可调谐激光器控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光器系统，包括用于监视和控制激光器组合装置各种功能的控制器。所述激光器控制器可以包括用于调整和锁定外腔波长的波长调谐电路。为了执行各种监视和控制功能，所述控制器可以包括用于监视与所述激光器的操作相关联的各种参数的电路，所述参数是例如温度指示信号和／或来自例如光电二极管的光探测器的信号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器系统，更具体地，本专利技术涉及用于控制和监视例如外腔二极管激光器的可调谐激光器的电子控制器。
技术介绍
可调谐外腔二极管激光器(ECDL)被广泛地用于光波测试设备，并被认为是用于快速扩展的波分复用(WDM)光学语音和数据通信领域的基本部件。在这些领域中的许多应用提出了许多套不同的规范。然而，如下需求是具有代表性的光机组合装置和控制系统的小型化；波长的伺服控制；为了放大谱线宽度对音频速率(例如100Hz到30kHz)的可控调频(FM)。为了获得对于外腔二极管激光器操作的所需的控制，一般提供实现各种功能的电子控制器。该功能可以包括向激光器提供电流的电流源、锁定的波长调谐功能、调制源、用于可调谐激光器的精密控制和监视操作的各种其他功能。一般希望电子控制器允许以合理的功效和相对小的波形因子对可调谐激光器的多方面控制。一般还希望系统中的电气噪声及其对各种测量功能的影响被最小化。
技术实现思路
提供了一种用于监视和控制激光器组合装置各种功能的激光器控制系统。在一个实施例中，激光器组合装置包括可调谐外腔激光器。激光器控制器可以包括用于调整和锁定外腔波长的波长调谐电路。调谐电路可以包括调制信号发生器以向被选择的传输元件提供调制信号，引起激光器外腔光路的相应的调制。波长锁定可以通过监视传输特性来获得，传输特性由于对光路的细微调制而变化。这种传输特性可以例如通过检测增益介质两端的电压中的变化或者激光器外腔光强中的变化而被监视。调谐电路可以包括例如微处理器的信号处理器，基于表现传输特性的数据，进行傅立叶变换，例如快速傅立叶变换，从而产生用于调整外腔光路长度的误差信号。为了执行各种监视和控制功能，控制器可以包括用于监视与激光器操作相关的例如温度指示信号和/或来自诸如光电二极管的光探测器信号的各种参数的电路。控制器还可以检测其他参数，例如增益介质两端的电压。在一个实施例中，这种参数的感应与用于控制外腔激光器操作的各种控制信号的产生同步地进行。控制信号可以包括用于调整外腔通路长度和用于产生调制信号的信号。控制信号可以是可以由可编程逻辑器件生成的经脉宽调制的信号的形式。在一个实施例中，例如热敏电阻的与温度相关的电阻元件可以被用来提供表现激光器组合装置各种部件温度的信号。开关电路可以被用于将被选择的与温度相关电阻元件耦合到公共测量通路来检测与被选择的与温度相关电阻元件相关联的温度。而在另一个实施例中，用于产生调制输出信号的控制电路可以包括变压器，该变压器包括在推挽式结构中被耦合到放大器电路的初级线圈。可以提供激光器电流源，包括用于控制通过驱动晶体管供给激光器器件的电流水平的控制电路，以及在控制电路和驱动晶体管控制终端之间耦合的共栅极或共基极结构的晶体管。激光器控制器可以包括网络接口以允许激光器的远程控制。附图说明图1是示出可调谐外腔激光器各方面的结构图。图2A～图2C和图3A～图3C是示出与外腔激光器相关联的通带关系的示图。图4是示出激光器控制器的一个实施例各方面的功能框图。图5是示出调制信号相对于检测到的增益介质两端的电压调制的关系的示图。图6是示出激光器控制器的一个实施例各方面的硬件框图。图6A是示出用于进行波长锁定的算法的一个实施例的流程图。图7是示出激光器电流源的一个实施例的电路图。图8是示出模拟接口的一个实施例的电路图。图9是示出用于进行温度测量的方法的流程图。图10是示出用于产生调制信号的放大器电路的一个实施例的电路图。尽管本专利技术容许各种修改和替代形式，具体的实施例仍通过示图中示例的方式被示出，并在这里被详细描述。但是应当理解，示图和对其详细的描述并非是用来将本专利技术限定到所公开的具体的形式，相反，本专利技术将覆盖所有落入如所附权利要求所定义的本专利技术的精神和范围之内的修改、等同和替换。具体实施例方式这里所用的术语“外腔激光器”意思是包括任何激光器器件，其中至少一个外部反射元件被用来向增益介质中引入光反馈。“外部反射元件”意思是实际上并非增益介质的一部分或者与增益介质是一体的反射元件。图1示出可调谐外腔激光器装置10的一个实施例的各方面。装置10包括增益介质12和端或外部反射元件14。增益介质12可以包括具有涂覆有防反射(AR)涂层的后表面16和部分反射的前表面18的传统的Fabry-Perot二极管发射器晶片。前表面18和末端镜14定义了装置10的外腔。增益介质12从后表面16发射相干光束，透镜20使其平行以定义与外腔光轴共线的光路。增益介质12的后表面和前表面16、18也与外腔光轴准直。从末端镜14反射的光线沿光路22反馈到增益介质12中。传统输出耦合器光学器件(未示出)可以与前表面18相结合来将外腔激光器10的输出耦合到光纤(也未示出)中。外腔的传输特性可以通过监视增益介质12两端的电压来探测或估算。就这点来说，第一和第二电极24、26可以位置邻近并可操作地耦合到增益介质12。第一电极24通过导线28可操作地耦合到控制器48，在那里可以检测增益介质12两端的电压。第二电极26通过导线30接地。应指出，在各种其他实施例中，外腔的传输特性也可以通过监视被放置来接收与外腔激光器相关的一部分光线的一个或者多个光电二极管15(或者任何其他类型的光探测器)的输出来估算。例如，在一个实施例中，光电二极管可以被放置来检测通过部分反射末端镜14传播的光线。在另一个实施例中，光电二极管可以被放置来检测通过增益介质12的前表面18传播的光线。如所描述的，光电二极管可以被放置在其他特定位置来检测与外腔激光器相关的光线。误差信号可以从增益介质12两端测量的电压导出，以校正或者以别的方式调整与外腔相关联的传输特性。下面进一步提供有关该功能具体实现的细节。与外腔相关联的其他传输元件可以包括栅格生成器元件和信道选择器元件，在图1中分别示为放置在增益介质12和末端镜14之间的光路22中的栅格标准具34和楔形标准具36。栅格标准具34一般在楔形标准具36之前放置在光路22中。栅格标准具34作为干涉滤光器来操作，并且栅格标准具34的折射率和光学厚度引起在波长处的通信频带中的最小值的多重性，该波长与被选择的波长栅格的中心波长相符，所述栅格可以包括例如ITU(国际电信联盟)栅格。也可以选择其他波长栅格。栅格标准具34因而具有对应于ITU栅格或者其他被选择栅格的格线之间的间距的自由频谱范围(FSR)，并且栅格标准具34因而操作来提供集中在波长栅格的各格线上的多个通带。栅格标准具34具有在波长栅格的各信道之间抑制外腔激光器邻近模式的精细度(由半高全宽或FWHM划分的自由频谱范围)。栅格标准具34可以是固体、液体或气体分隔的平行板标准具，并且可以通过精确确定其表面之间光学厚度的尺寸来调谐，所述光学厚度是通过经过温度控制的热膨胀和收缩来精确确定的。栅格标准具34或者可以通过倾斜来变化表面38、40之间的光学厚度，或者通过对电光标准具材料应用电场来调节。各种其他栅格生成元件是本领域技术人员熟知的，并可以用来替代栅格标准具34。栅格标准具34可以使用温度控制器(TEC)66被热控制，以防止选定的栅格中的变化，该变化可能由于外腔激光器10操作过程中的热波动而产生。栅格标准具34或者可以在激光器操作过程中被主动调节。类似于栅格标准具34，楔形标准具36也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可调谐激光器的控制器，包括：用于产生控制信号以控制所述可调谐激光器的控制电路；和用于感应与所述可调谐激光器的操作相关联的属性的感应电路；其中，所述感应电路与通过所述控制电路的所述控制信号的产生同步地感应所述属 性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治D蓬蒂斯，道格拉斯A施普罗克，罗伯特卡尼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]