CN100539333C - 具有高相对反馈的激光源及其制造方法 - Google Patents

具有高相对反馈的激光源及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100539333C
CN100539333C CNB2004800041114A CN200480004111A CN100539333C CN 100539333 C CN100539333 C CN 100539333C CN B2004800041114 A CNB2004800041114 A CN B2004800041114A CN 200480004111 A CN200480004111 A CN 200480004111A CN 100539333 C CN100539333 C CN 100539333C
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
light emitter
lasing light
fbg
reflectivity
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 - Fee Related
Application number
CNB2004800041114A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1751421A (zh
Inventor
N·马图谢克
S·莫尔迪克
T·普利斯卡
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.)
Ii Vi Laser Enterprise Co ltd
Oran Switzerland Ltd
Oran Technology Co
Lumentum Technology UK Ltd
Original Assignee
Bookham Technology PLC
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 Bookham Technology PLC filed Critical Bookham Technology PLC
Publication of CN1751421A publication Critical patent/CN1751421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100539333C publication Critical patent/CN100539333C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related 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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • 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
    • H01S5/0651—Mode control
    • H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0654—Single longitudinal mode emission
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • 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
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator
    • 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
    • H01S5/147—External cavity lasers using a fiber as external cavity having specially shaped fibre, e.g. lensed or tapered end portion

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及使广泛用于光通信领域的高功率半导体激光二极管光源稳定化。这种激光器多数用作光纤放大器，例如掺铒光纤放大器的所谓泵浦激光源，并且其被设计成在给定的频段内提供具有稳定功率输出的窄带光辐射。为了在离开有源温度稳定元件进行工作时改善这种激光源的波长锁定范围，使用了具有很高的相对反馈的外部反射器。为了改善该激光源的稳定性，该外部反射器的反射率带宽可展宽。在通常使用的用于引导激光束的光纤中，通过一个或多个适当设计的光纤布拉格光栅形成该外部反射器。

Description

具有高相对反馈的激光源及其制造方法
技术领域
本发明涉及激光器的稳定性，特别是普遍应用在光电子学中的半导体二极管激光器类型，其多数为光通信领域中用于光纤放大器(例如掺铒光纤放大器)的所谓泵浦激光器。这种激光器被设计成在给定的频带内提供具有稳定功率输出的窄带宽光辐射。尤其是，本发明涉及一种使用具有非常高相对反馈的外部反射器的激光器，从而该激光器无需有源温度稳定元件就可以稳定工作。
背景技术
例如上面提到的半导体激光器类型在光通信技术中成为重要的装置，尤其是因为这种激光器可用于直接通过光学装置放大光信号。这允许设计全光光纤通信系统，避免待传输信号的任何复杂的转换，从而可提高系统内的速度和可靠性。
在一类光纤通信系统中，激光器被用作泵浦掺铒光学放大器，称作EDFA，这已经在本领域技术人员熟悉的多个专利和出版物中有所描述。其技术意义的一个例子在于：具有100mW或更大功率输出的980nm激光器，其波长与980nm铒吸收线相匹配，并由此获得低噪声放大。已经发现InGaAs激光器能较好地实现该目的，并且目前已经大量使用这种激光器。然而，本发明决不局限于InGaAs激光器。
还有本发明可应用到其它波长和材料的激光器的一些例子。通常，用在光纤放大器应用中的激光二极管泵浦源为了高效耦合进入单模光纤都以单横模工作，并且这种泵浦源通常是多纵模激光器，即，法布里-珀罗(FP)激光器。对应于铒的吸收波长，一般用于铒放大器的有三种主要类型：用在1480nm的InGaAsP和多量子阱InGaAs激光器；用在980nm的应变量子阱InGaAs激光器；以及用在820nm的GaAlAs激光器。
为了达到上述目的而使用半导体激光器时出现一个问题，即，它们的波长和功率输出的不稳定，尽管很小，但仍影响到放大率，其足以需要去寻求解决该问题的方法。这一问题已经在Erdogan等人的题为“铒放大器的激光泵浦”的美国专利US 5 563 732中有所陈述，其中描述了通过在激光器前使用布拉格光栅使上述类型的泵浦激光器稳定化。该光栅形成具有激光器的外腔。通过来自光栅的反射从而稳定发射光谱。该光栅形成在距激光器一定距离处的光纤的导模区域的内部。这种光纤布拉格光栅在光纤的导模部分中或其附近为折射率变化的周期性(或非周期性)结构，其中这些变化反射沿着光纤传播的一定波长的光。光栅的峰值反射率和反射带宽决定反射回激光器的光总量。
Ventrudo等人的题为“光纤光栅稳定的二极管激光器”的美国专利US 5 715 263中描述了一种用于提供稳定的激光器的基本类似的方法，展示了一种通过光纤透镜使激光聚焦耦合到光纤中的设计。另外，光纤布拉格光栅设置在光纤的导模部分中，入射光的反射部分经过透镜回到激光器。简而言之，当光纤布拉格光栅定位在距离激光器前端面的一定距离处，并且激光增益峰距离布拉格光栅的中心波长不太远时，应当理解，激光器被强制在光栅的光学带宽中工作并因此使其波长稳定。另外，由于引发的高频多模工作的效应，低频功率波动似乎降低了。
尽管上述稳定方法是有效的，但它们都使用了有源温度稳定元件。上述现有技术没有任何一个提及无需使用有源温度稳定元件就可使高功率(即，>100mW)激光源稳定工作的解决方法。这种冷却元件，一般称为热电冷却器(TEC)，通常连接到激光器的散热片上，使激光器温度维持在恒定水平。对TEC的需求明显增加了激光源的复杂性和成本。
从Bestwick等人的美国专利US 6 101 210中获知所谓的外腔激光器。这种设计，尽管提到可无需激光器的冷却，然而仅局限在窄带宽信号激光器，其功率损耗与本发明所述的高功率激光器相比要低得多。另外，Bestewick等人集中在制造技术上，而没有披露任何激光器前端面和/或光栅的反射率值或是反射率比。这样，Bestwick等人披露的低功率、窄带宽信号激光器没有提供任何如何制造或设计根据本发明的非冷却高功率激光器的启示。
因此，本发明的主要目的是设计一种具有足够大锁定范围的简单且可靠的激光源，尤其是光纤通信系统中的泵浦激光器，其无需有源温度稳定元件而提供稳定的输出。
本发明一个具体的目的是避免激光器在单纵模工作和多纵模工作之间的不利转换，即使激光输出功率大于100mW，并由此增加高功率激光源的输出稳定性。对于具有在低频降低了的噪音、波长稳定性和在光纤布拉格光栅带宽外侧的高边带抑制的高光功率，将获得输出稳定性。
另一目的是允许激光器参数选择具有最大灵活性而不会遇到稳定性问题。
还有一个目的是避免任何进一步的复杂性并在激光泵浦光放大器中保持激光源附件的数目最小。
发明内容
根据本发明，提供一种激光源以及制造激光源的方法，所述激光源包括至少一个具有高相对反馈的外部反射器，以便相应于给定的工作波长获得较大的锁定范围。这允许激光器无需有源温度稳定元件就可在锁定范围内工作。
该激光源用于在给定波长处产生稳定出射光束的具有大于100mW的功率的高功率激光源，所述激光源包括激光二极管和用于引导激光束的导光装置，所述的激光二极管包括出射所述激光束的反射前端面，以及所述的导光装置包括至少一个反射器，其中所述反射器具有以所述出射光束的所需波长为中心的反射率RFBG，反射率RFBG位于2％和10％之间，所述前端面具有反射率RF，朝向所述导光装置，反射率RF小于1％，选择所述反射率RFBG和RF，以获得预定的相对反馈rFB＝k*RFBG/RF>5，k由所述导光装置中的耦合效率确定，选择所述导光装置的长度和所述至少一个反射器的反射率RFBG，以确保以至少10个的纵向法布里-珀罗内模的多模运行，以及所述激光源是非冷却的，即：不包括有源冷却元件。
制造所述激光源的方法包括以下步骤：在具有一反射率RF的所述激光二极管上朝向所述的导光装置制造出射所述激光束的前端面，反射率RF小于1％，制造至少一个具有选定反射率RFBG的反射器，该反射器与所述激光束导光装置相连接，反射率RFBG位于2％和10％之间，选择所述反射率RFBG和RF，以便获得预定的相对反馈rFB＝k*RFBG/RF>5，其中k是等于所述导光装置中耦合效率平方的系数，选择所述导光装置的长度和所述至少一个反射器的反射率RFBG，以确保以至少10个的纵向法布里-珀罗内模的多模运行。
根据本发明的另一方面，外部反射器具有优化和展宽的反射率带宽，其具有在激光器的锁定范围内获得稳定功率输出的优点。
尤其是，激光器的前端面优选尽可能小，并且为了获得高相对反馈，通过设计优化反射器的反射率。并且由半高宽(FWHM)带宽限定的反射器的反射率带宽被设计为对应于激光器的至少10个但优选20-40个纵向法布里-珀罗模的等价物，由此获得激光器的最佳锁定范围和稳定功率输出。
如本领域所公知的，为了在激光源的输出端产生至少10(优选为20-40)个稳定发射激光的纵向法布里-珀罗(FP)腔模，需要一个从激光器二极管出射端面到“外部”反射器的最小距离，即引导激光束的光纤最小长度。在本发明中使用的最小长度约为1m，优选为1-2m。
在本发明的优选实施例中，外部反射器优选是具有均匀反射特性的光纤布拉格光栅，所述的光栅集成在用于传导激光束的光纤中。这样简化了制造并且避免了对任何附加装置或元件的需要。可替换的，也可使用其它类型的反射器，例如离散的光学干涉滤光器。
在本发明的另一实施例中，外部反射器是由硅、氮化硅或是二氧化硅波导形成的光栅，或是用任何其它材料的波导形成的光栅。这允许在波导中直接于各自材料的片上形成外部反射器。
在本发明的另一实施例中，光纤布拉格光栅反射特性的形状可以是线性的、平顶的、或是由啁啾和/或切趾滤波设计获得的形状。其优点在于可以获得额外的设计灵活性。另外，切趾光栅可避免在反射特性的边带最大值处发射激光，而不是在布拉格波长处发射激光，这将在下文详细解释。
在本发明的另一实施例中，在光纤中至少有两个光纤布拉格光栅，用于获得所需的组合反射特性。在一个实施例中，多个光纤布拉格光栅被设计成具有不同的反射波长。可替换的，这些波长可设计成相等，借此通过施加不同的机械应力和/或不同的温度获得各反射波长的位移。这导致更进一步的设计灵活性。
在另一实施例中，在以在前述所有的实施例的基础上通过调制注入电流来加入电子高频脉冲。其优点在于可以获得进一步提升的功率稳定性。
在本发明的又一实施例中，朝向导光装置的激光器前端面的反射率RF小于10％，优选小于1％。
通过在光纤内同时制造所需的布拉格光栅建立一种提供多个光纤布拉格光栅的优选方法。这将制造额外光栅的努力保持在最小，并且同时使其更能适应所需的布置。
附图说明
下面参照下述示意图描述本发明的优选实施例。提供的附图是示意性的并且没有必要按比例制图。
图1示出具有激光器、带有集成布拉格光栅的光纤波导和监测光电二极管的稳定激光源的示意图。
图2示出了阈值增益和激光模增益图，其显示出由此产生的激发波长。
图3示出了不同激光器温度下的阈值增益和激光模增益图，其显示出由此产生的锁定范围。
图4示出了不同散热片温度下的激光功率谱图，其显示出所引起的锁定范围。
图5示出了不同相对反馈级的阈值增益(rFB)和不同散热片温度下的激光模增益图，其显示出对下拉工作引起的锁定范围。
图6示出了对于不同有效光纤布拉格光栅(FBG)反射率ηc2RFBG，和前端面反射率(FFR)RF的以温度为单位的锁定范围图。
图7示出了对于FBG的窄FWHM带宽(0.5nm)，离开光纤波导的激光功率相对激光注入电流的图。
图8示出了不同相对反馈(rFB)级的激光功率变化图。
图9示出了对于FBG的宽FWHM带宽(2.8nm)，离开光纤波导的激光功率相对激光注入电流的图。
图10示出了具有宽FWHM带宽的不同FBG反射率滤波函数的图。
图11示出了测量到的标称均匀的FBG的反射率谱图。
图12示出了测量到的用图11所示的均匀FBG的反射特性获得的光功率谱图。
图13示出了测量到的切趾(无啁啾)FBG的反射率谱图。
图14示出了测量到的用图13所示的切趾FBG的反射特性获得的光功率谱图。
图15示出了具有和不具有施加在激光注入电流上的电子高频脉冲的激光功率变化图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一和优选实施方式的基本布置图。半导体二极管激光器1，此处为在约980nm波长处工作的高功率二极管激光器，产生主要从激光器前端面2发射的激光束4。在激光器的后端面3，也有低光强的激光光束5发射出来，其被监测光电二极管6探测到。监测光电二极管6将接收到的光转换为用于控制在反馈环路中的激光注入电流的后端面监测(BFM)电流。激光束4与适当的波导元件8相耦合，该波导元件8优选为光纤，经过光纤透镜7，将激光束4聚焦到光纤8的输入端。在光纤8中设置有一光反射器9，优选为光纤布拉格光栅(FBG)。从制造角度来看，已知的FBG制造方法是基于沿着一段光纤曝光具有周期性光强的UV辐射光，如例如Raman Kashyap在“Fiber Bragg Grat ing”，Academic Press，1999中所描述的。稳定的光纤出射光束10离开光纤8并进入到光纤放大器，如，掺铒光纤放大器(未示出)。
在下文中，描述了使用FBG作为反射器的稳定激光源的工作原理。在高功率半导体二极管激光器中，后端面涂覆有在设计波长处反射率为RB的高反射率滤层，而其前端面涂覆有在设计波长处反射率为RF的低反射率滤层(抗反射涂层)。因此，大部分的激光从前端面出射并经过光纤透镜耦合进入光纤。功率耦合效率ηc定义为经过光纤透镜设置而耦合进入到光纤中的光的比例。在批量生产的元件中，可获得约0.7的典型值，而在受控的实验室环境中可获得高达0.85的值。激光在光纤中朝向在设计波长处具有RFBG反射率的FBG继续传播。通过FBG进入激光器的部分反射激光因此产生延迟反馈。
反馈强度，也称作相对反馈rFB，可定义为：
RF<<1时，rFB＝ηc2RFBG(1-RF)2/RF≈ηc2RFBG/RF，
其大约降低到FBG反射率(包括功率耦合效率平方)与激光器前端面反射率的比，如果后者远小于1。项ηc2可认为是给定设置和限定材料的常数k。
根据这个公式可清楚看到，可通过降低前端面反射率，和/或增加功率耦合效率，和/或增加FBG的反射率来增加相对反馈。
FBG的反射特性强制激光二极管不在激光器的模增益最大值附近发射激光，而在以FBG波长为中心的各波长处发射激光，如图2所示。换句话说，激光源将在激光器模增益等于激光器阈值增益的波长处发射激光。对于模增益最大值和FBG波长之间给定的失调，如果FBG的反射率足够高，产生激光的波长将在布拉格波长附近。对于这种情况，称为激光器被FBG锁定。随着散热片温度和/或激光注入电流的增加，模增益曲线将朝向长波长移动，因此产生了变化的失调。在继续保持用FBG锁定的同时，可调节覆盖模增益最大值位置的波长范围，该波长范围定义为激光器的锁定范围。
图3示出了总的锁定范围，其是上拉工作(模增益最大值低于布拉格波长)和下拉工作(模增益最大值高于布拉格波长)的锁定范围的总和。图3还分别示出了对应于FBG中心波长的各波长处相等的阈值增益和模增益，以及模增益曲线的最大值。这种情况引起了在FBG波长和模增益曲线的最大值处具有相等功率的激光的发射。因此，锁定范围可通过0dB的边带抑制比被限定在两侧。
然而，实际应用中感兴趣的是，在激光器散热片温度的最大变化中表现出的锁定范围。在图4中，示出了低散热片温度和高散热片温度下的激光功率谱。可以清楚看出，在低温下，激光器在上拉状态下工作，激光功率的边带峰被抑制大于20dB，而在高温下，激光器在下拉状态下工作，激光功率的边带峰被抑制大于30dB。对于实际应用，至少为-10dB至-20dB的边带抑制比可作为规定值给出。在目前技术水平的结构中，相对反馈的值设为约为1，即，rFB＝1。这一般可由RF＝1％、RFBG＝2％和ηc＝0.7的值获得。这种低相对反馈级对需要有源温度稳定元件的应用足够了，例如连接到散热片上用于在限值内保持激光器的温度变化的热电冷却元件(TEC)。
根据本发明，如果激光源在没有TEC的状态下工作，则允许散热器温度在-5℃至85℃的范围内。在这种条件下，自由振荡激光器模增益最大值的波长在一个较大的区域中(例如，从965nm至1005nm)移动。这样就需要40nm左右甚至更大的锁定范围。此外，稳定的光纤出射光束的功率应明显超过100mW。
另外，根据本发明，通过将相对反馈的值增加到rFB＝5-10，波长稳定的锁定范围得到大大增加。图5中所示的模拟结果论证了如果分别对应于1、5和10的相对反馈rFB，FBG反射率RFBG是从2％增加到10％和20％，那么锁定范围如何增大。在图5中，这些结果适用于ηc＝0.7且RF＝1％。如上所述，可通过增加光纤布拉格光栅反射率和/或功率耦合效率，和/或通过降低前端面的反射率来增加相对反馈。
图6示出了对于前端面反射率RF的三个不同值的测量数据，其表明相对于有效FBG反射率ηc2RFBG绘出的锁定范围。此处，锁定范围作为激光器可锁定其上的温度区域给出。锁定范围的这种定义等同于上述给出的定义，如果已知模增益曲线随温度的移动(以nm/K为单位)。如可清楚见到的，锁定范围随着有效FBG反射率的增加而增大。另外，对于给定的FBG反射率，锁定范围也随着前端面反射率的降低而增加。还应注意到，对于很高的相对反馈，锁定范围在由前端面反射率和其他激光参数决定的某一水平饱和。对于图6所示的例子，已经发现饱和起始于5至10的相对反馈水平。
换言之，示于图6中的测量数据清楚表明锁定范围在较大温度范围上的改进。对于本发明提供的解决方案这是一个重要的方面。
然而，将相对反馈增加到很高的数值在噪音特性方面还具有不利的影响。另外，如从经验数据和数值模拟中发现的，不进行适当的补偿而使相对反馈增大会产生激光功率相对注入电流的令人困扰的非线性，即，P/I特性。
图7示出了对于未补偿FWHM反射率带宽的很高的相对反馈值的FBG，即带宽一般具有现有技术水平可实现的0.5nm的值，相对反馈值为rFB＝13，测量到的激光源出射激光束的功率(经过光栅之后来自光纤的功率)。对于高功率泵浦激光源，由此产生的锯齿形状显然无法接受。P/I特性中的弯折可用作评估激光源质量的第一标准。
第二标准可从对于固定注入电流的激光功率变化的时间序列的测量中导出。功率变化可由表达式δPdB＝-101g(1-ΔPmax/Pmean)确定，其中Pmean是在时间取样间隔内平均的平均功率值，而ΔPmax是取样时间间隔内的最大功率变化，即，最大和最小功率值之间的差。对于一般的应用，可给出低于0.15dB的功率变化规格。
用实验的方法已经发现，使FBG FWHM反射率带宽增加到超过用在现有设备中的值，会产生功率变化随时间的衰减。另外，也改进了P/I特性的线性度。
图8示出了针对rFB＝13和rFB＝26的高相对反馈值的激光源相对注入电流绘制出的测量到的功率变化。此处，FBG的FWHM反射率带宽分别展宽到2.8nm和2.5nm。图8还示出ΔPdB<0.15dB的规格不适合于极高相对反馈(rFB＝26)，然而，这一规格与注入电流高达350mA的很高的相对反馈(rFB＝13)相适合。
图9示出了相对反馈为rFB＝13和FBG FWHM带宽为2.8nm的P/I特性。这些曲线对应于图8中的空心菱形符号。与图7比较，清楚地表明P/I特性线性度的改善。已经发现，表示为*λ ΔλFWHM的最佳FWHM反射率带宽，用内激光腔的纵向法布里-珀罗(FP)腔模的光谱间隔ΔλFP标定。该内腔模式由自由振荡激光啁啾(无FBG)限定。在FWHM反射率带宽中纵模的最佳数量在20和40之间，即，ΔλFWBM/ΔλFP＝20-40。换句话说，图8和图9表明，对于在很高相对反馈工作的激光源，具有优化FWHM反射率带宽的FBG产生了所需的P/I线性度和特定的功率变化，因此表现出本发明的另一方面。
在第二实施例中，具有均匀反射特性的FBG由具有优化FWHM反射率带宽的非均匀反射特性的FBG代替。这种非均匀反射滤波函数可呈现平顶滤波特性，或是线性滤波特性，或是由啁啾和/或切趾FBG获得的滤波特性。
图10示出了刚刚提到的各种实现方式中的反射率谱。此处，具有2.8nm FWHM反射率带宽的均匀FBG的反射率谱作为参考谱图示出。模拟结果显示，具有特殊设计的滤波函数的FBG可以是实现比用均匀反射特性获得的那些更小的功率变化和更平滑的P/I特性的一个选择。均匀FBG的滤波函数示出在远离主峰的各等距离谱线位置处的边带最大值。
作为一个例子，图11示出了测量到的在974nm波长处具有10％峰值反射率的标称均匀FBG的反射率谱。对于增益最大值和光栅布拉格波长之间的大的失调，模式将被锁定(额外地或是排他地)在边带最大值附近的波长是可能的。实际上，考虑到市售布拉格光栅所具有的制造公差，这种不利的特性的可能性得到了增加。
这由图12中示出的功率谱证明，该功率谱是利用刚刚提到的FBG在某一高温条件下测量到的。通过在边带最大值同时激发模来说明四个远超出974nm的强边峰，如图12中的箭头所示。可通过使用切趾光栅避免这种特征，因为切趾会消除或是最小化在反射光谱中的边带最大值。因此，切趾FBG增加波长稳定工作的范围。
作为一个例子，图13示出了测量到的切趾FBG的反射率谱。与图11相比较，在反射率谱中看不到边带最大值。
图14示出了在与图12所示谱图相似条件下利用切趾FBG获得的光功率谱图。此处，与在先的例子相比，该谱图表明模很好地锁定在FBG的布拉格波长。
在第三个实施例中，使用了至少两个具有不同中心布拉格波长的FBG，根据上述给出的教导，组合的滤波特性提供了最佳的滤波特性。该至少两个FBG在光纤中串联设置。这可通过设计具有不同中心波长的FBG实现。或者，可将该至少两个FBG设计得完全相同，由此通过在FBG上引入不同的机械应力，和/或通过将FBG加热到不同的温度获得移位中心波长。作为一个例子，图10也示出了用两个FBG获得的反射率谱。
在第四实施例中，可另外和关于上面提到的所有在先实施例施加通过调制激光注入电流产生的电子高频脉冲。
图15最后示出了具有和不具有施加的电子高频脉冲的条件下，激光源功率变化效果。清楚地示出了当施加电子高频脉冲时，关于降低功率变化的改进。
原则上，上述任何不同实施例看上去相似于或者甚至相同于图1所示的示意结构，并且本领域的技术人员对于确定和改变技术细节应没有任何问题，尤其是空间排列。如已清楚示出的，本发明的重要方面是与现有技术相反的各种尺寸的与众不同的选择。这些与众不同的尺寸提供了本发明所需的改进功能。

Claims (24)

1.一种用于在给定波长处产生稳定出射光束(10)的具有大于100mW的功率的高功率激光源，所述激光源包括激光二极管(1)和用于引导激光束(4)的导光装置，所述的激光二极管包括出射所述激光束的反射前端面(2)，以及所述的导光装置包括至少一个反射器(9)，其中
所述反射器(9)具有以所述出射光束(10)的所需波长为中心的反射率RFBG，反射率RFBG位于2％和10％之间，所述前端面(2)具有反射率RF，朝向所述的导光装置，反射率RF小于1％，选择所述反射率RFBG和RF，以获得预定的相对反馈
rFB＝k*RFBG/RF>5，
k由所述导光装置中的耦合效率确定，
选择所述的导光装置的长度和所述至少一个反射器的反射率RFBG，以确保以至少10个的纵向法布里-珀罗内模的多模运行，以及
所述激光源是非冷却的，即：不包括有源冷却元件。
2.根据权利要求1的激光源，其中该相对反馈rFB在5至10之间。
3.根据权利要求1或者2的激光源，其中反射器(9)的FWHM反射率带宽包含多于10个的纵向法布里-珀罗内模。
4.根据权利要求1或者2的激光源，其中反射器(9)的FWHM反射率带宽包含于20-40个的纵向法布里-珀罗内模。
5.根据权利要求1或者2的激光源，其中反射器(9)是集成在所述的导光装置中的光栅。
6.根据权利要求5的激光源，其中该反射器(9)是在光纤(8)中的光纤布拉格光栅，后者形成为该导光装置的一部分。
7.根据权利要求5的激光源，其中所述的导光装置包括含有氮化硅Si3N4、二氧化硅SiO2或硅Si的波导。
8.根据权利要求5所述的激光源，其中该光栅是切趾光栅。
9.根据权利要求5所述的激光源，其中提供至少两个所述光栅，其中至少之一集成在所述的导光装置中。
10.根据权利要求9的激光源，其中将所述至少两个所述光栅设计成具有不同的中心波长。
11.根据权利要求9的激光源，其中将所述至少两个所述光栅设计成相似或相同，但具有通过施加机械应力和/或热应力而产生的不同中心波长。
12.根据权利要求5所述的激光源，其中至少一个光栅呈现非均匀反射特性，从而产生一预先选择的滤波函数。
13.根据权利要求12的激光源，其中该预先选择的滤波函数具有平顶形状或者具有线性形状。
14.根据权利要求13的激光源，其中该光栅是一种得到预先选择的啁啾滤波函数形状的啁啾光栅。
15.根据权利要求12的激光源，其中该光栅是一种得到具有受抑制的边带最大值的滤波函数形状的切趾光栅。
16.根据权利要求1或者2的激光源，其中将电子高频脉冲叠加到激光二极管(1)的注入电流上，以便改进激光出射光束(10)的功率稳定性。
17.根据权利要求1或者2的激光源，其中该激光二极管为半导体二极管激光器。
18.根据权利要求1或者2的激光源，其中该激光二极管为InGaAs量子阱二极管。
19.根据权利要求1或者2的激光源，其中所述的导光装置包括偏振保持或是非偏振保持光纤。
20.根据权利要求1或者2的激光源，还包括：用于引导激光束(4)进入光纤中的装置。
21.根据权利要求20的激光源，其中用于引导激光束(4)进入光纤中的装置是连接到或集成在所述光纤中的光束准直装置或聚焦装置。
22.一种制造具有大于100mW功率的高功率激光源的方法，该高功率激光源具有未冷却的激光二极管(1)和在所述激光二极管前的导光装置，该方法包括以下步骤：
在具有一反射率RF的所述激光二极管(1)上朝向所述的导光装置制造出射激光束的前端面(2)，反射率RF小于1％，
制造与所述的导光装置相连接的至少一个反射器(9)，该至少一个反射器(9)具有选定的反射率RFBG，该反射率RFBG位于2％和10％之间，
选择所述反射率RFBG和RF，以便获得预定的相对反馈
rFB＝k*RFBG/RF>5，
其中k是等于所述的导光装置中耦合效率平方的系数，
选择所述的导光装置的长度和所述至少一个反射器的反射率RFBG，以确保以至少10个的纵向法布里-珀罗内模的多模运行。
23.根据权利要求22的方法，其中所述至少一个反射器(9)是在所述的导光装置中制造的。
24.根据权利要求23的方法，其中利用UV曝光来制造所述至少一个反射器(9)，该反射器(9)被制造成在构成为所述的导光装置一部分的光纤(8)中的光纤布拉格光栅。
CNB2004800041114A 2003-02-13 2004-02-09 具有高相对反馈的激光源及其制造方法 Expired - Fee Related CN100539333C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0303271.1 2003-02-13
GB0303271A GB2398425B (en) 2003-02-13 2003-02-13 Laser source using very high relative feedback and method for making such a laser source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1751421A CN1751421A (zh) 2006-03-22
CN100539333C true CN100539333C (zh) 2009-09-09

Family

ID=9952931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800041114A Expired - Fee Related CN100539333C (zh) 2003-02-13 2004-02-09 具有高相对反馈的激光源及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7099361B2 (zh)
EP (1) EP1597803A1 (zh)
CN (1) CN100539333C (zh)
GB (1) GB2398425B (zh)
WO (1) WO2004073124A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US8199784B2 (en) * 2007-10-15 2012-06-12 Oclaro Technology Limited Laser light source and method of operating the same
US20100284435A1 (en) * 2008-07-25 2010-11-11 Martin Achtenhagen Red-Shifted Optical Feedback Laser
JP4672071B2 (ja) * 2009-05-28 2011-04-20 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置
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
US8715887B2 (en) * 2010-07-30 2014-05-06 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Complex holograms, method of making and using complex holograms
US9287681B2 (en) * 2013-11-13 2016-03-15 Innovative Photoic Solutions, Inc. Wavelength stabilized diode laser
CN111564757A (zh) * 2020-05-26 2020-08-21 江苏师范大学 一种中红外光纤光栅稳频的量子级联激光器及其实现方法
CN113471800B (zh) * 2021-07-01 2022-05-27 四川大学 基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3875422A (en) * 1974-07-24 1975-04-01 Bell Telephone Labor Inc Four photon parametric amplification in glassy optical waveguides
US5563732A (en) * 1994-01-06 1996-10-08 At&T Corp. Laser pumping of erbium amplifier
JPH1062654A (ja) * 1996-08-15 1998-03-06 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザモジュール
JPH11214799A (ja) * 1998-01-26 1999-08-06 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザモジュール
US6525872B1 (en) * 1999-02-11 2003-02-25 Jds Uniphase Corporation Fiber grating-stabilized, semiconductor pump source
JP2000353845A (ja) * 1999-06-10 2000-12-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザモジュール
EP1087479B8 (en) * 1999-09-21 2006-02-01 Bookham Technology Plc. Stabilized laser source
US6870871B2 (en) * 2000-02-03 2005-03-22 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser devices, and semiconductor laser modules and optical communication systems using the same
JP2001284715A (ja) * 2000-03-30 2001-10-12 Ando Electric Co Ltd 外部共振器型レーザ光源
US6792012B2 (en) * 2001-04-30 2004-09-14 Jds Uniphase Corporation Laser pump module with reduced tracking error

Also Published As

Publication number Publication date
US20040170209A1 (en) 2004-09-02
GB2398425B (en) 2006-08-16
EP1597803A1 (en) 2005-11-23
US7099361B2 (en) 2006-08-29
CN1751421A (zh) 2006-03-22
GB2398425A (en) 2004-08-18
GB0303271D0 (en) 2003-03-19
WO2004073124A1 (en) 2004-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6233259B1 (en) Fiber grating stabilized diode laser
US5022042A (en) High power laser array with stable wavelength
US6433921B1 (en) Multiwavelength pumps for raman amplifier systems
US6603781B1 (en) Multi-wavelength transmitter
CN113557643A (zh) 硅光子外腔可调谐激光器的波长控制方法
US5659559A (en) Apparatus for generating a stabilized laser source
US6680960B2 (en) Semiconductor laser device having a diffraction grating on a light emission side
JP2000075150A (ja) 光ファイバのカスケ―ド型ラマン共振器を含む物品
KR20010102076A (ko) 섬유 격자-안정화형 반도체 펌프 소스
CN104321941B (zh) 泵浦辐射装置和用于泵浦激光活性介质的方法
CN100539333C (zh) 具有高相对反馈的激光源及其制造方法
US7599406B2 (en) Fiber ring laser
Köhler et al. Wavelength stabilized high-power diode laser modules
EP1745532B1 (en) Stabilized laser source with very high relative feedback and narrow bandwidth
CN105790067A (zh) 波长锁定半导体激光器
US20020181525A1 (en) Semiconductor laser device
CA2483294A1 (en) Feedback stabilized multi-mode and method of stabilizing a multi-mode laser
JP2015060944A (ja) 波長制御フィルタおよび波長可変レーザ
JP2002141599A (ja) 半導体レーザモジュール、レーザユニット、及びラマン増幅器
US20020097772A1 (en) Stabilized optical pump laser
US20090310634A1 (en) Stabilized laser source with very high relative feedback and narrow bandwidth
JP5074645B2 (ja) 励起光源装置
JP2002374037A (ja) 半導体レーザモジュール、それを用いたファイバ増幅器と光通信システム
JP6586028B2 (ja) 半導体レーザ光源
EP1168538A1 (en) Semiconductor laser module and pumping light source comprising the same

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
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: OCLARO SWITZERLAND CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: OCLARO TECHNOLOGY LTD.

Effective date: 20141009

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: AOLAN TECHNOLOGY COMPANY

Free format text: FORMER NAME: BOOKHAM TECHNOLOGY PLC

Owner name: II-VI II-VI LASER ENTERPRISE CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME: OCLARO SWITZERLAND CO., LTD.

Owner name: OCLARO TECHNOLOGY LTD.

Free format text: FORMER NAME: AOLAN TECHNOLOGY COMPANY

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Zurich

Patentee after: II-VI Laser Enterprise Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: Oran Switzerland Ltd.

Address after: The British county of Northampton

Patentee after: OCLARO TECHNOLOGY Ltd.

Address before: The British county of Northampton

Patentee before: Oran Technology Co.

Address after: The British county of Northampton

Patentee after: Oran Technology Co.

Address before: The British county of Northampton

Patentee before: Bookham Technology PLC

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20141009

Address after: Zurich

Patentee after: Oran Switzerland Ltd.

Address before: The British county of Northampton

Patentee before: OCLARO TECHNOLOGY Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090909

Termination date: 20220209

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee