光学外差法测量系统的扫描控制技术方案

本文中所描述的是一种控制光学外差法测量系统（1）的系统和方法。所述测量系统（1）具有：可调谐激光器（9），用于生成本地振荡器信号；光学输入端（5），用于接收输入光学信号（7）；以及混合模块（13），用于将本地振荡器信号与输入光学信号混合以生成输出光学测量信号。一个实施例提供了一种方法，其包括以下步骤：a）接收输入电学驱动信号，所述输入电学驱动信号用于驱动可调谐激光器（9）以产生具有光谱线宽和峰值中心频率的激光输出；b）将输入电学驱动信号与电学线宽控制信号（54）耦合以将光谱线宽选择性地加宽；以及c）在测量时段期间，以预定义的调谐增量跨越预定频谱以步进方式选择性地调谐激光器的中心频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学外差法测量系统的扫描控制
本专利技术涉及光学外差法测量系统，以及特别地涉及用于高分辨率光学外差法测量系统的控制系统。虽然将特别参考该应用在本文中对一些实施例进行描述，但是将领会的是，本专利技术不限于这样的使用领域，并且可适用于更宽泛的情境中。
技术介绍
贯穿本说明书对
技术介绍
的任何讨论都决不应当被视为承认这样的技术是广泛已知的或者形成该领域中公知常识的部分。在光学外差法测量系统中，参考激光束被用作本地振荡器信号来与输入光学信号非线性地混合，以产生混合的输出信号。输出信号包含关于在与本地振荡器信号的频率接近的频率下的输入光学信号的幅度和相位的信息。因此，通过调谐本地振荡器信号的频率（使用可调谐激光器），可以跨越频率范围来测量输入光学信号的幅度和相位信息。因为光学外差法测量系统在与本地振荡器频率接近的频率下提取信号信息，所以这些系统有时被称为相干检测系统。示例光学相差测量系统包括：光学光谱分析仪（OSA），其以高分辨率测量光学光谱的精细结构，以及光学信道监视器（OCM），其旨在通常在比OSA更宽的光谱尺度上测量光学信道的光学功率。借助于示例，Frisken等人的题为“UltrafastHighResolutionOpticalChannelMonitor”（以下称为“Frisken等人的文献”）的美国专利申请公布2015/0086198A1涉及依赖于外差法检测的紧凑且可重配置的高分辨率光学信道监视器。该监视器以及相关的高分辨率OCM设备将在本文中被称为HR-OCM。HR-OCM是极高分辨率OCM，其中设备的基本分辨率受限于外差法检测接收器中的电子带宽。OCM的一个重要方面是设备完成对被监视的光学光谱进行扫描所花费的时间。为了确保OCM在没有光谱空隙的情况下实行对期望光谱的综合性扫描或扫掠，可调谐参考激光应当以由其光谱线宽给出的最大增量来步进通过光谱。激光器的光谱线宽表示峰值激光信号的光谱宽度，通常由其半峰全宽（FWHM）来量度。诸如OSA和HR-OCM之类的高分辨率设备具有小参考激光线宽，其中取得了光谱测量结果，所以宽光谱的扫描要求大量的激光频率步进。通常，HR-OCM以更慢的扫描时间为代价来测量更好的光谱细节。反之，低分辨率OCM以更高的扫描速率提供更少的光谱细节。在OSA中存在类似的权衡，所述OSA包括FinisarWaveAnalyzer1500S高分辨率光学光谱分析仪。许多应用要求信道或系统光谱被非常快速地监视。因此，一种用以减少HR-OCM或OSA的扫描时间的技术是对全光谱的所选部分进行采样。然而，这必然留下光谱空隙，在光谱空隙中不能获得光谱信息，并且因此否定了与HR-OCM相关联的分辨率优点。因此，在没有复杂光学系统的情况下，必须使用大量的激光步进来使高分辨率光学外差法测量设备跨越宽频带进行扫描。这不仅增加了设备的总体扫描时间，而且还在固件、软件和校准方面对总体系统设计增加了复杂性。因此，用于快速扫描高分辨率OCM的改进技术是期望的。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种控制光学外差法测量系统的方法，所述测量系统具有：可调谐激光器，用于生成本地振荡器信号；光学输入端，用于接收输入光学信号；以及混合模块，用于将所述本地振荡器信号与所述输入光学信号混合以生成输出光学测量信号；所述方法包括以下步骤：a）接收输入电学驱动信号，所述输入电学驱动信号用于驱动所述可调谐激光器以产生具有光谱线宽和峰值中心频率的激光输出，所述激光输出的初始光谱线宽具有第一光谱宽度；b）将所述输入电学驱动信号与电学线宽控制信号相耦合以将所述光谱线宽选择性地加宽成第二光谱宽度；以及c）在测量时段期间，以预定义的调谐增量跨越预定频谱以步进方式选择性地调谐所述激光器的中心频率。在一些实施例中，基于所述第二光谱宽度来定义所述调谐增量。在一些实施例中，所述调谐增量处于所述第二光谱宽度的0.5倍到1.5倍的范围内。在一个特定实施例中，所述调谐增量等于所述第二光谱宽度。在一个实施例中，所述线宽控制信号基于指示所述光学外差法测量系统的期望扫描时间或刷新率的用户输入。在一个实施例中，所述线宽控制信号包括伪随机位函数。在另一个实施例中，所述线宽控制信号包括重复的三角函数。在另外的实施例中，所述线宽控制信号包括正弦函数。在一个实施例中，所述输入电学驱动信号控制所述可调谐激光器的增益。在另一个实施例中，所述电学驱动信号控制所述可调谐激光器的相位。在一个实施例中，所述第二光谱宽度与所述线宽控制信号的幅度成比例。优选地，所述第二光谱宽度是所述第一光谱宽度的5倍到100倍。在一个实施例中，所述线宽控制信号还修改所述激光器的谱轮廓。优选地，所述线宽控制信号使所述激光器的谱轮廓平坦。在一个实施例中，所述调谐增量在给定的频率范围上是可变的。在一个实施例中，步骤b）包括利用线宽控制信号对所述输入电学驱动信号进行调制。在一些实施例中，所述线宽控制信号是动态的。在一个实施例中，所述线宽控制信号作为所述可调谐激光器的中心频率的函数而变化，以便在所述测量时段期间改变所述第二光谱宽度。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于光学外差法测量系统的控制系统，该测量系统具有：可调谐激光器，用于生成本地振荡器信号；光学输入端，用于接收输入光学信号；以及混合模块，用于将所述本地振荡器信号与所述输入光学信号混合以生成输出光学测量信号，所述控制系统包括：驱动模块，用于产生输入电学驱动信号，所述输入电学驱动信号用于驱动所述可调谐激光器以产生具有光谱线宽和峰值中心频率的光学输出，激光输出的初始光谱线宽具有第一光谱宽度；线宽调谐模块，用于将所述输入电学驱动信号与电学控制信号耦合，以将所述光谱线宽选择性地加宽成第二光谱宽度；以及调谐模块，用于跨越预定频谱以步进方式选择性地调谐所述激光器的中心频率。在一个实施例中，所述调谐模块以调谐增量的整数倍选择性地调谐所述中心频率，其中基于所述第二光谱宽度来定义所述调谐增量。在一个实施例中，所述线宽控制信号是动态的，以便允许所述第二光谱宽度作为所述激光器的中心频率的函数的变化。根据本专利技术的第三方面，提供了一种校准可调谐激光器的方法，包括以下步骤：a）实行对激光输出的光谱线宽的第一测量；b）将输入电学驱动信号与电学控制信号耦合，以将所述光谱线宽选择性地加宽；c）实行对所述光谱线宽的第二测量；以及d）基于所述第二测量来定义调谐增量，以使得在操作期间，所述激光器的中心频率以所述调谐增量的整数倍跨越预定频谱以步进方式而被递增地调谐。根据本专利技术的第四方面，提供了一种光学外差法测量系统，包括：光学输入端，用于接收输入光学信号；可调谐激光器，用于生成本地振荡器信号；混合模块，用于将所述本地振荡器信号与所述输入光学信号混合以生成输出光学测量信号；信号生成器，用于生成电学控制信号；以及调制器，用于利用所述电学控制信号调制所述输入光学信号，以在与所述本地振荡器信号混合之前对所述输入光学信号进行光谱加宽。附图说明现在将参考附图作为示例来描述本公开的优选实施例，在附图中：图1是如在Frisken等人的文献中描述的示例性HR-OCM1的示意性平面图；图2是图示了来自输入信号和激光器两者的示例性射束轨迹的图1和图2的光学信道监视器的示意性平面图；图3是FinisarS7500可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制光学外差法测量系统的方法，所述测量系统具有：可调谐激光器，用于生成本地振荡器信号；光学输入端，用于接收输入光学信号；以及混合模块，用于将所述本地振荡器信号与所述输入光学信号混合以生成输出光学测量信号；所述方法包括以下步骤：a) 接收输入电学驱动信号，所述输入电学驱动信号用于驱动所述可调谐激光器以产生具有光谱线宽和峰值中心频率的激光输出，所述激光输出的初始光谱线宽具有第一光谱宽度；b) 将所述输入电学驱动信号与线宽控制信号相耦合以将所述光谱线宽选择性地加宽成第二光谱宽度；以及c) 在测量时段期间，以预定义的调谐增量跨越预定频谱以步进方式选择性地调谐所述激光器的中心频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.27 US 62/197,3091.一种控制光学外差法测量系统的方法，所述测量系统具有：可调谐激光器，用于生成本地振荡器信号；光学输入端，用于接收输入光学信号；以及混合模块，用于将所述本地振荡器信号与所述输入光学信号混合以生成输出光学测量信号；所述方法包括以下步骤：a)接收输入电学驱动信号，所述输入电学驱动信号用于驱动所述可调谐激光器以产生具有光谱线宽和峰值中心频率的激光输出，所述激光输出的初始光谱线宽具有第一光谱宽度；b)将所述输入电学驱动信号与线宽控制信号相耦合以将所述光谱线宽选择性地加宽成第二光谱宽度；以及c)在测量时段期间，以预定义的调谐增量跨越预定频谱以步进方式选择性地调谐所述激光器的中心频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述第二光谱宽度来定义所述调谐增量。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调谐增量处于所述第二光谱宽度的0.5倍到1.5倍的范围内。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述调谐增量等于所述第二光谱宽度。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述线宽控制信号基于指示所述光学外差法测量系统的期望扫描时间或刷新率的用户输入。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述线宽控制信号包括伪随机位函数。7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述线宽控制信号包括重复的三角函数。8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述线宽控制信号包括正弦函数。9.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述输入电学驱动信号控制所述可调谐激光器的增益。10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述电学驱动信号控制所述可调谐激光器的相位。11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第二光谱宽度与所述线宽控制信号的幅度成比例。12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第二光谱宽度是所述第一光谱宽度的5倍到100倍。13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述线宽控制信号还修改所述激光器的谱轮廓。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述线宽控制信号使所述激光器的谱轮廓平坦。15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述调谐增...

【专利技术属性】
技术研发人员：S波勒，C普里卡塞里，Q李，N昆哈，H罗森菲尔德特，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国,US