CN102148472A

CN102148472A - 基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器

Info

Publication number: CN102148472A
Application number: CN 201110060310
Authority: CN
Inventors: 周胜; 谈根林
Original assignee: STARWAY LASER Inc
Current assignee: STARWAY LASER Inc
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明提供一种基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其可调谐波长选择性滤波单元包括第一波长选择元件和第二波长选择元件，增益部位于第一波长选择元件与第二波长选择元件之间，所述的第一波长选择元件和第二波长选择元件分别为具有多反射峰的波长滤波器，且第一波长选择元件与第二波长选择元件的峰值周期相接近但不相同，通过使两个波长选择元件中的一个波长选择元件的波长发生移动，二组波长选择性条纹就会发生相对移动，由于其中一个的波长发生移动，它们的重叠条纹也会发生变化，从而实现以小调谐得到大的波长移动的效果。本激光器的优点是波长调谐范围较宽，波长调谐速度较快、波长移动效率较高。

Description

基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器

技术领域

本发明涉及一种可调谐激光器。

背景技术

在光纤通信、光纤传感、医疗检测、环境监测、科学研究等领域中激光器

被广泛应用。尤其是可调谐激光器，由于其在一定范围内可以改变激光输出波长，使其在多种环境下有着重要的应用。现有的可调谐激光器有半导体DFB激光器、半导体DBR激光器、全息光栅外腔激光器、啁啾光纤光栅锁模激光器、光纤光栅外腔半导体激光器，其中半导体DFB激光器是通过改变注入电流和芯片温度进行调谐，其调谐范围小，调谐速度缓慢；半导体DBR激光器通过改变光栅区的注入电流和温度进行调谐，其同样调谐范围小，调谐速度慢的缺点；全息光栅外腔激光器是通过旋转全息光栅的方法进行调谐，但是由于存在机械运动部件，因此其可靠性和牢固性受到影响；啁啾光纤光栅锁模激光器是用不同频率的射频信号锁定激光器到相应的光栅波长，但是这个激光器只能工作在脉冲状态，而且其脉冲频率和波长是关联的，限制了其使用范围；光纤光栅外腔半导体激光器是通过对外部的光纤光栅进行伸缩和温度控制实现波长调谐，它的调节范围较小，由于存在机械运动和机械疲劳，可靠性和重复性受到影响。但是大量的实际应用环境需要一种能够快速、有效的波长调谐方法。本申请正是基于上述目的而进行的开发设计。

发明内容

本发明目的是提供一种调谐范围较大、调谐效率较高的混合激光器。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其包括可调谐波长选择性滤波单元、位于波长选择性滤波单元端部用于形成谐振腔的增益部、用于将谐振腔中的光信号导出的激光输出部，所述的可调谐波长选择性滤波单元包括第一波长选择元件和第二波长选择元件，所述的增益部位于第一波长选择元件与第二波长选择元件之间，所述的第一波长选择元件和第二波长选择元件分别为具有多反射峰的波长滤波器，且所述的第一波长选择元件与第二波长选择元件的峰值周期相接近但不相同，所述的第一波长选择元件与第二波长选择元件的重叠波长决定激射波长，通过微调第一波长选择元件或第二波长选择元件，使其任一个波长移动，所述的激射波长将发生较大范围的变化。

对上述技术方案所作的进一步变换和解释如下：

所述的第一、第二波长选择元件和增益部分均由半导体材料制成。

所述的第一、第二波长选择元件和增益部分均由光纤材料制成。

所述的第一和第二波长选择元件为半导体光栅或光纤光栅中的一种。

所述的激光输出部采用光纤直接熔接、光纤透镜耦合或光学透镜耦合。

所述的光学透镜包括光纤透镜、球透镜、非球透镜、GRIN透镜。

所述的第一和第二波长选择元件通过改变流经其中的电流、调节其温度、施加拉伸应力来实现波长移动。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：本发明采用两个具有多反射峰且峰值周期相近的波长选择元件作为激光器的组成部分，通过使两个波长选择元件中的一个波长选择元件的波长发生移动，二组波长选择性条纹就会发生相对移动，由于其中一个的波长发生移动，它们的重叠条纹也会发生变化。这种重叠条纹的移动明显大于单个条纹移动的现象，我们称之为摩尔效应。本发明激光器的激射波长就是由所述两个波长选择元件联合完成的，从而实现了以小调谐得到大的波长移动的效果。本激光器的优点是波长调谐范围较宽，波长调谐速度较快、波长移动效率较高。

附图说明

附图1为根据本发明技术方案所具体实施的一种混合激光器的结构示意图；

附图2为本发明混合激光器波长调谐原理图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明优选的具体实施例进行说明：

在进行本发明技术方案之前，我们首先对摩尔效应作一介绍，以为本发明混合激光器的提出做一铺垫：

所谓摩尔效应，或称摩尔纹（Moire Stripes），最初是摄影和影像显示上的一个术语。也就是当对有栅格或条纹的物体进行拍照或显示的时候，在影像上产生明暗条纹的现象。这个条纹产生的原因是被拍摄或显示物的栅格和拍摄或显示的装置本身的像素栅格相互叠加，当这两组栅格的周期接近的时候，叠加的重合部分会形成新的条纹。通常这个条纹的周期比栅格的周期要大。这个现象对于摄影和影像显示来说是负面和消极的。而在本发明中，我们巧妙地利用了这种由于栅格叠加而形成的摩尔纹，在特定设计的激光器结构中，放大了调谐的效能和范围，有效地实现了非连续的波长调谐。

本发明混合激光器，其包括可调谐波长选择性滤波单元、位于可调谐波长选择性滤波单元端部用于形成谐振腔的增益部、用于将增益部中的光信号导出的激光输出部。其中，可调谐波长选择性滤波单元由第一波长选择元件和第二波长选择元件组成，其分别位于增益部的两端。两种波长选择元件的选取有多种选择，可以是半导体光栅或者光纤光栅。增益部介质可以选择半导体、掺杂光纤等，激光器输出部可以采用光纤直接耦合、带透镜的耦合等形式。

第一波长选择元件与第二波长选择元件选择为具有多反射峰的波长滤波器，且两波长选择元件峰值周期相接近，这样，在波长空间上看，存在两套周期很接近的滤波条纹。最终的激射波长是这两组条纹的最重叠波长。因为只有这个波长的光具有最小的损耗（此时光的往返能量损失最小，最容易激射）。这种两组波长条纹在一起形成的重叠条纹就是摩尔纹。

从摩尔纹的原理，可以发现，当其中一组条纹的位置发生微小变化的时候，重叠条纹的图形会发生较大的变化，其重叠的位置也会发生较大范围的移动。这就正好对应于我们的可调谐激光器中，当小幅度调谐一个波长滤波器的时候，激射波长会发生较大的变化。这样就提高了调谐范围和效率，而且，在激光器领域提出摩尔效应这个概念也是首次。

因此，可以通过改变温度、施加应力、改变注入电流、拉伸光纤光栅等方法，改变所述两个波长选择元件中的一个波长选择元件的波长间隔。这样二组波长选择性条纹就会发生相对移动，由于其中一个的波长间隔发生变化，它们的重叠条纹也会发生变化（参见图2）。由于激光器仅在重叠条纹处发生激射，所以这样就实现了本激光器的波长调谐。

图1给出了一种本发明所优选实施的可调谐激光器，其源增益区为掺杂光纤6，两端分别为两个取样光纤光栅1、2，它们之间采用光纤直接熔合。一个光纤光栅1的端面进行抗反射镀膜和斜端面处理5。另外一个光纤光栅2的端面与光隔离器4连接。光隔离器4的另外一端和输出光纤3连接。泵浦激光器7通过波分复用器8对掺杂光纤进行泵浦，使其产生粒子数翻转从而获得光增益。

第一光纤光栅具有多个等间距的光反射峰特性。第二光纤光栅也具有多个等间距的光反射峰，但是周期与第一光栅的周期相近，但不完全相同。

本实施例中，可以通过小幅度拉伸光纤光栅使得光纤光栅的条纹波长发生移动的方法进行调谐。当采用上述调谐方法时，一组波长反射滤波条纹就会发生小幅度变化，从而引起重叠波长的大范围变化。这样就有效地实现了波长调节的功能。

采用本实施例的激光器具有如下优点：

1、通过摩尔效应，产生了调谐效果的放大，即调谐元件的小范围波长改变引起了整个激光器的大范围波长改变。增强了波长调谐的有效性。

2、通过拉伸光纤光栅调谐的时候，由于拉伸范围很小，因此速度和可靠性

明显优于传统的光纤光栅外腔半导体激光器等其它类型的波长调谐。

3、采用掺杂光纤作为增益介质和泵浦激光器进行泵浦，因为其产品的成熟

性，具有容易获得和长期可靠的优势。

4、本激光器的工艺与普通的光纤激光器工艺兼容，降低了工艺设备的改造

成本。

上述结合对本发明所优选的实施例进行了说明，但是上述实施例并不能理解为对本发明保护范围的限制，如增益元件还可以是半导体波导材料形成的增益区，光反射滤波器还可以是介质波导、晶体波导、或者半导体波导形式的，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其包括可调谐波长选择性滤波单元、位于波长选择性滤波单元端部用于形成谐振腔的增益部、用于将谐振腔中的光信号导出的激光输出部，其特征在于：所述的可调谐波长选择性滤波单元包括第一波长选择元件和第二波长选择元件，所述的增益部位于第一波长选择元件与第二波长选择元件之间，所述的第一波长选择元件和第二波长选择元件分别为具有多反射峰的波长滤波器，且所述的第一波长选择元件与第二波长选择元件的峰值周期相接近但不相同，所述的第一波长选择元件与第二波长选择元件的重叠波长决定激射波长，通过微调第一波长选择元件或第二波长选择元件，使其任一个波长移动，所述的激射波长将发生较大范围的变化。

2.根据权利要求1所述的基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其特征在于：所述的第一、第二波长选择元件和增益部分均由半导体材料制成。

3.根据权利要求1所述的基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其特征在于：所述的第一、第二波长选择元件和增益部分均由光纤材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其特征在于：所述的第一和第二波长选择元件为半导体光栅或光纤光栅中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其特征在于：所述的激光输出部采用光纤直接熔接、光纤透镜耦合或光学透镜耦合。

6.根据权利要求5所述的基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其特征在于：所述的光学透镜包括光纤透镜、球透镜、非球透镜、GRIN透镜。

7.根据权利要求4所述的基于摩尔效应的波长可调谐混合激光器，其特征在于：所述的第一和第二波长选择元件通过改变流经其中的电流、调节其温度、施加拉伸应力来实现波长移动。