專利名稱：可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道可調(diào)激光器特性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。特別是涉及一種可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
可調(diào)激光器是光通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件之一，新一代光網(wǎng)絡(luò)中采用的先進(jìn)調(diào)制解調(diào)方式，尤其是相位調(diào)制相干解調(diào)方式對(duì)可調(diào)激光器的低相位噪聲特性即窄線寬特性有了更高的要求，為應(yīng)對(duì)這一發(fā)展趨勢，近年來，各種新的窄線寬可調(diào)激光器的方案正不斷涌現(xiàn)，有些已逐步進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域。眾多的技術(shù)方案當(dāng)中包括有半導(dǎo)體光柵選擇的串列集成方式，激光器陣列集成方式，微共振環(huán)方式和外腔半導(dǎo)體激光器方式等。盡管半導(dǎo)體集成技術(shù)有許多頗有吸引力的可調(diào)激光器方案，然而相對(duì)于半導(dǎo)體集成工藝技術(shù)的巨大設(shè)備投入，復(fù)雜工藝方法和低的成品率來說，相對(duì)成熟和簡單的外腔激光器技術(shù)還是被業(yè)界看好。實(shí)際上外腔激光器已有許多年研究和使用的紀(jì)錄，它以其優(yōu)異的窄線寬特性一直以來在相干光檢測技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。之前外腔激光器主要應(yīng)用于光傳感技術(shù)和光譜學(xué)等科學(xué)研究等領(lǐng)域，這些外腔激光器一般僅具有很有限的調(diào)節(jié)范圍，隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是受DWDM光通信系統(tǒng)應(yīng)用需求的巨大推動(dòng)，發(fā)展寬帶調(diào)諧外腔激光器已成為該領(lǐng)域的熱門，近來已有多種采用外腔結(jié)構(gòu)的寬帶可調(diào)激光器方案被提出并被實(shí)施。然而，外腔可調(diào)激光器也有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即容易受各種因素的影響發(fā)生跳模，從而導(dǎo)致激光特性的劣化，抑制跳模是外腔可調(diào)激光器實(shí)用化過程中一項(xiàng)必須解決的復(fù)雜的技術(shù)。針對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)的外腔可調(diào)激光器提出的抑制跳模的技術(shù)種類繁多，其實(shí)歸納起來仍然就是針對(duì)振幅或相位條件偏離的監(jiān)控和補(bǔ)償技術(shù)，因此外腔可調(diào)激光器的狀態(tài)監(jiān)控及在線調(diào)整是一項(xiàng)十分重要的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過取樣標(biāo)準(zhǔn)具監(jiān)測激光器主頻及其邊模功率來判斷激光器光譜質(zhì)量和通道穩(wěn)定性，從而進(jìn)行有效控制的外腔可調(diào)諧激光器狀態(tài)監(jiān)測，具體來說就是外腔可調(diào)諧激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)測的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，通過一個(gè)腔外的分光、濾波和光功率檢測裝置及激光器驅(qū)動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)激光光譜邊模抑制比適時(shí)監(jiān)測及通道穩(wěn)定性監(jiān)控，包括有外腔半導(dǎo)體激光器和腔外光譜質(zhì)量檢測系統(tǒng)兩部分，具體構(gòu)成是沿光路依次設(shè)置的反射光學(xué)部件、可調(diào)濾波器、固定柵格濾波器、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡、半導(dǎo)體光放大器、腔外準(zhǔn)直透鏡、光隔離器、第一分光鏡和輸出I禹合透鏡，以及將第一分光鏡分出的激光光束依次分離成強(qiáng)度相等的5束激光光的第二分光鏡、第三分光鏡、第四分光鏡、第五分光鏡和反射鏡，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在激光光束的傳輸路徑上的第一取樣、標(biāo)準(zhǔn)具、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具和第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具，分別用來對(duì)應(yīng)接收第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具和第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具分光輸出的第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器和第四光電探測器，以及接收反射鏡輸出的激光的第五光電探測器，還設(shè)置有控制器，所述的控制器接收外部控制命令，采集來自第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、第四光電探測器和第五光電探測器的信號(hào)并根據(jù)采樣配置要求進(jìn)行邊模抑制比計(jì)算和通道穩(wěn)定性分析，所述的控制器通過輸出接口連接所述的半導(dǎo)體光放大器和可調(diào)濾波器，用于及時(shí)刷新計(jì)算和分析結(jié)果并根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光放大器和可調(diào)濾波器。所述的固定柵格濾波器是法布里-泊羅標(biāo)準(zhǔn)具或者其它產(chǎn)生周期性柵格濾波通道的器件。所述的可調(diào)濾波器為一個(gè)通帶中心連續(xù)可調(diào)的可調(diào)波長選擇器。所述的第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第一光電探測器和第五光電探測器用于波長鎖定；所述 的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第二光電探測器、第三光電探測器和第四光電探測器用于激光光譜質(zhì)量檢測。所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第二樣標(biāo)準(zhǔn)具、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍是所述的固定柵格濾波器波長間隔的三倍。所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具和第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具的透射譜峰之間依次相差一個(gè)與所述固定柵格濾波器的自由光譜范圍大小相同的距離。所述的第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具與所述固定柵格濾波器具有相同的自由光譜范圍。一種用于可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，將所有波長通道編成3組，由短波到長波間插排序，每個(gè)波長通道組對(duì)應(yīng)第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具和第二光電探測器、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具和第三光電探測器以及第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具和第四光電探測器三組中的兩組，由于第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具的特殊自由光譜范圍配置，使與每個(gè)波長通道對(duì)應(yīng)的兩個(gè)光電探測器采樣值與工作通道的相鄰兩通道光功率相對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)適時(shí)監(jiān)控光譜的對(duì)稱性即邊模抑制比的目的。具體實(shí)現(xiàn)是首先，外腔可調(diào)諧激光器根據(jù)系統(tǒng)要求選擇一通道工作，即開啟特定波長激光輸出；根據(jù)第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具、第五光電探測器和第一光電探測器構(gòu)成的波長鎖定器的信息采集，計(jì)算分析給出通道輸出是否正常信息并實(shí)施閉環(huán)控制，確保激光器工作在正確的特定波長通道；外腔可調(diào)諧激光器開啟并穩(wěn)定在特定波長工作的同時(shí)，控制器根據(jù)特定波長通道信息給出采樣通道分組信息，鄰近通道光功率采集將針對(duì)性地屏蔽掉第二光電探測器、第三光電探測器和第四光電探測器中的某一個(gè)的輸出，并自動(dòng)將其中的另外兩個(gè)光功率檢測器的輸出標(biāo)示為左近鄰或右近鄰光功率檢采樣，啟動(dòng)計(jì)算分析，首先是通過計(jì)算左近鄰或右近鄰光功率相對(duì)于總輸出光功率的比，得到邊模抑制比的數(shù)值；另外通過計(jì)算左近鄰光功率相對(duì)于右近鄰光功率的比值，給出光譜對(duì)稱性數(shù)據(jù)，如果該比值超出一定的預(yù)設(shè)閾值，則提示光譜對(duì)稱性超標(biāo)，同時(shí)輸出對(duì)稱性方向信息，即究竟是左近鄰功率高還是右近鄰功率高；根據(jù)光譜對(duì)稱性超標(biāo)輸出結(jié)果，尤其是非對(duì)稱的方向信息，通過控制器啟動(dòng)激光腔內(nèi)的可調(diào)濾波器，微調(diào)可調(diào)濾波器并繼續(xù)通過上述的方法監(jiān)測光譜對(duì)稱性，直到滿意為止，實(shí)現(xiàn)一種閉環(huán)的光譜對(duì)稱性控制。本發(fā)明的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，提出了一種通過監(jiān)測激光信號(hào)邊模抑制比及光譜對(duì)稱性，適時(shí)校正外腔可調(diào)激光器驅(qū)動(dòng)及控制的方法，確保光譜信號(hào)質(zhì)量良好的同時(shí)，也避免了器件特性漂移可能引起的振幅條件偏離，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光特性。本發(fā)明通過采用一組特殊配置的F-P標(biāo)準(zhǔn)具及其相應(yīng)的光電接收和信號(hào)采集計(jì)算的光電系統(tǒng)，監(jiān)測外腔可調(diào)諧激光器鄰近通道激射狀態(tài)適時(shí)監(jiān)控激光外腔中可調(diào)濾波器中心波長的微小漂移，并通過反饋控制可調(diào)濾波器方法補(bǔ)償和消除這種漂移，確保激光器無跳模工作的穩(wěn)定性和信號(hào)質(zhì)量；通過對(duì)激光器信號(hào)的特殊濾波處理和光功率檢測，監(jiān)測激光信號(hào)邊模對(duì)稱性，尤其是相鄰?fù)ǖ赖墓夤β蚀笮?，從而分析信?hào)邊模抑制比和監(jiān)控相鄰?fù)ǖ兰ど錉顟B(tài)，并反饋調(diào)整實(shí)現(xiàn)適時(shí)特性優(yōu)化的目的。


圖I (a)是可調(diào)濾波器中心與周期濾波器某通帶中心對(duì)準(zhǔn)時(shí)的 通帶光譜示意圖；圖I (b)是可調(diào)濾波器中心發(fā)生向長波方向漂移時(shí)的通帶光譜示意圖；圖I (c)是可調(diào)濾波器中心發(fā)生向短波方向漂移時(shí)的通帶光譜示意圖；圖2是本發(fā)明的帶有腔外光譜質(zhì)量檢測系統(tǒng)的外腔可調(diào)諧激光器構(gòu)成示意3是本發(fā)明中控制器的構(gòu)成框圖；圖4是可調(diào)諧激光器各輸出通道與腔外光譜檢測系統(tǒng)中各個(gè)取樣標(biāo)準(zhǔn)具透射峰的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖；圖5是可調(diào)激光器通道波長鎖定及光譜質(zhì)量檢測的控制流程圖；圖中
a:邊模抑制比
I:半導(dǎo)體光放大器2:腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡
3固定柵格濾波器4:可調(diào)濾波器
5反射光學(xué)部分6:腔外準(zhǔn)直透鏡；
7光隔離器8:第一分光鏡
9:第二分光鏡10:第二分光鏡
11:第四分光鏡12:第五分光鏡
13:第六分光鏡14:輸出耦合透鏡
15:激光光束16:第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具
17:第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具18:第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具
19第兩取樣標(biāo)準(zhǔn)具20:第一光電探測器
21:第二光電探測器22:第二光電探測器
23:第四光電探測器24:第五光電探測器
25、26、27、28、29:激光光束 30:控制器
30-1:微控制器30-2:多路光功率信號(hào)采集電路
30-3:激光器驅(qū)動(dòng)電路30-4:輸入/輸出接口
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法做出詳細(xì)說明。外腔激光器具有許多諧振腔模，使之能夠單模工作方法是在腔中加入窄帶濾光器，而外腔可調(diào)諧激光器就是通過腔中的可調(diào)窄帶濾光器來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的。圖I給出了外腔可調(diào)諧激光器中可調(diào)濾波器件和周期柵格濾波器件的透射光譜及腔模位置示意圖，如圖ICa)中Al為周期柵格濾波器的透射譜，A2為可調(diào)濾波器的透射譜，A3、A4、A5為諧振腔模式。在圖I (a)中，當(dāng)A2與Al峰值對(duì)準(zhǔn)時(shí)，邊模A4和A5的損耗相當(dāng)，此時(shí)邊模抑制比最高，光譜如BI狀，構(gòu)成具有較高對(duì)稱圖形。而當(dāng)二 者峰值對(duì)準(zhǔn)位置發(fā)生偏移時(shí)，即A2發(fā)生漂移時(shí)，圖I (b)中A21相對(duì)A211向長波方向漂移，此時(shí)A41的損耗要大于A51，邊模抑制比減小，光譜如B2狀，成不對(duì)稱圖形，光譜質(zhì)量發(fā)生劣化；圖I (c)中A22相對(duì)A222向短波方向漂移，此時(shí)A52的損耗大于A42，此時(shí)邊模抑制比減小，光譜如B3狀成不對(duì)稱圖形，與圖I (b)情況相似。因此，通過單獨(dú)測得光譜B2中主峰右側(cè)的小峰和光譜B3中主峰左側(cè)的小峰的光功率，加上總光功率的定標(biāo)因素，就能一方面得到激光器的邊模抑制比，另一方面判斷可調(diào)濾波器的對(duì)稱性或漂移方向。如圖2所示，本發(fā)明的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，是通過一個(gè)腔外的分光、濾波和光功率檢測裝置及激光器驅(qū)動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)激光光譜邊模抑制比適時(shí)監(jiān)測及通道穩(wěn)定性監(jiān)控，包括有外腔半導(dǎo)體激光器和腔外光譜質(zhì)量檢測系統(tǒng)兩部分，具體構(gòu)成是沿光路依次設(shè)置的反射光學(xué)部分5、可調(diào)濾波器4、固定柵格濾波器3、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡2、半導(dǎo)體光放大器I、腔外準(zhǔn)直透鏡6、光隔離器7和第一棱鏡8,還設(shè)置有接收第一棱鏡8輸出光的輸出f禹合透鏡14,以及將第一分光鏡8分出的激光光束15依次分離成5束激光光25、26、27、28、29的第二分光鏡9、第三分光鏡10、第四分光鏡11、第五分光鏡12和第六分光鏡13，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在激光光束25、激光光束26、激光光束27和激光光束28的傳輸路徑上的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18和第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19，分別用來對(duì)應(yīng)接收第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18和第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19輸出光的第一光電探測器20、第二光電探測器21、第三光電探測器22和第四光電探測器23，以及接收第六分光鏡13輸出光的第五光電探測器24，還設(shè)置有控制器30，所述的控制器30的信號(hào)輸入端分別連接第一光電探測器20、第二光電探測器21、第三光電探測器22、第四光電探測器23和第五光電探測器24，所述的控制器30的信號(hào)輸出端連接所述的半導(dǎo)體光放大器I、可調(diào)濾波器4以及其它部件。所述的固定柵格濾波器3是法布里-泊羅標(biāo)準(zhǔn)具或者其它產(chǎn)生周期性柵格濾波通道的器件，對(duì)于用于密集波分復(fù)用Dense wavelength division multiplexing, DWDM系統(tǒng)的情況，該周期對(duì)應(yīng)ITU-T規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)DWDM間隔，如25GHz，50GHz，IOOGHz或200GHz。所述的第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19、第一光電探測器20和第五光電探測器24用于實(shí)現(xiàn)波長鎖定功能，用于提供當(dāng)前通道精度信息；所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18、第二光電探測器21、第三光電探測器22和第四光電探測器23用于激光光譜質(zhì)量檢測。如圖3所示，所述的控制器30包括微控制器(單片機(jī))，多路光功率信號(hào)采集電路，激光器驅(qū)動(dòng)電路(包括半導(dǎo)體光放大器I的驅(qū)動(dòng)和可調(diào)濾波器4的驅(qū)動(dòng))和輸入/輸出接口電路等。
如圖4所示，所述的第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19的自由光譜范圍與固定柵格濾波器3的波長間隔相同；第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17和第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18的自由光譜范圍是所述的固定柵格濾波器3波長間隔的三倍，且所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18依次相差一個(gè)固定柵格濾波器3的自由光譜間隔。如圖3所示，所述的控制器30包括微控制器30-1和分別與微控制器30_1相連接的激光器驅(qū)動(dòng)電路30-3、多路光功率信號(hào)采集電路30-2和輸入/輸出接口 30-4，所述的多路光功率信號(hào)采集電路30-2分別連接第一光電探測器20、第二光電探測器21、第三光電探測器22、第四光電探測器23和第五光電探測器24，所述的激光器驅(qū)動(dòng)電路30-3分別連接可調(diào)濾波器4和半導(dǎo)體光放大器I。在上述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)中，所述的半導(dǎo)體光放大器I、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡2、固定柵格濾波器3、可調(diào)濾波器4、反射光學(xué)部分5、腔外準(zhǔn)直透鏡6，光隔離器7，第一棱鏡8和輸出稱合透鏡14組成外腔半導(dǎo)體激光器,所述的第一分光棱鏡
8、第二棱鏡9、第三棱鏡10、第四棱鏡11、第五棱鏡12、第六棱鏡13、第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18、第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19、第一光電探測器20、第二光電探測器21、第三光電探測器22、第四光電探測器23和第五光電探測器24組成腔外光譜質(zhì)量檢測系統(tǒng)。在外腔半導(dǎo)體激光器中，當(dāng)可調(diào)濾波器4的透射峰選中(對(duì)準(zhǔn))某一柵格時(shí)即實(shí)現(xiàn)此通道的激光輸出，固定柵格濾波器3可以是標(biāo)準(zhǔn)具或者其他可以實(shí)現(xiàn)固定頻率間隔濾波的濾波器，而可調(diào)濾波器4是中心波長可移動(dòng)的可調(diào)波長選擇器，反射光學(xué)部分5可以是固定或者可以移動(dòng)的反射鏡；在腔外光譜質(zhì)量檢測系統(tǒng)中，第一分光棱鏡8、第二分光鏡9、第三分光鏡10、第四分光鏡11、第五分光鏡12、第六分光鏡13將激光器輸出激光取樣分配給各個(gè)檢測通道；取樣標(biāo)準(zhǔn)具19、第一光電探測器20和第五光電探測器24實(shí)現(xiàn)波長鎖定功能；取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、17、18和光電探測器21、22、23實(shí)現(xiàn)激光光譜質(zhì)量檢測功能。本發(fā)明的用于可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，是這樣實(shí)現(xiàn)的I、外腔可調(diào)諧激光器的光譜通常包含有鄰近通道的成分，并且光譜的邊模主要是左右兩個(gè)最近鄰?fù)ǖ赖墓夤β守暙I(xiàn)，采用特殊的光濾波器及其組合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)左、右兩近鄰?fù)ǖ赖墓夤β湿?dú)立檢測，從而可通過閾值比較和左、右相對(duì)比較的方法分析左右兩個(gè)近鄰?fù)ǖ赖墓夤β适欠癯瑯?biāo)和是否左右平衡，達(dá)到監(jiān)測信號(hào)邊模對(duì)稱性和光譜邊模抑制比的目的；2、取樣標(biāo)準(zhǔn)具是一種周期柵格濾波器件，其自由光譜范圍是所述外腔可調(diào)激光器固定柵格濾波器的三倍，當(dāng)可調(diào)諧激光器工作于某ITU-T通道時(shí)，這種光濾波器的通帶中僅有一個(gè)正好對(duì)準(zhǔn)該ITU-T通道的一個(gè)最近鄰?fù)ǖ?，要么右邊，要么左邊，通過配對(duì)使用的兩個(gè)這種特殊光濾波器分別提取出工作通道近鄰兩通道的光信號(hào)功率，并通過后面的光探測器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；3、針對(duì)不同ITU-T通道工作的具體情況，要分別檢測近鄰兩通道的光信號(hào)功率僅通過兩個(gè)配對(duì)使用的這種取樣標(biāo)準(zhǔn)具將無法勝任，可以通過采用三個(gè)分別錯(cuò)峰的這種取樣標(biāo)準(zhǔn)具，兩兩組合針對(duì)不同ITU-T通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部通道近鄰兩通道的光信號(hào)功率分別檢測和分析的目的；、
4、除了提供組合取樣標(biāo)準(zhǔn)具及其光探測器的信號(hào)分波外，還提供總輸出光功率和ITU-T工作通道內(nèi)光功率的檢測，以便監(jiān)測光功率穩(wěn)定性和提供參考標(biāo)準(zhǔn)，將工作通道左、右兩通道的光功率大小通過閾值(通道內(nèi)光功率)比較和左、右相對(duì)比較的方法，判斷兩個(gè)近鄰?fù)ǖ赖墓夤β适欠癯瑯?biāo)和是否左右平衡，兩個(gè)近鄰?fù)ǖ赖墓夤β食瑯?biāo)即表明邊模抑制比不合格，而左右不平衡則某種程度反映了外腔中可調(diào)光濾波器的中心發(fā)生漂移，可通過一種閉環(huán)方式微調(diào)可調(diào)光濾波器使之得到合理修正，確保信號(hào)質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)單獨(dú)檢測激光光譜右側(cè)和左側(cè)的邊模光功率并估算邊模抑制比的目的，首先作幾點(diǎn)假設(shè)，(I)激光光譜邊模主要由DWDM鄰近通道位置的光功率貢獻(xiàn)，(2)相對(duì)于最近鄰來說，次近鄰及更遠(yuǎn)的通道內(nèi)光功率可忽略不計(jì)，(3)可調(diào)濾波器的透射通帶光譜具有 理想對(duì)稱結(jié)構(gòu)，顯然在實(shí)際情況中以上三點(diǎn)是滿足的。圖4顯示了可調(diào)諧激光器各輸出通道與腔外光譜檢測系統(tǒng)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具光濾波器透射峰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，首先將可調(diào)激光器的輸出通道按間插形式分成a，0，S三個(gè)組，選擇腔外光譜檢測系統(tǒng)中第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19的頻率間隔和透射峰中心位置均與激光器通道間隔和中心波長一致，而第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17和第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18的頻率間隔三倍于激光器的通道間隔，其透射峰則分別與前面提到的a，P和S三組輸出通道中心波長相對(duì)應(yīng)；由圖示可見，當(dāng)激光器輸出為特定波長時(shí)，比如以屬于a組內(nèi)某特定波長為例，此時(shí)第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19及第一光電探測器20和第五光電探測器24構(gòu)成一個(gè)波長鎖定器，需要強(qiáng)調(diào)的是第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19光譜通帶的上升沿或下降沿對(duì)準(zhǔn)工作通道中心波長方可實(shí)現(xiàn)波長跟蹤鎖定功能，同時(shí)第一光電探測器20也給出總輸出光功率參考標(biāo)準(zhǔn)；此時(shí)通過第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18可輸出工作通道右側(cè)最近鄰?fù)ǖ捞幍墓夤β?，而通過第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17可輸出工作通道左側(cè)最近鄰?fù)ǖ捞幍墓夤β剩?dāng)然這都是在忽略其它次近鄰?fù)ǖ镭暙I(xiàn)的前提下才成立；由于周期性的原因，a組內(nèi)所有波長通道均如此，因此第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18及其后面的第三光電探測器22和第四光電探測器23構(gòu)成了針對(duì)a組工作通道的左、右最近鄰?fù)ǖ拦夤β蕶z測功能部分。以此類推，對(duì)于P和5兩組的情況，基于第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具19及第一光電探測器20和第五光電探測器24構(gòu)成的波長鎖定和總輸出功率參考的功能與a組相同，其中@組工作通道的左、右最近鄰?fù)ǖ拦夤β蕶z測功能部分由第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18、第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16及其后面的第四光電探測器23、第二光電探測器21構(gòu)成，而5組工作通道的左、右最近鄰?fù)ǖ拦夤β蕶z測功能部分由第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17及其后面的第二光電探測器21、第三光電探測器22構(gòu)成。具體的工作中，激光控制器通過工作通道信息確認(rèn)當(dāng)前通道屬于a，0和S三組中的哪一組，然后決定在計(jì)算邊模抑制比時(shí)采集哪些光功率檢測器的輸出信息。如圖4所示，本發(fā)明的用于可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，將所有波長通道編成3組，由短波到長波間插排序，每個(gè)波長通道組對(duì)應(yīng)第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16和第二光電探測器21、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17和第三光電探測器22以及第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18和第四光電探測器23三組中的兩組，由于第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具17和第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具18的特殊自由光譜范圍配置，使每個(gè)波長通道對(duì)應(yīng)的兩個(gè)光電探測器采樣值與工作通道的相鄰兩通道光功率相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)監(jiān)控光譜的對(duì)稱性即邊模抑制比的目的；同時(shí)，由于能夠適時(shí)監(jiān)測相鄰兩通道光功率變化情況，對(duì)于因種種因素導(dǎo)致的外腔激光器內(nèi)部可調(diào)濾光器的中心偏移，從而導(dǎo)致相鄰?fù)ǖ拦夤β试黾右材芷鸬奖O(jiān)測作用，實(shí)現(xiàn)適時(shí)的通道穩(wěn)定性監(jiān)測；外腔可調(diào)激光器控制器根據(jù)適時(shí)通道穩(wěn)定性監(jiān)測結(jié)果，必要時(shí)調(diào)整激光器腔內(nèi)的可調(diào)濾波器，使通道始終穩(wěn)定在滿意的狀態(tài)。如圖5所示，本發(fā)明的用于可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，具體實(shí)現(xiàn)是首先，外腔可調(diào)諧激光器根據(jù)系統(tǒng)要求選擇一通道工作，即開啟特定波長激光輸出；由第四一取樣標(biāo)準(zhǔn)具196、光功率檢測器第一光電探測器20和第五光電探測器24構(gòu)成的波長鎖定器的信息采集和計(jì)算分析給出通道輸出是否正常信息，通常這種方法是鎖定光譜峰值在期望范圍；外腔可調(diào)諧激光器開啟特定波長的同時(shí)控制器30即給出工作通道分組信息，鄰近通道光功率采集將針對(duì)性地屏蔽掉第二光電探測器21、第三光電探測器22和第四光電探測器23中的某一個(gè)的輸出(針對(duì)工作通道的那一個(gè))，并自動(dòng)將其中的另外兩個(gè)光功率檢測器第一光電探測器20和第五光電探測器24的輸出標(biāo)示為左近鄰或右近鄰光功率檢測量；當(dāng)由第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具16、光功率檢測器第一光電探測器20和第五光電探測器24構(gòu)成的波長鎖定器的工作達(dá)到平穩(wěn)(波長中心滿足要求)后，啟動(dòng)計(jì)算分析，首先，一是通過計(jì)算左近鄰或右近鄰光功率相對(duì)于總輸出光功率的比，得到邊模抑制比的數(shù)值；另外通過計(jì)算左近鄰光功率相對(duì)于右近鄰光功率的比值，給出光譜對(duì)稱性數(shù)據(jù)，如果該比值超出一定的預(yù)設(shè)閾值，則提示光譜對(duì)稱性超標(biāo)，同時(shí)輸出對(duì)稱性方向信息，即究竟是左近鄰功率高還是右近鄰功率高；根據(jù)光譜對(duì)稱性超標(biāo)輸出結(jié)果，尤其是非對(duì)稱的方向信息，通過控制器調(diào)整啟動(dòng)激光腔內(nèi)的通道切換可調(diào)濾波器，進(jìn)行微調(diào)可調(diào)濾波器并監(jiān)測光譜對(duì)稱性的操作，直到滿意為止，實(shí)現(xiàn)一種閉環(huán)的光譜對(duì)稱性控制。權(quán)利要求
1.一種可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，通過一個(gè)腔外的分光、濾波和光功率檢測裝置及激光器驅(qū)動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)激光光譜邊模抑制比適時(shí)監(jiān)測及通道穩(wěn)定性監(jiān)控，包括有外腔半導(dǎo)體激光器和腔外光譜質(zhì)量檢測系統(tǒng)兩部分，具體構(gòu)成是沿光路依次設(shè)置的反射光學(xué)部件(5)、可調(diào)濾波器(4)、固定柵格濾波器(3)、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡(2)、半導(dǎo)體光放大器(I)、腔外準(zhǔn)直透鏡(6)、光隔離器(7)、第一分光鏡(8)和輸出率禹合透鏡(14)，以及將第一分光鏡(8)分出的激光光束(15)依次分離成強(qiáng)度相等的5束激光光(25、26、27、28、29)的第二分光鏡(9)、第三分光鏡(10)、第四分光鏡(11)、第五分光鏡(12)和反射鏡(13),分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在激光光束(25、26、27、28)的傳輸路徑上的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18)和第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具(19)，分別用來對(duì)應(yīng)接收第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18)和第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具(19)分光輸出的第一光電探測器(20)、第二光電探測器(21)、第三光電探測器(22)和第四光電探測器(23)，以及接收反射鏡(13)輸出的激光的第五光電探測器(24)，還設(shè)置有控制器(30)，所述的控制器(30)接收外部控制命令，采集來自第一光電探測器(20)、第二光電探測器(21)、第三光電探測器(22)、第四光電探測器(23)和第五光電探測器(24)的信號(hào)并根據(jù)采樣配置要求進(jìn)行邊模抑制比計(jì)算和通道穩(wěn)定性分析，所述的控制器(30)通過輸出接口連接所述的半導(dǎo)體光放大器(I)和可調(diào)濾波器(4)，用于及時(shí)刷新計(jì)算和分析結(jié)果并根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光放大器(I)和可調(diào)濾波器(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的固定柵格濾波器(3)是法布里-泊羅標(biāo)準(zhǔn)具或者其它產(chǎn)生周期性柵格濾波通道的器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的可調(diào)濾波器(4)為一個(gè)通帶中心連續(xù)可調(diào)的可調(diào)波長選擇器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具(19)、第一光電探測器(20)和第五光電探測器(24)用于波長鎖定；所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18)、第二光電探測器(21)、第三光電探測器(22)和第四光電探測器(23)用于激光光譜質(zhì)量檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)、第二樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18)的自由光譜范圍是所述的固定柵格濾波器(3)波長間隔的三倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)和第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18)的透射譜峰之間依次相差一個(gè)與所述固定柵格濾波器(3)的自由光譜范圍大小相同的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具(19)與所述固定柵格濾波器(3)具有相同的自由光譜范圍。
8.一種用于權(quán)利要求I所述的可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，將所有波長通道編成3組，由短波到長波間插排序，每個(gè)波長通道組對(duì)應(yīng)第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)和第二光電探測器(21 )、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)和第三光電探測器(22 )以及第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18 )和第四光電探測器(23 )三組中的兩組，由于第一取樣標(biāo)準(zhǔn)具(16)、第二取樣標(biāo)準(zhǔn)具(17)、第三取樣標(biāo)準(zhǔn)具(18)的特殊自由光譜范圍配置，使與每個(gè)波長通道對(duì)應(yīng)的兩個(gè)光電探測器采樣值與工作通道的相鄰兩通道光功率相對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)適時(shí)監(jiān)控光譜的對(duì)稱性即邊模抑制比的目的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，具體實(shí)現(xiàn)是首先，外腔可調(diào)諧激光器根據(jù)系統(tǒng)要求選擇一通道工作，即開啟特定波長激光輸出；根據(jù)第四取樣標(biāo)準(zhǔn)具(19)、第五光電探測器(24)和第一光電探測器(20)構(gòu)成的波長鎖定器的信息采集，計(jì)算分析給出通道輸出是否正常信息并實(shí)施閉環(huán)控制，確保激光器工作在正確的特定波長通道；外腔可調(diào)諧激光器開啟并穩(wěn)定在特定波長工作的同時(shí)，控制器(30 )根據(jù)特定波長通道信息給出采樣通道分組信息，鄰近通道光功率采集將針對(duì)性地屏蔽掉第二光電探測器(21)、第三光電探測器(22)和第四光電探測器(23)中的某一個(gè)的輸出，并自動(dòng)將其中的另外兩個(gè)光功率檢測器的輸出標(biāo)示為左近鄰或右近鄰光功率檢采樣，啟動(dòng)計(jì)算分析，首先是通過計(jì)算左近鄰或右近鄰光功率相對(duì)于總輸出光功率的比，得到邊模抑制比的數(shù)值；另外通過計(jì)算左近鄰光功率相對(duì)于右近鄰光功率的比值，給出光譜對(duì)稱性數(shù)據(jù)，如果該比值超出一定的預(yù)設(shè)閾值，則提示光譜對(duì)稱性超標(biāo)，同時(shí)輸出對(duì)稱性方向信息，即究竟是左近鄰功率高還是右近鄰功率高；根據(jù)光譜對(duì)稱性超標(biāo)輸出結(jié)果，尤其是非對(duì)稱的方向信息，通過控制器啟動(dòng)激光腔內(nèi)的可調(diào)濾波器，微調(diào)可調(diào)濾波器并繼續(xù)通過上述的方法監(jiān)測光譜對(duì)稱性，直到滿意為止，實(shí)現(xiàn)一種閉環(huán)的光譜對(duì)稱性控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)激光器邊模抑制比及通道穩(wěn)定性監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，涉及到通過取樣標(biāo)準(zhǔn)具監(jiān)測激光器主頻及其邊模功率來判斷激光器光譜質(zhì)量和通道穩(wěn)定性，從而進(jìn)行有效控制的裝置和方法。本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)主要有由增益介質(zhì)、耦合光學(xué)部分、固定柵格濾波器、可調(diào)濾波器和反射光學(xué)部分共同構(gòu)成的可調(diào)諧激光器，光束準(zhǔn)直透鏡，光隔離器，光分束器組件，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具，光探測器，耦合輸出透鏡以及控制器等部分構(gòu)成；通過激光腔外的多濾波器和光電檢測結(jié)構(gòu)實(shí)施波長鎖定，評(píng)估光譜質(zhì)量，適時(shí)調(diào)整和控制可調(diào)濾波器，使激射波長始終穩(wěn)定在要求的通道，并實(shí)現(xiàn)足夠好的光譜質(zhì)量。適合用于激光器工作中的在線光譜質(zhì)量監(jiān)測及腔內(nèi)通道切換濾波器可能的漂移校正。
文檔編號(hào)H01S5/042GK102751656SQ201210251009
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者傅焰峰, 唐毅, 張玓, 胡強(qiáng)高, 胡勝磊, 錢坤 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司