CN105207056A - 具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，在一侧面为无反射涂层的利用光增益介质的激光二极管晶片放射的光聚光于光导波型波长选择性滤波器之后，利用被形成在光导波路的光栅选择的波长来制作外部谐振器型激光器，将光导波路的物理性质变化为电气性或热性，以使在外部谐振器型激光器振动激光波长变化。根据本发明的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，在TO？can型的封装件配置半导体激光二极管晶片与刻有光栅的光导波路，根据光导波的光栅决定半导体激光的光波长，使光导波的光射出面具有与光入射面相同的方向。

Description

具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器
技术领域
本发明涉及具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，更详细地说涉及的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，在一侧面为无反射涂层的使用光增益介质的激光二极管晶片放射的光聚光于光导波路型波长选择性滤波器之后，利用被形成在光导波路的光栅选择的波长来制作外部谐振器型激光器，将光导波路的物理性质变化为电气性或热性，以使在外部谐振器型激光器振动激光波长变化。
背景技术
现在正在广泛使用光通信作为收发大量信息的方法。光通信不仅使用于国家之间的信息通信，还发展到利用FTTH(FiberToTheHome，光纤到户)、FTTP(FiberToThePole，光纤到极点)等方式，在家庭通过直射光继电器直接通讯大容量的信息。这种为了流通大量信息的光通信，必须需要发光元件、光纤维与受光元件，发光元件制造用于光通信的光，光纤维是传输光信号的介质，受光元件将传达的光信号变换为电气性信号，其中制作用于光通信的光的发光元件使用激光二极管，激光二极管使用半导体元件制造技法，其激光二极管是将电气信号变换为光信号的元件。
在半导体激光二极管设定光导波路(Waveguide)，组合可反馈(Feedback)光的反射镜，其光导波路在将电制作为光的增益介质决定光的方向性。最简单的半导体激光二极管为Fabry-Perot(法布里-珀罗，以下简称为“FP”)型的激光二极管，其构造为增益介质的两个末端起到反射镜的作用。反射光而振动的部分为谐振器，通常的半导体激光二极管晶片在半导体激光二极管晶片的两端面之间谐振光，因此其两端面形成谐振器。在这种FP型激光二极管激光振动的光波长，在满足Bragglaw(布拉格定律)的光中，由位于激光二极管增益分布内的波长构成，其中Bragglaw为在光往返于激光二极管晶片的两个末端时，光的相位变换为2π(330°)的条件。通常地说，半导体激光二极管晶片的长度为300μm左右时，根据Bragglaw允许的波长间隔大约相当于1.2nm，因此在以1550nm频带的用于光通信的激光二极管为基准时，FP振动模式允许波长间隔为1.2nm的众多模式。在这种允许模式中，实际上利用FP型振动模式振动与半导体增益介质的增益特性一致的波长的光。通常地说在FP型激光二极管晶片同时振动10个左右的模式，即FP型激光二极管晶片的总振动线宽度具有5nm左右的振动线宽度，其振动线宽度是10个振动模式宽度的一半。
最近，正在广泛采用波长多重化型光通信，利用一个光纤维同时传输各种不同波长的光。波长多重化型光通信的一方法DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexing，密集波分复用)，将各个通信频道之间的间隔设定为2nm，上述的FP型激光二极管晶片的振动模式半高宽为5nm左右，因此不能将FP型激光二极管晶片使用为DWDM的光源。在DWDM光源中，要求在各个激光二极管晶片振动的模式应该具有非常窄的线宽度，并且要求振动模式的中心波长应该与国际规格分配的频道的中心波长一致。
作为波长线宽度非常窄的半导体激光二极管晶片的制作方法，使用的方法为在半导体激光二极管的增益介质内插入在曲折率非常短的距离(例如，大约250nm周期)变化的光栅。在这种半导体激光二极管中一示例称为分布反馈型激光二极管(distributedfeedbacklaserdiode:DFB-LD)，在这DFB-LD允许的波长模式应该满足相当于光栅周期的Bragglaw，但是由于光栅周期非常短，因此满足对光栅周期的Bragglaw的波长间隔大到1500nm，进而实际上只允许一个模式。允许的模式的一个线宽度具有大约0.1nm以下的半高宽，因此满足在DWDM通信方式要求的光源线宽度。但是，为了匹配于允许DFB-LD波长的频道中心，应该在1/1000单位调节半导体激光的光栅周期与到光导波路部分的曲折率，但是光导波路的有效曲折率是根据光导波路厚度、宽度等各种因素决定的，因此完全匹配光导波路的曲折率及周期是不可能的，因此为了在DWDM允许频道中心正确调整波长，要求可在制作半导体激光之后调节波长的方法。在光栅分布中，为了满足Bragglaw，根据温度变化的介质曲折率变化与根据温度变化的热膨胀或收缩的光栅周期变化，决定DFB-LD中的允许模式的温度变化。其中，根据热膨胀及收缩的允许模式波长变化大约为10pm/℃(picometer/℃)，对于120℃的温度变化只允许1.2nm的波长变化。但是为了与温度变化无关的用相同的电力操作DFB-LD，应变化为了抵消增益特性的变化而注入到半导体激光二极管的电流量，但是根据注入到半导体激光的电流量，变化半导体介质的曲折率，据此体现出变化光栅的有效间隔的特性。在通常的DFB-LD中，所有考虑的这种因素的波长变化为80pm/℃，这种程度具有比热膨胀光栅大小的效果大8倍的效果，考虑到这一点若在没有大大变化激光二极管特性的区域的40℃范围内调节温度，则最大可带来3.2nm的波长变化，这可调节具有允许的频道中心附近波长的DFB-LD，以使其具有匹配于允许的频率中心的波长，但是在DWDM最少有数十个允许频道，因此为了填满这些所有允许的的频道，以频道数量需要基本振动特性都不同的DFB-LD。这种方法无法将相同的DFB-LD用于各种频道，因此要求可在各种DWDM频道使用相同半导体晶片的半导体激光器，满足这种要求的光源称为可变波长激光，在可变波长中波长的波长可变宽度通常为20nm以上左右，这在DWDM中可同时使用于10个频道。
可变波长单一模式光源的制作方法，正在使用外部谐振器型可变波长激光器。图1是现有的利用聚合物布拉格光栅(PolymerBraggGrating:PBG)的可变波长外部谐振器半导体激光器的概念图。
在图1中，向着半导体激光二极管晶片10的PBG光导波路30侧的前面11为无反射涂层，这是为了抑制Fabry-Perot模式，而向着半导体激光二极管晶片10的PBG光导波路30相反侧的背面12通常为高反射涂层。在激光二极管晶片10输出的放射光通过透镜20入射到PBG30光导波路。另外，也可利用以数μm以内接近配置激光二极管晶片10与PBG30光导波路30，将在激光二极管晶片10放射的光与PBG光导波路30光结合。在PBG光导波路30内装的grating(光栅)31，在选择满足grating与Bragg(布拉格)条件的光的之后，将其中一部分反馈到半导体激光晶片10，其余部分传输到外部。据此，在PBG光导波路30与激光二极管晶片10的背面12反射面之间振动光，来操作外部谐振器激光器。在PBG光导波路30的grating31反馈到半导体激光二极管晶片10的光，决定半导体激光二极管晶片10的振动波长，因此在最后只在激光二极管晶片10振动满足PBG光导波路30的Bragg条件的光，并且其光经过PBG光导波路30放射到外部来构成通信功能。在这种外部谐振器型激光中，激光成为包括半导体激光二极管晶片10、透镜20、PBG光导波路30的系统。在这种激光变化外部温度，变化可半导体激光二极管晶片10的曲折率，但是激光波长是根据PBG光导波路30的grating31选择的，因此半导体激光二极管晶片10的曲折率的变化不能变化激光的波长，相反激光波长是被根据PBG光导波路30温度的PBG光导波路30的有效光栅周期变化来决定的，但是有效光栅周期是根据光导波路光栅的物理性周期与光导波路的有效曲折率决定的。为了变化PBG光导波路30的有效光栅周期，其PBG光导波路30位于热电元件35的上部。通常地说，高分子材料polymer(聚合物)材料的情况，根据外部温度变化的曲折率变化为3×10-4/℃左右，相比于玻璃或硅等无机物材料，其根据温度的曲折率变化非常严重，进而根据在PBG光导波路30形成的grating31的曲折率与光栅周期决定的激光振动波长，体现出0.3nm/℃的振动波长变化。PBG光导波路30与激光二极管晶片10独立的，因此不变化激光二极管晶片10的特性，只以调节振动波长的手段使用PBG光导波路30的温度变化。但是，与其相同的PBG光导波路30，grating31区域的长度通常为3mm以上非常长，因此其存在问题为不能装配在如同直径为5.6mm高为2～3mm以内的TO型的超小型封装件。因此，现有的利用PBG的波长可变性激光为了易于收容图1的构造，利用蝶形封装件或迷你平板型封装件制作。
但是，蝶型封装件外壳每个价格为5～8万元左右价格非常高，迷你平板型封装件外壳每个价格也在4～6万元左右价格也非常高，因此是经济负担非常大的封装方法。
相比于上述，现有的低价半导体激光的封装方法使用了TOcan型封装件。图2是利用在现有使用的TOcan型封装件，图示图1的利用PBG的可变波长激光器的组装图，图示了在现有的TO型激光二极管晶片散发的光直接结合到PBG光导波路过程的详细概念图。
在图2中，在激光二极管晶片10散发的光结合到PBG光导波路30之后，根据刻在光导波路30的光栅31，选择的波长的光反馈到激光二极管晶片10，将在激光二极管晶片10散发的激光波长锁定为被光导波路30的光栅31选择的波长。PBG的光导波路30对温度非常敏感来变化特性，因此为了与外部环境无关的变化波长，激光二极管晶片10与PBG光导波路30优选为配置在热电元件200上。
但是，现有技术光导波路30应该具有3mm以上的长度，根据适当光导波路光栅的波长选择性才可起到有效的作用。现有的TOcan型封装件通常由直径6mm以下的封装件构成，尤其是TOcan型封装件的盖140的直径为4mm左右，优选为在PBG光导波路30放射的激光在TOcan型封装件的中心轴被45度角反射镜300转换方向，放射到TOcan型封装件外部，但是利用长度2mm以上的光导波路30，不可能在TOcan型封装件的中心轴转换在光导波路30放射的激光方向。尤其是为了反射在光导波路30放射的激光的反射镜300的大小计算为0.5mm左右，在计算出激光二极管晶片10的长度为0.5mm左右的情况，只有在TOcan型封装件中光波导30的长度为1mm，才可将在光导波路30放射激光有效地放射到TOcan型封装件的中心轴。
因此，以现有的技术不可能将具有1mm以上光导波路长度的PBG型光导波路安装在直径6mm以下的TOcan型封装件。直径6mm以下的TOcan型封装件规格，在安装TOcan型光元件的SFP(smallformfactorpluggable，小尺寸规格可插拔)型收发器是必须条件，因此为了制作可安装在现有的标准化的SFP型收发器光元件，应该使用直径为6mm以下的TOcan封装件。
(专利文献0001)韩国注册专利公报第10-0547897号(2006.01.23)
发明内容
(要解决的问题)
本发明是为了解决上述现有技术的各种问题而提出的，本发明提外部谐振器型激光器构造的目的在于，在具有长度1mm以上的光导波路的PBG型可变波长激光器，使在光导波路放射的激光在TOcan型封装件的中心轴脱离到TOcan型封装件外部。
另外，本发明提供外部谐振器型激光器构造的另一目的在于，由一部分透射/一部分反射的构造制作倾斜镜，进而可稳定可变波长激光的波长。(解决问题的手段)
为达成上述目的，从在现有的直线型光导波路，本发明由折弯的光导波路形态制作PBG光导波路。
即，根据本发明的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，根据TOcan型封装件的外部谐振器型激光器，在TOcan型封装件配置半导体激光二极管晶片与设有光栅的光导波路，根据光导波路的光栅决定半导体激光的光波长，使光导波路的光射出面具有与光入射面相同的方向，来制作所述具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器。
所述光导波路的光入射面与所述光导波路的光射出面形成在一直线上或间隔设置在一直线上。
另外，在所述光射出面的前面配置45度角反射镜，使在光导波路的光射出面放射的激光的一部分或全部脱离TOcan型封装件。
这时，透射所述45度角反射镜的成分的光经过波长选择性滤波器，但是在透射所述波长选择性滤波器光路与在波长选择性滤波器反射的光路上，分别配置用于监测光强度的光敏二极管，来比较流动于光敏二极管的各个的光电流，进而可掌握激光的波长，其中光敏二极管监测透射或反射所述波长选择性滤波器的光的强度。
在这里，所述波长选择性滤波器优选为基准滤波器或thinfilmfilter(薄膜滤波器)，其中thinfilmfilter在考虑的波长范围体现单调增加或单调减少的特性。
另外，优选为在包括所述光栅的光导波路的部分还附着加热器，来调节局部温度。
(发明的效果)
根据本发明的外部谐振器型激光器，由折弯的形状制作光导波路，在现有的直线型的光导波路中由光导波路的入射部分与射出部分之间的距离决定光导波路的长度，相反折弯形态的光导波路为光导波路的入射部分与射出部分的位置与光导波路的长度无关，因此与光导波路的入射部分位置与射出部分位置无关的决定光导波路的长度，进而光导波路的长度为1mm以上的同时，设置光导波路的射出部分使其邻接于封装件的中心轴，通过其利用TOcan型的封装件，可易于制作利用具有光栅的光导波路的外部谐振器型激光器。
附图说明
图1是现有的利用聚合物布拉格光栅的可变波长的外部谐振器半导体激光器的概念图。
图2是图示在现有的TO型激光二极管晶片散发的光直接结合到PBG光导波路过程的详细概念图。
图3是根据本发明设有光栅的折弯的光导波路形态。
图4是根据本发明光导波路的光入射面与光导波路的光射出面不配置在一直线上的情况的一示例。
图5是根据本发明光导波路的光入射面与光导波路的光射出面不配置在一直线上的情况的TO型封装件的平面图。
图6是根据本发明内装波长稳定化装置的具有折线型光导波路的外部谐振器型激光器形态。
图7是根据本发明图示具有折弯线型光导波路的外部谐振器型激光器形态，其可以知道精密的激光波长。
(附图标记说明)
10：激光二极管晶片20：透镜
29：基板30、32：光导波路
31：光栅33：折弯的光导波路部分
300：45度角反射镜310：45度角部分反射镜
311：光导波路的光入射面312：光导波路的光射出面
400、410：波长选择性滤波器
500、510：监测光强度的光敏二极管
具体实施方法
以下，参照附图详细说明本发明优选实施例。
图3是根据本发明一实施例，图示设有光栅的折弯的光导波路的形态，在图3图示了折弯的光导波路32的光入射面311与光导波路32的光射出面312形成在一直线上的情况。但是，也没有必须将光导波路32的光入射面311与光射出面312配置在一直线上的理由，并且可实施各种变型例。在图3中，在激光二极管晶片10放射的光入射到光导波路32的光入射面311。通过光导波路光入射面311入射的光中，被刻在光导波路32的光栅31选择的波长的光的一部分反馈到激光二极管晶片10，在激光二极管晶片10放射的激光锁定为被光导波路32的光栅31选择的波长。锁定波长进而在激光二极管晶片10放射的激光在光导波路32的光栅31反射一部分返回到激光二极管晶片10，透射光导波路32的光栅31的一部分的激光，照射到光导波路32之后到达折弯的光导波路部分33。这时，光导波路32变换光导波路的方向，但是以维持在光导波路内部光的全反射的角度折弯光导波路32。通常地说，光导波路32的照射方向在45度以内折弯光导波路的方向时，可满足全反射的条件。在图3中，光导波路32的方向变换180度，并且经过4次45度角的全反射的方法也可以是这种转换方向的方法之一，其它转换方向的方法也可以是连续折弯光导波路32方向的方法。在图3向光导波路32的折弯部分33照射的激光，在光导波路32的折弯角度维持全反射条件的状况，可无损失的进行光导波路。在图3的一实施例，若通过4次折弯45度角的光导波路部分33，则激光经过直线区间的光导波路32，向光导波路32的光射出面312照射，进而脱离光导波路32。在TOcan型激光封装件中，优选为在光导波路32的光射出面312前面配置45度反射角度的反射镜300，通过配置在TOcan上部的窗口脱离到TOcan型封装件外部。即，在图3的一实施例中，光导波路32的光入射面311与光导波路32的光射出面312之间的距离不是光导波路32的长度，因此配置光导波路32的光射出面312使其接近TOcan型封装件的中心轴，同时可随意变化光导波路32的长度，因此可在光导波路32易于确保可放置充分长度的光栅的区域。
图4是光导波路的光入射面与光导波路的光射出面不配置在一直线上的情况的一示例。在图4中，在形成光导波路32的基板29的一部分具有阶梯状的配置，进而光导波路32的光入射面311与光导波路32的光射出面312脱离一直线。在图5显示与其相同的构成，光导波路32的光射出面312易于配置在TOcan型封装件的中心轴，同时也可使设有光导波路32的光栅31的部分在被限定的TOcan型杆的内部空间最大化。在如图5的构造使用直径6mm以下的TOcan型封装件，可使激光在TOcan封装件的中心轴脱离光导波路32，同时确保3mm以上的光栅区域长度，因此具有易于制作外部谐振器型激光器的优点。
图6是内装波长稳定化装置的具有折弯线型的光导波路的外部谐振器型激光器的形态。在图6中，在光导波路32的光射出面312放射的激光到达具有部分反射镜特性的45度角部分反射镜310。到达45度角部分反射镜310的激光中，将提前决定比例的光转换90度方向，通过在图面未图示的在TOcan型封装件上部形成的窗口，放射到TOcan封装件外部。透射45度角部分反射镜310的成分到达根据波长透射反射率不同的波长选择性滤波器400，并且根据激光波长投射波长选择性滤波器400的比例的激光入射于监测光强度的光敏二极管500流动光电流，进而可以知道激光波长。
图7是可以更加精密地知道激光波长的装置，透射45度角部分反射镜310的激光，到达以45度角配置在激光光轴的波长选择性滤波器410。将根据激光波长提前决定比例的激光透射波长选择性滤波器410，移动到监测光强度的光敏二极管500来形成光电流，在波长选择性滤波器410反射的激光入射于另一监测光强度的光敏二极管510形成光电流。因此若比较流动到监测光强度的光敏二极管500、510的电流量，则可更加精密地测量激光波长。在本发明中可多样地制作波长选择性滤波器410，但是其中一种可能方法为使用基准滤波器的方法，另一优选方法为使用thinfilmfilter(薄膜过滤器)的方法，thinfilmfilter利用薄薄膜的电介质薄膜，这种thinfilmfilter优选为对于要考虑的波长范围，使其具有单调增加或单调减少的特性。
作为与其相同的本发明构造，利用价格非常便宜的TOcan型封装件，可制作价格低廉的外部谐振器型激光器，并且在限定的直径为6mm以下的TOcan型封装件构成光导波路型外部谐振器中，可制作为设有光栅的光导波路长度扩张最大限度，同时使脱离光导波路的激光在TOcan型封装件的中心轴脱离TOcan型封装件，另外在本发明中在折弯的光导波路外部谐振器型激光其可有效配置波长稳定化装置，其可监视激光的波长。
另一方面，在本发明中激光二极管晶片10与光导波路32优选为配置在热电元件上，这是为了不使外部环境温度变化影响激光谐振器。另外，本发明的光导波路32优选为利用高分子的聚合物光导波路形态。这是在本发明主要的应用示例的可变波长激光器的情况，要利用高分子聚合物光导波路的根据温度体现严重变化曲折率的特性，尤其是要制作可变波长外部谐振器型激光器的情况，在聚合物型光导波路需要变换刻有光栅31部分的温度，这可利用单独的加热器调节设有光栅的光导波路部分的温度。
本发明不限定于上述实施例，并且在本发明所属的技术领域具有通常知识的技术人员，在不超出本发明的技术思想与在以下记载的专利请求范围的均等范围内，可进行多样的修改及变形。

Claims (8)

1.一种具有折弯的光导波的外部谐振器型激光器，根据TOcan型封装件的外部谐振器型激光器，其特征在于，
在TOcan型封装件配置半导体激光二极管晶片与刻有光栅的光导波路，根据光导波的光栅决定半导体激光的光波长，使光导波的光射出面具有与光入射面相同的方向，来制作所述具有折弯的光导波的外部谐振器型激光器。
2.根据权利要求1所述的具有折弯的光导波的外部谐振器型激光器，其特征在于，
所述光导波路的光入射面与所述光导波的光射出面形成在一直线上。
3.根据权利要求1所述的具有折弯的光导波的外部谐振器型激光器，其特征在于，
所述光导波的光入射面与所述光导波路的光射出面间隔设置在一直线上。
4.根据权利要求1所述的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，其特征在于，
在所述光射出面的前面配置45度角反射镜，使在光导波路的光射出面放射的激光的一部分或全部脱离TOcan型封装件。
5.根据权利要求4所述的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，其特征在于，
透射所述45度角反射镜的成分的光经过波长选择性滤波器，在透射所述波长选择性滤波器光路与在波长选择性滤波器反射的光路上，分别配置用于监测光强度的光敏二极管，来比较流动于光敏二极管的各个的光电流，进而可掌握激光的波长，其中光敏二极管监测透射或反射所述波长选择性滤波器的光的强度。
6.根据权利要求5所述的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，其特征在于，
所述波长选择性滤波器为基准滤波器。
7.根据权利要求5所述的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，其特征在于，
所述波长选择性滤波器为薄膜滤波器，所述薄膜滤波器在考虑的波长范围体现出单调增加或单调减少的特性。
8.根据权利要求1所述的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，其特征在于，
在包括所述光栅的光导波路的部分为还附着加热器，来调节局部温度。
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