JP6537972B2 - 光システムにおいて周波数歪および偏光誘因効果を補償するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（分野）
本発明は、光インテロゲータ／特徴付けシステムにおいて使用される周波数掃引チューナブルレーザーによって誘引される瞬間的な周波数ノイズおよび／または掃引非直線性を補償するシステムおよび方法に関係する。

（背景）
光センサ（ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ））が多くのセンシングアプリケーションに対して提示されてきた。例えば、チューナブルレーザーまたは波長掃引源は、直列または並列の組み合わせで配列されるセンサ上の値を読むために使用されることが可能である。

ファイバセンサにおけるブラッグ反射器の中心波長は、センサが経験する温度または歪みの変化により変化する。光波長チューナブル／掃引源（例えば、チューナブルレーザー）は、特定のバンド（例えば、Ｃ／Ｌバンド）をカバーする全ての波長にわたって掃引すること、およびセンサ応答ごとに反射された波長ピーク位置を見出すことのために使用されることが可能である。これらの波長ピーク移動は、測定源（例えば、歪み、温度など）に関係する。ＦＢＧセンサ上の変化の測定のために使用されるシステムは、インテロゲータシステムとして言及される。システムは、さらに、光コンポーネント（例えば、光フィルタ）を特徴づけるために使用されることが可能である。

インテロゲータシステムにおけるチューナブルレーザーは、ＦＢＧのリニア応答を測定して戻るためにリニア方式で掃引される必要がある。実際、チューナブル源は、リニア掃引を生成するように特徴づけられる。Ｉｎｔｕｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｌｉｍｉｔｅｄに譲渡されたＵＳ７，６４９，９１７に開示されているインテロゲータシステムは、完全動作バンド（例えば、Ｃ／Ｌバンド）上で準リニア掃引を生成するために使用される全てのセグメントにわたってリニアにスキャンするチューナブルレーザーを提供する。準リニア掃引は、完全なカバー範囲を保証するために周期的波長参照（例えば、Ｅｔａｌｏｎ）を使用して複数の重複ミニ掃引（セグメント）をスティッチすることに基づいた。使用されるＥｔａｌｏｎは、典型的には、２５ＧＨｚであり、２５ＧＨｚの最小限度は、スティッチするために一般的なＥｔａｌｏｎを有するように要求された。この結果として、最大達成可能掃引率を限定した。

チューナブルレーザーについての問題は、経時変化、環境温度変化により、余分な重複がマージンを改善して、セグメント間でスティッチすることを保証するように要求されることである。さらに、チューナブルレーザーシステムにおける任意の誘引電子ノイズがあり、掃引は、リニアのままでなくあり得、瞬間的な周波数ノイズに加えてモードジャンプが出力時に生じる可能性がある。連続掃引源を使用する他の報告されたインテロゲータは、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄに譲渡されたＵＳ２０１０／０１０５１４８ Ａ１に開示されている周波数トラッキングのための波長参照を使用する。しかしながら、Ｃｏｒｎｉｎｇは、準連続掃引に基づくチューナブルレーザー源および生じる可能性がある潜在的モードジャンプに対するスティッチングおよび重複問題に対処していない。

偏光チューナブルレーザーに基づいてインテロゲーションシステムとともにインテロゲートされるＦＢＧについての更なる問題は、ピーク位置のシフト、および測定のエラーを生じさせる偏光依存周波数シフト（ＰＤＦＳ）につながる複屈折である。ＵＳ７，６４９，９１７に開示されているインテロゲータシステムは、システムにおいて偏光スイッチ／制御器を使用することによって、この問題に対処している。しかしながら、偏光源および狭い線幅レーザーに基づくチューナブルレーザーについて、パッシブデポラライザ（例えば、Ｌｙｏｔデポラライザ）は、要求されるファイバの長い長さにより現実的ではない。

それゆえ、本発明の目的は、上述された問題のうちの少なくとも１つ以上の問題を克服するシステムおよび方法を提供することである。

米国特許第７，６４９，９１７号明細書 米国特許出願公開２０１０／０１０５１４８号明細書

（要旨）
本発明によると、添付された請求項に規定されているように、光波長チューナブル源とともに使用するための波長参照および偏光緩和システムが提供され、該システムは、センサ特性を測定するかまたは波長依存光デバイスを特徴づけるように適合された細かい波長参照部分によって特徴づけられる少なくとも１つの粗い参照波長部分を備える。

１つの実施形態において、複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するための波長参照および偏光緩和システムが提供され、該システムは、
少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分と、
粗い参照波長部分より小さいフリースペクトルレンジを有する光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合された細かい波長参照部分と、
チューナブルレーザー源の掃引セグメントを共にスティッチする手段であって、細かい周期的波長参照は、粗い波長参照部分と比較した相対的オフセット波長参照を提供し、その結果、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少される、手段と
を備える。

本発明は、改善された波長スティッチングシステムおよび方法、ならびに光センサの偏光依存を効率的に緩和することに加えて不連続連続掃引のための重複マージンを提供する。本発明は、経時的にチューナブル光掃引源の波長情報を測定および特徴づける手段を使用する波長参照システムを提供する。この情報は、掃引における任意の非直線性および瞬間的な周波数ノイズを補償するために使用される。さらに、この情報は、チューナブル源の任意の温度または／および経時変化誘因波長ドリフトを補償する絶対波長参照を提供する。

本発明は、細かい波長参照が、他の参照（例えば、Ａｔｈｅｒｍａｌ Ｅｔａｌｏｎ（粗い参照）およびＧａｓセル波長参照（絶対参照））に加えて波長参照システム内に導入されるシステムを提供する。この細かい波長参照は、Ｅｔａｌｏｎ参照と比較した小さいフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）を有することが可能であるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）などの周期的波長応答を有する光デバイスである。ＭＺＩは、異なる技術（例えば、ファイバベース、フリースペースオプティクス、インテロゲートされた光回路ＰＬＣ、または偏光維持（ＰＭ）ファイバおよびポラライザで構築されるもの）を使用して実装されることが可能である。

１つの実施形態において、少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分は、第１の測定されたピークおよび第２の測定されたピークによって定義され、掃引セグメントの開始および停止波長を提供する。

１つの実施形態において、細かい参照部分は、瞬間的な周波数ノイズおよび掃引非直線性に関して、チューナブル源で生成される掃引セグメントの周波数補正を提供するように適合された周期的周波数光デバイスを備える。

１つの実施形態において、システムは、スティッチング点として粗い波長参照に参照される細かい周期的波長参照を使用することによってチューナブル源の連続掃引セグメントを共にスティッチする手段を備える。

１つに実施形態において、波長チューナブル源に対する制御データを提供するために周期的波長参照のゼロ交点間の間隔を測定する手段が提供される。

１つの実施形態において、光デバイスの周期的周波数における任意の不連続を検出する手段が提供され、周期的周波数における検出された不連続は、波長チューナブル源に対する制御データを提供する。

１つの実施形態において、制御データは、光波長チューナブル源の動作点を再較正する手段を提供する。

１つの実施形態において、細かい参照部分は、光波長チューナブル源における非直線性を予め補償するように適合されている。

１つの実施形態において、参照部分は、絶対周波数情報を提供するように適合された少なくとも１つのガスセル参照を備える。

１つの実施形態において、細かい参照部分は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）および偏光スクランブラを備える。

１つの実施形態において、ＭＺＩおよびスクランブラは、周波数情報を提供してセンサ／フィルタにおける偏光誘因効果を緩和するように適合された所望の偏光発射角度および長さで構成される偏光維持ファイバを備える。

１つの実施形態において、インテロゲートされたセンサ／フィルタにおいて偏光誘因波長シフトを緩和するために非同期的または同期的な方式において偏光の状態を制御するように適合されたアクティブ偏光制御デバイスが提供される。

１つの実施形態において、参照部分は、レーザー源から電気制御信号を受信するように適合されており、細かい参照部分を制御する。

ＰＭファイバがＭＺＩを構築するために使用される場合、同じファイバは、さらに、ファイバの出力における偏光状態を変化させる連続波長板（パッシブ偏光スクランブラ）を構成するために使用される可能性があり、それゆえ、ポラライザの出力において生成される波長参照（ＭＺＩ）と並列に偏光参照に提供する。

偏光スクランブリング効果は、光ファイバセンサ（ＦＢＧ）偏光感度を緩和するために使用されることが可能である。

余分な高速偏光スクランブラ／スイッチ（アクティブ偏光スクランブラ）は、ＰＭファイバベースのパッシブ偏光スクランブラに取って代わることが可能であるか、またはシステムに付加されることが可能である。

システムにおいて、ＭＺＩおよび偏光スクランブラ／スイッチを付加することは、結果の正確さを改善し、レーザー（単数または複数）によってインテロゲートされる光ファイバセンサ／フィルタ（例えば、ＦＢＧ）の偏光感度を減少させる。

システムの拡張は、さらに、異なる波長で並列に掃引してＭＺＩ参照および偏光スクランブラ／スイッチを共有する複数のレーザーの使用を通して適応させられることが可能である。ＭＺＩ参照は、さらに、レーザーを較正するために使用されることが可能であり、掃引における非直線性を予め補償するようにする。

１つの実施形態において、レーザーおよび制御部分からレシーバ部分へとトリガ信号が提供され、セグメント掃引を同期させる。

１つの実施形態において、レーザーおよび制御部分から偏光スイッチ／スクランブラ部分へとトリガ信号が提供され、偏光状態を変化させる。

１つの実施形態において、参照部分を含む光アセンブリは、波長（絶対的／相対的）およびパワー参照信号をレシーバ部分に提供するために使用される。

１つの実施形態において、インテロゲータ光スプリッタ部分は、光センサまたはデバイスを含む複数のファイバチャンネルをサポートするために使用される。

１つの実施形態において、インテロゲータ参照システムは、チューナブルレーザーの出力における任意のパワー変動を補償するためのパワー参照を含む。

１つの実施形態において、インテロゲータ参照システムは、チューナブルレーザーで生成される掃引セグメントの周波数補正、および／または隣接する掃引セグメント間のスティッチングを提供するために使用されるＥｔａｌｏｎおよび／またはＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計などの１つ以上の周期的周波数光デバイスを含む。

１つの実施形態において、（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を含む）インテロゲータ波長参照システムは、波長掃引非直線性を予め補償するために使用されることが可能である。

１つの実施形態において、インテロゲータ参照システムは、絶対周波数情報を提供するための１つ以上のＧａｓセル参照を含む。

１つの実施形態において、ＭＺＩおよびパッシブ偏光スクランブラは、リニアに偏光した光を２つの直交する偏光信号に分割するために、第１の部分において複屈折軸間の４５度の発射角度でＰＭファイバの単一または複数の部分を使用することによって構成されることが可能である。ＰＭファイバは、ＰＭカプラを介してポラライザに続き、ＭＺＩを構成する。ＰＭカプラの他の出力は、ＭＺＩから生成される波長参照と同期的な偏光状態を生成するパッシブ偏光スクランブラとして使用されることが可能である。

１つの実施形態において、アクティブ偏光制御デバイスは、光センサ偏光依存による偏光誘因波長シフトを緩和するように非同期的（アクティブ偏光スクランブラ）または同期的（アクティブ偏光スイッチ）に偏光の状態を制御するために使用される。

１つの実施形態において、システムは、掃引するために使用されるチューナブルレーザー／掃引源の数を増大させることによって改善され、センサが測定されるときのフレキシビリティおよび速度をさらに増大させる。

１つの実施形態において、センサは、ファイバブラッググレーティングおよび／または任意の互換性のある光センサ／コンポーネントを備える。

別の実施形態において、複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するための波長参照および偏光緩和の方法が提供され、該方法は、
少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分を選択するステップと、
細かい波長参照部分を選択し、粗い参照波長部分より小さいフリースペクトルレンジを有する光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合させるステップと、
チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチするステップであって、細かい周期的波長参照は、粗い波長参照部分と比較した相対的オフセット波長参照を提供し、その結果、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少するようにする、ステップと
を含む。

更なる実施形態において、複数の異なる掃引セグメント上で光波長チューナブルレーザー源の掃引セグメント間の要求される重複を最小化する方法が提供され、該方法は、
少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分を選択するステップと、
細かい波長参照部分を選択し、粗い参照波長部分より小さいフリースペクトルレンジを有する光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合させるステップと、
チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチするステップであって、細かい周期的波長参照は、粗い波長参照部分と比較した相対的オフセット波長参照を提供し、その結果、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少するようにする、ステップと
を含む。

記録媒体、キャリア信号または読み出し専用メモリ上で具体化され得る上述の方法をコンピュータプログラムに実行させるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムがさらに提供される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するための波長参照および偏光緩和システムであって、該システムは、
少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分と、
該粗い参照波長部分より小さいフリースペクトルレンジを有する光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合された細かい波長参照部分と、
該チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチする手段であって、該細かい周期的波長参照は、該粗い波長参照部分と比較した相対的オフセット波長参照を提供し、その結果、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少される、手段と
を備える、システム。
（項目２）
少なくとも１つの安定した粗い波長参照は、少なくとも１つの安定した波長マーカーを提供する、項目１に記載のシステム。
（項目３）
上記少なくとも１つの安定した波長マーカーは、検出されたピーク、谷または傾きのうちの少なくとも１つから選択される安定した別個の波長応答を備える、項目１に記載のシステム。
（項目４）
上記細かい参照部分は、瞬間的な周波数ノイズおよび掃引非直線性に関して、上記チューナブル源で生成される掃引セグメントの周波数補正を提供するように適合された周期的周波数光デバイスを備える、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目５）
上記粗い波長参照を提供するためのＥｔａｌｏｎを備え、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計は、上記細かい波長参照を提供する、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目６）
上記波長チューナブル源に対する制御データを提供するために上記周期的波長参照のゼロ交点間の間隔を測定する手段を備える、項目１に記載のシステム。
（項目７）
上記光デバイスの上記周期的周波数における任意の不連続を検出する手段を備え、該周期的周波数における検出された不連続は、上記波長チューナブル源に対する制御データであって、上記掃引においてモードジャンプを避けるように構成される制御データを提供する、項目１から６までのいずれか一項に記載のシステム。
（項目８）
上記制御データは、上記光波長チューナブル源の動作点を再較正する手段を提供する、項目７に記載のシステム。
（項目９）
上記細かい参照部分は、上記光波長チューナブル源で生成される掃引における非直線性を予め補償するように適合されている、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目１０）
絶対参照部分は、絶対周波数情報を提供するように適合された少なくとも１つのガスセル参照を備える、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目１１）
上記細かい参照部分が、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）および偏光スクランブラを備える、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
上記ＭＺＩおよびスクランブラは、検出されたＭＺＩ交差、ピークおよび谷と同期的に上記レーザー出力の上記偏光状態を変化させることによって、周波数情報を提供してセンサ／フィルタにおける偏光誘因効果を緩和するように適合された所望の偏光発射角度および長さで構成される偏光維持ファイバを備える、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
インテロゲートされたセンサ／フィルタにおける偏光誘因波長シフトを緩和するために非同期的または同期的な方式において上記偏光の状態を制御するように適合されたアクティブ偏光制御デバイスを備える、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目１４）
上記偏光制御部分は、上記チューナブル源から電気制御信号を受信するように適合されている、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目１５）
上記光波長チューナブル源は、チューナブルレーザーまたは波長掃引源を備える、任意の前述の項目に記載のシステム。
（項目１６）
プログラム命令を備えるコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムは、
少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分を選択するステップと、
細かい波長参照部分を選択し、該粗い参照波長部分より小さいフリースペクトルレンジを有する光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合させるステップと、
上記チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチするステップであって、該細かい周期的波長参照は、該粗い波長参照部分と比較した相対的オフセット波長参照を提供し、その結果、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少するようにする、ステップと
を実行することによって、コンピュータプロセッサによって実行されるときに、複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するためのシステムをコンピュータに制御させる、コンピュータプログラム。
（項目１７）
複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するための波長参照および偏光緩和の方法であって、該方法は、
少なくとも１つの安定した粗い参照波長部分を選択するステップと、
細かい波長参照部分を選択し、該粗い参照波長部分より小さいフリースペクトルレンジを有する光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合させるステップと、
上記チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチするステップであって、該細かい周期的波長参照は、該粗い波長参照部分と比較した相対的オフセット波長参照を提供し、その結果、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少するようにする、ステップと
を含む、方法。

本発明は、本発明の実施形態の以下の説明からより明確に理解され、その説明は、添付図面を参照して、単に例として与えられる。
図１は、Ｎ個のファイバチャンネルチューナブルレーザーベースの光インテロゲータのための主要部分および主要部分間の相互接続の全体ブロック図を図示する。 図２は、ＰＭファイバベースのＭＺＩおよびパッシブ偏光スクランブラを有するＮ個のファイバチャンネルチューナブルレーザーベースの光インテロゲータの概略図を図示する。 図３は、ＰＭファイバベースのＭＺＩおよびパッシブ偏光スクランブラの構成の概略図を図示する。 図４は、アクティブ偏光スクランブラ（同期／非同期）を有するＮ個のファイバチャンネルチューナブルレーザーベースの光インテロゲータの概略図を図示する。 図５は、ＰＭコンポーネント（カプラ／ファイバ）を使用するＭＺＩの構成の概略図を図示する。 図６は、アクティブデポラライザの構成の概略図を図示する。 図７は、周期的波長参照チャンネルを使用してスティッチング点を図示する２つの重複している掃引セグメント上で測定される典型的な反射されたＦＢＧ応答を示す。 図８は、単一のファイバチャンネル（上部）および掃引セグメント間の重複（下部）上の反射されたＦＢＧスペクトルを示す。 図９は、ＦＢＧピーク情報を抽出するインテロゲータ主要機能のためのフローチャートを図示する。 図１０は、セグメント掃引内のＦＢＧ、ＥｔａｌｏｎおよびＭＺＩ信号に対する典型的なサンプリングされたＡＤＣ値を図示する。 図１１は、どのようにしてＭＺＩ信号のゼロ交点が掃引非直線性を推定するためおよび波長軸をリニア化するために使用されることが可能であるかを示す。

（図面の詳細な説明）
本発明は、光センサのアレイから取得されるセンサ特性を測定するチューナブルレーザーベースの光インテロゲータにおいて使用される周波数補償および偏光緩和システムを提供する。

インテロゲータシステム設計が図１に示されている。インテロゲータは、５つの主要部分（すなわち、チューナブルレーザーおよび関連する制御ユニット１、いくつかのパッシブ光コンポーネント（スプリッタ、カプラ、サーキュレータなど）と、絶対波長参照（Ｇａｓセル）、１つ以上の周期的波長参照（Ｅｔａｌｏｎ／Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計ＭＺＩ）、およびパワー参照を備える光参照システムとを備える光アセンブリ２、フォトレシーバ、アナログ‐デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、ＦＰＧＡを含むレシーバ部分３、偏光スクランブリング部分４（アクティブ／パッシブ）、光スプリッタ部分５、および、コンピュータオンボードユニット（ＣＯＢ）または他の処理ユニットデバイスである可能性がある処理ユニット６）を備える。

図２のインテロゲータユニットは、異なる部分間の相互接続をより詳細にした概略図を示している。最も左の部分は、チューナブルレーザートランスミッタおよび制御ユニットを保持し、光アセンブリは、偏光維持コンポーネント、フィルタ、スプリッタおよびスプライスを有するパッシブ光学トレイと、参照光コンポーネント（Ｇａｓ Ｃｅｌｌ．Ｅｔａｌｏｎ、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）など）とを保持する。次いで、参照信号出力ファイバは、レシーバ部分に誘導される。この概略図において、ＰＭ ＭＺＩおよびＰＭパッシブスクランブラは、同じファイバを共有し、そのファイバにおいて、図３に図示されているように、ＰＭカプラを介してポラライザに接続された１つの出力がＭＺＩのために使用され、別の出力がＰＭパッシブスクランブラとして使用される。

偏光スクランブラの出力は、１ｘＮ光スプリッタとＮ個の３ｄＢカプラ／サーキュレータとを含む光スプリッタ部分に誘導され、Ｎ個の３ｄＢカプラ／サーキュレータは、次いで、光センサを含むＮ個の光ファイバチャンネルに接続される。センサから反射されて戻った信号は、次いで、レシーバ部分に伝えられる。レシーバ部分は、高速データ処理ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）に接続されたフォトダイオードおよびレシーバ回路のバンクを含む。高速データが処理されて、データセットを減少させ、センサの未処理／フィルタ処理済みピーク波長を抽出する。この処理されたデータは、メモリからプロセッサに伝えられる。

図４のインテロゲータユニットは、異なる部分間の相互接続をより詳細に示した概略図を示している。最も左の部分は、チューナブルレーザートランスミッタおよび制御ユニットを保持し、光アセンブリは、偏光維持コンポーネント、フィルタ、スプリッタおよびスプライスを有するパッシブ光学トレイと、参照光コンポーネント（Ｇａｓ Ｃｅｌｌ．Ｅｔａｌｏｎ、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）など）とを保持する。次いで、参照信号出力ファイバは、レシーバ部分に誘導される。この概略図において、ＭＺＩは、任意の技術（例えば、ファイバベース、ＰＬＣ、フリースペースオプティクス）を使用して実装されることが可能である。

図５は、２つの異なる実装（ａ）干渉計を形成するために異なる特定の経路長で共にスプライスされたＰＭカプラを使用することと、（ｂ）入力が４５度の角度でスプライスされて出力がポラライザに接続されるときに干渉計を構成するために特定の長さを有する１つのＰＭファイバ（微分群遅延）を使用することとを示している。

レーザーの出力は、図６に示されるようにアクティブデポラライザに誘導され、アクティブデポラライザは、１つの実施形態において、レーザー掃引トリガを用いて同期動作で動作する（Ｎ状態の（Ｎ＞＝２））高速偏光スイッチ、または／およびレシーバフォトダイオードＢＷより高い速度で動作し、異なる技術（例えば、ＬｉＮｂＯ３ベースのデバイス）を使用する単一または複数の波長板を使用して構成されることが可能である高速偏光スクランブラ（非同期）である。

偏光スクランブラの出力は、１ｘＮ光スプリッタとＮ個の３ｄＢカプラ／サーキュレータとを含む光スプリッタ部分に誘導され、Ｎ個の３ｄＢカプラ／サーキュレータは、次いで、光センサを含むＮ個の光ファイバチャンネルに接続される。センサから反射されて戻った信号は、次いで、レシーバ部分に伝えられる。レシーバ部分は、高速データ処理ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）に接続されたフォトダイオードおよびレシーバ回路のバンクを含む。高速データが処理されて、データセットを減少させ、センサの平均ピーク波長を抽出する。この処理されたデータは、メモリからプロセッサに伝えられる。

光システムは、〜１５２８−１５６８ｎｍをカバーするＣバンドレーザー、および異なるバンドをカバーする潜在的により多くのレーザー（〜１５６８−１６０８ｎｍをカバーするＬバンドレーザーを使用する等）から成り得、合計８０ｎｍのカバー範囲を与え得る。追加のレーザー（単数または複数）を使用することにより、信頼性を増大させることおよびインテロゲートされるセンサの数を増大させることが可能である。センサの数を２倍にするためにＬバンドレーザーを使用する代わりに追加のＣバンドレーザーが、両方のレーザーデバイスの並列動作を確実にするために、光ファイバの数を２倍にすることと組み合わされて使用されることが可能である。いずれの波長の重複も避けるために異なるセンサ間の空間／波長の間隔およびそれぞれのダイナミックレンジに依存して、各レーザー出力は、Ｎ個のファイバに分割され、各ファイバは、複数の光ＦＢＧセンサを含む。各チューナブルレーザー信号は、さらに、測定のベースラインの正確さを提供する参照サブシステムを供給するために使用される。インテロゲータアーキテクチャは、関心のセグメントのみが選択されるように準連続チューニングモードにおいて動作するように設計される。

インテロゲータ設計は、チューナブルレーザーがＣバンドの全範囲にわたって連続的に掃引または調整することが不可能であるという事実を考慮する。その方法は、完全なＣバンド掃引を達成するために、本インテロゲータ設計における複数の準連続チューニング掃引を共にスティッチすることが可能である。図７は、ＦＢＧセンサにわたってスキャンするために使用される２つの重複している隣接する掃引セグメントの例を示す。各掃引セグメントは、細かい周期的波長参照信号（例えば、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ））を較正するために、安定した粗い周期的波長参照信号（例えば、Ａｔｈｅｒｍａｌ Ｅｔａｌｏｎ）を使用して波長参照信号を生成する。２つのＥｔａｌｏｎピーク間の波長間隔は、いつも一定であり、ピーク位置は、掃引セグメントに対する粗い波長マーカーとして使用されることが可能である。細かい波長マーカーに対して、（Ｅｔａｌｏｎピーク間隔より小さい自由スペクトル領域（ＦＳＲ）によって定義され、ＦＳＲ／２によって定義されるゼロクロス点またはピークスルー間隔を有する）ＭＺＩ周期が使用される。２つのＥｔａｌｏｎピーク間のＭＺＩ周期の数が一定であるので、この情報は、絶対波長参照としてのＥｔａｌｏｎピーク情報、およびＥｔａｌｏｎピーク位置と比較した相対的オフセット波長参照としてのＭＺＩ情報を使用することによって、各掃引セグメントの開始および停止波長の測定を可能にさせる。図７中の例として、２つのＥｔａｌｏｎピーク間の間隔は、３つのＭＺＩ周期（すなわち、６つのＭＺＩ交点）に相当し、それゆえ、第１の掃引セグメントの波長終点は、第１の掃引セグメントの第３のＥｔａｌｏｎピーク位置に２つのＭＺＩ周期（４つのＭＺＩ交差）を加えた位置に相当する。一方で、第２の掃引セグメントの波長始点は、第２の掃引セグメントの第１のＥｔａｌｏｎピーク位置から２つ半のＭＺＩ周期（５つのＭＺＩ交差）を引いた位置に相当する。隣接するＥｔａｌｏｎ間のＭＺＩ交差の数は、６つのＭＺＩ交差にいつも相当するので、２つの掃引セグメント間のスティッチング点は、ＭＺＩ交差位置に基づいて計算されることが可能である（例えば、第１の掃引、第３のＥｔａｌｏｎ＋２つのＭＺＩ交差の波長位置は、第２の掃引、第１のＥｔａｌｏｎ−４つのＭＺＩ交差に相当する）。スティッチング点が、さらに、両掃引の上に存在するＦＢＧ上に示されている。スティッチング点外のデータは、破棄され、準連続掃引は、全ての掃引セグメントを共にスティッチすることによって構成される。この技術は、掃引セグメントを共にスティッチするためにＥｔａｌｏｎピーク情報のみが使用される他のスティッチング技術と比較したときに波長の重複が少ない状態の長い掃引セグメントの使用を可能にさせる。波長の重複を減少させることおよびより長い掃引セグメントを使用することは、レーザーがより速く掃引することを可能にさせる。

粗い測定を提供するために、安定した別個の波長応答（例えば、ピーク、谷、傾き）が、少なくとも１つの安定した波長マーカーを提供するように検出されることが可能であることが認識される。複数の波長マーカーを提供する細かい周期的波長参照（例えば、ＭＺＩ）と組み合わされるとき、掃引セグメントの開始および停止が定義されることが可能である。

最終掃引速度を定義するこれらのセグメントのそれぞれの間のレーザーを切り替えるように要求される制御可能な時間経過が存在する。セグメントの長さおよびオーダーは、レーザートランスミッタ部分において制御ブロックによって全て制御される。制御ブロックは、さらに、アクティブ偏光制御デバイス（スイッチ／スクランブラ）のためのトリガ信号を生成する。
（動作例）
動作中、レーザーは、波長ピークが位置するセグメントを測定することによって波長掃引を実行する。図９は、主要データ処理段階のフローチャートを図示する。参照信号およびＦＢＧチャンネルは、図１０に示されるＡＤＣを使用して測定され、それらは、次いで、デジタル領域内でフィルタ処理される。パワー参照信号は、レーザーの出力パワーにおける任意の変動を正規化するために使用される。ＭＺＩ信号は、Ｅｔａｌｏｎ ＦＳＲより小さい固定された自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有する周期的信号である。図１１に示されるように、ゼロ交点は、掃引するときにレーザー出力の周波数歪および非直線性を推定するために検出および使用される。Ｅｔａｌｏｎピークが検出され、ＭＺＩデータを用いて、重複している掃引セグメント間のスティッチングが実行される。Ｇａｓ Ｃｅｌｌ絶対参照信号は、正確な絶対測定値を達成するようにＥｔａｌｏｎ周波数測定値を訂正するために検出および使用される。

波長軸が較正されている状態で、ＦＢＧ波長ピークが検出およびトラッキングされる。ＦＢＧセンサ較正データに基づいて、波長シフトは、実際の測定値（例えば、温度／歪み）に変換される。図９のブロックの処理は、ＦＰＧＡおよび／またはコンピュータオンボード（ＣＯＢ）内に実装されることが可能である。いくつかのピーク検出アルゴリズム（例えば、ガウス、多項式、正弦、二分割スカート）は、用途に基づいて分配および最適化されることが可能である。

ＦＢＧセンサが偏光依存（例えば、偏光依存周波数シフトＰＤＦＳ）を示すいくつかの用途において、この効果を緩和するいくつかの手段が要求される。図２に示されるシステムにおいて、パッシブ偏光維持複屈折ファイバは、レーザー源の偏光状態をスクランブルするために連続波長板として使用される。パッシブスクランブラは、１つのＰＭファイバを使用して構成され、ここで、複屈折軸間の４５度の角度で入力がレーザー出力とスプライスされ、他の端部がＰＭカプラ／スプリッタに接続され、ＰＭカプラ／スプリッタの１つの出力は、ＦＢＧセンサのためにスプリッタ部分に接続される。図３に示されるように、ＰＭカプラ／スプリッタの他の出力は、ポラライザに続いて、ＭＺＩを構成する。同じＰＭファイバが、ＭＺＩおよびパッシブ偏光スクランブラの両方のために使用されるので、ＭＺＩから測定されるサンプルは、偏光変化と同期的である（例えば、ＭＺＩ信号上のピークが、特定の偏光状態に対応する一方で、谷が、直交する偏光状態に対応する）。この情報は、２つの直交する偏光に対応する２つのＦＢＧ応答を構成するために使用されることが可能である。２つのＦＢＧ応答から測定されたピークは、ＦＢＧ偏光感度を減少させるために平均される可能性がある。

上のアプローチは、偏光および波長が、同時にサンプリングされることを可能にし、それに応じて互いにロックステップにおいてサンプリングされる両方の効果を有する。波長が掃引されるとき、偏光の回転は、波長依存となり、パッシブスクランブラの出力における偏光状態は、波長およびＰＭファイバの長さに比例して回転する。

図４において、アクティブデポラライザが使用されている。これは、Ｎ状態の偏光スイッチ（レーザー掃引に対して同期的）、高速偏光スクランブラ（レーザー掃引に対して非同期的）のいずれか、または図６に示されるようなそれら両方の組み合わせを使用することによって達成されることが可能である。偏光スイッチの例は、ｎ個の掃引ごとに２つの直交する偏光状態間でフリップする２状態の直交スイッチである。センサに適用される偏光状態が２つの直交する状態間で変化するとき、２つの測定に対する異なる波長シフトが、センサ偏光感度に依存して観察されることとなる。この変化率が関心の信号バンド幅より高い率で生じるので、それは、平均／フィルタ処理されることが可能であり、それゆえ、低速偏光変動のインパクトを減少させる。２つより多い偏光状態が測定の偏光依存を緩和するために要求される場合、Ｎ状態の偏光スイッチ（Ｎは２より大きい）が使用されることが可能である。ファイバ上に高周波数振動／偏光変化を有する環境により、非同期高速偏光スクランブラは、（例えば、４５度の入力偏光角度の方向づけで、レシーバＢＷより高い周波数を有する電気信号によって駆動された高速ＬｉＮｂＯ３偏光スクランブラまたはＬｉＮｂＯ３位相変調器を使用して）使用されることが可能である。

図面を参照して説明された本発明における実施形態は、コンピュータ装置および／またはコンピュータ装置内で実行されるプロセスを備える。しかしながら、本発明は、さらに、コンピュータプログラム、特に、本発明を実施するように適合したキャリア上またはキャリア中に格納されるコンピュータプログラムに拡大する。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、またはソースコードとオブジェクトコードとの中間のコードの形式（部分的にコンパイルされた形式）または本発明による方法の実装における使用に適した他の形式等であり得る。キャリアは、ＲＯＭ（例えば、ＣＤ ＲＯＭ）、または磁気記録媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスクまたはハードディスク）などの格納媒体を備え得る。キャリアは、電気または光ケーブルを介してあるいは無線または他の手段によって伝送され得る電気または光信号であり得る。

本明細書において、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）、備えられる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）、および備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」またはそれらの任意の変形、および用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）、含まれる（ｉｎｃｌｕｄｅｄ）、および含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」またはそれらの任意の変形は、完全に相互交換可能であると考慮され、それらは、全て、最も広い可能な解釈を与えられるべきである。

本発明は、以前に本明細書に説明された実施形態に限定されないが、構造および細部の両方において変化し得る。

Claims (14)

1. 複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するための波長参照および偏光緩和システムであって、前記システムは、
   少なくとも１つの安定した粗い波長参照部分であって、前記少なくとも１つの安定した粗い波長参照部分は、掃引セグメント内に少なくとも１つの安定した波長マーカーを生成するための粗い波長参照信号を提供するように適合された光デバイスを備える、少なくとも１つの安定した粗い波長参照部分と、
   光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合された細かい波長参照部分であって、前記細かい波長参照部分は、前記安定した波長マーカーに対してオフセットを有する掃引セグメント内で複数の細かい波長マーカーを生成するための細かい周期的波長参照信号を提供するように適合された光デバイスを備え、前記細かい波長参照信号は、前記粗い波長参照信号の安定した波長マーカー間の間隔より小さいフリースペクトルレンジを有する、細かい波長参照部分と、
   前記少なくとも１つの安定した波長マーカーに前記複数の細かい波長マーカーを参照することに基づいて、連続掃引セグメント間のスティッチング点を計算することによって、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少されるように、前記光波長チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチする手段と
   を備える、システム。
2. 前記少なくとも１つの安定した波長マーカーは、検出されたピーク、谷または傾きのうちの少なくとも１つから選択される安定した別個の波長応答を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記細かい波長参照部分の前記光デバイスは、瞬間的な周波数ノイズおよび掃引非直線性に関して、前記光波長チューナブルレーザー源で生成される掃引セグメントの周波数補正を提供するように適合されている、請求項１から２までのいずれか一項に記載のシステム。
4. 前記粗い波長参照信号を提供するためのＥｔａｌｏｎを備え、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計は、前記細かい波長参照信号を提供する、請求項１から３までのいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記光波長チューナブルレーザー源に対する制御データを提供するために前記細かい周期的波長参照信号のゼロ交点間の間隔を測定する手段を備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記光デバイスの周期的周波数における任意の不連続を検出する手段を備え、前記周期的周波数における検出された不連続は、前記光波長チューナブルレーザー源に対する制御データであって、前記掃引においてモードジャンプを避けるように構成される制御データを提供する、請求項１から５までのいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記制御データは、前記光波長チューナブルレーザー源の動作点を再較正する手段を提供する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記細かい波長参照部分は、前記光波長チューナブルレーザー源で生成される掃引における非直線性を予め補償するように適合されている、請求項１から７までのいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記システムは、絶対参照部分をさらに備え、前記絶対参照部分は、絶対周波数情報を提供するように適合された少なくとも１つのガスセル参照を備える、請求項１から８までのいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記細かい波長参照部分の前記光デバイスは、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）および偏光スクランブラを備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記ＭＺＩおよびスクランブラは、偏光維持ファイバを備え、前記偏光維持ファイバは、検出されたＭＺＩ交差、ピークおよび谷と同期的に前記レーザー出力の前記偏光状態を変化させることによって、周波数情報を提供してセンサ／フィルタにおける偏光誘因効果を緩和するように適合された、前記偏光維持ファイバの複屈折軸間の所望の角度および長さを有するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
12. インテロゲートされたセンサ／フィルタにおける偏光誘因波長シフトを緩和するために非同期的または同期的な方式において前記偏光の状態を制御するように適合されたアクティブ偏光制御デバイスを備え、および／または、前記偏光制御部分は、前記光波長チューナブルレーザー源から電気制御信号を受信するように適合されており、および／または、前記光波長チューナブルレーザー源は、チューナブルレーザーまたは波長掃引源を備える、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のシステム。
13. 複数の異なる掃引セグメントを有する光波長チューナブルレーザー源とともに使用するための波長参照および偏光緩和の方法であって、前記方法は、
    少なくとも１つの安定した粗い波長参照部分を選択するステップであって、前記少なくとも１つの安定した粗い波長参照部分は、掃引セグメント内に少なくとも１つの安定した波長マーカーを生成するための粗い波長参照信号を提供するように適合された光デバイスを備える、ステップと、
    細かい波長参照部分を選択し、光デバイスの周期的波長応答を測定するように適合させるステップであって、前記細かい波長参照部分は、前記安定した波長マーカーに対してオフセットを有する掃引セグメント内で複数の細かい波長マーカーを生成するための細かい周期的波長参照信号を提供するように適合された光デバイスを含み、前記細かい波長参照信号は、前記粗い波長参照信号の安定した波長マーカー間の間隔より小さいフリースペクトルレンジを有する、ステップと、
    前記少なくとも１つの安定した波長マーカーに前記複数の細かい波長マーカーを参照することに基づいて、連続掃引セグメント間のスティッチング点を計算することによって、掃引セグメント間の最小限要求される重複が減少されるように、前記光波長チューナブルレーザー源の連続掃引セグメントを共にスティッチするステップと
    を含む、方法。
14. プログラム命令を含むコンピュータプログラムであって、前記プログラム命令は、コンピュータプロセッサによって実行されると、請求項１３に記載の方法を実行することをコンピュータに行わせる、コンピュータプログラム。

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