CN111668694A - 可调谐激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调谐激光器，包括放大装置和FP光滤波装置，放大装置设置有放大输出端、信号输出端和信号输入端，FP光滤波装置设置有滤波输入端和滤波输出端，滤波输入端与放大输出端通过第一光纤连接，滤波输出端与信号输入端通过第二光纤连接，放大装置还设置有第一放大光路、输出光路、透反件和第一半导体光放大器，信号输入端、第一半导体光放大器和放大输出端沿第一放大光路布置，透反件设置在第一放大光路上，透反件位于第一半导体光放大器的前级或后级，透反件和信号输出端沿输出光路布置。放大装置、第一光纤、FP光滤波装置和第二光纤构成封闭的环形腔，将必要器件集成化布置，既可以缩短环形腔的长度，也可以保证整个环形腔的稳定性。

Description

可调谐激光器

技术领域

本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种可调谐激光器。

背景技术

单频可调谐激光器和高速波长扫频激光器在多领域被广泛应用，如光学相干断层扫描(OCT)、生物化学光谱、光纤传感应用和光通信，为了实现广泛的商业应用，紧凑和稳定的可调谐激光源至关重要。

在实际使用当中，搭建环形腔的各个器件，包括半导体光放大器、光隔离器、耦合器和光滤波器等，一般采用光纤熔接的方式进行连接，如此很难制作出较短的环形腔，而短环形腔是实现离散单频调谐和快速扫频的基础。此外，腔长较长的情况下，众多器件的连接会导致激光器布置结构较为复杂，不利于小型化的设计趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成化布置和短腔长的可调谐激光器。

为了实现本发明目的，本发明提供一种可调谐激光器，包括放大装置和FP光滤波装置，放大装置设置有放大输出端、信号输出端和信号输入端，FP光滤波装置设置有滤波输入端和滤波输出端，滤波输入端与放大输出端通过第一光纤连接，滤波输出端与信号输入端通过第二光纤连接，放大装置还设置有第一放大光路、输出光路、透反件和第一半导体光放大器，信号输入端、第一半导体光放大器和放大输出端沿第一放大光路布置，透反件设置在第一放大光路上，透反件位于第一半导体光放大器的前级或后级，透反件和信号输出端沿输出光路布置。

由上述方案可见，通过将滤波输入端与放大输出端通过第一光纤连接，将滤波输出端与信号输入端通过第二光纤连接，利用信号输入端、第一半导体光放大器和放大输出端沿第一放大光路布置，使得FP光滤波装置滤波处理得出的信号输入至第一半导体光放大器进行放大处理，而透反件位于第一半导体光放大器的前级或后级的设置，使得放大前或放大后的通过信号输出端输出，通过将可调谐激光器的必要器件集成化布置，可以大大缩小环形腔的腔长，从而有效地实现离散单频激光调谐和支持更高速度的扫频激光。整个环形腔中，通过在SOA芯片前后连接两个光隔离器实现光的单向传输。

更进一步的方案是，放大装置还设置有第一反射件，第一反射件设置在输出光路上，第一反射件位于信号输出端和透反件之间，信号输出端与放大输出端或信号输入端位于同一侧上。

更进一步的方案是，第一反射件位于透反件的反射侧。

由上可见，通过反射件的布置调节光路，继而可使放大输出端与信号输出端或信号输入端位于同一侧上，从而优化端口布置，方便盘纤，利于小型化布置，也提高稳定性。

更进一步的方案是，放大装置还设置有第二半导体光放大器，第二半导体光放大器设置在输出光路上，第二半导体光放大器位于放大输出端和第一透反件之间。

由上可见，在信号从透反件输出后，可通过第二半导体光放大器放大后输出。

更进一步的方案是，放大装置还包括第一光纤基座和第二光纤基座，第一光纤的输出端设置在第一光纤基座上，第二光纤基座的输入端设置在第二光纤基座上。

更进一步的方案是，放大装置还在第一放大光路上位于第一半导体光放大器的两端设置第一光隔离器和第二光隔离器，第一光隔离器位于第一半导体光放大器的前端，第二光隔离器位于第一半导体光放大器的后端。

更进一步的方案是，第一光隔离器是带准直透镜的光隔离器，第二光隔离器是具有聚焦透镜和准直透镜的光隔离器。

由上可见，通过光纤基座直接对光纤进行定位，配合光隔离器的单向通光作用，以及通过准直透镜和聚焦透镜提高耦合效率和整体输出品质。

更进一步的方案是，第一光纤和/或第二光纤采用保偏光纤。

由上可见，偏振方向可以在环空腔内通过使用足够短的光纤尾纤的长度来保持，当需要长腔长时，则可以使用由保偏光纤进行连接。

更进一步的方案是，放大装置还设置有承载基座和半导体制冷器，承载基座设置在半导体制冷器的第一热传导端上，第一半导体光放大器设置在承载基座上。

更进一步的方案是，放大装置还包括封装壳体，封装壳体围成密闭的容纳腔，透反件、第一半导体光放大器、承载基座和半导体制冷器设置在容纳腔内，半导体制冷器的第二热传导端与封装壳体连接。

由上可见，通过封装壳体的封闭设计，半导体制冷器可以控制封装壳体内的温度，以及控制半导体光放大器的温度，当温度过高则对半导体光放大器进行降温处理，当温度过低则对半导体光放大器进行加热，如此使半导体光放大器始终保持在最佳的工作温度，进而提高设备的稳定性。

附图说明

图1是本发明可调谐激光器第一实施例的结构示意图。

图2是本发明可调谐激光器第一实施例中放大装置的结构示意图。

图3是本发明可调谐激光器第一实施例中放大装置的剖视图。

图4是本发明可调谐激光器实施例在单频模式下的传输示意图。

图5是本发明可调谐激光器实施例在多频模式下的传输示意图。

图6是本发明可调谐激光器第二实施例中放大装置的结构示意图。

图7是本发明可调谐激光器第三实施例中放大装置的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

可调谐激光器第一实施例：

参照图1中至图3，可调谐激光器包括外壳11、放大装置2和FP光滤波装置3，放大装置2和FP光滤波装置3放置在外壳11内，FP光滤波装置3包括封装壳体和设置在封装壳体的FP滤波器件组合，FP光滤波装置3的具体结构可参考本申请人申请的公开号为CN109557617A名称为“可调滤波器”的发明专利申请，以及亦可参考公开号为CN109491018A名称为“快速可调滤波器”的发明专利申请，其内均详细公开FP光滤波装置的详细结构，通过两个光纤插芯的出射端相对布置，以及配合一个或两个压电陶瓷的组合，不仅能够实现慢速大范围频率调谐，而且也能够利用高频振动实现快速调谐和频率扫描。而FP光滤波装置3在封装壳体相对的两端上设置有滤波输入端32和滤波输出端31。

放大装置2包括封装壳体21，封装壳体21包括底座和盖体，底座和盖体围成密闭的容纳腔，封装壳体21在侧壁上设置有放大输出端222、信号输出端223和信号输入端221，在本实施例中，信号输出端223和信号输入端221位于相同的一侧上，信号输入端221和放大输出端222位于相对的一侧上，输入端和输出端上设置有保护管，保护管贯穿地设置有通孔。

滤波输入端32与放大输出端222通过第一光纤132连接，滤波输出端31与信号输入端221通过第二光纤131连接，由于放大装置2和FP光滤波装置3在同一外壳11内靠近布置，故第一光纤132的第二光纤131的长度不仅能够精准控制长度，且能够有效缩短光纤的长度，继而缩短激光器的腔长，另外，第一光纤132和/或第二光纤131可采用保偏光纤进行连接。

在实施例1中的放大装置2还设置有第一放大光路、输出光路、透反件251、第一半导体光放大器261、第一反射件27、组合玻璃25、光隔离器241、透镜242、光隔离器243、透镜244、光纤基座271、光纤基座272、光纤基座273、承载基座231和半导体制冷器232，信号输入端221、光隔离器241、透反件251、透镜242、第一半导体光放大器261、光隔离器243和放大输出端222依次沿第一放大光路依次布置，继而透反件251位于第一半导体光放大器261的前级，光纤基座271、光隔离器241、透反件251、组合玻璃25、透镜242、第一半导体光放大器261、光隔离器243和光纤基座272设置在承载基座231上，第一光纤132穿入信号输入端221，光纤基座271通过胶水固定第一光纤132的输出端部，光纤基座272通过胶水固定第二光纤132的输入端部，组合玻璃25由两个直角棱镜粘合合成，具体是一个直角棱镜的斜面与另一直角棱镜的直角面连接，且在斜面和直角面之间设置有透反件251，透反件251采用具有预设透反比例的透反膜，透过率为T，反射率为R，透反件251与第一放大光路之间呈45°夹角设置。透镜242和透镜244采用聚焦透镜，光隔离器241是带准直透镜的光隔离器，光隔离器243是具有聚焦透镜和准直透镜的光隔离器。

第一反射件27采用反射膜，反射膜设置在组合玻璃25位于与透反件251相对的另一侧的直角面上，第一反射件27垂直于透反件251，第一反射件27位于透反件251的反射侧，透镜242位于透反件251的透射侧。透反件251、第一反射件27和信号输出端223沿输出光路依次布置。通过第一反射件27对光路方向的调整，使得放大输出端222和信号输入端221位于同一侧上。信号输入端221上设置有输出光纤133，输出光纤133的输入端被光纤基座273通过胶水固定，输出光纤133的输出端设置有连接头12。

半导体制冷器232位于容纳腔内并设置在封装壳体21的底壁上，承载基座设置231在半导体制冷器232的第一热传导端上，半导体制冷器232的第二热传导端与封装壳体21的底壁连接，由于第一半导体光放大器261设置在承载基座231上，继而可实现半导体光放大器和承载基座之间的热传导，封装壳体21的侧壁设置有连接pin针211。

参照图4和图5，并结合图1至图3，图4是可调谐激光器在单频模式下的传输示意图，图5是可调谐激光器在多频模式下的传输示意图，

光从第二光纤131出射后，经过带准直透镜的光隔离器241，然后射到含透反件251和第一反射件27的组合玻璃上25，光束经过组合玻璃带增透膜的前端面后，到达透反件251，其中反射光将在第一反射件27反射，再经过透镜244聚焦把光束聚焦到输出光纤133的端面，从而耦合回光纤再输出，而透射光经过透镜242聚焦到第一半导体光放大器261的前端面上，光束通过第一半导体光放大器261后，光强得到放大，由于从第一半导体光放大器261后端面出射的是发散光束，因此光隔离器243的前端具有有准直透镜，而光隔离器243的后端具有聚焦透镜，聚焦透镜把光束聚焦到第一光纤132，从而耦合回光纤输出。

放大装置2和FP滤波装置3通过光纤连接，构成一个环形腔，且在两个光隔离器的作用下，光只能单向通过该光放大器，如图所示，从左到右。该环形腔启动的初期，第一半导体光放大器261自发辐射的光经过光隔离器243后，继而到达FP滤波装置3。被滤波器选择的窄线宽光谱将经过滤波器，继续通过第二光纤131传输和出射，然后依次通过光隔离器241、透反件251、透镜242、第一半导体光放大器261和光隔离器243，第一半导体光放大器261对该光谱的光强进行放大，放大过后的光再通过滤波器回到光放大器，实现再次放大，如此不断循环，直到环形腔的损耗和光放大器的增益相等，环形腔的损耗包括光束的耦合损耗和出射光的比例。驱动滤波器扫描选频，环形腔便可以输出扫频光信号。实施例1为前置输出型，其特点是，搭建环形腔时，输出光谱不含有光放大器的自发辐射谱。

可调谐激光器第二实施例：

参照图6，基于第一实施例的相同原理下，可调谐激光器第二实施例采用是信号放大后置输出，即信号输入端221、光隔离器243、第一半导体光放大器261、透镜242、透反件251、光隔离器241和放大输出端222依次沿第一放大光路依次布置，继而透反件251位于第一半导体光放大器261的后级，透反件251、第一反射件27、透镜244和信号输出端223沿输出光路依次布置，信号放大后通过透反件251的反射以及第一反射件27的光路调整，继而从信号输出端223输出，而第二实施例的信号输出端223与放大输出端222位于同一侧上。实施例2为后置输出型，其特点是，搭建环形腔时，输出光谱含有光放大器的自发辐射谱。

可调谐激光器第三实施例：

参照图7，基于第一实施例的相同原理下，可调谐激光器第三实施例采用是信号放大输出，放大装置2还在输出光路设置有第二半导体光放大器262、透镜246和透镜245，即信号输入端221、光隔离器241、透反件251、透镜242、第一半导体光放大器261、光隔离器243和放大输出端222依次沿第一放大光路依次布置，透反件251、第一反射件27、透镜246、第二半导体光放大器262、光隔离器245和信号输出端223沿输出光路依次布置，继而实现信号在透反件251反射输出后，可再次经过第二半导体光放大器262的光强放大后从信号输出端223输出。其中，光隔离器246是具有聚焦透镜和准直透镜的光隔离器，透镜246采用聚焦透镜。实施例3为前置输出型且配合上后置二次放大输出。

由上可见，将滤波输入端与放大输出端通过第一光纤连接，将滤波输出端与信号输入端通过第二光纤连接，利用信号输入端、第一半导体光放大器和放大输出端沿第一放大光路布置，使得FP光滤波装置滤波处理得出的信号输入至第一半导体光放大器进行放大处理，而透反件位于第一半导体光放大器的前级或后级的设置，使得放大前或放大后的光通过信号输出端输出，通过将可调谐激光器的必要器件集成化布置，可以大大缩小环形腔的腔长，从而有效地实现离散单频激光调谐和支持更高速度的扫频激光。另一方面，更短的腔长也提高了整个光路的稳定性。整个环形腔中，通过在SOA芯片前后连接两个光隔离器实现光的单向传输。

放大装置、第一光纤、FP光滤波装置和第二光纤构成封闭的环形腔。将必要器件集成化布置，既可以缩短环形腔的长度，也可以保证整个环形腔的稳定性整个环形腔，包括FP光滤波装置，均采用单模光纤。基于单模光纤的FP光滤波装置有三个重要的功能：首先，可以获得低损耗、谱线干净的透过光谱；其次，可避免环形腔内存在无关的横向模；最后，在FP光滤波装置机械动力学和环形腔允许纵模的限度内，可以实现任意波长的调谐和任意速度的频率扫描。

Claims (10)

1.可调谐激光器，其特征在于，包括放大装置和FP光滤波装置，所述放大装置设置有放大输出端、信号输出端和信号输入端，所述FP光滤波装置设置有滤波输入端和滤波输出端，所述滤波输入端与所述放大输出端通过第一光纤连接，所述滤波输出端与所述信号输入端通过第二光纤连接；

所述放大装置还设置有第一放大光路、输出光路、透反件和第一半导体光放大器，所述信号输入端、所述第一半导体光放大器和所述放大输出端沿所述第一放大光路布置，所述透反件设置在所述第一放大光路上，所述透反件位于所述第一半导体光放大器的前级或后级，所述透反件和所述信号输出端沿所述输出光路布置。

2.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述放大装置还设置有第一反射件，所述第一反射件设置在所述输出光路上，所述第一反射件位于所述信号输出端和所述透反件之间，所述信号输出端与所述放大输出端或所述信号输入端位于同一侧上。

3.根据权利要求2所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述第一反射件位于所述透反件的反射侧。

4.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述放大装置还设置有第二半导体光放大器，所述第二半导体光放大器设置在所述输出光路上，所述第二半导体光放大器位于所述放大输出端和所述第一透反件之间。

5.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述放大装置还包括第一光纤基座和第二光纤基座，所述第一光纤的输出端设置在所述第一光纤基座上，所述第二光纤基座的输入端设置在所述第二光纤基座上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述放大装置还在所述第一放大光路上位于所述第一半导体光放大器的两端设置第一光隔离器和第二光隔离器，所述第一光隔离器位于所述第一半导体光放大器的前端，所述第二光隔离器位于所述第一半导体光放大器的后端。

7.根据权利要求6所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述第一光隔离器是带准直透镜的光隔离器，所述第二光隔离器是具有聚焦透镜和准直透镜的光隔离器。

8.根据权利要求1至5任一项所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述第一光纤和/或所述第二光纤采用单模光纤或保偏光纤。

9.根据权利要求1至5任一项所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述放大装置还设置有承载基座和半导体制冷器，所述承载基座设置在所述半导体制冷器的第一热传导端上，所述第一半导体光放大器设置在所述承载基座上。

10.根据权利要求9所述的可调谐激光器，其特征在于：

所述放大装置还包括封装壳体，所述封装壳体围成密闭的容纳腔，所述透反件、所述第一半导体光放大器、所述承载基座和所述半导体制冷器设置在所述容纳腔内，所述半导体制冷器的第二热传导端与所述封装壳体连接。

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