CN107910749A - 无啁啾的增益调制半导体激光器装置及激光强度调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置及激光强度调制方法,涉及激光光学领域,该装置包括激光器和设于所述激光器一侧的增益调制器,所述激光器包括第一半导体增益介质、设于所述第一增益介质两端的DFB反射器以及加载于所述第一增益介质上的第一驱动电流源;所述增益调制器包括第二半导体增益介质以及加载于所述第二增益介质上的第二驱动电流源,所述增益调制器用于对激光器输出的激光强度进行调制。本发明输出的激光不存在啁啾现象且激光光强较大。
Description
技术领域
本发明涉及激光光学领域,具体涉及一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置及激光强度调制方法。
背景技术
光强度调制编码技术是通过对光载波的强度进行调制,把信号加载在光载波上的一种技术,该技术是目前光通信技术的基础,同时也是光学测量技术应用,如激光测距、激光雷达的重要技术。
当前,光强度调制编码技术主要有两种实现方案,分为:
1、外调制装置。如附图1所示,外调制装置由独立激光器101和外调制器102构成。独立激光器101输出连续激光;外调制器102采用电吸收或干涉的方式,在输入电信号为“1”时光衰减率较低,在输入电信号为“0”时光衰减率变高,以这种方式对独立激光器101输出的连续激光进行强度调制。该方案的优点是:独立激光器101采用稳频技术后输出的连续激光波长稳定、单色性好、功率稳定;外调制器102采用改变光衰减率的方式进行强度调制,可以获得较好的调制消光比。但该方案的缺点是:外调制器102采用改变光衰减率的方式进行强度调制,导致外调制装置的输出光功率较小,同时独立激光器101和外调制器102独立的构造结构使得外调制装置成本相对较高。
2、直接调制装置。如附图2所示,直接调制激光器201同时起到了发射激光和强度调制的两项作用。电信号直接加载在直接调制激光器201的驱动电流上,如附图3所示通过改变驱动电流大小来实现直接调制激光器201输出激光强度的调制。该方案的优点是:直接调制激光器201的发出的激光直接输出,输出光功率较高;整体结构较为简单,成本相对较低。该方案的缺点是:直接调制激光器201的激光波长受到电信号的干扰,单色性差,存在啁啾现象;电信号直接加载在直接调制激光器201的驱动电流上,调制消光比差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置及激光强度调制方法,输出的激光不存在啁啾现象且激光光强较大。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是,包括:
激光器,所述激光器包括第一半导体增益介质、设于所述第一增益介质两端的DFB反射器以及加载于所述第一增益介质上的第一驱动电流源;
设于所述激光器一侧的增益调制器,所述增益调制器包括第二半导体增益介质以及加载于所述第二增益介质上的第二驱动电流源,所述增益调制器用于对激光器输出的激光强度进行调制。
在上述技术方案的基础上,所述第一半导体增益介质和第二半导体增益介质的材质相同。
在上述技术方案的基础上,所述第一半导体增益介质和第二半导体介质上均设有2块电极,所述第二半导体介质上设有高速加法器,所述第一驱动电流源产生的驱动电流经由第一半导体增益介质上的电极注入第一半导体增益介质内,所述高速加法器用于将第二驱动电流源产生的驱动电流和一调制信号叠加后经第二半导体增益介质上的电极注入第二半导体增益介质内。
在上述技术方案的基础上,所述激光器和增益调制器生长于同一衬底上。
本发明还提供一种激光强度调制方法,包括:
S1:第一半导体增益介质受激辐射产生激光;
S2:调谐2个DFB反射器的谐振波长,使激光器输出波长稳定的激光;
S3:激光器输出的激光进入增益调制器;
S4:第二驱动电流源产生大于增益调制器的阈值电流的驱动电流,使第二半导体增益介质内部形成粒子数反转使进入增益调制器内的激光受激放大,实现激光强度的调制;
S5:增益调制器输出调制后的激光。
在上述技术方案的基础上,第一驱动电流源产生大于激光器的阈值电流的驱动电流时,第一增益介质两端的DFB反射器形成谐振腔,调谐2个DFB反射器的谐振波长,使激光器输出波长稳定的激光。
在上述技术方案的基础上,所述增益调制器输出的激光波长与激光器输出的激光波长相同。
在上述技术方案的基础上,所述第二半导体增益介质上设有高速加法器,所述高速加法器用于将第二驱动电流源产生的驱动电流与一调制信号叠加后注入第二半导体介质。
在上述技术方案的基础上,所述第一半导体增益介质和第二半导体介质上均设有2块电极。
在上述技术方案的基础上,所述第一驱动电流源产生的驱动电流经由第一半导体增益介质上的电极注入第一半导体增益介质内,当第一驱动电流源产生大于激光器的阈值电流的驱动电流时,第一半导体增益介质受激辐射产生激光,所述第二驱动电流源产生的驱动电流经由第二半导体增益介质上的电极注入第二半导体增益介质内,当第二驱动电流源产生大于增益调制器的阈值电流的驱动电流时,第二半导体增益介质内部形成粒子数反转。
与现有技术相比,本发明的一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置的优点在于:第二驱动电流源产生驱动电流加载在第二半导体增益介质上,通过改变第二驱动电流源电流大小来实现增益调制器输出激光强度的调制,对激光功率进行放大,因此输出激光光强较大,整个激光强度增强效果类似于直接调制装置,大于外调制装置;激光器和增益调制器两者单独设置,调制信号加载在增益调制器的驱动电流上,故激光器输出的激光不受调制信号的干扰,从而最终输出的激光单色性好,不存在啁啾现象。
附图说明
图1为本发明背景技术中外调制装置的结构示意图;
图2为本发明背景技术中直接调制装置的结构示意图;
图3为本发明背景技术中直接调制装置工作原理图;
图4为本发明一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置的示意图;
图5为本发明一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图4所示,本发明提供一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置,用于输出无啁啾、光功率大、消光比高的激光。本发明的无啁啾的增益调制半导体激光器装置包括激光器301和设于激光器301一侧的增益调制器302。
激光器301采用稳频技术,用于输出连续的激光,具体的参见图5所示,激光器301包括第一半导体增益介质303、设于第一增益介质两端的DFB(Distributed FeedbackLaser,分布式反馈)反射器以及加载于第一增益介质上的第一驱动电流源305,第一半导体增益介质303上设有2块电极308,第一驱动电流源305的两极分别与第一半导体增益介质303上的一块电极308相连。第一驱动电流源305产生的驱动电流经由第一半导体增益介质303上的电极308注入第一半导体增益介质303内,第一驱动电流源305产生的驱动电流大于激光器301的阈值电流时,第一半导体增益介质303内部形成粒子数反转,第一增益介质两端的DFB反射器304构成谐振腔,激光从靠近增益调制器302一侧的DFB反射器304中输出。通过调谐2个DFB反射器304的谐振波长,即可使激光器301输出波长稳定的激光,并可实现激光器301输出激光的波长调谐。激光器301阈值电流的大小由激光器301本身所确定。
增益调制器302用于对激光器301输出的激光强度进行调制。参加图5所示,增益调制器302包括第二半导体增益介质306以及加载于第二增益介质上的第二驱动电流源307,第二半导体增益介质306上设有2块电极308,第二半导体介质上设有高速加法器310,高速加法器310用于将第二驱动电流源307产生的驱动电流和一调制信号叠加后经第二半导体增益介质306上的电极308注入第二半导体增益介质306内,第二驱动电流源307的一端与第二半导体增益介质306上的电极308相连,另一端经高速加法器310后与第二半导体增益介质306上的另一电极308相连。第一半导体增益介质303和第二半导体增益介质306的材质相同。
当第二驱动电流源307产生的驱动电流大于增益调制器302的阈值电流时,第二半导体增益介质306内部形成粒子数反转,由于第二半导体增益介质306两端没有谐振腔,故第二半导体增益介质306不会自发地形成独立的受激辐射,激光器301输出的激光进入第二半导体增益介质306内被受激放大,从而实现激光强度的调整,对于输出激光的强度的方法倍数,只需调节加载在第二半导体增益介质306上的驱动电流大小即可。增益调制器302阈值电流的大小由增益调制器302自身所决定。
激光器301和增益调制器302生长于同一衬底309上,无需额外的工艺流程进行装配,有效地控制了成本。
本发明的无啁啾的增益调制半导体激光器装置,调制信号加载在增益调制器302的驱动电流上,使激光器301输出的激光不受调制信号的干扰,故最终输出的激光单色性好,不会存在啁啾现象;调制信号加载在增益调制器302的驱动电流上,通过改变电流大小来实现增益调制器302输出激光强度的调制,对激光功率进行放大,因此输出激光光强较大,类似于直接调制装置,大于外调制装置;增益调制器302两端没有反射器,光子不会在增益调制器302内形成谐振,而仅仅是以行波的形式一次性通过增益调制器302。
本发明还提供一种基于上述无啁啾的增益调制半导体激光器装置的激光强度调制方法,包括:
S1:第一半导体增益介质303受激辐射产生激光,具体的第一驱动电流源305产生大于激光器301的阈值电流的驱动电流,第一半导体增益介质303内部形成粒子数反转,从而产生激光;
S2:调谐2个DFB反射器304的谐振波长,使激光器301输出波长稳定的激光;
S3:激光器301输出的激光进入增益调制器302;
S4:第二驱动电流源307产生大于增益调制器302的阈值电流的驱动电流,使第二半导体增益介质306内部形成粒子数反转使进入增益调制器302内的激光受激放大,实现激光强度的调制;
S5:增益调制器302输出调制后的激光。
第一驱动电流源305产生大于激光器301的阈值电流的驱动电流时,第一半导体增益介质303两端的DFB反射器304形成谐振腔,调谐2个DFB反射器304的谐振波长,使激光器301输出波长稳定的激光。增益调制器302输出的激光波长与激光器301输出的激光波长相同。第二半导体增益介质306上设有高速加法器310,高速加法器310用于将第二驱动电流源307产生的驱动电流与一调制信号叠加后注入第二半导体介质。第一半导体增益介质303和第二半导体介质上均设有2块电极308。第一驱动电流源305产生的驱动电流经由第一半导体增益介质303上的电极308注入第一半导体增益介质303内,当第一驱动电流源305产生大于激光器301的阈值电流的驱动电流时,第一半导体增益介质受激辐射产生激光,第二驱动电流源307产生的驱动电流经由第二半导体增益介质306上的电极308注入第二半导体增益介质306内,当第二驱动电流源307产生大于增益调制器302的阈值电流的驱动电流时,第二半导体增益介质306内部形成粒子数反转。
通过调整调制信号的大小和第二驱动电流源307产生的驱动电流的大小,对最终输出的激光强度进行调节,在一种实施方式中,使得调制信号为“1”时,注入第二半导体增益介质306的驱动电流大于增益调制器302的阈值电流,此时第二半导体增益介质306对激光的增益大于1;调制信号为“0”时,注入第二半导体增益介质306的驱动电流为0或甚至为负值,此时第二半导体增益介质306对激光的增益小于1,故最终输出的激光功率接近于0。
本发明的激光强度调制方法,输出激光不受调制信号的干扰,单色性好,不存在啁啾现象;输出激光光强较大,类似于直接调制装置,且大于外调制装置;调制消光比较高,类似于外调制装置,优于直接调制装置。
本发明不局限于上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置,其特征在于,包括:
激光器(301),所述激光器(301)包括第一半导体增益介质(303)、设于所述第一增益介质两端的DFB反射器(304)以及加载于所述第一增益介质上的第一驱动电流源(305);
设于所述激光器(301)一侧的增益调制器(302),所述增益调制器(302)包括第二半导体增益介质(306)以及加载于所述第二增益介质上的第二驱动电流源(307),所述增益调制器(302)用于对激光器(301)输出的激光强度进行调制。
2.如权利要求1所述的一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置,其特征在于:所述第一半导体增益介质(303)和第二半导体增益介质(306)的材质相同。
3.如权利要求1所述的一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置,其特征在于:所述第一半导体增益介质(303)和第二半导体介质上均设有2块电极(308),所述第二半导体介质上设有高速加法器(310),所述第一驱动电流源(305)产生的驱动电流经由第一半导体增益介质(303)上的电极(308)注入第一半导体增益介质(303)内,所述高速加法器(310)用于将第二驱动电流源(307)产生的驱动电流和一调制信号叠加后经第二半导体增益介质(306)上的电极(308)注入第二半导体增益介质(306)内。
4.如权利要求1所述的一种无啁啾的增益调制半导体激光器装置,其特征在于:所述激光器(301)和增益调制器(302)生长于同一衬底(309)上。
5.一种基于权利要求1所述无啁啾的增益调制半导体激光器装置的激光强度调制方法,其特征在于,包括:
S1:第一半导体增益介质(303)受激辐射产生激光;
S2:调谐2个DFB反射器(304)的谐振波长,使激光器(301)输出波长稳定的激光;
S3:激光器(301)输出的激光进入增益调制器(302);
S4:第二驱动电流源(307)产生大于增益调制器(302)的阈值电流的驱动电流,使第二半导体增益介质(306)内部形成粒子数反转使进入增益调制器(302)内的激光受激放大,实现激光强度的调制;
S5:增益调制器(302)输出调制后的激光。
6.如权利要求5所述的激光强度调制方法,其特征在于:第一驱动电流源(305)产生大于激光器(301)的阈值电流的驱动电流时,第一增益介质两端的DFB反射器(304)形成谐振腔,调谐2个DFB反射器(304)的谐振波长,使激光器(301)输出波长稳定的激光。
7.如权利要求5所述的激光强度调制方法,其特征在于:所述增益调制器(302)输出的激光波长与激光器(301)输出的激光波长相同。
8.如权利要求5所述的激光强度调制方法,其特征在于:所述第二半导体增益介质(306)上设有高速加法器(310),所述高速加法器(310)用于将第二驱动电流源(307)产生的驱动电流与一调制信号叠加后注入第二半导体介质。
9.如权利要求8所述的激光强度调制方法,其特征在于:所述第一半导体增益介质(303)和第二半导体介质上均设有2块电极(308)。
10.如权利要求9所述的激光强度调制方法,其特征在于:所述第一驱动电流源(305)产生的驱动电流经由第一半导体增益介质(303)上的电极(308)注入第一半导体增益介质(303)内,当第一驱动电流源(305)产生大于激光器(301)的阈值电流的驱动电流时,第一半导体增益介质受激辐射产生激光,所述第二驱动电流源(307)产生的驱动电流经由第二半导体增益介质(306)上的电极(308)注入第二半导体增益介质(306)内,当第二驱动电流源(307)产生大于增益调制器(302)的阈值电流的驱动电流时,第二半导体增益介质(306)内部形成粒子数反转。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180413 |
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