误差信号生成系统技术方案

一种误差信号生成系统和方法，用于连续准确地定位与相干光源（１２）联合使用的可调单元（２６）。可调单元（２６）位于具有固定频率或波长的相干光束（２２）中，并且检测器（５６）相对于光束（２２）和可调单元（２６）进行定位，检测器（５６）能够生成一种误差信号，用于表示与可调单元（２６）在光束（２２）中的定位有关的空间损失。调整组件（３６）在操作时连接到可调单元（２６）和检测器（５６），并被配置为根据检测器（５６）生成的误差信号定位可调单元（２６）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及可用于在光学系统中对光学元件进行位置控制的误差信号生成以及伺服系统。更具体地说，本专利技术涉及相对于相干光束对可调单元进行持续准确地位置控制的误差信号生成系统。
技术介绍
描述光纤电信不断地要求增长的带宽。带宽扩展的一种方式已经通过波分多路复用(WDM)实现，其中多个独立的数据流同时存在于单根光纤中，而对各个数据流的调制发生在不同的信道上。将各数据流调制到以特定信道波长工作的相应半导体激光发射器的输出光束上，并将调制后的半导体激光器输出组合到单个光纤中，以便在其各自的信道中传输。国际电信联盟(ITU)目前要求的信道间距大约为0.4毫微米，或者大约50GHz。这种信道间距允许在光纤和光纤放大器目前可用的带宽范围内单个光纤承载多达128个信道。光纤技术的改进加上不断增长的对更大带宽的需求将很可能在将来导致更小的信道间距。WDM系统所用的激光发射器一般基于以与反馈控制回路有关的参考标准具一起工作的分布式反馈(DFB)激光器，其中参考标准具确定ITU波长栅格。与制造各DFB激光器有关的统计变化导致信道中心波长在波长栅格上的分布，因此各个DFB发射器只可用于单个信道或少量的相邻信道。已开发了连续可调的外腔激光器来克服此问题。趋于更小信道间距以及激光发射器中信道选择性的出现产生了这样的需要对与激光发射器有关的可调单元的定位更精确并对其进行控制。由于可调单元配置为用于更窄的信道间距，因此降低元件容差以及热波动日益重要。可调单元的非最佳定位导致空间损失以及降低的发射器输出功率。专利技术概述本专利技术涉及误差信号生成系统以及用于持续准确地调整与相干光束关联使用的可调单元的方法。在其最一般的形式下，本专利技术包括具有固定频率或波长的相干光束、定位在光束中的可调单元、以及检测器，该检测器相对于光束和可调单元进行定位，它能够生成一种误差信号，用于表示与所述单元和光束的关系有关的特性或属性。本专利技术还可包括调整组件，它在操作时连接到可调单元和检测器，并被配置为根据检测器生成的误差信号调整可调单元。可调单元确定与相干光束有关的至少一种特性或属性，该特性和属性可以根据从检测器得到的误差信号进行调整。例如，可调单元可以形成相干光束的相长干涉条纹，其中对可调单元非最佳的调整导致相长干涉条纹没有相对于光束居中，由此在光束通过可调单元传播或从可调单元反射时导致光束的空间损失。配置检测器以检测这样的空间损失并产生相应的误差信号，该误差信号可用于重新使相长干涉条纹定位在相干光束的中央。在某些实施例中，检测器是分光检测器，且对可调单元非最佳的调整以致相长干涉条纹没有位于光束的中间将导致分光检测器的两半部分检测到不等的光强量。检测器两半的电压输出被用于生成误差信号，该误差信号对应于或者表示分光检测器的两半接收到的光强度。检测器生成的误差信号被用于调整可调单元，其方法为由调整组件调整可调单元的某个属性，使得可调单元所形成的相长干涉条纹保持在相干光束的中央。在其它实施例中，检测器可包括各种类型的多部件检测器，或者包括横向效应检测器。在一个实施例中，可调单元包括锥形或″楔形″标准具，可为在相邻基板的反射表面之间气隙的形式，其中基板为具有楔形反射表面的单一固体基板，或者为楔形薄膜干涉滤波器。楔形标准具形成相干光束波长的相长干涉条纹。调整组件可包括机械、电子、压电等系统，它们被配置为相对于光束驱动或平移楔形标准具，或者应用电压、磁场、机械应力或其它效应来改变楔形标准具的特性。调整组件可包括例如步进电动机，该步进电动机被配置为平移楔形标准具，以便相对于光束的中心移动相长干涉条纹。本专利技术的可调单元可备选地包括实施在微电子机械系统(MEMS)器件中的气隙标准具，其中由微电机加工的平行反射硅表面形成气隙标准具。该实施例中的调整组件可包括例如与气隙的反射表面相关的电极。根据施加到电极上改变气隙的光学距离的电压定位一个或两个反射表面，由此控制气隙标准具的光学厚度。一个或多个电极在操作时连接到分光检测器，而施加到电极上用于控制气隙间距的电位随分光检测器得到的误差信号而变。在本专利技术的另一实施例中，可调单元包括电光器件，该电光器件具有可根据所施加的电场、磁场、经气体压力或其它源施加的机械应力、热效应或非线性光学效应调整的有效光学距离或光学厚度。电光器件可包括例如由诸如液晶材料的电光材料制成的基板，其中基板的折射率可以通过向基板施加适当的电压而改变。这种情况下，调整组件包括与电光材料基板有关的电极，适当地定位该电极以控制标准具电光基板材料的折射率。在另一实施例中，可调单元可包括由可经与反射表面有关的压电材料移动的反射表面形成的气隙标准具，其中可通过向压电材料施加适当的电压来改变气隙间距。可调单元可包括气隙标准具，其中反射表面可通过温度控制移动，并利用热膨胀和热收缩对与反射表面相关联的衬垫加热以及冷却来进行调整。在本专利技术的另一实施例中，可调单元包括位于相干光束中的光栅等回射部件。本实施例中的相长干涉条纹由光栅间距以及光栅和光束之间的角度关系确定。调整组件包括机械、电子、压电等系统，它们被配置为根据检测器产生的误差信号，相对于光束旋转或控制光栅的角度。检测器可配置为检测通过光栅的光或者光栅反射的光。光栅可以为啁啾光栅并配置为由分光检测器进行近场检测。光栅可以为非啁啾光栅并且检测器被定位为远场检测，其中设置适当的校准光学部件以将来自光栅的光引导到分光检测器。在利特罗(Littrow)或Litman-Metcalf配置、或其它配置中，光栅可位于外腔激光器中。本专利技术的误差信号生成系统可实施在外腔激光器设备中，其中可调单元位于外腔中或者与其相关联，它可定位为提供所选的发送信道波长。外腔激光器包括沿光路发射相干光束的增益媒质，以及位于光路中的端面镜。端面镜和增益媒质的后反射面形成外部激光空腔。增益媒质可包括发射芯片，它沿光路发射相干光束，其中可调单元位于该空腔中以及光路中。检测器可位于端面镜之后的光路中。调整组件在操作时连接到可调单元和检测器。在外腔激光器中包括栅格发生单元，用于波长锁定，它位于增益媒质和端面镜之间的光路中。栅格发生单元可包括例如栅格标准具，它具有对应于诸如ITU波长栅格的所选波长栅格的格线之间间距的自由频谱范围。在一个实施例中，可调单元可包括楔形标准具，它位于增益媒质和端面镜之间外腔激光器内的光路中，这样栅格标准具位于增益媒质和楔形标准具之间，并且楔形标准具位于栅格标准具和端面镜之间，其中光束沿该光路传播通过栅格标准具和楔形标准具。通过调整可调单元和/或端面镜的位置根据栅格标准具形成的栅格选择传输波长信道。通过驱动楔形到所选或适当的位置执行对楔形标准具的定位而进行信道选择，其中楔形标准具的光学厚度对应于所选信道的半波长的整数倍。楔形标准具作为干涉滤波器，其中如上所述，标准具的楔形形状确定相长干涉条纹。为避免光束通过楔形标准具的空间损失，楔形标准具形成的相长干涉条纹必须位于光束形成的光路的中央。接收通过楔形标准具的光束的检测器被配置为生成或提供表示光束中相长干涉条纹的位置差的误差信号，进而表示与相长干涉条纹的位置有关的光束的任何空间损失。检测器可以是分光检测器或其它多部件检测器、横向效应检测和其它类型的检测器。当相长干涉条纹位于光路的中央时，分光检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种误差信号生成系统，包括：（ａ）相干光束；（ｂ）位于所述相干光束中的可调单元；以及（ｃ）位于所述相干光束中的检测器，配置为生成误差信号，所述误差信号表示与所述相干光束中所述可调单元相关的特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AJ戴伯，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]