CN103117506B - 滤波式波长可调谐外腔激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波式波长可调谐外腔激光器，其可在一定波长范围内任意控制激射波长，包括：宽带光源、准直透镜、第一双折射元件、第二双折射元件、第一半波片、第二半波片、干涉滤光片、会聚透镜和光纤，所述超辐射发光管包括宽带光源，其发出的光经准直透镜后准直，并依次通过第一双折射元件和第一半波片后打在干涉滤光片上，而透过所述干涉滤光片的光依次通过第二半波片和第二双折射元件后经会聚透镜聚焦耦合到所述光纤中；所述光纤尾端镀有反射膜，使得光按原路返回。本发明提供的滤波式波长可调谐外腔激光器成本低，结构紧凑，温度稳定性高并且操作简单，最终可实现在一定波段内的激射波长连续调谐。

Description

滤波式波长可调谐外腔激光器

技术领域

本发明涉及光纤传感及光电子学技术领域，尤其是一种输出激射波长可连续改变的滤波式波长可调谐外腔激光器。

背景技术

波长可调谐激光器可在一定波长范围内任意控制激射波长，广泛的用于光纤通信、光谱测试、生物医学和大气监测等方面，尤其是20世纪90年代随着光通信和光网络系统中波分复用(WDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的确立，要求光源输出波长精准，稳定性高，激射线宽窄。如果选择波长调谐范围大的半导体激光器来扩展DWDM系统的信道数，则有效地减少了固定频率激光器的数量，节省成本，实现各种创新和灵活的设计。

目前，在DWDM系统中的光源多是采用固定波长的DFB激光器，这就意味着要想增加DWDM系统的信道数只能通过制作很多不同输出波长的DFB激光器，考虑到与之相关的存货和备用，费用将会十分昂贵。

基于旋转滤光片改变光束入射角度使不同的峰值波长透过的角度调谐滤光片，根据薄膜干涉理论，可以推导出透射波长λ与光束入射角度θ之间的关系为：

$\mathrm{\λ}={\mathrm{\λ}}_0\sqrt{1-{\left(\frac{n_0}{N}\sin \mathrm{\θ}\right)}^2}$

其中，n0为空气折射率，N为薄膜的有效折射率，θ为光束入射角，λ0为垂直入射时光束的透过波长。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了实现激光器在一定范围内任意控制激射波长，本发明的目的在于提供一种滤波式波长可调谐外腔激光器。同时具有结构紧凑，温度稳定性高并且操作简单的特点。

(二)技术方案

本发明公开了一种滤波式波长可调谐外腔激光器，其包括：宽带光源、准直透镜、第一双折射元件、第二双折射元件、第一半波片、第二半波片、干涉滤光片、会聚透镜和光纤，所述超辐射发光管包括宽带光源，其发出的光经准直透镜后准直，并依次通过第一双折射元件和第一半波片后打在干涉滤光片上，而透过所述干涉滤光片的光依次通过第二半波片和第二双折射元件后经会聚透镜聚焦耦合到所述光纤中；所述光纤尾端镀有反射膜，使得光按原路返回。

(三)有益效果

本发明是利用宽带光源腔面和光纤的镀膜端面形成的F-P腔，通过旋转窄带滤光片来改变光束进入窄带干涉滤光片的入射角，从而改变滤光片的透射波长，来实现一定范围内激射波长的连续调谐。由于窄带干涉滤光片体积小、带通窄、插入损耗低和温度稳定性高等优异特性，所以以此为基础设计的滤波式波长可调谐外腔激光器成本低，结构紧凑，温度稳定性高并且操作简单，且可在一定波长范围内任意控制激射波长。

附图说明

图1为依照本发明第一实施实例中的滤波式波长可调谐外腔激光器的示意图；

图2为依照本发明第二实施实例中的滤波式波长可调谐外腔激光器的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明利用窄带干涉滤光片体积小、带通窄、插入损耗低和温度稳定性高，且透射光波长随着入射角度的增大而向短波方向蓝移的特点。采用宽带光源前腔面和光纤镀膜端面形成的F-P腔，通过旋转窄带滤光片来改变光束透射波长，来实现一定范围内激射波长的连续调谐。使本发明提供的滤波式波长可调谐外腔激光器具有成本低，结构紧凑，温度稳定性高并且操作简单的优点。

下面分别以两个实例来更加具体的对本发明进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明优选实施例中滤波式波长可调谐外腔激光器的组成结构，如图1所示，该激光器包括宽带光源1、准直透镜2、双折射元件3和7、半波片4和6、干涉滤光片5、会聚透镜8和光纤9。

所述宽带光源1为未封装的量子点或者量子阱超辐射发光二极管SLD器件，其后出光腔面位于准直透镜2的焦点，用于系统耦合，其前腔面作为整个系统的输出。该宽带光源发出的光经准直透镜2准直后变为平行光；所述平行光再入射到双折射元件3时，由于晶体中光学各向异性而产生两束同频率的线偏振光a光和b光，即o光和e光，其振动方向相互垂直，且在空间上分离；光束a穿过所述双折射单元3后入射至干涉滤光片5，并经所述干涉滤波光片5的滤波作用后，仅有特定波长的光波垂直照射在半波片6上；特定波长的光波经半波片后产生先偏振光c，其中半波片6的光轴与所述特定波长光的偏振方向的夹角为π/4，光波通过半波片6后偏振方向改变90°；半波片4设置在经过所述双折射单元3的折射光b的出口处，其光轴与线偏振光b的偏振方向的夹角为π/4，使得该光束b通过半波片4后偏振方向改变90°，此时光束的偏振方向同光束a相同，这样可以避免光束在斜入射到干涉滤光片5后产生的偏振色散；所述折射光b经过半波片4后斜入射到窄带干涉滤光片5，并经所述窄带干涉滤波光片5的滤波作用后，仅有特定波长的光波透过并进入双折射单元7，两束光a和b在双折射元件7中合并为一束，并经会聚透镜8后聚焦在光纤9中。其中，会聚透镜8的数值孔径大于或等于透镜2的数值孔径；光纤9位于会聚透镜7的焦点位置，这样可将透过的平行光全部聚焦到光纤9中；所述光纤9为单模光纤，其末端镀90％高反射膜可使光按原路返回。

其中，所述光纤9的尾端所镀的高发射膜为高反反射率金属膜或者多层介质膜，反射率在60％-99.99％之间，且该尾端端面与宽带光源1的前腔面形成F-P腔。另外，所述干涉滤光片5为具有滤波功能的可调谐窄带干涉滤光片，是由两层反射膜和中间间隔层组成，只有满足干涉条件的特定波长的光才具有较高的透过率，且透射光波长随着入射角增大而向短波方向蓝移，通过旋转干涉滤光片5可以实现波长的连续调谐。所述双折射元件7将两束偏振方向相互垂直的线偏振光合并，聚焦透镜和准直透镜均为非球面镜。

另外，上述方案中，宽带光源发出的光通常为部分偏振光，不同偏振状态的光倾斜入射到滤光片上时会产生色散，造成透射光谱展宽。因此，采用双折射元件3和半波片4可将宽带光源1发出的光分成两束具有相同偏振状态的线偏振光，这样打到滤光片的光具有相同的偏振状态，可以保证宽带光源1发出的光的s偏振分量和p偏振分量在倾斜入射时中心波长重合，从而使滤光片5在倾斜入射角时仍能有效地工作。

实施例二：

图2示出了本发明另一优选实施例中滤波式波长可调谐外腔激光器的结构示意图。

如图2所示，该激光器包括：宽带光源1、准直透镜2、双折射元件3和7、半波片4和6、干涉滤光片5、会聚透镜8、单模光纤9和1×2型光纤耦合器10。该系统的组成结构基本上与实施例一中的相同，所不同的是该宽带光源可以使用封装后的SLD器件，由于其仅通过一条尾纤输出且用于同双折射元件耦合，所以该激光器中加入了1×2型光纤耦合器，它可以实现光的合路/分路，其左端具有两条光纤分路，右边具有一条光纤，左端两条光纤分路中的一路与所述封装后的SLD器件的输出尾纤通过法兰连接，另一路做为整个系统的输出；而该光纤耦合器10的右端一路输出尾纤端面位于准直透镜2的焦点上，其它部件的位置及光路的走向等均与实施例一相同，在此不再赘述。其中，所述SLD器件采用蝶形封装。

上述两个实施例中的宽带光源1可以是量子点或者量子阱超辐射发光二极管器件，实施例一中为未封装器件，实施例二中为封装后的器件。双折射元件7将两束偏振方向相互垂直的线偏振光合并，聚焦透镜和准直透镜均为非球面镜。

虽然参照上述具体实施方式和实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施方式和实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。例如，宽带光源可以是通过光纤输出的蝶形或者半蝶形形式封装的量子点或者量子阱超辐射发光管。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滤波式波长可调谐外腔激光器，其包括：宽带光源、准直透镜、第一双折射元件、第二双折射元件、第一半波片、第二半波片、干涉滤光片、会聚透镜和光纤，所述宽带光源发出的光经准直透镜后准直，并入射至第一双折射元件，光束入射到第一双折射元件上时，会产生两束同频率的线偏振光，其振动方向相互垂直，且在空间上分离；其中一束光穿过所述第一双折射元件后经过第一半波片后进入干涉滤光片上，并经过所述干涉滤光片的滤光后进入第二双折射元件，而另一束光穿过所述第一双折射元件后直接进入所述干涉滤光片，经过所述干涉滤光片的滤光后经过第二半波片后进入所述第二双折射元件，两束光在第二双折射元件合并为一束光后经会聚透镜聚焦耦合到所述光纤中；所述光纤尾端镀有反射膜，使得光按原路返回。

2.如权利要求1所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在于，所述宽带光源是量子点或者量子阱超辐射发光二极管器件。

3.如权利要求1所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在于，光纤尾端镀高反射率金属膜或者多层介质膜，反射率在60％-99.99％之间，且该尾端端面与宽带光源的前腔面形成F-P腔。

4.如权利要求1所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在于，第一半波片和第二半波片的光轴与垂直入射到上面的线偏振光的振动方向的夹角为π/4。

5.如权利要求1所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在于，干涉滤光片为具有滤波功能的可调谐窄带干涉滤光片，由两层反射膜和中间间隔层组成，且只有满足干涉条件的特定波长的光才具有较高的透过率，且透射光波长随着入射角增大而向短波方向蓝移。

6.如权利要求1所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在于，会聚透镜和准直透镜均为非球面镜。

7.如权利要求1所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在在于，通过旋转所述干涉滤光片实现波长的连续调谐。

8.如权利要求2所述的滤波式波长可调谐外腔激光器，其特征在于，该激光器还包括1×2型光纤耦合器，其第一端具有两路光纤，其中一路光纤与所述超辐射发光二极管器件的尾纤相连，另一路作为激光器的输出；而第二端具有一路光纤，其端面位于所述准直透镜的焦点；所述超辐射发光二极管器件为封装后的器件。