專利名稱：帶有單片棱鏡組件的外部腔體半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有諸如外部腔體二極管激光器的外部腔體半導(dǎo)體激光器的光學(xué)器件，其中，外部光學(xué)腔體在邊緣發(fā)射半導(dǎo)體光學(xué)放大器的一面與外部反射器之間延伸。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有穩(wěn)定發(fā)射波長(zhǎng)的外部腔體半導(dǎo)體光學(xué)放大器。
背景外部腔體半導(dǎo)體激光器是公知的，具有許多用途和應(yīng)用，包括光纖通訊。在這種光學(xué)器件的典型的外部腔體二極管激光器中，光學(xué)腔體在邊緣發(fā)射半導(dǎo)體二極管激光器的刻面與高反射率的外部反射器之間延伸。位于高反射率反射器與第一刻面之間的邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器的第二刻面上通常有抗反射涂層，允許光束以最小反射率從激光器芯片出射。
半導(dǎo)體二極管激光器已經(jīng)被廣泛地用作光纖通訊的發(fā)射器。在一種常用的低成本實(shí)施方案中，將激光器芯片的兩個(gè)相對(duì)端面的邊緣劈開(kāi)，形成共振反射表面，提供激光器操作所需的反饋。這種法布里-珀羅(FP)激光器通常以縱向多模方式發(fā)射，具有較大的輸出帶寬，如3nm至10nm。在另一種常用的復(fù)雜性略有增加的實(shí)施方案中，在法-珀激光器腔體的工作區(qū)中刻蝕一個(gè)布拉格光柵，形成分布反饋激光器(DFB)。分布反饋激光器的優(yōu)點(diǎn)在于縱向單模發(fā)射，它提供十分窄的帶寬，通常例如小于0.01nm。在第三種應(yīng)用中，用分布布拉格反射器(DBR)激光器替代法-珀激光器一個(gè)被劈面的具有波長(zhǎng)可選性的布拉格光柵。具有波長(zhǎng)可選性的布拉格光柵的作用是產(chǎn)生縱向單模輸出的激光器。
由于在產(chǎn)生的特定波長(zhǎng)上其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性不適當(dāng)，這些以及其它二極管激光器的應(yīng)用受到阻礙。具體說(shuō)，例如，在將二極管激光器應(yīng)用于稠密波分復(fù)用(DWDM)中一直經(jīng)受這種困難。在這一先進(jìn)的光纖通訊技術(shù)中，一根纖維或一束纖維同時(shí)傳輸許多密排的波長(zhǎng)或通道。DWDM系統(tǒng)中的典型通道間隔在5nm至1nm甚至更小的范圍。為了實(shí)現(xiàn)有效的DWDM系統(tǒng)，每個(gè)通道需要穩(wěn)定和準(zhǔn)確地傳輸預(yù)定波長(zhǎng)。此外，需要用穩(wěn)定而準(zhǔn)確的具有波長(zhǎng)可選性的接收器來(lái)有選擇地去除或接收各個(gè)通道波長(zhǎng)，很少或者沒(méi)有來(lái)自其它通道的串話。因此，對(duì)于一個(gè)有效地工作的DWDM系統(tǒng)，必須以高準(zhǔn)確度將給定通道的發(fā)射器和接收器調(diào)諧到相同波段。
遺憾的是，目前已知的半導(dǎo)體二極管激光器(包括上述的FP激光器、DFB激光器和DBR激光器)所發(fā)射的波段隨溫度和其它因素而變化的程度大，不能接受。例如，在室溫的工作溫度下，F(xiàn)P激光器的中心波長(zhǎng)隨溫度變化的依賴關(guān)系通常達(dá)到每攝氏度0.4nm。對(duì)于DFB激光器，相應(yīng)偏差達(dá)到每攝氏度0.1nm。目前所知的半導(dǎo)體二極管激光器還有一個(gè)缺點(diǎn)是重復(fù)制造能力差，即當(dāng)大批量商業(yè)化生產(chǎn)這種激光器時(shí)，難以以適當(dāng)準(zhǔn)確度獲得預(yù)期的或規(guī)定的發(fā)射波長(zhǎng)。這些不足之處使目前的半導(dǎo)體二極管激光器難以低成本地實(shí)現(xiàn)諸如DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用需求，在許多情況下，甚至完全不適用。
眾所周知，利用例如具有從溫度傳感器反饋的閉合回路的熱電致冷器，將激光器的溫度控制在極小的溫度范圍中，能夠緩和各激光器與溫度的依賴關(guān)系。這種控制既復(fù)雜又增加成本。在目前已知半導(dǎo)體二極管激光器的商業(yè)化制造中控制較大波長(zhǎng)偏差(可能達(dá)到±5nm甚至±10nm這么大)的這個(gè)甚為棘手的問(wèn)題通過(guò)挑選所需波長(zhǎng)的激光器的生產(chǎn)批量已經(jīng)部分得到解決。這種對(duì)各激光器波長(zhǎng)測(cè)試的技術(shù)會(huì)對(duì)制造產(chǎn)額產(chǎn)生明顯的不利影響，并相應(yīng)地增加成本和復(fù)雜性。
還有人提議采用另一種類型的半導(dǎo)體二極管激光器，是指外部腔體可調(diào)諧激光器。例如Day等人在寬調(diào)諧的外部腔體二極管激光器(SPIE,Vol.2378,P35-41)一文中建議的外部腔體可調(diào)諧激光器。在Day等人建議的二極管激光器件中，在二極管激光器芯片的一個(gè)刻面上設(shè)置一抗反射涂層。所發(fā)射的光被捕獲在準(zhǔn)直透鏡中，利用衍射光柵選擇或調(diào)諧激光器的波長(zhǎng)。只要衍射光柵正在選擇二極管的光譜增益區(qū)內(nèi)的波長(zhǎng)，通常就會(huì)出現(xiàn)激光行為。Mooradian的第5172390號(hào)美國(guó)專利也建議在外部腔體中設(shè)置一衍射光柵的二極管激光器。遺憾的是，設(shè)置在二極管激光器外部腔體中的衍射光柵會(huì)引起整個(gè)器件尺寸和體積顯著增大。衍射光柵以及所需光柵準(zhǔn)直系統(tǒng)的復(fù)雜性還會(huì)顯著增加器件的成本。至于器件的尺寸和體積，根據(jù)已知的器件，在外部共振腔體中設(shè)置衍射光柵的二極管激光器的腔體長(zhǎng)度通常為25mm至100mm，而以上討論的FP激光器和DFB激光器的尺寸很小或較小，只有1mm。還發(fā)現(xiàn)，衍射光柵和光柵支座顯示了與溫度依賴關(guān)系。由于衍射光柵設(shè)定激光器的波長(zhǎng)，衍射光柵以及光柵支座的這種與溫度的依賴關(guān)系引起激光器發(fā)射波長(zhǎng)的不希望有的不穩(wěn)定性。此外，相信由于這種器件的衍射光柵和光柵支座方面的機(jī)械復(fù)雜性已經(jīng)長(zhǎng)期經(jīng)受波長(zhǎng)漂移問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好波長(zhǎng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的半導(dǎo)體激光器件。具體說(shuō)，本發(fā)明的目的是提供這樣一種具有可接受的制造成本，復(fù)雜性以及尺寸或體積特征的器件。從以下的公開(kāi)內(nèi)容以及對(duì)特定較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的另外一些目的是顯見(jiàn)的。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種外部腔體半導(dǎo)體激光器，它包括與外部共振腔體光耦合的光學(xué)放大器以及位于外部共振腔體中的單片棱鏡組件。根據(jù)特定的較佳實(shí)施例，光學(xué)放大器為諸如二極管激光器中使用的例如由InGaAsP形成的半導(dǎo)體光學(xué)放大器。其它合適的增益元件包括例如形成光纖的摻鉺石英、鍺或其它形成光纖的光學(xué)材料等。在這些實(shí)施例中，光學(xué)放大器為直接禁帶光學(xué)發(fā)射器。單片棱鏡組件包括一塊透明基板，即一塊對(duì)激光基本光學(xué)透明的基板并裝有一法-珀窄帶干涉濾光片，濾光片包括多個(gè)薄膜反射器，至少有一個(gè)薄膜腔體夾在它們之間。薄膜法-珀干涉濾光片設(shè)置在外部腔體中激光束的傳播路徑上。更具體地說(shuō)，其取向與橫平面呈一小角度。即裝在透明基板的與橫平面成非零度角度的表面(如以下討論中所述的內(nèi)表面或外表面)上。正如這里采用的，“橫平面”是與外部腔體中激光束光路垂直或正交的虛平面。相應(yīng)地，透明基板的橫表面是位于(或近似位于)橫平面中的表面。因此，薄膜法-珀干涉濾光片位于非橫平面中，即與激光束穿過(guò)它的光路不垂直。而是與橫平面成一銳角，通常小于45°并大于0°，1°至5°較好，1°至2°更好。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，薄膜法-珀干涉濾光片是一種穩(wěn)定的窄帶干涉濾光片，在單片棱鏡組件的透明光學(xué)基板的表面上設(shè)有涂層。而干涉濾光片較佳地在薄膜反射器層之間夾有至少一個(gè)薄膜腔體層，兩至五個(gè)腔體的多腔濾光片則更好，兩至三個(gè)腔體則最好。每個(gè)腔體的光學(xué)厚度(按照其實(shí)際物理厚度與腔體材料的折射率乘積計(jì)算)等于四分之一波長(zhǎng)即QWOT的偶數(shù)倍。所述的波長(zhǎng)通常是指通過(guò)濾光片發(fā)射的激光束的波段的中心波長(zhǎng)。每個(gè)腔體層較佳地是由一至三層介質(zhì)薄膜形成的，每個(gè)這種薄膜的光學(xué)厚度等于四分之一波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，對(duì)于每個(gè)這種介質(zhì)薄膜的光學(xué)厚度總共為1至15個(gè)二分之一波長(zhǎng)較好，5至10更好。將一個(gè)腔體層夾在它們當(dāng)中的每個(gè)反射器層較佳地是由四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度的薄膜形成的，正如下面將作進(jìn)一步描述的。更好地，濾光片是多腔薄膜法-珀窄帶干涉濾光片，其中各個(gè)反射器腔體的薄膜結(jié)構(gòu)是利用四分之一厚度光學(xué)耦合層相互相干耦合的。與單腔濾光片相比，在單片棱鏡組件中采用多腔法-珀干涉濾光片可獲得增大的光譜邊緣的斜率以及更寬的傳輸區(qū)。正如以下將進(jìn)一步討論的，這兩項(xiàng)作用可使這里所揭示的外部腔體激光器的性能特性比諸如標(biāo)準(zhǔn)具和衍射光柵的現(xiàn)有濾光片器件有較大提高。
從以下的討論中將會(huì)進(jìn)一步明白，單片棱鏡組件不需要提供棱鏡經(jīng)典意義上的任何光衍射功能。它對(duì)來(lái)自光學(xué)發(fā)射器的光的作用是，使波段內(nèi)的光透射而波段外的光被反射出去。因此，波段內(nèi)的光與波段外的光相分離。也可以把單片棱鏡組件稱作一個(gè)濾光片單體，還可以意指裝入薄膜法-珀干涉濾光片的透明基板組件；包括至少一個(gè)薄膜腔體夾在兩個(gè)薄膜反射器之間。
根據(jù)一些較佳實(shí)施例，單片棱鏡組件在限定光學(xué)放大器的外部共振腔體的一端的橫表面上有反射涂層，較佳地為高反射率的反射涂層，上述的法-珀干涉濾光片置于與第一表面隔開(kāi)并成一銳角的第二表面上。依照這個(gè)方面的光學(xué)器件有利地包括一個(gè)外部腔體，邊緣發(fā)射的半導(dǎo)體二極管激光器在與外部共振腔體光耦合的第一發(fā)射器刻面上一抗反射涂層。在二極管激光器的第二發(fā)射器刻面上設(shè)有輸出耦合器反射涂層。單片棱鏡組件位于外部共振腔體中，包括一透明光學(xué)基板，在限定外部共振腔體一端的外表面上有一腔體反射涂層。薄膜法-珀干涉濾光片設(shè)置在光學(xué)基板的第二表面上，位于反射涂層與第一發(fā)射器刻面之間的外部共振腔體中。諸如梯度折射率透鏡或體透鏡等的一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直裝置也可以位于外部共振腔體中，對(duì)法-珀干涉濾光片和二極管激光器第一發(fā)射器刻面之間的光進(jìn)行會(huì)聚。在腔體之外可以按照通常的方法采用隔離器。
本領(lǐng)域的專業(yè)人員或熟悉這一技術(shù)領(lǐng)域的人員將會(huì)看到，這里所揭示的光學(xué)器件是一項(xiàng)重大技術(shù)進(jìn)步。采用依照本發(fā)明的半導(dǎo)體光學(xué)放大器的外部腔體激光器能夠獲得準(zhǔn)確且可重復(fù)的發(fā)射波長(zhǎng)、優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性以及良好的抗波長(zhǎng)漂移能力。此外，更為重要的是，這種激光器，尤其是根據(jù)較佳實(shí)施例，能夠以小型尺寸和大商品化批量進(jìn)行生產(chǎn)，其制造成本與現(xiàn)有的FP激光器、DFB激光器和DBR激光器的相當(dāng)。正如以下討論的，可以把這里所揭示的較佳實(shí)施例的激光器件當(dāng)作薄膜法-珀干涉濾光片在外部激光器腔體中使用的對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)或波段進(jìn)行穩(wěn)定或鎖定的濾光片鎖定激光器。這里所公開(kāi)的激光器的較佳實(shí)施例以及裝有這種激光器的光學(xué)器件，能夠以商業(yè)化的批量進(jìn)行重復(fù)生產(chǎn)，發(fā)射波長(zhǎng)可維持在±0.1nm內(nèi)，對(duì)溫度的依賴性為0.005nm/℃或更小，較佳地為0.001nm或更小。長(zhǎng)期的波長(zhǎng)漂移能夠維持在不足±0.01nm。此外，在一些較佳實(shí)施例中，裝有薄膜法-珀干涉濾光片的單片棱鏡組件能夠使二極管激光器的總長(zhǎng)度小于5mm。本領(lǐng)域的專業(yè)人員將會(huì)看到，這些包裝和性能特征使這里公開(kāi)的激光器的較佳實(shí)施例以及裝有這種激光器的光學(xué)器件適合于諸如最重要的稠密波分復(fù)用光纖通訊系統(tǒng)的應(yīng)用，適合于商業(yè)使用。正如以上所討論的，以前的現(xiàn)有二極管激光器，如裝有對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行控制的衍射光柵或類似器件的激光器太復(fù)雜、體積大、可靠性差以及/或成本不能滿足這種應(yīng)用的苛刻要求。
從以下的對(duì)一些較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的另外的方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚或更容易理解。
附圖簡(jiǎn)述以下參照附圖討論本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例，其中

圖1是根據(jù)以上公開(kāi)內(nèi)容裝入外部腔體激光器的光學(xué)器件的第一較佳實(shí)施例的示意圖。
圖2是根據(jù)第二較佳實(shí)施例的外部腔體激光器的示意圖。
圖3-5是適合圖1和2所示半導(dǎo)體光學(xué)放大器中采用的單片棱鏡組件的薄膜法布里-珀羅濾波器的示意圖。
圖6是表明根據(jù)圖3-5的高質(zhì)量三腔法布里-珀羅干涉濾光片的理論性能圖以及對(duì)比的單腔和雙腔薄膜法布里-珀羅干涉濾光片的相應(yīng)性能。
圖7是包括根據(jù)另一較佳實(shí)施例的外部腔體激光器的光學(xué)器件的示意圖。
圖8裝入本發(fā)明的多個(gè)外部腔體激光器的稠密波分復(fù)用器件的示意圖。
應(yīng)當(dāng)明白，無(wú)論是在其各尺寸上還是在角度關(guān)系上，不必按照附圖中所示的光學(xué)器件的比例。在本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的能力范圍內(nèi)，根據(jù)以上的公開(kāi)內(nèi)容以及以下的對(duì)較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，能夠很好地選擇打算用作特定用途的這種器件的合適尺寸和角度關(guān)系。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員從以上討論中將會(huì)看到，這里所公開(kāi)的外部腔體激光器有許多用途，包括應(yīng)用于光纖通訊系統(tǒng)中，尤其是采用需要極窄和精密地控制傳輸波長(zhǎng)的稠密波分復(fù)用的系統(tǒng)中。另外的應(yīng)用包括例如應(yīng)用于測(cè)試設(shè)備等以及實(shí)驗(yàn)室儀器中。
與以前所知的諸如FP激光器、DFB激光器和DBR激光器等的激光器件不同，這里所公開(kāi)的器件中，在外部激光器腔體中，采用裝在透明基板上的薄膜法布里-珀羅干涉濾光片把外部腔體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)或波段鎖定在窄增益區(qū)中。采用合適的薄膜法-珀窄帶干涉濾光片甚至能夠?qū)⒓す馄飨拗茷閱伟l(fā)射模式。因此，這里所公開(kāi)和討論的激光器可以被稱作鎖定濾光片。小型(例如，包括單片棱鏡組件在內(nèi)的外部共振腔體的總長(zhǎng)度小于5mm)薄膜鎖定濾光片的外部腔體激光器或正如在以下的有些情況中將它們稱作的“FL激光器”，在DWDM光纖通訊系統(tǒng)中尤其具有好處。在這些應(yīng)用中需要精密和穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光發(fā)射器，從而可靠地分離和區(qū)分密排的傳輸通道。本領(lǐng)域的專業(yè)人員將會(huì)看到，這里所公開(kāi)的FL激光器有其它各種應(yīng)用，尤其是需要穩(wěn)定和準(zhǔn)確窄帶激光光源的應(yīng)用。
在圖1所示意的FL激光器中，外部腔體二極管激光器組件包括具有第一發(fā)射刻面12和相對(duì)的第二發(fā)射刻面14的激光二極管芯片10。發(fā)射刻面14上有一涂層，具體說(shuō)是輸出耦合器反射鏡，即輸出耦合器反射涂層16。通過(guò)涂層16發(fā)射的光被收入到準(zhǔn)直透鏡18中，準(zhǔn)直透鏡18較佳地為梯度折射率透鏡或類似透鏡。從梯度折射率透鏡18出射的準(zhǔn)直光通過(guò)光纖引出端20，由此進(jìn)入光纖通訊系統(tǒng)?？梢匀我獾貏h除梯度折射率透鏡18，以便于發(fā)射刻面14(有抗反射涂層16)與引出端20之間的拼接耦合。另外，接在梯度折射率透鏡或其它準(zhǔn)直透鏡之后，在腔體外側(cè)可以采用一個(gè)隔離器，使光通過(guò)達(dá)到引出端20。隔離器通常是眾所周知，它們的用途以及其它任意元件在這里所公開(kāi)的FL激光器中的應(yīng)用，在考慮本公開(kāi)內(nèi)容后，對(duì)于專業(yè)人員而言是顯然的。發(fā)射器刻面12上有涂層22，較佳地為抗反射涂層。穿過(guò)抗反射涂層22的光被第二準(zhǔn)直裝置24接收和準(zhǔn)直，該第二準(zhǔn)直裝置較佳地也是一個(gè)梯度折射率透鏡或類似透鏡。穿過(guò)準(zhǔn)直裝置24的光進(jìn)入包括一個(gè)透明光學(xué)基板28的單片棱鏡組件26中?；?8較佳地為諸如BK7或B270等的光學(xué)玻璃，這兩種玻璃是由Schott Glaswerke(德國(guó))公司提供?；?8的外側(cè)表面30有高反射率的端面反射鏡32，使得二極管激光器的外部腔體限定在輸出耦合器反射鏡16與高反射率端面反射鏡32之間。較佳地，在基板28的外表面36上有抗反射涂層34，以便于來(lái)自透鏡裝置24的準(zhǔn)直光進(jìn)入到單片棱鏡組件26中。
單片棱鏡組件進(jìn)一步包括基板28內(nèi)表面40上的薄膜法-珀干涉濾光片38。這里采用的術(shù)語(yǔ)“內(nèi)表面”常常指已經(jīng)被相互粘合或組合從而形成單片棱鏡組件的兩塊或兩片透明基板之間的表面與表面的接觸界面。內(nèi)表面上的光學(xué)涂層，例如法-珀干涉濾光片38的好處在于，通過(guò)將其夾在兩片粘合的基板之間，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)和穩(wěn)定。在這方面，應(yīng)當(dāng)看到，為了說(shuō)明起見(jiàn)，在圖1中大大夸大了基板28的第一塊42與第二塊44之間的間隙。還應(yīng)當(dāng)看到，法-珀干涉濾光片可以在塊42的界面46上形成，也可以在塊44的界面40上形成。外表面相應(yīng)地是指不形成與基板另一塊或部分的表面與表面間接觸界面的基板表面。因此可以是暴露于大氣中或與另一光學(xué)單元諸如準(zhǔn)直裝置、安裝結(jié)構(gòu)等相接?？梢詫?duì)外表面加涂層，如在圖1所述實(shí)施例的基板的情況中，這里，外表面30上有高反射率端面反射鏡涂層32，外表面36上有抗反射涂層34。在表面36或其它合適位置上可以加一個(gè)圓孔或其它孔徑，限制落在濾光片上的光束角度?？梢匀我獾貏h除單片棱鏡組件的透明基板28的塊42，以利用例如空氣間隙。由于空氣的折射率低，這可以獲得降低光學(xué)距離的好處。應(yīng)當(dāng)看到，圖1所示的光學(xué)器件的各部件可以按照特定應(yīng)用的性能和包裝技術(shù)規(guī)范的要求，與相鄰的元件分開(kāi)或貼接。
從圖1中可以看出，基板28外表面30上的高反射率端面反射鏡32位于橫平面中，即位于基本與準(zhǔn)直光在外部腔體中傳播的光路正交的平面中。法-珀干涉濾光片38與橫平面成一銳角。在涂層32與干涉濾光片38之間虛相交點(diǎn)(從圖1和7中看在紙面的上方)上的二者之間的角度α(見(jiàn)圖1和7)大于零度。即濾光片不是與穿過(guò)發(fā)射器刻面的光的光路垂直或正交。在一些實(shí)施例中，角度α可以有45°這么大。通常為1°至5°，最好是1°至2°。更一般地說(shuō)，干涉濾光片以少許的角度定位在激光器芯片的發(fā)射器刻面與限定外部腔體一端的高反射率涂層之間，從而使法-珀濾光片少許傾斜，超出激光器芯片數(shù)值孔徑。可以抑制未落在濾光片通帶內(nèi)因而未通過(guò)濾光片的波長(zhǎng)。即，由于上述的傾斜角，通過(guò)反射以該角度從激光器芯片發(fā)射器刻面出射的波段外的波長(zhǎng)，帶通干涉濾光片可抑制落在濾光片通帶外的光譜模式。
在工作中，從激光器芯片10的抗反射涂層刻面12出射的光被透鏡裝置24收集和準(zhǔn)直并將其射入單片棱鏡組件26中。法-珀干涉濾光片38波段內(nèi)的光沿箭頭27所示的路徑以低損耗通過(guò)濾光片發(fā)射出去，而波段外的光沿箭頭29所示的路徑從刻面12反射到共振腔體之外。波段外的波長(zhǎng)被濾光片38反射，因此不返回到二極管芯片10的發(fā)射器刻面上，而是沿有意損耗的路徑行進(jìn)。穿過(guò)法-珀干涉濾光片38的透射光落在高反射率端面反射鏡32上，從這里它被反射，沿箭頭27的路徑，但是在相反方向上返回到激光器芯片10的刻面12。因此，波段內(nèi)的光當(dāng)它返回到發(fā)射器刻面時(shí)再次通過(guò)濾光片38。其優(yōu)點(diǎn)在于，可以把包括反射器涂層32和法-珀干涉濾光片38的單片棱鏡組件組裝成一個(gè)抗反射涂層34與反射器涂層32之間尺寸達(dá)到2mm或更小的背靠背的小型棱鏡組件。圖1所示的光學(xué)器件可以被足夠緊湊地包裝，因此，與現(xiàn)有的器件不同，能夠滿足包括諸如DWDM應(yīng)用的特定光纖通訊應(yīng)用的各種商業(yè)應(yīng)用對(duì)尺寸的苛刻限制和制約。
如上所述，被高反射率端面反射鏡32反射的光再次反向通過(guò)法-珀干涉濾光片38，因此，進(jìn)一步去除了不希望有的波段外的光而透過(guò)波段內(nèi)的光。透過(guò)的波段內(nèi)的光再次通過(guò)透鏡裝置24，因此被重新注入到激光二極管10中，經(jīng)過(guò)放大而射在輸出刻面14上。如上所述，輸出刻面14上有部分反射的輸出耦合器反射鏡涂層16，從而使一部分落在涂層16上的光反射返回到激光器芯片中，繼續(xù)振動(dòng)功能，其余的光透過(guò)激光器到光纖引出端20中?？梢圆捎玫诙?zhǔn)直器對(duì)從輸出刻面14進(jìn)入光纖引出端20的光進(jìn)行準(zhǔn)直，較佳地，在光束傳播路徑上，在其外表面上有抗反射涂層48和50。通常，在光纖引出端20的輸入表面上也設(shè)有抗反射涂層52。同樣，準(zhǔn)直裝置24的表面25上有抗反射涂層35。一般，對(duì)于有諸如涂層16、22、34、35、48、50的抗反射涂層的表面，較佳地也提供一很微小的角度。通過(guò)使這些表面與橫平面產(chǎn)生傾斜或形成角度，從而它們與光束傳播的路徑不是嚴(yán)格正交，可以減少或消除由于不完善的抗反射造成的不需要的背反射。
激光器的外部腔體的總長(zhǎng)度等于激光二極管自身的長(zhǎng)度、加腔體內(nèi)準(zhǔn)直透鏡24的長(zhǎng)度、加激光器端刻面12與腔體內(nèi)準(zhǔn)直透鏡之間的焦距、加單片棱鏡組件的長(zhǎng)度。然而，本領(lǐng)域的專業(yè)人員將會(huì)看到，腔體的總光學(xué)長(zhǎng)度是各個(gè)部件的長(zhǎng)度與該部件的平均折射率的乘積。激光器腔體的長(zhǎng)度定義為激光器能夠支持的縱模的波長(zhǎng)間隔。為了提供根據(jù)特定較佳實(shí)施例的單模輸出，使單片棱鏡組件的法-珀干涉濾光片的帶寬變窄，小于相鄰光譜模間隔。在法-珀干涉濾光片寬于光譜模間隔的這些實(shí)施例中，可以發(fā)射一個(gè)以上的模式，對(duì)于特定的長(zhǎng)距離電信應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這可能是不好的，但是，在其他應(yīng)用中是有用的。根據(jù)以下的方程式可以計(jì)算稱作Δ-λ的光譜模間隔Δ-λ=λ2/[2×腔體長(zhǎng)度×折射率]在根據(jù)圖1的較佳實(shí)施例中，各部件具有如下表1所示的尺寸和光學(xué)特性表1部件 典型長(zhǎng)度Av.N.乘積激光器芯片0.5mm 3.6 1.8梯度折射率1.0mm 1.5焦距 0.2mm 1.0 0.2濾光片/反射鏡 2.0mm 1.5 3.0總計(jì) 3.7 6.5利用以上給出的方程式和表1的數(shù)值，這里“Av.N.”是根據(jù)圖1的較佳實(shí)施例的可能的縱向激光模式的間隔。Δ-λ約為0.17nm。對(duì)于單模操作，單片棱鏡組件的法-珀干涉濾光片最好是帶寬小于這個(gè)值兩倍，即0.34nm的帶通濾光片。較佳地，濾光片的帶寬小于0.3nm。正如這里采用的，濾光片的帶寬是指其3dB帶寬，即以納米表示的透過(guò)濾光片至少50％總接收發(fā)射率的寬度。采用多腔法-珀干涉濾光片，具體說(shuō)，中心位于1550nm、帶寬為0.25nm的雙腔超窄帶通濾光片，根據(jù)以下將作進(jìn)一步討論的較佳實(shí)施例，透射1550nm處的光譜模，而抑制其它的模。具體而言，在每一次通過(guò)濾光片中，將以大約8dB抑制1550.17nm和1548.83nm處的最近光譜模。因此，由于光必須兩次通過(guò)法-珀干涉濾光片，一次從激光器芯片到高反射率端面反射鏡32，第二次從端面反射鏡32反射返回到激光器芯片，因此，能夠獲得這些相鄰光譜模的總有效抑制。以更高程度抑制離1550nm透射模更遠(yuǎn)的光譜模。
在這方面，采用多腔干涉濾光片的效果如圖6的曲線所示。從圖6中可以看出，對(duì)于單腔、雙腔和三腔濾光片而言，1550nm處的透射比特性都是很好的。與單腔濾光片相比，雙腔和三腔濾光片的光譜邊緣，隨透射區(qū)的變寬斜率越來(lái)越大。即雙腔濾光片比單腔濾光片對(duì)波段外的光譜模的反射更強(qiáng)，三腔濾光片的作用又比雙腔濾光片有實(shí)質(zhì)性的增強(qiáng)。對(duì)于依照這里所討論的較佳實(shí)施例的外部腔體激光器的性能，這兩種作用是有利的，提供了比現(xiàn)有的諸如標(biāo)準(zhǔn)具和衍射光柵的濾光片器件要好的優(yōu)點(diǎn)。因此，通過(guò)控制單片棱鏡組件的法-珀干涉濾光片，可獲得這里所討論的外部腔體激光器的光學(xué)性能。正如下面將進(jìn)一步討論的，可以提供重復(fù)生產(chǎn)體積密度接近于一從而防止水吸收引起濾光片漂移等的法-珀干涉濾光片的優(yōu)越技術(shù)。在單片棱鏡組件內(nèi)表面上設(shè)置法-珀干涉濾光片的這些較佳實(shí)施例中，確實(shí)是這樣。
可以看出，圖2所示的光學(xué)器件具有與圖1所示共同的方面，將會(huì)明白，以相應(yīng)的類似方式產(chǎn)生作用。采用圖1的參考標(biāo)號(hào)表示圖2中共同的元件或特征。圖1所示實(shí)施例的輸出耦合器反射鏡涂層16被圖2所示實(shí)施例中的高反射率端面反射鏡涂層17所替代。端面反射鏡17限定了共振腔體的右側(cè)(如圖2所示)。此外，圖1所示實(shí)施例中的高反射率端面反射鏡32被圖2所示實(shí)施例中的光學(xué)耦合器涂層33所替代。通過(guò)涂層33將光發(fā)射到光學(xué)接收器件56，如光纖引出端、光學(xué)傳感器等中。更具體地說(shuō)，通過(guò)涂層33所發(fā)射的光在達(dá)到引出端56之前先通過(guò)光學(xué)隔離器54，然后到梯度折射率透鏡55?？狗瓷渫繉?7是按照現(xiàn)有技術(shù)提供的。在特定的應(yīng)用中，圖2所示的實(shí)施例優(yōu)點(diǎn)在于，在光束反向通過(guò)激光器二極管時(shí)可避免將“噪聲”放大。本領(lǐng)域的專業(yè)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以把諸如涂層33(具體說(shuō)，類似分束器的涂層)的光學(xué)耦合器用在圖1所示的實(shí)施例中，代替高反射率端面反射鏡32，將信號(hào)提供給光學(xué)接收器件。光學(xué)接收器件可以包括例如功率反饋回路的二極管傳感器或簡(jiǎn)單就是裝有輸出信號(hào)的光纖等。
依照商業(yè)化的已有技術(shù)能夠生產(chǎn)這里所揭示的光學(xué)器件中采用的單片棱鏡組件的薄膜法-珀干涉濾光片，考慮到本公開(kāi)內(nèi)容，這種應(yīng)用能力將是很顯然的。具體說(shuō)，采用諸如離子輔助電子束蒸發(fā)、離子束濺射和反應(yīng)磁控管濺射(例如，Scobey在第4851095號(hào)美國(guó)專利中所揭示的)的商業(yè)化的已有等離子淀積技術(shù)能夠產(chǎn)生包括金屬氧化物材料諸如氧化鈮和氧化硅疊層的高質(zhì)量的干涉濾光片。這些鍍膜方法能夠產(chǎn)生由疊合的介質(zhì)光學(xué)涂層形成的干涉腔體濾光片，這種光學(xué)涂層的優(yōu)點(diǎn)在于，稠密和穩(wěn)定、薄膜散射和吸收低、以及對(duì)溫度變化和環(huán)境濕度的靈敏度低。這些涂層的光譜分布適合于滿足應(yīng)用技術(shù)規(guī)范嚴(yán)格的要求。具體說(shuō)，利用這些技術(shù)能夠產(chǎn)生多腔窄帶帶通濾光片，這種濾光片對(duì)于與相鄰波長(zhǎng)范圍(例如稠密波分復(fù)用光纖系統(tǒng)中的相鄰?fù)ǖ赖牟ㄩL(zhǎng)范圍)分開(kāi)2納米甚至更小的波長(zhǎng)范圍是透射的。一種合適的淀積技術(shù)是低壓磁控管濺射，用這種技術(shù)，給磁控管濺射系統(tǒng)的真空腔體配備高速真空泵。磁控管和靶材料周圍的氣體管線吸持磁控管附近的惰性工作氣體，通常為氬氣。當(dāng)氣體從磁控管區(qū)擴(kuò)散時(shí)，不常用的高泵速真空在高速下去除從腔體中擴(kuò)散的氣體。腔體中惰性氣體壓力，最好在5×10-5托至1.5×10-4托范圍，是真空泵的泵速和磁控管障板吸持效率的函數(shù)。反應(yīng)氣體通過(guò)離子槍進(jìn)入腔體中，離子槍使氣體離子化并將其射在基板上。這樣做的作用是降低為提供合適化學(xué)配比的薄膜所需的氣體量以及減少磁控管上的反應(yīng)氣體。能夠獲得16英寸和更長(zhǎng)的行程距離。
如上所述，濾光片最好包括多腔涂層，其中，將兩種介質(zhì)薄膜疊合形成由腔體層分離不想要波長(zhǎng)的反射器。然后一次或多次重復(fù)這一結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生上述的增強(qiáng)阻擋能力和改善波段內(nèi)透射平坦度的多腔濾光片。其凈作用是產(chǎn)生一個(gè)對(duì)波段內(nèi)的光透射而對(duì)波段外的光反射的窄帶透射濾光片。在用上述淀積技術(shù)由稠密、穩(wěn)定的金屬氧化物薄膜疊層產(chǎn)生的三腔濾光片的較佳實(shí)施例中，已經(jīng)獲得優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，例如，在1550nm處，每攝氏度的變化為0.004nm甚至更好，可分開(kāi)的超窄帶波段寬度僅為2nm這么小，甚至1nm這么小。
根據(jù)上述的較佳實(shí)施例，干涉濾光片通常是由兩種材料形成的，第一種是諸如五氧化鈮、二氧化鈦、五氧化鉭和/或其混合物，如氧化鈮與氧化鈦的混合物的高折射率材料。在1.5微米波長(zhǎng)上，這些材料的折射率大約為2.1至2.3。低折射率材料通常是石英，其折射率約為1.43。干涉濾光片的“光學(xué)厚度”使指其物理厚度與其折射率的數(shù)值乘積。然而，這里所揭示的光學(xué)器件的單片棱鏡組件所采用的法-珀干涉濾光片的光學(xué)厚度隨濾光片的物理厚度以及所選材料的折射率而變化。在本領(lǐng)域的專業(yè)人員的能力范圍內(nèi)，考慮到本公開(kāi)內(nèi)容，將能夠很好地選擇合適的材料以及薄膜厚度，以獲取滿足特定應(yīng)用要求的合適光譜透射特性。
包括這里所揭示光學(xué)器件中薄膜法-珀干涉濾光片的單片棱鏡組件比現(xiàn)有的這種光學(xué)器件所采用的器件具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。尤其在用耐久的材料形成接近為一的包裝密度的稠密層時(shí)，單片棱鏡組件的干涉濾光片隨時(shí)間以及相對(duì)濕度和其它環(huán)境條件是高度穩(wěn)定的。此外，在一次鍍膜操作中可以將許多的光學(xué)基板塊隨干涉濾光片同時(shí)進(jìn)行鍍膜，因此大大降低了制造成本。按照已有技術(shù)已經(jīng)制備出的這些濾光片包括利用四分之一波長(zhǎng)厚度層相干耦合的多腔體，從而產(chǎn)生隨透射區(qū)變寬光譜邊緣的斜率增大。正如以上討論的，所有這些作用效果加上能夠制備小尺寸的單片棱鏡組件顯然比其它類型的濾光片器件，如標(biāo)準(zhǔn)具和衍射光柵具有許多優(yōu)越性。此外，正如以上討論的，由于干涉濾光片是在光學(xué)基板上形成的，尤其是設(shè)置在單片棱鏡組件的內(nèi)表面上，因此，增強(qiáng)了它的穩(wěn)定性。能夠產(chǎn)生尺寸極小，例如厚度小于0.5mm、直徑僅幾毫米的這種干涉濾光片。由此，能夠?qū)⑺鼈儼b在微小的成本相對(duì)較低的激光器件中。能夠采用商業(yè)化的技術(shù)來(lái)制備這種濾光片，以很窄的帶寬，例如0.3nm甚至更小在±0.1nm范圍內(nèi)發(fā)射預(yù)定或規(guī)定的波長(zhǎng)。如上所述，波段內(nèi)波長(zhǎng)范圍的透射比是極高的。
圖3-5示出了圖1和2所述FL激光器的較佳實(shí)施例中多腔干涉濾光片38的較佳的薄膜疊合結(jié)構(gòu)。較佳地，要精確地控制每個(gè)交替層(例如，五氧化鈮和二氧化硅)的厚度以及薄膜疊層的總厚度，例如在幾平方英寸的面積上控制在0.01％或0.2nm之內(nèi)。此外，具有甚低薄膜吸收和散射以及包裝密度接近為一的淀積薄膜疊層，具有低的因水而引起的濾光片漂移。這種超窄的多腔帶通濾光片具有優(yōu)良的性能特征，包括溫度和環(huán)境穩(wěn)定性好、窄的帶寬、所需光學(xué)信號(hào)的透射比高而其它波長(zhǎng)的反射比高、陡峭邊緣，即可選擇的透射率高(尤其是在采用三腔或更多腔的設(shè)計(jì)中)以及成本相對(duì)較低和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。圖3示出夾在透明光學(xué)基板的塊42與44(見(jiàn)圖1和2)之間的三腔濾光片。第一個(gè)腔體組件85直接鄰接基板塊44。第二個(gè)腔體組件86直接位于第一腔體之上，第三個(gè)腔體組件87直接位于第二腔體之上并與基板塊42形成表面-表面的界面。在圖4中，進(jìn)一步示出“第一腔體”85的結(jié)構(gòu)。淀積一系列的疊合薄膜，較佳地，是約由5至15層高、低折射率材料交替疊合的薄膜，形成第一反射器。較佳地，直接鄰接基板表面的第一薄膜是高折射率材料的層，接著是低折射率材料的層，等等。每個(gè)高折射率的層90是四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度(QWOT)的奇數(shù)倍，一個(gè)或三個(gè)四分之一波長(zhǎng)較佳，或是其它的QWOT奇數(shù)倍。與高折射率層90交叉的低折射率的層92，其厚度同樣是一個(gè)四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度或是其它的QWOT奇數(shù)倍。例如，它們可以是六個(gè)高、低折射率層組，形成最底部的介質(zhì)反射器94。腔體隔離器96，盡管圖中僅示出一個(gè)單層，但是通常包括一至四層高、低折射率材料交替組合的薄膜，這里，每層薄膜的厚度是QWOT的偶數(shù)倍，即二分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度的整數(shù)倍。第二介質(zhì)反射器98較佳地與上述的介質(zhì)反射器94基本相同。第二和第三腔體又直接淀積在第一腔體上，較佳地在形式上與其基本相同。
圖5示出一種交替的薄膜疊層，這里，上、下反射器94、98如圖3和4所示實(shí)施例所述。圖中所示的腔體隔離器97是由四層薄膜形成的，兩層高折射率薄膜97a與兩層低折射率薄膜97b相交替。每一層薄膜的厚度為2QWOT即一個(gè)二分之一波長(zhǎng)?？紤]了本公開(kāi)內(nèi)容，其它各種合適的交替疊合結(jié)構(gòu)是可能的，對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員而言是顯然的。
根據(jù)又一較佳方面，這里所揭示的光學(xué)器件的單片棱鏡組件的法-珀干涉濾光片可以進(jìn)一步是溫度穩(wěn)定的，或者通過(guò)采用傾角調(diào)節(jié)裝置是可調(diào)諧的。即能夠提供這樣的裝置，最好與單片棱鏡組件的安裝裝置一起，改變法-珀干涉濾光片的傾角，或獨(dú)立地或不是由單片棱鏡組件有的任何其它涂層的顯示角。在典型的較佳實(shí)施例中，濾光片相對(duì)準(zhǔn)直光的角度隨溫度升高而增大，相應(yīng)地隨濾光片溫度的降低而減小。此外，可以采用類似的技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)濾光片的傾角而調(diào)諧波長(zhǎng)。
從以下的描述中將明白，圖7所示意的FL激光器的另一較佳實(shí)施例是根據(jù)以上討論的原理而進(jìn)行工作。第一二極管激光器58在第一發(fā)射器刻面62上有高反射率端面反射鏡60，在與準(zhǔn)直裝置66接口的相反發(fā)射器刻面65上有抗反射涂層64。第二二極管激光器68在發(fā)射器刻面72上有光學(xué)耦合涂層70，從而在涂層70與涂層60之間建立共振腔體。穿過(guò)光學(xué)耦合器涂層70的光，在通過(guò)準(zhǔn)直裝置74之后被光纖引出端73所接收。第二二極管激光器68的第二發(fā)射器刻面76上有抗反射涂層77，通過(guò)它，使光送至準(zhǔn)直裝置78。單片棱鏡組件79定位在與二極管激光器68第二發(fā)射器刻面76有關(guān)的準(zhǔn)直裝置78和與第一二極管激光器58有關(guān)的準(zhǔn)直裝置66之間，在其內(nèi)表面81上有薄膜法-珀窄帶濾光片80。在光學(xué)器件各元件的各個(gè)表面上采用另外的抗反射涂層82。將會(huì)發(fā)現(xiàn)，可以用光學(xué)耦合涂層替代高反射率端面反射鏡60，因而可以使光從激光器件發(fā)射到光纖引出端、功率反饋回路的二極管傳感器等。其優(yōu)點(diǎn)在于，可以將圖7所示的分開(kāi)的各元件拼接耦合，從而縮短器件的整個(gè)尺寸及其光學(xué)長(zhǎng)度。
圖8示出稠密通道波分復(fù)用器件，在光學(xué)塊100的八個(gè)分別端口或通道的每個(gè)端口或通道上采用了以上所揭示的FL激光器。這種復(fù)用器件具有對(duì)各個(gè)分別波長(zhǎng)信號(hào)復(fù)用到一個(gè)公共光纖載線和/或?qū)@種信號(hào)進(jìn)行分用的功能。根據(jù)圖8所示的較佳實(shí)施例的光學(xué)復(fù)用器件的典型技術(shù)指標(biāo)包括圖2所提供的數(shù)據(jù)。
表2通道數(shù)目8通道波長(zhǎng)1544-1560
通道間隔 2nm+0.2nm最小隔離 20dB至35dB插入損耗(總) 小于6dB光纖類型 單模，1米引出端工作溫度范圍 -20℃至+50℃除了光學(xué)塊100之外，圖8所示的光學(xué)復(fù)用器件符合表2的技術(shù)指標(biāo)，光學(xué)塊較佳地為穩(wěn)定的玻璃基板，包括接收準(zhǔn)直光的裝置，如光纖梯度折射率透鏡準(zhǔn)直器112，或類似裝置，在微小傾角下，通過(guò)光學(xué)塊的表面116上的孔或刻面，接收來(lái)自光學(xué)塊的光學(xué)端118的經(jīng)高度準(zhǔn)直的光114。根據(jù)一個(gè)較佳實(shí)施例，光學(xué)塊的厚度“a”為5mm，長(zhǎng)度“b”為14.1mm或更長(zhǎng)，折射率約為1.5。準(zhǔn)直光的發(fā)散度以不大于0.15°為好，準(zhǔn)直光從光學(xué)塊中出射的傾角“c”約為15°。多波長(zhǎng)的光在光學(xué)塊中的高反射率涂層134與相對(duì)表面120之間多次反射。每一次被透射下一波長(zhǎng)增量的反射濾光片反射就增加(或減少)一個(gè)通道(或多個(gè)通道)。除了這一系列濾光片外，在光學(xué)塊的表面120上有波長(zhǎng)逐漸變化、最好是全介質(zhì)的窄帶濾光片122。根據(jù)1995年6月15日提交的題目為“光學(xué)復(fù)用器件”的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)為No.08/490829的專利所述方法能夠制造這樣的濾光片，這里將該專利所公開(kāi)的內(nèi)容引作參考。具體說(shuō)，在這種實(shí)施例中的濾光片122是一種連續(xù)可變厚度的多腔干涉濾光片，最好是一種連續(xù)線性可變的濾光片。在端口124，對(duì)于包含在準(zhǔn)直光114中的波長(zhǎng)子范圍，這種濾光片122是透射的。具體說(shuō)，光126從第一信號(hào)通道的準(zhǔn)直透鏡裝置128穿過(guò)光學(xué)塊的端124。對(duì)于復(fù)用器件的第一通道，由根據(jù)上述任一較佳實(shí)施例的滿足表2嚴(yán)格光譜性能特征要求的外部腔體半導(dǎo)體二極管激光器129產(chǎn)生通過(guò)端124的光信號(hào)。
位于端124的連續(xù)濾光片122反射該位置上濾光片波段內(nèi)以外的波長(zhǎng)。光束132在光學(xué)塊的表面120與表面116上高反射率薄膜或涂層134之間反射。高反射率薄膜134并不覆蓋光學(xué)端118，因而避免與光114通路上的干涉。因此，光132被反射薄膜134反射，在端124處落在光學(xué)塊表面120上，這里將其反射，使之通過(guò)端118。在與端124相鄰的端口136的位置上，對(duì)于不同于端124的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)子范圍，連續(xù)可變厚度多腔干涉濾光片是透明的。對(duì)于稠密通道波分復(fù)用應(yīng)用，多個(gè)端口中各端口之間沿光學(xué)塊的表面120線性隔開(kāi)的波長(zhǎng)間隔較佳地為2nm或更小。因此，在端口136，從準(zhǔn)直透鏡138，通過(guò)濾光片122發(fā)射由依照上述較佳實(shí)施例的外部腔體半導(dǎo)體二極管激光器產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)于第二通道的光信號(hào)。與在第一端口124上一樣，在端口136處，干涉濾光片22反射該位置上波段內(nèi)以外的光。因此，在這一點(diǎn)之前首次進(jìn)入光學(xué)塊中的光114，一部分142(即由激光器二極管器件149、159、169、179、189或199產(chǎn)生的其他通道波長(zhǎng)的光)從端口136反射到上一端口118上。采用同樣的方式，在光學(xué)塊中在先前點(diǎn)上的反射波長(zhǎng)在光學(xué)塊中以鋸齒或“多次反射”路徑相級(jí)聯(lián)，在光學(xué)塊的表面120上依次反射，增加各個(gè)通道的光信號(hào)。
這里所揭示的較佳實(shí)施例在技術(shù)上和在商業(yè)應(yīng)用上的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，能夠以很窄的波長(zhǎng)范圍使多個(gè)通道少許分開(kāi)，由可靠的且商業(yè)上可行的外部腔體二極管激光器件可以可靠和精確地產(chǎn)生所需的波長(zhǎng)子范圍。采用FL激光器，這種DWDM復(fù)用器件現(xiàn)在能夠批量生產(chǎn)，并具適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)控制能力和一致地重復(fù)產(chǎn)生的光譜性能特性，從而在商業(yè)應(yīng)用上使光纖DWDM復(fù)用系統(tǒng)變?yōu)榭尚小?br> 從以上公開(kāi)的本發(fā)明以及對(duì)特定較佳實(shí)施例的詳細(xì)討論中，只有不偏離本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神，顯然能夠?qū)@些實(shí)施例作各種添加和改進(jìn)。所有這些改進(jìn)和添加希望由以下的權(quán)利要求書(shū)所覆蓋。
權(quán)利要求
1．一種外部腔體激光器，其特征在于它包括與外部共振腔體光學(xué)耦合的半導(dǎo)體光學(xué)放大器和位于外部共振腔體中的單片棱鏡組件，外部共振腔體包括一塊透明基板，在與該外部共振腔體橫平面的銳角上有一薄膜法-珀窄帶干涉濾光片。
2．如權(quán)利要求1所述的外部腔體激光器，其特征在于所述單片棱鏡組件的所述薄膜法-珀干涉濾光片相對(duì)所述外部共振腔體的橫平面的銳角為大于零度小于45°。
3．如權(quán)利要求1所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的薄膜法-珀干涉濾光片的帶寬小于0.3nm。
4．如權(quán)利要求1所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的薄膜法-珀干涉濾光片包括夾在至少一個(gè)薄膜腔體層之間的多層薄膜反射器層。
5．如權(quán)利要求4所述的外部腔體激光器，其特征在于每個(gè)腔體層是由一至四層高低折射率介質(zhì)薄膜交替形成的，每層介質(zhì)薄膜的光學(xué)厚度等于半個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍，每個(gè)反射器層是由兩至十二層高低折射率介質(zhì)薄膜交替形成的，每層介質(zhì)薄膜的光學(xué)厚度為四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。
6．如權(quán)利要求1所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的薄膜法-珀干涉濾光片是多腔窄帶濾光片。
7．如權(quán)利要求6所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的法-珀干涉濾光片的帶寬小于0.3nm。
8．如權(quán)利要求7所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的外部共振腔體的總長(zhǎng)度小于5mm。
9．如權(quán)利要求1所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的半導(dǎo)體光學(xué)放大器包括直接禁帶半導(dǎo)體光發(fā)射器。
10．一種外部腔體激光器，其特征在于它包括與外部共振腔體光學(xué)耦合的半導(dǎo)體光學(xué)放大器和位于外部共振腔體中的單片棱鏡組件，外部共振腔體包括具有第一橫表面的透明基板和位于第二表面上的法-珀干涉濾光片，第二表面與第一表面成銳角，所述的法-珀干涉濾光片包括多層薄膜反射器層，它們之間夾有至少一個(gè)薄膜腔體層。
11．如權(quán)利要求1所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的銳角在1°至5°之間。
12．一種外部腔體激光器，其特征在于它包括與外部共振腔體光學(xué)耦合的半導(dǎo)體光學(xué)放大器和位于外部共振腔體中的單片棱鏡組件，外部共振腔體包括一塊透明基板，在與外部共振腔體橫平面的銳角上有一法-珀干涉濾光片，該法-珀干涉濾光片包括夾在兩個(gè)反射器層之間的至少一層腔體層，該腔體層由半波長(zhǎng)光學(xué)厚度的介質(zhì)薄膜形成，每個(gè)反射器層由四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度的介質(zhì)薄膜形成。
13．如權(quán)利要求12所述的外部腔體激光器，其特征在于所述的法-珀干涉濾光片是三腔濾光片。
14．一種單片棱鏡組件，其特征在于它包括一透明光學(xué)基板，在第一平面中在該光學(xué)基板的第一表面上有反射涂層，在第二平面中在該光學(xué)基板的第二表面上有一薄膜法-珀窄帶干涉濾光片，第二平面與第一平面相隔一段距離并成銳角。
15．如權(quán)利要求14所述的單片棱鏡組件，其特征在于所述的法-珀干涉濾光片是多腔窄帶濾光片。
16．如權(quán)利要求15所述的單片棱鏡組件，其特征在于所述的法-珀干涉濾光片的帶寬小于0.2nm。
17．如權(quán)利要求14所述的單片棱鏡組件，其特征在于所述的反射涂層是在所述基板外表面上的高反射率涂層，所述的法-珀干涉濾光片在所述基板的內(nèi)表面上。
18．如權(quán)利要求14所述的單片棱鏡組件，其特征在于進(jìn)一步包括在第三平面中在所述光學(xué)基板的第三表面上有一第二反射涂層，所述第三平面與所述第一平面平行并位于所述第二平面的相對(duì)一側(cè)。
19．一種光學(xué)器件，其特征在于它包括外部腔體激光器，它包括半導(dǎo)體二極管激光器，在與外部共振腔體光學(xué)耦合的第一發(fā)射器刻面上有一抗反射涂層；位于所述外部共振腔體中的單片棱鏡組件，它包括一透明光學(xué)基板，在相對(duì)所述外部共振腔體的橫平面的銳角上有一薄膜法-珀窄帶干涉濾光片；準(zhǔn)直裝置，使所述發(fā)射器刻面與所述法-珀干涉濾光片之間的光會(huì)聚。
20．如權(quán)利要求19所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的二極管激光器是邊發(fā)射的二極管激光器。
21．如權(quán)利要求20所述的光學(xué)器件，其特征在于進(jìn)一步包括所述二極管激光器第二刻面上的輸出耦合器反射涂層。
22．如權(quán)利要求21所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的單片棱鏡組件進(jìn)一步包括位于所述外部共振腔體一端的所述透明光學(xué)基板第一橫表面上的反射涂層，所述薄膜法-珀窄帶干涉濾光片位于所述光學(xué)基板的第二表面上，第二表面與第一表面形成銳角。
23．如權(quán)利要求22所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的薄膜法-珀窄帶干涉濾光片是多腔濾光片。
24．如權(quán)利要求23所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的法-珀干涉濾光片的帶寬小于0.3nm。
25．如權(quán)利要求24所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的外部共振腔體的總長(zhǎng)度小于5mm。
26．如權(quán)利要求22所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的反射涂層是位于所述基板的外表面上的高反射率涂層，所述的法-珀干涉濾光片位于所述基板的內(nèi)表面上。
27．一種光學(xué)器件，其特征在于它包括外部腔體半導(dǎo)體二極管激光器，在與外部共振腔體光學(xué)耦合的所述二極管激光器的第一發(fā)射器刻面上有一抗反射涂層，在所述二極管激光器的第二發(fā)射器刻面上有一輸出耦合器反射涂層；位于外部共振腔體中的單片棱鏡組件，它包括一透明光學(xué)基板，在所述外部共振腔體的一端有一腔體反射涂層，在所述反射涂層與所述第一發(fā)射器刻面之間的外部共振腔體中有一薄膜法-珀干涉濾光片，所述第一發(fā)射器刻面與所述反射涂層形成銳角，所述的薄膜法-珀干涉濾光片包括多層薄膜反射器，它們之間夾有至少一個(gè)薄膜腔體層。
28．如權(quán)利要求27所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的腔體反射涂層是高反射率的反射涂層。
29．如權(quán)利要求27所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的腔體反射涂層是部分透明的并將所述二極管激光器光耦合到輸出元件上。
30．如權(quán)利要求29所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的輸出元件是功率反饋環(huán)路的二極管傳感器。
31．如權(quán)利要求27所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的輸出耦合器反射涂層通過(guò)第二準(zhǔn)直裝置與光纖引出端光耦合。
32．一種光學(xué)器件，其特征在于它包括外部腔體半導(dǎo)體二極管激光器，它包括位于公共外部共振腔體的相對(duì)兩端處的第一和第二邊緣發(fā)射激光器，所述第一邊緣發(fā)射激光器在限定所述外部共振腔體的第一端的第一刻面上有一抗反射涂層，所述第二邊緣發(fā)射二極管激光器在限定所述外部共振腔體的第二端的第二刻面上有一輸出耦合器反射涂層，使所述二極管激光器與輸出元件光耦合；位于所述第一與第二邊緣發(fā)射激光器之間的外部共振腔體中的單片棱鏡組件，它包括一透明光學(xué)基板，其中裝有薄膜法-珀干涉濾光片，在薄膜反射器之間夾有至少一個(gè)薄膜腔體層；使所述第一與第二邊緣發(fā)射激光器之間的光會(huì)聚的準(zhǔn)直裝置。
33．如權(quán)利要求32所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的單片棱鏡組件在平行的外表面上有第一和第二抗反射涂層，所述的薄膜法-珀干涉濾光片位于所述第一與第二抗反射涂層之間的單片棱鏡組件的內(nèi)表面上。
34．如權(quán)利要求32所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的輸出元件是與光纖引出端光耦合的第二準(zhǔn)直裝置。
35．如權(quán)利要求32所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的第一反射涂層是高反射率的反射涂層。
36．如權(quán)利要求32所述的光學(xué)器件，其特征在于所述的第一反射涂層是部分透明的并將所述二極管激光器光耦合到第二輸出元件上。
37．一種稠密波分復(fù)用光纖通訊系統(tǒng)，其特征在于它包括半導(dǎo)體二極管激光器，在總長(zhǎng)度不足5mm的外部共振腔體中有一單片棱鏡組件，所述的單片棱鏡組件包括一透明光學(xué)基板，在其內(nèi)表面上裝有帶寬小于0.3nm的多腔薄膜法-珀干涉濾光片，其角度使波段外的波長(zhǎng)反射到所述二極管激光器之外，以及包括多個(gè)薄膜反射器，它們之間夾著至少一個(gè)薄膜腔體。
全文摘要
一種小型外部腔體濾光片鎖定的激光器,包括諸如二極管激光器的半導(dǎo)體光學(xué)放大器和位于外部共振腔體中的單片棱鏡組件。單片棱鏡組件包括一透明基板,其中裝有傾斜的,即不是取向?yàn)榧す馐谕獠壳惑w中傳播路徑的法向的薄膜法—珀干涉濾光片。這種光學(xué)器件的優(yōu)點(diǎn)是能夠經(jīng)濟(jì)地大批量地生產(chǎn)、尺寸小、重復(fù)產(chǎn)生的光譜性能特性可維持在嚴(yán)格的容限內(nèi)。重要的有利的應(yīng)用包括需要緊密隔開(kāi)各通道的波長(zhǎng)子范圍的稠密波分復(fù)用系統(tǒng)。能夠取得較高的相對(duì)溫度和濕度變化的波長(zhǎng)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G02B5/28GK1210627SQ97192181
公開(kāi)日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月13日
發(fā)明者M·A·斯科比 申請(qǐng)人:美國(guó)光學(xué)有限公司