本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

雙波長激光器作為一種可實現(xiàn)兩個不同波長激光同時激射的激光器，在很多領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。比如利用差頻或拍頻技術(shù)實現(xiàn)微波及太赫茲頻率的產(chǎn)生；工作在光纖通信c波段(1525～1625nm)和l波段(1565～1625nm)的雙模激光器也可應(yīng)用于波分復(fù)用(wdm)和相干光通信系統(tǒng)中；此外，雙波長激光器在光學(xué)傳感、雙波長相干測量、光開關(guān)和非線性光學(xué)中也有重要應(yīng)用。

可調(diào)踏雙波長激光器產(chǎn)生的兩個模式的波長間距可調(diào)，具有實現(xiàn)頻率可調(diào)的微波源的潛力；目前雙波長激光器實現(xiàn)有兩種主要技術(shù)路線：

1、單片集成雙波長激光器，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的雙波長輸出，而且每個波長模式單模性較好，具有高的邊模抑制比；但可調(diào)諧范圍受限、功率輸出低；

2、外腔反饋型雙波長激光器，如雙littrow或littman結(jié)構(gòu)等，通過外腔選模將光反饋回半導(dǎo)體激光器，利用共同的半導(dǎo)體激光器增益介質(zhì)拓展成不同的兩個外腔，從而實現(xiàn)雙模輸出。此技術(shù)路線具有可調(diào)諧范圍廣、模式間隔連續(xù)可調(diào)、輸出功率高等優(yōu)點；但其穩(wěn)定性較單片集成的雙波長激光器差、有待提高，且其調(diào)諧模式需要同時轉(zhuǎn)動兩個閃耀光柵，尋找合適的角度避免強(qiáng)烈的模式競爭，這種調(diào)諧方式對兩個反饋光路的精準(zhǔn)度要求較高，實際操作中兩路同時調(diào)節(jié)的方法較為繁瑣，而且雙模波長間隔有時不能連續(xù)可調(diào)或者連續(xù)可調(diào)范圍小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上問題，本發(fā)明的主要目的在于提出一種多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法，用于解決以上技術(shù)問題的至少之一。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出一種多模激光器，包括：

激光器，用于發(fā)射寬光譜激光；

至少一個分束鏡，用于將寬光譜激光分為至少兩個分光束；

至少兩個光學(xué)支路，分別用于傳輸至少兩個分光束，每個光學(xué)支路包括：

閃耀光柵，用于篩選傳輸?shù)姆止馐玫絾我徊ㄩL的光，并將單一波長的光反饋至激光器；

可調(diào)光衰減器，用于調(diào)節(jié)反饋至激光器的單一波長的光的光強(qiáng)度。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述多模量子點激光器還包括：

準(zhǔn)直鏡，置于激光器的端面，用于將激光器發(fā)出的寬光譜激光進(jìn)行準(zhǔn)直，使寬光譜激光以平行光的形式傳輸?shù)街辽僖粋€分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器的發(fā)射波長范圍在1.4～1.65μm之間。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器包括可調(diào)諧量子點激光器、可調(diào)諧量子阱激光器或量子級聯(lián)激光器。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束鏡包括薄膜分束鏡、平板分束鏡或立方體分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束鏡為一個，光學(xué)支路為兩個，分光束為兩束。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出一種如上述的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟1、激光器發(fā)射寬光譜激光，校準(zhǔn)至少兩個光學(xué)支路的每一路，以使反饋至可調(diào)諧激光器的每一路光均為單一波長的光；

步驟2、固定至少兩個光學(xué)支路中的其中一路的閃耀光柵的角度，使該支路反饋至激光器的單一波長的光的波長固定；

步驟3、連續(xù)調(diào)節(jié)除步驟2中固定的光學(xué)支路外的未調(diào)節(jié)光學(xué)支路中任一路的閃耀光柵的角度，判斷是否會出現(xiàn)單模輸出，是則進(jìn)行步驟4；否則進(jìn)行步驟5；

步驟4、判斷單模輸出時步驟2中固定的光學(xué)支路和步驟3中調(diào)節(jié)的光學(xué)支路反饋的單一波長的光的光強(qiáng)差值，調(diào)節(jié)該兩個光學(xué)支路中的可調(diào)光衰減器，降低光強(qiáng)差值，返回步驟3；

步驟5、判斷除步驟2中固定的光學(xué)支路外的其他光學(xué)支路是否均完成調(diào)節(jié)，否則返回步驟3，是則完成多模激光器的多模調(diào)節(jié)。

本發(fā)明提出的多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法，具有以下有益效果：

1、每個光學(xué)支路中均包括閃耀光柵和可調(diào)光衰減器，可以在腔外調(diào)節(jié)多模中的每個模式的強(qiáng)度，從而避免了激光器的內(nèi)部調(diào)節(jié)，因此也可適用于強(qiáng)度不均衡的增益譜，即降低了半導(dǎo)體激光器增益譜平坦化的要求，使本發(fā)明的多模激光器更加普適；

2、由于每個光學(xué)支路中均有可調(diào)光衰減器，因此可以對多模中每個模式的強(qiáng)度進(jìn)行修剪，避免強(qiáng)烈的模式競爭及互相抑制，因而可得到連續(xù)的可調(diào)諧多模譜，且可調(diào)范圍增大；可以實現(xiàn)均衡或者非均衡的多模輸出，可應(yīng)用于各種特殊的實際應(yīng)用場景。

3、在實際調(diào)節(jié)過程中，可固定其中一個光學(xué)支路的閃耀光柵的角度，從而簡化了調(diào)節(jié)過程，在調(diào)節(jié)過程中只需調(diào)節(jié)其他光學(xué)支路的閃耀光柵的角度，這樣避免了同時調(diào)節(jié)多路中閃耀光柵角度的麻煩，簡化了調(diào)節(jié)過程，這樣整體降低了光路校準(zhǔn)的難度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的多模激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提出的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明一實施例提出的雙模激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例提出的雙模激光器的雙模調(diào)節(jié)方法的流程圖；

圖5(a)～圖5(c)是圖4所示的雙模激光器的雙模調(diào)節(jié)方法完成步驟1后，每個光學(xué)支路傳輸?shù)膯我徊ㄩL的光的光譜圖；

圖6是圖2所示的雙模激光器未加可調(diào)光衰減器時，固定其中任一光學(xué)支路，調(diào)節(jié)另一光學(xué)支路的過程中雙模激光器的光譜圖；

圖7(a)～圖7(b)是圖2所示的雙模激光器在存在內(nèi)腔激射影響和不存在內(nèi)腔激射影響時的雙模光譜圖；

圖8是圖2所示的多模激光器增加并調(diào)節(jié)可調(diào)光衰減器后，固定其中任一光學(xué)支路，調(diào)節(jié)另一光學(xué)支路的過程中多模激光器的光譜圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明公開了一種多模激光器，包括：

激光器，用于發(fā)射寬光譜激光；

至少一個分束鏡，用于將寬光譜激光分為至少兩個分光束；

至少兩個光學(xué)支路，分別用于傳輸至少兩個分光束，每個光學(xué)支路包括：

閃耀光柵，用于篩選傳輸?shù)姆止馐?，得到單一波長的光，并將單一波長的光反饋至激光器；

可調(diào)光衰減器，用于調(diào)節(jié)反饋至激光器的單一波長的光的光強(qiáng)度。

其中，寬光譜激光是指頻率范圍或者波長范圍較寬的激光，通常情況下，波長范圍應(yīng)大于50nm。

在本發(fā)明的一些實施例中，如圖1所示，上述多模激光器還包括：

準(zhǔn)直鏡，置于激光器的端面，用于將激光器發(fā)出的寬光譜激光進(jìn)行準(zhǔn)直，使寬光譜激光以平行光的形式傳輸?shù)街辽僖粋€分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器的發(fā)射波長為1.4～1.65μm，該激光器為可調(diào)諧激光器，即在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器包括可調(diào)諧量子點激光器、可調(diào)諧量子阱激光器或量子級聯(lián)激光器。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束鏡包括薄膜分束鏡、平板分束鏡或立方體分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束器為一個，所述光學(xué)支路為兩個，所述寬光譜子光線為兩束。

如圖2所示，為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出一種上述的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟1、激光器發(fā)射寬光譜激光，校準(zhǔn)至少兩個光學(xué)支路的每一路，以使反饋至可調(diào)諧激光器的每一路光均為單一波長的光；

步驟2、固定至少兩個光學(xué)支路中的其中一路的閃耀光柵的角度，使該支路反饋回激光器的單一波長的光的波長固定；

步驟3、連續(xù)調(diào)節(jié)除步驟2中固定的光學(xué)支路外的未調(diào)節(jié)光學(xué)支路中任一路的閃耀光柵的角度，判斷是否會出現(xiàn)單模輸出，是則進(jìn)行步驟4；否則進(jìn)行步驟5；

步驟4、判斷單模輸出時步驟2中固定的光學(xué)支路和步驟3中調(diào)節(jié)的光學(xué)支路反饋的單一波長的光的光強(qiáng)差值，調(diào)節(jié)該兩個光學(xué)支路中的可調(diào)光衰減器，降低光強(qiáng)差值，返回步驟3；

步驟5、判斷除步驟2中同定的光學(xué)支路外的其他光學(xué)支路是否均完成調(diào)節(jié)，否則返回步驟3，是則完成多模激光器的多模調(diào)節(jié)。

上述提出的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，其光路調(diào)節(jié)難點在于：激光器端面的輸出光經(jīng)過準(zhǔn)直鏡校準(zhǔn)后，耦合到閃耀光柵時，由于閃耀光柵的俯仰角未校準(zhǔn)，以及閃耀光柵對應(yīng)的單模調(diào)諧窗口未知，因此經(jīng)過分束鏡后，垂直于激光器方向的閃耀光柵調(diào)節(jié)較為困難。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，在步驟1中，首先根據(jù)激光器在自由工作時的光譜圖找出其工作的中心模式，然后根據(jù)光柵衍射公式算出大概角度，根據(jù)這個角度調(diào)整平行方向的光學(xué)支路中的閃耀光柵的角度，然后再調(diào)節(jié)閃耀光柵的俯仰角就可以找到單模調(diào)諧窗口，微調(diào)整個光路實現(xiàn)最大范圍單模調(diào)諧。對于垂直方向的光學(xué)支路，由于光路已經(jīng)經(jīng)過平行方向校準(zhǔn)，因而可直接參考平行方向的閃耀光柵的調(diào)節(jié)窗口，設(shè)置中心角度，然后微調(diào)俯仰角，即可實現(xiàn)垂直方向單模調(diào)諧。

在本發(fā)明的一些實施例中，垂直方向的光學(xué)支路的光反饋一般較弱，相較于平行方向的光學(xué)支路，可調(diào)諧范圍有限，因而實際調(diào)諧過程中按照雙模調(diào)諧方式需要，垂直方向盡量小角度調(diào)諧或者設(shè)置固定角度不變。

在本發(fā)明的一些實施例中，當(dāng)其中一個光學(xué)支路反饋的單一波長的光的光譜出現(xiàn)內(nèi)腔激射干擾時，可通過調(diào)節(jié)另一個光學(xué)支路的單模位置至內(nèi)腔激射處，抑制內(nèi)腔激射，從而實現(xiàn)多模輸出。

在本發(fā)明的一些實施例中，當(dāng)多個光學(xué)支路均可實現(xiàn)單模調(diào)諧時，比較該多個光學(xué)支路中單一波長的光功率的強(qiáng)弱，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)烈的模式競爭時，需要對其中的較強(qiáng)模式進(jìn)行衰減調(diào)節(jié)，實現(xiàn)多模共存。

在本發(fā)明的一些實施例中，為了實現(xiàn)均衡的多模輸出，需要根據(jù)實際情況對某些光學(xué)支路中傳輸?shù)膯我徊ㄩL的光進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度調(diào)節(jié)，以便得到均衡的多模輸出。

以下通過具體實施例，對本發(fā)明提出的多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

如圖3所示，本實施例提出一種雙模激光器，包括：

激光器1，用于發(fā)射寬光譜激光；

分束鏡2，用于將寬光譜激光分為兩束分光束；

兩個光學(xué)支路，分別用于傳輸兩束分光束，每個光學(xué)支路包括：

閃耀光柵3，用于篩選傳輸?shù)姆止馐?，得到單一波長的光，并將單一波長的光反饋至激光器；

可調(diào)光衰減器4，用于調(diào)節(jié)反饋至激光器的單一波長的光的光強(qiáng)度。

在激光器的端面還設(shè)置有準(zhǔn)直鏡5，用于將激光器發(fā)出的寬光譜激光進(jìn)行準(zhǔn)直，使寬光譜激光以平行光的形式傳輸至分束鏡。

本實施例采用的激光器為量子點激光器，分束鏡為薄膜分束鏡，量子點激光器的出射光中心波長為1.5μm左右。

如圖4所示，本實施例提出的雙模激光器，其具體的雙模調(diào)節(jié)方法包括以下步驟：

步驟1、激光器發(fā)射寬光譜激光，校準(zhǔn)兩個光學(xué)支路的每一路，以使反饋至激光器的每一路光均為單一波長的光；

具體地，將整個多模激光器系統(tǒng)的光學(xué)元件通過滑塊固定在導(dǎo)軌上，量子點半導(dǎo)體激光器在合適的外部注入電流時達(dá)到激射狀態(tài)，端面輸出光通過非球面準(zhǔn)直鏡，借助紅外顯示卡，紅外顯示卡在導(dǎo)軌上平移時，反復(fù)調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡，使得紅外顯示卡上光斑位置和大小保持不變，從而對激光器端面發(fā)散的輸出光實現(xiàn)了準(zhǔn)直。平行光通過分束鏡2后一分為二，分束鏡2的平行分光方向與導(dǎo)軌平行，通過調(diào)節(jié)其中一個光學(xué)支路中的閃耀光柵的俯仰角和角度，借助光譜儀分析輸出光譜，校準(zhǔn)光路，實現(xiàn)較寬的單模調(diào)諧范圍。兩路光路的閃耀光柵均用這種方法調(diào)節(jié)實現(xiàn)單模調(diào)諧。

如圖5(a)～圖5(b)所示，當(dāng)兩個光學(xué)支路都經(jīng)過校準(zhǔn)后，反饋回激光器腔內(nèi)，只開一個光學(xué)支路時，在光譜儀上各自都可以看到單縱模光譜(見圖5(a)和圖5(b))，在沒有內(nèi)腔激射的影響時，兩個光學(xué)支路均打開，即可得到如圖5(c)所示的雙模光譜。

步驟2、固定兩個光學(xué)支路中的其中一路的閃耀光柵的角度，使該支路反饋回激光器的單一波長的光的波長固定；

具體地，將垂直方向的光學(xué)支路中的閃耀光柵4-2固定不動，選取半導(dǎo)體激光器激射的中心模式，因為中心模式調(diào)諧單模實現(xiàn)最簡單，這一光路要求低，只需保證另一路光路精確即可；轉(zhuǎn)動另一個閃耀光柵4-1的角度，尋找雙模存在區(qū)域。

步驟3、連續(xù)調(diào)節(jié)另一路光學(xué)支路中的閃耀光柵的角度，判斷是否會出現(xiàn)單模輸出，若會出現(xiàn)單模輸出，此時繼續(xù)進(jìn)行步驟4；若不會出現(xiàn)單模輸出，則完成雙模激光器的雙模調(diào)節(jié)；

具體的，在連續(xù)調(diào)節(jié)水平方向的光學(xué)支路中的閃耀光柵4-2時，一般情況下雙模存在的區(qū)域較窄，而且會存在單模區(qū)域，則連續(xù)調(diào)節(jié)過程中的光譜分布如圖6所示。

步驟4、判斷兩路光學(xué)支路反饋的單一波長的光的光強(qiáng)差值，調(diào)節(jié)該兩個光學(xué)支路中的可調(diào)光衰減器，降低光強(qiáng)差值，返回步驟3

即判斷垂直方向的光學(xué)支路和水平方向的光學(xué)支路反饋的單一波長的光的光強(qiáng)差值，通過調(diào)節(jié)該兩個光學(xué)支路中的可調(diào)光衰減器3-1和3-2，降低光強(qiáng)差值，返回步驟3。

當(dāng)兩路光路其中一路光反饋較弱時，或者快接近單模調(diào)諧極限時，會存在內(nèi)腔激射干擾，此時如果另一路單縱模反饋較強(qiáng)時，會將內(nèi)腔激射抑制住，仍然可以觀察到雙模光譜輸出，如圖7(a)所示，為存在內(nèi)腔激射干擾時的輸出光譜，圖7(b)為內(nèi)腔激射被抑制后的輸出光譜。

當(dāng)通過調(diào)節(jié)兩個光學(xué)支路中的可調(diào)光衰減器3-1、3-2，使得兩路光的反饋均衡后，如圖8所示，在連續(xù)調(diào)節(jié)水平方向的光學(xué)支路中的閃耀光柵4-1時，會一直出現(xiàn)雙模光譜。

在上述步驟4中，還可以判斷哪一個光學(xué)支路的反饋較強(qiáng)，然后對該光學(xué)支路進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p調(diào)節(jié)，直至兩個光學(xué)支路的反饋均等，則可得到均衡的雙模輸出。

實施例2

本實施例提出一種外腔雙模連續(xù)可調(diào)諧量子點激光器，包括量子點激光器、外腔光學(xué)系統(tǒng)；量子點激光器作為寬譜增益介質(zhì)，外腔光學(xué)系統(tǒng)提供光反饋，篩選出不同波長的激光模式，外腔光學(xué)系統(tǒng)為改進(jìn)的雙littrow結(jié)構(gòu)，包括非球面準(zhǔn)直鏡、籠式薄膜分束器、兩個可調(diào)諧衰減片、兩個閃耀光柵。籠式薄膜分束器將量子點激光器發(fā)射出來光束分成兩路，閃耀光柵用于篩選所需的反饋模式，可調(diào)諧衰減片置于光柵前，用于調(diào)節(jié)篩選模式的強(qiáng)度，避免雙模之間強(qiáng)烈的模式競爭。在調(diào)諧過程中，其中一個光柵不動，另一個調(diào)節(jié)角度和衰減片的強(qiáng)度，實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的雙模輸出。

兩個閃耀光柵在調(diào)諧過程中，存在兩種工作模式。

工作模式1：其中一個閃耀光柵選擇特定角度保持不動，另一個閃耀光柵轉(zhuǎn)動角度，同時通過調(diào)節(jié)兩個閃耀光柵前的衰減片，實現(xiàn)均衡外腔雙模輸出。

工作模式2：同時轉(zhuǎn)動兩個光柵，同時借助衰減片的強(qiáng)度調(diào)節(jié)控制作用，尋找較為均衡的雙模輸出位置。

本實施例提出的外腔雙模連續(xù)可調(diào)諧量子點激光器，提高了雙模連續(xù)可調(diào)諧范圍，降低了光路調(diào)節(jié)難度，模式強(qiáng)度可調(diào)，易實現(xiàn)均衡的雙模輸出。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。