CN109586167A - 一种基于注入锁定的dfb激光器阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种基于注入锁定的DFB激光器阵列，其中包括一个主激光器、n个从激光器、n个分光器件、n个环形器、波片以及n+1个相位调制器，所述主激光器通过所述分光器件与对应环形器的1端口连接，所述主激光器的末端通过所述波片与对应的相位调制器连接，由对应的相位调制器的输出端输出调制后的激光；每个从激光器的输出端与对应环形器的2端口连接，环形器的3端口与对应的相位调制器连接，由对应的相位调制器的输出端输出调制后的激光。通过本发明提供的基于注入锁定的DFB激光器阵列，最终形成光谱特性优良、同相位以及同偏振方向的激光阵列输出，输出特性得到很大改善，更满足实际使用的需求。

Description

一种基于注入锁定的DFB激光器阵列
【技术领域】
本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种基于注入锁定的DFB激光器阵列。
【背景技术】
目前，由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点，使得半导体激光器阵列已经广泛应用在光电子技术领域，尤其是分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，简写为DFB)阵列的应用。但随着实际应用的发展，对半导体激光器阵列的输出特性要求逐渐提高，尤其是对输出激光阵列的功率、相干性以及偏振态等相关特性的要求越来越高。通常，激光阵列输出的激光单元功率越接近、相位差越小、偏振越一致，输出特性越好，越有利于应用；而传统的半导体激光器阵列中，各激光器输出的光谱一致性较差、相干度低、相位差较大，很难满足实际使用需求。例如，在作为阵列光源应用时，传统的激光阵列散射度大、激光相干度不好，在水下或者雾天等悬浮粒子较多的环境下使用时，干扰较大，对目标物的探测、扫描或者成像影响较大。因此，在现有的相关技术的基础上，改善半导体激光器阵列的相关输出特性是一项十分重要的任务。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是：
目前，随着对半导体激光器阵列的相干性、偏振态等输出特性要求的逐渐提高，传统的DFB激光器阵列已难以满足实际使用需求，相关输出特性需要进一步改善。
本发明通过如下技术方案达到上述目的：
本发明提供了一种基于注入锁定的DFB激光器阵列，包括主激光器、从激光器、分光器件、环形器和相位调制器，所述从激光器、分光器件与环形器均设置n个，并一一对应；所述相位调制器设置n+1个，并与所述主激光器和n个从激光器一一对应；其中，n≥2；
所述主激光器通过所述分光器件与对应环形器的1端口连接，所述主激光器的末端与对应的相位调制器连接，进而输出调制后的激光；所述从激光器的输出端与对应环形器的2端口连接，环形器的3端口与对应的相位调制器连接，进而输出调制后的激光；
其中，所述主激光器的信号光通过所述环形器的1端口进入环形器，再通过对应的2端口输入进对应的从激光器，对所述从激光器产生的激光实现注入锁定；所述从激光器的输出激光由所述环形器的2端口进入环形器，再通过对应的3端口输出至对应的相位调制器。
优选的，还包括波片，所述波片位于所述主激光器末端与对应的相位调制器之间，用于改变所述主激光器末端输出激光的偏振方向。
优选的，所述波片为二分之一波片，且所述波片的晶轴与入射光偏振面的夹角为45°。
优选的，所述环形器为三端口光环形器，并且激光从所述环形器的1端口到2端口，以及2端口到3端口均单向传输。
优选的，所述环形器包括二分之一波片301、法拉第旋转器302和偏振分光棱镜303；其中，在所述从激光器的入射光路中，激光依次经过所述偏振分光棱镜303、所述法拉第旋转器302和所述二分之一波片301；在所述从激光器的出射光路中，激光依次经过所述二分之一波片301、所述法拉第旋转器302和所述偏振分光棱镜303。
优选的，所述二分之一波片301的晶轴与入射光偏振面的夹角为22.5°，所述法拉第旋转器302用于将入射光的偏振面旋转45°，使得由所述环形器的2端口输出的信号光与进入所述环形器的1端口的信号光的方向相同，由所述环形器的3端口输出的激光相对于进入所述环形器的1端口的信号光的方向偏转90°。
优选的，所述n个分光器件依次连接在所述主激光器与所述波片之间，且按照前后设置顺序，所述n个分光器件的分光比依次递增。
优选的，按照前后设置顺序，第n个分光器件的分光比Kn满足公式或其中，K1为第1个分光器件的分光比，Kn- 1为第n-1个分光器件的分光比。
优选的，所述主激光器与所述从激光器均为单独的DFB激光器单元，并受单独的驱动电源控制。
优选的，所述主激光器的功率可调。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于注入锁定的DFB激光器阵列，包括一个主激光器和n个从激光器，每个从激光器输出端均与环形器的2端口相连，主激光器通过分光器件将信号光输入每个环形器的1端口，主激光器输出的激光经波片后与n个环形器3端口输出的激光都经过对应的相位调制器，最终可形成光谱特性优良、同相位以及同偏振方向的激光阵列输出，在应用上无论是作为照明光源还是扫描、探测光源，均可减小悬浮微粒后向散射光的影响，提高对比度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于注入锁定的DFB激光器阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的激光在部分光路中传导时的偏振示意图；
图3为本发明实施例提供的环形器内部结构以及激光在环形器内部传导时的偏振示意图；
图4为本发明实施例提供的偏振光通过二分之一波片时的示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种基于注入锁定的DFB激光器阵列，如图1所示，包括一个主激光器、n个从激光器、n个分光器件、n个环形器以及n+1个相位调制器，其中，n≥2；所述主激光器通过所述分光器件与对应环形器的1端口连接，所述主激光器的末端与对应的相位调制器连接，由对应的相位调制器的输出端输出调制后的激光；每个从激光器的输出端与对应环形器的2端口连接，环形器的3端口与对应的相位调制器连接，由对应的相位调制器的输出端输出调制后的激光。
其中，所述主激光器产生的信号光通过所述分光器件的分光作用后，由对应环形器的1端口进入环形器，再通过环形器的2端口输入进对应的从激光器，对从激光器产生的激光实现注入锁定，使从激光器通过注入锁定输出与所述信号光的光谱特性一致的激光，然后从激光器的输出激光通过环形器的2端口进入环形器，再从环形器的3端口输出至对应的相位调制器，所述相位调制器用于改变输出激光的相位，以保证激光器阵列输出激光的相位相同。
同时，激光器阵列中还包括波片，所述波片位于所述主激光器末端与对应的相位调制器之间，所述波片为二分之一波片，用于改变所述主激光器末端输出激光的偏振方向；其中，所述波片为二分之一波片，且所述波片的晶轴与入射光偏振面的夹角为45°，使其偏振方向与所述n个从激光器所在光路输出激光的偏振方向相同。
本发明实施例提供的上述基于注入锁定的DFB激光器阵列中，每个从激光器输出端均与环形器的2端口相连，主激光器通过分光器件将信号光输入每个环形器的1端口，主激光器输出的激光经波片后与n个环形器3端口输出的激光都经过对应的相位调制器，最终可形成光谱特性优良、同相位以及同偏振方向的激光阵列输出，输出特性得到很大改善，更能满足实际使用的需求。
如图1，在本发明实施例中，所述n个从激光器分别记为从激光器1、从激光器2、......、从激光器n，所述n个环形器分别记为环形器1、环形器2、......、环形器n，所述n个分光器件分别记为分光器件1、分光器件2、......、分光器件n，所述n+1个相位调制器分别记为相位调制器0、相位调制器1、......、相位调制器n，编号相同的器件相互对应，所述相位调制器0与所述主激光器对应。其中，每个环形器均为三端口光环形器，并且激光从所述环形器的1端口到2端口再到3端口单向传输。
对于所述n个从激光器中的任一从激光器i，具体光路结构如下：所述主激光器通过所述分光器件i将信号光输入进所述环形器i的1端口，再从所述环形器i的2端口单向输出，而不会从3端口输出；所述环形器i的2端口输出的信号光进入到所述从激光器i中，对所述从激光器i实现注入锁定，使得所述从激光器i输出与所述主激光器光谱特性一致的激光；所述从激光器i输出的激光进入到所述环形器i的2端口，再从所述环形器i的3端口单向输出，而不会返回1端口；所述环形器i的3端口输出的激光经过所述相位调制器i进行相位调整，所述主激光器输出的激光经过所述波片后也由所述相位调制器0进行相位调整，最终形成光谱特性优良、同相位以及同偏振方向的激光阵列输出。其中，i＝1,2,...,n。
其中，所述主激光器与所述n个从激光器均为单独的DFB激光器单元，并分别受单独的驱动电源控制。所述主激光器优选的采用光谱特性优良(比如单色性好、线宽窄)的大功率DFB激光器，通过调节驱动电流可以改变所述主激光器输出功率的大小，以此改变输入进所述从激光器的信号光功率大小，进而可根据不同的使用需要对激光输出特性进行调整。
继续参考图1，在所述主激光器与所述相位调制器0之间，所述分光器件1、所述分光器件2、......、所述分光器件n按照前后顺序依次排列设置，其中，所述分光器件1到所述分光器件n的分光比依次递增。为了保证从所述主激光器输入到每个环形器的光功率保持一致，按照前后设置顺序，第n个分光器件的分光比Kn满足公式或其中，K1为所述分光器件1的分光比，Kn-1为所述分光器件n-1的分光比。通过对各分光器件按照公式要求设置对应的分光比，可保证所述主激光器输入到每个环形器的光功率的一致，从而使得进入到每个从激光器的信号光的光功率保持一致，经过同样光功率的信号光的注入锁定之后，最终每个从激光器的输出激光的光功率相同，保证了输出特性的一致性。
参考图2，以所述主激光器与所述从激光器1所在光路为例，对偏振方向进行说明。图中偏振参照方向201为两个相互垂直的偏振方向，用于对后续偏振态进行参照说明。所述主激光器输出信号光的偏振方向202为竖直方向，经过所述分光器件1后，所述主激光器所在光路的信号光偏振方向203不变，仍为竖直方向，经过所述波片输出后，偏振方向204变为水平方向；所述波片为二分之一波片，其晶轴与偏振态203方向的夹角为45°。同时，输入到所述环形器1的1端口的信号光在所述环形器1内部经过偏振变化从2端口输出，所述环形器1的2端口输出信号光的偏振方向205仍然为竖直方向，此偏振方向与所述主激光器输出信号光的偏振方向202方向一致，便于信号光对所述从激光器1注入锁定。经过注入锁定，所述从激光器1输出的激光与所述主激光器输出的信号光具有相同的光谱特性。所述从激光器1输出激光的偏振方向也为竖直方向，从所述环形器1的2端口输入，在所述环形器1内部经过偏振变化从3端口输出，此时输出激光的偏振方向206变成水平方向。由此可见，所述主激光器光路经过所述波片后与所述从激光器1经所述环形器1的3端口后输出的信号光的偏振方向是相同的。其中，其他从激光器所在光路与上述介绍一致，此处不再赘述。
参考图3，所述环形器包括二分之一波片301、法拉第旋转器302和偏振分光棱镜303；其中，所述二分之一波片301的晶轴与入射光偏振面的夹角为22.5°，所述法拉第旋转器302用于将入射光的偏振面旋转45°；在所述从激光器的入射光路中，激光依次经过所述偏振分光棱镜303、所述法拉第旋转器302和所述二分之一波片301；在所述从激光器的出射光路中，激光依次经过所述二分之一波片301、所述法拉第旋转器302和所述偏振分光棱镜303。现以所述从激光器1所在光路为例，进一步结合图3，对所述环形器1内部的光路偏振方向变化进行说明：
在入射光路中，所述主激光器产生的信号光由所述环形器1的1端口输入至所述偏振分光棱镜303，经所述偏振分光棱镜303反射后，信号光的偏振方向304仍然为竖直方向，与输入所述环形器1之前一致；信号光随后输入至所述法拉第旋转器302，由于所述法拉第旋转器302是一个将入射光偏振面旋转45°角的法拉第旋转器，因此经过所述法拉第旋转器302后，信号光的偏振方向305旋转了45°；信号光继续经过所述二分之一波片301，其中，信号光经过二分之一波片时的偏振方向变化示意图如图4所示，本实施例中所述二分之一波片301的晶轴与入射光偏振方向夹角为22.5°，即θ＝22.5°，出射光的偏振方向相对入射光的偏振方向旋转2θ，因此，信号光经过所述二分之一波片301从所述环形器1的2端口输出时，信号光的偏振方向306回转45°再次变成竖直方向；最终偏振方向为竖直方向的信号光输入到所述从激光器1，对所述从激光器1实现注入锁定。
在出射光路中，所述从激光器1通过注入锁定后输出激光的偏振方向307仍为竖直方向，通过所述环形器1的2端口输入至所述二分之一波片301，经过所述二分之一波片301后输出激光的偏振方向308旋转了45°；输出激光随后输入至所述法拉第旋转器302，经所述法拉第旋转器302后，信号光的偏振方向309再继续旋转45°变成水平方向；输出激光继续经过所述偏振分光棱镜303，此时的输出激光因其偏振方向为水平方向，经所述偏振分光棱镜303透射输入到所述环形器1的3端口，而不会反射到1端口，由所述环形器1的3端口输出的激光偏振方向310仍然为水平方向。其中，其他从激光器在入射光路以及出射光路上的激光偏振方向，可参考上述对所述从激光器1的介绍，基本原理一致，此处不再赘述。需要特别说明的是，图3所示的入射光路和出射光路中的器件为同一组器件。
其中，通过图3所示的环形器中的所述二分之一波片301以及所述法拉第旋转器302的配合，可使得由所述环形器的2端口输入进所述从激光器的信号光，与所述主激光器进入所述环形器的1端口的信号光的方向相同，进而可保证采用与主激光器信号光同方向的光对所述从激光器实现注入锁定；同时，还可使由所述环形器的3端口输出的激光相对于进入所述环形器的1端口的信号光的方向偏转90°，进而保证输出激光由环形器的3端口透射出去，而不会从1端口反射出。
通过本发明实施例提供的上述基于注入锁定的DFB激光器阵列，可对从激光器产生的激光实现注入锁定，使从激光器输出与主激光器的信号光光谱特性一致的激光；通过各激光器的输出末端的相位调制器，调节输出激光的相位，保证了激光器阵列输出激光的相位相同；通过在主激光器末端增加波片，可改变主激光器末端输出激光的偏振方向，使其偏振方向与n个从激光器所在光路输出激光的偏振方向相同，从而可形成光谱特性优良、同相位以及同偏振方向的激光阵列输出，激光器阵列的输出特性得到很大改善。同时，通过调节驱动电流可以改变主激光器输出功率的大小，以此改变输入进从激光器信号光功率大小。综上可知，本发明中所述激光器阵列的相位与偏振态可根据使用需要调整，在相同的驱动电流条件下，还可通过n+1个相位调制器来调整相位差。本发明实施例提供的激光器阵列具有光谱特性优良、高偏振态、高相干度的优点，在应用上无论是作为照明光源还是扫描、探测光源，均可减小悬浮微粒后向散射光的影响，提高对比度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，包括主激光器、从激光器、分光器件、环形器和相位调制器，所述从激光器、分光器件与环形器均设置n个，并一一对应；所述相位调制器设置n+1个，并与所述主激光器和n个从激光器一一对应；其中，n≥2；
所述主激光器通过所述分光器件与对应环形器的1端口连接，所述主激光器的末端与对应的相位调制器连接，进而输出调制后的激光；所述从激光器的输出端与对应环形器的2端口连接，环形器的3端口与对应的相位调制器连接，进而输出调制后的激光；
其中，所述主激光器的信号光通过所述环形器的1端口进入环形器，再通过对应的2端口输入进对应的从激光器，对所述从激光器产生的激光实现注入锁定；所述从激光器的输出激光由所述环形器的2端口进入环形器，再通过对应的3端口输出至对应的相位调制器。
2.根据权利要求1所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，还包括波片，所述波片位于所述主激光器末端与对应的相位调制器之间，用于改变所述主激光器末端输出激光的偏振方向。
3.根据权利要求2所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述波片为二分之一波片，且所述波片的晶轴与入射光偏振面的夹角为45°，使得所述主激光器末端输出激光的偏振方向与n个从激光器所在光路输出激光的偏振方向相同。
4.根据权利要求1所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述环形器为三端口光环形器，并且激光从所述环形器的1端口到2端口，以及2端口到3端口均单向传输。
5.根据权利要求4所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述环形器包括二分之一波片(301)、法拉第旋转器(302)和偏振分光棱镜(303)；其中，在所述从激光器的入射光路中，激光依次经过所述偏振分光棱镜(303)、所述法拉第旋转器(302)和所述二分之一波片(301)；在所述从激光器的出射光路中，激光依次经过所述二分之一波片(301)、所述法拉第旋转器(302)和所述偏振分光棱镜(303)。
6.根据权利要求5所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述二分之一波片(301)的晶轴与入射光偏振面的夹角为22.5°，所述法拉第旋转器(302)用于将入射光的偏振面旋转45°，使得由所述环形器的2端口输出的信号光与进入所述环形器的1端口的信号光的方向相同，由所述环形器的3端口输出的激光相对于进入所述环形器的1端口的信号光的方向偏转90°。
7.根据权利要求2所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述n个分光器件依次连接在所述主激光器与所述波片之间，且按照前后设置顺序，所述n个分光器件的分光比依次递增。
8.根据权利要求7所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，按照前后设置顺序，第n个分光器件的分光比Kn满足公式或其中，K1为第1个分光器件的分光比，Kn-1为第n-1个分光器件的分光比。
9.根据权利要求1-8任一所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述主激光器与所述从激光器均为单独的DFB激光器单元，并受单独的驱动电源控制。
10.根据权利要求1-8任一所述的基于注入锁定的DFB激光器阵列，其特征在于，所述主激光器的功率可调。
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