CN1176513C - 半导体激光器光频光强调制器 - Google Patents
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Abstract
一种半导体激光器光频光强调制器，能够分别独立地进行对被调制半导体激光器的光频和光强调制。调制光源采用了三电极分布布拉格反射半导体激光器。当进行光频调制时，通过光路中的偏振分束器、分束器和光电转换器，控制驱动电流控制器注入到被调制半导体激光器上的电流大小，达到在光频调制过程中，光强不随着变化的目的。当进行光强调制时，利用三电极分布布拉格反射半导体激光器将输出光束锁定在某一光频上，关闭与驱动电流控制器连接的光电转换器，控制驱动电流控制器输出的电流强度，达到在光强调制过程中，减弱光频啁啾和脉动的问题。本发明的调制器集独立调制光频和光强为一体的装置，扩大了一调制器的使用范围。
Description
技术领域：
本发明是一种半导体激光器(以下简称为LD)的光频和光强调制器，特别是涉及到用于高精度半导体激光外差干涉测量仪中光源的光频调制和用于高速光通信系统中信号的光强调制。
背景技术：
由于半导体激光器(以下简称为LD)体积小、用电省、价格低，并且波长调制简便，从而得到了广泛的应用。在半导体激光外差干涉测量中，采用直接注入电流调制(参见在先技术[1]Osami Sasaki，Kazuhide Takahashi，and TakamasaSuzuki，“Sinusoidal phase modulating laser diode interferometer with a feedbackcontrol system to eliminate extemal disturbance，”Opt.Eng.，1990，29(12)，1511-1515)或利用光注入LD(参见在先技术[2]X.F.Wang，X.Wang，F.Qian，G.Chen，G.Chen，Z.Fang，“Photothermal modulation of laser diode wavelength：application to sinusoidal phase-modulating interferometer for displacementmeasurements，”Optics & Laser Technology，1999，31(8)，pp.559-564.)产生的光热效应都可对LD的光频进行调制。这些调制对光频的调制简单，调制精度较高，并使得干涉仪测量分辨率提高到纳米量级。但是它们同时对LD的输出光强也产生调制作用，使得光强出现抖动，从而造成测量误差。在光通信系统中，采用内调制方式，即直接调制注入电流的强度可以实现对LD的输出光强进行调制(参见在先技术[3]赵梓森，《光纤通信工程》)。这种对光强的调制比较简单，调制精度较高。但在高速、超高速调制下，这种方法会产生较大的频率啁啾和脉动，降低信号的传输质量，限制系统的通信距离，甚至使得系统无法工作。
发明内容：
本发明的半导体激光器光频光强调制器，包括带有驱动电流控制器13的被调制半导体激光器1，在被调制半导体激光器1发射光束前进方向上，同光轴O1O2地置有带驱动电源10的三电极分布布拉格反射半导体激光器9，其二者的发射光束方向相对。在被调制半导体激光器1与三电极分布布拉格反射半导体激光器9之间置有偏振分束器5；偏振分束器5的中心点O在上述两半导体激光器1，9的光轴O1O2上。在被调制半导体激光器1至偏振分束器5之间，沿着被调制半导体激光器1发射光束前进的方向上，依次同光轴O1O2地置有第一准直透镜2、第一半波片3和法拉第旋转器4；在三电极分布布拉格反射半导体激光器9至偏振分束器5之间，沿着三电极分布布拉格反射半导体激光器9发射光束前进的方向上，依次同光轴O1O2地置有第二准直透镜8、光隔离器7和第二半波片6；在穿过偏振分束器5中心点O垂直于光轴O1O2的方向上，置有反射面相对于偏振分束器5反射面的分束器11，分束器11的中心点O’与偏振分束器5的中心点O连线OO’垂直于光轴O1O2。有接收面相对于分束器11的反射面而输出连接到驱动电流控制器13上的光电转换器元件12。
本发明的半导体激光器光频和光强调制器，其结构如上述图1所示。包括：带有驱动电流控制器13的被调制半导体激光器1，在其所发射光束的前进方向上，依次同光轴O1O2地置有第一准直透镜2，第一半波片3，法拉第旋转器4，偏振分束器5。带有驱动电源10的三电极分布布拉格反射半导体激光器9，在其所发射光束的前进方向上，依次同光轴O1O2地置有第二准直透镜8，光隔离器7，第二半波片6，偏振分束器5。被调制半导体激光器1和三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光的光轴同轴。偏振分束器5的反射光入射到分束器11上后，分为两束光，反射的一束光入射到与驱动电流控制器13相连的光电转换器件12上。透射的一束光作为该光频、光强调制器的输出光源。
上面所说的三电极分布布拉格反射半导体激光器9，它由三个相对独立的区域构成，分别是增益区、布拉格反射区和相位区，通过控制三个区域的注入电流可分别改变激光器的输出功率、增益峰值波长和梳状模式的位置。
所说的驱动电源10是指包含有可编程的控制电路的，它有三个输出端，通过程序控制三个输出端输出电流的大小。
所说的驱动电流控制器13提供直流、交流信号和反馈信号给被调制半导体激光器1。
所说的光隔离器7是指能够使光束单向传输的光学元件。
所说的第一半波片3和第二半波片6是指能够使光矢量互相垂直的两束线偏振光产生位相相对延迟(2m+1)π的光学元件，其中m为整数。
所说的偏振分束器5能够将偏振方向相互垂直的两束光分开。也就是说，让一束光透过，让偏振方向与其垂直的另一束光被反射。如偏振分光棱镜，偏振平行平板等。
所说的法拉第旋转器4是指根据法拉第磁致旋光原理制成的光学元件，它使入射光束的偏振方向发生一定角度的旋转。
所说的分束器11是指能够将入射光按一定的比例分成两束光的光学元件。如分光棱镜、两面分别镀析光膜和增透膜的平行平板等。
所说的光电转换器件12是光电二极管、光电池等。
如上述图1所示的结构，控制驱动电源10的输出电流的大小和比例，使得三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光的光频被调制，出射的调制光经过第二准直透镜8准直为平行光，经过光隔离器7和第二半波片6，其偏振方向与偏振分束器5的偏振透射方向相同，从而通过偏振分束器5。透射光经法拉第旋转器4、第一半波片3和第一准直透镜2，注入到带有驱动电流控制器13的被调制半导体激光器1的腔内，使得被调制半导体激光器1的输出光被锁定。被调制半导体激光器1出射的锁定光的偏振方向和三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光的偏振方向相同。其输出锁定光经过第一准直透镜2准直为平行光，经过第一半波片3和法拉第旋转器4，其偏振方向与偏振分束器5的偏振反射方向相同，从而被偏振分束器5反射到分束器11上，分束器11将入射光分为两部分，一部分被反射的光由光电转换器件12转换为电信号输入给驱动电流控制器13；由分束器11透过的光作为被调制光频或者被调制光强的光束输出。
如上所述，当进行光频独立调制时，控制驱动电源10的输出电流的大小和比例，三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光的光频被连续调制，被调制半导体激光器1的输出光的光频也将随其变化而变化，从而实现被调制半导体激光器1输出光的光频被调制。同时，由分束器11反射的一部分光，通过光电转换器12转换为电信号反馈到驱动电流控制器13，通过控制驱动电流控制器13的注入到被调制半导体激光器1上的电流的大小，从而达到在光频调制过程中，光强不跟随变化的目的。
当进行光强独立调制时，首先关闭光电转换器件12。通过驱动电源10，控制三电极分布布拉格反射半导体激光器9三段区域的电流大小和比例，使得输出光稳定在某一光频上，被调制半导体激光器1的输出光就被锁定在这一光频上，控制驱动电流控制器13的输出电流大小，就可实现被调制半导体激光器1的光强被调制。由于输出光频已被锁定，从而达到在光强调制过程中，激光器输出光的频率啁啾和脉动被大幅压缩。
本发明与在先技术相比，具有显著的特点：
1.与在先技术[1，2]相比，本发明的半导体激光器光频光强调制器通过分束器11分出一部分光束，由光电转换器12控制驱动电流控制器13注入电流的大小，也就是采用了光强反馈装置，使得在光频调制过程中，降低了光强的抖动；
2.与在先技术[3]相比，本发明的半导体激光器光频光强调制器采用了调制光源为三电极分布布拉格反射半导体激光器9，能够做到光频注入锁定，使得在光强调制过程中，大大减轻了光频的啁啾和脉动问题；
3.与在先技术[1，2，3]相比，本发明的半导体激光器光频光强调制器能够分别独立地进行光频调制和光强调制，也就是将独立调制光频和光强两者集成在同一装置上，从而扩大了调制器的使用范围。
附图说明：
图1为本发明的半导体激光器光频光强调制器的结构示意图。
具体实施方式：
在如图1所示的装置中，偏振分束器5使用偏振分光棱镜，分束器11使用分光棱镜，分束器11的反射光束的光强和透射光束的光强之比为20∶80，光电转换器件12使用光电二极管。
三电极分布布拉格反射半导体激光器9的中心波长为1.30μm，被调制半导体激光器1为多量子阱半导体激光器，其中心波长在1.30μm附近。
如上所述，当进行光频独立调制时，控制驱动电源10的输出电流大小和比例，使三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光频被连续调制，根据上述描述，多量子阱半导体激光器作为被调制半导体激光器1，其输出光的光频将随其调制而得到调制。同时，分束器11将分出20％光入射到光电转换器件12上，通过光电转换器件12和驱动电流控制器13构成的反馈控制回路使多量子阱半导体激光器1的输出功率保持恒定。因此，多量子阱半导体激光器1的输出光频跟随三电极分布布拉格反射半导体激光器9的注入光频的调制而调制，但光功率保持恒定，从而实现光频的独立调制。
当进行光强独立调制时，首先关闭光电二极管的光电转换元件12。控制驱动电源10的输出电流的大小和比例，使三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光置于中心波长1.30μm处，根据上述描述，此时多量子阱半导体激光器1的输出光被锁定在这一中心波长1.30μm处，控制电流控制器13的注入电流，使得多量子阱半导体激光器1的输出光强被连续调制。其输出平均功率为1.5mW，调制幅度为0.5mW。由于多量子阱半导体激光器1的光频被三电极分布布拉格反射半导体激光器9的输出光频锁定，从而得到了光束强度被调制的输出光信号，而光频保持不变。
Claims (1)
1.一种半导体激光器光频光强调制器，包括带有驱动电流控制器(13)的被调制半导体激光器(1)，其特征在于在被调制半导体激光器(1)发射光束前进方向上，同光轴(O1O2)地置有带驱动电源(10)的三电极分布布拉格反射半导体激光器(9)，二者的发射光束方向相对，在被调制半导体激光器(1)与三电极分布布拉格反射半导体激光器(9)之间置有偏振分束器(5)；偏振分束器(5)的中心点(O)在上述两半导体激光器(1，9)的光轴(O1O2)上，在被调制半导体激光器(1)至偏振分束器(5)之间，沿着被调制半导体激光器(1)发射光束前进的方向上，依次同光轴(O1O2)地置有第一准直透镜(2)、第一半波片(3)和法拉第旋转器(4)；在三电极分布布拉格反射半导体激光器(9)至偏振分束器(5)之间，沿着三电极分布布拉格反射半导体激光器(9)发射光束前进的方向上，依次同光轴(O1O2)地置有第二准直透镜(8)、光隔离器(7)和第二半波片(6)；在穿过偏振分束器(5)中心点(O)垂直于光轴(O1O2)的方向上，置有反射面相对于偏振分束器(5)反射面的分束器(11)，分束器(11)的中心点(O’)与偏振分束器(5)中心点(O)连线(OO’)垂直于光轴(O1O2)，有接收面相对于分束器(11)的反射面而输出连接到驱动电流控制器(13)上的光电转换器元件(12)。
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