專利名稱：半導體激光器頻率調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體激光器頻率調(diào)制方法，屬于光電工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導體激光器是指以半導體材料作為工作物質(zhì)的激光器，與其他類型的激 光器相比，具有體積小、重量輕、發(fā)光效率高、可在常溫條件下連續(xù)發(fā)光等特 點，并且容易通過驅(qū)動電源來調(diào)制它的光輸出。因此，半導體激光器在光纖通 訊、激光測距，光學檢測、醫(yī)療等領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應用。
半導體激光器產(chǎn)生激光所需最小電流叫閾值電流，正常工作時泵浦電流值 應高于閾值電流。半導體激光器輸出光功率與泵浦電流的關(guān)系如圖1上部所示， 圖中橫軸/代表半導體激光器的泵浦電流，縱軸代表激光器的輸出功率。當泵浦 電流高于閾值，隨著泵浦電流的增加輸出功率也增加，在其中的某一段其關(guān)系 近似于線性關(guān)系。
圖1中部所表示的是當半導體激光器的溫度一定、泵浦電流變化時輸出光 波長的變化。圖中橫軸Z'代表半導體激光器的泵浦電流，縱軸代表激光器的輸出 光波長。當泵浦電流高于閾值，隨著泵浦電流的增加時激光波長也隨其增加， 在其中的某一段其關(guān)系也近似于線性關(guān)系。因此，當泵浦電流變化時波長與功
率同時變化。
在某些以半導體激光器為光源的應用中，只需要對激光器的輸出光頻率進 行調(diào)制，同時要盡量避免激光器的輸出光功率的變化。如圖1下部所示，如果 按一般的調(diào)制方法在泵浦電流中疊加調(diào)制信號進行調(diào)制，顯然難以滿足這樣的 要求，因此，要達到這一目的，就必須在調(diào)制方法上下功夫，圖中&為半導體 激光器的閾值電流，/。為調(diào)制電流信號的平均值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供 一種半導體激光器頻率調(diào)制方法，可以 有效地抑制由于頻率調(diào)制而伴隨產(chǎn)生的功率的變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制而輸出光功 率相對穩(wěn)定不變的目的。
解決本發(fā)明的技術(shù)問題所釆用的方案是
① 將半導體激光器溫度控制為一定常值，從閾值電流以下開始掃引泵浦電
流，同時測定半導體激光器輸出光的波長和功率；
② 根據(jù)功率和波長隨泵浦電流的變化，劃分出半導體激光器的三個特性區(qū)
域，即半導體激光器的功率和波長均在變化的PVWV區(qū)、功率飽和而波長在變化的PSWV區(qū)、功率和波長均達到飽和的PSWS區(qū)；
③依照所劃定的區(qū)域，使半導體激光器在PSWV區(qū)內(nèi)工作，從而進行單純 的頻率調(diào)制。
對PSWV區(qū)的范圍按如下方法確定測得半導體激光器的功率變化率絕對 值為零處對應波長用Ao來表示，從Xo點開始測到最小波長變化率所對應的拐點 波長、，以Ao和、間的波長間隔用AX表示，則通過調(diào)制半導體激光器的泵浦 電流實現(xiàn)對其頻率進行單純調(diào)制方法中的PSWV區(qū)為Ao士A u
上述本發(fā)明劃定功率飽和波長變化的PSWV區(qū)域采用的裝置及方法是釆 用溫度控制器將半導體激光器的工作溫度控制在常值；釆用激光器電源調(diào)整半 導體激光器的泵浦電流;釆用分束比為1:1的分東透鏡將半導體激光器的激光東 一分為二，其中一東進入激光功率計，用來測定激光功率；另一東光進入波長 檢測器測定激光波長。根據(jù)測定的結(jié)果可以得出波長和功率、及其隨電流的變 化率。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明改進了半導體激光器頻率調(diào)制的方法，可以 有效地抑制由于頻率調(diào)制而伴隨產(chǎn)生的功率的變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制而輸出光功 率相對穩(wěn)定不變的目的。


圖1表示半導體激光器的特性示意圖， 圖2為本發(fā)明中測定半導體激光器特性的裝置構(gòu)成示意圖， 圖3表示波長飽和區(qū)域和功率飽和區(qū)域劃分示意圖， 圖4表示波長、功率及其變化率示意圖， 圖5為本發(fā)明應用例裝置構(gòu)成示意圖， 圖6為本發(fā)明應用例測定結(jié)果示意圖。
圖1中/。
f。時刻的泵浦電流；& :閾值電流；:與^相對應的波 長；A :與/。相對應的功率；
圖2、圖5中1.半導體激光器，2.準直透鏡，3.分東透鏡，4.功率計, 5.波長計，6.溫度控制器，7.激光器驅(qū)動電源，8.函數(shù)發(fā)生器，9.鎖相放大 器，10.光檢測器。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例1.測定例
測定裝置的構(gòu)成如圖2所示。圖2中1為半導體激光器，使用InGaAsP材 料的DFB (分布反饋)型可調(diào)諧激光二極管；所發(fā)出的激光經(jīng)準直透鏡2后變束比為l:l的分東鏡，將激光束一分為二其中一東進 入激光功率計4，用來測定激光功率；另一東光進入波長計5測定激光波長。
圖4.表示的是半導體激光器功率和波長的測定結(jié)果。上面兩個圖分別為激 光功率(已按分東比修正)及激光功率隨泵浦電流的變化率；從這兩個圖可以 看出激光功率從閾值電流(17mA附近)開始呈增加趨勢，在至150mA處達到 最大值，而后維持在這一水平并呈微減趨勢。功率的變化率則一路下趺，在 158mA處達到零變化率，之后維持在零變化率附近。這一結(jié)果說明在一定電流 范圍內(nèi)存在著激光功率不隨泵浦電流變化的區(qū)域。
圖4下面兩個圖表示激光波長及其隨泵浦電流的變化率。如圖所示激光波 長隨泵浦電流的增加而波長一路增大，而波長變化率則在158mA處達到最大， 在這附近剛好與功率的零變化率相吻合。由這一結(jié)果可以看出波長的飽和點較 功率的飽和點滯后，如果將激光器的工作點選在功率飽和點附近就可以實現(xiàn)功 率的變化率最小而波長的變化率最大，實現(xiàn)功率無變化的頻率調(diào)制。
實施例2.本發(fā)明應用例
以半導體激光器為測定光源的微量氣體檢測中，為了提高檢測靈敏度，需 要對半導體激光光源進行直接頻率調(diào)制，即利用函數(shù)發(fā)生器8與激光器驅(qū)動電 源7相組合，在泵浦電流中加入調(diào)制信號造成頻率的變化。而根據(jù)半導體激光 器的特性，如果將工作點選在前述PVWV區(qū)(功率變化，波長變化)內(nèi)，則必 然導致激光器的功率也發(fā)生相應的變化。而在實際的檢測實驗中，這種伴隨發(fā) 生的功率變化起著降低檢測靈敏度的副作用，通常被稱作殘余振幅調(diào)制噪聲。 其數(shù)值越大負面影響也越大。因此，為了降低殘余振幅調(diào)制噪聲就需要釆用本 發(fā)明所示的頻率調(diào)制方法。
圖5所表示的是本發(fā)明應用例的裝置構(gòu)成。圖5中l(wèi)為前述半導體激光器， 使用InGaAsP材料的DFB (分布反饋)型可調(diào)諧激光二極管；所發(fā)出的激光經(jīng) 準直透鏡2后變?yōu)槠叫泄馐粓D中3為分東比為1:1的分東鏡，將激光東一分為 二其中一束進入功率計4，用來測定激光功率；另一東光進入光檢測器10, 光電變換后由函數(shù)發(fā)生器8與鎖相增幅器9相組合測定殘余振幅調(diào)制噪聲信號。
圖6為殘余振幅調(diào)制噪聲的測定結(jié)果。圖中的各線表示不同的頻率調(diào)制幅 度時的殘余振幅調(diào)制噪聲的水平，觀察調(diào)制幅度為4mA的測定數(shù)據(jù)，并結(jié)合圖 4的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，功率變化率較小處殘余振幅調(diào)制噪聲水平較低，其中150mA 至160mA處為最低，噪聲水平可減至最大出的八分之一以下，可以證明本發(fā)明 在降低殘余振幅調(diào)制噪聲水平的實際作用。
權(quán)利要求
1、一種半導體激光器的頻率調(diào)制方法，其特征是①將半導體激光器溫度控制為一定常值，從閾值電流以下開始掃引泵浦電流，同時測定半導體激光器輸出光的波長和功率；②根據(jù)功率和波長隨泵浦電流的變化，劃分出半導體激光器的三個特性區(qū)域，即半導體激光器的功率和波長均在變化的PVWV區(qū)、功率飽和而波長在變化的PSWV區(qū)、功率和波長均達到飽和的PSWS區(qū)；③依照所劃定的區(qū)域，使半導體激光器在PSWV區(qū)內(nèi)工作，從而進行單純的頻率調(diào)制。
2、 按權(quán)利要求1所述的半導體激光器的頻率調(diào)制方法，其特征是對PSWV 區(qū)的范圍按如下方法確定測得半導體激光器的功率變化率絕對值為零處對應 波長用Ao來表示，從Xo點開始測到最小波長變化率所對應的拐點波長、，以Xo 和？H間的波長間隔用AX表示，則通過調(diào)制半導體激光器的泵浦電流實現(xiàn)對其 頻率的直接調(diào)制方法中的波長PSWV區(qū)為？io士A人。
3、 按權(quán)利要求l所述的半導體激光器的頻率調(diào)制方法，其特征是釆用以 下裝置來劃定PSWV區(qū)域，即采用溫度控制器將半導體激光器的工作溫度控制 在常值；釆用激光器電源調(diào)整半導體激光器的泵浦電流；釆用分東比為1:1的 分東透鏡將半導體激光器的激光束一分為二其中一東進入激光功率計，用來 測定激光功率；另 一東光進入波長檢測器測定激光波長。
全文摘要
本發(fā)明為一種半導體激光器的頻率調(diào)制方法，屬于光電工程技術(shù)領(lǐng)域。本調(diào)制方法是，當其溫度一定時，利用波長對電流變化飽和區(qū)域相對于功率對電流變化飽和區(qū)域的相對滯后，在功率飽和波長變化區(qū)域內(nèi)對半導體激光器的頻率進行調(diào)制。本發(fā)明改進了半導體激光器頻率調(diào)制的方法，可以有效地抑制由于頻率調(diào)制而伴隨產(chǎn)生的功率的變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制而輸出光功率相對穩(wěn)定不變的目的。
文檔編號H01S5/06GK101308995SQ200810058640
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者吳尚謙 申請人:昆明理工大學