CN1140947C - 一种多波长激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将一个波长可选光器件和一个激光器阵列组合构成的多波长激光器，其中的波长可选光器件设计为非均匀性结构，使得该器件可以在其工作表面上的不同位置反射不同波长的光。当这一结构的波长可选光器件作为一个激光器阵列的反馈镜时，它就可以把不同波长的光沿非均匀性方向在不同的位置反馈回该位置所对应的阵列或矩阵中的激光单元以产生激光振荡，从而实现了多波长激光输出。

Description

一种多波长激光器

                           技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其是一种多波长激光器。

                           背景技术

多波长激光器可用于对光纤网，尤其是密集波分复用(DWDM)系统提供多信道光源。对于用在DWDM光纤系统的多波长激光器，所希望的特点是结构紧凑，输出光波长及波长间隔稳定，有一定的输出功率，宽波长范围及窄线宽以达到大数量信道容量。对每一波长可以方便地高速率调制。另外，激光源的波长锁定机理应尽量简单。由于目前激光技术的限制，尚无可满足这些特性的多波长激光器存在。

已知多波长激光器大致可分为两类：多波长激光器阵列和共腔多波长激光器。多波长激光器阵列由一列单波长激光器如分布反馈(DFB)激光器及分布布拉格(Bragg)反射器(DBR)激光器构成。阵列中的每一个DFB或DBR激光器可以分别调整并锁定在一个信道。对于这一类激光器阵列，尚未解决的问题是波长不均匀漂移。DFB或DBR激光器的输出波长取决于增益区的温度和注入电流综合作用，任何温度和电流的波动都会导致输出波长的漂移，所以其信道波长的调整及锁定非常复杂。一般需采用能精确控制温度的致冷器件来保证输出波长的稳定，而且制造这一类激光阵列比较复杂，造价很高。在共腔多波长激光器中，通过集成多振荡反馈元件和一个共用增益介质，使多个激光信道在同一个增益区振荡而产生数个输出波长。对于这一类激光器，很难对每一波长信道进行分别调制。美国专利(US，NO.6,289,032)揭示的自准多波长激光器具有宽束准直和单模振荡特性，从而可同时从一个光孔发射多个波长的激光来。该激光器可产生稳定的波长间隔，但不能对每一波长进行直接调制和内部调制。

                            发明内容

本发明目的是克服现有技术不足，提供一种将一个波长可选光器件和一个激光器阵列或矩阵组合构成的多波长激光器，其中的波长可选光器件设计为非均匀性结构，使得该器件可以在其工作表面上的不同位置反射不同波长的光。当这一结构的波长可选光器件作为一个激光器阵列的反馈镜时，它就可以把不同波长的光沿非均匀性方向在不同的位置反馈回该位置所对应的阵列或矩阵中的激光单元以产生激光振荡，从而实现了多波长激光输出。

本发明的上述目的是这样实现的：

一种多波长激光器，包括一个波长可选光器件和一个激光器阵列，其特征是波长可选光器件具有在设定方向上的非均匀结构，将其设置在一个由若干相同激光单元构成的激光器列阵的一个发光面处，作为所有激光单元的反馈镜，所说波长可选光器件包括基底层、基底层之上的波导层以及波导层之上的光栅层，其在设定方向的非均匀为：沿波导方向包括波导层厚度非均匀、波导层材料折射率非均匀、光栅周期非均匀、光栅填充系数非均匀、光栅层材料折射率非均匀、入射介质非均匀、基底层非均匀等其中之一或组合，波导层的折射率大于基底层的折射率。在光栅层表面或光栅层与波导层之间或波导层与基底层之间或全部可设置薄膜层，薄膜层以及光栅层、波导层和基底层的材料均以介电材料或半导体材料制成，包括SiO₂，Si₃N₄，HfO₂，Al₂O₃，TiO₂，Si，InP，GaAs，AlGaAs及InGaAsP等中选取。所说激光器阵列包括一个发光实体，在其内部设有若干相互平行并以一维阵列排列的激光单元，各激光单元的两个端面分别与发光实体的两个端面重叠，激光单元的数量大于或等于波长数量，激光阵列发出的光波长应在激光单元的增益频谱范围内。波长可选光器件可集成到激光阵列的一个发光端面上，激光器阵列的另一个发光端面设为激光输出耦合面，波长可选光器件中，波导层的中心平面垂直于激光腔内射来的光。波长可选光器件也可通过一个设置在发光实体与可选光器件光栅表面之间的微透镜阵列校准于发光实体的一个端面，发光实体的另一个端面制成高效反射面，发光实体的两个端面及可选光器件光栅平面互相平行，微透镜阵列中的透镜数与激光阵列中激光单元数相等，波长可选光器件的反射率设为小于100％，波长可选光器件作为激光输出耦合器，波导层中心平面垂直于激光腔内射来的光。波长可选取光器件也可设置在发光实体一端的上表面上，此端的发光实体端面制成45°角反射斜面或弧形面，发光实体的另一端面制成高反射面，波长可选光器件的反射率设为小于100％，波长可选光器件作为激光输出耦合器，光栅平面垂直于45°斜面或弧形面反射来自发光实体光束的中心线。也可是发光实体的两个端面平行，一个端面设为高反射面，另一个端面向外延伸有一个等腰直角三角形棱镜，棱镜的一个直角面与发光实体端面相对连接，另一个直角面作为发光实体上表面的延伸，其上设置波长可选光器件，基底层与棱镜直角面相对，波长可选光器件作为激光输出耦合器，光栅平面垂直于棱镜斜面反射来自发光实体光束的中心线。所说激光器阵列也可是二组以矩阵形式排列的光纤束，一组为发光光纤束，另一组为接收光纤束，二组光纤束之间设置波长可选光器件，发光光纤束的外端面设为高反射面，内端面的所有光纤端面均落在一个平面并与波长可选光器件的一个外层表面连接，接收光纤束内端面所有光纤端面同样落在一个平面并与波长可选光器件的另一个外层表面连接，两束光纤的矩阵排列形状相同并互相一一对应，波长可选光器件的非均匀方向和矩阵排的方向平行，矩阵包括方形排列或三角形排列。激光器阵列也可是一组以矩阵形式排列，位于一实体内的激活波导，其两个端面分别落在实体的二个端面上，其中一个端面设为高反射面，另一个端面与波长可选光器件的一个外层表面连接，波长可选光器件的另一个外层表面作为激光输出耦合面，实体上设有数个用作泵激的条状半导体激光器。

本发明的优点及效果是：

1.波长可选光器件为一无源器件，使得它与激光器阵列或矩阵激光器组合后构成的多波长激光器所发射的光波长具有极高的稳定性，所发出的光束为单模且极化度高、发散角小，波长间隔稳定，极适合作为密集波分复用(DWDM)光纤网的激光源。

2.波长可选光器件作为一被动器件，工作时无电流通过，因而该器件任何部分的折射率稳定，进一步可选择热稳定材料作为制造材料，可使其发射波长的热稳定性更好。

3.结构简洁，方便使用，集成度高，造价低，波长可选择范围宽，可涵盖整个增益介质的增益带宽，允许大信道数容量。

                          附图说明

图1是一个波长可选光器件的结构示意图。

图2a、2b是一个含有非均匀厚度波导层的波长可选光器件的厚度变化及反射光谱；

图3a、3b是一个含有光栅周期变化的波长可选光器件的反射光谱；

图4是一个集成了波长可选光器件的多波长激光器阵列；

图5是一个含有从外部校准于激光器阵列的波长可选光器件的多波长激光器；

图6是一个上表面装有波长可选光器件的多波长激光器阵列；

图7是一个含有制造在45°棱镜上的波长可选光器件的多波长激光器；

图8是铒离子(Er³⁺)的能级示意图；

图9是光纤激光器矩阵与波长可选光器件结合形成的多波长激光器；

图10是图9的光纤端面以方形排列的波长输出图；

图11是图9的光纤端面以三角形排列的波长输出图；

图12是半导体激光器泵激晶体波导激光器矩阵形式的多波长激光器。

                         具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。

首先，在叙述各个实施例之前，对本发明的原理作一介绍，波长可选光器件作为波长可选反馈镜的原理是波导模振荡(Guided-mode resonance)。当波导光栅(waveguidegrating)内出现可能被该波导在没有折射率调制的情况下所支持的波导模，就会在波导光栅内产生波导模振荡。然而，因为在光栅波导内或周围存在周期性的折射率(refractiveindex)调制或扰动。波导内光传输常数β_i(见公式2)就成为一个复数。其虚数部分不可忽略。这样就导致波导模不能在该波导内无损耗传输。这一结构称作“漏”结构。在这一“漏”结构里，入射光波的能量通过衍射元件“馈入”周期性调制或扰动的波导里，然后“拽漏”模又被偶合进一定的空间调和传输光波。由于相位匹配条件，“馈入”对入射波长、入射角及入射波极化状态有极强的选择性。入射波中严格满足振荡条件的那部分能量才能被“馈入”波导光栅。在可见光及近红外光范围内，光栅周期在亚微米级，就可仅允许零级衍射光在反射及透射光方向上传播，而高衍射级被截止。在这种情况下，在所期望的窄波长范围内可达到100％的反射。反射光的线宽通常小于几个纳米。而边带具有低反射率。这样，这一光学元件可用做波长可选反射镜。

严格波耦合理论(rigorous coupled-wave theory)详尽地描述了导模振荡现象(S.S.Wang，R.Magnusson，J.S.Bagby，and M.G.Moharam，“Guided-mode resonance inplanar dielectric-layer diffraction gratings”，J.Opt Soc.Am.A，Vol.8，pp.1470-1475，August，1990；S.S.Wang and R.Magnusson，“Multilayer waveguide grating filters”，Appl.Opt，Vol，34，pp，2414-2420，May 1995；T.K.Gaylord and M.G Moharam，“Analysis and applications ofoptical diffraction by gratings”，Proc.IEEE，Vol l73，pp.894-937，May 1985)。描述在波导里光波传输的波耦合公式由下式给出： $\frac{d^2{\hat{S}}_i\left(z\right)}{{\mathrm{dz}}^2}+[k^2{\mathrm{\ϵ}}_g-k^2{(\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_g}\sin \mathrm{\θ}-i\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Λ}})}^2]{\hat{S}}_i\left(z\right)+\frac{1}{2}{k}^2\mathrm{\Δ\ϵ}[{\hat{S}}_{i+1}\left(z\right)+{\hat{S}}_{i-1}\left(z\right)]=0---\left(1\right)$

式中 是第i空间协波非齐次平面波的波幅，k＝2π/λ是真空波数，Δε＝(ε_H-ε_L)/2是介电常数调制度， ${\mathrm{\ϵ}}_g=\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ϵ}}_g}\left(X\right)=({\mathrm{\ϵ}}_H+{\mathrm{\ϵ}}_L)/2$ 是波导层的平均介电常数，∧是光栅周期，λ是真空波长。当Δε→0(弱调制)，让

β_i=k(ε_g ^1/2sinθ-iλ/∧)，    (2)公式(1)可写为 $\frac{d^2\widehat{S_i\left(z\right)}}{{\mathrm{dz}}^2}+(k^2{\mathrm{\ϵ}}_g-{\mathrm{\β}}_i^2){\hat{S}}_i\left(z\right)=0---\left(3\right)$

等式(3)和无调制的平面波导的波动方程有相同的结构。类似于无调制平面波导的本征值，有调制的波导的本征值是：

对TE极化： $\tan \left({\mathrm{\κ}}_{i}d\right)=\frac{{\mathrm{\κ}}_i({\mathrm{\γ}}_i+{\mathrm{\δ}}_i)}{{\mathrm{\κ}}_i^2-{\mathrm{\γ}}_i{\mathrm{\δ}}_i}---\left(4\right)$ 对TM极化： $\tan \left({\mathrm{\κ}}_{i}d\right)=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_g{\mathrm{\κ}}_i({\mathrm{\ϵ}}_3{\mathrm{\γ}}_i+{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\δ}}_i)}{{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\ϵ}}_3{\mathrm{\κ}}_i^2-{\mathrm{\ϵ}}_g^2{\mathrm{\γ}}_i{\mathrm{\δ}}_i}---\left(5\right)$ 式中 ${\mathrm{\κ}}_i=\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_g{k}^2-{\mathrm{\β}}_i^2},{\mathrm{\γ}}_i=\sqrt{{\mathrm{\β}}_i^2-{\mathrm{\ϵ}}_1{k}^2},{\mathrm{\δ}}_i=\sqrt{{\mathrm{\β}}_i^2-{\mathrm{\ϵ}}_3{k}^2}$

公式(4)和(5)可用于预估对于一给定结构的满足振荡条件的入射波长和入射角。波导光栅的传输常数β_i在Δε→0的极限情况下可很清楚地由波导光栅的参数：光栅周期、平均介电常数、入射角θ、真空波长入和模指数i决定。由这一理论预测的导模振荡反射滤波器的光谱响应和实验结果很接近。(参阅“High-efficiencvguided-mode resonance filfer”，Z.S.Liu，S.Tibuleac，D.Shin，PP，Ybung，and R.Magnussonk，Optics letters，Vol.23，NO.19，October 1，1998).

波长可选光器件的反射波长由光栅周期、光栅填充系数，基底、波导、入射介质和光栅层的材料折射率及波导层的厚度。任何这些参数的变化将引起反射峰值波长的漂移。所以，当这些参数沿着波导方向呈非均匀性时，这一波长可选光学器件在这一方向上的不同位置可反射不同的波长。其中最方便有效的参数是波导层厚度和光栅周期。

参看图1为波长可选光器件的基本结构，基底层1上为非均匀厚度的波导层2，波导层之上为光栅层3。光栅可为表面浮凸型也可以是掩埋型光栅。

图2a是理论上预测的含有厚度非均匀的波导层的波长可选光学器件的反射光谱。用于该计算的参数是：基底折射率为1.47，波导层折射率为2.0，光栅折射率为1.5，表面浮凸光栅上的介质折射率为1.0，光栅厚度为50nm，光栅周期为920nm，任何两个入射点的距离为0.5mm，相应于位置从0到3.5mm的波导层厚度为317nm到371nm(如图2b所示)。入射光和反射光均为TE极化光(即电矢量垂直于光栅矢量)。为方便起见，只计算了该光器件上均匀分布的八个点上的反射光谱。如图2a所示，所有八个反射波长都均匀分布在从1530nm到1565nm的波长范围内，然而，对该设计任何在这一波长范围内的波长都可以被反射。反射波长之间的间隔可能受激光阵列中激光单元几何分布的限制，但对一给定激光单元数量及几何分布的激光阵列，任何在激光材料增益带宽内的波长间隔都可通过非均匀参数的形状来达到。

图3a描绘了一个含有非均匀光栅周期的波长可选光器件的理论计算的反射光谱。计算中所用的器件参数为：基底折射率为1.47，波导层折射率为2.4，光栅折射率为2.0，掩盖光栅的材料折射率为1.5，波导层厚度为350nm，光栅厚度为50nm，掩盖光栅材料厚度为300nm(包含光栅厚度)光栅周期变化为从718.5nm到775.1nm(图3b)。任何峰值反射波长在1500nm到1600nm范围内可在器件上不同位置得到。对给定的阵列几何安排，通过设计适当的非均匀光栅周期形状，可达到均匀的反射波长间隔或所希望的梳状间隔。

图4描示了一个多波长激光阵列。该阵列是通过把一个波长可选光器件集成到一个一维阵列激光器的一个发光面上而形成的。因为光器件在不同部位把不同波长的光有选择地反馈回该部位对应的激光单元而形成激光振荡，从该激光器阵列发出激光束群具有不同的波长。受器件导模振荡的严格限制，激光阵列中的每一激光单元都发出单模、高度极化、窄线宽的激光束。从而根据本发明而实现了多波长激光器阵列。波长的数量和阵列中的激光单元的数量相等。阵列中的每一个激光单元除了它们和波长可选光器件的几何位置关系外完全相同。当然，激光阵列发出的波长其范围不能超出激光单元的增益带宽。两相邻激光单元所发出的激光波长之间的间隔取决于波导层厚度非均匀的程度以及两个单元之间的相隔距离。这两个参数决定了两个相邻单元所对应的光器件中的波导厚度之间的差距从而决定了波长间隔。这一波长间隔可为任意小，因为波导厚度的差距可为任意小。图4中，波长可选光器件包含一个基底层1，一个在基底层1上的非均匀波导层2，和一个光栅层3，光栅层3可以是表面浮凸型光栅，也可以是掩埋型光栅。非均匀波导层2可以是厚度非均匀型，也可以是折射率非均匀型。基底层1的折射率低于波导层2的折射率。这一激光器阵列的振荡腔由一定数量的相同的置于发光实体4内的激光单元5，理解的或抛光的或高反射镀膜的端面6，和波长可选光器件组成。波长可选光器件能把激光单元中发光中的一定波长的光反馈回去。反馈回去的波长取决于该单元所对应的波长可选光器件沿非均匀方向所处的位置。当从激光单元5发出的光射到波长可选光器件上不同位置时，只有在相应位置上选定的波长可以反馈回相应的激光振荡腔，因此，每个激光单元就可以发射出具有不同波长的激光束。这些波长必须在激光单元的增益频谱范围内。当构成激光器件阵列的材料给定时，每个激光单元所发光的波长取决于该单元所处位置所对应的波长可选光器件位置的光栅周期和波导层厚度。所以可以设计波长可选光器件的这两个参数而使得所有单元的激光波长都在选定的激光器材料的增益光谱范围内。基底层应有足够厚度以保证导模振荡的模被有效地限于波导层2内。

图5所示的本发明的第二个实例中，波长可选光器件从外部校准于一维阵列激光器以达到多波长发光。在这实例中的多波长激光器阵列由发光体4，数个相同的激光单元5，镀在发光体4的一个发光面上的高反射膜层7，微透镜阵列8及波长可选光器件组成。波长可选光器件由基底1，非均匀波导层2(厚度非均匀或折射率非均匀)和光栅层3组成。微透镜阵列8中的透镜数和在发光体4中的激光单元数相等。两相邻透镜的距离和两相邻激光单元的距离相等。微透镜阵列8校准在所有激光单元的一个共同发光平面上。使得每一激光单元所发的光都经由微透镜阵列8中相应的透镜而准直。当这些准直光射到波长可选光器件上，在对应于波长可选光器件相应位置上的选定的波长被部分地反射回去。反射回去的光经由微透镜阵列8聚焦并反馈进激光单元以完成一个来回振荡。波长可选光器件的反射率设计成小于100％以使它同时起到激光输出偶合器的作用。

图6所示的另一实例中，波长可选光器件安置在激光器阵列实体的上表面以达到从基片表面发光。在这一实例中，波长可选光器件由基底层1，基底层上的非均匀波导层2及光栅层3组成，光栅可为表面浮凸型或掩埋型。基底层1的折射率小于波导层2的折射率。波导层2沿设定方向在厚度上或折射率上有变化。在激光器阵列体内含有多个相同的激光单元5，在端面上的高反射膜层7和45度角抛光的端面9。在这一实例中，激光振荡腔由高反射端面7，实体4内的激光单元5，45°角抛光面9和波长可选光器件组成。45°角抛光面9可使从每一激光单元5中发出的光折曲90°角。折曲后的光射在波长可选光器件上相应的位置，在这一位置上选定的波长被反射回并经由45°角抛光面再次折曲而馈入相应的激光单元5。高反射镀膜的端面其反射率可接近100％，所以从这一端面射出的光可忽略不计。在激光器阵列体上表面的波长可选光器件其反射率可设计成小于100％，这样波长可选光器件又起到激光输出耦合器的作用。和在实例一中讨论过的理由相同，这一激光器阵列有多波长的激光输出。这一结构可能更适合量产。45°角抛光面可进一步抛成弧形面10从而使得在激光工作时光被更好地限在激光腔内。

图7所示的又一个实例中，除了用一个含有波长可选光器件的45°角棱镜替代前例中的45°角抛光面，其结构和前例中的多波长激光器阵列十分相似。这一多波长激光器阵列的激光腔由高反射面7，激光单元5，45°角棱镜11和波长可选光器件构成。

使用波长可选光器件还可以实现多组多波长激光器矩阵。所发明的这一激光系统的基本元素包括一组以矩阵形式排列的激活光波导、光泵机理或组件及一个波长可选光器件。在这一多组多波长激光器矩阵的实例中，光激活波导为铒(Erbium)掺杂光纤。图8是铒离子的三能级的能级示意图。由0.98μm或1.48μm光光泵的铒掺杂光纤可以放大1.55μm波长及附近的光信号。0.98μm波长的光子被铒离子吸收并激发铒离子从基态转移到较高能态⁴I_11/2。激发的铒离子会迅速地无辐射地衰退到亚稳态⁴I_13/2。铒离子在亚稳态的数量因而积累起来，铒离子在亚稳态的数量也可以通过用1.48μm波长的光泵激铒离子而直接建立起来。一个铒离子从亚稳态到基态的转移是一辐射过程，在这一过程中可产生一个波长在1.55μm左右的光子。这一过程可自发产生，但更大可能地由一个波长在1.55μm左右的光子使它受激发生。这一受激发光过程为在铒掺杂光纤中通过的波长在1.55μm左右的光提供了光的增益。

用铒掺杂光纤形成的光纤激光矩阵是把一束铒掺杂光纤的一端联接到一个波长可选光器件上，光纤束的另一端镀上高反射膜层。反射膜层的反射中心波长在1.55μm。光纤激光器矩阵的详细结构由图9来表示。关键组件包括铒掺杂光纤束12，在铒掺杂光纤束一端的高反射镀膜端面13，波长可选光器件及接收光纤束14。波长可选光器件由基底1，非均匀波导层2和在波导层上的光栅层3构成。基底的折射率小于波导的折射率。铒掺杂光纤束的一端面上的所有光纤端面必须落在一个平面内。这些光纤端面被排成矩阵形式并和波长可选光器件联接。光纤端面矩阵可以是方形排列(图10)或是三角形排列(图11)的。接收光纤束14的端面矩阵应和铒掺杂光纤束的端面矩阵完全相同。波长可选光器件非均匀的方向和矩阵排的方向平行(箭头所示)。在光纤矩阵采用方形排列情况下(图10)，矩阵会产生8个不同波长的光，每一波长由一排中一根光纤激光器发出。因为矩阵中同一列中的6个光纤激光器所对应的波长可选光器件的部位的参数完全相同，这6个光纤激光器将发出相同波长的光。这样，这一矩阵将产生6组相同的激光束。每一组里有8个不同的输出波长。含有N排M列以方形排列的矩阵可产生N组M个波长的激光。

光纤端面矩阵如图11所示采取三角排列形式并以最大填充数排列是本发明的又一实例，如前例，波长可选光器件的非均匀方向和光纤矩阵中排的方向平行(箭头所示方向)。本例中，光纤端面矩阵有6排光纤，每一排中有8根铒掺杂光纤。每交替排沿非均匀方向错位一定距离，错位距离为一排中两相邻光纤之间距离的一半。每两个相邻的光纤排可产生一组有16个不同波长的激光输出。这一矩阵总共可产生3组相同的激光，每一组里有16个不同的输出波长。当一个N×M光纤端面矩阵以三角形排列(N最好为偶数)，可产生N/2组相同的激光输出。每一组里有2M个波长不同的激光束输出。

在多组多波长激光器的又一实例中，本发明的概念扩展至半导体激光泵激晶体激光器。图12所示是一个多组多波长半导体激光泵激晶体激光器阵列。关键组件为多个玻璃或晶体基的激活波导15，镀在激活波导一个端面的高反射镀层16，波长可选光器件w，数个泵激用条状半导体激光器17。波长可选光器件具有和前例相同结构。激光振荡腔由高反射膜层16，激活波导15，和波长可选光器件组成。激活波导15由条状半导体激光器17泵激以提供增益。和前面所述光纤激光器矩阵的同样原理，这一激光器阵列可产生N组M个波长的激光输出。

采用带有波长可选光器件的激光器阵列或矩阵可产生多波长激光输出因而可用做密集波分复用光纤系统的激光源。所发明的多波长激光器阵列和多组多波长激光器矩阵有结构紧凑，波长和波长间隔高稳定，光束极化度高，使用方便等优点。波长可选光器件可用现有的技术来制造。典型的制造表面光栅的技术有全息光干涉，相位掩膜，电子束刻写和激光束刻写。电子束刻写和激光束刻写可用于制造非均匀周期光栅。厚度呈坡度或阶梯状的波导可以用膊膜淀积技术并在淀积过程中在淀积表面加一精密控制的运动遮挡板来实现。

Claims (10)

1.一种多波长激光器，包括一个波长可选光器件和一个激光器阵列，其特征是波长可选光器件具有在设定方向上的非均匀结构，将其设置在一个由若干相同激光单元构成的激光器阵列的一个发光面处，作为所有激光单元的反馈镜，所说波长可选光器件包括基底层、基底层之上的波导层以及波导层之上的光栅层，其在设定方向的非均匀为：沿波导方向包括波导层厚度非均匀、波导层材料折射率非均匀、光栅周期非均匀、光栅填充系数非均匀、光栅层材料折射率非均匀、入射介质非均匀、基底层非均匀等其中之一或组合。

2.根据权利要求1所述的多波长激光器，其特征是波导层的折射率大于基底层的折射率。

3.根据权利要求2所述的多波长激光器，其特征是在光栅层表面或光栅层与波导层之间或波导层与基底层之间或全部设置薄膜层，薄膜层以及光栅层，波导层和基底层的材料均以介电材料或半导体材料制成，包括SiO₂，Si₃N₄，HfO₂，Al₂O₃，TiO₂，Si，InP，GaAs，AlGaAs及InGaAsP等中选取。

4.根据权利要求2或3所述的多波长激光器，其特征是所说激光器阵列包括一个发光实体，在其内部设有若干相互平行并以一维阵列排列的激光单元，各激光单元的两个端面分别与发光实体的两个端面重叠，激光单元的数量大于或等于波长数量，激光阵列发出的光波长应在激光单元的增益频谱范围内。

5.根据权利要求4所述的多波长激光器，其特征是波长可选光器件集成到激光阵列的一个发光端面上，激光器阵列的另一个发光端面设为激光输出耦合面，波长可选光器件中，波导层的中心平面垂直于激光腔内射来的光。

6.根据权利要求4所述的多波长激光器，其特征是波长可选光器件通过一个设置在发光实体与波长可选光器件光栅表面之间的微透镜阵列校准于发光实体的一个端面，发光实体的另一个端面制成高效反射面，发光实体的两不端面及波长可选光器件光栅平面互相平行，微透镜阵列中的透镜数与激光阵列中激光单元数相等，波长可选光器件的反射率设为小于100％，波长可选光器件作为激光输出耦合器，波导层中心平面垂直于激光腔内射来的光。

7.根据权利要求4所述的多波长激光器，其特征是波长可选光器件设置在发光实体一端的上表面上，此端的发光实体端面制成45°角反射斜面或弧形面，发光实体的另一端面制成高反射面，波长可选光器件的反射率设为小于100％，波长可选光器件作为激光输出耦合器，光栅平面垂直于45°斜面或弧形面反射来自发光实体光束的中心线。

8.根据权利要求4所述的多波长激光器，其特征是发光实体的两个端面平行，一个端面设为高反射面，另一个端面向外延伸有一个等腰直角三角形棱镜，棱镜的一个直角面与发光实体端面相对连接，另一个直角面作为发光实体上表面的延伸，其上设置波长可选光器件，基底层与棱镜直角面相对，波长可选光器件作为激光输出耦合器，光栅平面垂直于棱镜斜面反射来自发光实体光束的中心线。

9.根据权利要求2或3所述的多波长激光器，其特征是所说激光器阵列是二组以矩阵形式排列的光纤束，一组为发光光纤束，另一组为接收光纤束，二组光纤束之间设置波长可选光器件，发光光纤束的外端面设为高反射面，内端面的所有光纤端面均落在一个平面并与波长可选光器件的一个外层表面连接，接收光纤束内端面所有光纤端面同样落在一个平面并与波长可选光器件的另一个外层表面连接，两束光纤的矩阵排列形状相同并互相一一对应，波长可选光器件的非均匀方向和矩阵排的方向平行，矩阵包括方形排列或三角形排列。

10.根据权利要求2或3所述的多波长激光器，其特征是所说激光器阵列是一组以矩阵形式排列，位于一实体内的激活波导，其两个端面分别落在实体的二个端面上，其中一个端面设为高反射面，另一个端面与波长可选光器件的一个外层表面连接，波长可选光器件的另一个外层表面作为激光输出耦合面，实体上设有数个用作泵激的条状半导体激光器。

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