專利名稱：可調(diào)外腔激光器的制作方法
背景技術(shù)：
光纖通信的增加帶寬的需求驅(qū)動可用于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)的高級激光發(fā)射器的開發(fā)，其中在DWDM系統(tǒng)中，多個分離數(shù)據(jù)流在一個單光纖中傳播。每個數(shù)據(jù)流由特定信道頻率或者波長的半導(dǎo)體激光器的調(diào)制輸出產(chǎn)生，并且多個調(diào)制輸出被合并到單光纖中。國際電信聯(lián)盟(ITU)目前提出近似0.4納米或者約50GHz的信道間隔的要求，以便允許在當(dāng)前可用光纖和光纖放大器的帶寬范圍內(nèi)由單光纖承載高達(dá)128個信道，將來，更大的帶寬需求將很可能導(dǎo)致更小的信道隔離。
電信DWDM系統(tǒng)主要以分布式反饋(DFB)激光器為基礎(chǔ)。DFB激光器通過在早期制成預(yù)定的波長選擇光柵得到穩(wěn)定性。不幸的是，關(guān)聯(lián)單個DFB激光器制造的統(tǒng)計變化導(dǎo)致(波長)信道中心的散布。因此，為了滿足對電信波長的固定格柵(grid)(ITU格柵)操作的需求，DFB已經(jīng)通過外部基準(zhǔn)校準(zhǔn)器(etalon)得到加強，并且需要反饋控制環(huán)。DFB操作溫度的變化允許一個操作波長啟用伺服控制的范圍；然而，高光功率、長壽命和低電功率耗散的不一致需求已經(jīng)阻礙了在需要多于單信道或者少量相鄰信道的應(yīng)用方面的使用。
連續(xù)可調(diào)外腔激光器已經(jīng)被開發(fā)出來，以克服單個DFB器件的局限性。許多激光調(diào)諧機構(gòu)已經(jīng)被開發(fā)用于提供外腔波長選擇，比如用于傳輸和反射的機械式調(diào)諧光柵(grating)。外腔激光調(diào)諧必須能夠在選擇的波長上提供一個穩(wěn)定的單模輸出，同時有效地抑制處于腔體增益帶寬之內(nèi)與外腔模相關(guān)聯(lián)的激光作用，實現(xiàn)這些目的通常導(dǎo)致可調(diào)外腔激光器的尺寸、成本、復(fù)雜性以及靈敏度的增加。
所以，存在一種具有以下性能的外腔激光器和調(diào)諧機構(gòu)的需求通過有效抑制與選擇波長相異的波長的傳輸波峰來避免多模激光作用；設(shè)計簡單、緊湊；能夠直接實施。本發(fā)明滿足了這些以及其它的需求，并且克服了在背景技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種激光器設(shè)備及方法，利用雙可調(diào)元件來提供光束波長調(diào)諧。本發(fā)明的設(shè)備概括地說包括一個第一可調(diào)波長選擇元件，位于光束中并具有第一可調(diào)自由光譜范圍(spectral range)；一個第二可調(diào)波長選擇元件，位于光束中并具有第二可調(diào)自由光譜范圍；第一和第二可調(diào)波長選擇元件被配置成定義一個可根據(jù)第一和第二可調(diào)元件的調(diào)諧來同相(in phase)調(diào)節(jié)的聯(lián)合傳輸波峰(jointtransmission peak)。
更具體地說，第一可調(diào)波長選擇元件在選擇波長范圍之內(nèi)定義(define)第一多個傳輸波峰，第二可調(diào)波長選擇元件在選擇波長范圍之內(nèi)定義第二多個傳輸波峰，第一和第二多個傳輸波峰被配置成在可通過雙可調(diào)元件的調(diào)諧進(jìn)行調(diào)節(jié)的選擇波長范圍之內(nèi)聯(lián)合定義單聯(lián)合傳輸波峰?？烧{(diào)波長選擇元件的調(diào)諧提供元件的自由光譜范圍的調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)兩組傳輸波峰，以便經(jīng)由微調(diào)效應(yīng)(vernier effect)提供波長選擇。在某些實施例中，具有第三自由光譜范圍的第三可調(diào)波長選擇元件可以被定位在光束中。
本發(fā)明的方法概括地說包括提供具有第一可調(diào)自由光譜范圍的一個第一可調(diào)波長選擇元件和具有第二可調(diào)自由光譜范圍的一個第二可調(diào)波長選擇元件；將所述可調(diào)波長選擇元件定位在光束中；依據(jù)兩個元件的第一和第二自由光譜范圍定義一個聯(lián)合(joint)自由光譜范圍；通過調(diào)諧第一和第二可調(diào)波長選擇元件調(diào)節(jié)聯(lián)合自由光譜范圍。聯(lián)合自自由光譜范圍的調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)由聯(lián)合自由光譜范圍定義的傳輸波峰的相位。
本發(fā)明可以被實施于一個激光器設(shè)備中，該激光器設(shè)備包括一個增益媒介(gain medium)，具有第一和第二平面(facet)并從第一平面中發(fā)射光束，其末端反射鏡定位在光程中并且被配置成與增益媒介的第二平面一起定義一個外腔；一個定位在光束中并具有第一可調(diào)自由光譜范圍的第一可調(diào)波長選擇元件；一個定位在光束中并具有第二可調(diào)自由光譜范圍的第二可調(diào)波長選擇元件；第一和第二可調(diào)元件被配置成定義一個聯(lián)合傳輸波峰，該聯(lián)合傳榆波峰可根據(jù)第一和第二可調(diào)元件的調(diào)諧來同相調(diào)節(jié)。
雙可調(diào)波長選擇元件所定義的聯(lián)合自由光譜范圍在某些實施例中可以大于增益媒介的增益波長。增益媒介的多個平面可以定義一個可調(diào)波長選擇元件，使增益媒介具有自由光譜范圍，并且在某些實施例中第一可調(diào)波長選擇元件的第一自由光譜范圍可以近似等于多個增益媒介自由光譜范圍。在其它實施例中，第二可調(diào)波長選擇元件的第二自由光譜范圍也可以近似等于多個增益媒介自由光譜范圍。
作為非限制的實例，第一和第二可調(diào)波長選擇元件可以包括校準(zhǔn)器，光柵，干涉濾光片和/或其它可調(diào)器件，并且可以通過熱-光、電-光、聲-光、壓電-光、機械或其它調(diào)諧機構(gòu)或者效應(yīng)來操作。增益媒介可以包括發(fā)光二極管或者閃光燈可泵激或者電可泵激晶體，染料、氣體或者其它增益媒介。
在某些實施例中，第一和第二可調(diào)元件分別包括熱光可調(diào)校準(zhǔn)器如具有第一和第二表面的半導(dǎo)體基底，每個表面具有一個或多個沉積在其上的薄膜介電層。介電層可以包括，例如，四分之一波長介電層對。這里使用的“熱光”調(diào)諧是指通過校準(zhǔn)器材料折射率方面的溫度誘導(dǎo)變化、校準(zhǔn)器物理厚度方面的溫度誘導(dǎo)變化，或者兩者來進(jìn)行調(diào)諧。校準(zhǔn)器材料在某些實施例中可以具有溫度依賴折射率以及熱膨脹的系數(shù)，使熱光調(diào)諧通過選擇性加熱或者制冷伴隨著校準(zhǔn)器材料折射率的同步熱控制以及校準(zhǔn)器物理厚度的熱控制。對每個校準(zhǔn)器的自由光譜范圍進(jìn)行選擇，使校準(zhǔn)器的整個選擇溫度范圍的校準(zhǔn)器的熱控制經(jīng)由熱光效應(yīng)提供基本等于自由光譜范圍的范圍上的調(diào)諧。
在本發(fā)明的使用雙可調(diào)校準(zhǔn)器的外腔激光器的操作中，增益媒介發(fā)射的光束經(jīng)過雙可調(diào)校準(zhǔn)器，從末端反射鏡反射，并且經(jīng)過校準(zhǔn)器返回到增益媒介。每個校準(zhǔn)器的自由光譜范圍提供不同組的傳輸波峰，使來自兩個校準(zhǔn)器的傳輸波峰只有一個重合或者對準(zhǔn)出現(xiàn)在選擇的波長范圍如增益媒介的增益帶寬上。這在該波長范圍中提供了僅僅一個波長的選擇并避免了外腔激光器造成的多模激光作用。通過兩個校準(zhǔn)器溫度的選擇性變化，每個校準(zhǔn)器的自由光譜范圍通過熱光效應(yīng)而變化，以允許對準(zhǔn)的校準(zhǔn)器的傳輸波峰的控制，從而選擇外腔激光器輸出波長。選擇校準(zhǔn)器的銳度(finesse)和校準(zhǔn)器自由光譜范圍之間的差異，以避免與校準(zhǔn)器關(guān)聯(lián)的鄰近傳輸波峰上的多模激光作用。選擇雙校準(zhǔn)器的全寬度半最大值(half maximum)，以避免鄰近于所選擇波長的外腔模的激光作用。
本發(fā)明提供了一種用于外腔激光器和其它光學(xué)器件的調(diào)諧系統(tǒng)，具有以下特點直接實施、設(shè)計簡單并且在寬波長范圍提供選擇波長上的快速、有效調(diào)諧。調(diào)諧以提供波長選擇的雙可調(diào)元件的使用允許較短的外激光腔的使用和有效側(cè)面模抑制，并且提供了一個外腔激光器的調(diào)諧機構(gòu)，該調(diào)諧機構(gòu)可以被容易地采用或者重新配置，以滿足不同DWDM網(wǎng)絡(luò)之需求。本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點從下面的詳細(xì)說明中而更加清楚。


下面參考僅僅用于說明目的的附圖對本發(fā)明進(jìn)行更充分地說明。
圖1是本發(fā)明的可調(diào)外腔激光器的示意圖；圖2A是圖1的可調(diào)外腔激光器設(shè)備的第一和第二可調(diào)元件所提供的第一和第二組傳輸波峰的曲線圖；圖2B是圖2A的傳輸波峰的組合集所定義的聯(lián)合傳榆波峰的曲線圖；圖3是本發(fā)明的可調(diào)校準(zhǔn)器對的橫截面示意圖；圖4是圖3的校準(zhǔn)器所定義的傳輸波峰的曲線圖，該校準(zhǔn)器被調(diào)諧為提供1550nm的聯(lián)合傳輸波峰；圖5是圖4的聯(lián)合傳榆波峰的光譜線寬的曲線圖，該聯(lián)合傳輸波峰由圖3的校準(zhǔn)器的組合效應(yīng)提供；圖6是具有熱控制元件的硅校準(zhǔn)器的示意圖；圖7是本發(fā)明的頻率變化與硅校準(zhǔn)器角度調(diào)諧的傾斜程度的關(guān)系曲線；圖8是本發(fā)明的具有三可調(diào)元件的外腔激光器設(shè)備的示意圖；圖9是本發(fā)明的具有雙可調(diào)光柵的外腔激光器設(shè)備的示意圖；圖10是本發(fā)明的具有光柵和校準(zhǔn)器可調(diào)元件的外腔激光器設(shè)備的示意圖；圖11A是本發(fā)明的另一個外腔激光器設(shè)備的示意圖，其中可調(diào)校準(zhǔn)器和可調(diào)外腔操作以提供微調(diào)調(diào)諧；圖11B是由圖11A的可調(diào)校準(zhǔn)器和可調(diào)外腔定義的傳輸波峰的示意圖；圖11C是由圖11A可調(diào)校準(zhǔn)器和可調(diào)外腔所提供的微調(diào)調(diào)諧的示意圖，被顯示為相應(yīng)增益與波長的曲線圖；圖12A是本發(fā)明的另一個外腔激光器設(shè)備的透視圖，其中可調(diào)校準(zhǔn)器和可調(diào)外腔被設(shè)置在MEMS器件中；
圖12B和圖12C是圖12A的外腔激光器設(shè)備的俯視圖，示出了圖12A的錐形校準(zhǔn)器的調(diào)諧；圖13A是本發(fā)明的外腔激光器設(shè)備的另一個實施例的示意圖，其中按平行配置利用雙可調(diào)元件；圖13B是圖13A的外腔激光器設(shè)備所提供的微調(diào)調(diào)諧的曲線圖，被顯示為相應(yīng)增益與波長的關(guān)系；圖14A是用于圖13A的設(shè)備的可調(diào)氣隙校準(zhǔn)器的俯視圖；圖14B是圖14A的可調(diào)氣隙校準(zhǔn)器的側(cè)視圖，顯示出沿剖面線A-A的剖面；圖15是本發(fā)明外腔激光器設(shè)備的另一個實施例的示意圖，其中單個雙折射校準(zhǔn)器提供被平行利用的雙可調(diào)方向；圖16是本發(fā)明的外腔激光器設(shè)備的另一個實施例的示意圖，其中可調(diào)外腔被用來提供可調(diào)校準(zhǔn)器的被減少的銳度需要；圖17A是本發(fā)明的另一個外腔激光器設(shè)備的透視圖，其中可調(diào)校準(zhǔn)器和可調(diào)外腔被設(shè)置在MEMS器件中；圖17B和圖17C是圖12A的外腔激光器設(shè)備的俯視圖，示出了圖17A的錐形校準(zhǔn)器的調(diào)諧。
具體實施例方式
更具體地引用附圖是為了說明在圖1至圖17所示的設(shè)備中具體體現(xiàn)的本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，該設(shè)備可以改變配置和部件的細(xì)節(jié)，方法也可以改變細(xì)節(jié)和行動的順序，而又不背離所公開的基本構(gòu)思。本發(fā)明主要是以外腔激光器使用的方式公開的。然而，發(fā)明可以供各種類型的激光裝置和光學(xué)系統(tǒng)使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所使用的術(shù)語僅僅用于說明特定實施例的目的，而不是進(jìn)行限制，因為本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限定。附圖所示的各部件的相對大小以及之間的距離是為了清楚而放大的許多例子，因此不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限定。
參見圖1，圖中示出了本發(fā)明的激光器設(shè)備10。設(shè)備10包括增益媒介12和末端或者外部反射元件14。增益媒介12可以包括一個傳統(tǒng)的Fabry-Perot二極管發(fā)射器芯片，并具有抗反射(AR)涂層前平面16和反射或部分反射后平面18。反射元件14可以包絡(luò)一個反光鏡或其它反射或者反向反射元件。外激光器腔由后平面18和末端反射鏡14表示。增益媒介12從前平面16發(fā)射相干光束19，該相關(guān)光束由限定光程22的透鏡20準(zhǔn)直。傳統(tǒng)的輸出光耦合器(未示出)可以與后平面18相關(guān)聯(lián)，用于把后平面的輸出耦合到光纖(未示出)中。
第一和第二可調(diào)元件24、26被定位在由尾端反光鏡14和平面18限定的外腔之內(nèi)?？烧{(diào)元件24、26共同操作，在激光器設(shè)備10的操作期間優(yōu)先地把所選擇波長的光反饋到增益媒介12。為了示范性目的，可調(diào)元件24、26以第一和第二可調(diào)Fabry-Perot校準(zhǔn)器的形式示出，包括平行板固體、液體或氣體隔離的校準(zhǔn)器，并且可以通過光學(xué)厚度或路徑長度的精確量度來調(diào)諧。在其它實施例中，校準(zhǔn)器24和/或校準(zhǔn)器26可以用一個光柵、可調(diào)薄膜干涉濾光片或者其它可調(diào)元件替代，如下所述。第一校準(zhǔn)器24包括表面28、30，并且具有與表面28、30的間距和校準(zhǔn)器24的材料折射率相適應(yīng)的第一自由光譜范圍FSR1。第二校準(zhǔn)器26包括表面32、34，并且具有由表面32、34和校準(zhǔn)器26的材料折射率定義的第二自由光譜范圍FSR2。校準(zhǔn)器24、26可以包括相同的材料或者具有不同折射率的不同材料。
校準(zhǔn)器24、26的每個通過調(diào)節(jié)它們的光學(xué)厚度來調(diào)諧，以提供FSR1和FSR2的調(diào)節(jié)或調(diào)諧，還提供下面將進(jìn)一步說明的激光器設(shè)備10的調(diào)諧。校準(zhǔn)器24、26的調(diào)諧可以包括表面28、30與表面32、34之間距離的調(diào)節(jié)和/或校準(zhǔn)器材料的折射率的調(diào)節(jié)，并且可以采用以下技術(shù)實現(xiàn)，包括改變折射率的熱-光、電-光、聲-光和壓電-光調(diào)諧，以及改變校準(zhǔn)器表面間距的機械角度調(diào)節(jié)和/或熱調(diào)諧。可以將一個以上的這種調(diào)諧效應(yīng)同時應(yīng)用于一個或兩個校準(zhǔn)器24、26，這取決于本發(fā)明的特定實施例。
在圖1所示的實施例中，第一和第二校準(zhǔn)器24、26分別通過熱電效應(yīng)調(diào)諧。術(shù)語“熱光”調(diào)諧是指通過校準(zhǔn)器材料折射率的溫度感應(yīng)變化、校準(zhǔn)器的物理厚度的溫度感應(yīng)變化或者兩者進(jìn)行的調(diào)諧。某些實施例中使用的校準(zhǔn)器材料具有溫度依賴折射率以及熱膨脹系數(shù)，這樣通過選擇性加熱或者制冷，使熱光調(diào)諧同時伴隨校準(zhǔn)器材料折射率的熱控制以及校準(zhǔn)器物理厚度的熱控制。下面進(jìn)一步說明用于有效熱光調(diào)諧的校準(zhǔn)器材料的選擇。
為了提供熱光調(diào)諧，熱光控制元件36可操作地耦合到校準(zhǔn)器24，熱控制元件38可操作地耦合到校準(zhǔn)器26，以便憑借熱條件提供加熱或制冷。熱控制元件36、38也可操作地耦合到控制器40。控制器40可以包括一個傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理器，并根據(jù)查找表中存儲的可選擇波長信息或者其它波長選擇標(biāo)準(zhǔn)向用于校準(zhǔn)器熱調(diào)節(jié)或調(diào)諧的熱控制元件36、38提供調(diào)諧信號。校準(zhǔn)器24、26還包括操作耦合到控制器40的溫度監(jiān)視元件37、39，用于在激光器操作期間監(jiān)視校準(zhǔn)器溫度以及將校準(zhǔn)器溫度信息傳遞給控制器40。每個熱控制元件36、38包括一個允許根據(jù)控制器40的指令調(diào)節(jié)溫度的加熱元件(未示出)。
熱控制元件36、38執(zhí)行的校準(zhǔn)器24、26的熱控制可以通過傳到、對流或者兩者實現(xiàn)。在許多實施例中，熱傳導(dǎo)是校準(zhǔn)器24、26的熱流和溫度調(diào)節(jié)的主要途徑，并且應(yīng)當(dāng)抑制可能導(dǎo)致校準(zhǔn)器24、26中有害或假熱起伏的對流效應(yīng)(convective effect)。外腔激光器設(shè)備10可以被設(shè)計或另外配置成允許或者補償在整個激光器的操作溫度上由熱對流導(dǎo)致的熱流效應(yīng)。例如，設(shè)備10可以被配置成限制校準(zhǔn)器24、26附近的氣流。在其它實施例中，校準(zhǔn)器24、26可以在低傳導(dǎo)環(huán)境或者真空中被單獨隔離。到達(dá)鄰近校準(zhǔn)器24的不同溫度的結(jié)構(gòu)的大的氣路，以及最接近校準(zhǔn)器24、26的部件的熱絕緣材料的使用還可以用來抑制到達(dá)或來自校準(zhǔn)器的熱傳遞。設(shè)備10的設(shè)計可以被附加地配置成提供最接近校準(zhǔn)器的分層空氣和大氣流，從而避免與紊流有關(guān)的潛在的有害熱效應(yīng)。
熱控制元件36、38允許每個校準(zhǔn)器24、26置于獨立熱控制。熱控制元件36、38可以用來提供共同或并行加熱(以基本相同的溫度變化率對多個校準(zhǔn)器加熱和制冷)以及差動加熱(以基本不同的溫度變化率對多個校準(zhǔn)器加熱或者制冷)，用于下述的波長調(diào)諧。如下所述，熱控制元件36、38可以被集成到每個校準(zhǔn)器24、26的一個表面或者多個表面上，熱控制元件36、38可以對應(yīng)于散熱器或者儲熱器(thermal reservoir)，以允許快速加熱或者冷卻校準(zhǔn)器24、26。
在某些實施例中，校準(zhǔn)器24、26被構(gòu)成和配置成使單個熱控制器或者散熱器可以同時提供兩個校準(zhǔn)器24、26的有效調(diào)諧。熱傳感器或者監(jiān)視器(未示出)安置在校準(zhǔn)器24、26上或者安置在遠(yuǎn)方，以監(jiān)視控制器40的校準(zhǔn)器溫度。校準(zhǔn)器24、26可以通過一個組件(未示出)聯(lián)接或者結(jié)合，其中采用避免校準(zhǔn)器24、26之間的有害光耦合方式安置校準(zhǔn)器24、26或者使校準(zhǔn)器24、26間形成角度。安裝具有合適熱特性的材料的校準(zhǔn)器24、26可以在調(diào)諧期間避免校準(zhǔn)器24、26之間的不希望的熱耦合。
增益媒介12的平面16、18限定Fabry-Perot校準(zhǔn)器，熱控制元件42操作地耦合增益媒介12，以便保持平面16、18之間距離的熱穩(wěn)定和提供增益媒介12的穩(wěn)定輸出。熱控制元件42被操作耦合到控制器40。還可以經(jīng)由操作耦合到尾端反光鏡14和控制器42的熱控制元件(未示出)，調(diào)節(jié)由尾端反光鏡14和平面18限定的外激光器腔的光程長度，并根據(jù)誤差檢測系統(tǒng)或者操作地耦合到控制器42的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)尾端反光鏡14和/或增益媒介12的熱控制。外腔光程長度的熱控制在2001年6月6日遞交的美國專利申請第09/900,443中進(jìn)行了充分說明，該公開作為參考文件在此引用。
校準(zhǔn)器24、26經(jīng)由微調(diào)效應(yīng)提供用于設(shè)備10的選擇性波長調(diào)諧。參見圖2A，第一校準(zhǔn)器24的結(jié)構(gòu)和配置定義第一組或者多組通信帶、?；蛘邆鬏敳ǚ錚1(用實線顯示)，相隔一個距離的最大值等于FSR1。同樣第二校準(zhǔn)器26定義第二組或者多組通信帶、?；蛘邆鬏敳ǚ錚2(被顯示為虛線)，相距一個距離的波峰P2的傳輸最大值等于FSR2。第一和第二校準(zhǔn)器24、26在許多實施例中被構(gòu)成和配置成在激光器操作期間，F(xiàn)SR1和FSR2地振幅相似但不相等。
通過為校準(zhǔn)器24、26的每一個提供光程長度的差來實現(xiàn)FSR1與FSR2之間的自由光譜范圍的差異。提供不同自由光譜范圍的校準(zhǔn)器24、26的結(jié)構(gòu)和配置可以由不同技術(shù)方案實現(xiàn)。例如，可以從加工和拋光得到預(yù)期厚度之后再劃分的單個平行基底以獲得兩個校準(zhǔn)器的自由光譜范圍的小凈差。然后對基底的一半進(jìn)行附加操作，其中通過減小厚度的研磨、拋光或者蝕刻提取材料，或者通過增加厚度的普通材料沉積技術(shù)增加附加基底材料層。這樣，原基底的二對分將提供稍微不一致的光程長度和不同自由光譜范圍的兩個校準(zhǔn)器。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于相同材料和相同標(biāo)稱厚度的兩個校準(zhǔn)器，也可以通過兩個校準(zhǔn)器之間的溫度差或者角度差或者作用于校準(zhǔn)器的調(diào)諧效應(yīng)的其它差別實現(xiàn)自由光譜范圍的小差別。
兩個校準(zhǔn)器24、26的自由光譜范圍之差δFSR是使兩組傳輸波峰的限定的或者選擇的波峰P1和P2重合或?qū)?zhǔn)，同時使剩余P1和P2彼此不重合或者不對準(zhǔn)。在圖2A中，波峰P1和P2的重合或者對準(zhǔn)點在波長λ0上。波峰P1和P2的附加重合點出現(xiàn)在圖2A所示的區(qū)域之外。波峰P1和P2的重合定義或者導(dǎo)致聯(lián)合傳輸波峰Pj(如圖2B所示)，使兩個校準(zhǔn)器24、26具有由聯(lián)合(joint)光譜范圍或者FSRj分割波長的聯(lián)合傳榆波峰Pj。
校準(zhǔn)器24、26可以被連續(xù)調(diào)諧，使包括聯(lián)合傳輸波峰的(分別是校準(zhǔn)器24、26的)校準(zhǔn)器次序M1和校準(zhǔn)器次序M2以相同速率改變頻率。這可以在例如校準(zhǔn)器24、26以實質(zhì)上相同的溫度變化速率同時加熱或者冷卻兩個校準(zhǔn)器24、26時實現(xiàn)。在此情況下，在單個聯(lián)合自由光譜范圍之內(nèi)調(diào)節(jié)聯(lián)合波峰Pj的波長位置。向每個校準(zhǔn)器施加一個不同溫度變化速率的校準(zhǔn)器24、26的差動加熱，可允許模之間的拍差的微調(diào)位移，從而使不同波峰P1和P2得以對準(zhǔn)，以便在實質(zhì)上大于FSRj的一個范圍上不連續(xù)地調(diào)節(jié)聯(lián)合傳榆波峰Pj的波長位置。
這樣，聯(lián)合傳輸波峰Pj的波長對應(yīng)于設(shè)備10的可選激光波長，并且可以根據(jù)校準(zhǔn)器24、26的調(diào)諧進(jìn)行控制和選擇。未相互對準(zhǔn)的各個傳輸波峰P1和P2在激光器操作期間被抑制。聯(lián)合傳輸波峰Pj的波長可以例如對應(yīng)于一個通信頻帶的特定傳輸信道。FSRj的振幅(并且因而是δFSR的振幅)可以被選擇，使單個聯(lián)合傳輸波峰Pj僅發(fā)生在關(guān)心的波長范圍內(nèi)，如增益媒介12的增益帶寬內(nèi)或者其選擇的部分內(nèi)，以避免多個聯(lián)合傳輸波峰Pj上同時發(fā)生多模激光作用。作為選擇，當(dāng)一個以上的聯(lián)合傳榆波峰Pj存在于增益媒介12的帶寬之內(nèi)時，可以在設(shè)備10中使用一個或多個合適的濾波器(未示出)，以抑制校準(zhǔn)器24、26在多個波長上對增益媒介12的反饋。
選擇校準(zhǔn)器24、26的銳度和FSR1和FSR2的振幅，以避免鄰近聯(lián)合傳輸波峰Pj的未對準(zhǔn)波峰P1和P2的多模激光作用。校準(zhǔn)器24、26的銳度在某些實施例中是等值的或者實際上相等，而本發(fā)明的其它實施例則不相等。
由尾端反光鏡14和增益媒介12平面18代表的激光器外腔定義在圖2A中被顯示為外腔模波峰PEC的多個外腔模。外腔模波峰PEC擴(kuò)展到圖2A的整個波長范圍，但為了清楚起見僅顯示了一部分外腔模波峰PEC。選用聯(lián)合傳輸波峰Pj的全寬度半最大值(根據(jù)校準(zhǔn)器24、26的配置)，以防止鄰近聯(lián)合傳輸波峰Pj的腔模波峰PEC處的有害激光作用。
校準(zhǔn)器24、26可以被配置成使FSR1和FSR2每一個近似等于增益媒介12的自由光譜范圍(未示出)，以便保持關(guān)于增益媒介12的平面反射系數(shù)的近似匹配條件(commensurate condition)。然而，在平面反射系數(shù)足以被抗反射涂層抑制時，不需要這樣一種條件。選擇校準(zhǔn)器24、26的絕對厚度，使熱控制元件36、38能夠提供在聯(lián)合自由光譜范圍FSRj之內(nèi)調(diào)諧或者調(diào)節(jié)聯(lián)合傳輸波峰Pj的位置所需的溫度范圍。校準(zhǔn)器厚度還取決于下面進(jìn)一步說明的校準(zhǔn)器材料選擇。
校準(zhǔn)器24、26提供的微調(diào)間距的差異，即FSR1與FSR2之差或者δFSR的振幅可以根據(jù)波長選擇性預(yù)期等級、關(guān)心的波長范圍和設(shè)備10的特殊使用來改變。在許多實施例中，校準(zhǔn)器24、26被構(gòu)成和配置成使FSR1將落入FSR2的幾個百分比之內(nèi)。因而，例如在某些實施例中，F(xiàn)SR1可以為FSR2的近似99％至101％之間，而在其它實施例中，F(xiàn)SR1可以為FSR2的近似98％至102％之間。在某些實施例中，校準(zhǔn)器24、26的自由光譜范圍之差可以較大，使FSR1為FSR2的近似90％至105％之間，在某些情況下，F(xiàn)SR1可以為FSR2的近似90％至110％之間或者更多。
在某些實施例中將選擇校準(zhǔn)器24、26的FSR1和FSR2(以及因而FSRj)，以避免增益媒介12的增益帶寬或者關(guān)心的其它波長范圍之內(nèi)的多模激光作用，如上所述。也就是，校準(zhǔn)器24、26僅僅提供波長范圍之內(nèi)的單聯(lián)合傳輸波峰Pj，使FSRj等于或大于關(guān)心的波長范圍，并提供對鄰近聯(lián)合傳榆波峰Pj的傳輸波峰的抑制。在某些實施例中，所選擇的波長范圍可以包括特定通信帶，比如“C”帶，借助校準(zhǔn)器24、26的選擇性調(diào)諧，在通信帶內(nèi)的預(yù)期波長上定位聯(lián)合傳輸波峰Pj。
校準(zhǔn)器24、26的FSR1和FSR2之差還可以根據(jù)所選波長范圍內(nèi)離散傳輸信道或者波長的數(shù)量來限定。因此，F(xiàn)SR1和FSR2可以有以下關(guān)系式FSR≈(M/M±N) (FSR2)其中M是選用波長范圍內(nèi)的可調(diào)波長或者傳輸信道的總數(shù)量，N是根據(jù)本發(fā)明的不同實施例選擇的非整數(shù)或者整數(shù)。換言之，F(xiàn)SR1可以近似等于可調(diào)諧波長的數(shù)量與可調(diào)諧波長數(shù)量加或減數(shù)量N的商再與FSR2相乘之積。數(shù)量N可以是在例如約0.01或更小與約10或更大之間的范圍之內(nèi)。通常，自由光譜范圍的任何有理比可以提供一個微調(diào)效應(yīng)。在某些實施例中，N可以落入近似0.1與近似5之間的范圍之內(nèi)，在某些實施例中，N也許落入近似1與近似2的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明還利用“寬帶”微調(diào)調(diào)諧，其中校準(zhǔn)器24、26之一的自由光譜范圍定義通常與于傳榆格柵的可選波長相對應(yīng)的多個傳輸波峰，而其它校準(zhǔn)器具有一個自由光譜范圍，使該光譜范圍僅僅定義傳輸格柵之內(nèi)的單個傳輸波峰。校準(zhǔn)器24、26的調(diào)諧允許采用多個由其它校準(zhǔn)器定義的傳輸波峰選擇性對準(zhǔn)諸多校準(zhǔn)器之一的單傳輸波峰。
在設(shè)備10的操作中，光束19離開增益媒介12的平面16，經(jīng)過校準(zhǔn)器24、26，從尾端反射鏡14反射，并經(jīng)由校準(zhǔn)器24、26返回到增益媒介12。自由光譜范圍24、26中的差別導(dǎo)致上述的由校準(zhǔn)器24、26定義的單個聯(lián)合傳榆波峰，并且聯(lián)合傳輸波峰的波長上光從校準(zhǔn)器24、26返回或者返回到增益媒介12，以便在聯(lián)合傳輸波峰波長提供設(shè)備10的激光作用。同時，每個校準(zhǔn)器24、26的并行調(diào)諧導(dǎo)致在其自由光譜范圍FSRj或者模內(nèi)位移或者調(diào)諧聯(lián)合傳輸波峰Pj。每個波峰Pj的差動調(diào)諧導(dǎo)致模或者傳輸波峰P1和P2之間的微調(diào)差拍的位移，以在實際上大于FSRj的一個范圍上提供波長位移。這樣設(shè)備10可以提供較寬分離波長之間調(diào)諧的快速位移。
在激光器設(shè)備10操作期間，校準(zhǔn)器24、26的聯(lián)合傳輸波峰的調(diào)諧可以根據(jù)特定的一組通信信道如國際電信聯(lián)盟(ITU)通信格柵來實現(xiàn)。一個波長基準(zhǔn)(未示出)如一個格柵生成器(grid generator)，或者其它波長基準(zhǔn)可以與設(shè)備10結(jié)合使用，并且可以安置在設(shè)備10的外腔之內(nèi)或者之外。然而，DWDM系統(tǒng)實際上是日益動態(tài)的或可重新配置的，并且固定波長格柵的可調(diào)外腔激光器的操作越來越不理想。本發(fā)明的激光器設(shè)備10可以在寬波長范圍上以不依賴于固定、預(yù)定波長格柵的方式提供連續(xù)、可選波長調(diào)諧，從而允許DWDM系統(tǒng)的快速再配置。
用于外腔激光器的波長選擇的雙熱光可調(diào)校準(zhǔn)器24、26的使用消除了目前在光柵可調(diào)外腔激光器中進(jìn)行機械調(diào)諧之需要，因為。熱光調(diào)諧實際上是固態(tài)的，因而允許比光柵可調(diào)激光器中可能的情況更緊湊的實施，并具有更快的調(diào)諧和相應(yīng)時間、對震動和振動更好的阻抗、以及增加的模耦合效率。雙可調(diào)校準(zhǔn)器的同時調(diào)諧提供了比單可調(diào)校準(zhǔn)器與靜態(tài)校準(zhǔn)器一起使用可以實現(xiàn)的激光器調(diào)諧更好的激光器調(diào)諧。
本發(fā)明的兩個同時可調(diào)校準(zhǔn)器的使用提供了超過基于單可調(diào)校準(zhǔn)器或者其它單可調(diào)元件的激光器調(diào)諧機構(gòu)的實質(zhì)優(yōu)點。一個重要的優(yōu)點是簡化了校準(zhǔn)器制造。波長選擇的雙(或者更多)可調(diào)校準(zhǔn)器的使用允許反射覆蓋層(下面進(jìn)行進(jìn)一步說明)的構(gòu)造更加簡單，并且提供了用于基底缺陷的更大容差。該簡單的覆蓋層通常比單調(diào)諧校準(zhǔn)器所需的更薄，因此允許調(diào)諧操作的較寬帶寬。
采用本發(fā)明的兩個或多個可調(diào)校準(zhǔn)器進(jìn)行的微調(diào)調(diào)諧，與使用單可調(diào)校準(zhǔn)器的可能情況相比，具有在更小操作溫度范圍上允許熱光調(diào)諧的優(yōu)點。該較低的整體操作溫度減小了上述的不理想對流效應(yīng)，減小了功率消耗，并且避免了當(dāng)材料在較大溫度范圍上加熱或者冷卻時在許多校準(zhǔn)器材料中升高的溫度耗散效應(yīng)。這種耗散升高也許來自以下變化材料熱光系數(shù)變化、熱膨脹的材料系數(shù)的變化誘發(fā)的應(yīng)力或應(yīng)變的變化、以及溫度升高時熱激發(fā)自由載子的釋放變化。例如，當(dāng)調(diào)諧所需的高溫度因校準(zhǔn)器中熱激發(fā)自由載子導(dǎo)致過量損耗時，單校準(zhǔn)器元件的熱光調(diào)諧可以根據(jù)大溫度范圍之需要，僅在有限帶寬范圍上提供波長調(diào)諧。
有效熱光調(diào)諧需要進(jìn)行校準(zhǔn)器材料或者展現(xiàn)良好熱光效應(yīng)的材料(即隨溫度變化提供較大折射率變化的材料)的選擇。高折射率和高溫度靈敏度材料將提供關(guān)于可調(diào)校準(zhǔn)器的可用工作溫度范圍的較寬調(diào)諧范圍。高折射率材料也提供有效的角度調(diào)諧，校準(zhǔn)器材料的高折射率有助于抑制熱梯度并允許更快的調(diào)諧和更好的溫度控制。適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)使校準(zhǔn)器材料的加熱和冷卻提供了校準(zhǔn)器物理厚度的增加或者減少，該熱膨脹系數(shù)也有助于熱光調(diào)諧。
半導(dǎo)體材料如Si、Ge和GaAs展現(xiàn)了較高的折射率、折射率的高溫度靈敏度、以及高熱擴(kuò)散率，從而為本發(fā)明的熱光可調(diào)實施例提供了良好的校準(zhǔn)器材料。許多微制造技術(shù)對半導(dǎo)體材料是有效的，因此半導(dǎo)體校準(zhǔn)器材料的使用允許將熱控制和其它電功能直接集成到校準(zhǔn)器中，由此提供更高的調(diào)諧精度、降低的功率消耗、更少的組件操作和更緊湊的實施。硅作為校準(zhǔn)器材料具有顯著的優(yōu)點，它在環(huán)境溫度下具有近似3.478的折射率和近似2.62×10-6/°K的熱膨脹系數(shù)(CTE)。硅是分散的并且具有組折射率Ng＝3.607。這里還存在大量硅處理技術(shù)，以允許熱控制元件直接集成到硅校準(zhǔn)器之上或者之內(nèi)，如下所述。
經(jīng)由一個自由光譜范圍的硅校準(zhǔn)器的溫度調(diào)諧需要在校準(zhǔn)器光程長度OPL中增加或者減少等于λ/2的量。光程長度OPL等于校準(zhǔn)器材料的折射率與跨越校準(zhǔn)器的物理厚度或者距離之積，即OPL＝nL，其中n是校準(zhǔn)器材料的折射率，L是跨越校準(zhǔn)器的物理距離。關(guān)于溫度的光程長度的變化可以被表示為dOPLdT=ndLdT+LdndT]]>其中T是溫度(°K)，α＝熱膨脹系數(shù)(1/°K)，以及dOPL/dTOPL=1LdLdT+1ndndT=α+1ndndT]]>所以光程長度ΔOPL的變化可以由下式表示ΔOPL=ΔT(dOPLdT)=OPL(α+1ndndT)ΔT]]>在溫度為25℃時，硅具有近似3.48的折射率，因此α+1ndndT=49.2×10-6]]>在1500納米處，λ/2＝750納米的波長范圍上的100微米厚度的硅校準(zhǔn)器的調(diào)諧，ΔOPL=OPL(α+1ndndT)ΔT]]>相當(dāng)于(3.48)(0.0001m)(49.2×10-6/°K)(ΔT)，或者Δ≈43.8°K。
這又相當(dāng)于約20℃-64℃的溫度范圍，改變溫度范圍可以由商用熱控制元件提供。
參見圖3，熱光可調(diào)校準(zhǔn)器對44被配置成供電信發(fā)射器外腔激光器的調(diào)諧使用。校準(zhǔn)器對44包括被安置在光束50中的第一校準(zhǔn)器46和第二校準(zhǔn)器48。校準(zhǔn)器46、48與激光器外腔(未示出)相關(guān)聯(lián)使用，如上所述和圖1所示。圖3所示的校準(zhǔn)器46、48的各層的相應(yīng)厚度為清楚起見被擴(kuò)大，而且也不必顯示其尺度。
第一校準(zhǔn)器46包括設(shè)置在波長(λ/4)電介層反光鏡54、56之間的100微米厚硅層52。介質(zhì)鏡54被顯示為包括一對高折射率和低折射率λ/4層58、60，低折射率層60鄰近硅層52。介質(zhì)鏡56同樣包括一對高折射率和低折射率λ/4層62、64，低折射率層62鄰近硅層52。硅層52可以包括例如傳統(tǒng)的商用100微米厚拋光硅晶片，在其上通過蒸渡、濺射或其它傳統(tǒng)的層形成技術(shù)沉積四分之一波層58、60、62、64。
在圖3所述的實施例中，介質(zhì)鏡54、56每一個僅包括單對λ/4層，盡管在其它實施例中可以使用大量的這種四分之一波長層。低折射率層60、62包括二氧化硅(SiO2)，而高折射率層58、64包括硅。各種其它高和低折射率材料是本領(lǐng)域所公知的，并且可以選擇用于四分之一波長層58-64。硅具有高折射率，并且允許在每個介質(zhì)鏡54、56中僅采用單對四分之一波層制造較高銳度的熱光可調(diào)校準(zhǔn)器。
第二校準(zhǔn)器48包括設(shè)置在四分之一波(λ/4)層介質(zhì)鏡68、70之間的102微米厚的硅層66。介質(zhì)鏡68包括高折射率λ/4層72和低折射率λ/4層74，其中低折射率層74鄰近硅層52。介質(zhì)鏡56還包括一對高折射率和低折射率λ/4層76、78，其中低折射率層62鄰近硅層66。在校準(zhǔn)器48中，硅層66被顯示為包括一個100微米厚的硅晶片80，以及沉積在其上的二微米硅覆蓋層82，為層66提供102微米的整個厚度。硅層82以及四分之一波長層72、74、76、78可以經(jīng)由各種傳統(tǒng)的層形成技術(shù)來沉積，如上所述。低折射率四分之一波層74、76被顯示為包括SiO2，而高折射率層72、78被顯示為硅，但是可以用其它高和低折射率材料替代或者互換?？梢栽诜瓷溏R68、70中使用比所示的單層對數(shù)量更多的高和低折射率波層。如上所述，使用作為高折射率四分之一波長層的硅允許僅采用單對四分之一波層而具有較高校準(zhǔn)器銳度。
校準(zhǔn)器46、48的中心硅層52、66的不同厚度(100微米對102微米)提供了校準(zhǔn)器的自由光譜范圍中的2％差異。校準(zhǔn)器46、48被構(gòu)成和配置成提供近似1528納米與近似1561納米之間的電信帶內(nèi)的波長調(diào)諧。參見圖4，校準(zhǔn)器46、48定義被分別顯示為系列1和系列2的一系列傳輸波峰或者順序，在圖4的曲線中，水平軸上顯示波長，而垂直軸上顯示相應(yīng)的增益。校準(zhǔn)器46、48的自由光譜范圍彼此相差δFSR，以建立微調(diào)距，使系列1和系列2的傳榆波峰的單個重合點出現(xiàn)在約1525與約1575納米之間的波長范圍之內(nèi)(包圍上述的電信帶)。系列1和系列2的波峰重合點被顯示在1550納米的波長上。1550納米與1575納米(圖4中未示出)之間的系列1和系列2的波峰的關(guān)系近似為圖4所示的1525與1550納米之間波峰關(guān)系的鏡像。
這樣，校準(zhǔn)器46、48在上述的1531納米與1563.5納米之間的電信帶內(nèi)的單波長上提供傳輸，而校準(zhǔn)器46、48提供的聯(lián)合自由光譜范圍超過了該波長范圍。國際電信聯(lián)盟(ITU)目前提出近似0.4納米或約50GHz的信道隔離的要求，這一要求很容易通過校準(zhǔn)器46、48的熱調(diào)諧予以實現(xiàn)。該信道隔離允許在當(dāng)前可用的光纖和光纖放大器的帶寬范圍內(nèi)由單根光纖承載多達(dá)128個信道。
在寬波長范圍上校準(zhǔn)器46、48的熱調(diào)諧中，應(yīng)當(dāng)作出提供精確調(diào)諧的各種附加考慮。在折射率和折射率的溫度靈敏度兩個方面，硅具有上述的電信紅外帶中的較高分散。然而硅的性質(zhì)是公知的，因此可以繪制和標(biāo)識呈現(xiàn)在任何特定波長范圍的校準(zhǔn)器46、48的溫度調(diào)諧中的分散，并作出適當(dāng)調(diào)諧調(diào)節(jié)以補償該分散。此外，沉積硅層的折射率與大塊硅片的折射率略微不同，因此在某些實施例中，該折射率差的區(qū)別必須在校準(zhǔn)器設(shè)計中予以考慮。
圖5用圖形示出了關(guān)于單個校準(zhǔn)器46與校直的校準(zhǔn)器46、48的單通過平面波傳輸或者響應(yīng)，波長被顯示在水平軸上，傳輸被顯示在垂直軸上。如圖5所示，通過校準(zhǔn)器46、48的系列1和系列2的重合以1550納米建立的聯(lián)合傳榆帶(如圖4所示)具有比校準(zhǔn)器46的對應(yīng)單個傳輸帶更窄的光譜線寬。
如上所示，微制造技術(shù)能夠允許將調(diào)諧功能直接集成到校準(zhǔn)器上。參見圖6，這里顯示了硅校準(zhǔn)器84與位于校準(zhǔn)器84的表面88上的熱控制元件86。所示的熱控制元件86是取經(jīng)過熱控制元件86調(diào)節(jié)光束(未示出)通道的圓環(huán)。熱控制元件86包括一個傳導(dǎo)材料，該材料應(yīng)用電流加熱以向校準(zhǔn)器84提供上述熱光調(diào)諧所需的溫度變化。導(dǎo)體90、92將熱控制元件86電連接到電流源(未示出)。溫度監(jiān)視裝置如電熱調(diào)節(jié)器(未示出)可以被集成到校準(zhǔn)器86上或者遠(yuǎn)離校準(zhǔn)器86設(shè)置。
熱控制元件86和導(dǎo)體90、92可以通過照相平版印刷和材料沉積技術(shù)在校準(zhǔn)器表面上88形成。例如，可以把光刻膠(未示出)涂在表面88上根據(jù)控制元件86和導(dǎo)體90、92的配置形成圖案，然后顯影以去除暴光的光刻膠。然后可以在顯影的圖案中沉積導(dǎo)體材料，并從表面剝離剩余光刻膠，以提供熱控制元件86和導(dǎo)體90、92，如圖6所示。作為選擇，可以按相應(yīng)于熱控制元件86和導(dǎo)體90、92的圖案蝕刻表面88，導(dǎo)體材料被沉積在槽中以便提供相對于表面88下凹的熱控制元件86和導(dǎo)體90。在另一個實施例中，熱控制元件88可以包括由氧化銦錫(ITO)制作的透明傳到層。使用已知技術(shù)將擴(kuò)散電阻和各種配置的描圖直接形成到硅校準(zhǔn)器84。
校準(zhǔn)器86可以被安裝在框架(frame)94中?？蚣?4同樣是由硅微細(xì)加工的，所以，框架94和校準(zhǔn)器86的熱膨脹系數(shù)相匹配?？蚣?4中的高熱擴(kuò)散率提升或者增強校準(zhǔn)器86的溫度的對稱性，并且防止調(diào)諧期間對校準(zhǔn)器86的不均勻加熱和冷卻?？蚣?4和校準(zhǔn)器86可以得自于同批硅材料或者得自于不同硅材料。框架94便于校準(zhǔn)器86的操作和安裝?？蚣?4還便于監(jiān)視校準(zhǔn)器框架94的溫度的溫度探針95的定位，校準(zhǔn)器框架94充當(dāng)校準(zhǔn)器86的熱控制的蓄熱庫。
除了上述的熱光調(diào)諧外，雙可調(diào)校準(zhǔn)器的波長選擇同樣可以通過機械角度調(diào)諧來實現(xiàn)。角度調(diào)諧包括相對于所通過的光束旋轉(zhuǎn)或者傾斜校準(zhǔn)器，以增加或者降低校準(zhǔn)器中連續(xù)反射的相位差，從而增加和減少自由光譜范圍。參見圖7，這里用圖形示出了對于50GHz厚硅校準(zhǔn)器的頻率變化(赫茲)的傾斜(毫弧度)效應(yīng)，零傾斜的波長在近似1550納米處。校準(zhǔn)器的角度調(diào)諧可以使用各種傳統(tǒng)的精細(xì)微定位或者平移(translation)裝置實現(xiàn)，為波長調(diào)諧提供校準(zhǔn)器的精確角度定位。
通過實質(zhì)上同時向兩個校準(zhǔn)器的每個提供相同的角度調(diào)諧，圖1的雙校準(zhǔn)器的連續(xù)調(diào)諧允許在校準(zhǔn)器規(guī)定的聯(lián)合自由光譜范圍之內(nèi)調(diào)諧校準(zhǔn)器的聯(lián)合傳輸波峰。差動角度調(diào)諧提供微調(diào)距內(nèi)的位移，用于在大于聯(lián)合自由光譜范圍的范圍上進(jìn)行調(diào)諧。硅的高折射率為校準(zhǔn)器的角度調(diào)諧提供良好的裕度，而雙硅校準(zhǔn)器的調(diào)諧提供寬波長范圍上的有效波長調(diào)諧。具有高折射率的其它材料也可以用于角度可調(diào)的校準(zhǔn)器。如上所述，在一個或者兩個校準(zhǔn)器中也能夠結(jié)合熱光調(diào)諧使用校準(zhǔn)器的角度調(diào)諧。可以通過以下方式另外或者替代地實現(xiàn)校準(zhǔn)器的調(diào)諧，這些方式包括施加應(yīng)變以改變校準(zhǔn)器折射率、向校準(zhǔn)器材料注入電流，或者向校準(zhǔn)器表面施加電勢以改變校準(zhǔn)器折射率，或者可以提供校準(zhǔn)器光程長度的變化以允許本發(fā)明的校準(zhǔn)器調(diào)諧的任何其它現(xiàn)象或者效應(yīng)。
為了避免利用雙可調(diào)校準(zhǔn)器的多模激光作用現(xiàn)象，校準(zhǔn)器可以被配置成僅僅使單聯(lián)合傳輸波峰出現(xiàn)在供校準(zhǔn)器使用的增益媒介的增益帶寬之內(nèi)，如上所述。該要求盡管容易實現(xiàn)，但對兩個校準(zhǔn)器來說帶來了設(shè)計限制。在某些實施例中，最好具有第三可調(diào)校準(zhǔn)器，它可用于在執(zhí)行由第一和第二可調(diào)校準(zhǔn)器的調(diào)諧時控制波長范圍。參見圖8，這里示出了一個激光器設(shè)備96，其中相似的參考標(biāo)號用于表示相同的部件。該設(shè)備包括一個第三可調(diào)校準(zhǔn)器98，它與第一和第二校準(zhǔn)器24、26通過三重微調(diào)效應(yīng)共同被用來選擇設(shè)備10的輸出波長。校準(zhǔn)器98包括平面100、102，并且類似于校準(zhǔn)器24、26包括允許校準(zhǔn)器98的熱光調(diào)諧的材料，類似于校準(zhǔn)器24、26，校準(zhǔn)器98可以替代地或者另外通過角度或者傾斜、應(yīng)變、電光效應(yīng)或者其它調(diào)諧機構(gòu)或者效應(yīng)進(jìn)行調(diào)諧。
校準(zhǔn)器98備配置成抑制一個或者多個由校準(zhǔn)器對24、26建立或者定義的聯(lián)合傳輸波峰。類似于校準(zhǔn)器24、26，校準(zhǔn)器98備配置成在腔的增益帶寬內(nèi)建立多個傳輸波峰。通過聯(lián)合使用，三個校準(zhǔn)器24、26、98僅允許三個校準(zhǔn)器建立的一個聯(lián)合傳輸波峰出現(xiàn)在腔的增益帶寬之內(nèi)。在某些實施例中，可調(diào)校準(zhǔn)器98可以用傳統(tǒng)的靜態(tài)干涉濾光片如帶通濾光片代替，以允許使用增益帶寬的一部分。然而，使用帶通濾光片的這種實施例不允許選擇使用如設(shè)備96提供的增益帶寬的不同部分。
在圖8的設(shè)備96中，三個校準(zhǔn)器24、26、98的每一個被操作地耦合到公共散熱或者儲熱器104。校準(zhǔn)器24、26、28分別包括熱控制元件106、108、110，這些元件以結(jié)合圖6所述的方式集成到校準(zhǔn)器材料上。熱控制元件106、108、110分別被操作地耦合到控制器40，控制器40通過選擇加熱或者冷卻經(jīng)由元件106、108、110提供選擇波長控制。控制元件106、108、110分別提供校準(zhǔn)器24、26、98的獨立溫度控制，而儲熱器104通過傳導(dǎo)允許校準(zhǔn)器24、26、98快速重新調(diào)節(jié)到由儲熱器104定義的基礎(chǔ)溫度上。
用于本發(fā)明微調(diào)調(diào)諧的雙可調(diào)元件的使用可以通過不同于校準(zhǔn)器的各種可調(diào)元件來實現(xiàn)。參見圖9，這里示出了一個雙光柵可調(diào)激光器設(shè)備112，其中用相似的參考標(biāo)號表示相似部件。設(shè)備112包括安置在光程22上并進(jìn)行反射操作的第一和第二光柵114、116。光柵114、116向光束119提供衍射，與光柵114、116的組合衍射效應(yīng)導(dǎo)致上述方式的聯(lián)合傳輸波峰。聯(lián)合傳輸波峰的波長以及由此帶來的設(shè)備112的輸出波長可以通過光柵114、116的旋轉(zhuǎn)和/或平移定位來調(diào)節(jié)。
光柵114、116的連續(xù)或者并行調(diào)諧(其中光柵114、116同時置于基本相同的旋轉(zhuǎn)和/或平移的速率)在光柵114、116的聯(lián)合光譜范圍內(nèi)提供光柵114、116的聯(lián)合傳輸波峰的位移或調(diào)諧。光柵的差動旋轉(zhuǎn)和/或平移提供實際上大于聯(lián)合自由光譜范圍的波長范圍上的調(diào)諧。各種傳統(tǒng)的定位裝置和系統(tǒng)是公知公用的，從而為設(shè)備112的波長調(diào)諧提供光柵114、116的精確旋轉(zhuǎn)和平移調(diào)諧。
光柵114、116在圖9中被顯示為兩個反射操作。在其它實施例中，光柵114、116的一個或兩個可以用于傳輸，而不是反射。在兩個光柵用于傳輸?shù)膶嵤├?，尾端反射鏡(未示出)被定位在光柵之后的光程22中。
參見圖10，該圖示出了本發(fā)明的另一個激光器設(shè)備118，其中相同的參考標(biāo)號代表相同地部件。雙調(diào)諧元件被設(shè)置在設(shè)備118中以作為校準(zhǔn)器24和光柵114。校準(zhǔn)器24可以通過熱光調(diào)諧、角度調(diào)諧和/或其它調(diào)諧效應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。光柵114可以通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)諧；或者也可以固定而按照傳統(tǒng)的Littman-Metcalf安排移動尾端反射鏡14，通過光柵114提供調(diào)諧。校準(zhǔn)器24和光柵114共同定義上述的聯(lián)合傳輸波峰，經(jīng)由校準(zhǔn)器24和光柵的連續(xù)調(diào)諧在校準(zhǔn)器24和光柵114限定的聯(lián)合自由光譜范圍之內(nèi)調(diào)諧該聯(lián)合傳輸波峰。校準(zhǔn)器24和光柵114的差動調(diào)諧提供較大范圍上的波長調(diào)諧的微調(diào)位移，如上所述。
能選擇可用于微調(diào)調(diào)諧的各種其它可調(diào)波長選擇元件。例如，通過相對于光束中心平移而調(diào)節(jié)的錐形校準(zhǔn)器和錐形干涉濾光片也可以供本發(fā)明使用，2001年3月21提出的美國專利申請09/814,464公開了這方面的技術(shù)，該公開作為參考引用。也可以在該公開范圍內(nèi)考慮用于本發(fā)明的微調(diào)調(diào)諧的這類其它可調(diào)元件的使用。
參見圖11A，該圖示出了本發(fā)明的另一個外腔激光器設(shè)備120，其中相似的參考標(biāo)號代表相似的部件。設(shè)備120包括從抗反射涂層平面16向尾端反射鏡14發(fā)射光束19的增益媒介12，其中可調(diào)校準(zhǔn)器12定位在尾端反射鏡14之后的光束19中。尾端反射鏡14和增益媒介12的平面18共同限定上述的外激光腔124。校準(zhǔn)器122通過電光效應(yīng)調(diào)諧來改變其光程長度OPL以及由此改變自由光譜范圍，并且包括電光材料的一個區(qū)域或者層126。經(jīng)由透明電極(未示出)向?qū)?26表面施加電勢將導(dǎo)致層126的折射率變化，由此改變校準(zhǔn)器122的光程長度和自由光譜范圍。尾端反射鏡12被顯示為部分反射，所以光束19離開反射鏡14并且可以被耦合到光纖(未示出)中。
在設(shè)備120中，外腔124充當(dāng)?shù)诙烧{(diào)元件，它與可調(diào)校準(zhǔn)器122共同提供本發(fā)明的激光器微調(diào)調(diào)諧的雙調(diào)諧元件。換句話說，尾端鏡14和增益介質(zhì)表面18限定一個校準(zhǔn)器。就此而言，尾端反射鏡14或者外腔通?？梢员粰C械、熱、電光或者控制腔長度的其他機制調(diào)諧。施加到層128上的電壓改變外腔124的光程長度。從可調(diào)校準(zhǔn)器122和外腔124到增益媒介12的組合反饋提供用于設(shè)備120的可調(diào)波長選擇。
參見圖11B，激光器外腔124具有限定多個?；蛘邆饔懿ǚ?30的一個自由光譜范圍FSRCavity。如圖所示，每第四個外腔傳輸波峰對應(yīng)于可選擇傳輸信道132、134、136、138、140、142，或者與其對準(zhǔn)。信道132-142可以對應(yīng)于上述的ITU格柵的波長信道。外腔124的自由光譜范圍FSRCavity和校準(zhǔn)器的自由光譜范圍FSREtalon可以有以下關(guān)系式K(FSREtalon)≈(M/M±N)(FSRCavity)其中K是有理分式，M是選用波長范圍內(nèi)的可調(diào)波長或者傳輸信道的總數(shù)，N是可根據(jù)本發(fā)明不同實施例選擇的非整數(shù)或者整數(shù)。參見圖11C，外腔激光器120的微調(diào)調(diào)諧被顯示為用于K＝3的ITU信道格柵，為微調(diào)距的每個位移提供每個第三外腔模波峰上的調(diào)諧平移。
如圖11C所示，校準(zhǔn)器122定義被FSREtalon分離的多個傳輸波峰PEt。圖11C顯示了用于校準(zhǔn)器122和外腔124的六個不同調(diào)諧配置A、B、C、D、E和F，其每一個分別對應(yīng)于信道132-142之每個上的波長選擇。附加可選信道(未示出)存在于各個信道132-1.42之間。這樣，在調(diào)諧調(diào)節(jié)A處，單校準(zhǔn)器傳輸波峰PEt與信道142上的腔模波峰130對準(zhǔn)，如圖11C所示，信道142對應(yīng)于1563.5納米的波長。調(diào)諧A上的其它校準(zhǔn)器傳輸波峰PEt不與任何腔模130對準(zhǔn)。在調(diào)諧調(diào)節(jié)B處，單校準(zhǔn)器傳輸波峰PEt與信道140上的腔模波峰130對準(zhǔn)。同樣，在調(diào)諧配置C、D、E和F上，校準(zhǔn)器傳輸波峰PEt分別與對應(yīng)于信道138、136、134和132的腔模波峰對準(zhǔn)。外腔124和校準(zhǔn)器的差動調(diào)諧提供微調(diào)距的位移，以提供圖11C所示的調(diào)諧A-F。上述的并行調(diào)諧允許更精細(xì)調(diào)諧，從而在圖11C所示的各調(diào)諧A-F之間的范圍內(nèi)實現(xiàn)信道選擇。
參見圖12A至圖12C，這里顯示了外腔激光器設(shè)備144的另一個實施例，其中相似的標(biāo)號代表相似的部分。設(shè)備144是微機電或者微電子機加工的(MEMS)裝置，由單片半導(dǎo)體基底146制成?；?46包括容納增益媒介12的凹槽148，容納錐形校準(zhǔn)器152的凹槽150，和容納尾端反光鏡14的凹槽153，其上具有電光元件128?；?46的材料在增益媒介12整個增益帶寬上是透明的，并且從增益媒介12的平面發(fā)射的光束19經(jīng)過基底146。
錐形或者楔形校準(zhǔn)器152被用來通過改變呈現(xiàn)到光程22的校準(zhǔn)器152的厚度或者校準(zhǔn)器152的局部反射平面之間的距離，在多個通信信道之間選擇信道。這可以通過沿垂直或者基本垂直于光程22的方向平移或者驅(qū)動校準(zhǔn)器152來實現(xiàn)。當(dāng)校準(zhǔn)器152前進(jìn)或者平移到光程22中時，沿光程傳播的光束19經(jīng)過校準(zhǔn)器152漸厚部分，該漸厚部分支持較長波長信道上的相對面154、156間的相長干涉。當(dāng)校準(zhǔn)器152離開光程22時，光束16將經(jīng)過校準(zhǔn)器152的漸薄部分，并且向光程22暴露通帶或傳輸波峰，以支持逐漸縮短的波長信道。
校準(zhǔn)器152通過柔性臂或者絞接件158、160連接到基底146上。絞接件158、169可移動地支持基底146的凹槽150內(nèi)的校準(zhǔn)器152。校準(zhǔn)器152還連接多個電極件162。連接基底146的多個電極件164在電極162之間交錯。電極162、164被容置在基底146的凹槽150內(nèi)。電觸點166經(jīng)由導(dǎo)體路徑168電連接電極162，電觸點170經(jīng)由導(dǎo)體路徑172電連接電極164。改變電極162、164上的電壓，從而相對于電極164驅(qū)動或者平移電極162。該動作相應(yīng)地相對于光程22驅(qū)動或平移校準(zhǔn)器152。
在設(shè)備144操作中，通過相對于光程22的平移調(diào)諧校準(zhǔn)器152以改變自由光譜范圍，從而改變由校準(zhǔn)器152限定的傳榆波峰的關(guān)系。圖12B顯示了按照使平面154、156之間的校準(zhǔn)器152的最薄部分被定位在光程22之內(nèi)的方式定位的校準(zhǔn)器152，而圖12C示出了按照使校準(zhǔn)器152的較薄部分被定位在光程22內(nèi)的方式定位的校準(zhǔn)器152。如上所述，校準(zhǔn)器152相對于光程22的定位通過經(jīng)由觸點166、170和導(dǎo)體路徑168、172選擇性對交錯電極162、164施加電壓來實現(xiàn)。絞接件158、160根據(jù)校準(zhǔn)器152的定位折曲或者彎曲。
鄰近校準(zhǔn)器152的凹槽150的表面174、176可以涂有抗反射層，使校準(zhǔn)器152的整個調(diào)諧效應(yīng)由校準(zhǔn)器152本身提供。在其它實施例中，表面174、176可以是局部反射的，使調(diào)諧得自于校準(zhǔn)器152的表面154、156和凹槽150的表面174、176的組合反饋，以實現(xiàn)波長選擇。在校準(zhǔn)器152調(diào)諧期間，還可以通過向電光元件128選擇性施加電壓對其進(jìn)行調(diào)諧，以改變外腔路徑光程長度124。因此，可以按照上述方式實現(xiàn)，使用校準(zhǔn)器152定義的傳榆波峰以及對應(yīng)于外腔模的傳輸波峰共同進(jìn)行的微調(diào)調(diào)諧。
MEMS設(shè)備144可以采用公知的半導(dǎo)體材料處理技術(shù)制作。校準(zhǔn)器152、絞接件158、160和電極件162、164采用與校準(zhǔn)器152和基底146相同的材料制作，并且通過基底144半導(dǎo)體材料的微切削加工，從基底146定義校準(zhǔn)器152、絞接件158、160和電極件162、164。用于MEMS部件動作的交錯電極的使用是公知技術(shù)，并且被公開在ArtechHouse公司(Norwood MA(2000))所出版的作者為Nadim Maluf的“Introduction to Microelectromechanical SystemsEngineering”一文中，該公開作為參考引用。增益媒介12可以包括安裝在凹槽148內(nèi)的分離裝置，凹槽148是對基底146機加工后形成的。
上述的各種外腔激光器設(shè)備利用了串行定位或配置的雙調(diào)諧元件。也可以按平行而不是串行使用調(diào)諧元件，來調(diào)諧本發(fā)明的外腔激光器。參見圖13A，這里顯示了外腔激光器設(shè)備178，其中相似的參考標(biāo)號用來表示相似的部件。設(shè)備178包括沿光程22從抗反射涂層平面發(fā)射光束19的增益媒介12。偏振光束分光器/光組合器(combiner)180被定位在光程22中，使光束分光器180的局部反射層182對光束19分光，使光束19a沿光程22a傳播到尾端反射器14a，以及使光束19b沿光程22b反射到尾端反射器14b。尾端反射器14a可以是局部反射的，以使光束19a的一部分通過，并且可以將其收集為設(shè)備178輸出的光。增益媒介的后平面18可以加之或者替代成具備部分反射，以便可以安置光纖184以接收由此輸出的光。
第一可調(diào)波長選擇元件186被定位在分光器180與尾端反光鏡14a之間的光程22a中，第二可調(diào)波長選擇元件188被定位在分光器180與尾端反光鏡14b之間的光程22b中?？烧{(diào)元件186、188可以包括光柵、校準(zhǔn)器、干涉濾光片，或者其它與上述有關(guān)的可調(diào)波長選擇裝置，可以根據(jù)上述的其它機構(gòu)驅(qū)動或調(diào)諧MEMS。在圖13A所示的實施例中，可調(diào)元件186是固態(tài)校準(zhǔn)器，可以根據(jù)熱光、電光、機械致動、或者上述的其他調(diào)諧機構(gòu)進(jìn)行調(diào)諧。第二可調(diào)元件188是一個可調(diào)氣隙校準(zhǔn)器，下面進(jìn)行詳細(xì)說明。從校準(zhǔn)器186、188沿光程22a、22b到分光器/光組合器180的組合反饋，因而是沿光程自分光器/光組合器的反饋向增益媒介12提供可調(diào)反饋，它用來提供波長選擇。
校準(zhǔn)器186、188是可操作的，以便提供本發(fā)明的微調(diào)調(diào)諧。圖13B圖形示出了這樣一種微調(diào)調(diào)諧的形式，其中第一校準(zhǔn)器186具有限定多個傳榆波峰P1的第一自由光譜范圍FSR1，第二校準(zhǔn)器188具有限定多個傳輸波峰P2的第二自由光譜范圍FSR2。第二自由光譜范圍FSR2與第一自由光譜范圍在振幅上相差可根據(jù)校準(zhǔn)器186、188的配置選擇的一個量。傳輸波峰P2被顯示為位于可選波長信道190、192、194、196、198和200的中心，這些信道可以對應(yīng)于上述的ITU格柵的信道。圖13B的調(diào)諧配置A、B、C、D、E、F對應(yīng)于不同的校準(zhǔn)器調(diào)諧配置，其每個配置是為信道波長190-200其中之一選擇的。這樣，例如在調(diào)諧A，調(diào)節(jié)校準(zhǔn)器186、188，使波峰P1與波峰P2對準(zhǔn)，提供可選波長信道200上的傳輸，在圖13B的特定實例中，該信道200被顯示位于1563.5納米。在可選波長信道190-200的范圍內(nèi)不出現(xiàn)波峰P1和波峰P2的其它對準(zhǔn)。調(diào)諧關(guān)系B實現(xiàn)了波長198的波峰P1和波峰P2的單個對準(zhǔn)。同樣，調(diào)諧C、D、E、F分別顯示信道波長196、194、192和190上的波峰P1和波峰P2的對準(zhǔn)。
校準(zhǔn)器186、188的差動調(diào)諧提供微調(diào)距地位移，以提供圖13B所示的調(diào)諧A-F。上述的并行調(diào)諧允許更細(xì)調(diào)諧實現(xiàn)圖13B所示的各個調(diào)諧A-F之間的范圍內(nèi)的信道選擇。在圖13A和圖13B所示的實施例中，尾端反光鏡14a、14b被定位為使外腔模波峰PEC呈現(xiàn)在可選波長信道190-200的每一個上，并且使一個外腔模波峰PEC被定位在可選波長信道190-200的每一個之間。由尾端反光鏡14a和/或尾端反光鏡14b定義的外腔可以使用上述技術(shù)來調(diào)節(jié)，以便需要時改變外腔模波峰PEC與可選波長信道的關(guān)系。
參見圖14A和圖14B，這里顯示了一個本發(fā)明的可調(diào)氣隙校準(zhǔn)設(shè)備188。校準(zhǔn)設(shè)備188被顯示為用單個大決半導(dǎo)體基底202制作。固態(tài)校準(zhǔn)元件204連接四個柔性臂206，該柔性臂又連接基座208?；?08安裝在基底202上。基底202還通過支架211(如圖14B所示)支持平面電極部210，電極部210與校準(zhǔn)元件204分離并且平行。校準(zhǔn)元件204與電極部210相隔第一氣隙212，與基底202相隔第二氣隙214。電極部分210和校準(zhǔn)元件204被配置成可以將電位差分別施加到電極部分210和校準(zhǔn)元件204。改變電位差可以控制校準(zhǔn)元件204相對于電極元件210的位置，從而控制氣隙212、214的尺度。校準(zhǔn)元件204的表面216和基底202的表面218可以成鏡像，使氣隙214充當(dāng)能夠向用于波長選擇的增益媒介12提供反饋的可調(diào)氣隙校準(zhǔn)器。
在其它實施例中，基底202的表面218上可以包含一個導(dǎo)體(未示出)，以允許電位調(diào)節(jié)和相對于基底202對校準(zhǔn)元件204進(jìn)行位置控制。此外，校準(zhǔn)元件204和電極部210的表面220、222可分別被局部成鏡像，使氣隙212充當(dāng)可調(diào)氣隙校準(zhǔn)器。
如圖15更詳細(xì)的圖示，也可以在單雙折射波長選擇元件中實現(xiàn)可調(diào)元件的平行方式使用，其中示出了本發(fā)明外腔激光器設(shè)備224的再一個實例，這里相似的參考標(biāo)號代表相似的部件。設(shè)備24包括增益媒介12，它具有一個第一抗反射涂層平面16和一個第二反射或者局部反射平面18。平面16沿光程向尾端反光鏡14發(fā)射光束19，尾端反光鏡14與平面18共同限定上述的外腔。尾端反光鏡14被顯示為局部反射，所以光束19的一部分可以離開反射鏡14并且被收集進(jìn)入光纖(未示出)作為輸出。
雙折射校準(zhǔn)元件226被定位在尾端反射鏡14之前的光程22中。校準(zhǔn)元件226可以包括提供高能級雙折射的液晶材料?？梢允褂酶鞣N均勻和不均勻向列型和近晶型液晶?？梢园ㄑ心サ木埘啺繁∑膶?zhǔn)層228、230被包含在所示的校準(zhǔn)器226的表面上，以便于各個液晶分子(未示出)的對準(zhǔn)。透明電極232、234鄰近于對準(zhǔn)層228、230，以允許在校準(zhǔn)器226上施加電壓。
雙折射校準(zhǔn)元件226沿不同光軸具有不同折射率。在圖15中，第一普通光軸236(虛線)具有折射率n0，第二特別光軸238(實線)具有折射率ne，其中ne＞n0。這些光軸相對于激光的偏振軸旋轉(zhuǎn)40度。偏振光被有效分成沿雙折射校準(zhǔn)器的光軸的多束分離光束。第一光軸236上的校準(zhǔn)器226的光學(xué)厚度具有自由光譜范圍FSRe，而第二光軸238上的校準(zhǔn)器226的光學(xué)厚度具有自由光譜范圍FSR0，由于雙折射校準(zhǔn)材料中呈現(xiàn)的不同折射率，因此FSRe不等于FSR0。換言之，“e”光線和“o”光線光程236、238在校準(zhǔn)器226的相同物理厚度上分別經(jīng)歷不同光程長度，因為折射率ne與no之間存在差異。
在電極232、234上選擇施加電壓和/或校準(zhǔn)器226定向傾斜調(diào)節(jié)，允許以提供本發(fā)明的微調(diào)調(diào)諧的方式獨立調(diào)節(jié)FSRe和FSRo。也就是，不同的自由光譜范圍FSRe和FSRo導(dǎo)致兩組傳輸波峰Pe和Po(未示出)，這兩組傳輸波峰可調(diào)節(jié)以選擇控制波峰重合的位置，從而以上述方式提供微調(diào)調(diào)諧。提供微調(diào)距位移的FSRe和FSRo差動調(diào)諧，以及提供自由光譜范圍內(nèi)的波長調(diào)諧的的FSRe和FSRo并行調(diào)諧，可以通過在校準(zhǔn)器226上施加電壓以改變折射率ne來實現(xiàn)。此外，或者作為選擇，可以通過傾斜調(diào)節(jié)或者熱調(diào)節(jié)校準(zhǔn)器226改變FSRo，以提供差動和并行調(diào)諧。因此，單個雙折射校準(zhǔn)器226提供與使用上述實施例的雙可調(diào)校準(zhǔn)器相同的效果。
參見圖16，這里顯示了另一個外腔激光器設(shè)備240，其中相似的參考標(biāo)號表示相似的部件。設(shè)備240包括沿著光程22從抗反射涂層平面向尾端反射鏡14發(fā)射光束19的增益媒介12，尾端反射鏡14與平面18共同定義如上所述的外激光腔124。第一和第二可調(diào)可調(diào)校準(zhǔn)器242、244被定位在增益媒介12與尾端反光鏡14之間的外腔124之內(nèi)。在該實施例中，校準(zhǔn)器242包括上述的熱光材料，并且被配置用于由上述類型的熱光控制元件(未示出)進(jìn)行熱光調(diào)諧。校準(zhǔn)器242被操作地連接到控制器或者調(diào)諧器40。第二校準(zhǔn)器244包括電光校準(zhǔn)器材料并且具有在其表面上的透明電極246、248，用于根據(jù)校準(zhǔn)器244上施加的電壓選擇性控制校準(zhǔn)器244的折射率(從而控制校準(zhǔn)器光程長度)。校準(zhǔn)器244還可以操作地耦合到調(diào)諧器40。
平面18和尾端反射器14限定的外腔124提供了設(shè)備240中的第三可調(diào)元件。也就是，尾端反光鏡14和增益媒介平面18限定可調(diào)校準(zhǔn)器，并且在腔124內(nèi)定位具有電壓依賴折射率的電光材料的一部分或者層128。通過電極(未示出)在層128上施加電壓改變了外腔124的光程長度。從可調(diào)校準(zhǔn)器242、244和可調(diào)外腔124對增益媒介12的組合反饋經(jīng)由結(jié)合圖8的設(shè)備96所述的三重微調(diào)效應(yīng)向設(shè)備240提供可調(diào)波長選擇。
可調(diào)外腔124與雙可調(diào)校準(zhǔn)器242、244的共同使用降低了用于抑制與未選用波長對應(yīng)的傳輸波峰的校準(zhǔn)器242、244的傳輸波峰的銳度要求。這又增加了校準(zhǔn)器242、244的容差，并簡化了校準(zhǔn)器242。244表面上的局部反射涂層的性質(zhì)，這對于本發(fā)明的某些實施例是非常理想的。因此，在設(shè)備240中，校準(zhǔn)器242、244的傳輸波峰組所限定的聯(lián)合傳輸波峰(未示出)的銳度可能不足以在激光器操作期間提供對未選用信道波長的有效抑制。然而，通過外腔124經(jīng)由電光元件128調(diào)節(jié)的三重微調(diào)效應(yīng)而提供的附加濾光，允許外腔模(未示出)與所選擇信道對準(zhǔn)，從而采用比較簡單配置的可調(diào)校準(zhǔn)器提供有效微調(diào)調(diào)諧。
具有三個可調(diào)波長選擇元件的外腔激光器設(shè)備可以實施在圖17A至圖17C的設(shè)備250所示的MEMS裝置中，其中相似參考標(biāo)號代表相似部件。設(shè)備250用單片半導(dǎo)體基底146制作。基底146包括容納增益媒介12的凹槽148，容納第一可調(diào)校準(zhǔn)器242的凹槽252，容納第二可調(diào)校準(zhǔn)器152的凹槽150，和容納尾端反光鏡14的凹槽153，該反光鏡具有電光元件128?；?46的材料在整個增益媒介12的增益帶寬上是透明的，并且從增益媒介12發(fā)射的光束19經(jīng)過基底146。
校準(zhǔn)器152形成上述的楔形或者錐形形狀，并且用來以上述方式改變呈現(xiàn)到光程上的校準(zhǔn)器152的厚度或者校準(zhǔn)器152的局部反射平面154、156之間的距離，進(jìn)行多個通信信道之間的選擇。校準(zhǔn)器152通過柔性臂或者絞接件158、160連接到基底146，所述絞接件可移動地支持基底146的凹槽150內(nèi)的校準(zhǔn)器152。根據(jù)上述的經(jīng)由電觸點166、170和導(dǎo)體168和172引入的電壓，多個連接校準(zhǔn)器152的電極件162與連接基底146的多個電極件164發(fā)生如上所述的相互作用，使電極162、164上的電壓的選擇性變化而驅(qū)動或者平移電極162，使其相對于電極164移動，所以校準(zhǔn)器152相對于光程驅(qū)動或者平移。
圖17B顯示了按照使平面154與156之間的校準(zhǔn)器152的最薄部分被定位在光程22上的方式定位的校準(zhǔn)器152，而圖17C圖示說明了按照使平面154與156之間的校準(zhǔn)器152的較厚部分被定位在光程22上的方式定位的校準(zhǔn)器152。鄰近于校準(zhǔn)器152的凹槽150的表面174、176可以有抗反射涂層，使校準(zhǔn)器152自身提供校準(zhǔn)器152的整個調(diào)諧效應(yīng)。在其它實施例中，表面174、176可以是局部反射的，使調(diào)諧得自于校準(zhǔn)器152的表面154、156和凹槽150的表面174、176的組合反饋，以實現(xiàn)波長選擇。在校準(zhǔn)器152的調(diào)諧期間，電光元件128還可以按照上述方式通過經(jīng)由觸點對其選擇性施加電壓來調(diào)諧，以改變用于三重微調(diào)調(diào)諧的外腔徑光程長度124，該三重微調(diào)調(diào)諧利用了由校準(zhǔn)器242和152定義的傳輸波峰以及對應(yīng)于外腔模的傳輸波峰。
盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合特定實施例予以說明，但是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將會明白，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以對本發(fā)明作出各種修改以及進(jìn)行等同替代。此外，可以進(jìn)行各種更改，以使特定情況、材料、材料合成、處理、工序適應(yīng)于本發(fā)明的主題、精神和范圍。所有此類修改都意味著落入所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)諧設(shè)備，包括(a)一個第一可調(diào)波長選擇元件，位于光束中并具有第一可調(diào)自由光譜范圍；和(b)一個第二可調(diào)波長選擇元件，位于光束中并具有第二可調(diào)自由光譜范圍；(c)所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件被配置成定義一個可用于調(diào)諧所述光束的聯(lián)合自由光譜范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件限定一個可根據(jù)所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件的調(diào)諧調(diào)節(jié)的聯(lián)合傳輸波峰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括一個增益媒介，具有第一和第二平面并從所述第一平面中發(fā)射所述光束，所述增益媒介具有一個自由光譜范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述聯(lián)合自由光譜范圍至少與所述增益媒介的增益帶寬同樣大。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第一自由光譜范圍近似等于所述增益媒介自由光譜范圍的一個倍數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述第二自由光譜范圍近似等于所述增益媒介自由光譜范圍的一個倍數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括一個定位于第一和第二可調(diào)波長選擇元件之后的所述光束中的反射元件，所述反射元件和所述增益媒介的所述第二平面限定一個外腔激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件至少包括一個校準(zhǔn)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件至少包括一個光柵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件包括第一和第二校準(zhǔn)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一和第二校準(zhǔn)器的至少一個校準(zhǔn)器是熱光調(diào)諧的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一和第二校準(zhǔn)器的至少一個校準(zhǔn)器是電光調(diào)諧的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一和第二校準(zhǔn)器的至少一個校準(zhǔn)器是角度調(diào)諧的。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中至少一個所述校準(zhǔn)器包括半導(dǎo)體材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中至少一個所述校準(zhǔn)器包括第一和第二表面，每個所述表面具有至少一個設(shè)置在其上的四分之一波電介質(zhì)對層。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述校準(zhǔn)器包括被集成在其上的熱控制元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述校準(zhǔn)器可操作地耦合到一個熱控制器。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述校準(zhǔn)器可操作地耦合到一個儲熱器。
19.一種用于光束的調(diào)諧設(shè)備，包括(a)一個第一可調(diào)波長選擇元件，位于所述光束中，所述第一可調(diào)元件被配置來限定第一多個傳輸波峰；和(b)一個第二可調(diào)波長選擇元件，位于所述光束中，所述第二可調(diào)元件被配置來限定第二多個傳輸波峰；和(c)所述第一和第二多個傳輸波峰定義一個選擇波長范圍之內(nèi)的單個聯(lián)合傳輸波峰；和(d)所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件可用于根據(jù)所述第一和第二可調(diào)元件的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)所述聯(lián)合傳輸波峰。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括一個增益媒介，所述增益媒介具有第一和第二平面并從第一平面中發(fā)射所述光束，所述增益媒介具有一個自由光譜范圍。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，還包括一個定位于第一和第二可調(diào)波長選擇元件之后的所述光束中的反射元件，所述反射元件和所述增益媒介的所述第二平面限定一個外腔激光器。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述第一可調(diào)波長選擇元件具有近似等于所述增益媒介自由光譜范圍的一個倍數(shù)的第一自由光譜范圍。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述第二可調(diào)波長選擇元件具有近似等于所述增益媒介自由光譜范圍的一個倍數(shù)的第二自由光譜范圍。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述聯(lián)合自由光譜范圍至少與所述增益媒介的增益帶寬同樣大。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件至少包括一個校準(zhǔn)器。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件至少包括一個光柵。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件包括第一和第二可調(diào)校準(zhǔn)器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)校準(zhǔn)器的至少一個是熱光調(diào)諧的。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)校準(zhǔn)器的至少一個是電光調(diào)諧的。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)校準(zhǔn)器的至少一個是角度調(diào)諧的。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中至少一個所述可調(diào)校準(zhǔn)器包括半導(dǎo)體材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中至少一個所述可調(diào)校準(zhǔn)器包括第一和第二表面，每個所述表面具有至少一個設(shè)置在其上的四分之一波電介質(zhì)對層。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中所述可調(diào)校準(zhǔn)器包括被集成在其上的一個熱控制元件。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述可調(diào)校準(zhǔn)器可操作地耦合到一個熱控制器。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述可調(diào)校準(zhǔn)器可操作地耦合到一個儲熱器。
36.一種激光器設(shè)備，包括(a)一個發(fā)射光束的增益媒介；(b)一個第一可調(diào)波長選擇元件，位于所述光束中并具有第一可調(diào)自由光譜范圍；(c)一個第二可調(diào)波長選擇元件，位于所述光束中并具有第二可調(diào)自由光譜范圍；和(d)所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件定義一個在一個選擇波長范圍之內(nèi)的單個聯(lián)合傳輸波峰，所述單個聯(lián)合傳輸波峰可根據(jù)所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件的調(diào)諧來同相調(diào)節(jié)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述聯(lián)合自由光譜范圍至少與所述增益媒介的增益帶寬同樣大。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述第一自由光譜范圍近似等于所述增益媒介的自由光譜范圍的一個倍數(shù)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中所述第二自由光譜范圍近似等于所述增益媒介的自由光譜范圍的一個倍數(shù)。
40.一種用于調(diào)諧光束的方法，包括(a)將第一可調(diào)波長選擇元件定位在所述光束中，所述第一可調(diào)波長選擇元件具有第一可調(diào)自由光譜范圍；和(b)將第二可調(diào)波長選擇元件定位在所述光束中，所述第二可調(diào)波長選擇元件具有第二可調(diào)自由光譜范圍；(c)從第一和第二自由光譜范圍中限定一個聯(lián)合自由光譜范圍；和(d)通過調(diào)諧所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件來調(diào)節(jié)所述聯(lián)合自由光譜范圍。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述限定所述聯(lián)合自由光譜范圍包括限定一個選擇波長范圍之內(nèi)的單個聯(lián)合傳輸波峰。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述調(diào)節(jié)所述聯(lián)合自由光譜范圍包括調(diào)節(jié)所述聯(lián)合傳輸波峰。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，還包括(a)提供一個具有第一和第二平面的增益媒介；(b)從所述第一平面中發(fā)射所述光束；和(c)將一個反射元件定位在所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件之后的所述光束中，所述反射元件和所述增益媒介的所述第二平面限定一個外激光腔。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述聯(lián)合自由光譜范圍至少與所述增益媒介的增益帶寬同樣大。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述第一自由光譜范圍近似等于所述增益媒介的自由光譜范圍的一個倍數(shù)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第二自由光譜范圍近似等于所述增益媒介自由光譜范圍的一個倍數(shù)。
47.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中(a)所述定位所述第一可調(diào)波長選擇元件包括將第一可調(diào)校準(zhǔn)器定位在所述光束中；和(b)所述定位所述第二可調(diào)波長選擇元件包括將第二可調(diào)校準(zhǔn)器定位在所述光束中。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)所述聯(lián)合自由光譜范圍包括熱光調(diào)諧所述第一和第二可調(diào)校準(zhǔn)器。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述方法，其中所述熱光調(diào)諧包括(a)熱調(diào)節(jié)所述第一可調(diào)校準(zhǔn)器的折射率；和(b)熱調(diào)節(jié)所述第二可調(diào)校準(zhǔn)器的折射率。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述熱光調(diào)諧還包括(a)熱調(diào)節(jié)所述第一可調(diào)校準(zhǔn)器的物理厚度；(b)熱調(diào)節(jié)所述第二可調(diào)校準(zhǔn)器的物理厚度。
51.一種激光器操作的方法，包括(a)從增益媒介的第一平面中發(fā)射光束；(b)將尾端反射器定位在所述光束中，所述尾端反射器和所述增益媒介的第二平面限定一個外激光腔；(c)將第一和第二可調(diào)波長選擇元件定位在所述尾端反射器之前的所述光束中，所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件被分別配置成限定第一和第二多個傳輸波峰；(d)從所述第一和第二多個傳輸波峰中限定一個單個聯(lián)合傳輸波峰；和(e)通過調(diào)諧所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件來調(diào)節(jié)所述聯(lián)合傳輸波峰。
52.一種激光器設(shè)備，包括(a) 用于發(fā)射光束的增益裝置；和(b)第一和第二可調(diào)裝置，用于通過微調(diào)效應(yīng)進(jìn)行所述光束的波長選擇。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的設(shè)備，還包括用于限定外激光腔的裝置，所述第一和第二調(diào)諧裝置被定位在所述外激光腔中。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中所述第一和第二可調(diào)裝置包括用于所述光束的波長選擇的第一和第二熱光校準(zhǔn)器裝置。
全文摘要
一種利用雙可調(diào)元件提供光束的選擇波長調(diào)諧的設(shè)備和方法。所述設(shè)備包括一個定位于光束中并具有第一可調(diào)自由光譜范圍的第一可調(diào)波長選擇元件(24)，一個定位于光束中并具有第二可調(diào)自由光譜范圍的第二可調(diào)波長選擇元件(26)，所述第一和第二可調(diào)波長選擇元件備配置成定義一個聯(lián)合傳輸波峰，該聯(lián)合傳輸波峰可根據(jù)第一和第二可調(diào)波長選擇元件來同相調(diào)節(jié)。
文檔編號H01S5/14GK1509507SQ02809947
公開日2004年6月30日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者M·E·麥唐納, A·J·戴伯, W·B·查普曼, N·馬盧夫, , M E 麥唐納, 戴伯, 查普曼 申請人:英特爾公司