CN104348555A - 用于光纤通信的半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于光纤通信的半导体激光器，包括：发射端、光纤和接收端，所述发射端包括半导体激光线阵，以及沿光路依次设置的第一发射端准直透镜、第一发射端衍射光栅和第二发射端准直透镜；所述光纤具有第一端面和第二端面；所述接收端接收来自所述光纤第二端面的激光束，包括沿光路依次设置的接收端准直透镜、接收端衍射光栅、聚焦变换透镜和接收光导体线阵。本发明的半导体激光器利用外腔反馈半导体激光线阵，同时锁定多点线阵中半导体激光波长，进而通过波谱合束，产生多波长半导体激光束。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体激光通讯领域，具体涉及一种用于光纤通信的半导体激光器。
【背景技术】
光纤通讯已经广泛地应用于如今社会的各个行业，光纤通讯以其高容量为特色，其中，波长复用就是高容量的一种体现。目前的多波长光源通常采用双色介质镜来合成，这种方式的调整要求精度高，并且波长差也不易做得过小。
因此，还需要一种允许各自独立调制、自动合束的含有多波长激光器发射模块，以更方便地实现多波长光纤通讯。
【发明内容】
本发明旨在至少解决以上技术问题之一，提供在光纤通信中使用的能够独立调制、方便实现波长复用的半导体激光器。
本发明的技术方案为一种用于光纤通信的半导体激光器，包括：发射端、光纤和接收端，所述发射端包括半导体激光线阵，以及沿光路依次设置的第一发射端准直透镜、第一发射端衍射光栅和第二发射端准直透镜，所述第一发射端衍射光栅放置为与所述第一发射端准直透镜的光轴成30-60°的角度；所述光纤包括第一端面和第二端面，所述第一端面位于所述第二发射端准直透镜的焦点处，使得来自第二发射端准直透镜的激光光束入射到所述第一端面；所述接收端接收来自所述光纤第二端面的激光束，包括沿光路依次设置的接收端准直透镜、接收端衍射光栅、聚焦变换透镜和接收光导体线阵，所述第一发射端衍射光栅放置为与所述第一发射端准直透镜的光轴成30-60°的角度。
所述第一发射端衍射光栅的光栅密度可以在1000-1800线/mm的范围，例如可以为1200线/mm。其可以为透射型光栅，如透射型相位光栅，或反射型光栅，如发射型闪烁光栅。
一些实施方案中，所述发射端还包括在所述第一发射端衍射光栅与所述第二发射端准直透镜之间的第二发射端衍射光栅。
所述第二发射端衍射光栅的光栅密度可以在1000-1800线/mm的范围，其也可以为透射型光栅或反射型光栅。
一些实施方案中，所述第一发射端衍射光栅为透射型衍射光栅，并且所述半导体激光器还包括设置在所述第一发射端衍射光栅之后的全反射镜，所述第一发射端衍射光栅和所述第二发射端衍射光栅为同一衍射光栅，所述第一发射端准直透镜和所述第二发射端准直透镜为同一准直透镜。
所述全反射镜可以被放置为以1°-5°的偏移角，反射入射到所述全反射镜的激光束。
一些实施方案中，所述第一发射端衍射光栅为反射型光栅，所述第一发射端准直透镜与所述第二发射端准直透镜为同一准直透镜，并且所述第一发射端衍射光栅具有在1°-5°范围可调的角度，以1°-5°的偏移角反射来自所述第一发射端准直透镜的激光束。
本发明的半导体激光器利用外腔反馈半导体激光线阵，同时锁定多点线阵中半导体激光波长，进而通过波谱合束，产生多波长半导体激光束。将其用于光纤通信，可以方便地独立调制不同的所需信号，实现波长复用。
【附图说明】
图1为根据本发明一实施例，用于光纤通信的半导体激光器的示意图。
附图标记：1半导体激光线阵；2第一发射端准直透镜；3第一发射端衍射光栅；4全反射镜；5光纤；6接收端准直透镜；7接收端衍射光栅；8聚焦变换透镜；9接收光导体线阵
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明利用外腔反馈半导体激光线阵，可以同时将多点线阵中半导体激光波长进行锁定，再通过波谱合束产生多波长半导体激光束。
原理上，本发明是将一维半导体激光线阵通过含有色散元件的光学系统，组成色散成像系统，在像平面放置窄条部分反射镜，构成半导体激光的外腔输出镜，使多物和一像间形成激光振荡，色散作用使不同波长的物点与同一像点组成激光外腔，使各子光像点完全重合，实现了自动合束的功能。
图1所示为根据本发明一实施例，用于光纤通信的半导体激光器的示意图。从图中可见，该半导体激光器由激光束发射端、光纤和接收端构成。
发射端沿光路方向依次为半导体激光线阵1、第一发射端准直透镜2、第一发射端衍射光栅3、全反射镜4。具体地，在该实施例中，半导体激光器线阵由单横模激光芯片组成，各发光点间距100-500um，子激光输出镜面镀增透膜，工作波长1330-1550nm，各自的子激光和其驱动单元封装在一起，每个激光有各自的调制输入端，这样的模块称为半导体激光线阵。
半导体激光线阵1中的激光束经第一发射端准直透镜2变为平行光；所述第一发射端衍射光栅放置为与所述第一发射端准直透镜的光轴成30-60°的角度，经第一发射端准直透镜处理的激光束以30-60°的角度入射至第一发射端衍射光栅3。
该实施例中，衍射光栅为透射型相位光栅，光栅密度在1000-1800线/mm范围。然而，应理解，也可以使用其他类型的衍射光栅，例如反射型光栅。
第一发射端衍射光栅3之后放置全反射镜4，第一次衍射透射后的光束在全反射镜4处被反射。全反射镜4被放置为使反射后的光束基本沿入射光束但略有偏移地（例如以1°-5°的偏移角）返回至第一发射端衍射光栅3后表面，再次进入第一发射端衍射光栅3发生第二次衍射。衍射光方向与第一次入射光方向相反，同时与第一次入射光基本重合但略有偏移，第二次衍射光至第一发射端准直透镜2后，与所述准直透镜2的光轴有一微小夹角，夹角范围1°-5°，经准直透镜2汇聚后成像在放置于线阵旁边附近区域的光纤5的第一端面。
可见，该实施例中，通过使用全反射镜4，使第一发射端衍射光栅与第二发射端衍射光栅为同一衍射光栅；第一发射端准直透镜与第二发射端准直透镜为同一准直透镜。
光纤5的第一端面起外腔窄条部分反射镜作用。由于反射面积很小，又在第一发射端准直透镜2的焦点上，所以光纤的第一端面反射起到了空间滤波的作用，有效消除了相邻子激光腔间的串扰反馈，使得所有锁定波长的子激光全部耦合进光纤中。
多波长的光束在光纤另一端面射出，经过接收端准直透镜6后变为平行光，，所述接收端衍射光栅7放置为与所述接收端准直透镜6的光轴成30-60°的角度，经第一发射端准直透镜处理的激光束以30°-60°的角度入射至接收端衍射光栅7上，经过衍射使得不同波长的光出射角度不同。
继而经过聚焦变换透镜8聚焦成像在接收光导体线阵9的不同单元上，以被转化为电信号输出。半导体激光线阵1的输入端分别提供不同的调制信号，在对应的接收光导体线阵9的输出端接收单元上会得到相同的调制信号，从而实现波长复用的通讯功能。
在其他实施例中，也可以不使用全反射镜4，从而在发射端包括第一发射端衍射光栅与第二发射端衍射光栅，以及第一发射端准直透镜与第二发射端准直透镜。或者也可以不包括第二发射端衍射光栅。应理解，使用两个发射端衍射光栅，或光束两次经过发射端衍射光栅的情况中，由于在发射端有第二次衍射，相比较仅有一次衍射的情况，色散率较高，合束后的光谱宽度更窄，但相应地能量损失也较大。
一些实施例中，也可以使用反射型的衍射光栅，例如使用反射型闪烁光栅。
一些实施例中，第一发射端衍射光栅为反射型光栅，并且第一发射端准直透镜和第二发射端准直透镜为同一准直透镜。经过准直透镜处理的准平行激光束以30-60°的角度入射至第一发射端衍射光栅3，并且几乎原路返回准直透镜。衍射光栅3具有在1°-5°范围可调节的放置角度，从而可以通过略微调整衍射光栅3的角度，使衍射光偏移入射光一个微小角度（例如，偏移的角度范围可以为1°-5°）。结果，从反射型闪烁光栅3反射，并经过准直透镜2后的光聚焦在半导体激光线阵1旁边的区域内的光纤5的第一端面上。
后续在接收端的情况与以上类似，此处不再赘述。
可见，根据本发明的用于光纤通信的半导体激光器利用外腔反馈半导体激光线阵，同时锁定多点线阵中半导体激光波长，进而通过波谱合束，产生多波长半导体激光束。使用中，只需要将合束光通过简单的聚焦系统耦合进光纤的一端，另一端接收到的复色光根据不同的载波波长，就可以分别解调出需要的信号，从而方便地实现了波长复用技术。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于光纤通信的半导体激光器，包括：发射端、光纤和接收端，
所述发射端包括半导体激光线阵，以及沿光路依次设置的第一发射端准直透镜、第一发射端衍射光栅和第二发射端准直透镜，所述第一发射端衍射光栅放置为与所述第一发射端准直透镜的光轴成30-60°的角度；
所述光纤具有第一端面和第二端面，所述第一端面位于所述第二发射端准直透镜的焦点处，使得来自第二发射端准直透镜的激光光束入射到所述第一端面；
所述接收端接收来自所述光纤第二端面的激光束，包括沿光路依次设置的接收端准直透镜、接收端衍射光栅、聚焦变换透镜和接收光导体线阵，所述接收端衍射光栅放置为与所述接收端准直透镜的光轴成30-60°的角度。
2.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述第一发射端衍射光栅的光栅密度在1000-1800线/mm的范围。
3.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述第一发射端衍射光栅为透射型光栅或反射型光栅。
4.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述发射端还包括在所述第一发射端衍射光栅与所述第二发射端准直透镜之间的第二发射端衍射光栅。
5.如权利要求4所述的半导体激光器，其中，所述第二发射端衍射光栅的光栅密度在1000-1800线/mm的范围。
6.如权利要求4所述的半导体激光器，其中，所述第二发射端衍射光栅为透射型光栅或反射型光栅。
7.如权利要求4所述的半导体激光器，其中，所述第一发射端衍射光栅为透射型衍射光栅，并且所述半导体激光器还包括设置在所述第一发射端衍射光栅之后的全反射镜，所述第一发射端衍射光栅和所述第二发射端衍射光栅为同一衍射光栅，所述第一发射端准直透镜和所述第二发射端准直透镜为同一准直透镜。
8.如权利要求7所述的半导体激光合束装置，其中，所述全反射镜以1°-5°的偏移角反射来自所述第一发射端衍射光栅的激光束。
9.如权利要求1所述的半导体激光合束装置，其中，所述第一发射端衍射光栅为反射型光栅，所述第一发射端准直透镜与所述第二发射端准直透镜为同一准直透镜，并且所述第一发射端衍射光栅具有在1°-5°范围可调的角度，以1°-5°的偏移角反射来自所述第一发射端准直透镜的激光束。
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