SE515435C2 - Metod för att våglängdslåsa och modkontrollera en avstämbar laser - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 515 435 kunna kompensera lasrar i drift för en degradation hos la- sern.

Föreliggande uppfinning tillgodoser dessa önskemål.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en metod för att våglängdslàsa och modkontrollera en avstämbar laser, vil- ken innefattar två eller flera avståmbara sektioner i vilka injicerad ström kan varieras, varav åtminstone en reflektor- sektion och en fassektion förefinns och vilken laser har karakteriserats med avseende på lämpliga operationspunkter för lasern, där operationspunkterna bestämts som olika ström- kombinationer genom laserns olika sektioner samt vilken laser opererar i en förutbestämd vald operationspunkt, och utmärkes av, att det av lasern emitterade ljuset detekteras med avse- ende på dess våglängd medelst ett vàglängdsselektivt filter, av att lasern bringas att styras i en iterativ process, där omväxlade strömmen genom laserns reflektorsektion och i före- kommande fall kopplarsektion respektive strömmen genom la- serns fassektion justeras, av att strömmarna genom reflektor- sektionen och kopplarsektionen justeras så att ett minimum i förhållandet mellan effekten bak och effekten fram erhålles och av att strömmen genom laserns fassektion justeras så att våglängden hålls konstant, där våglängden bringas att mätas mot en vàglångdsreferens.

Nedan beskrives uppfinningen närmare delvis i samband med på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur 1 visar en delvis uppskuren DBR-laser i en perspek- tivvy - figur 2 visar ett snitt genom en avståmbar Grating Coupled (GCSR)-laser - figur 3 visar ett snitt genom en Sampled Grating DBR-laser Sampled Reflector - figur 4 visar ett schematiskt blockschema över en anordning som används enligt uppfinningen. 10 l5 20 25 30 35 515 435 I figur 1 visas en DBR-laser, vilken innefattar tre sektio- ner, nämligen en Braggreflektor 1, en fassektion 2 och en förstärkarsektion 3. Värdera sektionen styrs ut genom att ström injiceras i respektive sektion via respektive elektris- ka ledare 4, 5, 6.

Figur 2 visar ett snitt genom en avstämbar Grating Coupled Sampled Reflector (GCSR)-laser. En sàdan laser har fyra sek- tioner, en fassektion 8, en nämligen en braggreflektor 7, kopplare 9 och en förstärkarsektion 10. Var och en av sektio- nerna styrs ut genom att ström injiceras i respektive sek- tion.

Figur 3 visar ett snitt genom en Sampled Grating DBR-laser som också har fyra sektioner 11, 12, 13, 14, där sektionerna 11 och 14 är braggreflektorer och där 13 betecknar fassektio- nen och 12 förstärkarsektionen.

De nämnda tre lasertyperna är vanliga. Emellertid förekommer andra typer av lasrar. Även om uppfinningen nedan väsentligen beskrives i samband med en GCSR-laser enligt figur 2 är uppfinningen inte begrän- sad till någon särskild typ av avstämbar halvledarlaser. Upp- finningen kan sålunda på motsvarande sätt tillämpas pà andra avstämbara lasrar än de som exempel visade i figurerna.

I figur 4 visas ett blockschema över en anordning som används vid föreliggande uppfinning. Med siffran 15 betecknas en GCSR-laser. injicera ström i laserns reflektorsektion, Siffran 16 betecknar strömgeneratorer för att fassektion respek- tive kopplarsektion genom ledare 17, 18 respektive 19. La- serns effekt styrs ut medelst en effektregleringskrets 20 via en ledare 21 till dess förstärkarsektion.

Lasern emitterar ljuset fràn framspegeln via ett linspaket 22 till en ljusledare 23, exempelvis en ljusfiber. Denna ljusle- 10 15 20 25 30 35 515 435 dare leder ljuset till en ljusdelare 26 som kopplar över en del av ljuset till en andra ljusledare 24. Resten av ljuset leds vidare i ledaren 25. Ljusdelaren 26 kopplar över exem- pelvis 10% av ljuset fràn ledaren 23 till ledaren 24.

Ljusledaren 24 leder ljuset till en andra ljusdelare 27 som är anordnad att uppdela ljuset till tvà ljusledare 28, 29 med lika mycket ljus i varje ljusledare 28, 29. Vid ljusledarnas respektive ände finns en lins 30, 31. I stràlgàngen efter linsen 30 finns ett vàglängdsfilter 32 tjänande som en väg- längdsreferens.

Efter linsen 31 finns en första detektor 33 och efter Fabry- Perot filtret finns en andra detektor 34. Detektorerna 33, 34 är anordnade att mäta ljusets effekt och avge en motsvarande detektorsignal via en respektive förstärkare 35, 36 till en A/D-omvandlare 37.

A/D~omvandlaren 37, effektregleringskretsen 20 och strömgene- ratorerna 16 är alla via en databus 38 anslutna till en mik- roprocessor 39. Mikroprocessorn är pä välkänt sätt anordnad att styra ut strömgeneratorerna och effektregleringskretsen pà önskat sätt och i beroende av signalerna fràn A/D-omvand- laren 37 och effektregleringskretsen 20.

Vidare förefinns en monitordiod 40 placerad vid laserns bak- spegel, vilken är anordnad att mäta laserns bakàt emitterade ljus. Detektorns signal I3 leds via en förstärkare 41 till en A/D-omvandlare 42, vars utsignal avges till mikroprocessorn 39.

Föreliggande uppfinning avser således en metod för att väg- längdslàsa och modkontrollera en avstämbar laser 15, vilken laser 15 har karakteriserats med avseende pà lämpliga opera- tionspunkter för lasern, där operationspunkterna bestämts som olika strömkombinationer genom laserns olika sektioner och där lasern opererar i en förutbestämd vald operationspunkt. lO l5 20 25 30 35 515 435 Enligt uppfinningen mäts det av lasern framåt respektive bak- åt emitterade ljusets effekt där också en del av det framåt emitterade ljuset detekteras med avseende på dess våglängd medelst ett våglängdsselektivt filter.

Enligt föreliggande uppfinning leds således en del av det framåt emitterade ljuset dels till den första detektorn 31, dels via ett våglängdsselektivt filter 32 till den andra detektorn 34.

Enligt uppfinningen bringas lasern 15 att styras i en itera- tiv process, där omväxlade strömmen genom laserns reflektor- sektion och i förekommande fall kopplarsektion respektive strömmen genom laserns fassektion justeras så att våglängden hålls konstant och så att laserns mod låses. Detta tillgår så att strömmarna 17, 19 genom reflektorsektionen och kopplar- sektionen justeras så att ett minimum i förhållandet mellan effekten bak I3 och effekten fram Il erhålles samtidigt som strömmen genom laserns fassektion justeras så att våglängden hålls konstant. Våglängden mäts mot en våglängdsreferens.

Med strömstyrning i föreliggande ansökan menas att strömmen genom sektionerna styrs av strömgeneratorer eller alternativt att strömmen genom sektionerna styrs genom att spänningen över sektionerna styrs.

I figur 4 visas det utförandet att den första detektorn, den andra detektorn och Fabry-Perot filtret finns placerade i an- slutning till laserns framspegel. Alternativt kan dessa kom- ponenter lika väl vara placerade i anslutning till laserns bakspegel, varvid ljus som emitteras från laserns bakspegel används för att bestämma våglängden.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar vàglängdsrefe- rensen ett Fabry-Perot filter 32 som uppvisar en viss trans- mission för varje våglängd som ingår i en kanalplan innehål- lande önskade våglängder och uppvisar en därifrån avvikande 10 15 20 25 30 35 515 435 transmission för övriga våglängder.

Enligt ett föredraget utförande av föreliggande metod leds en del av det av lasern 15 framåt emitterade ljuset dels till en första detektor 33, dels leds via ett s.k. Fabry-Perot filter 32 till en andra detektor 34. placerad vid laserns 15 bakspegel för mätning av laserns bak- En monitordiod 40 finns åt emitterade ljus. Detektorerna 33,34,4O är på känt sätt an- ordnade att mäta ljusets effekt och avge en motsvarande de- tektorsignal I1,I2,I3. larsektionen 17,19 justeras så att förhållandet I3/I2 mellan Strömmarna genom reflektor- och kopp- detektorsignalen från monitordioden 40 respektive den första detektorn 33 bringas antaga ett minimivärde samtidigt som strömmen genom fassektionen 18 justeras så att förhållandet Il/I2 mellan detektorsignalen från den andra detektorn 34 respektive den första detektorn 33 ligger inom ett förutbe- stämt intervall innebärande att det emitterade ljuset ligger inom en av ett antal av Fabry-Perot filtret 32 givna våg- längder.

Det är föredraget att filtret är ett s.k. Fabry-Perot filter.

Ett dylikt filter är välkänt varför detta inte beskrives när- mare i detta sammanhang. Fabry-Perot filter kan utföras så att de uppvisar en viss transmission av ljus endast för vissa våglängder, vanligen vid våglängder som är multiplar av en viss våglängd. Vid andra våglängder uppvisar Farbry-Perot filtret en avvikande lägre eller högre transmission.

Vidare kan Fabry-Perot filtret samt den första och den andra detektorn anordnas inbördes på annat sätt än det i figur 4 visade för att detektera åtminstone våglängder. Den första och den andra detektorn kan anordnas för att mäta genom Fabry-Perot filtret transmitterat ljus och/eller mot Fabry- Perot filtret reflekterat ljus för att på så sätt detektera våglängder.

Alternativt kan ett bredbandigt våglängdsfilter användas, där lO 15 20 25 30 35 515 435 en nivå på en flank hos filtret avkännes på känt sätt för att därigenom avkänna våglängden.

Den iterativa processen innebär således att exempelvis juste- ras först reflektorström och kopplarström så att lasern mod- låses varefter fasströmmen justeras så att rätt våglängd upp- nås, varefter ånyo reflektorströmmen och kopplarströmmen jus- teras följt av en justering av fasströmmen o.s.v. till dess att förhållandet mellan de olika uppmätta effekterna ligger inom förutbestämda intervall. När förhållandena ligger inom de förutbestämda intervallen anses lasern avge rätt våglängd i rätt mod.

Förfarandet ovan förenklas betydligt om den framåt emitterade effekten hålls konstant.

Det är därför föredraget att signalen från den första detek- torn 33 avges till en effektregleringskrets 20 som är anord- nad att utstyra lasern 15 så att denna avger ljus med en kon- stant uteffekt under den iterativa processen.

Att hålla den framåt emitterade effekten konstant betyder, under bivillkoret att våglängden hålls låst, att den bakåt emitterade effekten skall minimeras för att en optimal opera- tionspunkt, d.v.s. modlåsning skall uppnås.

I stället för att mäta emitterat ljus från både framspegeln och bakspegeln, kan det emitterade ljuset i endast en av riktningarna mätas om spänningen över förstärkarsektionen mäts. Denna spänning tillsammans med effekten på emitterat ljus kan användas för att modkontrollera lasern, i stället för att mäta emitterat ljus från både bakspegel och framspe- gel. Sålunda kan ett minimum i förhållandet mellan den bakåt emitterade effekten och den framåt emitterade effekten erhål- las ur nämnda spänning och den emitterade ljuseffekten vid en av speglarna. 10 15 20 25 515 435 Föreliggande uppfinning kan användas för att mäta en lasers degration och för att beräkna avstämningsströmmarna för en degraderad lasers olika operationspunkter.

Enligt ett mycket föredraget utförande härför justeras ström- marna genom avstämningssektionerna så att lasern avger den initialt inställda våglängden samtidigt som den lasrar vid den initialt inställda moden, varefter kvoten mellan initiala strömmen och den aktuella strömmen bringas att beräknas för respektive avstämningssektion. Detta ger ett mycket bra mätt pà laserns degration. Medelst dessa kvoter bringas sedan alla övriga operationspunkters strömmar att skalas om för att där- igenom ange justerade operationspunkter.

Föreliggande uppfinning löser således de inledningsvis nämnda problemen.

Ovan har olika utföringsexempel beskrivits och därvid i sam- band med en GCSR-laser. Det är dock uppenbart att detaljut~ formningen av den beskrivna anordningen kan varieras under uppnàende av samma resultat. Vidare kan uppfinningen tilläm- pas pà andra lasertyper än GCSR-lasrar.

Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (5)

lO 15 20 25 30 35 515 435 Patentkrav

1. Metod för att våglångdslåsa och modkontrollera en avstäm- (15), sektioner i vilka injicerad ström kan varieras, varav åtmins- bar laser vilken innefattar två eller flera avstämbara tone en reflektorsektion och en fassektion förefinns och vil- (15) operationspunkter för lasern, där operationspunkterna be- ken laser har karakteriserats med avseende på lämpliga stämts som olika strömkombinationer genom laserns olika sek- tioner samt vilken laser opererar i en förutbestämd vald ope- rationspunkt, k ä n n e t e c k n a d a v, att det av lasern emitterade ljuset detekteras med avseende på dess våglängd medelst ett våglångdsselektivt filter, av att lasern bringas att styras i en iterativ process, där omväxlade strömmen ge- nom laserns reflektorsektion (17) och i förekommande fall kopplarsektion (19) respektive strömmen genom laserns fassek- tion (18) justeras, av att strömmarna genom reflektorsektio- nen och kopplarsektionen justeras så att ett minimum i för- hållandet mellan effekten bak (I3) (I2) hàlles och av att strömmen genom laserns fassektion (18) och effekten fram er- jus- teras så att våglängden hålls konstant, där våglängden bring- as att mätas mot en våglängdsreferens (32).

2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att våglängdsreferensen innefattar ett Fabry-Perot filter (32) som uppvisar en viss transmission för varje våglängd som in- går i en kanalplan innehållande önskade våglängder och uppvi- sar en därifrån avvikande transmission för övriga våglängder. k å n n e t e c k n å d a v, (15) framåt emitterade lju- set dels leds till en första detektor (33), dels leds via ett s.k. Fabry-Perot filter (32) till en andra detektor (34), av (15) för mätning av laserns bakåt emitterade ljus, vilka detekto- (33,34,40) en motsvarande detektorsignal

3. Metod enligt krav 1 eller 2, att en del av det av lasern att en monitordiod (40) placerad vid laserns bakspegel är anordnade att mäta ljusets effekt och avge (Il,I2,I3), rer av att strömmarna lO 15 20 25 515 435 lO genom reflektor- och kopplarsektionen (l7,19) justeras så att förhållandet mellan detektorsignalen (I3;Il) från monitordio- den (40) respektive den första detektorn (33) bringas att an- taga ett minimivärde och att strömmen genom fassektionen (18) justeras så att förhållandet (Il,I2) (Il;I2) (34) detektorn (33) ligger inom ett förutbestämt intervall innebä- mellan detektorsignalen från den andra detektorn respektive den första rande att det emitterade ljuset ligger inom en av ett antal av Fabry-Perot filtret (32) givna våglängder.

4. Metod enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att signalen fràn den första detektorn (33) avges till en effektregleringskrets (20) som är anordnad att utstyra lasern (15) så att denna avger ljus med en konstant uteffekt under den iterativa processen. 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att efter justering av strömmarna genom avstämnings-

5. Metod enligt krav 1, sektionerna så att lasern avger den initialt inställda våg- längden samtidigt som den lasrar vid den initialt inställda moden, bringas kvoten mellan initiala strömmen och den aktu- ella strömmen att beräknas för respektive avstämningssektion och av att medelst dessa kvoter bringas alla övriga opera- tionspunkters strömmar att skalas om för att därigenom ange justerade operationspunkter.