CN1977431A - 热控制外部空腔可调激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含增益媒质(2)和可调镜(8)的外部空腔可调激光器，其中，至少可调镜与导热平台(10)热接触。可调镜基本上水平地置于导热平台上，由此大大提高可调镜与平台的热接触。通过向可调镜的主表面中的一个偏转光束或其大部分的偏转器(6)，来自增益媒质的激光束被引到基本上相对于导热平台水平地被安装的可调镜上。得到的激光器空腔因此是折叠的空腔。导热平台优选与对平台提供热控制的TEC(11)热耦合。在优选实施例中，偏转器是偏转入射光的一部分并透射剩余部分的分束器。分束器作为偏转器，可以构想更小型化的激光器组件。根据本发明的优选实施例，透射过分束器的光的一部分形成输出激光束。换句话说，外部空腔激光器在波长选择元件(可调镜以及，如果有的话，信道栅格)侧即在激光器二极管的前平面一侧输出激光束。采用这种激光器设计，用于准直输出激光束的准直透镜不再是必需的。

Description

热控制外部空腔可调激光器
技术领域
本发明涉及特别适于波分多路复用光通信网络的外部空腔可调激光器。
背景技术
激光器用作可调光源可大大提高波分多路复用(WDM)系统或新开发的密集WDM(DWDM)系统的可重构性。例如，可以通过简单地调整波长将不同的信道分配给某一节点。并且，可调激光器可用于形成基于波长路由的虚拟专用网络即光子网络。
可以使用不同的方法以提供可调激光器，诸如分布式布拉格反射器激光器、具有移动顶端反光镜的VCSEL激光器、或外部空腔二极管激光器。外部空腔可调激光器提供几种优点，诸如较高的输出功率、较宽的调谐范围、良好的侧模式抑制和较窄的线宽。已开发了各种激光调谐机构以提供外部空腔波长选择，诸如机械可调或电激活腔内选择器元件。
美国专利No.6526071说明了可用于电信应用中以在国际电信联盟(ITU)栅格为任何信道产生中心波长的外部空腔可调激光器。公开的可调激光器包括增益媒质、栅格产生器(grid generator)和信道选择器，栅格产生器和信道选择器均位于射束的光路上。栅格产生器以与信道间隔对应的间隔选择空腔的周期纵向模式并拒绝邻近的模式。信道选择器在波长栅格内选择信道并拒绝其它的信道。
为了适应增加的光通信量，信道间隔为50GHz并最终为25GHz的DWDM系统正处于开发之中。具有50GHz信道间隔的DWDM系统一般需要±2.5GHz的频率精度，而具有25GHz的系统一般需要±1.25GHz的精度。随着DWDM使用更窄的信道间隔，在整个调谐和操作温度范围与发射机激光器相关的可调元件的定位精度和控制已成为重要问题。可调元件的非最佳定位导致空间损失和发射机输出功率降低。
由于与各个部件相关的膨胀和收缩，因此会由于温度变化而产生激光器装置的光学部件的空间失配(spatial misalignment)，这将降低波长稳定性，并一般降低激光器的性能。激光器响应需要在一般为-10～70℃的整个相对较宽的温度范围上被稳定。为了保证热稳定性，许多电信激光器装置被安装在公共平台上，该公共平台表现出较高的导热性并受到一个或更多个热电冷却器(TEC)的热控制。温度控制使得能够维持光学部件的热对准。
在美国专利No.6724797中，公开了外部空腔激光器装置，其中，选择性的热控制被施加到对热失配具有较高的敏感性的光学部件。作为温度敏感部件的增益媒质和光学输出组件被安装在导热基体上。TEC与基体耦合，以使得能够以与外部空腔激光器的端镜和其它部件无关的方式对增益媒质和输出组件进行热控制。与导热基体热隔离的外部空腔的部件可包含信道选择器和调谐组件。
申请人已注意到，信道选择器和/或ITU栅格元件的热稳定性会是决定性的，在需要激光输出的高精度波长定位的情况下尤其如此。
在美国专利申请No.2003/0231666中公开了为了使空腔损失最小化并提供波长稳定性使用外部空腔激光器的有效热调整的激光器装置。公开的装置包含与导热平台热耦合的增益媒质。平台与TEC耦合，该TEC通过导热控制平台的温度。
如在2003年5月在www.intel.com/design/network/papers/TunableLaser.pdf上公布的InterC-band Tunable laser，Performance and Design White Paper中说明的那样，Intel C带可调激光器使用基于标准具的、热致动的可调滤波器，以在可选择的波长上实现单模式操作。波长滤波器包含考虑“游标效应”具有稍微不同的周期的两个硅标准具滤波器。调谐滤波器被热致动，并且，可以用单个标准具的较小的温度调整针对C带的任意波长。在美国专利申请No.2002/0126345中也说明了将外部空腔激光器的输出波长“游标”调谐到波长栅格上的选择的波长。
申请人已认识到热调谐会需要相对较长的调谐时间以落入选择的波长内，在在非相邻信道之间出现波长切换的情况下尤其如此。相对较长的调谐时间可与用于WDM或DWDM应用的激光器发射机的总是更严格的指标不相容，这些指标会需要几十ms的量级的时间。
可以通过使用活动(active)可调镜执行激光器空腔的波长选择和调谐。在美国专利No.6215928中公开了使用液晶并可被用作活动可调镜的光电控制元件。激光器的产生激光的波长被活动可调镜确定为镜的谐振波长。可以通过改变供给光电控制元件的电压或电流，使谐振波长偏移。
在A.S.P.Chang等在“Technical Digest，CTuM34，of theConference on Lasers and Electro-Optics(CLEO)，June 2003”发表的“A Novel，Low-cost Tunable Laser Using a Tunable Liquid-CrystalSubwavelength resonant Grating Filter”中，公开了包含增益媒质和作为波长选择镜的可调液晶次波长谐振栅的可调激光器。
申请人已认识到，由于液晶的性能会由于热波动而改变，因此，在可调镜包含液晶的情况下，特别希望可调镜的温度稳定。
当外部空腔激光器装置被组装时，为了使外部空腔对于产生激光被调整以及减少空腔损失，激光器空腔中的光学部件需要相对于激光束被仔细对准。一般必须用微米对准容限或者甚至用亚微米容限定位用于WDM和DWDM应用的可调激光器中的光学部件。为了精确的部件对准，可以使用被动或主动光学对准。可以通过激光焊接或通过使用焊料或粘合剂实施对准中或对准后的部件固定。
可以在夹持和对准构件的帮助下在激光器的前面的光对准位置固定光学部件。夹持和对准构件一般通过激光焊接被固定到平台上。美国专利No.6690708说明了半导体激光器模块，其中，激光器芯片被固定到基体上，并且第一透镜和光隔离器被设置在激光器芯片和用于接收从激光器芯片发射的光的光纤之间。固定有第一透镜的透镜保持器和固定有光隔离器的外壳分别被激光焊接和固定到透镜保持器保持器和光隔离器保持器的夹紧部分上。
为了避免位移偏移，夹持和对准构件一般由诸如Kovar、Invar36或合金42的具有低热膨胀系数的材料制成。
日本专利申请No.2000-012955公开了具有用于将输出光的一部分反射到分束器上的相位共轭镜的自注入同步激光器。由于当光学距离改变时相位共轭镜返回不变化的光，因此镜的角度和距离调整被认为是不必要的。
发明内容
本发明涉及包含增益媒质和可调镜的外部空腔可调激光器，其中，至少可调镜与导热平台热接触。
优选地，增益媒质是半导体增益芯片。为了在操作中散发在激光器二极管中产生的热，激光器二极管优选被放置在导热基座上。更优选地，增益媒质和可调镜均被放置在同一导热平台上，以进一步提高光学对准的精度。
优选地，可调激光器包含信道分配栅格元件。信道分配栅格元件优选是被构成和配置为限定多个等间隔透射峰值的Fabry-Perot(FP)标准具。在用于WDM或DWDM电信系统的应用中，透射峰值间隔即栅格元件的自由光谱范围(FSR)对应于ITU信道栅格，例如200、100、50或25GHz。
当与信道分配栅格元件一起存在于激光器空腔中时，可调镜用作在信道分配栅格元件的峰值之间进行识别的粗调元件。对于单模式激光发射，纵向空腔模式应被定位在栅格透射峰值中的一个(通过可调镜选择的一个)的最大值之上。以这种方式，只有指定的频率将通过栅格并且其它的竞争的相邻空腔模式将被抑制。优选通过电信号实现可调镜的波长选择性。本发明的可调镜优选包含光电可调材料、更优选液晶(LC)材料。
可调镜具有优选基本上相互平行的两个主表面。两个主表面中的一个接收入射光束。在优选实施例中，可调镜包括基体、在基体上形成的平面波导和在光学上与波导交互作用的衍射光栅。衍射光栅和平面波导形成谐振结构。由光电可调材料制成的包覆层被放置在平面波导上。
申请人已注意到，当在增益媒质的前面安装可调镜时，常需要微拉特(microrad)对准精度。为了在适当的位置相对于激光束对准和保持可调镜，非常希望使用容纳可调镜的保持构件以在相对于激光束基本上正交的位置中保持可调镜。通过激光焊接进行的主动(active)光学对准和固定使得能够实现希望的对准容限和长期机械稳定性。由于粘接剂或焊料不能保证再现性和长期机械稳定性，因此，通过诸如环氧树脂的粘接剂或焊料固定保持构件不是优选的。
具有高导热率的材料一般不适于激光焊接，这是因为，热迅速从热源(即焊接区)散逸由此产生相对较大的焊接熔池。在理想情况下，具有低导热率以及低热膨胀系数的金属非常适于激光焊接。许多金属合金落入该类别中，诸如铂合金、Kovar、Invar、合金42和铍合金。
希望制作用于与激光束对准的光学元件的支撑结构的材料具有低热膨胀系数，以使由于热波动导致的失配最小化，当TEC用于稳定温度时，该失配也在激光器封装构件中以较小的程度出现。
申请人已认识到，如果具有低导热率的支撑构件(例如，由适于激光焊接的材料制成)被置于镜和平台之间，那么可调镜和导热平台之间的热接触被大大抑制。他们注意到，可调镜的温度稳定是十分关键的，特别是在可调镜包含液晶的情况下，因为液晶的性能可由于热波动改变。优选地，为了使激光操作中的波长和功率漂移最小化，可调镜中的热波动在-10～70℃的范围中不应超过0.5℃。在优选实施例中，0.2℃内的热波动对应于不大于约±4GHz的频率漂移，这对于50GHz的信道间隔是可接受的。
申请人已发现，通过基本上水平地在导热平台上放置可调镜，大大提高可调镜与平台的热接触。平台上的可调镜的基本上水平的位置在上下文中意味着镜的主表面沿平台主表面的相同平面或在平台主表面的平面的几度内。应当理解，可调镜可与导热平台直接接触，或者，由导热材料制成的基体(或保持器)可被置于可调镜和平台之间。
通过向可调镜的主表面中的一个偏转光束或其大部分的偏转器，来自增益媒质的激光束被引到基本上相对于导热平台水平地被安装的可调镜上。因此得到的激光器空腔是折叠的(folded)空腔。
可调镜可以在不需要将其与激光束对准的情况下、尤其是在不需要使用适于对准的支撑结构的情况下被直接安装到导热平台上。例如，可调镜通过将其后(主)表面粘接到平台或固定到平台上的镜保持器/基体上，被固定到平台上。作为替代方案，可调镜或镜保持器/基体的后表面的至少一部分可被金属化，例如被镀金，并然后被焊接到平台的表面上。
在根据本发明的激光器设计中，需要优选通过光学主动对准与激光束对准的是偏转器。由于不再需要与激光束的对准，因此一般在对准中封闭或支撑可调镜所必需的具有低导热率的保持和对准结构现在是不需要的。因此，可以实现可调镜和导热平台之间的良好的热接触。
导热平台优选与对平台提供热控制的TEC热耦合。
在优选实施例中，偏转器是偏转入射光的一部分并透射剩余部分的分束器。申请人已发现，通过使用分束器作为偏转器，可以设想更小型化的激光器组件。根据本发明的优选实施例，透射过分束器的光的一部分形成输出激光束。换句话说，外部空腔激光器在波长选择元件(可调镜以及，如果有的话，信道栅格)侧即在激光器二极管的前平面一侧输出激光束。采用这种激光器设计，由于腔内准直透镜用作用于从增益媒质发射的光束以及与例如光纤的输出光学器件耦合的透射过分束器的光束的准直透镜，因此，用于准直输出激光束的准直透镜不再是必需的。优选地，分束器具有70～90％的透射率，以保证相对较高的激光输出功率。
当从形成激光器外部空腔的端镜中的一个的半导体增益芯片(增益媒质)的反射后平面发射输出光时，一般通过在激光器二极管前面的激光器空腔外面放置例如分束器的部分偏转器，实施激光输出的功率控制。偏转器在紧邻光纤耦合之前将输出光偏转到监视器光电检测器上。申请人已注意到以下方面。激光器二极管的后平面一般表现出约80～90％的透射率，以有效地用作外部空腔的端镜。如果分束器被放置为偏转从后平面发射用于功率监视的光束时，从光输出引出的光束强度的一部分应尽可能小，以不使输出功率恶化。例如，激光器二极管前面的分束器可具有98％/2％的分离比，即，光束强度的2％构成被引向光电检测器的测试光束。结果，入射到光电检测器上的光功率相对较低，这会牺牲功率监视的精度。如果要通过使用光控制系统实施激光束的波长校准，该光控制系统通过至少光电检测器分析通过具有依赖于波长的透射率或增益衰减的滤波器过滤的光，那么测试光束具有相对较低的光功率是特别不利的。
申请人已发现，通过使用分束器作为激光器空腔中的偏转器，通过分束器透射的光可被一个或更多个光电检测器监视。在激光器组件设计被配置为使得激光输出光源自透射过分束器的光的情况下，这是特别有利的。在这种情况下，光电检测器接收具有输出光束几乎相同强度的光束。特别是，如果分束器的透射率在范围70～90％的范围中被选择，那么可以通过分析具有相对较高的光功率的光束实现监视。并且，可以在不进一步添加用于分出测试光束的偏转光学元件的情况下实现监视。光电检测器可被放置为接收基本上与输出光束正交的光。例如光电二极管的光电检测器可例如被置于分束器的表面中的一个上，这个表面不面向可调镜并且不接收源自增益媒质的激光束。
优选地，激光器组件的所有元件都被安装到公共的导热平台上。在优选实施例中，包括聚焦透镜和光纤的输出光学器件与激光器组件一体化，即，输出光学器件被安装到其上安装激光器组件的平台上。
优选地，可调激光器具有相对较短的空腔长度，即，不大于12mm。
根据本发明的热控制激光器系统的调谐时间可小于0.20ms。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的可调激光器的示意图；
图2表示外部纵向空腔模式(A)、信道分配栅格的透射模式(B)和信道选择器即可调镜的带宽(C)的示图。
图3是根据本发明的第二实施例的激光器组件的框图；
图4是根据本发明的第三实施例的可调激光器的示意图；
图5(a)表示根据本发明的实施例的激光器系统中的偏转器的支撑构件。
图5(b)表示根据本发明的另一实施例的激光器系统中的偏转器的支撑构件。
图6是根据本发明的第四实施例的激光器组件的一部分的框图；
图7是根据本发明的第五实施例的可调激光器的示意图；
图8是根据本发明的第六实施例的可调激光器的示意图。
具体实施方式
在图1中示意地示出根据本发明的优选实施例的可调激光器系统。激光器系统1包含装配在封装构件7例如14针蝶形封装构件中的激光器组件，该封装构件7包含用于插入光纤即光纤尾纤15的保护罩(boot)16。玻璃窗13气密地闭合激光器组件使其与用于光纤插入的保护罩隔开。激光器组件包含增益媒质2、准直透镜3、信道分配栅格元件4、偏转器6和可调镜8。激光器系统包括导热平台10。增益媒质2在半导体二极管上，例如专门为外部空腔激光器应用设计的InGaAs/InP多量子阱Fabry-Perot(法布里-珀罗)(FP)增益芯片。二极管包含后平面22和前平面23。二极管的前平面23是腔内平面并具有抗反射涂层。优选地，为了进一步降低后反射，增益芯片波导被弯曲，使得其在前平面上具有成角度的入射。后平面22是部分反射的并用作外部空腔的端镜中的一个。为了允许相对较高的激光输出功率，后平面的反射率的范围可以为例如10％～30％。
在激光器空腔内，来自二极管前平面23的出射束被准直光束的准直透镜3准直以限定光路25。被准直的光束入射到信道分配栅格元件4上。
信道分配栅格元件4优选为FP标准具，例如，固体或气隔标准具。在设计激光器时可以使得工作波长与ITU信道栅格对准。在这种情况下，激光器波长通过被构造和配置为限定多个等间隔的透射峰值(transmission peak)的FP标准具4被居中到ITU栅格上。在用于WDM或DWDM电信系统的应用中，透射峰值间隔即栅格元件的FSR对应于ITU信道栅格，例如200、100、50或25GHz。
优选地，准直透镜3位于基本上与光路25正交的空腔中。优选地，为了防止FP标准具的反射光返回激光器二极管，FP标准具4位于空腔中，使得与光路25的垂直方向稍有一倾角例如0.5°。
在FP标准具4之后，激光束入射到偏转器6，该偏转器6沿光路26将光束25偏转到可调镜8上。可调镜8将光信号反射回偏转器6，该偏转器6又将光信号偏转回增益媒质2。偏转器6在本实施例中是平面镜，例如，涂金的硅板。
虽然图1中没有示出，但偏转器6可容纳于可以以已知的技术被固定到导热平台10上的保持器中。优选地，偏转器通过主动光学对准技术与激光束对准。
可调镜8是通过使用具有与电压相关的折射率的材料、优选液晶(LC)材料实现可调谐性的光电元件。可调镜用作在FP标准具的峰值之间进行识别的粗调元件。可调元件的FWHM带宽不比栅格标准具的FWHM带宽小。对于纵向单模式操作，与特定的信道频率对应的FP标准具的透射峰值应选择即透射单腔模式。因此，FP标准具应具有被定义为被FWHM分割的FSR的手段，该手段抑制各信道之间的空腔的相邻模式。对于单模式激光发射，纵向空腔模式应被定位在标准具透射峰值中的一个(通过可调元件选择的一个)的最大值之上。以这种方式，只有指定的频率将通过标准具并且其它竞争相邻空腔模式将被抑制。为了防止LC由于直流应力而劣化，为使包含LC材料的可调镜起作用提供的电信号是交变电压。
图2是表示包含FP标准具的激光器空腔中的各种模式的示图，该FP标准具有与作为光谱选择损失元件的ITU信道栅格对准的多个通带。在(A)中，示出由谐振外部空腔引起的空腔模式；在(B)中，示出具有被锁定到标准ITU栅格上的峰值的位置的FP标准具的模式；(C)是可调元件即可调镜的通带。在示出的例子中，栅格FP标准具的FSR与100GHz ITU栅格的栅格线之间的间隔对应。
现在回到图1，激光器空腔是光路长度为偏转器6和增益媒质的后平面22之间的光路25和偏转器和可调镜8之间的光路26的总和的折叠谐振腔。
激光光束通过激光器二极管2的部分反射后平面22被耦合到外部空腔外。优选地，准直透镜20可沿激光输出光束的光路被放置。在本实施例中，分束器18例如98％/2％分接头被放置在透镜20后面，采取输出光的一部分作为测试光束，该测试光束被引向用于功率控制的光电检测器19。光纤聚焦透镜14引导通过光隔离器17的光进入光纤尾纤15中。光隔离器17被用于防止后反射光向后进入外部激光器空腔中，并一般是任选的元件。
在优选的实施例中，激光器组件被设计为产生基本上为单一纵向并优选为单一横向模式的辐射。纵向模式是指在激光器空腔内在几种离散的频率同时产生激光。横向模式对应于沿激光辐射的横向的光束强度断面的空间变化。一般地，增益媒质的适当的选择，例如，包含波导的市售半导体激光器二极管，保证单一空间或单一横向模式操作。
激光器被配置为在与WDM或DWDM系统中的等间隔信道频率匹配的多个等间隔输出频率中的选择的一个发射输出辐射(radiation)。激光器能够发射单一纵向模式输出，该单一纵向模式输出依赖于空腔内的光学元件的光谱响应以及空腔的相位。
激光器组件在用作光学元件的机械基座的公共导热平台10上。优选使用普通的光学台架，因为它使设计复杂性最小化并使可调激光器的部件之间的对准简化。平台10可以由诸如氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)和铜钨(CuW)的任何导热材料制成。
虽然没有在图1中示出，但透镜3和20通过单独的支架被安装在平台上。
可调镜8基本上相对于导热平台10的主表面水平地放置。在优选实施例中，可调镜被置于导热基体上或可容纳可调镜的保持器(在图1中用9表示)中。在平台10由金属材料制成的情况下，由于可调镜一般在激光器操作中被加偏压，因此，为了避免可调镜和平台之间的电接触，基体或保持器9应由电绝缘材料(具有较高的热导率)制成。在优选实施例中，保持器9由AlN或SiC制成。
通过在平台上水平地放置可调镜，与平台的热接触被最大化，同时，在激光器装配中不需要主动地相对于激光束来对准镜。优选地，在激光器装配中，可调镜通过例如填充Ag的环氧树脂的导热环氧树脂或硅酮树脂被粘接到导热平台上。作为替代方案，可调镜容纳于保持器中或被放置在与导热平台结合的基体上。镜可被粘结到基体或保持器上。
需要优选通过光学主动对准技术与激光束对准的是偏转器6。偏转器可例如通过被固定到平台10的支撑结构(在图1中未示出)被固定到空腔中。偏转器可被粘接到支撑结构上，或者，如果它的至少一部分被金属化，那么可被焊接。
在导热平台由例如镀Au的陶瓷基体的反射材料制成的情况下，可以在可调镜和平台之间产生FP空腔，这在激光器外部空腔中产生寄生反射。为使这种问题最小化，优选相对于平台的主上表面稍微倾斜可调镜，使得在可调镜的主表面的平面和沿平台表面的平面之间形成例如0.5°或1°的小角度。作为替代方案，可以通过例如通过激光切割使平台的表面粗糙化，至少在可调镜下面和包围可调镜的区域中降低平台表面的反射率。
为了使其温度稳定，FP标准具4优选容纳于导热外壳5中，以促进与平台10的热接触。标准具的外壳5优选表现出不小于150W/mK的热导率并通过用填充Ag的环氧树脂、低温焊料合金或导热环氧树脂进行干法固定被直接焊接到平台上。例如，标准具保持器可由CuW合金制成。当FP标准具或其保持器，如果有的话，被粘接或焊接到平台上时，可以通过主动地对准准直透镜3实施相对于激光束的标准具的光学对准的调整。
准直透镜3可通过支撑结构(未示出)被安装到平台10上，该支撑结构也可用于使透镜对准激光束。
优选例如通过粘结将增益芯片2置于导热子支架21上，以相对于其它光学元件将发射的光束定位在方便的高度，并进一步提高散热性。导热子支架21被置于导热平台10上。
导热平台10优选与对平台提供热控制的TEC 11热耦合。例如，平台10可被粘接或焊接到TEC 11上。通过诸如热敏电阻或热电偶的热传感器装置12提供导热平台的温度监视，该热传感器装置12被置于平台上或可操作地与TEC耦合，以提供冷却或加热平台10的控制信号。如果希望有光学元件的特定的热控制，那么可以任选地在例如可调镜或FP标准具的激光器组件的一个或更多个光学元件上放置附加的热传感器装置。
数值模拟表明，即使当由于施加的电压产生的可调镜的耗散功率高达50mW时，在-10～70℃的温度工作范围中的激光器组件的最大温度变化也保持低于0.1℃。
图3是根据本发明的第二优选实施例的激光器组件的示意图。激光器组件30包含增益媒质31、准直透镜32、FP标准具33、偏转器34和可调镜35。增益媒质31在半导体二极管上，该半导体二极管包含后平面41和前平面42。二极管的前平面42带有抗反射涂层，而后平面41是部分反射的。优选地，增益媒质是具有增益芯片波导的半导体增益芯片，为了进一步降低后反射，该增益芯片波导被弯曲，使得其在前平面上具有成角度的入射。根据本发明的第二实施例的折叠激光器空腔的偏转器是分束器(BS)34。从增益媒质31发射的光被准直透镜32准直并通过FP标准具33。在通过FP标准具后，沿光路37行进的光入射到BS 34，在该BS 34上，它沿光路38部分转向可调镜35。入射到可调镜的光中的大部分(取决于可调镜的反射率)被反射回BS，该BS又将其一部分返回激光器二极管。激光器外部空腔是光路为光路37和光路38的总和的折叠空腔。激光器二极管的后平面41和可调镜40的后表面形成激光器外部空腔的端镜。
BS由此反射入射激光束37的一部分，这一部分激光束被偏转到可调镜并然后被馈送回BS，该BS将其返回激光器二极管。光的剩余(优选大)部分沿光路39的方向通过BS被透射并构成激光输出光束。优选地，BS 39的透射轴基本上与激光束的光轴即光路37平行。例如BS是以90°反射入射光束的立方分束器。优选地，BS对入射光的偏振不敏感。
在该激光器设计中，BS 34优选具有优选为70％～90％的相对较高的透射率，以保证相对较高的输出激光功率。分束器的透射率的最佳值可被选择为空腔损失和增益波动的最小值之间的折衷。激光器二极管31的后平面41的反射率优选为约100％。应注意，虽然在本优选实施例中从BS反射的光的部分看起来很小，但通过选择高功率增益媒质，例如具有至少200cm-1的微分增益的半导体增益芯片，可以实现激光器外部空腔中的良好的激光放大。
根据图3的实施例，BS的第二透射轴基本上与入射束垂直。通过简单地沿光路43放置例如光电二极管的光电检测器36，沿光路43透射过BS透射的光束可被用作用于监视输出功率的测试光束。例如，半导体光电二极管可通过粘接剂或焊料被直接固定到BS部件上。
光电二极管36接收具有与沿光路39的激光输出光束大致相同的强度的光束。图3的激光器设计中的功率监视具有相对较大的部分的激光束被光电检测器检测的优点，由此增加激光器操作中的功率变化或波动的控制精度。
图4示出根据本发明的第三实施例的激光器系统。用相同的附图标记表示与图1中所示的元件相同的可调激光器的元件，并省略它们的详细解释。
在通过FP标准具4后，光入射到分束器(BS)45上，在该分束器45上，它部分转向可调镜8。光电检测器46接收通过可调镜8返回BS并然后透射过BS的一部分激光作为用于功率监视的测试光束。
沿激光束的光轴方向透射过BS 45的激光即激光输出光束被引导通过光隔离器17并然后通过透镜14被聚焦到光纤15中。重要的是，应注意，由于不需要将输出光束准直到用于耦合到光纤中的光输出组件的第二准直透镜(图1中的透镜20)，因此根据图4的实施例的激光器空腔的设计具有提高空腔的小型化的优点。并且，如果要实现功率监视，不需要用于引出输出功率的另一BS。
优选地，在图4的激光器设计中，为了使可导致激光在非选择的信道中发射的增益波动最小化，激光器二极管的后平面具有大于90％的反射率，并且前平面的反射率小于10-3。
图5(a)和图5(b)示出用于图4的分束器的两种可能的支撑结构。在本实施例中，BS是立方分束器。应当理解，支撑结构可用于在适当的位置保持和固定根据本发明的其它实施例的分束器。也可使用类似的支撑结构以在适当的位置保持和固定图1的平面镜。在图5(a)中，支撑结构80由用于保持分束器45的U形保持器81和在适当的位置被安装和固定到导热平台10上的U形矩形框82构成。分束器45可预先通过环氧树脂或粘接剂被固定到保持器82上。保持器81可在与激光束对准后被固定到矩形框82上。矩形框82的内侧开放以对为水平位于平台10上的可调镜8留下空间。矩形框82包围可调镜8，而保持器81被置于可调镜之上。
图5(b)示出用于BS 45的替代性支撑结构。支撑结构85包含用于保持分束器45的U形保持器83和包围可调镜8的U形矩形框86。保持器83和矩形框86通过U型螺栓87和U型螺栓支撑件88相互固定。为了清楚起见，U型螺栓87也被示为与支撑结构的其它部分分开。支撑结构85的部分通过焊点84通过激光焊接被固定。分束器45可事先通过环氧树脂或粘接剂被固定到保持器83上。支撑结构85允许在将U形矩形框86固定到平台10上之后用5个自由度(三个轴向和两个径向)对准。矩形框86可通过粘接剂、焊料或通过激光焊接被固定到平台上。
优选通过本身已知的主动光学对准方法实施通过支撑结构80或85进行的分束器的对准。
图5(a)和图5(b)的支撑结构是作为例子给出的，并且，应当理解，用于偏转器的支撑结构的大量的不同的几何配置是可能的。
在优选实施例中，可调镜是包含在基体上形成的波导和例如与波导相同的材料的在波导上形成的衍射光栅的光电元件。在衍射光栅上，形成至少填充衍射光栅的间隙的包覆层。包覆层由具有较宽的范围的电可选择的折射率的液晶材料制成。其中至少一个透明的两个导体被置于液晶层的相对表面上。在两个透明导体上耦合电压或电流源。在美国专利No.6215928中给出可调镜的结构的例子。根据施加到导体上的电压或跨过电压的电流，可调镜仅在给定的波长(λTM)上反射辐射。所有其它的波长上的辐射均通过可调镜。因此，可调镜同时用作可调选择器元件以及空腔端镜。用交变电压VTM驱动可调镜以防止液晶由于直流应力而劣化。施加的电压的频率的范围可以为20kHz～200kHz。可调镜的光谱响应是谱线，线形例如与Lorentzian曲线类似，以λTM中心，具有范围可以为约50GHz～250GHz、优选70～100GHz的(FWHM)TM带宽。在特定的实施例中，λTM可在80nm范围被调谐。
激光器的激光输出波长即激光信道被选择以与可调镜的谐振波长λTM对应，该谐振波长λTM又与施加到可调镜上的电压的幅值VTM对应。换句话说，通过选择施加电压VTM的相应值，实现通过可调镜进行的可调激光器的发射波长(频率)的选择。可以例如通过稍微改变施加到可调镜上的电压VTM并通过寻找输出功率中的最大值，从激光输出功率的分析得出细微波长调整。优选地，激光输出的光功率的AC分量及其相关的相位被测量以估计空腔模式波长λCM和可调镜的峰值波长λTM之间的波长差即Δλ＝λCM-λTM的大小和符号。为了减少或消除波长差Δλ，通过改变电压VTM寻找光功率的AC分量的最小值。
对激光器空腔中的模式稳定，应获得在λCM的空腔模式与在λFP的标准具的透射峰值的中心的对准。可以通过例如调整例如激光器二极管的增益媒质的注入电流ILD，实施用于使激光模式与选择的标准具峰值对准的闭环控制。激光器二极管的注入电流的变化引起增益媒质的折射率的变化并由此引起激光输出的相位的变化。可以通过调整ILD并通过监视激光输出功率，获得标准具峰值与激光模式的中心对准。可以对在标准具模式的峰值下细调空腔模式实施使激光输出功率最大化的算法。
优选地，为了使可调镜与选择的空腔模式对准，分析输出功率的AC分量，而为了将空腔模式与标准具峰值对准，寻找积分的输出功率的最大值。如上所述，可以通过光电检测器根据从激光输出光束拾取的测试光束测量激光输出功率。在优选实施例中，通过图3和图4所示的配置中的光电二极管实施激光输出功率的监视以同时使可调镜与空腔模式对准以及使空腔模式与标准具峰值对准。可以为此目的执行依次操作的两种控制算法。
ITU栅格上的所有信道的初始操作点都被存储在检查表中。在检查表中，每一个信道都与施加到可调镜上的电压VTM相关联，并由此与可选择的信道波长λTM相关联。检查表也可存储与信道频率相关的注入电流ILD的初始操作值。
环路控制器可实现用于频率和模式控制的控制算法。环路控制器例如包含驱动器光学反馈电路，该驱动器包含具有适当的程序代码处理器和检查表。
当激光器被打开或信道被切换时，驱动器从检查表读取要被施加到激光器二极管上的电流ILD和要被施加到可调镜上的电压VTM。申请人已认识到，与给定的激光信道对应的参数可相对于存储在检查表中的那些参数改变。如果激光出于由老化或环境条件的变化导致的一些原因要漂移，那么存储值可能不与选择的信道频率对应。特别是当激光系统在相当长的闲置周期之后被打开时，尤其是如果激光器系统在与它被初始校准时的温度大大不同的温度下被打开，可能出现这种情况。
本发明的第四实施例允许获得激光信道的频率的值的绝对基准。图6示出根据本发明的第四实施例的激光组件的一部分。可调镜52和BS 53被示为激光组件的元件。如上所述，入射到BS上的激光的一部分沿与向可调镜52传播的方向相反的方向55透射。第一光电检测器51接收沿方向55偏转的光的一部分并监视光功率。为了监视激光的波长，滤波器54接收激光并输出具有随波长不同而改变的透射的滤过光。更具体地，滤波器54具有作为波长的函数的增益衰减，例如，增益随波长增加线性增加。滤过光被第二光电检测器50接收。通过监视被第二光电检测器接收的激光的振幅与被第一光电检测器的激光的振幅的比值，可以以合理的精度确定激光波长。知道了激光频率，就可得出激光信道。
优选地，第一和第二光电检测器是光电二极管。为了改善激光组件的小型化，第一光电二极管51和滤波器54可通过粘接剂被固定到分束器的表面上。第二光电二极管50可被粘接到滤波器54的后表面上。
应注意，为了在跨过感兴趣的波长范围例如C带的波长估计中具有足够的精度，通过图6中所示的配置确定激光波长要求入射到光电检测器上的激光的光功率相对较高。这也是因为滤过光具有依赖于波长的透射性或衰减性，即，滤波器的增益可对应于某些波长显著衰减。例如，对于具有10dBm的量级的功率的激光输出光束，分束器上的入射光的至少约10％应被转为测试光束，这对应于具有90％/10％或更低的分离比的BS。在如在图1所示的实施例中那样配置光输出组件的情况下(即，测试光束通过置于激光器二极管的后平面前面的分束器从激光输出光束引出)，使用具有90％/10％或更低的分离比的BS是很难接受的，因为这会使激光输出功率大大恶化。
图7示出根据本发明的另一实施例的可调激光器系统。用相同的附图标记表示与图4中所示的元件对应的可调激光器的元件，并省略它们的详细解释。光控制系统60包括第一光电检测器61、第二光电检测器62和具有与波长相关的透射的滤波器63。光控制系统60的配置与参照图6更详细解释的类似。光控制系统60优选被放置在分束器上。图7的激光器系统包括允许用于保证波长对准和激光输出光束的稳定性的闭合环路控制的反馈系统。通过使用热传感器装置12例如热敏电阻实现对导热平台的热控制，以向微处理器68提供温度反馈信号69。响应由热敏电阻12检测的温度变化或外部输入，通过由反馈信号71提供的TEC 11的温度控制和可变电流发生器66，给出关于冷却或加热平台10的控制指令。通过反馈信号70由可变电流发生器67控制激光器二极管2的注入电流ILD。波长调谐通过改变施加到可调镜8上的电压64被执行，并通过反馈信号73通过微处理器被控制。压电基体69被置于可调镜8的下面，并与导热平台10热接触，例如，压电基体基本上水平地置于平台上。压电基体是导热的例如压电陶瓷，以保证可调镜和平台之间有良好的热接触。例如，压电陶瓷是由几个mm厚的钛酸铅锆(PbZrTiO3)制成的单层陶瓷板。施加到压电材料上的电压VPZ的变化在材料中引起机械变形，对于几十个伏特的电压，这种机械变形一般为微米的几分之一的量级。这导致外部激光器空腔的光路长度的变化，即，光路长度可响应对压电材料的电输入改变。因此，在本实施例内，可以通过调整VPZ并通过监视激光输出功率，获得标准具峰值与空腔模型的中心对准。可以为了在标准具模式的峰值下调谐空腔模式实现使激光输出功率最大化的算法。为此，反馈信号72可在微处理器68的控制下致动压电基体69的可变电源65。检查表可存储与信道频率相关的VPZ的初始操作值。以这种方式，用于调谐空腔模式的激光器二极管的注入电流ILD的调整不是必需的。但是，ILD可用于控制输出功率。然而可以完成VPZ的调整以使空腔模式与标准具峰值对准，同时可以实施ILD的调整以使输出功率最佳化。可以为此目的执行依次操作的两个控制算法。通过同时调整VPZ和ILD的输出控制允许用于优化空腔模式中心对准和输出功率的其它自由度。由此可获得跨信道的功率均匀性。
申请人已认识到，封闭激光器组件的封装构件7(图7中的7)上的机械应力可导致光纤15和激光输出信号之间的光耦合降低，由此降低输出光功率。为了提高激光器系统的机械稳定性，根据本发明的优选实施例，如图8所示，光输出组件可被固定到其上安装激光器空腔的光学元件的导热平台10上。光隔离器75和聚焦透镜77被安装到保持结构76上，该保持结构76被安装到导热平台10上。被固定到保持结构76上的套圈78保持光纤15。因此，根据本实施例，输出光学器件的光学元件与激光器空腔的波长选择元件(4、8)以及增益媒质(2)一体化，使得激光输出光束和用于将输出光束聚焦到光纤中的输出光学器件之间的未对准被最小化。并且，采用这种设计，光输出组件的元件的热稳定性可被保证。优选地，光纤15通过诸如玻璃焊剂的气密性密封剂被焊接到套圈78中。与封装构件7一体或被固定到其上的外部保护罩79包围被焊入套圈78中的光纤，用于光纤的额外的机械支撑和应力释放。优选地，套圈78通过气密性密封剂被焊接到外部保护罩79上，使得光纤套圈和外部保护罩形成气密性光学通路。

Claims (32)

1.一种可调激光器系统，被配置为发射输出辐射，该可调激光器具有限定多个空腔模式的外部空腔并包括：
能够将激光束发射到外部空腔中的增益媒质(2、31)；
被配置在外部空腔中以可调谐地选择激光发射频率的可调镜(8、35、52)，其中，所述可调镜基本上水平地置于导热平台(10)上，该导热平台和可调镜相互热接触；和
具有反射率R并且沿由增益媒质发射的激光束的光路被配置在外部空腔中、以向可调镜偏转激光束的至少一部分的偏转器(6、34、45、55)。
2.根据权利要求1的激光器系统，其中，偏转器被配置在外部空腔中，使得通过偏转器向可调镜反射的光具有基本上与由增益媒质发射的激光束行进的方向垂直的方向。
3.根据权利要求3的激光器系统，还包括用于保持偏转器的支撑结构(80、85)，该支撑结构包括被置于导热平台上并包围可调镜的U形框(82、86)。
4.根据权利要求2或3的激光器系统，其中，偏转器具有相对于从增益媒质行进的激光束的方向倾斜45°的角度的反射层。
5.根据权利要求1的激光器系统，还包括被配置在外部空腔中以限定基本上与选择的波长栅格的相应信道对准的多个通带的信道分配栅格元件(4)。
6.根据权利要求5的激光器系统，其中，可调镜被配置在外部空腔中，以可调谐地选择通带中的一个以选择对其调谐光束的信道。
7.根据权利要求6的激光器系统，其中，信道分配栅格元件在增益媒质和可调镜之间沿由增益媒质发射的激光束的光路被配置在激光器空腔内。
8.根据权利要求5～7之任一的激光器系统，其中，选择的波长栅格具有25～200GHz的信道间隔。
9.根据权利要求5的激光器系统，其中，信道分配栅格元件(4)是Fabry-Perot标准具。
10.根据权利要求9的激光器系统，其中，Fabry-Perot标准具与导热平台(10)热接触。
11.根据权利要求10的激光器系统，其中，Fabry-Perot标准具(4)容纳于与导热平台(10)热接触的导热外壳(5)中。
12.根据权利要求1的激光器系统，其中，增益媒质(2)与导热平台(10)热接触。
13.根据权利要求1的激光器系统，还包括光输出组件，所述光输出组件被置于导热平台(10)上。
14.根据权利要求1的激光器系统，其中，增益媒质(2)是半导体增益芯片。
15.根据权利要求1的激光器系统，其中，导热平台(10)与热电冷却器(11)热接触。
16.根据权利要求15的激光器系统，还包括与平台(10)热耦合以提供平台的温度控制的热装置传感器(12)。
17.根据权利要求1的激光器系统，其中，偏转器是具有不小于70％的反射率R的平面镜(6)。
18.根据权利要求1的激光器系统，其中，偏转器是用于将从增益媒质(2)发射的激光束分离成向可调镜(8、35、52)反射的光束部分和透射过分束器的光束部分的分束器(34、45、53)。
19.根据权利要求18的激光器系统，其中，分束器被配置在外部空腔内，使得光束的透射部分中的至少一部分沿由增益媒质发射的激光束的光路的方向被引导。
20.根据权利要求18的激光器系统，其中，光束的透射部分引起激光输出光。
21.根据权利要求18的激光器系统，还包括监视透射过分束器的光束部分的第一光电检测器(36、46、51、61)。
22.根据权利要求21的激光器系统，还包括：
用于接收透射过分束器的激光并输出具有随接收光波长的变化而变化的透射的滤过光的滤波器(54、63)；和
用于监视滤过光的第二光电检测器(50、62)。
23.根据权利要求22的激光器系统，其中，滤波器具有作为激光的波长的函数的增益衰减。
24.根据权利要求18至23之任一的激光器系统，其中，分束器的反射率R为10～30％。
25.根据权利要求1的激光器系统，其中，可调镜(8、35、52)是包含衍射光栅和与所述衍射光栅相互作用的平面波导的光电元件，衍射光栅和平面波导形成谐振结构。
26.根据权利要求25的激光器系统，其中，可调镜还包括透光材料，该透光材料具有响应施加到透光材料上的电场而变化的折射率，使得可调镜电可调，所述透光材料形成平面波导的可调包覆层。
27.根据权利要求26的激光器系统，其中，透光材料包括液晶材料。
28.根据权利要求1的激光器系统，其中，可调镜被置于由导热材料制成的保持器(9)上，该保持器被置于导热平台(10)上。
29.根据权利要求28的激光器系统，其中，保持器包含压电基体(69)。
30.根据权利要求29的激光器系统，还包括与压电基体电连接、能够向基体施加电压以在其中引起机械变形的可变电源(65)。
31.根据权利要求1的激光器系统，其中，激光器系统被配置为以单一纵向模式以激光器发射频率发射输出辐射。
32.一种热控制外部空腔可调激光器的方法，该方法包括：
将激光束发射到外部空腔中；
将发射的光束偏转到可调镜(8、35、52)上；
通过使可调镜与导热平台(10)接触使可调镜热稳定；和
沿与导热平台基本上垂直的方向用可调镜反射发射的光束。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102946052A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 西安炬光科技有限公司 激光医疗美容用的半导体激光器模块
CN102940529A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 西安炬光科技有限公司 一种用于激光医疗美容的半导体激光器系统
CN102946053A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 西安炬光科技有限公司 医疗美容用半导体激光器模块
CN102961185A (zh) * 2012-11-22 2013-03-13 西安炬光科技有限公司 激光医疗美容用半导体激光器系统
CN104285344A (zh) * 2013-03-26 2015-01-14 光速株式会社 可制作小型的可变波长激光装置
WO2016015262A1 (zh) * 2014-07-30 2016-02-04 华为技术有限公司 可调谐光器件、光网络单元及无源光网络系统
CN106159672A (zh) * 2016-08-30 2016-11-23 中国科学院半导体研究所 基于光纤透镜与光栅集成的窄线宽外腔激光器结构
CN110611242A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 微源光子(深圳)科技有限公司 一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器
WO2020042484A1 (zh) * 2018-08-28 2020-03-05 武汉电信器件有限公司 双载波集成光器件及光电模块
CN111641106A (zh) * 2014-09-19 2020-09-08 Highyag激光技术公司 二极管激光器
CN112397995A (zh) * 2019-08-02 2021-02-23 苏州旭创科技有限公司 一种窄线宽固定波长激光器及光模块

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602006013050D1 (de) * 2006-07-12 2010-04-29 Pgt Photonics Spa Fehlausrichtungsverhinderung in einem laser mit externem resonator mit temperaturstabilisation des r
EP2095476B1 (en) * 2006-12-22 2017-07-19 Google, Inc. Phase control by active thermal adjustments in an external cavity laser
JP2008182019A (ja) * 2007-01-24 2008-08-07 Opnext Japan Inc 光送信モジュール、光伝送装置
JP2008227170A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Nec Electronics Corp 光モジュール
JP2009147102A (ja) * 2007-12-14 2009-07-02 Tecdia Kk 光通信用デバイスの制御方式及び光通信用デバイスの制御方法
JP5154688B2 (ja) 2008-04-11 2013-02-27 グーグル・インコーポレーテッド 外部キャビティレーザにおける光信号の振幅変調を抑えるための方法および装置
JP5483677B2 (ja) * 2009-04-02 2014-05-07 ネオフォトニクス・セミコンダクタ合同会社 半導体光通信モジュール及び、その製造方法
CN102484353B (zh) 2009-04-03 2015-10-07 艾克瑟劳斯股份公司 光源和光学相干计算机断层成像模块
CN101989728B (zh) * 2009-08-04 2014-04-02 高质激光有限公司 激光器结构和用于这种激光器结构的谐振元件
KR101124173B1 (ko) * 2010-02-16 2012-03-27 주식회사 포벨 레이저 다이오드 패키지
US9057850B2 (en) * 2011-03-24 2015-06-16 Centera Photonics Inc. Optoelectronic module
US8831049B2 (en) 2012-09-14 2014-09-09 Laxense Inc. Tunable optical system with hybrid integrated laser
US9653873B1 (en) * 2013-01-16 2017-05-16 Chemled Technologies, LLC Self-locking atomic emission laser with an intracavity atomic plasma as the resonance line seeder
CN103337783B (zh) * 2013-07-19 2015-07-08 北京信息科技大学 一种利用短腔光纤激光器的输出纵模测量温度的方法
US8804787B1 (en) * 2013-08-13 2014-08-12 Gooch And Housego Plc Narrow linewidth semiconductor laser
EP2905851B1 (en) * 2014-02-05 2022-04-06 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical lasing device and method for generating a lasing mode in such device
KR101582614B1 (ko) * 2014-05-16 2016-01-05 전자부품연구원 레이저 모듈 제작방법 및 레이저 모듈 패키지
US9554491B1 (en) 2014-07-01 2017-01-24 Google Inc. Cooling a data center
US9377596B2 (en) * 2014-07-22 2016-06-28 Unimicron Technology Corp. Optical-electro circuit board, optical component and manufacturing method thereof
JP6454576B2 (ja) * 2015-03-25 2019-01-16 日本オクラロ株式会社 光送信モジュール
JP5895091B1 (ja) * 2015-09-01 2016-03-30 株式会社フジクラ 光モジュール
JP2017059661A (ja) * 2015-09-16 2017-03-23 ウシオ電機株式会社 外部共振器型レーザ装置
KR101885782B1 (ko) 2015-09-25 2018-08-08 (주)엠이엘텔레콤 파장가변 광송신기
US12076162B2 (en) * 2016-07-06 2024-09-03 Chemimage Corporation Systems and methods for detecting edema by fusing hyperspectral and visible image
US10365448B2 (en) * 2017-12-15 2019-07-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical module having two lens system and monitor photodiode between two lenses
JP6836043B2 (ja) * 2019-07-26 2021-02-24 株式会社金門光波 ファイバーレーザー装置
US11848541B2 (en) 2020-12-15 2023-12-19 Ii-Vi Delaware, Inc. Spectral beam combiner with independent wavelength stabilization
US11848539B2 (en) * 2021-02-18 2023-12-19 Ioptis Corp. Narrow linewidth semiconductor laser device
CN114927928A (zh) * 2022-06-02 2022-08-19 刘婷婷 一种用于激光稳频系统的控温f-p标准具

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62298194A (ja) * 1986-06-18 1987-12-25 Fujitsu Ltd レ−ザ発光装置
JPS63183A (ja) * 1986-06-19 1988-01-05 Fujitsu Ltd レ−ザ発光装置
JPH0897516A (ja) * 1994-09-22 1996-04-12 Ando Electric Co Ltd 波長安定化外部共振器型ｌｄ光源
KR100322691B1 (ko) * 1995-01-27 2002-05-13 윤종용 제2고조파발생장치
IL118209A0 (en) 1996-05-09 1998-02-08 Yeda Res & Dev Active electro-optical wavelength-selective mirrors and active electro-optic wavelength-selective filters
US6205159B1 (en) * 1997-06-23 2001-03-20 Newport Corporation Discrete wavelength liquid crystal tuned external cavity diode laser
JP2000012955A (ja) 1998-06-19 2000-01-14 Yokogawa Electric Corp 自己注入同期型半導体レーザ
DE19827699A1 (de) * 1998-06-22 1999-12-23 Siemens Ag Wellenlängenstabilisierte Laseranordnung
US6526071B1 (en) * 1998-10-16 2003-02-25 New Focus, Inc. Tunable laser transmitter with internal wavelength grid generators
US6879619B1 (en) 1999-07-27 2005-04-12 Intel Corporation Method and apparatus for filtering an optical beam
JP2002014257A (ja) * 2000-06-30 2002-01-18 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザモジュール
SE520213C2 (sv) * 2000-12-07 2003-06-10 Radians Innova Ab Anordning och metod för minskning av spontanemission från externkavitetslasrar.
JP3794552B2 (ja) * 2001-03-09 2006-07-05 古河電気工業株式会社 光モジュール、光送信器及び光モジュールの製造方法
US6724797B2 (en) * 2001-07-06 2004-04-20 Intel Corporation External cavity laser with selective thermal control
JP4066665B2 (ja) * 2002-02-08 2008-03-26 住友電気工業株式会社 パラレル送受信モジュール
US6763047B2 (en) 2002-06-15 2004-07-13 Intel Corporation External cavity laser apparatus and methods
US20060193354A1 (en) * 2003-02-05 2006-08-31 Yehuda Rosenblatt External Cavity Tunable Laser and Control
US7224504B2 (en) * 2003-07-30 2007-05-29 Asml Holding N. V. Deformable mirror using piezoelectric actuators formed as an integrated circuit and method of use

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102946053B (zh) * 2012-11-22 2015-11-25 西安炬光科技股份有限公司 医疗美容用半导体激光器模块
CN102946053A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 西安炬光科技有限公司 医疗美容用半导体激光器模块
CN102961185A (zh) * 2012-11-22 2013-03-13 西安炬光科技有限公司 激光医疗美容用半导体激光器系统
CN102961185B (zh) * 2012-11-22 2015-09-30 西安炬光科技有限公司 激光医疗美容用半导体激光器系统
CN102940529A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 西安炬光科技有限公司 一种用于激光医疗美容的半导体激光器系统
CN102946052A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 西安炬光科技有限公司 激光医疗美容用的半导体激光器模块
CN104285344A (zh) * 2013-03-26 2015-01-14 光速株式会社 可制作小型的可变波长激光装置
CN104285344B (zh) * 2013-03-26 2017-10-31 光速株式会社 可制作小型的可变波长激光装置
WO2016015262A1 (zh) * 2014-07-30 2016-02-04 华为技术有限公司 可调谐光器件、光网络单元及无源光网络系统
CN111641106A (zh) * 2014-09-19 2020-09-08 Highyag激光技术公司 二极管激光器
CN106159672A (zh) * 2016-08-30 2016-11-23 中国科学院半导体研究所 基于光纤透镜与光栅集成的窄线宽外腔激光器结构
WO2020042484A1 (zh) * 2018-08-28 2020-03-05 武汉电信器件有限公司 双载波集成光器件及光电模块
US11675149B2 (en) 2018-08-28 2023-06-13 Wuhan Telecommunication Devices Co., Ltd Dual-carrier integrated optical device and photoelectric module
CN112397995A (zh) * 2019-08-02 2021-02-23 苏州旭创科技有限公司 一种窄线宽固定波长激光器及光模块
CN110611242A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 微源光子(深圳)科技有限公司 一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器

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JP5031561B2 (ja) 2012-09-19
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DE602004030166D1 (de) 2010-12-30
US8483247B2 (en) 2013-07-09
WO2006002663A1 (en) 2006-01-12
ATE542277T1 (de) 2012-02-15
CA2571699A1 (en) 2006-01-12
US20080298402A1 (en) 2008-12-04
JP2008504701A (ja) 2008-02-14

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