[发明专利]扫描激光的实时波长校准

说明书

发明背景

本发明与扫描激光有关，尤其是对扫描激光器的实时波长校准，可达到微微米的精度。

光子网络的复杂性正在迅速增长，更多的元件得到商业上的应用。其中很多元件是有源的，如分布反馈(DFB)激光及饵掺杂光纤放大器(EDFAs)。另一些元件是无源的，如多路调制解调器及光纤布喇格光栅(FBGs)。这些无源元件的最令人感兴趣的特性是它们的光谱传送与/或反射。

对无源元件光谱特性的测量在工业上有两种不同的技术。一种是用宽带(光谱光)源去照射元件的输入端，而用光谱分析仪(OSA)去测量传送或反射光的光谱含量。另一种技术是用可调激光作为无源元件的输入。在其输出端则设一个宽带的检测器，例如功率表。当波长表测量激光波长的变化时，功率表纪录强度的差异。这样，元件的传送与反射的相关波长就得以测量。

在这两种技术中，可调激光提供了最好的光谱分辨力及动态范围。因此，可调激光的方法被广泛的认为是最容易获得成功的方法。然而问题仍然存在。一个最重要的问题是如何实现快速而准确地波长校准。这种测试的最通常的配置是将可调激光与一个基于迈克耳孙干涉仪的标准波长仪组合在一起。在这种情况下，激光增加其波长再停止，功率表读取光的能量而波长表测量波长，过程反复进行。

在这种情况下，最主要的问题是用波长仪测量波长所需要的时间。一个典型的迈克耳孙干涉仪要做出准确地波长测量，需要成千的条纹。扫描这些条纹需要大于50毫秒的时间。波长仪必须取得这些条纹的快速傅里哀变换(FFT)并计算波长一这一过程还需要50毫秒。例如在此例中，测可调激光的波长大约需要0.1秒。

如果在2毫微米(2000微微米)的范围内测试无源元件的光谱特性而且波长分度为2微微米步进，激光被步进1000次，每一步进需0.1秒来完成波长校准。全部测试时间大约为100秒或1.67分钟。如果用1微微米的分辨率来扫描，则时间要加倍，如果扫描范围扩大到20毫微米则时间要增为10倍。100毫微米范围的扫描需要2.78小时！测试成百上千个这样的无源元件，在测试站中成了一个瓶颈现象，影响了生产率。从使用周期开始时校准激光之后到再次校准之前，激光是在没有波长仪的情况下扫描的。其结果不如在每次扫描前都校准时准确。但是这是一个在校准所需要的时间与结果所期望的精度之间的折衷办法。

因此需要一个高度精确的快速的扫描激光波长的测量方法。

发明概述

本发明提供了扫描激光近于实时的波长校准；从扫描输出中导出一个与波长周期相关的电信号，并且在所定义的波长范围之内用已知的吸收线来校准它。校准扫描激光的一种方法是将扫描激光的输出，输入到偏振器中，此偏振器与光纤的一端相联，并且定位于光纤高双折射截面的本征方式的45度处。高双折射光纤的另一端与分离正交偏振模的偏振光束分离器相联。检测来自光束分离器的输出，并合成此电输出以形成周期性电信号。另一种产生周期性电信号的方法是将扫描光输出输入到一对具有不相等通道长度的不平衡干涉仪中。来自这两个通道的输出，经过一个耦合器输入到光接收器中，以获得周期性电信号。不论那种方法，周期性电信号上的任一点，准确地对应着该点的扫描光输出波长。在平行的通道中有一气体吸收盒接收扫描光输出，该盒中含有在给定的波长范围内具有已知光谱吸收线的气体，再用一个检测仪检测光谱线。为周期性电信号在已知波长上产生一个校准基准。用在校准基准之间插入的方法对周期性电信号上的其他点进行校准，这是基于已知光谱线之间的相位差及第一条已知光谱线与期望点之间的相位差。

本发明的内容、优点及新颖的特性在以下的权利要求及结合附图的详细描述中可以看得很清楚。

附图简要说明

图1是根据本发明的扫描激光实时波长校准系统的方框图。

图2是根据本发明的产生与扫描激光波长周期相关的电信号的偏振—保持光纤回路方框图。

图3是根据本发明的产生与扫描激光波长周期相关的电信号的干涉仪方框图。

图4是根据本发明的周期性电信号发生器的正弦输出曲线图。

图5是根据本发明的叠加了已知吸收光谱线的正弦输出曲线图。

发明详述