专利名称：使可调谐激光器特征化的方法
技术领域：
本发明涉及能够使可调谐激光器快速特征化的方法。
该方法可应用在关于发射波长评估和选择激光器以及系统地发现好的工作点。
可调谐半导体激光器具有许多不同的部件，可以通过这些部件引入电流，这些部件的数目一般是三到四个。激光器的波长、功率和模式纯度可通过调节各部件的电流来控制。模式纯度是指激光器将处于一个工作点，即远离发生被称作波模跳变和激光作用稳定以及副模式抑制(sidemode suppression)较高的驱动电流的组合。
在不同的应用中需要特定的波长控制。在远程通讯应用中，需要在设置了驱动电流和温度后，激光器能够保持非常高精确度的波长并维持非常长的一段时间。关于这一方面典型的精确度是0.1纳米，典型的时间周期是20年。
为了能够控制激光器，必须将激光器的性能映射为各驱动电流的函数。这需要在激光器出厂后使用之前进行。
映射激光器的性能通常受到联接激光器到不同的测量仪器并因此系统地改变驱动电流的影响。这种仪器通常是功率计、用于测量波长和副模抑制的光谱分析仪和谱线宽度测量装置。这个激光器测量过程使得所有这些参数完全映射为所有不同驱动电流的函数。
一个问题是激光器呈现滞后现象。由于这些迟滞，对于给定的驱动电流的设置，即，给定的工作点，激光器将根据激光通过的路径关于功率和波长传送不同的输出信号，该通路是激光器关于所述驱动电流的变化而通过的、以便达到所查询的工作点。因此，在这种情况下给定的驱动电流设置将不能等价地给出期望的波长或功率。
在可调谐激光器的情况下，发射光的波长主要由通过的电流或调谐截面的电压来决定。发射的功率由到激光器的增益部分的电路或所述部分的电流控制。
当使激光器特征化时，调查由调谐截面，或所述截面的亚单位提供的所有可能的控制组合。在特征化处理期间，关于波长和副模式抑制并关于功率调整控制增益截面来研究发射的光。
在大量可能的控制组合，典型的是数十亿种中，将可选择少于一百种控制组合，从产生的大量数据来看，不可能进行激光器的总映射。
本发明解决了上述问题，并提供了一种快速剔除不产生正确波长的控制组合的方法。
本发明还涉及评估可调谐激光器和确定适当的用于激光器的工作点的方法，其中的激光器包括两个或多个其注入电流可以改变的可调谐部件，其中至少一个是反射器部件，一个是相位部件。其中所述方法的特征在于由激光器发射的光的一部分通向包括法布里-泊罗滤波器和第一和第二探测器的配置，所述探测器用于测定光功率，并传输相应的探测器信号；探测器相对于法布里-泊罗滤波器安置，使得数据信号将包含至少关于探测光波长的信息；扫描通过调谐部件的电流从而通过不同的电流组合；测定在上述扫描期间两个探测器信号之比；在一个方向扫描内部变量中的反射器电流，然后在相对方向回到它的初始值；当探测器信号之比位于表明发射光位于由法布里-泊罗滤波器给定的许多波长之一的预定范围内以及所述比率位于给定的反射器电流在所述电流的两个扫描方向的所述预定范围内时，存储用于调谐电流的控制组合。
现在，将参考它的示例性实施例并参考附带的草图对本发明进行详细描述。
图1是一部分被切去以观察DBR激光器的透视图。
图2是可调谐的光栅耦合抽样反射器(GCSR)激光器的截面图；图3是抽样光栅DBR激光器的截面图。
图4是示出用于本发明的配置的方框图；图1所示的是DBR激光器，它包括三个部件，即，布拉格反射器1、相位部件2和增益部件3。每一部件通过由各个电导体4、5、6引入电流到各个部件来控制。
图2是可调谐的光栅耦合抽样反射器(GCSR)激光器的截面图；这种激光器包括四个部件，即，布拉格反射器7、相位部件8、耦合器9和增益部件10。每一部分通过引入电流到各个部件来控制。
图3是抽样光栅DBR激光器的截面图，它也具有四部件11、12、13、14，其中11和14部件是布拉格反射器，部件13是相位部件，部件12是增益部件。
尽管还存在其它激光器，但这三种激光器类型是通用的。
尽管本发明基本参考根据图2所示的GCSR激光器进行以下描述，但应该明白，本发明不限于任何特别类型的可调谐半导体激光器，而是可以相应地应用于除了这里描述的以外的可调谐激光器。
本发明涉及评估可调谐激光器和决定适当的激光器工作点的方法。因此，这种激光器可包括两个或多个可调谐部件，其中引入电流可以用已知方法改变。该激光器是那种包括至少一个反射器部件和一个相位部件的激光器。
图4是示出用于本发明的配置的方框图；参考数15代表GCSR激光器，参考数16代表用于通过各个导体17、18和19分别引入电流到激光器的反射器部件、相位部件和耦合器部件的电流发生器。激光器的功率通过调节电路20经导体21来控制到激光器的增益部件。
激光器从前反光镜发射光，经透镜组合件22到光导体23，例如光纤。这个光导体将光导向分流一部分光到另一个光导体24的分光镜或分流器26。剩余的光被进一步导向导体25。分光镜26从导体23分流例如10％的光到导体24。
光导体24将光导向用作将光均分到两个导体28、29的第二分光镜或分流器27。透镜30和透镜31分别放置于光导体的末端。在透镜30下游的射束路线上配置法布里-泊罗滤波器32。滤波器32是本领域所熟知的，因此在本说明书中不作详细解释。法布里-泊罗滤波器可被设计成显示专门用于一定波长、为给定波长的倍数的标准波长的光的透射。法布里-泊罗滤波器在其它波长展现低或高的偏移透射。
在透镜31的下游配置了第一探测器33，在法布里-泊罗滤波器的下游配置了第二探测器34。探测器33、34用来测定光的功率，和分别经放大器35、36传送相应的探测器信号到A/D转换器37。
A/D转换器37、功率调节电路20和电流发生器16都经数据总线38联接到微处理器39。微处理器适于用来响应A/D转换器37和功率调节电路20来的信号，以期望并熟知的方式控制电流发生器和功率调节电路。
根据本发明，一部分向前发送的光传导到第一探测器31，还经法布里-白罗滤波器传导到第二探测器34。
根据本发明，电流被扫描通过调谐部件18、19、21，如此通过不同电流组合。在所述扫描期间测定两个探测器信号I1和I2之间的比率。
当扫描该电流通过调谐部件时，反射器电流内部扫描变量。这意味着当保持所述电流恒定时，反射器电流被扫描通过其它调谐电流的部件。反射器电流首先在一个方向扫描，然后在相对方向扫描回到它的初始值。例如，反射器电流从零值扫描到高达它的最大值，然后再回到零。
本说明书中的电流控制意思是通过这些部件的电流由电流发生器控制，或者通过该部件的电流由通过该部件的电压来控制。
在图4中的实施例的情况下，第一探测器、第二探测器和法布里-泊罗滤波器放置在靠近激光器的前反光镜的地方。或者，这些元件也同样可以放置在靠近激光器的后反光镜的地方，在这种情况下，从激光器后反光镜发射的光被用来确定波长。
法布里-泊罗滤波器、第一和第二探测器可以按照与图4所示的不同的方式彼此相对安置，从而至少探测波长。第一和第二探测器适用于测量从法布里-泊罗滤波器发送的光和/或反射到法布里-泊罗滤波器的光，由此探测波长。
激光器显示的迟滞效应引起关于某一反射器电流，以其它恒定条件，的激光器的功率输出不同，这是由于反射器电流依靠已经增加到所述值或已经从一个较高值下降获得它的现有值。波长也受到迟滞效应的影响。这些工作点与位于关于反射器电流，或关于其它显示迟滞效应的部件的调谐电流的迟滞区域内的一样，对于运行中的激光器不是最好的工作点。
通讯用激光器将适于以一定的已知波长进行操作，其中的已知波长包含在所谓通道平面内，其中每个通道对应一个界线分明的波长。根据本发明，法布里-泊罗滤波器适于对包含在通道平面内的每一波长有一些已知的透射。
当从探测器32、33来的探测信号I1/I2之间的比率位于表示发射的光位于由法布里-泊罗滤波器给定的许多波长之一的预定范围内，以及所述比率I1/I2位于已知反射器电流的所述电流在两个扫描方向的范围内时，存储调谐电流控制组合。
这个范围由通道平面内允许通道宽度给出。
因此，这个控制组合将满足产生期望的波长和不产生任何迟滞效应的标准。
在一些情况下，最好扫描除反射器电流以外，展现迟滞效应的一个或多个其它部件调谐电流，从而确定在预计工作点是否发生迟滞。
根据本发明的一个优选实施例，信号I2从第一探测器33传送到功率调节电路20。该功率调节电路适于控制激光器，从而使所述激光器将以恒定功率发光。这使得在确定可能的工作点时很容易跟踪比率I1/I2。
根据本发明的另一个优选实施例，监视器二极管放置在激光器一侧，与放置第一和第二探测器的一侧相对，所述监视器二极管用于测定由激光器发出的光。探测器信号经放大器41传送到A/D转换器42，它的输出信号被送到微处理器39。在该实施例中，挑选一个或多个调谐电流，从而最小化向后发射光的功率和向前发射光的功率之间的比率，因此，使将从所述可能的工作点中选出的通道的工作点最优化。
在图4的实施例中，使将从所述可能的工作点中选出的通道的工作点最优化。
该监视器二极管40放置于靠近激光器的后反光镜的位置。
最好取出许多可能的工作点，以测定激光器发射的波长，直到为每个期望的波长获得一个工作点，存储用于每个工作点的控制组合。用于包含在通道平面内的每个通道的控制组合将存储到微处理器的存储器内。
从前面所述中明显看出，使用法布里-泊罗滤波器能够使不满足要求电流I1/I2之间的比率位于一定的给定间隙内的标准的所有控制组合被选出。另外，为通讯目的，足够识别那些位于激光器不发生迟滞的范围内的通道平面中每个波长的一个控制组合。
因此，本发明解决了在引言中提到的问题。
尽管本发明已经参考它的不同的示例性实施例并使用GCSR激光器进行了描述，应该明白所述配置的结构设计可以改变，只要达到相同结果。应该明白本发明还可用于GCSR激光器以外的激光器。
因此，应该明白，本发明不限于上面描述的实施例，在下面领域内的变异和修改都是允许的。
权利要求
1.一种评估可调谐激光器(15)和确定适当的激光器工作点的方法，其中该激光器包括两个或多个其中引入的电流可以改变的可调谐部件，这些部件中至少一个是反射器部件，另一个是相位部件，其特征在于由激光器(15)发射的光的一部分通向包括法布里-泊罗滤波器(32)和第一和第二探测器的配置，所述探测器用于测定激光器的功率，并传输相应的探测器信号(I1，I2)；探测器相对于法布里-泊罗滤波器安置，使得检测器信号将包含至少关于探测光波长的信息；扫描通过调谐部件(17，18，19)的电流从而通过不同的电流组合；测定在上述扫描期间两个探测器信号(I1，I2)之比；其中反射器电流(17)是内部扫描变量，其在一个方向被扫描，然后在相对方向回到它的初始值；当探测器信号(II，I2)之比位于表明发射光位于由法布里-泊罗滤波器(32)给定的许多波长之一的预定范围内以及所述比率位于给定的反射器电流在所述反射器电流的两个扫描方向的所述预定范围内时，存储用于调谐电流的控制组合。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于法布里-泊罗滤波器(32)对包括在包含期望波长的通道平面内的每个波长具有一定的透射并对其它波长具有偏移所述期望波长的透射。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于从位于激光器的前反光镜处的一个探测器(33)将信号传送到功率调节电路(20)，该功率调节电路(20)适于控制激光器(15)以恒定的功率从前反光镜发光。
4.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于使位于激光器(15)的一侧，相对于放置第一(32)和第二(33)探测器的监视器二极管(40)测定由激光器发射的光；调节一个或多个调谐电流从而最小化向后发射的光的功率和向前发射的光的功率之比，同时优化激光器(15)的工作点。
5.根据权利要求1、2、3或4的方法，其特征在于扫描一个或多个其它调谐电流到显示迟滞效应的部分，除反射器电流以外，从而确定在预计的工作点是否有迟滞发生。
6.根据权利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于测定激光器(15)在许多取出的可能的工作点发送的波长，直到为每个期望的波长获得一个工作点，存储用于每个工作点的控制组合。
全文摘要
一种评估可调谐激光器(15)和确定适当的激光器工作点的方法,其中该激光器包括两个或多个其中引入的电流可以改变的可调谐部件,这些部件中至少一个是反射器部件,另一个是相位部件,其特征在于由激光器(15)发射的光的一部分通向包括法布里－泊罗滤波器(32)和第一和第二探测器的配置,所述探测器用于测定激光器的功率,并传输相应的探测器信号(I1,I2);探测器相对于法布里－泊罗滤波器安置,使得检测器信号将包含至少关于探测光波长的信息;扫描通过调谐部件(17,18,19)的电流从而通过不同的电流组合;测定在上述扫描期间两个探测器信号(I1,I2)之比;其中反射器电流(17)是内部扫描变量,其在一个方向被扫描,然后在相对方向回到它的初始值;当探测器信号(I1,I2)之比位于表明发射光位于由法布里－泊罗滤波器(32)给定的许多波长之一的预定范围内以及所述比率位于给定的反射器电流在所述反射器电流的两个扫描方向的所述预定范围内时,存储用于调谐电流的控制组合。
文档编号H01S5/00GK1340230SQ0080388
公开日2002年3月13日 申请日期2000年2月15日 优先权日1999年2月17日
发明者拉尔斯·安德森 申请人:阿尔蒂通股份公司