TW536860B - Bandwidth enhanced self-injection locked DFB laser with narrow linewidth - Google Patents

Description

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本發明係有關於-種自注射鎖定技術，用以加強分散 =饋半導體雷射之調制頻寬。將同時地降低其諸波失真及 線寬。 五、發明說明（1) 發明領域 發明背景： 光電光束成型技術可以應用於相位陣列之光學控制， 例如空間基礎雷達。一種顯示大範圍的調制頻寬及少許的 諧，失真的小巧型、直接調制的光電傳送器於此應用中令 人高度嚮往。 、 分散回饋（DFB)雷射係關於通訊網路與光纖基礎的RF 光電系統之關鍵零組件。然而，可應用的商業DFB雷射之 頻寬係充分的少於10 GHz，無法滿足近來應用上的需要。 改善頻寬充分超越1 〇 GHz之一個方法係使用外部光學注射 技術L像是J· Wang與G· Ybre理論預測以及X· j· Meng實 ，示範的。Meng已經報告頻寬以一因子3· 7加強，並且減 的二次譜波失真。他們亦於其實驗中觀察發現，

線見乍化和失真結果一樣減少。參考χ· j· Meng， IEEE

Trans· Microwave Theory & Technique, vol. 47， no· 7， PP 1172-1176(1999)。 然而’習知技術需要使用一外部雷射（例如藍寶石雷 ^) ’其被調制於分散回饋雷射之5-25 GHz範圍内，以便 實現性能增益。外部雷射體積龐大且增加費用。進一步， 對於/主射鎖定使用兩種物理區別雷射（例如主雷射與次雷

五 、發明說明（2) 射）達成其最佳條 >(丰，舌+ / 度變化。 ^ 更各易受環境干擾而惡化，例如溫 固的^ Ϊ ^之自注射鎖定技術提供降低成本的優點，且鲁 等人揭ί成小巧的體積。更重要地，它提供了X. j. Mene· =露的外部注射技術所無法克服的溫度穩定。心 Γΐίϊ定Γ::饋雷射克服更多與環境干擾有關的二: =叱改善。根據先前的雙雷射技術，對於注射比例月匕 ’主f射與次雷射^的差動頻率穩定必須保持於七 伴V:轉換成兩雷射之間的波長差〜〇.128 nm。為了稃定 兩不同物理雷射之間的波長差，必須使用精心設:二 ，路，以便控制可決定雷射波長的物理參U巧 =例中，&等參數為主雷射與次雷射内的主動匯合處的溫 =發明之自注射方法於發射器設計中 =射的缺點。此外’此發明方法接通 輸出’並且具有外部調節以便飄移接通信號頻 經濾波後，此頻率飄移信號係, 注射鎖定。 現係用以貝現此分散回饋雷射之 發明之概述

於本發明之第一種型態 分散回饋雷射系統。此雷身于 的分散回饋雷射；耦接於分 制器’用以產生兩種載波抑 ，，提供一種具有自注射鎖定 系統包括具有雷射輪出頻率WQ 散雷射之輸出端的頻率飄移調 制之側波段，此調制器藉由RF

536860 五 發明說明（3) ___ 信號以頻率Wm驅動；偶接於調制器之 以便將兩側波段之一抑制或濾波，且留端的一濾波器， 波段；以及一光路徑，將濾波器之輪=另—未衰減的側 雷射用以注射鎖定。 出、偶接至分散回饋 於本發明之另一種型態中，提供 射之調制波段寬度。此方法包括，接，，升分散回饋雷 射之輪出端；飄移接通的輸出端之頻刀政回饋半導體雷 出的頻率飄移回饋入分散回饋半導體♦斯以及將輸出端輸 本發明之另一種型態，提供一種輪入端。 射系統，此雷射系統包括具有以頻率…、:自二射鎖定的雷 射；-光學端，於此端提供部份雷射；：為：射輸出的雷 接於此端，此調制器產生兩側波段 制;^周制器，偶 以頻率'驅動；偶接於調制器輸出的濟波周制益错由RF信號 個載波抑制侧波段其中—個的輸出，且留从便濾除兩 侧波段；以及-光路徑，將滤波器 :匕未衰減的 饋雷射用以注射鎖定。 Κ、偶接至分散回 本發明之另一種型態，提供一且 射系統，此系統包括具有Μ ^ ^ A、自〉主射鎖定的雷 -光學端’於此端提供部份雷射輸出制的：=; 此端，藉由RF信號以頻率Wm驅動，以便產生頻j‘，+偶接於 兩個侧波段；偶接於調制器輸出的滤波器，。-^的 W。± wm的兩個侧波段之至少复中一 抑制頻率 滤波器之輸出端偶接至分散回饋雷射用以注一射光鎖路2查。’將

536860 五、發明說明（4) 發明之詳細說明 1據本發0月’例如顯示於第i圖中❸自注射系統，係 用=>匈汰使用體積龐大且昂貴的外部雷射之需要。一分散 ^貝jFB )半導體雷射係藉由參考符號1 0所描述。除了分 ί!二f射之其他種型式的雷射亦可以使用，其提·供單〆 ^ ^。例如，一DBR雷射亦可以取代DFB雷射10而使 射係較佳的選擇，因為其輕易可於商場中購 :& 1 射般具有一段尾巴，以便輕易地將雷射的輸 出鈿10-2經由光學阻隔器12連接於光纖光學融合耦合器 阳隐H Ϊ雷射的輸出端"―1連接於-濾波器18。此光學 阻隔裔1 2最好用以消降爽白 棘 ιλ^^+1Λλα 均除來自口饋反射之不需要的雷射輸出 進入运射1 0的腔室。朵输本與▲臨Γ) η γ η 至尤、截先干系見2 0係最佳用於連接第1圖 Γ:Γ雷由:技:將增值，因為來自 4r ^ ^90 ^ ^ ^由王間中仃進，當其相對於上述光纖 九学、％ Ζϋ之内部時，豆Φ忠蚩 HI + A 具中先盡可能需要使用鏡面表面導 引’以及品要使用光東分本哭八 鏡實施例中，自光纖2。於此揭露的光纖光學 骆亦白白、、tf 耦合裔14之輸出端的其中一個， 、 ' 田射系統的一輸出2 2提供元件戋使用木菸 之雷射光的系統。 货凡忏次便用本發明 DFB雷射輸出的一部份，藉 閉，並且經由一端14—2 m九子耦口為14關 處，例如一聲光（A0)調頻ί飄移調制器16之輪人 移少於5 GHz頻率，_^AW :電（Ε0)調制器。為了偏 bAW式的聲光調制哭1 β腺、戈qΛ 假若w。與^分別為頻率飄 w 1 6將滿足硌要。 千諷移凋制為1 6的光學與RF調制頻

1012-4733-PF(N);ahddub.ptd 第7頁 W6860 五、發明說明（5) 率丄來自A0調制器輪 經由其調制光束之牯砝婊私=/反权U。± ^)其中一個可 調制器具有限制2 方向而被選擇。然而，目前A0 5 GH7 /限制於〜5 GHz的波段寬度。為?Α0 b GHz，另一種方 ϋ a 土 諷移頻率高於 代替第1圖中描述的射調制器16,係最佳 或光電⑽)調制器:自:主射"射糸統之頻率飄移聲光⑽ 藉由光纖光學耦合器1 4關閉的能量強碎# 於此系統中的特殊雷射1 0的注射需要，且^以符合應用 與雷射；主制·@ιηι 且亦說明1¾合 ;射，主射糕⑺-1之間的光學元件之耗損。對於；：益14 =射端1Η可為具有雷射輸出端1〇~2的端：ί ;;射 益可用以分離來自注射信號的雷射輸出^其中循環 根據另一種具有馬赫詹達的實施例，= :;’(參”2圖)處於相當於^電壓值的偏壓。“器 (Vrf-VnSln(Wmt))施加於此調制器，產生兩側波段二唬 〇,，一般具有載波抑制（參考第3圖）。此外，於 16,之輸出端16’ -2的電場藉由以下等式表示.；°。制盗 K0 =令· · W _ sin( oyi) · sin〇〆） =~ ·^ · (c〇s(^ - ω^ί + cos(^ + ayjt) 注意，此兩個光學側波段藉由2Wm分離。進一 + 偏移的此等側波段將非常穩定。更具體地，此頻率^ 。 穩定性與精雜藉由微波合成器之相位雜訊驅 = 器16’決定。㈣如，1G GHz合成器之相位雜訊可電调制 波的i"Hz頻率偏移般的-15“叫小。假若對於=

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^需要的偏移頻率為15 GHz，兩光學側波段之間的間隔 最杯。側波段之—藉由濾波器18抑制或濾除，濾波器 ι6_2為一布拉格光纖光栅（BFG)，其偶接於調制器輸出端 - 、1 6 —2。一般BFG濾波器之頻譜停止波段寬度小於〇. 圓^ :於頻率範疇（λ〜1 550 nm)中相當於〜12. 5 GHz。第4 古二=丄位於加州Mal ibu的LLC的HRL研究室製造的MG濾 也:、牙透頻譜。布拉格光纖光柵濾波器可輕易地從其他 可相f Ϊ Γ8抑制調制器16之兩側波段之一個（此滤波器 全抑波段之—個通過），結果，調制器16並未完 載波。ΐ i 因此濾波器亦進一步儘可能抑制或濾除此 皮器18;然而，亦可使用其他種類的遽 淚波哭1 3 。。士渡波器於某些實施例中係非常有用的 :的;:户”；ί J18最好為可以抑制不需要的側波段至相 ;波写二：：ΐ的側波段亦不可以注射鎖定此雷射10。 哀減而離開，或者即使被衰減， 論使用的側波段未被抑制或某心。不 波段應被抑制至少低於使用的：的：+需要的側 ，雷射的注射鎖定特：:向波 最好抑制上側波段’就是具有較高頻率的部：

五 發明說明（7) 如第4圖中所顯示的 ，步 的特殊量測儀器的解析’貝譜—寬度0 · 11 nm受限於用於測試 nm。因此，光學側波段&。實際的頻譜寬度最好小於〇· 1 除。與第一間隔〜〇工η之可使用中間具有BFG濾波器濾 BFG濾波器。此外，此=的第二側波段將沒有衰減的通過 相對端1〇-1，以便庐彳曰+一側波段可被回饋至DFB雷射10的 雖然本發明已二=鎖定。 限定本發明，任何熟習二揭露如上，然其並非用以 神和範圍β，當可作更動鱼：者’在不脫離本發明之精 當視後附之申請專利範二=者=本發明之保護範圍

1012-4733-PF(N);ahddub.ptd 第10頁 536m 圖式簡單說明 第1 f係一自注射雷射系統的概要圖式，· 第2圖係 ''馬赫詹達調制器之概要圖式； 重側波 透光譜 第3圖係描述利用光電調制器產生載波抑制雙 段之作用的圖式；以及 第4圖係量測布拉格光纖光柵（BFG )濾波器之身 的圖式。 符號説明： 1 〇-1〜輸出端； 1 2〜光學阻偏器； 1 6〜調制器； 16-1、16’-1〜輸入端 1 8〜濾波器； 2 2〜輸出部位。 1〇〜DFB雷射； 1 0-2〜輸出端； 14~光纖光學轉合· 1 6 ’〜馬赫詹達調制器 16-2、16’ -2〜輪出端 2 0〜光纖光學變；

1012-4733-PF(N);ahddub.ptd 第11頁

Claims (1)

1. 536860 六、申請專利範圍 1. 一種具有自注射鎖定的雷射系統，該雷射系統包 括· (a ) —單一頻率雷射，具有一雷射輸出端用以發射頻 率w。的雷射光； (b) —調制器，偶接於上述雷射之輸出端，用以產生 兩側波段，此調制器藉由頻率wm的RF信號驅動； (c ) 一濾波器，偶接於調制器之輸出端，用以抑制或 通過兩側波段之一個；以及 (d) —光路徑，將濾波器之輸出端偶接至雷射用以注 射鎖定。 2. 如申請專利範圍第1項所述的具有自注射鎖定的雷 射系統，其中上述調制器經由一光學耦合器偶接於上述雷 射，藉此該調制器接收部份的雷射輸出。 3. 如申請專利範圍第2項所述的具有自注射鎖定的雷 射系統，其中該調制器係一馬赫詹達調制器。 4. 如申請專利範圍第2項所述的具有自注射鎖定的雷 射系統，其中該調制器係一聲光調制器。 5. 如申請專利範圍第2項所述的具有自注射鎖定的雷 射系統，其中該調制器係一光電調制器。 6. 如申請專利範圍第1項所述的具有自注射鎖定的雷 射系統，其中該濾波器抑制兩側波段之一個且留下大體未 被衰減的另一側波段。 7. 如申請專利範圍第1項所述的具有自注射鎖定的雷 射系統，其中該雷射係一分散回饋雷射。

   1012-4733-PF(N);ahddub.ptd 第12頁 W6860 ”、申請專利範圍 — 射Λ如項所述的具有自注射鎖定的雷 八中4调制為產生載波抑制側波段。 射系統如rc第1項所述的具有自注射鎖定的雷 /、中Μ濾波裔抑制藉由調制器產生的任 射A 範圍第1項所述的具有自注射鎖H n其中該“ϋ係-布拉格光纖光柵。㈣ 該分散回一饋種雷提射升且分：回，雷射之調制波段寬度的方法， 端，該方喿作頻率且具有一輸出端與一輸入 /万法包括下列步驟： 接將來自分散回饋雷射的輸出接通，且藉此定義一 接通先學信號； 心我 (2)飄移接通光學信號之頻率，且藉此定義一飄移 干b唬；以及 端。（c)將飄移的光學信號回饋入分散回饋雷射之輸入 矣\2·、如申請專利範圍第11項所述的方法，其中使用一 ^。聲波（SAW)元件，以便飄移上述接通光學信號的頻 與^ ·如申明專利範圍第1 1項所述的方法，其中使用一 "干凋制器兀件，以便飄移上述接通光學信號的頻率。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述的方法，其中上述調 制器係-馬赫詹達調制器。、 ， 1 5 ·如申凊專利範圍第1 3項所述的方法，其中上述飄 移步驟包括抑制不需要的頻率、。

   第13頁 1012-4733-PF(N)；ahddub.ptd ——----- 六、申請專利範圍 1 6 ·如申請專利範囹势 布拉格光纖光栅，以便牛項所述的/法’其中使用一 17. 如申請專利二進第:步抑制不:巧 述飄移光學信號進入_ 項所述、法，其中回饋上 率。 進輪入端之步驟包括抑制不需要的頻 18. 如申請專利範圍第n 布拉格光纖光•，以便抑制上述不需要的頻率其。中使用一 括：19. 一種具有自注射鎖定的雷射系統，該雷射系統包 (a) —雷射’具有頻率％的雷射輸出； (b) —光學端，於該端提供部份的上 (C) -調制器，輕接於上述端，該調制； 波段，乱兮纲也丨q市彳為產生兩個側 該凋制态藉由頻率wm iRF信號驅動； (d) 濾波器，耦接於上述調制器之輸出端，用以物 制上述兩個侧油以+ # a / 用以^抑 利上4田1LM則波#又之其中一個，並且留下大 另一個側波段；以及 散哀减的 (e) —光路徑，將濾波器之輸出端偶接至雷 射鎖定。 』用从/王 其中上 其中上 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述的雷射系統 述調制器產生兩個載波抑制側波。 21 ·如申請專利範圍第1 9項所述的雷射系統 述濾波器係一布拉格光纖光柵。 1明号刊乾圍第1 9項所迷的W射系統，其中藉 由連接一光學耦合器，提供上述光學端接收上述雷射輸曰 2 2 ·如申請專利範圍第1 9項所述的雷射系統

   1012-4733-PF(N)；ahddub.ptd 第14頁 536860

   出。 述嘴1上如丄請專利範圍第23項所述的雷射系統，其中上= D 1為產生上述w。± Wm的信號，作為—載波抑制信號。 5·π如申請專利範圍第23項所述的雷射系統，其中上 周制器產生w。土 \的信號，作為具有一載波與該兩側波 &的^號’並且其中該濾波器抑制該載波及該兩個側波段 之其中' *個。 供部份的上述雷射：的出：出；-光學端，於該端提 率'的RF信號驅動以出產：：：器，輕接於該端，藉由頻 器，轉接至上述調'的側波段；-遽波 其中一個通過或抑L以u兩個側波段信號〇 '的 偶接至雷射用以注射鎖：!先路徑，將遽波器之輸出端

   1012-4733-PF(N);ahddub.ptd 第15頁 1 6.如申請專利範圍第2 3項所述的雷射系統，其中上 述光路徑包括至少一光纖光學纜。 2 7 ·如申請專利範圍第2 3項所述的雷射系統，其中上 述濾波器係一布拉格光纖光柵。 2 8 ·如申請專利範圍第2 3項所述的雷射系統，其中上 述光路徑包括一自由空間部位。