CN1186897C - 宽范围外腔可调谐激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽范围外腔可调谐激光器，主要特点是激光器芯片镀增透膜后与两个可调谐滤波器双端耦合，从而构成一个可调谐的外谐振腔，通过改变两个滤波器的谐振波长进行选频达到宽范围调谐的目的。具体结构是：放置在半导体致冷器上的半导体激光器或放大器芯片两端面镀有增透膜，并通过耦合装置与两个反射光谱为离散的梳状光谱、反射光谱峰值间隔不同的滤波器耦合，构成一个具有选频功能的外谐振腔。耦合装置可以由准直器和球透镜构成、两个或多个球透镜构成、非球透镜构成或由顶部烧制或磨制小球的透镜光纤构成。滤波器是FP腔型可调滤波器或取样光栅型可调滤波器或者二者的结合。

Description

宽范围外腔可调谐激光器

技术领域

本发明涉及一种宽范围外腔可调谐激光器，特别是用于光通信技术领域DWDM系统的可调谐激光器。

背景技术

随着电信业务的飞速发展和网络的逐步普及，人们对带宽的需求越来越大，由于光纤传输具有丰富的带宽资源，从而使得以光纤传输为平台的密集波分复用(DWDM)技术迅猛发展以满足人们日益增长的带宽需求。目前的DWDM系统发射机部分主要是采用固定波长的半导体激光器，一个复用波长对应一个相应发射波长的激光器，如果考虑到网络保护的需要，则一个复用波长将对应多个相应波长的激光器，这无疑会使系统的体积增大，成本增加，设备利用率降低。随着光纤中传输的信息量与日俱增，密集波分复用信道密度进一步提高，器件的使用数目会成倍增加，这为系统降低成本，增加可靠性设置了巨大的障碍；而且网络发展的智能化需要也对半导体激光器等DWDM相关器件提出了更高的要求。DWDM技术的飞速发展迫切需要找到一种更好的器件取代现在的一个波长对应多个激光器的结构，可调谐激光器的出现便是一种很好的选择。现在的可调谐激光器技术主要采用基于体光栅的外腔可调技术和集成化的分布布拉格反射(DBR)、取样光栅DBR(SG-DBR)、光栅同向耦合与抽样反射(GCSR)等内腔调谐技术，但这些技术无一例外都存在一定的缺陷影响了器件的实用化。外腔调谐的难点在于器件的体积庞大、机械上的定位与调整难度太大；集成化的技术方案尽管具有器件体积小、成本低、易于与其它器件集成等优点，但普遍存在制作的难度较大、器件指标偏低等缺点。近来出现的基于MEMS的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)技术也存在制作难度大、器件寿命难以保障等缺陷。尽管也还有激光器芯片+单个可调谐滤波器构成的可调激光器技术见诸报道，但设备的波长调谐范围普遍较窄。

发明内容

本发明的目的是采用两端镀增透膜的激光器芯片与两个可调谐滤波器双端耦合来构成宽范围外腔可调谐激光器，以取代现在的网络系统中一个波长对应多个激光器的结构，从而降低系统成本，增加可靠性，并满足智能化的光网络需要。

本发明的主要特点是激光器芯片镀增透膜后与两个可调谐滤波器双端耦合，从而构成一个可调谐的外谐振腔，通过改变两个滤波器的谐振波长进行选频达到宽范围调谐的目的。

本发明的宽范围外腔可调谐激光器的具体结构是：放置在半导体致冷器上的半导体激光器或放大器芯片两端面镀有增透膜，并通过耦合装置与两个可调谐滤波器耦合，两个滤波器的反射光谱为离散的梳状光谱，两个滤波器的反射光谱峰值间隔不同，构成一个具有选频功能的外谐振腔。

所述两个滤波器的反射光谱的离散的梳状光谱的峰值线宽越窄越好，一般小于等于2nm。

两个可调谐滤波器反射率不同更好。

半导体致冷器与激光器紧密贴合，可以通过调整半导体致冷器的温度对激光器进行相位调节。

所述的耦合装置可以由准直器和球透镜构成。

所述的耦合装置可以由两个或多个球透镜构成。

所述的耦合装置也可以由非球透镜构成。

所述的耦合装置还可以由顶部烧制或磨制小球的透镜光纤构成。

所述的滤波器可以是FP腔型可调滤波器。

所述的滤波器也可以是取样光栅型可调滤波器。

所述的滤波器还可以是取样光栅和FP腔型可调滤波器的结合。

本发明由于采用的是双端可调谐的结构，使得可调谐激光器有比较宽的调谐范围和较窄的谱线宽度。这种可宽范围调谐和窄线宽的可调谐激光器可用于线路激光器备用、波长转换、动态波长分配、光分组交换等领域。由于激光器是双端可调谐，所以激光器有较宽的调谐范围，调谐范围主要由滤波器具体结构及芯片的增益谱宽决定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。122是激光器(或放大器)管芯，123是致冷器，103和104是激光器(或放大器)管芯两个端面镀的增透膜，120和125是两个波长可调谐的梳状滤波器，101和102分别是120和125的端面，121和124是两个耦合装置。

图2是FP腔型可调滤波器。

图3是取样光栅类型的可调滤波器。

图4是准直器+球透镜型耦合结构。

图5是球透镜+球透镜型耦合结构。

图6是非球透镜型耦合结构。

图7是透镜光纤型耦合结构。

图8是本发明的第一个实施例的结构示意图。

图9是本发明的第二个实施例的结构示意图。

图10是本发明的第三个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的实施方式进行说明：

图1是本发明的结构示意图。122是放置在致冷器123上的激光器(或放大器)管芯，作用是为了产生比较稳定的光增益，管芯的两个端面103和104镀增透膜；120和125是两个波长可调谐的梳状滤波器，但两个滤波器的结构不同，激光可从120或125的端面101或102处出射。121和124是两个耦合装置，其结构可以相同也可以不同，目的是为了使120与122及122与125之间有较好的耦合，降低耦合损耗并产生稳定的激光输出。

由于使用的是经过优化设计的120、125两个滤波器，它有线宽较窄且稳定的谱线，这样就可以得到窄线宽的激光输出。由于120、125可以同时调谐，这保证了激光器有比较宽的调谐范围。并且两个滤波器的反射率不同，以保证良好的功率利用率及低的阈值。

芯片122放在致冷器123上，二者有良好的热接触，通过调整123的温度改变122的温度会使122的折射率发生变化，致使120、125构成的谐振腔有效腔长发生变化，从而起到相位调节的作用，这有利于保证激光器的模式稳定性，使激光器产生稳定的所需波长输出。

图2是FP腔型可调滤波器，它的反射谱是一系列波长离散的梳状光谱，该滤波器可以通过改变两个端面之间的有效腔长来调谐反射光谱。图3是取样光栅类型的可调滤波器，它的反射谱也是一系列波长离散的梳状光谱，该滤波器可以通过对光栅施加应力或调整其温度来改变它的反射光谱，从而起到波长调谐的目的。

图4是准直器+球透镜型耦合结构。从芯片304出射的光束首先经过球透镜303变为平行光，303具有收集入射光并准直的作用，平行光经过准直器302耦合到光纤301中，302具有将平行光聚焦的作用。同样入射光从光纤301入射的302，经过准直变为平行光，经过303的聚焦耦合到304中。通常准直器302是采用自聚焦透镜制成。

图5是球透镜+球透镜型耦合结构，与图4相比所不同的是自聚焦透镜型的准直器结构用球透镜代替。从芯片314出射的光束经过第一个球透镜313变为平行光，313具有收集入射光并准直的作用，平行光经过第二个球透镜312耦合到光纤311中，312具有将平行光聚焦的作用。同样入射光从光纤311入射的312，经过准直变为平行光，经过313的聚焦耦合到314中。

图6是非球透镜型耦合结构。光纤321与芯片323之间用一个非球透镜322进行光束的变换后，可以得到较高的耦合效率。

图7是透镜光纤型耦合结构。在光纤331的端部腐蚀出一个锥，在锥的顶部烧制一个小球332，光束经过332变换后可以使331与芯片333取得较好的耦合。

图4～图7中几种耦合结构的目的都是为了使激光器(或放大器)芯片与光纤(或滤波器)之间发生有效的耦合，降低耦合损耗并产生稳定的激光输出。

图8是本发明的第一个实施例的结构示意图。两个取样光栅型的可调滤波器401和406构成激光器具有选频功能的谐振腔，高增透的芯片403通过耦合系统402、405与401、406进行有效耦合，激光从某一端面411或412输出，通过对401和406进行调谐可得到所需波长输出。由于取样光栅的线宽可以压缩到很窄，并且可以通过应力或温度改变很方便的调谐其波长，所以可得到窄线宽、宽范围的波长可调谐激光输出。

图9是本发明的第二个实施例的结构示意图。一个FP腔型可调滤波器501和一个取样光栅型的可调滤波器506构成激光器外谐振腔，高增透的芯片503通过耦合系统502、505与501、506进行有效耦合，光束在谐振腔内不断得到反馈放大并形成激光从某一端面511或512输出，通过对501和506进行调谐可得到所需波长输出。由于取样光栅和FP腔滤波器的线宽可以很窄，并且可以调谐其谐振波长，所以可得到高质量的波长可调激光输出。

图10是本发明的第三个实施例的结构示意图。两个FP腔型的可调滤波器601和606构成激光器外谐振腔，但601与606并不完全相同。高增透的芯片603通过耦合系统602、605与601、606进行有效耦合，反馈放大形成的某一波长的激光从某一端面611或612输出，通过对601和606进行调谐可得到所需波长输出。

半导体致冷器与激光器紧密贴合，可以通过调整半导体致冷器的温度对激光器进行相位调节。

本发明的核心是激光器芯片镀增透膜后与两个可调谐滤波器双端耦合，从而构成一个可调谐的外谐振腔，通过改变两个滤波器的谐振波长进行选频达到宽范围调谐，因此凡是用两个滤波器，构成一个具有选频功能的外谐振腔的作法均属于本发明的保护范围。以上列举的实施例仅仅是典型。不难看出，由各种耦合方式与各种滤波方式组合，其实施方式还有很多。

Claims (9)

1.一种宽范围外腔可调谐激光器，包括激光器芯片和可调谐滤波器，其特征是放置在半导体致冷器上的半导体激光器或放大器芯片两端面镀有增透膜，并通过耦合装置与两个可调谐滤波器耦合，两个滤波器的反射光谱为离散的梳状光谱，两个滤波器的反射光谱峰值间隔不同，构成一个具有选频功能的外谐振腔。

2.根据权利要求1所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的两个可调谐滤波器的反射率不同。

3.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是半导体致冷器与激光器紧密贴合，通过调整半导体致冷器的温度对激光器进行相位调节。

4.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的耦合装置由准直器和球透镜构成。

5.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的耦合装置由两个球透镜构成。

6.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的耦合装置由非球透镜构成。

7.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的耦合装置由顶部烧制或磨制小球的透镜光纤构成。

8.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的滤波器是FP腔型可调滤波器。

9.根据权利要求1或2所述的宽范围外腔可调谐激光器，其特征是所说的滤波器是取样光栅型可调滤波器。

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