專利名稱：濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電子領域，尤其是濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器。
背景技術：
在外腔式可調(diào)諧激光器中，主要有以下一些調(diào)諧技術(1)通過精密步進馬達帶動光柵的旋轉(zhuǎn)來進行調(diào)諧的，其主要缺點有以下幾個一是為實現(xiàn)光頻率的精密調(diào)諧，對步進馬達的步進精度和重復性要求很高，因此制造成本比較高；二是由于采用步進馬達，不易做到小型化；三是在惡劣工作環(huán)境下的工作穩(wěn)定性比較差，特別是抗各類機械振動的能力比較差，由于存在上述幾個方面的問題，因此，采用這種技術的可調(diào)諧激光器只適合用于實驗室工作環(huán)境中使用。( 利用光柵或激光諧振腔中的其他光學濾波器件，如光學標準具等的透射光頻率隨溫度漂移的特點進行調(diào)諧，這種技術的優(yōu)點是調(diào)諧精度高和輸出光的光譜帶寬比較窄，缺點是速度比較慢，特別是在要求調(diào)諧光譜范圍寬的情況下，這個缺點尤為明顯，例如光學濾波器件的溫度漂移系數(shù)是0. 2納米/度，要求的光頻譜范圍是80納米，溫度調(diào)節(jié)范圍是400度，因此，這在實際應用中是很難實現(xiàn)的。(3)通過微電機系統(tǒng)(MEMS)， 其主要缺點是在惡劣工作環(huán)境下的工作穩(wěn)定性比較差，特別是抗各類機械振動的能力比較差。(4)利用可調(diào)諧聲光濾波器進行調(diào)諧，其優(yōu)點是調(diào)諧速度快，沒有機械移動部件，可以做到小型化，其缺點是調(diào)諧精度不高和濾波帶寬比較寬，因此，單純采用這種技術的可調(diào)諧激光器只適合用于對調(diào)諧精度和輸出帶寬不高的應用中。( 采用單一激光增益介質(zhì)，其光譜范圍很難做到覆蓋C光譜帶和L光譜帶。綜上所述，現(xiàn)有技術不能滿足要求可調(diào)諧激光器具有小型化，在寬光譜范圍內(nèi)的快速調(diào)諧，窄帶激光輸出和在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作的各類應用，特別是光纖通訊中的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種性能穩(wěn)定、體積小、價格低且易于生產(chǎn)的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器。本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的一種濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，包括依次安裝在激光腔內(nèi)的第一激光增益介質(zhì)、第一腔內(nèi)準直透鏡、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧聲光濾波器、 腔內(nèi)反射鏡、光學標準具和腔內(nèi)全反鏡，在第一激光增益介質(zhì)上安裝有第一激光腔端面鏡， 還包括第二激光增益介質(zhì)、安裝在第二激光增益介質(zhì)上的第二激光腔端面鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡，所述的第二激光增益介質(zhì)、第二腔內(nèi)準直透鏡與第一激光增益介質(zhì)、第一腔內(nèi)準直透鏡成垂直方向；一個多層介質(zhì)膜光學濾波器，放置在第一腔內(nèi)準直透鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡后，并與所述的第一腔內(nèi)準直透鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡的輸出光束均成45度，用于耦合第一激光增益介質(zhì)和第二激光增益介質(zhì)的輸出光束；一個射頻信號源，用于提供給可調(diào)諧聲光濾波器射頻能量并通過改變射頻頻率來調(diào)節(jié)激光諧振腔的振蕩波長；兩個激光增益介質(zhì)的泵浦源、有源光相位調(diào)制器的驅(qū)動源和激光器驅(qū)動控制電路。而且，所述的第一激光增益介質(zhì)、第二激光增益介質(zhì)的增益光譜分別為C光譜帶和L光譜帶。而且，所述的第一激光腔端面鏡是在C光譜帶范圍內(nèi)的全反鏡或為部分反射鏡， 所述的第二激光端面鏡是在L光譜帶范圍內(nèi)的全反鏡或為部分反射鏡。而且，所述的多層介質(zhì)膜光學濾波器對C光譜帶光束的光譜范圍接近全透射，對L 光譜帶光束的光譜范圍接近全反射。而且，所述的腔內(nèi)反射鏡和腔內(nèi)全反鏡至少在C光譜帶和L光譜帶光譜范圍內(nèi)等于或接近100%的反射率，所述的腔內(nèi)反射鏡和腔內(nèi)全反鏡為以下幾種類型的反射鏡之一 平面鏡、凸面鏡和凹面鏡。而且，所述的光學標準具的光譜范圍大于或等于186. 15 196. IOTHz光譜帶，其透射光譜峰值間隔為50GHz并具有高銳度系數(shù)；所述的有源光相位調(diào)制器的光譜范圍大于或等于 186. 15 196. IOTHz0而且，所述的可調(diào)諧聲光濾波器為窄帶光濾波器，其光譜范圍等于或大于 186. 15 196. IOTHz的光譜帶，且其濾波光譜的FWHM不大于所述光學標準具透射光頻率的二倍。而且，所述的可調(diào)諧聲光濾波器包括一個聲光晶體和粘貼在所述聲光晶體上的一個聲波換能器，該聲光晶體的晶體材料為Te02。而且，所述的有源光相位調(diào)制器是以下幾種類型之一電光相位調(diào)制器，或者是磁光相位調(diào)制器，或者是液晶相位調(diào)制器，或者是聲光相位調(diào)制器，或者是基于物理光學效應的其他形式的相位調(diào)制器，或者是上述相位調(diào)制器的組合并具有等于或大于186. 15 196. IOTHz的光譜范圍。而且，所述的激光器驅(qū)動控制電路包括一個數(shù)字信號微處理器、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、C帶激光增益介質(zhì)的激光泵浦源、L帶激光增益介質(zhì)的激光泵浦源、有源光相位調(diào)制器驅(qū)動源、可調(diào)諧聲光濾波器驅(qū)動源，數(shù)字信號微處理器接收外部指令信號指令并通過激光泵浦源、有源光相位調(diào)制器驅(qū)動源、可調(diào)諧聲光濾波器驅(qū)動源實現(xiàn)對激光增益介質(zhì)、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動控制功能。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是 1、本外腔式寬帶可調(diào)諧激光器采用了多層介質(zhì)膜光學濾波器將C光譜帶和L光譜帶激光增益耦合起來，在不增加其他光學器件的情況下，大大擴展了可調(diào)諧激光器的輸出光譜范圍，實現(xiàn)了單一激光器的輸出光譜范圍覆蓋C和L光譜帶功能。
2、本外腔式寬帶可調(diào)諧激光器采用了具有光頻率飄移補償?shù)牟⒂蓡我痪w和單一聲光換能器組成的可調(diào)諧窄帶聲光濾波器和有源光相位調(diào)制器，實現(xiàn)了在C光譜帶和L 光譜帶范圍內(nèi)的快速可調(diào)諧輸出，在激光腔內(nèi)用透射光譜峰值為50GHz的具有高銳度系數(shù)的光學標準具進一步壓縮輸出光譜帶寬，并使激光器的輸出嚴格滿足國際光纖通訊標準的規(guī)定。3、本外腔式寬帶可調(diào)諧激光器采用了窄帶可調(diào)諧聲光濾波器和高銳度的光學標準具相結(jié)合，并利用多層介質(zhì)膜的濾波器將C光譜帶和L光譜帶的兩個激光增益介質(zhì)耦合起來，實現(xiàn)了小型、無機械移動部件、寬帶光頻譜范圍內(nèi)的快速調(diào)諧和窄帶的穩(wěn)定激光輸出。具有無機械移動部件、性能穩(wěn)定可靠、成本低、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點，滿足了對于要求尺寸小和極端工作環(huán)境下的可靠運行?？蓮V泛應用于光學測試、光纖通訊、生物、 醫(yī)療器械和光纖傳感器網(wǎng)絡等其他領域中。


圖1是現(xiàn)有的一種普通可調(diào)諧聲光濾波器的示意圖；圖2是現(xiàn)有的一種實現(xiàn)頻率偏移補償?shù)目烧{(diào)諧聲光濾波器示意圖；圖3是在聲光晶體中一次衍射和二次衍射的入射光束、聲波場和衍射光束的波矢關系圖；圖4是一種采用了可調(diào)諧聲光濾波器和單一光標準具的外腔式可調(diào)諧激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是C光譜帶激光增益曲線的示意圖；圖6是L光譜帶激光增益曲線的示意圖；圖7是一激光增益介質(zhì)的光頻率間隔為50GHz的輸出光譜示意圖；圖8是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是多層介質(zhì)膜光學濾波器的透射光譜示意圖；圖10是光頻率覆蓋C光譜帶和L光譜帶的透射光譜間隔為50GHz的可調(diào)諧激光器輸出光譜示意圖；圖11是本發(fā)明的激光驅(qū)動控制電路的原理框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述。圖1顯示了一種普通的可調(diào)諧聲光濾波器100。該可調(diào)諧聲光濾波器100包括換能器22、射頻信號源20、聲光晶體沈，換能器20安裝在聲光晶體上，入射光束2以布拉格角入射到聲光晶體沈，產(chǎn)生零級衍射光束4和一級衍射光束6。聲光濾波器的工作原理是基于一種叫做布拉格衍射的現(xiàn)象。布拉格衍射涉及了光子(光能的量子)和聲子(聲能的量子)的相互作用過程。在這個互作用的過程中，能量和動量都是守恒的。動量守恒要求h K d = fi K1 + t) K s，其中Kd是衍射光子的動量，Π Ki是入射光子的動量，Π Ks是互作用的聲子的動量。約分去掉f!后得到K d = Ki+Ks，這就給出了布拉格衍射最基本的波矢等式，它表明了衍射光的波矢是入射光波矢與聲波波矢的矢量和，如圖3-1所示。能量守恒要求h ωΓ = fi ω + f, Ω，其中cor是衍射光的角頻率，《是入射光的角頻率，Ω是聲波的角頻率。約分去掉后得到G^ = ω + Ω。這表明衍射光子的角頻率被聲波的角頻率輕微改變，即光線的頻率產(chǎn)生了多普勒頻移。
聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)是一種固態(tài)的、可采用電調(diào)諧的帶通光濾波器。與傳統(tǒng)的技術相比，AOTF提供了連續(xù)、快速的調(diào)節(jié)能力和窄的光譜帶寬。聲光濾波器有兩種類型 共線型與非共線型。其中具有高射頻頻率的非共線型和非近軸濾波器可以實現(xiàn)窄帶濾波。 然而根據(jù)上面的公式，￠^= ω + Ω，公式表明光波頻率偏移的大小等于聲波的頻率。盡管因為光線頻率和聲波頻率相差很多個數(shù)量級，從而產(chǎn)生的偏移量很小，但是在一些激光器系統(tǒng)中還是會引起不穩(wěn)定的運行。這個問題的一個解決辦法是使用兩個 A0TF，其中第二個AOTF用來抵消第一個AOTF所帶來的頻率偏移；另一個解決辦法是在同一個聲光晶體上使用兩個換能器。但是這些解決辦法都有幾個缺點1、增加了系統(tǒng)的體積； 2、使得光學對準更為困難；3、引起運行的不穩(wěn)定性；4、增加成本，對大批量生產(chǎn)來說尤為重要。圖2顯示了一種可以有效消除頻率偏移的可調(diào)諧聲光濾波器200，該可調(diào)諧聲光濾波器200包括換能器22、聲光晶體沈、射頻信號源20、全反射鏡觀，入射光束2以布拉格角入射到聲光晶體沈，產(chǎn)生零級衍射光束4和一級衍射光束6，一級衍射光束6經(jīng)全反射鏡經(jīng)聲光晶體沈后產(chǎn)生零級衍射光束10和一級衍射光束12。圖3-1和圖3-2分別顯示了入射光(κ ^、衍射光(κ d)和聲波(κ s)的波矢關系。 正如上面提到的，K κ s = K (1這個關系永遠成立，使用加號(+)還是減號(-)由入射聲波的方向決定。在圖3-1中，光線2(Κ2)、光線6(Κ6)和聲波M(Ks)的關系是K2+Ks =K40聲波K 3不僅僅使得衍射光的方向向上偏移，光線的角頻率ω也向上偏移了 Ω = VsI KsI，其中Vs是聲波的速度。在圖3-2中，光線8(Κ8)、光線12(Κ12)和聲波M(Ks)的關系是= K5-Ks= K120在這種情況下，聲波使得衍射光的方向向下偏移，并且將第二次衍射的光線12的角頻率ω也向下偏移了 vs| Ks|。因為向上和向下的偏移量基本相同，當光線12從聲光濾波器200中射出時，整體頻率偏移被充分的消除了。在一些具體實施中，例如需要窄帶調(diào)節(jié)時，采用的聲光晶體是各向異性并有雙折射特性。其中一種物質(zhì)為二氧化碲(TeO2),由于其運行在剪切模式時具有高光學均勻性、低光吸收度和耐高光功率能力的特點，廣泛使用于這類應用中。其他物質(zhì)例如鈮酸鋰 (LiNbO3)、磷化鎵(GaP)和鉬酸鉛(PbMoO4)也經(jīng)常用于各種聲光器件中。影響選擇特定物質(zhì)的因素有很多，下面僅列出幾種，如聲光器件的類型、高質(zhì)量晶體是否容易獲得以及應用的類型和需求，例如衍射效率功率損耗、入射光與衍射光的分散度和整體器件的大小等?？烧{(diào)諧聲光濾波器200中，根據(jù)不同應用需要，全反鏡觀到聲光晶體沈的距離L 是可調(diào)的。但是，由于聲波場M在聲光晶體中傳播時產(chǎn)生一定的衰減，因此，全反鏡觀應盡可能地靠近聲光晶體沈，這樣可以提高光線8的衍射效率。圖4顯示了一種采用單一光學標準具和如圖2所示的可調(diào)諧聲光濾波器的外腔式可調(diào)諧激光器300。該可調(diào)諧激光器300包括直接鍍在激光增益介質(zhì)34上的激光腔端面鏡 32、激光增益介質(zhì)34、腔內(nèi)準直透鏡36、有源光相位調(diào)制器41、可調(diào)諧聲光濾波器100、腔內(nèi)全反鏡觀、光學標準具42、全反鏡44。其中，激光腔端面鏡32和全反鏡44構(gòu)成了激光諧振腔。激光輸出鏡通常對不同波長或顏色光的反射率不同，這里提到的反射率是與激光器運行的波長帶寬相對應的反射率。激光腔端面鏡32可以根據(jù)不同的情況，采用部分反射鏡，或全反鏡。如果激光增益介質(zhì)是半導體增益介質(zhì)時，由于一般都有比較大的輸出分散角，因此，可調(diào)諧激光器300的腔內(nèi)準直透鏡一般是針對激光增益介質(zhì)是半導體增益介質(zhì)時使用。當激光增益介質(zhì)是氣體，液體或有些固體介質(zhì)時，一般不用腔內(nèi)準直透鏡，而是采用非平面腔鏡以實現(xiàn)腔內(nèi)光束的合理分布。用于光纖通訊中的這類激光器，需要將輸出光束4藕合到光纖中，準直透鏡38是必不可少的。在可調(diào)諧激光器300中，由激光增益介質(zhì)34發(fā)出的寬帶熒光光束36經(jīng)第一腔內(nèi)準直透鏡38準直后的光束2透過有源光相位調(diào)制器41，以布拉格角進入可調(diào)諧聲光濾波器沈，被衍射后的一級衍射光6以布拉格角入射到腔內(nèi)反射鏡觀，反射后的光束8又以布拉格角進入可調(diào)諧聲光濾波器26。值得注意的是，光束2是與聲波場M傳播方向相反的方向上以布拉格角進入可調(diào)諧聲光濾波器沈，而光束8是與聲波場對傳播方向相同的方向上以布拉格角進入可調(diào)諧聲光濾波器沈。因而，入射光束2經(jīng)可調(diào)諧聲光濾波器沈兩次衍射后的光束12具有零光頻率飄移。被衍射后的一級衍射光12經(jīng)光學標準具42后由全反鏡 44反射回激光腔內(nèi)，在激光腔內(nèi)形成激光振蕩和放大。在這個過程中，光束4和10分別作為激光腔內(nèi)光束2和8的零級衍射光束；光束13作為光束12被全反鏡的反射后的光束的零級衍射光束成為激光腔內(nèi)的損耗，光束3是激光腔內(nèi)振蕩過程中被可調(diào)諧聲光濾波器沈所形成的一個零級衍射光束而溢出激光腔外。光束4因其具有最大的能量作為激光輸出光束。光束4、10和13可用于監(jiān)控激光腔內(nèi)的光功率和波長等。由于光束4、10和13是激光腔外光線，所以，使用這類光功率和波長等監(jiān)控器件只要不產(chǎn)生將光束4、10和13全部或部分反射回激光腔內(nèi)，就不影響激光器300的正常工作。正如前面分析的，由于第一次衍射光波長偏移和第二次衍射所產(chǎn)生的光波長偏移正好相反，因此，可調(diào)諧聲光濾波器沈在可調(diào)諧激光器300中的結(jié)構(gòu)中所造成的光波長偏移為零。又由于經(jīng)可調(diào)諧聲光濾波器沈的兩次衍射，在激光腔內(nèi)形成了比一次衍射帶寬更窄的激光振蕩。在光腔中插入的光學標準具42，進一步壓縮激光輸出光的帶寬并使其輸出光的光頻率間隔與其自由光譜程(FSR) —致。如在光纖通訊的應用中，光學標準具42的自由光譜程可為IOOGHz，50GHz或25GHz并應盡可能具有高的銳度系數(shù)，以提高輸出光的邊摸抑制比和窄的輸出光譜。圖7所示的是光纖通訊中常用的光頻譜為C光譜帶或L光譜帶， 輸出頻率間隔為50GHz的可調(diào)諧激光器輸出光譜。激光輸出的調(diào)諧，是通過有源光相位調(diào)制器41和可調(diào)諧聲光濾波器沈來實現(xiàn)的。 改變可調(diào)諧聲光濾波器26驅(qū)動源的射頻頻率，可改變激光腔內(nèi)的光波諧振頻率。根據(jù)不同的光波諧振頻率，有源光相位調(diào)制器41通過調(diào)節(jié)光波的相位使得某一個特定的光波在激光腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩和放大。由于單一激光增益介質(zhì)的增益帶寬是有限的，如在工業(yè)上常用的半導體增益介質(zhì)中，有效增益帶寬一般不超過6THz帶寬。因此，激光器300的可調(diào)諧光譜范圍也不超過6THz 帶寬。能夠擴大可調(diào)諧激光器的輸出光譜范圍，對許多應用來說是非常有益的。如光纖通訊中的常用的C光譜帶和L光譜帶的范圍約為ΙΟΤΗζ，如圖5和6所示。而采用單一激光增益介質(zhì)是很難實現(xiàn)的。下面對本發(fā)明的外腔式可調(diào)諧激光器進行詳細說明本發(fā)明采用了一種多層介質(zhì)膜光學濾波器將兩個激光增益介質(zhì)耦合起來為解決上述問題的提供了一個方法。如圖8所示，外腔式可調(diào)諧激光器400包括第一個激光增益介質(zhì)34、直接鍍在激光增益介質(zhì)34上的激光腔端面鏡32、第一腔內(nèi)準直透鏡38、第二激光增益介質(zhì)35、直接鍍在第二激光增益介質(zhì)35上的激光腔端面鏡33、第二腔內(nèi)準直透鏡39、 多層介質(zhì)膜光學濾波器31、有源光相位調(diào)制器41、可調(diào)諧聲光濾波器沈、腔內(nèi)反射鏡觀、光學標準具42、激光腔全反鏡44及激光器驅(qū)動控制電路。本發(fā)明的可調(diào)諧激光器400的基本工作原理和可調(diào)諧激光器300是一樣的。不同之處在于可調(diào)諧激光器400包含兩個不同光譜范圍的激光增益介質(zhì)及兩個激光腔子腔。其中，第一激光腔子腔由第一激光增益介質(zhì) 34、第一腔內(nèi)準直透鏡38、多層介質(zhì)膜光學濾波器31、有源光相位調(diào)制器41、可調(diào)諧聲光濾波器26、腔內(nèi)反射鏡觀、光學標準具42和腔內(nèi)全反鏡44依次安裝在一起組成，第二激光腔子腔由第二激光增益介質(zhì)35、第二腔內(nèi)準直透鏡39、多層介質(zhì)膜光學濾波器31、有源光相位調(diào)制器41、可調(diào)諧聲光濾波器沈、腔內(nèi)反射鏡觀、光學標準具42和腔內(nèi)全反鏡44依次安裝在一起組成。第二激光增益介質(zhì)35、第二腔內(nèi)準直透鏡39與第一激光增益介質(zhì)34、第一腔內(nèi)準直透鏡38成垂直方向，多層介質(zhì)膜光學濾波器31放置在第一腔內(nèi)準直透鏡38和第二腔內(nèi)準直透鏡39后，并與所述的第一腔內(nèi)準直透鏡38和第二腔內(nèi)準直透鏡39的輸出光束均成45度，用于耦合第一激光增益介質(zhì)34和第二激光增益介質(zhì)35的輸出光束。在本實施例中，第一激光腔端面鏡可以是在C光譜帶范圍內(nèi)的全反鏡或為部分反射鏡，第二激光端面鏡可以是在L光譜帶范圍內(nèi)的全反鏡或為部分反射鏡。多層介質(zhì)膜光學濾波器對C光譜帶光束的光譜范圍接近全透射，對L光譜帶光束的光譜范圍接近全反射。 腔內(nèi)反射鏡和腔內(nèi)全反鏡至少在C光譜帶和L光譜帶光譜范圍內(nèi)等于或接近100%的反射率，腔內(nèi)反射鏡和腔內(nèi)全反鏡可以選擇以下幾種類型的反射鏡平面鏡、凸面鏡和凹面鏡。 光學標準具的光譜范圍大于或等于186. 15 196. IOTHz光譜帶，其透射光譜峰值間隔為 50GHz并具有高銳度系數(shù)。有源光相位調(diào)制器的光譜范圍大于或等于186. 15 196. IOTHz 光譜帶。可調(diào)諧聲光濾波器為窄帶光濾波器，其光譜范圍等于或大于186. 15 196. IOTHz 的光譜帶，且其濾波光譜的FWHM不大于所述光學標準具透射光頻率的二倍，可調(diào)諧聲光濾波器包括一個聲光晶體和粘貼在所述聲光晶體上的一個聲波換能器，該聲光晶體的晶體材料為Te02。有源光相位調(diào)制器可以選擇以下幾種類型電光相位調(diào)制器，或者是磁光相位調(diào)制器，或者是液晶相位調(diào)制器，或者是聲光相位調(diào)制器，或者是基于物理光學效應的其他形式的相位調(diào)制器，或者是上述相位調(diào)制器的組合并具有等于或大于186. 15 196. IOTHz的光譜范圍。第一個激光增益介質(zhì)34的增益曲線如圖5所示，第一激光增益介質(zhì)的增益光譜分別為C光譜帶的頻譜覆蓋范圍為191. 15 196. IOTHz0第二激光增益介質(zhì)35的增益曲線如圖6所示，第二激光增益介質(zhì)的增益光譜分別為L光譜帶的頻譜覆蓋范圍為186. 15 191. IOTHz0多層介質(zhì)膜光學濾波器31的a面鍍增透膜，對C光譜帶光全透。多層介質(zhì)膜光學濾波器31的b面的透射和反射曲線80分三個部分，71,72和73，如圖9所示。曲線80 的71部分對C光譜帶具有高透射率，73部分對L光譜帶具有高反射率，72部分是濾波器曲線80由高透射率向低透射率的過渡，其頻譜寬度為Af0由于實際制作的多層介質(zhì)膜光學濾波器Δι不可能為零(Δ ·越小，多層介質(zhì)膜濾波器的制作難度就越大)，因此，采用多層介質(zhì)膜光學濾波器的耦合不能做到“無縫”耦合，而這部分光譜如果和激光增益介質(zhì)34和第二激光增益介質(zhì)35的增益光譜交叉，即72光譜部分包含了激光增益介質(zhì)34和第二激光增益介質(zhì)35的增益光譜，則這部分光譜的光束，如果形成激光振蕩和放大，會在激光增益介質(zhì)34和第二激光增益介質(zhì)35中同時形成激光振蕩和放大，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定激光輸出。 因此，在實際應用中，應避免這種情況發(fā)生。例如，在用于光纖通訊的光頻率間隔為IOOGHz 的可調(diào)諧激光器中，C光譜帶的在長波方向的最后一個頻道和L光譜帶在短波方向的第一個頻道的光頻率間隔為100GHz，因此，只要濾波器曲線80的Af小于100GHz，就能實現(xiàn)在頻譜覆蓋C光譜帶和L光譜帶的光頻率間隔為IOOGHz的可調(diào)諧輸出。對于光頻率間隔為 50GHz或25GHz的可調(diào)諧激光器，采用多層介質(zhì)膜光學濾波器進行C光譜帶和L光譜帶的激光增益介質(zhì)的耦合的難度就大大增加。由第一激光增益介質(zhì)34發(fā)出的光束經(jīng)第一腔內(nèi)準直透鏡38準直后成為光束2，由第二激光增益介質(zhì)35發(fā)出的光束經(jīng)第二腔內(nèi)準直透鏡38準直后成為光束30。多層介質(zhì)膜光學濾波器31的放置角度與光線2和光線30均成45度角。光束2透過濾波器31的a和 b面，在由端面鏡32和全反鏡44組成的激光腔的第一個子腔中形成激光振蕩。光束30經(jīng)濾波器31的b面全反射，在由端面鏡33和全反鏡44組成的激光腔的第二個子腔中形成激光振蕩。第一個子腔和第二個子腔的激光均通過調(diào)節(jié)有源光相位調(diào)制器和改變射頻信號源 20的射頻頻率進行調(diào)諧，并都在光束4輸出。最終實現(xiàn)單一激光器的輸出光譜范圍覆蓋C 和L光譜帶，如圖10所示。上述外腔式可調(diào)諧激光器400的總驅(qū)動控制電路系統(tǒng)如圖11所示。該激光器驅(qū)動控制電路包括帶有嵌入式軟件程序的數(shù)字信號微處理器(DSP) 118、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A) 設備104、108、112和116、激光泵浦源102用于泵浦L帶第二激光增益介質(zhì)35、激光泵浦源 106用于泵浦C帶激光增益介質(zhì)34、有源光相位調(diào)制器驅(qū)動源110、射頻信號源114。帶有嵌入式軟件程序的數(shù)字信號微處理器(DSP) 118通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)設備104、108、112和 116來分別控制激光泵浦源102、激光泵浦源106、有源光相位調(diào)制器驅(qū)動源110、射頻信號源114。數(shù)字信號微處器118也可以接收外部指令來對可調(diào)諧激光器400進行控制。上述說明僅起演示和描述的作用，并不是一個詳細無遺漏的說明，也沒有意圖將本發(fā)明限制在所描述的具體形式上。經(jīng)過上面的描述，對本發(fā)明的許多改動和變化都可能出現(xiàn)。所選擇的具體實施僅僅是為了更好的解釋本發(fā)明的原理和實際中的應用。這個說明能夠使熟悉此領域的人可以更好的利用本發(fā)明，根據(jù)實際需要設計不同的具體實施和進行相應的改動。
權利要求
1.一種濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，包括依次安裝在激光腔內(nèi)的第一激光增益介質(zhì)、第一腔內(nèi)準直透鏡、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧聲光濾波器、腔內(nèi)反射鏡、光學標準具和腔內(nèi)全反鏡，在第一激光增益介質(zhì)上安裝有第一激光腔端面鏡，其特征在于還包括第二激光增益介質(zhì)、安裝在第二激光增益介質(zhì)上的第二激光腔端面鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡，所述的第二激光增益介質(zhì)、第二腔內(nèi)準直透鏡與第一激光增益介質(zhì)、第一腔內(nèi)準直透鏡成垂直方向；一個多層介質(zhì)膜光學濾波器，放置在第一腔內(nèi)準直透鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡后，并與所述的第一腔內(nèi)準直透鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡的輸出光束均成45度，用于耦合第一激光增益介質(zhì)和第二激光增益介質(zhì)的輸出光束；一個射頻信號源，用于提供給可調(diào)諧聲光濾波器射頻能量并通過改變射頻頻率來調(diào)節(jié)激光諧振腔的振蕩波長；兩個激光增益介質(zhì)的泵浦源、有源光相位調(diào)制器的驅(qū)動源和激光器驅(qū)動控制電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的第一激光增益介質(zhì)、第二激光增益介質(zhì)的增益光譜分別為C光譜帶和L光譜帶。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的第一激光腔端面鏡是在C光譜帶范圍內(nèi)的全反鏡或為部分反射鏡， 所述的第二激光端面鏡是在L光譜帶范圍內(nèi)的全反鏡或為部分反射鏡。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的多層介質(zhì)膜光學濾波器對C光譜帶光束的光譜范圍接近全透射，對 L光譜帶光束的光譜范圍接近全反射。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的腔內(nèi)反射鏡和腔內(nèi)全反鏡至少在C光譜帶和L光譜帶光譜范圍內(nèi)等于或接近100%的反射率，所述的腔內(nèi)反射鏡和腔內(nèi)全反鏡為以下幾種類型的反射鏡之一 平面鏡、凸面鏡和凹面鏡。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的光學標準具的光譜范圍大于或等于186. 15 196. IOTHz光譜帶，其透射光譜峰值間隔為50GHz并具有高銳度系數(shù)；所述的有源光相位調(diào)制器的光譜范圍大于或等于186. 15 196. IOTHz光譜帶。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的可調(diào)諧聲光濾波器為窄帶光濾波器，其光譜范圍等于或大于 186. 15 196. IOTHz的光譜帶，且其濾波光譜的FWHM不大于所述光學標準具透射光頻率的二倍。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的可調(diào)諧聲光濾波器包括一個聲光晶體和粘貼在所述聲光晶體上的一個聲波換能器，該聲光晶體的晶體材料為Te02。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的有源光相位調(diào)制器是以下幾種類型之一電光相位調(diào)制器，或者是磁光相位調(diào)制器，或者是液晶相位調(diào)制器，或者是聲光相位調(diào)制器，或者是基于物理光學效應的其他形式的相位調(diào)制器，或者是上述相位調(diào)制器的組合并具有等于或大于186. 15 196. IOTHz的光譜范圍。
10.根據(jù)權利要求1所述的濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器， 其特征在于所述的激光器驅(qū)動控制電路包括一個數(shù)字信號微處理器、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、C帶激光增益介質(zhì)的激光泵浦源、L帶激光增益介質(zhì)的激光泵浦源、有源光相位調(diào)制器驅(qū)動源、可調(diào)諧聲光濾波器驅(qū)動源，數(shù)字信號微處理器接收外部指令信號指令并通過激光泵浦源、有源光相位調(diào)制器驅(qū)動源、可調(diào)諧聲光濾波器驅(qū)動源實現(xiàn)對激光增益介質(zhì)、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動控制功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種濾波器耦合雙激光增益介質(zhì)的外腔式寬帶可調(diào)諧激光器，包括依次安裝在激光腔內(nèi)的第一激光增益介質(zhì)、第一腔內(nèi)準直透鏡、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧聲光濾波器、腔內(nèi)反射鏡、光學標準具和腔內(nèi)全反鏡，第二激光增益介質(zhì)、安裝在第二激光增益介質(zhì)上的第二激光腔端面鏡和第二腔內(nèi)準直透鏡，一個用于耦合第一激光增益介質(zhì)和第二激光增益介質(zhì)的輸出光束的多層介質(zhì)膜光學濾波器，一個射頻信號源，兩個激光增益介質(zhì)的泵浦源、有源光相位調(diào)制器的驅(qū)動源及激光器驅(qū)動控制電路。本發(fā)明設計合理，實現(xiàn)了單一激光器的輸出光譜范圍覆蓋C和L光譜帶功能，擴展了可調(diào)諧激光器的輸出光譜范圍，具有性能穩(wěn)定可靠、成本低、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點。
文檔編號H01S3/10GK102332678SQ20111022208
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權日2011年8月4日
發(fā)明者高培良 申請人:天津奇譜光電技術有限公司