专利名称：利用可调标准具在密集波分复用器中锁定激光器的传输波长的方法和系统的制作方法
背景技术：
I.相关申请本专利申请是Randy May于2001年3月17日申请的、名称为“在密集波分复用器中锁定激光器的传输波长的方法和系统”的美国专利申请序列号为09/811,090的继续部分申请，美国专利申请序列号09/811,090是2001年1月31日申请的美国专利申请序列号为09/775,772的继续部分申请，美国专利申请序列号09/775,772是2000年10月10日申请的、名称为“在密集波分复用器中锁定激光器的传输波长的方法和装置”的美国专利申请序列号为09/685,212的继续部分申请。
II.发明领域本发明总体上涉及密集波分复用器(DWDM)，尤其是涉及一种用于锁定DWDM的各激光器的传输波长的技术。
III.相关技术的描述DWDM是一种用于同时在单根光纤光传输线之上发送一组离散信息信道的装置。常规的光纤传输线在对石英光纤为“低损耗”范围的1280至1625纳米(nm)频带宽度之内能够可靠地发送信号。在此总带宽内，国际电信联盟(ITU)已经划定不同的传输频段，并且指定某些传输通道协议供在每个传输频段内使用。传输频段的一个例子是ITU“C”波段，其从1525nm至1565nm扩展了40nm。在C波段内，特殊的传输通道协议40、80或者160离散信道被划定，并且对于每个协议，该ITU已经划定了一个带有每个线路相应的一个可接受的传输波长的传输波长网格。该协议已经规定保证所有的DWDM传输和波长的传输波长网格。该协议已经规定保证所有的DWDM传输和接收设备被装配在相同的波长上工作。对于40信道协议，相应的ITU网格具有带有0.8nm信道间隔的40线；对于80信道协议，相应的ITU网格具有带有0.4nm信道间隔的80线等等。已经提出附加的协议，包括320信道和640信道协议。用于不同的ITU协议的最大理论传输频率如下对于40信道协议为100GHz；对于80信道协议为50GHz；对于160信道协议为25GHz；对于320信道协议为12.5GHz；以及对于640信道协议为6.25GHz。由于信道间隔必须大于调制频率，较近的信道间隔要求较低的调制速率。高频调制需要适宜的光纤和合适的传输和接收设备。当前的已经发展的DWDM典型地采用一种40信道ITU协议，但是在2.5GHz发射，充分地低于理论最大限度。其他示例性的ITU传输频段是S和L波段。
为了同时在一个光纤电缆上发送一组信道，常规的DWDM采用一组独立的分布反馈(DFB)激光器，每个信道设置一个DFB激光器和配置DFB进行发射。
图1示出一个具有40个独立的DFB激光器102的DWDM100，用于经由单个光纤104发送光信号。一个光多路复用器106经由一组中间光纤107耦合从该独立的DFB接收信号进输出光纤104。每个DFB激光器在该40个信道ITU C波段的不同的波长上发送。这使40个分离信道信息经由该单一的光纤104被发送给在该光纤的远端提供的解多路复用器(未示出)。
为了允许该DWDM同时发送40个独立信道，每个独立的DFB必须被调谐到单个ITU传输信道波长。一个DFB激光器仅可以在一个狭窄的波段内调谐，典型地大约在2nm宽度。从而，对于具有0.8nm传输线路间隔的该ITU C波段的40信道协议，该典型的DFB只能被调谐到越出该ITU网格总的40线范围之外的几个相邻线的一个。传统地，每一单个DFB激光器是在工厂手动地校准的，以在该ITU传输线相应的一个上发射。这是通过调整该激光器工作温度和电流以获得期望的波长来实现的。
然后，在某些实施例中，该激光器被通过发送来自每个DFB激光器的输出光束经由相应的手动可调标准具锁定到该目标波长。(在图1中该标准具未示出)。手动可调标准具是一种产生根据激光波长而周期性变化的传输频谱的光学设备。通过相对于该DFB激光束路径倾斜该标准具，可以造成该标准具的传输波峰与该目标ITU信道重合。通过手动调整该标准具的角度，同时使用一个光波长分析器监控从该标准具输出的波长，一个标准具传输波峰的波长被校准到该ITU传输线路的一个。该标准具的角度被调节直到该输出波长被适当地与该ITU传输线路的一个排成直线为止，然后该标准具被安装在适当的位置，以求锁定该标准具的输出波长为该选择的ITU传输线路。这是一个艰难的和耗时的处理过程，需要技术熟练的技术人员使该标准具传输波峰与若干ITU传输线路排列成直线。此外，如果想要在某些范围的ITU传输线路之上传输，需要多个可调激光器以确保足够的覆盖范围。这样一个方案是昂贵的，并且不能提供在ITU传输线路之间迅速的转换。此外，该标准具随着时间的过去的机械或者热偏移常常移动该传输波峰远离该目标ITU信道，这需要再校准。
一旦单个DWDM的DFB激光器完全地与该ITU网格排成直线，那么该DWDM可以用于在一个光纤之上发送信号，例如在计算机网络之上发送数字数据，或者从一个电视网到其分支机构的一个发送电视信号。单个DWDM必须被提供供用于DWDM传输的每个光纤使用，由此单个用户装置，诸如电视广播中心可能需要许多的DWDM。如果在DWDM内的DFB激光器的一个从其相应的ITU传输线路偏移或者要不故障，该整个的DWDM典型地需要被替换，以允许该故障的DWDM被返回到工厂去重新校准或者要不维修。从而，维护一组DWDM的费用通常是相当可观的。为了有助于补救这个问题，某些DWDM配备有一个附加的广泛可调激光器(WTL)，其可以被分别地调谐到该ITU网格线的任何一个。因此，如果该DFB激光器的一个出现故障，该单独的WTL可以被调谐到该DFB相应的传输波长，从而允许该DWDM去继续工作。附加的WTL可以被提供有一个DWDM以容纳两个或更多DFB信道的故障，并且上述的“分配资源调度程序”是WTL在DFB之上的一个主要优点。但是，常规的WTL无法简单地和精确地在用户装置上被调谐到所有的目标ITU信道，并且必须被在工厂在专用信道上操作校准。
另一个与在DWDM之内采用DFB激光器有关的问题是，因为每个DFB激光器只能被调谐在一个大约2nm的窄波段之内，每个DFB激光器只能被校准到几个相邻的ITU传输波长谱线的一个。有时希望去配置该DWDM使用很多的激光器，用于在单个ITU传输线路发送，以在那些信道上提供更大的频带宽度。当使用DFB激光器的时候，至多两三个激光器可以被校准到单个ITU传输线路。因此，在某些DWDM中，WTL被使用专门地代替DFB激光器，因此允许任何激光器在用户装置上被手动地校准，以在任何的该ITU传输线路上发送。虽然使用WTL补救了许多的与使用DFB激光器有关的问题，制造和最初校准WTL是困难的和昂贵的，并且对于在用户装置上由受训练的技术人员需要频繁的再校准的波长偏移是易受影响的，由此需要昂贵的整体安装和维护费用。
因此，是否在DWDM内使用DFB激光器或者WTL，主要的问题出现于实现和保存该激光器的恰当的波长校准，以允许该DWDM可靠地工作。因此，存在一种需要去提供一种效率高的用于校准在DWDM内的传输激光器的方法和系统，并且这是本发明老的原申请起初提出的目标。简要地，在先的母案专利申请尤其地涉及使用一个标准具和一个具有乙炔、氰化氢或者二氧化碳的气室，用于校准DWDM的传输WTL的方法。最初，通过从该WTL路由一个输出光束经由该标准具和经由该气室，同时改变该WTL的调节参数，该WTL的绝对传输波长被校准，从而产生一个标准具光谱和气体吸收光谱，两者随该调节参数的变化而变。该标准具和气体吸收光谱被与指定气体吸收随绝对波长而变的输入参考信息一起比较，以确定用于该WTL的该绝对传输波长作为随该调节参数而变。然后该WTL被调谐以对准该WTL的传输波长到一个ITU传输网格线。通过使用一个与气体吸收室结合的标准具，调节该WTL的输出波长，该WTL可以被迅速地、容易地和精密地在一个用户装置上设置为选择的ITU传输网格线。该调节过程可以被周期性地重复，以不管该不同的部件的可能的温度或者机械偏移，保持精确地调节该WTL。在一个实施例中，一个波长映射器被提供，用于手动地连接在一个WTL上，去调谐该WTL为选择的ITU传输网格线。在另一个实施例中，该波长映射器被永久地连同一个波长锁定器一起附着在该WTL上，以锁定该WTL为一个ITU传输网格线。
在涉及波长锁定的方面，母案申请描述了一个采用温度控制的标准具的波长锁定器。在前述的波长映射步骤被执行以确定该激光器的绝对波长随该激光器调节参数的变化而变之后，调节参数被施加于该激光器，以调谐该激光器为选择的传输波长，诸如一个ITU信道波长。一个温度偏移量被施加于该波长锁定器的标准具，以改变该标准具的传输波峰的波长直到该传输波峰的一个精确地与该选择的波长排成直线为止。该激光器来自该标准具传输波峰任何的偏移被检测，并且施加于该激光器的该调节参数被自动地调节以补偿该偏移。该标准具的温度被精确地保持，使得该标准具传输波峰不会从该选择的波长偏移。以此方式，尽管在该激光器的输出特性中存在可能的变化，该激光器的主输出光束保持锁定在该选择的传输信道的该绝对波长上。周期性地，使用该气体吸收腔已知的绝对波长可以再校准该系统，以确保该标准具的传输波峰没有从选择的传输信道的该绝对波长偏移。
虽然在先的母案申请描述了用于映射在DWDM内激光器的传输波长非常有用的方法，并且用于锁定该传输波长为ITU网格线，特别是在涉及的该波长锁定器的设计和制造的范围内，用于进一步改善保持的余地。对于实际应用，该波长锁定器应该非常小型化，并且配置为使得耗费相对少量的电源。该波长锁定器也应该是足够耐用的，以可靠地持续工作十或者二十个年头以上的时间。理论上，该波长锁定器应该设计为使得与各式各样的ITU传输规约和光纤传输率的任何一种结合工作，现有的和建议的，并且允许迅速地在ITU网格线之间转换。或许最重要的是，该波长锁定器应该设计为使得对于实际使用足够便宜。在这些方面的每一个中都出现困难。
供DWDM中使用的每个WTL被典型地提供在一个微型“蝶形”外壳中，用于安装在一个电路卡上，也包含微型控制器及其他部件。该电路卡被以平行排列安装在该DWDM之内，典型地每个ITU信道一个底板。因此，40个ITU信道DWDM采用40个电路卡，80个ITU信道DWDM采用80个电路卡。当前已经发展的WTL典型地汲取大约10瓦的功率，因此，对于40个信道DWDM需要400瓦功率或更多，并且对于80个或者160个信道DWDM相应更大的功率。该功率的很大部分由提供用于控制该WTL的半导体激光器温度的热电冷凝器耗费。由于该WTL已经耗费了相当大的功率，该波长锁定器被配置为使得将功率消耗减到最小是特别重要的，尤其是该温度控制的标准具的功率消耗。但是，将功率消耗减到最小典型地需要该标准具被配置为提供许多的间距小的传输波峰(即，具有一个窄的自由光谱区)，使得需要相对稍微地加热或者冷却以扩大或者抽缩该标准具，或者充分地改变其折射率，以使该标准具的传输线路的一个与选择的ITU网格线一致。但是，使用许多的间距小的波峰增加了风险，即，该波长锁定器将锁定该WTL的传输波长到错误的波长上。此外，为了提供许多的间距小的传输波峰，该标准具典型地必须被配置为具有一个非常短的光轴，因此使其更加难以制造和对准。
此外，在充分地绝缘温度控制的标准具中出现困难，使得将功率损耗减到最小，并且使得确保在该标准具内一个最低温度的斜率。在该标准具内任何的有效的温度斜率势必降低该标准具的精细度(即，该单个标准具谱线的锐度)，因此使其难以实现精确地波长锁定。同样地，该标准具任何的微小的不对准或者在该标准具的反射涂层中任何的微小的不精密度降低精细度度。当然，缺少足够的绝缘也增加了功率消耗，并且产生更大量的余热，其可能影响该激光器的TE冷凝器的性能，以高效地控制该激光器的温度，尤其是如果该标准具被安装在该蝶形封装内紧紧接近于该激光器。典型地，用于DWDM的制造协议规定该DWDM必须工作在70摄氏温度或者更小，因此进一步限制了该温度控制的标准具的设计。因此，难以提供一个温度控制的标准具及其他的波长锁定器，其实现对于精确的波长锁定必要的精细度度，同时也将功率消耗减到最小，甚至供仅有一个ITU信道协议使用。理论上，但是，该温度控制的标准具及该波长锁定器的其他部件应该配置为利用多种的ITU信道协议的任何一种工作，诸如40个至640个信道，以及利用多种的传输频率的任何一种工作，诸如从2.5GHz至100GHz。同样，理论上，该波长锁定器被充分地小型化，以安装在该WTL的蝶形封装之内，去将整个电路卡空间减到最小。
由于所有上述原因，希望提供用于实现供锁定DWDM激光器的传输波长使用的波长锁定器改进的方法和系统，其是非常小型化的，实现低的实施耗费和生产费用，耗费相对少量的功率，与各式各样的ITU传输规约的任何一种结合工作，迅速地在ITU网格线之间转换，以及是充分地耐用的以可靠地工作10至20年。
该母案申请之发明提出了仅仅提供上述的一种改进的波长锁定器。简要地，为了锁定一个WTL至一个ITU网格线，来自该WTL输出光束的一部分被路由至该标准具，以拆分该光束为一组传输线路，用于由检测器检测。该光束的另一部分被经由一个插入在该激光器和该标准具之间的光束分离器直接路由给激光波长检测器。一个波长锁定控制器比较来自二个检测器的信号，并且调整该标准具的温度去使该标准具的传输线路的一个的波长与该输出光束的波长一致。以这种安排，该波长锁定控制器操作去以一个反馈环路控制该WTL锁定该激光器为该标准具谱线。该波长锁定控制器尔后监控该标准具的温度，并且保持该温度恒定以防止在该标准具中任何的波长偏移。在一个特殊的例子中，该标准具是一个配置为具有大约20精细度的硅标准具，并且提供大约8GHz的自由光谱区。借助于这些参数，该系统能够锁定该WTL的波长为在大约0.2GHz内的精度上。在一个具体示例中，该标准具被首先在制造期间校准，以确定一个足以使该标准具的传输波峰与期望的ITU网格线一致的“设定点”工作温度。尔后该标准具被安装在一个WTL内，并且该标准具被调节至该设定点温度，使得使该标准具的传输波峰与该期望的ITU网格线一致，以允许波长锁定。这个方法稍后允许迅速地在信道之间转换，并且消除对在该WTL内气室的需要。
更进一步的改善是可以实现的。尤其是，利用以上概述的方案，一个光束分离器被采用，以拆分该激光光束为二个光束，一个给激光波长检测器，以及另一个给该标准具。该光束分离器在该二个光束中引起振幅变化，其是彼此不同相的，使得锁定该激光器为ITU信道的一个更加困难。因此，希望提供一种供选择的配置，允许更容易的波长锁定，并且这是当前的CIP方面被提出的目标。
另一个所关心的问题是光频率线性调频脉冲的可能性，其影响在该ITU网格线波长的一个上沿着光纤发送的信号。简要地，当电流源用于调制该传输激光器的时候，在激光器连接点或者其他的光发射机的折射率中引起动态变化，出现光学线性调频脉冲。在折射率中的动态变化随后引起在发送进光纤的一个光脉冲的有效传输频中的动态变化随后引起在发送进光纤的一个光脉冲的有效传输频率中的动态变化。因此，光传输的时间平均值表示一个光脉冲的前沿比该脉冲的后沿具有略微不同的频率。虽然在该脉冲的前和后沿之间的起始频率差别可能是轻微的，在光纤中固有的色散现象导致前和后沿以不同的速度传送，引起该光脉冲潜在地很大的失真，尤其是经长距离的光纤传输系统。该失真限制了或者信号传输调制的最高频率或者最大距离，在其上信号可以被可靠地发送。
因此，希望提供一种用于限制光频率线性调频脉冲的方法，尤其是在ITU信道波长上发射的系统内使用，并且这是本发明的其他方面针对的目标。
发明概述按照本发明的一个方面，提供了一种使用可调的标准具用于将激光器锁定为一个传输波长的系统和方法。该系统包括一个用于沿着光程提供输出光束的激光器，和一个激光波长检测器，沿着激光器的光程的起始线性部分放置，用于捕获该激光器的输出光束的第一部分，以检测该激光器的传输波长。该系统还包括一个标准具(etalon)，设置用于同时接收该激光器之输出光束的第二部分，并且用于将该第二部分分解为一系列的传输线。提供了一个标准具波长检测器，用于检测这些标准具传输线。通过沿着该激光器的光程的起始线性部分放置该激光波长检测器，该激光波长检测器直接接收来自该激光器的输出光束的一部分，由此，与波长有关的该光束的幅度未受影响，也可以以其它方式发生，利用离轴放置的检测器以及用于反射激光束的一部分给该检测器的光束分离器。最好是，该系统还包括一个控制单元，用于设置该激光器之输出光束的传输波长为一个被选择的波长，并且用于调节该标准具、以使一个被选择的标准具传输线对准该被选择的波长。该波长锁定控制单元其后检测该激光器的传输波长从该被选择的标准具传输线的任何偏移，并且调整该激光器以补偿所有的偏移，使得只要该被选择的标准具传输线保持在该被选择的波长上，该激光器的输出光束被锁定于该被选择的传输波长。
在一个示范的实施例中，该激光器、激光波长检测器、标准具以及标准具波长检测器全部都沿着一个公共轴线放置，以及该激光波长检测器插入在该激光器和该标准具之间。该激光波长检测器略微地偏离该公共轴线，以允许大部分激光光束直接传送给该标准具，同时捕获该光束的较少部分供检测激光之波长使用。
另一方式是，该激光波长检测器被配置为一个环形检测器，其允许该激光光束的中心部分直接传送给该标准具，同时该光束的外面部分由该检测器捕获。在任何一种情况下，该激光波长检测器最好是捕获该激光器光束的30％，允许该标准具捕获其余的70％。同样，最好是，该激光波长检测器以相对该激光光程的起始线性部分为5至10度的角度放置，使得从该检测器反射的所有的光线不被反射而直接返回进入该激光器。在可选择的实施例中，该激光波长检测器被直接与该激光光束同轴设置，但是该标准具和标准检测器被离轴放置。一反射器被设置在该激光器和该激光波长检测器之间，用于反射大约该激光光束的70％给该标准具，允许其余的30％直接传送给该激光波长检测器。在两个实施例中，该激光波长检测器直接从该激光器接收该激光光束的一部分，通过插入反射式的或者透射式的光学部件，使得该激光光束的相位特性不受影响。
按照本发明的另一个方面，提供了一种系统和方法，用于从由激光器经由光纤发送的光信号中滤除线性调频脉冲(chirp)。该系统包括一个用于提供输出光束的激光器，该激光器被控制而以在从一组具有固定波长间隔的信道频率中选择出来的频率进行发射，一个用于发送该输出光束的光纤，和一个设置在该激光器和该光纤之间的标准具。该标准具具有一个等于该固定波长间隔的自由光谱区(FSR)，并且被调谐而使得由该标准具产生的干扰条纹与该传输信道排成直线。最好是，该标准具提供具有的精细度，使得该干扰条纹的宽度大约是1GHz。通过使该标准具的干扰条纹对准该传输信道频率，只有是以与该选择的传输频率之一排成直线的频率发射的信号部分由该标准具传送。具有偏移被选择传输频率之频率的信号被滤出，包括所有具有作为传输信号线性调频脉冲之结果的频率偏移的信号部分。以此方式，线性调频脉冲被该标准具降低或者完全地被消除，而与用于发送信号的选择频率无关。随着线性调频脉冲被消除，这些信号可以以更高的调制速率可靠地在更长的光纤电缆之上传送。
在一个示范的实施例中，该激光器被配置以在80个等间隔的C波段ITU信道频率的任何一个频率发送信号。该标准具具有一个大约50的FSR和一个大约25-50的精细度。借助于这些参数，该标准具干扰条纹的间隔完全和ITU信道的间隔相配。该标准具被调谐以使其干扰条纹对准C波段ITU信道。因此，与用于发送信号特殊ITU信道无关，该标准具从发送的信号中滤波线性调频脉冲。对于更密集的ITU信道网格，一个具有更小FSR的标准具可被用于提供间隔更紧密的干扰条纹，以从间隔更密集的ITU信道的任何一个中滤除线性调频脉冲。
附图的简要说明根据下面结合所附的附图的详细说明，本发明的特点、目的以及优势将变得更加明显，其中相同的参考符号自始至终一致地标识，其中图1示出一个按照现有技术配置的DWDM。
图2示出按照本发明第一个示范的实施例提供的一个DWDM连同波长映射器，该波长映射器被设置用于根据激光器的调节参数自动地确定该DWDM的激光器的传输波长。
图3示出图2的波长映射器。
图4示出由图3的波长映射器执行的方法。
图5示出由图4的方法检测的一个示范性标准具传输光谱，其根据激光器电压调谐参数的变化而调节。
图6示出由图4的方法检测的一个示范的气体吸收光谱，其根据激光器电压调谐参数的变化而调节。
图7示出一个输入基准气体吸收光谱。
图8示出按照本发明第二个示范的实施例提供的单独DWDM激光器以及波长锁定器，并且该波长锁定器被提供用于通过使用反馈环路中温度控制的标准具、自动地锁定该激光器的波长为一个选择的ITU传输波长。
图9示出一种使用波长锁定器(诸如图8的装置)、锁定DWDM的WTL之传输波长为固定波长的一般方法。
图10示出使用图9的方法调节的激光传输光束和一组标准具传输线。
图11示出用于DWDM中的WTL电路卡的第一示范实施例，其中该卡具有一个安装在蝶形封装内的激光器，以及一个具有温度控制的标准具的波长锁定器，用于使用图9的方法锁定该激光器为一个ITU信道波长。
图12是图11的波长锁定器的温度控制的标准具的立体图。
图13示出该WTL电路卡的第二示范的实施例，其中除了该波长锁定器之外，该卡还具有一个带有气体吸收腔的波长映射器，用于映射该激光器，以在波长锁定之前确定该激光器的绝对传输波长。
图14示出该WTL电路卡的第三示范的实施例，其中该波长锁定器的标准具被安装在该波长映射器的气体吸收腔之内。
图15示出该WTL电路卡的第四个示范的实施例，其中一个标准腔被随同该激光器一起安装在该蝶形封装内，用于对该激光器的波长锁定。
图16示出该WTL电路卡的第五个示范的实施例，其中一个组合的标准具/气体吸收腔被随同该激光器一起安装在该蝶形封装内，用于对激光器进行波长映射和波长锁定。
图17示出一种用于调节标准具的方法，用以调整其FSR的间隔和排列，以便与一个预先确定的ITU网格线间隔相匹配。
图18示出一个按照在图17列举的方法使用的标准校准单元。
图19示出该WTL电路卡的第六个示范的实施例，其中一个预调谐的标准具模块被随同该激光器一起安装在该蝶形封装内，用于该激光器的波长锁定。
图20示出按照本发明又一个实施例配置的、用于波长锁定器的光学部件的串联式配置，其中基准激光波长检测器被略微地偏置于该激光器的光轴。
图21示出图20的该偏置的基准激光波长检测器，用于其中该检测器是圆形的一个例子。
图22示出用于一个例子的图20的该基准激光波长检测器，其中该检测器未偏置于该激光光束的轴线，但它是环形的。
图23是一个示出由用于非串联式配置的基准激光波长检测器和标准检测器接收的信号的曲线图，其中一个光束分离器被插入在该激光器和该检测器之间(如图11)。
图24是一个示出由用于图20的串联式配置的该基准激光波长检测器和标准检测器接收的信号的曲线图，其中没有光束分离器被插入在该激光器和该检测器之间。
图25示出图20的光学部件的串联式配置，其中该激光波长检测器和该标准具两者都以一个角度安装以降低反射。
图26示出一个用于图20的光学部件的示范的封装布置，其采用一对平行的衬底。
图27示出用于图20的光学部件的另一个示范的封装布置，其采用单个衬底。
图28示出用于波长锁定器的光学部件的离轴配置，其中该标准具被垂直于该激光器的光轴安装。
图29示出用于波长锁定器中的光学部件的另一个离轴配置，但是其中该激光基准检测器被垂直于该激光器的光轴安装。
图30示出按照本发明又一个实施例配置的DWDM和标准具线性调频脉冲滤波器。
图31示出标准具干扰条纹和ITU信道的排列的曲线图。
图32示出从DWDM输出的光信号由图30的标准具线性调频脉冲滤波器滤波的示意图。
图33示出图30的该标准具线性调频脉冲滤波器的内部组件。
示范的实施例的详细说明参考其余的附图现在将描述本发明示范的实施例。
图2示出一个DWDM 200，具有40个独立的WTL 202，用于在40个ITU C波段信道上经由单个光纤(未示出)发送光信号。在图2中，一个从选择的WTL输出的光纤被经由光纤线203连接到波长映射器204(其可以被集成进一个固定的机械装置中，或者集成进一个手持便携装置中)的输入端，该波长映射器204配置用于根据WTL调节参数(诸如一个WTL控制电压或者电流)自动地确定该WTL的传输波长，该WTL控制电压或者电流从该波长映射器经由一个控制线205输出到DWDM的选择的WTL。虽然示出了40个信道DWDM，在其他的实施例中提供了80个、160个或更多个的WTL。同样，在备选方案中可以采用其他的激光器，诸如DFB激光器，提供其调谐范围足以记录最少数量的气体吸收线(5)。
为了允许该DWDM同时发送该40个单独的ITU信道，该DWDM的每个独立的WTL必须精确地调谐到单个ITU传输信道波长。作为一个示例，其中通过施加一个控制电压给WTL，使这些WTL被调谐，一个单独的电压电平是与每个ITU波长有关的。该波长映射器用于为每个WTL确定得出的传输波长，作为整个电压调谐范围内的控制电压的值。这个过程被顺序地对于40个WTL的每个执行，以对于每个WTL产生单独的波长对电压图。尔后，仅仅通过访问该相应的波长对电压图去确定适当的控制电压，使任何特殊的WTL可以被调谐到任何选择的传输波长。典型地，这些WTL被设置为选择的ITU C波段、S波段或者L波段信道，但是可以设置为任何选择的波长。当制造一个新的WTL激光器并且其调节参数必须被确定的时候，以及当安装的WTL必须由现场工作人员在现场将其精确调谐到另一个ITU信道的时候，实施波长映射。
图3示出波长映射器204的有关的内部组件。该波长映射器从该DWDM(图2)的WTL的一个经由光纤20接收一个输入光束。该输入光束被使用校准仪207校准，然后使用分离器208拆分，使该光束的一部分通往气室210，以及另一部分通往一个标准具212。该气室包含具有已知的吸收光谱的气体，在该光频带宽度中具有很多的吸收谱线，该激光器将在该带宽中被调谐。对于一个在ITU C和S波段内要调谐的激光器，乙炔是合适的(对于C波段，H13C N也是合适的)，以及二氧化碳是适用于L波段。该标准具被配置以在该激光器要被调谐的光频带宽内提供很多的传输极限值，其中，如同所有的标准具一样，该标准具按照波数提供等间隔的传输线(或者干扰条纹波峰)。(波数是10,000/(以微米为单位的波长)，从而可以容易地转换成波长或者频率)。为了与40信道ITU C波段DWDM一起使用，该标准具最好是配置为在该C波段中提供至少五百个传输波峰。
第一光检测器214检测从该气室出射的光束，以及第二光检测器216检测从该标准具出射的光束。由这些检测器检测的信号被发送到微型控制器218用于在其中处理。该微型控制器也被经由控制线205连接到该DWDM，以控制该DWDM的选择的WTL，以在整个的ITU C波段扫描。换句话说，该微型控制器在整个输入范围改变输入WTL的电压或者电流，从而在整个的ITU C波段内改变该WTL的传输波长。从而，该二个光检测器两者都接收覆盖整个的ITU C波段的整个光谱的光信号。连接到该标准具的检测器检测一个在其中具有标准具传输线的标准光谱。连接到该气室的检测器检测一个在其中具有气体吸收谱线的气体吸收光谱。该微型控制器也输入一个包含在气室内气体的基准气体吸收光谱，其中该基准吸收光谱指定用于该气体每个吸收谱线的绝对波数、波长或者频率。该微型控制器结合该基准气体光谱处理被检测的标准具和气体吸收光谱，以根据施加于该WTL的电压或者电流调节参数、确定该WTL的传输波长，从而映射该WTL的波长。该波长映射图被存储，以便随后用于设置该WTL以在任何选择的波长上发射，诸如在若干个ITU C波段信道的一个信道上。
现在将参考图4～7更详细地描述波长映射器产生适合于WTL或者其他的激光器的波长对调节参数映射的方式。起初，在图4的步骤300，该波长映射器使一个激光器的输出光束通过该标准具和通过该气室，同时在调节参数的整个范围内调节该激光器，以产生一个标准具传输光谱和气体吸收光谱。在一个具体的例子中，对于一个由从0.0到40.0伏范围的控制电压调谐的激光器，该波长映射器以.0000610352伏的电压增量从0.0到40.0伏递增地增加该电压，以产生每个具有65536个数据点的标准具和气体吸收光谱。这些标准具和气体吸收光谱在步骤306被检测，并且以独立数据阵列由该波长映射器存储。一个对于具有大约6.6吉赫(GHz)波峰间隔的标准具的一部分示范标准具光谱302在图5中示出。但是，最好是，使用一个具有大约8吉赫的波峰间隔的标准具。在图6中示出对乙炔的一部分示范的气体吸收光谱。两个光谱都是通过电压绘制的。对于每个数据点，该波长映射器也存储相应的数据点数在数据阵列中。因此，该检测的标准具和气体吸收光谱两者都被记录为电压、而不是波长或者频率(尚是未知的)的函数。
再参见图4，该波长映射器然后在步骤308处理检测的标准具光谱以在其中识别和定位传输波峰。通过确定与数据点有关的该标准具光谱的第一和第二导数(derivative)，并且通过在该局部波峰区域按照常规方法施加多项式拟合定位该波峰。每个波峰的位置是由其相应的部分数据点数指定的。注意到，就该数据点而言这些波峰不是等距的。相反地，在该数据点之中这些波峰通常是非线性分布的。总之，一旦这些波峰被标识和定位，该波长映射器从1开始顺序地分配相对的波数给每个传输波峰，并且进入上一次检测的波峰。在图5的例子中，存在37个波峰，由此这些波峰可以例如从400到437编号。在对应于该电压峰值的小数的数据点上，通过这个过程产生的相对的波数被存储在该标准光谱数据阵列中，并且围绕该波峰插入整数点编号。例如，如果在越出65536个数据点范围外的数据点50788.56上、第403个传输波峰被发现，那么相对的波数403被分配给小数的数据点50788.56。通过内插法，对于整数数据点50788和50789相对的波数被获得，并且存储在该标准数据阵列中。类似地，如果在越出65536个数据点范围外的数据点50823.17处，第404个传输波峰被发现，那么相对的波数404被与小数的数据点50823.17结合存储。对于相邻的整数点50823和50824的部分的相对的波数通过内插法被分配。相对的波数可以顺序地分配给该标准具光谱的传输波峰，因为这些波峰是通过一个光标准具产生的，该标准具借助于其光学特性，在波数方面其产生大体上等距的波峰。因此，尽管根据这些数据点或者根据激光器输入电压，这些波峰不是等距的，然而这些波峰根据相对的波数是等距的，并且顺序的波数可以被可靠地分配。这些波数在此处被称为相对的波数，因为该绝对的波数(由此该绝对波长或者波长)还不知道。
因此，当完成步骤308时，相对的波数已经仅分配给在该标准具光谱阵列中的那些整数数据点，它们对应于最靠近的标准具传输波峰。在步骤310，该波长映射器在这些波峰之间进行内插以分配小数的波数给每个中间数据点。对于其中相对的波数403落在数据点50788和50789之间，并且相对的波数404落在整数数据点50823和50824之间的例子，该波长映射器插入在该分配的小数的波数之间至数据点50789至50822。在一个具体的例子中，作为该内插的结果，数据点50789可以分配一个相对的波数6471.5600；数据点50790可以分配一个相对的波数6471.5625等等。以此方式，内插被预先形成以分配小数的相对的波数给在该标准具光谱数据阵列中的每个其余的值。注意到，这些小数的波数在整数波数之间不是必须均匀分布的。相反地，作为该内插的结果，这些小数的波数可以非线性地分配。因此在内插之后，该标准具阵列的每个整数数据点具有一个与之相关的相对的波数。该相对的波数随同在标准具光谱数据阵列中相应的电压数值一起被存储，从而提供一个对于每个数据点的相对的波数。
在步骤312，对于该标准具阵列的每个数据点产生的该相对的波数被用于重新调节该气体光谱数据阵列。为此目的，该标准具光谱阵列的每个数据点该相对的波数被分配给该检测的气体吸收光谱阵列相应的数据点。在这一点上，一个相对的波数比例存在而既用于该标准具传输光谱又用于该气体吸收光谱。但是，由于该激光器的非线性的调节参数，该相对的波数比例不是线性的。
在步骤318，该波长映射器输入一个用于该气室气体的基准气体吸收强度光谱，其中该基准光谱是按照绝对波数，而不是相对的波数调节的。图7示出一个示范的用于乙炔的基准气体强度光谱322的一部分。这个光谱是使用该基准气体已知的频率和强度合成地产生的，通过“国家标准与技术协会”(NIST)公布的实验室测量和验证可知道该频率和强度是高精确度的。该基准光谱被作为一样大小的数据阵列输入给该改变的气体吸收数据阵列，例如65536数据点。在步骤320，该波长映射器使该改变的检测气体吸收光谱的强度模式自动相关于该输入基准光谱的强度模式，以确定在其间任何偏移，该改变的检测气体吸收光谱是随相对波数而变的，该输入基准光谱是随绝对波数而变的。一种按需要改变的、合适的自相关技术可以在1992年5月，Randy May，Rev.Sci.Instrum.63(5)的“用于自动化可调二极管激光器扫描稳定性的基于相关的技术”中找到。作为该过程的二次迭代，该标准具传输波峰间隔(该标准具“自由光谱区”，即FSR)被更准确地根据已知的气体光谱线位置而确定，该波数映射过程被重复以改进精确度。
因此，在以下的步骤318，该波长映射器存储在步骤312产生的该改变的检测气体强度光谱和在步骤318输入的该基准气体强度光谱。该二个光谱是相似的，但是是互相偏离的。在步骤320，自相关被执行以确定光谱彼此之间相对的偏移，直到该光谱被调整好为止，因此允许确定移动或者偏移量。该偏移量代表在该相对波数和其相应的绝对波数之间的偏移。在步骤324，不同的阵列的相对波数被使用该偏移调整，以变换相对波数为绝对波数。只要绝对波数是已知的，一个绝对波长或者频率被在步骤326分配给存储在该标准具光谱阵列中的每个控制电压值。
虽然相对于一个示范的实施例已经描述了该波长映射器，其中该激光器是由单个电压控制信号控制的，一般说来，任何的激光器可与本发明一起使用，只要可以得到一个合适的气体吸收基准，并且通过一组输入调节参数该激光器是可调的，诸如输入模拟或者数字信号不同的组合。该激光器只不过是在整个调节参数的范围内进行扫描，其根据调整参数的任何组合，足以能够确定激光器的绝对输出波长。因此该产生的波长对调节参数图是对于每个组合的调节参数具有唯一的波长的多维图。对于某些利用双参数可调的激光器，也许足够的是，设置第一调节参数为单个恒定值，同时改变第二调节参数，然后设置第二调节参数为单个恒定值，同时改变第一调节参数。在其它情况下，也许必要的是，考虑到非线性效应，通过这两个参数的每个可能的组合调谐该激光器。对于任何一种给定的激光器，可以执行常规实验以确定改变调节参数而采用的具体方式。
迄今已经描述的是一种波长映射器，其用于产生一个用于激光器的波长对调节参数的映射，尤其在DWDM中的一个激光器。在下文中，描述一个波长锁定器，其通过使用波长映射自动地设置该激光器为一个选择的波长，然后使用一个标准具传输波峰锁定该激光器波长，该标准具传输波峰已经是被调谐到选择的ITU信道的温度或者电压。由于该波长锁定器的许多特征是与如上所述的波长映射器相同的，只有有关的差别将在以下详细描述。
图8示出与WTL401一起使用的波长锁定器400的第一个例子的有关内部组件。该波长锁定器经由一个光纤分离器402接收来自WTL401的输出。输入给该波长锁定器的该激光光束最初是波长未知的。在该波长锁定器之内，第二分离器404将该光束分离为二个部分，一部分通往气室408，另一个部分从反射器409反射，然后通往一个标准具410。独立的检测器416和418如同该波长映射器一样记录该气室和该标准具的传输光谱。微型控制器420改变沿着控制线422输入给该WTL的控制参数，以产生一个兼备标准传输波峰和气体吸收线的光谱。该记录的光谱被输送给该微型控制器用于处理，以使用如上所述的技术产生一个波长对WTL调节参数的映射。一旦已经产生了该波长对WTL调节参数的映射，该微型控制器控制查寻对应于选择的波长的该WTL调节参数，诸如一个ITU信道波长，然后沿着控制信号线路422施加该WTL调节参数以调谐该WTL为该选择的传输波长。另外，该微型控制器经由控制线424调整温度控制设定点给该标准具，以改变该标准具的传输波峰的波长，直到如由检测器416标准具，以改变该标准具的传输波峰的波长，直到如由检测器416检测的传输波峰的一个被精确地对准该选定的输出波长。然后该微型控制器通过监控对准选择波长的该标准具传输波峰、锁定该WTL的输出波长为选择的波长。为此目的，该微控制器检测如由检测器418检测的该激光器输出波长的任何偏移，并且调整经由控制线422施加于该WTL的调节参数以补偿该偏移。换句话说，提供了一个负反馈环路，尽管在该WTL的输出特性中存在可能的变化，该环路保持主输出光束锁定在选择的传输信道上。
可选择的是，气室408和标准具410被集成进单个装置中，或者沿着一个共用的光程设置，同时利用单个检测器检测该标准具和该气体吸收光谱。虽然所得到的光谱具有标准具波峰和气体吸收谱线，该标准具波峰和该气体吸收谱线并未显著地彼此干涉，由此在上面执行的波长映射过程可以被执行。在这点上，该标准具波峰表示在传输中大约30％的变化，但是该气体谱线使用二次谐波检测表示在传输中仅大约1％的变化。因此，该气体谱线表示对标准具光谱非常微细的扰动，并且不妨碍该标准具波数锁定过程，但是其强烈程度足以允许没有显著误差的自相关过程。
本发明的一般的波长锁定方法被在图9中概述。该一般的方法可以通过图8的波长锁定器、在下面进行描述的图11～16的波长锁定器，或者通过任何其他适宜的装置执行。起初，在图9的步骤500，一个激光器(诸如图8的WTL 401)被调谐到一个选择的传输波长。对于DWDM的WTL，该激光器例如可以被设置为40信道ITU C波段传输协议的一个信道的绝对波长。步骤502由图10示出，其示出一个从某个起始传输波长503被调节移动其中心波长到该选择的ITU信道波长505的激光光束501。最好是，调节是通过首先执行如上所述的波长映射技术实现的，以根据调节参数映射该激光器的绝对传输波长，从而确定合适的调节参数施加于该激光器，以设置该激光器为该选择的传输信道的绝对波长。但是，可以使用任何其他适宜的调节技术，以调谐该激光器为选择的传输波长。在图9的步骤502，该激光器开始以该选择的传输波长沿着一个输出光纤发送信息信号。该信息信号例如可以包括数据、音频或者视频信号。在步骤504，该激光器之输出光束的一部分被分离出来，并且通往一个标准具(诸如图8的标准具)，其将该光束分离为一组干扰线或者干扰条纹。在步骤506，一个连接到该标准具的微型控制器调整该标准具，以使一根传输线对准该激光器的传输波长。步骤506被在图10示出，其示出一组标准具传输线或者干扰条纹507被调整，直到该标准具传输波峰的一个的中心波长509在选择的ITU信道波长505对准该激光器的波长。为此目的，如图8所示，从该激光器主输出光束分离的光束部分可以被再次分离为二个独立的光束，或者直接或者经由一个气体吸收腔，一个穿过该标准具至第一检测器，并且另一个传送到第二检测器。该微型控制器从两个检测器接收信号，并且调整该标准具的温度，直到该标准具的一个传输波峰被以期望的ITU信道(波长)获得为止。这个技术足以设置该标准具传输线在该选择的ITU传输信道的绝对波长上，由于该激光器已经被在步骤500设置，以在选择的绝对波长上发送，以及对于该激光器的波长、已经过去不充分的时间以偏移此绝对波长。
因此，接着步骤506，该激光器和该标准具两者都已经被调节以在该ITU信道波长上发射光束，因此，第一和第二检测器两者都在相同的波长上接收信号。在步骤508，在由该第一和第二检测器检测的光束之间任何的波长偏移被标识，并且该激光器被自动地由该微型控制器调整去补偿该偏移。为此，施加于该激光器的调节参数被根据需要调整，伸长或者缩短该激光器的传输波长，以保持该激光器的传输波长，如由该第二检波器检测的，对准该标准具的传输线，如由第一检测器检测的。以此方式，该激光器被保持锁定在该选择的ITU信道的绝对波长上。可以采用常规波长锁定反馈技术以确保可靠的波长锁定。同时，在步骤509，在该标准具温度的任何偏移被检测，并且该标准具的温度被自动地由该微型控制器调整以补偿该偏移。温度检测器被安装在该标准具上，并且采用常规的反馈技术以保持该标准具的温度固定。
图9的波长锁定技术是部分有效的，因为该标准具比该激光器更加稳定，由此，可以假定，任何短期便宜是由该激光器的输出波长的变化造成的，并且不是由该标准具的传输波长偏移造成的。最终，不管对该标准具的精密温度控制，该标准具的传输线可能开始偏移。因此，在步骤510该系统周期性地被使用波长映射器再校准，以再次调谐该激光器为选择的传输信道的绝对波长。如上所述，波长映射采用气体吸收腔在已知的绝对波长上提供吸收线，尽管温度、压力等等有变化，也保持固定。在重新校准之后，图9的步骤被重复，以再次使标准具的传输线的一个对准具有激光器的传输波长，并且然后锁定该激光器到该标准具传输线。取决于具体的系统需要可以执行再校准，例如，每周或者每月一次。在这点上，在安装该系统之前执行常规试验以确定该标准具传输线的稳定性，然后每当需要时该系统被重新校准，以保证没有很大的偏移出现在该标准具中。该系统可以以波长锁定器和波长映射器两者实现，使得可以以需要的频繁程度执行再校准。可选择的是，采用一个外部映射器，诸如如上所述的波长映射器。
现在将参照图11～16描述不同的具体实施例。图11示出一个用于插入DWDM底板的WTL电路卡插卡600。典型地，该DWDM的每个传输信道设置一个插卡。因此，一个40信道DWDM包括40个并行安装的电路卡。WTL卡600具有一个安装在常规的蝶形封装602之内的传输激光器，用于经由一个输出光纤604发送调制的输出光束。该光纤604的输出光束被与经由一个多路复用器来自DWDM的其他WTL卡的光束合并在一起，用于经由单个光纤最终传输给一个远程DWDM接收器。要经由该输出光束发送的数字信号和指定要使用的传输波长的控制信号由一个WTL控制器606接收，该WTL控制器606调谐该蝶形封装602的激光器为传输波长，然后控制该蝶形封装的信号调制器去调制在该输出光束上的信号。为了调谐该激光器为选择的传输波长，该WTL采用一个存储在内存储器(未单独地示出)中的波长映射图，其指定适用于该激光器的调节参数(即，该控制电压)以实现选择的传输波长。该波长映射图起初是通过如上所述类型的便携式波长映射器产生的，并且传送给该WTL控制器存储器。该WTL控制器访问该存储的波长映射图，以基于该输入传输波长查找调节参数。可选择的是，该WTL控制器经由该输入控制信号直接接收合适的调节参数，由此不需要存储该波长映射图。该蝶形封装和其内部构件可以完全是常规的，并且在此处将不详细描述。在图11中，该蝶形封装以方框图形式示出，带有单个来自该WTL控制器的输入控制线和来自电源608的单个输入功率线。现实上，该蝶形封装具有许多引脚，用于接收来自该控制器的控制信号和来自该电源的供电。该电源也给该电路卡的二个微型控制器供电。
为了提供波长锁定，来自该激光器的输出光束的一部分被分离器610从光纤604分离到另一个光纤611上，然后再次由分离器612分离到光纤614和616上。光纤616被连接到一位校准仪618，其引导校准光束通过一个安装在密封盒622之内的温度控制的标准具620。该标准具分离光束为由检测器624检测的一组传输线或者干扰条纹。光纤618被直接连接到第二检测器626。波长锁定控制器628接收来自二个检测器的信号，并且使用如上所述的方法调整该标准具，以对准传输线路的一个，具有与该输出光束一样的波长，然后在一个反馈环路中控制该激光器(经由控制器606)，以锁定该激光器至标准具谱线。为了调整该标准具，该波长锁定控制器控制被施加于与该标准具连接的电阻加热元件上的电流量，使得调整该标准具的温度，从而调整其长度和折射率，由此调整该波长最大值，其中传输线或者干扰条纹由该标准具产生。一旦该标准具已经被调节以使传输线对准一个选择的ITU信道，该波长锁定控制器尔后保持该标准具的温度固定，使得该标准具的传输线的波长不偏移。为了控制该激光器，该波长锁定控制器发送控制信号给该WTL控制器，这些信号使得该WTL控制器增加或者减少施加于该蝶形封装之激光器的控制电压，以便调整该激光器之输出光束的波长。由该波长锁定控制器提供的控制信号取代那些由WTL控制器先前接收的控制信号。最后，使用便携式波长映射器对该电路卡的部件进行再校准，以提供一个新的波长映射图，用于存储在该WTL控制器内，或者提供新的控制信号，使得在该标准具中任何的偏移可以被补偿。
标准具620在图12中示出。该标准具是一个由硅制成的矩形方块，并且具有的光轴长度大约为5.36mm，以及具有一个大约3mm乘3mm的横断面，并且在两个表面上涂有抗反射层，在期望的波长范围上提供高达90％的反射。从而，该标准具容纳高达3mm的波束宽度(以阴影线示出，并且由参考数字630标识)。但是，最好是要经由该标准具传送的激光光束被校准以具有大约1mm的宽度，使得如果标准具的侧边未精确地形成，光束的边缘将不受影响。该标准具具有在15至30范围内的精细度，并且最好是大约20，以及提供一个在6至12(并且最好是大约8GHz)范围内的自由光谱区。精细度涉及由该标准具产生的各传输线507(图10)的精度，并且主要取决于这些反射涂层和光束性质。如果该精细度太差，那么很难实现精确的波长锁定。自由光谱区与在相邻的传输线之间的波长间隔有关，并且主要取决于该标准具的长度和其折射率。如果该自由光谱区太大，也许是必要的是，加热或者冷却该标准具实质上调整这些传输线中的一个，直到其对准选择的传输波长为止，由此功率消耗未被最小化。同样，该标准具可能需要被加热一个量，该加热量将使标准具的温度处于整个装置的可接受工作温度范围之外，例如，高于整个电路卡为75℃之规定的最高温度。如果该自由光谱区太小，那么存在一种风险，该波长锁定器可能锁定该激光器的传输波长至错误的标准具传输线，即可能出现频率跳动。该20的精细度和100GHz的自由光谱区适合于40信道协议，50GHz适合于80信道协议，25GHz适合于160信道协议，12.5GHz适合于320信道协议，以及6.25GHz适合于640信道协议，这些是优选的参数，因为借助于这些参数，该标准具可用于锁定该激光器的波长在大约0.2GHz精度之内，并具有最小频率跳动风险和最小的功率消耗，同时允许该标准具在75℃之上工作。通过获得0.2GHz的精度，该波长锁定器可以与从40个信道直到1000个信道或更多的所有ITU传输协议一起使用，并且可以与从2.5GHz至100GHz的所有ITU传输率一起使用。虽然20的精细度和8GHz的自由光谱区是优选的，该标准具也可以被配置为具有其他特殊的参数组合，取决于特殊的系统需要。此外，做为选择，该标准具可以由其他材料构成，诸如蓝宝石或者磷化铟，以及该标准具根据需要配置去实现期望的精细度和自由光谱区。
由镍铬制成的二个电阻性的发热元件632和634(未示出)被气相沉积或者安装在该标准具的相对面上。每个电阻性的发热元件在其对立端上具有一对金触点636，用于从该波长锁定控制器628(图11)连接到电线(未示出)。应该理解，许多的加热技术可以结合进当前的发明中，使得提供加热的装置被连接到该标准具。通过施加电流经由电阻性的引线，施加的电流量足够扩展或者收缩该标准具的光轴，以改变其折射率，并且以选择的ITU信道去对准该标准具的传输线的一个，由波长锁定控制器对该标准具进行选择地加热。借助于如上所述的参数，通过调整该标准具的温度在大约72±2℃的范围内，可以容纳任何的C波段ITU信道。不需要TE致冷装置或者其他的冷却部件。更合适的是，冷却是通过允许该标准具慢慢地散失热量件。更合适的是，冷却是通过允许该标准具慢慢地散失热量到周围环境而实现的。在该备选方案中，并不是使用电阻性的发热元件去改变整个标准具的长度，一个反射性的微电机械系统(MEMS)薄膜可以安装在该标准具的一端上，并且连接到该波长锁定控制器以允许该控制器调整该标准具的光反射路径，从而调整该标准具的传输线的波长。
为了防止该温度控制的标准具散失热量太快，并且从而使功率损耗减到最小以及确保温度稳定性，该标准具被安装在一个气密室(图11的622)内，并且通过具有绝热微球体的粘接材料被附着于该腔的底部。通过在该气密室中密封该标准具，由于空气循环的热量损耗将被减到最小。该腔可以以空气或者任何其他的气体填充，其提供比较低的热传导性并且大体上是非电抗性的，因此不会腐蚀该标准具和其部件。另一种适宜的气体是氪气。在图12的实施例中，空气是优选的，因为其提供足够的热传导性并且使用成本低廉。通过使用采用绝热微球体的粘接材料安装该标准具，经由传导进入该腔底部的热量损耗将被减到最小。这是特别重要的，因为对该腔底部的热量损耗可以导致在该标准具内温度渐降，即，该标准具的底端可能比其顶端更冷。在该标准具内任何的温度渐降降低该标准具的精细度，并且从而可能使以选择的ITU信道精确地对准该标准具的传输线更加困难。一种优选的粘接材料被在1989年12月19日颁布给Lai等人、并且名称为“高热阻率粘接材料和使用该材料的半导体结构”的美国专利4,888,634中描述，其被作为参考结合在此处。美国专利4,888,634的粘接材料包括一种粘合剂和一种以大致均匀大小的筛选粒子的形式的高热阻率材料。该粘合剂是硅树脂、环氧树脂或者聚酰亚胺，并且该高热阻率材料是由玻璃微球、玻璃珠、陶瓷微球或者瓷珠形成的。
通过确保电阻性的发热元件覆盖该标准具对立面的相当大的部分，有利于在该标准具中的均匀一致的温度。发热元件被略微地偏离该标准具的顶和底边，以确保即使该标准具的边缘没有被精确地形成也能恰当和均匀地与该标准具接触。一旦该标准具已经被加热，以便以选择的ITU传输波长对准这些标准具传输线的一个，该波长锁定控制器保持通过使用一个或多个温度测检器640检测该标准具的温度而对准的传输线，并且根据需要调整施加于该标准具的电流，以保持该温度恒定。最后，如上所述，尽管如此该标准具的传输线可能偏移，由此前述的周期的再校准被执行。
因此，图11-12示出一个本发明的WTL电路卡的示范的实施例。现在将参考图13～16描述不同的其他示范的实施例。图13～16的实施例是与图11和12的实施例类似的，并且将仅描述有关的差别。
图13示出一个WTL电路卡700，其包括若干波长锁定部件和若干波长映射部件。这些波长映射部件包括一个气体吸收腔750，该气体吸收腔750包含已知吸收特性的气体，诸如乙炔、氰化氢或者二氧化碳。该气体吸收腔被安装在光纤718和检测器726之间。一个校准仪751被设置在光纤718的末端，用于校准从光纤718接收的光束，并且引导该光束经由该气体吸收腔传送。因此，蝶形封装702的激光器之输出光束的一部分经由该气体吸收腔被传送。波长映射控制器752接收来自检测器726和检测器724两者的信号，并且使用如上所述的波长映射技术，至少在所关心的调谐范围内，通过确定与该激光器的每个绝对传输波长有关的激光器调节参数，映射该激光器的绝对传输波长，用于在该WTL控制器706内存储。尔后，一旦收到一个指定用于传输的ITU信道的控制信号，该WTL控制器查寻这些调节参数，并且控制该激光器去在该ITU信道上发送信号。该波长锁定控制器728用于保持该激光器锁定在该ITU信道上。周期性地执行波长映射，以再校准该系统。通过随同波长锁定部件一起提供波长映射部件，每当需要时可以执行重新校准。
注意，在图13的实施例中，检测器726被用于为波长映射目的检测供气体吸收光谱，并且也为波长锁定目的检测激光光束。当执行波长映射的时候，该激光器的波长被其调节参数的全量程内被调谐，以产生该气体吸收光谱。当执行波长锁定的时候，该激光器的波长大体上保持固定，近承受微小的偏移，其是由波长锁定部件补偿的。因此，在波长锁定期间，该气体吸收腔的气体可以在该激光器正被锁定的波长上吸收该激光光束光的一部分光。这一般不是问题，因为气体仅吸收光束的一部分，留下足够的部分供检测，以允许波长锁定。如果有必要，可以提供三个检测器一个用于该标准具，一个用于该气体吸收腔，以及一个用于直接接收该激光器之输出光束的一部分，以便无需使用经由该气体吸收腔传送的光束可以执行波长锁定。
图14示出另一个兼具波长锁定部件和波长映射部件的WTL电路卡800，但是其中一个标准具820被安装在气体吸收腔850之内，使得不需要对于该标准具和该吸收室提供单独的腔。该气体吸收腔包含乙炔，乙炔既用作吸收性的气体用于波长映射目的，又用作绝热气体用于降低来自该标准具的热量损耗之目的。该WTL电路卡以和图13的电路卡同样的方式工作，以既提供波长映射又提供波长锁定。通过在该气体吸收腔之内安装该标准具，整个装置的大小可以被缩小。
图15示出一个具有波长锁定部件的WTL电路卡900，其中该标准具920和其密封室922被安装在该蝶形封装902之内。常规的蝶形封装典型地具有足够的空着的内部体积，以容纳一个如上所述大小的标准具。如果需要，该蝶形封装可以制做得更大一些以容纳该标准具腔。如果是这样的话，最好是保留该蝶形封装常规的引脚引出布置，使得无需另外的电路卡修改，该改动的蝶形封装可以在常规的WTL电路卡中使用。同样，取决于该特殊的实施例，也许可以直接在该蝶形封装中安装该标准具，无需一个标准具腔。但是，利接在该蝶形封装中安装该标准具，无需一个标准具腔。但是，利用一个标准具腔去封装该标准具是优选的，因为其允许更精确地控制该标准具的温度，并且降低可能影响该激光器作用的来自该标准具热量的风险。总之，通过在该蝶形封装之内安装该标准具，整个装置的尺寸被进一步缩小。
图16示出另一个WTL电路卡1000，其中一个标准具腔1022被安装在该蝶形封装1002之内，但是其中该标准具腔也包含乙炔，以便同时起气体吸收腔的作用。该WTL电路卡以和图14的电路卡同样的方式工作，以既提供波长映射又提供波长锁定。通过在该气体吸收腔之内安装该标准具，并且在该蝶形封装之内安装该气体吸收腔，整个装置的尺寸被更进一步缩小。
由于利用激光器或者其中安装有激光器的DWDM的特性可以防止定期地映射激光器用于再校准目的，一种提供用于激光器封装的单个校准的技术在图17中概述。该一般的方法可以通过一个标准具校准单元来执行，如将在下面进行描述的在图18所示，或者通过任何的其他适宜的装置。在该校准单元中要校准的标准具稍后被集成进一个激光器封装中，如在图19中所示。
起初，在图17的步骤1100，一个模块包含一个标准具(诸如图12的标准具620)和一个检测器，该模块被安装在图18的标准具校准单元之内。该标准具校准单元1200包括一个校准激光器1204，一个气室1212(或者任何其他适宜用于以已知的波长间隔，比较通过在该模块上的检测器检测的该校准激光器的传输波长的装置)，以及一个连接到在该模块上引线的微型控制器1216。在步骤1104，该校准激光器经由该标准具并且经由该气室发送光束，同时改变该激光光束的波长。一个产生的标准具传输线光谱和一个产生的气体吸收线光谱被检测，用于由该微型控制器处理。在步骤1108，该微型控制器比较在该标准具光谱相邻的传输波峰之间的间隔与在该气体吸收光谱的已知的吸收线之间的间隔，以确定传输波峰的绝对波长间隔。该间隔与期望的预先确定的ITU网格线间隔(诸如，40信道C波段间隔)相比，并且如果该间隔不和期望的网格线间隔严密地匹配，该微型控制器在步骤1112施加热给该标准具，去调整该标准具的温度，直到传输波峰间隔近似匹配该期望的ITU网格线间隔为止。如果仅仅通过施加热给该标准具，或者如果需要的热量大于预先确定的制造公差，该标准具传输波峰的间隔不能调节和该网格线间隔相配，那么，在步骤1116，该标准具或者被抛弃或者被在其封装内被人工倾斜，以接近于期望的间隔，并且步骤1100-1112被重复。在步骤1116，人工倾斜该标准具典型地需要的是，通过分开无论什么胶粘剂或者其他用于安装该标准具在该标准具外壳内的粘接材料，该标准具被从该标准具封装上去掉，然后使用另外的胶粘剂或者粘接材料，以一个稍有不同的角度重新安装该标准具。
一旦在标准具波峰之间的间隔是对于特殊的ITU网格线间隔是相效的或者在容许偏差之内，那么在步骤1120，施加于该标准具的加热量被略微地调节，以移动该标准具传输波峰直到它们与该最靠近的ITU网格线对准为止。注意到，轻微地调整该温度不足以改变超出期望的容限的该标准具波峰的间隔，仅仅是波峰的波长。(可以使用其他适宜的调节方法代之以调谐该激光器为选择的传输波长)。该标准具的结果温度被作为“标准具设定点温度”记录。然后，在步骤1124，该标准具模块被从该校准封装上去掉，并且最终被安装在一个激光器之内，诸如一个DWDM的WTL。该WTL的微型控制器然后被利用该标准具设定点温度编程，以允许该标准具被迅速地调整去使标准具的传输波峰对准选择的ITU线。尔后，如果需要的话，该标准具的校准可以通过使用如上所述的波长映射器验证。
在一个具体例子中，该DWDM采用一个160信道协议，并且在ITU网格线之间期望的间距是25GHz，在标准具波峰间隔中的容许偏差为±0.008GHz，虽然每个单独的标准具波峰可以在每个单独的ITU传输线路的±0.625GHz内。因此，在安装进该激光器封装之前，一个安装在模块1203上为50℃的1.71999mm厚的硅标准具1201被放置在该标准具校准单元1200内。如果在步骤1108检测的该标准具波峰的起始间隔不等于25GHz±0.008GHz，然后该标准具的温度被调整(通常±20℃，其以±0.025GHz调整该FSR)，直到波峰被以25GHz±0.008GHz间隔为止。如果在步骤1108该微型控制器检测FSR落在25GHz±0.025GHz的范围外面，那么该标准具被抛弃或者被以大约3度或者更小角度手动地倾斜，以允许该FSR与ITU网格线排成直线。该标准具的温度微调被略微地调整(通常±0.5℃)，使得标准具传输波峰与最靠近的ITU网格线排列。对于50GHz间隔，可以使用在50℃下2.066mm厚的熔凝石英标准具。
这种配置提供用于激光器更迅速地在ITU信道之间转换，因为每个标准具传输波峰保持与该ITU信道的一个有关，并且该激光器的调节参数仅仅需要相应地调整。此外，如果该标准具被保持在预先确定的温度上，并且该激光器不呈现大量的异常，对该激光器的定期再校准是不需要的。
图19示出一个WTL电路卡1300，其中一个标准具1201被安装在和激光器1304分离的模块1203内，激光器1304被安装在一个蝶形封装1308内。与先前描述的WTL电路卡实施例不同，在该WTL内不需要气室。此外，并不是从该前部激光器侧面转移光，该标准具被相对该激光器的主输出端安装，并且从该后部激光器侧面接收光。该WTL的波长锁定控制器被利用该标准具设定点温度编程，然后WTL以和图15的电路卡同样的方式工作，去提供波长锁定。
图20～29示出图11和图15的波长锁定器的不同的供选择的实施例，它们提供波长锁定而不是波长映射，即波长锁定器缺少一个用于映射该激光器整套的调节参数的基准气体腔，但是包括一个标准具，用于一旦已知合适的调节参数，锁定该激光器为选择的传输波长。更具体地说，图20-29的不同的实施例采用一种光学部件布局配置使得简化波长锁定。
图20示出具有WTL激光器1402的波长锁定器1400有关的部分，用于经由后部侧面1405发送激光光束1403穿越一个标准具1404，并且至一个标准具干扰条纹检测器1406。一个激光器参考波长检测器1408被插入在该激光器和标准具之间，以捕获该激光光束的一部分。激光器参考波长检测器1408被略微地偏离该激光光束的光程，以允许从该激光器的后部侧面发射的光的大部分去到达该标准具。但是，该激光器参考波长检测器1408捕获该光的很小一部分用于检测该激光器的参考波长。该波长锁定器采用图9的方法，通过比较由检测器1406和检测器1408检测的信号，去锁定该激光器的输出波长为一个ITU网格波长。同时，该激光器输出一个调制的光束1411经由前部侧面1410进入光纤1412。沿着光纤1412发送的该调制输出光束被与经由一个多路复用器来自DWDM的其他WTL卡的光束融合在一起，用于经由单个光纤最终传输给一个远程DWDM接收机。注意到，图20示出该波长锁定器有关的精选的部件。可能需要的其他的部件，诸如控制电路、发热元件、热敏电阻、校准仪等等在后续的附图中示出。
因此，图20示出一个光学装置，其中不同的部件被大体上以串联的方式设置，即，这些部件被沿着一个公共轴线放置，使得提供允许安装在小蝶形或者DIP封装中的小型结构。此外，通过直接在该激光光束的路径中，而不是离开轴线放置激光波长检测器1408，实现简单的波长锁定，如将在下面详细说明的。检测器1408最好是圆形的检测器，如图21所示，调整尺寸和位置以捕获大约光束1403的30％光，允许70％进入该标准具。在一个图22示出的备选方案布置中，该检测器被与光束1403同轴对准，但是具有一个环形的尺寸形状，以捕获该光束的外部边缘部分，同时允许中心部分直接传送给该标准具。同样，最好是，该检测器捕获大约该光的30％。该检测器捕获的光的数量不需要设置为正好30％，但是通常可以设置为足以捕获足够的光以允许该检测器工作的任何的值。其他合适的值例如是在20-40％的范围内。在两个结构中，检测器1408直接接收来自激光器的光，而不是如在图11的结构中那样经由一个光束分离器。
图23和24示出随波长变化的激光信号的幅度，该波长由用于离轴配置(如在图11中的配置)和用于同轴配置的检测器(如在图20的配置)的一个基准激光检测器和一个标准具检测器检测的。图23的虚线1418是由该激光器基准检测器检测的信号。实线1414是由该标准具检测器检测的信号，其包括各种各样的干扰条纹。对于图23的配置，一个光束分离器被用于分离该激光光束为二个独立的光束，一个给激光波长检测器，以及另一个给该标准具检测器。该光束分离器导致该基准信号(虚线1418)的幅度随波长的变化而变。该光束分离器也导致该干扰条纹(实线1414)波峰的幅度随波长的变化而变。在该基准信号和该标准具信号中的幅度变化是不同相的，因为该光束分离器包括透射式和反射式部件两者。对于图24的同轴配置，不存在光束分离器，由此或者在该基准信号1420、或者干扰条纹波峰1416中不存在波长变化。换句话说，该二个信号保持同相。
通过检测波长实现波长锁定，在该波长上干扰条纹的一边获得基准幅值等于平均干扰条纹幅值的一半(在图24中的1422)，然后，在反馈环路中调节该激光器以便防止激光偏移。这被称为边带锁定(或者斜坡锁定)，并且一般比试图检测该干扰条纹的顶端更容易。只要该干扰条纹幅值对该基准幅值的比值保持不变(如在图24中的)，那么边带锁定是简单的。
更具体地说，通过不断地调节该激光波长以保持恒定的锁定点比值(即，该标准具信号除以基准信号的恒定比值)，边带锁定起作用。在同轴配置中，随着在每个检测器上光的百分比适当地被调节，该基准检测器信号切通该标准具检测器信号在每个标准具波峰上的半幅度点上，如由图24的点所示。在这种情况下，该锁定点比值正好是1.0。可是注意到该锁定点比值不需要被设置为1.0。只要该波长锁定器的控制软件被利用(或者可以自动地检测)实际的锁定点比值编程，该锁定点比值可以被设置为其他的值。可是，最好是，该锁定点比值被设置为大约1.0。为了获得尽可能靠近1.0的锁定点比值，该激光器基准检测器应该设置使得30％的光被该激光器基准检测器捕获，同时70％的光穿过该标准具给该标准具检测器。然后在该标准具波峰上的半幅度点表示总的光的35％，同时30％照射在该基准检测器上。在穿过该标准具时该光的大约5％被损失。因此，在该干扰条纹上的半幅度点上，大约总的光信号的30％到达每个检测器，从而获得一个1.0的锁定点比值。并且，最重要的是，从干扰条纹到干扰条纹该锁定点比值不改变，由此从ITU信道到ITU信道没有变化。在图23的离轴配置中，该锁定点比值从干扰条纹到干扰条纹变化，由此也从ITU信道到ITU信道变化，因此使边带锁定更加艰难。在该离轴配置中为了获得精确的边带锁定，该波长锁定器应该编程以基于相位调制的程度进行补偿。相位调制的程度可以或者被预先编程输入该波长锁定器的控制电路中，或者可以由该波长锁定器自动地确定。虽然那些本领域技术人员可以提供必要的补偿编程，当然更可取的是去配置该系统而不需要任何的上述的补偿。
图25示出一个系统1424，其是图20的方案的微小的变型。在系统1424中，该基准波长检测器1408被与对该光轴成某一在30和45度之间的角度设置，以确保从该检测器的表面反射的所有的光被离轴反射。标准具1404被以与该光轴成在大约1和3度(并且，最好是2度)之间的角度设置，也确保所有的反射光被反射离开轴线。
图26和27示出一个结合同轴的光波长锁定系统的波长锁定器模块1500，诸如一个DIP或者蝶形封装。一个WTL激光器(未示出)通过光纤1503与该模块通信，该光纤1503与金属环1502连接，该金属环1502被安装在模块的一个外表面上。该模块包括大体上如在图26所述设置的一个标准具1504、一个标准具干扰条纹检测器1506和一个激光器参考波长检测器1508。提供一个校准仪1509以校准最初来自该光纤从该激光器接收的光束。该校准仪安装在一个设置在该模块的壳体1511的内侧表面上的金属环上。检测器1506和1508两者直接安装到FR4形成的一个上层衬底1530上，其附着在该壳体的内侧表面上。标准具1504被安装在由氮化铝形成的衬底1532上。一个热敏电阻或者其他的温度传感器(即，一个铂电阻器)1534被安装在靠近该标准具的该上层衬底上，以检测该标准具的温度。在该标准具之下放置的一部分上，一个加热板沉积在该衬底(未示出)上，在控制电路1536的控制之下加热该标准具，以保持如由该热敏电阻检测的该标准具的温度恒定。为了便于制造，该热敏电阻没有直接放置在该标准具上(如在图12的配置中)。应该小心确保该热敏电阻被安装而足够接近于该标准具，以能够可靠地检测该标准具的温度。控制电路1536被安装在陶瓷形成的下面的衬底1538的对立面上，陶瓷被附着在该壳体的内侧表面上。图27示出一个稍有不同的方案1501，其中仅存在单个衬底。控制回路1536被安装在FR4形成的衬底1538的下面。
因此，图20-27示出各种各样的同轴的光学配置，它们的尺寸很小并且确保避免前述的相位调制问题。在尺寸不是关键性并且离轴配置是更方便的情况下，最好是使用图28或者29的方案。图28和29的方案与图20的那些相似，并且将仅描述有关的差别。在图28中，该标准具1604和标准具检测器1606被设置离开轴线。一个反射器1609或者其他合适的反射性的(但是非能透射的)装置被放置，以便反射激光光束1603的一部分给该标准具，同时允许该光束的其余部分直接传送给该激光波长检测器1608。在图29中，该标准具1654和标准传送给该激光波长检测器1608。在图29中，该标准具1654和标准具检测器1656被同轴设置。该反射器1659被放置使得反射激光光束1653的一部分给该激光器基准检测器1658，同时允许该光束的其余部分直接传送给该标准具1654。在两个实施例中，该反射器被设置使得该光束的大约30％被传送到激光波长检测器，并且70％给该标准具。关于图20～27的配置，没有使用能透射的装置反射光给该激光波长检测器或者给该标准具检测器，由此避免了前述的相位调制问题。在这点上，用于反射该激光光束部分的该反射器不导致该干扰条纹波峰幅度的变化，由此不会引起在图24示出的那种调制问题。
迄今已经描述的是各种各样的波长映射和锁定技术，用于确保从WTL或者其他的激光器输出的激光光束的波长被锁定到特殊的ITU网格波长，以便经由光纤传输。但是，如上所述，频率线性调频脉冲可影响沿着一个光纤发送的信号，引起该光脉冲可能很大的失真，特别是在长距离的光纤传输系统之上。该失真限制信号传输调制的最高频率。
图30示出一个光传输系统1700，其中提供了一个标准具线性调频脉冲滤波器1702，用于降低或者消除频率线性调频脉冲。该标准具线性调频脉冲滤波器被沿着DWDM系统的一个输出光纤1704设置，该DWDM系统配置以在选择的ITU信道网格的一个或多个传输频率上发送光信号。这些光信号被使用DWDM 1706的各个WTL产生，每个调谐到不同的ITU信道频率，并且使用一个光多路复用器1708被合成为单一的光纤用于传输。该标准具被制造为具有一个正好等于选择的ITU网格的最小波长间隔的FSR。因此，如果该系统被配置为在40信道C波段ITU系统的任何一个信道上发送，使用具有一个FSR为100的标准具。如果该系统被配置为在80信道C波段ITU系统的任何一个信道上发送，使用具有一个FSR为50GHz的标准具。在任何一个情况下，该标准具最好是具有大约25～50的精细度。如图31所示，该标准具被调谐去对准具有ITU信道频率1711的该标准干扰条纹1709。如图32所示，当恰当地对准的时候，从该DWDM发送的光传输脉冲1713的所有的部分在不同该ITU一个频率的频率上进入该标准具线性调频脉冲滤波器1704，因此被该标准具过滤，输出一个过滤脉冲1715。因此，只有那些在一个ITU信道频率上精确发送的光脉冲部分被耦合进该光纤。具有略微不同的频率的光脉冲的那些部分，或许作为光频率线性调频脉冲的结果被阻挡进入该光纤。
图33示出一个示范的标准具线性调频脉冲滤波器的内部组件。一个校准仪1710校准从输出光纤1704接收的光信号，用于穿过标准具1712。根据需要由一个发热元件1714调节该标准具的温度，以保持该标准具的干扰条纹与该选择的ITU信道网格频率排成直线。一个热敏电阻或者其他的温度传感器1716被采用，以检测该标准具的温度。该发热元件由控制电路1717控制，控制电路1717从该热敏电阻接收信号。从该标准具出来的已滤波光信号被校准仪1718再次校准，用于反馈进光纤1704，以便传输给下游DWDM。如同图26的波长锁定器的配置一样，该标准具和热敏电阻最好是被安装在一个FR4形成的衬底上。该控制回路被安装在一个陶瓷形成的第二衬底上。该校准仪和该二个衬底被安装在外壳1722的内侧面上。
已经主要参考举例说明该实施例有关的部件的方框图描述了示范的实施例。应该理解，并不是实用系统的全部实施的所有组件必须举例说明或者详细描述，也不是必须描述元件布置规划所有的变化。而是，只有已经举例说明和详细描述了那些为彻底的了解本发明所必需的部件和结构。取决于实施例，实际的实现可以包含更多的部件或者更少的部件对该优选实施例的修改对那些本领域技术人员是显而易见的。例如，在采用反射面的实施例中，诸如MEMS反射器的其他的反射面可以作为替代使用。因此，本发明的范围不应该受到上述讨论到的特殊的实施例的限制，而是应该仅仅由在下面提出的权利要求和其等效来规定。
权利要求
1.一种用于锁定激光的传输波长为选择的波长的系统，包括一个激光器，用于沿着一个光程提供输出光束；一个激光波长检测器，沿着该激光器之光程的起始线性部分放置，用于捕获该激光器之输出光束的第一部分，以检测该激光器的传输波长；一个标准具，自该激光波长检测器、沿着该激光器下游之光程的起始线性部分设置，用于同时接收该激光器之输出光束的第二部分，并且用于分解该第二部分为一系列的传输线；和一个标准具波长检测器，用于检测这些标准具传输线。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括一个控制单元，用于设置该激光器之输出光束的传输波长为一个被选择的波长，并且也用于调谐该标准具，以使这些标准具传输线中的被选择的一根线对准该被选择的波长，该波长锁定控制单元其后检测该激光器的传输波长对该选择的标准具传输线的任何偏移，并且调整该激光器以补偿所有的偏移，使得只要该选择的标准具传输线保持在该被选择的波长上，该激光器的输出光束被锁定于该被选择的传输波长。
3.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器是圆形的，并且其周边部分被沿着该激光器光程的起始线性部分插入，以捕获该光束的第一部分。
4.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器包括一个在其中形成的贯通孔，并且其中该激光波长检测器的一个环形的部分捕获该光束的第一部分。
5.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器的安装使得其在该光束到达该标准具之前、捕获该激光器之输出光束的20％至40％。
6.根据权利要求5的系统，其中该激光波长检测器被安置的位置使得其在该激光器的输出光束到达该标准具之前捕获该光束的30％。
7.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器被设置成与激光器的光程的起始线性部分构成一定角度。
8.根据权利要求7的系统，其中该激光波长检测器被设置成与激光器的光程的起始线性部分构成30至45度的角度。
9.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器、标准具以及标准具波长检测器被安装在第一衬底上。
10.根据权利要求9的系统，其中该第一衬底是由FR4形成的。
11.根据权利要求1的系统，其中该控制单元被安装在第二衬底上。
12.根据权利要求11的系统，其中该第二衬底是陶瓷制成的。
13.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器、标准具以及标准具波长检测器被安装在衬底的第一侧面上，并且其中该控制单元被安装在该衬底的第二侧面上。
14.根据权利要求1的系统，其中该激光波长检测器、标准具以及标准具波长检测器被沿着一个用于发出激光器的第一输出面的光程安置，并且其中一个输出光纤被沿着用于发出激光器的第二输出面的光程安置。
15.根据权利要求14的系统，进一步包括第二标准具，它被放置在该激光器的第二输出面和该光纤之间，并且被配置以使得减少由该激光器经由光纤发送的光信号的频率线性调频脉冲。
16.根据权利要求15的系统，其中该激光器受控制而使得以一个从一组具有固定波长间隔的信道频率中被选择出来的频率发射，并且其中该第二标准具具有一个等于该固定波长间隔的自由光谱区，使得频率线性调频脉冲在被选择频率之任一频率上被减少。
17.根据权利要求15的系统，其中该第二标准具具有大约50的自由光谱区。
18.根据权利要求15的系统，其中该第二标准具具有在大约25～50范围内的精细度。
19.一种用于锁定激光器的传输波长为选择波长的系统，包括用于沿着一个光程提供输出激光光束的装置；用于捕获该激光器之输出光束的第一部分、以检测该激光器的传输波长的装置，该装置沿着该激光器的光程的起始线性部分设置；用于同时接收该激光器之输出光束的第二部分、并且将该第二部分解为一系列传输线的装置，该装置自用于捕获该激光光束第一部分的装置、沿着该激光器下游的光程的起始线性部分设置；和用于检测这些标准具传输线的装置。
20.一种用于锁定激光器的传输波长为选择的波长的方法，其中利用激光波长检测器、标准具、标准具波长检测器以及控制单元，该方法包括步骤设置该激光器的传输波长为选择的波长；利用该激光波长检测器捕获该激光器的传输波长，该激光波长检测器沿着激光器的光程的起始线性部分设置，以捕获激光器之输出光束的第一部分；利用该标准具和该波长检测器同时检测标准具传输线，该标准具和该波长检测器自该激光波长检测器、沿着该激光器下游的光程的起始线性部分设置，以便捕获该激光器之输出光束的第二部分；调谐该标准具，以使这些标准具传输线中被选择的一根线对准该选择的波长；检测该激光器之传输波长对该选择的标准具传输线的任何偏移；和调整该激光器以补偿任何偏移，使得只要该选择的标准具传输线保持在该选择的波长上，该激光器的输出光束被锁定为该选择的传输波长。
21.一种用于锁定激光器的传输波长为选择的波长的系统，包括一个激光器，用于沿着光程提供输出光束；一个反射器，沿着激光器的光程的线性部分设置，用于反射该激光光束的第一部分离轴，同时允许该激光光束的第二部分沿轴线上继续行进；一个标准具，被设置以捕获该激光器之输出光束的第一部分，以便将该第二部分解为一系列的传输线；一个标准具波长检测器，用于检测这些标准具传输线；和一个激光波长检测器，被设置以同时捕获该激光器之输出光束的第二部分，以检测该激光器的传输波长。
22.根据权利要求21的系统，其中该反射器被安装以使得反射该激光器之输出光束的60％至80％给该标准具，允许其余20％至40％传送给该激光波长检测器。
23.一种用于锁定激光器的传输波长为选择的波长的系统，包括一个激光器，用于沿着光程提供输出光束；一个反射器，沿着激光器的光程的线性部分放置，用于反射该激光光束的第一部分离开轴线，同时允许该激光光束的第二部分沿轴线上继续行进；一个激光波长检测器，被设置以捕获该激光器之输出光束的第一部分，以检测该激光器的传输波长；一个标准具，被设置以同时捕获该激光器之输出光束的第二部分，以便将该第二部分分解为一系列的传输线；和一个标准具波长检测器，用于检测这些标准具传输线。
24.根据权利要求23的系统，其中该反射器被安装以使得反射该激光器之输出光束的20％至40％给该激光波长检测器，允许其余60％至80％传送给该标准具。
25.一种用于从由激光器经由光纤发送的光信号中滤除线性调频脉冲的系统，该系统包括一个用于提供输出光束的激光器，该激光器被控制以从一组具有固定波长间隔的信道频率中选择出来的频率进行发射；一个用于传输该输出光束的光纤；和一个标准具线性调频脉冲滤波器，安装在该激光器和该光纤之间，用于减少由该激光器以任何选择频率发射的信号中的频率线性调频脉冲。
26.根据权利要求25的系统，其中，该标准具线性调频脉冲滤波器包括一个标准具，它具有等于该固定波长间隔的自由光谱区，使得在该组信道频率的任何选择的频率上、该频率线性调频脉冲都被降低。
27.根据权利要求26的系统，其中，该标准具的自由光谱区约为50。
28.根据权利要求26的系统，其中，该标准具的精细度约为20。
29.根据权利要求26的系统，其中，该光纤和该标准具被沿着用于发出激光器的第一输出面的第一光程放置，并且其中，沿着用于发出激光器的第二输出面的第二光程设置有激光波长检测器、第二标准具以及标准具波长检测器。
30.根据权利要求29的系统，其中，沿着激光器的第二光程放置的该激光波长监测器检测激光器的传输波长，该第二标准具将该第二部分解为一系列的传输线，并且该标准具波长检测器检测这些标准具传输线；和其中设置一个控制单元，用于设置该激光器的传输波长为一个选择的波长，并且用于调谐该第二标准具，以使这些标准具传输线中选择的一根线对准该选择的波长，其后该波长锁定控制单元检测该激光器的传输波长对该选择的标准具传输线的任何偏移，并且调整该激光器以补偿任何偏移，使得只要该选择的标准具传输线保持在该选择的波长，该激光器的输出光束被锁定为该选择的传输波长。
31.一种用于从由激光器经由光纤发送的光信号中滤除线性调频脉冲的系统，该系统包括用于提供激光光束的装置，其频率为从一组具有固定波长间隔的信道频率中选择出来的一个频率；和一个标准具线性调频脉冲滤波装置，具有等于该固定波长间隔的自由光谱区，并且被调谐以提供与该组信道频率对准的传输线，用于减少由用于提供激光光束的装置以所选择频率之任一频率发射的信号中的频率线性调频脉冲。
32.一种用于从由激光器经由光纤发送的光信号中滤除线性调频脉冲的方法，该方法包括步骤从一组具有固定波长间隔的信道频率中选择若干个频率；以这些选择的频率发射激光光束；和使该激光光束通过一个标准具，该标准具具有等于该固定波长间隔的自由光谱区，并且被调谐以提供与该组信道频率对准的传输线，以减少以所有选择的频率发射的信号中的频率线性调频脉冲。
33.一种用于校准与通信激光器一起使用的标准具的方法，该方法包括步骤发送一个校准激光的输出光束通过该标准具，同时改变该输出光束的波长以产生一个标准具传输光谱；发送一个校准激光的输出光束通过气体吸收室，同时改变该输出光束的波长以产生气体吸收光谱；检测该标准具传输光谱内的传输波峰，和在该气体吸收光谱内的吸收线；通过和在该气体吸收光谱内的已知吸收线之间的间隔比较，确定在该标准具传输光谱的波峰之间的间隔；通过施加一个第一调节参数给该标准具，调谐该标准具、直到在该标准具传输光谱的波峰之间的间隔接近于预先确定的间隔为止；通过施加第二调节参数给该标准具，调谐该标准具、以使该标准具传输光谱的多个传输波峰对准选择的传输波长；和记录该第一和第二调节参数，用于随后对该标准具的校准，以使该标准具的一个传输波峰对准一个选择的传输波长，同时该标准具被安装以便与该通信激光器一起使用。
34.根据权利要求33的方法，其中，该第一和第二调节参数两者都是温度调节参数。
35.一种用于校准与通信激光器一起使用的标准具的系统，该系统包括用于发送一个校准激光的输出光束通过该标准具、同时变化该输出光束之波长以产生一个标准具传输光谱的装置；用于发送该校准激光的输出光束通过气体吸收室、同时变化该输出光束之波长以产生气体吸收光谱的装置；用于检测该标准具传输光谱内的传输波峰、和在该气体吸收光谱内的吸收线的装置；通过和在该气体吸收光谱内的已知吸收线之间的间隔比较、确定该标准具传输光谱的波峰之间的间隔的装置；通过施加一个第一调节参数给该标准具、调谐该标准具、直到在标准具传输光谱的波峰之间的间隔接近于预先确定的间隔为止的装置；通过施加第二调节参数给该标准具、用于调谐该标准具、以使该标准具传输光谱的多个传输波峰对准选择的传输波长的装置；和用于记录该第一和第二调节参数、用于随后对该标准具的校准、以使该标准具的一个传输波峰对准一个选择的传输波长的装置，而该标准具被安装而便于与该通信激光器一起使用。
36.一种用于锁定激光器的传输波长为选择的波长的系统，包括一个激光波长检测器，用于检测该激光器之输出光束的传输波长；一个标准具，用于将该激光器之输出光束的一部分解为一系列的传输线；一个标准具波长检测器，用于检测这些标准具传输线；和一个控制单元，用于设置该激光器之输出光束的传输波长为一个选择的波长，并且也用于调谐该标准具、以使这些标准具传输线中的选择的一根线对准该选择的波长，该波长锁定控制单元尔后检测该激光器之传输波长对该选择的标准具传输线的任何偏移，并且调整该激光器以补偿任何偏移，使得只要该选择的标准具传输线保持在该选择的波长上，该激光器的输出光束被锁定到该选择的传输波长。
37.一种利用可调标准具控制激光器的方法，该方法包括步骤调节该激光器以在选择的传输波长上发射；调节该标准具、以使该标准具的传输线对准该选择的传输波长；检测该激光器的传输波长对该标准具传输线中的任何偏移；和调整该激光器以补偿任何偏移，使得只要该选择的标准具传输线保持在该选择的波长上，该激光器的输出光束被锁定到该选择的传输波长。
38.一种用于控制激光器的系统，该系统包括用于调节该激光器以在选择的传输波长上进行发射的装置；干涉装置，用于将该激光器之输出光束的一部分解为一系列大体上等间隔的传输线；用于调节该用于分解的装置、以使这一系列传输线中的一根选择的传输线对准该选择的传输波长的装置；用于检测该激光器之传输波长对该选择的传输线的任何偏移的装置；和用于调节该激光器以补偿任何偏移、使得只要该选择的传输线保持在该选择的波长上、则该激光器的输出光束被锁定到该选择的传输波长的装置。
39.一种利用自动可调标准具和含有已知气体的气室来校准激光器的方法，所述方法包括步骤使用标准具传输线和用于在该气室中已知气体的气体吸收线来校准该激光器的绝对传输波长；调节该激光器、以使该激光器的选择的传输波长对准预先确定的传输波长；调节该标准具、以使该标准具的传输线对准该选择的传输波长；检测该标准具传输线和该选择的传输波长之间的任何偏移；和重新调节该激光器、以补偿该标准具传输线和该选择的传输波长之间的任何偏移，从而锁定该激光器的输出光束为该选择的传输波长。
全文摘要
该方法和系统用于校准密集波分复用器(DWDM)的发射激光器，并且锁定激光器为选择的传输波长。在一个例子中，该发射激光器为广泛可调谐激光器(WTL)，其可被调谐至一组国际电信联盟(ITU)传输网格线之一，以便经由光纤传输。为了锁定该WTL至一个ITU网格线，来自该WTL的输出光束的一部分被发送通过标准具，以使该光束分解为一组传输线，以便由一个标准干扰条纹检测器检测。该光束的另一部分被直接发送至一个激光波长检测器。波长锁定控制器比较来自二个检测器的信号，并且调整该标准具的温度，以使该标准具的一个传输线的波长对准该输出光束的波长，然后以一个反馈环路控制该WTL，以锁定该激光器在该标准线。该波长锁定控制器尔后监控该标准具的温度，并且保持该温度恒定，以阻止在该标准具中的任何波长偏移。在一个例子中，这些光学部件被排列，而使得激光波长检测器直接从该激光器接收激光光束的一部分，以便使一个插入的光束分离器不影响该激光光束的相位特性，从而允许改善波长锁定。在另一个实施例中，设置了一个标准具线性调频脉冲滤波器，用于减少或者消除光频线性调频脉冲，而与用于传输的特定ITU信道无关。
文档编号H01S3/13GK1554139SQ01820338
公开日2004年12月8日 申请日期2001年10月9日 优先权日2000年10月10日
发明者兰迪·迪安·梅, 兰迪 迪安 梅 申请人:光谱传感器公司