NO316148B1 - Bolgeleder-laserkilde - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en Bragg-gitter optisk bølgeleder-laserkilde omfattende to eller flere Bragg-gitre i en bølgeleder dopet med sjeldne jordarter og en optisk pumpekilde koplet til nevnte dopede fiber.

I bølgelengdemultipleksede (WDM) telekommunikasjonssystemer så vel som i WDM sensorsystemer er det et behov for bølgelengdeselekterbare og/eller avstembare smalbåndete laserkilder. I fremtidige tettpakkede WDM (DWDM) telekommunikasjonssystemer og nettverk synes multibølgelengde lasersendermoduler og bølgelengdeselekterbare lasere meget fordelaktige både som reservelasere i multibølgelengde lasersendermoduler og som bølgelengdesvitsjbare kilder for bølgelengderutmg/svitsjing i optiske nettverk. Den første anvendelsen krever typisk bølgelengdeavstemmmg over et stort område slik at en avstembar laser kan være en reserve for mange fast innstilte bølgelengdekilder, men krever normalt ikke særlig hurtig avstemming Den siste anvendelsen krever hurtig bølgelengdesvitsjing, typisk <lms Fremtidige DWDM-systemer vil ha et stort antall bølgelengdekanaler med veldig liten kanalseparasjon (50GHz eller mindre) Dette krever meget god kontroll av laserbølgelengden kombinert med robust enkeltmodus operasjon for laseren med smal linjebredde (mindre enn noen MHz) I tillegg bør de avstembare laserne gi bred avstemming (>40nm) kombinert med høy effekt (>20mW) Det er flere avstembare flerseksjons-halvlederlasere under utvikling som er rettet mot de ovenfor nevnte anvendelsene

[1] Disse flerseksjons-laserene er imidlertid kompliserte, med krav til opp til 4 forskjellige nødvendige strømmer for kontroll av både bølgelengde og effekt og sikre enkeltmodus operasjon uten modushopping og er vanskelig å lage med både høy effekt og bred avstemming En bølgelengdeselekterbar enkeltmoduslaser uten modushopping med høy SMSR kan frembringes ved å kombinere flere halvleder DFB-laserresonatorer med forskjellige bølgelengder på en enkelt brikke i en lineær forsterkningskoplet [2] eller en parallell indekskoplet [3] DFB-rekke, med separate drivstrømmer slik at bare en laser ad gangen er pumpet og oscillerer Alle laserresonatorer kan samtidig være temperaturavstemt. Eksakt bølgelengdekontroll av slike lasere krever bølgelengdelåser

DFB-fiberlasere, som beskrevet i referansene [4] og [5] er et annet fordelaktig alternativ for avstembare enkeltmoduslasere med nøyaktig bølgelengde uten modushopping, som synes å kunne tilfredsstille de ovenfor nevnte kravene. US-patentet nr. 5,771,251 (referanse [5]) beskriver en DFB-fiberlaser består typisk av et faseskiftet fiber Bragg-gitter (FBG) innskrevet i en optisk fiber dopet med sjeldne jordarter (for eksempel erbium), som tilveiebringer laseroperasjon ved en bølgelengde bestemt av gitteret [4],[5] når den blir pumpet av en halvleder pumpelaser Med et optisk faseskift på <t>=n/2 ved midten av gitteret er fasebetmgelsen av n<*>2n (der n er et heltall) for gangen frem og tilbake i laserresonatoren tilfredsstilt ved senterbølgelengden (Braggbølgelengden) for gitteret, og gir den laveste laserterskelen Forstemming av faseskiftet bort fra optimalverdien på n/2 øker terskelen og forhindrer muligens laseroperasjon [4], [5]. Bølgelengden for en DFB-fiberlaser kan innstilles med stor nøyaktighet og repeterbarhet ved innskrivingen av gitteret, og med riktig termisk utbaking forblir bølgelengden stabil over tid DFB-fiberlasere opererer av seg selv i to polarisasjoner, men enkeltpolarisasjonsoperasjon kan oppnås for eksempel ved å lage et gitter med forskjellig styrke for de to polarisasjonstilstandene. Temperaturfølsomheten for laserbølgelengden er en størrelsesorden lavere enn for en halvleder DFB-laser, noe som lemper på kravene til temperaturstabiliserxng Bølgelengden for en DFB-fiberlaser kan avstemmes kontinuerlig uten modushopping ved jevnt fordelt strekk/kompresjon og/eller temperaturavstemming av hele laserresonatoren [6], [7]. Slik mekanisk eller termisk avstemming er relativt sen (typisk > 0 ls) Avstemmingsområdet med temperatur er typisk <l-2nm på grunn av den lave temperaturfølsomheten Strekk/kompresjon-avstemming tillater avstemming typisk over 5-15nm, hovedsaklig begrenset av den mekaniske påliteligheten til fiberen. God kontroll med strekk/kompresjon og temperatur kan frembringe meget nøyaktig bølgelengdekontroll uten behov tilbakekoplet regulering og bølgelengdelåser. Det skal bemerkes at DFB-fiberlasere ikke kan moduleres direkte ved telekommunikasjonshastigheter grunnet det sene forsterkningsmediet, og krever eksterne modulatorer

En bølgelengdeselekterbar fiberlaser har blitt demonstrert som benytter en laserresonator omfattende en bredt avstembart, filterbasert reflektor kombinert med en rekke FBG-reflektorer [8] Et bølgelengdeselekterbart fiberlasersystem kan også frembringes ved å pumpe flere lasere med forskjellige bølgelengder med en optisk pumpekilde, der laseroperasjon ved en bølgelengde om gangen kan oppnås ved å benytte en optisk svitsj mellom pumpekilden og fiberlaserne [9].

Kontinuerlig bølgelengdesveipete lasere med smal lmjebredde og uten modushopping er fordelaktige for høyoppløselig, rask spektralkarakterisering av bølgelengdeavhengige optiske komponenter som for eksempel FBG-filtre

Formålet med den foreliggende redegjørelse er å frembringe en optisk bølgelederlaserkilde med en enkelt longitudinal modus som kan utføre rask bølgelengdesvitsjing mellom to eller flere bølgelengder, med svitsjetider <lms. Et annet formål er å frembringe en robust optisk bølgelederlaserkilde med en enkelt longitudinal modus som ikke har modushopping som kan innstilles til en hvilken som helst bølgelengde innen et bredt bølgelengdeområde, som bare krever to innstillingsparametere

Et tredje formål er å frembringe en laser med smal

lmjebredde (<lMHz) som kan bli kontinuerlig

bølgelengdesveipet for å måle de spektrale egenskapene til bølgelengdeavhengige optiske komponenter ved en hvilken som helst bølgelengde over et bredt bølgelengdeområde.

Et fjerde formål er å frembringe en laserkilde som kan gi laseroperasjon ved flere enn en bølgelengde med kontroll av antallet laserbølgelengder og der disse bølgelengdene kan avstemmes kontinuerlig

Oppfinnelsens formål oppnås med en optisk bølgeleder-laserkilde som er kjennetegnet ved at den omfatter minst to helt, delvis eller ikke-overlappende Bragg-gitre som befinner seg i den samme optiske bølgelederen Hvert gitter definerer en laser i den samme optiske bølgelederen dopet med sjeldne jordarter En optisk pumpekilde er koplet til nevnte dopede bølgeleder De minst to Bragg-gitre har forskjellig gitterbølgelengde og gitterfaseskift med forskjellig verdi Laserkilden omfatter også første aktivermgsmidler for kontrollert påtrykk av endringer i gitterfaseskiftene slik at verdien til optisk faseskift endres for dermed å aktivere eller deaktivere de korresponderende Bragg-gitter laserne

I en utførelsesform i henhold til oppfinnelsen er gitterfaseskiftene plassert i en felles posisjon i bølgelederen og de første aktivenngsmidlene er plassert ved nevnte felles posisjon for gitterfaseskiftene for kontrollert påtrykk av endringer i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift for derved å aktivere eller deaktivere de korresponderende Bragg-gitter bølgeleder laserne I en første foretrukket versjon av denne utførelsesformen er de første aktivenngsmidlene forsynt med midler for å endre temperaturen lokalt ved posisjonen for de nevnte gitterfaseskiftene, for derved å gi en kontrollert endring i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift I en andre foretrukket variant av denne utførelsesformen er de første aktivenngsmidlene forsynt med midler til å frembringe strekk eller kompresjon av bølgelederen, og derved en kontrollert endring i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift I en ytterligere tredje foretrukket versjon av denne utførelsesformen er de første aktivenngsmidlene forsynt med midler for å endre brytningsindeksen i bølgelederen, og derved en kontrollert endring i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift

I en annen foretrukket utførelsesform i henhold til oppfinnelsen er verdien for de enkelte gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift forskjellige, slik at bare en laser til enhver tid har et totalt optisk faseskift som oppnår betingelsene for låsing

I nok en annen foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er Bragg-gitrene overlagt i den samme bølgelederlengden, er skrevet separat eller som et komplekst samplet gitter med en indeksprofil lik summen av to eller flere individuelle gitre

I enda en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er Bragg-gitrene adskilt eller delvis overlappende og gitrene har adskilte romlige posisjoner for gitterfase-skiftene Hvert gitter er utstyrt med adskilte aktivermgsmidler, som derved gir midler til individuell aktivering av hvert gitter.

I nok enda en foretrukket utførelsesform omfatter oppfinnelsen også andre aktiveringsmidler for kontrollert påtrykk av endringer i minst et gitter og den korresponderende gitterbølgelengde I en foretrukket versjon av denne utførelses formen omfatter oppfinnelsen andre aktivenngsmidlene som omfatter bølgelengdeaktiveringsmidler som er felles for to eller flere Bragg-gitre I en første variant av denne foretrukne versjonen av oppfinnelsen er de andre aktivenngsmidlene er forsynt med midler for å endre temperaturen i gitrene, derved frembringende en kontrollert endring i gitterbølgelengdene I en andre foretrukket er de andre aktivenngsmidlene forsynt med midler for å endre spenningen eller kompresjonen i gitteret, derved frembringende en kontrollert endring i gitterbølgelengden

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen som omfatter andre aktiveringsmidler er disse andre aktivenngsmidlene tilpasset for å frembringe et bølgelengdesveip ved kontinuerlig å endre spenningen/kompresjonen eller temperaturen i gitrene

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen overvåkes utgangen fra laseren ved hjelp av analysemidler De første aktivenngsmidlene er da koplet til nevnte analysemidler

I nok en utførelsesform av oppfinnelsen som omfatter andre aktiveringsmidler korresponderer gitterbølgelengdene til valgte bølgelengder i et optisk kommunikasjonsnettverk, og de nevnte andre aktiveringsmidler for gitterfaseskiftene gir et middel til å skifte mellom de nevnte bølgelengder.

Oppfinnelsens formål oppnås også i en anvendelse av en bølgelder-laserkilde som belysningskilde ved spektral karakterisering av en optisk komponent I anvendelsen er bølgeleder-laserkilden kjennetegnet ved at den omfatter minst to helt, delvis eller ikke-overlappende Bragg-gitre som befinner seg i den samme optiske bølgelederen Hvert gitter definerer en laser i den samme optiske bølgelederen dopet med sjeldne jordarter En optisk pumpekilde er koplet til nevnte dopede bølgeleder De minst to Bragg-gitre har forskjellig gitterbølgelengde og gitterfaseskift med forskjellig verdi Laserkilden omfatter også første aktiveringsmidler for kontrollert påtrykk av endringer i gitterfaseskiftene slik at verdien til optisk faseskift endres for dermed å aktivere eller deaktivere de korresponderende Bragg-gitter laserne I nevnte anvendelse er bølgeleder-laserkilden videre kjennetegnet ved at den også omfatter andre aktiveringsmidler for kontrollert påtrykk av endringer i minst et gitter og den ko rre sponde re nde gitte rbø1ge1engde

Formålene kan oppnås ved å anbringe flere helt/delvis romlig overlappende optiske DFB-bølgelederlasere i den samme bølgelederen dopet med sjeldne jordarter med forskjellig gitterperiode og forskjellig faseskift, pumpet av en eller flere pumpekilder, som typisk er halvlederlasere. DFB-lasergitre kan skrives oppå hverandre (en etter en), eller som et komplekst samplet gitter med en indeksprofil lik summen av de enkelte lasergitrene Alle laserne har den samme faseskiftposisjonen, men har forskjellige induserte senterfaseskift <p0i (i = 1*2, n, der n er antallet lasere) slik at bare en laser om gangen har et optimalt totalt faseskift 4> = n/2 ± 5tp der 26cp er f aseskif tområdet som frembringer akseptable laserbetingelser De enkelte laserne kan skrus på ved å endre faseskiftet for den spesielle laseren med en kontrollert størrelse <p Endringen i faseskiftet kan introduseres ved lokale varmeelementer eller PZT-strekkelementer, eller ved lokalt induserte endringer i brytningsindeksen (ved for eksempel bruk av en elektrooptisk aktiv polet fiber). I en foretrukket utførelsesform har alle laserne som er lagt oppå hverandre samme faseskiftposisjon i fiberen, men har forskjellige egne faseskift, slik at for et gitt indusert faseskift oscillerer bare en laser om gangen, med et totalt faseskift på <J> = n/2 ± 5cp, mens de andre laserne har faseskift utenfor dette området, og dermed for høye terskelnivåer for å gi laseroperasjon. Typisk, men ikke nødvendigvis, er forskjellen i bølgelengde for topp refleksjon for Bragg-gitrene, heretter kalt Bragg-bølgelengden, mellom de enkelte DFB-fiberlaserne så stor at refleksjonsspektrene assosiert med de enkelte laserne ikke overlapper spektralt. Endring av faseskiftet tillater så svitsjing mellom laserbølgelengder separert typisk av separasjonen mellom Bragg-bølgelengdene for de enkelte lasergitrene Hurtigheten for denne svitsjingen vil være begrenset i) av hvor hurtig det riktige faseskiftet kan bli introdusert i kjernen av den optiske bølgelederen, og 11) ved laserresonator levetiden, som typisk er 0.1-lus Ved å la laserbølgelengdene være lik utvalgte ITU bølgelengdekanaler, kan hurtig svitsjing mellom ITU bølgelengdekanaler bli realisert

I en andre utførelsesform har faseskiftene for de enkelte DFB-laserne forskjellige posisjoner med individuell kontroll av fasen (for eksempel med varme- eller strekkelementer) slik at hver laser kan skrus på/av individuelt Dette kan gi laseroperasjon ved en eller flere bølgelengder samtidig.

Formålene kan også oppnås ved å anbringe lkke-overlappende eller delvis overlappende optiske DFB-bølgelederlasere med forskjellige gitterperioder, enten innskrevet i den samme fiberen eller i atskilte optiske bølgeledere, der faseskiftene for hver laser kan avstemmes/svitsjes uavhengig for å skru laserne på/av uavhengig

Hver laserbølgelengde kan avstemmes kontinuerlig ved strekk/kompresjon (eller oppvarming/kjøling) i laseren, noe som muliggjør avstemming over typisk AÅ=5-15nm Ved kombinering av avstemmingsområdene for de enkelte laserne med bølgelengdeseparasjon AA oppnås avstemming over m<*>AA, der m er antallet av optiske DFB bølgelederlasere, der typisk bare en laser opererer om gangen En viktig fordel med denne tilnærmingsmåten er at alle laserne kan strekkes/trykkes samtidig ved å bruke de samme aktivenngsmidlene, noe som reduserer volum og kompleksitet for den kombinerte laserrekken For å dekke et bredest mulig avstemmingsområde kan man ha enten et stort antall (m) lasere, eller man kan lage laserne med en stor bølgelengdeseparasjon AA, forutsatt realiserbar mekanisk avstemming over bølgelengdeområdet AA.

Laserbølgelengden kan avstemmes til en hvilken som helst* bølgelengde innen det totale avstemmingsområdet ved å kontrollere bare to parametere, strekk/kompresjon for laserresonatoren og det induserte faseskiftet. Dette krever måling av temperaturen for laseren slik at det induserte strekket/trykket kan kompensere for temperaturinduserte endringer i bølgelengden Alternativt kan passiv, mekanisk temperaturkompensenng bli benyttet til å eliminere temperaturinduserte bølgelengdeforandringer.

Alternativt kan laseren(e) opereres i bølgelengdesveipet modus for spektralkarakterisering av optiske komponenter ved å benytte en detektor for å måle det reflekterte eller transmitterte effektspektret for den optiske komponenten I det siste tilfellet vil normalt bare bølgelengdeområdet tilsvarende en av laserne bli dekket av gangen med kontinuerlig bølgelengdesveiping. Det kombinerte bølgelengdeområdet m<*>AA kan dekkes ved først å gjøre et sveip med bare den første laseren på, så det andre sveipet med bare den andre laseren på, og så videre Flere bølgelengdeområder kan dekkes samtidig ved å operere flere lasere i på-modus samtidig og adskille bølgelengdesveipene med en bølgelengdedemultiplekser med separate detektorer ved utgangen

Laserbølgelengden kan kontrolleres før start av de enkelte laserne enten ved å måle strekket/trykket med en kapasitiv posisjonssensor og temperaturen med en temperatursensor, eller alternativt ved å måle den kombinerte effekten av strekket/trykket og temperaturen med en FBG

sensor innpreget i den strekte/trykte optiske

bølgeleder seks;] onen [norsk patentsøknad 1999.5485]

Faseskiftet for hver laser kan innstilles til riktig

størrelse ved å introdusere en forhåndsdefinert lokal økning i brytningsindeksen og/eller strekket i senter av gitteret, eller alternativt ved avstemming av faseskiftet for å maksimalisere utgangseffekten ved å benytte en

tilbakekoplingssløyfe

Oppfinnelsen vil bli beskrevet i detalj i det følgende med henvisning til de vedføyde tegningene som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Fig 1 viser tre overlappende DFB-fiberlasere som har same

faseskiftposisjon men forskjellige faseskift

Fig. 2 illustrerer skjematisk bølgelengdespektret for tre overlappende DFB-fiberlasere som har same faseskiftposisjon, med avstemming av det induserte sentrale faseskiftet <p kombinert med avstemming ved hjelp av strekk/kompresjon, og med bare én laser ad gangen i laseroperasjon. Fig 3 illustrerer skjematisk refleksjonsspektret for tre overlappende optiske DFB-bølgelederlasere som har same faseskiftposisjon, med forskjellige faseskift Fig 4 viser den beregnede utgangseffekten fra fem overlappende Er<3+->dopede optiske DFB-bølgelederlasere med 5nm bølgelengdeseparasjon som en funksjon av det induserte sentrale faseskiftet <p, der bare én laser ad gangen er i laseroperasjon Fig 5 viser tre delvis overlappende optiske DFB-bølgelederlasere med atskilte faseskiftposisjoner og felles avstemming ved strekk/kompresjon. Fig 6A illustrerer skjematisk bølgelengdespekteret til tre delvis overlappende optiske DFB-bølgelederlasere som har adskilte faseskiftposisjoner, med avstemming av faseskiftene kombinert med strekk/kompresjon avstemming, og med bare en laser i laseroperasjon ad gangen Fig 6B illustrerer skjematisk bølgelengdespekteret for tre delvis overlappende optiske DFB-bølgelederlasere, med atskilte faseskiftposisjoner, med avstemming av faseskiftene slik at én til tre lasere ad gangen er i laseroperasjon. Fig 7 viser tre serielt multipleksede (enkeltvis eller overlappende) optiske DFB-bølgelederlasere langs den samme fiberen med individuell kontroll av faseskiftene og av strekk/kompresjon Fig 8A viser tre parallelt multipleksede (enkeltvis eller overlappende) optiske DFB-bølgelederlasere langs den samme optiske bølgelederen med individuell kontroll av faseskiftene og felles kontroll av strekk/kompresjon Fig 8B viser tre parallelt multipleksede (enkeltvis eller overlappende) optiske DFB-bølgelederlasere i atskilte optiske bølgeledere med individuell kontroll av faseskiftet og felles kontroll av strekk/kompresjon Fig. 9A and B illustrerer skjematisk bølgelengdeavstemmings-operasjonen for en rekke av bølgelengdesveipete optiske DFB-bølgelederlasere (overlappende eller separate).

I det følgende vil bølgelederen, vist i figuren, refereres til som en optisk fiber, men det er klart at oppfinnelsen også kan anvendes for bølgeledere av andre typer, slik som for eksempel planare optiske bølgeledere

Fig. 1 viser n overlappende DFB-fiberlasere 1 med forskjellige Bragg-bølgelengder i en fiber dopet med sjeldne jordarter, som kan være enten en erbium eller erbium-ytterbium dopet fiber, som er pumpet av en optisk pumpekilde, typisk en halvlederlaser, gjennom en mngangsende 2 og emitterer enkeltmodus, en-bølgelengde laserlys ved utgangsenden 3 og også fra enden 2 Laserne er typisk laget asymmetriske slik at mesteparten av laserlyset emitteres fra en ende Dette er standard teknikk og vil ikke bli beskrevet mer i flere detaljer her.

Laserne har den samme faseskiftposisjonen men forskjellige egne (UV-mduserte) faseskift. Med utgangen fra enden 3 kan restpumpelyset bli benyttet til å pumpe en forsterkende fiber (for eksempel erbium) for å øke effekten for laseren Alle lasergitre har forskjellige faseskift ved den samme posisjonen i fiberen, med verdier slik at ingen eller bare en laser er i laseroperasjon ved pumping. Faseskiftet ved senteret kan endres ved hjelp av en første actuator, her kalt faseskiftaktiveringsmidlene, for eksempel omfattende et lokalt varmeelement eller strekkelement 4, som kan avstemmes elektrisk slik at det totale fase-skiftet er riktig for en hvilken som helst av de enkelte laserne, men bare for én laser ad gangen Dette tillater svitsjing av bølgelengden mellom de forskjellige Bragg-bølgelengdene for de overlappende DFB-fiberlaserne Alle laser (Bragg) bølgelengdene kan avstemmes samtidig ved strekk eller trykk av hele lasergitteret, for eksempel ved å feste hver ende av laseren ved festepunkter 5,6 og flytte 6 mekanisk med et andre aktiveringsmiddel, for denne tekstens formål kalt bølgelengdeaktiveringsmidler Bølgelengdeaktiveringsmidlene kan være en trmn-motor, en piezoelektrisk transduser eller en magnetkraft-transduser

Faseskiftaktiveringsmidlene kan også være av andre typer enn de som er nevnt ovenfor, for eksempel midler til å endre brytningsindeksen for fiberen.

Slik avstemming gir kontinuerlig, avstemming av de enkelte laserne uten modushopping slik at en hvilken som

helst bølgelengde innen det kombinerte avstemmingsområdet til laserne kan oppnås, som illustrert i Fig 2 for tilfellet med tre overlappende DFB-fiberlasere, der bare én laser ad gangen er i laseroperasjon ved kontroll av det sentrale faseskiftet

<t> Nøyaktig innstilling av bølgelengden kan tilveiebringes ved å endre bølgelengdeaktiveringsmidlenes kraft på fiberen

og måling av strekk og temperatur. Det totale avstemmingsområdet R dermed er summen av de tre illustrerte områdene. Et større antall lasere kan selvfølgelig også anvendes

Fig 3 illustrerer skjematisk refleksjonsspektrene for tre overlappende DFB-fiberlasere med forskjellige Bragg-bølgelengder ABi (der i er nummeret for laseren) og lkke-overlappende spektra Laserne har samme faseskiftposisjon, men forskjellige induserte sentrale faseskift cp, slik at bare én laser ad gangen har optimalt totalt faseskift <t>

=n/2 ± 5<p, der 26<p er faseskiftområdet som gir akseptable laserbetingelser Når <t=n/2 har refleksjonsspekteret en skarp dip i (resonans) ved Bragg(senter)bølgelengden. Når <D er forstemt fra n/2 flytter den spisse dempningen seg vekk fra Bragg-bølgelengden, og laserterskelen øker slik at laseroperasjon muligens ikke oppnås. Fig 4 viser den beregnede utgangseffekten P i mW fra fem fullt overlappende Er<3+->dopede DFB-fibre som en funksjon av det induserte sentrale faseskiftet cp, der bare én laser ad gangen er i laseroperasjon Forskjellen i Bragg-bølgelengde mellom de enkelte laserne er 5nm Forskjellen i det første faseskiftet <p0 mellom de enkelte laserne er 72° (=360°/5) Laserlengden er 10cm og fiberens småsignalabsorpsjon og forsterkning ved laserbølgelengden er henholdsvis 12dB/m og 16dB/m Gitterets koplmgsstyrke k = n6neff/A for hver laser er 55m<-1>, tilsvarende en effektiv indeksmodulasjon 6neff for hver laser på 2 75<*>10"<5>, mens terskelkoplmgsstyrken er 47.Sm"<1>. Den maksimale indeks-modulasjonenen for 5 overlappende lasere er 5<*>5neff = 1.4<*>10~<4> Dersom de overlappende DFB-laserne kan strekkes eller trykkes med 0.5%, svarende til en forandring på 6nm i Bragg-bølgelengden, kan et totalt avstemmingsområde på 30nm oppnås Fig 5 viser tre delvis overlappende DFB-fiberlasere 7 med forskjellige Bragg-bølgelengder i en fiber dopet med sjeldne jordarter som er pumpet av en optisk pumpekilde gjennom en inngangsende 8 og emitterer laserlys ved en utgangsende 9 og også ved enden 8 Alle lasergitrene har forskjellige faseskift ved forskjellige posisjoner langs fiberen Faseskiftene for de individuelle laserne kan endres ved hjelp av lokale oppvarmings- eller strekkelementer 10,11/12, som kan avstemmes elektrisk slik at det totale faseskiftet er riktig for en hvilken som helst av de enkelte laserne og slik at én eller flere lasere ad gangen kan være i laseroperasjon Alle laser(Bragg)bølgelengdene kan avstemmes samtidig ved å strekke eller trykke hele lasergitteret, for eksempel ved å feste hver ende av laseren ved festepunkter 13,14 og flytte 14 mekanisk med bølgelengde-aktiveringsmidlene Denne laserkonflgurasjonen kan gi avstembar operasjon ved en enkelt bølgelengde, som illustrert i Fig. 6A, som illustrerer bølgelengdesveipet med henholdsvis første, andre og tredje faseskiftaktiveringsmidler Al, A2, A3, i operasjon, eller multlbølgelengdeoperasjon som lllustert i Fig 6B, ved separat kontroll av alle varme-/strekkelementene enkeltvis og dermed bruke

faseskiftaktiveringsmidlene A1,A2,A3 for separat aktivering av laserne ved de forskjellige bølgelengdene.

Fig 7 illustrerer tre serielt multipleksede, lkke-overlappende DFB-lasere 15,16,17 med forskjellige Bragg-bølgelengder i en fiber dopet med sjeldne jordarter, som er pumpet av en optisk pumpekilde gjennom en inngangsende 18 og emitterer laserlys ved en utgangsende 19 og også fra enden 18.

Hver DFB-fiberlaser 15,16,17 kan i prisippet være en serie av overlappende lasere, som illustrert i Fig 1 Hver laser har individuell kontroll av faseskiftet ved hjelp av lokale varme-/strekkelementer 20,21,22 som kan avstemmes elektrisk slik at det totale faseskiftet er riktig for en hvilken som helst av de enkelte laserne og slik at en eller flere av laserne ad gangen kan være i laseroperasjon Derved tilveiebringes multlbølgelengdeoperasjon i én enkelt fiber Alle laserbølgelengdene kan avstemmes uavhengig ved å strekke eller trykke laserne, for eksempel ved å feste hver ende av laserne 15,16,17, henholdsvis ved festepunkter 23-24,25-26,27-28, og flytte 24,26,28 mekanisk med et bølgelengde-aktiveringsmiddel Fig 8A illustrerer tre serielt multipleksede, ikke-overlappende DFB-fiberlasere 15,16,17 med forskjellige Bragg-bølgelengder i en fiber dopet med sjeldne jordarter, som er pumpet av en optisk pumpekilde gjennom en inngangsende 18 og emitterer laserlys ved utgangsenden 19 og også fra enden 18 Hver DFB-fiberlaser 15,16,17 kan i prinsippet være en serie med overlappende lasere, som illustrert i fig. 1 Hver laser har individuell kontroll av faseskiftet ved lokale varme-/strekkelementer 20,21,22 som kan avstemmes elektrisk slik at det totale faseskiftet er riktig for en hvilken som helst av de enkelte laserne og slik at én eller flere av laserne ad gangen kan være i laseroperasjon. Derved tilveiebringes multibølgelengde-operasjon i én enkelt fiber Alle laserbølgelengdene kan avstemmes kontinuerlig samtidig ved å strekke eller trykke alle laserne med de samme bølgelengde-aktiveringsmidlene, der alle laserne er festet ved hver ende til festestykker 29,30 og flytte 30 mekanisk med aktivenngsmidlene Fig 8B illustrerer tre parallelle DFB-fiberlasere 15,16,17 med forskjellig Bragg-bølgelengder i separate fibre dopet med sjeldne jordarter, som er pumpet av en felles optisk pumpekilde via en optisk svitsj eller stråledeler, eller av separate pumpekilder, gjennom mngangsendene 31,32,33 og emitterer laserlys ved utgangsendene 34,35,36, og også fra endene 31,32,33 Utgangslaserlyset fra de forskjellige fibrene kan være koplet sammen i en fiber ved hjelp av en kopler eller bølgelengdemultiplekser Hver DFB-fiberlaser 15,16,17 kan i prinsippet være en sene av overlappende lasere, som illustrert i Fig 1 Hver laser har individuell kontroll av faseskiftet ved help av lokale varme-/strekkelementer 20,21,22, som kan avstemmes elektrisk slik at det totale faseskiftet er riktig for en hvilken som helst av de enkelte laserne og slik at én eller flere lasere ad gangen kan være i laseroperasjon Alle laserbølgelengdene kan avstemmes samtidig ved å strekke eller trykke alle laserne med de samme aktivenngsmidlene der alle laserne er festet i hver ende til festestykker 29,30, og flytte 30 mekanisk med bølgelengdeaktiveringsmidlene Fig 9 illustrerer skjematisk bølgelengdeavstemmings-operasjonen for en rekke av bølgelengdesveipete DFB-fiberlasere (overlappende eller separate) med tre lasere Fig 9A illustrerer fiberstrekket for hver laser som funksjon av tid og Fig 9B illustrerer den resulterende utgangsbølgelengden i samme tidsskala, der de skyggede områdene representerer overlapping mellom to lasere Det kombinerte bølgelengdeområdet m<*>AA (m - 3) kan dekkes ved å gjøre det første sveipet med bare den første laseren på, det andre sveipet med bare den andre laseren på, det tredje sveipet med bare den tredje laseren på, og så videre Normalt vil de enkelte avstemmingsområdene ha et visst overlapp, som illustrert i figuren Avstemmingen vil innen hvert avstemmingsområde være kontinuerlig og uten modus-hopping, mens det vil forekomme noe hopping mellom hvert avstemmingsområde. Dette er normalt akseptabelt ved karakterisering av passive, smalbåndete DWDM-komponenter

Referanser

[1] Amman, M -C , og Buus, J., Tunable Laser Diodes, Artech

House, London, 1998.

[2] Hong, J., m fl , "Cascaded strongly gam-coupled (SGC) DFB lasers with 15-nm contmuously-wavelength tuning," IEEE Photon Technol. Lett., Vol 11, s 1214-1216, 1999

[3] Young, MG., m. fl., "Six wavelength laser array with integrated amplifier and modulator," Electron. Lett., Vol 31, s 1835-1836, 1995.

[4] Kringlebotn, J. T , Archambault, J -L , Reekie, L , og Payne, D N, "Er3+. Yb3+-codoped fibre distributed-feedback * * laser," Optics Letters, Vol. 19, s. 2101-2104, 1994

[5] Kringlebotn, J T., m fl., US patent 5,771,251

[6] Ball, G , og Morey, W W., Opt Lett , Vol. 17, s. 420-422, 1992

[7] Kringlebotn, J T., US patent 5,844,927.

[8] Libatique, N J C. og Jain, R K., "Precisely and rapidly wavelength-switchable narrow-linewidth 1.5-um laser source for wavelength division multiplexing applications," IEEE Photon Technol. Lett , Vol 11, s 1584-1586, 1999.

[9] Conradi, J , US patent 6,061,369

Claims (16)

1 Optisk bølgeleder-laserkilde karakterisert ved at den omfatter minst to helt, delvis eller ikke-overlappende Bragg-gitre 15,16, 17 i den samme optiske bølgelederen, der hvert gitter definerer en laser i den samme optiske bølgelederen dopet med sjeldne jordarter og en optisk pumpekilde koplet 18 til nevnte dopede bølgeleder, der nevnte minst to Bragg-gitre har forskjellig gitterbølgelengde og gitterfaseskift med forskjellig verdi, der laserkilden videre omfatter første aktiveringsmidler 20,21,22 for kontrollert påtrykk av endringer i gitterfaseskiftene slik at verdien til optisk faseskift endres for dermed å aktivere eller deaktivere de korresponderende Bragg-gitter laserne

2 Laserkilde ifølge krav 1 , karakterisert ved at gitterfaseskiftene er plassert i en felles posisjon i bølgelederen og de første aktivenngsmidlene er plassert ved nevnte felles posisjon for gitterfaseskiftene for kontrollert påtrykk av endringer i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift for derved å aktivere eller deaktivere de korresponderende Bragg-gitter bølgeleder laserne

3 Laserkilde ifølge krav 2, karakterisert ved at de første aktivenngsmidlene er forsynt med midler for å endre temperaturen lokalt ved posisjonen for de nevnte gitterfaseskiftene, for derved å gi en kontrollert endring i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift

4 Laserkilde ifølge krav 2, karakterisert ved at de første aktivenngsmidlene er forsynt med midler til å frembringe strekk eller kompresjon av bølgelederen, og derved en kontrollert endring i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift

5 Laserkilde ifølge krav 2, karakterisert ved at de første aktivenngsmidlene er forsynt med midler for å endre brytningsindeksen i bølgelederen, og derved en kontrollert endring i gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift

6 Laserkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at verdien for de enkelte gitterfaseskiftene og dermed resulterende endring i de optiske faseskift er forskjellige, slik at bare en laser til enhver tid har et totalt optisk faseskift som oppnår betingelsene for låsing

7 Laserkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at Bragg-gitrene er overlagt i den samme bølgelederlengden, er skrevet separat eller som et komplekst samplet gitter med en indeksprofil lik summen av to eller flere individuelle gitre

8 Laserkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at Bragg-gitrene er adskilt eller delvis overlappende, der gitrene har adskilte romlige posisjoner for gitterfase-skiftene og hvert gitter er utstyrt med adskilte aktiveringsmidler, som derved gir midler til individuell aktivering av hvert gitter

9 Laserkilde ifølge krav 1, karakterisert ved videre å omfatte andre aktiveringsmidler 5,6 for kontrollert påtrykk av endringer i minst et gitter og den korresponderende gitterbølgelengde

10 Laserkilde ifølge krav 9, karakterisert ved at de andre aktivenngsmidlene omfatter bølgelengdeaktivenngsmidler som er felles for to eller flere Bragg-gitre

11 Laserkilde ifølge krav 10, karakterisert ved at de andre aktivenngsmidlene er forsynt med midler for å endre temperaturen i gitrene, derved frembringende en kontrollert endring i gitterbølgelengdene

12 Laserkilde ifølge krav 10, karakterisert ved at de andre aktivenngsmidlene er forsynt med midler for å endre spenningen eller kompresjonen i gitteret, derved frembringende en kontrollert endring i gitterbølgelengden

13 Laserkilde ifølge krav 9, karakterisert ved at de andre aktivenngsmidlene er tilpasset for å frembringe et bølgelengdesveip ved kontinuerlig å endre spenningen/kompresjonen eller temperaturen i gitrene

14 Laserkilde ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangen fra laseren overvåkes ved hjelp av analysemidler og der de første aktivenngsmidlene er koplet til nevnte analysemidler

15 Laserkilde ifølge krav 9, karakterisert ved at gitterbølgelengdene korresponderer til valgte bølgelengder i et optisk kommunikasjonsnettverk, og der nevnte andre aktiveringsmidler for gitterfaseskiftene gir et middel til å skifte mellom de nevnte bølgelengder

16 Anvendelse av en laserkilde ifølge krav 9 som belysningskilde ved spektral karakterisering av en optiske komponent