專利名稱：半導(dǎo)體激光器寬范圍外腔可調(diào)諧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器寬范圍外腔可調(diào)諧方法，屬于光通信
背景技術(shù)：
隨著電信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的逐步普及，人們對帶寬的需求越來越大，光纖中傳輸?shù)男畔⒘颗c日俱增，這對密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)相關(guān)器件如激光器、探測器等的性能提出了更高的要求?？烧{(diào)諧激光器的出現(xiàn)大大降低了系統(tǒng)的成本，滿足了光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的智能化需要?，F(xiàn)在的可調(diào)激光器結(jié)構(gòu)主要采用基于體光柵的外腔調(diào)諧和集成化的分布布拉格反射(DBR)、取樣光柵DBR(SG-DBR)、光柵同向耦合與抽樣反射(GCSR)等內(nèi)腔調(diào)諧結(jié)構(gòu)，但這些技術(shù)無一例外都存在一定的缺陷影響了器件的實用化?；隗w光柵的外腔調(diào)諧的難點在于器件的體積龐大、機械上的定位與調(diào)整難度太大；集成化的技術(shù)方案盡管具有器件體積小、成本低、易于與其它器件集成等優(yōu)點，但普遍存在制作的難度較大、器件指標偏低等缺點。近來出現(xiàn)的基于MEMS的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)技術(shù)也存在制作難度大、器件壽命難以保障等缺陷。盡管也還有激光器芯片+單個可調(diào)諧濾波器構(gòu)成的可調(diào)激光器技術(shù)見諸報道，但設(shè)備的波長調(diào)諧范圍普遍較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用兩端鍍增透膜的激光器芯片與兩個可調(diào)諧濾波器雙端耦合，替代現(xiàn)有的基于體光柵的外腔調(diào)諧和集成化的內(nèi)腔調(diào)諧方法，構(gòu)成寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，從而優(yōu)化器件性能，降低制造難度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是是放置在半導(dǎo)體致冷器上的半導(dǎo)體激光器或放大器芯片兩端通過耦合裝置與兩個可調(diào)諧濾波器高效耦合，構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔，通過對兩個濾波器進行調(diào)諧可以選擇其諧振波長，得到所需要波長的激光輸出，而其它波長不會激射，使激光器有較寬的調(diào)諧范圍，調(diào)諧范圍主要由濾波器具體結(jié)構(gòu)及芯片的增益譜寬決定。
半導(dǎo)體激光器或放大器芯片兩端面鍍增透膜以便抑制腔內(nèi)反饋。
所述的可調(diào)諧濾波器的反射光譜為離散的梳狀光譜，兩個可調(diào)諧濾波器的峰值間距不同。
所述的可調(diào)諧濾波器反射譜與半導(dǎo)體激光器或放大器芯片增益譜范圍相近。
所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，可以通過調(diào)整半導(dǎo)體致冷器的溫度對激光器進行相位調(diào)節(jié)。
所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其濾波器可以是取樣光柵型可調(diào)濾波器濾。
所述的濾波器可以是FP腔型可調(diào)濾波器。
所述的耦合裝置可以由準直器和球透鏡構(gòu)成或由多個球透鏡構(gòu)成。
所述的耦合裝置也可以由非球透鏡構(gòu)成。
所述的耦合裝置還可以由頂部燒制或磨制小球的透鏡光纖構(gòu)成。
本發(fā)明由于采用的是雙端可調(diào)諧的方式，使得可調(diào)諧激光器有比較寬的調(diào)諧范圍和較窄的譜線寬度。這種可寬范圍調(diào)諧的方法既克服了基于體光柵的外腔調(diào)諧器件體積龐大、機械上的定位與調(diào)整難度大的缺點，也克服了集成化的可調(diào)激光器指標偏低、制作難度大等缺點。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是FP腔型可調(diào)濾波器。圖3是取樣光柵類型的可調(diào)濾波器。圖4是采用兩個取樣光柵型的可調(diào)濾波器構(gòu)成的激光器。圖5是取樣光柵的反射光譜結(jié)構(gòu)。圖6是兩個光柵的波長調(diào)諧原理示意圖。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。122是放置在致冷器123上的半導(dǎo)體激光器(或放大器)管芯，作用是為了產(chǎn)生比較穩(wěn)定的光增益，管芯的兩個端面103和104鍍增透膜；120和125是兩個波長可調(diào)諧的梳狀濾波器，但兩個濾波器的結(jié)構(gòu)不同。121和124是兩個耦合裝置，其結(jié)構(gòu)可以相同也可以不同，目的是為了使120與122及122與125之間有較好的耦合，降低耦合損耗并產(chǎn)生穩(wěn)定的激光輸出。
120、121、124、125及122的有源區(qū)應(yīng)在一條軸線上，從122產(chǎn)生的寬范圍波長的光通過104面輸出，經(jīng)過112面進入124，經(jīng)過光束變換處理后變?yōu)橐子谂c125耦合的光束，通過113進入105面，在125里面進行選頻產(chǎn)生特定梳狀光譜并通過105、113部分反饋回耦合裝置124，進行光束變換后通過112、104進入122，在其內(nèi)部進行放大。放大的光束經(jīng)過103、111面進入耦合裝置121，進行光束變換后通過110、102進入120，入射光束在120內(nèi)部產(chǎn)生特定梳狀光譜并通過102、110反饋回121，光束進行變換后再通過111、103進入122進行放大。這樣光束在120、125之間形成了一個具有波長選擇功能的諧振腔，只有在120、125處都能夠得到反饋的波長才能夠得到持續(xù)不斷的放大并最終產(chǎn)生激光輸出。通過對120、125按一定規(guī)律進行調(diào)諧，改變他們的反饋梳狀光譜，就可以得到所需要波長的激光輸出，構(gòu)成一個寬范圍的外腔可調(diào)諧激光器。如果激光從106處輸出，則125應(yīng)部分反饋部分透射，而120在101面高反饋，這使激光器有更高的功率利用率；反之，如果激光從101處出射，則120應(yīng)部分反饋部分透射，而125在106面高反饋。
122的兩個端面103、104鍍增透膜是為了高效耦合并與其它端面產(chǎn)生諧振，這會大大減小激光器的噪聲，并防止有害的波長激射，提高功率穩(wěn)定性。
本發(fā)明中可使用的兩個不同類型的可調(diào)濾波器。圖2是FP腔型可調(diào)濾波器。寬波長范圍的光束201a經(jīng)過211端面入射到濾波器，在兩個端面211、212構(gòu)成的諧振腔中振蕩形成一系列波長離散的梳狀的光譜。根據(jù)應(yīng)用的要求不同，產(chǎn)生的光束202a部分透射經(jīng)過212形成出射光203，反饋光202b經(jīng)過211形成反射光201b。該濾波器可以通過改變兩個端面211、212之間的有效腔長來調(diào)諧反射光譜。圖3是取樣光柵類型的可調(diào)濾波器。寬波長范圍的光束222a經(jīng)過233端面入射到取樣光柵，在光柵內(nèi)部經(jīng)過模式耦合后形成一系列波長離散的梳狀的光譜，產(chǎn)生的光束223a部分透射經(jīng)過234形成出射光224，反饋光223b經(jīng)過233形成反射光222b。該濾波器可以通過對光柵施加應(yīng)力或調(diào)整其溫度來改變它的反射光譜，從而起到波長調(diào)諧的目的。
兩種類型的濾波器中，都可以通過優(yōu)化設(shè)計使濾波器譜線有窄的線寬，都可以通過外部條件的改變來產(chǎn)生比較穩(wěn)定的可調(diào)諧的梳狀反射光譜，這是得到高穩(wěn)定、窄線寬、寬范圍調(diào)諧的激光輸出的必要條件。
圖4是采用兩個取樣光柵型的可調(diào)濾波器301和306構(gòu)成激光器具有選頻功能的諧振腔，高增透的芯片303通過耦合系統(tǒng)302、305與301、306進行有效耦合，激光從某一端面311或312輸出，通過對301和306進行調(diào)諧可得到所需波長輸出。
圖5是取樣光柵的反射光譜結(jié)構(gòu)。它的光譜是一系列峰值間隔相等的離散的梳狀譜，峰值間距Δλ可以根據(jù)設(shè)計來選定。并且我們可以通過施加應(yīng)力或改變溫度使反射光譜紅移或藍移。
圖6是兩個光柵的波長調(diào)諧原理示意圖。在光柵設(shè)計上，我們?nèi)蓚€光柵的反射光譜相似且其范圍與半導(dǎo)體激光器(或放大器)芯片增益譜相近，但其峰值間距Δλ1、Δλ2不同，并且將光柵301(或306)的各個峰值取為所需要的符合或接近ITU-T波長處。如果要得到如圖5中的λn波長激光輸出，則301(或306)不變，調(diào)諧306(或301)使其光譜紅移或藍移直至某一峰值波長為λn。這樣，由于在激光器中波長為λn的光在兩端的濾波器301、306處都能得到反射，從而使波長λn以301、306為諧振腔不斷反饋放大并最終形成激光出射；而由于301、306峰值間距Δλ1、Δλ2不同，所以其它波長的光并不能在301、306處同時得到有效反射，不能形成諧振腔，不會有其它波長激光輸出。如果λn與所需的ITU-T波長還有偏差，則將301、306同時調(diào)諧，使其移到所需波長。
同樣，如果要得到如圖6中的λn+1波長激光輸出，則301(或306)不變，調(diào)諧306(或301)使其光譜紅移或藍移直至某一峰值波長為λn+1，而其它波長的光不會形成激射。按照上述的調(diào)諧方式，我們可得到芯片增益譜范圍內(nèi)任一波長的激光輸出，得到寬范圍的波長調(diào)諧若忽略芯片譜寬影響，可以用下面的公式計算激光器調(diào)諧范圍。假設(shè)Δλ1＞Δλ2，301和306各自的調(diào)諧范圍為Δλ1，則激光器的調(diào)諧范圍為λT=Δλ1Δλ1Δλ1-Δλ2=Δ2λ1Δ]]>其中，Δ為301、306的峰值間距之差。若光柵各自的調(diào)諧譜寬為4nm，Δ為0.4nm，則激光器的調(diào)諧范圍為40nm。可見激光器的調(diào)諧范圍遠大于單光柵的調(diào)諧譜寬，這也是雙端耦合的可調(diào)激光器可寬范圍調(diào)諧的原因。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器寬范圍外腔可調(diào)諧方法，由激光器和可調(diào)諧濾波器實現(xiàn)，其特征是放置在半導(dǎo)體致冷器上的半導(dǎo)體激光器或放大器芯片兩端通過耦合裝置與兩個可調(diào)諧濾波器高效耦合，構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔，通過對兩個濾波器進行調(diào)諧可以選擇其諧振波長，得到所需要波長的激光輸出，而其它波長不會激射，使激光器有較寬的調(diào)諧范圍，調(diào)諧范圍主要由濾波器具體結(jié)構(gòu)及芯片的增益譜寬決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是半導(dǎo)體激光器或放大器芯片兩端面鍍增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是可調(diào)諧濾波器的反射光譜為離散的梳狀光譜，兩個可調(diào)諧濾波器的峰值間距不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是可調(diào)諧濾波器反射譜與半導(dǎo)體激光器或放大器芯片增益譜范圍相近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是可以通過調(diào)整半導(dǎo)體致冷器的溫度對激光器進行相位調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是濾波器可以是取樣光柵型可調(diào)濾波器濾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是濾波器可以是FP腔型可調(diào)濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征耦合裝置可以由準直器和球透鏡構(gòu)成或由多個球透鏡構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是耦合裝置可以由非球透鏡構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧方法，其特征是耦合裝置可以由頂部燒制或磨制小球的透鏡光纖構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體激光器寬范圍外腔可調(diào)諧方法，在半導(dǎo)體激光器或放大器芯片兩端通過耦合裝置與兩個可調(diào)諧濾波器高效耦合，構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔，通過對兩個濾波器進行調(diào)諧可以選擇其諧振波長，得到所需要波長的激光輸出，而其它波長不會激射，使激光器有較寬的調(diào)諧范圍，調(diào)諧范圍主要由濾波器具體結(jié)構(gòu)及芯片的增益譜寬決定。半導(dǎo)體激光器或放大器芯片兩端面鍍增透膜以便抑制腔內(nèi)反饋。兩個可調(diào)諧濾波器的峰值間距不同?？烧{(diào)諧濾波器反射譜與半導(dǎo)體激光器或放大器芯片增益譜范圍相近?？梢酝ㄟ^調(diào)整半導(dǎo)體致冷器的溫度對激光器進行相位調(diào)節(jié)。
文檔編號H01S5/14GK1392695SQ0211599
公開日2003年1月22日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者王正選, 李傳文 申請人:武漢光迅科技有限責任公司