CN107069425A - 多模激光器及其多模调节方法 - Google Patents

Abstract

一种多模激光器及多模调节方法，其中多模激光器包括：激光器，用于发射宽光谱激光；至少一个分束镜，用于将宽光谱激光分为至少两个分光束；至少两个光学支路，分别用于传输至少两个分光束，每个光学支路包括：闪耀光栅，用于筛选传输的分光束，得到单一波长的光，并将单一波长的光反馈至激光器；可调光衰减器，用于调节反馈至激光器的单一波长的光的光强度。由于每个光学支路中均包括闪耀光栅和可调光衰减器，可以在腔外调节多模中的每个模式的强度，从而避免了激光器的内部调节，因此也可适用于强度不均衡的增益谱，即降低了半导体激光器增益谱平坦化的要求，使本发明的多模激光器更加普适。

Description

多模激光器及其多模调节方法

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，更具体地涉及一种多模激光器及其多模调节方法。

背景技术

双波长激光器作为一种可实现两个不同波长激光同时激射的激光器，在很多领域具有应用前景。比如利用差频或拍频技术实现微波及太赫兹频率的产生；工作在光纤通信C波段(1525～1625nm)和L波段(1565～1625nm)的双模激光器也可应用于波分复用(WDM)和相干光通信系统中；此外，双波长激光器在光学传感、双波长相干测量、光开关和非线性光学中也有重要应用。

可调踏双波长激光器产生的两个模式的波长间距可调，具有实现频率可调的微波源的潜力；目前双波长激光器实现有两种主要技术路线：

1、单片集成双波长激光器，能够实现稳定的双波长输出，而且每个波长模式单模性较好，具有高的边模抑制比；但可调谐范围受限、功率输出低；

2、外腔反馈型双波长激光器，如双Littrow或Littman结构等，通过外腔选模将光反馈回半导体激光器，利用共同的半导体激光器增益介质拓展成不同的两个外腔，从而实现双模输出。此技术路线具有可调谐范围广、模式间隔连续可调、输出功率高等优点；但其稳定性较单片集成的双波长激光器差、有待提高，且其调谐模式需要同时转动两个闪耀光栅，寻找合适的角度避免强烈的模式竞争，这种调谐方式对两个反馈光路的精准度要求较高，实际操作中两路同时调节的方法较为繁琐，而且双模波长间隔有时不能连续可调或者连续可调范围小。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种多模激光器及其多模调节方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出一种多模激光器，包括：

激光器，用于发射宽光谱激光；

至少一个分束镜，用于将宽光谱激光分为至少两个分光束；

至少两个光学支路，分别用于传输至少两个分光束，每个光学支路包括：

闪耀光栅，用于筛选传输的分光束，得到单一波长的光，并将单一波长的光反馈至激光器；

可调光衰减器，用于调节反馈至激光器的单一波长的光的光强度。

在本发明的一些实施例中，上述多模量子点激光器还包括：

准直镜，置于激光器的端面，用于将激光器发出的宽光谱激光进行准直，使宽光谱激光以平行光的形式传输到至少一个分束镜。

在本发明的一些实施例中，上述激光器的发射波长范围在1.4～1.65μm之间。

在本发明的一些实施例中，上述激光器包括可调谐量子点激光器、可调谐量子阱激光器或量子级联激光器。

在本发明的一些实施例中，上述分束镜包括薄膜分束镜、平板分束镜或立方体分束镜。

在本发明的一些实施例中，上述分束镜为一个，光学支路为两个，分光束为两束。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明还提出一种如上述的多模激光器的多模调节方法，包括以下步骤：

步骤1、激光器发射宽光谱激光，校准至少两个光学支路的每一路，以使反馈至可调谐激光器的每一路光均为单一波长的光；

步骤2、固定至少两个光学支路中的其中一路的闪耀光栅的角度，使该支路反馈至激光器的单一波长的光的波长固定；

步骤3、连续调节除步骤2中固定的光学支路外的未调节光学支路中任一路的闪耀光栅的角度，判断是否会出现单模输出，是则进行步骤4；否则进行步骤5；

步骤4、判断单模输出时步骤2中固定的光学支路和步骤3中调节的光学支路反馈的单一波长的光的光强差值，调节该两个光学支路中的可调光衰减器，降低光强差值，返回步骤3；

步骤5、判断除步骤2中固定的光学支路外的其他光学支路是否均完成调节，否则返回步骤3，是则完成多模激光器的多模调节。

本发明提出的多模激光器及其多模调节方法，具有以下有益效果：

1、每个光学支路中均包括闪耀光栅和可调光衰减器，可以在腔外调节多模中的每个模式的强度，从而避免了激光器的内部调节，因此也可适用于强度不均衡的增益谱，即降低了半导体激光器增益谱平坦化的要求，使本发明的多模激光器更加普适；

2、由于每个光学支路中均有可调光衰减器，因此可以对多模中每个模式的强度进行修剪，避免强烈的模式竞争及互相抑制，因而可得到连续的可调谐多模谱，且可调范围增大；可以实现均衡或者非均衡的多模输出，可应用于各种特殊的实际应用场景。

3、在实际调节过程中，可固定其中一个光学支路的闪耀光栅的角度，从而简化了调节过程，在调节过程中只需调节其他光学支路的闪耀光栅的角度，这样避免了同时调节多路中闪耀光栅角度的麻烦，简化了调节过程，这样整体降低了光路校准的难度。

附图说明

图1是本发明提出的多模激光器的结构示意图；

图2是本发明提出的多模激光器的多模调节方法的流程图；

图3是本发明一实施例提出的双模激光器的结构示意图；

图4是本发明一实施例提出的双模激光器的双模调节方法的流程图；

图5(a)～图5(c)是图4所示的双模激光器的双模调节方法完成步骤1后，每个光学支路传输的单一波长的光的光谱图；

图6是图2所示的双模激光器未加可调光衰减器时，固定其中任一光学支路，调节另一光学支路的过程中双模激光器的光谱图；

图7(a)～图7(b)是图2所示的双模激光器在存在内腔激射影响和不存在内腔激射影响时的双模光谱图；

图8是图2所示的多模激光器增加并调节可调光衰减器后，固定其中任一光学支路，调节另一光学支路的过程中多模激光器的光谱图。

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，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种多模激光器，包括：

激光器，用于发射宽光谱激光；

至少一个分束镜，用于将宽光谱激光分为至少两个分光束；

至少两个光学支路，分别用于传输至少两个分光束，每个光学支路包括：

闪耀光栅，用于筛选传输的分光束，得到单一波长的光，并将单一波长的光反馈至激光器；

可调光衰减器，用于调节反馈至激光器的单一波长的光的光强度。

其中，宽光谱激光是指频率范围或者波长范围较宽的激光，通常情况下，波长范围应大于50nm。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，上述多模激光器还包括：

准直镜，置于激光器的端面，用于将激光器发出的宽光谱激光进行准直，使宽光谱激光以平行光的形式传输到至少一个分束镜。

在本发明的一些实施例中，上述激光器的发射波长为1.4～1.65μm，该激光器为可调谐激光器，即在一定范围内可以连续改变激光输出波长。

在本发明的一些实施例中，上述激光器包括可调谐量子点激光器、可调谐量子阱激光器或量子级联激光器。

在本发明的一些实施例中，上述分束镜包括薄膜分束镜、平板分束镜或立方体分束镜。

在本发明的一些实施例中，上述分束器为一个，所述光学支路为两个，所述宽光谱子光线为两束。

如图2所示，为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明还提出一种上述的多模激光器的多模调节方法，包括以下步骤：

步骤1、激光器发射宽光谱激光，校准至少两个光学支路的每一路，以使反馈至可调谐激光器的每一路光均为单一波长的光；

步骤2、固定至少两个光学支路中的其中一路的闪耀光栅的角度，使该支路反馈回激光器的单一波长的光的波长固定；

步骤3、连续调节除步骤2中固定的光学支路外的未调节光学支路中任一路的闪耀光栅的角度，判断是否会出现单模输出，是则进行步骤4；否则进行步骤5；

步骤4、判断单模输出时步骤2中固定的光学支路和步骤3中调节的光学支路反馈的单一波长的光的光强差值，调节该两个光学支路中的可调光衰减器，降低光强差值，返回步骤3；

步骤5、判断除步骤2中同定的光学支路外的其他光学支路是否均完成调节，否则返回步骤3，是则完成多模激光器的多模调节。

上述提出的多模激光器的多模调节方法，其光路调节难点在于：激光器端面的输出光经过准直镜校准后，耦合到闪耀光栅时，由于闪耀光栅的俯仰角未校准，以及闪耀光栅对应的单模调谐窗口未知，因此经过分束镜后，垂直于激光器方向的闪耀光栅调节较为困难。

在本发明的一些实施例中，上述多模激光器的多模调节方法，在步骤1中，首先根据激光器在自由工作时的光谱图找出其工作的中心模式，然后根据光栅衍射公式算出大概角度，根据这个角度调整平行方向的光学支路中的闪耀光栅的角度，然后再调节闪耀光栅的俯仰角就可以找到单模调谐窗口，微调整个光路实现最大范围单模调谐。对于垂直方向的光学支路，由于光路已经经过平行方向校准，因而可直接参考平行方向的闪耀光栅的调节窗口，设置中心角度，然后微调俯仰角，即可实现垂直方向单模调谐。

在本发明的一些实施例中，垂直方向的光学支路的光反馈一般较弱，相较于平行方向的光学支路，可调谐范围有限，因而实际调谐过程中按照双模调谐方式需要，垂直方向尽量小角度调谐或者设置固定角度不变。

在本发明的一些实施例中，当其中一个光学支路反馈的单一波长的光的光谱出现内腔激射干扰时，可通过调节另一个光学支路的单模位置至内腔激射处，抑制内腔激射，从而实现多模输出。

在本发明的一些实施例中，当多个光学支路均可实现单模调谐时，比较该多个光学支路中单一波长的光功率的强弱，当出现强烈的模式竞争时，需要对其中的较强模式进行衰减调节，实现多模共存。

在本发明的一些实施例中，为了实现均衡的多模输出，需要根据实际情况对某些光学支路中传输的单一波长的光进行适当的强度调节，以便得到均衡的多模输出。

以下通过具体实施例，对本发明提出的多模激光器及其多模调节方法，进行详细说明。

实施例1

如图3所示，本实施例提出一种双模激光器，包括：

激光器1，用于发射宽光谱激光；

分束镜2，用于将宽光谱激光分为两束分光束；

两个光学支路，分别用于传输两束分光束，每个光学支路包括：

闪耀光栅3，用于筛选传输的分光束，得到单一波长的光，并将单一波长的光反馈至激光器；

可调光衰减器4，用于调节反馈至激光器的单一波长的光的光强度。

在激光器的端面还设置有准直镜5，用于将激光器发出的宽光谱激光进行准直，使宽光谱激光以平行光的形式传输至分束镜。

本实施例采用的激光器为量子点激光器，分束镜为薄膜分束镜，量子点激光器的出射光中心波长为1.5μm左右。

如图4所示，本实施例提出的双模激光器，其具体的双模调节方法包括以下步骤：

步骤1、激光器发射宽光谱激光，校准两个光学支路的每一路，以使反馈至激光器的每一路光均为单一波长的光；

具体地，将整个多模激光器系统的光学元件通过滑块固定在导轨上，量子点半导体激光器在合适的外部注入电流时达到激射状态，端面输出光通过非球面准直镜，借助红外显示卡，红外显示卡在导轨上平移时，反复调节准直镜，使得红外显示卡上光斑位置和大小保持不变，从而对激光器端面发散的输出光实现了准直。平行光通过分束镜2后一分为二，分束镜2的平行分光方向与导轨平行，通过调节其中一个光学支路中的闪耀光栅的俯仰角和角度，借助光谱仪分析输出光谱，校准光路，实现较宽的单模调谐范围。两路光路的闪耀光栅均用这种方法调节实现单模调谐。

如图5(a)～图5(b)所示，当两个光学支路都经过校准后，反馈回激光器腔内，只开一个光学支路时，在光谱仪上各自都可以看到单纵模光谱(见图5(a)和图5(b))，在没有内腔激射的影响时，两个光学支路均打开，即可得到如图5(c)所示的双模光谱。

步骤2、固定两个光学支路中的其中一路的闪耀光栅的角度，使该支路反馈回激光器的单一波长的光的波长固定；

具体地，将垂直方向的光学支路中的闪耀光栅4-2固定不动，选取半导体激光器激射的中心模式，因为中心模式调谐单模实现最简单，这一光路要求低，只需保证另一路光路精确即可；转动另一个闪耀光栅4-1的角度，寻找双模存在区域。

步骤3、连续调节另一路光学支路中的闪耀光栅的角度，判断是否会出现单模输出，若会出现单模输出，此时继续进行步骤4；若不会出现单模输出，则完成双模激光器的双模调节；

具体的，在连续调节水平方向的光学支路中的闪耀光栅4-2时，一般情况下双模存在的区域较窄，而且会存在单模区域，则连续调节过程中的光谱分布如图6所示。

步骤4、判断两路光学支路反馈的单一波长的光的光强差值，调节该两个光学支路中的可调光衰减器，降低光强差值，返回步骤3

即判断垂直方向的光学支路和水平方向的光学支路反馈的单一波长的光的光强差值，通过调节该两个光学支路中的可调光衰减器3-1和3-2，降低光强差值，返回步骤3。

当两路光路其中一路光反馈较弱时，或者快接近单模调谐极限时，会存在内腔激射干扰，此时如果另一路单纵模反馈较强时，会将内腔激射抑制住，仍然可以观察到双模光谱输出，如图7(a)所示，为存在内腔激射干扰时的输出光谱，图7(b)为内腔激射被抑制后的输出光谱。

当通过调节两个光学支路中的可调光衰减器3-1、3-2，使得两路光的反馈均衡后，如图8所示，在连续调节水平方向的光学支路中的闪耀光栅4-1时，会一直出现双模光谱。

在上述步骤4中，还可以判断哪一个光学支路的反馈较强，然后对该光学支路进行适当的衰减调节，直至两个光学支路的反馈均等，则可得到均衡的双模输出。

实施例2

本实施例提出一种外腔双模连续可调谐量子点激光器，包括量子点激光器、外腔光学系统；量子点激光器作为宽谱增益介质，外腔光学系统提供光反馈，筛选出不同波长的激光模式，外腔光学系统为改进的双Littrow结构，包括非球面准直镜、笼式薄膜分束器、两个可调谐衰减片、两个闪耀光栅。笼式薄膜分束器将量子点激光器发射出来光束分成两路，闪耀光栅用于筛选所需的反馈模式，可调谐衰减片置于光栅前，用于调节筛选模式的强度，避免双模之间强烈的模式竞争。在调谐过程中，其中一个光栅不动，另一个调节角度和衰减片的强度，实现连续可调的双模输出。

两个闪耀光栅在调谐过程中，存在两种工作模式。

工作模式1：其中一个闪耀光栅选择特定角度保持不动，另一个闪耀光栅转动角度，同时通过调节两个闪耀光栅前的衰减片，实现均衡外腔双模输出。

工作模式2：同时转动两个光栅，同时借助衰减片的强度调节控制作用，寻找较为均衡的双模输出位置。

本实施例提出的外腔双模连续可调谐量子点激光器，提高了双模连续可调谐范围，降低了光路调节难度，模式强度可调，易实现均衡的双模输出。

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，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 (7)

1.一种多模激光器，包括：

激光器，用于发射宽光谱激光；

至少一个分束镜，用于将所述宽光谱激光分为至少两个分光束；

至少两个光学支路，分别用于传输所述至少两个分光束，每个光学支路包括：

闪耀光栅，用于筛选传输的分光束，得到单一波长的光，并将所述单一波长的光反馈至所述激光器；

可调光衰减器，用于调节反馈至所述激光器的所述单一波长的光的光强度。

2.如权利要求1所述的多模激光器，其中，所述多模激光器还包括：

准直镜，置于所述激光器的端面，用于将所述激光器发出的宽光谱激光进行准直，使所述宽光谱激光以平行光的形式传输至所述至少一个分束镜。

3.如权利要求1所述的多模激光器，其中，所述激光器的发射波长范围在1.4～1.65μm之间。

4.如权利要求1所述的多模激光器，其中，所述激光器包括可调谐量子点激光器、可调谐量子阱激光器或量子级联激光器。

5.如权利要求1所述的多模激光器，其中，所述分束镜包括薄膜分束镜、平板分束镜或立方体分束镜。

6.如权利要求1所述的多模激光器，其中，所述分束镜为一个，所述光学支路为两个，所述分光束为两束。

7.一种如权利要求1至6中任一项所述的多模激光器的多模调节方法，包括以下步骤：

步骤1、激光器发射宽光谱激光，校准所述至少两个光学支路的每一路，以使反馈至所述可调谐激光器的每一路光均为单一波长的光；

步骤2、固定所述至少两个光学支路中的其中一路的闪耀光栅的角度，使该支路反馈至激光器的单一波长的光的波长固定；

步骤3、连续调节除步骤2中固定的光学支路外的未调节光学支路中任一路的闪耀光栅的角度，判断是否会出现单模输出，是则进行步骤4；否则进行步骤5；

步骤4、判断单模输出时步骤2中固定的光学支路和步骤3中调节的光学支路反馈的单一波长的光的光强差值，调节该两个光学支路中的可调光衰减器，降低所述光强差值，返回步骤3；

步骤5、判断除步骤2中固定的光学支路外的其他光学支路是否均完成调节，否则返回步骤3，是则完成所述多模激光器的多模调节。