一種使用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧激光器，包括依次安裝起來的激光腔端面鏡、激光增益介質(zhì)、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、輸出鏡和激光器驅(qū)動和控制系統(tǒng),所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括兩種設(shè)計方案：第一種設(shè)計方案的主要技術(shù)特點是：包括第一帶通濾波器、液晶相位調(diào)制器、第二帶通濾波器和驅(qū)動電路，液晶相位調(diào)制器設(shè)置在由第一和第二帶通濾波器構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，驅(qū)動電路通過控制法布里-珀羅腔內(nèi)液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能。第二種設(shè)計方案與第一種設(shè)計方案的區(qū)別是：所述第一和第二帶通濾波器分別由一個長波通和一個短波通且具有不同截止頻率的階躍式濾波器所替代。
【專利說明】—種使用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子領(lǐng)域，尤其是一種使用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]在外腔式可調(diào)諧激光器中，常用的調(diào)諧技術(shù)主要有以下方式:1、通過精密步進馬達帶動光柵的旋轉(zhuǎn)來進行調(diào)諧的，其存在的問題體現(xiàn)在:一是為實現(xiàn)光頻率的精密調(diào)諧，對步進馬達的步進精度和重復(fù)性要求很高，因此制造成本比較高；二是由于采用步進馬達，不易做到小型化；三是在惡劣工作環(huán)境下的工作穩(wěn)定性比較差，特別是抗各類機械振動的能力比較差，因此，采用該技術(shù)的可調(diào)諧激光器只適合用于實驗室工作環(huán)境中使用。2、利用可調(diào)諧聲光濾波器進行調(diào)諧，其優(yōu)點是調(diào)諧速度快，沒有機械移動部件，可以做到小型化，缺點是可調(diào)諧聲光濾波器的濾波帶寬比較寬，使得激光器的調(diào)諧精度不高，因此，單純采用這種技術(shù)的可調(diào)諧激光器很難做到精密可調(diào)諧，只適合用于對調(diào)諧精度和輸出帶寬不高的應(yīng)用中。3、利用光柵或激光諧振腔中的其他光學(xué)濾波器件，如光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具等透射光頻率隨溫度漂移的特點進行調(diào)諧，其優(yōu)點是調(diào)諧精度高和輸出光的光譜帶寬比較窄，缺點是速度比較慢，特別是在要求調(diào)諧光譜范圍寬的情況下，這個缺點尤為明顯，例如:光學(xué)濾波器件的溫度漂移系數(shù)是0.02納米/度，要求的光頻譜范圍是20納米，溫度調(diào)節(jié)范圍是100度，這在實際應(yīng)用中是很難實現(xiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種調(diào)諧速度快、精度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小且易于生產(chǎn)的可調(diào)諧激光器。
[0004]本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種使用可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧激光器，包括依次安裝的激光腔端面鏡、激光增益介質(zhì)、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、輸出鏡和激光器驅(qū)動和控制系統(tǒng)，由所述激光腔端面鏡和輸出鏡構(gòu)成了激光器諧振腔，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括兩種設(shè)計方案:第一種設(shè)計方案包括依次安裝的第一帶通濾波器、液晶相位調(diào)制器、第二帶通濾波器和驅(qū)動電路，液晶相位調(diào)制器設(shè)置在由第一帶通濾波器和第二帶通濾波器構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，驅(qū)動電路通過控制所述法布里-珀羅腔內(nèi)液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能；第二種設(shè)計方案包括依次安裝的長波通階躍式濾波器、液晶相位調(diào)制器、短波通階躍式濾波器濾波器和驅(qū)動電路，液晶相位調(diào)制器設(shè)置在由長波通階躍式濾波器和短波通階躍式濾波器構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，驅(qū)動電路通過控制所述法布里-珀羅腔內(nèi)液晶相位調(diào)制器的液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能。激光器的輸出調(diào)諧范圍和調(diào)諧精度由所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的調(diào)諧范圍和調(diào)諧精度決定。
[0005]而且，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器是兩個具有相同透射帶寬的帶通濾波器，在透射帶寬內(nèi)具有部分反射率，該反射率決定了所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光銳度，可根據(jù)需要設(shè)置不同的反射率，對于光纖通訊的應(yīng)用，一般在70%到95%之間，在透射帶寬外具有100%或接近100%的反射率。
[0006]而且，所述長波通階躍式濾波器對于小于截止頻率的光具有100%或接近100%的反射率，對于大于截止頻率的通帶內(nèi)有部分反射率，所述短波通階躍式濾波器對于大于截止頻率的光具有100%或接近100%的反射率，對于小于截止頻率的通帶內(nèi)具有部分反射率，所述長波通階躍式濾波器的帶內(nèi)的反射率與所述短波通階躍式濾波器的通帶內(nèi)的反射率相同，該反射率決定了所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光銳度，可根據(jù)需要設(shè)置不同的反射率，反射率越高，透射光銳度越高，對于光纖通訊的應(yīng)用，一般在70%到95%之間，所述長波通階躍式濾波器的截止頻率小于所述短波通階躍式濾波器的截止頻率。
[0007]而且，所述第一帶通濾波器、所述第二帶通濾波器、所述長波通階躍式濾波器和所述短波通階躍式濾波器是一種在光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)面鍍的多層介質(zhì)膜，在所述光學(xué)透明材料的外側(cè)鍍光學(xué)增透膜。
[0008]而且，所述激光增益介質(zhì)是一種寬帶激光增益介質(zhì)。
[0009]而且，所述激光器驅(qū)動和控制系統(tǒng)包括有源相位調(diào)制器驅(qū)動源和激光增益介質(zhì)泵浦源和系統(tǒng)控制電路，所述液晶相位調(diào)制器的驅(qū)動電路和所述系統(tǒng)控制電路相連接。
[0010]而且，所述有源光相位調(diào)制器可以是下列幾種類型之一:電光相位調(diào)制器，聲光相位調(diào)制器，磁光相位調(diào)制器或上述幾種相位調(diào)制器的某種組合。
[0011]而且,所述液晶相位調(diào)制器內(nèi)的液晶材料是一種向列相型液晶(nematic phaseliquid crystal)材料，厚度為幾微米到十幾微米,在外加電場的驅(qū)動下對某一方向的線偏振光具有至少2 π的光相位延遲，并具有與所述激光增益介質(zhì)相同的光譜范圍。
[0012]而且，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的通帶帶寬小于所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍；所述長波通階躍式濾波器和所述短波通階躍式濾波器的組合后通帶寬帶小于所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍。
[0013]而且，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率約為2千赫茲的方波脈沖電路，脈沖電壓幅度從O伏到正負5伏可調(diào)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
1、本發(fā)明利用液晶對光的相位調(diào)制和在通光方向尺寸薄(約10微米)的特點，結(jié)合傳統(tǒng)的法布里-珀羅(Fabry-Perot)標(biāo)準(zhǔn)具的技術(shù)，設(shè)計了具有大的自由光譜范圍的可調(diào)諧法布里-珀羅(Fabry-Perot)濾波器，而且實現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)的激光頻率的快速精密調(diào)諧，保證了大的調(diào)諧光譜范圍和窄的激光器輸出光譜；
2、本發(fā)明的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的腔的兩個具有高反射率面是由兩個具有相同通光帶寬的帶通濾波器構(gòu)成，或一個長波通階躍式濾波器和一個短波通階躍式濾波器的結(jié)合構(gòu)成，利用濾波器限制可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧范圍，當(dāng)可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍大于帶通濾波器或兩個通階躍式濾波器的合成通帶寬度時，可以實現(xiàn)可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的單模輸出；
3、本發(fā)明設(shè)計合理，可實現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)光頻率調(diào)諧精度小于IGHz和窄頻譜帶寬的穩(wěn)定激光輸出，具有無機械移動部件、性能穩(wěn)定可靠、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點，可滿足對于要求尺寸小和極端工作環(huán)境下的可靠運行，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)測試、光纖通訊、生物、醫(yī)療器械和光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是一個普通法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的示意圖；
圖2是液晶相位調(diào)制器的一種結(jié)構(gòu)不意圖；
圖3是光透過液晶相位調(diào)制器的相位隨外加電場的變化曲線；
圖4是液晶相位調(diào)制器的驅(qū)動電信號的示意圖；
圖5是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是第一和第二帶通濾波器的透射光譜示意圖；
圖7是長波通階躍濾波器的透射光譜示意圖；
圖8是短波通階躍濾波器的透射光譜示意圖；
圖9是普通法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜示意圖；
圖10是可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光譜示意圖；
圖11是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12是本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的透射光譜示意圖；` 圖13是本發(fā)明的激光器驅(qū)動控制系統(tǒng)的原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述。
[0017]圖1給出了一種普通的法布里-拍羅(Fabry-Perot)光標(biāo)準(zhǔn)具100的示意圖。該法布里-珀羅光標(biāo)準(zhǔn)具100的材料一般在近紅外和可見光波段使用象融石英或BK7這樣的光學(xué)玻璃，假設(shè)材料的折射率為n，兩個通光面2和4都鍍高反射膜，其反射率為R，厚度為h，光以接近零度的入射角入射，則只有滿足2?=πιλ，才能透過標(biāo)準(zhǔn)具，其中m是透射光的級次。光標(biāo)準(zhǔn)具100的自由光譜范圍FSR1可以表示為:Δ λ = λ V (2nh),或用頻率表示:Δ V =c/ (2nh),其中c是光速。透射光的峰值頻率可以表示為:v =mc/ (2nh)，其中m是干涉級次，透射光的頻率帶寬可以表示為:
Δ v1/2 (FWHM) =c (1-R)/(2nhR1/2)，其中 c 是光速。
[0018]從上述兩個公式可以看出，光標(biāo)準(zhǔn)具100的自由光譜范圍FSR1與厚度為h成反比。假設(shè)材料的折射率為n=l.5，要實現(xiàn)FSR1=IOOGHz,厚度h~I毫米。自由光譜范圍FSR1越大，其厚度就越小。在標(biāo)準(zhǔn)具的材料和厚度確定后，透射光的頻率帶寬主要和反射率R有關(guān)，反射率越高，頻率寬帶或銳度(finesse)越小。法布里-拍羅(Fabry-Perot)光標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜的特點是每個透射譜的帶寬可以做到非常窄，透射光譜的頻率間隔相等并且光頻帶寬度非常寬，一般可覆蓋100納米以上的光頻譜帶，如圖9所示。
[0019]由于一般用作光電器件的液晶材料具有高的電阻率，因此，可以被認為是理想的電介質(zhì)材料。由于構(gòu)成分子的有序取向和拉伸延長的形態(tài)，液晶具有各向異性的電介質(zhì)特性和單軸對稱性，就象一個單軸晶體一樣，其光軸的方向與分子的排列取向一致。當(dāng)液晶分子在外界電場的作用下，會形成電偶極子。在電偶極子所形成的力矩作用下，使得液晶分子的取向轉(zhuǎn)向電場的方向，可以通過改變電場的強弱，改變液晶的光軸的方向。因此，可以利用液晶的這一特性制作光相位調(diào)制器，可調(diào)諧濾波器或其他光電器件，如光開關(guān)和光強調(diào)制器等。一般用作光電器件的液晶膜層的厚度為幾微米到十幾微米。本發(fā)明正是利用液晶在電場作用下對線偏振光的折射率產(chǎn)生改變這一特性設(shè)計而成。
[0020]圖2是一個液晶相位調(diào)制器200的結(jié)構(gòu)示意圖，包括外層光學(xué)透明材料12和24，透明電極層16和26,隔離層19和液晶層18.—般在光學(xué)透明材料12和24的內(nèi)外兩側(cè)表面5和7鍍光學(xué)增透膜。液晶相位調(diào)諧器的兩個透明電極16和26與驅(qū)動電路14相連接，由驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號在兩透明電極膜層之間形成驅(qū)動電場，利用電場改變Fabry-Perot腔內(nèi)液晶的有效折射率n，來調(diào)節(jié)法布里-珀羅濾波器的透射光的光頻率V和自由光譜范圍(FSR)。圖3給出了一個厚度約為10微米的向列相型液晶在2KHz，最大幅度為+/-5伏的方波電壓的驅(qū)動下(如圖4所示)，對光波長為1550納米光波相位變化的關(guān)系示意圖。最大可實現(xiàn)約2 的光相位延遲。
[0021]圖5所示是可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的第一種結(jié)構(gòu)，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300包括第一帶通濾波器10、液晶相位調(diào)制器200、第二帶通濾波器20和驅(qū)動電路14，第一帶通濾波器10和第二帶通濾波器20分別為在光學(xué)透明材料9和23的外表面8和22或內(nèi)表面11和21上鍍多層介質(zhì)膜來實現(xiàn)。第一帶通濾波器10和第二帶通濾波器20具有相同的濾波特性，如圖6所示，在通帶范圍V1與V2之間(濾波區(qū)間32)，反射率為R，反射率越高，透射光譜約窄(一般對于光通訊，該反射率在70%到95%之間，對于其他應(yīng)用，則根據(jù)要求專門設(shè)置)，小于V1 (濾波區(qū)間30)或大于V2 (濾波區(qū)間34)反射率為100%或接近100%，而現(xiàn)代鍍膜技術(shù)可以把這個通帶頻譜范圍做到大于100納米。
[0022]第一種帶通濾波器設(shè)計方案:如在光學(xué)透明材料9和23的外表面8和22上鍍帶通濾波器多層介質(zhì)膜，在兩個濾波器10和20之間形成法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔的長度為Dp第二種帶通濾波器設(shè)計方案:如在光學(xué)透明材料9和23的內(nèi)表面11和21上鍍帶通濾波器多層介質(zhì)膜，則在兩個濾波器10和20之間形成法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔的長度為D2，顯然，由于D1要大于D2。因此，第一種帶通濾波器設(shè)計方案能夠?qū)崿F(xiàn)的法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍要小于第二種設(shè)計方案。當(dāng)然，也可以在光學(xué)透明材料12和24的內(nèi)側(cè)和透明電極層16和26之間直接鍍多層介質(zhì)膜濾波器來實現(xiàn)，這樣，由于液晶的厚度很小(幾微米到十幾微米)，因此，可以實現(xiàn)本征自由光譜范圍(即在無外加電場時的可調(diào)諧濾波器的自由光譜范圍)更大的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器，但濾波器制作難度比較大。
[0023]以上述第一種帶通濾波器設(shè)計方案為例，在圖5中，入射到濾波器300的光束6是一束沿z方向傳播，偏振軸為X方向的線偏振光，與液晶相位調(diào)制器200的光軸方向相同，假設(shè)光透明材料的折射率為n，則在通帶范圍V1與V2之間，只有滿足2nD1+ L =mλ的光才能透過標(biāo)準(zhǔn)具，其中m是透射光的級次。濾波器300的自由光譜范圍FSR2S:Λ X = X2Z^nDjr),或用頻率表示:Δ v =c/QnD1+L )，其中c是光速，L代表由液晶在外加電場作用下由折射改變對入射光所產(chǎn)生的光程，透射光的峰值頻率可以表示為:vmc/OnDi+r)，其中m是干涉級次，透射光的頻率寬帶可以表示為:
Δ V (FWHM) =c (1-R)/(QnDjr)R"2),其中 c 是光速。
[0024]根據(jù)上述公式，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300對于接近零度入射的線偏振光，假設(shè)n=l.5，D1=I毫米，λ =1550納米，可以得到約150GHz的透射光峰值頻率的調(diào)諧范圍(約為濾波器300的本征自由光譜范圍FSR2的1.5倍)。相比較而言，根據(jù)上面的公式，對自由光譜范圍Λ V和透射光的頻帶寬帶的改變要小的多?？烧{(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光譜示意圖如圖10所示。
[0025]由此可見，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300在外加電場的作用下，可以實現(xiàn)較大范圍的透射光峰值頻率的調(diào)諧而基本不改變透射光的頻率寬帶和自由光譜范圍。這個特性對于可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300的許多應(yīng)用，如應(yīng)用于激光器和頻譜儀器等具有重要意義。同樣地，對第二種帶通濾波器設(shè)計方案也可以作相同的分析。在通帶范圍V1與V2以外的頻譜區(qū)間30和34，由于帶通濾波器10和20的反射率為100%或接近100%，因此，這部分入射光被濾波器300阻止了。
[0026]由以上分析可以看出，當(dāng)濾波器300的本征自由光譜范圍FSR2大于通帶范圍V2-V1時，只有一個模透過濾波器300 ;當(dāng)FSR2小于通帶范圍V2-V1，而大于0.5倍的(V2-V1 )時，只有2個模透過濾波器300.因此，當(dāng)?shù)谝粠V波器10和第二帶通濾波器20的通帶范圍確定后，可以通過設(shè)置本征自由光譜范圍，實現(xiàn)在該通帶范圍內(nèi)，濾波器300的單?；?和2個以上模的可調(diào)諧輸出。由于圖6顯示的是一個理想的濾波器的濾波器特性曲線，實際上，上述帶通濾波器在頻譜區(qū)間30和32，32和34的過渡時，不會是一個跳變，而是存在一個過渡區(qū)間，因此，在設(shè)置第一帶通濾波器10和第二帶通濾波器20的通帶范圍時，還要考慮上述因素。 [0027]對于通帶范圍V2-V1較大的情況，如大于50納米，帶通濾波器10和帶通濾波器20的制作難度比較大，特別是，如要求在頻譜區(qū)間30和32，32和34的過渡區(qū)間小的情況，則難度更大。為此，設(shè)計了可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的第二種結(jié)構(gòu):該結(jié)構(gòu)采用一種階躍式濾波器。這個設(shè)計結(jié)構(gòu)使用了兩個具有不同濾波范圍的階躍式濾波器分別代替第一帶通濾波器10和第二帶通濾波器20。如圖7所示，是一個長波通階躍式濾波器，光頻率大于
V!的光具有反射率為R，而光頻率小于V i的光具有反射率為100%或接近100%，用該長通濾波器代替帶通濾波器10。圖8所示的是一個短波通階躍式濾波器，光頻率小于V2的光具有反射率為R，而光頻率大于V2的光具有反射率為100%或接近100%，用該短通濾波器代替帶通濾波器20，顯然，這個使用長波通和短波通階躍式濾波器的結(jié)構(gòu)對濾波器300的功能與上述使用帶通濾波器的設(shè)計方案是相同的。
[0028]這個使用長波通和短波通階躍式濾波器的第二種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:(I)相對容易實現(xiàn)大的通帶范圍(V2-V1), (2)相對容易實現(xiàn)比較小的從截止到通帶或從通帶到截止帶的頻譜過渡，由于濾波器300具有對稱性和光路的可逆性，因此，把上述兩個階躍式濾波器互換，不影響濾波器300的性能。
[0029]下面對本發(fā)明的外腔式可調(diào)諧激光器的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。
[0030]一種采用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300的可調(diào)諧激光器，如圖11所示，該可調(diào)諧激光器400的具體結(jié)構(gòu)為:包括依次安裝的激光腔端面鏡40、激光增益介質(zhì)42、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡43、有源光相位調(diào)制器44、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300和輸出鏡46，由激光腔端面鏡40和輸出鏡46構(gòu)成了激光器諧振腔，激光腔反射鏡通常對不同波長或顏色光的反射率不同，這里提到的反射率是與激光器運行的頻譜帶寬相對應(yīng)的反射率。激光腔端面鏡40可以根據(jù)不同的情況，采用全反鏡，或部分反射鏡。如果激光增益介質(zhì)42是半導(dǎo)體增益介質(zhì)時，由于一般都有比較大的輸出分散角，因此，腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡43 —般是針對激光增益介質(zhì)是半導(dǎo)體增益介質(zhì)時使用。當(dāng)激光增益介質(zhì)是氣體，液體或有些固體介質(zhì)時，一般不用腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡，而是采用非平面腔鏡的激光腔端面鏡和輸出鏡46以實現(xiàn)腔內(nèi)光束的合理分布。
[0031]腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡43不僅可以將激光增益介質(zhì)42發(fā)出的光起到準(zhǔn)直作用，同時也是激光器輸出光束48的準(zhǔn)直透鏡。用于光纖通訊中的這類激光器，需要將輸出光束48藕合到光纖中，準(zhǔn)直透鏡43是必不可少的。同時，需要說明的是在本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的應(yīng)用中，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300采用的是單模輸出，圖12是本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的透射光譜示意圖。
[0032]在可調(diào)諧激光器400中，由激光增益介質(zhì)42發(fā)出的寬帶熒光光束經(jīng)腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡43準(zhǔn)直后透過有源光相位調(diào)制器44，再經(jīng)過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300后，在由激光腔端面鏡40和輸出鏡46構(gòu)成了激光器諧振腔中形成激光諧振和放大，當(dāng)腔的增益大于損耗時，形成激光輸出。由于半導(dǎo)體增益介質(zhì)的輸出光一般是具有線偏振特性，因此，輸出光線48是線偏振光?？烧{(diào)諧激光器400的輸出光的頻率調(diào)諧是通過有源光相位調(diào)制器44和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300來實現(xiàn)調(diào)諧的。
[0033]圖13顯示的是可調(diào)諧激光器400的控制系統(tǒng)。激光器驅(qū)動和控制系統(tǒng)包括激光泵浦源50和激光器控制系統(tǒng)56。由激光器控制系統(tǒng)56對有源相位調(diào)制器驅(qū)動源52，激光泵浦源50和濾波器驅(qū)動源14進行控制。通過控制濾波器驅(qū)動源14來選擇可調(diào)諧激光器400的腔內(nèi)諧振膜的光頻率，通過控制源相位調(diào)制器驅(qū)動源52來調(diào)節(jié)腔內(nèi)光束的相位來實現(xiàn)腔內(nèi)諧振膜的相位匹配使得某一個特定光頻率的模在激光腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩和放大。由于有源光相位調(diào)制器52，具有很寬的光頻譜范圍，因此，可調(diào)諧激光器400的最大的輸出光譜范圍是由可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300的自由光譜范圍決定，在該光譜范圍內(nèi)，實現(xiàn)精密可調(diào)諧。
[0034]同時，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300也決定了可調(diào)諧激光器400輸出光的頻譜寬度。采用高銳度系數(shù)的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300能起到壓縮輸出光束的頻譜帶寬和提高邊模抑制比。由前面的分析，由于調(diào)諧過程對可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器300的透射光譜的帶寬影響可以忽略，因此，可調(diào)諧激光器400在調(diào)諧過程中，輸出光譜的帶寬可以做到基本一致。
[0035]目前，在光纖通訊中，常用的C頻率帶(約1530納米-1570納米)或L頻率帶(約1570納米-1610納米)的光頻譜寬帶約為40納米，可調(diào)諧激光器400完全可以實現(xiàn)在C頻率帶和/或L頻率帶范圍內(nèi)的精密調(diào)諧。
[0036]需要強調(diào)的是，上述說明僅起演示和描述的作用，并不是一個詳細無遺漏的說明，也沒有意圖將本發(fā)明限制在所描述的具體形式上。經(jīng)過上面的描述，對本發(fā)明的許多改動和變化都可能出現(xiàn)。所選擇的具體實施僅僅是為了更好的解釋本發(fā)明的原理和實際中的應(yīng)用。這個說明能夠使熟悉此領(lǐng)域的人可以更好的利用本發(fā)明，根據(jù)實際需要設(shè)計不同的具體實施和進行相應(yīng)的改動。
【權(quán)利要求】
1.一種使用可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的可調(diào)諧激光器，包括依次安裝的激光腔端面鏡、激光增益介質(zhì)、腔內(nèi)準(zhǔn)直透鏡、有源光相位調(diào)制器、可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、輸出鏡和激光器驅(qū)動和控制系統(tǒng)，由所述激光腔端面鏡和輸出鏡構(gòu)成了激光器諧振腔，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括兩種設(shè)計方案:第一種設(shè)計方案包括依次安裝的第一帶通濾波器、液晶相位調(diào)制器、第二帶通濾波器和驅(qū)動電路，液晶相位調(diào)制器設(shè)置在由第一帶通濾波器和第二帶通濾波器構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，驅(qū)動電路通過控制所述法布里-珀羅腔內(nèi)液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能；第二種設(shè)計方案包括依次安裝的長波通階躍式濾波器、液晶相位調(diào)制器、短波通階躍式濾波器濾波器和驅(qū)動電路，液晶相位調(diào)制器設(shè)置在由長波通階躍式濾波器和短波通階躍式濾波器構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，驅(qū)動電路通過控制所述法布里-珀羅腔內(nèi)液晶相位調(diào)制器的液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能，激光器的輸出調(diào)諧范圍和調(diào)諧精度由所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的調(diào)諧范圍和調(diào)諧精度決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器是兩個具有相同透射帶寬的帶通濾波器，在透射帶寬內(nèi)具有部分反射率，該反射率決定了所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光銳度，可根據(jù)需要設(shè)置不同的反射率， 對于光纖通訊的應(yīng)用，一般在70%到95%之間，在透射帶寬外具有100%或接近100%的反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述長波通階躍式濾波器對于小于截止頻率的光具有100%或接近100%的反射率，對于大于截止頻率的通帶內(nèi)有部分反射率，所述短波通階躍式濾波器對于大于截止頻率的光具有100%或接近100%的反射率，對于小于截止頻率的通帶內(nèi)具有部分反射率，所述長波通階躍式濾波器的帶內(nèi)的反射率與所述短波通階躍式濾波器的通帶內(nèi)的反射率相同，該反射率決定了所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光銳度，可根據(jù)需要設(shè)置不同的反射率，反射率越高，透射光銳度越高，對于光纖通訊的應(yīng)用，一般在70%到95%之間，所述長波通階躍式濾波器的截止頻率小于所述短波通階躍式濾波器的截止頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述第一帶通濾波器、所述第二帶通濾波器、所述長波通階躍式濾波器和所述短波通階躍式濾波器是一種在光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)面鍍的多層介質(zhì)膜，在所述光學(xué)透明材料的外側(cè)鍍光學(xué)增透膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述激光增益介質(zhì)是一種寬帶激光增益介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述激光器驅(qū)動和控制系統(tǒng)包括有源相位調(diào)制器驅(qū)動源和激光增益介質(zhì)泵浦源和系統(tǒng)控制電路，所述液晶相位調(diào)制器的驅(qū)動電路和所述系統(tǒng)控制電路相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述有源光相位調(diào)制器可以是下列幾種類型之一:電光相位調(diào)制器，聲光相位調(diào)制器，磁光相位調(diào)制器或上述幾種相位調(diào)制器的某種組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于:所述液晶相位調(diào)制器內(nèi)的液晶材料是一種向列相型液晶(nematic phase liquid crystal)材料，厚度為幾微米到十幾微米，在外加電場的驅(qū)動下對某一方向的線偏振光具有至少2π的光相位延遲，并具有與所述激光增益介質(zhì)相同的光譜范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的通帶帶寬小于所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍；所述長波通階躍式濾波器和所述短波通階躍式濾波器的組合后通帶寬帶小于所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器，其特征在于: 所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率約為2千赫茲的方波脈沖電路，脈沖電壓幅度從O伏到正 負5伏可調(diào)。
【文檔編號】H01S3/106GK103779777SQ201210416719
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月28日
【發(fā)明者】高培良 申請人:天津奇譜光電技術(shù)有限公司