CN109149358A - 可调谐窄线宽外腔半导体激光器 - Google Patents

可调谐窄线宽外腔半导体激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN109149358A
CN109149358A CN201811106313.XA CN201811106313A CN109149358A CN 109149358 A CN109149358 A CN 109149358A CN 201811106313 A CN201811106313 A CN 201811106313A CN 109149358 A CN109149358 A CN 109149358A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical waveguide
optical
chip gain
external cavity
semiconductor
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.)
Pending
Application number
CN201811106313.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陈伟
班德超
齐艺超
祝宁华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201811106313.XA priority Critical patent/CN109149358A/zh
Publication of CN109149358A publication Critical patent/CN109149358A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01S5/10—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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • 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
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可调谐窄线宽外腔半导体激光器，包括：一半导体增益芯片，作为激光源；一光波导，与增益芯片位于同一光轴上；一光栅结构，位于光波导之后，并且与增益芯片、光波导位于同一光轴上；一热敏电阻，位于增益芯片和光波导中心线的一侧，避开光路，该热敏电阻位置上靠近增益芯片；一电极，贴在光波导之上；一热沉，增益芯片、热敏电阻、光波导和光栅结构放在同一热沉上；一半导体制冷片，热沉放在同一半导体制冷片上。该发明解决了外腔激光器易受外界环境和注入电流波动而引起的波长抖动和线宽不稳等问题，从而可以实现波长与线宽的精确控制，并且可以实现波长的快速调节。

Description

可调谐窄线宽外腔半导体激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种可调谐窄线宽外腔半导体激光器技术。
背景技术
可调谐窄线宽激光器在相干光通信、激光雷达、精密干涉测量、密集波分复用、气体浓度检测等领域有着广泛的应用，其波长调谐速度、波长调谐范围和光波线宽是激光器性能的重要指标。
由于激光器对工作温度和注入电流的波动非常敏感，因此输出光的波长会发生波动，通过优化温控电路和电流注入系统可以起到一定的稳频作用，但激光器输出光的线宽和稳定性还不能达到上述应用的要求。
外腔激光器是目前解决这一系列问题的主要手段，其中光反馈技术包括谐振光反馈、光反馈、Littrow外腔结构光反馈。这种结构可以实现一定程度的线宽压窄效果，但是这种结构容易受到温度变化的影响而很难保持长时间的稳定性，并且容易发生跳模现象；电反馈技术主要是使用鉴频器把激光器的频率波动信号转变成强度信号，通过探测器转化成电信号然后经过控制系统的分析调节激光器驱动电路的电流从而实现激光器线宽的压窄，该技术可以实现很好的线宽压窄效果，但是结构较复杂。可调谐激光器主要包括可调谐分布反馈激光器，这种激光器通过调节有源区的注入电流，进而改变埋入芯片中热沉的温度，从而改变有源区的折射率，使有源区光栅的峰值发生变化，最终实现波长的调谐。这种方法结构简单，但是调谐范围小，并且不能实现线宽的压窄。在考虑线宽压窄时，现在一般使用可调谐外腔激光器，这种激光器是由外部腔镜或光栅与半导体增益芯片组成。其中，Littman-Metcalf腔型和Littrow腔型是典型的外腔可调谐激光器类型，这种激光器是通过将部分衍射光返回到增益芯片内部，并通过MEMS控制光栅的衍射角度选择反射波长，这样最终实现线宽压窄和选模的目的。Iolon公司设计的MEMS外腔可调谐激光器可实现40nm的调谐范围并获得7dBm的输出，3dB线宽为2MHZ。这种方法可以实现较大范围的波长调谐，并且具有线宽压窄的效果，但是这种结构中衍射光栅的位置容易受到温度和震动的影响从而影响波长调谐和线宽压窄的稳定性。还有一种将光频率锁定在F-P腔的方法，基于相位调制器的光外差稳频技术，该技术有很好的信噪比和较大的调谐范围，但调谐过程繁琐，并且F-P腔容易受到温度变化和机械振动的影响。外腔为光纤光栅或者体光栅的可调谐激光器，通过改变外光栅的温度，从而改变反射峰，实现不同波长光的反馈，从而实现波长调谐，但由于体光栅的温控与增益芯片的温控不是在同一热沉上，在调节过程，体光栅和增益芯片的光轴可能发生错位，从而导致耦合效率发生变化，影响激光器的稳定性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对背景技术中的问题，本发明的主要目的是，提供一种可调谐窄线宽外腔半导体激光器，外腔半导体激光器不仅可以实现线宽的压窄，还可以实现大范围的波长调谐，并且本发明中优化外腔结构，同时控制增益芯片和光栅结构的温度，使整个系统不易受温度波动的影响。
(二)技术方案
本发明提供一种可调谐窄线宽外腔半导体激光器，该激光器包括：
外腔激光器，用于产生单频连续激光输出；
温控系统，设置于外腔激光器一侧，用于实现对半导体激光器温度的整体精确控制；
波长调谐系统，结合温控系统实现半导体激光器激光波长的稳定调谐。
进一步的，外腔激光器包括：
一增益芯片，作为激光源；
一光波导，与增益芯片位于同一光轴上；
一光栅结构，位于光波导之后，并与增益芯片、光波导位于同一光轴上。
进一步的，温控系统包括：
一热敏电阻，位于增益芯片和光波导光轴的一侧，避开光路，该热敏电阻位置上靠近增益芯片；
一热沉，增益芯片、热敏电阻、光波导和光栅结构均设置与该热沉接触；
一半导体制冷片，热沉与该半导体制冷片接触。
进一步的，波长调谐系统包括：一热敏电阻、一热沉、一半导体制冷片，外加一电极，贴附在光波导之上。
进一步的，光波导为以下至少一种：
环形波导、弯曲波导和直波导。
进一步的，增益芯片为半导体增益芯片，材料是铟镓砷磷或铝镓砷。
进一步的，光波导的材料是铌酸锂晶体、砷化镓晶体、磷酸二氢钾晶体、磷酸二氢铵晶体、钮酸锉晶体、锑化锡晶体或硅。
进一步的，光栅结构是体光栅或光纤光栅。
(三)有益效果
从上述设计方案可以看出，本发明提供的可调谐窄线宽外腔半导体激光器的优点在于；
1、实现增益芯片、光波导、体光栅的整体温度的同时控制，温度控制更精确、更稳定，抑制了温度波动对装置稳定性的影响；
2、波长调谐范围增大，并且实现快速调谐；
3、实现输出光的线宽压窄和频率稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的结构主视图；
图2是本发明实施例的结构俯视图。
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。以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。只是需要注意的是，以下附图均为简化的示意图，附图中的组件数目、形状及尺寸可依实际实施状况而随意变更，且组件布局状态可更为复杂。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
请参阅图1和图2所示，本发明提供一种可调谐窄线宽外腔半导体激光器，包括：
外腔激光器，用于产生单频连续激光输出；
温控系统，设置于外腔激光器一侧，用于实现对半导体激光器温度的整体精确控制；
波长调谐系统，结合温控系统实现半导体激光器激光波长的稳定调谐。
进一步的，外腔激光器包括：
一增益芯片，作为激光源；
进一步的，增益芯片为半导体增益芯片，材料是铟镓砷磷或铝镓砷。
本实施例中，半导体增益芯片1，作为激光源，该光源可以提供单频连续激光输出。
一光波导，与增益芯片位于同一光轴上；
进一步的，光波导为以下至少一种：
环形波导、弯曲波导和直波导；
进一步的，光波导的材料是铌酸锂晶体、砷化镓晶体、磷酸二氢钾晶体、磷酸二氢铵晶体、钮酸锉晶体、锑化锡晶体或硅；
本实施例中，光波导3材料是铌酸锂、硅或者砷化镓等具有电光效应的材料，其与增益芯片位于同一光轴上。
一光栅结构，位于光波导之后，并与增益芯片、光波导位于同一光轴上；
进一步的，光栅结构是体光栅或光纤光栅；
本实施例中，体光栅5位于光波导之后，并且与增益芯片、光波导位于同一光轴上，作用是提供光反馈和模式选择。
进一步的，温控系统包括：
一热敏电阻，位于增益芯片和光波导光轴的一侧，避开光路，该热敏电阻位置上靠近增益芯片；
本实施例中，位于增益芯片1与光波导3光轴一侧的热敏电阻2，位置上靠近增益芯片1，作用是获取更准确的温度信息。
一热沉，增益芯片、热敏电阻、光波导和光栅结构均设置与该热沉接触；
本实施例中，热沉6，半导体增益芯片1、铌酸锂光波导3、热敏电阻2、体光栅5放在同一热沉6上。
一半导体制冷片，热沉与半导体制冷片接触；
本实施例中，半导体制冷片7，整个热沉6放在半导体制冷片7上，从而实现温度的整体精确控制。
进一步的，波长调谐系统包括：一热敏电阻、一热沉、一半导体制冷片，外加一电极，贴附在光波导之上。
本实施例中，电极4，贴在光波导3之上，通过光波导3上方的电极4可以改变激光通过光波导的光程，结合温度控制系统实现波长的稳定调谐。
本发明具体工作过程为，请参阅图1和图2所示：
1、增益芯片1在注入电流的作用下发射激光，从一端注入带光波导3，如铌酸锂光波导中，之后从光波导另一端出射进入体光栅5中，体光栅5将一部分光经过选模后按照入射光路反射回光波导3，之后进入增益芯片1中，完成一次往返，之后重复这个过程；
2、通过热沉6上的热敏电阻2获取增益芯片1、光波导3、体光栅5的温度信息，然后通过半导体制冷片7控制整体温度，以稳定整个结构的温度，并且通过温度控制体光栅的选模特性；
3、在通过过程2获得稳定的温度控制和波长粗调后，改变电极4的电压，改变激光在光波导3中的光程，从而实现波长的精细调节以及频率稳定。
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 (8)

1.一种可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器包括：
外腔激光器，用于产生单频连续激光输出；
温控系统，设置于所述外腔激光器一侧，用于实现对半导体激光器温度的整体精确控制；
波长调谐系统，结合所述温控系统实现半导体激光器激光波长的稳定调谐。
2.根据权利要求1所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述外腔激光器包括：
一增益芯片，作为激光源；
一光波导，与所述增益芯片位于同一光轴上；
一光栅结构，位于所述光波导之后，并与所述增益芯片、光波导位于同一光轴上。
3.根据权利要求1或2所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述温控系统包括：
一热敏电阻，位于所述增益芯片和一光波导光轴的一侧，避开光路，所述热敏电阻位置上靠近增益芯片；
一热沉，所述增益芯片、热敏电阻、光波导和光栅结构均设置与所述热沉接触；
一半导体制冷片，所述热沉与所述半导体制冷片接触。
4.根据权利要求1或2所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述波长调谐系统包括：一热敏电阻、一热沉、一半导体制冷片，外加一电极，贴附在所述光波导之上。
5.根据权利要求2所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述光波导为以下至少一种：
环形波导、弯曲波导和直波导。
6.根据权利要求2所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述增益芯片为半导体增益芯片，材料是铟镓砷磷或铝镓砷。
7.根据权利要求2所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述光波导的材料是铌酸锂晶体、砷化镓晶体、磷酸二氢钾晶体、磷酸二氢铵晶体、钮酸锉晶体、锑化锡晶体或硅。
8.根据权利要求2所述的可调谐窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于，所述光栅结构是体光栅或光纤光栅。
CN201811106313.XA 2018-09-21 2018-09-21 可调谐窄线宽外腔半导体激光器 Pending CN109149358A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811106313.XA CN109149358A (zh) 2018-09-21 2018-09-21 可调谐窄线宽外腔半导体激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811106313.XA CN109149358A (zh) 2018-09-21 2018-09-21 可调谐窄线宽外腔半导体激光器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109149358A true CN109149358A (zh) 2019-01-04

Family

ID=64823030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811106313.XA Pending CN109149358A (zh) 2018-09-21 2018-09-21 可调谐窄线宽外腔半导体激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109149358A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110112652A (zh) * 2019-05-16 2019-08-09 中国科学院半导体研究所 外腔可调谐激光器及波长调谐方法
CN110611242A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 微源光子(深圳)科技有限公司 一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器
CN111613959A (zh) * 2020-04-10 2020-09-01 清华大学 基于硅基外腔自注入的窄线宽连续波调频激光器
CN112563883A (zh) * 2020-11-02 2021-03-26 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 一种集成化外腔式单频线偏振半导体激光器
CN113809634A (zh) * 2021-08-31 2021-12-17 中山大学 一种基于铌酸锂光子波导的混合集成外腔可调谐激光器
CN115390200A (zh) * 2022-09-13 2022-11-25 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于窄线宽激光器的高速pam4硅光调制模块

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102354909A (zh) * 2011-09-20 2012-02-15 李若林 一种基于dbr的外腔式波长可调谐激光器
US20120057610A1 (en) * 2009-10-13 2012-03-08 Skorpios Technologies, Inc. Method and system for hybrid integration of a tunable laser and a phase modulator
CN102738702A (zh) * 2012-01-19 2012-10-17 四川马尔斯科技有限责任公司 利用fp激光器为增益光源的外腔式单波长可调谐激光器
CN105006742A (zh) * 2015-07-02 2015-10-28 中国科学院上海光学精密机械研究所 外腔半导体激光器的波长热调谐装置及同步热调谐方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120057610A1 (en) * 2009-10-13 2012-03-08 Skorpios Technologies, Inc. Method and system for hybrid integration of a tunable laser and a phase modulator
CN102354909A (zh) * 2011-09-20 2012-02-15 李若林 一种基于dbr的外腔式波长可调谐激光器
CN102738702A (zh) * 2012-01-19 2012-10-17 四川马尔斯科技有限责任公司 利用fp激光器为增益光源的外腔式单波长可调谐激光器
CN105006742A (zh) * 2015-07-02 2015-10-28 中国科学院上海光学精密机械研究所 外腔半导体激光器的波长热调谐装置及同步热调谐方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110112652A (zh) * 2019-05-16 2019-08-09 中国科学院半导体研究所 外腔可调谐激光器及波长调谐方法
CN110611242A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 微源光子(深圳)科技有限公司 一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器
CN111613959A (zh) * 2020-04-10 2020-09-01 清华大学 基于硅基外腔自注入的窄线宽连续波调频激光器
CN112563883A (zh) * 2020-11-02 2021-03-26 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 一种集成化外腔式单频线偏振半导体激光器
CN113809634A (zh) * 2021-08-31 2021-12-17 中山大学 一种基于铌酸锂光子波导的混合集成外腔可调谐激光器
CN115390200A (zh) * 2022-09-13 2022-11-25 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于窄线宽激光器的高速pam4硅光调制模块
CN115390200B (zh) * 2022-09-13 2023-07-25 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于窄线宽激光器的高速pam4硅光调制模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109149358A (zh) 可调谐窄线宽外腔半导体激光器
US10965094B2 (en) Wavelength-tunable laser device
US6895147B2 (en) Laser power monitoring tap
CN113557643A (zh) 硅光子外腔可调谐激光器的波长控制方法
CN110850703B (zh) 基于双频法拉第半导体激光器的高稳光频原子钟
US20130322472A1 (en) Wavelength selective and tunable laser device
Maier et al. Sub-kHz-linewidth external-cavity laser (ECL) with Si 3 N 4 resonator used as a tunable pump for a Kerr frequency comb
US9735540B2 (en) Laser
CN112332198B (zh) 光电振荡器
CN112563883A (zh) 一种集成化外腔式单频线偏振半导体激光器
US10587094B2 (en) Wavelength-stabilized semiconductor laser source
US20240063601A1 (en) Multiple optoelectronic devices with thermal compensation
US7164699B1 (en) Compact, high-power, low-jitter, semiconductor modelocked laser module
Gao et al. High-performance hybrid-integrated silicon photonic tunable laser
JP2015088505A (ja) 外部共振器を備えた単一縦モードダイオードレーザモジュール
Sahm et al. Miniaturized watt-level laser modules emitting in the yellow-green spectral range for biophotonic applications
Omori et al. Tunable light source with GaN-based violet laser diode
JP6586028B2 (ja) 半導体レーザ光源
Werner et al. Optical feedback generated by tapered amplifiers emitting at 1120 nm
US20190041581A1 (en) Tunable light source and optical module
CN218070541U (zh) 一种稳定激光频率的装置
US20220376463A1 (en) Tunable laser with channel selector
CN109921275A (zh) 快速调频的外腔激光器
US8902945B1 (en) Semiconductor laser gain device with mode filter
JP2018190874A (ja) 半導体レーザ光源

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190104

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication