TWI279951B - Seeking and tracking control for locking to transmission peak for a tunable laser - Google Patents

Description

1279951 九、發明說明· 【明所屬技冬好領3^】 發明領域 本發明的一實施例有關雷射，且更特定言之，右 ，關可 5調式雷射。 發明背景 分波多工(WDM)係為一種用以在相同光纖上同時地傳 輸多重資料通路之技術。在一發送器端，利用對於各通路 10 具有不同波長（色）的光來調變不同的資料通路。光纖可利用 此方式同時地攜載多個通路。在一接收端，這些多工气、甬 路可利用適當的波長過濾技術在解調變之前容易地加以^ 離。 77 由於需要在一光纖上發送較大量資料’已經導致所謂 15高密度分波多工(DWDM)eDWDM包含將額外通路包裝2 一給定的頻寬空間内。DWMD系統中相鄰通路之間所產生 的較窄間隔係需要來自於發送雷射二極體之精密的波長精 確度。 碉八Μ射對於使用在光學網路應用方面提供了一種 有彈性且合乎成本效益的。單—的可調式雷射可取代 -而麵連結中的數百_定式波長雷射之任—者，因此 顯著之降低成本的機會。其進—步可以精密地控制 =中㈣敎_波長㈣。藉由輕料頻率的能 ，了使製造公差放鬆且產生了可調整以補償周遭溫度 20 1279951 變化及老化效應所導致的漂移之強固的雷射組件。可調式 雷射進一步提供了可具有彈性的網路管理及使其本身易於 重組之優點。這導致了一種可容易適用於新客戶服務之更 有效率的頻寬使用。 5 對於測試及測量用途、光學組件的波長特徵化、光纖 網路及其他應用而言，可調式雷射係具有增加的需求。在 而选度分波多工(DWDM)光纖糸統中，多重的分離資料流 係同時在單一光纖中傳播，其中各資料流係在一特定通路 頻率或波長由一雷射的經調變輸出所生成。目前，可達成 10約0·4奈米波長的通路分離，或約50GHz，在現今可取得的 光纖及光纖放大器之頻寬範圍内其可允許單一光纖攜載最 高達128個通路。更大的頻寬需求將可能導致未來更小的通 路分離。 15 20 DWDM系統大抵已簡自以與—_㈣迴路相關聯 的參考“準具操作之分配式回饋(DFB)雷射作為基礎，其 中參考標準具係界㈣際電信聯盟_)波長格栅。與個別 加B雷射製造相_的統計變異料致橫越波長格拇之一 通路中心波長分配，因此個別DFB發送ϋ只可使用於單一 通路或少量的相鄰通路。 〜π 1碉式外脛雷射以克服個別dfb 的限制。已經發展出各種不同的雷射調整機構來提供 ΐ長選擇，諸如用於透射及反射之機械可調式光栅:、 :射_在可選以長提供—穩定、單模輪出，同 ㈣”位於腔的增益頻寬内之外腔模式相關聯 1279951 射由於尚難以達成运些目標，且因此需要一可在可選式 波長k供穩定、單模操作之外腔雷射。 【韻^明内容】 發明概要 5 本發明係為一種可調式雷射，包含：一致動器，用以 驅動-可調式雷射的—調整元件；—多重頻寬模式控制 器，其包含一高頻寬模式及一較低頻寬模式，該控制器初 始以該高頻寬模式來驅動該致動器並在一與一目標頻率相 關聯的ό吳差訊號位於一低限值範圍内時切換至該較低頻寬 10 模式。 本發明亦為一種用於調整一雷射之方法，包含：使該 雷射的一腔長度顫動以產生對於一目標頻率之一傳輸波峰 誤差訊號；以一第一功率位準來驅動一致動器以使該誤差 訊號朝向零移動；當該誤差訊號於一接近零的低限值範圍 I5内時，以一小於該第一功率位準的第二功率位準來驅動該 致動器。 本發明又為一種系統，包含··一外腔二極體雷射 (ECDL); —致動器，用以驅動該ECDL的一調整元件；一 多重頻丸模式控制器’其包含一用於搜尋一新目標頻率之 20高頻寬模式及一用於追蹤該目標頻率之較低頻寬模式，該 控制裔初始以該南頻寬模式來驅動該致動器然後當一與一 目標頻率相關聯的誤差訊號位於一低限值範圍内時則處於 該較低頻寬模式中。 1279951 圖式簡單說明 參照圖式及下文詳細描述可更清楚且容易地瞭解本發 明之上述態樣及許多附屬優點，其中除非另外指明，否則 類似的編號係代表各圖中類似的元件： 5 第1圖為一外腔二極體雷射(ECDL)的一項一般化實施 例之示意圖； 第2圖顯示一ECDL雷射腔的光徑長度之調變對於雷射 模式頻率及雷射的輸出強度之調變所產生之效果； 第3圖顯示一經調變激勵輸入訊號及一所產生的響應 10輸出訊號可如何合併以計算一經解調變誤差訊號； 第4圖為根據本發明的一實施例之一 ECDL的示意圖， 其中採用銳酸鐘體塊作為一光後長度調整元件； 第5圖為對於一具有一單模頻寬控制器的可調式雷射 之一腔鎖定程序的時間響應；及 15 第6圖為根據本發明的實施例之一具有一多重頻寬模 式控制器的可調式雷射之一腔鎖定程序的圖式。

C 1ST 較佳實施例之詳細說明 揭露一用於進行波長鎖定之伺服或控制技術及裝置之 只施例，其中此波長鎖疋係在一通路改變期間鎖定一外腔 二極體雷射(ECDL)的腔長度。下文描述中，提出許多特定 細節以供徹底瞭解本發明的實施例。然而，熟習該技術者 瞭解可在缺乏-或多種特义細節之情形下實行本發明，或 可連同其他方法、組件、材料等來一起實行本發明。在其 1279951 他案例中，未詳細顯示或描述公知結構、材料或操作以免 模糊本發明的態樣。 此説明書所述的一項實施例”或“一實施例”係指連同 此貫施例所述之一特定特性、結構或特徵包括在本發明的 5至少一實施例中。因此，此說明書不同地方出現之“一項實 施例中’’或“一實施例中’’用語係未必皆指同一實施例。尚 且，特定的特性、結構或特徵可在一或多項實施例中以任 何適當方式加以合併。 概觀之，第1圖顯示可用以實行下述本發明的態樣之一 10 ECDL 100的一項一般化實施例。ECDL 100包括一含有一二 極體增益晶片102之增益媒體。二極體增益晶片1〇2包含一 法布里-派洛(Fabry-Perot)二極體雷射，此法布里-派洛二極 體雷射包括一部份反射性前斷面104以及塗覆有一抗反射 性(AR)塗層以盡量降低其面上的反射之一大致非反射性後 15 斷面1〇6。二極體增益晶片102可在增益媒體上選擇性包含 一彎折波導結構以實現非反射性後斷面106。外腔元件包括 一二極體腔内準直透鏡108、調整過濾元件110、一腔長度 調變元件112、及一反射元件114。一般而言，反射元件114 可包含一鏡面、光柵、稜鏡、或是亦可取代元件110提供調 20 整過濾功能之其他反射器或反向反射器。輸出側組件係包 括一二極體輸出準直透鏡116、一光學隔離器118、及一光 纖聚焦透鏡120，光纖聚焦透鏡120係聚焦一輸出光束122使 其發射至一輸出光纖124内。 ECDL 100具有如下之基本操作。一可控制電流I供應至 1279951 二極體增益晶片102(增益媒體），導致了一橫越二極體接面 的電壓差藉以產生-光能（光子)發射。所發射的光子係來回 通仃在用以共同界定雷射腔端點之部份反射性前斷面刚 及反射元件114之間。當光子來回通行時，產生複數個共振 5或“雷射(lasing)，，模式。在-雷射模式中，光能（光子）的一部 分暫時佔據外雷射腔，如同腔内光束126所描繪；在此同 時，外雷射腔中的-部分光子終將穿過部份反射性前斷面 104 〇 含有經由部份反射性前斷面1〇4離開雷射腔的光子之 10光係穿過用以將光準直成輸出束122之二極體輸出準直透 鏡116。輸出束隨後穿過光學隔離器118。利用光學隔離器 來防止經回反射的光通行回到外雷射腔内，且此光學隔離 器-般係為-光學元件。光束穿過光學隔離器之後，係由 光纖聚焦透鏡120發射至輸出光纖124内。輸出錢124一般 15可包含一偏振保留類型或一單模類型諸如SMF_28。 經由輸入電流的適當調變（一般最高達25 的通信 速率）或經由一配置於輸出束（未圖示）光徑中的外部元件之 凋、交（10 GHz及4〇 Ghz的通信速率），可在輪出束上調變資料 以產生一光學資料訊號。依據光通信公知的施行方式，此 Λ遽可發射至—光纖内並發送於_以光纖為基礎之網路 上，藉以提供極高的頻寬通信能力。 “ —ECDL的雷射模式係為腔端點之間的總光徑長度(腔 光徑長度)之-函數；亦即，光通過各不同光學元件以及該 等元件與反射元件114及部份反射性前斷面1〇4界定的腔端 10 1279951 點之間空間所遭遇之光徑長度。這包括了二極體增益晶片 102、二極體腔内準直透鏡108、調整過濾元件110、及腔長 度調變元件112，加上光學元件之間的路徑長度（亦即佔據 ECDL腔之傳輸媒體(通常為諸如空氣等氣體）的路徑長度。 5 更精確言之，總光徑長度係為經過各光學元件及傳輸媒體 的路徑長度乘以該元件或媒體的折射係數之總和。 如上述，在一雷射模式下，光子以一共振頻率來回通 行於腔端點反射器之間，此光振頻率係為腔光徑長度之一 函數。事實上，若無調整過濾元件，雷射將以多重頻率共 10 振。為簡單起見，如果以一法布里-派洛腔來模擬外部雷 射，可由下式決定這些頻率：

Cl = — (1) 2n 其中人=波長，Cl=腔長度，x=任意整數一1,2,3，···，而 n=媒體的折射率。共振頻率數係取決於增益頻譜。尚且， 15 增益頻譜一般定型為一具有一中央波峰之拋物線，因此， 中心波長側上之雷射模式（常稱為側模式）的強度快速地下 降。 如下文更詳細地描述，可施加各種不同技術來“調整” 雷射以產生處於與一所需要的通信通路呈現對應的一頻率 20 之一光學輸出訊號。譬如，可藉由調節諸如調整過濾元件 110等一或多個調整元件來達成此作用，以產生腔光徑長度 之一對應變化，藉此改變雷射模式頻率。調整過濾元件係 衰減不需要的雷射模式，使得輸出束包含具有一狹窄頻寬 11 1279951 之大致呈同調性的光。 里想上’需要在_與^^〇1設計的各不同通路頻率呈現 對應的頻率範圍上盡量加大輸出束的功率。雖然一種明顯 勺解、、方木可此早純提供更大的驅動電流，因為驅動電》;IL 5變化將改變二極體增益晶片的光學特徵(譬如光徑長度），所 以此方式本身無法運作。尚且，許多二極體增盈晶片只在 一有限的輸入電流範圍上操作。 根據本發明的態樣，一用於產生一最大功率輸出之技 術係經由相位控制調變來進行“波長鎖定”。在此技術下， 10供應一 “顫動(dither)，，或調變訊號以造成雷射腔的光徑長度 之一對應調變。這產生一經調變的相位移位效果，導致雷 射模式的一小頻率調變。此頻率調變的結果係產生一對應 之輸出束強度(功率）的調變，亦稱為振幅調變。此振幅調變 可利用各種不同技術加以偵測。一實施例中，在將一固定 15電流供應至雷射二極體之同時監測雷射二極體接面電壓 (跨過雷射二極體晶片7之電壓差），其中電壓與輸出束強度 呈反比，譬如一最小的測得二極體接面電壓係對應於一最 大的輸出強度。另一實施例中，採用一分光器來分出輪出 束的一部分，俾以藉由/諸如光電二極體等光電裝置來洌 20量經分出部分之強度。光電二極體所測得之強度係與輪出 束的強度成正比。隨後町使用測得的振幅調變來產生〜解 調變的誤差訊號且將其供給回到一伺服控制迴路内來調節 (大致)連續的雷射光徑長度藉以產生最大強度。 上述方案係示意顯系於第2圖中。此圖顯示一功率輪出 12 1279951 曲線(p〇)，其用以示範當雷射模式接近一所需要的通路時 ’ 所產生之一典型功率輸出曲線，並以一通路頻率中線2〇〇代 表。採用相位移位調變方案的一伺服迴路之目的係為調節 雷射腔中的一或多個光學元件，使得雷射頻率移位前往所 — 5 需要的通路頻率。利用自雷射模式的頻率調變所產生之解 - 調變誤差訊號來達成此作用。在此技術下，一調變訊號係 供應至腔中的一光學元件諸如光學長度調變元件112，藉以 ' 調變腔的光徑長度。此調變比起雷射的通路間隔來說係相 對較小。譬如，一實施例中，調變可具有4 MHz的偏行值 修 10 (excursion)，而通路間隔則為50 GHz。 經調變的訊號202A，202B及202C分別對應於（平均）雷 射頻率204A，204B及204C。雷射頻率204A小於所需要的通 路頻率，雷射頻率204C高於所需要的通路頻率，而2〇4B接 近所需要的通路頻率。各經調變的訊號係產生對於輸出束 15強度之一各別的調變；這些強度調變分別顯示為經調雙振 巾田波形206A，206B及206C。一般而言，可以上述方式來測 量強度調變以決定輸出束的強度。 書 如第2圖所示，波形2〇6A，206B及206C從波峰到波谷的 振幅係直接地繫於對於其對應頻率調變訊號2〇2A，2〇2B及 2〇 202C的調變極限與功率輸出曲線P0相交之點而定，諸如調 變訊號202A的交點208及210所描繪。因此，隨著雷射頻率 接近所需要的通路頻率，所測得之輸出束強度之波峰到波 谷的振幅係減小。在雷射頻率及通路頻率重合的點，此值 變成最小。 13 1279951 尚且，如第3圖所示，腔長度誤差可由下式求出：

Error = }ERe_ dt =玄 gR〆⑽ （2) t! i=l 其中上標的i係為虛數，Φ代表激勵輸出（亦即經調變的 訊號202A，202B及202C)與包含經振幅調變的輸出波形 5 206A,206B及206C之響應輸出之間的相位差，而ω為調變 的頻率。可藉由下述類型的數位伺服迴路之一典型的離散 時間取樣方案來精確地逼近積分解，如時間樣本標記300所 描緣。 除了提供一誤差振幅外，上述方案亦提供一誤差方 10 向。譬如，當雷射頻率在所需要的通路頻率之一側上具有 誤差（圖示範例中呈較低)時，激勵及響應波形將大致處於同 相位。這將產生一正的總誤差值。相反地，當雷射頻率位 於所需要的通路頻率之另一側上（此範例中呈較高）時，激勵 及響應波形大致處於不同相位。結果，總誤差值將為負。 15 一般而言，應將調變的波長鎖定頻率ω選擇為比雷射 頻率更低了數個數量級。譬如，位於500 Hz-100 kHz範圍内 的調變頻率可在一實施例中配合使用185-199 THz的一雷 射頻率。 第4圖中，顯示一ECDL 400係包括與ECDL1〇〇共同的 2〇 具有類似編號之各不同元件’諸如一增益二極體晶片1〇2、 透鏡108，116及120等。一通路選擇次系統可包括一波長選擇 控制體塊502。请注思，雖然波長選擇控制體塊在圖中顯示 為位於控制器420外部，可單獨藉由控制器42〇來提供此體 1279951 塊的控制態樣。波長選擇控制體塊502係控制電輸出部5〇4 及506 ’以分別控制過濾器F1及F2的溫度。一實施例中，溫 度控制兀件係配置於一圓形標準具周邊的周圍，如TEG 508及510所描緣。亦可使用喪置在過濾器内的加熱器來控 5制標準具的溫度。利用各別的RTDs 512及514將一溫度回饋 訊號提供回到波長選擇控制體塊502。 叙而5，標準具係在雷射腔中用來提供過濾功能。 其作為法布里·轉共振ϋ。-光束通過-標準具之結果係 在雷射輸出巾產生_組傳輸波峰(亦稱為通過頻帶）。傳輸波 1〇峰的間1¾(在頻率中，亦稱為自由頻譜㈣）係依據標準具的 兩面“如過渡器打的面516及518，及過濾器F2的面52〇及 522)之間的距離而定。隨著標準具溫度改變，造成標準具 材料^/脹或收縮，因此造成面之間的距離改變。這有效地 改變了標準具的光經長度，其可用來使傳輸波峰產生移位。 15 過濾為的效果具有累積性。結果，可將各過濾器的單 傳輸波峰排列成線藉以顯著地衰減一選定通路雷射模式 除外的所有雷射模式。一實施例中，選擇兩標準具的組態 以使‘準具的各別自由頻譜範圍略微地不同 。這能夠在一 種與私標尺中所用者相似之游標調整技術下使傳輸波峰對 2〇準 貝轭例中，將一個公知為“格柵產生器，，之過濾器設 疋為具有一與一諸如ITU波長格柵等通信通路格柵呈現對 應之自由頻瑨範圍，且波峰係對準於ITU通路頻率。藉由將 對應的袼柵產生器標準具的溫度維持在一預定溫度使得此 波長格栅保持大致固定。在此同時，另一公知為通路選擇 15 1279951 器之標準具的溫度受到調節，藉以使其傳輪波峰相對於格 概產生器的傳輸波峰產生移位。藉由利用此方式使過滤器 的傳輸波峰產生移位’可對準與通路頻率呈現對應之傳輸 波峰’藉以產生-與選定的通路頻率呈現對應之腔雷射模 5式。另一實施例中，兩過據器的傳輸波峰皆移位以選擇一 通路。 -般而言，可利用-通路-標準具過濾溫度查閱表來實 行這些方案的任一者，此查閱表中儲存有對於對應通路之 標準具溫度，如查閱表524所描繪。通常，可經由一校準程 1〇序、經由統計資料、或以配合調整資料之調整函數作為基 礎進行計算來獲得查閱表中之標準具溫度/通路值。為了回 應一輸入通路選擇444，從查閱表524檢索出對應的標準具 溫度並用來作為此技術所公知之使用適當溫度控制迴路之 標準具的目標溫度。 I5 ECDL· 400可進一步包括一含有一反射性後面414之腔 光徑長度調變元件412。更詳言之，腔光徑長度調變元件係 包含與一背側鏡面耦合之一鈮酸鋰(UNb03)相位調變器。 一反射材料可選擇性塗覆在相位調變器的背側上。鈮酸鐘 係為一種對其施加電壓時將改變其折射率（經過材料的光 2〇 速除以經過真空的光速之比值)之材料。結果，藉由提供一 橫越LiNb03相位調變器之經調變電壓訊號，可使得外雷射 腔的光徑長度產生調變或“顫動”，藉以產生諸如上述訊號 202A，202B及202C等經頻率調變的訊號。 ECDL 400的各不同光學組件係安裝或以其他方式耦 1279951 合至一可熱控制式基底或“橇部(sledy，416。一實施例中，一 或多個諸如帕耳帖元件(Peltier element)等熱電冷卻器（TEC) 元件418係安裝在橇部416上或整合於其中，藉以經由一輸 入電訊號來精密地控制橇部溫度。由於一材料回應於溫度 5變化之膨脹與收縮，可非常精密地調節橇部的長度。長度 - 調節係導致部份反射性前斷面1〇4與反射元件414之間距離 的變化’而產生雷射腔的光徑長度變化。結果，可利用控 制橇部溫度來調節雷射模式的頻率。一般而言，橇部的溫 度控制係使用於很精細的調整調節，而較粗糙的調整調節 鲁 10則藉由調整過濾元件110達成，如下文更詳細地描述。 對於波長鎖定而言，一控制器420係產生一經調變或 “抖動”的波長鎖定訊號422，且其由一放大器424放大。譬 如，一實施例中，經調變的波長鎖定訊號422可包含一具有 固定頻率的正弦波，諸如一約有889 Hz頻率的2伏特波峰至 I5波峰訊號。經放大的調變波長鎖定訊號隨後係供應至 LiNb03相位調變器412的一表面，而一相對表面連接至地 極，藉以提供一橫越LiNb03材料的電壓差。結果，調變器 ϋ 的光徑長度及因此包括整體雷射腔係以調變頻率（譬如889 Hz)受到調變。一實施例中，2伏特的波峰至波峰電壓差係 20 導致一近似4 MHz的頻率偏行值。 此路徑長度調變係產生輸出束122強度之一調變，在一 實施例中係由一光偵測器426加以偵測。如第4圖所示，一 分光器428配置於輸出束122的光徑中，造成輸出束光的一 部分導往光偵測器426。一實施例中，光偵測器426包含一 17 1279951 光笔一極體，其產生回應於所接收光強度(hvdet)之一電壓 充電。一對應的電壓VpD隨後係供給回到控制器42〇。一選 擇[生貝知例中，使用橫越增益二極體晶片之接面電壓（Vj) 而非VPD作為強度回饋訊號。隨後係連同經調變波長鎖定訊 ~ 5唬422一起以VpD或V〗的相位及振幅調變作為基礎，獲得前 - 文如苓照第3圖所述之一腔長度誤差訊號。 控制器420包括一數位伺服迴路，此數位伺服迴路係構 ， 成為可依據上文芩照第2及3圖所述的頻率調變方案來調節 橇部416溫度以盡量減小腔長度誤差訊號。回應於誤差訊 · 10號，對於溫度控制訊號430產生一適當調節。橇部溫度的調 節係造成整體腔長度及因此包括雷射頻率之一對應變化。 這轉而（理想上）導致雷射頻率與所需要的通路頻率之間差 異的降低，藉以完成控制迴路。為了抵達一初始條件或控 制橇部溫度，可利用一電阻性熱裝置(RTD)434或者一熱阻 15器或熱電偶來將一溫度回饋訊號434提供至控制器42〇。 當一可調式雷射調整至一目標頻率（亦即一新通路） 日守，调整速度及頻率穩定度對於操作皆很重要。本發明的 修 實施例提供一種改良速度與頻率穩定度之解決方案。 當ECDL 400初始調整至一新頻率（通路)時，腔長度係 20如第2圖所示位於凸丘任一側（P〇)上，並移動以抵達傳輸曲 線的波峰。根據一實施例，控制器42〇包含高頻寬模式及低 頻見模式。在此初始時間期間中，可使用高頻寬控制器模 式來將更多能量供應至一致動器，諸如橇部TEC 418以達成 較高速度的搜尋。當腔長度誤差訊號趨近一預先界定的低 18 1279951 限值内時，控制器可切換至一較低頻寬控制器模式以趨近 目標(傳輸曲線的波峰)並轉鎖定在波峰。此追賴式中， 較低頻寬控制器係能夠使雜訊位準保持較低並對於可移式 雷射提供較好的頻率穩定度。 5 藉由比較第5及6圖所示的時間響應圖來顯示出利用一 可變頻寬控制器所獲得之改良處。第5圖為腔鎖定程序的一 痕跡之範例，並顯示當使用一單頻寬控制器時之案例。第5 圖的頂部圖形餘嘴腔鎖定程序期間之誤差訊號仍vs•時 間。誤差訊號的零點對應於傳輸曲線的波峰。第5圖的底部 10圖形顯示用以控制一可移式雷射的腔長度之TEC 418的溫 度。如圖所示，利用一單頻寬模式控制器，終將在誤差訊 號保持相對較接近零的情形下抵達目標。此範例中，伺服 至目標約需3秒。 第6圖示範使用一可變頻寬控制器之案例並顯示根據 15本發明的貫施例之腔鎖定程序的痕跡。在搜尋階段中，控 制器420的較高頻寬模式可使得橇部TEC 418溫度很快速升 咼。然而，如分解圖80所示，當誤差訊號恰趨近零時，控 制器420利用一較低頻寬過濾器或模式切換至一追蹤模 式，藉以柔和地趨近一零誤差訊號以免超過目標頻率。尚 20且，在穩態中，可利用一較低頻寬控制器在追蹤模式時於 誤差訊號保持很接近零的情形下改良可調式雷射之頻率穩 定度。此範例中，控制器420當誤差訊號的絕對值大於約 〇·〇3時係處於一搜尋模式中，並當誤差訊號位於一+/_〇〇3 的低限值範圍内切換至一追縱模式。當然，這只是範例， 19 1279951 其可能依據應用及雷射的操作公差而具有較大或較窄範 圍。可藉由諸如一前導/遲滯控制器或PID(比例積分微分) 等任意數種控制器方案來實現多重模式控制器42〇。在搜尋 才果式中，亦可使用一碰碰(Bang Bang)或類似的開迴路控制 裔。處於搜尋模式時，高頻寬模式的控制器420可使用較大 功率來驅動TEC 418,譬如驅動功率可能約2或3瓦特，處於 追‘模式時’較低頻寬模式的控制器可減小用來驅動TEC 418的功率，譬如使用約0·1至0·2瓦特。 如第6圖所示，利用二模式控制器，只約需ι·7秒來將 10與第5圖相同的可調式雷射鎖定至相同頻率。因此，利用一 一模式控制器，不須在可調式雷射的速度與頻率穩定度之 間妥協。因此，可同時具有最佳化的搜尋及追蹤伺服，而 大幅改善可調式雷射的效能。 雖然已經就一可調式雷射的一腔鎖定伺服來描述實施 15例’所描述的技術亦可使用在可調式過濾器（第4圖的F1及 F2)的標準具之溫度控制中。利用可調式雷射中之標準具的 溫度控制來將傳輸曲線移動至一所需要的頻率。此技術亦 可施用至使用不同類型致動器來調整至一所要求頻率之所 有其他類型的可調式雷射。 20 本發明的示範實施例之上文描述且包括發明摘要所描 述的部分係無意窮舉或將本發明限制於所揭露的確切形 式。雖然此處基於示範用途描述了本發明的特定實施例及 其範例，熟習該技術者瞭解本發明的範圍内可能具有各種 不同的等效修改。 1279951 :就上㈣詳細描述對於本發_出這些修改。巾請 - 一 fe圍的用5吾不應視為將本發明侷限在說明書與申請專 ♦:圍所揭路之特定貫施例。而是，本發明的範圍完全由 月專利fe®衫’巾請專利範圍貞彳依射請專利範圍的 5既有詮釋原理加以解釋。 _ 【圖式簡單說明】 第1圖為夕卜腔一極體雷射(EC叫的一項一般化實施 例之示意圖； 、第2圖顯示一 ECDL雷射腔的光徑長度之調變對於雷㈣ _ 1〇拉式頻率及雷射的輸出強度之調變所產生之效果； _苐图”、、員示紅5周受激勵輸入訊號及一所產生的響應 輸出訊號可如何合併輯算—_浦誤差訊號； 第4圖為根據本發明的一實施例之一 ECDL的示意圖， 其中採用鈮酸鋰體塊作為一光徑長度調整元件； 15 第5圖為對於一具有一單模頻寬控制器的可調式雷射 之一腔鎖定程序的時間響應；及 第6圖為根據本發明的實施例之一具有一多重頻寬模 鲁 式控制為的可調式雷射之一腔鎖定程序的圖式。 【主要元件符號說明】 7…雷射二極體晶片 108···二極體腔内準直透鏡 1〇〇,400···外腔二極體雷射^cdl) 11〇···調整過濾元件 102…二極體增益晶片 112…光學長度調變元件(腔長 104···部份反射性前斷面 度調變元件） 106···大致非反射性後斷面 114...反射元件 21 1279951 116···二極體輸出準直透鏡 118···光學隔離器 120···光纖聚焦透鏡 122···輸出光束 124…輸出光纖 126…腔内光束 200···通路頻率中線 202A，202B，202C…經調變的訊號 204A,204B，204C...雷射頻率 206人206B，206C"經調變振幅波形 208,210…調變訊號202A的交點 300···時間樣本標記 412…腔光徑長度調變元件 414…反射性後面 416.. .可熱控制式基底或“橇部” 418…熱電冷卻器(TEC)元件 420.. .控制器 422.. .經調變或“抖動”的波長鎖 定訊號 424.. .放大器 426…光偵測器 428.. .分光器 430···溫度控制訊號 434.512.514.. 電阻性熱裝置(1110) 444···輸入通路選擇 502···波長選擇控制體塊 504,506···電輸出部 508,510···熱電冷卻器(TEC) 516,518…過濾器F1的面 520,522···過濾器F2的面 524·.·查閱表 612…腔鎖定程序期間之誤差訊號 C1...腔長度 F1，F2…可調式過濾器 hvdet...所接收光強度 1.. .可控制電流 N...媒體的折射率 PO...功率輸出曲線 Vj...接面電壓 VpD...電壓 X...任意整數 λ...波長 Φ...激勵輸出 ω···調變的波長鎖定頻率

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Claims (1)

1279951 r—---一 V年b月2〇日修(更)正本 第093127275號專利申請案申請專利範圍修正本95年6月20曰 十、申請專利範圍： 1. 一種可調式雷射，包含： 一致動器，用以驅動一可調式雷射的一調整元件； 5 一多重頻寬模式控制器，其包含一高頻寬模式及一 較低頻寬模式，

該控制器初始以該高頻寬模式來驅動該致動 器並在一與一目標頻率相關聯的誤差訊號位於一 低限值範圍内時切換至該較低頻寬模式。 10 2.如申請專利範圍第1項之可調式雷射，其中該調整元件 包含一熱電冷卻器（TEC)。 3. 如申請專利範圍第1項之可調式雷射，其中該調整元件 包含標準具與過濾器的其中一者。 4. 如申請專利範圍第1項之可調式雷射，其中該高頻寬模 15 式係以一第一功率位準來驅動該致動器而該較低頻寬

模式以一第二功率位準來驅動該致動器，該第一功率位 準大於該第二功率位準。 5. 如申請專利範圍第4項之可調式雷射，其中該第一功率 位準包含較高功率而該第二功率位準包含較低功率。 20 6.如申請專利範圍第4項之可調式雷射，其中係從對於一 光徑長度調變元件之一顫動訊號衍生出該誤差訊號。 7. 如申請專利範圍第6項之可調式雷射，其中該光徑長度 調變元件包含一鈮酸鋰(LiNb03)相位調變器。 8. 如申請專利範圍第1項之可調式雷射，其中位於該高頻 23 1279951 寬模式的控制器係包含一碰碰(Bang Bang)控制器或一 開迴路控制器。 9·如申請專利範圍第1項之可調式雷射，其中該控制器包 含一前導/遲滯控制器及一比例積分微分(HD)控制器的 5 其中一者。 10·—種用於調整一雷射之方法，包含： 使該雷射的一腔長度顫動以產生對於一目標頻率 之一傳輸波峰誤差訊號；

以一第一功率位準來驅動一致動器以使該誤差訊 10 號朝向零移動； 當該誤差訊號於一接近零的低限值範圍内時’以一 小於該第一功率位準的第二功率位準來驅動該致動器。 11·如申請專利範圍第10項之方法，其中該顫動包含將一電 壓訊號供應至一相位調變器以調變該雷射的一腔長度。 15 12·如申請專利範圍第11項之方法，其中該電壓訊號包含有 關一處於一固定頻率之正弦波訊號。

13.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該驅動該致動器係 包含改變一熱電冷卻器（TEC)的一溫度。 14·如申請專利範圍第10項之方法，其中該驅動該致動器係 2〇 包含調整一標準具或一過濾器的其中一者。 15·—種用於鎖定波長的系統，包含·· 一外腔二極體雷射(ECDL); 一致動器，用以驅動該ECDL的一調整元件； 一多重頻寬模式控制器，其包含一用於搜尋一新目 24 1279951 標頻率之高頻寬模式及一用於追蹤該目標頻率之較低 頻寬模式， 該控制器初始以該高頻寬模式來驅動該致動器然 後當一與一目標頻率相關聯的誤差訊號位於一低限值 5 範圍内時則處於該較低頻寬模式中。 16. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該調整元件包含一 熱電冷卻器（TEC)。 17. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該調整元件包含標 準具與過濾器的其中一者。 10 18.如申請專利範圍第15項之系統，其中該高頻寬模式係以 一第一功率位準來驅動該致動器而該較低頻寬模式以 一第二功率位準來驅動該致動器，該第一功率位準大於 該第二功率位準。 19. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該第一功率位準包 15 含一較高功率而該第二功率位準包含一較低功率。 20. 如申請專利範圍第15項之系統，其中係從對於一光徑長 度調變元件之一顫動訊號衍生出該誤差訊號。 21. 如申請專利範圍第20項之系統，其中該光徑長度調變元 件包含一銳酸經(LiNb〇3)相位調變器。 20 22.如申請專利範圍第15項之系統，其中該控制器包含位於 該高頻寬模式中之一碰碰(Bang Bang)控制器或其他開 迴路控制器。 23.如申請專利範圍第15項之系統，其中該控制器包含一前 導/遲滯控制器及一比例積分微分(PID)控制器的其中一 25 1279951