CN100414793C - 光纤光栅稳定的半导体泵激源 - Google Patents

光纤光栅稳定的半导体泵激源 Download PDF

Info

Publication number
CN100414793C
CN100414793C CNB008060320A CN00806032A CN100414793C CN 100414793 C CN100414793 C CN 100414793C CN B008060320 A CNB008060320 A CN B008060320A CN 00806032 A CN00806032 A CN 00806032A CN 100414793 C CN100414793 C CN 100414793C
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
light
optical
light source
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB008060320A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1346527A (zh
Inventor
M·齐亚里
S·奥布里恩
M·哈格伯格
R·J·朗恩
E·韦尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viavi Solutions Inc
Original Assignee
SDL Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SDL Inc filed Critical SDL Inc
Publication of CN1346527A publication Critical patent/CN1346527A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100414793C publication Critical patent/CN100414793C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/04—Gain spectral shaping, flattening
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094096—Multi-wavelength pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0656—Seeding, i.e. an additional light input is provided for controlling the laser modes, for example by back-reflecting light from an external optical component
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/146—External cavity lasers using a fiber as external cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Abstract

一种用于泵激光纤放大器与光纤激光器等光纤设备的大功率半导体激光器，它包括置于后端与输出端之间的光增益区，而光增益区的宽度在输出端比在后端更大。光增益区可以包括耦合至喇叭形放大区的单模信道区。激光器输出的光经透镜系统耦入光纤而传播到被泵激的光纤设备。光例如从光纤布拉格光栅反馈入激光器，使激光器工作于相干塌陷。与相干塌陷有关的宽带宽输出让激光器将高光功率送入光纤而不发生受激的Billion散射。光纤光栅反馈改善了激光器输出光束的质量，因而提高了对光纤的耦合效率。泵激激光器可泵激多台光纤设备，可将多个泵激激光器组合在一起。

Description

光纤光栅稳定的半导体泵激源
技术领域
本发明一般涉及基于半导体激光二极管的光增益元件，尤其涉及波长稳定、输出衍射受限的激光二极管。
背景
光通信系统正越来越多地应用例如要求对光纤放大器或光纤激光器作光泵激的光纤系统。掺稀土光纤放大器(EDFA)正越来越多地应用于远距的、无转发器的光纤链路，且特别适用于水下通信链路。嗽曼放大器等其它类型的光纤放大器正在研制之中，不久就可配用于商用通信系统。
对用于泵激光纤系统的激光器，提出了若干通常相抵触的要求，如泵激激光器的输出功率要高。这样就增大了DEFA的增益，把光通信信号提升到更高的电平，要求用更少的光纤放大器覆盖给定长度的光纤链路。为保持恒定的增益，激光器的光谱与输出功率要稳定。
然而，有一个问题是，单一横向模半导体器件的有效泵激功率一般低于约300mW，要得到更高的泵激功率就要求把多个激光器的输出组合起来，由此增大了费用与复杂度。另一个问题是，常规Fabry Perot或DFB激光器的输出功率与输出光谱会因电流或温度变化发生很大的波动，导致EDFA的增益发生变化，使通信信号的幅值变得不稳定。为实现增益平坦度并得到更高的泵激功率，要求通过若干泵激激光器的波分复用(WDM)来稳定泵激波长。
再一个问题是，当光纤中窄线宽光的功率电平过高时，存在非线性寄生过程，如受激的布里渊散射(SBS)。对于带宽一般约20MHz的DFB单模半导体激光器发射的光，光纤中SBS的阈值范围通常为5mW到10mW。这些低的SBS阈值有效地覆盖了现有光源能提供的泵激功率，这类光源包括单模激光器、主控振荡器/功率放大(MOPA)系统，甚至光谱强度大于约10mW/20MHz的多模激光器。
因此，要求有一种大功率激光器来泵激放大器与激光器等光纤系统，它能提供比常规单模激光器更大的功率，其输出的功率与光谱分量更稳定，且能克服非线性寄生过程设置的功率极限。
发明内容
一种半导体光源利用喇叭形增益部来提供可以耦入单模光纤的增大的功率。一种诸如布拉格光纤光栅的选频反射器，可用来反馈半导体光源的输出，使其造成相干塌陷。对于各种基于光纤的应用，如泵激光纤放大器或光纤激光器，可在光纤内用该光源提供高的光功率电平。单个这样的光源可以为多种光纤应用装置一起使用，多个这样的光源也可一起使用。
在本发明一实施例中，泵激激光器包括一个半导体增益元件，它具有第一端与输出端，在该两端之间有一光增益区而该光增益区的宽度在输出端比第一端更大。该泵激激光器还包括一根光纤和光耦合系统，光纤有一输入端，并包括一选频反射器，用于以在半导体增益元件光增益区中放大的光波长提供反射，而光耦合系统用于将增益元件输出端输出的光光耦入光纤的输入端。
本发明的另一实施例是一种半导体泵激源，其半导体增益元件有一后面，还有一喇叭形增益部分，喇叭形增益部分的宽端与增益元件的正输出面耦合。光纤具有第一端，光纤中形成的折射率光栅以在半导体增益元件中放大的光波长提供反射率。设置的光耦合系统将来自增益元件正面的光光耦入该光纤的第一端。折射率光栅具有反射率，与半导体增益元件有一距离，反射率与距离都按泵激源的相干塌陷操作而选择。
本发明的再一个实施例是一种光纤系统，它具有第一泵激激光器和被耦合成接收来自第一泵激激光器的泵激光的第一可激发光纤介质。第一泵激激光器包括第一半导体增益元件，它具有第一端与输出端，在这两端之间设置一光增益区，该区的宽度在输出端比第一端更大。第一光纤有一输入端，且包括一选频反射器，用于以在半导体增益元件的光增益区中放大的光波长提供反射。设置的第一透镜系统将来自该增益元件输出端的光光耦入第一光纤的输入端。
在本发明又一实施例中，半导体激光器装置包括一半导体增益元件，它具有第一端与输出端，在这两端之间有一光增益区，该区的宽度在输出端大于第一端。光纤具有输入端，并包括一以在半导体增益元件光增益区中放大的光波长反射的波长可选反射器。光耦合系统将来自增益元件输出端的光光耦入该光纤的输入端。该装置中形成的选模区可以优选最低次横向横。
在本发明再一个实施例中，半导体增益元件有第一端与输出端，在这两端之间有一光增益区，该区的宽度在输出端比第一端更大。光耦合系统将来自增益元件输出端的光光耦入该光纤的输入端。设置的光反馈元件将来自半导体增益元件输出端的光反馈入该半导体增益元件。光反馈元件把光优先反馈给半导体增益元件，因而从输出端输出并耦入光纤导向模的光的耦合效率大于30％。
在本发明还有一实施例中，激光设备包括一个用于放大光的半导体放大装置，该装置具有第一端和比第一端更宽的输出端。该激光设备还包括一个对从半导体放大装置输出端接收到的光反射的光反射装置，它在一预选波长范围内反射。光耦合装置在半导体放大装置的输出端与光反射装置之间耦合光。半导体放大装置输出的光是相干塌陷的。
上述本发明内容不打算描述本发明的每个示例实施例或每种实施方法。参照以下结合附图的描述与权利要求书，显然能更全面地理解本发明的其它目的和结果。
附图简介
研究了下述结合附图对本发明各实施例所作的详细描述，可更全面地理解本发明，其中：
图1示出光纤通信系统一实施例；
图2示出一半导体增益元件，其喇叭形放大区耦合至单模波导区；
图3A与3B示出本发明一实施例将光从半导体增益元件耦合至具有光纤光栅的光纤的一种方法；
图4示出将光从半导体增益元件耦合至具有光纤光栅的光纤的另一种方法；
图5示出半导体增益元件的另一实施例，其喇叭形增益部分耦合至光纤光栅；
图6示出由相干塌陷半导体激光器泵激的光纤激光器的实施例；
图7A与7B示出由相干塌陷半导体激光器泵激的级联光纤喇曼激光器的不同实施例；
图8A示出具有多个相干塌陷大功率激光器的光纤系统；
图8B示出一例泵激波长方案，用于应用多泵激源的喇曼增益装置；
图9示出具有波长复用泵激源的光纤激光系统；
图10示出具有与多个光纤激光器耦合的多个泵激激光器的光纤系统；
图11示出一半导体激光器实施例，其喇叭形增益区耦合至光纤；
图12示出喇叭形的、不稳定谐振腔(FUR)半导体激光器在光栅锁定时的光纤光输出与电流的关系曲线；
图13示出FUR半导体激光器工作于光栅锁定光谱；和
图14示出FUR半导体激光器工作于有与没有外来光纤光栅反馈时的远场波束图案。
虽然本发明可作各种修改与采用替代形式，但是其特定形式已示例显示在附图中并作详细描述。但应明白，本发明并不限于描述的具体实施例，相反地，本发明包括落在所附权利要求书限定的本发明精神与范围内的所有修改，等效形态和替代形式。
较佳实施例的详细描述
本发明适用于大功率激光二极管源，这种源尤其适于向基于光纤的应用装置提供光功率，诸如泵激光纤激光器与光纤放大器之类的可激发光纤介质。
图1示出一例基于光纤的光通信系统100，它具有用光纤通信信道106耦合的发射单元102和接收单元104。该系统以应用单个光波长或应用多个光波长为基础。应用多个光波长(称为波分复用WDM)的一般方法是在发射端将各种波长的信号复用为单个复用信号，而在接收端对各波长分量去复用。也可以使用密集WDM(DWDM)系统。如本文所使用的，“WDM”包括了DWDM。
通信系统100可以是一种WDM系统，发射单元102可以包括许多分别工作于不同波长λ1、λ2...λn的半导体激光发射机108-1、108-2...108-n。激光发射机一般的工作波长约1550nm，尽管其它波长的通信也是可行的。各激光发射机108-1、108-2...108-n输出的光在复用器110中组合后经光纤信道106发送，通过光纤信道106传播后，接收单元104接收该复用的光信号，光在去复用器112中被分成其不同的波长分量λ1、λ2...λn，并被各自的接收机114-1、114-2、...114-n检测。
光纤信道106可以包括多根光纤，但为了简明起见，以下描述只讨论单根光纤，不要误认为限制了本发明。随着信号在发射机与接收机之间传播，光纤中的传输损耗会削弱信号强度。光放大器一般沿光纤定位，当信号到达接收机时，强得足以将误差减至可接受的程度。图中示出两类放大器。一类放大器以应用掺稀土光纤为基础：掺铒光纤放大器(EDFA)正越来越多地在光纤通信中用于放大约1550nm的光信号。光纤通信信道106可以包括一个或多个EDFA。图中示出了两个EDFA部分116与118，每一部分由EDFA泵120泵激，而泵120通常是一种工作波长约980nm的半导体激光器，泵120经耦合光纤122和光纤-光纤耦合器124耦合至EDFA。
另一类放大器是利用喇曼增益放大光信号的喇曼放大器(RA)。图中示出两个RA部分126与128。第一RA部分作为前置放大器位于第二EDFA118之前，而第二RA部分作为前置放大器位于接收单元104前面，两者都用RA泵130泵激。当光信号波长约1550nm时，根据RA部分使用的光纤类型(它决定了喇曼-斯托偏移)，RA泵130一般是一种工作波长约1480nm的半导体激光器。RA泵激光经耦合光纤132和光纤-光纤耦合器134从RA泵130耦合至RA部分126与128。
可以应用其它类型的放大器，包括远离泵激光的远程放大器。对于远程放大与分布放大系统而言，解决SBS是一个重要问题。
现在讨论半导体激光器源的诸实施例，这类源适用于泵激诸如EDFA泵120和RA泵130等光纤设备。本发明的半导体激光器源在后端与输出端之间有一光增益区，其宽度在输出端比在后端更大。在有些实施例中，光增益区输出端的宽度大于10μm；在另一些实施例中，增益区输出的宽度比在后端的宽度大40％以上。光增益区可以折射率导引或增益导引、二者的结合，或者至少在横向尺寸上不导引。在有些实施例中，光增益区可以包括一窄的主折射率导引的信道，基模传播损耗最小。这种信道可以(但不要求)对高次模引入足够大的损耗而只让基模振荡。信道被耦合至喇叭形增益区，使光发散传播通过该区。喇叭形区域至少在一个平面内允许作衍射受限的自由发散传播。喇叭形区可以有一定的光约束度，使光通过该区的发散度小于有限的自由衍射。喇叭形区一般纵向受约束。
图2示出一例输出端比输入端宽的半导体激光器源，图中示出了美国专利5,392,308和5,537,432中描述过的一种不稳定谐振腔半导体激光器200，上述专利结合在此作参照。这种设备包括对高光强作放大的喇叭形放大器部分202，和可以起空间模滤光器作用的折射率导引信道204，如集成了喇叭形放大器的单空间模信道能产生衍射受限的大功率光源，因而可用单个半导体激光器源产生大功率。该图并不对喇叭形放大器部分202与折射率导引信道204的相对长度提出限制，喇叭形放大器部分202可以明显长于信道204，也或明显短于信道204，或者它们采纳任意中等的比率。
通常把激光器200的后面206涂成具有高反射率(HR)，而把正面208涂成具有低反射率(LR)，使激光器200产生的光从正面208出射。在面206与208之间形成一谐振腔，当激光器200被泵激到高于某阈值电平时，就开始振荡而产生输出210。在半导体元件内从正面208反射的大部分光211在反射后继续发散，因而从正面208反射的光只有一小部分真正返回折射率导引信道204，为激光器振荡提供反馈。激光器200可以称为喇叭形不稳定谐振腔(FUR)。
在激光器后端用光栅作波长稳定的激光器，在泵激光纤设备时会产生若干问题。首先，在半导体增益元件上配用分布型布拉格反射器(DBR)光栅之类反射光栅的激光器，会产生窄线宽的相干输出，导致低的SBS阈值。另外，对大功率喇叭形半导体激光器源已经提出了一种选择性光谱滤光器，所用的块状光栅或光纤光栅被定位成耦合来自激光器后面的光。该光栅提供的波长选择反馈起着选择性空间模滤光器的作用，可以稳定或调谐喇叭形放大器部分的工作。在Vincent V.Wong等人撰写的“High-Power，Diffraction Limited InGaAsP FlaredUnstable Resonators at 840nm”论文中(1997Digest of the LEOS Summer TopicalMeetings，pp.74-75，August 11-191997，Montreal，Quebec，Canada)，报道了这种情况。光纤光栅与后面对准的几何形状未对光纤泵激优化，因为它要求激光器与两根光纤耦合，即耦合至设备后端的光纤和耦合至设备输出的光纤。与两根光纤作耦合较复杂，降低了可靠性，增大了损耗，降低了效率。另外，激光器会产生容易导致低SBS阈值的相干窄线宽输出。
如S.Delepine等人揭示的那样(Electronics Letters Vol.35，No.221stJan.1999)，喇叭形不稳定腔半导体激光器的输出一直耦合至单模光纤。该光纤不包括任何对激光器作外部反馈的布拉格光栅。在准直透镜系统的透镜之间插一个隔离器，以避免来自透镜与光纤输入面的反馈。因此，为避免对激光器的反馈，宁愿承受隔离器的插入损耗。高达370mW的1480nm光可以耦入该光纤。然而，耦入光纤的最大功率在功率小于激光器最大功率时出现，且受制于耦合效率的劣化，而耦合效率劣化可以解释为激光器发射光的强度分布的劣化。
这样，在该系统中，光反馈是一个要以隔离器的插入损耗为代价而才能予以避免的问题。另外，远场波束分布的劣化限制了耦合效率，同时也限制了能注入光纤的光功率绝对电平。
正如P.Salet等人在“1.1-W Continuous-Wave 1480nm Semiconductor Laserswith Distributed Electrodes for Mode Shaping”一文中讨论的那样(IEEE PhotonicsTechnology Letters，Vol.10，pp.1706-1708，1998)，在具有喇叭形增益区的大功率设备中，波束分布劣化的一个可能的原因是丝化现象，上文结合在此作参照。如在带喇叭形增益区的激光器中发生的那样，当光加倍通过放大器时，放大器中的丝化现象尤其成问题，参见“Spontaneous Filamentation in Broad-Area Diodelaser Amplifiers”一文(R.J.Lang等人，IEEE Journal of Quantum Electronics，QE-30，pp.685-694，1994)，该文结合在此作参照。通过减少放大介质的非线性并提高波束质量，可减少丝化的发生。
在激光器200输出侧设置光纤光栅，可以稳定激光器200。这种情况如图3A与3B所示，图中表示半导体FUR激光器300的正交视图，其输出经透镜系统耦合至光纤330。激光器300包括在一端耦合至喇叭形放大器部分302的折射率导引信道304，信道304的另一端在有高反射涂层的后面306上端接。喇叭形放大器部分302的宽端在有低反射涂层的输出端308上端接。经输出端308发射的光310由透镜系统320耦入光纤330的输入端332。光纤330通常是单模光纤。另外，光纤330可以是保偏型光纤。
光纤330包括一布拉格光纤光栅(FBG)334，它把足够的光反射回激光器300而造成相干塌陷。相干塌陷的描述可参见R.W.Tkatch与A.R.C hraplyvy撰写的论文″Regimes of Feedback Effects in 1.5μm Distributed FeedbackLasers″(Journal ofLightwave Technology，Vol.LT-4，pp.1655-1661，1986，结合在此作参照)和美国专利5,484,481、5,563,732与5,715,263(也结合在此作参照)。在相干塌陷特征中，外部反射器将来自激光器的光反馈给激光腔而扰动了激光器光谱。相干塌陷的发动依赖于若干因素，包括外部反射器的反射率、外部反射器的带宽、外部反射器与激光器之间的间隔以及激光器的相干时间。
相干塌陷以宽广的时间平均输出谱为特征，其宽度与外部反射器反射率谱的宽度相关。相干塌陷输出的宽度广阔，通常为GHz级或更宽，该带宽比单模操作宽得多，而常规分布型反馈(DFB)半导体激光器或带DFB振荡器的MOPA的带宽一般约20MHz。另外，相干塌陷输出的谱密度明显低于多模Fabry-Perot半导体激光器，其中激光器功率限于整个工作带宽内窄的Fabry-Perot模。结果，与应用常规DFB或Fabry-Perot激光器时相比，在相干塌陷情况下，光纤中的SBS发动以高得多的功率电平出现。因此，相干塌陷型激光器能工作于几百(若不说几千的话)mW而不出现比常规窄带激光器的SBS阈值高许多倍的SBS发动。
外部反射器可以是耦合至激光器输出端的光纤内的光纤布拉格光栅
(FBG)，也可以是其它类型的反射器，如位于基片或光纤输入面上的介质涂层，或者是另一些合适类型的反射器，它具有可以选择的反射率谱，以提供所需的相干塌陷型激光输出谱。
对于在离激光器0.5m至2m范围内，最好在0.5至1m范围内的位置，外部反射器的反射率一般小于10％。外部反射器的反射率最好选得尽量低些，以便使对光纤系统的泵激光量最大，不过也要高得足以将激光器锁定于FBG并引起相干塌陷。另一方面，反射率过高会降低光纤耦合效率，从而减小光纤中的输出功率。另外，对于外部反射器与激光器之间一定的间距，反射率过高会防碍相干塌陷操作。因此，显然要把反射率选成能优化期望的系统特性。
光从激光器经光纤传播会在光纤中受到消偏振，为了减小消偏振作用，应缩小光纤光栅与激光器间的距离。另一方面，应缩小光纤光栅与激光器间的距离。另一方面，将外部反射器靠近激光器则会导致窄线宽操作和/或产生模跳跃不稳定性。
在图3A与3B的一例类型的泵激激光源中，利用以金属有机化学气相淀积法在砷化镓(GaAs)衬底上生长的InxGa1-xAs有源区，制作一半导体增益元件。该有源区有两部分，后面的单模窄脊波导部分耦合至喇叭形放大器部分，整个有源区上有单个金属触点，后面涂有高反射率涂层，正面有防反射涂层。激光器工作于约980nm。
图12示出该半导体器件用光纤耦合测得的光-电流(L-I)特性，阈值电流约0.5A，倾斜效率约0.5W/A，电流为2.12A时通过光纤的最大连续输出功率约525mW。
激光器输出耦入具有用UV刻写的光纤布拉格光栅的单模光纤，光栅的反射率在980nm为约10％，3dB带宽约1nm。激光器与光栅的间距约1m。当输出耦入光纤时，激光器锁定至光纤光栅。光栅锁定的激光输出光谱测量为约1nm，类似于光纤光栅的带宽：该谱图示图13。用偏振控制器扭绞光纤，可调节反馈到激光器的光的有效百分比，光反馈到激光器的实际百分比未作测量。光耦合通过光纤的最大百分比超过56％。
将来自激光器的准直输出(用透镜系统320中位于第二与第三透镜324与326之间的薄膜分束器分离)成像，测量横向远场波束质量，测量时有和没有光纤光栅反馈两种情况，结果示于图14。测量时通过光纤的功率约80mW。有光纤光栅反馈时，发现远场波束质量有改进：远场波束分布曲线中的中央大波峰的功率增大约5至10％，导致衍射受限的中央旁辨同样增大。当光纤光栅反馈足以将激光波长锁定到光纤光栅时，功率增大。
工作于约1485nm的另一个半导体激光器，由于锁定到光纤光栅，输出波束分布曲线中中央旁辨的功率也增大了。该激光器的阈值电流约0.75A，耦合通过光纤的超过525mW，相当于大于40％的耦合效率。该激光器在A.Mathur等人的论文″Very High Power 1.48μm Semiconductor Lasers″(Electronics Letters，Vol.35，No.12，pp.983-985，June 1999)和A.Mathur等人的论文″High PowerGrating Stabilized 1480nm Flared Semiconductor Pump Laser″(Tenth OpticalAmplifiers and Their Applications，OSA Technical Digest(Optical Society ofAmerica)，Washington D.C.，1999，pp.263-266)中有详细描述，这些论文结合在此作参照。
因此，除了引起相干塌陷外，另一重要结果是光纤光栅反馈还具有提高喇叭形半导体激光器远场波束质量的附加优点，由此提高了光纤耦合效率，这在功率电平较高时尤为重要。因此，本发明可以解决或至少扩展Delepine等人揭示和上述讨论的光纤耦合效率在大功率时的极限。
耦合效率通常定义为光从半导体增益元件的输出端耦入光纤导引模或多个导引模(光纤为多模光纤时)的百分比。从激光器到光纤的耦合效率可以大于30％，大于50％，或者在耦合光学元件足以接近衍射受限的情况下，可以大于70％。
光纤反馈的一个附带优点是，提高的远场波束质量可减少激光器在大功率时出现丝化的机会。一个可能的原因是，相干塌陷下的反馈大部分是不相干的，这与上述参照论文中Lang等人讨论的相干反馈正相反，而相干反馈被认为会造成光学非线性而导致丝化现象。
在图示的具体实施例中，至少部分地用FBG 334的反射带宽确定激光器300的输出带宽。FBG反射带宽可按具体应用来选择，如在用激光器300泵激稀土光纤放大器的情况下，FBG反射带宽可以选成使激光器300输出光的带宽与掺杂稀土离子的吸收带宽相匹配。
用外接光纤光栅控制激光器带宽的另一优点是，在用激光器泵激光纤放大器时，泵激光谱相对于光纤放大器的吸收谱的稳定度提高了，且与泵激光纤放大器的激光器的工作电流与温度变化无关。在常规泵激激光器中，电流或温度变化引起的输出谱变化会导致泵功率变化，使光通信信号的幅值发生波动。由于相干塌陷激光器的光谱主要以FBG为特征，因而输出对温度的灵敏度由光纤材料决定，而该材料对温度的敏感性比激光器的半导体材料要低数十倍。与此对照，常规半导体激光器一般易因各种因素而造成输出谱的变化，如温度变化引起的模跳跃和长期老化作用。因此，常规半导体泵激激光器泵激掺稀土放大器的肯定有问题，尤其在活性物质具有窄吸收带宽的情况下更成问题。
透镜系统320可以有多块透镜或只有单块透镜，用于将激光器出射的光310导入光纤330。激光器300的输出310是像散的。当透镜系统320通过在水平面将折射率导引信道304的端部312成像到光纤330的纤芯上，同时在垂直面将垂直约束波导314的输出成像到纤芯而校正像散时，就出现高的光耦合效率。这种聚焦状态还导致将FBG 334反射的光有效地耦入信道304。FBG 304反馈的光在到达信道304前先通过喇叭形放大部分302成像。
激光器300出射的光310是像散的，因为用于在水平与垂直面成像的聚焦平面相互有位移。另外，平行于半导体结的水平面(图3A的X-Z平面)内的发散角不同于垂直于该结的平面(图3B的Y-Z平面)的分散角。因此，透镜系统320对不同的平面必须具体不同的光焦度。要求透镜系统有一个具体环形光焦度的聚焦元件，既其X-Z平面内的光焦度与Y-Z平面内的光焦度不同。因此，其表面在X-Z平面具有第一曲率半径而在Y-Z平面具有第二曲率半径的透镜具有环形光焦度。曲率半径之一为无穷大的柱面透镜被认为具有环形光焦度。
因3A与3B的透镜系统320是一种多透镜系统，第一透镜322是在Y-Z平面准直输出的柱面透镜，第二透镜324是在X-Z平面内准直输出的柱面透镜，第三透镜一般是非环形透镜，如球面或非球面透镜，将准直光328聚焦到光纤330的纤芯中。透镜系统320经配置，在第二与第三透镜324与326之间使光束310沿水平与垂直方向的宽度接近相等。
可以使用另外一些透镜系统，包括如图4所示的单透镜420。在与本申请共同转让的美国专利5,790,576(结合在此作参照)中，讨论了具有环形表面的单透镜，它们适于聚焦或准直来自FUR的光。显然，可以多种不同的透镜配置与透镜组合在光纤与FUR激光器之间实现有效的光耦合。因此，应用术语“透镜系统”并不打算限制透镜的数量或类型，而是试图包括将光从FUR激光器耦合到光纤的任何光学系统。
也可以省略折射率导引信道304。图11示出其输出经透镜系统1120耦合到光纤1130的半导体激光器1100，它包括一喇叭形增益部分1102，它在输出端1108比后端1106更宽，后端1106一般有高反射率涂层，输出端1108有防反射涂层，经输入端1108发射的光1110被透镜系统1120耦入光纤1130的输入端1132。光纤1130配有为相干塌陷提供反馈的FBG 1134，并具有单模纤芯1136，因而注入纤芯1136并从FBG 1134向激光器1100射回的光被空间滤光成单横向模，于是单模光纤1130控制激光器1100的空间模，而光栅1154控制激光输出的谱特性。为优化效率，透镜系统1120在水平面内将来自光纤输入端1132的光聚焦到激光器1100的后端1100上，在后端1106附近形成光束腰。透镜系统1120在垂直面将来自光纤输入端的光聚焦到激光器1100的输出面1108上。这样配置的结果是，控制单空间输出模的元件(光纤1130)与激光器1100相分离。
透镜系统还可以配置横向模选择，如可以包括滤去更高次模的针孔或其它孔。透镜系统还可以包括一空间滤光器。在另一实施例中，可在透镜系统焦点处设置一块板，该板在焦点处有一部分反射透明区，其它地方则不透光。这种板可滤除横向模。
这样，在增益元件上，透镜系统内或光纤中可以提供横向模选择。增益元件上的横向模选择可以由耦合到喇叭形增益区的诸如单模信道等折射率导引信道提供，也可由纤芯(如单模光纤的单模纤芯)提供。横向模控制可以由两个或多个增益元件、透镜系统与光纤的组合来提供。
相干塌陷激光源的另一实施例示于图5，该激光源500包括经透镜系统52耦合至第一光纤530的FUR激光器501。与上述诸例不同的是，本例中第一光纤570中无反射元件，而是用工作时接至第一光纤530的耦合器532将光从第一光纤530耦入第二光纤534。第二光纤573包括FBG 536等反射元件，被反射元件536反射的光经耦合器532和第一光纤530反馈到激光器501。反射元件536的反射率与激光器501同反射元件536的间距可以选成保证激光器501工作于相干塌陷区。该例的优点在于，反射元件536的反射率或带宽改变时，可以不必相对于激光器对准光纤530。
在向激光器501的反馈很低的情况下，本例尤其适用。构建反射率特别低值的FBG很难，部分原因是难以测量低的FBG反射率。本例允许使用反射率相对高的FBG 536，它制造起来更简单，而且通过使用只将小部分光从第一光纤530导入第二光纤532的耦合器532仍能实现低反馈。由于可以相对简便地用耦合器532控制耦合至第二光纤532的光量，所以该例允许低的反馈量。
控制器540通常附接于激光源500，它可以作为电源向激光器501提供电流，还可稳定激光器501的工作温度，例如激光器501可以包括由控制器540操纵的热电致冷器，将激光器501冷却到特定的工作温度。
第二耦合器552将第一光纤530光连接至光纤放大器550。光纤放大器550可以是例如光通信光纤链路的一部分，可以是掺稀土光纤、喇曼光纤放大器或任何其它类型光纤放大器，可同耦合器552分开很大距离，此时对它作远距离泵激。
相干塌陷喇叭形增益半导体激光器的另一种应用是泵激光纤激光器，如图6所示。激光系统600包括一FUR激光器601，其输出610经透镜系统620光耦到光纤630，光纤630包括第一FBG 632，用于以激光器501产生的泵激光波长λf提供反射率。第一FBG 632可使激光器601工作于塌陷区。光纤630还包括另外两段FBG 634与636，它们都以光纤激光器的波长λf提供反射率。第一FBG 634可以是高反射率FBG，以防止λf的光经光纤630向激光器601回传。第二激光器FBG 636的反射率一般比第一激光器FBG 634的反射率低，并作为光纤激光器输出耦合器而工作。两激光器FBG 634与636之间的一段激光光纤638通常掺有稀土材料，如铒、钇或其它一些可掺的激发物质。该段激光光纤638还可共同掺以一种以上的激发物质。
相干塌陷喇叭形增益半导体激光器的另一种应用是泵激级联的喇曼谐振器(CRR)，如图7A所示。美国专利4,036,106、5,323,404和7,778,014已讨论过级联的喇曼谐振器，上述专利结合在此作参照。激光系统700包括FUR激光器701，其输出710经透镜系统720，其输出710经透镜系统720光耦至光纤730，而光纤730包括第一FBG 732，用于以激光器701产生的泵激光波长λp作反射。
该光纤还包括第一组两段FBG 734与736，以第一喇曼长λa提供反射率，λa与泵激波长λp相隔纤芯的Stokes偏移。这样，若对λa在谐振器内有足够的泵功率，就可在形成于FBG 734与736之间的第一喇曼谐振器里出现波长为λa的振荡。
该光纤还可以包括堆叠在第一组FBG 734与736之间的第二组FBG 738与740，其中第二FBG以λb提供反射率，而λb与λa相隔纤芯的Stokes偏移。因此，λb与λp相隔两个Stokes偏移。当第一喇曼腔内波长为λa的光具有足以克服第二喇曼谐振器阈值的高强度时，形成在FBG 738与740之间的该第二喇曼谐振器就振荡。
显然，其它的喇曼谐振器可以相互添加堆叠在里面，各后继谐振器与前一谐振器的工作波长差等于Stokes偏移，而喇曼光纤谐振器的长度取决于泵功率电平。
级联的喇曼谐振器不一定在物理上相互堆叠在一起，如FBG 740可以位于形成在FBG 734与736之间的第一喇曼谐振器之外。然而，关键在于喇曼谐振器之间的重叠要足以提供足够的喇曼增益以产生振荡。当在第一喇曼谐振器内含有第二喇曼谐振器时，效率则最大。
在图7A的实施例中，以λp提供反射率以保证泵激激光器701工作于相干塌陷区的第一FBG 732，相对于激光器701位于级联喇曼谐振器的另一侧。对于图7B的例子而言，不一定要这样，可将第一FBG 732定位于更靠近激光器701的输出端。对第一FBG 732选择的反射率依赖于第一FBG 732的位置。例如在图7B的结构中，若第一FBG 732位于激光器701内约0.1至1m，则可将光栅反射率的值选成低得足以保证工作于相干塌陷模式。
可用单个泵激激光器泵激一个或多个光纤设备。上述诸实施例示出了泵激单个光纤设备的单个泵激激光器，但是单个泵激激光器可以泵激多个光纤设备，例如位于第一FBG 732与光栅734之间的耦合器，可以把来自激光器701的一小部分光耦入第二喇曼激光器或某个其它光纤设备，这样激光器701的输出可以提供给两个或更多的光纤设备。
另外，可将多个泵激激光器的输出并入单根光纤，用多个泵激源泵激光纤设备。这种结构有一定优点，如增大了供给光纤设备的泵功率，或者提供其特定光谱无法从单个泵激源获得的泵激光。显然，也可用多个泵激激光器泵激多台光纤设备。下述实施例讨论某些用多个泵激激光器泵激光纤设备的方法。具体例子用来示明某些可以应用泵激激光器的结构，但并不限制可能有的结构。显然，下述实施例可应用于与图示设备不同的光纤设备。
多个泵激激光器有利于泵激掺稀土光纤设备，因为有效泵功率增大了并且冗余的泵激激光器提高了可靠性。多个泵激激光器也有利于泵激喇曼基光纤设备，理由相似，还因为应用多泵激波光可以修正和动态控制整个泵激光谱。
例如，可用图8的多激光源组合泵激一个或多个光纤设备，如光纤激光器或光纤放大器。图示结构可用于任何数量的泵激激光器，图示为N个泵激激光器801a、801b，…801n。各激光器801a、801b，…801n的光810由各自的透镜系统820聚焦到相应的光纤830中，各光纤830包括FBG 832a、832b，…832n，用于将各激光器801a、801b，…801n控制成以各自的波长λ1、λ2，…λn工作于相干塌陷区。在各波长λ1、λ2…λn中，某些或全部波长可以相同，或者全部不同。来自不同激光器801a、801b，…801n的光在组合器840中相组合，其输出是各泵激激光器801a、801b，…801n的光的组合，或是泵激激光器801a、801b，…801n某种子组合。组合器840可以是任何合适类型的组合器，如星形耦合器、WDM耦合器、Y耦合器堆等。
组合器840可以有单一输出或多个输出。图示实施例有M个输出，馈送给经各耦合器851a、851b，…851m光连接至相应光纤设备852a、852b，…852m的M根不同的输出光纤850a、850b，…850m。例如，光纤设备可以是包括Fabry-Perot或DFB光纤激光器的光纤激光器，或者光纤放大器，其中至少有些可耦合到光通信系统，或者可以是光纤激光器与光纤放大器的组合。输出光纤850a、850b，…850m本身可以包括光纤设备，因而例如将耦合器840的输出直接馈入几个光纤激光器。
另外，一个或多个光纤设备850a、850b，…850m可以是分布式反馈(DFB)光纤激光器，其结构不同于常规激光器，如可用反射镜或布拉格光栅提供局部反馈。DFB光纤激光器包括可激发光纤，如掺稀土光纤。掺杂光纤用FBG改写，因而激光增益区通过光纤光栅延伸。DFB-FBG通常沿光栅有λ/4相移部分通道，以提高输出波长稳定性。光纤DFB的一个优点是例如与容易受模跳跃影响的Fabry Perot光纤激光器相比，其模更稳定。通常，光纤DFB的输出功率有限，因为难以产生长度比几厘米更长的FBG，所以DFB光纤激光器可以后接一光纤放大部分，以增大功率。
例如，光纤DFB激光器和使用光纤FBG的Fabry-Perot激光器可通过伸展光纤中含光栅的部分来调谐。光纤介质可以是保偏或非保偏。
可用多个激光器泵激多个光纤激光器，如图9A的实施例所示。这里，泵激光在波长复用器中组合。图示为4个泵激激光器，但显然可使用其它数量的泵激激光器。
各透镜系统920将泵激激光器901a、901b、901c与901d的光910耦入各光纤930。光纤930包括FBG 932a、932b、932c与932d，将激光器910a、910b、910c与910d控制成以波长λ1、λ2、λ3和λ4工作于相干塌陷区。各激光器9910a、910b、910c与910d的输出在WDM组合器940中组合而在输出938中提供光，包括λ1、λ2、λ3和λ4的光。
输出938的光经一个或多个耦合光纤(如耦合光纤950a至950c)引到若干光纤设备952a至952c(经各耦合器951a至951c)。图示为3个光纤设备952a至952c，但输出938的光显然可接至其它数量的光纤设备952。设备952可以是可激发的光纤设备，如喇曼基设备或掺稀土光纤设备。例如，光纤设备952可以是喇曼放大器，各包括一段喇曼可激发光纤，耦合成放大接收自光通信系统的信号。这种结构有利于将泵激光谱改成所需光谱。
该实施例有利于例如增益均衡，因为它提供的泵激源工作于若干分离的波长，各波长的功率电平相对于其它波长的功率电平可以独立调节。这有利于将泵激光谱修改为特定的谱分布与增益均一，以便补偿泵功率耗尽和实现动态泵激控制，如本例有利于参照图9B进一步说明的泵激喇曼系统。喇曼增益分布与各泵激波长有关。图示的两条喇曼增益分布曲线G1与G2与两个不同泵激波长λ1与λ2相关。为清楚起见，只示出两条增益分布曲线G1与G2。应该理解，有四个泵激波长λ1至λ4的泵激源将提供一全增益分布曲线，它是各泵激波长的增益曲线的组合。
各喇曼增益曲线G1与G2的形状大体相同，但波长分开λ1与λ2之差。喇曼全增益曲线Gt是与各泵激波长相关的诸增益曲线之和。因此，该例的Gt＝G1+G2。合适地选择泵激波长，可将各喇曼增益曲线定位成平滑掉喇曼增益中的不均匀性，如全增益曲线Gt比各曲线G1与G2更平滑。这样，喇曼放大器或谐振器中的喇曼全增益可修改成在特定波长范围内相对平坦。多个泵激波长可展宽喇曼增益：全增益曲线Gt的带宽比各单条喇曼增益曲线更宽。应用多个独立的泵激源增大了泵激带宽，增益曲线更平坦，且能动态控制喇曼增益。
应用多激光器的另一实施例示于图10。该例中，激光器中相邻成对激光器的光与其它激光器对的光分级组合。例中示出4个激光系统，但可应用其它数量的激光器。4个激光器1001a至1001d各以各自的波长λ1至λ4产生光，前两只激光器1001a与1001b的光1010在第一组合器1040中组合，在输出光纤1046中提供波长为λ1与λ2的组合光。第二对激光器1001c与1001d的光在第二组合器1042中组合，在输出光纤1048中提供波长为λ3与λ4的组合光。然后，两组合器1040与1042的光可在第三组合器1044中组合，在光纤1050中提供包含全部四种波长λ1至λ4的光输出。
本例和上述其它多激光器实施例的一个重要优点是允许在光纤系统中建立冗余度，从而可靠地长期工作。诸激光器不必都工作于不同的波长。少于4只激光器提供的功率能足以泵激光纤设备，其余的激光器备用以置换任何失效的激光器。显然，激光器1001a…1001d中的某些可工作于不同的波长，系统可建立一定的冗余度，例如2只激光器工作于不同的波长，每只有后备的激光器工作于各自同样的波长。
虽然以上提出了各种例子，但是本发明并不限于这些特定例子，如在上述诸实施例中，半导体激光器可以基于任何合适的半导体材料，包括但不限于InGaAs/GaAs与InGaAsP/InP器件。光纤光栅可在其至少一端(若不是两端)切趾以消除谱旁瓣。而且，光纤光栅可以线性调频。任一实施例中的任何光纤光栅，都可例如通过机械伸展光纤或热胀冷缩而调谐。另外，光纤进入面可以是平坦或变曲而起到透镜作用。光纤进入面可相对于光轴以小角度形成，防止沿光轴反馈不需要的反射。
如上所述，本发明适用于半导体激光器，虽然可应用于许多不同的场合，但是相信尤其适合为泵激光纤放大器而提供衍射受限的大功率激光输出。因此，不能认为本发明限于上述的特定例子，而应理解为包括所附权利要求提出的发明的所有方面。对于参阅了本发明说明书的本领域的技术人员而言，显然明白本发明适用的各种修改，等效过程及各种结构。权利要求书旨在包罗这类修正与设备。

Claims (48)

1. 一种半导体光源，其特征在于包括：
半导体增益元件，它具有第一端和输出端，在所述第一端与所述输出端之间设置光增益区，所述光增益区的宽度在所述输出端比在所述第一端更大；
光纤，它具有输入端，并包括波长可选反射器，用于以在所述半导体增益元件的所述光增益区内放大的光波长提供反射；和
光耦合系统，它被设置成将来自所述半导体增益元件之输出端的光光学耦合到所述光纤的输入端中；
其中，所述波长可选反射器具有一反射率，并其位置离开所述半导体增益元件有一距离，所述反射率与所述距离经选择使得在所述半导体增益元件所输出的光中引入相干塌陷。
2. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述光增益区之输出端的宽度比所述光增益区之第一端的宽度至少大30％。
3. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述光增益区之输出端的宽度大于10微米。
4. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述波长可选反射器是位于所述光纤中的布拉格光纤光栅。
5. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述波长可选反射器的反射值低于10％。
6. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述输出端与所述波长可选反射器之间的间距范围为0.5米至2米。
7. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述光纤是保偏单模光纤。
8. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述光纤具有与可激发光纤介质光学耦合的第二端。
9. 如权利要求8所述的光源，其特征在于，所述可激发光纤介质是掺稀土光纤。
10. 如权利要求9所述的光源，其特征在于，所述可激发光纤介质是掺稀土光纤激光器。
11. 如权利要求9所述的光源，其特征在于，所述可激发光纤介质是掺稀上光纤放大器。
12. 如权利要求8所述的光源，其特征在于，来自所述半导体增益元件之输出端的光在所述可激发光纤介质中引起喇曼增益。
13. 如权利要求12所述的光源，其特征在于，所述可激发光纤介质是光纤喇曼放大器。
14. 如权利要求12所述的光源，其特征在于，所述可激发光纤介质是光纤喇曼谐振器。
15. 如权利要求14所述的光源，其特征在于，所述可激发光纤介质包括级联的喇曼谐振器。
16. 如权利要求8所述的光源，其特征至于，还包括与所述可激发光纤介质耦合的光纤通信网。
17. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述光耦合系统包括至少一个具有环形光焦度的元件。
18. 如权利要求17所述的光源，其特征在于，所述至少一个具有环形光焦度的元件包括具有环形表面的透镜。
19. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述光增益区包括折射率导引信道，其一端位于所述增益元件的第一端；所述折射率导引信道还包括锥形增益区，其宽端位于所述增益元件的输出端，而其窄端与所述折射率导引信道的另一端耦合。
20. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，所述折射率光栅反射在一选定反射带宽内的光，而来自所述光源的光具有大致等于所述反射带宽的光谱带宽。
21. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，还包括控制器，它被耦合成向所述增益元件提供电流，并稳定增益元件的温度。
22. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述波长可选反射器包括折射率光栅，它形成于所述光纤中，用于以在所述半导体增益元件中放大的光波长提供反射率。
23. 如权利要求22所述的光源，其特征在于，将所述光耦合系统设置成沿平行于所述半导体增益元件之结的平面，把来自所述光纤第一端的光聚焦到接近喇叭形增益部分之窄端的区域。
24. 如权利要求22所述的光源，其特征在于，所述光纤是保偏光纤。
25. 如权利要求22所述的光源，其特征在于，所述光耦合系统包括具有环形光焦度的元件。
26. 如权利要求22所述的光源，其特征在于，所述光纤耦合至可激发光纤增益介质。
27. 如权利要求22所述的光源，其特征在于，所述折射率光栅反射在一选定反射带宽内的光，而来自所述光源的光具有大致等于所述反射带宽的光谱带宽。
28. 如权利要求1所述的光源，其特征在于，还包括：
选模区，它形成在所述光源中，用于优选最低次横向模。
29. 如权利要求28所述的光源，其特征在于，所述选模区位于所述半导体增益元件中。
30. 如权利要求29所述的光源，其特征在于，所述光增益区包括主折射率导引信道和锥形增益区，所述主折射率导引信道的一端位于所述半导体增益元件的第一端，所述锥形增益区具有位于所述半导体增益元件之输出端的宽端以及与单模信道另一端耦合的窄端，而所述选模区包括所述单模信道。
31. 如权利要求28所述的光源，其特征在于，所述选模区位于所述光耦合系统中。
32. 如权利要求28所述的光源，其特征在于，所述选模区包括所述光纤。
33. 如权利要求32所述的光源，其特征在于，所述光纤是具有纤芯的单模光纤，并且所述选模区还包括所述纤芯。
34. 如权利要求28所述的光源，其特征在于，所述选模区位于所述半导体增益元件、所述光耦合系统与所述光纤中的至少两个之中。
35. 一种光纤系统，其特征在于包括：
第一泵激激光器，它具有
第一半导体增益元件，它具有第一端和输出端，在所述第一端与所述输出端之间设置光增益区，所述光增益区的宽度在所述输出端比在所述第一端更大；
第一光纤，它具有输入端，并包括选频反射器，用于以在所述半导体增益元件之光增益区中放大的光波长提供反射，和
第一透镜系统，它被设置成把来自所述增益元件之输出端的光光学耦到所述第一光纤的输入端中；
第一可激发光纤介质，它被耦合成接收来自所述第一光纤的泵激光；
其中，所述波长可选反射器具有一反射率，并且其位置离开所述半导体增益元件有一距离，所述反射率与所述距离经选择使得在所述半导体增益元件所输出的光中引入相干塌陷。
36. 如权利要求35所述的光纤系统，其特征在于，还包括光信号发射单元，它被耦合成将光信号引导通过第一可激发光纤介质；和光信号检测单元，它被耦合成对传播通过第一可激发光纤介质之后的光信号进行检测。
37. 如权利要求36所述的光纤系统，其特征在于，所述光信号发射单元包括多个工作于不同波长的光发射机；和复用器，所述复用器被耦合成接收来自所述多个光发射机的光信号，并具有输出端，该输出端被耦合成将复用输出信号引导到所述第一可激发光纤介质。
38. 如权利要求36所述的光纤系统，其特征在于，所述光信号检测单元包括去复用器，它被耦合成接收来自所述第一可激发光纤介质的复用信号；和多个检测器，它们被耦合成接收来自所述去复用器的去复用信号。
39. 如权利要求35所述的光纤系统，其特征在于，所述第一可激发光纤介质包括喇曼增益介质。
40. 如权利要求39所述的光纤系统，其特征在于，所述第一可激发光纤介质是喇曼放大器。
41. 如权利要求39所述的光纤系统，其特征在于，所述第一可激发光纤介质是喇曼激光器。
42. 如权利要求35所述的光纤系统，其特征在于，所述第一可激发光纤介质是掺稀土光纤放大器。
43. 如权利要求35所述的光纤系统，其特征在于，所述第一可激发光纤介质是掺稀土光纤激发器。
44. 如权利要求35的光纤系统，其特征在于，还包括第二泵激激光器，它具有第二光纤，所述第二泵激激光器输出的光沿所述第二光纤传播，而且所述光纤系统还包括光组合器，它被耦合成接收所述第一与第二泵激激光器输出的光，并将所述光从第一与第二泵激激光器导向所述第一可激发光纤介质。
45. 如权利要求44所述的光纤系统，其特征在于，所述第一泵激激光器发射的泵激光的第一波长与所述第二泵激激光器发射的泵激光的波长不同。
46. 如权利要求44所述的光纤系统，其特征在于，所述第一泵激激光器发射的泵激光的第一波长与所述第二泵激激光器发射的泵激光的波长基本上一样。
47. 如权利要求44所述的光纤系统，其特征在于，还包括光学分光器，它被耦合成接收来自所述第一与第二泵激光器的光，再将光导向所述第一与第二可激发光纤介质。
48. 如权利要求35所述的光纤系统，其特征在于，还包括光学分光器，它被耦合成接收来自所述第一泵激激光器的光；和第二可激发光纤介质，所述第一和第二可激发光纤介质被耦合成接收来自所述光学分光器的泵激光。
CNB008060320A 1999-02-11 2000-02-01 光纤光栅稳定的半导体泵激源 Expired - Lifetime CN100414793C (zh)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12001299P 1999-02-11 1999-02-11
US60/120,012 1999-02-11
US12990599P 1999-04-16 1999-04-16
US60/129,905 1999-04-16
US31374199A 1999-05-18 1999-05-18
US09/313,741 1999-05-18
US09/375,687 US6525872B1 (en) 1999-02-11 1999-08-17 Fiber grating-stabilized, semiconductor pump source
US09/375,687 1999-08-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1346527A CN1346527A (zh) 2002-04-24
CN100414793C true CN100414793C (zh) 2008-08-27

Family

ID=27494297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB008060320A Expired - Lifetime CN100414793C (zh) 1999-02-11 2000-02-01 光纤光栅稳定的半导体泵激源

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6525872B1 (zh)
EP (1) EP1145392B1 (zh)
JP (1) JP2003512717A (zh)
KR (1) KR100659962B1 (zh)
CN (1) CN100414793C (zh)
CA (1) CA2364434C (zh)
DE (1) DE60001211T2 (zh)
WO (1) WO2000048276A2 (zh)

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69928801T2 (de) * 1999-09-21 2006-08-03 Bookham Technology Plc., Towcester Stabilisierte Laserquelle
GB9928475D0 (en) * 1999-12-03 2000-02-02 Secr Defence Brit Laser devices
FR2804251B1 (fr) * 2000-01-26 2002-03-08 France Telecom Procede et dispositif de commutation en longueur d'onde d'une source laser
US6816531B1 (en) 2000-03-03 2004-11-09 Jds Uniphase Corporation High-power, kink-free, single mode laser diodes
US6362919B1 (en) 2000-08-22 2002-03-26 Axsun Technologies, Inc. Laser system with multi-stripe diode chip and integrated beam combiner
US6608951B1 (en) * 2000-11-28 2003-08-19 Lew Goldberg Optical fiber amplifiers and lasers and optical pumping device therefor
EP1241751B1 (en) * 2001-03-13 2004-06-02 JDS Uniphase Corporation High power, kink-free, single mode laser diodes
JP4792656B2 (ja) * 2001-05-09 2011-10-12 住友電気工業株式会社 光モジュール、ファイバスタブ部品
KR100388355B1 (ko) * 2001-08-03 2003-06-25 학교법인 성균관대학 안정화된 광섬유격자 반도체 레이저
US6876679B1 (en) * 2001-08-20 2005-04-05 Dennis Bowler Systems and methods of operating an incoherently beam combined laser
FR2830991B1 (fr) * 2001-10-15 2004-01-30 Cit Alcatel Cavite optique resonante sur une plage continue de frequences
US6839377B2 (en) * 2001-10-26 2005-01-04 Agere Systems, Inc. Optoelectronic device having a fiber grating stabilized pump module with increased locking range and a method of manufacture therefor
JP3898042B2 (ja) * 2001-11-30 2007-03-28 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置および光増幅装置
DE10203392B4 (de) * 2002-01-29 2014-09-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Anordnung zur Einkopplung von Strahlung in eine Lichtleitfaser
US6649990B2 (en) * 2002-03-29 2003-11-18 Intel Corporation Method and apparatus for incorporating a low contrast interface and a high contrast interface into an optical device
AU2003221655A1 (en) * 2002-04-24 2003-11-10 Alfalight, Inc. Feedback stabilized multi-mode and method of stabilizing a multi-mode laser
GB2398425B (en) * 2003-02-13 2006-08-16 Bookham Technology Plc Laser source using very high relative feedback and method for making such a laser source
US6931034B2 (en) * 2003-08-15 2005-08-16 Optovia Corporation Feedback mechanisms for stabilizing a laser system
JP4444213B2 (ja) * 2003-09-26 2010-03-31 古河電気工業株式会社 半導体レーザ装置
US6975797B2 (en) * 2004-02-11 2005-12-13 Optovia Corporation Single and multiple wavelength reflection and transmission filter arrangements
US7031354B2 (en) * 2004-02-11 2006-04-18 Optovia Corporation Stable high efficiency multiple wavelength laser sources
US7031355B2 (en) * 2004-02-11 2006-04-18 Optovia Corporation High efficiency single and multiple wavelength stabilized systems
CN1328830C (zh) * 2004-04-12 2007-07-25 武汉华工飞腾光子科技有限公司 喇曼光纤放大器
GB2413697A (en) * 2004-04-27 2005-11-02 Bookham Technology Plc Uncooled semiconductor laser
US20090310634A1 (en) * 2004-04-27 2009-12-17 Oclaro Stabilized laser source with very high relative feedback and narrow bandwidth
WO2006016410A1 (ja) * 2004-08-12 2006-02-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 基本波光源及び波長変換器
US7605973B2 (en) 2004-12-03 2009-10-20 Mitsubishi Electric Corporation Optical wavelength conversion light source
US7587110B2 (en) * 2005-03-22 2009-09-08 Panasonic Corporation Multicore optical fiber with integral diffractive elements machined by ultrafast laser direct writing
KR100640006B1 (ko) * 2005-10-14 2006-11-01 한국전자통신연구원 광학적 클럭 신호 추출 장치 및 방법
CA2652006C (en) * 2006-05-11 2017-05-30 Spi Lasers Uk Limited Apparatus for providing optical radiation
JP5202820B2 (ja) * 2006-06-02 2013-06-05 株式会社フジクラ 光結合器、ファイバレーザ及び光ファイバ増幅器
US7924497B2 (en) * 2006-09-21 2011-04-12 Tyco Electronics Subsea Communications Llc System and method for gain equalization and optical communication system incorporating the same
KR100809439B1 (ko) * 2007-03-06 2008-03-05 한국전자통신연구원 디스프로슘을 포함하는 광섬유를 이용한 광섬유 레이저시스템
US20090029292A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Haim Chayet Engraving with amplifier having multiple exit ports
US7606273B2 (en) * 2007-10-15 2009-10-20 Pavilion Integration Corporation Wavelength and intensity stabilized laser diode and application of same to pumping solid-state lasers
WO2010132405A1 (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Ofs Fitel Llc Filter fiber for use in raman lasing applications and techniques for manufacturing same
CN102782968A (zh) 2010-01-08 2012-11-14 奥兰若技术有限公司 具有高线性度输出的激光系统
JP5798630B2 (ja) * 2010-09-29 2015-10-21 アイピージー フォトニクス コーポレーション アルゴンカバーガスを使用するチタニウム溶接のためのファイバレーザを利用するシステムおよび方法
EP2512043B1 (en) * 2011-04-14 2014-01-22 Alcatel Lucent Polarization stabilization scheme for un-cooled self-tuning cavity for colorless ultra broadband PON
US9325152B2 (en) * 2011-04-25 2016-04-26 Ofs Fitel, Llc Raman distributed feedback fiber laser and high power laser system using the same
US9166368B2 (en) 2011-10-11 2015-10-20 Nlight Photonics Corporation High power semiconductor laser with phase-matching optical element
US9166369B2 (en) 2013-04-09 2015-10-20 Nlight Photonics Corporation Flared laser oscillator waveguide
US9214786B2 (en) 2013-04-09 2015-12-15 Nlight Photonics Corporation Diode laser packages with flared laser oscillator waveguides
IL232561A (en) * 2014-05-12 2015-11-30 V Gen Ltd Wavelength stabilization and spectral width narrowing for a unicycle and multi-cycle diode laser
US10186836B2 (en) 2014-10-10 2019-01-22 Nlight, Inc. Multiple flared laser oscillator waveguide
WO2016197137A1 (en) 2015-06-04 2016-12-08 Nlight, Inc. Angled dbr-grating laser/amplifier with one or more mode-hopping regions
US9935425B2 (en) * 2016-02-03 2018-04-03 Lumentum Operations Llc Fiber coupled laser source pump with wavelength division multiplexer
RU2730346C1 (ru) 2016-09-23 2020-08-21 Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн Способы предсварочного анализа и сопутствующей лазерной сварки и волоконные лазеры с применением предварительно выбранной ширины спектральных полос для обхода спектра электронного перехода пара металла/сплава
US10429601B1 (en) 2018-04-16 2019-10-01 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Comb laser arrays for DWDM interconnects
JP7309144B2 (ja) * 2019-04-16 2023-07-18 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 半導体光増幅器、光出力装置、および距離計測装置
CN111162454B (zh) * 2020-01-02 2021-03-12 中国科学院半导体研究所 一种宽波段调谐系统及调谐方法
US11036014B1 (en) 2020-01-30 2021-06-15 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Coherent optical source based on packaged GCSEL
CN113131336B (zh) * 2021-04-09 2022-04-15 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 一种半导体激光器波长锁定方法
CN114172007B (zh) * 2021-12-09 2023-10-20 重庆大学 基于自发辐射抑制的超窄线宽激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5321718A (en) * 1993-01-28 1994-06-14 Sdl, Inc. Frequency converted laser diode and lens system therefor
US5799024A (en) * 1994-11-14 1998-08-25 The Regents Of The University Of California Generation of high power optical pulses using flared mode-locked semiconductor lasers and optical amplifiers
US5841797A (en) * 1994-06-28 1998-11-24 Ventrudo; Brian F. Apparatus for stabilizing multiple laser sources and their application

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4063106A (en) 1977-04-25 1977-12-13 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical fiber Raman oscillator
US5537432A (en) 1993-01-07 1996-07-16 Sdl, Inc. Wavelength-stabilized, high power semiconductor laser
US5392308A (en) 1993-01-07 1995-02-21 Sdl, Inc. Semiconductor laser with integral spatial mode filter
US5323404A (en) 1993-11-02 1994-06-21 At&T Bell Laboratories Optical fiber laser or amplifier including high reflectivity gratings
US5563732A (en) 1994-01-06 1996-10-08 At&T Corp. Laser pumping of erbium amplifier
US5659559A (en) * 1994-06-28 1997-08-19 Sdl, Inc. Apparatus for generating a stabilized laser source
US5485481A (en) 1994-06-28 1996-01-16 Seastar Optics Inc. Fibre-grating-stabilized diode laser
US5790576A (en) 1996-06-26 1998-08-04 Sdl, Inc. High brightness laser diode source
US5870417A (en) 1996-12-20 1999-02-09 Sdl, Inc. Thermal compensators for waveguide DBR laser sources
US5778014A (en) 1996-12-23 1998-07-07 Islam; Mohammed N. Sagnac raman amplifiers and cascade lasers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5321718A (en) * 1993-01-28 1994-06-14 Sdl, Inc. Frequency converted laser diode and lens system therefor
US5841797A (en) * 1994-06-28 1998-11-24 Ventrudo; Brian F. Apparatus for stabilizing multiple laser sources and their application
US5799024A (en) * 1994-11-14 1998-08-25 The Regents Of The University Of California Generation of high power optical pulses using flared mode-locked semiconductor lasers and optical amplifiers

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000048276A3 (en) 2001-02-08
WO2000048276A2 (en) 2000-08-17
JP2003512717A (ja) 2003-04-02
CA2364434A1 (en) 2000-08-17
KR20010102076A (ko) 2001-11-15
CA2364434C (en) 2010-01-26
KR100659962B1 (ko) 2006-12-22
DE60001211D1 (de) 2003-02-20
US6525872B1 (en) 2003-02-25
EP1145392B1 (en) 2003-01-15
DE60001211T2 (de) 2003-06-26
EP1145392A2 (en) 2001-10-17
CN1346527A (zh) 2002-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100414793C (zh) 光纤光栅稳定的半导体泵激源
US5721636A (en) Laser pumping of erbium amplifier
US6185230B1 (en) Resonant pumped short cavity fiber laser
US7742512B2 (en) Scalable laser with robust phase locking
CA2400466A1 (en) Semiconductor or solid-state laser having an external fiber cavity
US7190861B2 (en) Monolithic semiconductor light source with spectral controllability
US20020118715A1 (en) Semiconductor laser module and Raman amplifier using the module
WO2014129613A1 (ja) 光増幅器及びレーザ発振器
US6614823B2 (en) Semiconductor laser device having a diffraction grating on a light reflection side
US6947463B2 (en) Semiconductor laser device for use in a laser module
US6697392B2 (en) Single wavelength laser module
US5760949A (en) Light amplifier
US6816531B1 (en) High-power, kink-free, single mode laser diodes
US20030021314A1 (en) Distributed bragg reflector semiconductor laser suitable for use in an optical amplifier
US10333280B2 (en) Semiconductor laser device
JP4118865B2 (ja) 多重チャンネル光源及びそれを用いた多重チャンネル光モジュール
EP1241751B1 (en) High power, kink-free, single mode laser diodes
US6400746B1 (en) Pump laser with low grating reflectivity
US6680793B2 (en) Temperature-stabilized optical amplifier and method for temperature-stabilizing an optical amplifier
US6791747B2 (en) Multichannel laser transmitter suitable for wavelength-division multiplexing applications
JPH06204593A (ja) 光増幅装置および半導体レーザ装置
Bacher et al. High-power 14xx-nm pump laser modules for optical amplification systems
CA2374274A1 (en) Semiconductor laser device having a diffraction grating on a light reflection side

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151109

Address after: American California

Patentee after: JDS UNIPHASE CORPORATION

Address before: American California

Patentee before: SDL, Inc.

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20080827