[发明专利]光学锁定器

说明书

描述了一种用于光学锁定器的干涉仪。干涉仪包括具有不同热路径长度灵敏度的至少两种透明材料。干涉仪被配置成使得输入光束被干涉仪分成第一中间光束和第二中间光束，第一中间光束和第二中间光束重新组合以形成输出光束，第一中间光束和第二中间光束沿着不重叠的相应第一中间光束路径和第二中间光束路径行进。至少一个中间光束路径穿过至少两种透明材料。穿过每种透明材料的每个中间光束路径的长度被选择使得第一中间光束路径和第二中间光束路径之间的光程差基本上与温度无关。

技术领域

本发明涉及一种光学锁定器。特别地，本发明涉及用于测量光学锁定器中的波长的干涉仪的改进。

背景技术

在光纤通信信道中，密集波分复用(DWDM)用于通过单根光纤传输多个光信号。对于这样的应用，每个信道具有由频率网格(例如ITU-T G.694.1)定义的不同频率。

由激光源产生的光信号的频率通过波长锁定机构“锁定”到网格的频率。波长锁定机构包括用于测量每个光信号的波长的装置，以及根据测量调节相应激光源的输出的反馈回路。

通常，用于测量波长的装置包括法布里-珀罗(FP)标准具(或干涉仪)。FP标准具在图1A中示出，并且包括具有两个反射表面的透明板。当光在表面之间反弹时，透射的光线相互干扰，产生特征干涉图案，这取决于频率和板之间的光学距离。

FP标准具的频率响应具有图1B所示的特性曲线。为了向光学锁定器提供最大分辨率，对其进行校准，使得所需频率位于具有高梯度的频率响应图的区域中。这意味着频率的微小变化将在输出中产生很大的变化。

由于标准具的行为取决于通过板的光程长度，因此行为强烈依赖于温度。由于材料随温度膨胀以及材料的折射率随温度变化，光程将随温度而增加。

P(T)＝n(T)L(T)

其中P是光程长度，n(T)是作为温度函数的折射率，L(T)是作为温度函数的物理长度，α是热膨胀系数，ψ是热-光学系数。α对大多数材料是正的，ψ可以是正的或负的。

因此，为了确保正确校准，必须严格控制标准具的温度。这可以通过将标准具保持在恒定温度来完成。在诸如WO2015/030896中公开的更复杂的标准具中，标准具的温度可以以受控的方式变化，以便使标准具能够自动地重新校准到不同的频率。

温度控制增加了标准具制造的额外复杂性和成本，因此需要一种可以与温度无关的光学锁定器。

为了形成与温度无关的标准具(以形成与温度无关的光学锁定器的基础)，干涉光束之间的相位差必须与温度无关。为了实现这一点，光束之间的光程差必须与温度无关。

考虑简化的FP标准具，其中只有两个透射光束：一个直接穿过透明板的光束，以及一个从每个干涉表面反射一次的光束。P₁是第一光束的光程长度，P₂是第二光束的光程长度，ΔP是光程差。

可以在FP标准具的任何教科书讨论中找到，例如，https：//en.wikipedia.org/wiki/Fabry-Perot_interferometer。

ΔP包含透明板内路径长度差异的贡献，以及空气中路径长度差异的贡献。空气中路径长度的差异在合理温度下基本上是恒定的，因此温度依赖性来自透过透明材料的路径长度的差异。p₁是透过透明材料的第一光束的光程长度，且p₂是透过透明材料的第二光束的光程长度。由于第一和第二路径通过相同的材料，p₂＝3p₁，因此ΔP＝ΔP_air+2p₁。因此，路径差的温度依赖性，dΔP/dT＝2dp₁/dT，是通过透明材料的路径的温度依赖性。