专利名称：误差信号生成系统的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及可用于在光学系统中对光学元件进行位置控制的误差信号生成以及伺服系统。更具体地说，本发明涉及相对于相干光束对可调单元进行持续准确地位置控制的误差信号生成系统。
背景技术：
描述光纤电信不断地要求增长的带宽。带宽扩展的一种方式已经通过波分多路复用(WDM)实现，其中多个独立的数据流同时存在于单根光纤中，而对各个数据流的调制发生在不同的信道上。将各数据流调制到以特定信道波长工作的相应半导体激光发射器的输出光束上，并将调制后的半导体激光器输出组合到单个光纤中，以便在其各自的信道中传输。国际电信联盟(ITU)目前要求的信道间距大约为0.4毫微米，或者大约50GHz。这种信道间距允许在光纤和光纤放大器目前可用的带宽范围内单个光纤承载多达128个信道。光纤技术的改进加上不断增长的对更大带宽的需求将很可能在将来导致更小的信道间距。
WDM系统所用的激光发射器一般基于以与反馈控制回路有关的参考标准具一起工作的分布式反馈(DFB)激光器，其中参考标准具确定ITU波长栅格。与制造各DFB激光器有关的统计变化导致信道中心波长在波长栅格上的分布，因此各个DFB发射器只可用于单个信道或少量的相邻信道。已开发了连续可调的外腔激光器来克服此问题。
趋于更小信道间距以及激光发射器中信道选择性的出现产生了这样的需要对与激光发射器有关的可调单元的定位更精确并对其进行控制。由于可调单元配置为用于更窄的信道间距，因此降低元件容差以及热波动日益重要。可调单元的非最佳定位导致空间损失以及降低的发射器输出功率。
发明概述本发明涉及误差信号生成系统以及用于持续准确地调整与相干光束关联使用的可调单元的方法。在其最一般的形式下，本发明包括具有固定频率或波长的相干光束、定位在光束中的可调单元、以及检测器，该检测器相对于光束和可调单元进行定位，它能够生成一种误差信号，用于表示与所述单元和光束的关系有关的特性或属性。本发明还可包括调整组件，它在操作时连接到可调单元和检测器，并被配置为根据检测器生成的误差信号调整可调单元。
可调单元确定与相干光束有关的至少一种特性或属性，该特性和属性可以根据从检测器得到的误差信号进行调整。例如，可调单元可以形成相干光束的相长干涉条纹，其中对可调单元非最佳的调整导致相长干涉条纹没有相对于光束居中，由此在光束通过可调单元传播或从可调单元反射时导致光束的空间损失。配置检测器以检测这样的空间损失并产生相应的误差信号，该误差信号可用于重新使相长干涉条纹定位在相干光束的中央。
在某些实施例中，检测器是分光检测器，且对可调单元非最佳的调整以致相长干涉条纹没有位于光束的中间将导致分光检测器的两半部分检测到不等的光强量。检测器两半的电压输出被用于生成误差信号，该误差信号对应于或者表示分光检测器的两半接收到的光强度。检测器生成的误差信号被用于调整可调单元，其方法为由调整组件调整可调单元的某个属性，使得可调单元所形成的相长干涉条纹保持在相干光束的中央。在其它实施例中，检测器可包括各种类型的多部件检测器，或者包括横向效应检测器。
在一个实施例中，可调单元包括锥形或″楔形″标准具，可为在相邻基板的反射表面之间气隙的形式，其中基板为具有楔形反射表面的单一固体基板，或者为楔形薄膜干涉滤波器。楔形标准具形成相干光束波长的相长干涉条纹。调整组件可包括机械、电子、压电等系统，它们被配置为相对于光束驱动或平移楔形标准具，或者应用电压、磁场、机械应力或其它效应来改变楔形标准具的特性。调整组件可包括例如步进电动机，该步进电动机被配置为平移楔形标准具，以便相对于光束的中心移动相长干涉条纹。
本发明的可调单元可备选地包括实施在微电子机械系统(MEMS)器件中的气隙标准具，其中由微电机加工的平行反射硅表面形成气隙标准具。该实施例中的调整组件可包括例如与气隙的反射表面相关的电极。根据施加到电极上改变气隙的光学距离的电压定位一个或两个反射表面，由此控制气隙标准具的光学厚度。一个或多个电极在操作时连接到分光检测器，而施加到电极上用于控制气隙间距的电位随分光检测器得到的误差信号而变。
在本发明的另一实施例中，可调单元包括电光器件，该电光器件具有可根据所施加的电场、磁场、经气体压力或其它源施加的机械应力、热效应或非线性光学效应调整的有效光学距离或光学厚度。电光器件可包括例如由诸如液晶材料的电光材料制成的基板，其中基板的折射率可以通过向基板施加适当的电压而改变。这种情况下，调整组件包括与电光材料基板有关的电极，适当地定位该电极以控制标准具电光基板材料的折射率。
在另一实施例中，可调单元可包括由可经与反射表面有关的压电材料移动的反射表面形成的气隙标准具，其中可通过向压电材料施加适当的电压来改变气隙间距。可调单元可包括气隙标准具，其中反射表面可通过温度控制移动，并利用热膨胀和热收缩对与反射表面相关联的衬垫加热以及冷却来进行调整。
在本发明的另一实施例中，可调单元包括位于相干光束中的光栅等回射部件。本实施例中的相长干涉条纹由光栅间距以及光栅和光束之间的角度关系确定。调整组件包括机械、电子、压电等系统，它们被配置为根据检测器产生的误差信号，相对于光束旋转或控制光栅的角度。检测器可配置为检测通过光栅的光或者光栅反射的光。光栅可以为啁啾光栅并配置为由分光检测器进行近场检测。光栅可以为非啁啾光栅并且检测器被定位为远场检测，其中设置适当的校准光学部件以将来自光栅的光引导到分光检测器。在利特罗(Littrow)或Litman-Metcalf配置、或其它配置中，光栅可位于外腔激光器中。
本发明的误差信号生成系统可实施在外腔激光器设备中，其中可调单元位于外腔中或者与其相关联，它可定位为提供所选的发送信道波长。外腔激光器包括沿光路发射相干光束的增益媒质，以及位于光路中的端面镜。端面镜和增益媒质的后反射面形成外部激光空腔。增益媒质可包括发射芯片，它沿光路发射相干光束，其中可调单元位于该空腔中以及光路中。检测器可位于端面镜之后的光路中。调整组件在操作时连接到可调单元和检测器。
在外腔激光器中包括栅格发生单元，用于波长锁定，它位于增益媒质和端面镜之间的光路中。栅格发生单元可包括例如栅格标准具，它具有对应于诸如ITU波长栅格的所选波长栅格的格线之间间距的自由频谱范围。在一个实施例中，可调单元可包括楔形标准具，它位于增益媒质和端面镜之间外腔激光器内的光路中，这样栅格标准具位于增益媒质和楔形标准具之间，并且楔形标准具位于栅格标准具和端面镜之间，其中光束沿该光路传播通过栅格标准具和楔形标准具。通过调整可调单元和/或端面镜的位置根据栅格标准具形成的栅格选择传输波长信道。通过驱动楔形到所选或适当的位置执行对楔形标准具的定位而进行信道选择，其中楔形标准具的光学厚度对应于所选信道的半波长的整数倍。
楔形标准具作为干涉滤波器，其中如上所述，标准具的楔形形状确定相长干涉条纹。为避免光束通过楔形标准具的空间损失，楔形标准具形成的相长干涉条纹必须位于光束形成的光路的中央。接收通过楔形标准具的光束的检测器被配置为生成或提供表示光束中相长干涉条纹的位置差的误差信号，进而表示与相长干涉条纹的位置有关的光束的任何空间损失。检测器可以是分光检测器或其它多部件检测器、横向效应检测和其它类型的检测器。
当相长干涉条纹位于光路的中央时，分光检测器的两半收到的光强度相等，并且检测器得到的差误差信号几乎为零。当相长干涉条纹没有完全居中时，所得到的光束空间损失导致分光检测器上的射束点被删截，这样两个检测器部分就接收到不同的光强度水平，从而产生非零的差误差信号。调整组件根据该误差信号重新定位楔形标准具，使得相长干涉条纹位于光束中央。根据来自分光检测器的误差信号连续调整由楔形标准具确定的相长干涉条纹的位置，以将相长干涉条纹维持在光束中央从而避免与没有对楔形标准具进行最佳定位有关的空间损失。以这种方式进行的楔形标准具位置调整还避免了外腔激光器中无意的信道改变。
用于根据检测器的误差信号调整楔形标准具的位置的调整组件可包括与楔形标准具一起用于信道选择的相同机械驱动器或平移组件。因此，在外腔激光器的操作中，将通过将楔形标准具驱动到预定位置来进行周期性的信道选择。针对各信道波长连续执行对楔形标准具的伺服驱动，以避免光束的空间损失。
在其它实施例中，用于外腔的可调单元可备选地包括光栅，其中根据从分光检测器得到的误差信号补偿光栅角度。在另外的实施例中，可调单元可包括基于液晶或铁电材料的标准具，其中根据误差信号，通过标准具材料的压控折射率变化对通过标准具的有效光学距离进行补偿。外腔激光器的各种部件可以实施为MEMS器件，其中亦如上所述，可调单元包括气隙标准具，其光学距离可通过反射表面的压控移动进行调整。
将分光检测器用于本发明所提供的外腔激光器允许根据从分光检测器得到的误差信号伺服控制外腔激光器的其它光学部件。端面镜调整组件可包括在端面镜中，并且可包括振荡器部件和平移部件。平移装置可包括可经热电控制器和热敏电阻进行温度定位的支臂，而振荡器部件包括配置为定期使端面镜振荡的压电部件。热电控制器在操作时经和信号发生器和相位补偿器连接到分光检测器，并可用于根据从分光检测器得到的经过了相位校正的和信号用热学方法移动平移装置支臂。经压电部件导致的端面镜的振动产生频移，这种频移允许通过跟踪幅度调制来对端面镜进行伺服控制。提供给增益媒质的驱动电流也可根据从分光检测器得到的误差信号进行伺服控制。
正如通过以下详细描述将会明白的，本发明提供防止相干光学系统中空间损失的误差信号生成系统，该系统生成表示与相干光束相关的空间损失的误差信号，该系统用于根据从分光检测器得到的误差信号调整与可调单元有关的相长干涉条纹，该系统可用于连续可调的外腔激光器，并可根据从单个分光检测器得到的若干误差信号调整与外腔激光器有关的多个光学部件。本发明的误差信号生成系统还可用于对与相干光源有关的自发光进行频谱过滤。
附图概述通过以下仅出于说明目的的附图将更全面地了解本发明。
图1是将楔形标准具用作可调单元的外腔激光装置的示意图。
图2A-2C是图1所示外腔激光器中楔形标准具、栅格标准具和外腔相对于波长栅格中所选信道的通带特性的图示。
图3A-3C是波长栅格中多个信道对图1所示外腔激光器调整的增益响应的图示。
图4是可用于本发明的楔形标准具的横截面图。
图5A-5C是根据本发明实施于外腔激光器中的误差信号生成系统的示意图，图中显示了楔形标准具中相长干涉条纹相对于相干光束的定位。
图5D是对应于图5A所示配置，楔形标准具的相长干涉条纹相对于光束的高斯强度分布的位置图示。
图5E是图5A-图5C所示误差信号生成系统没有外腔激光器的示意图。
图6A到图6C示意性地说明根据图5A-图5C所示的楔形标准具定位分光检测器上的射束点。
图7是根据本发明利用基于电光材料的可调单元的误差信号生成系统的示意图。
图8是根据本发明实施为MEMS气隙标准具器件的误差信号生成系统的示意图。
图9A是根据本发明利用啁啾光栅作为可调单元的误差信号生成系统的示意图，其中分光检测器定位用于近场检测。
图9B是图9A所示分光检测器收到的光强度的图示。
图10是根据本发明利用非啁啾光栅作为可调单元的误差信号生成系统的示意图，其中分光检测器定位用于远场检测。
图11是利用本发明的误差信号生成系统的外腔激光器的示意图。
图12是利用本发明的误差信号生成系统的外腔激光器的备选实施例的示意图。
图13是利用本发明的误差信号生成系统的外腔激光器的另一备选实施例的示意图。
详细描述更详细地参考说明目的的附图，本发明实施在图1到图13所示的装置和图示数据中。应该理解，装置的配置和部件的细节可以改变，并且方法的细节和步骤的顺序可以改变，并不背离本文所公开的基本概念。本发明的公开主要针对利用楔形标准具的外腔激光器的应用。但是，对本领域的技术人员非常显而易见的是，本发明可用于配置不同可调单元的各种光学系统，本文所公开的细节和特性仅作为例示，不应视为限制。
本发明提供误差信号生成系统光学器件，它能够调整相对于相干光束定位的可调单元，以控制可调单元的调谐特性。本发明可用于例如避免与不正确地定位可调单元有关的光束空间损失。本发明可用于采用可调单元进行信道选择的连续可调的外腔激光器。这种外腔激光器的例示有美国专利号No.6108355(Zorabedian，″连续可调外腔激光器″)，Zorabedian等人1999年10月15日提交的美国申请序列号No.09/418950，题为″连续可调外腔激光器″，以及Zorabedian等人2000年2月18日提交的美国申请序列号No.09/507557，题为″具有内部波长栅格发生器的可调激光发射器″，这些申请的公开内容通过引用结合于本文中。
通过首先讨论可采用本发明的连续可调外腔激光器的操作，将会对本发明有更全面的了解。参考图1，图中显示美国专利号No.6108355中所述类型的外腔激光装置10。装置10包括增益媒质12和端部或外部反射部件14。增益媒质12可包括常规的Fabry-Perot二极管发射体芯片，并具有带防反射(AR)涂层的前面16和部分反射的后面18。回射部件14可包括端面镜。外部激光器空腔由后面18和端面镜14表示。增益媒质12从前面16发射相干光束，该光束由透镜20校准，以形成与外腔的光轴共线的光路22。增益媒质12的前面16和后面18也与外腔的光轴共线对齐。后面18上配置与后面18相关的常规输出耦合光学部件(未示出)，用于将外腔激光器10的输出耦合到光纤中(也未示出)。
外腔激光器10包括栅格发生单元和可调单元，它们在图1中分别表示为定位在增益媒质12和端面镜14之间的光路22中的栅格标准具26和楔形标准具26。栅格标准具24一般定位在可调部件26之前的光路22中，并具有平行反射面28、30。栅格标准具24用作干涉滤波器，并且栅格标准具24的折射率和栅格标准具24的光学厚度由面28、30的间距确定，由此在通信频道内与所选波长棚格(可包括例如ITU(国际电信联盟)栅格)的中心波长一致的波长处产生多个最小值。也可选择其它波长栅格。栅格标准具具有对应于ITU栅格的栅格线之间间距的自由频谱范围(FSR)，因此栅格标准具24可用于提供中心在波长栅格的各个栅格线上的多个通带。栅格标准具24具有精细度(自由频谱范围除以半高宽或FWHM)，该精细度抑制了波长栅格各信道之间外腔激光器的相邻模式。
栅格标准具24可以是平行板固体、液体或气体相间隔的标准具，并且可以通过温度控制的热膨胀和热收缩来精确设置面28、30间的光学厚度来进行调整。栅格标准具24还可以通过倾斜以改变面28、30之间的光学厚度、或者通过对电光标准具材料施加电场来进行调整。
楔形标准具26也用作干涉滤波器，它具有提供楔形的非平行反射面32、34。楔形标准具26可包括楔形透明基板，相邻透明基板的反射表面之间的楔形气隙，或者如下所述的薄膜楔形干涉滤波器。如图1所示的楔形标准具26只是一个可调单元，它可根据本发明用于外腔激光器中。除标准具之外，楔形标准具26还可以用各种不是标准具的可调单元代替，比如光栅器件和电光器件，下面也将详述。
在一些例示中为清晰起见，夸大了外腔激光器10的各种光学部件之间的相对尺寸、形状和距离，它们不必按比例显示。外腔激光器10可包括其它部件(未示出)，比如调焦和校准部件，以及配置为去除与外腔激光器10的各个部件有关的伪反馈的偏振光学部件。
楔形标准具26确定的通带远远宽过栅格标准具24的通带，因为楔形标准具26更宽的通带，周期性基本对应于栅格标准具24确定的最短和最长波长信道之间的间距。换句话说，楔形标准具26的自由频谱范围对应于栅格标准具24确定的波长栅格的全波长范围。楔形标准具26具有抑制与所选特定信道相邻的信道的精细度。
楔形标准具26通过改变楔形标准具26的面32、34之间的光学厚度，从而在多个通信信道之间进行选择。这是通过沿x轴平移或驱动楔形标准具26实现的，其中x轴平行于楔形标准具26的锥体方向并垂直于光路22和外腔激光器10的光轴。楔形标准具26确定的各通带支持可选信道，并且由于楔形已前进或平移到光路22，因此沿光路22传递的光束通过楔形标准具26厚度不断增加的部分，从而支持相对面32、34之间更长波长信道处的相长干涉。随着楔形标准具26从光路22撤出，光束将通过楔形标准具26厚度不断变薄部分，并将通带暴露在相应地支持较短波长信道的光路22中。如上所述，楔形标准具26的自由频谱范围对应于栅格标准具24的全波长范围，因此通信频带内单个损失最小值可以在波长栅格上进行调节。从栅格标准具24和楔形标准具26到增益媒质12的组合反馈支持在所选信道的中心波长处产生激光。在整个调节范围上，楔形标准具26的自由频谱范围比栅格标准具24的自由频谱范围宽。
经调整组件对楔形标准具26进行位置调整，所述调整组件包括驱动单元36，它被构造并配置为可根据所选信道调整楔形标准具26的位置。驱动单元36可包括步进电机以及精确转换楔形标准具26的适当硬件。驱动单元可备选地包括各种类型的激励器，其中包括但不限于直流伺服电动机、螺线管、音圈激励器、压电激励器、超声驱动器、形状记忆装置等线性激励器。
驱动单元36在操作时连接到控制器38，控制器38提供信号由驱动单元36来控制楔形标准具26的定位。控制器38可包括数据处理器和存储器(未示出)，其中存储楔形标准具26的位置信息的查表，所述位置信息对应于可选的信道波长。控制器38可位于驱动单元36内部，或者可以在其外部并与本发明的其它用于定位和伺服功能的部件共享，如下所述。
当外腔激光器10被调谐到不同的通信信道，控制器38根据查表中的位置数据信号通知驱动单元36，而驱动单元36则将楔形标准具26平移或驱动到正确的位置，其中楔形标准具26位于光路22中的部分的光学厚度提供支持所选信道的相长干涉。线性编码器40可与楔形标准具26和驱动单元36关联使用，以确保驱动器36对楔形标准具的正确定位。
楔形标准具26在其端部可包括不透明区42、44，这些区可用光学方式检测并且在将标准具26位置调节到其最长或最短的信道波长时，可用于校验楔形标准具26的位置。不透明区26提供可用在对楔形标准具进行位置调节的附加编码装置中。当楔形26被移动到使得不透明区42、44之一进入光路22的某个位置时，不透明区42、44将阻断或衰减沿光路的光束。这种光的衰减是可检测到的，下面将进一步描述。由于楔形标准具26上不透明区42、44的位置可以被精确地确定，因此控制器38可以预计不透明区42、44何时将进入光路22。不透明区42、44在光路22中非预测的某个点的出现表示编码器出错，控制器38可以根据所检测到的不透明区42、44在光路22中的位置信息而进行适当的校正。楔形标准具26上别的地方可包括另外的不透明区(未示出)。
图2A到图2C图示了栅格标准具24、楔形标准具26和由后面18和端面镜14形成的外腔的通带关系，其中显示了外腔通带PB1、栅格标准具通带PB2、以及楔形标准具通带PB3。相对增益显示在纵轴上，而波长显示在横轴上。由此可见，楔形标准具26(FSRChannel Sel)的自由频谱范围大于栅格标准具24(FSRGrid Gen)的自由频谱范围，而栅格标准具24(FSRGrid Gen)的自由频谱范围又大于外腔(FSRCavity)的自由频谱范围。外腔的通带峰值PB1定期与栅格标准具24的波长栅格确定的通带中心PB2的波长对准。楔形标准具26有一个峰值PB3，它在波长栅格的整个通带PB2上延伸。在图2A-2C所示的特定实施例中，波长栅格在64格信道上延伸，信道间距1.5毫微米(nm)或者62GHz，其中最短的波长信道在1532nm，而最长的波长信道在1563.5nm。
栅格标准具24和楔形标准具26的精细度确定相邻模式或信道的衰减。如上所述，精细度等于自由频谱范围除以半高宽，或者精细度＝FSR/FWHM。栅格标准具通带56的半高宽显示在图2B中，而楔形标准具通带58的半高宽显示在图2C中。栅格标准具24和楔形标准具26在外腔中的定位改进了边模抑止。
中心为1549.5nm的信道和中心为1550nm的相邻信道之间楔形标准具26的通带PB3的调谐图示于图3A-3C中，其中显示了由栅格标准具24产生的信道的选择和对相邻信道或模式的衰减。为清晰起见，在图3A-3C中省略了图2A-2C所示的外腔通带。栅格标准具24选择对应于栅格信道间距的外腔的周期性纵模，同时抑制相邻模式。楔形标准具26选择波长栅格中特定的信道并滤去其它所有信道。所选信道或激光模式在一个特定信道中是固定的，其中滤波器偏置在大致为正负1.5个信道间距。对于更大的信道偏置，激光辐射模式跳到下一相邻信道。
在图3A中，楔形标准具通带PB3相对于1549.5nm的栅格信道居中。在1549.5nm与通带PB2相关的相对增益都高，而在1549.0nm和1550.5nm处与相邻通带PB2相关的相对增益水平相对于所选的1549.5nm信道被抑制。在1550.5nm和1548.5nm处与通道相关的增益被进一步抑止。虚线表示通带PB2的相对增益，其中没有受到楔形标准具26的抑止。
图3B显示在1549.5nm信道和1550.0nm信道之间的某个位置处的楔形标准具通带PB，这种情况出现在信道切换期间。与1549.5nm和1550.0nm处的通带PB2相关的相对增益都高，其中没有信道抑止。与1549.0nm和1550.5nm处的通带PB2相关的相对增益水平相对于1549.5nm和1550.0nm被抑止。虚线表示没有受到楔形标准具26抑止的通带PB2的相对增益。
图3C显示相对于1550.0nm栅格信道居中的楔形标准具通带PB3，其中与1550.0nm处的通带PB2相关的相对增益高，与1549.5nm和1550.5nm处的通带PB2相关的相对增益水平相对于所选1550.0nm信道被抑止，与1551.0nm和1549.0nm处的通带PB2相关的增益被进一步抑止。同样，虚线表示没有受到楔形标准具26的抑止的通带PB2的相对增益。
电信系统对更宽的带宽的需求要求窄信道间距，因此要求更复杂的可调单元。图4显示制作成薄膜器件的楔形标准具26，它包括一个半波(λ/2)层46，该层位于一对四分之一波(λ/4)电介质栈48、50之间。通过在透明基板52的表面上沉积薄膜来形成半波层46和四分之一波栈48、50。半波层46和四分之一波栈48、50厚度逐渐变小以形成″楔形″形状。这种情况下，实际的″楔形″是半波层46，其中四分之一波栈48、50提供反射或部分反射表面。
如图4所示，为清晰起见，层46、48、50的相对厚度被夸大了，并且楔形递减的程度被严重夸大了。可以在大约1530nm到1565nm的调节范围内，利用图4所示的薄膜楔形标准具进行外腔激光器10的信道选择。作为特定例示，楔形标准具26大约18毫米长，而半波层46的厚度在窄端大约510nm，在楔形标准具26的宽端大约518nm厚，因此半波层46的厚度在整个18毫米的长度上变窄了8个毫微米。一般地说，楔形标准具26会需要形成100个不同的通信信道，而半波层46将对应于100个可选信道提供100个不同的传输区(未示出)。对于18毫米长的楔形标准具26和360微米的光束宽度，各个区将间距180微米。半波层46、四分之一波层48、50和基板52的材料的热膨胀系数被选择为在标准工作温度范围内使尺寸变动最小。
记住了上述描述，现在参照图5A到图5C显示的根据本发明的误差信号生成系统实施例，它与上述外腔激光装置类型一起使用，其中相同标号表示相同部件。当调谐到所选信道时，外腔激光器将沿光路22以固定频率或波长提供对应于所选信道的相干光束。楔形标准具26将形成相干光束的相长干涉条纹，这些条纹在图5A-5C中显示为条纹54。理想情况下，条纹54必须位于光路22的中央，否则沿路径22通过楔形标准具26的相关光束将被截，从而将导致空间损失。本发明的误差信号生成系统在外腔激光器工作期间保持条纹54在光路22中央，从而避免这种空间损失。本发明的误差信号生成系统还通过保持相长干涉条纹54在光路22中央来防止操作中无意的信道改变。如图5A-5C所示的楔形标准具26可包括具有楔形反射表面的固体基板、″气隙″标准具，其中两个相邻基板具有在其间形成气隙标准具的楔形反射表面，或者如图4所示的薄膜楔形标准具器件。
本发明的误差信号生成和伺服系统包括检测器56，它被配置为或者它能够生成表示与相长干涉条纹54在光路22中的定位有关的空间损失的误差信号。在图5A-5C所示的实施例中，检测器56是分光检测器，它包括等分的两半58，60。检测器56还可包括不同的多部件检测器、多个适当定位的独立检测器、″横向效应检测器″或者其中生成与照射光束矩心的位置成比例的电压信号的大面积检测器；或者包括其它任何合适的检测器。
端面镜14可以约95％是反射的，因此来自外腔的一小部分输出到达检测器56。检测器56的两半58、60在操作时连接到差信号发生器电路62，该电路又在操作时连接到驱动单元36。分光检测器56和差电路62，连同楔形标准具26一起，构成误差信号生成系统，该系统和驱动器36一起构成伺服系统，该伺服系统根据从分光检测器56得到的误差信号将条纹54和楔形标准具26维持在最佳位置。楔形标准具26的伺服操作在下文中更详细的描述。
图5A所示的楔形标准具26的定位使条纹52位于光路22的中央，从而使光路22位于条纹54的边缘64、66之间的中央。图5D图示的条纹54是通过楔形标准具26的线D-D看到的，其中所示条纹54为实线，而所示的相对传输沿纵轴，而相对的空间坐标x沿横轴。如图5D所示，虚线68是沿光路22的相干光束的高斯强度分布，其中纵轴表示相对功率，横轴表示空间坐标x。
图5A和图5D说明相干光束沿光路22相对于楔形26的最佳定位，其中光束的空间损失标称为零。图6A显示这种配置的结果，该结果中检测器56上的射束点70对称，并且相等部分的射束点70分别位于检测器部分58、60上。如图5A所示，通过将条纹54定位在光路22的中央，分光检测器46上光路22对应的射束点70(图6)就将居中，并且检测器的两半58、60将从射束点70接收等量的光强度。
移动楔形标准具26导致条纹54不在光路22的中央，这样将导致相干光束空间部分被挡住。因此，条纹54从图5D所示的其位置在由箭头A1和A2所示的方向的移动在光束在通过楔形标准具26时将导致光束的空间损失。检测器的两半或者部分58、60作为在空间上分离的用作检测与楔形标准具26的非最佳定位有关的传输阻塞的检测器。外腔激光器的操作期间楔形标准具26的这种移动可由于温度波动、外部振动、与驱动组件36有关的不理想的机械加工、或其它因素的原因而导致。
图5B所示的楔形标准具26的定位使得条纹54偏离光路22的中央，这样，检测器56的两半部分58、60就接收到不等量的光强度。图6B显示由于条纹54偏移中央导致射束点72被截，以致根据图5B所示楔形标准具26的位置，射束点72落入检测器部分58的量较落入检测器部分60的量多。图5C显示与图5B所示的反方向偏离光路22中央的楔形标准具26和条纹，而图6C显示检测器56上所得到的射束点74被截，并且向检测器部分60提供的光强度大于向检测器部分58提供的光强度。图5B和图5C所示楔形26和条纹54的定位不是最佳的，并且需要重新定位楔形标准具26以将楔形标准具26驱动到图5A所示的零差错位置。
差信号发生器62在操作时连接到检测器56的各个检测器部分58、60，并从部分58、60表示检测器部分58、60接收的光强度P相对于楔形标准具26的位置x的变化的电压输出信号生成误差信号。误差信号可以是简单差信号、归一化差信号、空间导数dP/dx的形式，或者误差信号的其它形式。图5A-5C所示的误差信号用空间导数信号dP/dx的形式进行讨论。将差误差信号传递给驱动单元36，该驱动单元36平移或重新定位楔形标准具26，使得条纹54再回到光路22的中央。图5B所示楔形标准具26的位置导致误差信号dP/dx＜0，由此将平移楔形标准具26，使得将较薄的部分移入光路22。如图5A所示的楔形标准具26将得到误差信号dP/dx＝0，这就不需要位置校正。以上述方式修正楔形标准具26从而保持相干光束相对于相长干涉条纹54在光路22的中央，并防止光束的空间损失，光束的空间损失可能导致外腔激光器的功率输出波动。
图5E显示根据本发明的误差信号生成系统，其中没有配置图5A-5C的外腔激光器功能部件。在图5E中，楔形标准具26位于增益媒质12发出的相干光束的光路中，而检测器56位于光路22中楔形标准具26后面的位置。误差信号与相长干涉条纹56相对于光路22的位置有关，并被用于以上述方式通过驱动单元36调整楔形标准具26的位置。如图5E所示，本发明的误差信号生成系统可用于任何相干光学系统。检测器56可定位用于近场和远场。楔形标准具26可用平行面标准具替换，用于某些远场实施例。
如上所述，各种类型的可调单元可用于本发明。图7显示利用电光器件可调单元76的误差信号生成系统。电光器件可调单元76包括一对透明基板78、80，其中电光器件液晶(LC)材料的基板82位于其间。基板78、80分别包括反射表面84、86，它们可以是楔形的，从而使得LC基板82为楔形。透明电极88、90分别定位为与基板表面84、86相邻。透明电极88、90可包括例如氧化铟锡(ITO)导体。对准层92、94可包括定向或带槽聚合层，它们分别位于LC基板82和透明电极88、90之间。电极90连接到可调电压源V，而电极88接地。相干光束沿光路22通过基板78、80和LC标准具82，并以上述方式入射到检测器56上。检测器的部分58、60在操作时连接到差误差信号发生器62，该发生器在操作时又连接到可调电压源V。
LC基板82包括多个单独的双折射液晶分子(未示出)，它们可以响应于由电极88、90施加在标准具82上的电压进行定向。这种类型的液晶材料是本领域众所周知的，在本文中不再描述。液晶分子取向的变化改变整个LC材料的折射率，从而改变通过LC基板的有效光学厚度路径长度。因此，施加在透明电极88、90上的电压将改变相干光束沿光路22通过LC基板82时的有效光学距离。改变施加在LC基板82上的电压在相干光束通过电光器件可调单元76时将改变其沿光路22的有效光学距离。
如图所示，LC基板82可以为楔形形状，由此它形成沿光路22通过LC标准具的相干光束波长的相长干涉条纹(未示出)。改变施加在LC基板82上的电压可用于重新定位LC基板82形成的相长干涉条纹，并且电压调节由此实现与以上参考图5A-5C所述的从物理上移动楔形标准具所实现的基本相同的效果。为清晰起见，电光器件可调单元76不同部件的相对尺寸和厚度、以及锥度在图7中都被夸大了。
两个检测器部分58、60用作在空间上分离的用作检测与LC基板82有关的干涉条纹的非最佳定位有关的传输阻塞的检测器。当LC基板82形成的相长干涉条纹沿光路22没有相对于相干光束居中时，光束将出现空间损失，并且检测器56上的射束点将被截，以致检测器部分58、60接收不等量的光强度部分。差信号发生器62根据两半58、60的电压输出生成误差信号，其中所述电压输出表示检测器部分58、60接收到的光强度由于与LC标准具82形成的相长干涉条纹的位置有关的空间损失而导致的变化。误差信号可以是差信号的形式，它被传递到可调电压源V，该电压源控制在透明电极88、90上提供的电位，以保持相长干涉条纹位于光路22的中央。因此，在本发明的实施例中，响应于从分光检测器56得到的误差信号调整LC基板82上施加的电压。
通过用电光器件可调单元76替换楔形标准具26，并用适当的电压源替换驱动单元36，如图7所示的电光器件可调单元76可以实现在图1所示类型的外腔激光装置中。
现在参考图8，图中显示根据本发明的误差信号生成系统实施在微电子机械系统MEMS器件中。基板96包括终端段或端部98，其以铰链部分100相关联。基板和端部98可以利用常规的离子蚀刻、沉积和其它常规固态制造技术用同批半导体材料制造。半导体材料可包括Si、GaAs或其它任何可用于MEMS制造技术的半导体材料。
在基板96和端部98之间形成气隙102，其中反射表面104、106的位置与气隙102相邻，并分别与基板96和端部98相关。端部98可相对于基板96移动，使得反射表面106可相对于反射表面104移动，并且端部98的移动控制着气隙102的光学厚度d。基板96和端部98包括气隙102各侧上交错的电极组108、110，其中交错电极中的各个电极分别与基板96和端部98相关。对一个或两个电极组中的所选电极应用适当的电压将通过使端部98在铰链100上弯曲，从而导致端部98相对于基板96移动。弯曲部分用于改变反射表面104、106之间的距离，从而改变气隙102上的光学厚度d。所选电极在操作时连接到可调电压源(未示出)，该电压源又在操作时连接到差信号发生器62。向其上施加电压的所选电极可以与端部98或基板96相关，或者与它们两者都相关。
相干光束沿光路22传播并通过反射表面104、106，然后入射到检测器56上。检测器56包括部分58、60，这两半在操作时连接到差信号发生电路62。气隙102用作具有压控光学厚度的标准具。气隙102形成沿光路22传播的相干光束的相长干涉条纹(未示出)，并且电压控制端部98相对于基板96的定位允许根据来自差信号发生器62和检测器56的误差信号调整相长干涉条纹的位置。当气隙标准具102形成的相长干涉条纹不居中时，沿光路22传播的相干光束的空间损失由检测器56以上述方式检测。差信号发生器62根据两半58、60的电压输出生成误差信号，其中所述电压输出表示检测器部分58、60接收到的光强度由于光束的空间损失而导致的变化，并且气隙标准具102的厚度被重新定位以保持相长条纹位于光束中央。
由于基板96和端部98由同批半导体材料制得，因此可能在基板96和端部98一起提供与基板96或端部集成的各种光学部件。例如，利用常规蚀刻和沉积技术制得的半导体激光装置(未示出)可以集成于基板96上，以沿光路22提供相干光束。栅格标准具和端反射镜(仍未示出，可以形成为集成在基板99上的半导体材料部分)。检测器56可以形成为集成于基板96的薄膜器件，并相对于气隙102合适地加以定位。因此，可以预见，外腔激光器，连同本发明的误差信号生成系统，可以实施在由一批半导体基板制得的MEMS器件上。
本发明的可调单元可以实施在各种气隙标准具器件中，其中这些气隙标准具器件可通过根据各种调整机制改变气隙之间的光路进行调整。例如，可调单元可包括由压电元件进行位置控制的分开的反射表面形成的气隙标准具。施加到压电单元上的电压允许根据误差信号使气隙的反射表面之间分隔一定距离。在另一实施例中，固态(单个基板)楔形标准具的反射表面可进行温度控制，从而根据来自分光检测器的误差信号调整标准具的光学距离。可调单元还可包括气隙标准具，其中一个基板通过机械、温度或电子驱动移动，相对于固定基板定位。
下面参照图9A，图中显示利用衍射光栅112形式的回射可调单元的本发明的应用。光栅112是啁啾光栅，并且包括第一端114，第一端114具有较宽的光栅间距，光栅112还包括第二端116，第二端116的光栅间距较窄。光栅112位于相干光束形成的光路22中，其中相干光束可以从发射芯片或其它相干光源(未示出)获得。光栅112是能够部分透射的，并且分光检测器56位于光路22中光栅112的后面，如图所示。分光检测器56还可以定位为检测光栅112的反射或衍射。差信号发生器62在操作时连接到检测器部分58、60，并且驱动或调整组件36在操作时连接到差信号发生器62。驱动组件36还在操作时连接到光栅112，并被配置为相对于支点117旋转光栅112，从而相对于光路22调整光栅112的角位置。
光栅单元112的间距形成通过光栅112衍射的相干光束的相长干涉条纹(未示出)。相长干涉条纹相对于光路22的位置可通过相对于光路22定位光栅112的角度来调整。如图所示，光栅的定位使得相长干涉条纹位于光路22的中央。沿光路22传播的相干光束的空间强度分布是如图5D所示的高斯分布，而光束的主要部分或成分在理想情况下由光栅112沿光路22向相干光源的方向回射。
图9B图示了如图9A所示最佳定位光栅112的情况下，到达分光检测器56的相对光强度，其中相对强度显示在横轴上，而相对空间位置显示在纵轴上。通过光栅112传播的最小强度发生在点M，该点M对应于光栅112的光束回射的最大位置。因此，在光路22的中央传播通过光栅112的光强度较小，这是因为光束中央的回射导致的，而较大的光强度通过光栅下光路22的边缘传播。当光栅112形成的相长干涉条纹位于光路22的中央时，最小的M将位于检测器56的中央，使得两半58、60接收等量的光强度。如果光栅112形成的相长干涉条纹不居中，则光束的回射部分出现空间损失，并且不等量的光强度将到达分光检测器56。这将引起信号发生器62以上述方式产生误差信号，并且该误差信号被传递到驱动组件36，该驱动组件相对于光路22调整光栅112的角位置，从而使相长干涉条纹重新回到光路22的中央。
图9A所示的误差信号生成和伺服系统，就像上述楔形标准具实施例一样，可以实施在连续可调的外腔激光器中。在这类情况中，光栅112可以定位在上述端面镜和增益媒质面(未示出)形成的外腔内。栅格标准具(未示出)将包括在外腔中用于模式锁定。外腔激光器可以是Littrow或Litman-Metcalf配置。光栅用作可调单元在外腔激光器中选择信道是众所周知的，本文不再描述。
图9A所示的误差信号生成系统配置为相对于光栅112近场定位检测器56。在本发明的某些实施例中，可以使用远场配置。图10显示本发明的远场实施例，其中利用啁啾光栅118作为可调单元。光栅118定位在相干光源(未示出)发出的相干光束形成的光路22中。相干光束以高斯角发射，从而沿光路22传播的光束主要部分或成分将与光路22共线，但光束的最外部分，如图中箭头D1、D2所示，将相对于光路22发散。
如图10所示的光栅118被配置和定位为回射沿光路22传播的光束的主要部分。光栅118部分透明，并且沿光路22的光束由光栅118回射，光束的极少部分传播通过光栅118。光束远离中心的发散部分没有完全被回射，并且发生光束的这些部分通过光栅118传播。这种配置导致分光检测器56处光强度的分布类似于图9B和上述所示的光强度分布。但是，由于光栅118和检测器的远场定位，将包括准直透镜120或其它准直光学部件，并将其定位在光栅118和检测器56之间。透镜120校准沿光路传播的相干光束的发散部分D1、D2，以提供指向检测器56的会聚或校准部分C1、C2。如果检测器56距离光栅118足够远，则可以省略准直透镜120。
光栅118的间距以上述方式形成从光栅118衍射的相干光束的相长干涉条纹(未示出)，并且相长干涉条纹相对于光路22的位置可通过相对于光路22定位光栅118的角度来进行调整。当光栅118形成的相长干涉条纹位于光路22的中央时，检测器56的两半58、60接收等量的光强度。如果光栅118形成的相长干涉条纹不居中，则光束的回射部分出现空间损失，并且将有不等量的光强度到达分光检测器56，由此引起误差信号，该误差信号被传递给驱动组件36。驱动组件36通过相对于支点119旋转光栅118，从而相应地调整光栅118相对于光路22的角位置，从而如上所述，重新将相长干涉条纹定位在光路22的中央。本发明的误差信号生成和伺服系统的远场配置还可以实施在外腔激光装置中。
外腔激光器利用分光检测器或其它多单元或横向效应检测器允许根据来自分光检测器的误差信号调整或控制外腔激光器的各种其它部件。参照图11，图中显示外腔激光器176，其中相同的标号用于表示相同的部分。在装置176中，增益媒质12、栅格标准具24和端面镜14，以及楔形标准具26都根据分光检测器56的误差信号分别单独地调整。
端面镜14连接到调整组件，该组件如图11所示，包括连接到端面镜14的支臂178、在操作时连接到支臂178的压电振荡器单元180、以及在操作时连接到支臂178的热电控制模块182。支臂178由高热膨胀系数的材料制成，比如铝或其它金属或金属合金。和信号发生器184在操作时连接到检测器的两半58、60，并且在操作时通过相位超前补偿器186连接到热电控制模块182。压电单元180使端面镜14的位置作周期性振荡。端面镜14振荡的程度和幅度很小，在大约1GHz的水平，并且振荡频率为大约20KHz。
振荡器180使端面镜14进行小幅振荡引起分光检测器56收到的光强度的可检测振幅调制，监测并跟踪该振幅调制以便调整端面镜14的位置。由信号发生器184产生和误差信号，由相位补偿器186校正相位，并将该信号传递给热电控制器182，在需要时，热电控制器182通过热控制(加热或冷却)铝制支臂来移动端面镜14，从而将端面镜14保持在其最佳位置。以这种方式调整端面镜14的位置，用于在由驱动器36定位楔形标准具24以将楔形标准具26锁定于栅格标准具24的同时，将外腔激光器176的整个空腔长度锁定于栅格标准具24。
根据来自和信号发生器184的误差信号调整外腔激光器176中增益媒质发射芯片12的驱动电流，从而控制增益媒质12的输出波长。驱动电流控制器188在操作时连接到增益媒质12和和信号发生器184。将来自分光检测器56的和信号传递到驱动电流控制器188，在需要时，驱动电流控制器188调整到增益媒质12的驱动电流。热电控制器190在操作时连接到增益媒质12，从而根据热敏电阻(未示出)控制其温度。热电控制器192也与栅格标准具24联合使用，其中热敏电阻(未示出)向控制器192提供温度反馈，作为响应，控制器192经温度调整控制栅格标准具24的面28、30之间的光学厚度。
在外腔激光器176的操作中，根据得自分光检测器56的差误差信号，相对于沿光路22的相干光束调整楔形标准具26，从而保持干涉条纹(未示出)位于光路22的中央，以防止沿光路22传播的光束的空间损失。根据得自分光检测器56的经相位调整的和信号，通过调整端面镜14的位置伺服控制外腔长度使其符合栅格标准具24，以保持外腔锁定于栅格标准具24。根据来自分光检测器56的和信号可调地控制增益媒质12的驱动电流。最后，由热电控制器90用热的方法对栅格标准具24的光学厚度进行控制。
由于栅格标准具24、楔形标准具26和端面镜14都位于增益媒质12和检测器56之间，因此与栅格标准具、楔形标准具和端面镜14有关的光学损失可以潜在地影响获得用于控制到增益媒质12的驱动电流的有效误差信号。因此在某些实例中可能需要通过利用位置更靠近增益媒质12的独立检测器来使对增益媒质12的驱动电流的调整独立于检测器56。图12显示根据本发明的外腔激光装置193，其中光束分裂器194位于从增益媒质的发射面18的输出路径195中。发射面18的部分输出由光束分裂器194引导到检测器196，该检测器196在操作时连接到驱动电流控制器188。在此实施例中，驱动电流控制器188响应于检测器196的输出而不是如上针对装置176所示的分光检测器56的和输出。以常规方式将发射面18没有被导向检测器196的输出耦合到光纤(未示出)中。在其它方面，外腔激光装置193的操作方式与以上针对外腔激光器176所述的方式相同。
图13显示外腔激光装置198的另一实施例。在装置198中，检测器196被放置在正好发射面18之前，发射面18具有相对高的反射率。驱动电流控制器188用于根据来自检测器196的反馈控制到增益媒质12的驱动电流。光束分裂器200位于光路22中以建立输出路径202，其中输出路径202由透镜204聚焦并耦合到光纤206中。外腔激光器176、193和198利用常规光学部件的各种其它配置都是可能的，并且这样的配置是并没有的技术人员在查阅了本公开之后所能想到的。本发明可以用上述方式实施在利用不同可调单元，比如光栅单元的激光器176、193和198中。
本发明提供的误差信号生成和伺服系统还可以用于控制与外腔激光器或其它相干光源有关的自发发光。这时，楔形标准具26或其它可调单元位于外腔激光器的输出路径中到光纤的输出耦合器之前的位置，其中楔形标准具26基本上用作可调窄带滤波器。
权利要求
1.一种误差信号生成系统，包括(a)相干光束；(b)位于所述相干光束中的可调单元；以及(c)位于所述相干光束中的检测器，配置为生成误差信号，所述误差信号表示与所述相干光束中所述可调单元相关的特性。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于还包括调整组件，所述调整组件在操作时连接到所述可调单元和所述检测器，所述调整组件配置为根据所述误差信号调整所述可调单元。
3.如权利要求2所述的误差信号生成系统，其特征在于所述特性与所述可调单元相对于所述相干光束的位置相关。
4.如权利要求2所述的误差信号生成系统，其特征在于所述调整组件被配置为根据所述误差信号对所述相干光束中的所述可调单元进行位置调节。
5.如权利要求1所述的误差信号生成系统，其特征在于所述可调单元相对于所述相干光束形成相长干涉条纹，并且所述误差信号表示与所述相干光束中所述相长干涉条纹的定位有关的空间损失。
6.如权利要求1所述的误差信号生成系统，其特征在于所述检测器是分光检测器。
7.一种误差信号生成系统，包括(a)具有固定波长的相干光束；(b)位于由所述相干光束形成的光路中的可调单元；(c)位于所述光路中的检测器，所述检测器被配置为生成误差信号，所述误差信号表示与所述可调单元和所述相干光束相关的特性；以及(d)调整组件，该组件在操作时连接到所述可调单元和所述检测器，所述调整组件被配置为根据所述误差信号调整所述可调单元。
8.如权利要求7所述的误差信号生成和伺服系统，其特征在于所述调整组件被配置为相对于所述光路平移所述可调单元。
9.如权利要求8所述的误差信号生成和伺服系统，其特征在于所述可调单元包括楔形标准具。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于所述可调单元包括折射率可由电压控制的电光基板。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于所述楔形标准具包括薄膜器件。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于所述楔形标准具包括气隙标准具。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述气隙标准具包括具有至少一个与所述气隙标准具有关的可移动反射表面的MEMS器件。
14.如权利要求8所述的系统，其特征在于所述可调单元包括光栅。
15.如权利要求7所述的误差信号生成系统，其特征在于所述检测器是分光检测器。
16.一种误差信号生成系统，包括(a)具有固定波长的相干光束，所述相干光束形成光路；(b)位于所述光路中的可调单元，所述可调单元相对于所述相干光束形成相长干涉条纹；(c)位于所述光路中的检测器，它被配置为生成表示所述相干光束的空间损失的误差信号，其中所述空间损失与所述光路中所述相长干涉条纹的定位有关；以及(d)调整组件，该组件在操作时连接到所述可调单元和所述检测器，所述调整组件被配置为根据所述误差信号调节所述相长干涉条纹的位置。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于(a)所述可调单元包括折射率可由电压控制的电光材料；以及(b)所述调整组件包括相对于所述电光基板定位的电极，并被配置为响应于所述误差信号向所述电极传递有效电压。
18.如权利要求7所述的误差信号生成和伺服系统，其特征在于所述调整组件被配置为相对于所述光路移动所述可调单元。
19.如权利要求18所述的误差信号生成和伺服系统，其特征在于所述可调单元包括楔形标准具。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于所述楔形标准具包括薄膜器件。
21.如权利要求18所述的系统，其特征在于所述楔形标准具包括气隙标准具。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于所述气隙标准具包括具有至少一个与所述气隙标准具有关的可移动反射表面的MEMS器件。
23.如权利要求18所述的系统，其特征在于所述可调单元包括光栅。
24.如权利要求16所述的误差信号生成系统，其特征在于所述检测器是分光检测器。
25.一种为光学系统生成误差信号的方法，所述方法包括(a)生成相干光束并沿光路引导所述光束；(b)将可调单元定位在所述光路中；(c)将检测器定位在所述光路中所述可调单元之后；以及(d)从所述检测器生成表示与所述可调单元和所述相干光束相关的特性的误差信号。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述可调单元相对于相干光束形成相长干涉条纹，并且所述误差信号表示与所述光路中所述相长干涉条纹的定位有关的所述相干光束的空间损失。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于还包括根据所述误差信号调整所述可调单元。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于还包括根据所述误差信号调整所述可调单元，从而将所述相长干涉条纹定位在所述光路中。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于所述可调单元包括楔形标准具，并且所述调整通过相对于所述光路对所述楔形标准具进行位置调节来进行。
30.如权利要求26所述的方法，其特征在于所述可调单元包括光栅，并且所述调整通过对所述光栅进行位置调节来进行。
31.如权利要求26所述的方法，其特征在于所述可调单元包括气隙标准具，并且所述调整通过调节所述气隙标准具的反射表面之间的距离来进行。
32.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述可调单元包括电光基板，并且所述调整通过调节施加到所述电光基板上的电压来进行。
33.如权利要求26所述的方法，其特征在于所述检测器是分光检测器，并且所述生成所述误差信号包括生成与所述分光检测器的不同部分的输出有关的差信号。
34.一种为光学系统生成误差信号的方法，所述方法包括(a)生成相干光束并沿光路引导所述光束；(b)将可调单元定位在所述光路中，所述可调单元相对于相干光束形成相长干涉条纹；(c)将检测器定位在所述光路中所述可调单元之后；以及(d)从所述检测器生成表示所述相长干涉条纹在所述光路中的位置的误差信号。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于还包括根据所述误差信号调整所述可调单元，以便相对于所述相干光束定位所述相长干涉条纹。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于所述可调单元包括楔形标准具，并且所述调整通过相对于所述光路对所述楔形标准具进行位置调节来进行。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于所述可调单元包括光栅，并且所述调整通过对所述光栅进行位置调节来进行。
38.如权利要求35所述的方法，其特征在于所述可调单元包括气隙标准具，并且所述调整通过调节所述气隙标准具的反射表面之间的距离来进行。
39.如权利要求35所述的方法，其特征在于所述可调单元包括电光基板，并且所述调整通过调节施加到所述电光基板上的电压来进行。
40.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述检测器是分光检测器，并且所述生成所述误差信号包括生成与所述分光检测器的不同部分的输出有关的差信号。
41.一种外腔激光系统，包括(a)定位在相干光束形成的光路中的可调单元，所述可调单元相对于所述相干光束形成相长干涉条纹；(b)位于所述光路中所述可调单元之后的检测器；以及(c)调整组件，该组件在操作时连接到所述检测器，并被配置为根据来自所述分光检测器的误差信号对所述光路中的所述相长干涉条纹进行位置调节。
42.如权利要求41所述的外腔激光系统，其特征在于所述可调单元定位在所述光路中的外腔激光器中，并且所述检测器定位在所述光路中所述外腔激光器之外所述可调单元之后。
43.如权利要求42所述的外腔激光系统，其特征在于还包括端面镜和具有反射后面的增益媒质，所述端面镜和所述反射后面形成所述外部空腔，所述增益媒质沿所述光路发射所述相干光束。
44.如权利要求27所述的外腔激光系统，其特征在于还包括栅格发生器，所述栅格发生器定位在所述光路中。
45.如权利要求44所述的外腔激光系统，其特征在于所述栅格发生器包括定位在所述增益媒质和所述端面镜之间所述光路中所述外部空腔内的栅格标准具，所述可调单元定位在所述增益媒质和所述端面镜之间所述光路中。
46.如权利要求41所述的外腔激光系统，其特征在于所述调整组件还包括驱动单元，所述驱动单元在操作时连接到所述可调单元和所述检测器，所述驱动单元被配置为根据所述误差信号调整所述可调单元。
47.如权利要求41所述的外腔激光系统，其特征在于所述调整组件还包括差信号发生器，所述差信号发生器在操作时连接到所述驱动单元和所述检测器，所述差信号发生器被配置为根据来自所述分光检测器的输出生成所述误差信号。
48.如权利要求41所述的外腔激光系统，其特征在于所述检测器是分光检测器。
49.一种外腔激光系统，包括(a)检测器，定位在与所述外腔激光器有关的相干光束形成的光路中；以及(b)第一调整组件，该组件在操作时连接到所述检测器，并被配置为根据来自所述检测器的第一误差信号调整定位在所述光路中的可调单元。
50.如权利要求49所述的外腔激光系统，其特征在于还包括第二调整组件，该组件在操作时连接到所述分光检测器，并被配置为根据来自所述检测器的第二误差信号对所述外腔激光器的端面镜进行位置调整。
51.如权利要求35所述的外腔激光系统，其特征在于还包括驱动电流控制器，所述驱动电流控制器在操作时连接到增益媒质，所述增益媒质发射所述相干光束，所述驱动电流控制器被配置为根据第三误差信号调节提供给所述增益媒质的驱动电流。
52.如权利要求51所述的外腔激光系统，其特征在于所述第三误差信号来自于所述检测器。
53.如权利要求51所述的外腔激光系统，其特征在于所述增益媒质包括后面，所述后面和所述端面镜形成外部空腔，所述可调单元定位在所述增益媒质和所述端面镜之间的所述光路中。
54.如权利要求53所述的外腔激光系统，其特征在于所述外腔激光器还包括栅格发生器，所述栅格发生器定位在所述增益媒质和所述端面镜之间的所述光路中。
55.如权利要求49所述的外腔激光系统，其特征在于所述第一调整组件包括驱动单元，所述驱动单元在操作时连接到所述可调单元和所述分光检测器，所述驱动单元被配置为根据所述第一误差信号移动所述可调单元。
56.如权利要求55所述的外腔激光系统，其特征在于所述第一调整组件还包括差信号发生器，所述差信号发生器在操作时连接到所述驱动单元和所述分光检测器，所述第一误差信号由所述差信号发生器生成。
57.如权利要求50所述的外腔激光系统，其特征在于所述第二调整组件包括驱动单元，所述驱动单元在操作时连接到所述分光检测器和所述端面镜，所述驱动单元被配置为根据第二误差信号平移所述端面镜。
58.如权利要求57所述的外腔激光系统，其特征在于所述第二调整组件还包括和信号发生器，所述和信号发生器在操作时连接到驱动单元和所述分光检测器，所述第二误差信号由所述和信号发生器生成。
59.如权利要求58所述的外腔激光系统，其特征在于所述第二调整组件还包括与所述驱动单元有关的振荡器单元。
60.如权利要求49所述的外腔激光系统，其特征在于所述检测器是分光检测器。
全文摘要
一种误差信号生成系统和方法，用于连续准确地定位与相干光源(12)联合使用的可调单元(26)。可调单元(26)位于具有固定频率或波长的相干光束(22)中，并且检测器(56)相对于光束(22)和可调单元(26)进行定位，检测器(56)能够生成一种误差信号，用于表示与可调单元(26)在光束(22)中的定位有关的空间损失。调整组件(36)在操作时连接到可调单元(26)和检测器(56)，并被配置为根据检测器(56)生成的误差信号定位可调单元(26)。
文档编号G02F1/01GK1596491SQ02810056
公开日2005年3月16日 申请日期2002年3月19日 优先权日2001年3月21日
发明者A·J·戴伯 申请人:英特尔公司