专利名称：基于并联标准具的激光波长精密控制方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种基于并联标准具的激光波长精密控制方法及装置。
背景技术：
在工业和科研领域中，激光器的波长控制是一项关键技术。尤其在目前的高速光通信领域中，更需要精确的激光波长控制，以提高通信系统的传输性能。激光波长控制的目的是使激光器发出的激光波长稳定在某个固定的激光波长参考上。目前普遍使用标准具作为激光波长参考。根据设计原理的不同，标准具可分为空气隙标准具、固体标准具、以及分布反射光栅标准具等不同类型。标准具的基本特性是只透射 /反射特定波长的光，该波长被称为标准具的中心波长。利用该特性，可以通过反馈控制将激光波长稳定在标准具的中心波长上。参见图1所示，目前通常采用的激光波长控制装置包括激光器1、耦合器2、标准具 3、光电检测器4和处理器5，激光器1输出的激光通过耦合器2，分出一小部分，作为监控光。监控光通过标准具3后进入光电检测器4。参见图2所示，标准具3的中心波长对应标准具3的透射光强最大的点。光电检测器4将进入其中的光的光强信号转化为电信号， 电信号送入处理器5中进行处理。处理器5通过光强信号转化为的电信号反馈控制激光器 1，使得激光器1输出的激光波长稳定在标准具3的中心波长附近。通常这一目的有以下2 种方法可以实现(1)将导频信号调制在激光器1输出的激光的波长上，检测光电检测器4输出的电信号中导频信号的相位，反馈控制激光器1输出的激光的波长。这种方法可以精确地将激光器1输出的激光波长稳定在标准具3的中心波长，但是，额外引入的导频信号将会展宽激光器1输出的激光的线宽，并增大频率和相位噪声。(2)不将激光器1输出的激光的波长稳定在标准具3的中心波长上，而是稳定在标准具3中心波长两侧的边沿(上升沿或者下降沿)上，利用边沿的单调性稳定激光器1输出的激光的波长，参见图3所示。如果光电检测器4输出的光强度大于稳定点的光强度，则表示激光器1的波长偏长，处理器5控制激光器1波长向短波方向调谐；光电检测器4输出的光强度小于稳定点的光强度，则表示激光器1的波长偏短，处理器5控制激光器1波长向长波方向调谐。这种方法不需要额外引入的导频信号，但无法将激光器1输出的激光的波长稳定在标准具3的中心波长上，而只能稳定在标准具3的中心波长两侧的边沿上，因此与中心波长存在一定的误差，而且该误差受激光器输出的激光功率、标准具透射谱线形的影响还会发生变化。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于并联标准具的激光波长精密控制方法及装置，能够提高激光器波长的控制精度，减小波长控制的误差，保持窄线宽和低噪声。本发明提供的基于并联标准具的激光波长精密控制方法，包括以下步骤:A、激光器输出的激光经耦合器分出部分光作为监控光，将所述监控光分成功率相等的两束监控光；B、两束监控光分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具；C、 将两个标准具射出的两束光的光强信号转化为两路电信号，将两路电信号相减，得到波长误差信号；D、根据所述波长误差信号来反馈控制激光器，使激光器输出的激光的波长稳定在目标波长上。在上述技术方案中，步骤D中包括以下步骤当所述波长误差信号大于0时，激光器的波长偏短，控制其向长波方向调谐；当所述波长误差信号小于0时，激光器的波长偏长，控制其向短波方向调谐。在上述技术方案中，步骤B中所述两个标准具的自由光谱范围、插入损耗和光谱线形均相同。在上述技术方案中，所述两个标准具的自由光谱范围均等于国际电信联盟规定的 50GHz或IOOGHz光波道间隔。在上述技术方案中，所述两个标准具均采用空气隙型标准具、晶体型标准具或分布反馈型标准具。本发明提供的基于并联标准具的激光波长精密控制装置，包括激光器、耦合器和处理器，还包括分束器、两个标准具、两个光电检测器和一个减法器，所述激光器输出的激光经耦合器分出部分光作为监控光，将所述监控光通过分束器，分成功率相等的两束监控光；两束监控光分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具，两个光电检测器分别将两个标准具射出的光的光强信号转化为两路电信号；两路电信号在减法器中相减，得到波长误差信号；将波长误差信号送入处理器中进行处理，处理器根据波长误差信号来反馈控制激光器，使激光器输出的激光的波长稳定在目标波长上。在上述技术方案中，所述处理器按照下面两种情况来反馈控制激光器(1)当所述波长误差信号大于0时，激光器的波长偏短，处理器控制激光器的波长向长波方向调谐； (2)当所述波长误差信号小于0时，激光器的波长偏长，处理器控制激光器的波长向短波方向调谐。在上述技术方案中，所述两个标准具的自由光谱范围、插入损耗和光谱线形均相同。在上述技术方案中，所述两个标准具的自由光谱范围均等于国际电信联盟规定的 50GHz或IOOGHz光波道间隔。在上述技术方案中，所述两个标准具均采用空气隙型标准具、晶体型标准具或分布反馈型标准具。与现有技术相比，本发明的优点如下(1)本发明能够精密地控制激光器波长，使其稳定地处在目标波长上，消除波长误差。(2)本发明不需要增加导频信号，不引入额外的干扰和噪声，即保持窄线宽和低噪声。(3)目标波长可以等于国际电信联盟规定的光波道中心波长，也可以等于其它的任意波长。(4)本发明基本不增加器件成本，不增加控制复杂度，电路较为简单。
图1为现有的激光波长控制装置的结构示意图；图2为现有的标准具的透射光谱与中心波长的关系示意图；图3为现有的将激光器输出激光的波长稳定点设定在标准具的中心波长两侧边沿时，标准具的透射光谱示意图；图4为本发明实施例中装置的结构示意图；图5为本发明实施例中两束监控光通过两个标准具的透射光谱和目标波长的示意图；图6为图5中的两个透射光谱相减得到的曲线图。图中1-激光器，2-耦合器，3-标准具，4-光电检测器，5-处理器，6-分束器，7-减法器。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。为了提高激光器波长的控制精度，减小波长控制的误差，同时保持窄线宽和低噪声，本发明实施例提供了一种基于并联标准具的精密控制激光器波长的方法与装置。本发明实施例提供的基于并联标准具的激光波长精密控制方法，包括以下步骤A、激光器输出的激光经耦合器分出部分光作为监控光，将所述监控光分成功率相等的两束监控光；B、两束监控光分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具，两个标准具的自由光谱范围、插入损耗和光谱线形均相同，自由光谱范围均等于国际电信联盟规定的50GHz或IOOGHz光波道间隔，两个标准具均采用空气隙型标准具，以获得较好的温度稳定性；也可采用晶体型标准具或分布反馈型标准具，以便于通过改变温度的方式灵活地调谐标准具的中心波长；C、将两个标准具射出的两束光的光强信号转化为两路电信号，将两路电信号相减，得到波长误差信号；D、根据波长误差信号来反馈控制激光器，使激光器输出的激光的波长稳定在目标波长上。当波长误差信号大于0时，激光器的波长偏短，控制其向长波方向调谐；当波长误差信号小于0时，激光器的波长偏长，控制其向短波方向调谐。参见图4所示，本发明提供的基于并联标准具的激光波长精密控制装置，包括激光器1、耦合器2、分束器6、两个标准具3、两个光电检测器4、一个减法器7和处理器5，两个标准具3是完全相同的一对标准具，因此其自由光谱范围、插入损耗和光谱线形等参数完全一致。通过微调插入两个标准具3中的补偿片的偏转角度，使得两个标准具3的中心波长相对于目标波长分别偏短和偏长相同的值ν。如果有需要，可以使两个标准具3的自由光谱范围均等于国际电信联盟规定的50GHz或IOOGHz光波道间隔。考虑到温度稳定性，两个标准具3均选用空气隙型标准具。
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参见图4所示，激光器1输出的激光通过耦合器2，分出一小部分，作为监控光；将监控光通过分束器6，分成功率相等的两束监控光a和监控光b ；监控光a和监控光b分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具3，两个光电检测器4分别将两个标准具3射出的光的光强信号转化为两路电信号；两路电信号在减法器7中相减，得到波长误差信号；将波长误差信号送入处理器5中进行处理，处理器5根据波长误差信号来反馈控制激光器1，使激光器1输出的激光的波长稳定在目标波长上。处理器5按照下面两种情况来反馈控制激光器1 :(1)当波长误差信号大于0时，激光器1的波长偏短，处理器5控制激光器1的波长向长波方向调谐；(2)当波长误差信号小于0时，激光器1的波长偏长，处理器5控制激光器1的波长向短波方向调谐。监控光a和监控光b分别通过两个标准具3的透射光谱和目标波长的关系参见图 5所示，标有a的实线表示监控光a通过标准具3的透射光谱，标有b的虚线表示监控光b 通过标准具3的透射光谱。从图5中可以看到，监控光a和监控光b分别通过两个标准具 3的光谱线型完全一致，中心波长相对于目标波长分别偏短和偏长相同的值ν。监控光a和监控光b分别通过两个标准具3的光谱相减得到的曲线和目标波长的关系参见图6所示。因为光谱不能直接相减，因此需要使用两个光电检测器4分别将两个标准具3的透射光的光强信号转化为电信号，在减法器7中将两路电信号相减。从图6中可以看到，监控光a和监控光b分别通过两个标准具3的透射光谱相减得到的曲线，可以代表激光器1输出的激光的波长与目标波长之间的误差。且当激光器1输出的激光的波长与目标波长之间的误差为零时，两个标准具3的透射光强相减得到的值为零。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种基于并联标准具的激光波长精密控制方法，其特征在于包括以下步骤A、激光器输出的激光经耦合器分出部分光作为监控光，将所述监控光分成功率相等的两束监控光；B、两束监控光分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具；C、将两个标准具射出的两束光的光强信号转化为两路电信号，将两路电信号相减，得到波长误差信号；D、根据所述波长误差信号来反馈控制激光器，使激光器输出的激光的波长稳定在目标波长上。
2.如权利要求1所述的基于并联标准具的激光波长精密控制方法，其特征在于，步骤D 中包括以下步骤当所述波长误差信号大于0时，激光器的波长偏短，控制其向长波方向调谐；当所述波长误差信号小于0时，激光器的波长偏长，控制其向短波方向调谐。
3.如权利要求1所述的基于并联标准具的激光波长精密控制方法，其特征在于，步骤B 中所述两个标准具的自由光谱范围、插入损耗和光谱线形均相同。
4.如权利要求3所述的基于并联标准具的激光波长精密控制方法，其特征在于所述两个标准具的自由光谱范围均等于国际电信联盟规定的50GHz或IOOGHz光波道间隔。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于并联标准具的激光波长精密控制方法，其特征在于所述两个标准具均采用空气隙型标准具、晶体型标准具或分布反馈型标准具。
6.一种基于并联标准具的激光波长精密控制装置，包括激光器、耦合器和处理器，其特征在于还包括分束器、两个标准具、两个光电检测器和一个减法器，所述激光器输出的激光经耦合器分出部分光作为监控光，将所述监控光通过分束器，分成功率相等的两束监控光；两束监控光分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具，两个光电检测器分别将两个标准具射出的光的光强信号转化为两路电信号；两路电信号在减法器中相减，得到波长误差信号；将波长误差信号送入处理器中进行处理，处理器根据波长误差信号来反馈控制激光器，使激光器输出的激光的波长稳定在目标波长上。
7.如权利要求6所述的基于并联标准具的激光波长精密控制装置，其特征在于，所述处理器按照下面两种情况来反馈控制激光器(1)当所述波长误差信号大于0时，激光器的波长偏短，处理器控制激光器的波长向长波方向调谐；( 当所述波长误差信号小于0时， 激光器的波长偏长，处理器控制激光器的波长向短波方向调谐。
8.如权利要求6所述的基于并联标准具的激光波长精密控制装置，其特征在于所述两个标准具的自由光谱范围、插入损耗和光谱线形均相同。
9.如权利要求8所述的基于并联标准具的激光波长精密控制装置，其特征在于所述两个标准具的自由光谱范围均等于国际电信联盟规定的50GHz或IOOGHz光波道间隔。
10.如权利要求6至9任一项所述的基于并联标准具的激光波长精密控制装置，其特征在于所述两个标准具均采用空气隙型标准具、晶体型标准具或分布反馈型标准具。
全文摘要
本发明公开了一种基于并联标准具的激光波长精密控制方法及装置，方法包括步骤激光器输出的激光经耦合器分出部分光作为监控光，将其分成功率相等的两束光，分别射入中心波长相对于目标波长偏短和偏长相同值的两个标准具；将两个标准具射出的两束光的光强信号转化为两路电信号，将两路电信号相减得到波长误差信号；根据波长误差信号反馈控制激光器，使激光器输出的激光的波长稳定在目标波长上。本发明能够提高激光器波长的控制精度，减小波长控制的误差，保持窄线宽和低噪声。
文档编号H01S3/137GK102364770SQ201110317408
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者姚波, 张璋, 张芹芹, 李玲, 杨宁, 陈德华, 龙熙平 申请人:烽火通信科技股份有限公司