專利名稱：用于波長穩(wěn)定激光器的主動數(shù)值溫度補償?shù)姆椒把b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及可調(diào)諧激光器和其它可調(diào)諧光學信號源，并且尤其涉及一種方法和系統(tǒng)，用于補償一個法布里-珀羅標準具關(guān)于一個信道柵(channel grid)的輸出特性由溫度引起的偏移，在該信道柵上激光器的波長被保持鎖定。
光纖通信系統(tǒng)提供了低損耗和極高的信息運載容量。實際上，通過使用不同的載波波長同時傳輸許多不同的信道，可以利用光纖的帶寬。相關(guān)技術(shù)稱為波分復用(WDM)。在一個窄帶WDM系統(tǒng)中，8、16或更多個不同的波長緊密分布以增加光纖傳輸容量。
任意單個信道占據(jù)的波長帶寬與許多因素有關(guān)，包括征用的信息帶寬，以及容納載波頻移、載波頻率不確定度、以及減小由非理想濾波器引起的可能的信道間串擾的邊緣。
為了極大化信道數(shù)，需要具有穩(wěn)定的和精確的波長控制的激光器，以提供窄間距的多個波長。但是，實際上，一個激光器在相當寬的帶寬上產(chǎn)生光，稱為激光器增益曲線。常規(guī)的法布里-珀羅激光器中僅有的縱模間隔是由增益光譜本身提供的。由于激光器諧振腔的類型為法布里-珀羅干涉儀，因此，增益曲線上的能量輸出不是連續(xù)的，而是發(fā)生在分立的、緊密分布的頻率處。輸出頻率基于由激光器諧振腔支持的分立的縱模數(shù)?？v模發(fā)生處的波長使得半波長的整數(shù)倍等于激光器中諧振腔的反射鏡之間的距離。激光器振蕩僅能夠發(fā)生在激光器增益曲線超過諧振腔的光程損耗的頻率處。實際上，加寬的激光器增益曲線在較大的頻率范圍，約為8至10 GHz的數(shù)量級，超過諧振腔損耗。如上所述，該范圍內(nèi)將有多個分立的、緊密分布的模式振蕩。
各種方法被用于將一個激光器的振蕩限制在競爭的縱模中的一個。一種方法是分布式的反饋機構(gòu)。分布式反饋(DFB)激光器是通信激光器的最常用的類型。整體柵狀的激光器結(jié)構(gòu)限制了單個頻率的輸出。另一個最常用的方法要求一個頻率選擇的外部諧振腔／標準具與這樣的激光裝置結(jié)合使用，以便檢測激光器工作輸出波長并且相應(yīng)地通過改變激光器的溫度，稱為溫度調(diào)諧，調(diào)整該激光器。這一方法即使在改變環(huán)境溫度條件的情況下也允許激光器波長鎖定。外部諧振腔／標準具激光器最經(jīng)常用于氣體管激光器，但也被用于非常窄線寬激光器，如激光陀螺用途所需的那些激光器。有許多類型的標準具。其最簡單的形式是，一個標準具由以非法角放在激光器中的具有平行表面的石英玻璃板構(gòu)成。內(nèi)反射導致干涉效應(yīng)，使標準具的作用像頻率選擇透射濾波器一樣，以最小的損耗通過靠近透射峰的頻率，并且利用相消干涉拒絕其他頻率通過。實際上，標準具的透射峰被設(shè)置為與一個特定縱模一致，使得該激光器工作在單一頻率。
但是，溫度調(diào)諧激光器在長時間內(nèi)由熱引起的波長穩(wěn)定性存在問題。DFB激光器和外部諧振腔／標準具激光器都需要使波長對溫度變化不敏感。典型地，激光器組件內(nèi)的一個熱電冷卻器(TEC)和熱敏電阻足以穩(wěn)定波長。但是，對于電流密集波分復用(DWDM)，采用常規(guī)方法實現(xiàn)百萬分之幾的波長穩(wěn)定控制是不可能的。例如，會發(fā)生

圖1所示的波長偏移，如前所述，一個激光器波長的溫度調(diào)諧是通過利用加在熱電冷卻器(TEC)上的控制電流改變激光器芯片溫度實現(xiàn)的，該激光器芯片安裝在激光器組件內(nèi)。如圖1所示，激光器組件將調(diào)諧激光器芯片，以在所需的波長(λ所需)，點A所示處保持所需的最大輸出功率。當激光器溫度變化以保持該點時，由于標準具接近激光器組件內(nèi)的TEC，因此標準具的溫度不可避免地也將變化。隨著標準具溫度變化，材料的折射率變化，并且更強烈地，標準具膨脹或收縮，改變了材料內(nèi)的有效光程，并且由此改變了干涉效應(yīng)。隨著有效光程的改變，標準具的響應(yīng)曲線也將改變。激光器芯片的控制系統(tǒng)將基于變化的標準具響應(yīng)曲線對激光器芯片進行溫度調(diào)諧，使得波長輸出變?yōu)橐粋€不同的波長(λ實際)，如點B所示。由控制系統(tǒng)誤差和滯后造成的這種波長偏移會在端系統(tǒng)處造成問題。由于激光器最初被設(shè)置為向安裝激光器的端系統(tǒng)提供特定的功率和波長輸出，因此，當輸出波長變化時，會破壞端產(chǎn)品系統(tǒng)的工作，甚至可能損壞端產(chǎn)品系統(tǒng)的功能性。
因此，需要一種方法和裝置，用于通過補償溫度調(diào)諧激光器中標準具的溫度變化，使激光穩(wěn)定和鎖定在一個絕對的波長。
本發(fā)明提供了一種獨特的方法和裝置，用于通過主動地補償標準具光纖的溫度變化，使激光鎖定在一個絕對的波長。
根據(jù)本發(fā)明，通過在發(fā)送到激光器組件內(nèi)的熱電冷卻器(TEC)的電壓控制信號上加(或減)一個輸出電壓偏置，補償由溫度變化引起的標準具響應(yīng)特性的變化。這些計算可以由常規(guī)模擬電路或由一個微控制器或類似的數(shù)字信號處理器對模擬信號進行數(shù)字運算實現(xiàn)。通過監(jiān)視標準具的溫度計算該電壓偏置。電壓偏置值提供了標準具溫度變化的主動補償，并且有效地“重新調(diào)節(jié)”激光器的輸出，就好象標準具的溫度本身被重新調(diào)節(jié)到其初始溫度。
由以下本發(fā)明的詳細描述以及附圖，本發(fā)明的這些以及其它優(yōu)點和特性將會更加明顯。
圖1顯示激光器組件內(nèi)標準具的溫度變化引起的標準具響應(yīng)曲線的變化而導致的波長偏移；圖2以方框圖形式顯示一個波長穩(wěn)定激光器控制系統(tǒng)的一部分，根據(jù)本發(fā)明的一個理想實施例，該系統(tǒng)可以主動地補償標準具的溫度變化；以及圖3A和3B以流程圖形式顯示根據(jù)本發(fā)明用于主動穩(wěn)定激光器波長的一種方法。
本發(fā)明將象圖2-3中所示的實施例那樣被描述。也可以利用其它實施例，并且可以在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的條件下進行結(jié)構(gòu)、邏輯或程序上的修改。在整個描述中，相同的項用相同的參考數(shù)字表示。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過主動地補償標準具光學濾波器的溫度變化鎖定激光的絕對波長。圖2以方框圖形式顯示一個典型的波長穩(wěn)定激光器系統(tǒng)10的一部分。更確切地，圖2顯示用于溫度調(diào)諧激光器系統(tǒng)10的一個控制電路，根據(jù)本發(fā)明該激光器系統(tǒng)可以主動地補償標準具中的溫度變化。
激光器芯片12安裝在熱電冷卻器(TEC)52上。如果需要熱膨脹匹配，可以使用激光器芯片12和TEC 52之間的底座(沒有顯示)。正如已知的溫度調(diào)諧激光器技術(shù)，可以通過改變激光器芯片12的溫度調(diào)節(jié)激光器芯片12的輸出，就象一個激光器芯片具有與其工作溫度直接相關(guān)的輸出。因此，通過測量激光器關(guān)于一個所需的輸出信號的輸出，改變激光器芯片的溫度可以將激光器的輸出調(diào)節(jié)到所需的輸出水平。激光器芯片12的溫度可以通過改變TEC 52的溫度被調(diào)節(jié)。TEC 52的溫度基于從控制器40通過數(shù)模(D／A)轉(zhuǎn)換器42到達TEC驅(qū)動器50的輸入信號而變化?？刂破?0可以包括一個可編程邏輯器件，例如一個微處理器。如果使用微處理器，它可以是任何常規(guī)的一般用途的單或多芯片微處理器，或者可以是任何常規(guī)的專門用途的微處理器例如一個數(shù)字信號處理器。模擬信號調(diào)節(jié)技術(shù)也可用于A／D和D／A信號。
控制器40如下監(jiān)視并控制激光器芯片12的輸出。激光器芯片12產(chǎn)生激光器輸出11和背面輸出13。來自激光器芯片12的輸出13被輸入到光學分束器14，以將輸出分為兩個單獨的輸出15、25。第一輸出15，以下稱為參考路徑，被輸入光電檢測器16，如技術(shù)中所知，將激光從光學信號轉(zhuǎn)換成電信號。轉(zhuǎn)換的電信號被輸入到放大器電路18，它可以包括例如運算放大器20、22和反饋電阻24。來自放大器電路18的輸出被模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器26從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入到控制器40。
第二輸出25，以下稱為標準具路徑，如本領(lǐng)域所知被輸入標準具濾波器30。來自標準具濾波器30的輸出被輸入第二光電檢測器16a，將激光從光學信號轉(zhuǎn)換成電信號。轉(zhuǎn)換的電信號被輸入到放大器電路18a，它可以包括例如運算放大器20a、22a和反饋電阻24a。來自放大器電路18a的輸出被A／D轉(zhuǎn)換器26a從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入到控制器40。
根據(jù)本發(fā)明，標準具濾波器30的溫度由熱敏電阻32監(jiān)視并輸入控制器40。控制器40利用標準具路徑信號，即通過標準具濾波器30的路徑；參考路徑信號，即不通過標準具濾波器30而從激光器芯片12直接輸出的路徑，以及為監(jiān)視標準具濾波器30和激光器芯片12由熱敏電阻32測量的溫度(除非如下所述還包括一個單獨的熱敏電阻用于監(jiān)視激光器芯片)，從而使TEC驅(qū)動器50改變TEC 52的溫度，以調(diào)節(jié)激光器芯片12的輸出11。
圖2的電路的工作將參考圖3A和3B的流程圖進一步描述，圖3A和3B的流程圖顯示根據(jù)本發(fā)明用于主動穩(wěn)定激光器波長的一種方法。參考圖3A，在步驟100，激光器芯片12開啟。在步驟110，激光器芯片12的溫度由熱敏電阻32測量并輸入控制器40。應(yīng)當注意到在一些情況下，由于激光器控制系統(tǒng)例如激光器控制系統(tǒng)10的典型包裝，激光器芯片12和標準具濾波器30非常接近，它們之間的任何溫度梯度都是可忽略的。因此，激光器芯片12和標準具濾波器30的溫度可以僅用一個熱敏電阻，例如熱敏電阻32測量。但是，如果需要，激光器芯片12和標準具濾波器30可以配備它們自己的熱敏電阻。一旦激光器芯片的溫度被確定，激光器芯片12的輸出的近似波長就可以被確定，因為激光器芯片12的輸出是其溫度的函數(shù)。然后控制器40可以參考一個查表以確定激光器芯片12輸出根據(jù)端產(chǎn)品系統(tǒng)要求預定的所需波長所需要的溫度。查表中的值是在基于激光器芯片12的響應(yīng)對激光器芯片12進行標定的過程中定義的，并且可以被存儲在例如控制器40的存儲器中?；诓楸泶_定的溫度值，控制器40將知道在標定過程中確定的使激光器芯片12提供所需輸出的所要求的溫度。
應(yīng)當理解激光器芯片12的波長-溫度輸出是隨激光器芯片12老化而逐漸變化的。因此，隨著激光器芯片12的老化，查表中的值將不再是精確的。為了解決這個問題，查表可以由控制器40補充，例如通過一種“學習”算法，使用歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)預測和適應(yīng)激光器芯片12老化過程中的變化。
在步驟120，來自參考路徑和標準具路徑的信號被控制器40測量。然后控制器40從參考路徑信號的值中減去標準具路徑信號的值，并且將其存儲為一個差值。應(yīng)當注意到激光器老化的補償可以基于該差值的統(tǒng)計預測值實時進行。在步驟130，標準具濾波器的溫度由熱敏電阻32測量并存儲為一個初始值。然后控制器40調(diào)用標準具溫度查表，為所需的標準具響應(yīng)曲線確定近似的標準具溫度。如前所述，標準具的溫度決定材料的膨脹，從而決定光在材料內(nèi)傳播的有效光程，并且改變干涉效應(yīng)。因此，在標準具濾波器的標定過程中，有可能確定標準具在不同的溫度下將如何響應(yīng)各個波長，并且可以為標準具的給定／讀出溫度確定一個預期的值。預測該行為的數(shù)學推導模型也可以被用于計算一個預期的值。
在步驟140，步驟130中測量的初始值與來自查表的預期值進行比較。如果初始值等于預期值，則在步驟160一個稱為柵偏置(grid_offset)的變量被設(shè)置為0。如果初始值不等于預期值，則在步驟150柵偏置的值被相應(yīng)調(diào)整，即基于初始值與得自查表的預期值之間的差異調(diào)整。應(yīng)當注意到步驟140-150的目的是允許系統(tǒng)在通過TEC52對激光器芯片12進行任何實際的加熱／冷卻之前，進行與查表中存儲的值相關(guān)的自標定，盡管應(yīng)當注意到激光器芯片12在開啟時可以自加熱。因此，例如，如果激光器系統(tǒng)10被安裝在一個具有升高的環(huán)境溫度的端產(chǎn)品系統(tǒng)中，則激光器系統(tǒng)10可以在TEC 52對激光器芯片12進行任何實際的加熱之前立即開始補償升高的環(huán)境溫度。
在步驟170，由熱敏電阻32測量的標準具的溫度被控制器40存儲?，F(xiàn)在參考圖3B，在步驟180，差值被重新計算為差值+柵偏置值，并且新的差值從控制器40通過D／A轉(zhuǎn)換器42輸出到TEC驅(qū)動器50。TEC驅(qū)動器50，響應(yīng)來自控制器40的信號，即調(diào)整的差值，調(diào)節(jié)TEC52的溫度，由此相應(yīng)調(diào)節(jié)激光器芯片12的輸出。
在步驟190，來自參考路徑和標準具路徑的信號再次被控制器40測量。然后控制器40利用以上步驟120給出的相同的計算過程為差值確定一個新的值。在步驟200，標準具的溫度再次被熱敏電阻32測量。在步驟210，確定標準具溫度自前次測量以來是否已經(jīng)改變。如果標準具溫度沒有變化，則不需要補償標準具溫度變化。本方法返回到步驟180，差值的新值被計算為步驟190中計算的差值加上柵偏置值。然后差值的新值從控制器40輸出到TEC驅(qū)動器50，TEC驅(qū)動器50相應(yīng)地調(diào)節(jié)TEC 52的溫度。
如果標準具溫度已經(jīng)改變，則在步驟220基于系統(tǒng)所需的精度確定該溫度變化是否足以改變標準具的響應(yīng)特性。所需的精度和分辨率越高，表示一個顯著變化的值越低。因此，例如，僅0．5℃的溫度變化在一個系統(tǒng)中可能被視為顯著變化，而在其它系統(tǒng)中至少1．5℃的溫度變化才需要視為顯著變化。溫度變化視為顯著的值是預定的，并且可以被控制器40存儲。如果溫度變化視為不夠顯著，本方法返回到步驟180，差值的新值被計算為步驟190中計算的差值加上柵偏置值。然后差值的新值從控制器40輸出到TEC驅(qū)動器50，TEC驅(qū)動器50相應(yīng)地調(diào)節(jié)TEC 52的溫度。
如果在步驟220確定溫度變化足夠顯著以改變標準具濾波器30的特性，則在步驟230計算一個偏置增量值。偏置增量值由初始偏置增量值乘以存儲的標準具溫度與最近一次測量的標準具溫度之間的差值確定，即偏置增量值=初始偏置增量值(((存儲的標準具溫度)-(測量的標準具溫度))。初始偏置增量值是基于標準具使用的材料的特性及其對溫度變化的響應(yīng)確定的。
在步驟240，步驟200中測量的標準具溫度值被存儲。在步驟250，柵偏置的新值確定為步驟230中確定的偏置增量值加上以前的柵偏置值。本方法返回到步驟180，差值的新值用步驟250的柵偏置的新值計算。然后差值的新值從控制器40輸出到TEC驅(qū)動器50，TEC驅(qū)動器50相應(yīng)地調(diào)節(jié)TEC 52的溫度。
因此，根據(jù)本發(fā)明，基于標準具的溫度變化，標準具的溫度被監(jiān)視并且柵偏置的值被調(diào)節(jié)。然后在用于控制TEC 52的差值的計算過程中，通過利用柵偏置值，激光器系統(tǒng)10可以有效地補償由于標準具中的溫度變化引起的標準具響應(yīng)的變化。通過補償標準具中的溫度變化，激光器系統(tǒng)10可以有效地將激光鎖定在絕對的波長。
雖然本發(fā)明被描述為用一個激光器芯片12實現(xiàn)，但是應(yīng)當理解本發(fā)明并不局限于此，并且可以使用本領(lǐng)域中所知的任何類型的激光源，例如激光器陣列、DFB激光器、分布式的布喇格反射(DBR)激光器、法布里-珀羅激光器等。此外，本發(fā)明可以使用所有的溫度敏感／波長敏感元件，例如對于舉例的標準具，干涉濾波器(低通、帶通和高通)、多組濾波器(陷波)、光柵等等。
在描述本發(fā)明時參考了實施例。但是那些熟練的技術(shù)人員以及熟悉本發(fā)明的公開的人員可以進行增加、刪減、替換或其它修改，而不偏離本發(fā)明的精神或范圍。這些修改都包括在權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。同樣，盡管本發(fā)明被描述為用一個可編程控制器，理想地是一個運行軟件程序的微處理器實現(xiàn)，但是它可以用硬件、軟件或兩者的任意組合實現(xiàn)。全部視為與本發(fā)明的工作等價。因此，本發(fā)明不視為僅限于前面的描述，而是僅限于附加的權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1．一種激光器控制系統(tǒng)，包括一個用于產(chǎn)生激光束的激光源；一個通過所述激光束的光學濾波器；用于控制所述激光源溫度的一個溫度器件，所述溫度器件適應(yīng)于改變所述激光源的溫度以調(diào)節(jié)所述激光源的輸出；以及一個控制器，適應(yīng)于輸出一個控制信號到所述溫度器件，所述溫度器件響應(yīng)所述控制信號改變所述激光源的所述溫度，所述控制器進一步適應(yīng)于響應(yīng)所述光學濾波器的溫度變化調(diào)節(jié)所述控制信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器控制系統(tǒng)，其中所述控制器進一步適應(yīng)于確定來自所述激光源的預定輸出與通過所述光學濾波器之后的所述激光束之間的差，其中所述控制信號是基于所述差而被調(diào)節(jié)的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，其中所述激光源是一個激光器芯片。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器控制系統(tǒng)，其中所述溫度器件是一個加熱器。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，其中所述溫度器件是一個冷卻器。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，其中所述溫度器件是一個熱電冷卻器(TEC)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，進一步包括一個驅(qū)動器，從所述控制器接收所述控制信號并相應(yīng)輸出一個改變所述激光源的所述溫度的信號。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，進一步包括一個熱敏電阻，適應(yīng)于測量所述光學濾波器的所述溫度。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的激光器器件，其中所述熱敏電阻進一步適應(yīng)于測量所述激光源的所述溫度。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的激光器器件，進一步包括一個光學分束器，將所述激光束分為第一路徑和第二路徑，其中所述控制器適應(yīng)于確定所述第一和第二路徑之間的差，基于所述差調(diào)節(jié)所述控制信號。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的激光器器件，其中所述第一路徑進一步包括一個第一光電檢測器，將所述第一路徑的所述激光束轉(zhuǎn)換為第一電信號；以及一個第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述第一電信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號，所述第一數(shù)字信號輸入到所述控制器。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的激光器器件，進一步包括一個放大器電路，放大所述第一電信號。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的激光器器件，其中所述第二路徑進一步包括通過所述第二路徑的所述激光束的所述光學濾波器；一個第二光電檢測器，將所述第二路徑的所述激光束轉(zhuǎn)換為第二電信號；以及一個第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述第二電信號轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號，所述第二數(shù)字信號輸入到所述控制器。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的激光器器件，進一步包括一個放大器電路，放大所述第二電信號。
15．根據(jù)權(quán)利要求13的激光器器件，其中所述控制信號基于所述第一數(shù)字信號、所述第二數(shù)字信號以及所述光學濾波器的溫度確定。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的激光器器件，進一步包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，連接在所述控制器與所述驅(qū)動器之間，將來自所述控制器的所述控制信號轉(zhuǎn)換為一個模擬控制信號。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，其中所述光學濾波器是一個標準具。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的激光器器件，其中所述標準具是一個石英玻璃板。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的激光器器件，其中所述控制器包括一個處理器。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的激光器器件，其中所述處理器包括一個微處理器。
21．一種激光器控制系統(tǒng)，包括一個用于產(chǎn)生激光束的激光器芯片；一個通過所述激光束的標準具；其上安裝有所述激光器芯片的一個溫度器件，所述溫度器件適應(yīng)于改變所述激光器芯片的溫度以調(diào)節(jié)所述激光器芯片的輸出；以及一個控制器，適應(yīng)于輸出一個控制信號到所述溫度器件，所述溫度器件響應(yīng)所述控制信號改變所述激光器芯片的所述溫度，所述控制器進一步適應(yīng)于響應(yīng)所述標準具的溫度變化調(diào)節(jié)所述控制信號。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的激光器控制系統(tǒng)，其中所述溫度器件是一個熱電冷卻器(TEC)。
23．根據(jù)權(quán)利要求21的激光器控制系統(tǒng)，其中所述溫度器件是一個加熱器。
24．根據(jù)權(quán)利要求21的激光器控制系統(tǒng)，其中所述溫度器件是一個冷卻器。
25．根據(jù)權(quán)利要求21的激光器控制系統(tǒng)，進一步包括一個驅(qū)動器，從所述控制器接收所述控制信號并相應(yīng)輸出一個改變所述激光器芯片的所述溫度的信號。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的激光器控制系統(tǒng)，進一步包括一個熱敏電阻，適應(yīng)于測量所述標準具的所述溫度。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的激光器控制系統(tǒng)，進一步包括一個光學分束器，將所述激光束分為第一路徑和第二路徑，其中所述控制器適應(yīng)于確定所述第一和第二路徑之間的差，基于所述差調(diào)節(jié)所述控制信號。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的激光器控制系統(tǒng)，其中所述第一路徑進一步包括一個第一光電檢測器，將所述第一路徑的所述激光束轉(zhuǎn)換為第一電信號；以及一個第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述第一電信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號，所述第一數(shù)字信號輸入到所述控制器。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的激光器控制系統(tǒng)，進一步包括一個放大器電路，放大所述第一電信號。
30．根據(jù)權(quán)利要求28的激光器控制系統(tǒng)，其中所述第二路徑進一步包括通過所述第二路徑的所述激光束的所述標準具；一個第二光電檢測器，將所述第二路徑的所述激光束轉(zhuǎn)換為第二電信號；以及一個第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述第二電信號轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號，所述第二數(shù)字信號輸入到所述控制器。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的激光器控制系統(tǒng)，進一步包括一個放大器電路，放大所述第二電信號。
32．根據(jù)權(quán)利要求30的激光器控制系統(tǒng)，其中所述控制信號基于所述第一數(shù)字信號、所述第二數(shù)字信號以及所述標準具的溫度確定。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的激光器控制系統(tǒng)，進一步包括一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，連接在所述控制器與所述驅(qū)動器之間，將來自所述控制器的所述控制信號轉(zhuǎn)換為一個模擬控制信號。
34．一種用于補償來自一個溫度調(diào)諧激光器器件中的激光源的激光輸出的波長偏移的方法，所述方法包括以下步驟測量一個光學濾波器的溫度，所述激光輸出的至少一部分通過該光學濾波器；基于通過所述光學濾波器的所述激光器器件的所述輸出與直接來自所述激光器器件中的所述激光源的輸出之間的差，計算控制信號的值；基于所述光學濾波器溫度計算第一偏置值；將所述第一偏置值加到所述控制信號上；以及通過利用所述控制信號改變所述激光器器件的溫度來調(diào)諧所述激光器器件。
35．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，進一步包括在測量所述光學濾波器的所述溫度之前標定一個激光器芯片。
36．根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述標定步驟包括測量所述激光器芯片的所述溫度；以及參考查表確定一個溫度，在此溫度下所述激光器芯片將輸出具有預定的所需波長的激光束。
37．根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中所述標定步驟包括基于以前測量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)更新所述查表，以補償所述激光源的老化。
38．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中計算控制信號的所述步驟進一步包括基于所述控制信號的統(tǒng)計預測值補償所述激光源的老化。
39．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中計算控制信號的所述步驟進一步包括將來自所述激光源的激光束分為第一路徑和第二路徑，所述第二路徑通過所述光學濾波器；從所述第一路徑測量的信號上減去從第二路徑測量的信號，計算差值，所述差值被用于部分確定所述控制信號。
40．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，進一步包括將所述第一路徑和所述第二路徑的所述激光束分別轉(zhuǎn)換為第一電信號和第二電信號；將所述第一和第二電信號分別轉(zhuǎn)換為第一和第二模擬信號；將所述第一和第二模擬信號分別轉(zhuǎn)換為第一和第二數(shù)字信號；以及在所述差值的所述計算中使用所述第一和第二數(shù)字信號。
41．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，進一步包括測量所述光學濾波器的所述溫度；從第二查表中得到一個參考值；比較所述測量的光學濾波器溫度與來自所述第二查表的所述參考值；基于所述比較確定第二偏置值；以及存儲所述測量的溫度用于所述光學濾波器。
42．根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中如果測量的光學濾波器溫度不等于來自所述第二查表的所述值，則所述方法進一步包括基于所述測量的光學濾波器溫度與來自所述第二查表的所述值之差，設(shè)置所述第二偏置值。
43．根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中如果測量的光學濾波器溫度等于來自所述第二查表的所述值，則所述方法進一步包括設(shè)置所述第二偏置值為0。
44．根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中計算所述控制信號的值的所述步驟進一步包括通過在所述差值上加上所述第二偏置值，計算所述差值的新值；輸出所述差值的新值作為所述控制信號。
45．根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中計算第一偏置值的所述步驟進一步包括測量所述光學濾波器的新的溫度；以及通過比較所述新測量的光學濾波器溫度與所述存儲的光學濾波器溫度，確定是否所述光學濾波器的所述溫度已經(jīng)變化。
46．根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中如果所述溫度沒有變化，則所述方法進一步包括在所述差值上加上所述第二偏置值；以及輸出結(jié)果作為所述控制信號。
47．根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中如果所述溫度已經(jīng)變化，則所述方法進一步包括確定是否所述溫度變化大于一個預定值。
48．根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中如果所述溫度變化不大于所述預定值，則計算所述控制信號的值的所述步驟進一步包括在所述差值上加上所述第二偏置值；以及輸出結(jié)果作為所述控制信號。
49．根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中如果所述溫度變化大于所述預定值，則計算第一偏置值的所述步驟進一步包括基于所述光學濾波器的所述新測量溫度與所述光學濾波器的所述存儲的溫度之差，計算所述第一偏置值；存儲所述光學濾波器的新測量溫度；通過加上所述第一偏置值確定所述第二偏置的新值；在所述差值上加上所述新的第二偏置值；以及輸出結(jié)果作為所述控制信號。
50．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述光學濾波器是一個標準具。
51．根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中所述標準具是一個石英玻璃板。
52．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述激光源是一個激光器芯片。
53．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述激光源是一個激光器陣列。
54．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述激光源是一個法布里-珀羅激光器。
55．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述激光源是一個分布式反饋激光器。
56．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述激光源是一個分布式布喇格反射激光器。
全文摘要
公開了一種獨特的方法及裝置,用于通過主動地補償一個標準具光學濾波器的溫度變化,鎖定一個激光器組件輸出的激光的絕對波長。在從該激光器組件內(nèi)的控制器發(fā)送到熱電冷卻器(TEC)的電壓控制信號上加上(或減去)一個輸出電壓偏置,補償由溫度變化引起的標準具響應(yīng)特性的變化。通過監(jiān)視標準具溫度計算電壓偏置。電壓偏置值提供了標準具溫度變化的主動補償,并且有效地“重新調(diào)節(jié)”激光器的輸出,就好象重新調(diào)節(jié)了標準具溫度本身。
文檔編號H01S5/0683GK1280310SQ00120330
公開日2001年1月17日 申請日期2000年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月13日
發(fā)明者斯科特·L·布魯汀, 詹姆斯·K·普勞德, 小約翰·W·斯塔特 申請人:朗迅科技公司