(57)【要約】方法およびシステムは、高密度波長分割マルチプレクサ（ＤＷＤＭ）の搬送レーザを較正し、レーザを選択された搬送波長にロッキングするように動作させる。一実施例において、搬送レーザは、光ファイバを通る搬送用の国際電気通信連合（ＩＴＵ）搬送グリッドラインのセットの一つにチューニングされるべき幅広いチューナブルレーザ（ＷＴＬ）である。ＷＴＬをＩＴＵグリッドラインにロッキングさせるために、ＷＴＬからの出力ビームの一部は、エタロンを通ってルーティングされ、エタロンフリンジ検出器によって検出するためにそのビームを搬送ラインのセットに分分割する。このビームの別の一部は、レーザ波長検出器に直接ルーティングされる。【選択図】図２
2004528701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザの搬送波長を選択された波長にロッキングする際に用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、
該レーザの該出力ビームの第１の部分を捕えて該レーザの搬送波長を検出するために、該レーザの該光経路における最初の直線部分に沿って配置される、レーザ波長検出器と、
該レーザの該出力ビームの第二の部分を同時に受け取るために、および、該第二の部分を一連の搬送ライン内に分割するために、該レーザ波長検出器からの該レーザダウンストリームの該光経路にある該最初の直線部分に沿って配置されたエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するためのエタロン波長検出器と
を含むシステム。
【請求項２】
選択された波長に対して前記レーザの前記出力ビームにおける前記搬送波長を設定し、また、前記エタロンをチューニングして、前記エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを前記選択された波長に合わせる制御ユニットであって、該波長ロッキング制御ユニットは、その後、該選択されたエタロン搬送ラインからの該レーザの搬送波長における任意のドリフトを検出し、該レーザを調節して任意のドリフトを補償して、その結果、該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザの該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされる、制御ユニットをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記レーザ波長検出器は、円形であり、該レーザ波長検出器の周辺部は、前記ビームの前記第１の部分を捕えるために、該レーザの光経路の前記第１の直線部分に沿って置かれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記レーザ波長検出器は、その中に形成されたスルーホールを含み、該レーザ波長検出器の環状部は、前記ビームの前記第１の部分を捕える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記レーザ波長検出器は、前記ビームが前記エタロンに達する前に前記レーザの前記出力ビームの２０％〜４０％を捕えるように取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記レーザ波長検出器は、前記ビームが前記エタロンに達する前に前記レーザの前記出力ビームの３０％を捕えるように配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記レーザ波長検出器は、前記レーザの前記光経路における前記最初の直線部分に対して角度を有して配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記レーザ波長検出器は、前記レーザの前記光経路における前記最初の直線部分に対して３０〜４５度の角度で配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン波長検出器は、第１の基板に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の基板は、ＦＲ４によって形成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記制御ユニットは、第２の基板に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２の基板は、セラミックである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン波長検出器は、基板の第１のサイドに取り付けられ、前記制御ユニットは、該基板の第２のサイドに取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン検出器は、前記レーザにおける第１の出力面に放射する光経路に沿って配置され、出力光ファイバは、該レーザの第２の出力面に放射する光経路に沿って配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記レーザの前記第２の出力面と前記光ファイバとの間に配置され、かつ、該光ファイバを通って該レーザによって搬送された光信号の周波数チャープを低減するように構成された第２のエタロンをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記レーザは、固定された波長スペーシングを有するチャネル周波数の群から選択された周波数で搬送するように制御され、前記第２のエタロンは、周波数チャープが該選択された周波数の任意で低減されるように該固定された波長スペーシングに等しい自由スペクトル領域を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２のエタロンは、約５０の自由スペクトル領域を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第２のエタロンは、約２５〜５０の前記領域にフィネスを有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
選択された波長に対してレーザの搬送波長をロッキングする際に用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力レーザビームを提供する手段と、
該レーザにおける該光経路の最初の直線部分に沿って配置され、該レーザの搬送波長を検出するために該レーザにおける出力ビームの第１の部分を捕える手段と、
該レーザビームにおける該第１の部分を捕える手段からのレーザダウンストリームにおける該光経路の該最初の直線部分に沿って配置され、該レーザの該出力ビームにおける第２の部分を受け取ると同時に、該第２の部分を一連の搬送ラインに分割する手段と、
該エタロン搬送ラインを検出する手段と
を含むシステム。
【請求項２０】
レーザ波長検出器、エタロン、エタロン波長検出器および制御ユニットでもって選択された波長に対してレーザの搬送波長をロッキングする方法であって、
該レーザの搬送波長を選択された波長に設定するステップと、
該レーザ波長検出器を用いてレーザの搬送波長を検出するステップであって、該レーザ波長検出器は、該レーザにおける出力ビームの第１の部分を捕えるために該レーザにおける光経路の最初の直線部分に沿って取り付けられるステップと、
該エタロンおよび該波長検出器を用いてエタロン搬送ラインを同時に検出するステップであって、該エタロンおよびエタロン波長検出器は、該レーザにおける該出力ビームの第２の部分を捕えるために該レーザ波長検出器からのレーザダウンストリームにおける該光経路の最初の直線部分に沿って配置される、ステップと、
該エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを該選択された波長に合わせるために該エタロンをチューニングするステップと、
該選択されたエタロン搬送ラインから該レーザの該搬送波長における任意のドリフトを検出するステップと、
該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザの該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように、該レーザを調節して任意のドリフトを補償するステップと
を包含する方法。
【請求項２１】
レーザの搬送波長を選択された波長にロッキングするために用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、
該レーザにおける該光経路の直線部分に沿って配置され、該レーザビームの第２の部分に軸上に沿って進むことを許可する一方で、該レーザビームの第１の部分を軸外に反射させる鏡と、
該第２の部分を一連の搬送ラインに分割するために、該レーザにおける該出力ビームの該第１の部分を捕えるように配置されたエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するエタロン波長検出器と、
該レーザにおける該出力ビームの該第２の部分を同時に捕えて、該レーザの搬送波長を検出するように配置されたレーザ波長検出器と
を含むシステム。
【請求項２２】
前記鏡は、前記エタロンに前記レーザにおける前記出力ビームの６０％〜８０％を反射するために取り付けられ、残りの２０％〜４０％が前記レーザ波長検出器へと通すことを許可する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
レーザの搬送波長を選択された波長にロッキングするために用いられるシステムであって、
光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、
該レーザにおける該光経路の直線部分に沿って配置され、該レーザビームの第２の部分に軸上に沿って進むことを許可する一方で、該レーザビームの第１の部分を軸外に反射する鏡と、
該レーザにおける該出力ビームの第１の部分を捕えて、該レーザの搬送波長を検出するように配置されたレーザ波長検出器と、
該第２の部分を一連の搬送ラインに分割するために、該レーザにおける該出力ビームの該第２の部分を同時に捕えるように配置されたエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するエタロン波長検出器と
を含むシステム。
【請求項２４】
前記鏡は、前記レーザにおける前記出力ビームの２０％〜４０％を前記レーザ波長検出器に反射するように取り付けられ、残りの６０％〜８０％が前記エタロンを通ることを許可する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
光ファイバを通るレーザによって搬送された光信号からのチャープをフィルタリングするシステムであって、
出力ビームを提供するレーザであって、該レーザは、波長スペーシングを固定しているチャネル周波数群から選択された周波数を搬送するように制御される、レーザと、
該出力ビームを搬送する光ファイバと、
該選択された周波数のうちの任意で該レーザによって搬送された信号における周波数チャープを低減するように、該レーザと該光ファイバとの間に取り付けられたエタロンチャープフィルタと
を含むシステム。
【請求項２６】
前記エタロンチャープフィルタは、周波数チャープがチャネル周波数群から選択された任意の周波数で低減されるように前記固定された波長スペーシングに等しい自由スペクトル領域を有するエタロンを含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記エタロンは、約５０の自由スペクトル領域を有する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記エタロンは、約２０のフィネスを有する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記光ファイバおよび前記エタロンは、前記レーザの第１の出力面に放射する第１の光経路に沿って配置され、レーザ波長検出器、第２のエタロンおよびエタロン波長検出器は、該レーザの第２の出力面に放射する第２の光波長経路に沿って配置される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記レーザにおける前記第２の光経路に沿って配置されたレーザ波長検出器は、該レーザにおける搬送波長を検出し、前記第２のエタロンは、前記第２の部分を一連の搬送ラインに分割し、前記エタロン波長検出器は、該エタロン搬送ラインを検出し、
制御ユニットは、選択された波長に対して該レーザにおける該搬送波長を設定するために、および、該第２のエタロンをチューニングして、該エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを該選択された波長に合わせるために提供され、その後、前記波長ロッキング制御ユニットは、該レーザにおける該搬送波長の任意のドリフトを該選択されたエタロン搬送ラインから検出し、該レーザを調節して、該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザにおける該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように任意のドリフトを補償する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
光ファイバを通してレーザによって搬送された光信号からチャープをフィルタリングするシステムであって、
波長スペーシングを固定したチャネル周波数群から選択された周波数でレーザビームを提供する手段と、
エタロンチャープフィルタリング手段であって、該レーザビームを提供する手段によって該選択された周波数のうちの任意で搬送された信号における周波数チャープを低減するために、自由スペクトル領域は、該固定された波長スペーシングに等しく、該チャネル周波数群に合わせられた搬送ラインを提供するようにチューニングされた、エタロンチャープフィルタリング手段と
を含む、フィルタリングするシステム。
【請求項３２】
光ファイバを通ってレーザによって搬送された光信号からのチャープをフィルタリングする方法であって、
波長スペーシングを固定したチャネル周波数群から周波数を選択するステップと、
該選択された周波数でレーザビームを搬送するステップと、
該選択された周波数のうちの全てで搬送された信号における周波数チャープを低減するために、エタロンを通って該レーザビームをルーティングするステップであって、自由スペクトル領域は、該固定された波長スペーシングに等しく、該チャネル周波数群に合わせられた搬送ラインを提供するようにチューニングされた、ステップと
を包含する方法。
【請求項３３】
通信レーザと共に用いるためのエタロンを較正する方法であって、
出力ビームにおける波長を変化させて、エタロン透過スペクトルを作る間に、該エタロンを通る較正レーザの該出力ビームを搬送するステップと、
該出力ビームにおける波長を変化させて、気体吸収スペクトルを作る間に、気体吸収セルを通る該較正レーザにおける該出力ビームを搬送するステップと、
該エタロン透過スペクトル内の搬送ピーク、および、該気体吸収スペクトル内の吸収ラインを検出するステップと、
該気体吸収スペクトル内にある既知の吸収ライン間のスペーシングを比較することによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングを判定するステップと、
第１のチューニングパラメータを該エタロンに印加させることによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングが所定のスペーシングに近似するまで、該エタロンをチューニングするステップと、
第２のチューニングパラメータを該エタロンに印加させることによって、該エタロン透過スペクトルにおける複数の搬送ピークを選択された搬送波長に合わせるために、該エタロンをチューニングするステップと、
該通信レーザで用いられるために該エタロンが取り付けられる間に、該エタロンの搬送ピークを該選択された搬送波長のうちの一つに合わせるために該エタロンの該次の較正で用いられる該第１および第２のチューニングパラメータを記録するステップと
を包含する方法。
【請求項３４】
前記第１のチューニングパラメータと第２のチューニングパラメータとの両方は、温度チューニングパラメータである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
通信レーザと共に用いるエタロンを較正するシステムであって、
出力ビームにおける波長を変化させて、エタロン透過スペクトルを作る間に、該エタロンを通る較正レーザの該出力ビームを搬送する手段と、
該出力ビームにおける波長を変化させて、気体吸収スペクトルを作る間に、気体吸収セルを通る該較正レーザにおける該出力ビームを搬送する手段と、
該エタロン透過スペクトル内の搬送ピーク、および、該気体吸収スペクトル内の吸収ラインを検出する手段と、
該気体吸収スペクトル内にある既知の吸収ライン間のスペーシングを比較することによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングを判定する手段と、
第１のチューニングパラメータを該エタロンに印加することによって、該エタロン透過スペクトルの該ピーク間のスペーシングが所定のスペーシングに近似するまで、該エタロンをチューニングする手段と、
第２のチューニングパラメータを該エタロンに印加することによって、該エタロン透過スペクトルにおける複数の搬送ピークを選択された搬送波長に合わせるために該エタロンをチューニングする手段と、
該通信レーザで用いられるために該エタロンが取り付けられる間に、該エタロンの搬送ピークを該選択された搬送波長のうちの一つに合わせるために該エタロンの該次の較正で用いられる該第１および第２のチューニングパラメータを記録する手段と
を含むシステム。
【請求項３６】
レーザにおける搬送波長を選択された波長にロッキングするシステムであって、
該レーザにおける該出力ビームの搬送波長を検出するレーザ波長検出器と、
該レーザにおける該出力ビームの一部を一連の搬送ラインに分割するエタロンと、
該エタロン搬送ラインを検出するエタロン波長検出器と、
選択された波長に対して該レーザの該出力ビームにおける該搬送波長を設定し、また、該エタロンをチューニングして、該エタロン搬送ラインのうちの選択された一つを該選択された波長に合わせる制御ユニットであって、該波長ロッキング制御ユニットは、その後、該選択されたエタロン搬送ラインからの該レーザの搬送波長における任意のドリフトを検出し、該レーザを調節して任意のドリフトを補償して、その結果、該選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザの該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされる、制御ユニットと
を含むシステム。
【請求項３７】
チューナブルエタロンを用いてレーザを制御する方法であって、
選択された搬送波長で搬送するために該レーザをチューニングするステップと、
該エタロンの搬送ラインを該選択された搬送波長に合わせるために該エタロンをチューニングするステップと、
該レーザにおける該搬送波長の任意のドリフトを該エタロン搬送ラインから検出するステップと、
選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザにおける該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように、任意のドリフトを補償するために該レーザを調節するステップと
を包含する方法。
【請求項３８】
レーザを制御するシステムであって、
選択された搬送波長で搬送するために該レーザをチューニングする手段と、
該レーザにおける出力ビームの一部を一連の実質的に一様にスペーシングされた搬送ラインに分割する干渉手段と、
一連の搬送ラインのうちの選択された搬送ラインを該選択された搬送波長に合わせるように分割する手段を調節する手段と、
該レーザにおける該搬送波長の任意のドリフトを該エタロン搬送ラインから検出する手段と、
選択されたエタロン搬送ラインが該選択された波長であり続ける間、該レーザにおける該出力ビームが該選択された搬送波長にロッキングされるように、任意のドリフトを補償するために該レーザを調節する手段と
を含むシステム。
【請求項３９】
自動チューナブルエタロン、および、既知の気体を有する気体セルを用いてレーザを較正する方法であって、
エタロン搬送ライン、および、該気体セルにおける該既知の気体用の気体吸収ラインを用いて該レーザにおける絶対搬送波長を較正するステップと、
該レーザにおける選択された搬送波長を所定の搬送波長に合わせるために該レーザをチューニングするステップと、
該エタロンの搬送ラインを該選択された搬送波長に合わせるために該エタロンをチューニングするステップと、
該エタロン搬送ラインと該選択された搬送波長との間の任意のドリフトを検出するステップと、
該エタロン搬送ラインと該選択された搬送波長との間の任意のドリフトを補償し、これにより、該レーザにおける出力ビームを該選択された搬送波長にロッキングするために該レーザを再びチューニングするステップと
を包含する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（Ｉ．関連出願）
本特許出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｌｏｃｋｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ｉｎ  ａ  Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」と称され、２００１年３月１７日に出願された、Ｒａｎｄｙ  Ｍａｙによる米国特許出願第０９／８１１，０９０号の一部継続出願である。米国特許出願第０９／８１１，０９０号は、２００１年１月３１日に出願された米国特許出願第０９／７７５，７７２号の一部継続出願である。米国特許出願第０９／７７５，７７２号は、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ  Ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ  Ｉｎ  Ａ  Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」と称され、２０００年１０月１０日に出願された米国特許出願第０９，６８５，２１２号の一部継続出願である。
【０００２】
（ＩＩ．発明の分野）
本発明は、概して、高密度波長分割マルチプレクサ（ＤＷＤＭ）に関し、より詳細には、ＤＷＤＭの個々のレーザにおける搬送波長をロッキングする技術に関する。
【０００３】
（ＩＩＩ．関連技術の説明）
ＤＷＤＭは、単独の光ファイバ搬送ラインを通って離散情報チャネルのセットを同時に搬送するデバイスである。従来の光ファイバ搬送ラインは、シリカファイバにおいて「低損失」領域である１２８０〜１６２５ナノメータ（ｎｍ）の帯域幅内の信号を信頼して搬送する能力を有する。全帯域幅において、国際電気通信連合（ＩＴＵ）が、様々な搬送帯域、および、各搬送帯域内で用いるためのある特定の搬送チャネルプロトコルを定義している。搬送帯域の一例は、ＩＴＵの「Ｃ」帯域であり、この帯域幅は、１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ間の４０ｎｍに及んでいる。Ｃ帯域では、４０、８０または１６０の離散チャネルにおける特定の搬送チャネルプロトコルが定義され、各プロトコルに対して、ＩＴＵは、各ラインが受け入れ可能な搬送波長に対応するように搬送波長のグリッド（ｇｒｉｄ）を定義している。プロトコルは、全てのＤＷＤＭ送信器および受信機器が同じ波長で動作するように製作されることを確認するために定義されている。４０チャネルのプロトコルに対しては、対応するＩＴＵグリッドは、０．８ｎｍのチャネルスペーシングを有する４０のラインを有し、８０チャネルのプロトコルに対しては、対応するＩＴＵグリッドは、０．４ｎｍのチャネルスペーシングを有する８０のラインを有する等である。３２０チャネルプロトコルおよび６４０チャネルプロトコルを含むさらなるプロトコルが提案されている。様々なＩＴＵプロトコルに対する理論的に最大の搬送周波数は、以下のとおりである。４０チャネルプロトコルに対して１００ＧＨｚ；８０チャネルプロトコルに対して５０ＧＨｚ；１６０チャネルプロトコルに対して２５ＧＨｚ；３２０チャネルプロトコルに対して１２．５ＧＨｚ；６４０チャネルプロトコルに対して６．２５ＧＨｚ。チャネルスペーシングが変調周波数よりも大きい必要があることから、より接近したチャネルスペーシングはより低い変調レートを必要とする。高周波数変調は、適切な光ファイバ、妥当な送信器および受信機器を必要とする。現在のＤＷＤＭの技術状況は、典型的に、４０チャネルＩＴＵプロトコルを使用しているが、２．５ＧＨｚで送信しており、理論的な最大値からはかなり低い。他の例示的なＩＴＵ搬送帯域は、Ｓ帯域およびＬ帯域である。
【０００４】
光ファイバケーブルでチャネルのセットを同時に搬送するために、従来のＤＷＤＭは、個々に分布帰還型レーザ（ＤＦＢ）のセットを使用している。一つのチャネルに対して一つのＤＦＢレーザで、ＤＦＢが搬送するように構成されている。図１は、単一の光ファイバ１０４を介して光信号を搬送する４０の個々のＤＦＢレーザ１０２を有するＤＷＤＭ１００を示す。光学的マルチプレクサ１０６は、中間の光ファイバ１０７のセットを介する個々のＤＦＢから受信された信号を出力光ファイバ１０４に結合する。各ＤＦＢレーザは、４０チャネルＩＴＵ  Ｃ帯域の異なる波長で搬送する。これにより、情報に対して４０の離散チャネルが、単一の光ファイバ１０４を介して、光ファイバの遠端で提供されるデマルチプレクサ（図示せず）に搬送されることが可能である。
ＤＷＤＭが４０の分離チャネルを同時に搬送することを可能にするために、個々のＤＦＢは、単一のＩＴＵ搬送チャネル波長にチューニングされる必要がある。ＤＦＢレーザは、狭い波長帯域（典型的には、幅が約２ｎｍ）内においてのみチューニングされ得る。従って、０．８ｎｍの搬送ラインスペーシングを有するＩＴＵ  Ｃ帯域の４０チャネルプロトコルに対して、典型的なＤＦＢは、ＩＴＵグリッド（ｇｒｉｄ）の全４０ラインから数本の隣接するラインのうちの一つにチューニングされ得るのみである。もともとは、それぞれのＤＦＢレーザは、工場において手動で較正され、ＩＴＵ搬送ラインのうちの対応する一つで放射している。レーザ動作温度および電流を調節して、所望の波長を得ることによって、このことが達成される。
【０００５】
従って、いくつかの実施の際には、レーザは、対応する手動式チューナブルエタロン（ｔｕｎａｂｌｅ  ｅｔａｌｏｎ）を通って各ＤＦＢレーザからの出力ビームをルーティングすることによって、ターゲット波長にロッキングされる（エタロンは、図１に示さず）。手動式チューナブルエタロンは、周期的に変化する透過スペクトルをレーザ波長の関数として作る光学的デバイスである。ＤＦＢレーザビーム経路に関してエタロンを傾けることによって、エタロンの搬送ピークは、ターゲットのＩＴＵチャネルと一致され得る。エタロン搬送ピークの波長は、光波長分析器を用いてエタロンからの波長出力を監視しながらエタロンの角度を手動で調節することによってＩＴＵ搬送ラインのうちの一つに較正され得る。エタロンの角度は、出力波長がＩＴＵ搬送ラインのうちの一つに適切に合わせられるまで調節される。次いで、エタロンは、エタロンの出力波長を選択されたＩＴＵ搬送ラインにロッキングするための位置に実装される。これは、熟練した技術者を必要とする難解かつ時間を浪費するプロセスであり、この結果、エタロン搬送ピークを数個のＩＴＵ搬送ラインに合わせることとなる。さらに、ＩＴＵ搬送ラインにおける特定の領域での搬送が所望される場合、複数のチューナブルレーザは、十分な範囲を確実にするために必要とされる。このように合わせることは、コストがかかり、ＩＴＵ搬送ライン間の高速スイッチングを提供しない。さらに、長期に渡るエタロンの機械的ドリフト（ｄｒｉｆｔ）または温度ドリフトは、搬送ピークをターゲットのＩＴＵチャネルから遠ざけ、再較正を必要とする。
【０００６】
一度単一のＤＷＤＭのＤＦＢレーザがＩＴＵグリッドに適切に合わせられると、ＤＷＤＭは、ファイバの光学的ラインを通って信号を搬送するために（例えば、コンピュータネットワークを通ってデジタルデータを搬送するために、または、テレビネットワークからその加入者のうちの一つにテレビ信号を搬送するために）用いられ得る。単一のＤＷＤＭは、ＤＷＤＭに使用される各ファイバの光学的ラインに用いられるために提供される必要がある。従って、単一の消費者設備（例えば、テレビ放送センター）は、大きな数のＤＷＤＭを必要とする。ＤＷＤＭ内のＤＦＢレーザのうちの一つがその対応するＩＴＵ搬送ラインからドリフトするかまたは故障する場合、ＤＷＤＭ全体は通常、交換される必要があり、この結果、故障しているＤＷＤＭが工場に返却されて、再較正されるか、または、修理されることを可能にする必要がある。結果として、ＤＷＤＭのセットを維持するコストは、相当なものであることが多い。この課題を解決するために、ＩＴＵグリッドラインのうちの任意のうちの一つに分割してチューニングされ得る広範囲（ｗｉｄｅｌｙ）チューナブルレーザ（ＷＴＬ）がいくつかのＤＷＤＭにさらに提供されている。従って、ＤＦＢレーザのうちの一つが誤動作する場合、単一のＷＴＬは、ＤＦＢの対応する搬送波長にチューニングされ得、これにより、ＤＷＤＭが動作し続けることを可能にする。二つ以上のＤＦＢチャネルの欠陥に順応するさらなるＷＴＬがＤＷＤＭに供給され得る。このような「ｓｐａｒｉｎｇ」は、ＤＦＢをしのぐＷＴＬの主な利点である。しかし、従来のＷＴＬは、消費者設備において、任意のターゲットＩＴＵチャネルに単純にかつ正確にチューニングされ得ず、特定のチャネルで動作するために工場で較正される必要がある。
【０００７】
ＤＷＤＭ内でＤＦＢを使用することに関連した別の課題は、各ＤＦＢが約２ｎｍの狭い領域内でチューニングされ得るのみであるために、各ＤＦＢレーザが数個の隣接するＩＴＵ搬送波長ラインのうちの一つに較正され得るのみであるということである。単一のＩＴＵ搬送ラインで搬送する多くのレーザを用いて、そのチャネルに対してより広い帯域幅を提供するＤＷＤＭを構成することが望ましい場合もある。ＤＦＢレーザを用いるときに、多くてもレーザのうちの２または３が単一のＩＴＵ搬送ラインに対して較正され得る。従って、いくつかのＤＷＤＭにおいて、ＷＴＬは、ＤＦＢレーザの代わりに排他的に用いられ、レーザのうちの任意が消費者設備において手動で較正されて、ＩＴＵ搬送ラインのうちの任意で搬送することを可能にする。ＷＴＬを使用することによってＤＦＢレーザを用いることに関連する課題の多くが解決されるが、ＷＴＬは、製作して初期に較正することが難解かつ高価で、波長ドリフトに敏感で、訓練を受けた技術者が消費者設備で頻繁に再構成する必要がある。従って、全体として高い設置コストおよび維持コストと必要とする。
【０００８】
このように、ＤＷＤＭ内でＤＦＢまたはＷＲＬのどちらを用いるのであろうと、レーザの適切な波長較正を達成および維持して、ＤＷＤＭの信頼できる動作を可能にする際には、重要な問題が生じる。従って、ＤＷＤＭ内で搬送レーザを較正する効果的な方法およびシステムを提供する必要があった。上位の親出願における発明は、主にこの目的に向けられていた。手短にいうと、上位の親出願は、とりわけ、エタロンおよびアセチレン、シアン化水素または炭化水素を有する気体セルを用いて、ＤＷＤＭの搬送ＷＴＬを較正する技術に関与している。最初に、ＷＴＬの絶対搬送波長は、ＷＴＬからの出力ビームをエタロンおよび気体セルを通してルーティングさせ、一方で、ＷＴＬのチューニングパラメータを変化させて、これにより、エタロンスペクトルと気体吸収スペクトルとの両方をチューニングパラメータの関数として生成させることによって較正される。エタロンおよび気体吸収スペクトルは、ＷＴＬのための絶対搬送波長をチューニングパラメータの関数として決定するために、気体吸収を絶対波長の関数として特定する入力基準情報と共に比較される。ＷＴＬは、次いで、チューニングされ、ＷＴＬの搬送波長をＩＴＵ搬送グリッドラインに合わせる。気体吸収セルと組み合わせたエタロンを用いてＷＴＬの出力波長をチューニングすることにより、ＷＴＬは、消費者設備において選択されたＩＴＵ搬送グリッドラインに素早く、簡単にかつ正確に設定され得る。チューニングプロセスは、周期的に繰り返され得、様々なコンポーネントの温度ドリフトまたは機械的ドリフトの可能性があるにもかかわらず、ＷＴＬの正確なチューニングを維持し得る。ある実施では、波長マッパ（ｍａｐｐｅｒ）は、手動でＷＴＬに接続するように提供され、ＷＴＬを選択されたＩＴＵ搬送グリッドラインにチューニングする。別の実施において、波長マッパは、波長ロッカ（ｌｏｃｋｅｒ）と共にＷＴＬに恒久的に取り付けられ、ＷＴＬをＩＴＵ搬送グリッドラインにロッキングする。
【０００９】
波長ロッキングに関することにおいて、親出願は、温度制御エタロンを使用する波長ロッカを記載している。上記の波長マッピングステップが実施されて、レーザの絶対波長をレーザチューニングパラメータの関数として決定した後、チューニングパラメータは、レーザに印加されて、レーザを選択された搬送波長（例えば、ＩＴＵチャネル波長）にチューニングする。温度オフセットは、波長ロッカのエタロンに印加されて、搬送ピークのうちの一つが正確に選択された波長に合わせられるまでエタロンの搬送ピークの波長を変化させる。エタロン搬送ピークからのレーザの任意のドリフトが検出されて、レーザに印加されたチューニングパラメータは、自動的に調節されて、ドリフトを補償する。エタロンの温度は、正確に維持されて、その結果、エタロン搬送ピークは、選択された波長からドリフトしない。この様態で、レーザの主な出力ビームは、レーザの出力特性において改変の可能性があるにもかかわらず、選択された搬送チャネルの絶対波長にロッキングされ続ける。周期的に、システムは、気体吸収チャンバの既知の絶対波長を用いて再較正され得、エタロンの搬送ピークが選択された搬送チャネルの絶対波長からドリフトしないことを確実にする。
【００１０】
上位の親出願は、ＤＷＤＭ内のレーザにおける搬送波長をマッピングし、搬送波長をＩＴＵグリッドラインにロッキングする高度に有効な技術を記載しているが、特に波長ロッカの設計および製作に関して、さらなる改善の余地が残されている。実用的な出願に対して、波長ロッカは、非常に小型化され、比較的小さな電力を消費するように構成されるべきである。波長ロッカはまた、１０年または２０年の耐用年数で信頼して動作するように十分に耐久性があるべきである。理想的には、波長ロッカは、広く様々なＩＴＵ搬送プロトコルおよびファイバの光学的搬送レートのうちの任意と組み合わせて働くように設計されるべきである。両者は存在し、提案され、そして、ＩＴＵグリッド間の高速スイッチングを可能にする。おそらく、最も重要なことは、波長ロッカが実用的な使用のために十分安価であるように設計されるべきであるということである。これらの領域の各々においては、困難性が生じている。
ＤＷＤＭで用いるための各ＷＴＬは、マイクロコントローラおよび他のコンポーネントをもまた含む回路ボードに実装される、ミニチュアの「バタフライ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ）」パッケージで典型的に提供される。回路ボードは、典型的にＩＴＵチャネルあたりの一つのボードと共にＤＷＤＭ内の並行アレイに実装される。従って、４０のＩＴＵチャネルＤＷＤＭが４０の回路ボードを使用する。８０のＩＴＵチャネルＤＷＤＭは８０の回路ボードを使用する。現在のＷＴＬの技術状況は、典型的に、約１０ワットの電力を引き出し、従って、４０チャネルＤＷＤＭに対して４００ワット以上の電力を必要とし、同様に、８０または１６０チャネルＤＷＤＭに対してこれ以上の電力を必要とする。電力の大部分は、ＷＴＬの半導体レーザの温度を制御する電子冷却器（ＴＥ  ｃｏｏｌｅｒ）によって消費される。ＷＴＬは大部分の電力を消費しているので、波長ロッカ（特に、温度制御エタロン）が電力消費を最小にするように構成されることが特に重要である。しかし、電力消費を最小化するために、エタロンが数多くの近接したスペーシングの搬送ピークを提供するように（すなわち、狭い自由スペクトル領域を有するように）構成されることが典型的に必要とされる。これにより、エタロンの搬送ラインのうちの一つを選択されたＩＴＵグリッドラインに合わせるためには十分であり、エタロンを膨張または収縮させるために、あるいは、エタロンの屈折率を変化させるために、比較的小さな冷却または過熱が必要とされる。しかし、数多くの近接したスペースのピークを用いることは、波長ロッカがＷＴＬの搬送波長を誤った波長にロッキングする危険性を増加させる。また、数多くの近接したスペースの搬送ピークを提供するために、エタロンは、かなり短い光軸を有するように構成されることが典型的に必要とされる。これにより、エタロンを製作および合わせることがより難しくなる。
【００１１】
さらに、電力損失を最小化して、かつ、エタロン内の最小温度勾配を確実にするように温度制御エタロンを適切に断熱する際に困難が生じる。エタロン内の任意の大きな温度勾配は、エタロンのフィネス（ｆｉｎｅｓｓｅ）（すなわち、個々のエタロンラインの鋭さ）を退化させる傾向があり、従って、正確な波長ロッキングを達成することを困難にする。同様に、エタロンを若干ずれて合わせること、または、エタロンの反射コーティングの際に若干の不正確になることがフィネスの度合いを減少させる。もちろん、十分な断熱の不足がまた、電力消費を増加させ、より多くの浪費熱量を生成する。このことは、特に、エタロンがバタフライパッケージ内のレーザ近くに隣接して実装される場合、レーザの温度を効率的に制御するレーザの電子冷却器の能力に影響し得る。典型的に、ＤＷＤＭの製造プロトコルは、ＤＷＤＭが７０℃以下で動作する必要があることを特定し、従って、温度制御エタロンの設計をさらに制限する。従って、正確な波長ロッキングのために不可欠なフィネスの度合いを達成し、一方でまた、丁度一つのＩＴＵチャネルプロトコルでの使用においてでも電力消費を最小化する温度制御エタロンおよび他の波長ロッカを提供することは難解である。しかし、理想的には、温度制御エタロン、および、波長ロッカの他のコンポーネントは、様々なＩＴＵチャネルプロトコル（例えば、４０〜６４０チャネル）のうちの任意で、および、様々な搬送周波数（例えば、２．５〜１００ＧＨｚ）のうちの任意で働くように構成されるべきである。また、理想的には、波長ロッカは、回路ボード全体のスペースを最小化するために、ＷＴＬのバタフライパッケージ内に実装するように十分に最小化される。
【００１２】
先の理由の全てに対して、ＤＷＤＭのレーザにおける搬送波長をロッキングするために用いられる波長ロッカを実施する改善方法およびシステムを提供することが望ましかった。この波長ロッカは、非常に最小化され、低実施コストおよび動作コストを達成し、比較的小さな電力を消費し、広く様々なＩＴＵ搬送プロトコルのうちの任意と共に働き、ＩＴＵグリッドライン間で素早くスイッチングし、そして、十分耐久性があり、１０〜２０年間信頼して動作可能である。
【００１３】
本親出願の発明は、正にこのような改善された波長ロッカを提供することに関する。手短にいうと、ＷＴＬをＩＴＵグリッドラインにロッキングするために、ＷＴＬからの出力の一部は、エタロンを通ってルーティングされ、検出器によって検出するためにビームを搬送ラインのセットに分割する。ビームの別の部分は、レーザとエタロンとの間に置かれたビームスプリッタを介してレーザ波長検出器に直接ルーティングされる。波長ロッキングコントローラは、二つの検出器からの信号を比較して、エタロンの温度を調節し、エタロンの搬送ラインのうちの一つにおける波長を出力ビームの波長に合わせる。この構成において、波長ロッキングコントローラは、帰還ループにあるＷＴＬを制御するように動作して、レーザをエタロンラインにロッキングする。その後、波長ロッキングコントローラは、エタロンの温度を監視し、温度を一定に保って、エタロンにおける任意の波長ドリフトを防ぐ。特定の一実施例において、エタロンは、約２０のフィネスを有し、かつ、約８ＧＨｚの自由スペクトル領域を提供するように構成されたシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）エタロンである。これらのパラメータによって、システムは、ＷＴＬの波長を約０．２ＧＨｚ内の精度にロッキング可能である。別の実施例では、エタロンは、最初に製造中に較正されて、エタロンの搬送ピークを所望のＩＴＵグリッドラインに合わせるために十分な「設定点」の動作温度を決定する。その後、エタロンは、ＷＴＬ内に実装され、エタロンは、エタロンの搬送ピークをＩＴＵグリッドラインに合わせて波長ロッキングを可能にするために、設定点温度に調節される。このレーザ技術は、チャネル間の高速スイッチングを考慮しており、ＷＴＬ内の気体セルを必要とすることを未然に防ぐ。
【００１４】
なお、さらなる改善が達成可能である。詳細には、構成を要約すると、ビームスプリッタは、レーザビームを二つのビームに（一つはレーザ波長検出器に、もう一方はエタロンに）分割するために使用される。ビームスプリッタは、二つのビーム振幅偏差の原因となる。このことは、互いに位相が一致していないということであり、レーザをＩＴＵチャネルのうちの一つにロッキングすることをより難解にしている。従って、より易しい波長ロッキングを可能にする別の構成を提供することが望ましい。本ＣＩＰの局面は、この目的に向けられている。
【００１５】
別の関心事は、ＩＴＵグリッドライン波長のうちの一つにおいて、光ファイバに沿って搬送された信号に影響する光周波数チャープの可能性にある。手短にいうと、光チャープは、搬送レーザを変調するために用いられる電流源がレーザ接合部または他の光搬送器における屈折率の動的変化を引き起こすときに起こる。屈折率の動的変化は、順に、光ファイバ内に搬送された光パルスの実際の搬送周波数における動的変化を引き起こす。結果として、光搬送の時間平均は、光パルスの先端がパルスの後端と若干異なる周波数を有することを示し得る。パルスの先端と後端との間の初期周波数の差はわずかであり得るが、光ファイバに特有の色分散は、特に長距離光ファイバ搬送システムにおいて、先端および後端が異なる速度で伝播して、光パルスの潜在的に重要な歪みを生じる原因となる。この歪みは、信号搬送変調の最大周波数、または、信号が信頼して搬送され得る最大距離のいずれかを制限する。
【００１６】
従って、特にＩＴＵチャネル波長で搬送するシステム内で用いるために、光周波数チャープを制限する技術を提供することが望ましい。本発明の他の局面は、この目的に向けられている。
【００１７】
（発明の要旨）
本発明の一局面に従って、システムおよび方法は、チューナブルエタロンを用いてレーザを搬送波長にロッキングする際に使用するために提供される。このシステムは、光経路に沿って出力ビームを提供するレーザと、レーザにおける光経路の最初の直線部分に沿って配置され、レーザの出力ビームのうちの第１の部分を捕らえてレーザの搬送波長を検出するレーザ波長検出器とを含む。また、このシステムは、レーザにおける出力ビームの第２の部分を同時に受信し、かつ、この第２の部分を一連の搬送ラインに分割するために配置されたエタロンを含む。エタロン波長検出器は、エタロン搬送ラインを検出するために提供される。レーザ波長検出器をレーザにおける光経路の第１の直線部分に沿って配置することによって、レーザ波長検出器は、出力ビームの一部をレーザから直接受信し、従って、波長の関数としてのビームの振幅は影響されない。そうではない場合、検出器は、軸外に配置され、ビームスプリッタは、レーザビームの一部を検出器に反射するように使用されることが起こり得る。好ましくは、システムはまた、レーザにおける出力ビームの搬送波長を選択された波長に設定し、エタロンをチューニングして、選択されたエタロン搬送ラインを選択された波長に合わせる制御ユニットを含む。その後、波長ロッキング制御ユニットは、選択されたエタロン搬送ラインからのレーザ搬送波長の任意のドリフトを検出して、レーザを調節して任意のドリフトを補償し、この結果、選択されたエタロン搬送ラインが選択された波長であり続ける間、レーザの出力ビームが選択された搬送波長にロッキングされる。
【００１８】
例示的な実施形態において、レーザ、レーザ波長検出器、エタロンおよびエタロン波長検出器は、全て共通の軸に沿って配置される。レーザ波長検出器は、レーザとエタロンとの間に置かれる。レーザ波長検出器は、共通の軸から若干オフセットし、レーザビームの大部分がエタロンを直接通ることを可能にし、一方では、レーザの波長を検出する際に使用するためにビームのより小さな部分を捕らえる。あるいは、レーザ波長検出器は、レーザビームの中心部が直接エタロンを通り、ビームの外部が検出器によって捕らえられることを可能にする環状検出器として構成される。いずれの場合においても、レーザ波長検出器はレーザにおけるビームの３０％を捕らえ、エタロンは残りの７０％を捕らえることを可能にすることが好ましい。また、好ましくは、レーザ波長検出器は、検出器から反射された任意の光がレーザ内に反射して直接戻らないように、レーザの光経路の最初の直線部分に対して５〜１０度の角度で配置される。別の実施形態において、レーザ波長検出器は、レーザビームの軸上に直接取り付けられるが、エタロンおよびエタロン検出器は、軸外に配置される。レーザビームの約７０％をエタロンに反射し、残りの３０％がレーザ波長検出器へと直接通ることを可能にするために、レーザとレーザ波長検出器との間に鏡が取り付けられる。両実施形態において、レーザ波長検出器は、反射性または透過性の光学的コンポーネントに干渉することによってレーザビームの位相特性が影響されないように、レーザから直接レーザビームの一部を受信する。
【００１９】
本発明の別の局面に従って、システムおよび方法は、光ファイバを通るレーザによって搬送された光信号からチャープをフィルタリングするように提供される。このシステムは、出力ビームを提供するレーザであって、固定された波長スペーシングを有するチャネル周波数群から選択された周波数で搬送するように制御されるレーザと、出力ビームを搬送する光ファイバと、レーザと光ファイバとの間に取り付けられたエタロンとを含む。エタロンは、固定された波長スペーシングに等しい自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有し、エタロンによって作られたフリンジ（ｆｒｉｎｇｅ）が搬送チャネルに合わせられるようにチューニングされる。好ましくは、エタロンは、フリンジの帯域が約１ＧＨｚであるようにフィネスを有する。エタロンのフリンジを搬送チャネル周波数に合わせることによって、選択された搬送周波数のうちの一つに合わせられた周波数で搬送された信号の部分のみがエタロンによって通過される。選択された搬送周波数からオフセットした周波数を有する信号の部分はフィルタリングされ、周波数オフセットを搬送信号チャープとして有する信号の任意の部分を含む。この様態で、チャープは、選択された周波数のうちのいずれが、信号を搬送するために用いられるかにかかわらず減少され、または、エタロンによって完全に取り除かれる。チャープが取り除かれると、信号は、より高い変調レートで、より長い光ファイバケーブルを通って容易に搬送され得る。
【００２０】
例示的な実施形態において、レーザは、８０の等しくスペーシングされたＣ帯域ＩＴＵチャネル周波数のうちの任意の一つで信号を搬送するように構成される。エタロンは、約５０のＦＳＲ、および、約２５〜５０のフィネスを有する。これらのパラメータによって、エタロンフリンジのスペーシングは、ＩＴＵチャネルのスペーシングに正確に一致する。エタロンは、チューニングされて、エタロンのフリンジをＣ帯域ＩＴＵチャネルに合わせる。従って、信号を搬送するために使用される特定のＩＴＵチャネルにかかわらず、エタロンは、搬送された信号からのチャープをフィルタリングする。より高密度のＩＴＵチャネルグリッドに対して、より小さなＦＳＲを有するエタロンは、より近接してスペーシングされたフリンジを提供して、より高密度にスペーシングされたＩＴＵチャネルのうちの任意からチャープをフィルタリングするように用いられ得る。
【００２１】
本発明の特徴、目的および利点は、図面と共に以下に記載された詳細な説明からより明らかとなる。これらの図面では、同様の参照符号は、対応するものが全体において一致する。
【００２２】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
残りの図面を参照して、本発明の例示的な実施形態が次に記載される。
【００２３】
図２は、単一の光ファイバ（図示せず）を介して４０のＩＴＵ  Ｃ帯域チャネルで光信号を搬送する４０の個々のＷＴＬ２０２を有するＤＷＤＭ２００を示す。図２において、選択されたＷＴＬからの光ファイバ出力は、光ファイバライン２０３を介して、固定された機械内に組み込まれ得るかハンドヘルド携帯式ユニットにあり得るかのいずれかである波長マッパ２０４の入力に接続される。この波長マッパ２０４は、ＷＴＬの搬送波長をＷＴＬチューニングパラメータ（例えば、ＷＴＬ制御電圧または電流）の関数として自動的に決定するように構成され、制御ライン２０５を介して波長マッパからＤＷＤＭの選択されたＷＴＬに出力する。４０のチャネルＤＷＤＭが示されているが、他の実施では、８０、１６０またはそれ以上のＷＴＬが提供される。さらに、これらのレーザのチューニング領域が気体吸収ライン（  ５）の最小数を記録するために十分であるという条件で、他のレーザ（例えば、ＤＦＢレーザ）が別の実施において使用され得る。
【００２４】
ＤＷＤＭが４０の分割したＩＴＵチャネルを同時に搬送することを可能にするために、ＤＷＤＭにおけるそれぞれのＷＴＬは、単一のＩＴＵ搬送チャネル波長に正確にチューニングされなければならない。例えば、ＷＴＬは、制御電圧をＷＴＬに印加することによってチューニングされ、別々の電圧レベルは、各ＩＴＵ波長に関連する。波長マッパは、全体の電圧チューニング領域における制御電圧値に対して各ＷＴＬの結果の搬送波長を決定するように動作する。このプロセスは、４０のＷＲＬの各々に対して順々に実施されて、各ＷＴＬにおける別々の波長対電圧マップを生成する。その後、任意の特定のＷＴＬは、対応する波長対電圧マップに単にアクセスして、適切な制御電圧を決定することによって、任意の選択された波長にチューニングされ得る。典型的に、ＷＴＬは、選択されたＩＴＵＣ帯域、Ｓ帯域またはＬ帯域チャネルに設定されるが、任意の選択された波長に設定され得る。新規のＷＴＬレーザが製作され、そのレーザのチューニングパラメータが決定される必要があるとき、および、設置されたＷＴＬがフィールドサービス担当者によってフィールドの別のＩＴＵチャネルに正確にチューニングされなければならない場合に波長マッピングが実施される。
【００２５】
図３は、波長マッパ２０４の関連する内部コンポーネントを示す。波長マッパは、光ファイバ２０を介してＤＷＤＭ（図２）のＷＴＬのうちの一つから入力光ビームを受信する。入力ビームは、コリメータ２０７を用いて平行化され、スプリッタ２０８を用いて分割される。ビームのうちの一部分は、気体セル２１０を通ってルーティングされ、別の部分は、エタロン２１２を通ってルーティングされる。気体セルは、レーザがチューニングされるべき光帯域において数多くの吸収ラインを有する既知の吸収スペクトルを有する気体を含む。レーザがＩＴＵＣ帯域およびＩＴＣＳ帯域内にチューニングされるために、アセチレンが適切である（また、Ｈ１３ＣＮはＣ帯域に対して適切である）。一酸化炭素は、Ｌ帯域に対して適切である。エタロンは、レーザがチューニングされるべき光帯域内の数多くの透過率最大値を提供するように構成される。エタロンは、全てのエタロンと同様に、波数に関して等しくスペーシングされた透過ライン（または、フリンジピーク）を提供する。（波数は、１０，０００／（数ミクロンの波長）であるため、容易に波長または周波数に変換され得る）。４０のチャネルＩＴＵ  Ｃ帯域ＤＷＤＭと共に使用するために、エタロンは、Ｃ帯域における少なくとも５００の搬送ピークを提供するように好ましくは構成される。
【００２６】
第１の光検出器２１４は、気体セルから出現するビームを検出して、第二の光検出器２１６は、エタロンから出現するビームを検出する。これらの検出器によって検出された信号は、マイクロコントローラ２１８内で処理するためにマイクロコントローラ２１８内にルーティングされる。マイクロコントローラはまた、制御ライン２０５を介してＤＷＤＭに接続され、ＤＷＤＭの選択されたＷＴＬを制御し、ＩＴＵ  Ｃ帯域全体に渡ってスキャンする。言い換えると、マイクロコントローラは、全体の入力領域に渡ってＷＴＬへの電圧または電流入力を変化させ、これにより、ＩＴＵ  Ｃ帯域全体に渡るＷＴＬの搬送波長を変化させる。結果として、二つの光検出器の両方は、ＩＴＵ  Ｃ帯域全体を覆う光信号における全体のスペクトルを受信する。エタロンに結合された検出器は、エタロン内にエタロン搬送ラインを有するエタロンスペクトルを検出する。気体セルに結合された検出器は、検出器内に気体吸収ラインを有する気体吸収スペクトルを検出する。また、マイクロコントローラは、気体セル内に含まれる気体に対する基準気体吸収スペクトルを入力し、基準吸収スペクトルは、気体の各吸収ラインに対する絶対波数、波長または周波数を特定する。マイクロコントローラは、検出されたエタロン、および、基準気体スペクトルと組み合わせた気体吸収スペクトルを処理して、ＷＴｌに印加されてＷＴＬの波長をマッピングする、ＷＴＬに印加される電圧または電流チューニングパラメータの関数としてＷＴＬの搬送波長を決定する。波長マップは、ＷＴＬを設定する際に引き続いて使用するために格納され、任意の選択された波長で（例えば、ＩＴＵ  Ｃ帯域チャネルのうちの一つで）搬送する。
【００２７】
波長マッパがＷＴＬまたは他のレーザに対する波長対チューニングパラメータマップを生成する方法は、次に、図４〜７を参照してより詳細に説明される。最初に、図４のステップ３００において、波長マッパは、エタロンおよび気体セルを通るレーザの出力ビームをルーティングし、一方で、チューニングパラメータの完全な領域を通るレーザをチューニングして、エタロン透過スペクトルおよび気体吸収スペクトルを生成する。一つの特定の実施例において、０．０〜４０．０ボルトに渡る制御電圧によってチューニングされたレーザに対して、波長マッパは、．００００６１０３５２ボルトの電圧を増分させることによって、０．０ボルトから４０．０ボルトへ電圧を増加的に上昇させて、各々が６５５３６データ点を有するエタロンおよび気体吸収スペクトルを生成する。このエタロンおよび気体吸収スペクトルは、ステップ３０６で検出され、波長マッパによって別のデータアレイに格納される。約６．６ギガヘルツ（ＧＨｚ）のピークスペーシングを有するエタロンに対して例示的なエタロンスペクトル３０２のセクションが図５に示される。しかし、好ましくは、約８ＧＨｚのピークスペーシングを有するエタロンが用いられる。アセチレン用の例示的な気体吸収スペクトル３０４のセクションが図６に示される。両スペクトルは、電圧でスケーリングされる。各データ点に対して、波長マッパはまた、データアレイに対応するデータ点数を格納する。従って、検出されたエタロンおよび吸収スペクトルは、いずれも、未知の波長でも周波数でもなく、電圧の関数として記録される。
【００２８】
引き続き図４において、波長マッパは、次いで、検出されたエタロンスペクトルをステップ３０８で処理して、その中の搬送ピークを特定し、かつ、この位置決めを行う。このピークは、エタロンスペクトルの一次導関数および二次導関数をデータ点の関数として決定することによって、ならびに、従来の技術に従ってローカルピーク領域に適合する多項式を適用させることによって位置決めされる。各ピークの位置は、ピークに対応する別個のデータ点数によって特定される。ピークは、データ点に関して等しくスペーシングされないことに留意されたい。むしろ、ピークは、概して、データ点内で非線形に分散されている。任意の場合において、一度、ピークが特定され、かつ、位置決めされると、波長マッパは、相対波数を１で始まり最後に検出されたピークまで継続する搬送ピークの各々に順々に割り当てる。図５（図５は、エタロンスペクトルの非常に小さなセクションのみを示す）の実施例において、３７のピークが存在し、従って、それらのピークは、例えば、４００から４３７までの番号が付けられる。このプロセスによって生成された相対波数は、電圧ピークに対応する端数のデータ点でエタロンスペクトルデータアレイに格納され、ピークを取り囲む整数点数に補間される。例えば、４０３番目の搬送ピークが６５５３６データ点のデータ点５０７８８．５６で見つけられる場合、相対波数４０３は、端数データ点５０７８８．５６に割り当てられる。整数データ点５０７８８および５０７８９の相対波数は、補間によって得られ、エタロンデータアレイに格納される。同様に、４０４番目の搬送ピークが６５５３６データ点からのデータ点５０８２３．１７で見つけられる場合、相対波数４０４は、端数データ点５０８２３．１７と関連して格納される。隣接した整数点５０８２３および５０８２４に対する端数の相対波数は、補間によって割り当てられる。相対波数は、連続してエタロンスペクトルの搬送ピークに割り当てられ得る。なぜなら、ピークは、光エタロンによって生成される。光エタロンは、光エタロンの光学的性質によって、実質的に均等にスペーシングされた波数を有するピークを生成する。従って、たとえ、ピークがデータ点として、または、レーザ入力電圧の関数として均等にスペーシングされないとしても、ピークは、相対波数の関数として均等にスペーシングされ、連続した波数は信頼して割り当てられ得る。波数は、本明細書中で、相対波数として参照される。なぜなら、絶対波数（従って、絶対波長または波長）は、既知ではないからである。
【００２９】
従って、ステップ３０８が完了すると、相対波数は、最も近いエタロン搬送ピークに対応するエタロンスペクトルアレイにおける整数データ点のみに割り当てられている。ステップ３１０において、波長マッパは、ピーク間を補間して、端数の波数を各中間のデータ点に割り当てる。例えば、相対波数４０３は、データ点５０７８８と５０７８９との間に落ち着き、相対波数４０４は、整数データ点５０８２３と５０８２４との間に落ち着き、波長マッパは、５０８２２を通ってデータ点５０７８９に割り当てられた端数の波数間を補間する。一つの特定の実施例において、補間の結果として、データ点５０７８９は、割り当てられた６４７１．５６００の相対波数であり得る。データ点５０７９０は、割り当てられた６４７１．５６２５の相対波数等であり得る。この様態において、補間は、端数の相対波数をエタロンスペクトルデータアレイ内の各々の残りの値に割り当てるように実施される。端数の波数は、必ずしも整数の波数間に均等に分散されるとは限らないことは留意されたい。むしろ、補間の結果として、端数の波数は、非線形に割り当てられ得る。従って、次の補間、エタロンアレイの各整数データ点は、整数データ点に関連する相対波数を有する。相対波数は、対応する電圧値と共にエタロンスペクトルデータアレイに格納され、これにより、各データ点に対して相対波数を提供する。
【００３０】
ステップ３１２において、エタロンアレイの各データ点に対して生成された相対波数は、気体スペクトルデータアレイを再びスケーリングするように用いられる。このために、エタロンスペクトルアレイにおける各データ点の相対波数は、検出された気体吸収スペクトルアレイの対応するデータ点に割り当てられる。この点において、相対波数スケールは、エタロン透過スペクトルと気体吸収スペクトルとの両方に対して存在する。しかし、レーザのチューニング特性が非線形であるために、相対波数スケールは、線形ではない。
【００３１】
ステップ３１８において、波長マッパは、気体セルにおける気体に対して基準気体吸収強度スペクトルを入力する。基準スペクトルは、相対波数ではなく絶対波数に従ってスケーリングされる。図７は、アセチレンに対する例示的な基準気体強度スペクトル３２２の一部を示す。このスペクトルは、基準気体における既知の周波数および強度を用いて合成して生成される。これらの周波数および強度は、国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）によって公表された実験計測および実験検証を通して高精度として既知である。基準スペクトルは、修正された気体吸収データアレイと等しいサイズのデータアレイとして入力される（例えば、６５５３６データ点）。ステップ３２０において、波長マッパは、相対波数の関数である修正されて検出された気体吸収スペクトルの強度パターンと、絶対波数の関数である入力基準スペクトルの強度パターンとを自己相関させて、それらの間の任意のオフセットを決定する。必要から修正された適切な自己相関技術は、Ｒａｎｄｙ  Ｍａｙ，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６３（５），１９９２年５月の「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎ  Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ」で見られ得る。プロセスの第２の繰り返しとして、エタロン搬送ピークスペーシング（エタロン「自由スペクトル領域」またはＦＳＲ）は、既知の気体スペクトルライン位置からより正確に決定され、波数マッピングプロセスは、繰り返されて、正確さを改善する。
【００３２】
ステップ３１８に次いで、波長マッパは、ステップ３１２で生成された、修正された検出気体強度スペクトルとステップ３１８で入力された基準気体強度スペクトルとを格納する。二つのスペクトルは類似しているが、互いにオフセットしている。ステップ３２０において、自己相関が実施されて、スペクトルが合わせられるまで、互いに関連するスペクトルのシフトを決定し、従って、シフトまたはオフセットの量が決定されることが可能である。このオフセットは、相対波数とそれらに対応する絶対波数との間のオフセットを表す。ステップ３２４において、様々なアレイの相対波数は、オフセットを用いて調節され、相対波数を絶対波数に変更する。一度絶対波数を知ると、絶対波長または周波数は、エタロンスペクトルアレイに格納された制御電圧値の各々にステップ３２６で割り当てられる。
【００３３】
波長マッパが例示的な実施形態に関して説明された。この場合、レーザは、単一の電圧制御信号によって制御されたが、概して、適切な気体吸収基準が利用可能であり、かつ、レーザが入力チューニングパラメータのセット（例えば、入力アナログまたはデジタル信号の組み合わせ）によってチューナブルである限りにおいて、任意のレーザが本発明と共に用いられ得る。レーザは、チューニングパラメータの任意の組み合わせの関数としてレーザの絶対出力波長を十分決定可能なチューニングパラメータ領域を通して単純にスキャンされる。従って、結果の波長対チューニングパラメータマップは、チューニングパラメータの各組み合わせに対する固有の波長を有する多次元マップである。二つのパラメータを有するチューナブルないくつかのレーザに対して、第１のチューニングパラメータを単一の定数値に設定して、第２のチューニングパラメータを変化させ、次いで、第２のチューニングパラメータを単一の定数値に設定して、第１のチューニングパラメータを変化させることは、十分であり得る。他の場合、非線形の影響を考慮する二つのパラメータの全ての可能な組み合わせを通してレーザをチューニングすることが必要であり得る。任意の所与のレーザに対して、チューニングパラメータが変化されるべき特定の様態を決定する定型の試験が実施され得る。
【００３４】
これまで説明してきたものは、レーザ（特にＤＷＤＭにおけるレーザ）に対する波長対チューニングパラメータのマップを生成するために動作する波長マッパである。以下では、波長マップを用いてレーザを選択された波長に自動的に設定して、次いで、選択されたＩＴＵチャネルにチューニングされた温度または電圧状態であるエタロン搬送ピークを用いてレーザ波長をロックする波長ロッカが説明される。波長ロッカの特徴の多くが上記の波長マッパと同じであるために、関連した差のみを詳細に説明する。
【００３５】
図８は、ＷＴＬ４０１と共に用いられる波長ロッカ４００の第１の実施例の関連する内部コンポーネントを示す。波長ロッカは、光ファイバスプリッタ４０２を介してＷＴＬ４０１からの出力を受信する。波長ロッカに入力されたレーザビームは、最初は未知の波長である。波長ロッカの内部では、第２のスプリッタ４０４は、気体セル４０８を通ってルーティングされる一部と、ミラー４０９から反射されて、次いでエタロン４１０にルーティングされる他の部分とを有する二つにビームにこのビームを分割する。別々の検出器４１６および４１８は、波長マッパと同様に、気体セルおよびエタロン透過スペクトルを記録する。マイクロコントローラ４２０は、制御ライン４２２に沿ってＷＴＬに入力される制御パラメータを変化させて、エタロン透過ピークと気体吸収ラインとの両方を有するスペクトルを生成する。記録されたスペクトルは、処理のためにマイクロコントローラ内に入れられて、上記の技術を用いて波長対ＷＴＬチューニングパラメータマップを生成する。一旦、波長対ＷＴＬチューニングパラメータマップが生成されると、マイクロコントローラは、選択された波長（例えば、ＩＴＵチャネル波長）に対応するＷＴＬチューニングパラメータの照合制御を行い、次いで、ＷＴＬを選択された搬送波長にチューニングするために、ライン４２２に沿う制御信号にＷＴＬチューニングパラメータを印加する。さらに、マイクロコントローラは、制御ライン４２４を介してエタロンに対する温度制御設定点を調節し、検出器４１６によって検出されたような透過ピークのうちの一つが選択された出力波長に正しく合わせられるまで、エタロンにおける透過ピークの波長を変化させる。マイクロコントローラは、次いで、選択された波長に合わせられたエタロン透過ピークを監視することによってＷＴＬの出力波長を選択された波長にロッキングする。このために、マイクロコントローラは、検出器４１８によって検出されたようなレーザ出力波長の任意のドリフトを検出し、制御ライン４２２を介してＷＴＬに印加されたチューニングパラメータを調節して、ドリフトを補償する。言い換えると、ＷＴＬの出力特性が変化する可能性があるにもかかわらず、選択された透過チャネルにロッキングされた主出力ビームを維持する負のフィードバックループが提供される。
【００３６】
あるいは、気体セル４０８およびエタロン４１０は、同時にエタロンンおよび気体吸収スペクトルを検出するために、単一デバイス内に統合されるか、または、単一の検出器と共に共通の光経路に沿って提供されるかである。結果のスペクトルがエタロンピークと気体吸収ラインとの両方を有するが、重要なことは、エタロンピークおよび気体吸収ラインは互いに干渉せず、従って、上で実施された波長マッピングプロセスが実施され得る。この点において、エタロンピークは、透過中の約３０％の変化を示し、気体ラインは、第２の調和検出を用いて約１％のみ示す。従って、気体ラインは、エタロンスペクトルに対して非常に小さな摂動を示し、エタロン波数ロッキング手順と干渉しないが、大きなエラーの無い自己相関を可能にするくらい十分に強い。
【００３７】
本発明の一般的な波長ロッキング方法は、図９に要約されている。一般的な方法は、図８の波長ロッカによって、以下で説明される図１１〜１６の波長ロッカによって、または、任意の適切なデバイスによって実施され得る。最初に、図９のステップ５００において、レーザ（例えば、図８のＷＴＬ４０１）は、選択された透過波長にチューニングされる。ＤＷＤＭのＷＴＬに関して、レーザは、例えば、４０チャネルＩＴＵＣ帯域の搬送プロトコルのチャネルのうちの一つにおける絶対波長に設定され得る。ステップ５０２が図１０に示される。この図１０は、いくつかの最初の搬送波長５０３から選択されたＩＴＵチャネル波長５０５へのその中心波長を移動させるように調整されているレーザビーム５０１を示す。好ましくは、レーザの絶対搬送波長をチューニングパラメータの関数としてマッピングして、これにより、適切なチューニングパラメータを決定して、選択された搬送チャネルの絶対波長にレーザを設定するようにレーザに印加する上記の波長マッピング技術を最初に実施することによってチューニングが達成される。しかし、任意の他の適切なチューニング技術は、レーザを選択された波長にチューニングする代わりに用いられ得る。図９のステップ５０２において、レーザは、選択された搬送波長で出力光ファイバに沿って情報信号を搬送開始する。情報信号は、例えば、データ、オーディオまたはビデオ信号を含み得る。レーザの出力ビームの一部は、ステップ５０４において分割され、エタロン（例えば、図８のエタロン５１０）を通ってルーティングされる。このエタロンは、ビームを干渉ラインまたはフリンジのセットに分割する。ステップ５０６において、エタロンに接続されたマイクロコントローラは、エタロンを調節して、搬送ラインのうちの一つをレーザの搬送波長に合わせる。ステップ５０６は、図１０に示される。この図１０は、エタロン搬送ピークのうちの一つの中心波長５０９が選択されたＩＴＵチャネル波長５０５のレーザの波長に合わせられるまで調整されるエタロン搬送ラインまたはフリンジ５０７のセットを示す。このために、レーザの主出力ビームから分割されたビームの一部は、図８で示されるように、再び二つのビームに分割され得る。一つは、エタロンを通って第１の検出器へと進み、他方は、第２の検出器へと直接進むか気体吸収チャンバを通って進むかのいずれかである。マイクロコントローラは、両検出器からの信号を受信し、エタロンの透過ピークが所望のＩＴＵチャネル（波長）に得られるまでエタロンの温度を調節する。この技術は、選択されたＩＴＵ透過チャネルの絶対波長でエタロン搬送ラインを配置するために十分である。なぜなら、レーザは、ステップ５００において既に設定されており、選択された絶対波長を搬送し、レーザの波長が絶対波長からドリフトするには十分な時間が経過していない。
【００３８】
従って、以下のステップ５０６において、レーザとエタロンとの両方は、ＩＴＵチャネル波長でビームを放出するように調節されている。従って、第１および第２の検出器の両方は、同じ波長で信号を受信する。ステップ５０８において、第１および第２の検出器によって検出されたビーム間の任意の波長ドリフトが特定され、レーザは、マイクロコントローラによって自動的に調節されて、ドリフトを補償する。このためには、レーザに印加されたチューニングパラメータが調節され、必要に応じてレーザの搬送波長を長くまたは短くし、第２の検出器によって検出されたレーザの搬送波長を第１の検出器によって検出されたエタロンの搬送ラインに合うように保つ。この様態で、レーザは、選択されたＩＴＵチャネルの絶対波長にロックされ続ける。定型の波長ロッキングフィードバック技術は、信頼できる波長ロッキングを確実にするために用いられ得る。同時に、ステップ５０９において、エタロンの温度における任意のドリフトが検出され、エタロンの温度がマイクロコントローラによって自動的に調節されて、ドリフトを補償する。温度検出器は、エタロンに実装され、定型のフィードバック技術は、固定されたエタロンの温度を保つように使用される。
【００３９】
図９の波長ロッキング技術は、部分的に効果的である。なぜなら、エタロンは、レーザよりも安定しており、従って、任意の短い区間のドリフトが、エタロンの搬送波長のドリフトによってではなく、レーザの出力波長の変更によって、引き起こされることが想定され得るからである。結果的に、エタロンの正確な温度制御にかかわらず、エタロンの搬送ラインは、ドリフト開始し得る。従って、周期的に、システムは、波長マッパを用いることによってステップ５１０で再較正され、レーザを選択された搬送チャネルの絶対波長に再びチューニングする。上記されたように、波長マッピングは、温度、圧力等での変化にもかかわらず固定されたままの既知の絶対波長で吸収ラインを提供する気体吸収チャンバを使用する。再較正した後は、図９のステップは、エタロンの搬送ラインのうちの一つをレーザの搬送波長に再び合わせるように繰り返され、次いで、レーザをエタロン搬送ラインにロッキングする。例えば、特定のシステムの必要性に応じて、毎週または毎月一度、再較正が実施され得る。この点に関して、エタロンにおける搬送ラインの安定性を決定するシステムを設置する前に、定型の実験が実施され、次いで、システムは、エタロンに重大なドリフトが起こらないことを確実にするために必要に応じて再較正される。システムは、再較正が必要に応じて度々実施され得るように、波長ロッカと波長マッパとの両方を有して実現され得る。あるいは、上記された波長マッパ等の外部マッパが使用される。
【００４０】
様々な特定の実施は、次に、図１１〜１６において説明される。図１１は、ＤＷＤＭシャーシ内に挿入するためのＷＴＬ回路ボードカード６００を示す。典型的に、ＤＷＤＭの搬送チャネルあたり一つのカードが提供される。従って、４０のチャネルＤＷＤＭは、並行に実装された４０の回路カードを含む。ＷＴＬカード６００は、出力光ファイバ６０４を介して変調された出力ビームを搬送するために、従来のバタフライパッケージ６０２内に実装された搬送レーザを有する。ファイバ６０４の出力ビームは、単一の光ファイバを介するリモートＤＷＤＭ受信器への最終的な搬送のために、マルチプレクサを介してＤＷＤＭの他のＷＴＬカードからのビームと融合される。出力ビームを介して搬送されたで搬送されたデジタル信号、および、用いられる搬送波長を特定する制御信号は、ＷＴｌコントローラ６０６によって受信される。ＷＴＬコントローラ６０６は、バタフライパッケージ６０２のレーザを搬送波長にチューニングし、次いで、バタフライパッケージの信号変調器を制御して、出力ビームの信号を変調する。レーザを選択された波長にチューニングするために、ＷＴＬは、内部メモリ（別々に図示せず）に格納された波長マップを使用する。波長マップは、レーザに印加するチューニングパラメータ（すなわち、制御電圧）を特定して、選択された搬送波長を達成する。波長マップは、最初に、上記されたタイプの携帯式波長マッパによって生成され、ＷＴＬコントローラメモリに転送される。ＷＴＬコントローラは、格納された波長マップにアクセスして、入力搬送波長に基づくチューニングパラメータを参照する。あるいは、ＷＴＬコントローラは、入力制御信号を介して適切なチューニングパラメータを直接受信し、従って、波長マップを格納する必要はない。バタフライパッケージおよびその内部コンポーネントは、全体的に従来のものであり、本明細書中で詳細に説明されない。図１１において、バタフライパッケージは、ＷＴＬからの単一入力制御ライン、および、電力供給源６０８からの単一ライン電源ラインを有するブロック図で示される。現実には、バタフライパッケージは、コントローラから制御信号を受信し、かつ、電源供給源から電源を受信する数多くのピンを有する。電源供給源はまた、回路カードの二つのマイクロコントローラに電力を供給する。
【００４１】
波長ロッキングを提供するために、レーザからの出力ビームの一部は、スプリッタ６１０によって光ファイバ６０４から別の光ファイバ６１１上に分割され、次いで、スプリッタ６１２によって再び光ファイバ６１４および６１６に分割される。ファイバ６１６は、コリメータ６１８に結合される。コリメータ６１８は、シールされたチャンバ６２２内に実装された温度制御エタロン６２０に平行化されたビームを向ける。エタロンは、搬送ライン、または、検出器６２４によって検出されるフリンジのセット内にビームを分割する。ファイバ６１８は、第２の検出器６２６に直接結合される。波長ロッキングコントローラ６２８は、二つの検出器から信号を受信し、上記の方法を用いて、エタロンを調節して、出力ビームと同じ波長を有する搬送ラインのうちの一つに合わせて、（コントローラ６０６を介して）フィードバックループ中のレーザを制御し、レーザをエタロンラインにロッキングする。エタロンを調節するために、波長ロッキングコントローラは、エタロンの温度を調節するためにエタロンに結合された抵抗性のヒートエレメントに印加される電流量を制御する。これにより、エタロンの長さおよび屈折率を調節し、従って、搬送ラインまたはフリンジがエタロンによって生成される波長の最大値を調節する。一度エタロンが搬送ラインを選択されたＩＴＵチャネルに合わせるように調節されると、波長ロッキングコントローラは、エタロンにおける搬送ラインの波長がドリフトしないように固定されたエタロンの温度を保つ。レーザを制御するために、波長ロッキングコントローラは、制御信号をＷＴＬコントローラに転送して、この制御信号によって、ＷＴＬコントローラは、レーザにおける出力信号の波長を調整するためにバタフライパッケージのレーザに印加される制御電圧を増加または減少させる。波長ロッキングコントローラによって提供された制御信号は、ＷＴＬコントローラによって既に受信された信号と置き換える。最終的に、回路カードのコンポーネントは、携帯式波長マッパを用いて再較正され、ＷＴＬコントローラ内に格納用の新規の波長マップを提供するかまたは、エタロンの任意のドリフトが補償され得るように新規の制御信号を提供し得る。
【００４２】
エタロン６２０は、図１２で示される。エタロンは、シリコンで形成された矩形のブロックであり、約５．３６ｍｍの光軸長と、約３ｍｍ×３ｍｍの断面と、所望の波長領域で９０％の反射まで提供する両表面上の反射防止コーティングとを有する。これにより、エタロンは、（細線で示され、かつ、参照符号６３０によって特定される）３ｍｍまでのビーム幅を収容する。しかし、エタロンのサイドエッジがあまり正確に形成されていない場合、ビームのエッジが影響されないように、エタロンを通されるレーザビームは約１ｍｍの幅を有するように平行化されることが好ましい。エタロンは、１５〜３０の領域のフィネス（好ましくは、約２０）を有し、６〜１２の領域（好ましくは、８ＧＨｚ）の自由スペクトル領域を提供する。フィネスは、エタロンによって生成された個々の搬送ライン５０７（図１０）の正確さに関し、反射コーティングおよびビームの質に主に依存する。フィネスがあまりにも質が悪い場合、正確な波長ロッキングを達成することは困難である。自由スペクトル領域は、隣接する搬送ライン間の波長スペーシングに関し、エタロンの長さおよびその反射率に主に依存する。自由スペクトル領域が大き過ぎる場合、選択された搬送波長に合わせられるまで、搬送ラインのうちの一つに実質的に適応するためにエタロンを加熱または冷却することが必要であり得る。従って、電力消費が最小化されない。また、エタロンは、エタロンの温度を、全体のデバイスの受容かつ動作可能な温度領域外（例えば、回路カード全体に対する指定された７５℃の最大温度より上）にする量によって加熱される必要があり得る。自由スペクトル領域が小さすぎる場合、波長ロッカがレーザの搬送波長を違ったエタロン搬送ラインにロッキングし得る（すなわち、周波数ホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）が起こり得る）というリスクがある。２０のフィネス、および、４０チャネルプロトコルに対して１００ＧＨｚの自由スペクトルレンジ；８０チャネルプロトコルに対して５０ＧＨｚ；１６０チャネルプロトコルに対して２５ＧＨｚ；３２０チャネルプロトコルに対して１２．５ＧＨｚ；６４０チャネルプロトコルに対して６．２５ＧＨｚが好ましいパラメータである。なぜなら、これらのパラメータを有すると、エタロンは、周波数ロッキングおよび最小電力消費のリスクを最小にし、約０．２ＧＨｚの精度内でレーザの波長をロッキングするように用いられ得、一方で、エタロンを７５℃より上で動作可能にする。０．２ＧＨｚの精度を達成することによって、波長ロッカは、４０チャネルから１０００チャネル以上の全てのＩＴＵ搬送プロトコルで、および、２．５Ｇｈｚから１００Ｇｈｚまでの全てのＩＴＵ搬送レートで用いられ得る。２０のフィネスおよび８ＧＨｚの自由スペクトル領域が好ましいが、エタロンは、また、特定のシステムの必要性に応じてパラメータの他の特定の組み合わせを有するように構成され得る。また、エタロンは、代替的に、他の材料（例えば、サファイアまたはインジウムリン化合物）から作られ得る。エタロンは、必要に応じて、所望のフィネスおよび自由スペクトル領域を達成するために構成される。
【００４３】
ニッケルクロムから作られた二つの抵抗性のヒーティングエレメント（６３２および６３４）（図示せず）は、エタロンの対向側に蒸着、または、実装される。各抵抗性ヒーティングエレメントは、波長ロッキングコントローラ６２８（図１１）からの電気リード（図示せず）に結合している、対抗端上にある一対の金の接点６３６を有する。熱を提供するデバイスがエタロンに結合されるように、数多くのヒーティング技術が本発明に組み込まれ得ることが認識される。エタロンは、エタロンの光軸を膨張または収縮して、エタロンの屈折率を変化させ、エタロンの搬送ラインのうちの一つを選択されたＩＴＵチャネルに合わせるために十分な量の電流を抵抗性リードに印加して、エタロンは、波長ロッキングコントローラによって選択的に加熱される。上記のパラメータによって、任意のＣ帯域ＩＴＵチャネルは、約７２±２℃の領域でエタロンの温度を調節することによって、順応され得る。電子冷却器も他の冷却コンポーネントも必要とされない。むしろ、エタロンが周囲の環境に熱をゆっくりとなくすことを可能にすることによって冷却が達成される。あるいは、抵抗性ヒーティングエレメントを用いて、エタロン全体の長さを変化させるのではなく、コントローラがエタロンの光反射経路を調節可能にさせ、これにより、エタロンにおける搬送ラインの波長を調節するように、反射性微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）膜がエタロンの端面に実装され得、かつ、波長ロッキングコントローラに結合され得る。
【００４４】
温度制御エタロンが熱をあまりにも早く失うことを防ぎ、これにより、電力損失を最小化し、温度の安定性を確実にするために、エタロンは、気密チャンバ（図１１の６２２）内に実装され、断熱微粒子を有する接着材料６３８によってチャンバのベースに貼り付けられる。エタロンを気密チャンバにシールすることによって、循環空気に応じた熱損失が最小化される。チャンバは、空気または、比較的低い熱伝導率を提供し、非反応性を有し、従って、エタロンおよびエタロンのコンポーネントを腐食させない任意の他の気体で満たされ得る。別の適切な気体は、クリプトン気体である。空気は、図１２の実施形態において好ましい。この実施形態は、十分な熱伝導率を提供し、使用するために高価ではない。断熱微粒子を用いて接着材料によってエタロンを実装して、チャンバのベース内への伝導を介する熱損失が最小化される。チャンバベースに対する熱損失がエタロン内の温度勾配を生じるために、このことは、特に重要である。（すなわち、エタロンの底は、上部よりも冷えている。）エタロン内の任意の温度勾配は、エタロンのフィネスを減少させ、これにより、エタロンの搬送ラインを選択されたＩＴＵチャネルに正確に合わせることがより困難になり得る。好ましい接着材料は、Ｌａｉらによる、１９８９年１２月１９日に発行され、「Ｈｉｇｈ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓａｍｅ」と称された米国出願第４，８８８，６３４号に記載されている。同特許は、本明細書中で参考として援用される。米国特許第４，８８８，６３４号による接着材料は、概して均一の大きさであるふるい目粒子の形式の結合材および高熱抵抗性材料を含む。結合材は、シリコーン、エポキシまたはポリイミドであり、高熱抵抗性材料は、ガラス微粒子、ガラスビーズ、セラミック微粒子またはセラミックビーズである。
【００４５】
エタロンの均一な温度はまた、抵抗性ヒートエレメントがエタロンの対向側の実質的な一部を覆うことを確実にすることによって容易にされる。ヒートエレメントは、エタロンの上部および底エッジから若干オフセットし、エタロンのエッジが正確に形成されない場合であってもエタロンと適切にかつ均一に接触することを確実にする。一度、エタロンの搬送ラインのうちの一つを、選択されたＩＴＵ搬送波長に合わせるためにエタロンが加熱されると、波長ロッキングコントローラは、必要に応じて温度を一定に保つために、一つ以上の温度検出器６４０を用いてエタロンの温度を検出して、温度を一定に保つために必要に応じてエタロンに印加された電流を調節することによって、合わせられた搬送ラインを保つ。最終的には、上記されたように、エタロンの搬送ラインはドリフトするが、前述の周期的な再較正が実施される。
【００４６】
従って、図１１〜１２は、本発明のＷＴＬ回路カードの一つの例示的な実施形態を示す。様々な他の例示的な実施形態は、次に、図１３〜１６を参照して説明される。図１３〜１６の実施形態は、図１１および１２の実施形態と類似しており、関連する差のみが説明される。
【００４７】
図１３は、波長ロッキングコンポーネントと波長マッピングコンポーネントとの両方を含むＷＴＬ回路カード７００を示す。波長マッピングコンポーネントは、既知の吸収特性を有する気体（例えば、アセチレン、シアン化水素または一酸化炭素）を含む気体吸収チャンバ７５０を含む。気体吸収チャンバは、光ファイバ７１８と検出器７２６との間に実装される。コリメータ７５１は、ファイバ７１８から受信されたビームを平行化し、かつ、気体吸収チャンバを通過するビームを導くためにファイバ７１８のエンドで提供される。従って、バタフライパッケージ７０２のレーザにおける出力ビームの一部は、気体吸収チャンバを通過する。波長マッピングコントローラ７５２は、検出器７２６と検出器７２４との両方から信号を受信し、上記の波長マッピング技術を用いて、レーザにおける各絶対搬送波長に関連するレーザチューニングパラメータを決定することによって、ＷＴＬコントローラ７０６内に格納するために、少なくとも関心のあるチューニング領域内で、レーザの絶対搬送波長をマッピングする。従って、搬送のためのＩＴＵチャネルを特定する制御信号を受信すると、ＷＬＴコントローラは、チューニングパラメータを参照し、ＩＴＵチャネルで信号を搬送するためにレーザを制御する。波長ロッキングコントローラ７２８は、レーザがＩＴＵチャネルでロッキングすることを保つように動作する。周期的に、波長マッピングは、システムを再較正するように実施される。波長ロッキングコンポーネントと共に波長マッピングコンポーネントを提供することによって、再較正は、所望の数だけ実施され得る。
【００４８】
図１３の実施形態において、検出器７２６は、波長マッピングの目的で気体吸収スペクトルを検出するために、または、波長ロッキングの目的でレーザビームを検出するために用いられることに留意されたい。波長マッピングを実施するとき、レーザの波長は、チューニングパラメータの全領域を通してチューニングされ、気体吸収スペクトルを生成する。波長ロッキングを実施するとき、レーザの波長は、軽微にドリフトしているのみで（このドリフトは、波長ロッキングコンポーネントによって補償される）、実質的に固定されたままである。従って、波長ロッキングの間に、気体吸収チャンバの気体は、レーザがロッキングされている波長でレーザビームの光の一部を吸収し得る。気体がビームの一部を吸収し、検出用に十分な部分を残して、波長ロッキングを可能にするので、これは、典型的な問題ではない。所望の場合、３つの検出器が提供され得る。一つはエタロン用の検出器、もう一つは気体吸収チャンバ用の検出器、そして、もう一つはレーザの出力ビームの一部を直接受信する検出器である。その結果、波長ロッキングは、気体吸収チャンバを通過するビームを用いることなく実施され得る。
【００４９】
図１４は、波長ロッキングコンポーネントと波長マッピングコンポーネントとの両方を有する別のＷＴＬ回路カード８００を示す。しかし、エタロン８２０は、別のチャンバがエタロンおよび気体吸収チャンバに提供される必要がないように気体吸収チャンバ８５０内に実装される。気体吸収チャンバは、アセチレンを含む。このアセチレンは、波長マッピングするための吸収気体、および、エタロンからの熱損失を減少するための断熱気体の両方として働く。ＷＴＬ回路カードは、波長マッピングと波長ロッキングとの両方を提供する図１３の回路カードと同じ様態で動作される。気体吸収チャンバ内にエタロンを実装することによって、デバイス全体の大きさが減少され得る。
【００５０】
図１５は、波長ロッキングコンポーネントを有するＷＴＬ回路カード９００を示す。エタロン９２０およびこのシールされたチャンバ９２２は、バタフライパッケージ９０２内に実装される。従来のバタフライパッケージは、典型的に、上記の大きさのエタロンを収容しても内部体積を十分に占有しない。必要な場合、バタフライパッケージは、エタロンチャンバを収容ためにより大きく作られ得る。そのような場合、好ましくは、バタフライパッケージの従来のピンアウト構成は、さらなる回路カードの修正を必要とすることなく、修正されたバタフライパッケージが従来のＷＴＬ回路カードで用いられ得るように保持される。また、特定の実施に依存して、エタロンチャンバを必要とすることなく、バタフライパッケージにエタロンを直接実装することが可能であり得る。しかし、エタロンの温度をより正確に制御可能にし、エタロンからの熱がレーザの機能に影響し得るリスクを低減するために、エタロンを包むエタロンチャンバを用いることが好ましい。任意の場合において、バタフライパッケージ内にエタロンを実装することによって、デバイス全体の大きさがさらに低減される。
【００５１】
図１６は、別のＷＴＬ回路カード１０００を示す。エタロンチャンバ１０２２は、バタフライパッケージ１００２内に実装されるが、エタロンチャンバは、また、気体吸収チャンバと同様に機能するためにアセチレンを含む。ＷＬＴ回路カードは、波長マッピングと波長ロッキングとの両方を提供する図１４の回路カードと同じ様態で動作される。気体吸収チャンバ内にエタロンを実装することによって、および、バタフライパッケージ内に気体吸収チャンバを実装することによって、デバイス全体の大きさは、さらに低減される。
レーザまたはレーザが設置されているＤＷＤＭの使用における特質により、再較正のためのレーザの周期的なマッピングを防ぐために、レーザパッケージに対して単一の較正を提供する技術が図１７に要約される。一般的な方法がエタロン較正ユニット（例えば、以下に記載される図１８で示されるエタロン較正ユニット）かまたは、任意の他の適切なデバイスによって実施され得る。較正ユニットで較正されるエタロンは、レーザパッケージ（例えば、図１９で示されるレーザパッケージ）内に後に統合される。
【００５２】
最初に、図１７のステップ１１００において、エタロン（例えば、図１２のエタロン６２０）および検出器を含むモジュールは、図１８のエタロン較正ユニット内に実装される。エタロン較正ユニット１２００は、較正レーザ１２０４、気体セル１２１２（または、モジュールにある検出器によって検出された較正レーザの搬送波長を既知の波長スペーシングと比較する任意の他の適切なデバイス）、および、モジュール上のリードに結合されたマイクロコントローラ１２１６を含む。ステップ１１０４において、較正レーザは、エタロンおよび気体セルを通ってビームを搬送し、一方で、レーザビームの波長を変化させる。結果のエタロン搬送ラインスペクトルおよび結果の気体吸収ラインスペクトルは、マイクロコントローラによって処理するために検出される。ステップ１１０８において、マイクロコントローラは、エタロンスペクトルの隣接する搬送ピーク間のスペーシングを、気体吸収スペクトルの既知の吸収ライン間のスペーシングと比較し、搬送ピークの絶対波長スペーシングを決定する。このスペーシングは、所望で所定のＩＴＵグリッドラインスペーシング（例えば、４０チャネルＣ帯域スペーシング）と比較される。このスペーシングが所望のグリッドラインスペーシングと密接に一致しない場合、ステップ１１１２において、マイクロコントローラは、搬送ピークスペーシングが所望のＩＴＵグリッドラインスペーシングに近似的に一致するまで、エタロンに熱を加えて、エタロンの温度を調節する。エタロン搬送ピークのスペーシングが、エタロンに熱を加えるのみではグリッドラインスペーシングに一致するように調節され得ない場合、または、必要とされる熱の量が所定の製造許容度を越える場合、ステップ１１１６において、エタロンは、廃棄されるか、手動でエタロンのパッケージ内でチルトされるかであり、所望のスペーシングを近似し、ステップ１１００〜１１１２が繰り返される。ステップ１１１６において、エタロンを手動でチルトすることは、典型的に、エタロンをエタロンパッケージ内に実装するために用いられたいかなる粘着性のまたは他の接着材料をも分断して、かつ、追加の粘着性のまたは接着材料を用いてわずかに違う角度でエタロンを再実装することによって、エタロンがエタロンパッケージから取り除かれ得ることを必要とする。
【００５３】
一度、エタロンピーク間のスペーシングが同等である、または、特定のＩＴＵグリッドラインスペーシングに対する許容可能度内であると、エタロンに加えられた熱の量は、最も近いＩＴＵグリッドラインに合わせられるまで、エタロン搬送ピークをシフトするように若干調節される。温度のわずかな調節は、ただピークの波長のみを変化させるだけで、所望の許容範囲を越えてエタロンピークのスペーシングを変化させるためには十分ではないことは留意されたい。（他の適切なチューニング技術がレーザを選択された搬送波長にチューニングする代わりに用いられ得る）。エタロンの結果の温度は、「エタロン設定点温度」として記録される。従って、ステップ１１２４において、エタロンモジュールは、較正パッケージから取り除かれ、最終的に、ＤＷＤＭのＷＬＴ等のレーザ内に実装される。ＷＴＬのマイクロコントローラは、次いで、エタロン設定点温度でプログラミングされ、エタロンが、エタロンの搬送ピークを選択されたＩＴＵラインに合わせるように早く調節されることが可能である。その後、必要ならば、エタロンの較正は、上記された波長マッパを用いることによって検証され得る。
【００５４】
一つの特定の実施例において、それぞれのエタロンピークがそれぞれのＩＴＵ搬送ラインの±０．６２５ＧＨｚ内であり得るが、ＤＷＤＭは、１６０チャネルのプロトコルを使用し、ＩＴＵグリッドライン間の所望のスペーシングは、２５ＧＨｚであり、エタロンピークスペーシング内の許容可能な±０．００８ＧＨｚの変動を有している。従って、レーザパッケージ内に設置する前に、モジュール１２０３に実装される、５０℃で１．７１９９９ｍｍの厚いシリコンエタロン１２０１がエタロン較正ユニット１２００内に配置される。ステップ１１０８において検出されたエタロンピークの最初のスペーシングが２５ＧＨｚ±０．００８ＧＨｚに等しくない場合、エタロンの温度は、ピークが２５ＧＨｚ±０．００８ＧＨｚでスペーシングされるまで調節される（通常、±０．０２５ＧＨｚでＦＳＲを調節する±２０℃）。ステップ１１０８において、マイクロコントローラが、ＦＳＲが２５ＧＨｚ±０．０２５ＧＨｚの領域外に落ち着くことを検出する場合、エタロンは、廃棄されるかまたは、ＦＳＲがＩＴＵグリッドラインに合わせることが可能であるように手動で約３度以下チルトされる。エタロンの温度を細かくチューニングすることによって、エタロン搬送ピークが最も近いＩＴＵグリッドラインと列をなすように若干（通常、±０．５℃）調節される。５０ＧＨｚのスペーシングに対しては、５０℃で２．０６６ｍｍの厚さの溶融石英エタロンが利用され得る。
【００５５】
この構成は、全てのエタロン搬送ピークがＩＴＵチャネルのうちの一つに関連したままで、レーザによるＩＴＵチャネル間のより高速なスイッチングを提供し、そして、レーザのチューニングパラメータがこれに応じて調節される必要があるだけである。さらに、エタロンが所定の温度で維持され、レーザが大きなヒステリシスを示さない場合に、レーザの周期的な再較正は必要とされない。
【００５６】
図１９は、ＷＴＬ回路カード１３００を示す。エタロン１２０１は、バタフライパッケージ１３０８内に実装されたレーザ１３０４とは別のモジュール１２０３内に実装される。上記されたＷＴＬカードの実施形態とは異なり、気体セルは、ＷＴＬ内に必要とされない。また、レーザ前面から光を方向転換させるのではなく、エタロンは、レーザの主出力の反対に実装され、レーザ背面から光を受信する。ＷＴＬの波長ロッキングコントローラは、エタロン設定点温度でプログラミングされ、次いで、ＷＴＬは、波長ロッキングを提供する図１５の回路カードと同じ様態で動作される。
【００５７】
図２０〜２９は、波長マッピングではなく波長ロッキングを提供する図１１および図１５の波長ロッカの様々な別の実施形態を示す。すなわち、波長ロッカは、レーザのチューニングパラメータの完全なセットをマッピングする際に用いるための基準気体チャンバを欠いているが、適切なチューニングパラメータが既知になり、レーザを選択された搬送波長にロッキングする際に用いられるエタロンを含む。より詳細には、図２０〜２９の様々な実施形態は、波長ロッキングを単純にするように構成された光コンポーネントの構成を使用している。
【００５８】
図２０は、背面１４０５を介して、エタロン１４０４を通り、エタロンフリンジ検出器１４０６までレーザビーム１４０３を搬送するＷＴＬレーザ１４０２を有する波長ロッカ１４００の関連する部分を示す。レーザ基準波長検出器１４０８は、レーザとエタロンとの間に置かれ、レーザビームの一部を捕える。レーザ基準波長検出器１４０８は、レーザビームの光経路から若干オフセットして、レーザの背面から放出された光の大部分をエタロンに到達可能にする。しかし、レーザ基準波長検出器１４０８は、レーザの基準波長を検出するために、光の小さな部分を捕える。波長ロッカは、図９の方法を使用して、検出器１４０６によって検出された信号と検出器１４０８によって検出された信号とを比較することによって、レーザの出力波長をＩＴＵグリッド波長にロッキングする。同時に、レーザは、光ファイバ１４１２へと前面１４１０を通る変調されたビーム１４１１を出力する。変調された出力ビームは、ファイバ１４１２に沿って搬送され、単一の光ファイバを介するリモートＤＷＤＭ受信器への最終的な搬送用のマルチプレクサを介して、ＤＷＤＭの他のＷＴＬカードからのビームと融合される。図２０が波長ロッカの関連する選択されたコンポーネントのみを示すことは留意されたい。必要とされ得る他のコンポーネント（例えば、制御回路、ヒートエレメント、サーミスタ、コリメータ等）は、引き続く図に示される。
【００５９】
従って、図２０は、光学的構成を示す。様々なコンポーネントは、ライン上に実質的に実装される（すなわち、コンポーネントは、小さなバタフライまたはＤＩＰパッケージ内に設置可能にするコンパクトな（ｃｏｍｐａｃｔ）構成を提供するように共通の軸に沿って配置される）。また、軸からオフセットするのではなく、レーザ波長検出器１４０８を直接レーザビームの経路に配置することによって、波長ロッキングが容易に達成される。これらを以下に詳細に説明する。検出器１４０８は、好ましくは、図２１に示されるような円形の検出器であり、ビーム１４０３の光の約３０％を捕えて、７０％がエタロンに入ることを可能にするような大きさにされ、かつ、配置される。図２２に示された別の構成では、検出器は、ビーム１４０３の軸上に合わせられるが、ビームの外周部を捕えて、一方で、中心部がエタロンへと直接通過可能な大きさにされた円形を有する。この場合もやはり、好ましくは、検出器は、光の約３０％を捕える。検出器が捕えた光の量は、丁度３０％に設定される必要はないが、一般的に、検出器を動作可能にするために十分な光を捕えるように、任意の満足した値に設定され得る。他の適切な値は、例えば、２０〜４０％の範囲にある。両方の構成において、検出器１４０８は、図１１の構成のようなビームスプリッタを介するのではなく、レーザから直接光を受信する。
【００６０】
図２３および２４は、（図１１の構成のような）軸外構成に対する、および、（図２０のような）軸上構成に対するレーザ信号の大きさを基準レーザ検出器およびエタロン検出器によって検出された波長の関数として示す。図２３の破線１４１８は、レーザ基準検出器によって検出された信号である。実線１４１４は、エタロン検出器によって検出された、様々なフリンジを含む信号である。図２３の構成に対して、ビームスプリッタは、レーザビームを二つの別なレーザに分割するために用いられる（一つはレーザ波長検出器へのレーザ、もう一方はエタロン検出器へのレーザである）。ビームスプリッタはまた、基準信号（破線１４１８）の大きさが波長の関数として変化する原因となっている。ビームスプリッタはまた、フリンジ（実線１４１４）のピークの大きさが波長の関数として変化する原因となっている。ビームスプリッタは、透過コンポーネントと反射コンポーネントとの両方を含むために、基準信号およびエタロン信号の位相が一致していない。図２４の軸上構成では、ビームスプリッタはなく、従って、基準信号１４２０かフリンジピーク１４１６かのいずれかにおいて波長変動はない。言い換えると、二つの信号は、同位相のままである。
【００６１】
平均的なフリンジの大きさの半分（図２４の１４２２）に等しい基準の大きさを達成するフリンジの一つのサイド波長を検出し、次いで、レーザをドリフトすることから防ぐように帰還ループにあるレーザを調節することによって波長ロッキングが達成される。これは、サイドロッキング（または、傾斜（ｓｌｏｐｅ）ロッキング）と呼ばれ、典型的に、フリンジの上部を検出する試みよりも容易である。（図２４に示されるように）フリンジの大きさ対基準大きさのレートが一定である限り、サイドロッキングは、直線的である。
【００６２】
より詳細には、サイドロッキングは、レーザ波長を連続的に調節することによって働き、一定ロック点率（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｌｏｃｋ  ｐｏｉｎｔ  ｒａｔｉｏ）を維持する（すなわち、エタロン信号の一定の率が基準信号で割られる）。軸上構成において、各検出器に対する光の百分率が適切に調節され、基準検出器の信号は、図２４のドットによって示されるように、各エタロンピークに対する半分の振幅点でエタロン検出信号を横切る。この場合、ロック点率は、丁度１．０である。ロック点率が１．０に設定される必要がないことは留意されたい。波長ロッカの制御ソフトウェアが実際のロック点率でプログラミングされる（または、自動的に検出し得る）限り、ロック点率は他の値に設定され得る。好ましくは、ロック点率は約１．０に設定される。可能な限り１．０に近いロック点を達成するために、レーザ基準検出器は、光の３０％がレーザ基準検出器によって捕えられ、一方で、７０％がエタロン検出器へとエタロンを通過するように実装されるべきである。エタロンピークに対する振幅の半分の点は、従って、全光の３５％を表し、一方で、３０％が基準検出器に影響を与える。光の約５％は、エタロンを通過する際に損失する。従って、全光信号の約３０％は、フリンジに対する振幅の半分の点で各検出器に達し、１．０のロック点率を達成する。最も重要なことに、ロック点率は、フリンジからフリンジへと変化せず、従って、ＩＴＵチャネルからＩＴＵチャネルへと変化しない。図２３の軸外の構成において、ロック点率は、フリンジからフリンジへと変化する。従って、ＩＴＵチャネルからＩＴＵチャネルへと変化し、これにより、サイドロッキングをより困難にする。軸外構成の正確なサイドロッキングを達成するために、波長ロッカは、位相変調の度合いに基づいて補償するようにプログラミングされる。位相変調の度合いは、波長ロッカの制御回路内に予めプログラミングされ得るか、波長ロッカによって自動的に決定され得るかのいずれかである。当業者は、必要な補償プログラミングを提供し得るが、このような任意の補償を必要としないシステムを構成することは確かに好ましい。
【００６３】
図２５は、システム１４２４を示す。このシステム１４２４は、図２０のわずかな改変である。システム１４２４において、基準波長検出器１４０８は、光軸に対して３０度と４５度との間の角度で実装され、検出器の表面から反射された任意の光が軸外に反射されることを確実にする。エタロン１４０４は、１度と３度との間の角度（好ましくは、２度）で光軸に対して実装され、これもまた、任意の反射された光が軸外に反射されることを確実にする。
【００６４】
図２６および２７は、軸上にある波長ロッキングシステムを組み込んだ波長ロッカモジュール１５００（例えば、ＤＩＰまたはバタフライパッケージ）を示す。ＷＴＬレーザ（図示せず）は、モジュールの外表面に実装される金環１５０２に結合されるファイバ１５０３によってモジュールと通信する。このモジュールは、エタロン１５０４、エタロンフリンジ検出器１５０６、および、図２６で説明されるように実質的に配置されたレーザ基準波長検出器１５０８を含む。コリメータ１５０９は、ファイバからのレーザ受信されたビームを最初に平行化するように提供される。コリメータは、モジュールの筐体１５１１の内部サイド表面に実装された金環に実装する。検出器１５０６および１５０８は、両方、ＦＲ４で形成された上位の基板１５３０に直接実装する。上位の基板は、筐体の内部サイド表面に貼り付けられる。エタロン１５０４は、窒化アルミニウムで形成された基板１５３２に実装される。サーミスタまたは他の温度センサ１５３４（すなわち、白金レジスタ）は、エタロン近くの上位の基板に実装され、エタロンの温度を検出する。エタロン下に配置する部分にある基板（図示せず）に置かれた加熱パッドは、制御回路１５３６の制御の下でエタロンを加熱し、サーミスタによって検出されたエタロンの温度を一定に保つ。サーミスタは、製造が容易であるために、（図１２の構成と同様に）エタロンに直接配置されない。サーミスタがエタロンの十分近くに実装され、エタロン温度を信頼して検出できることを確実にするように注意が払われる。制御回路１５３６は、より低い基板１５３８の対向するサイドに実装される。この基板は、セラミックで形成され、筐体の内部サイド表面に貼り付けられている。図２７は、わずかに異なる構成１５０１を示す。ここで、単一の基板のみが存在する。制御回路１５３６は、ＦＲ４で形成された基板１５３８の裏面に実装される。
【００６５】
図２０〜２７は、様々な軸上の光学的構成を示す。この構成は、大きさが小さく、上述の位相変調問題が避けられることを確実にする。大きさが重大である場合か、軸外構成がより便宜的である場合のいずれかにおいて、図２８または２９の構成が好ましくは用いられる。図２８および２９の構成は、図２０の構成と類似しており、関連する違いのみが説明される。図２８において、エタロン１６０４およびエタロン検出器１６０６は、軸外に実装される。ミラー１６０９、または、他の適切な反射性（しかし、非透過性）デバイスは、レーザビーム１６０３の一部をエタロンに反射するように配置され、一方で、ビームの残りの部分がレーザ波長検出器１６０８を直接通過する。図２９において、エタロン１６５４およびエタロン検出器１６５６は、軸上に実装される。ミラー１６５９は、レーザビーム１６５３の一部をレーザ基準検出器１６５８に反射するように配置され、一方、ビームの残りの部分をエタロン１６５４に直接通過可能にする。両実施形態において、ミラーは、ビームの約３０％がレーザ波長検出器に搬送され、ビームの約７０％がエタロンに搬送される。図２０〜２７の構成と同様に、非透過デバイスは、光をレーザ波長検出器かエタロン検出器のいずれかに反射させるために用いられ、従って、上記の位相変調問題が避けられる。この点に関して、レーザビームの一部を反射するように用いられるミラーは、フリンジピークの振幅の変動を生じさせず、従って、図２４で示される変調問題の種類を生じない。
【００６６】
これまで記載されてきたことは、ＷＴＬまたは他のレーザからのレーザビーム出力の波長が光ファイバを通る搬送のために特定のＩＴＵグリッド波長にロッキングされることを確実にする様々な波長マッピングおよび波長ロッキング技術である。しかし、上記されるように、周波数チャープは、光ファイバに沿って搬送される信号、特に長距離光ファイバ搬送システムを通る信号に影響を与え得、潜在的に光パルスの重大な歪みとなる。この歪は、信号搬送変調の最大周波数を制限する。
【００６７】
図３０は、光ファイバ搬送システム１７００を示す。エタロンチャープフィルタ１７０２は、周波数チャープを減少するかまたは排除するために提供される。エタロンチャープフィルタは、選択されたＩＴＵチャネルグリッドの一つ以上の搬送周波数で光信号を搬送するように構成されたＤＷＤＭシステムの出力光ファイバ１７０４に沿って実装される。光信号は、ＤＷＤＭ１７０６の個々のＷＴＬを用いて生成され、各ＷＴＬは、異なるＩＴＵチャネル周波数にチューニングされ、光マルチプレクサ１７０８を用いて信号光ファイバ内への搬送のために組み合わせられる。エタロンは、選択されたＩＴＵグリッドの最小波長スペーシングに厳密に等しいＦＳＲを有するように加工される。従って、システムが４０チャネルのＣ帯域ＩＴＵシステムのチャネルのうちの任意の一つで搬送するように構成される場合、１００のＦＳＲを有するエタロンが用いられる。システムが８０チャネルのＣ帯域ＩＴＵシステムのチャネルのうちの任意の一つで搬送するように構成される場合、５０のＧＨｚのＦＳＲを有するエタロンが用いられる。いずれの場合においても、エタロンは、好ましくは、約２５〜５０のフィネスを有する。図３１に示されるように、エタロンは、エタロンフリンジ１７０９をＩＴＵチャネル周波数１７１１に合わせるようにチューニングされる。図３２にで示されるように、適切に合わせられるとき、ＩＴＵ周波数のうちの一つと異なる周波数で、ＤＷＤＭからエタロンチャープフィルタ１７０４内に搬送された光搬送パルス１７１３の任意の部分は、エタロンによってフィルタリングされ、フィルタリングされたパルス１７１５を生じさせる。従って、ＩＴＵチャネル周波数のうちの一つで正確に搬送された光パルス部分のみが光ファイバに結合される。わずかに異なる周波数を有する光パルスの部分は、おそらく、光周波数チャープの結果であり、光ファイバを入力することからブロックされる。
【００６８】
図３３は、例示的なエタロンチャープフィルタの内部コンポーネントを示す。コリメータ１７１０は、エタロン１７１２を通過する出力ファイバ１７０４から受信された光信号を平行化する。エタロンの温度は、必要に応じて、ヒートエレメントによって調節され、エタロンのフリンジを選択されたＩＴＵチャネルグリッド周波数に合わせられるように維持する。サーミスタまたは他の温度センサ１７１６は、エタロンの温度を検出するために用いられる。ヒートエレメントは、制御回路１７１７によって制御される。制御回路は、サーミスタから信号を受信する。エタロンから現れるフィルタリングされた光信号は、ダウンストリームＤＷＤＭに搬送する目的で光ファイバ１７０４に結合するために、コリメータ１７１８によって再び平行化される。図２６の波長ロッカの構成と同様に、エタロンおよびサーミスタは、好ましくは、ＦＲ４で形成された基板に実装される。制御回路は、セラミックで形成された第２の基板に実装される。コリメータおよび二つの基板は、外部筐体１７２２の内部サイドに実装される。
【００６９】
例示的な実施形態は、実施形態の関連するコンポーネントを示すブロック図を参照して主に説明される。実際のシステムの完全な実施における全てのコンポーネントが必ずしも図示され、または、詳細に説明されているとも、全ての変化するコンポーネントのレイアウト図が説明されているとも限らないことは理解されるべきである。むしろ、本発明を通して理解するために必要なコンポーネントおよびアーキテクチャのみが詳細に図示され、かつ、説明されている。実際の実施は、より多くのコンポーネントを含み得るか、実施に依存しているのだが、より少ないコンポーネントを含み得るかのいずれかである。好ましい実施形態の修正は、当業者に明らかである。例えば、反射性表面を用いる実施形態において、他の反射性表面（例えば、ＭＥＭＳミラー）が代わりに用いられ得る。結果的に、本発明の範囲は、上記の特定の実施例によって制限されるべきではなく、上掲の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術に従って構成されたＤＷＤＭを示す。
【図２】
図２は、本発明の第１の例示的な実施形態に従って提供された、ＤＷＤＭにおけるレーザの搬送波長をレーザにおけるチューニングパラメータの関数として自動的に決定するために提供された波長マッパと共にＤＷＤＭを示す。
【図３】
図３は、図２の波長マッパを示す。
【図４】
図４は、図３の波長マッパによって実施された方法を示す。
【図５】
図５は、レーザ電圧チューニングパラメータの関数としてスケーリングされて、図４の方法によって検出された例示的なエタロン透過スペクトルを示す。
【図６】
図６は、同様にレーザ電圧チューニングパラメータの関数として目盛りを付けられ、図４の方法によって検出された例示的な気体吸収スペクトルを示す。
【図７】
図７は、入力基準気体吸収スペクトルを示す。
【図８】
図８は、本発明の第２の例示的な実施形態に従って提供された、帰還ループにおける温度制御エタロンを用いることによってレーザの波長を選択されたＩＴＵ搬送波長に自動的にロッキングするために提供された波長ロッカと共に個々のＤＷＤＭレーザを示す。
【図９】
図９は、図８のデバイスのような波長ロッカを用いてＤＷＤＭにおけるＷＴＬの搬送波長を固定された波長にロッキングする一般的な方法を示す。
【図１０】
図１０は、図９の方法を用いて調節されたレーザ搬送ビームと、エタロン搬送ラインのセットとを図解して示す。
【図１１】
図１１は、ＤＷＤＭにおいて使用されるＷＴＬ回路カードの第１の例示的な実施形態を示し、このカードは、バタフライパッケージ内に取り付けられたレーザと、図９の方法を用いてレーザをＩＴＵチャネル波長にロッキングする際に用いられる温度制御エタロンを有する波長ロッカとを有する。
【図１２】
図１２は、図１１の波長ロッカにおける温度制御エタロンの斜視図である。
【図１３】
図１３は、ＷＴＬ回路カードの第２の例示的な実施形態を示し、波長ロッカに加えて、このカードは、また、レーザをマッピングして、波長ロッキング前にレーザの絶対搬送波長を決定する際に用いられるための気体吸収チャンバ付の波長マッパを有する。
【図１４】
図１４は、ＷＴＬ回路カードの第３の例示的な実施形態を示し、波長ロッカのエタロンは、波長マッパの気体吸収チャンバ内に取り付けられる。
【図１５】
図１５は、ＷＴＬ回路カードの第４の例示的な実施形態を示し、エタロンチャンバは、レーザの波長ロッキングの際に用いられるレーザと共にバタフライパッケージ内に取り付けられる。
【図１６】
図１６は、ＷＴＬ回路カードの第５の例示的な実施形態を示し、組み合わせられたエタロン／気体吸収チャンバは、波長マッピングおよびレーザの波長ロッキングの際に用いられるレーザと共にバタフライパッケージ内に取り付けられる。
【図１７】
図１７は、エタロンをチューニングし、エタロンのＦＳＲのスペーシングおよび位置合わせ調節し、所定のＩＴＵグリッドラインスペーシングに一致させる方法を示す。
【図１８】
図１８は、図１７で列挙された方法に従って用いられたエタロン較正ユニットを示す。
【図１９】
図１９は、ＷＴＬ回路カードの第６の例示的な実施形態を示し、予めチューニングされたエタロンモジュールは、レーザの波長ロッキングにおいて用いられるレーザと共にバタフライパッケージに取り付けられる。
【図２０】
図２０は、波長ロッカで用いられるための光コンポーネントのライン上の配置を示し、この波長ロッカは、本発明のさらなる別の実施形態に従って構成され、基準レーザ波長検出器は、レーザの光軸から若干オフセットしている。
【図２１】
図２１は、図２０のオフセット基準レーザ波長検出器を示し、例えば、検出器は、円形である。
【図２２】
図２２は、図２０の基準レーザ波長検出器を示し、例えば、検出器は、レーザビームの軸からオフセットせず、円形である。
【図２３】
図２３は、ライン上に配置されていない基準レーザ波長検出器およびエタロン検出器によって受信された信号を示すグラフであり、ビームスプリッタは、（図１１に示すように）レーザと検出器との間に置かれている。
【図２４】
図２４は、図２０でライン上に配置された基準レーザ波長検出器およびエタロン検出器によって受信された信号を示すグラフであり、ビームスプリッタは、レーザと検出器との間に置かれていない。
【図２５】
図２５は、図２０の光コンポーネントにおけるライン上の配置を示し、レーザ波長検出器とエタロンとの両方は、角度を付けて取り付けられ、反射を減少させる。
【図２６】
図２６は、一対の並行基板を使用する、図２０の光コンポーネント用の例示的なパッケージ配置を示す。
【図２７】
図２７は、単一の基板を使用する、図２０の光コンポーネント用の別の例示的なパッケージ配置を示す。
【図２８】
図２８は、波長ロッカで用いられるための光コンポーネントの軸外配置を示し、エタロンは、レーザの光軸に垂直に取り付けられる。
【図２９】
図２９は、波長ロッカで用いられるための光コンポーネントの軸外配置を示し、レーザ基準検出器は、レーザの光軸に垂直に取り付けられる。
【図３０】
図３０は、本発明のさらに別の実施形態に従って構成された、ＤＷＤＭおよびエタロンチャープフィルタを示す。
【図３１】
図３１は、エタロンフリンジおよびＩＴＵチャネルの位置合わせを示すグラフである。
【図３２】
図３２は、図３０のエタロンチャープフィルタによってフィルタリングされているＤＷＤＭからの光信号出力を示すグラフである。
【図３３】
図３３は、図３０のエタロンチャープフィルタにおける内部コンポーネントを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２３】
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【図２４】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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