供される。熱チューニング範囲は、エタロン温度の範囲がTminからTmaxまでのエタロン応答の変化の範囲である。
υi,j=υi,0+dυ/dT(Tnom−Tj) (2)
ここで、dυ/dTは、温度によるエタロン周波数変化であり、υi,0は、較正温度Tnomにおいて測定される周波数であり、Tjは、エタロン160の温度であり、υi,jは設定周波数である。周波数帯域全体には、「i」個の較正点が含まれ、「j」は±0,1,…nであり、nは、エタロン温度検出器170の分解能によって決定される。
υi,j=υi,0+dυ’/dT(Tnom−Tj) (3)
dυ’/dT=f(υ) (4)
ここで、f(υ)は、周波数の線形関数であっても非線形関数であってもよく、例えば、m及びcを定数として、一次関数f(υ)=mν+cであってもよい。式(3)は、補正された周波数であるが、エタロン温度検出器170によって測定された温度と、エタロン160の実際の温度との間の温度オフセットを考慮していない。これに代えて、幾つかの実施形態においては、以下のような周波数及び温度が補正された熱チューニングアルゴリズムを用いてもよい。
υi,j=υi,0+dυ’/dT(Tnom−Tj)(1−δ) (5)
ここで、δは、温度オフセット補正係数である。温度オフセット補正係数は、エタロン160の実際の温度の間と、較正温度からの温度逸脱によって測定されたエタロン温度検出器170の温度との間のオフセットを示す。温度オフセット補正係数は、較正の際に導出してもよい。更に、幾つかの実施形態においては、他の環境因子を補償するために、熱チューニングアルゴリズムに更なる補正項を組み込んでもよい。他の環境因子とは、例えば、サブマウント120の温度、チューニングアセンブリ105を収容するケースの温度、経年劣化等である。
図9は、熱ロックシステム100のコントローラ110を用いて熱ロックシステム100によって生成される光ビームの周波数を設定するためのプロセス900の一実施形態のフローチャートを示している。他の実施形態では、他の要素がプロセスのステップの一部又は全部を実行してもよい。また、幾つかの実施形態は、異なる及び/又は追加的なステップを含んでいてもよく、ステップを異なる順序で実行してもよい。
上述した実施形態の説明は、説明を目的とするものであり、本発明を排他的に又は開示した正確な形式に限定する意図はない。上述の開示に基づき、多くの修正例及び変更例が可能であることは、当業者にとって明らかである。
Claims (19)
- 単一のエタロンからなり、光ビームを出力するレーザ光源アセンブリの外部にあり、前記光ビームの周波数を設定周波数に動的にロックするエタロンアセンブリを備えるアセンブリであって、
前記設定周波数は、周波数グリッドに分割された周波数帯内の複数の設定周波数から選択され、前記複数の設定周波数は、チャネルに関連付けられたオングリッド周波数と、チャネルに関連付けられていないオフグリッド周波数と、を含み、
前記エタロンアセンブリは、
光ビームを受け取り、干渉効果よって送信ビームを生成するエタロンであって、前記送信ビームは、前記エタロンの温度に依存する周期関数であり、前記エタロンの熱チューニング範囲は、前記エタロンの自由スペクトル範囲の2分の1より大きいエタロンと、
前記エタロンに取り付けられ、前記エタロンの温度を調整するように構成されたエタロンヒータと、を備え、
前記アセンブリは、コントローラを更に備え、前記コントローラは、
それぞれが前記エタロンの熱チューニング範囲に少なくとも等しい帯域幅を有するセグメントに分割される周波数帯全体に亘って分布し、少なくとも1つの較正点が各セグメント内にある複数の較正点から前記設定周波数に最も近い較正点を特定し、前記特定された較正点及び関連する較正温度(Tnom)を読み出すことで、前記設定周波数に基づいて較正データを読み出し、
熱チューニングアルゴリズム及び前記較正データを使用して、前記エタロンのための設定温度を算出し、
前記エタロンが前記算出された設定温度になるように前記エタロンヒータを制御するアセンブリ。 - 前記エタロンは、2乃至4GHz/Cの範囲内の熱光学係数及び10W/m.Kを超える熱伝導率を有する請求項1記載のアセンブリ。
- 前記エタロンは、イットリウムアルミニウムガーネット単結晶である請求項2記載のアセンブリ。
- 前記エタロンアセンブリは、前記エタロンの一部を囲み、前記エタロンヒータに接触する熱伝導性のシュラウドを更に備え、前記シュラウドの形状は、エタロンに均一な熱プロファイルを提供するように設計されている請求項1記載のアセンブリ。
- 前記エタロンヒータは、抵抗ヒータである請求項1記載のアセンブリ。
- 前記エタロンアセンブリは、
前記エタロンヒータの底部に取り付けられ、前記エタロンヒータとは温度が異なるサブマウントに取り付けられ、前記エタロンヒータを前記サブマウントから断熱する断熱体を更に備え、前記断熱体の一部と前記エタロンヒータの間に少なくとも1つの空隙を有する請求項5記載のアセンブリ。 - 設定周波数を受け取るステップであって、前記設定周波数は、周波数グリッドに分割された周波数帯内の複数の設定周波数から選択され、前記複数の設定周波数は、チャネルに関連付けられたオングリッド周波数と、チャネルに関連付けられていないオフグリッド周波数と、を含む、ステップと、
前記設定周波数に基づいて較正データを読み出すステップと、
熱チューニングアルゴリズム及び前記較正データを用いて、単一のエタロンからなるエタロンアセンブリ内のエタロンのための設定温度を算出するステップであって、前記エタロンの熱チューニング範囲は、前記エタロンの自由スペクトル範囲の2分の1より大きいステップと、を含み、
前記設定周波数に基づいて較正データを読み出すステップは、
複数の較正点から前記設定周波数に最も近い較正点を特定するステップであって、前記複数の較正点は、それぞれが前記エタロンの熱チューニング範囲に少なくとも等しい帯域幅を有するセグメントに分割される周波数帯全体に亘って分布し、少なくとも1つの較正点が各セグメント内にあるステップと、
前記特定された較正点及び関連する較正温度(Tnom)を読み出すステップと、を含み、
前記エタロンの温度が前記算出された設定温度に等しくなるように前記エタロンアセンブリを制御して、光ビームの周波数を前記設定周波数に動的にロックする方法。 - 前記熱チューニングアルゴリズムは、
温度による前記エタロンの周波数変化をdυ/dTとし、前記較正点をυi,0とし、前記エタロンの温度をTjとし、前記設定周波数をυi,jとして、
υi,j=υi,0+dυ/dT(Tnom−Tj)
を含む請求項7記載の方法。 - 前記熱チューニングアルゴリズムは、
周波数をυとし、周波数の関数をdυ’/dTとし、前記較正点をυi,0とし、前記エタロンの温度をTjとし、前記設定周波数をυi,jとして、
υi,j=υi,0+dυ’/dT(Tnom−Tj)
を含む請求項7記載の方法。 - 前記熱チューニングアルゴリズムは、
周波数をυとし、周波数の関数をdυ’/dTとし、前記較正点をυi,0とし、前記エタロンの温度をTjとし、前記設定周波数をυi,jとし、温度オフセット補正係数をδとして、
υi,j=υi,0+dυ’/dT(Tnom−Tj)(1−δ)
を含む請求項7記載の方法。 - 前記周波数帯はCバンドである請求項7記載の方法。
- 1又は複数のレーザパラメータに依存する初期周波数で出力ビームを生成するレーザ光源アセンブリと、
前記出力ビームを参照ビーム及び方向変更ビームに分割する方向変更アセンブリと、
前記参照ビームを監視し、前記参照ビームの光強度に比例する参照信号を生成する参照ビーム検出器と、
前記方向変更ビームを受け取り、干渉効果によって送信ビームを生成するエタロンであって、前記エタロンは、単結晶であり、前記送信ビームは、前記エタロンの温度に依存するエタロンと、前記エタロンの温度を調整するように構成されたエタロンヒータとを備えるエタロンアセンブリと、
前記送信ビームを監視し、送信ビームの光強度に比例する送信信号を生成する送信ビーム検出器と、
コントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記1又は複数のレーザパラメータの設定に基づいて、前記初期周波数が設定周波数又はこの付近になるように前記レーザ光源アセンブリを制御し、
前記設定周波数に対応するエタロンの温度を判定し、
前記エタロンが前記判定された温度になるように前記エタロンヒータを制御し、
前記参照信号及び前記送信信号を使用してロック比率を算出し、
前記ロック比率が前記設定周波数のために較正されたロック比率に一致するまで前記1又は複数のレーザパラメータの1つ以上を調整し、
前記設定周波数は、周波数グリッドに分割された周波数帯内の複数の設定周波数から選択され、前記複数の設定周波数は、チャネルに関連付けられたオングリッド周波数と、チャネルに関連付けられていないオフグリッド周波数と、を含む、アセンブリ。 - 前記エタロンは、2乃至4GHz/Cの範囲内の熱光学係数及び10W/m.Kを超える熱伝導率を有する請求項12記載のアセンブリ。
- 前記エタロンは、イットリウムアルミニウムガーネット単結晶である請求項13記載のアセンブリ。
- 前記1又は複数のレーザパラメータは、前記レーザ光源アセンブリの駆動電流及びレーザ光源アセンブリ温度値を含む請求項12記載のアセンブリ。
- 第1の表面と、前記第1の表面の反対側の第2の表面とを有し、前記第1の表面に前記レーザ光源アセンブリが取り付けられた熱伝導性を有するサブマウントと、
前記サブマウントの第2の表面に取り付けられ、前記サブマウントの温度を前記レーザ光源アセンブリ温度値に調整するように構成されている温度調整器と、を更に備える請求項15記載のアセンブリ。 - 前記コントローラは、更に、
前記第1の設定周波数とは異なる第2の設定周波数を受け取り、
前記レーザ光源アセンブリを制御し、
前記1又は複数のレーザパラメータの設定に基づいて、前記初期周波数が前記異なる設定周波数又はこの付近になるように前記レーザ光源アセンブリを制御し、
前記異なる設定周波数に対応する前記エタロンの第2の温度を判定し、
前記エタロンが前記第2の温度になるように前記エタロンヒータを制御し、
前記参照信号及び前記送信信号を使用して、第2のロック比率を算出し、
前記ロック比率が前記第2の設定周波数のために較正されたロック比率に一致するまで前記1又は複数のレーザパラメータの1つ以上を調整する請求項12記載のアセンブリ。 - 前記方向変更アセンブリは、
前記出力ビームの一部の方向を90度変更して、垂直方向に伝播させ、前記出力ビームの残りの部分を参照ビームとして参照モニタに向けて透過するように構成されている第1の反射面と、
前記第1の反射面から垂直方向にオフセットされ、前記ビームを方向変更する前記出力ビームに平行で、前記出力ビームから垂直方向にオフセットされた方向変更ビームを生成する第2の反射面と、
を備える請求項12記載のアセンブリ。 - 前記方向変更アセンブリは、
前記出力ビームが前記第1の反射面に入射する前に、前記出力ビームを偏光させるように配置された線形偏光板と、
前記方向変更ビームの偏光を45度回転させ、後方反射を更に45度回転させて、前記回転された後方反射を前記線形偏光板の方向に直交させる1/4波長板と、
を備える請求項18記載のアセンブリ。
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