CN102725925A - 可调激光器、光网路设备及光网络系统 - Google Patents

可调激光器、光网路设备及光网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种可调激光器、光网路设备及光网络系统，涉及光纤通信技术领域，为一种具有直接调制功能的低成本波长可大范围调谐的激光器，不需要额外增加成本高昂的外调制器。一种可调激光器，所述可调激光器包括：耦合腔和调制区，所述耦合腔设置有三个输出端，所述耦合腔的至少一个输出端的对端为调制区，所述耦合腔的任一输出端的端面与所述调制区的端面相对，且与所述调制器的端面成锐角，所述耦合腔，用于产生特定频率的光信号，发送给所述调制区；所述调制区，用于调整所述耦合腔发送的特定频率的光信号的强度。本发明应用于单模可调激光器。

Description

可调激光器、光网路设备及光网络系统
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种可调激光器、光网路设备及光网络系统。
背景技术
目前，大多数现代电信系统均采用光纤通信。光纤网络提供了前所未有的大容量和安装的灵活性，可以支持不断发展的各种宽带应用。可调激光器可以帮助最大限度的利用现有的光纤网络资源。通过动态提供带宽可以将流量从拥挤通道转移到未使用的通道，从而满足互联网的需求。可调激光器也是实现完全基于互交的光纤网络的重要先决条件，可以快速简单的建立或改变光路。可调激光器，特别是尺寸小、调谐范围大和高功率输出的可调激光器，在生物、医疗器械和光纤传感器网络等领域中有着广泛的应用。
传统的单纯基于波长调谐区折射率调谐的可调激光器，受材料折射率的可调范围非常有限，导致激光器的波长可调范围也很有限，无法实现波长大范围的调谐。而传统的基于折射率差调谐的采样布拉格反射光栅(SG-DBR，Sample-Grating Distributed Bragg Reflector)激光器，制作工艺非常复杂，所需用于调谐电极很多，成本非常高昂。
另一种可调激光器基于耦合腔的结构，利用两个带有互相耦合的F-P腔基于游标效应实现波长大范围调谐，例如基于V型耦合腔、Y型耦合腔的可调激光器。基于耦合腔的可调激光器是利用法布利-珀罗腔自身的模式进行波长选择，不能对谐振腔直接进行调制，必须要额外增加成本高昂的外调制器才能实现信号的调制以及发射功能，进而导致耦合腔的可调激光器的制作工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可调激光器，为一种具有直接调制功能的低成本波长可大范围调谐的激光器。
为解决上述技术问题，本发明可调激光器采用如下技术方案：
一种可调激光器，所述可调激光器包括：耦合腔和调制区，所述耦合腔设置有三个输出端，所述耦合腔的至少一个输出端的对端为调制区，
所述耦合腔的任一输出端的端面与所述调制区的端面相对，且与所述调制区的端面成锐角，所述耦合腔，用于产生特定频率的光信号，发送给所述调制区；
所述调制区，用于调整所述耦合腔发送的特定频率的光信号的强度。
一种光网络设备，所述光网络设备上述任意一种可调激光器。
一种光网络系统，所述光网络系统包括：光线路终端、光分配网以及至少一个光网络单元，所述光线路终端通过所述光分配网与所述至少一个光网络单元连接，所述光线路终端和/或光网络单元包括上述任意一种可调激光器。
在本实施例的技术方案中，在可调激光器的耦合腔的至少一个输出端的对端设置调制区，所述调制区的端面与所述耦合腔的输出端的端面相对并且成锐角，使得由可调激光器发出的光到达调制区的端面后，只有极少数的光会反射回耦合腔中，从而避免影响耦合腔的输出波长，调制区对进入调制区的光进行调制后进行输出。该可调激光器的加工工艺简单，制作成本低，良品率高，易于推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中可调激光器结构示意图一；
图2为本发明实施例中耦合腔结构示意图一；
图3为本发明实施例中图1的A部分俯视放大图；
图4为本发明实施例中图1的A部分正视放大图；
图5为本发明实施例中可调激光器结构示意图二；
图6为本发明实施例中图5的B部分俯视放大图；
图7为本发明实施例中图5的B部分正视放大图；
图8为本发明实施例中第一光学谐振腔与第二光学谐振腔的谐振频率位置关系的示意图，以及材料增益窗口的增益光谱曲线；
图9为本发明实施例中利用马赫曾德调制器的可调激光器的结构示意图；
图10为本发明实施例中马赫曾德调制器的结构示意图；
图11为本发明实施例中可调激光器结构示意图三；
图12为本发明实施例中耦合腔结构示意图二；
图13为本发明实施例中光网络系统结构示意图。
附图标记说明：
1-耦合腔；            2-调制区；            2a-调制区的端面
10-第一光学谐振腔；   10a-第一光学谐振腔的  10b-第一光学谐振腔的
                      第一端；              第二端；
101-第一增益区；      102-电极；            11-第二光学谐振腔；
11a-第二光学谐振腔的  11b-第二光学谐振腔的  111-第二增益区；
第一端；              第二端；
112-电极；          113-波长调谐区；     114-电极；
3-马赫曾德调制器；  3a-马赫曾德调制器的  3b-马赫曾德调制器的
                    输入端；             输入端；
3c-马赫曾德调制器的 3d-马赫曾德调制器的  30～33-马赫曾德调制器
输出端；            输出端；              的光波导。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供一种可调激光器，为一种具有直接调制功能的低成本波长可大范围调谐的激光器。
如图1所示，该可调激光器包括：
耦合腔1和调制区2，所述耦合腔1设置有三个输出端，所述耦合腔1的至少一个输出端的对端为调制区2，图1中，在耦合腔1的三个输出端对端都设置有调制区2，但实际上，由于耦合腔1的三个输出端的出射光的频率等物理特性相同，故而只需根据实际情况在耦合腔1的三个输出端之一的对端设置调制区2。
所述耦合腔1的任一输出端的端面与所述调制区2的端面相对，且与所述调制区2的端面成锐角，所述耦合腔1，用于产生特定频率的光信号，发送给所述调制区2；
一般来说，耦合腔1的任一输出端的端面均与耦合腔1的波导方向垂直，波导方向即耦合腔1内光的传输方向，耦合腔1的任一输出端的端面能将耦合腔1内到达端面处的光全部原路反射回去，为了使得耦合腔1内的光能从任一输出端出射，耦合腔1的端面需要经过特殊处理。根据实际需要经过特殊处理后，耦合腔1的任一输出端的端面能将耦合腔1内到达端面处的光部分原路反射回去，其余光从耦合腔1的端面出射。
在本发明实施例中，由于调制区2的端面与耦合腔1的任一输出端的端面成锐角，调制区2的端面与耦合腔1的出射光的传播方向成一定的角度，该角度使得到达调制区2的端面上的耦合腔1的出射光能够部分进入调制区2中进行调制，而由调制区2的端面反射回所述耦合腔1的任一输出端的端面的光只有极少部分能够返回到耦合腔1中。
调制区2的端面与耦合腔1的任一输出端的端面之间存在空气等折射率比耦合腔1以及调制区2低的介质，由于介质的纯度不可能达到100％，其中必定会存在各种杂质，杂质会破坏介质内传输的部分光的直线传播，将部分光发散，减少最终进入调制区2的光，为了保证足够的耦合腔1的出射光进入调制区2，调制区2的端面应尽量靠近其相对的耦合腔的输出端的端面，基于现有的加工技术，调制区2的端面与其相对的耦合腔1的输出端的端面之间间隔通常为数微米。
所述可调激光器的耦合腔1和调制区2可为图1所示，也可为图5所示。需要说明的是，图7为图5中B区域的局部放大正视图，由图7可看出，调制区2的端面与所述耦合腔1的输出端之间成锐角。
进一步地，所述耦合腔1的三个输出端分别设置于所述第一光学谐振腔10的第一端10a与所述第二光学谐振腔11的第一端10b形成的耦合区、所述第一光学谐振腔10的第二端10b和所述第二光学谐振腔11的第二端11b。
所述耦合腔1包括第一光学调谐腔10和第二光学调谐腔11，所述第一光学谐振腔10的第一端10a与所述第二光学谐振腔11的第一端11a相互靠近形成耦合区。所述耦合腔1呈“V”字型。
如图2所示，第一光学谐振腔10的第一端10a和第二光学谐振腔11的第一端11a相互靠近甚至相互碰触，通过倏逝波耦合或模式光场相互重叠，第一光学谐振腔10内的一部分光会进入第二光学谐振腔11中进行耦合，同样的，第二光学谐振腔11内的一部分光会进入第一光学谐振腔10中进行耦合。
所述第一光学谐振腔10包括第一增益区，所述第一增益区101用于改变所述第一光学谐振腔10内的光的强度，所述第一增益区的顶部设置有一个电极102。
所述第二光学谐振腔11包括第二增益区111和波长调谐区113，所述第二增益区111用于改变所述第二光学谐振腔内11的光的强度，在所述第二增益区111上设置有一个电极112，所述波长调谐区113用于改变所述第二光学谐振腔11内的光的波长，在所述波长调谐区上设置有一个电极114。
在本发明实施例中，当所述可调激光器工作时，从电极102和电极112上注入恒定的电流，该恒定电流在所述第一增益区101和所述第二增益区111内产生激光泵浦增益，用于增强所述第一增益区101和所述第二增益区111内的光的强度。同时，电极114向所述波长调谐区113注入可变的电流或可变的电压，该可变的电流或可变的电压用于调节所述波长调谐区113内的光波导的折射率，通过调节光波导的折射率进而调节所述波长调谐区113内的光的频率，最终达到调节所述波长调谐区113内的光的波长的目的。
需要说明的是，由于折射率可变的波长调谐区113位置离耦合区较远，使得其折射率的改变几乎不影响所述第一光学谐振腔10和所述第二光学谐振腔11之间的耦合系数。
在本发明实施例中的所述第一光学谐振腔10和所述第二光学谐振腔11内的光进行耦合的原理大致为：由图8所示，第一光学谐振腔10和第二光学谐振腔11内都有一系列频率等间隔分布的光的谐振峰存在，将第一光学谐振腔10的谐振峰的频率间隔命为Δf，第二光学谐振腔11的谐振峰的频率间隔命为Δf′。由于第一光学谐振腔10和第二光学谐振腔11的长度不同，Δf和Δf′略有差异，这使得在耦合腔1的材料增益窗口内，两者只有一个频率处的谐振峰的频率f0恰好重合。
此时，耦合腔1的出射光的频率为f0，频率为f0的出射光进入调制区2后，经过调制等进一步的操作，最终由可调激光器输出，即可调激光器的输出光的频率为f0。
进一步地，两个光学谐振腔的互相重合的频率的谐振峰之间的间隔为耦合腔1的自由光谱范围，为图8中的Δfc，为了避免同时有两个频率处的谐振峰的光被激发，Δfc一般必须大于耦合腔1的材料增益窗口的宽度。此时，可调激光器输出的只有一个频率的光，此为可调激光器的单模性。
当通过改变第二光学谐振腔11的波长调谐区114的注入电流或注入电压时，第二光学谐振腔11的波长调谐区114光波导长度会发生变化，两个光学谐振腔的光的谐振峰会在另一个与f0不同的频率处重合，则最终可调激光器发出的光的频率也发生变化。
在本发明实施例中，所述调制区2，用于调整所述耦合腔1发送的特定频率的光信号的强度。当需要对耦合腔1输出端输出的光进行强度调制时，只需要改变调制区2上的注入电流，当调制区2上的电流较大时，调制区2则输出强度比较高的光。当调制区2上的电流较小时，调制区2则输出强度比较弱的光，从而实现输出光强的强度调制。
对由耦合腔1输出端输出的光进行强度调制时，所述调制区2可为调制器，例如为马赫曾德调制器3。如图9所示，为所述可调激光器利用马赫曾德调制器3对光进行强度调制的示意图。
具体如图10所示，由耦合腔1的两个输出端10b与11b输出的光通过马赫曾德调制器3的3a和3b两个与耦合腔1的输出端成一定角度的输入端进入马赫曾德调制器3，一般来说，由3a以及3b两个输入端进入马赫曾德调制器3的两束光的强度相同，其中一束光在经过光波导30和光波导31后到达光波导33，另一束光在经过光波导32后也到达光波导33，两束光在光波导33处汇合。
所述马赫曾德调制器3的光波导30、31和32上分别设置有电极，通过改变每一个光波导的对应电极的注入电流或电压，可改变每一个光波导的长度；通过改变光波导的长度，可改变通过光波导的光的相位。
两束光经过不同的马赫曾德调制器3的光波导汇聚于光波导33处后，若两束光在3c或者3d处之间的相位差为180°的奇数倍，则两束光相互相干相消，所述马赫曾德调制器3的输出端3c或者3d处出射光的强度很低；若两束光之间无相位差或相位差为180°的偶数倍，两束光的互相相干相涨，所述马赫曾德调制器3的输出端3c或者3d的出射光的强度很强。
从而，马赫曾德调制器3实现对耦合腔1输出的光的强度的调制。
在本实施例的技术方案中，在可调激光器的耦合腔的至少一个输出端的对端设置调制区，所述调制区的端面与所述耦合腔的输出端的端面相对并且成锐角，使得由可调激光器发出的光到达调制区的端面后，只有极少数的光会反射回耦合腔中，从而避免影响耦合腔的输出波长，调制区对进入调制区的光进行调制后进行输出。该可调激光器的加工工艺简单，制作成本低，良品率高，易于推广使用。
实施例二
本发明实施例提供了另外一种可调激光器，其基本原理与实施例一基本相同，区别仅在与该耦合腔由两个谐振腔并列排列，经过一段重合的波导构成一个“Y”字型。如图11所示，所述耦合腔1包括第一光学调谐腔10和第二光学调谐腔11，所述第一光学谐振腔10的第一端10a与所述第二光学谐振腔11的第一端11a相互靠近并重合形成耦合区，所述第一光学谐振腔10和所述第二光学谐振腔11并排呈“Y”字型。
同样的原理，在本发明实施例中，当所述可调激光器工作时，由电极102和电极112注入的恒定电流分别在所述第一增益区101和所述第二增益区111内产生激光泵浦增益，用于增强所述第一增益区101和所述第二增益区111内的光的强度。同时，电极114向所述波长调谐区113注入可变的电流或可变的电压，该可变的电流或可变的电压用于调节所述波长调谐区113内的光波导的折射率，通过调节光波导的折射率进而调节所述波长调谐区113内的光的频率，最终达到调节所述波长调谐区113内的光的波长的目的。
在本实施例的技术方案中，在可调激光器的耦合腔的至少一个输出端的对端设置调制区，所述调制区的端面与所述耦合腔的输出端的端面相对并且成锐角，使得由可调激光器发出的光到达调制区的端面后，能够部分进入调制区，但只有极少数的光会返回到耦合腔中，调制区对进入调制区的光进行调制后进行输出。此外，对于Y型耦合腔，也可以基于实施例一同样的原理利用马赫曾德调制区实现对输出光的强度调制。该可调激光器的加工工艺简单，制作成本低，良品率高，易于推广使用。
实施例三
本发明实施例提供了一种光网络系统，如图13所示，所述光网络系统200包括：光线路终端202、光分配网206以及至少一个光网络单元208，所述光线路终端202通过所述光分配网206与所述至少一个光网络单元208连接，所述光线路终端202和/或光网络单元208包括可调激光器204。
其中，如图1所示，所述可调激光器204包括：耦合腔1和调制区2，所述耦合腔1设置有三个输出端，所述耦合腔1的至少一个输出端的对端为调制区2，图1中，在耦合腔1的三个输出端对端都设置有调制区2，但实际上，由于耦合腔1的三个输出端的出射光的频率等物理特性相同，故而只需根据实际情况在耦合腔1的三个输出端之一的对端设置调制区2。
所述耦合腔1的任一输出端的端面与所述调制区2的端面相对，且与所述调制区1的端面成锐角，所述耦合腔1，用于产生特定频率的光信号，发送给所述调制区2；
一般来说，耦合腔1的任一输出端的端面均与耦合腔1的波导方向垂直，波导方向即耦合腔1内光的传输方向，耦合腔1的任一输出端的端面能将耦合腔1内到达端面处的光全部原路反射回去，为了使得耦合腔1内的光能从任一输出端出射，耦合腔1的端面需要经过特殊处理。根据实际需要经过特殊处理后，耦合腔1的任一输出端的端面能将耦合腔1内到达端面处的光部分原路反射回去，其余光从耦合腔1的端面出射。
所述调制区2，用于调制所述耦合腔1发送的特定频率的光信号的强度。
在本发明实施例中，由于调制区2的端面与耦合腔1的任一输出端的端面成锐角，调制区2的端面与耦合腔1的出射光的传播方向成一定的角度，该角度使得到达调制区2的端面上的耦合腔1的出射光能够部分进入调制区2中进行调制，而由调制区2的端面反射回所述耦合腔1的任一输出端的端面的光只有极少部分能够返回到耦合腔1中。
进一步的，如图1所示，所述耦合腔1包括第一光学谐振腔10和第二光学谐振腔11。
耦合腔1的第一光学谐振腔10和第二光学谐振腔11具有两种排放方式：
第一种：如图2所示，所述第一光学谐振腔10的第一端10a与所述第二光学谐振腔11的第一端11a相互靠近形成耦合区，所述第一光学谐振腔10和所述第二光学谐振腔11并排呈“V”字型。
第二种：如图12所示，所述第一光学谐振腔10的第一端10a与所述第二光学谐振腔11的第一端11a相互靠近并重合形成耦合区，所述第一光学谐振腔10和所述第二光学谐振腔11并排呈“Y”字型。
具体地，如图2或图12所示，所述耦合腔1的三个输出端分别设置于所述第一光学谐振腔10的第一端10a与所述第二光学谐振腔11的第一端11a形成的耦合区、所述第一光学谐振腔10的第二端10b和所述第二光学谐振腔11的第二端11b。
其中，如图2或图12所示，所述第一光学谐振腔10包括第一增益区，所述第一增益区101用于改变所述第一光学谐振腔10内的光的强度，所述第一增益区的顶部设置有一个电极102。
所述第二光学谐振腔11包括第二增益区111和波长调谐区113，所述第二增益区111用于改变所述第二光学谐振腔内11的光的强度，在所述第二增益区111上设置有一个电极112，所述波长调谐区113用于改变所述第二光学谐振腔11内的光的波长，在所述波长调谐区上设置有一个电极114。
在本发明实施例中，当所述可调激光器工作时，从电极102和电极112上注入恒定的电流，该恒定电流在所述第一增益区101和所述第二增益区111内产生激光泵浦增益，用于增强所述第一增益区101和所述第二增益区111内的光的强度。同时，电极114向所述波长调谐区113注入可变的电流或可变的电压，该可变的电流或可变的电压用于调节所述波长调谐区113内的光波导的折射率，通过调节光波导的折射率进而调节所述波长调谐区113内的光的频率，最终达到调节所述波长调谐区113内的光的波长的目的。
需要说明的是，由于折射率可变的波长调谐区113位置离耦合区较远，使得其折射率的改变几乎不影响所述第一光学谐振腔10和所述第二光学谐振腔11之间的耦合系数。
在本发明实施例中，所述调制区2，用于调整所述耦合腔1发送的特定频率的光信号的强度。当需要对耦合腔1输出端输出的光进行强度调制时，只需要改变调制区2上的注入电流，当调制区2上的电流较大时，调制区2则输出强度比较高的光。当调制区2上的电流较小时，调制区2则输出强度比较弱的光，从而实现输出光强的强度调制。
需要说明的是，本发明实施例中的调制区2可为调制器。
在本实施例的技术方案中，在可调激光器的耦合腔的至少一个输出端的对端设置调制区，所述调制区的端面与所述耦合腔的输出端的端面相对并且成锐角，使得由可调激光器发出的光到达调制区的端面后，只有极少数的光会反射回耦合腔中，从而避免影响耦合腔的输出波长，调制区对进入调制区的光进行调制后进行输出。该可调激光器的加工工艺简单，制作成本低，良品率高，易于推广使用。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种可调激光器，其特征在于，所述可调激光器包括：耦合腔和调制区，所述耦合腔设置有三个输出端，所述耦合腔的至少一个输出端的对端为调制区，
所述耦合腔的任一输出端的端面与所述调制区的端面相对，且与所述调制区的端面成锐角，所述耦合腔，用于产生特定频率的光信号，发送给所述调制区；
所述调制区，用于调制所述耦合腔发送的特定频率的光信号的强度。
2.根据权利要求1所述的可调激光器，其特征在于，
所述耦合腔包括第一光学谐振腔和第二光学谐振腔。
3.根据权利要求2所述的可调激光器，其特征在于，
所述第一光学谐振腔的第一端与所述第二光学谐振腔的第一端相互靠近形成耦合区，所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔并排呈“V”字型。
4.根据权利要求2所述的可调激光器，其特征在于，
所述第一光学谐振腔的第一端与所述第二光学谐振腔的第一端相互靠近并重合形成耦合区，所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔并排呈“Y”字型。
5.根据权利要求1至4所述的可调激光器，其特征在于，
所述耦合腔的三个输出端分别设置于所述第一光学谐振腔的第一端与所述第二光学谐振腔的第一端形成的耦合区、所述第一光学谐振腔的第二端和所述第二光学谐振腔的第二端。
6.根据权利要求1至4所述的可调激光器，其特征在于，
所述第一光学谐振腔包括第一增益区，所述第一增益区用于改变所述第一光学谐振腔内的光的强度。
7.根据权利要求1至4所述的可调激光器，其特征在于，
所述第二光学谐振腔包括第二增益区和波长调谐区，所述第二增益区用于改变所述第二光学谐振腔内的光的强度，所述波长调谐区用于改变所述第二光学谐振腔内的光的波长。
8.一种光网络设备，其特征在于，所述光网络设备包括如权利要求1-7所述的任意一种可调激光器。
9.一种光网络系统，所述光网络系统包括：光线路终端、光分配网以及至少一个光网络单元，所述光线路终端通过所述光分配网与所述至少一个光网络单元连接，其特征在于，所述光线路终端和/或光网络单元包括如权利要求1-7所述的任意一种可调激光器。
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