CN105514781B - 波长锁定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种波长锁定装置，用于可调谐激光器的波长锁定，所述波长锁定装置包括第二分束器、波长标准具、第一光电二极管阵列、以及第二光电二极管阵列，激光器发出的激光入射至所述第二分束器，然后由该第二分束器分成两束光线，其中一束光线折射至第一光电二极管阵列的光探测器，其光功率为Pa；另一束光线入射至所述波长标准具后，再入射至第二光电二极管阵列的光探测器，其光功率为Pb，根据Pb/Pa比值反馈控制该激光器，锁定该激光器的发出光线的波长。本发明仅设计一套波长锁定装置，通过该波长锁定装置实现双波长同时锁定，极大的减少了封装内的分离组件的数目和工艺复杂度，同时也使得封装空间、产品的尺寸及成本大幅减小。
Description
技术领域
本发明属于光通信领域的可调谐激光器，尤其涉及一种波长锁定装置。
背景技术
可调谐激光器广泛应用于光纤通讯和光纤传感器等系统，波长可调谐激光器能够大大减轻密集波分复用系统在光源配置、备份和维护上的巨大压力，提高光纤网络的性价比，是当前研究的热点。目前已开发出多种波长可调谐激光器，如分布式反馈(DFB)激光器、外谐振腔激光器(ECL)、微电子机械系统(MEMS)开关激光器等。
相干光传输系统采用频谱效率更高的调制格式，从而提供了更高的单信道速率和通信容量。相干检测光接收机具有灵敏度高、中继距离长等优势，而接收机后端的数字信号处理可以对系统的信道损伤，如色散、偏振模色散等进行电域补偿。这些优势使得相干光传输系统在长距离得到了广泛应用。
相干光传输系统对于城域光通信市场的开发应用稍微晚于长距离传输，但其显示出更具规模的市场空间。目前市面上的相干光收发模块在性能、尺寸、功耗、成本等要素的设计考虑主要基于长距离传输，而城域光通信市场对于成本更敏感，并且对于线卡的端口密度要求更高。这就需要开发端口密度更高且成本更低的相干光收发模块。作为相干光收发模块的关键部件，低成本且具备多路多波长输出的窄线宽可调谐激光光源便显得尤为重要。
对于多个波长的波长锁定装置，通常的做法是通过滤波分束器把两个波长的光束分开，分别配置一套锁定组件，这将极大的增加封装的分立元件数目，结构复杂且成本高昂，另外多个分离元件的组装工艺及其复杂，尤其是当在线有源耦合成为必须时难度更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小封装内的分离组件的数目和工艺复杂度、节约成本的波长锁定装置。
本发明提供一种波长锁定装置，用于可调谐激光器的波长锁定，可调谐激光器设有至少一激光器、第一分束器、准直透镜、多个会聚透镜和所述波长锁定装置，所述波长锁定装置包括第二分束器、波长标准具、第一光电二极管阵列、以及第二光电二极管阵列，所述第一光电二极管阵列设有至少一光探测器，所述第二光电二极管阵列设有至少一光探测器，其中，激光器发出的激光入射至所述第二分束器，然后由该第二分束器分成两束光线，其中一束光线折射至第一光电二极管阵列的光探测器，入射到所述第一光电二极管阵列的光探测器的光功率为Pa；另一束光线入射至所述波长标准具后，再由所述会聚透镜进行光路的耦合入射至第二光电二极管阵列的光探测器，入射到第二光电二极管阵列的光探测器的光功率为Pb，该激光器发出的激光的波长锁定比为Pb/Pa，根据Pb/Pa比值反馈控制该激光器，锁定该激光器的发出光线的波长。
本发明仅设计一套波长锁定装置，通过该波长锁定装置实现双波长同时锁定，极大的减少了封装内的分离组件的数目和工艺复杂度，同时也使得封装空间、产品的尺寸及成本大幅减小。
本发明还提供一种波长锁定装置，用于可调谐激光器的波长锁定，可调谐激光器设有至少一激光器、第一分束器、准直透镜、多个会聚透镜和所述波长锁定装置；所述波长锁定装置包括波长标准具、以及至少一第二光电二极管阵列，所述光电二极管阵列设有呈四象限分布的四个光探测器，分别为第一光探测器、第二光探测器、第三光探测器、以及第四光探测器；所述波长标准具的出射端面的下半部分呈楔形，该波长标准具具有光线透过的楔形表面；该激光器发出的激光入射至所述波长标准具，其中，入射至所述波长标准具的上半部分的光经振荡干涉后透射，再由所述会聚透镜进行光路的耦合入射至所述光电二极管阵列的第一光探测器或第二光探测器，激光器发出的激光经过所述波长标准具的上半部分入射到光电二极管阵列的第一光探测器或第二光探测器的光功率为Px；该激光器发出的激光入射至所述波长标准具的下半部分的光经楔形表面折射后出射，经会聚透镜入射到所述光电二极管阵列的第三光探测器或第四光探测器上，激光器发出的激光经过所述波长标准具的下半部分入射到光电二极管阵列的第三光探测器或第四光探测器的光功率为Py，该激光器发出的激光的波长锁定比为Px/Py，根据Px/Py比值反馈控制该激光器，锁定该激光器的发出光线的波长。
本发明通过一套波长锁定装置和四象限光探测器实现双波长同时锁定，并将波长标准具的出射端面的下半部分呈楔形，多束激光分别通过波长标准具呈平面的上半部分的光功率和呈楔形的下半部分的光功率对比，分别锁定每个激光器发光激光的波长，以此实现多路波长的锁定功能，极大减少了的可调谐激光器内的封装内的分离组件的数目和工艺复杂度，同时也使得封装空间、产品的尺寸及成本大幅减小。
附图说明
图1所示为可调谐激光器的光路经过的结构示意图；
图2所示为图1的光线经过波长锁定装置的结构示意图；
图3所示为图2的波长标准具的端面呈楔形经过的光线的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明揭示一种用于可调谐激光器的波长锁定装置，其中，可调谐激光器包括多个激光器、多个光学器件、准直透镜41、多个会聚透镜42、第一分束器1以及波长锁定装置，在本发明中，设定为两个激光器，分别为第一激光器和第二激光器，其中，第一激光器发出第一束激光10，第二激光器发出第二束激光20，其中，第一束激光10为红光，第二束激光20为蓝光。
该第一束激光和第二束激光均通过准直透镜41准直为平行光入射至所述第一分束器1，然后由该第一分束器1分成两束光线，其中一束光线进入待工作的场合，另一束光线进入所述波长锁定装置，通过该波长锁定装置反馈控制该激光器，从而锁定激光器的发光波长。
所述波长锁定装置包括第二分束器2、波长标准具3、第一光电二极管阵列100、以及与第一光电二极管阵列100垂直的第二光电二极管阵列200，其中，第一光电二极管阵列具有至少一光探测器，第二光电二极管阵列200也具有至少一光探测器，
其中，所述波长标准具3的入射端面和出射端面分别镀有光学薄膜，其反射率为10％-90％。
如图1和图2所示，其中，图2标示中的准直透镜41应该位于图1的第一分束器1的前方，图2只是其示意图。
当波长标准具3为标准形状时：第一束激光10以输出功率10dBm经过一系列光学器件至第一分束器1后分出的光线至第二分束器2，由该第二分束器2分成两束光线，其中一束光线折射至第一光电二极管阵列100的光探测器；另一束光线入射至所述波长标准具3后，再由所述会聚透镜42进行光路的耦合入射至第二光电二极管阵列200的光探测器。
其中，第一束激光10经所述第二分束器2入射到所述第一光电二极管阵列100的光探测器的光功率为P11，该第一束激光10经所述波长标准具3透射后入射到第二光电二极管阵列200的光探测器的光功率为P21，则第一束激光10的波长锁定比为P21/P11，由于所述波长标准具3的透射比具有波长相关性，则根据P21/P11比值来锁定第一激光器的波长。
根据P21/P11比值反馈控制该第一激光器，从而锁定第一激光器的发光波长。
第二束激光20以输出功率13dBm经过一系列光学器件至至第一分束器1后分出的光线至第二分束器2，由该第二分束器2分成两束光线，其中一束光线折射至第一光电二极管阵列100的光探测器，另一束光线入射至所述波长标准具3后，再由所述会聚透镜42进行光路的耦合入射至第二光电二极管阵列200的光探测器。其中，第二束激光20经所述第二分束器2入射到第一光电二极管阵列100的光探测器的光功率记为P12，该第二束激光20经所述波长标准具3透射后入射到第二光电二极管阵列200的光探测器的光功率记为P22，则第二束激光20的波长锁定比为P22/P12，由于波长锁定装置的透射比具有波长相关性，则根据P22/P12比值锁定第二激光器的波长。
根据P22/P12比值反馈控制该第二激光器，从而锁定第二激光器的发光波长。
在一定的波长锁定装置的温度和入射角度下，在一个ITU栅格周期内，P21/P11比值、P22/P12比值和频率相对应。
根据Pb/Pa比值反馈控制该激光器，锁定该激光器的发出光线的波长。
本发明通过波长锁定装置来锁定一束激光或双束激光的波长。
本发明仅设计一套波长锁定装置，通过该波长锁定装置实现双波长同时锁定，极大的减少了封装内的分离组件的数目和工艺复杂度，同时也使得封装空间、产品的尺寸及成本大幅减小。
图3所示为本发明第二实施例的结构示意图，设定所述波长标准具3的出射端面的下半部分呈楔形，所述波长标准具3具有光线透过的楔形表面31，该楔形表面31与所述x轴平行。
该楔形表面31镀增透膜，其反射率为0.1％-3％。
所述波长标准具3的入射端面和出射端面的上半部分镀增透膜，该光学薄膜的反射率为10％-90％。
所述第二光电二极管阵列200设有呈四象限分布的四个光探测器，分别为：第一光探测器a、第二光探测器b、第三光探测器c、和第四光探测器d。
四象限光探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光探测器件。
其中，本可调谐激光器位于x轴、y轴和z轴的组成坐标系内，其中，z轴为激光束垂直穿过的方向。
其中，所述第一光探测器a、第二光探测器b、第三光探测器c、以及第四光探测器d分别位于x轴和y轴组成的坐标轴的四象限内。
图3为垂直x方向的光线示意图，图3标示中的准直透镜41应该位于图1的第一分束器1的前方，图3只是其示意图。
图3仅示意了第一束激光10通过波长标准具3的结构示意图，第二实施例的光线经第二分束器2至所述第一光电二极管阵列100的光探测器的方法相同，就不重复叙述。
第一束激光10经所述第二分束器2分出的光线入射至所述波长标准具3的上半部分振荡干涉后透射后，再由所述会聚透镜42进行光路的耦合入射至第二光电二极管阵列200的第一光探测器a，第一束激光10经过所述波长标准具3的上半部分振荡干涉后透射后经会会聚透镜42入射到第二光电二极管阵列200的第一探测器a的光功率为P1；第一束激光10经所述第二分束器2分出的光线入射至所述波长标准具3的下半部分时，波长标准具3的楔形表面31破坏其法布里-珀龙腔(FP腔)，并将该部分光束折射一定角度，经会聚透镜42入射到第二光电二极管阵列200的第三探测器c上，且第一束激光10经过所述波长标准具3的下半部分振荡干涉后透射后经会聚透镜42入射到第二光电二极管阵列200的第三探测器c的光功率为P3。根据P1/P3来锁定第一激光器发光激光的波长。
第二激光束20入射至所述波长标准具3的示意图参照图3所示，第二束激光20经所述第二分束器2分出的光线入射至所述波长标准具3的上半部分振荡干涉后透射后，再由所述会聚透镜42进行光路的耦合入射至第二光电二极管阵列200的第二探测器b，第二束激光20经过所述波长标准具3的上半部分振荡干涉后透射后经会聚透镜42入射到第二光电二极管阵列200的第二探测器b的光功率为P2；第二束激光20经所述第二分束器2分出的光线入射至所述波长标准具3的下半部分时，所述波长标准具3的楔形表面31破坏其法布里-珀龙腔(FP腔)，并将该部分光束折射一定角度，经会聚透镜42入射到第二光电二极管阵列200的第四探测器d上，且第二束激光20经过所述波长标准具3的下半部分振荡干涉后透射后经会聚透镜42入射到第二光电二极管阵列200的第四探测器d的光功率为P4。
第二束激光20的波长锁定比为P2/P4，根据P2/P4比值分别锁定第二激光器发光激光的波长。
由于，所述第一光探测器a、第二光探测器b、第三光探测器d和第四光探测器d分别位于x轴和y轴组成坐标轴的四象限内，在本实施例中，第一光探测器a、第二光探测器b、第四光探测器d、以及第三光探测器c依序以逆时针排列在由x轴和y轴组成坐标系的四象限内。
由于每个光探测器所位于的象限不同，根据设计确定其中两个光探测器所处的象限的位置关系来确定P1/P3和P2/P4比值，从而根据其比值分别锁定激光器发光激光的波长。
根据P1/P3、P2/P4比值分别反馈控制第一激光器和第二激光器，锁定第一激光器和第二激光器的发出光线的波长。
本发明通过分束器将激光分开一定角度,分别以一定的角度入射同一波长标准具后,再由会会聚透镜进行光路的耦合，分开一定距离入射到光电二极管阵列的两个光探测器表面，此角度和距离可以通过光学设计来设定。
上述实施例为两个激光器，当然也可以为多个激光器，每个激光器发出的对应的激光束，每束激光分别通过波长锁定装置呈楔形的下半部分和呈平面的上半部分的光功率对比，分别锁定每个激光器发光激光的波长。
本发明通过一套波长锁定装置和四象限光探测器实现双波长同时锁定，并将波长标准具的出射端面的下半部分呈楔形，多束激光分别通过波长标准具呈平面的上半部分的光功率和呈楔形的下半部分的光功率对比，分别锁定每个激光器发光激光的波长，以此实现多路波长的锁定功能，极大减少了的可调谐激光器内的封装内的分离组件的数目和工艺复杂度，同时也使得封装空间、产品的尺寸及成本大幅减小。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种波长锁定装置，用于可调谐激光器的波长锁定，其特征在于，可调谐激光器设有至少一激光器、第一分束器、准直透镜、多个会聚透镜和所述波长锁定装置；所述波长锁定装置包括波长标准具、以及至少一第二光电二极管阵列，所述第二光电二极管阵列设有呈四象限分布的四个光探测器，分别为第一光探测器、第二光探测器、第三光探测器、以及第四光探测器；所述波长标准具的出射端面的下半部分呈楔形，该波长标准具具有光线透过的楔形表面；该激光器发出的激光入射至所述波长标准具，其中，入射至所述波长标准具的上半部分的光经振荡干涉后透射，再由所述会聚透镜进行光路的耦合入射至所述第二光电二极管阵列的第一光探测器或第二光探测器，激光器发出的激光经过所述波长标准具的上半部分入射到第二光电二极管阵列的第一光探测器或第二光探测器的光功率为Px；该激光器发出的激光入射至所述波长标准具的下半部分的光经楔形表面折射后出射，经会聚透镜入射到所述第二光电二极管阵列的第三光探测器或第四光探测器上，激光器发出的激光经过所述波长标准具的下半部分入射到第二光电二极管阵列的第三光探测器或第四光探测器的光功率为Py，该激光器发出的激光的波长锁定比为Px/Py，根据Px/Py比值反馈控制该激光器，锁定该激光器的发出光线的波长。
2.根据权利要求1所述的波长锁定装置，其特征在于：所述波长锁定装置还包括第二分束器，光电二极管阵列设有两个，分别为第一光电二极管阵列和所述第二光电二极管阵列，所述第一光电二极管阵列设有至少一光探测器；激光器发出的激光经准直透镜准直成平行光入射至所述第一分束器，由该第一分束器分出两束激光，其中一束光线进行待工作的场合，另一束光线进入所述波长锁定装置的第二分束器，由该第二分束器分出两束光线，其中一束激光经会聚透镜至所述第一光电二极管阵列的光探测器，另一束激光经所述波长标准具，由所述会聚透镜入射至所述第二光电二极管阵列的光探测器。
3.根据权利要求1或2所述的波长锁定装置，其特征在于：所述楔形表面镀增透膜，其反射率为0.1％-3％。
4.根据权利要求1或2所述的波长锁定装置，其特征在于：所述楔形表面与x轴平行；其中，x轴为水平方向，y轴为垂直方向，z轴为激光束垂直穿过的方向。
5.根据权利要求1或2所述的波长锁定装置，其特征在于：第一光探测器位于由x轴和y轴组成坐标系的第三象限内，第一光探测器、第二光探测器、第四光探测器、以及第三光探测器依序以逆时针排列在由x轴和y轴组成坐标系的四象限内；其中，x轴为水平方向，y轴为垂直方向，z轴为激光束垂直穿过的方向。
6.根据权利要求1或2所述的波长锁定装置，其特征在于：所述可调谐激光器设有两个激光器，分别为第一激光器和第二激光器，第一激光发出第一束激光，第二激光器发出第二激光束，其中，第一束激光经过所述波长标准具的上半部分入射到第二光电二极管阵列的第一光探测器的光功率为P1，第一束激光经过所述波长标准具的下半部分入射到第二光电二极管阵列的第三光探测器的光功率为P3；第二激光束经过所述波长标准具的上半部分入射到第二光电二极管阵列的第二光探测器的光功率为P2，第一束激光经过所述波长标准具的下半部分入射到第二光电二极管阵列的第四光探测器的光功率为P4，根据P1/P3、P2/P4比值分别反馈控制第一激光器和第二激光器，锁定第一激光器和第二激光器的发出光线的波长。
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