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)中采用的先進調(diào)制解調(diào)方式，尤其是相位調(diào)制相干解調(diào)方式對可調(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)，有些已逐步進入實用領(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，相對成熟和簡單的外腔激光器技術(shù)還是被業(yè)界看好。實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，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施。然而，外腔可調(diào)激光器也有一個明顯的缺點，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)激光器實用化過程中一項必須解決的復(fù)雜的技術(shù)。針對各種不同結(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，其實歸納起來仍然就是針對振幅或相位條件偏離的監(jiān)控和補償技術(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)，通過一個腔外的分光、濾波和光功率檢測裝置及激光器驅(qū)動控制裝置，實現(xiàn)激光光譜邊模抑制比適時監(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并根據(jù)采樣配置要求進行邊模抑制比計算和通道穩(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，用于及時刷新計算和分析結(jié)果并根據(jù)需要驅(qū)動半導(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，每個波長通道組對應(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，使與每個波長通道對應(yīng)的兩個光電探測器采樣值與工作通道的相鄰兩通道光功率相對應(yīng)，從而實現(xiàn)適時監(jiān)控光譜的對稱性即邊模抑制比的目的。具體實現(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，計算分析給出通道輸出是否正常信息并實施閉環(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，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的輸出，并自動將其中的另外兩個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，啟動計算分析，首先是通過計算左近鄰或右近鄰光功率相對于總輸出光功率的比，得到邊模抑制比的數(shù)值；另外通過計算左近鄰光功率相對于右近鄰光功率的比值，給出光譜對稱性數(shù)據(jù)，如果該比值超出一定的預(yù)設(shè)閾值，則提示光譜對稱性超標(biāo)，同時輸出對稱性方向信息，即究竟是左近鄰功率高還是右近鄰功率高；根據(jù)光譜對稱性超標(biāo)輸出結(jié)果，尤其是非對稱的方向信息，通過控制器啟動激光腔內(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)測光譜對稱性，直到滿意為止，實現(xiàn)一種閉環(huán)的光譜對稱性控制。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)測激光信號邊模抑制比及光譜對稱性，適時校正外腔可調(diào)激光器驅(qū)動及控制的方法，確保光譜信號質(zhì)量良好的同時，也避免了器件特性漂移可能引起的振幅條件偏離，實現(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)的光電接收和信號采集計算的光電系統(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)定性和信號質(zhì)量；通過對激光器信號的特殊濾波處理和光功率檢測，監(jiān)測激光信號邊模對稱性，尤其是相鄰?fù)ǖ赖墓夤β蚀笮?，從而分析信號邊模抑制比和監(jiān)控相鄰?fù)ǖ兰ど錉顟B(tài)，并反饋調(diào)整實現(xiàn)適時特性優(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準(zhǔn)時的 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)中各個取樣標(biāo)準(zhǔn)具透射峰的對應(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:多路光功率信號采集電路
30-3:激光器驅(qū)動電路30-4:輸入/輸出接口
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(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峰值對準(zhǔn)時，邊模A4和A5的損耗相當(dāng)，此時邊模抑制比最高，光譜如BI狀，構(gòu)成具有較高對稱圖形。而當(dāng)二 者峰值對準(zhǔn)位置發(fā)生偏移時，即A2發(fā)生漂移時，圖I (b)中A21相對A211向長波方向漂移，此時A41的損耗要大于A51，邊模抑制比減小，光譜如B2狀，成不對稱圖形，光譜質(zhì)量發(fā)生劣化；圖I (c)中A22相對A222向短波方向漂移，此時A52的損耗大于A42，此時邊模抑制比減小，光譜如B3狀成不對稱圖形，與圖I (b)情況相似。因此，通過單獨測得光譜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)，是通過一個腔外的分光、濾波和光功率檢測裝置及激光器驅(qū)動控制裝置，實現(xiàn)激光光譜邊模抑制比適時監(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)，多路光功率信號采集電路，激光器驅(qū)動電路(包括半導(dǎo)體光放大器I的驅(qū)動和可調(diào)濾波器4的驅(qū)動)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)動電路30-3、多路光功率信號采集電路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(對準(zhǔn))某一柵格時即實現(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最近鄰?fù)ǖ赖墓夤β守暙I，采用特殊的光濾波器及其組合運用，實現(xiàn)對左、右兩近鄰?fù)ǖ赖墓夤β湿毩z測，從而可通過閾值比較和左、右相對比較的方法分析左右兩個近鄰?fù)ǖ赖墓夤β适欠癯瑯?biāo)和是否左右平衡，達到監(jiān)測信號邊模對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，這種光濾波器的通帶中僅有一個正好對準(zhǔn)該ITU-T通道的一個最近鄰?fù)ǖ溃从疫?，要么左邊，通過配對使用的兩個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功率，并通過后面的光探測器轉(zhuǎn)換為電信號；3、針對不同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功率僅通過兩個配對使用的這種取樣標(biāo)準(zhǔn)具將無法勝任，可以通過采用三個分別錯峰的這種取樣標(biāo)準(zhǔn)具，兩兩組合針對不同ITU-T通道，實現(xiàn)對全部通道近鄰兩通道的光信號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、右相對比較的方法，判斷兩個近鄰?fù)ǖ赖墓夤β适欠癯瑯?biāo)和是否左右平衡，兩個近鄰?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，確保信號質(zhì)量。為了實現(xiàn)單獨檢測激光光譜右側(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，(2)相對于最近鄰來說，次近鄰及更遠(yuǎn)的通道內(nèi)光功率可忽略不計，(3)可調(diào)濾波器的透射通帶光譜具有 理想對稱結(jié)構(gòu)，顯然在實際情況中以上三點是滿足的。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)各個標(biāo)準(zhǔn)具光濾波器透射峰的對應(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應(yīng)；由圖示可見，當(dāng)激光器輸出為特定波長時，比如以屬于a組內(nèi)某特定波長為例，此時第四取樣標(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)成一個波長鎖定器，需要強調(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準(zhǔn)工作通道中心波長方可實現(xiàn)波長跟蹤鎖定功能，同時第一光電探測器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剩ㄟ^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?，?dāng)然這都是在忽略其它次近鄰?fù)ǖ镭暙I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，然后決定在計算邊模抑制比時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，每個波長通道組對應(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，使每個波長通道對應(yīng)的兩個光電探測器采樣值與工作通道的相鄰兩通道光功率相對應(yīng)，實現(xiàn)適時監(jiān)控光譜的對稱性即邊模抑制比的目的；同時，由于能夠適時監(jiān)測相鄰兩通道光功率變化情況，對于因種種因素導(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，實現(xiàn)適時的通道穩(wěn)定性監(jiān)測；外腔可調(diào)激光器控制器根據(jù)適時通道穩(wěn)定性監(jiān)測結(jié)果，必要時調(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中的某一個的輸出(針對工作通道的那一個)，并自動將其中的另外兩個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到平穩(wěn)(波長中心滿足要求)后，啟動計算分析，首先，一是通過計算左近鄰或右近鄰光功率相對于總輸出光功率的比，得到邊模抑制比的數(shù)值；另外通過計算左近鄰光功率相對于右近鄰光功率的比值，給出光譜對稱性數(shù)據(jù)，如果該比值超出一定的預(yù)設(shè)閾值，則提示光譜對稱性超標(biāo)，同時輸出對稱性方向信息，即究竟是左近鄰功率高還是右近鄰功率高；根據(jù)光譜對稱性超標(biāo)輸出結(jié)果，尤其是非對稱的方向信息，通過控制器調(diào)整啟動激光腔內(nèi)的通道切換可調(diào)濾波器，進行微調(diào)可調(diào)濾波器并監(jiān)測光譜對稱性的操作，直到滿意為止，實現(xiàn)一種閉環(huán)的光譜對稱性控制。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，通過一個腔外的分光、濾波和光功率檢測裝置及激光器驅(qū)動控制裝置，實現(xiàn)激光光譜邊模抑制比適時監(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)的信號并根據(jù)采樣配置要求進行邊模抑制比計算和通道穩(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)，用于及時刷新計算和分析結(jié)果并根據(jù)需要驅(qū)動半導(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，每個波長通道組對應(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，使與每個波長通道對應(yīng)的兩個光電探測器采樣值與工作通道的相鄰兩通道光功率相對應(yīng)，從而實現(xiàn)適時監(jiān)控光譜的對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，計算分析給出通道輸出是否正常信息并實施閉環(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，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)中的某一個的輸出，并自動將其中的另外兩個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，啟動計算分析，首先是通過計算左近鄰或右近鄰光功率相對于總輸出光功率的比，得到邊模抑制比的數(shù)值；另外通過計算左近鄰光功率相對于右近鄰光功率的比值，給出光譜對稱性數(shù)據(jù)，如果該比值超出一定的預(yù)設(shè)閾值，則提示光譜對稱性超標(biāo)，同時輸出對稱性方向信息，即究竟是左近鄰功率高還是右近鄰功率高；根據(jù)光譜對稱性超標(biāo)輸出結(jié)果，尤其是非對稱的方向信息，通過控制器啟動激光腔內(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)測光譜對稱性，直到滿意為止，實現(xiàn)一種閉環(huán)的光譜對稱性控制。
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)實施波長鎖定，評估光譜質(zhì)量，適時調(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H01S5/042GK102751656SQ201210251009
公開日2012年10月24日 申請日期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, 胡強高, 胡勝磊, 錢坤 申請人:武漢光迅科技股份有限公司