專利名稱：可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，特別是關(guān)于一種將可調(diào)變激光光源設(shè)計(jì)成為具一特定共振腔光程長度的方法。
背景技術(shù)：
在一光通訊系統(tǒng)中，為了提高光訊號的傳輸效率，本領(lǐng)域技術(shù)人員常會(huì)利用一可調(diào)變激光光源來獲致一特定波長以搭載所要傳輸?shù)墓庥嵦?。就公知的可調(diào)變激光光源而言，自激光所激發(fā)出光波波長的調(diào)變通常是利用溫度控制共振腔長度及/或機(jī)械調(diào)整共振腔長度的方式來完成。
如圖1A所示，在一公知可調(diào)變激光光源10的架構(gòu)中，一硅基板(silicon sub-mount)1上激光芯片(laser chip)2所激發(fā)出的光波系經(jīng)由一透鏡(lens)3匯聚成一平行光束(parallel light beam)4后輸出，而電熱式調(diào)溫器(thermal electrical cooler；TEC)5則依據(jù)一熱敏電阻(thermister)6所感應(yīng)到的硅基板溫度，調(diào)節(jié)自激光芯片2所激發(fā)出光波的波長。就此而言，由于自激光芯片2所激發(fā)出光波的波長僅單方面依靠溫度控制的方式來調(diào)變，因此所調(diào)變出的波長往往無法符合需求，且溫度控制上容易有動(dòng)態(tài)范圍過大以致于靈敏度不佳的問題。為此，有人提出另一種外腔式的可調(diào)變激光光源架構(gòu)。
如圖1B所示，公知外腔式的可調(diào)變激光光源20的架構(gòu)仍包含一電熱式調(diào)溫器16及一熱敏電阻17，與上述可調(diào)變激光光源10不同的是，一硅基板11上同時(shí)裝設(shè)有一半導(dǎo)體光放大器(semiconductor opticalamplifier；SOA)12、一透鏡13、一可調(diào)式濾光鏡(tunable filter)14及一可調(diào)式平面鏡(mirror)15。在此，外部共振腔的總長度Lt等于半導(dǎo)體激光12之共振腔長度L1、半導(dǎo)體激光12與透鏡13之間的距離L2、透鏡13的寬度L3、透鏡13與可調(diào)式濾光鏡14之間的距離L4、可調(diào)式濾光鏡14的光學(xué)厚度L5及可調(diào)式濾光鏡14與可調(diào)式平面鏡15之間的距離L6的總和。就此而言，借由電熱式調(diào)溫器16的溫度控制及可調(diào)式平面鏡15的位置調(diào)整可改變外部共振腔的總長度Lt，進(jìn)而調(diào)變可調(diào)變激光光源20所輸出光波的波長。因此，和上述可調(diào)變激光光源10相較之下，所能調(diào)變出的波段較廣，且在可調(diào)式濾光鏡14的幫助下可進(jìn)而輸出一特定波道(channel)。
然而，在目前一共振腔長度的調(diào)變精度以次微米(sub micro-meter)為基本需求以及國際電訊聯(lián)盟規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)波長間隔定義(以ITU GRID50GHZ為例，為0.4nm)的條件下，上述外腔式可調(diào)變激光光源20所激發(fā)的激光光波的所有特定波道并非完全符合ITU規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)波道。換言之，公知外腔式可調(diào)變激光光源20所激發(fā)出光波的特定波道波長，與ITU標(biāo)準(zhǔn)波道之中心波長之間會(huì)有偏差(deviation)，且此一偏差隨著波道數(shù)的增加會(huì)愈來愈大，如圖2所示之Δλ。因此，此類利用動(dòng)態(tài)溫度控制及/或機(jī)械調(diào)整共振腔長度的方法，常借由額外的共振腔長度微調(diào)機(jī)構(gòu)來確保所輸出的波長符合ITU規(guī)格，控制上不但困難且更加費(fèi)時(shí)。
因此，本發(fā)明意欲提出一種可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其除了能讓所激發(fā)出的激光光波的波段涵蓋所選定的一ITU規(guī)格的所有波段外，更讓每個(gè)輸出波道在此一ITU規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)波長間隔定義下符合ITU標(biāo)準(zhǔn)波道，且不需額外共振腔微調(diào)機(jī)構(gòu)而可加快波長調(diào)整速度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提出一種可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，以解決公知技術(shù)中調(diào)變波長控制不易的問題。
本發(fā)明另一目的在于提出一種可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，使一可調(diào)變激光光源的輸出光波的調(diào)變精度滿足次奈米的需求，且符合ITU規(guī)格之標(biāo)準(zhǔn)波長間隔定義。
本發(fā)明又一目的在于提出一種可調(diào)式激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，使一可調(diào)變激光光源所激發(fā)的激光光波的所有特定波道完全符合ITU規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)波道，而無偏差。
依本發(fā)明一實(shí)施方案提供一種可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，包含下列步驟選定一ITU規(guī)格之一波段；決定一最小常數(shù)，使該波段內(nèi)所有波道頻率與其同乘后均轉(zhuǎn)換成為整數(shù)；設(shè)定該共振腔的光程長度為該最小常數(shù)與該等波道頻率及中心波長之乘積之半之一正整數(shù)倍；及依該共振腔的光程長度配置該共振腔的長度。
另一實(shí)施方案中，還可包含下列步驟利用一溫控設(shè)備將該共振腔之溫度控制于一固定值內(nèi)，并實(shí)施一溫度補(bǔ)償程序以補(bǔ)償因組裝公差造成共振腔的長度變異。此外，上述之溫控設(shè)備系由一電熱式調(diào)溫器及一熱敏電阻組成。
在實(shí)施例中，該共振腔由數(shù)個(gè)光學(xué)組件組成，諸如一半導(dǎo)體激光、一透鏡、一可調(diào)式濾光鏡及一平面鏡；而依該共振腔的光程長度配置該共振腔的長度是利用該共振腔的光程長度與該等光學(xué)組件的折射率配置該共振腔的長度。
采用本發(fā)明設(shè)計(jì)具特定光程長度共振腔的優(yōu)點(diǎn)在于，可使激發(fā)波長不偏移標(biāo)準(zhǔn)波道，而共振腔的長度只需依操作環(huán)境的差異進(jìn)行一固定值的溫度控制，而不需要隨著真實(shí)的輸出波長進(jìn)行調(diào)整，不但控制上更為精準(zhǔn)且可省去微調(diào)共振腔長度的機(jī)構(gòu)而加快波長調(diào)整速度。


圖1A是一示意圖，顯示一公知可調(diào)變激光光源的共振腔架構(gòu)；圖1B是一示意圖，顯示另一公知外腔式的可調(diào)變激光光源的共振腔架構(gòu)；圖2是一示意圖，顯示公知外腔式可調(diào)變激光光源所激發(fā)出的光波頻譜與ITU標(biāo)準(zhǔn)波道頻譜之間的偏差情形；圖3是一流程圖，顯示本發(fā)明可調(diào)變激光光源之共振腔長度的設(shè)計(jì)方法；及圖4是一流程圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的外腔式可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法。
組件符號說明1、11硅基板；2激光芯片；3、13透鏡；4平行光束；5、16電熱式調(diào)溫器；6、17熱敏電阻；10、20可調(diào)變激光光源；12半導(dǎo)體光學(xué)放大器；14可調(diào)式濾光鏡；15可調(diào)式平面鏡；301～304本發(fā)明之可調(diào)變激光光源之共振腔長度的設(shè)計(jì)方法步驟；401～406本發(fā)明一實(shí)施例外腔式可調(diào)變激光光源共振腔長度的設(shè)計(jì)方法步驟。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合

本發(fā)明的技術(shù)方案。如前所述，本發(fā)明意欲針對一可調(diào)變激光光源的輸出光波波長在一特定ITU規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)波長間隔定義下無法與標(biāo)準(zhǔn)波道中心波長符合的問題提出一解決方案。本發(fā)明為使一可調(diào)變激光光源的共振腔所輸出的光波波長滿足所有ITU規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)波長，以ITU規(guī)格所有標(biāo)準(zhǔn)波長的公倍數(shù)及/或其整數(shù)倍作為共振腔長度。以下將說明本發(fā)明所提出的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法的原理及實(shí)施步驟。
已知一可調(diào)變激光光源的共振腔的特性滿足下式(1)，即共振腔光程長度等于二分之一光波波長的整數(shù)倍，其中L代表共振腔光程長度，n代表任意正整數(shù)，λ代表光波波長。另外，由于一光波波長及其光波頻率之乘積為一常數(shù)(即波速)，如式(2)所示，其中f代表光波頻率，λ代表光波波長，R代表一常數(shù)，因此在ITU的規(guī)格中，光波頻率及其對應(yīng)的波長必須滿足式(2)。表(一)顯示三種不同ITU C波段的波道間隔定義下之頻率及波長范圍。舉ITU C波段(C band)50GHZ規(guī)格為例，波道間隔為50GHZ，頻率范圍為191THZ 195.95THZ。
L＝n×(λ/2) (1)R＝f×λ (2)(表一)


首先，從表(一)來看，由于ITU規(guī)格中各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波道的中心波長λ所對應(yīng)的頻率f均帶有小數(shù)，因此，只要根據(jù)式(2)將這些頻率f同乘一最小常數(shù)K使其轉(zhuǎn)變成為整數(shù)值Kf(如圖3之步驟302)，則可找出上述公倍數(shù)中的最小值，即各個(gè)頻率之最小整數(shù)值Kf與波長λ之乘積KR。然后，再根據(jù)式(1)可將一可調(diào)變激光光源之共振腔之光程長度L設(shè)計(jì)成為此一公倍數(shù)中最小值KR之半的正整數(shù)倍(如圖3之步驟303)。如此一來，經(jīng)由此一可調(diào)變激光光源共振腔所輸出之光波在ITU規(guī)格中某一特定波段內(nèi)(例如C波段)各個(gè)波道波長便能與各個(gè)ITU波道中心波長完全相符。進(jìn)一步地，依據(jù)此一特定的光程長度來配置共振腔的特定長度(如圖3之步驟304)，例如利用可調(diào)變激光光源之共振腔內(nèi)各個(gè)光學(xué)組件的介質(zhì)折射率(refractive index)與光程長度之間的關(guān)系來配置。舉ITU 50GHZ規(guī)格為例，各個(gè)波道的頻率間隔為0.05THZ，故將所有頻率同乘以一最小常數(shù)20可將所有頻率均轉(zhuǎn)換成正整數(shù)，如此，式(2)將變成式(3)。比較式(3)與式(1)，由于式(3)中的20f均為正整數(shù)，因此(20f)×λ就相當(dāng)于式(1)中的n×λ。因此，一共振腔的光程長度L即可依式(1)設(shè)成n×λ×1/2，即(20f)×λ×1/2或10R的正整數(shù)倍。同理，當(dāng)ITU規(guī)格分別為25、100及200GHZ時(shí)，可分別將一可調(diào)變激光光源的光程長度L設(shè)計(jì)成20R的整數(shù)倍、5R的整數(shù)倍及2.5R的整數(shù)倍。以上關(guān)于本發(fā)明可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法步驟流程圖如圖3所示。
20R＝(20f)×λ (3)表(二)中所列為ITU 50GHZ C波段中，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波道的中心波長、本發(fā)明可調(diào)變激光光源共振腔(共振腔光程長度為10R)所輸出光波的波道波長及一公知外腔式可調(diào)變激光光源共振腔(共振腔光程長度為3013.22μm)所輸出光波波長比較。
(表二)

由表(二)中可看出本發(fā)明可調(diào)變激光光源的輸出光波的波道波長與標(biāo)準(zhǔn)波道的中心波長幾乎沒有誤差。因此，采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)具特定光程長度的共振腔，可使激發(fā)波長不偏移標(biāo)準(zhǔn)波道，如此一來，共振腔的長度只需依操作環(huán)境的差異進(jìn)行一固定值的溫度控制，而不需要隨著真實(shí)的輸出波長進(jìn)行調(diào)整，不但控制上更為精準(zhǔn)且可省去微調(diào)共振腔長度的機(jī)構(gòu)而加快波長調(diào)整速度。
圖4為一流程圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例中，具一特定光程長度(如上所述之10R)的外腔式可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法。首先，步驟401，在一基板上同時(shí)裝設(shè)所需的光學(xué)組件諸如一半導(dǎo)體激光、一透鏡、一可調(diào)變?yōu)V波器及一反射鏡；其次，步驟402，依照前述方法計(jì)算出一特定ITU波段所有波長之公倍數(shù)的最小值；步驟403，選定此一公倍數(shù)之最小值之半的任一正整數(shù)倍值作為共振腔的光程長度；步驟404，依照共振腔光程長度及基板上各個(gè)光學(xué)組件的折射率來設(shè)計(jì)共振腔的長度并加以固定；步驟405，利用一溫控設(shè)備將共振腔溫度控制在一定值內(nèi)；及步驟406，實(shí)施一溫度補(bǔ)償程序以補(bǔ)償因組裝公差造成共振腔的長度變異。需注意的是，本實(shí)施例之外腔式可調(diào)變激光光源的共振腔長度可依所選定之ITU規(guī)格及其波段來設(shè)計(jì)，且此一共振腔長度的決定方法適用于所有具外部共振腔的可調(diào)變激光光源。另一方面，由于本發(fā)明可調(diào)變激光光源之共振腔長度在固定之后便可自然避免波長偏移的現(xiàn)象，所以操作過程中不需要額外增加任何的波長補(bǔ)償調(diào)整機(jī)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明已利用實(shí)際例子及借由各個(gè)實(shí)施例來詳加描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解的是，本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例在此僅為例示性而非為限制性，即，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神及范圍之內(nèi)，上述各方法步驟的變化例及修正例均為本發(fā)明所涵蓋。因此，本發(fā)明由權(quán)利要求的保護(hù)范圍加以界定。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)變激光光源之共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包含下列步驟選定一國際電訊聯(lián)盟(intemational telecommunication union；ITU)規(guī)格之一波段；決定一最小常數(shù)，使該波段內(nèi)所有波道頻率與其同乘后均轉(zhuǎn)換成為整數(shù)；設(shè)定該共振腔光程長度為該最小常數(shù)與該等波道頻率及中心波長之乘積之半之一正整數(shù)倍；及依該共振腔的光程長度配置該共振腔的長度。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于還包含下列步驟利用一溫控設(shè)備將該共振腔之溫度控制于一定值內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于還包含下列步驟實(shí)施一溫度補(bǔ)償程序以補(bǔ)償因組裝公差造成該共振腔的長度變異。
4.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該共振腔由數(shù)個(gè)光學(xué)組件組成。
5.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該溫控設(shè)備由一電熱式調(diào)溫器及一熱敏電阻組成。
6.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于依該共振腔的光程長度配置該共振腔的長度是利用該共振腔的光程長度與該等光學(xué)組件的折射率配置該共振腔的長度。
7.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述數(shù)個(gè)光學(xué)組件是一半導(dǎo)體激光、一透鏡、一可調(diào)式濾光鏡及一平面鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)變激光光源的共振腔長度的設(shè)計(jì)方法，包含下列步驟選定一國際電訊聯(lián)盟；規(guī)格之一波段；決定一最小常數(shù)，俾該波段內(nèi)所有波道頻率與其同乘后均轉(zhuǎn)換成為整數(shù)；設(shè)定該共振腔的光程長度為該最小常數(shù)與該等波道頻率及中心波長之乘積之半之一正整數(shù)倍；及依該共振腔的光程長度配置該共振腔的長度。
文檔編號H01S5/00GK1510803SQ02159310
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者張紹雄, 吳家騏 申請人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司