CN108565674A - 一种多波长半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波长半导体激光器，属于激光技术与非线性光学领域。本发明主要包括泵浦电源、半导体激光器、多波长透射式光纤光栅、光隔离器。本发明利用多波长透射式光纤布拉格光栅对商用化的半导体激光器进行滤波和反馈，实现了多波长，高稳定性的半导体激光输出。相对于传统的多波长半导体激光器结构，如F‑P型谐振腔和光纤环行谐振腔，该设计结构简单、紧凑、稳定性好。

Description

一种多波长半导体激光器
技术领域
本发明公开了一种多波长半导体激光器，属于激光技术与非线性光学领域。
背景技术
多波长半导体激光器是最近几年得到国内外广泛研究的一种新型多波长光源。这种光源在常温下可以得到稳定的多波长输出，并具有线宽窄、带宽范围大、性能稳定易于控制等优点，使得多波长半导体激光器在DWDM系统、全光网络及系统、激光雷达系统以及传感器等领域中得到广泛的应用。
要利用单个LD实现稳定的多模输出，就必须构成外腔或混合腔激光器，在腔中加入波长选择元件，精确平衡每个波长的损耗，从而实现多波长输出。从实用性出发，可归纳出以下3种谐振腔设计：F-P型谐振腔、光纤环行谐振腔和光栅外腔结构。第一种方法FP结构是将LD一端增透，与发射镜M，一起构成外腔激光器，由于半导体增益介质的均匀加宽特性，在其中可形成多纵模振荡，这是产生稳定的多波长输出的前提；第二种方法利用光纤环代替两个反射镜，与SOA共同构成外腔激光器，同样可产生多纵模振荡；第三种腔的特点是利用光纤光栅既作外腔反馈又同时作波长选择元件，直接实现多波长输出。
发明内容
对于采用F-P腔结构进行选模，其方法是最简单的，但在实际应用中还需要在其中加入波长选择元件，如滤波器，光栅等，因此分离元件较多，光路难于控制，导致多波长输出不稳定；环形腔替代反射镜的结构对于SOA与光纤的耦合要求较高，否则耦合损耗会很大，同时对SOA端面的增透性的要求也很高。本发明采用一种基于多波长光纤布拉格光栅既作外腔反馈又同时作波长选择元件，实现半导体激光器的多波长、高稳定性、高效率、结构紧凑的激光输出。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，该激光器的激光谐振腔为线性结构；
整个线性结构的谐振腔分为谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ两部分，其中谐振腔Ⅰ为半导体激光器的内腔，谐振腔Ⅱ为半导体激光器的外腔；谐振腔Ⅰ由线性谐振腔组成；谐振腔Ⅱ为一个由多波长输出的光纤布拉格光栅和谐振腔Ⅰ组成的复合腔；在谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ之间直接由无源光纤8连接。
谐振腔Ⅱ由多波长光纤布拉格光栅2组成，具有滤波作用；在谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ之间布置有无源传输光纤8；泵浦电源激发半导体激光器1，即在谐振腔I中产生宽光谱激光输出，通过无源传输光纤进入谐振腔II中，由于谐振II具有滤波的作用，通过谐振腔Ⅱ滤波后的光再反馈回谐振腔I，经过谐振腔II的振荡，对激光进行反馈、噪声抑制和稳频，最终实现稳定的多波长激光输出。
泵浦电流首先射入谐振腔I的半导体材料中，产生宽光谱的激光，宽光谱激光再进入谐振腔II中，通过谐振腔Ⅱ的滤波作用输出目标光，将目标光滤出后的其它部分光反馈回谐振腔Ⅰ中再进行振荡，在谐振腔I中对激光进反馈和噪声抑制，最终在谐振腔中实现稳定的多波长半导体激光输出。
谐振腔Ⅰ为多波长光栅或反射镜结构；多波长光纤布拉格光栅2和半导体激光器内腔构成谐振腔II。
谐振腔Ⅰ为反射镜结构时，半导体激光器1通过无源光纤8与多波长光纤布拉格光栅2及光纤隔离器6连接；通过无源传输光纤8对激光进行传输，然后经过光纤隔离器6进行输出并隔离反射光。
谐振腔Ⅰ为多波长光栅时，半导体激光器1通过反射镜3对激光进行传输。
泵浦源为连续型电源；激光谐振腔I是半导体激光器，谐振腔II为多波长透射型光纤布拉格光栅。
光纤隔离器6为激光输出装置。
所述泵浦电源是连续型电源。
半导体激光器1的工作物质是砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)或硫化锌(ZnS)等，输出波长范围405nm～1550nm。
多波长光纤布拉格光栅2的反射率为R，其中0<R<1。
光纤隔离器6是任意波长的光纤隔离器。
一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，该激光器的激光谐振腔为环形结构；偏振控制器7通过第一个光纤隔离器6与半导体光放大器4连接，半导体光放大器4与光纤耦合器5通过第二个光纤隔离器6连接；透射型布拉格光纤光栅2设置在偏振控制器7与光纤耦合器5之间；
半导体光放大器4、第二个光纤隔离器6、光纤耦合器5组成环形腔I；光纤耦合器5、透射型布拉格光纤光栅2构成谐振腔Ⅱ；
泵浦电源产生泵浦电流，耦合进入谐振腔I中，谐振腔I产生宽光谱激光再进入谐振腔I中，由于谐振腔Ⅱ具有滤波作用，将多波长激光输出，通过谐振腔Ⅱ滤波后的部分光再反馈回谐振腔Ⅰ，经过谐振腔Ⅰ的振荡，最终实现线性腔多波长半导体激光输出。
泵浦源为连续型电源；激光谐振腔I是半导体激光器，谐振腔II为多波长透射型光纤布拉格光栅。
光纤隔离器6为激光输出装置。
所述泵浦电源是连续型电源。
半导体激光器1的工作物质是砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)或硫化锌(ZnS)等，输出波长范围405nm～1550nm。
多波长光纤布拉格光栅2的反射率为R，其中0<R<1。
光纤隔离器6是任意波长的光纤隔离器。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明利用半导体激光器外腔选模技术，对内腔的激光进行选模，并将部分光反馈回内腔，实现了高稳定性的多波长激光输出。
2、本发明利用内腔产生宽光谱激光，内腔对腔内的激光进行选择并提供滤波、反馈，这种设计可以摆脱环形腔的复杂限制，实现多波长稳定的半导体激光输出。
3、本发明设计简单、结构紧凑，同时可以输出稳定性高的多波长半导体激光，易于实现产业化。
附图说明
图1为谐振腔为线形结构时的原理图。
图2为外谐振腔为多波长光栅时的示意图。
图3为外腔为反射镜时的结构示意图。
图4为谐振腔为环形结构时的示意图。
图中：1、半导体激光器，2、多波长透射型光纤布拉格光栅，3、反射镜，4、半导体光放大器，5、光纤耦合器，6、光纤隔离器，7、偏振控制器，8、无源光纤。
具体实施方式
以下结合附图1-4为本发明做进一步详细说明。
一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，该激光器的激光谐振腔为线性结构；
整个线性结构的谐振腔分为谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ两部分，其中谐振腔Ⅰ为半导体激光器的内腔，谐振腔Ⅱ为半导体激光器的外腔；谐振腔Ⅰ由线性谐振腔组成；谐振腔Ⅱ为一个由多波长输出的光纤布拉格光栅和谐振腔Ⅰ组成的复合腔；在谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ之间直接由无源光纤8连接。
谐振腔Ⅱ由多波长光纤布拉格光栅2组成，具有滤波作用；在谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ之间布置有无源传输光纤8；泵浦电源激发半导体激光器1，即在谐振腔I中产生宽光谱激光输出，通过无源传输光纤进入谐振腔II中，由于谐振II具有滤波的作用，通过谐振腔Ⅱ滤波后的光再反馈回谐振腔I，经过谐振腔II的振荡，对激光进行反馈、噪声抑制和稳频，最终实现稳定的多波长激光输出。
泵浦电流首先射入谐振腔I的半导体材料中，产生宽光谱的激光，宽光谱激光再进入谐振腔II中，通过谐振腔Ⅱ的滤波作用输出目标光，将目标光滤出后的其它部分光反馈回谐振腔Ⅰ中再进行振荡，在谐振腔I中对激光进反馈和噪声抑制，最终在谐振腔中实现稳定的多波长半导体激光输出。
谐振腔Ⅰ为多波长光栅或反射镜结构；多波长光纤布拉格光栅2和半导体激光器内腔构成谐振腔II。
谐振腔Ⅰ为多波长光栅时，半导体激光器1通过无源光纤8与多波长光纤布拉格光栅2及光纤隔离器6连接；通过无源传输光纤8对激光进行传输，然后经过光纤隔离器6进行输出并隔离反射光。
谐振腔Ⅰ为反射镜结构时，半导体激光器1通过反射镜3对激光进行传输。
泵浦源为连续型电源；激光谐振腔I是半导体激光器，谐振腔II为多波长透射型光纤布拉格光栅。
光纤隔离器6为激光输出装置。
所述泵浦电源是连续型电源。
半导体激光器1的工作物质是砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)或硫化锌(ZnS)等，输出波长范围405nm～1550nm。
多波长光纤布拉格光栅2的反射率为R，其中0<R<1。
光纤隔离器6是任意波长的光纤隔离器。
一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，该激光器的激光谐振腔为环形结构；偏振控制器7通过第一个光纤隔离器6与半导体光放大器4连接，半导体光放大器4与光纤耦合器5通过第二个光纤隔离器6连接；透射型布拉格光纤光栅2设置在偏振控制器7与光纤耦合器5之间；
半导体光放大器4、第二个光纤隔离器6、光纤耦合器5组成环形腔I；光纤耦合器5、透射型布拉格光纤光栅2构成谐振腔Ⅱ；
泵浦电源产生泵浦电流，耦合进入谐振腔I中，谐振腔I产生宽光谱激光再进入谐振腔I中，由于谐振腔Ⅱ具有滤波作用，将多波长激光输出，通过谐振腔Ⅱ滤波后的部分光再反馈回谐振腔Ⅰ，经过谐振腔Ⅰ的振荡，最终实现线性腔多波长半导体激光输出。
泵浦源为连续型电源；激光谐振腔I是半导体激光器，谐振腔II为多波长透射型光纤布拉格光栅。
光纤隔离器6为激光输出装置。
所述泵浦电源是连续型电源。
半导体激光器1的工作物质是砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)或硫化锌(ZnS)等，输出波长范围405nm～1550nm。
多波长光纤布拉格光栅2的反射率为R，其中0<R<1。光纤隔离器6是任意波长的光纤隔离器。

Claims (10)

1.一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：该激光器的激光谐振腔为线性结构；
整个线性结构的谐振腔分为谐振腔Ⅰ和谐振腔Ⅱ两部分，其中谐振腔Ⅰ为半导体激光器的内腔，谐振腔Ⅱ为半导体激光器的外腔；谐振腔Ⅰ由线性谐振腔组成；谐振腔Ⅱ为一个由多波长输出的光纤布拉格光栅和谐振腔Ⅰ组成的复合腔；在谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ之间直接由无源传输光纤(8)连接；
谐振腔Ⅱ由多波长光纤布拉格光栅(2)组成，具有滤波作用；在谐振腔Ⅰ与谐振腔Ⅱ之间布置有无源传输光纤(8)；泵浦电源激发半导体激光器(1)，即在谐振腔I中产生宽光谱激光输出，通过无源传输光纤进入谐振腔II中，由于谐振II具有滤波的作用，通过谐振腔Ⅱ滤波后的光再反馈回谐振腔I，经过谐振腔II的振荡，对激光进行反馈、噪声抑制和稳频，最终实现稳定的多波长激光输出；
泵浦电流首先射入谐振腔I的半导体材料中，产生宽光谱的激光，宽光谱激光再进入谐振腔II中，通过谐振腔Ⅱ的滤波作用输出目标光，将目标光滤出后的其它部分光反馈回谐振腔Ⅰ中再进行振荡，在谐振腔I中对激光进反馈和噪声抑制，最终在谐振腔中实现稳定的多波长半导体激光输出；
谐振腔Ⅰ为多波长光栅或反射镜结构；多波长光纤布拉格光栅(2)和半导体激光器内腔构成谐振腔II。
2.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：谐振腔Ⅰ为多波长光栅时，半导体激光器(1)通过无源传输光纤(8)与多波长光纤布拉格光栅(2)及光纤隔离器(6)连接；通过无源传输光纤(8)对激光进行传输，然后经过光纤隔离器(6)进行输出并隔离反射光。
3.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：谐振腔Ⅰ为多波长光栅时，半导体激光器(1)通过反射镜(3)对激光进行传输。
4.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：泵浦源为连续型电源；激光谐振腔I是半导体激光器，谐振腔II为多波长透射型光纤布拉格光栅。
5.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：光纤隔离器(6)为激光输出装置。
6.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：所述泵浦电源是连续型电源。
7.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：半导体激光器(1)的工作物质是砷化镓、硫化镉、磷化铟或硫化锌，输出波长范围405nm～1550nm。
8.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：多波长光纤布拉格光栅(2)的反射率为R，其中0<R<1。
9.根据权利要求1所述的一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：光纤隔离器(6)是任意波长的光纤隔离器。
10.一种基于多波长光纤布拉格光栅的半导体激光器，其特征在于：该激光器的激光谐振腔为环形结构；偏振控制器(7)通过第一个光纤隔离器(6)与半导体光放大器(4)连接，半导体光放大器(4)与光纤耦合器(5)通过第二个光纤隔离器(6)连接；多波长光纤布拉格光栅(2)设置在偏振控制器(7)与光纤耦合器(5)之间；
半导体光放大器(4)、第二个光纤隔离器(6)、光纤耦合器(5)组成环形腔I；光纤耦合器(5)、多波长光纤布拉格光栅(2)构成谐振腔Ⅱ；
泵浦电源产生泵浦电流，耦合进入谐振腔I中，谐振腔I产生宽光谱激光再进入谐振腔I中，由于谐振腔Ⅱ具有滤波作用，将多波长激光输出，通过谐振腔Ⅱ滤波后的部分光再反馈回谐振腔Ⅰ，经过谐振腔Ⅰ的振荡，最终实现线性腔多波长半导体激光输出。
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