CN108963751A - 注入锁定半导体激光器 - Google Patents
注入锁定半导体激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108963751A CN108963751A CN201810793288.0A CN201810793288A CN108963751A CN 108963751 A CN108963751 A CN 108963751A CN 201810793288 A CN201810793288 A CN 201810793288A CN 108963751 A CN108963751 A CN 108963751A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- collimation lens
- mirror
- injection locking
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
- H01S5/0657—Mode locking, i.e. generation of pulses at a frequency corresponding to a roundtrip in the cavity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本发明提供一种注入锁定半导体激光器,包括:主激光器、第一准直透镜、全反镜、半反半透镜、第二准直透镜、从激光器、聚焦透镜和光纤;主激光器发出的激光经过第一准直透镜整形为第一平行光束,第一平行光束通过全反镜入射到半反半透镜上,半反半透镜的反射光经过第二准直透镜注入锁定至从激光器内部,注入锁定后的从激光器激光经过第二准直透镜整形为第二平行光束,第二平行光束经过半反半透镜后的透过光经过聚焦透镜耦合进光纤中,并通过光纤输出。本发明更加集成化、小型化,更具备工程化应用价值;本发明通过空间光学元件进行耦合,可以高度保持激光器本身的偏振态,以及固定的主从激光器的光程差,激光器的输出更加稳定。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器制造技术领域,特别是一种注入锁定半导体激光器。
背景技术
目前工程化的量子保密通信网络中多采用弱相干光源进行量子密钥分发系统构建,这些弱相干光源工作在增益开关模式下,经由窄脉冲电信号进行驱动,输出激光,再经衰减器等将光能量衰减至单光子水平。这类光源虽然不是理想的单光子源,但是其高效实用,适合目前量子保密通信工程化发展需求。
目前适用于量子保密通信网络的增益开关半导体激光器多基于高速DFB激光器。对此类激光器的性能要求之一就是激光时间脉冲的抖动小。但一般单个DFB激光器的时间脉冲抖动约为十几个皮秒,通常利用外部光注入方式,也就是采用主、从两个激光器,通过主激光器的受激辐射抑制从激光器的自发辐射,从而降低从激光器由自发辐射引起的非相关时间抖动。这种注入锁定方式实现的激光器时间脉冲抖动约为几个皮秒,脉冲抖动的减小有利于提升量子保密通信系统的最远通信距离和成码率。
现有的注入锁定半导体激光器是基于两个DFB激光器,主从激光器之间为单向注入,利用环形器进行连接才能实现。这样就涉及三个器件的连接使用,不利于集成化、小型化的工程化应用需求。
发明内容
本发明提供一种注入锁定半导体激光器,与现有的基于分立器件的注入锁定增益开关半导体激光器相比,更加集成化、小型化,更具备工程化应用价值;本发明中主从激光器是通过空间光学元件进行耦合,可以高度保持激光器本身的偏振态,以及固定的主从激光器的光程差,激光器的输出更加稳定。
根据本发明实施例的第一方面,提供一种注入锁定半导体激光器,包括主激光器、第一准直透镜、全反镜、半反半透镜、第二准直透镜、从激光器、聚焦透镜和光纤,所述第一准直透镜和全反镜位于第一激光的光路上,所述第二准直透镜、半反半透镜、聚焦透镜和光纤位于第二激光的光路上;7
主激光器发出的激光经过第一准直透镜整形为第一平行光束,第一平行光束通过全反镜入射到半反半透镜上,半反半透镜的反射光经过第二准直透镜注入锁定至从激光器内部,注入锁定后的从激光器激光经过第二准直透镜整形为第二平行光束,所述第二平行光束经过半反半透镜后的透过光经过聚焦透镜耦合进光纤中,并通过光纤输出。
本发明与现有的基于分立器件的注入锁定增益开关半导体激光器相比,更加集成化、小型化,更具备工程化应用价值;本发明中主从激光器是通过空间光学元件进行耦合,可以高度保持激光器本身的偏振态,以及固定的主从激光器的光程差,激光器的输出更加稳定。
在另一种可选的实现方式中,所述注入锁定半导体激光器还包括第一光隔离器和第二光隔离器,所述第一光隔离器位于第一准直透镜与全反镜之间,所述第二光隔离器位于半反半透镜与聚焦透镜之间。
在另一种可选的实现方式中,所述注入锁定半导体激光器还包括外壳,所述主激光器、第一准直透镜、全反镜、半反半透镜、第二准直透镜、从激光器、聚焦透镜和光纤被封装于所述外壳内,所述外壳设有两个SMP高频电接口,分别通过两根共面的微带线加载至主激光器和从激光器上。
在另一种可选的实现方式中,所述主激光器采用高速DFB激光器芯片、波长可调谐的高速DFB激光器芯片或连续工作的窄线宽半导体激光器。
在另一种可选的实现方式中,所述光纤采用保偏光纤或单模光纤。
由于采用上述方案,本发明提供一种注入锁定半导体激光器,与现有的基于分立器件的注入锁定增益开关半导体激光器相比,更加集成化、小型化,更具备工程化应用价值;本发明中主从激光器是通过空间光学元件进行耦合,可以高度保持激光器本身的偏振态,以及固定的主从激光器的光程差,激光器的输出更加稳定。
附图说明
图1是注入锁定半导体激光器光路原理图;
图2是注入锁定半导体激光器结构示意图(省略外壳盖)。
图中:1、主激光器;2、第一准直透镜;3、全反镜;4、半反半透镜;5、第二准直透镜;6、从激光器;7、聚焦透镜;8、光纤;9、第一光隔离器;10、第二光隔离器;11、外壳;12、SMP高频电接口;13、微带线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案,并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1和2所示,根据本发明实施例的第一方面,提供一种注入锁定半导体激光器,包括主激光器1、第一准直透镜2、全反镜3、半反半透镜4、第二准直透镜5、从激光器6、聚焦透镜7和光纤8,所述第一准直透镜2和全反镜3位于第一激光的光路上,所述第二准直透镜5、半反半透镜4、聚焦透镜7和光纤8位于第二激光的光路上;
主激光器1发出的激光经过第一准直透镜2整形为第一平行光束,第一平行光束通过全反镜3入射到半反半透镜4上,半反半透镜4的反射光经过第二准直透镜5注入锁定至从激光器6内部,注入锁定后的从激光器6激光经过第二准直透镜5整形为第二平行光束,所述第二平行光束经过半反半透镜4后的透过光经过聚焦透镜7耦合进光纤8中,并通过光纤8输出。
本发明主要通过调节半反半透镜4的角度实现主从激光器6的光路耦合。主激光器1和从激光器6的波长满足:
其中,c为光速,μg为群速度折射率,L为腔长,Pi为主激光器1注入到从激光器6的注入功率,P为从激光器6的输出功率,α为线宽展宽因子,v=ωi-ω0,其中ωi为主激光器1频率,ω0为从激光器6频率。
从注入锁定锁频范围可以看出,增大相对注入功率、增加线宽展宽因子、减小激光器腔长等都可以扩大锁频范围。
本发明中,半反半透镜4可以采用不同反射/透过比例的半反半透镜4。
全反镜3也可以采用半反半透镜4。
本发明与现有的基于分立器件的注入锁定增益开关半导体激光器相比,更加集成化、小型化,更具备工程化应用价值;本发明中主从激光器6是通过空间光学元件进行耦合,可以高度保持激光器本身的偏振态,以及固定的主从激光器6的光程差,激光器的输出更加稳定。
注入锁定的效果同主从激光器6的偏振匹配、时间匹配均有关系。当主从激光器6均工作在脉冲调制下时,主激光器1激光注入到从激光器6的时间应同从激光器6的驱动电流有最优注入时间窗口,在这一时间窗口内注入时,从激光器6的自发辐射能更好地被抑制,从而降低光脉冲时间抖动。相对于光纤8介质等,空间光注入的光程差更加稳定,受环境影响小,有利于稳定激光器的输出性能。
如图1所示,所述注入锁定半导体激光器还包括第一光隔离器9和第二光隔离器10,所述第一光隔离器9位于第一准直透镜2与全反镜3之间,所述第二光隔离器10位于半反半透镜4与聚焦透镜7之间。
主激光器1发出的激光经过第一准直透镜2整形为第一平行光束后,第一平行光束先通过第一光隔离器9,再通过全反镜3入射到半反半透镜4上。
所述第二平行光束经过半反半透镜4后的透过光先通过第二光隔离器10,再经过聚焦透镜7耦合进光纤8中,并通过光纤8输出。
注入锁定后的从激光器6激光经过第二准直透镜5整形为第二平行光束,所述第二平行光束经过半反半透镜4后的反射光经全反镜3反射后,最终被第一光隔离器9阻挡,防止反向注入到主激光器1中。
如图2所示,所述注入锁定半导体激光器还包括金属外壳11,所述主激光器1、第一准直透镜2、全反镜3、半反半透镜4、第二准直透镜5、从激光器6、聚焦透镜7和光纤8被封装于所述外壳11内,所述外壳11设有两个SMP高频电接口12,分别通过两根共面的微带线13加载至主激光器1和从激光器6上。
调制电信号分别经过主激光器1和从激光器6的SMP高频电接口12输入,经由共面微带线13分别加载至主激光器1和从激光器6上。主激光器1发出的激光经过第一准直透镜2整形为平行光束,通过第一光隔离器9,再通过全反镜3入射到半反半透镜4。半反半透镜4的反射光,经过第二准直透镜5聚焦至从激光器6内部,从而实现注入锁定。注入锁定后的从激光器6激光经过第二准直透镜5整形为平行光束,该平行光束经过半反半透镜4后的透过光,经过第二光隔离器10、聚焦透镜7耦合进光纤8中,实现输出。
高频电接口可以采用SMA、SMP、GPO等高速电接口,也可以不采用任何电接口,直接用金属引线注入高速电信号。
主激光器1和从激光器6可以置于同一致冷器上,也可以分别置于不同的致冷器上。
作为具体实施例,所述主激光器1采用高速DFB激光器芯片、波长可调谐的高速DFB激光器芯片或连续工作的窄线宽半导体激光器。
作为具体实施例,所述光纤8采用保偏光纤8或单模光纤8。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (5)
1.注入锁定半导体激光器,其特征在于,包括:
主激光器、第一准直透镜、全反镜、半反半透镜、第二准直透镜、从激光器、聚焦透镜和光纤,所述第一准直透镜和全反镜位于第一激光的光路上,所述第二准直透镜、半反半透镜、聚焦透镜和光纤位于第二激光的光路上;
主激光器发出的激光经过第一准直透镜整形为第一平行光束,第一平行光束通过全反镜入射到半反半透镜上,半反半透镜的反射光经过第二准直透镜注入锁定至从激光器内部,注入锁定后的从激光器激光经过第二准直透镜整形为第二平行光束,所述第二平行光束经过半反半透镜后的透过光经过聚焦透镜耦合进光纤中,并通过光纤输出。
2.如权利要求1所述的注入锁定半导体激光器,其特征在于,所述注入锁定半导体激光器还包括第一光隔离器和第二光隔离器,所述第一光隔离器位于第一准直透镜与全反镜之间,所述第二光隔离器位于半反半透镜与聚焦透镜之间。
3.如权利要求1所述的注入锁定半导体激光器,其特征在于,所述注入锁定半导体激光器还包括外壳,所述主激光器、第一准直透镜、全反镜、半反半透镜、第二准直透镜、从激光器、聚焦透镜和光纤被封装于所述外壳内,所述外壳设有两个SMP高频电接口,分别通过两根共面的微带线加载至主激光器和从激光器上。
4.如权利要求1所述的注入锁定半导体激光器,其特征在于,所述主激光器采用高速DFB激光器芯片、波长可调谐的高速DFB激光器芯片或连续工作的窄线宽半导体激光器。
5.如权利要求1所述的注入锁定半导体激光器,其特征在于,所述光纤采用保偏光纤或单模光纤。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810793288.0A CN108963751B (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 注入锁定半导体激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810793288.0A CN108963751B (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 注入锁定半导体激光器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108963751A true CN108963751A (zh) | 2018-12-07 |
CN108963751B CN108963751B (zh) | 2020-09-01 |
Family
ID=64481786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810793288.0A Active CN108963751B (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 注入锁定半导体激光器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108963751B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110220509A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-10 | 中国科学院半导体研究所 | 用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统 |
CN110620656A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-12-27 | 科大国盾量子技术股份有限公司 | 一种基于偏振编码的集成化弱相干光源组件 |
CN111077614A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 山东国迅量子芯科技有限公司 | 微光学集成的光发射模块及其应用 |
CN111106518A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-05 | 北京遥测技术研究所 | 一种焦耳级三波长可调谐单频脉冲激光器 |
CN114552377A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-27 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 基于异构集成的单向注入锁定半导体激光器 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04258189A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Toshiba Corp | インジェクションロック同調制御装置 |
JPH06260702A (ja) * | 1993-03-03 | 1994-09-16 | Toshiba Corp | 狭帯域化エキシマレーザ装置 |
US20030103534A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-05 | Braiman Yehuda Y. | Master laser injection of board area lasers |
CN1729601A (zh) * | 2002-12-19 | 2006-02-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 射入锁定型二极管激光器 |
CN102332681A (zh) * | 2011-08-01 | 2012-01-25 | 长春理工大学 | 一种低线宽的f-p腔应变量子阱激光器 |
CN102771020A (zh) * | 2010-02-24 | 2012-11-07 | 爱尔康手术激光股份有限公司 | 具有可调节重复率的高功率飞秒激光器 |
CN102801098A (zh) * | 2012-08-29 | 2012-11-28 | 北京敏视达雷达有限公司 | 一种脉冲激光器和控制脉冲激光器的方法 |
US20120300797A1 (en) * | 2010-02-17 | 2012-11-29 | Michael Kevan Durkin | Laser apparatus |
CN108155550A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-12 | 北京理工大学 | 一种可获得高重复频率注入锁定单频脉冲的环形振荡器 |
-
2018
- 2018-07-18 CN CN201810793288.0A patent/CN108963751B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04258189A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Toshiba Corp | インジェクションロック同調制御装置 |
JPH06260702A (ja) * | 1993-03-03 | 1994-09-16 | Toshiba Corp | 狭帯域化エキシマレーザ装置 |
US20030103534A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-05 | Braiman Yehuda Y. | Master laser injection of board area lasers |
CN1729601A (zh) * | 2002-12-19 | 2006-02-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 射入锁定型二极管激光器 |
US20120300797A1 (en) * | 2010-02-17 | 2012-11-29 | Michael Kevan Durkin | Laser apparatus |
CN102771020A (zh) * | 2010-02-24 | 2012-11-07 | 爱尔康手术激光股份有限公司 | 具有可调节重复率的高功率飞秒激光器 |
CN102332681A (zh) * | 2011-08-01 | 2012-01-25 | 长春理工大学 | 一种低线宽的f-p腔应变量子阱激光器 |
CN102801098A (zh) * | 2012-08-29 | 2012-11-28 | 北京敏视达雷达有限公司 | 一种脉冲激光器和控制脉冲激光器的方法 |
CN108155550A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-12 | 北京理工大学 | 一种可获得高重复频率注入锁定单频脉冲的环形振荡器 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
SEO, DS: ""INJECTION POWER AND WAVELENGTH DEPENDENCE OF AN EXTERNAL-SEEDED GAIN-SWITCHED FABRY-PEROT LASER"", 《APPLIED PHYSICS LETTERS 》 * |
薛纪强: ""基于FP-LD自注入锁定的快速可调谐激光器的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110220509A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-10 | 中国科学院半导体研究所 | 用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统 |
CN110220509B (zh) * | 2019-06-05 | 2021-04-09 | 中国科学院半导体研究所 | 用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统 |
CN110620656A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-12-27 | 科大国盾量子技术股份有限公司 | 一种基于偏振编码的集成化弱相干光源组件 |
CN110620656B (zh) * | 2019-07-09 | 2023-01-10 | 科大国盾量子技术股份有限公司 | 一种基于偏振编码的集成化弱相干光源组件 |
CN111106518A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-05 | 北京遥测技术研究所 | 一种焦耳级三波长可调谐单频脉冲激光器 |
CN111077614A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 山东国迅量子芯科技有限公司 | 微光学集成的光发射模块及其应用 |
CN114552377A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-27 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 基于异构集成的单向注入锁定半导体激光器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108963751B (zh) | 2020-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108963751A (zh) | 注入锁定半导体激光器 | |
US8988770B2 (en) | Hybrid optical source with semiconductor reflector | |
CN105428975B (zh) | 高功率飞秒光纤激光器 | |
CN110086544B (zh) | 一种全光强度与电光相位混合混沌双向通信系统 | |
CN104158085A (zh) | 无时延、频谱平坦、宽带光子集成混沌半导体激光器 | |
CN102280814B (zh) | 基于环形激光器的宽带光混沌信号源芯片结构 | |
CN102593715A (zh) | 半导体激光器稳频装置及其调整方法 | |
CN104882783A (zh) | 一种实现双向光学二极管的方法及装置 | |
CN105720475B (zh) | 一种基于光子晶体的全光二极管单向光传输方法及装置 | |
CN109981182A (zh) | 一种四相位反射式相干光通信系统 | |
CN104143757A (zh) | 基于分布布拉格反射激光器的波长可调谐窄线宽光源 | |
CN110297376B (zh) | 一种稳定的连续变量量子纠缠源产生装置 | |
Chen et al. | 60 GHz board‐to‐board optical interconnection using polymer optical buses in conjunction with microprism couplers | |
CN205212162U (zh) | 基于波导结构的内调制太赫兹源 | |
CN202206028U (zh) | 基于环形激光器的宽带光混沌信号源芯片结构 | |
CN202217910U (zh) | 一种基于环形激光器的宽带光混沌信号源芯片结构 | |
CN105449511B (zh) | 注入锁定腔内倍频固体激光器 | |
Chan et al. | All‐optical header processing using an injection‐locked Fabry‐Pérot laser diode | |
CN110493001B (zh) | 一种连续变量量子密钥分发系统 | |
CN102386560B (zh) | 一种基于环形激光器的宽带光混沌信号源芯片结构 | |
CN101325313B (zh) | 高速调制半导体激光器 | |
CN110278037A (zh) | 基于dbr激光器的波长混沌信号发生装置 | |
CN214204259U (zh) | 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 | |
CN209748573U (zh) | 一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端 | |
CN203415811U (zh) | 一种基于温控机制的同步双频脉冲微片激光器装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |