(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のエタロンからなり、光ビームを出力するレーザ光源アセンブリの外部にあり、前記光ビームの周波数を設定周波数に動的にロックするエタロンアセンブリを備えるアセンブリであって、
前記設定周波数は、周波数グリッドに分割された周波数帯内の複数の設定周波数から選択され、前記複数の設定周波数は、チャネルに関連付けられたオングリッド周波数と、チャネルに関連付けられていないオフグリッド周波数と、を含み、
前記エタロンアセンブリは、
光ビームを受け取り、干渉効果よって送信ビームを生成するエタロンであって、前記送信ビームは、前記エタロンの温度に依存する周期関数であり、前記エタロンの熱チューニング範囲は、前記エタロンの自由スペクトル範囲の２分の１より大きいエタロンと、
前記エタロンに取り付けられ、前記エタロンの温度を調整するように構成されたエタロンヒータと、を備え、
前記アセンブリは、コントローラを更に備え、前記コントローラは、
それぞれが前記エタロンの熱チューニング範囲に少なくとも等しい帯域幅を有するセグメントに分割される周波数帯全体に亘って分布し、少なくとも１つの較正点が各セグメント内にある複数の較正点から前記設定周波数に最も近い較正点を特定し、前記特定された較正点及び関連する較正温度（Ｔｎｏｍ）を読み出すことで、前記設定周波数に基づいて較正データを読み出し、
熱チューニングアルゴリズム及び前記較正データを使用して、前記エタロンのための設定温度を算出し、
前記エタロンが前記算出された設定温度になるように前記エタロンヒータを制御するアセンブリ。
【請求項２】
前記エタロンは、２乃至４ＧＨｚ／Ｃの範囲内の熱光学係数及び１０Ｗ／ｍ．Ｋを超える熱伝導率を有する請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記エタロンは、イットリウムアルミニウムガーネット単結晶である請求項２記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記エタロンアセンブリは、前記エタロンの一部を囲み、前記エタロンヒータに接触する熱伝導性のシュラウドを更に備え、前記シュラウドの形状は、エタロンに均一な熱プロファイルを提供するように設計されている請求項１記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記エタロンヒータは、抵抗ヒータである請求項１記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記エタロンアセンブリは、
前記エタロンヒータの底部に取り付けられ、前記エタロンヒータとは温度が異なるサブマウントに取り付けられ、前記エタロンヒータを前記サブマウントから断熱する断熱体を更に備え、前記断熱体の一部と前記エタロンヒータの間に少なくとも１つの空隙を有する請求項５記載のアセンブリ。
【請求項７】
設定周波数を受け取るステップであって、前記設定周波数は、周波数グリッドに分割された周波数帯内の複数の設定周波数から選択され、前記複数の設定周波数は、チャネルに関連付けられたオングリッド周波数と、チャネルに関連付けられていないオフグリッド周波数と、を含む、ステップと、
前記設定周波数に基づいて較正データを読み出すステップと、
熱チューニングアルゴリズム及び前記較正データを用いて、単一のエタロンからなるエタロンアセンブリ内のエタロンのための設定温度を算出するステップであって、前記エタロンの熱チューニング範囲は、前記エタロンの自由スペクトル範囲の２分の１より大きいステップと、を含み、
前記設定周波数に基づいて較正データを読み出すステップは、
複数の較正点から前記設定周波数に最も近い較正点を特定するステップであって、前記複数の較正点は、それぞれが前記エタロンの熱チューニング範囲に少なくとも等しい帯域幅を有するセグメントに分割される周波数帯全体に亘って分布し、少なくとも１つの較正点が各セグメント内にあるステップと、
前記特定された較正点及び関連する較正温度（Ｔｎｏｍ）を読み出すステップと、を含み、
前記エタロンの温度が前記算出された設定温度に等しくなるように前記エタロンアセンブリを制御して、光ビームの周波数を前記設定周波数に動的にロックする方法。
【請求項８】
前記熱チューニングアルゴリズムは、
温度による前記エタロンの周波数変化をｄυ／ｄＴとし、前記較正点をυｉ，０とし、前記エタロンの温度をＴｊとし、前記設定周波数をυｉ，ｊとして、
υｉ，ｊ＝υｉ，０＋ｄυ／ｄＴ（Ｔｎｏｍ−Ｔｊ）
を含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記熱チューニングアルゴリズムは、
周波数をυとし、周波数の関数をｄυ’／ｄＴとし、前記較正点をυｉ，０とし、前記エタロンの温度をＴｊとし、前記設定周波数をυｉ，ｊとして、
υｉ，ｊ＝υｉ，０＋ｄυ’／ｄＴ（Ｔｎｏｍ−Ｔｊ）
を含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記熱チューニングアルゴリズムは、
周波数をυとし、周波数の関数をｄυ’／ｄＴとし、前記較正点をυｉ，０とし、前記エタロンの温度をＴｊとし、前記設定周波数をυｉ，ｊとし、温度オフセット補正係数をδとして、
υｉ，ｊ＝υｉ，０＋ｄυ’／ｄＴ（Ｔｎｏｍ−Ｔｊ）（１−δ）
を含む請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記周波数帯はＣバンドである請求項７記載の方法。
【請求項１２】
１又は複数のレーザパラメータに依存する初期周波数で出力ビームを生成するレーザ光源アセンブリと、
前記出力ビームを参照ビーム及び方向変更ビームに分割する方向変更アセンブリと、
前記参照ビームを監視し、前記参照ビームの光強度に比例する参照信号を生成する参照ビーム検出器と、
前記方向変更ビームを受け取り、干渉効果によって送信ビームを生成するエタロンであって、前記エタロンは、単結晶であり、前記送信ビームは、前記エタロンの温度に依存するエタロンと、前記エタロンの温度を調整するように構成されたエタロンヒータとを備えるエタロンアセンブリと、
前記送信ビームを監視し、送信ビームの光強度に比例する送信信号を生成する送信ビーム検出器と、
コントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記１又は複数のレーザパラメータの設定に基づいて、前記初期周波数が設定周波数又はこの付近になるように前記レーザ光源アセンブリを制御し、
前記設定周波数に対応するエタロンの温度を判定し、
前記エタロンが前記判定された温度になるように前記エタロンヒータを制御し、
前記参照信号及び前記送信信号を使用してロック比率を算出し、
前記ロック比率が前記設定周波数のために較正されたロック比率に一致するまで前記１又は複数のレーザパラメータの１つ以上を調整し、
前記設定周波数は、周波数グリッドに分割された周波数帯内の複数の設定周波数から選択され、前記複数の設定周波数は、チャネルに関連付けられたオングリッド周波数と、チャネルに関連付けられていないオフグリッド周波数と、を含む、アセンブリ。
【請求項１３】
前記エタロンは、２乃至４ＧＨｚ／Ｃの範囲内の熱光学係数及び１０Ｗ／ｍ．Ｋを超える熱伝導率を有する請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記エタロンは、イットリウムアルミニウムガーネット単結晶である請求項１３記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記１又は複数のレーザパラメータは、前記レーザ光源アセンブリの駆動電流及びレーザ光源アセンブリ温度値を含む請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１６】
第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有し、前記第１の表面に前記レーザ光源アセンブリが取り付けられた熱伝導性を有するサブマウントと、
前記サブマウントの第２の表面に取り付けられ、前記サブマウントの温度を前記レーザ光源アセンブリ温度値に調整するように構成されている温度調整器と、を更に備える請求項１５記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記コントローラは、更に、
前記第１の設定周波数とは異なる第２の設定周波数を受け取り、
前記レーザ光源アセンブリを制御し、
前記１又は複数のレーザパラメータの設定に基づいて、前記初期周波数が前記異なる設定周波数又はこの付近になるように前記レーザ光源アセンブリを制御し、
前記異なる設定周波数に対応する前記エタロンの第２の温度を判定し、
前記エタロンが前記第２の温度になるように前記エタロンヒータを制御し、
前記参照信号及び前記送信信号を使用して、第２のロック比率を算出し、
前記ロック比率が前記第２の設定周波数のために較正されたロック比率に一致するまで前記１又は複数のレーザパラメータの１つ以上を調整する請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記方向変更アセンブリは、
前記出力ビームの一部の方向を９０度変更して、垂直方向に伝播させ、前記出力ビームの残りの部分を参照ビームとして参照モニタに向けて透過するように構成されている第１の反射面と、
前記第１の反射面から垂直方向にオフセットされ、前記ビームを方向変更する前記出力ビームに平行で、前記出力ビームから垂直方向にオフセットされた方向変更ビームを生成する第２の反射面と、
を備える請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記方向変更アセンブリは、
前記出力ビームが前記第１の反射面に入射する前に、前記出力ビームを偏光させるように配置された線形偏光板と、
前記方向変更ビームの偏光を４５度回転させ、後方反射を更に４５度回転させて、前記回転された後方反射を前記線形偏光板の方向に直交させる１／４波長板と、
を備える請求項１８記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、レーザ光源の周波数の制御に関し、詳しくは、レーザ光源の周波数を周波数グリッド内の任意の周波数に動的にロックする熱ロックアセンブリ（thermal locker assembly）を用いるレーザ光源の周波数の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信チャネルにおいては、高密度波長分割多重（Dense Wavelength Division Multiplexing：ＤＷＤＭ）を用いて、単一のファイバを介して複数の光信号を送信することが一般的である。ＤＷＤＭアプリケーションでは、これらの光信号のそれぞれは、特定のチャネルに対応する異なる周波数にチューニングされる。チャネルは、周波数グリッド（例えば、ＩＴＵ−ＴＧ．６９４．１）を用いて定義される。
【０００３】
レーザ光源によって生成される光信号の周波数は、通常、波長ロック機構（wavelength locking mechanism）によってそれぞれのグリッド位置に「ロック」される。これらの例では、各波長ロック機構は、レーザ光源を周波数グリッド上の特定の周波数にロックするように較正される。更に、波長ロック機構は、温度変化によって特定の周波数から外れてしまうおそれがあるため、これらの波長ロック機構は、通常、温度変化が生じないように、熱的に安定化される。現在の波長ロック機構は、オフグリッドの周波数（すなわち、周波数グリッド上のチャネルに関連付けられていない周波数）を含む異なる周波数にレーザ光源の光出力を動的にロックすることができないという点で柔軟性が不十分である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態においては、アセンブリは、光ビームを出力するレーザ光源アセンブリの外部にあり、光ビームの周波数を設定周波数に動的にロックするエタロンアセンブリを備える。エタロンアセンブリは、光ビームを受け取り、干渉効果よって送信ビームを生成するエタロンを備え、エタロンの熱チューニング範囲は、エタロンの自由スペクトル範囲の２分の１より大きい。また、エタロンアセンブリは、エタロンに取り付けられ、エタロンの温度を調整するように構成されたエタロンヒータを備える。アセンブリは、コントローラを更に備え、コントローラは、設定周波数に基づいて較正データを読み出し、熱チューニングアルゴリズム及び較正データを使用して、エタロンのための設定温度を算出し、エタロンが算出された設定温度になるようにエタロンヒータを制御する。
【０００５】
他の実施形態において、コンピュータにより実現される方法は、エタロンアセンブリを制御する方法であって、設定周波数を受け取るステップを有する。較正データは、設定周波数に基づいて読み出される。熱チューニングアルゴリズム及び較正データを用いて、エタロンのための設定温度が算出され、エタロンの熱チューニング範囲は、エタロンの自由スペクトル範囲の２分の１より大きい。エタロンアセンブリは、エタロンの温度が算出された設定温度に等しくなるように制御され、光ビームの周波数が設定周波数に動的にロックされる。
【０００６】
更に他の実施形態においては、アセンブリは、レーザ光源アセンブリと、方向変更アセンブリと、参照ビーム検出器と、エタロンアセンブリと、送信ビーム検出器と、コントローラとを備える。レーザ光源アセンブリは、１又は複数のレーザパラメータに依存する初期周波数で出力ビームを生成する。方向変更アセンブリは、出力ビームを参照ビーム及び方向変更ビームに分割する。参照ビーム検出器は、参照ビームを監視し、参照ビームの光強度に比例する参照信号を生成する。エタロンアセンブリは、方向変更ビームを受け取り、干渉効果によって送信ビームを生成するエタロンを備え、送信ビームは、エタロンの温度に依存する。エタロンアセンブリは、更に、エタロンの温度を調整するように構成されたエタロンヒータを備える。送信ビーム検出器は、送信ビームを監視し、送信ビームの光強度に比例する送信信号を生成する。コントローラは、１又は複数のレーザパラメータの設定に基づいて、初期周波数が設定周波数又はこの付近になるようにレーザ光源アセンブリを制御する。更に、コントローラは、設定周波数に対応するエタロンの温度を判定し、エタロンが判定された温度になるようにエタロンヒータを制御する。更に、コントローラは、参照信号及び送信信号を使用してロック比率を算出し、ロック比率が設定周波数のために較正されたロック比率に一致するまで１又は複数のレーザパラメータの１つ以上を調整する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】熱ロックシステムの実施形態のブロック図である。
【図２】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用されるチューニングアセンブリを示す図である。
【図３Ａ】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用される方向変更アセンブリの上面図である。
【図３Ｂ】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用される方向変更アセンブリの側面図である。
【図３Ｃ】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用される方向変更アセンブリの斜視図である。
【図４Ａ】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用されるエタロンアセンブリの上面図である。
【図４Ｂ】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用されるエタロンアセンブリの側面図である。
【図４Ｃ】図１の熱ロックシステムの実施形態で使用されるエタロンアセンブリの斜視図である。
【図５】一実施形態に基づく熱ロックシステムの包括的な熱ロック特性を表すグラフ図である。
【図６】熱ロックシステムのコントローラを用いてエタロンアセンブリをチューニングするプロセスの一実施形態のフローチャートである。
【図７】較正点を含む一実施形態に基づく熱ロックシステムの包括的な熱ロック特性を表すグラフ図である。
【図８】一実施形態に基づく異なる熱チューニングアルゴリズムのためのロック誤差を示すグラフ図である。
【図９】熱ロックシステムのコントローラを用いて熱ロックシステムによって生成される光ビームの周波数を設定するためのプロセスの一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面及び以下の説明は、例示のみを目的として特定の実施形態を示すものである。以下の説明から、ここに開示する原理を逸脱することなく、他の構造及び方法の実施形態を採用できることは、当業者にとって明らかである。以下、具体例が添付の図面に示された幾つか実施形態を詳細に説明する。なお、図面においては、可能な限り、同様又は類似の機能に同様又は類似の符合を付している。
【０００９】
図１は、実施形態に基づく熱ロックシステム（thermal locker system）１００のブロック図である。熱ロックシステム１００は、チューニングアセンブリ１０５及びコントローラ１１０を含む。熱ロックシステム１００は、コントローラ１１０からの指示に応じて特定の周波数（すなわち、設定周波数）にロックされる光ビームを生成する。更に、周波数帯内の異なる周波数値に光放射のビームをロックするように、ビームの設定周波数を動的に調整してもよい。周波数帯は、例えば、１．５３〜１．５７μｍ（１９１０８３〜１９６０７８ＧＨｚ）をカバーする従来の波長帯域であるＣバンド、１．５６５〜１．６２５μｍ（１８４６１５〜１９１６９３ＧＨｚ）をカバーするＬバンド等であってもよい。熱ロックシステム１００は、この出力ビームをユーザが選択した周波数（例えば、設定周波数）に動的にロックすることができる。更に、周波数はオングリッドであってもオフグリッドであってもよい。オングリッドの周波数とは、周波数グリッドの特定のチャネルに関連付けられた周波数であり、オフグリッドの周波数とは、周波数グリッドのチャネルに関連付けられていない周波数である。
【００１０】
チューニングアセンブリ１０５は、レーザ光源アセンブリ１１５、サブマウント１２０、温度調整器１２５、コリメータ１３０、方向変更アセンブリ１３５、エタロンアセンブリ１４０、参照ビーム検出器１４５、送信ビーム検出器１５０及びサブマウント温度検出器１５５を含む。
【００１１】
レーザ光源アセンブリ１１５は、特定の周波数において、光放射の１つ以上の出力ビーム（例えば、前方ビーム１１６及び後方ビーム１１８）を生成する。前方ビーム１１６は、外部アセンブリ（例えば、送信機）に供給してもよい。熱アセンブリシステム１００は、後方ビーム１１８を用いて、前方ビーム１１６の周波数を識別し、この周波数が特定の周波数にロックされたままであることを確認する。他の実施形態においては、熱アセンブリシステム１００は、前方ビーム１１６と、ビームスプリッティング要素とを組み合わせて用いて、前方ビーム１１６の周波数を識別する。
【００１２】
レーザ光源アセンブリ１１５は、出力ビームを生成するために、１つ以上のレーザチップ（例えば、レーザダイオード）を含む。更に、１つ以上のレーザチップは、複数のセクションから構成されていてもよい。例えば、レーザ光源アセンブリ１１５は、複数のセクションから構成される単一のモノリシックのレーザチップを含んでいてもよい。これらのセクションは、レーザチップの異なる部分、例えば、増幅媒体、チューニング、位相、増幅器等である。１つ以上のレーザチップを選択して、特定のアプリケーションに有用な光放射の周波数を生成してもよい。例えば、幾つかのデータ通信アプリケーションについては、１つ以上のレーザチップによって生成される光放射の周波数は、Ｃバンド全体に亘って分布していることがある。レーザ光源アセンブリ１１５は、コントローラ１１０に接続されている。ビーム１１６、１１８の周波数は、１つ以上のレーザチップの温度及びコントローラ１１０から供給された各チップ（例えば、レーザチップ及び／又は１つ以上のチップセクション）における駆動電流の量に依存する。
【００１３】
サブマウント１２０は、１つ以上のプレートを含む。チューニングアセンブリ１０５の部品（すなわち、レーザ光源アセンブリ１１５、コリメータ１３０、方向変更アセンブリ１３５、エタロンアセンブリ１４０、参照ビーム検出器１４５、送信ビーム検出器１５０、サブマウント温度検出器１５５及び温度調整器１２５）は、１つ以上のプレートに装着されている。１つ以上のプレートは、機械的安定性を提供し、及び１つ以上の部品の熱管理を補助してもよい。更に、１つ以上のプレートは、熱伝導性を有する。この実施形態では、少なくともレーザ光源アセンブリ１１５が熱伝導性を有する金属板に取り付けられている。幾つか実施形態では、エタロンアセンブリ１４０は、断熱されたプレートに取り付けてもよい。熱伝導性の金属板は、安定した熱伝導性材料（例えば、窒化アルミニウム）から形成してもよく、断熱されたプレートは、安定した断熱材料から形成してもよい。一実施形態においては、レーザ光源アセンブリ１１５、コリメータ１３０、方向変更アセンブリ１３５、エタロンアセンブリ１４０、参照ビーム検出器１４５、送信ビーム検出器１５０、サブマウント温度検出器１５５は、サブマウント１２０の一方の表面に取り付けられ、そして、温度調整器１２５は、サブマウント１２０の反対側の表面に取り付けられる。
【００１４】
温度調整器１２５は、１つ以上の温度調整デバイスを含む。サブマウント１２０の熱伝導部分に装着された部品の１つ以上の温度を管理するために、温度調整デバイスを用いて、サブマウント１２０の一部又は全部を冷却及び／又は加熱してもよい。温度調整デバイスは、例えば、熱電クーラであってもよい。温度調整器１２５は、コントローラ１１０に接続されコントローラ１１０から信号を受信し、これに基づいて、サブマウント１２０の一部又は全部を冷却及び／又は加熱する。
【００１５】
サブマウント温度検出器１５５は、サブマウント１２０の温度を監視し、サブマウントの温度に対応する出力信号を生成する。一実施形態においては、サブマウント１２０の温度は、サブマウント１２０の熱伝導部分に装着された１つ以上の部品の温度を示す。例えば、サブマウント１２０の温度は、サブマウント１２０の熱伝導部分に装着されたレーザ光源アセンブリ１１５の温度を示していてもよい。更に、較正の際に、測定された温度とレーザ光源アセンブリ１１５の実際の温度との間における何らかのオフセットを考慮してもよい。サブマウント温度検出器１５５は、例えば、サーミスタ、熱電対等であってもよい。サブマウント温度検出器１５５は、コントローラ１１０に接続され、サブマウント１２０の温度を示す信号をコントローラ１１０に供給する。
【００１６】
コリメータ１３０は、１つ以上の光学素子を含む。１つ以上の光学素子は、後方ビーム１１８をコリメートして、コリメートビーム１３２を生成するために使用される。１つ以上の光学素子は、波面歪みを最小化してビームをコリメートするように設計された１つ以上の非球面及び／又は球面レンズを含んでいてもよい。
【００１７】
方向変更アセンブリ１３５は、コリメートビーム（collimated beam）１３２を参照ビーム（reference beam）１３６及び方向変更ビーム（redirected beam）１３８に分割する。一実施形態において、方向変更アセンブリ１３５は、コリメートビーム１３２を参照ビーム１３６及び方向変更ビーム１３８に分割する偏光ビームスプリッタを備える。更に、幾つかの実施形態においては、方向変更アセンブリ１３５は、方向変更ビーム１３８を、サブマウント１２０に対して参照ビーム１３６から垂直方向にオフセットさせるように構成してもよい（すなわち、潜望鏡構成）。潜望鏡構成により、サブマウント１２０上で使用される空間を小さくできるので、チューニングアセンブリ１０５のフォームファクタを小さくすることができる。更に、幾つかの実施形態においては、方向変更アセンブリ１３５は、コリメートビーム１３２が入射する方向変更アセンブリ１３５の表面に偏光板を備え、この反対面に１／４波長板を備えていてもよい。偏光板及び１／４波長板の機能については、図２を用いて後に説明する。
【００１８】
エタロンアセンブリ１４０は、方向変更ビーム１３８を受け、干渉効果によって送信ビーム１４２を生成する。エタロンアセンブリ１４０は、エタロン１６０、エタロンヒータ１６５及びエタロン温度検出器１７０を含む。
【００１９】
エタロン１６０は、方向変更ビーム１３８から周期的な出力（すなわち、送信ビーム１４２）を生成する干渉計素子であり、送信ビーム１４２は、レーザの周波数及びエタロン１６０の温度によって変化する。エタロン１６０は、入射面（第１の表面）及び出射面（第２の表面）を有する。エタロンは、ガラス、１つ以上の結晶又はこれらの何らかの組み合わせであってもよい。一実施形態においては、出射面は、入射面の反対側にあり、両方の面に高い精度の幾何公差で精密な光学キャビティが形成されている。更に、幾つかの実施形態においては、入射面及び／又は出射面を光学的にコーティングしてもよい。キャビティ内の建設的干渉及び破壊的干渉又は共振の条件は、干渉次数と、屈折率、厚さ及び入射ビーム角度のパラメータを有する要素の光路長（optical path length：ＯＰＬ）とによって決定される。送信ビーム１４２は、送信最大値（すなわち、共振ピーク）の位置及び幅によって定義できる。より具体的には、１つのピークから次のピークまでの周波数の差は、自由スペクトル範囲（Free Spectral Range：ＦＳＲ）と呼ばれ、ピークの幅は、エタロンフィネス（Etalon Finesse）と呼ばれ、これは、主に、２つの表面のコーティング反射率の選択に依存する。エタロン１６０の温度が変化すると、熱光学係数（ｄｎ／ｄＴ）によって特徴付けられる要素の屈折率と、熱膨張係数（α）によって特徴付けられるキャビティの厚さの両方が変化する。この結果生じる光路長（ＯＰＬ）の変化によって、共振ピークの位置が変化し、送信ビーム１４２内の温度による周波数シフト（ｄυ／ｄＴ）が生じる。
【００２０】
包括的に言えば、エタロン１６０の材料は、良好な機械的特性（例えば、安定しており、加工が容易な特性）を有し、制御感度の問題が生じない程度に大きい周波数変化／温度変化（ｄυ／ｄＴ）を有し、エタロン１６０全体に一様な熱プロファイルを実現する高い熱伝導率（κ）を有する必要がある。例えば、エタロン１６０は、安定性を有し、この範囲（２〜４ＧＨｚ／Ｃ）内のｄυ／ｄＴを有し、κが１０Ｗ／ｍ．Ｋを超える材料から形成してもよい。幾つかの実施形態においては、エタロン１６０は、単一のイットリウムアルミニウムガーネット（「ＹＡＧ」）結晶から形成してもよい。ＹＡＧは、２．２ＧＨｚ／Ｃのｄυ／ｄＴ及び約１２．９Ｗｍ−１Ｋ−１のκを有する。これとは対照的に、シリコンは、温度の変化に敏感すぎ（８．８ＧＨｚ／Ｃのｄυ／ｄＴ）、精密な温度制御を要求する。また、サファイヤは、同程度の温度感度（２．２ＧＨｚ／Ｃのｄυ／ｄＴ）を有しているが、その硬さのために、要求される精度での機械加工が非常に困難である。
【００２１】
幾つかの実施形態においては、エタロン１６０は、シュラウド（shroud）によって部分的にカバーしてもよい。シュラウドは、エタロン１６０全体に亘る温度均一性を維持するために使用される。シュラウドは、一体構造（monolithic structure）であってもよく、複数の部品から構成してもよい。更に、幾つかの実施形態においては、エタロン１６０とシュラウドの間、シュラウドの部品の間、又はこの幾つかの組合せに１つ以上の空隙を設けてもよい。シュラウドは、熱伝導性材料から形成され、エタロンヒータ１６５に取り付けられる。シュラウドは、例えば、安定した熱伝導性材料（例えば、窒化アルミニウム、複合セラミクス、銅又は他の金属等）から形成してもよい。
【００２２】
エタロンヒータ１６５は、エタロンアセンブリ１４０を加熱する。エタロンヒータ１６５は、熱伝導性の取付面を有し、ここにエタロン１６０、シュラウド及びエタロン温度検出器１７０が取り付けられる。エタロンヒータ１６５は、例えば、熱電クーラ、抵抗ヒータ等であってもよい。エタロンヒータ１６５の最高温度は、エタロン１６０の具体的な組成に依存する。例えば、ＹＡＧを材料とするエタロン１６０の場合、エタロンヒータ１６５は、エタロン１６０を約７８℃の最高温度に熱するように構成してもよい。一方、石英ガラスの場合、エタロンヒータ１６５は、９５．８℃の最高温度に達する必要があり、これは、実用的ではない。更に、エタロンヒータ１６５の応答時間及び精度は、エタロン１６０の筐体設計及び材料組成に依存する。例えば、温度変化に非常に敏感である（すなわち、ｄυ／ｄＴが高い）材料の場合、制御精度及び外部の影響の補償の両方の観点から、エタロンヒータ１６５に対する特定の温度を維持する要求がより厳しくなる。エタロンヒータ１６５は、コントローラ１１０に接続され、コントローラ１１０から信号を受信し、この信号によって、エタロンヒータ１６５は、特定の温度への加熱及び／又は冷却を行う。
【００２３】
幾つかの実施形態においては、エタロンアセンブリ１４０は、熱伝導性の取付面の反対側の表面に取り付けられた断熱体を含む。断熱体は、断熱材料から形成され、エタロン１６０の温度をサブマウント１２０から隔離するために使用される。断熱体は、断熱セラミクス、ガラス、又は他の何らかの安定した断熱材料であってもよい。更に、幾つかの実施形態においては、エタロンヒータ１６５の部分と断熱体との間に１つ以上の空隙を設けてもよい。空隙の位置及びサイズは、効率的で一様なエタロンアセンブリ１４０の熱管理が実現されるように決定される。
【００２４】
エタロン温度検出器１７０は、エタロンヒータ１６５の温度を監視し、対応する出力信号を生成する。エタロン温度検出器１７０は、例えば、サーミスタ、熱電対等であってもよい。一実施形態においては、エタロン温度検出器１７０は、エタロンヒータ１６５に取り付けられる。他の実施形態においては、エタロン温度検出器１７０は、エタロン１６０、シュラウド又はエタロンアセンブリ１４０の他の部分に取り付けてもよい。エタロン温度検出器１７０は、コントローラ１１０に接続され、エタロン１６０の温度を示す信号を供給する。エタロン温度検出器１７０がエタロン１６０以外の部品に取り付けられる実施形態においては、較正の際に、測定された温度とエタロン１６０の実際の温度におけるオフセットを考慮してもよい。
【００２５】
参照ビーム検出器１４５及び送信ビーム検出器１５０は、入射光放射の強度を測定する。検出器１４５、１５０は、フォトダイオード（例えば、ｐ−ｉ−ｎダイオード）である。参照ビーム検出器１４５は、参照ビーム１３６を監視し、対応する出力信号ＲｘＭｏｎを生成する。送信ビーム検出器１５０は、方向変更ビーム１３８を監視し、対応する出力信号ＴｘＭｏｎを生成する。ＲｘＭｏｎ及びＴｘＭｏｎの信号強度は、それぞれ、参照ビーム１３６及び方向変更ビーム１３８の光強度に比例する。参照ビーム検出器１４５及び送信ビーム検出器１５０は、コントローラ１１０に接続され、それぞれ、出力信号ＲｘＭｏｎ及びＴｘＭｏｎをコントローラ１１０に供給する。
【００２６】
コントローラ１１０は、前方ビーム１１６及び後方ビーム１１８が特定の周波数、例えば、設定周波数で出力されるように、チューニングアセンブリ１０５を制御するように構成されている。設定周波数は、レーザ光源アセンブリ１１５から出力される光ビーム１１６の所望の周波数である。コントローラ１１０は、１つ以上のメモリ１７５及び１つ以上のプロセッサ１８０を含む。幾つかの実施形態においては、コントローラ１１０は、互いに接続された複数のサブコントローラから構成され、サブコントローラのそれぞれは、アセンブリ１００の異なる部分を制御する。例えば、エタロンヒータ１６５及び温度調整器１２５を制御する個別のサブコントローラを設けてもよい。
【００２７】
コントローラ１１０は、１つ以上のプロセッサ１８０を用いて、エタロン温度検出器１７０、サブマウント温度検出器１５５、参照ビーム検出器１４５及び送信ビーム検出器１５０からの信号を監視するように構成されている。エタロン温度検出器１７０からの信号は、エタロン１６０の温度を示す。サブマウント温度検出器１５５からの信号は、レーザ光源アセンブリ１１５の温度を示す。上述したように、参照ビーム検出器１４５及び送信ビーム検出器１５０からの信号は、それぞれ、ＲｘＭｏｎ及びＴｘＭｏｎである。
【００２８】
コントローラ１１０は、１つ以上のプロセッサ１８０を用いて、レーザ光源アセンブリ１１５、温度調整器１２５及びエタロンヒータ１６５を制御し、前方ビーム１１６及び後方ビーム１１８の周波数を所望の値にするように構成されている。これらの機能は、図５〜図９を用いて後に詳細に説明する。更に、コントローラ１１０は、参照ビーム検出器１４５及び送信ビーム検出器１５０をバイアスするように構成してもよい。
【００２９】
コントローラ１１０は、例えば、メモリ１７５に保存された１つ以上のルックアップテーブルを用いて、チューニングアセンブリ１０５を調整し、特定の周波数で前方ビーム１１６及び後方ビーム１１８を生成及びロックする。ルックアップテーブルは、レーザ光源アセンブリ１１５に供給される駆動電流と、サブマウント温度検出器１５５からの測定温度との組み合わせを前方ビーム１１６及び後方ビーム１１８の推定された出力周波数にマッピングするレーザ光源アセンブリデータを含む。
【００３０】
また、１つ以上のルックアップテーブルは、較正データ及び１つ以上の熱チューニングアルゴリズム（thermal tuning algorithm）を含み、コントローラ１１０は、これを用いて、エタロン１６０の温度を設定周波数に対応する設定温度に調整してもよい。１つ以上のルックアップテーブルは、対応する周波数値のために較正されたロック比率（lock ratio）の値及びエタロン温度の値を含んでいてもよい。ロック比率は、周波数、エタロン温度、サブマウント温度及びケース温度の関数である。更に、較正の際に、サブマウント温度及びケース温度の依存性を考慮してもよい。このように、ロック比率は、包括的には、周波数及びエタロン温度の関数とみなしてもよい。一実施形態においては、ロック比率（ＬＲ）は、以下のように定義される。
ＬＲ＝ＴｘＭｏｎ／ＲｘＭｏｎ  （１）
式（１）に示すように、ロック比率は、特定のエタロン温度及び周波数において、送信ビーム１４２の強度を参照ビーム１３６の強度によって除算した値である。これに代えて、ロック比率は、他の手法で定義してもよく、例えば、ビーム間の強度の差をビームの強度の合計によって除算した値であってもよい。
【００３１】
特定の設定周波数及びエタロン温度のために較正されたロック比率をロック比率設定点と呼ぶ。ロック比率設定点は、特定の周波数値（すなわち、設定周波数）及び対応するエタロン応答値を有する。幾つかの実施形態においては、ロック比率設定点が等しい間隔でＴｎｏｍ応答曲線に交差するように、ロック比率設定点をエタロン応答値に対して較正する（図５参照）。この間隔は、例えば、自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の１／２であってもよい。幾つか実施形態では、この間隔は、５０ＧＨｚであってもよい。更に、幾つかの実施形態においては、ロック比率設定点の較正された値は、周波数変化に対するエタロン応答を最大にするエタロン応答値を有する。このため、ロック比率設定点が幾つかの他の間隔に設定されている実施形態においては、較正点に関するエタロン温度の要求が非対称になる。エタロンの動作温度の極値は、制限されることがあり、したがって、較正のために、代替となる公称温度が選択されることがある。
【００３２】
後に詳細に説明するように、コントローラ１１０は、ロック比率を算出し、これをロック比率設定点と比較して、後方ビーム１１８及び前方ビーム１１６の周波数が設定周波数からシフトしているかを判定するように構成されている。コントローラ１１０は、１つ以上のレーザチップの温度及び／又は１つ以上のレーザチップに供給される駆動電流を調整し、後方ビーム１１８及び前方ビーム１１６のビーム周波数をシフトさせて設定周波数に戻すように構成されている。
【００３３】
図２は、図１の熱ロックシステム１００で使用されるチューニングアセンブリ１０５の具体例を示している。レーザ光源アセンブリ１０５は、前方ビーム１１６及び後方ビーム１１８を生成するレーザチップ２０５を含む。この実施形態では、レーザチップ２０５は、熱伝導スペーサ２１０に取り付けられている。コリメータ１３０は、後方ビーム１１８をコリメートしてコリメートビーム１３２を生成する。
【００３４】
コリメートビーム１３２は、ビーム方向変更アセンブリ１３５に入射する。この実施形態では、ビーム方向変更アセンブリ１３５は、偏光板２１５、変更された偏光ビームスプリッタ２２０及び１／４波長板２２５を含む。偏光板２１５は、Ｘ軸に沿って方向付けられた線形偏光板であり、Ｘ軸に沿ってコリメートビーム１３２を偏光して偏光ビームを生成する。そして、偏光ビームは、第１の反射面２３０に入射する。第１の反射面２３０は、偏光ビームの一部の方向を９０度変更し、反射した成分をＹ方向に伝播させるように構成されている。更に、第１の反射面２３０は、偏光ビームの一部を１／４波長板２２５の方向に透過するようにコーティングされている。例えば、コーティングは、偏光ビームの約７０％を反射し、約３０％を透過するものであってもよい。第１の反射面２３０によって透過される偏光ビームの部分は、１／４波長板２２５によって４５度回転され、参照ビーム１３６が形成される。そして、参照ビーム１３６は、参照ビーム検出器１４５に入射する。
【００３５】
そして、第１の反射面２３０によって反射された偏光ビームの部分は、第２の反射面２３５に入射する。第２の反射面２３５は、Ｘ軸に沿って方向付けられた偏光ビームの一部の反射を最大にし、Ｘ軸に垂直な方向に偏光された偏光ビームの一部の透過を最大にする材料でコーティングされている。第２の反射面２３５は、サブマウント１２０に平行な方向（例えば、Ｚ方向）に偏光ビームを方向変更し、及び方向変更ビーム１３８と参照ビーム１３６の間に垂直オフセットを設定するように構成されている。方向変更ビーム１３８及び参照ビーム１３６の間に垂直オフセットを提供する第１の反射面２３０及び第２の反射面２３５のこの構成は、潜望鏡構成と呼ばれる。この潜望鏡構成により、部品を取り付けるためのサブマウント１２０上の面積を小さくでき、したがって、チューニングシステム１０５のフォームファクタ及び／又はフットプリントを小さくすることができる。そして、第２の反射面２３５によって反射される偏光ビームの部分は、１／４波長板２２５によって４５度回転され、方向変更ビーム１３８となる。
【００３６】
この実施形態では、エタロンアセンブリ１４０は、エタロン１６０、シュラウド２５０、エタロンヒータ１６５、エタロン温度検出器１７０及び断熱体２５５を含む。方向変更ビーム１３８は、エタロン１６０の第１の表面２４０に入射する。第１の表面２４０は、高度に研磨され、エタロン１６０の第２の表面２４５に平行にされ、この第２の表面２４５も高度に研磨され、必要な光学キャビティが形成されている。更に、幾つかの実施形態においては、第１の表面２４０及び第２の表面２４５の両方に１つ以上の反射材をコーティングしてもよい。エタロン１６０は、方向変更ビーム１３８から送信ビーム１４２を生成し、送信ビーム１４２は、レーザ光源アセンブリ１１５によって生成される出力ビームの周波数及びエタロン１６０の温度によって変化する。送信ビーム１４２は、送信ビーム検出器１５０に入射する。
【００３７】
送信ビーム１４２は、レーザ光源アセンブリ１１５によって生成される出力ビームの周波数及びエタロンの温度に依存する。上述したように、エタロン温度が変化すると共振ピークの位置が変化し、送信ビーム１４２内で温度による周波数シフト（ｄυ／ｄＴ）が生じる。
【００３８】
この実施形態では、シュラウド２５０は、エタロン１６０の一部を囲み、第１の表面２４０及び第２の表面２４５を露出させる。シュラウド２５０は熱伝導性を有し、エタロン１６０全体の温度プロファイルを均一に維持する。断熱体２５５は、エタロンアセンブリ１４０をサブマウント１２０及び温度調整器１２５の温度から断熱する。
【００３９】
なお、方向変更ビーム１３８の一部は、第１の表面２４０、参照ビーム検出器１４５、送信ビーム検出器１５０又はこの幾つかの組合せから反射され、ビーム経路に沿って後方に伝播することがあり、これは、後方反射と呼ばれる。後方反射によって、レーザ光源アセンブリ１１５の出力に好ましくない雑音成分が生じることがある。偏光板２１５及び１／４波長板２２５は、協働して、エタロンアセンブリ１４０からの後方反射がレーザチップ２０５に戻ることを防止するように機能する。後方反射は、１／４波長板２２５によって、更に４５度回転し、したがって、後方反射は、Ｙ方向に偏光され、偏光板２１５は、後方反射が偏光板の方向に対して垂直（すなわち、Ｘ方向）になるので、後方反射をブロックする。更に、幾つかの実施形態として、チューニングアセンブリ１０５の１つ以上の部品を傾斜させ、後方反射又は他の反射がビーム経路に沿って後方に伝播されないようにしてもよい。例えば、エタロンアセンブリ１４０、参照ビーム検出器１４５、送信ビーム検出器１５０等を傾斜させ、後方反射がビーム経路に沿って後方に伝播する可能性を最小化してもよい。更に、幾つかの実施形態においては、１つ以上のバッフル（図示せず）を設け、これを用いて、後方反射又は他の反射を捕捉してもよい。
【００４０】
図３Ａ〜図３Ｃは、方向変更アセンブリ１３５を異なる方向から見た図である。図３Ａは、図１の実施形態の方向変更アセンブリの平面図である。図３Ｂは、図１の実施形態の方向変更アセンブリ１３５の側面図である。図３Ｃは、図１の実施形態の方向変更アセンブリ１３５の斜視図である。
【００４１】
図４Ａ〜図４Ｃは、エタロンアセンブリ１４０を異なる方向から見た図である。図４Ａは、図１の実施形態のエタロンアセンブリ１４０の平面図である。この実施形態では、シュラウド２５０及びエタロン１６０は、後方反射を低減するために、Ｚ軸に対して僅かに傾斜して配置されている。図４Ｂは、図１の実施形態のエタロンアセンブリ１４０の側面図である。この図から明らかなように、エタロンアセンブリ１４０も断熱体２５５を有し、エタロンヒータ１６５から断熱体２２５を部分的に分離する空隙３１５が設けられている。図４Ｃは、図１の実施形態のエタロンアセンブリ１４０の斜視図である。
【００４２】
エタロンアセンブリの熱チューニング
図５は、一実施形態に基づく熱ロックシステム１００の包括的な熱ロック特性を表すグラフ５００を示している。グラフ５００は、較正温度（Ｔｎｏｍ）に対するエタロン応答５０５、最高温度（Ｔｍａｘ）におけるエタロン応答５１０、及び最低温度（Ｔｍｉｎ）におけるエタロン応答５１５を含む。エタロン応答軸は、エタロンの伝達特性の測定値を示している。伝達特性は、エタロン温度を特定の値、例えば、Ｔｎｏｍ、Ｔｍａｘ及びＴｍｉｎに固定し、送信ビーム１４２を正規化して、周波数領域内にプロットすることによって判定してもよい。送信ビーム１４２は、エタロン１６０を通過していないレーザ光源アセンブリ１１５の出力光、例えば、参照ビーム１３６、前方ビーム１１６等によって、送信ビーム１４２を除算することによって正規化してもよい。グラフ５００は、エタロン応答５１０の２つの最大値の間の間隔としてエタロン自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）を示している。熱チューニング範囲（thermal tuning range：ＴＴＲ）は、ＦＳＲ／２より大きいので、フルグリッドの熱ロック（full grid thermal locking）が提供される。熱チューニング範囲は、エタロン温度の範囲がＴｍｉｎからＴｍａｘまでのエタロン応答の変化の範囲である。
【００４３】
図６は、熱ロックシステム１００のコントローラ１１０を用いてエタロンアセンブリ１４０をチューニングするプロセス６００の一実施形態のフローチャートである。他の実施形態では、他の要素がプロセスのステップの一部又は全部を実行してもよい。また、幾つかの実施形態は、異なる及び／又は追加的なステップを含んでいてもよく、ステップを異なる順序で実行してもよい。
【００４４】
この実施形態では、コントローラ１１０は、ステップ６０５において、ユーザから設定周波数を受け取る。他の実施形態として、コントローラ１１０は、デバイスから設定周波数を受け取ってもよい。
【００４５】
コントローラ１１０は、ステップ６１０において、設定周波数を用いて較正データを読み出す。較正データは、較正点と、較正点に関連付けられた較正温度（Ｔｎｏｍ）とを含む。アセンブリシステム１００は、較正温度（Ｔｎｏｍ）における異なる周波数のための複数の較正点を維持している。較正データ点は、ルックアップテーブルから直接的に読み出してもよく、及び／又は、幾つかの実施形態においては、ルックアップ／算出点の限定的な組から算出／補間してもよい。較正点は、関心周波数帯（例えば、Ｃバンド）をカバーしている。説明を明瞭にするために、周波数帯を幾つかのセグメントに分割し、各セグメント内に較正点があると考えることができる。例えば、周波数帯が４８００ＧＨｚであり、エタロン１６０の熱チューニング範囲が５０ＧＨｚである場合、９６個以上のセグメントによって、周波数体全体がカバーされる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、各セグメント内に１つの較正点が含まれる。幾つかの実施形態においては、較正点は、各セグメントの中心に配置される。他の実施形態においては、各セグメント内に複数の較正点があってもよい。更に、幾つかの実施形態においては、較正点は、他のセグメントから導出してもよい。コントローラ１１０は、設定周波数に最も近い較正点を読み出す。幾つかの実施形態においては、較正温度は、エタロン１６０の熱チューニング範囲内に収まる温度である。幾つかの実施形態においては、較正温度は、エタロン１６０の熱チューニング範囲の中心に対応する温度である。例えば、較正温度は、６５℃であってもよい。
【００４７】
コントローラ１１０は、ステップ６１５において、熱チューニングアルゴリズム及び読み出された較正データを用いて、エタロン１６０の設定温度を算出する。ある実施形態においては、以下の熱チューニングアルゴリズムを用いてもよい。
υｉ，ｊ＝υｉ，０＋ｄυ／ｄＴ（Ｔｎｏｍ−Ｔｊ）  （２）
ここで、ｄυ／ｄＴは、温度によるエタロン周波数変化であり、υｉ，０は、較正温度Ｔｎｏｍにおいて測定される周波数であり、Ｔｊは、エタロン１６０の温度であり、υｉ，ｊは設定周波数である。周波数帯域全体には、「ｉ」個の較正点が含まれ、「ｊ」は±０，１，…ｎであり、ｎは、エタロン温度検出器１７０の分解能によって決定される。
【００４８】
式（２）は、固定された補正であり、温度によるエタロン周波数変化の周波数依存性を考慮していない。したがって、幾つかの実施形態においては、以下のような周波数補正熱チューニングアルゴリズムを用いてもよい。
υｉ，ｊ＝υｉ，０＋ｄυ’／ｄＴ（Ｔｎｏｍ−Ｔｊ）  （３）
ｄυ’／ｄＴ＝ｆ（υ）  （４）
ここで、ｆ（υ）は、周波数の線形関数であっても非線形関数であってもよく、例えば、ｍ及びｃを定数として、一次関数ｆ（υ）＝ｍν＋ｃであってもよい。式（３）は、補正された周波数であるが、エタロン温度検出器１７０によって測定された温度と、エタロン１６０の実際の温度との間の温度オフセットを考慮していない。これに代えて、幾つかの実施形態においては、以下のような周波数及び温度が補正された熱チューニングアルゴリズムを用いてもよい。
υｉ，ｊ＝υｉ，０＋ｄυ’／ｄＴ（Ｔｎｏｍ−Ｔｊ）（１−δ）  （５）
ここで、δは、温度オフセット補正係数である。温度オフセット補正係数は、エタロン１６０の実際の温度の間と、較正温度からの温度逸脱によって測定されたエタロン温度検出器１７０の温度との間のオフセットを示す。温度オフセット補正係数は、較正の際に導出してもよい。更に、幾つかの実施形態においては、他の環境因子を補償するために、熱チューニングアルゴリズムに更なる補正項を組み込んでもよい。他の環境因子とは、例えば、サブマウント１２０の温度、チューニングアセンブリ１０５を収容するケースの温度、経年劣化等である。
【００４９】
ステップ６２０において、コントローラ１１０は、エタロン１６０の温度が算出された設定温度に等しくなるようにエタロンアセンブリを制御する。コントローラ１１０は、エタロン温度検出器１７０の監視温度が設定温度になるまで、エタロンヒータ１６５を調整する。コントローラ１１０は、例えば、比例積分微分（proportional-integral-derivative：ＰＩＤ）アルゴリズムによって、エタロン１６０の温度を設定温度に維持してもよい。
【００５０】
ある時点で、ユーザが設定周波数を異なる周波数値に変更することを望むことがある。例えば、ユーザは、熱ロックシステム１００を異なる周波数にロックすることを望むことがある。コントローラ１１０は、ステップ６２５において、異なる設定周波数値を受け取り、異なる設定周波数に基づいて、ステップ６１０〜６２０を実行する。これにより、熱ロックシステム１００は、この出力ビームをユーザが選択した周波数に動的にロックすることができる。更に、周波数は、オングリッドの周波数であってもよく、オフグリッドの周波数であってもよい。
【００５１】
図７は、較正点を含む一実施形態に基づく熱ロックシステム１００の包括的な熱ロック特性を表すグラフ７００を示している。グラフ７００は、較正温度（Ｔｎｏｍ）に対するエタロン応答５０５、最高温度（Ｔｍａｘ）におけるエタロン応答５１０、及び最低温度（Ｔｍｉｎ）におけるエタロン応答５１５を含む。具体的には、グラフ７００は、エタロン応答５０５に関する３つの較正点υ−１，０、υ０，０及びυ１，０を表している。図６を用いて上述したように、エタロン１６０を設定周波数にチューニングするために、コントローラ１１０は、設定周波数に最も近い較正点を選択し、エタロン１６０の温度を調整して、設定周波数における後方ビーム１１６及び前方ビーム１１８に対応する設定位置にエタロン応答曲線５１０をシフトさせる。応答曲線をより高い周波数にチューニングする場合、コントローラ１１０は、エタロン１６０の温度を低下させ、応答曲線をより低い周波数にチューニングする場合、コントローラ１１０は、エタロン１６０の温度を上昇させる。
【００５２】
図８は、一実施形態に基づく異なる熱チューニングアルゴリズムのためのロック誤差を示すグラフ８００である。具体的には、グラフ８００は、異なるチューニングアルゴリズムを使用する際にロック誤差を最小化する手法を示している。上述したように、式５は温度オフセットを考慮し、周波数補正されている。一方、式２は、補正が固定されており、式３は、周波数補正されているが、温度オフセットを補正していない。正規化されたロック誤差は、ビームの実際の周波数と、エタロン１６０によって示されるビームの周波数との間の誤差である。
【００５３】
熱ロックシステムの動作
図９は、熱ロックシステム１００のコントローラ１１０を用いて熱ロックシステム１００によって生成される光ビームの周波数を設定するためのプロセス９００の一実施形態のフローチャートを示している。他の実施形態では、他の要素がプロセスのステップの一部又は全部を実行してもよい。また、幾つかの実施形態は、異なる及び／又は追加的なステップを含んでいてもよく、ステップを異なる順序で実行してもよい。
【００５４】
ステップ９０５において、コントローラ１１０は、レーザ光源アセンブリ１１５によって生成される光ビームのための設定周波数を受け取る。設定周波数は、レーザ光源アセンブリ１１５から出力される光ビーム１１６の所望の周波数である。例えば、ユーザは、設定周波数を１９４，０００ＧＨｚ又は対応する波長１．５４６μｍに設定してもよい。
【００５５】
ステップ９１０において、コントローラ１１０は、設定周波数に基づいて、レーザ光源アセンブリデータ及びエタロンの設定温度を判定する。コントローラ１１０は、１つ以上のルックアップテーブルからレーザ光源アセンブリデータを判定することができる。読み出されたレーザ光源アセンブリデータは、レーザ光源アセンブリ１１５内の１つ以上のレーザチップ及び／又はセクションのための駆動電流セッティングと、レーザチップのための初期温度値とを含み、この組み合わせは、設定周波数に対応している。エタロンのための設定温度は、図６に関して説明したプロセスを用いて決定される。
【００５６】
そして、ステップ９１５において、コントローラ１１０は、レーザ光源アセンブリデータに基づいて、レーザ光源アセンブリ１１５内の１つ以上のレーザチップに駆動電流を供給する。そして、レーザ光源アセンブリは、初期周波数における１つ以上の出力ビーム、例えば、後方ビーム１１８及び前方ビーム１１６を生成する。
【００５７】
ステップ９２０において、コントローラ１１０は、レーザ光源アセンブリデータに基づいて、レーザ光源アセンブリ１１５の温度を初期温度に調整する。コントローラ１１０は、読み出されたデータに基づいて、温度調整器１２５に信号を供給し、サブマウント１２０を加熱又は冷却する。コントローラ１１０は、サブマウント温度検出器１５５からの信号を用いて、サブマウント１２０、したがって、１つ以上のレーザチップが初期温度に到達した時点を判定する。一実施形態においては、コントローラ１１０は、比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムによって、１つ以上のレーザチップの温度を、初期温度又はコントローラ１１０によって決定された幾つかの他の温度に維持する。なお、他の実施形態として、コントローラ１１０は、ステップ９１５において、ステップ９２０のレーザ光源アセンブリの加熱と同時に又はこの加熱の前にレーザ光源アセンブリ１１５の１つ以上のレーザチップに駆動電流を供給してもよい。
【００５８】
ステップ９２５において、コントローラ１１０は、エタロンの温度を設定温度に調整する。コントローラ１１０は、エタロンヒータ１６５に信号を供給して、エタロン１６０を加熱又は冷却する。コントローラ１１０は、エタロン温度検出器１７０からの信号を用いて、エタロン１６０が設定温度に到達したことを判定する。一実施形態においては、コントローラ１１０は、ＰＩＤアルゴリズムによって、エタロン１６０の温度を設定温度に維持する。
【００５９】
ステップ９３０において、コントローラ１１０は、設定周波数及び設定温度に基づいて、ロック比率設定点を判定する。幾つかの実施形態においては、コントローラ１１０は、１つ以上のルックアップテーブルからロック比率設定点を読み出す。更に、幾つかの実施形態においては、ロック比率設定点は、較正点の限定的な組から算出／補間してもよい。ステップ９３５において、コントローラ１１０は、それぞれ、参照ビーム検出器１４５及び送信ビーム検出器１５０から受け取られる参照信号（ＲｘＭｏｎ）及び送信信号（ＴｘＭｏｎ）を用いて、ロック比率を算出する。
【００６０】
１つ以上の出力ビームの初期周波数は、理想的には、設定周波数と同じであるが、初期的に及び／又は熱ロックシステム１００の動作の途中で、設定周波数からの意図しない逸脱が生じる場合もある。設定周波数からの意図しない逸脱は、エタロンアセンブリ１４０を用いて特定され、レーザ光源アセンブリ１１５に供給される駆動電流を調整することによって及び／又はレーザ光源アセンブリ１１５の温度を調整することによって補正される。
【００６１】
コントローラ１１０は、ステップ９４０において、算出されたロック比率がロック比率設定点に対応しているかを判定する。ロック比率設定点が算出されたロック比率と重なっていない場合、コントローラ１１０は、ステップ９４５において、１又は複数のレーザパラメータを調整し、ロック比率設定点に再び重なるように、算出されたロック比率をシフトさせる。１つ以上のレーザチップの温度と、１つ以上の出力ビームの周波数との間には、逆相関の関係がある。コントローラ１１０は、温度調整器１２５によって１つ以上のレーザチップの温度を調整してもよく、及び／又は１つ以上のレーザチップに供給される駆動電流を調整してもよい。駆動電流の増加及び／又は１つ以上のレーザチップ温度の上昇によって、１つ以上の出力ビームの周波数が低下する。逆に、駆動電流の減少及び／又は１つ以上のレーザチップの温度の低下によって、１つ以上の出力ビームの周波数が上昇する。算出されたロック比率及びロック比率設定点が一致すると、出力ビームが設定周波数となる。したがって、算出されたロック比率がロック比率設定点に重なるように、１又は複数のレーザパラメータを調整してもよい。ある時点で、ユーザが設定周波数を異なる周波数値に変更することを望むことがある。例えば、ユーザは、熱ロックシステム１００を異なる周波数にロックすることを望むことがある。ステップ９５０において、コントローラ１１０は、異なる設定周波数を受け取ったかを判定する。コントローラ１１０が異なる設定周波数を受け取った場合、プロセスは、ステップ９１０に進み、異なる設定周波数を用いて、上述の処理を繰り返す。この他の場合、プロセスは、ステップ９４０に進む。
【００６２】
更なる構成
上述した実施形態の説明は、説明を目的とするものであり、本発明を排他的に又は開示した正確な形式に限定する意図はない。上述の開示に基づき、多くの修正例及び変更例が可能であることは、当業者にとって明らかである。
【００６３】
ここに開示したステップ、動作又はプロセスの何れも、１つ以上のハードウェア又はソフトウェアモジュールによって単独で又は他のデバイスと組み合わせて実行又は実現できる。一実施形態においては、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプロセッサによって実行されて、ここに開示したステップ、動作又はプロセスの一部又は全部を実行するコンピュータプログラムコードを格納するコンピュータ読取可能媒体を含むコンピュータプログラム製品によって実現される。
【００６４】
また、実施形態は、ここに開示した動作を実行する装置であってもよい。この装置は、要求された目的に専用の装置であってもよく及び／又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成された汎用コンピュータから構成してもよい。このようなコンピュータプログラムは、持続的なタンジブルなコンピュータ読取可能メモリ媒体に格納してもよく、又は電子命令の保存に適する如何なる種類の媒体に格納してもよく、これらの媒体をコンピュータシステムバスに接続してもよい。更に、ここに説明したあらゆる演算システムは、シングルプロセッサを含んでいてもよく、演算能力を高めるために複数のプロセッサを使用する設計構造であってもよい。
【００６５】
更に、本明細書で使用した用語は、主に、説明を明瞭にするために選択しており、本発明の主題を制限又は画定するために選択したものではない。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明によっては制限されず、本出願の特許請求の範囲によって定義される。すなわち、実施形態の説明は、例示的なものであり、特許請求の範囲に述べる本発明の範囲を制限するものではない。
【００６６】
また、特許請求の範囲において、単数で示す要素は、特段の言及がない限り、「１つのみ」を意味するわけではなく「１つ以上」を意味する。更に、デバイス又は方法は、特許請求の範囲に含まれるために、本発明の異なる実施形態によって解決される全ての問題を解決する必要はない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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