CN115084988A - 基于背光探测的外腔激光器耦合方法和耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了激光器技术领域中一种基于背光探测的外腔激光器耦合方法和耦合系统；耦合系统包括背光监测子系统、激光器驱动子系统、位移子系统和监视子系统，其中背光监测子系统包括背光探测器和电流表；激光器驱动子系统包括激光器底座、电流驱动源和温度控制器；位移子系统包括第一三维调节架、第二三维调节架、第一夹具和第二夹具；监视子系统包括显示屏以及与显示屏电连接的第一电荷耦合元件CCD镜头、第二电荷耦合元件CCD镜头和光功率计。本发明结合了背光探测与正面探测两种方式，降低了耦合难度，能够迅速将外腔芯片及透镜光纤的耦合数据调节至合适大小，提高工作效率，减小器件损坏率，节约研发以及生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种基于背光探测的外腔激光器耦合方法和耦合系统。
背景技术
随着4G、5G技术的发展和普及，通信容量急剧增加，这对通信系统的传输速率和传输容量提出了越来越高的要求。波分复用和高阶调制技术是目前提高通信系统传输速率和容量的主要技术手段。窄线宽激光器是波分复用和高阶调制通信系统里的光源，是重要元器件之一，其线宽和功率对系统的性能有着重要影响。随着传输速率和容量的日益增高，通信系统对光源的单色性要求越来越高，即要求线宽越来越窄。窄线宽激光器有着巨大的市场和应用价值。
目前窄线宽激光器通常采用的是增益芯片+反馈外腔的结构。这种结构的优点就是线宽非常的窄，可达到10kHz以下，但是缺点就是耦合难度大。难点主要集中在耦合过程，需要将增益芯片的自发辐射光耦合进外腔芯片，还要将外腔芯片的输出光耦合进透镜光纤，耦合步骤多，且过程耗时很长。一般采用前向监测的方法，这种方法带来的最大问题是难以监测耦合效果。
为了提高外腔激光器的耦合制备效率，本发明提出了基于背光探测的外腔激光器耦合方法和耦合系统。当增益芯片的自发辐射光耦合进外腔芯片后，外腔芯片选模和滤波后将特定波长的光反射回增益芯片，形成自激振荡，导致功率突然增大。增益芯片后端面的出射光功率也会随之增大。利用背光探测器芯片可以准确地监控后端面的出光功率，以此判断耦合情况，从而判定反馈外腔芯片是否达到最佳耦合状态。本发明的创新点是改变了传统前向监测的方式，采用背向探测方式对外腔激光器的耦合状态进行监测，可以提高外腔激光器耦合制备效率。
发明内容
针对外腔激光器耦合困难的问题，本发明提供了一种基于背光探测的外腔激光器耦合系统和耦合方法，旨在提高外腔激光器的耦合制备效率。
本发明采用的技术方案为：
一种基于背光探测的外腔激光器耦合系统，包括背光监测子系统、激光器驱动子系统、位移子系统和监视子系统；
所述背光监测子系统包括一个背光探测器和一个电流表，用于将外腔激光器中增益芯片后端面出射光转换成光电流，并测量光电流值；
所述激光器驱动子系统包括激光器底座、电流驱动源和温度控制器，用于为外腔激光器中的增益芯片提供固定作用以及进行电流驱动和温度控制；
所述位移子系统包括第一三维调节架、第二三维调节架、第一夹具和第二夹具，第一夹具与第一三维调节架相连，用于夹取外腔激光器中的外腔芯片，移动外腔芯片的位置和角度，第二夹具与第一三维调节架相连，用于夹取外腔激光器中的透镜光纤，移动透镜光纤的位置和角度；
所述监视子系统包括显示屏以及与显示屏电连接的第一电荷耦合元件CCD镜头、第二电荷耦合元件CCD镜头和光功率计，用于采集并显示外腔激光器中外腔芯片和透镜光纤的位置图像以及监视外腔激光器前端面出射光功率；
激光器驱动子系统位于工作台面上，背光监测子系统中的背光探测器与激光器底座处于同一高度；位移子系统中的第一三维调节架和第一夹具位于激光器底座的左边，第二三维调节架和第二夹具位于激光器底座的右边；监视子系统的第一电荷耦合元件CCD镜头和第二电荷耦合元件CCD镜头分别位于激光器底座的上方和后方。
进一步的，背光探测器的响应波段覆盖至少850nm、1310nm以及1550nm三个波段，响应度大于等于0.5A/W，感光面的直径大于等于0.2mm。
进一步的，电流表的精度至少达到0.001A，响应不超过1ms。
进一步的，激光器底座可以上下调节以及前后调节，调节方式为手动调节或电动调节。
进一步的，电流驱动源提供的电流范围不小于50～100mA。
进一步的，温度控制器的温控范围不小于20～30℃，温控精度优于0.1℃。
进一步的，第一夹具和第二夹具为手动夹具或机械夹具。
进一步的，光功率计能探测的最小功率不高于-70dBm，响应时间不超过1ms，精度优于100nW。
一种基于背光探测的外腔激光器耦合方法，包括以下步骤：
步骤1，将增益芯片贴片并打金丝，封装在激光器管壳里；
步骤2，将背光探测器贴在增益芯片背面，输出端通过金丝与管壳引脚连接；
步骤3，将步骤2得到的激光器管壳固定在激光器底座上，调节底座水平位置和垂直高度；
步骤4，将电流驱动源和温度控制器与激光器管壳上对应的引脚连接起来；
步骤5，将电流表与激光器管壳的背光探测器引脚相连；
步骤6，将第一夹具和第二夹具分别夹住外腔芯片和透镜光纤；
步骤7，增益芯片固定，调节第一三维调节架移动第一夹具,将外腔芯片和增益芯片耦合对准，在耦合过程中通过电流表监控背光探测器的输出电流；
步骤8，如果观察到背光探测器输出电流突然增大，则说明外腔芯片将激光反射进了增益芯片，继续微调第一三维调节架，直到电流最大；
步骤9，在电流最大时，将外腔芯片固定在热沉上；
步骤10，调节第二三维调节架移动第二夹具,将透镜光纤和外腔芯片耦合对准，在耦合过程中通过第一电荷耦合元件CCD镜头和第二电荷耦合元件CCD镜头监测透镜光纤和外腔芯片的位置和距离，并通过光功率计监控透镜光纤的光功率，直到光功率最大；
步骤11，在光功率最大时，将透镜光纤固定在热沉上；
至此完成了外腔激光器的耦合。
本发明相比现有技术的有益效果：
本发明结合了背光探测与正面探测两种方式，降低了耦合难度，能够迅速将外腔芯片及透镜光纤的耦合数据调节至合适大小，提高工作效率，减小器件损坏率，节约研发以及生产成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明背光监测子系统示意图；
图3是本发明激光器驱动子系统示意图；
图4是本发明位移子系统示意图；
图5是本发明监视子系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出了一种基于背光探测的外腔激光器耦合方法和耦合系统，该耦合方法利用背光探测电流信号作为指示信号，背光探测电流信号最大，即表示外腔激光器耦合到了稳定的激射状态。如图1所示，本发明提出的耦合系统包括背光监测子系统101，激光器驱动子系统102，位移子系统103和监视子系统104等四部分。
其中，背光监测子系统101包括一个背光探测器201和一个电流表202，如图2所示，用于监测增益芯片后端面出射光转换成光电流，并测量光电流值；
激光器驱动子系统102包括激光器底座301、电流驱动源302和温度控制器303，如图3所示，用于为激光器底座上的增益芯片提供固定作用以及电流驱动、温度控制；
位移子系统103包括第一三维调节架401、第二三维调节架402、第一夹具403和第二夹具404，如图4所示，用于夹取外腔激光器中的外腔芯片，移动外腔芯片的位置和角度，第二夹具与第一三维调节架相连，用于夹取外腔激光器中的透镜光纤，移动透镜光纤的位置和角度；
监视子系统104包括显示屏501以及与显示屏电连接的第一电荷耦合元件CCD镜头502、第二电荷耦合元件CCD镜头503和光功率计504，如图5所示，用于采集并显示外腔芯片和透镜光纤的位置图像以及监视外腔激光器前端面出射光功率。
背光探测器201的响应波段要覆盖至少850nm,1310nm,以及1550nm三个波段，响应度要大于等于0.5A/W，感光面的直径要大于等于0.2mm。
电流表202的精度至少达到0.001A，响应时间不超过1ms。
激光器驱动子系统102位于工作台面上，背光监测子系统101中的背光探测器201与激光器底座301处于同一高度，相对距离非常近，且可以调节。位移子系统103中的第一三维调节架401和第一夹具403位于激光器底座301的左边，第二三维调节架402和第二夹具404位于激光器底座301的右边。监视子系统104的第一电荷耦合元件CCD镜头502和第二电荷耦合元件CCD镜头503分别位于激光器底座301的上方和后方。
其中，激光器底座301可以上下、前后调节，调节方式可以是手动调节或电动调节。
背光探测器201的响应波段覆盖至少850nm、1310nm以及1550nm三个波段，响应度大于等于0.5A/W，感光面的直径大于等于0.2mm。
电流表202的精度至少达到0.001A，响应不超过1ms。
电流驱动源302提供的电流范围不小于50～100mA。
温度控制器303的温控范围不小于20～30℃，温控精度优于0.1℃。
第一三维调节架401具有手动调节或者电动调节的功能，用于在水平方向和垂直方向移动无源芯片的位置和角度。
第二三维调节架402具有手动调节或者电动调节的功能，用于在水平方向和垂直方向移动透镜光纤的位置和角度。
第一夹具403与第一三维调节架401相连，用于夹取外腔芯片，可以是气动夹具也可以是机械夹具。
第二夹具404与第一三维调节架402相连，用于夹取透镜光纤，可以是气动夹具也可以是机械夹具。
光功率计504能探测的最小功率不高于-70dBm，响应时间不超过1ms，精度优于100nW，用于监视激光器前端面出射光功率。
本发明提出了基于背光探测的外腔激光器耦合方法，该方法具体步骤是：
步骤1，将增益芯片贴片、打金丝，封装在激光器管壳里；
步骤2，将背光探测器201贴在增益芯片背面，其输出端通过金丝与管壳引脚连接；
步骤3，将步骤2得到的激光器管壳固定在激光器底座301上，调节底座水平位置和垂直高度到适当处；
步骤4，将电流驱动源302和温度控制器303与激光器管壳上对应的引脚连接起来；
步骤5，将电流表202与激光器管壳的背光探测器201引脚相连；
步骤6，将第一夹具403和第二夹具404分别夹住外腔芯片和透镜光纤；
步骤7，通过调节第一三维调节架401移动第一夹具403，将增益芯片和外腔芯片耦合对准，在耦合过程中通过电流表202监控背光探测器201的输出电流；
步骤8，如果观察到背光探测器201输出电流突然增大，则说明外腔芯片将激光反射进了增益芯片，继续微调第一三维调节架401，直到电流最大；
步骤9，在电流最大时，将外腔芯片固定在热沉上；
步骤10，通过调节第二三维调节架402移动第二夹具404,将透镜光纤和外腔芯片耦合对准，在耦合过程中通过第一电荷耦合元件CCD镜头502和第二电荷耦合元件CCD镜头503监测透镜光纤和外腔芯片的位置和距离，并通过光功率计504监控透镜光纤的光功率，直到光功率最大；
步骤11，在光功率最大时，将透镜光纤固定在热沉上。
至此完成了外腔激光器的耦合。
Claims (9)
1.一种基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，包括背光监测子系统、激光器驱动子系统、位移子系统和监视子系统；
所述背光监测子系统包括一个背光探测器和一个电流表，用于将外腔激光器中增益芯片后端面出射光转换成光电流，并测量光电流值；
所述激光器驱动子系统包括激光器底座、电流驱动源和温度控制器，用于为外腔激光器中的增益芯片提供固定作用以及进行电流驱动和温度控制；
所述位移子系统包括第一三维调节架、第二三维调节架、第一夹具和第二夹具，第一夹具与第一三维调节架相连，用于夹取外腔激光器中的外腔芯片，移动外腔芯片的位置和角度，第二夹具与第一三维调节架相连，用于夹取外腔激光器中的透镜光纤，移动透镜光纤的位置和角度；
所述监视子系统包括显示屏以及与显示屏电连接的第一电荷耦合元件CCD镜头、第二电荷耦合元件CCD镜头和光功率计，用于采集并显示外腔激光器中外腔芯片和透镜光纤的位置图像以及监视外腔激光器前端面出射光功率；
激光器驱动子系统位于工作台面上，背光监测子系统中的背光探测器与激光器底座处于同一高度；位移子系统中的第一三维调节架和第一夹具位于激光器底座的左边，第二三维调节架和第二夹具位于激光器底座的右边；监视子系统的第一电荷耦合元件CCD镜头和第二电荷耦合元件CCD镜头分别位于激光器底座的上方和后方。
2.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，背光探测器的响应波段覆盖至少850nm、1310nm以及1550nm三个波段，响应度大于等于0.5A/W，感光面的直径大于等于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，电流表的精度至少达到0.001A，响应不超过1ms。
4.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，激光器底座可以上下调节以及前后调节，调节方式为手动调节或电动调节。
5.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，电流驱动源提供的电流范围不小于50～100mA。
6.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，温度控制器的温控范围不小于20～30℃，温控精度优于0.1℃。
7.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，第一夹具和第二夹具为手动夹具或机械夹具。
8.根据权利要求1所述的基于背光探测的外腔激光器耦合系统，其特征在于，光功率计能探测的最小功率不高于-70dBm，响应时间不超过1ms，精度优于100nW。
9.一种基于背光探测的外腔激光器耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将增益芯片贴片并打金丝，封装在激光器管壳里；
步骤2，将背光探测器贴在增益芯片背面，输出端通过金丝与管壳引脚连接；
步骤3，将步骤2得到的激光器管壳固定在激光器底座上，调节底座水平位置和垂直高度；
步骤4，将电流驱动源和温度控制器与激光器管壳上对应的引脚连接起来；
步骤5，将电流表与激光器管壳的背光探测器引脚相连；
步骤6，将第一夹具和第二夹具分别夹住外腔芯片和透镜光纤；
步骤7，增益芯片固定，调节第一三维调节架移动第一夹具,将外腔芯片和增益芯片耦合对准，在耦合过程中通过电流表监控背光探测器的输出电流；
步骤8，如果观察到背光探测器输出电流突然增大，则说明外腔芯片将激光反射进了增益芯片，继续微调第一三维调节架，直到电流最大；
步骤9，在电流最大时，将外腔芯片固定在热沉上；
步骤10，调节第二三维调节架移动第二夹具,将透镜光纤和外腔芯片耦合对准，在耦合过程中通过第一电荷耦合元件CCD镜头和第二电荷耦合元件CCD镜头监测透镜光纤和外腔芯片的位置和距离，并通过光功率计监控透镜光纤的光功率，直到光功率最大；
步骤11，在光功率最大时，将透镜光纤固定在热沉上；
至此完成了外腔激光器的耦合。
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| CN202210755619.8A CN115084988A (zh) | 2022-06-30 | 2022-06-30 | 基于背光探测的外腔激光器耦合方法和耦合系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115267988A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-01 | 武汉联特科技股份有限公司 | 一种透镜耦合方法 |
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2022
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Cited By (2)
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| CN115267988A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-01 | 武汉联特科技股份有限公司 | 一种透镜耦合方法 |
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