SE518158C2 - Metod för frekvens- och modstabilisering av en avstämbar laser med åtminstone tre sektioner - Google Patents

Description

25 30 35 518158 Det finns flera metoder att frekvens- och modstabilisera en avstämbar laser. Flera av dessa metoder innebär att man jus- terar en ström genom en lasersektion för att lasern skall fortsätta lasra på rätt frekvens medan man justerar strömmar- na genom andra sektioner av lasern under det att man söker ett maximum eller minimum i någon mätbar funktion, såsom uteffekt från lasern.

I det svenska patentet nr. 9900537-3 beskrives ett sätt för att våglängdslåsa och modkontrollera en avstämbar laser.

Vid denna metod, liksom vid andra metoder, kontrolleras lasern vid en operationspunkt som ligger vid en extrempunkt på de mätbara funktionerna.

Vissa funktioner har inte någon användbar extrempunkt. Exem- pelvis kan uteffekten från en laser vara sågtandformad. Där- för nås inte något extremvärde innan lasern hoppar till nästa mod.

Det visar sig emellertid ofta att den bästa operationspunkten för lasern inte ligger vid en användbar extrempunkt på de mätbara funktionerna på grund av att sådana punkter ofta innebär att lasern opererar nära ett modhopp.

Av detta skäl är det fördelaktigt att låsa styrningen av lasern vid exempelvis vid en viss lutning på en kurva, såsom kurvan över uteffekt som funktion av reflektorström.

Emellertid uppkommer härvid ett problem vid degradation av lasern eftersom dylika kurvor "tänjs ut" när lasern åldras, varvid lutningen förändras.

Föreliggande uppfinning löser det problem som är förknippat med att använda värden som inte är extremvärden på mätbara storheter för att styra en laser som degraderar.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en metod för frekvens- och modstabilisering av en avstämbar laser med åtminstone tre sektioner, såsom en bragglaser eller GCSR- 70 75 20 25 30 35 518158 laser, där mätbara storheter mäts, vilken laser har karakte- riserats med avseende pà ett antal operationspunkter, varvid värden pà de mätbara storheterna lagras i en mikroprocessor eller motsvarande anordning, där värdena för en eller flera av de mätbara storheterna bringas att vara icke extremvär- den, och utmärkes av att de mätbara storheterna förutom fram- effekten och frekvensen innefattar bakeffekten och av, att styrströmmar för laserns förstärkarsektion, fassektion res- pektive reflektorsektion, och i förekommande fall kopplar- sektion bringas att utstyras pà grundval av uppmätta värden för de mätbara storheterna under det att både frameffekten och bakeffekten hålls konstanta.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med pà bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur 1 visar en schematisk bild över laser med tre sektioner - figur 2 visar ett blockschema - figur 3 visar ett diagram över frameffekt som funktion av reflektorström i en DBR-laser - figur 4 visar en schematisk bild över en laser med fyra sektioner.

Figur 1 visar en laser med tre sektioner P1, N2 och N3 på en bärare TC, där strömmar Il, I2 och I3 injiceras.

En laser styrs av styrvariabler i form av strömmar som injiceras i laserns olika sektioner, eller spänningen över olika sektioner, samt temperaturen T hos bäraren. Dessa variabler styr ett antal interna variabler i lasern, varav laddningsbärartätheten är den väsentligaste. Nedan bortses fràn temperaturen, även om denna kan behandlas pà samma sätt som styrströmmarna I.

Direkt mätbara storheter, sàsom laserns uteffekt, laserns frekvens, och sidmodsundertryckning är funktioner av nämnda interna variabler. 10 15 20 25 30 35 40 518158 Endast vissa kombinationer av de interna variablerna ger önskade egenskaper hos lasern, såsom önskad frekvens, hög sidmodsundertryckning, önskad uteffekt och tillräckligt avstånd till modhopp.

När lasern karakteriseras väljs goda operationspunkter vid olika frekvenser, varvid dessa lagras i form av olika inji- cerade strömmar i laserns olika sektioner.

När lasern degraderar ändras relationen mellan de interna variablerna och injicerade strömmar.

Det är dock inte möjligt att mäta de interna variablerna.

Nästan alla mätbara variabler är funktioner av de interna variablerna, så att när styrströmmarna används för att styra lasern, genom att hålla dessa konstanta, kommer laserns operationspunkt att förskjutas beroende på degradationen.

Föreliggande uppfinning avser en metod för frekvens- och mod- stabilisering av en avstämbar laser med åtminstone tre sek- där mätbara tioner, såsom en bragglaser eller GCSR-laser, storheter mäts, vilken laser har karakteriserats med avseende på ett antal operationspunkter, varvid värden på de mätbara storheterna lagras i en mikroprocessor eller motsvarande anordning.

Vad gäller en Bragglaser har denna endast tre sektioner, näm- ligen förstärkningssektion (P), (N2) och reflek- (N3). Det är lätt att mäta frameffekt, bakeffekt och utsänd frekvens. fassektion torsektion Om frameffekten blir för låg är det rimligt att öka strömmen till förstärkarsektionen. Om frekvensen blir för låg är det rimligt att öka strömmen till de båda avstämningssektionerna.

Enkelt uttryckt förekommer det flera operationspunkter som ger samma uteffekt och samma frekvens men olika bakeffekt. En sådan operationspunkt kan ligga närmare ett modhopp än en annan operationspunkt. Det är därför inte tillräckligt att 70 15 20 25 30 35 40 518158 styra ut lasern med frameffekten och frekvensen, utan ytter- ligare samband behövs.

I figur 3 visas ett diagram över en lasers frameffekt som funktion av reflektorström i en DBR-laser. Som framgår av figur 3 varierar frameffekten med avseende på reflektor- strömmen kraftigt.

Enligt uppfinningen väljs en operationspunkt mellan extrem- värdena i kurvan, vilket är långt från punkter där modhopp sker.

Vidare bringas enligt uppfinningen värdena för en eller flera där de mätbara storheterna förutom frameffekten och frekvensen är bakeffekten. fassektion respektive reflektorsektion bringas att utstyras av de mätbara storheterna att vara icke extremvärden, Styrströmmarna för laserns förstärkarsektion, på grundval av uppmätta värden för de mätbara storheterna.

Uppfinningen bygger således pà insikten att för en laser med åtminstone tre sektioner kan bakeffekten och frameffekten va- riera oberoende av varandra och insikten att genom att styra ut laserns olika sektioner så att valda värden på både fram- effekten och bakeffekten bibehàlles kompenseras för laserns degradation, trots att icke extremvärden används för utstyr- ningen. Kompenseringen innebär att de interna variablerna, eller laddningsbärartätheten hålls konstant i laserns respek- tive olika sektioner.

Desamma gäller för en laser med fyra sektioner, såsom en (P1). en fassektion (N3) och en reflektorsektion GCSR-laser. Denna har en förstärkarsektion en kopplar- sektion (N2), (N4).

De mätbara storheterna är frameffekten, bakeffekten, frekven- sen och spontan emission från kopplarsektionen, fassektionen och reflektorsektionen. Den spontana emissionen kan mätas på känt sätt vid framspegeln, bakspegeln eller på sidan om lasern. 70 15 20 25 30 35 518158 Den spontana emissionen mäts genom att laserljusets våglängd bortfiltreras.

Enligt uppfinningen utföres frekvens- och modstabilisering av en avstämbar laser med fyra sektioner, såsom en GCSR-laser.

Genom att de mätbara storheterna förutom frameffekten och frekvensen utgöres av bakeffekten och en fjärde storhet. Den fjärde storheten är s.k. spontan emission frän kopplarsektio- nen, fassektionen och reflektorsektionen. Styrströmmar Il, I2, I3, N2, fassektion N3, I4 för laserns förstärkarsektion P1, kopplarsektion respektive reflektorsektion N4 bringas att utstyras på grundval av uppmätta värden för de mätbara stor- heterna, där kopplarsektionen eller reflektorsektionen eller båda styrs ut på grundval av den spontana emissionen.

I figur 2 visas en styrkrets och anordningar som används vid en lasers karakterisering. Vid drift är lasern A ansluten till en mikroprocessor B och mätenheter C för variabler som mäts. Lasern A styrs av mikroprocessorn B som justerar styr- strömmarna D till laserns sektioner. Dessa justeringar base- ras på mätningar E från mätenheterna C. Mikroprocessorn B jämför data E' frän mätenheterna C med förutbestämda värden från karakteriseringen av lasern, vilka värden finns lagrade i mikroprocessorn. Mikroprocessorn utför efter jämförelsen eventuella justeringar av styrströmmarna till laserns olika sektioner.

Vid karakteriseringen detekteras det utsända ljuset H avseen- de exempelvis effekt, sidmodsundertryckning, frekvens etc. genom att det analyseras i ett mätinstrument G som kan inklu- dera en spektrumanalysator och en våglängdsmätare. De mätta värdena I överföres till en dator F anordnad att utvälja optimala operationspunkter, vilka operationspunkter J över- föres till mikroprocessorn B.

Det är således uppenbart att föreliggande uppfinning inte en- dast eliminerar uttänjningen av samband på grund av degrada- tion, utan också ger tillräckligt många styrvariabler för att 10 15 518158 utstyra lasern att operera i samma operationspunkt som den som valdes vid laserns karakterisering.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning löser det inled- ningsvis nämnda problemet.

Ovan har ett antal utföringsexempel beskrivits. Exempelvis kan uppfinningen tillämpas pà andra lasrar, än bragglasrar och 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 (3)

10 15 20 25 30 35 518158 Patentkrav

1. Metod för frekvens- och modstabilisering av en avstämbar laser med åtminstone tre sektioner, såsom en bragglaser eller GCSR-laser, karakteriserats med avseende på ett antal operationspunkter, där mätbara storheter mäts, vilken laser har varvid värden på de mätbara storheterna lagras i en mikropro- cessor eller motsvarande anordning, där värdena för en eller flera av de mätbara storheterna (E) bringas vara icke extrem- värden, k ä n n e t e c k n a d a v att de mätbara storhe- terna förutom frameffekten och frekvensen innefattar bak- effekten och av, att styrströmmar (Il, I2, I3; Il, I2, I3, I4) för laserns förstärkarsektion (Pl), fassektion (N2; N3) respektive reflektorsektion (N3; N4), och i förekommande fall (N2) mätta värden för de mätbara storheterna under det att både frameffekten och bakeffekten hålls konstanta. kopplarsektion bringas att utstyras på grundval av upp-

2. Metod enligt krav l för frekvens- och modstabilisering av en avstämbar laser med tre sektioner, såsom en bragglaser, k ä n n e t e c k n a d a V, att de mätbara storheterna förutom frameffekten och frekvensen utgöres av bakeffekten att styrströmmar (Il, I2, (Pl), fassektion (N2) (N3) bringas att utstyras på grundval av uppmätta värden för och av, I3) för laserns förstärkar- sektion respektive reflektorsektion de mätbara storheterna.

3. Metod enligt krav 1 för frekvens- och modstabilisering av en avstämbar laser med fyra sektioner, såsom en GCSR-laser, k ä n n e t e c k n a d a v, att de mätbara storheterna förutom frameffekten och frekvensen utgöres av bakeffekten och en fjärde storhet, av att den fjärde storheten är spontan emission från kopplarsektionen, fassektionen och reflektor- sektionen och av, att styrströmmar (Il, I2, I3, I4) för la- serns förstärkarsektion (Pl), kopplarsektion (N2), fassektion (N3), respektive reflektorsektion (N4) bringas att utstyras på grundval av uppmätta värden för de mätbara storheterna, där kopplarsektionen eller reflektorsektionen eller båda styrs ut på grundval av den spontana emissionen.