SE520128C2 - Förfarande för att stabilisera frekvensen hos en laser - Google Patents

Description

70 75 20 25 30 35 520 128 Det är mycket önskvärt att vàglängdslása en laser och tillse att man har kontroll över den mod vid vilken lasern opererar för att den skall operera såsom avsett under lång tid. Med modkontroll menas att laserns operationspunkt under drift, kontinuerligt eller med jämna tidsintervall, optimeras så att den inte riskerar att modhoppa till någon annan kavitetsmod.

Dessutom är det mycket önskvärt att automatiskt kunna kompen- sera lasrar i drift för en degradation hos lasern.

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 vàglängdslàsa och modkontrollera en avstämbar laser.

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

Vissa funktioner har inte någon användbar extrempunkt. Exem- pelvis kan uteffekten från en GCSR-laser vara sàgtandformad.

Därför nàs inte nàgot extremvàrde innan lasern hoppar till nästa mod.

Om samma avstämningsströmmar bibehàlles medan lasern åldras kommer förändringar i brytningsindex som motsvarar aktuell injicerad ström att reduceras eftersom laddningsbärartätheten minskar. På grund av detta kommer frekvensen att sjunka.

Slutligen kommer sidmodsundertryckningen att degradera och resultera i ett nodhopp.

Problemet med en ökande frekvensavvikelse kan korrigeras om frekvensavvikelsen mäts pà nàgot sätt varefter exempelvis K:\Patent\O00144se\Slutföreläggande.text 03-02-131100 , 2003-02-13 70 75 20 25 30 35 520 128 strömmen genom fassektionen ändras. En mätning kan exempelvis genomföras med en Fabry-Perot interferrometer.

Problemet är att alla laserns sektioner åldras, sä att slut- ligen kommer sidmodsundertryckningen att minska eller ett modhopp att inträffa.

Det är ett fundamentalt problem att bara frekvensen mäts, varvid endast en variabel mäts, medan man önskar styra samt- liga sektioner.

Föreliggande uppfinning avser att uppskatta den information som fattas för att kunna styra alla sektionerna.

Föreliggande uppfinning hänför sig sàledes till ett förfa- rande för att stabilisera frekvensen hos en avstämbar laser, vilken laser har karakteriserats med avseende pà ett antal operationspunkter, där ett antal parametrar mäts, varvid värden pà den eller de mätbara parametrarna lagras i en mikroprocessor eller motsvarande anordning, och utmärkes av, att den ström som injiceras i respektive sektion av lasern mäts och att en funktion av strömmen integreras över tiden, av att en förskjutning av en operationspunkt med avseende pä injicerade strömmar, vilken förskjutning beror av laserns àldrande, bringas att beräknas med utgångspunkt fràn nämnda integrerade strömmar, genom att de respektive integrerade strömmarna ger i vilka inbördes proportioner respektive ström skall justeras, och av att frekvensen mäts och justeras till den önskade genom justering av strömmen till en eller flera av laserns sektioner.

Enligt en föredragen utföringsform bringas strömmar för en önskad operationspunkt att beräknas med utgångspunkt fràn att respektive ström upphöjt till en faktor d integreras över tiden.

K:\Patent\0O0144se\Slutföre1äggande.text 03-02-13.doc , 2003-02-13 70 75 20 25 30 35 520 128 Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att stabili- sera frekvensen hos en avstämbar laser, speciellt på grund av att lasrar åldras. Härvid driver frekvensen nedåt för samma injicerade strömmar i laserns olika avstämningssektioner.

Laser har före idrifttagandet karakteriserats med avseende på ett antal operationspunkter. Under karakteriseringen och un- der drift mäts ett antal parametrar, varvid värden på den el- ler de mätbara parametrarna lagras i en mikroprocessor eller motsvarande anordning.

Uppfinningen bygger på insikten att utnyttja att förskjut- ningen av en operationspunkt med avseende på den i laserns olika avstämningsfunktioner injicerade strömmen beror av den totala mängden ström som injicerats i laserns sektioner under drift.

Det har visat sig att den nödvändiga strömmen för att nå till en viss operationspunkt är den ursprungliga strömmen multi- plicerad med en faktor A, som ökar när lasern åldras. Detta betyder att de s.k. modplanen skalas upp linjärt. Det har vidare visat sig att ökningen av faktorn A är proportionell mot den aktuella strömmen upphöjd till en faktor d.

Enligt uppfinningen mäts och integreras den ström som injice- ras i respektive sektion av lasern över tiden. En förskjut- ning av en operationspunkt med avseende på injicerade ström- mar, vilken förskjutning beror av laserns åldrande, bringas att beräknas med utgångspunkt från nämnda integrerade ström- mar, där strömmar för en önskad operationspunkt ökar med res- pektive ström upphöjt till en faktor d och integrerad över tiden. Vidare mäts frekvensen och justeras till den önskade genom justering av strömmen till en eller flera av laserns se.tioner.

Enligt ett mycket föredraget utförande bringas förskjutningen av en operationspunkt att beräknas enligt formeln Ii = Iio K:\Patent\000144se\Slutföreläggande.text 03~02-13.doc , 2003-02-13 10 75 20 25 30 520 128 (l+ aiñy), där i anger aktuell sektion av lasern, där Ii är aktuell ström för önskad operationspunkt, där Iio anger den ursprungliga strömmen i sektionen och där Öy är en faktor som bringas att bestämmas genom en iterativ beräkning till dess Öy ger upphov till rätt frekvensen.

Det är mycket föredraget att före nämnda iterativa beräkning t beräkna faktorn ai enligt formeln Ilfdr, där t är laserns 0 driftstid, där i är aktuell sektion hos lasern och där d är nämnda faktor.

Faktorn a är mellan 1 och 2, men väljs företrädesvis till ett värde av omkring 1.5.

Nämnda ekvationer förutsäger således förskjutningen av en operationspunkt eftersom förskjutningen är linjär och propor- tionell mot strömmen I upphöjd till d i varje sektion av la- Sern .

Den enda okända faktorn är Öy, vilken motsvarar àldrandets hastighet. Det har dock visat sig att rätt värde pà Öy ger den önskade rätta frekvensen.

Genom att mäta frekvensen och variera öy iterativt kommer strömmarna i lasern olika sektioner att kunna beräknas enligt ovan, varvid den önskade operationspunkten uppnàs utan att nägra modhopp sker.

För att byta från en operationspunkt till en annan opera- tionspunkt, vilket bl.a. förekommer vid kommunikationslasrar där kanalbyte sker, behöver bara formeln Ii = Iio (l+aiÖy) användas där Iiø för den nya operationspunkten insätts.

K:\Patent\0001Mseßlutföreläggandeiext 03-02-]3.doc , 2003-02-13 520 128 Bàde ai och öy är desamma för den gamla och den nya opera- tionspunkten eftersom expansionen av avstämningsrymden är densamma i hela avstämningsrymden.

Genom föreliggande uppfinning uppskattas således den informa- tion som fattas för att kunna styra alla sektionerna genom K: \Patent\000 1 44se\ Slutföreläggandeiext O3-02-13.doc , 2003 -02-13

Claims (5)

10 75 20 25 30 520 128 Patentkrav

1. Förfarande för att stabilisera frekvensen hos en avstämbar laser, vilken laser har karakteriserats med avseende pà ett antal operationspunkter, där ett antal parametrar mäts, var- vid värden pà den eller de mätbara parametrarna lagras i en mikroprocessor eller motsvarande anordning, k ä n n e - t e c k n a d sektion av lasern mäts och att en funktion av strömmen inte- a V, att den ström som injiceras i respektive greras över tiden, av att en förskjutning av en operations- punkt med avseende pà injicerade strömmar, vilken förskjut- ning beror av laserns àldrande, bringas att beräknas med ut- gàngspunkt fràn nämnda integrerade strömmar, genom att de respektive integrerade strömmarna ger i vilka inbördes pro- portioner respektive ström skall justeras, och av att frek- vensen mäts och justeras till den önskade genom justering av strömmen till en eller flera av laserns sektioner.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v, att strömmar för en önskad operationspunkt bringas att beräk- nas med utgångspunkt fràn att respektive ström upphöjt till en faktor d integreras över tiden.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att förskjutningen av en operationspunkt beräknas enligt formeln Ii = Iiø (l+ aiöy), där i anger aktuell sektion av lasern, där Ii är aktuell ström för önskad operationspunkt, där Iio anger den ursprungliga strömmen i sektionen, där ai är en konstant och där Öy är en faktor som bringas att be- stämmas genom en iterativ beräkning till dess öy ger upphov till rätt frekvens.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v, I att faktorn ai beräknas enligt formeln Ilfdr, där t är 0 K:\Patent\000144se\Slutförelägga.nde.text 03-02-131100 , 2003-02- 1 3 520 128 laserns driftstid, där i är aktuell sektion hos lasern och där d är nämnda faktor.

5. Förfarande enligt krav 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k - n a t a v, att faktorn a väljs till ett värde av omkring 1.5. K:\Patent\0()0 I44se\Slutföreläggande.text 03 -02- 1 3 _ doc , 2003-02-13