CN117895322A - 一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法，针对带双环滤波器来形成游标效应的可调谐激光器，在激光腔和外腔的折射率相同的情况下，设置可调谐激光器的激光腔长度L1、外腔长度L2、环周长L3之间的关系，L2=L1/2且L3=L1/4；在激光腔和外腔的折射率不同的情况下，设置n2L2=n1L1/2且n2L3=n1L1/4，n1为激光腔的折射率，n2为外腔的折射率，使得激光腔中的光线实现相干相消，从而减少跳模现象的发生，提高激光器的光强和频率稳定性。
Description
技术领域
本发明属于激光器领域 ，尤其涉及一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法。
背景技术
近年来，可调谐激光器被广泛应用于光通信、传感、磁盘技术等领域。现有技术中，当激光器或增益芯片配备有一个外腔时，也即是使用外腔可调谐激光器时，因为光线在外腔中发生发射，反射回激光腔的光线跟激光腔中原有的光线发生干涉，会产生跳模现象。即当激光腔温度上升时，产生的激光频率会红移，同时出射的激光光强会有大约10%的浮动。这种跳模以及光功率浮动的现象给激光器的应用造成了很多问题，因为一些激光器的应用对激光光强的稳定性有很高的要求，譬如Heat Asisted Magnetic Resonance (HAMR)磁盘技术，有些激光器的应用则对激光的频率稳定性有很高要求，譬如光纤通信或传感。
发明内容
针对上述现有技术的问题，本发明提出了一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法，所述外腔可调谐激光器为带双环滤波器来形成游标效应的可调谐激光器，其特征在于：设置所述可调谐激光器的激光腔长度L1、外腔长度L2、环周长L3之间的关系，使得激光腔中的光线实现相干相消，从而减少跳模现象的发生。
优选地，在激光腔和外腔的折射率相同的情况下，设置L2=L1/2且L3=L1/4。
优选地，在激光腔和外腔的折射率不同的情况下，设置n2L2=n1L1/2 且n2L3=n1L1/4，n1为激光腔的折射率，n2为外腔的折射率。
本发明的有益技术效果：本发明的方法中，利用外腔频率选择性反射，通过设置外腔长度或等效外腔来抑制部分模，可以有效减少激光器跳模现象，提高激光器的光强和频率稳定性，适用于对激光稳定性有高要求的应用。
附图说明
图1为本发明实施例中的带双环滤波器形成游标效应的可调谐激光器；
图2（a）为图1的可调谐激光器的等效结构；图2（b）为双环滤波器器透射光谱；
图3为表1中的路径为0000-1、实施为1110的示意图;
图4为本发明表2里实施一栏表示的双环的光线可行路径示意图；
图5为本发明实施例中激光腔和外腔的折射率相同的情况下的光强模拟结果，图5（a）为L2=L1/2、L3=L1/4的光强模拟结果，图5（b）是L2和L3取别的数值时的模拟结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出的为本发明的带双环滤波器来形成游标效应的可调谐激光器。该激光器的结构比较复杂，可以将该结构等效为一个增益芯片形成的激光腔1、一个外腔2和一个频率镜组成的带环形干涉器的外腔激光器，如图2（a）和2（b）所示，频率镜的光谱即为两个环组成的游标效应滤波器光谱。
结合图1和图2（a）所示，激光腔的长度为L1，臂长a=（a1+ a2+ a3）/2，其即为外腔长度L2，单个环的周长可表示为L3，a1和a2分别表示激光腔到环的波导长度，a3表示两个环之间的波导长度。R1、R2、R3为激光腔1左端、右端以及外腔2的右端的反射率，R3=T,T为从外腔2回返到激光腔1的信号。图2（b）为双环滤波器的透射光谱。
下面根据对激光器的发射的光谱进行模拟计算。在激光器中，光线在激光腔1、外腔2以及双环干涉器反复反射，受激放大，最后在激光腔1的左面出射。出射光由所有经过激光腔1及外腔2反射透射后在左端面聚合的光线组成，因此用编程的方式计算出所有可能得光线的路径以及强度，就可以求出激光的ASE光谱。
表1示出的是带双环形干涉器的外腔激光器中光线的可行路径。路径中0和1表示激光腔和外腔，-1表示激光腔左端以左的空间。实施中0和1表示透射和反射。所有的光线都假设从激光腔的左端开始向右发射。在表1中，加粗倾斜的代码表示光线经过了双环滤波器。
表1 带双环形干涉器的外腔激光器中的光线可行路径
图3示出的是针对表1中的路径为0000-1、实施为1110的示意图。
表2对表1中光线经过了双环形干涉器的示例作进一步的解释。图4为表2里实施一栏表示的光线的示意。
表2 双环的光线可行路径解释
在表2中，如表2第一列的编码所示，0表示透射，1表示从输入/输出端耦合到环之中或者反过来。当光线经过环时不同的透射耦合组合形成不同的光线路径，每条路径的强度可以由表中的公式计算。为了便于编程，可以将表2中的左列的实施编码翻译成右列实施所示，用10、11、12表示不同的反射光线。上面的示例中，环的耦合系数为0.2，透射系数为0.8。
表3示出的是当光线在外腔经过一次反射时的可行路径。
如表3所示，当光线在外腔经过一次反射时，光线的可行路径数量是未经过反射的光线的几倍，这些光线产生有效叠加时会产生跳模现象。这些光里面强度最高的光是01400，它经过的光程为 2L1+2L2+4L3。
从上面的模拟可以看出，当设置L2和L3的长度使得这些光线可以相干相消时，即可以抑制主模式附近的模式；此时，当激光腔温度发生变化时，激光出射的模式只能从主模过渡到第四边模，这样可以减少激光的跳模频率。
所以为了抑制主模附近的模式，在激光腔和外腔的折射率相同的情况下，本发明设置L2=L1/2、L3=L1/4。通过上面的模拟计算可以发现，激光器的ASE光谱，如图5（a）所示，主模以外的三个边模得到了抑制，跳模的频率大大降低；而当L2和L3取别的值时则没有这种现象发生，也即相邻模不会被抑制模，模拟结果如图5（b）所示。那么，在激光腔和外腔的折射率不同的情况下，则设置n2L2=n1L1/2 、n2L3=n1L1/4，n1为激光腔的折射率，n2为外腔的折射率。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，但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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法，所述外腔可调谐激光器为带双环滤波器来形成游标效应的可调谐激光器，其特征在于：设置所述可调谐激光器的激光腔长度L1、外腔长度L2、环周长L3之间的关系，使得激光腔中的光线实现相干相消，从而减少跳模现象的发生。
2.根据权利要求1所述的一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法，其特征在于：在激光腔和外腔的折射率相同的情况下，设置L2=L1/2且L3=L1/4。
3.根据权利要求1所述的一种减少外腔可调谐激光器跳模现象的方法，其特征在于：在激光腔和外腔的折射率不同的情况下，设置n2L2=n1L1/2 且n2L3=n1L1/4，n1为激光腔的折射率，n2为外腔的折射率。
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