Reciprocal linear fit methodology for wavelength locker

Abstract

A stepped etalon calibration method, a reciprocal linear fit method of a stepped etalon calibration method, a wavelength locker calibration device, a wavelength locker calibration system, a wavelength locker calibration apparatus, an optical device, an optical system, an optical assembly, or a wavelength locker system comprising a stepped etalon (100) and a processor comprising calibration data is provided. The calibration data is obtained from the stepped etalon calibration method, and is stored in a memory.

Description

RECIPROCAL LINEAR FIT METHODOLOGY FOR WAVELENGTH LOCKERBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] An etalon may be used as a locker optics element. The etalon, also known as a Fabry–Pérot interferometer, is a monolithic interferometric device containing two parallel reflecting surfaces. For example, the etalon may include parallel mirrors and may be used as a narrow band wavelength filter in laser applications (e.g., a resulting optical transmission or reflection of the etalon is periodic in wavelength) . Optical waves can pass through an optical cavity formed between the two parallel reflecting surfaces only when the optical waves are in resonance with the etalon. When inserted into a laser beam, the etalon acts as an optical resonator (cavity) , where a transmissivity varies approximately periodically with an optical wavelength (or frequency) . In resonance, reflections from the two parallel reflecting surfaces cancel each other via destructive interference. A highest reflection loss (e.g., a lowest transmissivity) occurs in anti-resonance. The transmissivity versus wavelength can be described with a frequency response (e.g., an etalon transfer function) . An Airy function is one type of etalon transfer function. The etalon can therefore be used as an optical filter for tuning a wavelength of a laser to lock the wavelength of the laser at a desired wavelength.

[0002] Traditional wavelength lock solutions are unable to realize low-power dissipation flex grid wavelength tuning. For example, a single etalon cannot be used for flex grid wavelength tuning. A thermal etalon is capable for flex grid tuning but requires additional power dissipation to control etalon temperature. Meanwhile, a tuning speed of the thermal etalon is slower than the single etalon. A stepped etalon is a new generation technology for flex grid tuning with low-power dissipation and a rapid response.SUMMARY OF THE INVENTION

[0003] A stepped etalon includes a transparent body having a stepped surface. The stepped surface has a stepped transition from one portion of the stepped surface to a second  portion of the stepped surface. The stepped etalon may have a body which is transparent at least in a predetermined range of wavelengths and having first side and a second side arranged opposite to the first side. The first side may be a flat surface. The second side may be a stepped surface having one or more steps, with each step having a flat land substantially parallel to the flat surface of the first side. Thus, the stepped surface provides multiple regions of different thicknesses relative to the first side and the second side. Each step on the etalon provides a region of different thickness. By adjusting the thicknesses appropriately, each step can be configured to pass different frequencies of light.

[0004] When the stepped etalon is used for wavelength-locking for a flex grid frequency application, a high accuracy etalon transfer curve fitting function is needed. In real fit function development, achieving the high accuracy etalon transfer curve fitting function can be very challenging when a locked beam contains many light ripples (e.g., multiple source optical ripple) , such as multi-source reflections. In addition, achieving the high accuracy etalon transfer curve fitting function can be very challenging due to manufacturing variables, such as reflectivity, refractive index, and thickness, caused by non-ideal etalon fabrication (e.g., manufacturing errors) .

[0005] Previous feasibility studies with traditional fit methods (one formular for the whole etalon band, which contain a standard Airy function and many error correction factors) show poor performance in terms of fitting function and frequency locking accuracy, which cannot be used in products.

[0006] For the next generation high performance flex grid wavelength-locking products development, a stepped etalon has become the most promising technology, and meanwhile a new etalon curve calibration and fit method is urgently required.

[0007] Some implementations disclosed herein provide a stepped etalon calibration method to achieve a high-performance wavelength-locking device with high fitting accuracy  and low wavelength locking error. Furthermore, compared with a traditional frequency locking scheme, the stepped etalon calibration method is manufacturable, and a test time is greatly shortened. Thus, a high-performance method for stepped etalon calibration used in flex grid wavelength locking products is provided.

[0008] The stepped etalon calibration method performed to obtain a high-accuracy fitting function through a reasonable calibration test time, so as to achieve high-performance wavelength locking. The stepped etalon calibration method may resolve a difficulty in achieving a high-accuracy wavelength lock for stepped etalon applications.

[0009] A standard etalon transfer function is a well-known Airy function and is easy to be fitted for an ideal Airy curve. However, in practical applications, additional noise or optical ripple effects are observed which are difficult to remove. A wavelength locking performance of a stepped etalon is diminished and rendered unsatisfactory if the wavelength locker is calibrated with a low fitting-accuracy method. The stepped etalon calibration method disclosed herein improves the wavelength locking performance of a wavelength locker with a stepped etalon through two aspects of development. First, the stepped etalon calibration method incudes changing one fitting formula for a whole band etalon curve to different fitting functions for different etalon slopes. Second, a sinusoidal-likelihood curve is transformed into a straight line through reciprocal processing. The stepped etalon calibration method is a controllable and manufacturable test solution for determining high-accuracy fitting function to be used for achieving a high-accuracy wavelength lock for stepped etalon applications. In addition, the stepped etalon calibration method expands the applications for which the stepped etalon may be used to any product with flex grid wavelength-locking requirements, such as 128G transmitter receiver optical sub-assembly (TROSA) , 64G SiP TROSA, and all other tunable products, including coherent transceivers with a flex grid wavelength-locking function.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0010] Fig. 1 shows a stepped etalon 100;

[0011] Fig. 2 shows a stepped etalon transfer curve with ripple 200 generated using a traditional calibration method;

[0012] Fig. 3 shows a graph 300 of a lock frequency accuracy resultant from the stepped etalon transfer curve with ripple generated using the traditional calibration method;

[0013] Fig. 4 shows a graph 400 of a raw etalon transfer function curve corresponding to a stepped etalon calibration method;

[0014] Fig. 5 shows a graph 500 of a reciprocal linear fit method of the stepped etalon calibration method;

[0015] Fig. 6 shows a graph 600 of a fitted curve of a etalon transfer function resultant from the stepped etalon calibration method;

[0016] Fig. 7 shows a graph 700 of a lock frequency accuracy resultant from the stepped etalon calibration method.

[0017] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

[0018] Fig. 1 shows a stepped etalon 100 according to one or more implementations. The stepped etalon 100 received light at a receiving side (e.g., a left side) and transmits light from a transmitting side (e.g., a right side) . The receiving side has a single flat surface, whereas the transmitting side has a stepped surface with one stepped transition edge that transitions from a first flat land (e.g., a first stepped portion) to a second flat land (e.g., a second stepped portion) . Thus, the first flat land has a first distance from the receiving side to define a first thickness, and the second flat land has a second distance from the receiving side to define a second thickness. Fig. 1 also shows a step etalon transfer function for both the first flat land and the second flat land. Each flat land, or step, can be configured to pass different frequencies of light.

[0019] As indicated above, Fig. 1 is provided as an example. Other examples may differ from what is described with regard to Fig. 1.

[0020] Fig. 2 shows a stepped etalon transfer curve with ripple 200 generated using a traditional calibration method. As a result, poor performance in terms of fitting function and frequency locking accuracy is achieved.

[0021] As indicated above, Fig. 2 is provided as an example. Other examples may differ from what is described with regard to Fig. 2.

[0022] Fig. 3 shows a graph 300 of a lock frequency accuracy resultant from the stepped etalon transfer curve with ripple generated using the traditional calibration method. The graph 300 demonstrates that large errors occur when the traditional calibration method is used. For example, errors greatly exceeding 1 GHz are shown, with some errors equal to about 100 GHz.

[0023] As indicated above, Fig. 3 is provided as an example. Other examples may differ from what is described with regard to Fig. 3.

[0024] Fig. 4 shows a graph 400 of a raw etalon transfer function curve corresponding to a stepped etalon calibration method according to one or more implementations. The stepped etalon calibration method incudes changing one fitting formula for a whole band of the etalon transfer function curve to different fitting functions for different etalon slopes.

[0025] Fig. 5 shows a graph 500 of a reciprocal linear fit method of the stepped etalon calibration method according to one or more implementations. A sinusoidal-likelihood curve is transformed into a straight line through reciprocal processing.

[0026] Fig. 6 shows a graph 600 of a fitted curve of a etalon transfer function resultant from the stepped etalon calibration method according to one or more implementations. The fitted curve highly coincides with the raw etalon transfer function curve shown in Fig. 4 with a reciprocal linear fit.

[0027] An etalon transfer function may be defined by an Airy function according to Equation 1.

[0028] where f is frequency, p is a phase of etalon curve peak or a bottom frequency versus a free spectral range (FSR) . Equation 2 represents a reciprocal of Equation 1.

[0029] If and then the reciprocal function of Equation 2 can be written as Equation 3. LRfit = a·Ffit + b       Eq. 3.

[0030] Equation 3 is a straight-line formula, which can be rewritten as Equation 4. Y = a·x + b, Y = 1 / LR, x = Ffit      Eq. 4.

[0031] With this fit methodology, any half FSR etalon curve can be fit with limited test calibration (e.g., three etalon points, including one peak etalon point, one random mid etalon point and a bottom etalon point) . For example, the graph 400 shows three points of the etalon transfer function, including a peak (maximum) etalon point, a bottom (minimum) etalon point, and a mid-etalon point that is between the maximum and the minimum. The LRfit section of the etalon curve is located inside the dotted box.

[0032] The stepped etalon calibration method with etalon reciprocal linear fit methodology may include the following steps performed by a calibration system comprising at least one processor configured to execute one or more steps of the stepped etalon calibration method (e.g., as a result of executing software) .

[0033] First, search for a peak etalon point and a bottom etalon point of an etalon transfer function, and measure a frequency and lock ratio. Next, randomly select one mid-etalon point, and measure a frequency and lock ratio. Next, perform a reciprocal linear fit. Next,  save the reciprocal linear fit to a memory device, such as a memory module. Next, perform a firmware closed loop control. Next, repeat the stepped etalon calibration method for all etalon slopes.

[0034] Fig. 7 shows a graph 700 of a lock frequency accuracy resultant from the stepped etalon calibration method. Large errors are prevented, as compared to the graph 300 described in connection with Fig. 3. For example, frequency errors (LK Error_Ghz) may be less than 1.0 GHz (e.g., all frequency errors may be between -1.0 GHz and +1.0 GHz) . Error limits, low spec and high spec, are set to -1.0 GHz and +1.0 GHz, respectively. In some cases, frequency errors (LK Error_Ghz) may be less than 0.5 GHz (e.g., all frequency errors may be between -0.5 GHz and +0.5 GHz) , as shown in Fig. 7. Thus, high performance in accuracy can be achieved with the reciprocal linear fit method.

[0035] As indicated above, Figs. 4-7 are provided as an example. Other examples may differ from what is described with regard to Figs. 4-7.

[0036] The foregoing disclosure provides illustration and description, but is not intended to be exhaustive or to limit the implementations to the precise form disclosed. Modifications and variations may be made in light of the above disclosure or may be acquired from practice of the implementations.

[0037] Although particular combinations of features are recited in the claims and / or disclosed in the specification, these combinations are not intended to limit the disclosure of various implementations. In fact, many of these features may be combined in ways not specifically recited in the claims and / or disclosed in the specification. Although each dependent claim listed below may directly depend on only one claim, the disclosure of various implementations includes each dependent claim in combination with every other claim in the claim set.

[0038] When a component or one or more components (e.g., a laser emitter or one or more laser emitters) is described or claimed (within a single claim or across multiple claims) as performing multiple operations or being configured to perform multiple operations, this language is intended to broadly cover a variety of architectures and environments. For example, unless explicitly claimed otherwise (e.g., via the use of “first component” and “second component” or other language that differentiates components in the claims) , this language is intended to cover a single component performing or being configured to perform all of the operations, a group of components collectively performing or being configured to perform all of the operations, a first component performing or being configured to perform a first operation and a second component performing or being configured to perform a second operation, or any combination of components performing or being configured to perform the operations. For example, when a claim has the form “one or more components configured to: perform X; perform Y; and perform Z, ” that claim should be interpreted to mean “one or more components configured to perform X; one or more (possibly different) components configured to perform Y; and one or more (also possibly different) components configured to perform Z. ”

[0039] No element, act, or instruction used herein should be construed as critical or essential unless explicitly described as such. Also, as used herein, the articles “a” and “an” are intended to include one or more items, and may be used interchangeably with “one or more. ” Further, as used herein, the article “the” is intended to include one or more items referenced in connection with the article “the” and may be used interchangeably with “the one or more. ” Furthermore, as used herein, the term “set” is intended to include one or more items (e.g., related items, unrelated items, a combination of related items, and unrelated items, etc. ) , and may be used interchangeably with “one or more. ” Where only one item is intended, the term “only one” or similar language is used. Also, as used herein, the terms  “has, ” “have, ” “having, ” or the like are intended to be open-ended terms. Further, the phrase “based on” is intended to mean “based, at least in part, on” unless explicitly stated otherwise. Also, as used herein, the term “or” is intended to be inclusive when used in a series and may be used interchangeably with “and / or, ” unless explicitly stated otherwise (e.g., if used in combination with “either” or “only one of” ) . Further, spatially relative terms, such as “below, ” “lower, ” “bottom, ” “above, ” “upper, ” “top, ” and the like, may be used herein for ease of description to describe one element or feature’s relationship to another element (s) or feature (s) as illustrated in the figures. The spatially relative terms are intended to encompass different orientations of the apparatus, device, and / or element in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The apparatus may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatially relative descriptors used herein may likewise be interpreted accordingly.

Claims

1.A stepped etalon calibration method, a reciprocal linear fit method of a stepped etalon calibration method, a wavelength locker calibration device, a wavelength locker calibration system, a wavelength locker calibration apparatus, an optical device, an optical system, an optical assembly, and / or a wavelength locker system comprising a stepped etalon and a processor comprising calibration data, obtained from a stepped etalon calibration method, stored in memory, as substantially described herein with reference to and as illustrated by the accompanying specification and drawings.

Images