專利名稱：可調(diào)式激光光源及其波長擷取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種可調(diào)式激光光源，特別是一種利用波長擷取裝置快速調(diào)制所需波長的可調(diào)式激光光源。
現(xiàn)有技術(shù)

圖1為一現(xiàn)有可調(diào)式激光光源100的示意圖。如圖1所示，該可調(diào)式激光光源100包含一激光光學(xué)放大芯片102、準(zhǔn)直透鏡104、衍射光柵106及一可旋轉(zhuǎn)的反射鏡108。如圖1所示，激光光學(xué)放大芯片102一端發(fā)出的入射光，經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡104準(zhǔn)直后以一定的掠角(Grazing Angle)入射至衍射光柵106時(shí)，產(chǎn)生的一階衍射光(First-order Diffraction)110會依波長不同產(chǎn)生不同的衍射角。此時(shí)若將反射鏡108旋轉(zhuǎn)至與欲輸出的波長的行進(jìn)方向垂直，則該波長的一階衍射光束110會經(jīng)由反射鏡108反射后再回到激光光學(xué)放大芯片102，激發(fā)以該波長為中心的放大增益而形成一外部共振腔，而能于零階反射光112(Zeroth-order Reflection)處輸出該所需波長。因此，調(diào)整該反射鏡108的傾角，可達(dá)到激光光源波長可調(diào)的目的。
然而，現(xiàn)有的可調(diào)式激光光源需用一個(gè)構(gòu)件眾多的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來精確調(diào)整反射鏡的傾角，另外其旋轉(zhuǎn)中心跟準(zhǔn)直透鏡104及反射鏡108有相對關(guān)系，其尺寸精度要求相當(dāng)高，相對地溫度控制十分困難，且反射鏡的面積需足以截取各個(gè)于不同衍射角出現(xiàn)的分光波長，一旦所需的輸出波長范圍較廣時(shí)，包含反射鏡在內(nèi)的整個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將體積龐大而難以將其小型化，且不易提高其波長調(diào)制速度，故難以符合現(xiàn)今快速調(diào)變且小型化的光通信組件需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)式激光光源，其能快速調(diào)制出所需波長且易于小型化。
依本發(fā)明的設(shè)計(jì)，一種可調(diào)式激光光源包含激光光學(xué)放大芯片、準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵、聚焦透鏡及一波長擷取裝置。激光光學(xué)放大芯片一端的輸入光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射至衍射光柵，由于不同波長的光線經(jīng)衍射光柵后會產(chǎn)生不同的衍射角度，這些不同衍射角度的光線再經(jīng)由一聚焦透鏡將不同衍射角分布的光束聚焦形成一帶狀分布的多個(gè)會聚光斑，而此帶狀分布的光斑則代表了不同波長光束的聚焦位置，而波長擷取裝置包含一遮光板及一反射鏡，遮光板上形成有一道僅容許一預(yù)定的會聚光束通過的狹縫，該狹縫的寬度也同時(shí)代表只有特定波長的激光能通過該狹縫。
由該設(shè)計(jì)，當(dāng)狹縫沿帶狀分布的光斑方向移動而選擇出特定波長的會聚光斑，使具有欲輸出的波長的會聚光束進(jìn)入時(shí)，該會聚光束即可抵達(dá)反射鏡再反射回激光光學(xué)放大芯片，由激光光學(xué)放大芯片另一端輸出，形成以欲輸出的波長為中心的外部共振腔，獲得快速調(diào)制激光光源波長的效果，該波長擷取裝置也可以一狹窄寬度的反射鏡來取代上述的遮光板及反射鏡。
再者，可于準(zhǔn)直透鏡與衍射光柵間的光路設(shè)置一補(bǔ)償板，由修正補(bǔ)償板的傾角可微調(diào)共振腔的光程，使本發(fā)明的可調(diào)式激光光源能快速調(diào)制出符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格(InternationalTelecommunication Union grid；ITU grid)的波長。
附圖簡單說明圖1為一現(xiàn)有可調(diào)式激光光源的示意圖。
圖2為依本發(fā)明的一實(shí)施例，顯示一可調(diào)式激光光源10示意圖。
圖3為一示意圖，顯示本發(fā)明衍射光柵與聚焦透鏡搭配的分光原理。
圖4為一示意圖，顯示本發(fā)明可調(diào)式激光光源10的一變化例。
圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的示意圖，顯示一包含補(bǔ)償板設(shè)計(jì)的可調(diào)式激光光源30。
圖6為一示意圖，顯示本發(fā)明可調(diào)式激光光源30的一變化例。
圖7為依本發(fā)明的另一實(shí)施例，顯示一可調(diào)式激光光源40的示意圖。
組件符號說明10、30、40 可調(diào)式激光光源12 激光光學(xué)放大芯片14 準(zhǔn)直透鏡16 穿透式衍射光柵18 聚焦透鏡20 波長擷取裝置22 遮光板22a 狹縫24 反射鏡26 反射式衍射光柵32 補(bǔ)償板34 基板36 反射條紋100 可調(diào)式激光光源102 激光光學(xué)放大芯片104 準(zhǔn)直透鏡106 衍射光柵108 反射鏡110 一階衍射光束112 零階反射光0 激光光源輸出P1、P2會聚光點(diǎn)λ1、λ2分光波長實(shí)施方式圖2為依本發(fā)明的一實(shí)施例，顯示一可調(diào)式激光光源10示意圖。如圖2所示，可調(diào)式激光光源10包含一激光光學(xué)放大芯片12、準(zhǔn)直透鏡14、穿透式衍射光柵16、聚焦透鏡18及一波長擷取裝置20。波長擷取裝置20包含一遮光板22及一反射鏡24，遮光板22上形成有一狹縫22a。
圖3為一示意圖，顯示本發(fā)明衍射光柵16與聚焦透鏡18搭配的分光原理。如圖3所示，當(dāng)入射光I經(jīng)過衍射光柵16后，由于光學(xué)衍射效應(yīng)跟光的波長有關(guān)，不同波長的光束其衍射角度也不同。當(dāng)衍射光柵16與聚焦透鏡18的角度及位置經(jīng)適當(dāng)搭配后，經(jīng)過衍射光柵16分光后呈不同衍射角分布的個(gè)別波長的光束，如圖示彼此分離的λ1、λ2光束，可再經(jīng)由聚焦透鏡18會聚成如P1、P2的獨(dú)立會聚點(diǎn)。換言之，原本于空間中依衍射角散布的分光波長，由聚焦透鏡18的作用可轉(zhuǎn)換為線性空間散布(Linear Spatial Dispersion)。
請?jiān)賲⒖紙D2，激光光學(xué)放大芯片12一端發(fā)出的光線先經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡14準(zhǔn)直為平行光后，以一定的角度θ入射至衍射光柵16，而形成不同衍射角的各個(gè)分光波長光束，再經(jīng)聚焦透鏡18將各個(gè)分光波長光束會聚成一帶狀分布的多個(gè)分離焦點(diǎn)的會聚光斑進(jìn)入波長擷取裝置20中。
本發(fā)明的波長擷取裝置20于聚焦透鏡18的焦點(diǎn)位置配置一反射鏡24，反射鏡24的表面可為依照聚焦透鏡18焦平面(Focal plane)分布的平面或曲面，再搭配一可于聚焦透鏡18與反射鏡24間沿帶狀分布的各個(gè)彼此分離的焦點(diǎn)間移動的遮光板22。因遮光板22上形成有一狹縫22a，將狹縫22a移動至欲輸出波長的會聚焦點(diǎn)時(shí)，該特定波長即可抵達(dá)反射鏡24再反射回激光光學(xué)放大芯片12，形成以該特定波長為中心的外部共振腔，該特定波長的激光光經(jīng)由共振腔來回振蕩多次，并經(jīng)過激光光學(xué)放大芯片12而將功率放大，再經(jīng)由激光光學(xué)放大芯片另一端輸出一窄頻激光光源0，如此可調(diào)式激光光源10即可輸出波長擷取裝置20所擷取的特定波長，獲得快速調(diào)制激光光源波長的效果。
遮光板22作為阻擋未選取的會聚光束進(jìn)入反射鏡24，及開設(shè)一寬度極小的狹縫22a以供選取的會聚光束穿透之用，其形式與構(gòu)成材料并不限定，但狹縫22a之外的材質(zhì)優(yōu)選為具有光吸收或散射材料，以避免未選取的其余波長會聚光束于系統(tǒng)中形成雜散光。另狹縫22a形成的方式例如是一光學(xué)基板上涂布一層光吸收或散射物質(zhì)后，再于此涂布層開設(shè)一寬度極小的光學(xué)穿透孔以形成一狹縫，或以光學(xué)穿透材質(zhì)構(gòu)成該狹縫。
波長擷取裝置20的平移運(yùn)動舉例而言可使用一微引動器引動，或任何可使狹縫22a沿帶狀分布的各個(gè)彼此分離的焦點(diǎn)間移動的機(jī)構(gòu)，例如使用一壓電引動器(piezoelectric actuator)、氣動引動器(pneumatic actuator)或由微機(jī)電(MEMS)技術(shù)制造的微形引動器均可，尤其以微機(jī)電(MEMS)技術(shù)制造的微形引動器較佳，其不但可縮小尺寸，移動速度更可達(dá)到毫秒(ms)等級。
因遮光板22的狹縫22a寬度決定了反射鏡24回饋至激光光學(xué)放大芯片12的功率強(qiáng)度(Power Level)，及所擷取的波長的頻譜純度(Spectral Purity)，故狹縫22a的寬度范圍，以能介于維持反射鏡24至激光光學(xué)放大芯片12間的共振腔的振蕩能量，與維持?jǐn)X取波長的頻譜純度兩者之間的范圍較佳。
圖4為一示意圖，顯示本發(fā)明可調(diào)式激光光源10的一變化例。本發(fā)明的衍射光柵形式并不限定，例如可如圖4所示采用一反射式衍射光柵26，僅需調(diào)整聚焦透鏡18與波長擷取裝置20的配置位置即可。再者，本發(fā)明除移動遮光板22之外也可將衍射光柵設(shè)計(jì)為可轉(zhuǎn)動而遮光板22則保持固定，同樣可達(dá)到波長擷取的效果。如圖4所示，當(dāng)衍射光柵26的傾角改變時(shí)，平行光入射至衍射光柵26的角度θ即產(chǎn)生變化，如此可使會聚至該固定狹縫22a位置的波長持續(xù)變化，因此，可由調(diào)整衍射光柵的轉(zhuǎn)角，選取恰落入狹縫22a的所需輸出波長，同樣可獲得快速調(diào)制激光光源波長的效果。
因此，由上述的不同變化例可知，本發(fā)明也可同時(shí)轉(zhuǎn)動衍射光柵并移動遮光板，如此更可提高激光光源10的波長調(diào)制速度與彈性。
圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的示意圖，顯示使用穿透式的衍射光柵16及一包含補(bǔ)償板32設(shè)計(jì)的可調(diào)式激光光源30。
可調(diào)式光學(xué)組件皆須依循相同的光纖通信標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格，以確保其波長兼容性。因此，可調(diào)式激光光源必須以國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union；ITU)所定義的波長光譜規(guī)格傳輸數(shù)據(jù)。因此，若設(shè)計(jì)出的可調(diào)式光源能直接輸出符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格(ITU grid)的波長光譜，則可明顯增加運(yùn)用上的彈性，并達(dá)到高速調(diào)制的目的以改善數(shù)據(jù)傳輸效果。因此，如圖5所示，本實(shí)施例于準(zhǔn)直透鏡14與穿透式衍射光柵16間的光路設(shè)置一補(bǔ)償板32，補(bǔ)償板32舉例而言可為一透明玻璃板。由轉(zhuǎn)動補(bǔ)償板32而變化其與經(jīng)準(zhǔn)直的平行光的夾角，可細(xì)微調(diào)整狹縫22a所選取的分光波長，其由反射鏡24反射至激光光學(xué)放大芯片12的光程，而達(dá)到微調(diào)共振腔長度的效果，使可調(diào)式激光光源30能直接輸出符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的波長。換言之，加入補(bǔ)償板32的可調(diào)式激光光源30設(shè)計(jì)，形成了針對輸出標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格波長的回授設(shè)計(jì)，而可補(bǔ)償衍射光柵分光出的波長間距與標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格間距的差值，使可調(diào)式激光光源30直接輸出精確符合標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的波長，達(dá)到快速調(diào)制的目的。
圖6為一示意圖，顯示本發(fā)明可調(diào)式激光光源30的一變化例。如圖6所示，可調(diào)式激光光源30同樣可采用一反射式衍射光柵26，僅需變化聚焦透鏡18與波長擷取裝置20的配置位置即可。再者，衍射光柵可設(shè)計(jì)為可轉(zhuǎn)動而遮光板22則保持固定，同樣可達(dá)到波長擷取的效果。當(dāng)衍射光柵26的傾角改變時(shí)，平行光入射至衍射光柵26的角度θ即產(chǎn)生變化，如此使會聚至固定狹縫22a位置的特定波長改變，而可由調(diào)整衍射光柵的轉(zhuǎn)角，選取出恰落入狹縫22a的所需輸出波長，此時(shí)若擷取出的波長未落入標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的范圍，再由變化補(bǔ)償板32的傾角，可實(shí)時(shí)微調(diào)反射鏡24至激光光學(xué)放大芯片12的共振腔長度，使可調(diào)式激光光源30直接輸出精確符合標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的波長。
補(bǔ)償板32不限定為一透明玻璃所構(gòu)成，而可為任何高折射率的光學(xué)穿透物質(zhì)，借由改變與光束之間的入射角以修正反射鏡24至激光光學(xué)放大芯片12間的光程。
圖7為依本發(fā)明的另一實(shí)施例，顯示一可調(diào)式激光光源40的示意圖。如圖7所示，本發(fā)明的波長擷取裝置可由一基板34及于其表面鍍上一條紋狀(Strip-like)的反射鍍膜而構(gòu)成，基板34用以提供該反射條紋36的反射鍍膜的形成表面，其形狀及材料并不限制，例如可使用一光吸收材料或光穿透材料均可。由衍射光柵26的轉(zhuǎn)動或基板34的移動，可使反射條紋36進(jìn)入所需波長的會聚光束范圍，再由該反射條紋將該會聚光束反射回激光光學(xué)放大芯片12。如圖7所示，本實(shí)施例同樣可選擇性加入一補(bǔ)償板，若擷取出的波長未落入標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的范圍，可由變化補(bǔ)償板32的傾角，獲得使可調(diào)式激光光源40直接輸出精確符合標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的波長的效果。
以上所述僅為舉例，而非限制本發(fā)明。任何未脫離本發(fā)明的精神和范疇，而對其進(jìn)行的等效修改或變化，均應(yīng)包含于權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)式激光光源，其特征在于一激光光學(xué)放大芯片，用以產(chǎn)生一輸入光及該可調(diào)式激光光源的一輸出光；一準(zhǔn)直透鏡，置于該輸入光的行進(jìn)光路以將其準(zhǔn)直為平行光；一衍射光柵，置于該平行光的行進(jìn)光路，該平行光經(jīng)過該衍射光柵后使不同波長產(chǎn)生依不同衍射角分布的光束；一聚焦透鏡，用以將依不同衍射角分布的不同波長光束轉(zhuǎn)換為帶狀分布的多個(gè)會聚光斑；及一波長擷取裝置，包含一遮光板及一反射鏡，該遮光板形成有僅容許一會聚光斑通過的一狹縫，且通過該狹縫的該會聚光斑經(jīng)該反射鏡反射回該激光光學(xué)放大芯片，使該會聚光斑的中心波長形成為該可調(diào)式激光光源的輸出波長。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式激光光源，其特征在于該遮光板除該狹縫之外表面材質(zhì)包括選自一光吸收材料及一光散射材料所組成的群組中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式激光光源，其特征為該遮光板表面的該狹縫部位為光學(xué)穿透材質(zhì)所構(gòu)成。
4.一種可調(diào)式激光光源，其特征在于一激光光學(xué)放大芯片，用以產(chǎn)生一輸入光及該可調(diào)式激光光源的一輸出光；一準(zhǔn)直透鏡，置于該輸入光的行進(jìn)光路以將其準(zhǔn)直為平行光；一衍射光柵，置于該平行光的行進(jìn)光路，該平行光經(jīng)過該衍射光柵后使不同波長產(chǎn)生依不同衍射角分布光束；一聚焦透鏡，用以將依不同衍射角分布的不同波長光束轉(zhuǎn)換為帶狀分布的多個(gè)會聚光斑；及一波長擷取裝置，包含一基板及形成于該基板的反射鍍膜所構(gòu)成，該反射鍍膜為寬度僅容許一會聚光斑反射的條狀反射膜，且經(jīng)由該反射膜反射的該會聚光斑反射回該激光光學(xué)放大芯片，使該會聚光斑的中心波長形成為該可調(diào)式激光光源的輸出波長。
5.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)式激光光源，其特征在于該基板的材料包括一光吸收材料或一光穿透材料。
6.一種可調(diào)式激光光源，其特征為一激光光學(xué)放大芯片，用以產(chǎn)生一輸入光及該可調(diào)式激光光源的一輸出光；一準(zhǔn)直透鏡，置于該輸入光的行進(jìn)光路以將其準(zhǔn)直為平行光；一衍射光柵，置于該平行光的行進(jìn)光路，該平行光經(jīng)過該衍射光柵后使不同波長產(chǎn)生依不同衍射角分布的光束；一聚焦透鏡，用以將依不同衍射角分布的不同波長光束轉(zhuǎn)換為帶狀分布的多個(gè)會聚光斑；及一波長擷取裝置，用以擷取該會聚光斑中的一個(gè)，并回饋至該激光光學(xué)放大芯片；及一補(bǔ)償板，設(shè)置于該準(zhǔn)直透鏡與該衍射光柵間的光路，用以修正該輸入光的光程，以調(diào)整回饋至該激光光學(xué)放大芯片的該會聚光斑波長。
7.一種可調(diào)式激光光源的波長選取方法，包含如下步驟以一準(zhǔn)直透鏡將一激光光學(xué)放大芯片的輸入光準(zhǔn)直為平行光；將一衍射光柵置于該平行光的行進(jìn)光路，該平行光經(jīng)過該衍射光柵后，使不同波長產(chǎn)生不同衍射角分布的光束；利用一聚焦透鏡將波長依不同衍射角分布的不同波長光束轉(zhuǎn)換為帶狀分布的多個(gè)會聚光斑；將該多個(gè)會聚光斑入射至僅容許其中之一會聚光斑進(jìn)入的一狹縫，并將進(jìn)入該狹縫的唯一該會聚光斑反射回該激光光學(xué)放大芯片，使該會聚光斑的中心波長形成為該可調(diào)式激光光源的輸出波長。
8.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)式激光光源的波長選取方法，其中該狹縫為形成于一遮光板上的僅容許一會聚光斑通過的條狀開口，移動該遮光板以擷取該會聚光斑中的一個(gè)，并經(jīng)由一反射鏡將通過該狹縫的該會聚光斑反射回該激光光學(xué)放大芯片，使該會聚光斑的中心波長形成為該可調(diào)式激光光源的輸出波長。
9.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)式激光光源的波長選取方法，其中該狹縫為形成于一基板上僅容許一會聚光斑進(jìn)入的條狀反射鍍膜，移動該基板使唯一進(jìn)入該條狀反射膜的該會聚光斑反射回該激光光學(xué)放大芯片，使該會聚光斑的中心波長形成為該可調(diào)式激光光源的輸出波長。
10.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)式激光光源的波長選取方法，還包含于該準(zhǔn)直透鏡與該衍射光柵間的光路設(shè)置一補(bǔ)償板，并由改變該補(bǔ)償板與該平行光的夾角的方式變化該輸入光的光程的步驟，使回饋至該激光光學(xué)放大芯片的該會聚光斑的中心波長形成為符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)信道規(guī)格的波長。
全文摘要
一種可調(diào)式激光光源，包含激光光學(xué)放大芯片、準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵、聚焦透鏡及一波長擷取裝置。激光光學(xué)放大芯片一端的輸入光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射至衍射光柵，由于不同波長的光線經(jīng)衍射光柵后會產(chǎn)生不同的衍射角度，這些不同衍射角度的光線再經(jīng)由一聚焦透鏡會聚形成一連續(xù)帶狀的光斑。波長擷取裝置包含其上形成有一狹縫的遮光板及一反射鏡，將此波長擷取裝置放置于光斑所在位置，該狹縫僅容許對應(yīng)一特定寬度的光束通過，激光使該可調(diào)式激光光源輸出對應(yīng)該特定衍射角的波長。
文檔編號G02B6/26GK1567007SQ03146308
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者張紹雄, 吳家騏 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司