(57)【要約】  本発明は、レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための方法および装置に関する。この装置は、レーザ信号を生成することを考慮してレーザ光源に駆動電流を供給するための第1の電流発生器を備える。位相ノイズ検出器は、位相エラー信号を生成するためのレーザ波長に応答し、第2の電流発生器は、位相調整したレーザ信号を生成するためのレーザ光源に供給される駆動電流に加えられる補償電流を生成するための位相エラー信号に応答する。そのため、この装置は、レーザ信号の位相ノイズを抑制するための、位相ノイズ検出器および第2の電流生成器によって形成される位相安定化ループを規定する。
2009512199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための装置であって、
前記レーザ信号を生成することを考慮して前記レーザ光源に駆動電流を供給するための第1の電流発生器と、
位相エラー信号を生成するための前記レーザ信号に応答する位相ノイズ検出器と、
位相調整したレーザ信号を生成するための前記レーザ光源に供給される前記駆動電流に加えられる補償電流を生成するための前記位相エラー信号に応答する第2の電流発生器とを備え、
前記位相ノイズ検出器および前記第2の電流発生器は、前記レーザ信号の前記位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記レーザ光源が前方および後方出力部を有し、前記位相ノイズ検出器が前記レーザ光源の前記後方出力部に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ光源がレーザ信号出力部を含み、前記位相ノイズ検出器が前記レーザ信号出力部からの前記レーザ信号の一部分を供給されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ光源が、前記レーザ信号を生成するためのファイバブラッグ格子ベースの外部キャビティレーザを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記位相ノイズ検出器が波長ドリフト検出器であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記波長ドリフト検出器が、
前記レーザ信号の一部分を反射するように、および前記レーザ信号の一部分を伝送するように構成されている、前記レーザ信号を供給される波長識別フィルタと、
前記レーザ信号の前記伝送部分を測定するように、前記波長識別フィルタに接続されている第1の光検出器と、
前記レーザ信号の前記反射部分を測定するように、前記波長識別フィルタに接続されている第2の光検出器とを備え、
前記測定された伝送および反射のレーザ信号部分の比率は、レーザ波長依存であり、前記レーザ信号の波長ドリフトを検出するために使用可能であることを特徴とする請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記伝送および反射のレーザ信号波長部分の前記測定が、強度変化測定であることを特徴とする請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記位相エラー信号を生成するために、前記伝送および反射のレーザ信号部分の前記強度変化測定の比較器をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記波長識別フィルタが周期的高勾配波長識別フィルタであることを特徴とする請求項6に記載の装置。
【請求項１０】
前記周期的高勾配波長識別フィルタがファブリ-ペローフィルタであることを特徴とする請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
前記ファブリ-ペローフィルタが、ギャップによって離間され、光ファイバの内側に形成された2つのブラッグ格子から形成されていることを特徴とする請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記ファブリ-ペローフィルタが、小さい自由スペクトルレンジおよび高コントラストを有することを特徴とする請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
前記ファブリ-ペローフィルタが、固体金属本体に形成された溝部内に収納され、前記溝部が、前記ファブリ-ペローフィルタ上に与えられることになる張力を防ぐように密閉されており、前記本体のサイズは、低周波数振動が効果的に前記フィルタに移動しないほどであることを特徴とする請求項11に記載の装置。
【請求項１４】
前記周期的高勾配波長識別フィルタが、ファイバカプラベースの非対称のマイケルソン干渉計を備えることを特徴とする請求項9に記載の装置。
【請求項１５】
前記第2の電流発生器がレーザ波長固定電流発生器であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項１６】
レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための方法であって、
前記レーザ信号を生成することを考慮して前記レーザ光源に供給されることになる駆動電流を生成するステップと、
前記レーザ信号における位相ノイズを検出するステップと、
前記検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成するステップと、
位相調整したレーザ信号を生成することを考慮して、前記レーザ光源に供給される前記駆動電流に加えられることになる前記エラー信号に応答して補償電流を生成するステップとを含み、
前記レーザ信号における位相ノイズを検出し、前記検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成し、前記エラー信号に応答して第2の補償電流を生成する前記動作は、前記レーザ信号の前記位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを規定することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記レーザ信号における位相ノイズを検出するステップが、前記レーザ信号の波長ドリフトを検出するステップを含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザ信号の波長ドリフトを検出するステップが、波長ドリフトを強度変化に変換するステップと、前記強度変化をレーザ信号参照強度と比較するステップとを含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
レーザ信号の波長ドリフトを検出するための検出器であって、
前記レーザ信号の一部分を反射するように、および前記レーザ信号の一部分を伝送するように構成されている、前記レーザ信号を供給される波長識別フィルタと、
前記レーザ信号の前記伝送部分を測定するための前記波長識別フィルタに接続されている第1の光検出器と、
前記レーザ信号の前記反射部分を測定するための前記波長識別フィルタに接続されている第2の光検出器とを備え、
前記伝送および前記反射のレーザ信号部分の測定は、前記レーザ信号の前記波長ドリフトを検出するために使用可能であることを特徴とする検出器。
【請求項２０】
前記波長識別フィルタが、周期的高勾配波長識別フィルタであることを特徴とする請求項19に記載の検出器。
【請求項２１】
前記波長識別フィルタがファブリ-ペローキャビティを備えることを特徴とする請求項20に記載の検出器。
【請求項２２】
前記周期的高勾配波長識別フィルタがファブリ-ペローフィルタであることを特徴とする請求項21に記載の検出器。
【請求項２３】
前記ファブリ-ペローフィルタが、ギャップによって離間され、光ファイバの内側に形成された2つのブラッグ格子から形成されていることを特徴とする請求項22に記載の検出器。
【請求項２４】
前記ファブリ-ペローフィルタが、小さい自由スペクトルレンジおよび高コントラストを有することを特徴とする請求項23に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、レーザ光源の位相ノイズを抑制するための方法および装置に関する。より具体的には、本発明は、例として、干渉原理、RF信号発生およびコヒーレント通信に基づいた光ファイバセンサのための従来の分布帰還型ダイオードレーザおよびゲインチップベースの外部キャビティレーザ(ECL)などの低い周波数レンジにおける位相ノイズを20から40dBまでに効果的に抑制するための方法および装置に関するが、それらには限定されない。
【背景技術】
【０００２】
石油およびガス探査業界では、地震調査は、音響衝撃波を地層内に伝播させることによって特定のエリアの下で詳細な地理的構造を判断し、反射される地震波信号を検出し、測定するための技術である。地震調査技術は、現在では、資本効率を高め、資本投資のリスクを最小限にし、ドライホールを排除し、石油生産スループットを高めるために、石油およびガスの探査および生産の業界にとって重要な領域として認識されている。
【０００３】
光ファイバベースの地震調査検知技術により、50フィート未満の分解能で10,000フィートを超える深さに達することによって、岩塩ドームを貫通することが改善される。この改善される性能は、さらなる新規の石油またはガス埋蔵量を発見するのに役立つ。
【０００４】
光ファイバ地震システムにおけるコア成分は、低位相ノイズのレーザ光源および干渉原理に基づいた高感度地震光ファイバセンサ(例えば、加速度計、ハイドロフォン、または受振器)である。レーザ光源は、低い位相ノイズのみでなく、過酷な環境による外部振動擾乱に対する低い感度も示す必要がある。
【０００５】
従来の高パワーのテレコムグレードのダイオードレーザは、それらが小さいサイズであるがために、振動に対して狭い線幅および低い感度を示す。これらの特性により、これらのレーザは、干渉計ベースの適用例のためのコヒーレント光源として使用することに適している。しかし、それらは、地震センサが働く周波数レンジ、一般には、1〜1000Hzでは、高位相ノイズを示す。光ファイバレーザなどの別のタイプのレーザは、低位相ノイズを示すが、それらのレーザの位相ノイズは、音響的または機械的な振動(それによりジッタおよび波長ドリフトが生じる)に対して光ファイバが高感度(正確であるファイバ長)であるがために、野外環境では劇的に増加し、光ファイバレーザを過酷な環境擾乱から分離させることなしに、これらのレーザを使用することを困難にさせている。
【０００６】
これらの技術的課題および難しさにより、光ファイバ地震検知システムのさらなる開発が妨げられる可能性がある。光ファイバ地震検知機能の要求を満たすために、振動不感の低位相ノイズのレーザ光源が必要とされている。
【０００７】
精密分光計測、ハイドロフォンセンサ、LIDAR、RF信号発生、コヒーレント通信など、別の適用例にもまた、低位相ノイズのレーザ光源が必要になることがある。
【０００８】
さらには、光ファイバ地震検知システムの高波長密度の性質により、十分な波長の正確さをもたらす波長チューニングおよび自己較正の双方を可能にするレーザ光源を設計し、製造する必要性もある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の一態様によれば、レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための方法が提供される。この方法は、レーザ信号を生成することを考慮してレーザ光源に供給されることになる駆動電流を生成するステップと、レーザ信号における位相ノイズを検出するステップと、検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成するステップと、位相調整したレーザ信号を生成することを考慮してレーザ光源に供給される駆動電流に加えられることになるエラー信号に応答して補償電流を生成するステップとを含む。レーザ信号における位相ノイズを検出し、検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成し、エラー信号に応答して第2の補償電流を生成する動作は、レーザ信号の位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを規定する。
【００１０】
本発明はまた、レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための装置に関する。この装置は、第1の電流発生器、位相ノイズ検出器、および第2の電流発生器を備える。第1の電流発生器は、レーザ信号を生成することを考慮してレーザ光源に駆動電流を供給する。位相ノイズ検出器は、位相エラー信号を生成するためのレーザ信号に応答する。第2の電流発生器は、位相調整したレーザ信号を生成するためのレーザ光源に供給される駆動電流に加えられる補償電流を生成するための位相エラー信号に応答する。位相ノイズ検出器および第2の電流発生器は、レーザ信号の位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを形成する。
【００１１】
本発明はさらに、レーザ信号の波長ドリフトを検出するための検出器に関する。この検出器は、波長識別フィルタ、第1の光検出器、および第2の光検出器を備える。波長識別フィルタは、レーザ信号のある部分を反射し、レーザ信号の別の部分を伝送する。これら2つの部分の比率は、レーザ波長に依存する。第1の光検出器は、伝送レーザ信号の部分を測定するための波長識別フィルタに接続されている。第2の光検出器は、反射レーザ信号の部分を測定するための波長識別フィルタに接続されている。伝送および反射のレーザ信号の部分の測定は、レーザ信号の波長ドリフトを検出するために使用可能である。伝送および反射のレーザ信号の部分それぞれは、互いに対してのレーザ参照信号である。
【００１２】
本発明の前記および別の目的、利点および特徴は、ほんの一例として添付の図面に関連して与えられるその例示的実施形態の非制限的説明を読むとより明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
低周波数でのレーザ位相ノイズは、レーザ光を高勾配波長識別フィルタに送ることによって、および波長ドリフトを強度変化に変換することによって抑制可能である。フォトダイオードにより強度変化を測定し、測定された強度変化をレーザ参照強度と比較することによって、エラー信号が生成される。このエラー信号に基づいて、補償電流が生成され、次いで、レーザ光源駆動電流に加えられる。このような形で、レーザ波長は、その結果生じるレーザ位相安定化ループの帯域幅内に固定される。補償電流の極性に応じて、補償電流は、レーザ光源駆動電流の値を増加または減少させることが可能であるということを理解されたい。
【００１４】
複数の要素を、位相ノイズ抑制ループを設計するため、およびループ性能を最大にするために考慮に入れる。
・第1に、電気通信格子レーザダイオードの位相ノイズ特性は、それぞれのベンダで異なる。注入電流によるレーザノイズスペクトルおよびチューニング応答は、波長固定ループを適切にチューニングするために試験されることが必要である。
・第2に、波長固定ループの安定性は、ループ内に送られるレーザパワーの変化によって影響を受けるべきではなく、したがって、対数増幅器を使用して、フォトダイオード電流を増幅し、波長固定電流を生成する。
・第3に、波長識別フィルタのノイズは、波長固定ループ内に移動することになるので、このノイズは、外部擾乱によるフィルタの不安定性によって、およびフィルタの偏波依存応答によって生じる可能性がある。
【００１５】
図1に、本発明の第1の非制限的な例示的実施形態による位相ノイズ抑制レーザ光源モジュールを示す機能ブロック図を示す。
【００１６】
レーザ110の主要駆動電流117は、レーザ駆動電流コントローラ114の形態で第1の電流発生器によって供給され、レーザ110の動作温度は、温度コントローラ113によって制御される。駆動電流コントローラ114および温度コントローラ113の双方は、マイクロコントローラ116に接続されている。主要駆動電流117は、最小変化を有するDC電流である。
【００１７】
レーザ110は、レーザ信号101を放出する第1の前方出力部、およびレーザ信号102を放出する第2の後方出力部を有する。レーザ110の第2の後方出力部からのレーザ信号102は、光波長ドリフト検出回路120の形態で位相ノイズ検出器に送られる。この回路120によって生成される電気信号は、レーザ110に供給される全駆動電流116を生成するために主要駆動電流117に加えられることになる比較的小さい補償電流118を生成するレーザ波長固定電流発生器115の形態で第2の電流発生器に供給される。そのため、補償電流118は、レーザ出力波長101を安定化し、レーザ110の位相ノイズを抑制する。
【００１８】
つまり、レーザ波長ドリフト検出器120および波長固定電流発生器115は、レーザ信号101の位相ノイズを抑制する位相安定化ループを形成する。
【００１９】
図2に、図1の位相安定ループの実装をより詳細に示す機能ブロック図を示す。レーザ110の第2のピグテールの出力部から収集されるレーザ信号102は、3ポートサーキュレータ121を通じて伝えられる入力光信号として使用される。伝送ポート121Aからの光信号は、フォトダイオード128Aの形態で第1の光検出器に達する前に、反射性波長識別フィルタ122および減衰器123を通る。反射ポート121Bからの光信号は、フォトダイオード128Bの形態で第2の光検出器内に直接送られる。識別フィルタ122およびフォトダイオード128A間の減衰器123を使用して、サーキュレータ121の反射ポート121Bの追加の挿入損失を補償する。ある波長においてのみ、フォトダイオード128Aおよび128Bの双方によって測定されるパワーの強度は、本明細書に後述するように、等しいことが可能である。
【００２０】
本明細書に述べる例示的実施形態では、レーザ110は、従来のダイオードのパッケージ技術を使用して、前方および後方の出力ピグテールによりパッケージされた分配フィードバック(DFB)のレーザダイオードである。代替としては、レーザ110はまた、レーザキャビティを形成するためにダイオードゲインチップと、1つまたは2つのファイバブラッグ（Bragg）格子とからなる外部キャビティレーザであってもよい。
【００２１】
フォトダーオード128Aおよび128Bの出力部における電流の高周波数変化は、それぞれローパスフィルタ129Aおよび129Bによってフィルタにかけられる。ローパスフィルタ129Aおよび129Bの帯域幅により、位相安定化ループの帯域幅が決定される。
【００２２】
反射性波長識別フィルタ122は、光ファイバ内に形成された、およびギャップ122Cによって互いに離間された2つの組の同一広帯域チャープファイバブラッグ格子122Aおよび122Bを含むフィルタである。各組の格子は、広帯域反射体のように働き、共にファブリ-ペロー（Fabry-Perot）キャビティとして動作する。ファブリ-ペローキャビティの自由スペクトルレンジ(FSR)は、ファイバ指数およびギャップ122Cの双方に左右される。
【００２３】
ファブリ-ペローキャビティは、非常に小さいFSRおよび高コントラストを有するように構成されている。小さいFSRにより、固定されたレーザ波長は、レーザ110の初期に設定された波長に非常に近いこと、およびレーザ波長ドリフトに対してフィルタの感度を高めることが可能になる。
【００２４】
当業者には容易に理解されるであろうように、波長識別フィルタ122は、レーザ信号のある部分をフォトダイオード128Bに反射し、レーザ信号の別の部分をフォトダイオード128Aに伝送する。
【００２５】
それぞれ図3Aおよび図3Bに、例として、例示的ファイバファブリ-ペローキャビティの反射スペクトル300および伝送スペクトル310の一部分を示す。FSRは、最大反射約90%を有する10ピコメータであるように設計されている。反射スペクトルは、フォトダイオード128Bによって検出され、伝送スペクトルは、フォトダイオード128Aによって検出される。
【００２６】
ファイバブラッグ格子ベースの反射性波長識別フィルタ122は、振動に対するその感度が、レーザダイオードに近いレベルに抑制されるようにパッケージされる。図3Cに、パッケージの設計の説明に役立つ例を示す。反射性波長識別フィルタ122を含むファイバの部分は、その上に加えられる張力を全くなしに、固体金属本体320の内側の小さいサイズの溝部321内に挿入される。溝部は、ポリマー類似ファイバのコーティング材(図示せず)により充填されている。本体320の2つの開口部は、その中にファイバを適切に保持するために、エポキシ321、322により充填される。したがって、本体320の外側のファイバ上に加えられるいずれのひずみも、本体320の内側のファイバに移動することはなくなる。本体の寸法は非常に小さいので、低周波数レンジにおける振動が、内側のファイバに効果的に移動することはなくなる。反射性波長識別フィルタ122の温度安定性は、熱電冷却器(図示せず)上に位置する全本体320の温度制御部によって制御される。熱電冷却器制御回路は、フィルタの高周波数ノイズを最小限にするために、低周波数応答を有するようにチューニングされる。
【００２７】
図3Dに、反射性波長識別フィルタ122として使用可能である高勾配波長識別フィルタを示す。基本的には、それは、3dBファイバカプラ330ベースの非対称マイケルソン（Michelson）干渉計である。2つの同一広帯域チャープファイバブラッグ格子331、332は、高反射率ミラーとして使用される。波長ドメインにおけるフィルタ出力は、正弦曲線であり、その勾配は、2つのアーム上のファイバブラッグ格子331、332の位置不均衡に左右される。
【００２８】
反射性波長識別フィルタ122およびピグテールのフォトダイオード128A、128Bは、ファイバが振動擾乱の下にある場合、波長固定ループ安定性を抑制する偏波依存応答を示す。そのため、レーザ110の第2の出力部は、偏波保持(PM)ファイバピグテールを介して、サーキュレータ121に接続されていることが好ましい。同様に、サーキュレータ121は、PMファイバによりピグテール化され、反射性波長識別フィルタ122はPMファイバベースであり、フォトダイオード128A、128Bはまた、PMファイバピグテールによって接続されている。
【００２９】
図4に、それぞれフォトダイオード128Bおよびフォトダイオード128Aによって検出される結合スペクトルの例を示す。交点410を参照波長として使用して、レーザ110の波長を固定する。したがって、レーザ110の波長が参照波長のうちの1つと一致しない場合、フォトダイオード128Aおよび128Bによって検出されるパワーは等しくならず、エラー信号が、波長固定電流発生器115によって生成されることになる。実際には、図2により分かることが可能であるように、ローパスフィルタ129Aおよび129Bの出力は、低周波数レンジにおけるエラー信号を計算することが可能である波長固定電流発生器115に供給される。
【００３０】
レーザ110の波長およびパワーは、レーザ駆動電流制御回路114およびレーザ温度制御回路113によって初期に設定可能であるが、内部的および外部的な影響により、レーザ波長は安定化されない。したがって、フォトダイオード128Aおよび128Bによって検出される電流は、レーザ波長のドリフトによって時間と共に変化する。例えば、差動増幅器(図示せず)などの比較器を通じて、フォトダイオード128Aおよび128Bによって生成される電流信号を比較することによって、小さい補償電流118は、波長固定電流発生器115によって生成され、次いで主要駆動電流117に加えられ、それによって、レーザ110に供給される実電流116が、補償信号118の極性に応じて、増加または減少する。電流116が変化すると、レーザ110からのレーザ信号101の波長は、それに応じて調整される。サーキュレータ121、反射性波長識別フィルタ122、減衰器123、フォトダイオード128A、128B、および波長固定電流発生器回路115は、反射性波長識別フィルタ122によって規定される最も近い参照波長に固定され、安定化されたレーザの位相を保つ位相安定化ループを形成し、そのため、レーザ位相ノイズは抑制される。
【００３１】
伝送および反射のレーザ信号のうちの一方のみを検出し、それをレーザ出力部から直接収集される参照レーザ信号と比較する代わりに、伝送および反射のレーザ信号の双方を検出し、比較することによって、レーザ波長ドリフトに対して生成される位相エラー信号の感度は高まる。
【００３２】
図5に、本発明の第2の非制限的な例示的実施形態による位相ノイズ抑制レーザ光源モジュールを示す。図5に示すレーザ光源は、図2に示し、本明細書に上述のレーザ光源と非常に類似している。したがって、これらの2つのレーザ光源間の相違のみを本明細書に述べることにする。2つのレーザ光源間の主な相違は、図5のレーザ110Aは、1つの出力のみを有することである。したがって、位相安定化ループに供給されるレーザ信号は、ファイバタップカプラ150、好ましくはPMベースのタップカプラを使用することによって収集されるレーザ出力の小さい部分である。
【００３３】
図6に、本発明の第3の非制限的な例示的実施形態による位相ノイズ抑制レーザ光源モジュールを示す。やはり、図6に示すレーザ光源は、図2に示し、本明細書に上述のレーザ光源と非常に類似している。したがって、これらの2つのレーザ光源間の相違のみを本明細書に述べることにする。
【００３４】
図2の実施形態の3ポートサーキュレータ121は、2×2ファイバカプラ130によって置き換えられ、それによって、捕捉ポート132が設けられる。カプラ130の捕捉ポート132の後に、1×2ファイバカプラ140が続く。ファイバカプラ140の1つの出力ポート141は、レーザ波長チューニングレンジをカバーする広帯域幅波長識別フィルタ144に接続され、次いで、フォトダイオード148に突出する。アイソレータ143が、広帯域幅波長フィルタ144からの最終的な後方反射光がフォトダイオード148に達しないようにするために、ポート141とフィルタ144との間に設けられる。カプラ140の別の出力ポート142は、別のフォトダイオード149に直接接続されている。フォトダイオード148および149からの信号は、電子回路、例えば差動増幅器回路152を通じてマイクロコントローラ116に供給され、その場合、複数の目的のために使用される。より具体的には、フォトダイオード148および149からの信号を使用して、レーザ駆動電流制御回路114およびレーザ温度制御回路113を通じてレーザの初期動作波長を設定し、レーザ出力パワーを監視する。また、レーザ駆動電流制御回路114およびレーザ温度制御回路113を使用してレーザ波長をチューニングする場合、これらの信号を使用して、レーザ波長を測定する。
【００３５】
上述により、本発明は、レーザダイオードを通過する電流をリアルタイムに制御することによって、参照波長に対するレーザ波長を固定することにより、その波長を安定化するため、およびレーザ位相ノイズを抑制するための技術を開示する。参照波長は、例えば、小さいFSRおよび高コントラストを有する直列全ファイバファブリ-ペローキャビティによって実現される。この種のフィルタにより、フォトダイオードによって検出されるパワーは、波長変化を入力するために極めて高感度であることが可能になる。加えて、ファブリ-ペローキャビティフィルタは、小さい寸法の金属本体の内側に緩くパッケージされており、それにより、その光性能は、音響的および機械的な振動によって影響を受けることがなくなる。
【００３６】
本発明は、波長ドリフト検出ループによって供給される信号に基づいて、レーザダイオードを通過する電流を制御するための方法および装置をさらに開示する。小さい補正電流は、レーザダイオードを満たす主要駆動電流に直接加えられる。この技術により、そのため、レーザ波長を安定化するための電流の細かなチューニングが、レーザ位相ノイズレベルを抑えることを可能にする。
【００３７】
本発明を、非制限的な例示的実施形態に関して説明してきたが、この種の開示は、限定的として解釈されるべきではないことを理解すべきである。様々な代替形態、および修正形態が、上述の開示を読むと当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】レーザ電流駆動制御部、レーザ温度制御部、波長ドリフト検出器、および波長固定電流発生器を備えたレーザ位相ノイズ抑制装置のブロック図である。
【図２】3ポート光ファイバサーキュレータ、直列全ファイバファブリ-ペローキャビティフィルタおよび2つの光検出器を含んだ光レーザ波長変動検出器を備えるレーザ位相ノイズ抑制装置のブロック図である。
【図３Ａ】図2に示すように2つの同一広帯域チャープファイバブラッグ格子の組によって形成されるファイバファブリ-ペローキャビティフィルタの反射スペクトルの部分を示すグラフである。
【図３Ｂ】図2に示すように2つの同一広帯域チャープファイバブラッグ格子の組によって形成されるファイバファブリ-ペローフィルタの伝送スペクトルの例を示すグラフである。
【図３Ｃ】抑制振動高感度ファイバファブリ-ペローフィルタのパッケージ設計の例を示す図である。
【図３Ｄ】図2のファイバファブリ-ペローキャビティフィルタの代替の設計を形成する全ファイバマイケルソン干渉計に基づいた高勾配波長識別フィルタの概略図である。
【図４】交点を波長参照として使用して、レーザ波長を固定する、図2の双方の光検出器上に同時に記録される典型的な光学正規化スペクトルを示すグラフである。
【図５】レーザ波長安定化ループを供給するためのレーザビーム部分を収集するために、レーザの前方出力部でファイバタップカプラを使用する代替の設計図である。
【図６】レーザ動作波長を設定し、チューニングするための第2のエッジフィルタと2つの追加の光検出器とを集積化する別の代替の設計図である。
【符号の説明】
【００３９】
101    レーザ信号
102    レーザ信号
110    レーザ
110A    レーザ
113    レーザ温度制御回路
114    レーザ駆動電流制御回路
115    レーザ波長固定電流発生器
116    マイクロコントローラ、全駆動電流
117    主要駆動電流
118    補償電流
120    レーザ波長ドリフト検出器
121    3ポートサーキュレータ
121A    伝送ポート
121B    反射ポート
122    反射性波長識別フィルタ
122A    広帯域チャープファイバブラッグ格子
122B    広帯域チャープファイバブラッグ格子
122C    ギャップ
123    減衰器
128A    フォトダイオード
128B    フォトダイオード
129A    ローパスフィルタ
129B    ローパスフィルタ
130    2×2ファイバカプラ
132    補足ポート
140    1×2ファイバカプラ
141    出力ポート
142    出力ポート
143    アイソレータ
144    広帯域幅波長識別フィルタ
148    フォトダイオード
149    フォトダイオード
150    ファイバタップカプラ
152    差動増幅器回路
300    反射スペクトル
310    伝送スペクトル
320    固体金属本体
321    エポキシ
322    エポキシ
330    3dBファイバカプラ
331    広帯域チャープファイバブラッグ格子
332    広帯域チャープファイバブラッグ格子
410    交点
【図１】
2009512199.tif 000003
【図２】
2009512199.tif 000004
【図３Ａ】
2009512199.tif 000005
【図３Ｂ】
2009512199.tif 000006
【図３Ｃ】
2009512199.tif 000007
【図３Ｄ】
2009512199.tif 000008
【図４】
2009512199.tif 000009
【図５】
2009512199.tif 000010
【図６】
2009512199.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月10日(2007.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための装置であって、
前記レーザ信号を生成するための前記レーザ光源に主要駆動電流を供給するための第1の電流発生器と、
位相エラー信号を生成するための前記レーザ信号に応答する位相ノイズ検出器と、
位相調整したレーザ信号を生成するための前記レーザ光源に供給される前記主要駆動電流に加えられる補償電流を生成するための前記位相エラー信号に応答する第2の電流発生器とを備え、
前記位相ノイズ検出器および前記第2の電流発生器は、前記レーザ信号の前記位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記レーザ光源が前方および後方出力部を有し、前記位相ノイズ検出器が前記レーザ光源の前記後方出力部に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ光源がレーザ信号出力部を含み、前記位相ノイズ検出器が前記レーザ信号出力部からの前記レーザ信号の一部分を供給されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ光源が、前記レーザ信号を生成するためのファイバブラッグ格子ベースの外部キャビティレーザを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記位相ノイズ検出器が波長ドリフト検出器であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記波長ドリフト検出器が、
前記レーザ信号の一部分を反射するように、および前記レーザ信号の一部分を伝送するように構成されている、前記レーザ信号を供給される波長識別フィルタと、
前記レーザ信号の前記伝送部分を測定するように、前記波長識別フィルタに接続されている第1の光検出器と、
前記レーザ信号の前記反射部分を測定するように、前記波長識別フィルタに接続されている第2の光検出器とを備え、
前記測定された伝送および反射のレーザ信号部分の比率は、レーザ波長依存であり、前記レーザ信号の波長ドリフトを検出するために使用可能であることを特徴とする請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記伝送および反射のレーザ信号波長部分の前記測定が、強度変化測定であることを特徴とする請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記位相エラー信号を生成するために、前記伝送および反射のレーザ信号部分の前記強度変化測定の比較器をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記波長識別フィルタが周期的高勾配波長識別フィルタであることを特徴とする請求項6に記載の装置。
【請求項１０】
前記周期的高勾配波長識別フィルタがファブリ-ペローフィルタであることを特徴とする請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
前記ファブリ-ペローフィルタが、ギャップによって離間され、光ファイバの内側に形成された2つのブラッグ格子から形成されていることを特徴とする請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記ファブリ-ペローフィルタが、自由スペクトルレンジおよびコントラストを有することを特徴とする請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
前記ファブリ-ペローフィルタが、固体金属本体に形成された溝部内に収納され、前記溝部が、前記ファブリ-ペローフィルタ上に張力を与えないようにするための手段を備え、前記本体のサイズは、低周波数振動が効果的に前記フィルタに移動しないほどであることを特徴とする請求項11に記載の装置。
【請求項１４】
前記周期的高勾配波長識別フィルタが、ファイバカプラベースの非対称のマイケルソン干渉計を備えることを特徴とする請求項9に記載の装置。
【請求項１５】
前記第2の電流発生器がレーザ波長固定電流発生器であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項１６】
レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための方法であって、
前記レーザ信号を生成するための前記レーザ光源に供給されることになる主要駆動電流を第1の電流発生器を通じて生成するステップと、
前記レーザ信号における位相ノイズを検出するステップと、
前記検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成するステップと、
前記位相エラー信号に応答して、および第2の電流発生器を通じて、位相調整したレーザ信号を生成することを考慮して、前記レーザ光源に供給される前記主要駆動電流に加えられることになる補償電流を生成するステップとを含み、
前記レーザ信号における前記位相ノイズを検出し、前記検出された位相ノイズに応答して前記位相エラー信号を生成し、前記エラー信号に応答して前記補償電流を生成する前記動作は、前記レーザ信号の前記位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを規定することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記レーザ信号における前記位相ノイズを検出するステップが、前記レーザ信号の波長ドリフトを検出するステップを含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザ信号の前記波長ドリフトを検出するステップが、波長ドリフトを強度変化に変換するステップと、前記強度変化をレーザ信号参照強度と比較するステップとを含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
レーザ信号の波長ドリフトを検出するための検出器であって、
前記レーザ信号の一部分を反射するように、および前記レーザ信号の一部分を伝送するように構成されている、前記レーザ信号を供給される波長識別フィルタと、
前記レーザ信号の前記伝送部分を測定するための前記波長識別フィルタに接続されている第1の光検出器と、
前記レーザ信号の前記反射部分を測定するための前記波長識別フィルタに接続されている第2の光検出器とを備え、
前記波長識別フィルタは、周期的高勾配波長識別フィルタであり、前記周期的高勾配波長識別フィルタが、ファブリ-ペローフィルタであり、前記ファブリ-ペローフィルタが、ギャップによって離間され、光ファイバの内側に形成された2つのブラッグ格子から形成されており、
前記伝送および前記反射のレーザ信号部分の測定は、前記レーザ信号の前記波長ドリフトを検出するために使用可能であることを特徴とする検出器。
【請求項２０】
前記波長識別フィルタがファブリ-ペローキャビティを備えることを特徴とする請求項19に記載の検出器。
【請求項２１】
前記ファブリ-ペローフィルタが、自由スペクトルレンジおよびコントラストを有することを特徴とする請求項19に記載の検出器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
したがって、本発明の一態様によれば、レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための方法が提供される。この方法は、レーザ信号を生成するためのレーザ光源に供給されることになる主要駆動電流を生成するステップと、レーザ信号における位相ノイズを検出するステップと、検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成するステップと、位相調整したレーザ信号を生成するためのレーザ光源に供給される主要駆動電流に加えられることになるエラー信号に応答して補償電流を生成するステップとを含む。レーザ信号における位相ノイズを検出し、検出された位相ノイズに応答して位相エラー信号を生成し、エラー信号に応答して補償電流を生成する動作は、レーザ信号の位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを規定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明はまた、レーザ光源からのレーザ信号の位相ノイズを抑制するための装置に関する。この装置は、第1の電流発生器、位相ノイズ検出器、および第2の電流発生器を備える。第1の電流発生器は、レーザ信号を生成するためのレーザ光源に主要駆動電流を供給する。位相ノイズ検出器は、位相エラー信号を生成するためのレーザ信号に応答する。第2の電流発生器は、位相調整したレーザ信号を生成するためのレーザ光源に供給される主要駆動電流に加えられる補償電流を生成するための位相エラー信号に応答する。位相ノイズ検出器および第2の電流発生器は、レーザ信号の位相ノイズを抑制するための位相安定化ループを形成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明はさらに、波長識別フィルタ、第1の光検出器、および第2の光検出器を備えた、レーザ信号の波長ドリフトを検出するための検出器に関する。波長識別フィルタは、レーザ信号を供給され、レーザ信号の一部分を反射するように、およびレーザ信号の一部分を伝送するように構成されている。第1の光検出器は、レーザ信号の伝送部分を測定するための波長識別フィルタに接続されており、第2の光検出器は、レーザ信号の反射部分を測定するための波長識別フィルタに接続されている。波長識別フィルタは、周期的高勾配波長識別フィルタであり、周期的高勾配波長識別フィルタは、ファブリ-ペローフィルタであり、ファブリ-ペローフィルタは、ギャップによって離間され、光ファイバの内側に形成された2つのブラッグ格子で形成されている。伝送および反射のレーザ信号の部分の測定は、レーザ信号の波長ドリフトを検出するために使用可能である。伝送および反射のレーザ信号の部分それぞれは、互いに対してのレーザ参照信号である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ファイバブラッグ格子ベースの反射性波長識別フィルタ122は、振動に対するその感度が、レーザダイオードに近いレベルに抑制されるようにパッケージされる。図3Cに、パッケージの設計の説明に役立つ例を示す。反射性波長識別フィルタ122を含むファイバの部分は、その上に加えられる張力を全くなしに、固体金属本体320の内側の小さいサイズの溝部321内に挿入される。溝部は、ポリマー類似ファイバのコーティング材(図示せず)により充填されている。本体320の2つの開口部は、その中にファイバを適切に保持するために、エポキシ322、323により充填される。したがって、本体320の外側のファイバ上に加えられるいずれのひずみも、本体320の内側のファイバに移動することはなくなる。本体の寸法は非常に小さいので、低周波数レンジにおける振動が、内側のファイバに効果的に移動することはなくなる。反射性波長識別フィルタ122の温度安定性は、熱電冷却器(図示せず)上に位置する全本体320の温度制御部によって制御される。熱電冷却器制御回路は、フィルタの高周波数ノイズを最小限にするために、低周波数応答を有するようにチューニングされる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｃ】
2009512199.tif 000012
【国際調査報告】
2009512199.tif 000013
2009512199.tif 000014