TW201224624A - Wavelength-tunable laser source apparatus, laser system and method for adjusting laser source wavelength - Google Patents

Description

201224624 六、發明說明： 【發明所屬之技術領威】 本揭露係有關於波長可調型雷射源裝置’特別係有關 於一種具有法布里-拍羅二極體之波長可調型雷射源裝置。 【先前技術】 隨著光傳輸技術的發展’光纖傳输在傳輸速率/傳輸距 離和抗干擾能力上的優勢，使光傳輸技術得到了越來越廣 泛的應用。一般而言，光纖通訊系統的光源為法布里-拍羅 二極體（Fabry-Perot Laser Diode，FP-LD)，其中法布里羅 二極體係使用法布里-珀羅二干擾原理而產生光源。然而， 目前以法布里-珀羅二極體作為快速波長可調系統的光源 之旁模壓抑比（Side Mode Suppression Ration ; SMSR)不 佳其功率也不穩定。因此，極需一種具有高旁模壓抑比 和穩定功率的裝置和系統，來作為光纖通訊的光源。 【發明内容】 有鐵於此，本揭露提供—種、、由且 包括：笙 #、奴供種，皮長可调型雷射源裝置 -王6雄_ ―、第二法布里-珀羅二極體，第一、第二法右 帶通请Γ 者輪出一光源注入另-者；-可， 調整诜沉· ，’隹〜極體之間，用以趑土 复2所欲之波長模態；以及-光¥哭】 將先 :中第-、第二法布里，羅二極* ° 帛以耦合光满 ，合器形成一增益共振腔，並：：式帶通渡波器 肱的光作為一雷射源。 +耦合器輪出增益共 201224624 本揭露亦提供一種雷射系統，包括：一波長可調型雷 射源陣列，包括複數波長可調型雷射源裝置，用以輸出複 數雷射源，其中雷射源具有不同的中心波長，每一波長可 调型雷射源裝置包括：第-、第二法布里_拍羅二極體，第 第一法布里白羅二極體中之每一者輸出一光源注入另 一者；一可調式帶通濾波器，耦接於法布里-珀羅二極體之 間，用以將光源調整成所欲之波長模態；以及一光耦合器， 用以耦合光源，以及輸出一雷射源；其中第一、第二法布 里-雖羅二極體、可調式帶通濾、波器和光轉合器形成一增益 振i，一光切換器，耦接波長可調型雷射源陣列，用以 接收雷射源，以便選擇性地輸出f射源；以及—控制器， ，接至波長可調型雷射轉列，以便控制雷射源之波長模 態0 、 本揭露亦提供-種雷射源波長調變方法，包括：將一 =布里羅二極體所輸出的光，藉 波器，注入至-第二法布里爺二 羅二極體所輸出的光’藉由光叙合器和可調 =慮波…入至第一法布里羅二極體，使得第 二法布里责羅二極體、可調式帶通遽波器和光輕人 〜二雷增益隸腔；以輸出增益餘㈣的光，料 他目的、特徵、和優點能更 詳細說明如下：+ χ例’亚配合所附圖式，作 201224624 【實施方式】 ^ ’ 本揭露為光纖通訊之波長可調式雷射源，利用多輸出 模態的法布里_珀羅二極體（Fabry-Per〇t Laser Diode, FP-LD) §作内。卩✓主入式的光源及增益共振腔之反射元件來達成波 長了凋型雷射源的架構，以達到高旁模廢抑比和穩定功率 的目的。 第1圖係本揭露之具有法布里-珀羅二極體之波長可調 型雷射源裝置之—實施例。如圖所示，波長可調型雷射源 裝置11包括二法布里-珀羅二極體12與13、一可調式帶通 濾波器（Tunable Bandpass Filter，TBF)14 和一光耦合器 (Optical C〇upler，0CP)15。舉例來說，法布里_轴羅二極體 12與13各別輸出一光源注入另一者，即法布里-珀羅二極 體12輸出光源注入至法布里羅二極豸13，而法布里_ 珀羅一極體13亦輸出光源注入至法布里-珀羅二極體12。 可调式帶通濾波器14耦接於法布里-珀羅二極體12與13 之間，用以將光源調整成所欲之波長模態，而光耦合器Μ 用以耦合上述光源。在此實施例中，光源在法布里-珀羅二 極體12與13、可調式帶通濾波器14和光轉合器15間來 回反射，並藉由法布里-珀羅二極體12與13的增益介質將 所選取的波長模態加強。因此，法布里_珀羅二極體12與 U、可調式帶通濾波器14和光耦合器15形成—增益共振 腔，並且光耦合器15輸出增益共振腔的光作為—雷射源 17:在此實施例中，光耦合器15可以是1χ2及刈：/光 耦合益，在某些實施例中光耦合器15亦可以是另外—種型 態的光耦合器，舉例來說，2χ2光耦合器或4χ2光耦合器， 6 201224624 彳不限於此。本揭露實施例之增益共振腔使用内部注 的光源’因^增益共振腔為—㈣注人式共振腔。 在某些貝％例中，波長可調型雷射源裝置u更包括— =控制器㈣arizatiGn CGn福ler，pc)]6，具有—第—端 =:ΐΤ5羅二極體13之輸出端，以及-第二端轉接 盥π所^山之輪入端，用以控制法布里4羅二極體12 ”所輸出的光源之偏振狀態。當布里-站羅二極體13盘 通濾'波器14的距離报遠時，使用偏光控制器；6 =法布里·_二極體12與13所輸出的光源維持在穩定 =2’，本揭露之法布里，羅二極體12之複數輸出 ^之-不思圖，第2b圖係本揭露 3之複數輸出模態之一示意圖。如圖所示，法布里：體 ，體12與—13具有複數輸出模態，而中心波長相同（互^ 十己甘’並一且母一輸出模態間具有固定模距(Mode spacing)。 ’、些貝知例中’法布里-珀羅二極體12與13亦可中心波 長不同，只須特定輸出模態㈣。 反 所-第！：係本揭露之增益共振腔之-示意圖。如第3圖 和羅二極體12與13、可調式帶通濾波器14 琴14 ^取\；^〜繪出）形成增益共振腔。可調式，帶通濾波 二㈣羅二極體12與13的輸出模態之1 法布里r!)為雷射源17之波長模態。在某些實施例中， 35〜45%，德：—極冑12與13的前端面反射率約為 ° ®反射率約為99%，但不Ρ艮於此。增益共振 201224624 腔利用法布里-珀羅二極體12與13的後端面將光反射回 去，並藉由法布里-珀羅二極體12與13的增益介質將所選 取的輸出模態（即波長模態）增強，以增加旁模壓抑比（Side

Mode Suppression Ration，SMSR)。 第4圖係本揭露之波長可調型雷射源裝置所輸出之雷 射源之一波形圖。本揭露實施例之雷射源17可依使用者需 求調變波長模態，雷射源17之波長模態的調變間距(Tuning step)係由法布里-珀羅二極體12與13的固定模距所決定 (例如固定模距為1.4nm，但不限於此）。詳細而言，如第2 圖所示，法布里-珀羅二極體12與13具有複數輸出模態， 藉由可調式帶通濾波器14用以將複數輸出模態之一個輸 出模態通過，其餘的輸出模態不予通過，因此雷射源17之 波長模態僅為複數輸出模態之一者，使得可調式帶通濾波 器14所能調變的調變間距為輸出模態的固定模距（即為輸 出模態的間距）。如第4圖所示，雷射源17的波長模態可 凋麦的範圍從1528.6nm至1562.6nm，但並不限於此。第4 圖僅繪出雷射源17的5個波長模態，以供說明之用，但實 際上雷射源17具有5個以上的波長模態。 第5圖係本揭露之波長可調型雷射源裝置所輸出之雷 射源之波長、功率和旁模壓抑比之間的關係圖·。如第5 = 所不’功率越南料模壓抑比越高，功率越低則旁模壓抑 比越低’因此功率與旁模壓抑比係成正相關。如第5所示， 與法布mu二極體的中心波長較遠的波長模態具有較 低的功率與旁模壓抑比，使得旁模壓抑比最佳的範圍（例如 201224624 45dB以上）則在波長約為1535nm至1555nm的範圍之間（即 中心波長 1545.6nm±10nm)。 第6圖係本揭露之雷射系統之一實施例。如圖所示， 雷射系統61包括一波長可調型雷射源陣列62、一光切換 器63和一控制器64。波長可調型雷射源陣列62用以輸出 複數雷射源，其中上述雷射源具有不同的中心波長。光切 換器63耦接波長可調型雷射源陣列62,用以接收雷射源， 以便選擇性地輸出上述雷射源。控制器64耦接至波長可調 型雷射源陣列62 ’以便控制雷射源之波長模態。 波長可調型雷射源陣列62包括n個波長可調型雷射源 裝置Ml、M2、M3、Μ4至Μη，每個波長可調型雷射源裝 置Ml〜Μη可以是如第1圖所示之波長可調型雷射源裝置 11。波長可s周型雷射源裝置Ml〜Μη具有不同的中心波長， 使得在雷射系統61所輸出的雷射源範圍之旁模壓抑比係 最為佳值（例如大於45dB)。舉例來說，若η等於3並且波 長可調型雷射源裝置M2的中心波長為1545 6nm，其旁模 壓抑比最佳的範圍（例如45dB以上）在1545 6nm±1〇nm，則 波長可調型雷射源裝置M1肖M3可各別選用中心波長為 1525.6nm與l565.6nm的法布里_珀羅二極體，因此波長可 調型雷射職置Ml與M3的旁模壓抑比最佳的範圍（例如 45dB 以上）各別為 1525.6nm±lGnm 和 i565.6nm±lGnm，使 得雷射系統61的波長模態可調範圍從15156nm至 15 7 5 · 6 n m ’並且在這個範圍内的旁模壓抑比皆為最佳值（例 如45dB以上）。由於波長可調型雷射源裝置μ卜可以 201224624 調變雷射源的波長模態，使得具有波長可調型雷射 62之雷射糸統61亦為波長可調型雷射系統。雷射系統μ ，用波長可調型㈣源陣列62的好處在於可以克服 磨抑比與功率不佳的缺陷，也可克服單一法布里_、 體輸出模態的限制，以便擴大波長可調的範圍。、 第7圖係本揭露之雷射源波長調變方法之—流程 如圖所示，雷射源波長調變方法包括下列步驟。 由光it:=將法布里’羅二極體12所輸出的光，藉 由光耦合盗15和可調式帶通濾波器14，注入至法 羅二極體η。於步驟S72，將法布里_關二極體13所輸 出的光’藉由灿合H 15和可調式帶·波器14，注入 至法布里-轴羅二極體12，使得於步驟S73冑，法布里·拍 羅二極體12與13、可調式帶通遽波器14和光搞合器μ

形，成增益共振腔。於步驟S74，藉由可調式帶通濾波器W 選取輸出模態之-者為雷射源17之波長模態。於步驟 S75，輸出增益共振腔内的光作為雷射源I?。 第8圖係本揭露之波長可調型雷射源裝置所輸出之雷 射源之波長、功率和時間之間的關係圖。如圖所示，在如 分鐘内，雷射源17的波長模態很穩定地維持在1544.7nm， 功率也維持在_5.3dBm,因此本揭露之波長可調型雷射源裝 置11與雷射系統61所輸出的雷射源具有高穩定性。 练合以上所述，本揭露之波長可調型雷射源裝置Η和 雷射系統61具有高旁模壓抑比和高功率穩定性，並且法布 里-珀羅二極體相當低廉，因此可直接應用於光通訊網路 201224624 (例如波分複用器（Wavelength Division Multiplexing ’ WDM )或分時多工器（time-division multiplexing, TDM))作 為光源。 雖然本發明以較佳實施例揭露如上，但並非用以限制 本發明。此外，習知技藝者應能知悉本發明申請專利範圍 應被寬廣地認定以涵括本發明所有實施例及其變型。 201224624 * 【圖式簡單說明】 ’ 第1圖係'本揭露之具有法布里-ί白羅二極體之波長可調 型雷射源裝置之一實施例。 ^第2a圖係本揭露之法布里-珀羅二極體12之複數輪出 模態之一示意圖。 第2b圖係本揭露之法布里_珀羅二極體13之複數輸出 模態之一示意圖。 第3圖係本揭露之增益共振腔之一示意圖。 第4圖係本揭露之波長可調型雷射源裝置所輸出之雷 射源之一波形圖。 第5圖係本揭露之波長可調型雷射源裝置所輸出之雷 射源之波長、功率和旁模壓抑比之間的關係圖。 第6圖係本揭露之雷射系統之一實施例。 第7圖係本揭露之雷射源波長調變方法之一流程圖。 第8圖係本揭露之波長可調型雷射源裝置所輸出之雷 射源之波長、功率和時間之間的關係圖。 【主要元件符號說明】 1卜ΝΠ、M2、M3、M4、Μη :波長可調型雷射源裝置； 12、13 :法布里羅二極體； 14 :可調式帶通濾波器； 15 :光耦合器； 16 :偏光控制器； 17 :雷射源； λ 1 :波長； 201224624

61 :雷射系統； 62 :波長可調型雷射源陣列； 63 :光切換器； 64 :控制器； S71〜S75 :步驟。 13

Claims (1)

1. 201224624 七、申請專利範圍： 一種波長可調型雷射源裝置，包括·· 里ϊό第r :弟—法布里’羅二極體，上述第-、第二法布 里部二極體中之每-者輸出-光源注入另一者； 之問，周式，通m，純於上述法布n羅二極體 b、，以將上述㈣調整成所欲之波長模態丨以及 光耦合益’用以耦合上述光源，其中上述第一、第 二體、上述可調式帶通濾、波11和上述光轉 二H增益共振腔’並且上述光轉合器輸出上述增益 八振腔的光作為一雷射源。 ϋ巾料利範圍第丨項所狀波長可姻雷射源裝 ’/、中上f第-H布里·_二極體具有複數輸出 、九、，並且每二輸出模態間具有一固定模距。 3·如中睛專利範圍帛2項所述之波長可調型雷射源裝 ，其中上述可調式帶通濾波器選取上述輸出模態之—者 為上述雷射源之波長模態。 4.如申晴專利範圍第3項所述之波長可調型雷射源裝 5，其中上述雷射源之波長模態的調變間距係由上述固定 4果距所決定。

   5. 如申請專利範圍第丨項所述之波長可調型雷射源妒 其中上述增益共振腔為一内部注入式共振腔。 又 6. 如申請專利範圍第】項所述之波長可調型雷射源庐 其中上述光耦合器為一 50 : 50光耦合器。 、 7. 如申請專利範圍第丨項所述之波長可調型雷射源裝 14 .201224624 上述:==器，用以控制上述光源之偏振狀態，使得 上述先源維持在穩定狀態。 便侍 置，彳^丨項所述之波長可調型雷射源裝 ，、中上述弟-法布里-珀羅二極上 知羅二極體的中心波長相同。 弟法布里· 9.一種雷射系統，包括：

   :波長可調型雷射源陣列，包括複數波長可調型雷射 用4出稷數雷射源，其中上述雷射源具有不同 的中：波長’每一上述波長可調型雷射源裝置包括： 弟-、第二法布里-珀羅二極體’上述第一、第二法布 说羅二極體中之每―者輸出-光源注人另-者； 可調式▼通渡波器’輕接於上述法布里_拍羅二極體 之間’用以將上述光源調整成所欲之波長模態；以及 一光麵合器，用以编合上述光源，以及輸出—雷射源； 其中上述第一、第二法布里_珀羅二極體、上述可調式 L濾波器和上述光耦合器形成一增益共振腔； 一光切換器，耦接上述波長可調型雷射源陣列，用以 接收上述雷射源’以便選擇性地輸出上述雷射源；以及 一控制器，耦接至上述波長可調型雷射源陣列，以便 控制上述雷射源之波長模態。 1 〇.如申明專利範圍第9項所述之雷射系統，其中上述 第一、第二法布里-珀羅二極體具有複數輸出模態，並且每 二輸出模態間具有一固定模距。 11.如申請專利範圍第10項所述之雷射系統，其中上述 15 201224624 Si:遽波器選取上述輸出模態之-者為上述雷射源 12.如中請專利範圍第】〗項所述之雷射系統，其中上述 μ ’源之波長模態的調變間距係由上賴定模距所決定。 如申响專利範圍第1 〇項所述之雷射系統，其中每一 士 =長可調型雷射源裝置更包括-偏光控制器:、用以控 制上述光源之偏振狀態，使得上述光_持在穩定狀態。 申請專利範圍第1G項所述之雷射系統，其中上述 射系、.先和上述波長可調型雷射源裝置係應用在光纖通訊 15.如中凊專利範圍帛1()摘述之雷射系統，其中上述 光麵合器為—5〇 : 5()光耗合器。 16·如中凊專利範圍第1〇項所述之雷射系統，其中上述 法布里_賴二極體與第二法布里_絲二極體 波長相同。 17.一種雷射源波長調變方法，包括： 人„將第一法布里-珀羅二極體所輸出的光，藉由一光耦 ::和一可調式帶通濾波器’注入至-第二法布里，羅二 古/lt述第二法布里，羅二極體所輸出的光，藉由上述 σ器和上述可調式帶通濾波器，注入至上述第一法布 里青羅二極體，使得上述第一、第二法布里，羅二極體、 日广可°周式▼通慮波器和上述光麵合器形成-增益共振 201224624 輸出上述增益共振腔内的光，作為—雷射源。 =口申請專利範圍第17項所述之雷射源波長調變方 模能 ⑽―、第二法布m極體具有複數輸出 、心，亚且母二輸出模態間具有一固定模距。 法，=申請專利範㈣18項所述之雷射源波長調變方 之-^括錯由上述可調式帶通濾波11選取上述輸出模態 為上述雷射源之波長模態。 法，2:如中請專·圍第19項所述之雷射料長調變方 ，八中上述雷射源之波長模態的調變間距係 拉距所決定。