專利名稱：寬范圍外腔可調(diào)諧激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，特別是用于光通信技術(shù)領(lǐng)域DWDM系統(tǒng)的可調(diào)諧激光器。
背景技術(shù)：
隨著電信業(yè)務的飛速發(fā)展和網(wǎng)絡的逐步普及，人們對帶寬的需求越來越大，由于光纖傳輸具有豐富的帶寬資源，從而使得以光纖傳輸為平臺的密集波分復用(DWDM)技術(shù)迅猛發(fā)展以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的帶寬需求。目前的DWDM系統(tǒng)發(fā)射機部分主要是采用固定波長的半導體激光器，一個復用波長對應一個相應發(fā)射波長的激光器，如果考慮到網(wǎng)絡保護的需要，則一個復用波長將對應多個相應波長的激光器，這無疑會使系統(tǒng)的體積增大，成本增加，設備利用率降低。隨著光纖中傳輸?shù)男畔⒘颗c日俱增，密集波分復用信道密度進一步提高，器件的使用數(shù)目會成倍增加，這為系統(tǒng)降低成本，增加可靠性設置了巨大的障礙；而且網(wǎng)絡發(fā)展的智能化需要也對半導體激光器等DWDM相關(guān)器件提出了更高的要求。DWDM技術(shù)的飛速發(fā)展迫切需要找到一種更好的器件取代現(xiàn)在的一個波長對應多個激光器的結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧激光器的出現(xiàn)便是一種很好的選擇。現(xiàn)在的可調(diào)諧激光器技術(shù)主要采用基于體光柵的外腔可調(diào)技術(shù)和集成化的分布布拉格反射(DBR)、取樣光柵DBR(SG-DBR)、光柵同向耦合與抽樣反射(GCSR)等內(nèi)腔調(diào)諧技術(shù)，但這些技術(shù)無一例外都存在一定的缺陷影響了器件的實用化。外腔調(diào)諧的難點在于器件的體積龐大、機械上的定位與調(diào)整難度太大；集成化的技術(shù)方案盡管具有器件體積小、成本低、易于與其它器件集成等優(yōu)點，但普遍存在制作的難度較大、器件指標偏低等缺點。近來出現(xiàn)的基于MEMS的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)技術(shù)也存在制作難度大、器件壽命難以保障等缺陷。盡管也還有激光器芯片+單個可調(diào)諧濾波器構(gòu)成的可調(diào)激光器技術(shù)見諸報道，但設備的波長調(diào)諧范圍普遍較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用兩端鍍增透膜的激光器芯片與兩個可調(diào)諧濾波器雙端耦合來構(gòu)成寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，以取代現(xiàn)在的網(wǎng)絡系統(tǒng)中一個波長對應多個激光器的結(jié)構(gòu)，從而降低系統(tǒng)成本，增加可靠性，并滿足智能化的光網(wǎng)絡需要。
本發(fā)明的主要特點是激光器芯片鍍增透膜后與兩個可調(diào)諧濾波器雙端耦合，從而構(gòu)成一個可調(diào)諧的外諧振腔，通過改變兩個濾波器的諧振波長進行選頻達到寬范圍調(diào)諧的目的。
本發(fā)明的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器的具體結(jié)構(gòu)是放置在半導體致冷器上的半導體激光器或放大器芯片兩端面鍍有增透膜，并通過耦合裝置與兩個可調(diào)諧濾波器耦合，兩個濾波器的反射光譜為離散的梳狀光譜，兩個濾波器的反射光譜峰值間隔不同，構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔。
所述兩個濾波器的反射光譜的離散的梳狀光譜的峰值線寬越窄越好，一般小于等于2nm。
兩個可調(diào)諧濾波器反射率不同更好。
半導體致冷器與激光器緊密貼合，可以通過調(diào)整半導體致冷器的溫度對激光器進行相位調(diào)節(jié)。
所述的耦合裝置可以由準直器和球透鏡構(gòu)成。
所述的耦合裝置可以由兩個或多個球透鏡構(gòu)成。
所述的耦合裝置也可以由非球透鏡構(gòu)成。
所述的耦合裝置還可以由頂部燒制或磨制小球的透鏡光纖構(gòu)成。
所述的濾波器可以是FP腔型可調(diào)濾波器。
所述的濾波器也可以是取樣光柵型可調(diào)濾波器。
所述的濾波器還可以是取樣光柵和FP腔型可調(diào)濾波器的結(jié)合。
本發(fā)明由于采用的是雙端可調(diào)諧的結(jié)構(gòu)，使得可調(diào)諧激光器有比較寬的調(diào)諧范圍和較窄的譜線寬度。這種可寬范圍調(diào)諧和窄線寬的可調(diào)諧激光器可用于線路激光器備用、波長轉(zhuǎn)換、動態(tài)波長分配、光分組交換等領(lǐng)域。由于激光器是雙端可調(diào)諧，所以激光器有較寬的調(diào)諧范圍，調(diào)諧范圍主要由濾波器具體結(jié)構(gòu)及芯片的增益譜寬決定。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。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)管芯兩個端面鍍的增透膜，120和125是兩個波長可調(diào)諧的梳狀濾波器，101和102分別是120和125的端面，121和124是兩個耦合裝置。
圖2是FP腔型可調(diào)濾波器。
圖3是取樣光柵類型的可調(diào)濾波器。
圖4是準直器+球透鏡型耦合結(jié)構(gòu)。
圖5是球透鏡+球透鏡型耦合結(jié)構(gòu)。
圖6是非球透鏡型耦合結(jié)構(gòu)。
圖7是透鏡光纖型耦合結(jié)構(gòu)。
圖8是本發(fā)明的第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明的第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是本發(fā)明的第三個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明的實施方式進行說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。122是放置在致冷器123上的激光器(或放大器)管芯，作用是為了產(chǎn)生比較穩(wěn)定的光增益，管芯的兩個端面103和104鍍增透膜；120和125是兩個波長可調(diào)諧的梳狀濾波器，但兩個濾波器的結(jié)構(gòu)不同，激光可從120或125的端面101或102處出射。121和124是兩個耦合裝置，其結(jié)構(gòu)可以相同也可以不同，目的是為了使120與122及122與125之間有較好的耦合，降低耦合損耗并產(chǎn)生穩(wěn)定的激光輸出。
由于使用的是經(jīng)過優(yōu)化設計的120、125兩個濾波器，它有線寬較窄且穩(wěn)定的譜線，這樣就可以得到窄線寬的激光輸出。由于120、125可以同時調(diào)諧，這保證了激光器有比較寬的調(diào)諧范圍。并且兩個濾波器的反射率不同，以保證良好的功率利用率及低的閾值。
芯片122放在致冷器123上，二者有良好的熱接觸，通過調(diào)整123的溫度改變122的溫度會使122的折射率發(fā)生變化，致使120、125構(gòu)成的諧振腔有效腔長發(fā)生變化，從而起到相位調(diào)節(jié)的作用，這有利于保證激光器的模式穩(wěn)定性，使激光器產(chǎn)生穩(wěn)定的所需波長輸出。
圖2是FP腔型可調(diào)濾波器，它的反射譜是一系列波長離散的梳狀光譜，該濾波器可以通過改變兩個端面之間的有效腔長來調(diào)諧反射光譜。圖3是取樣光柵類型的可調(diào)濾波器，它的反射譜也是一系列波長離散的梳狀光譜，該濾波器可以通過對光柵施加應力或調(diào)整其溫度來改變它的反射光譜，從而起到波長調(diào)諧的目的。
圖4是準直器+球透鏡型耦合結(jié)構(gòu)。從芯片304出射的光束首先經(jīng)過球透鏡303變?yōu)槠叫泄猓?03具有收集入射光并準直的作用，平行光經(jīng)過準直器302耦合到光纖301中，302具有將平行光聚焦的作用。同樣入射光從光纖301入射的302，經(jīng)過準直變?yōu)槠叫泄?，?jīng)過303的聚焦耦合到304中。通常準直器302是采用自聚焦透鏡制成。
圖5是球透鏡+球透鏡型耦合結(jié)構(gòu)，與圖4相比所不同的是自聚焦透鏡型的準直器結(jié)構(gòu)用球透鏡代替。從芯片314出射的光束經(jīng)過第一個球透鏡313變?yōu)槠叫泄猓?13具有收集入射光并準直的作用，平行光經(jīng)過第二個球透鏡312耦合到光纖311中，312具有將平行光聚焦的作用。同樣入射光從光纖311入射的312，經(jīng)過準直變?yōu)槠叫泄猓?jīng)過313的聚焦耦合到314中。
圖6是非球透鏡型耦合結(jié)構(gòu)。光纖321與芯片323之間用一個非球透鏡322進行光束的變換后，可以得到較高的耦合效率。
圖7是透鏡光纖型耦合結(jié)構(gòu)。在光纖331的端部腐蝕出一個錐，在錐的頂部燒制一個小球332，光束經(jīng)過332變換后可以使331與芯片333取得較好的耦合。
圖4～圖7中幾種耦合結(jié)構(gòu)的目的都是為了使激光器(或放大器)芯片與光纖(或濾波器)之間發(fā)生有效的耦合，降低耦合損耗并產(chǎn)生穩(wěn)定的激光輸出。
圖8是本發(fā)明的第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。兩個取樣光柵型的可調(diào)濾波器401和406構(gòu)成激光器具有選頻功能的諧振腔，高增透的芯片403通過耦合系統(tǒng)402、405與401、406進行有效耦合，激光從某一端面411或412輸出，通過對401和406進行調(diào)諧可得到所需波長輸出。由于取樣光柵的線寬可以壓縮到很窄，并且可以通過應力或溫度改變很方便的調(diào)諧其波長，所以可得到窄線寬、寬范圍的波長可調(diào)諧激光輸出。
圖9是本發(fā)明的第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。一個FP腔型可調(diào)濾波器501和一個取樣光柵型的可調(diào)濾波器506構(gòu)成激光器外諧振腔，高增透的芯片503通過耦合系統(tǒng)502、505與501、506進行有效耦合，光束在諧振腔內(nèi)不斷得到反饋放大并形成激光從某一端面511或512輸出，通過對501和506進行調(diào)諧可得到所需波長輸出。由于取樣光柵和FP腔濾波器的線寬可以很窄，并且可以調(diào)諧其諧振波長，所以可得到高質(zhì)量的波長可調(diào)激光輸出。
圖10是本發(fā)明的第三個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。兩個FP腔型的可調(diào)濾波器601和606構(gòu)成激光器外諧振腔，但601與606并不完全相同。高增透的芯片603通過耦合系統(tǒng)602、605與601、606進行有效耦合，反饋放大形成的某一波長的激光從某一端面611或612輸出，通過對601和606進行調(diào)諧可得到所需波長輸出。
半導體致冷器與激光器緊密貼合，可以通過調(diào)整半導體致冷器的溫度對激光器進行相位調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的核心是激光器芯片鍍增透膜后與兩個可調(diào)諧濾波器雙端耦合，從而構(gòu)成一個可調(diào)諧的外諧振腔，通過改變兩個濾波器的諧振波長進行選頻達到寬范圍調(diào)諧，因此凡是用兩個濾波器，構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔的作法均屬于本發(fā)明的保護范圍。以上列舉的實施例僅僅是典型。不難看出，由各種耦合方式與各種濾波方式組合，其實施方式還有很多。
權(quán)利要求
1.一種寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，包括激光器芯片和可調(diào)諧濾波器，其特征是放置在半導體致冷器上的半導體激光器或放大器芯片兩端面鍍有增透膜，并通過耦合裝置與兩個可調(diào)諧濾波器耦合，兩個濾波器的反射光譜為離散的梳狀光譜，兩個濾波器的反射光譜峰值間隔不同，構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是兩個濾波器的反射光譜為離散的梳狀光譜，其峰值線寬越窄越好，一般小于等于2nm。
3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的兩個可調(diào)諧濾波器反射率不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是半導體致冷器與激光器緊密貼合，可以通過調(diào)整半導體致冷器的溫度對激光器進行相位調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的耦合裝置可以由準直器和球透鏡構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的耦合裝置可以由兩個或多個球透鏡構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的耦合裝置可以由非球透鏡構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的耦合裝置可以由頂部燒制或磨制小球的透鏡光纖構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的濾波器可以是FP腔型可調(diào)濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬范圍外腔可調(diào)諧激光器，其特征是所說的濾波器可以是取樣光柵型可調(diào)濾波器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種寬范圍外腔可調(diào)諧激光器,主要特點是激光器芯片鍍增透膜后與兩個可調(diào)諧濾波器雙端耦合,從而構(gòu)成一個可調(diào)諧的外諧振腔,通過改變兩個濾波器的諧振波長進行選頻達到寬范圍調(diào)諧的目的。具體結(jié)構(gòu)是:放置在半導體致冷器上的半導體激光器或放大器芯片兩端面鍍有增透膜,并通過耦合裝置與兩個反射光譜為離散的梳狀光譜、反射光譜峰值間隔不同的濾波器耦合,構(gòu)成一個具有選頻功能的外諧振腔。耦合裝置可以由準直器和球透鏡構(gòu)成、兩個或多個球透鏡構(gòu)成、非球透鏡構(gòu)成或由頂部燒制或磨制小球的透鏡光纖構(gòu)成。濾波器是FP腔型可調(diào)濾波器或取樣光柵型可調(diào)濾波器或者二者的結(jié)合。
文檔編號H01S5/00GK1387336SQ02115990
公開日2002年12月25日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者王正選, 李傳文 申請人:武漢光迅科技有限責任公司