CN110620331B - Dfb阵列高速大范围连续可调谐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在DFB阵列激光器中对单管频率拓展与多管分时切换协同工作来实现高速大范围连续可调谐的方法。对单管中通过电流调谐输出的扫频光进行光频范围扩展，实现用小范围电流调谐实现大的波长调谐，使得该调谐范围不低于DFB阵列激光器中相邻二极管之间固有波长间隔。然后通过控制模块依次切换DFB阵列中不同的激光二极管，进而实现DFB阵列中的高速大范围连续可调谐。优选地，可以利用级联四波混频技术对DFB阵列中单个激光二极管进行调谐范围扩展。和传统DFB阵列中通过各个激光二极管温度调谐实现波长调谐和波段覆盖的方法相比，其优势在于完全依靠电流而不用温度即可实现波长调谐，因此可以实现高速大范围连续可调谐，可以迅速锁定在某一波长和信道上。且电流调谐利于外加调谐的闭环控制，如可以应用预校正或光学锁相环等控制手段使激光器输出光学频率线性化。

Description

DFB阵列高速大范围连续可调谐方法
技术领域
本发明属于半导体激光器领域，尤其涉及一种在DFB阵列激光器中实现高速大范围连续可调谐的方法。
背景技术
分布反馈激光器DFB阵列激光器是光通信领域一种很重要的光源，光传输网和光互联等以及其他WDM大容量通讯系统中得到重要应用，DFB阵列其在波长上可以通过波长调谐覆盖整个C波段。单片集成DFB阵列在结构上一般由在波长上具有一定间隔的多个二极管(PD)与一个多模干涉耦合器(MMI)以及半导体光放大器(SOA)构成。在调制方式上通常采用热调谐实现不同二极管的波长调谐，以此覆盖整个通信C波段。DFB电流调谐的调谐系数较小，因此对DFB阵列中的单管来说，通过电流调谐通常只能调制很小的波长范围，不足以达到相邻二极管之间固有波长间隔。因此在DFB阵列中，相邻单管之间仅通过电流调谐不能够实现扫频范围的无间隔拼接和覆盖，相较而言，DFB温度调谐系数较大，但是温度调谐虽然能覆盖相邻二极管波长实现无间隔拼接，但是温度响应速度慢，且温度系统惯性大导致在目标温度震荡剧烈，不利于闭环反馈控制以达到调谐过程的稳定或者光频非线性校正。这就限制了其在特定通信场合以及光学传感领域的应用(如光频域反射光纤链路诊断及传感系统，调频连续波测距系统等)。因此发明人想到，可否利用某种手段将单管的电流调谐范围扩大，使该范围不低于相邻二极管之间固有波长间隔，然后通过多管之间的切换实现完全依靠电流调谐，而不引入温度调谐的方式实现DFB阵列中的高速大范围连续可调谐。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种在DFB阵列激光器中对单管频率拓展与多管分时切换协同工作来实现高速大范围连续可调谐的方法。对单管中通过电流调谐输出的扫频光进行光频范围扩展，实现用小范围电流调谐实现大的波长调谐，使得该调谐范围不低于DFB阵列激光器中相邻二极管之间固有波长间隔。然后通过控制模块依次切换DFB阵列中不同的激光二极管，进而实现DFB阵列中的高速大范围连续可调谐。优选地，可以利用级联四波混频技术对DFB阵列中单个激光二极管进行调谐范围扩展。
1、本发明提出了在DFB阵列激光器中对单管频率拓展与多管分时切换协同工作来实现高速大范围连续可调谐的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
第1步、通过控制模块使DFB阵列激光器的其中一个激光管工作并输出光，利用电流调谐对该管输出光进行扫频；
第2步、对上述步骤电流调制下DFB阵列激光器输出的光进行扫频范围拓展，使该扫频范围达到相邻二极管之间固有波长间隔；
第3步、通过控制模块依次切换DFB阵列中不同的激光二极管，重复上述过程，实现高速大范围连续扫频范围；
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，DFB阵列激光器包含具有固定波长间隔的多个激光二极管以及一个多模干涉耦合器，不同的激光二极管可以通过电学手段进行切换与激光输出；
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第2步所述的对单管扫频范围拓展的方法为级联四波混频与滤波，包括如下步骤：
第1步、将DFB阵列激光器输出的光作为泵浦光，利用四波混频技术实现频率啁啾放大，不同阶次对应不同倍数的扫频范围；
第2步、用滤波器对合适倍数的扫频带宽范围进行选频；
第3步、上述产生的低阶闲频作为新的泵浦光，继续利用四波混频技术实现频率啁啾放大，实现更高阶次的放大，用滤波器滤除更高倍数的扫频带宽范围；
第4步、重复上述基于级联四波混频与滤波的单管频率拓展过程，直到该扫频范围达到相邻二极管之间固有波长间隔。
本发明的有益效果：和传统DFB阵列中通过各个激光二极管温度调谐实现波长调谐和波段覆盖的方法相比，其优势在于完全依靠电流而不用温度即可实现波长调谐，因此可以实现高速大范围连续可调谐，可以迅速锁定在某一波长和信道上。且电流调谐利于外加调谐的闭环控制，如可以应用预校正或光学锁相环等控制手段使激光器输出光学频率线性化。
附图说明
图1为一种DFB阵列激光器结构示意图；
图2为DFB阵列高速大范围连续可调谐系统；
图3为一种级联四波混频光路；
图4为通过级联四波混频实现单管频率拓展与选频过程；
图1中：8为多模干涉耦合器，9为半导体光放大器，10为温度TEC，11为热敏电阻，12为基材，13为具有间隔一定波长的若干个激光二极管。
图2中：1为主控制模块，2为电流驱动器，3为电学开关，4为DFB阵列激光器，5为单管频率拓展模块,6为激光输出，7为DFB阵列激光器上不同激光二极管引脚。
图3中：14为输入光，15为环形器1，16为高非线性光纤1,17为滤波器4，18为光放大器，19为滤波器2,20为环形器2，21为高非线性光纤2，22为环形器2，23为种子激光器，24为环形器3。
图4中：1为扫频光源，2为50/50光耦合器，3为环形器，，6为数字采集卡,7为计算机，8为APC连接头，9为PC连接头,10为测量光路，11为干涉仪参考臂。
具体实施方式
图1为一种典型DFB阵列激光器结构示意图，通常情况下，由并列的激光二极管和一个多模干涉耦合器构成，以日本FITEL公司的D66型号激光器来说，共由12个波长间距为3.5nm的二极管构成。在其应用中通常利用温度来对每个二极管进行调谐以扫过3.5nm的波长范围。而在该激光器上电流调谐灵敏度很低，在其安全电流范围内仅能调谐1nm左右。然而在本专利所提出的方案中，温度调谐并没有被使用，而是对每个单管进行电流调谐并试图通过单管频率拓展实现单管调谐范围超过相邻二极管固有波长间距，对于D66型号激光器而言，这一值为3.5nm。
图2为DFB阵列高速大范围连续可调谐方法的核心流程，其中的单管频率拓展模块将输入为窄扫频范围的光转化为输出宽扫频范围的光，且完成一次扫频时间和输入光扫频时间要同步。优选的，带宽放大倍数为4倍。
以图2为例，说明DFB阵列中实现高速大范围连续调谐方法。主控制模块1通过电学开关3使电流驱动器2的输出接入到DFB阵列激光器的其中第1号激光管的引脚，主控制模块1控制电流驱动器2输出锯齿波电流，该驱动电流将第1号激光管输出光调制为波长调谐激光，以D66型激光器为例，输入电流在0-300mA下，输出光频调谐量为1nm。同时激光器的输出光同步进入到单管频率拓展模块5，经过单管频率拓展模块5，原有的光频调谐量会被扩展，例如扩展到4nm，只要该扩展量超过相邻二极管固有波长间距即可(对D66型激光器为3.5nm)。然后主控制模块1通过电学开关3使电流驱动器2的输出接入到DFB阵列激光器的其中第2号激光管的引脚，重复上述过程。通过控制模块依次切换DFB阵列中不同的激光二极管，重复上述过程，实现各个激光器各自的单管频率拓展过程。对D66型激光器，经过上述过程一共完成了12个激光二极管的电流调谐，且整个调谐范围不存在间隙或空白。
利用级联四波混频技术实现单管频率拓展，其方法在于：将DFB阵列激光器输出的光作为泵浦光，利用四波混频技术实现频率啁啾放大，不同阶次对应不同倍数的扫频范围，用滤波器对合适倍数的扫频带宽范围进行选频，上述产生的低阶闲频作为新的泵浦光，继续利用四波混频技术实现频率啁啾放大，实现更高阶次的放大，用滤波器滤除更高倍数的扫频带宽范围。重复上述单管频率拓展与选频过程，直到该扫频范围达到相邻二极管之间固有波长间隔。
图3描述了一种基于级联四波混频技术实现单管频率拓展的装置，图4为通过级联四波混频实现单管频率拓展与选频过程，他们以双级联四波混频光路为例说明利用级联四波混频技术实现单管频率拓展过程，但是级联数量根据上面所述的要求，即级联四波混频及滤波后输出光的扫频范围要达到相邻二极管之间固有波长间隔。
DFB阵列中的单个二极管被电流驱动扫频后，其扫频光由图3的14接口输入，该信号光作为泵浦光，经过高非线性光纤1后，其频谱如图4上图所示，经过滤波器1选出虚线框中拓展倍数为2倍的光学带宽。利用高非线性光纤2，对2倍光学带宽进行二次放大，经过滤波器2选出虚线框中拓展倍数为4倍的光学带宽，此时输出接口22输出为具有4倍于原始输入光光学扫频范围的激光。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式,而且本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.在DFB阵列激光器中对单个激光二极管频率拓展与多个激光二极管分时切换协同工作来实现高速大范围连续可调谐的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
第1步、通过控制模块使DFB阵列激光器的其中一个激光二极管工作并输出光，利用电流调谐对该激光二极管输出光进行扫频；
第2步、对上述步骤电流调制下DFB阵列激光器输出的光进行级联四波混频与滤波，使扫频范围达到相邻激光二极管之间固有波长间隔；
第3步、通过控制模块依次切换DFB阵列激光器中不同的激光二极管，重复上述过程，实现高速大范围连续扫频范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，DFB阵列激光器包含具有固定波长间隔的多个激光二极管以及一个多模干涉耦合器，不同的激光二极管可以通过电学手段进行切换与激光输出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的级联四波混频与滤波，包括如下步骤：第1步、将DFB阵列激光器输出的光作为泵浦光，利用四波混频技术实现频率啁啾放大，不同阶次对应不同倍数的扫频范围；
第2步、用滤波器对合适倍数的扫频带宽范围进行选频之后得到低阶闲频光；
第3步、将第2步产生的低阶闲频作为新的泵浦光，继续利用四波混频技术实现频率啁啾放大，实现更高阶次的放大，用滤波器滤除更高倍数的扫频带宽范围；
第4步、重复上述1-3步，不断扩展激光器扫频范围，直到该扫频范围达到相邻激光二极管之间固有波长间隔。
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