CN109687275A - 一种波长可调谐外腔激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种波长可调谐外腔激光器，其包括沿光路依次设置的激光增益芯片、准直透镜、光程补偿片、第一可调滤波器、第二可调滤波器、部分反射镜、光隔离器、会聚透镜和接收光纤，所述部分反射镜的部分反射面与激光增益芯片背部的高反射面形成激光谐振腔，所述外腔激光器通过控制第一可调滤波器和第二可调滤波器实现对单一波长激光的调谐输出。本发明不仅可以降低输出波长的带宽，而且扩大了波长调谐范围，同时降低了标准距的制作难度。另外，该结构整个外腔激光器的耦合光路比较紧凑，可以实现整个激光器尺寸的小型化。

Description

一种波长可调谐外腔激光器
技术领域
本发明涉及光通讯领域，尤其涉及一种波长可调谐外腔激光器。
背景技术
随着通讯领域的日益发展，DWDM（密集波分复用）系统中所使用的固定波长激光器由于数量规格众多，并且使用灵活性不高使得维护和储备等带来了很高的成本。因此，可调激光器的发展和应用解决了以上问题，宽带可调激光器能实现C-Band或L-Band内任意波长的调谐输出，使得系统不仅更加智能、灵活，而且可以实现更低的成本。
外腔可调谐激光器具有波长调谐范围广、输出功率高、线宽窄等优点，其基本结构是激光增益芯片和反射镜构成激光器的谐振腔，中间加入滤波元件进行选模，实现单纵模激光输出。现有技术中有的采用外腔激光器谐振腔内插入光栅和MEMS组合的结构，利用光栅色散和旋转MEMS反射镜进行滤波，这种结构调谐波长对MEMS反射角比较敏感，结构也较为复杂。还有的方案外腔激光器谐振腔内使用单一标准距进行滤波选模，这种结构不仅要求标准距的精细度高，而且调谐范围也受到限制。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、波长调谐范围广、窄线宽的波长可调外腔激光器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种波长可调谐外腔激光器，其包括沿光路依次设置的激光增益芯片、准直透镜、光程补偿片、第一可调滤波器、第二可调滤波器、部分反射镜、光隔离器、会聚透镜和接收光纤，所述部分反射镜的部分反射面与激光增益芯片背部的高反射面形成激光谐振腔，所述外腔激光器通过控制第一可调滤波器和第二可调滤波器实现对单一波长激光的调谐输出。
其还包括用于监控激光器输出功率的光电探测器。
所述激光增益芯片朝向准直透镜一侧端面镀有增透膜，激光增益芯片的另一侧端面镀有高反射膜形成高反射面，所述高反射膜的反射率大于或等于90%，所述激光增益芯片产生的宽带多通道光束从增透膜一侧端面出射。
所述部分反射镜为玻璃楔角片，部分反射镜的一侧端面上镀有部分反射膜形成部分反射面，部分反射镜的另一侧端面上镀有增透膜；所述光电探测器置于激光增益芯片的背部一侧以接收从激光增益芯片背部出射的光功率。
所述部分反射镜为组合分光镜，该组合分光镜由两块直角棱镜的斜面相互贴合形成，所述组合分光镜的一侧端面镀有部分反射膜形成部分反射面，该部分反射面与激光增益芯片的高反射面形成激光谐振腔；两块直角棱镜相互贴合的斜面上也镀有部分反射膜，所述组合分光镜的另一侧端面和组合分光镜的下端面分别镀有增透膜；所述光电探测器置于组合分光镜的下方以接收从组合分光镜下端面出射的光功率。
所述第一可调滤波器和第二可调滤波器均为标准距元件，该标准距元件材料为热敏材料，对应的调节方式是热调谐方式；或所述标准距元件材料为电光材料，对应的调节方式是电调谐方式。
所述第一可调滤波器和第二可调滤波器的FSR不相同；调谐时将第一可调滤波器和第二可调滤波器的透射峰值波长与需求的输出波长点对齐。
所述光程补偿片为硅材料或锗材料的平行平片，光程补偿片两侧的通光面均镀有增透膜，通过热调谐方式改变补偿片的折射率进行光程补偿。
所述隔离器是单级或双级光隔离器。
所述激光增益芯片镀有增透膜的出光口和接收光纤的端面分别置于准直透镜和会聚透镜的焦点处，准直透镜和会聚透镜的焦距比值与激光增益芯片和接收光纤光束发射角比值成反比。
本发明采用以上结构，由于采用两个标准距元件进行波长调谐，不仅可以降低输出波长的带宽，而且扩大了波长调谐范围，同时降低了标准距的制作难度。另外，该结构整个外腔激光器的耦合光路比较紧凑，可以实现整个激光器尺寸的小型化。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种波长可调谐外腔激光器实施例一示意图；
图2为本发明一种波长可调谐外腔激光器实施例二示意图；
图3为本发明一种波长可调谐外腔激光器实施例二的组合分光镜示意图；
图4为本发明一种波长可调谐外腔激光器滤波特性示意图。
具体实施方式
图1为本发明一种波长可调谐外腔激光器实施例一示意图，包括沿光路依次设置的激光增益芯片101、准直透镜102、光程补偿片103、第一可调滤波器104、第二可调滤波器105、部分反射镜106、光隔离器107、会聚透镜108和接收光纤109，部分反射镜106的部分反射面（S3面）与激光增益芯片101背部的高反射面（S1面）形成激光谐振腔，本发明的外腔激光器通过控制第一可调滤波器104和第二可调滤波器105实现对单一波长激光的调谐输出。
图1中，激光增益芯片101朝向准直透镜102一侧端面（S2面）镀有增透膜，激光增益芯片101的另一侧端面（S1面）镀有高反射膜形成高反射面，高反射膜的反射率大于或等于90%。激光增益芯片101镀有增透膜的端面（S2面）的光出口置于准直透镜102的后焦点处，激光增益芯片101产生的宽带多通道发散光束从增透膜端面（S2面）出射，并通过准直透镜102将发散光束准直，然后准直光束依次通过光程补偿片103、第一可调滤波器104和第二可调滤波器105后正入射到部分反射镜106的部分反射面（S3面）上，这样部分反射镜106的S3面与激光增益芯片101的高反射面（S1）形成了激光谐振腔，在部分反射镜106上反射的光束可在部分反射镜106与激光增益芯片101的高反射面（S1面）形成的激光谐振腔内来回反射进行选模增益。
在图1的实施例中，部分反射镜106为玻璃楔角片，部分反射镜106的一侧端面上镀有部分反射膜形成部分反射面，部分反射镜106的另一侧端面上镀有增透膜。第一可调滤波器104和第二可调滤波器105均为标准距元件，该标准距元件材料为热敏材料，如硅材料，通过加热的方式改变折射率进行调谐；或标准距元件材料为电光材料，如压电陶瓷，通过控制电压的方式改变标准距厚度进行调谐。另外，第一可调滤波器104和第二可调滤波器105的标准距元件材料可相同，也可不同，根据选取的标准距材料采用对应的控制方式进行调谐。
在图1的实施例中，光程补偿片103为硅材料或锗材料的平行平片，光程补偿片103两侧的通光面均镀有增透膜，通过热调谐方式改变补偿片的折射率来补偿或调节激光谐振腔内的光程。
准直器光束通过部分反射镜106后进入光隔离器107，光隔离器107是单级光隔离器，如果需求隔离器度较高，也可选双级光隔离器。光隔离器107的功能是透射正向光，隔离反向光，避免反向光进入激光谐振腔产生干扰。准直光经过光隔离器107后进入会聚透镜108，这样准直光经过会聚以后进入接收光纤109进行输出。为了达到最佳的耦合效果，激光增益芯片101镀有增透膜的出光口和接收光纤109的端面分别置于准直透镜102和会聚透镜108的焦点处，准直透镜102和会聚透镜108的焦距比值与激光增益芯片101和接收光纤109光束发射角比值成反比。
为了监控激光器的输出功率，激光增益芯片101的后面放置光电探测器110，用于接收从激光增益芯片101的S1面出射的光功率。
图2为本发明一种波长可调谐外腔激光器实施例二示意图，包括沿光路依次设置的激光增益芯片201、准直透镜202、光程补偿片203、第一可调滤波器204、第二可调滤波器205、部分反射镜206、光隔离器207、会聚透镜208和接收光纤209，部分反射镜206的部分反射面（S3面）与激光增益芯片201背部的高反射面（S1面）形成激光谐振腔，本发明的外腔激光器通过控制第一可调滤波器204和第二可调滤波器205实现对单一波长激光的调谐输出。
图2中，激光增益芯片201朝向准直透镜202一侧端面（S2面）镀有增透膜，激光增益芯片201的另一侧端面（S1面）镀有高反射膜形成高反射面，高反射膜的反射率大于或等于90%。激光增益芯片201镀有增透膜的端面（S2面）的光出口置于准直透镜202的后焦点处，激光增益芯片201产生的宽带多通道发散光束从增透膜端面（S2面）出射，并通过准直透镜202将发散光束准直，然后准直光束依次通过光程补偿片203、第一可调滤波器204和第二可调滤波器205后正入射到部分反射镜206的部分反射面（S3面）上，这样部分反射镜206的S3面与激光增益芯片201的高反射面（S1面）形成了激光谐振腔，在部分反射镜206上反射的光束可在部分反射镜206与激光增益芯片201的高反射面（S1面）形成的激光谐振腔内来回反射进行选模增益。
在图2的实施例中，部分反射镜206为组合分光镜，该组合分光镜由两块直角棱镜的斜面相互贴合形成，组合分光镜的一侧端面（S3面）镀有部分反射膜形成部分反射面，该部分反射面与激光增益芯片201的高反射面（S1面）形成激光谐振腔。第一可调滤波器204和第二可调滤波器205均为标准距元件，该标准距元件材料为热敏材料，如硅材料，通过加热的方式改变折射率进行调谐；或标准距元件材料为电光材料，如压电陶瓷，通过控制电压的方式改变标准距厚度进行调谐。另外，第一可调滤波器204和第二可调滤波器205的标准距元件材料可相同，也可不同，根据选取的标准距材料采用对应的控制方式进行调谐。
在图2的实施例中，光程补偿片203为硅材料或锗材料的平行平片，光程补偿片203两侧的通光面均镀有增透膜，通过热调谐方式改变补偿片的折射率来补偿或调节激光谐振腔内的光程。
准直器光束通过部分反射镜206后进入光隔离器207，光隔离器207是单级光隔离器207，如果需求隔离度较高，也可选双级光隔离器207。光隔离器207的功能是透射正向光，隔离反向光，避免反向光进入激光谐振腔产生干扰。准直光经过光隔离器207后进入会聚透镜208，这样准直光经过会聚以后进入接收光纤209进行输出。为了达到最佳的耦合效果，激光增益芯片201镀有增透膜的出光口和接收光纤209的端面分别置于准直透镜202和会聚透镜208的焦点处，准直透镜202和会聚透镜208的焦距比值与激光增益芯片201和接收光纤209光束发射角比值成反比。
在图2的实施例中，部分反射镜206为组合分光镜，图3为组合分光镜示意图，组合分光镜的一侧端面（S3面）镀有部分反射膜形成部分反射面，该部分反射面与激光增益芯片201的高反射面（S1面）形成激光谐振腔，两块直角棱镜相互贴合的斜面（S4面）上也镀有部分反射膜，组合分光镜的另一侧端面（S5面）和组合分光镜的下端面（S6面）分别镀有增透膜。
为了监控激光器的输出功率，在组合分光镜的下方放置光电探测器210，接收经S4面反射并从S6面出射的光功率。
图4为本发明一种波长可调谐外腔激光器滤波特性示意图，图4（a）中的虚线表示外腔器的各个纵模，每个纵模对应一个波长。图4（b）对应第一可调滤波器的透射滤波曲线，从图4可以看出，波长1554.94nm的纵模与第一可调滤波器透射滤波曲线的一个透射峰位置（1554.94nm）重合。入射到第一可调型滤波器的各个纵模的光束经过第一可调型滤波器后只有波长与第一可调型滤波器的透射滤波曲线的透射峰位置重合的纵模的光束才能无损耗的通过，而波长与第一可调型滤波器的透射滤波曲线峰值位置不重合的纵模的光通过第一可调型滤波器时受到不同程度的衰减。图4（c）为第二可调滤波器的透射滤波曲线，第二可调滤波器的FSR与第一可调滤波器的FSR稍有不同，但是滤波原理一样。
如图4（c）所示，调谐时将第二可调滤波器透射滤波曲线的一个透射峰位置调到与波长1554.94nm重合，这样从激光增益芯片出射的多纵模的光在相继经过第一可调滤波器和第二可调滤波器后基本只有一个纵模的光，其它纵模的光由于受到较大衰减已基本不存在了，如图4（c）。因此，从激光谐振腔的部分反射镜出射的是单一纵模的激光，该单一纵模（波长）的激光经光隔离器、会聚透镜后由接收光纤耦合输出。由于第一可调滤波器和第二可调滤波器均为可调标准距元件，所以本发明的外腔激光器可以实现输出任意单一波长的激光。
需要说明的是：这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例来实现。

Claims (10)

1.一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：其包括沿光路依次设置的激光增益芯片、准直透镜、光程补偿片、第一可调滤波器、第二可调滤波器、部分反射镜、光隔离器、会聚透镜和接收光纤，所述部分反射镜的部分反射面与激光增益芯片背部的高反射面形成激光谐振腔，所述外腔激光器通过控制第一可调滤波器和第二可调滤波器实现对单一波长激光的调谐输出。
2.根据权利要求1所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：其还包括用于监控激光器输出功率的光电探测器。
3.根据权利要求1所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述激光增益芯片朝向准直透镜一侧端面镀有增透膜，激光增益芯片的另一侧端面镀有高反射膜形成高反射面，所述高反射膜的反射率大于或等于90%，所述激光增益芯片产生的宽带多通道光束从增透膜一侧端面出射。
4.根据权利要求2所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述部分反射镜为玻璃楔角片，部分反射镜的一侧端面上镀有部分反射膜形成部分反射面，部分反射镜的另一侧端面上镀有增透膜；所述光电探测器置于激光增益芯片的背部一侧以接收从激光增益芯片背部出射的光功率。
5.根据权利要求2所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述部分反射镜为组合分光镜，该组合分光镜由两块直角棱镜的斜面相互贴合形成，所述组合分光镜的一侧端面镀有部分反射膜形成部分反射面，该部分反射面与激光增益芯片的高反射面形成激光谐振腔；两块直角棱镜相互贴合的斜面上也镀有部分反射膜，所述组合分光镜的另一侧端面和组合分光镜的下端面分别镀有增透膜；所述光电探测器置于组合分光镜的下方以接收从组合分光镜下端面出射的光功率。
6.根据权利要求1所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述第一可调滤波器和第二可调滤波器均为标准距元件，该标准距元件材料为热敏材料，对应的调节方式是热调谐方式；或所述标准距元件材料为电光材料，对应的调节方式是电调谐方式。
7.根据权利要求6所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述第一可调滤波器和第二可调滤波器的FSR不相同；调谐时将第一可调滤波器和第二可调滤波器的透射峰值波长与需求的输出波长点对齐。
8.根据权利要求1所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述光程补偿片为硅材料或锗材料的平行平片，光程补偿片两侧的通光面均镀有增透膜，通过热调谐方式改变补偿片的折射率进行光程补偿。
9.根据权利要求1所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述隔离器是单级或双级光隔离器。
10.根据权利要求1所述的一种波长可调谐外腔激光器，其特征在于：所述激光增益芯片镀有增透膜的出光口和接收光纤的端面分别置于准直透镜和会聚透镜的焦点处，准直透镜和会聚透镜的焦距比值与激光增益芯片和接收光纤光束发射角比值成反比。
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