專利名稱：寬帶鎖模激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信設(shè)備并且，更確切地說，涉及光通信系統(tǒng)中使 用的光源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光通信系統(tǒng)使用波分多路復(fù)用(WDM)信號(hào)在通信節(jié)點(diǎn)之間傳 輸信息。在這樣的系統(tǒng)中WDM信號(hào)的產(chǎn)生依賴于能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)亩嗖?長(zhǎng)(頻率)電磁輻射的光源。 一種這樣的光源是半導(dǎo)體鎖模 (mode-locked, ML)激光器，其實(shí)用性歸功于它相對(duì)小的尺寸、高功 率、低噪聲以及低成本。然而，現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體ML激光器的普遍問 題是，由這種激光器提供的波長(zhǎng)(光譜帶寬)其典型范圍相對(duì)窄，例 如，大約20納米(nm)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的原理，通過具有光學(xué)空腔的鎖模激光器解決了現(xiàn)有 技術(shù)的問題，其中光學(xué)空腔包含了 (i)多個(gè)光放大器，每個(gè)專用于由 該激光器生成的光信號(hào)的相應(yīng)光譜部分，(ii )用于管理腔內(nèi)色散效應(yīng) 的裝置，以及(iii )損耗調(diào)節(jié)元件。光學(xué)空腔色散效應(yīng)可通過使用每 個(gè)這種光譜部分的分離的腔內(nèi)相位調(diào)諧器來管理，和/或通過適當(dāng)配置 的對(duì)應(yīng)于不同光譜部分的波導(dǎo)來管理。有利地，由光放大器提供的相 對(duì)寬的組合增益光譜和由所述相位調(diào)諧器和/或波導(dǎo)提供的腔內(nèi)色散補(bǔ) 償，使這個(gè)激光器能夠?qū)崿F(xiàn)鎖模狀態(tài)，使得發(fā)射出具有相對(duì)寬(例如， 倍頻程寬度)頻譜的光脈沖串。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的鎖模激光器的光學(xué)空腔具有最佳光譜 取樣的陣列波導(dǎo)光柵(AWG),其具有多個(gè)重疊的光通帶。對(duì)于每個(gè)通 帶，光學(xué)空腔具有與專用相位調(diào)諧器串行連接的專用的光放大器。每 個(gè)光放大器適用于為相應(yīng)的光通帶提供光增益，且各個(gè)相位調(diào)諧器適 用于主要在所述光通帶內(nèi)提供色散補(bǔ)償。所述光學(xué)空腔還具有耦合到4AWG的調(diào)制元件，且適用于在所述腔內(nèi)調(diào)制光損耗，以便光脈沖串被發(fā) 射。


圖1A-B說明了有代表性的現(xiàn)有技術(shù)的鎖模(ML)激光器； 圖2A-B說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ML激光器；以及 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的ML激光器。
具體實(shí)施方式
在此提到的"一個(gè)實(shí)施例，，或"實(shí)施例"意味著與所述實(shí)施例一 起描述的獨(dú)特特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特性可被包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例 中。在說明書的不同位置出現(xiàn)的短語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施例中，，不必都涉及 相同的實(shí)施例，也不是與其他實(shí)施例互斥的分離或替換的實(shí)施例。鎖模是一種從稱作鎖模(ML )激光器的激光器獲得超短光脈沖的方 法。ML激光器的光學(xué)空腔包含主動(dòng)的調(diào)制元件(例如，光調(diào)制器)或 者非線性的被動(dòng)調(diào)制元件(例如，可飽和吸收體)或者二者都有，這使 得一個(gè)或多個(gè)在激光空腔中循環(huán)的超短波脈沖得以形成。每次循環(huán)脈 沖擊中輸出耦合器(例如，部分透明的反射鏡)，光就從激光器發(fā)射， 從而生成光脈沖串。脈沖串中的脈沖重復(fù)速率(通常在千兆赫范圍)由 空腔來回時(shí)間和空腔中的脈沖數(shù)量決定。脈沖串中的每個(gè)脈沖的持續(xù) 時(shí)間由光調(diào)制器和/或可飽和吸收體的特性決定，且通常落入毫微微秒 (femtosecond)到微微秒(picosecond)時(shí)間范圍。主動(dòng)鎖模(例如，使用聲光或電光調(diào)制器、Mach-Zehnder集成光 學(xué)調(diào)制器、或半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器)生成光脈沖，其與驅(qū)動(dòng)調(diào)制器的信 號(hào)同步。為達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行，設(shè)計(jì)整數(shù)倍數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)周期以便充分 匹配空腔中的來回時(shí)間，以避免強(qiáng)烈的定時(shí)抖動(dòng)或者甚至于混沌的激 光發(fā)射行為，這可能由兩個(gè)這樣的參數(shù)之間嚴(yán)重的失配而造成。具有可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模通常導(dǎo)致相對(duì)于通過主動(dòng)鎖模所獲 得的光脈沖更短的光脈沖，因?yàn)楸粍?dòng)可飽和吸收體相對(duì)于主動(dòng)光調(diào)制 器來說可以更快地調(diào)制空腔損耗，假如可飽和吸收體具有足夠短的恢 復(fù)時(shí)間。此外，如果遵守特定的設(shè)計(jì)方針，甚至可以獲得比可飽和吸 收體的恢復(fù)時(shí)間還短的脈沖持續(xù)時(shí)間。用于被動(dòng)鎖模的可飽和吸收體可以是真實(shí)的吸收體器件或人造的可飽和吸收體，例如，那些基于克爾(Kerr)透鏡鎖?；蚋郊用}沖鎖模的可飽和吸收體?；旌湘i模通常包含主動(dòng)和被動(dòng)鎖模的一些組合，并且通常在單塊 半導(dǎo)體激光器中使用。雖然混合鎖模增加了激光器整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 性，但提供了取得期望激光特性的靈活性，并且提供了主動(dòng)和被動(dòng)鎖 模二者技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和好處。由ML激光器生成的脈沖串的光譜由彼此分離實(shí)際上等于脈沖重復(fù) 速率的恒定頻率間隔的分立譜線組成。因而，ML激光器的光譜通常被 稱作光頻率梳。頻率梳的總譜寬由增益譜以及腔內(nèi)色散和非線性的效 應(yīng)決定。例如，由于色散效應(yīng)，如在光增益介質(zhì)中，空腔模式的諧振 頻率通常不是嚴(yán)格等距離的。然而，所述鎖模機(jī)制強(qiáng)制激光器發(fā)射在 等距離的同時(shí)可以在某種程度上偏離這些諧振頻率的頻率。盡管如 此，頻率偏離不會(huì)是任意高的，并且只有當(dāng)有效的腔內(nèi)色散足夠小 時(shí)，才可獲得寬帶譜，因此諧振頻率實(shí)質(zhì)上等距離且足夠接近相應(yīng)的 梳狀頻率。在時(shí)域中，這種情形可通過由色散引起的脈沖的時(shí)間上的 加寬來理解，其主要是由鎖模機(jī)制來補(bǔ)償?shù)?。光學(xué)非線性起重要的作 用，因?yàn)樗鼈冇绊憰r(shí)間上的加寬，并且同樣影響諧振頻率和梳狀頻率之 間的關(guān)系。圖1A-B說明了有代表性的現(xiàn)有技術(shù)的ML激光器100,其由M. J.R. Heck， P. Munoz， E. A. J.M. Bente等在"Simulation and Design'of Integrated Pulse Shaping Components for Femtosecond Modelocked Ring Lasers"中公開，其發(fā)表于第12界歐洲集成光學(xué)會(huì)議(2005, ECIO， 05)的會(huì)議論文集，其教導(dǎo)將在此通過引用而合成一體。特別 地，圖1A是激光器100的電路圖，圖IB圖示了在所述激光器中使用的 陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 108a-b的通帶特性。激光器100表現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù) 通過劃分發(fā)射光譜并為每個(gè)光譜部分提供分離的增益元件以增加激光 器帶寬的努力。參看圖1A，激光器100是環(huán)形腔激光器，使用通過插入環(huán)形腔的 可飽和吸收體(SA) 102實(shí)現(xiàn)的被動(dòng)鎖模來運(yùn)行。光脈沖可以在激光器 100的環(huán)形腔中以順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向循環(huán)。順時(shí)針循環(huán)的脈沖經(jīng) 由輸出耦合器104被耦合到輸出波導(dǎo)106a。類似地，逆時(shí)針循環(huán)的脈 沖耦合到輸出波導(dǎo)106b。激光器100的增益介質(zhì)包括多個(gè)被置于兩個(gè)AWG 108a-b之間的半 導(dǎo)體光放大器(SOA) 110,具有AWG 108a-b的目的之一是實(shí)現(xiàn)所謂的 "呼吸模式"配置，其中在進(jìn)入到SOA之前光脈沖被展寬，然后被再 壓縮。例如，對(duì)于順時(shí)針循環(huán)的脈沖，因?yàn)锳WG 108a的每個(gè)通帶限制 相應(yīng)于各個(gè)SOA 110的光譜帶寬并且因此增加了該SOA中的脈沖寬度， 因此得到了展寬。來自不同的SOA 110的放大了的信號(hào)在AWG 108b中 重組，在AWG 108b中這些信號(hào)互相干擾使得所產(chǎn)生的組合信號(hào)包含相 對(duì)窄的壓縮脈沖.關(guān)于呼吸模式配置的更多細(xì)節(jié)可在例如B. Resan和 P. J. Delfyett的、發(fā)表于IEEE Journal of Quantum Electronics, 2004，vol.40，No.3，214-221頁(yè) 的"Dispersion-Managed Breathing—Mode Semiconductor Mode-Locked Ring Laser: Experimental Characterization and Numerical Simulations" 中找 到，其教導(dǎo)在此通過引用而合成一體。圖IB示出了 AWG 108中兩個(gè)相鄰的通帶118和128的透射特性。 每個(gè)通帶118和128基本上具有高斯形狀，高斯形狀的中心頻率之間的 光譜間隔大約是200GHz。 AWG 108的其他通帶(未在圖IB中示出)相 似地被置于200GHz光柵上并且具有與通帶118和128的那些透射特性 相似的特性。要注意的是通帶118和128的交點(diǎn)具有大約30dB的衰減 量。結(jié)果，AWG 108的總透射光鐠具有深零位，每個(gè)零位都位于相鄰高 斯形狀的中心頻率之間的半程。該透射光譜的一個(gè)結(jié)果是，激光器IOO 可以通過空腔模式選擇，每通帶僅支持一根頻率梳線，如圖IB中的縱 向?qū)嵕€所指示的。因此，為獲得穩(wěn)定的鎖模，激光器100應(yīng)當(dāng)在通帶 間距和空腔長(zhǎng)度之間具有固定的關(guān)系。更特別地，在優(yōu)選的配置中， 激光器100中的通帶間距是空腔長(zhǎng)度的整數(shù)倍(當(dāng)空腔長(zhǎng)度被表示為 Hz)。例如，200GHz的通帶間距，可接受的空腔長(zhǎng)度是40GHz，這導(dǎo)致在每個(gè)方向上有五個(gè)激光脈沖在空腔中循環(huán)。激光器100的一個(gè)問題是，由于SOA 110中的自相位調(diào)制，激光器 的結(jié)構(gòu)非常分散，這導(dǎo)致通過不同SOA的光信號(hào)具有不同的有效光程 長(zhǎng)度。因此，只有相對(duì)窄的鎖模狀態(tài)可被用于激光器IOO。此外，自相 位調(diào)制限制可獲得的脈沖持續(xù)時(shí)間，并且附加的腔外色散補(bǔ)償元件被 用于生成毫微微秒脈沖。 一個(gè)代表性的腔外色散補(bǔ)償器可包含一對(duì)附 加的AWG,其中在這些AWG之間耦合多個(gè)相位調(diào)制器。這些腔外色散補(bǔ)償元件的增加使得整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)明顯變得復(fù)雜，但仍然不能改善激
光器100的鎖模狀態(tài)，其仍然保持相對(duì)地窄。
圖2A-B說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ML激光器200。更特別 地，圖2A是激光器200的電路圖，圖2B圖示了在所述激光器中使用的 AWG 208a-b的通帶特性。由下面的描述將變得清楚的是，激光器200 可以有利地具有一個(gè)相對(duì)寬的(例如，倍頻程)光譜帶寬，同時(shí)對(duì)于建 立期望的鎖模狀態(tài)而言非常靈活。
參看圖2A，激光器200是一個(gè)環(huán)形腔激光器，使用由位于環(huán)形腔 中的可飽和吸收體(SA) 202和光調(diào)制器(OM) 222實(shí)現(xiàn)的混合鎖模來 運(yùn)行.OM 222被配置為由驅(qū)動(dòng)器224驅(qū)動(dòng)，其提供對(duì)應(yīng)于激光器200 的空腔長(zhǎng)度的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，可飽和吸收體202 可從激光器空腔省略以實(shí)現(xiàn)完全的主動(dòng)鎖模。在另一實(shí)施例中，光調(diào) 制器222可同樣從激光器空腔省略以實(shí)現(xiàn)完全的被動(dòng)鎖模。激光器 200可被設(shè)計(jì)為具有相對(duì)短的空腔長(zhǎng)度，以支持相對(duì)高的脈沖重復(fù)速率 (例如，lOGHz)且生成適當(dāng)間隔的頻率梳線，以適用于期望的高數(shù)據(jù) 傳輸速率。
光脈沖可在激光器200的環(huán)形腔中以順時(shí)針或逆時(shí)針方向循環(huán)。 順時(shí)針循環(huán)脈沖經(jīng)由輸出耦合器204耦合到輸出波導(dǎo)206a。逆時(shí)針循 環(huán)脈沖相似地被耦合到輸出波導(dǎo)206b。在一個(gè)實(shí)施例中，在相應(yīng)的一 個(gè)波導(dǎo)206a-b從激光器結(jié)構(gòu)中省略時(shí)，方向光隔離器(未在圖2A中示 出)可被用于抑制順時(shí)針或逆時(shí)針循環(huán)的脈沖。
與激光器100(圖l)類似，激光器200實(shí)現(xiàn)了一種呼吸模式配置。 特別地，對(duì)于順時(shí)針循環(huán)的脈沖，由于AWG 208a中的帶通濾波，脈沖 展寬得以實(shí)現(xiàn)，以及通過AWG208b中的光譜分量再組合，脈沖壓縮得 以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于逆時(shí)針循環(huán)的脈沖，脈沖展寬和壓縮可以通過AWG 208的 相對(duì)于順時(shí)針循環(huán)脈沖所起的作用相反的作用類似地獲得。
圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的AWG 208的透射特性。AWG 208的通帶在圖2B中僅示出了三個(gè)(218， 228和238 ),其被設(shè)計(jì)為 使得AWG的整體透射光譜是基本平坦且無波紋的，如實(shí)線240所指示的 那樣。例如，AWG 208中的通帶形狀使得相鄰兩個(gè)通帶的交點(diǎn)，例如通 帶218和228的交點(diǎn)，具有大約3dB的衰減量。由此AWG 208與AWG 108 (圖l)有顯著的不同，例如，因?yàn)锳WG 208不具有位于相鄰?fù)◣еg的相對(duì)深的透射零位(transmission null) 。 AWG 208a-b相對(duì)平的透 射光譜的一個(gè)結(jié)果是，激光器200能夠支持每通帶多個(gè)梳狀線，如圖 2B中縱向?qū)嵕€所指示的，其中至少一些，也可能是全部的梳狀線在不 同的相鄰?fù)◣еg共用。與AWG 208a-b類似的AWG有時(shí)被稱作"高度 光譜取樣，，的AWG。允許極佳的平坦光譜的取樣數(shù)量被稱作最佳光譜取 樣。當(dāng)取樣增加到超過所述數(shù)量時(shí)，光譜保持充分平坦。最佳光譜取 樣的AWG的幾個(gè)例子，包括它的波導(dǎo)電路實(shí)現(xiàn)，可在例如美國(guó)專利 No. 6， 603， 898以及C, R. Doerr、 R. Pafcheck和L. W. Stulz的，出版 于 IEEE Photonics Technology letters,2003，vol.15，No.8，第 1088-1090 頁(yè)的論文 "Integrated Band Demultiplexer Using Waveguide Grating Routers"中找到。這兩篇文獻(xiàn)的技術(shù)都在此通過 引用合成一體。為了簡(jiǎn)要概括那些技術(shù)，如果AWG的輸出波導(dǎo)的間隔 是6微米，那么光柵區(qū)域所占據(jù)的孔徑角將小于A/b (其中X是波 長(zhǎng))以便比最佳光取樣更優(yōu)或更高。
AWG 208a-b使激光器200能夠?qū)崿F(xiàn)下面至少三個(gè)功能的一個(gè)或更 多個(gè)
1. 乂^潛_^*^。光信號(hào)的不同光譜部分具有他們各自的、以耦 合到AWG 208a-b的相應(yīng)部分的各專用的S0A 210為形式的增益池。增 益的光譜形狀可通過適當(dāng)配置不同的SOA210來控制，以便允許整個(gè)增 益諳的人為加寬，以及梳狀線數(shù)量的增加。
2. ^我^A償。將光譜分成多個(gè)較窄的光譜部分允許使用位于AWG 208a-b的相應(yīng)部分之間的不同專用相位調(diào)諧器(PT) 212來進(jìn)行獨(dú)立的 光語(yǔ)相位匹配。如上所述，S0A中的自相位調(diào)制產(chǎn)生信號(hào)色散，其數(shù)量 對(duì)于每個(gè)通帶是不同的。同樣，材料和波導(dǎo)特性產(chǎn)生了額外的色散。 每個(gè)專用相位調(diào)諧器212為相應(yīng)的通帶提供色散補(bǔ)償，而所有的相位 調(diào)諧器212—起為激光器200的全部帶寬提供有效的色散補(bǔ)償。比激光 器100 (圖1 )更有利的是，激光器200的腔內(nèi)色散補(bǔ)償與相對(duì)寬的增 益曲線結(jié)合使該激光器能夠具有相對(duì)靈活的和寬的可調(diào)整鎖模狀態(tài)。
3. *##4'^減>、。如前面已經(jīng)提到的，AWG 208a, b之中的 帶通濾波展寬了進(jìn)入每個(gè)個(gè)別SOA210的光脈沖，并且因此減少了每個(gè) SOA中的光脈沖所經(jīng)歷的非線性的不利作用。所述非線性抑制有利地改 善了脈沖串特性。在一個(gè)實(shí)施例中，連接AWG 208a-b的相應(yīng)端口的波導(dǎo)被設(shè)計(jì)為具 有基本相等的光程。所述波導(dǎo)配置有助于獲得適合的鎖模，因?yàn)閷?duì)應(yīng) 于AWG不同通帶的不同光語(yǔ)部分經(jīng)歷相同的有效空腔長(zhǎng)度。從而，在 該實(shí)施例中，相位調(diào)諧器212被設(shè)計(jì)為具有相對(duì)寬的相位調(diào)諧范圍， 以便為光信號(hào)的相應(yīng)的光譜分量提供適量的色散補(bǔ)償。
激光器200的這個(gè)實(shí)施例與激光器100的不同，因?yàn)榧す馄?00能 被鎖模，即便由于每通帶其僅具有一根空腔模式線的事實(shí)導(dǎo)致了相對(duì) 大的光程長(zhǎng)度差別(參見圖1B)。由此激光器100 (圖1)不具有實(shí)質(zhì) 上相等的光波導(dǎo)長(zhǎng)度，也不具有基于腔內(nèi)色散效應(yīng)而選擇的波導(dǎo)長(zhǎng)度 差別。與之相反，激光器200中每通帶具有多個(gè)空腔模式線(參見圖 2B)，為獲得鎖模，腔內(nèi)色散效應(yīng)通過使用相對(duì)小的和/或特殊的在不 同的光譜分量之間的光傳送長(zhǎng)度差來進(jìn)行管理。
在另一實(shí)施例中，連接AWG 208a-b的相應(yīng)部分的波導(dǎo)被設(shè)計(jì)為具 有不同的光程，該光程差別與不同通帶相對(duì)應(yīng)的腔內(nèi)色散量有關(guān)。該 實(shí)施例使得可以使用的相位調(diào)諧器212具有相對(duì)窄的相位調(diào)諧范圍， 因?yàn)?i )波導(dǎo)長(zhǎng)度差用來提供光信號(hào)相應(yīng)的光譜分量之間的固定相移， 以及(ii)由于對(duì)每個(gè)通帶來說加入各個(gè)相位調(diào)諧器212的波導(dǎo)長(zhǎng)度差 和可調(diào)整的相移所導(dǎo)致的固定相移的組合，提供適量的色散補(bǔ)償。
在又一實(shí)施例中，激光器200被設(shè)計(jì)為生成一個(gè)梳狀線的光譜不 變集，也就是，不可調(diào)的。在這個(gè)特定實(shí)施例中，至少一些，可能是 全部的相位調(diào)諧器212可從激光器結(jié)構(gòu)中省略。連接到AWG 208a-b的 相應(yīng)部分的波導(dǎo)被替換設(shè)計(jì)為具有提供光信號(hào)相應(yīng)的光譜分量之間的 適當(dāng)相對(duì)相移的波導(dǎo)長(zhǎng)度差，其具有實(shí)際上為激光器生成的光信號(hào)提 供色散補(bǔ)償?shù)膬粜?yīng)。例如，在一種配置中，任意兩個(gè)波導(dǎo)之間的波 導(dǎo)長(zhǎng)度差實(shí)質(zhì)上等于各個(gè)通帶之間的色散量差乘以波長(zhǎng)差再乘以空腔 內(nèi)的群速。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的ML激光器300。激光器300 總的來說與圖2的激光器200類似，兩個(gè)激光器的相似元件用后兩位數(shù) 字相同的標(biāo)記表示。然而，激光器200和300之間的一個(gè)差別是，后者 具有一個(gè)"線性，，空腔，與前者的環(huán)形空腔在形狀上相反。更特別 地，激光器300的空腔由兩個(gè)鏡面定義，也就是，高度反射鏡330和部 分透明鏡340。在一個(gè)實(shí)施例中，鏡面330和340通過對(duì)半導(dǎo)體晶片的劈開邊沿進(jìn)行適當(dāng)涂覆而形成，激光器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成于該半導(dǎo)體晶片
中。盡管激光器300以被動(dòng)鎖模實(shí)現(xiàn)示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解 該激光器還可以以主動(dòng)或混合鎖模方式實(shí)現(xiàn)。
由于激光器300的線形腔，AWG 308在每個(gè)空腔內(nèi)的往返行程期間 被穿過兩次。例如，由鏡面340反射的光脈沖通過SA 302并笫一次穿 過AWG 308。此時(shí)就順時(shí)針循環(huán)脈沖而言，激光器300中的AWG 308執(zhí) 行類似于激光器200中的AWG 208a所執(zhí)行的功能。由AWG 308生成的 脈沖的每個(gè)光譜分量然后穿過各自的PT 312和SOA 310，被鏡面330 反射，再次穿過SOA 310和PT 312，并重新進(jìn)入AWG 308。此時(shí)就順時(shí) 針循環(huán)的脈沖而言，AWG 308執(zhí)行類似于AWG 208b所執(zhí)行的功能。重 組的光譜分量形成一個(gè)脈沖，其穿過SA 302到達(dá)鏡面340，從而完成 激光空腔內(nèi)的環(huán)繞行程。需要注意的是，在激光器300中，每環(huán)繞行 程光脈沖通過每個(gè)SOA 310和每個(gè)相位調(diào)諧器312兩次，與之相對(duì)的在 激光器200中通過每個(gè)SOA 210和每個(gè)相位調(diào)諧器212 —次。由此SOA 310和相位調(diào)諧器312可被設(shè)計(jì)為分別具有比SOA 210和相位調(diào)諧器212 更低的放大率和相位調(diào)諧范圍。
激光器200和300中的任一個(gè)可被配置為作為具有受控的載波包絡(luò) 偏移(CEO)相位的鎖模激光器，例如與美國(guó)專利No. 6, 850, 543中描 述的鎖模激光器相似，該文獻(xiàn)的教導(dǎo)在此通過引用而與本發(fā)明合成一 體。簡(jiǎn)單地說，具有CEO相位控制的鎖模激光器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生一串超 短脈沖，每個(gè)脈沖具有相應(yīng)于幾個(gè)(例如，少于10個(gè))電磁載波振蕩 周期的持續(xù)時(shí)間。在這樣短的持續(xù)時(shí)間，脈沖包絡(luò)和栽波之間的相對(duì) 相移影響了在激光器所生成的頻率梳中的線的光譜位置。具有CEO相 位控制的鎖模激光器的一個(gè)特性是，允許對(duì)相移的可靠控制，使得頻 率梳可關(guān)于固定頻率光柵校準(zhǔn)。
由具有CEO相位控制的鎖模激光器生成的脈沖串中的脈沖間相位 演化主要?dú)w因于在鎖模激光器空腔內(nèi)部的群和相位速度不一致。激光 器200和300允許對(duì)激光空腔內(nèi)群和相位速度的獨(dú)立的、精確的控制， 并且因此可以控制激光器產(chǎn)生的頻率梳的光譜位置的可調(diào)性。例如， 在激光器300中，為調(diào)整空腔中環(huán)繞行程的群延遲，以相同的量調(diào)整 所有相位調(diào)諧器312。然后為調(diào)整空腔中環(huán)繞行程的群速度色散，以在 不同的相位調(diào)諧器之間以線性方式增加(減少)的適當(dāng)?shù)牧空{(diào)整每個(gè)相位調(diào)諧器312。
激光器200和300的每個(gè)可以使用單個(gè)晶片以單塊結(jié)構(gòu)制造的方式 來實(shí)現(xiàn)，如本技術(shù)領(lǐng)域所公知的那樣。可被用于激光器200和300的生 產(chǎn)過程的代表性生產(chǎn)步驟例如描述在上述的'898專利以及美國(guó)專利 No. 5, 373, 517、 No. 6， 031， 859和No. 6, 031, 851，這些專利的教導(dǎo)在 此通過引用被結(jié)合成為一體。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，例如InP/InGaAsP， 以及量子點(diǎn)材料都可被用于制造過程。
雖然本發(fā)明已根據(jù)說明性的實(shí)施例進(jìn)行描述，而說明書不應(yīng)以限 制的目的進(jìn)行解釋。雖然本發(fā)明的實(shí)施例已根據(jù)AWG進(jìn)行描述，他們 同樣可以使用任何適合的光交換結(jié)構(gòu)(0SF)來實(shí)現(xiàn)。所描述的實(shí)施例 的各種改變，就像本發(fā)明的其他實(shí)施例，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員來說是顯而易見的，所述改變被認(rèn)為在本發(fā)明的原理和范圍 內(nèi)，如隨后的權(quán)利要求書所表達(dá)的那樣。
雖然隨后的方法權(quán)利要求中的步驟，即便是，用相應(yīng)的標(biāo)記以特 殊的順序來陳述，除非權(quán)利要求有記敘，否則意味著是用于實(shí)現(xiàn)一些 或全部的那些步驟，那些步驟不必規(guī)定為限制要以所述特殊的順序來 實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種具有光學(xué)空腔的激光器，包含光放大器件，能夠分別放大激光信號(hào)的多個(gè)光譜分量的每個(gè)光譜分量；色散管理器，適合于為該激光信號(hào)充分提供腔內(nèi)色散補(bǔ)償；以及損耗調(diào)制元件，光耦合到光放大器件和色散管理器，其中光放大和損耗調(diào)制為從空腔發(fā)射光脈沖串創(chuàng)造條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，進(jìn)一步包含由多個(gè)通帶表示的第一光交換結(jié) 構(gòu)(0SF),該第一光交換結(jié)構(gòu)適于將激光信號(hào)劃分為所述多個(gè)光譜分量，其 中每個(gè)光語(yǔ)分量對(duì)應(yīng)于所述第一 0SF的相應(yīng)通帶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明，其中該第一 0SF包含具有第一端口和多個(gè)第二端口的陣列波導(dǎo)光柵(AWG )， 其中每個(gè)第二端口被光電耦合到該第一端口以形成所述AWG的各個(gè)光通帶； 每個(gè)光程包含耦合到該第一AWG的相應(yīng)第二端口的波導(dǎo)；并且 該光放大設(shè)備包含多個(gè)光放大器，每個(gè)光放大器耦合到相應(yīng)的波導(dǎo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，其中所述色散管理器包含多個(gè)相位調(diào)諧器， 每個(gè)相位調(diào)諧器耦合到相應(yīng)的波導(dǎo)以及相應(yīng)的光放大器，其中對(duì)應(yīng)不同光程 的波導(dǎo)具有實(shí)質(zhì)上相等的光學(xué)長(zhǎng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，其中所述AWG被設(shè)計(jì)為展示最佳的或比最佳更好的光鐠取樣；以及 所述通帶的組合的透射光譜具有從所述AWG的第一通帶的大約中心位置到最后一個(gè)通帶的大約中心位置的基本上恒定的透射，其中通帶的光譜形狀使得兩個(gè)相鄰?fù)◣У慕稽c(diǎn)具有大約3dB的衰減量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，其中 對(duì)應(yīng)于不同光程的波導(dǎo)具有不同的光學(xué)長(zhǎng)度；任意兩個(gè)波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差是相應(yīng)兩個(gè)光譜分量之間的色散量的差的 函數(shù)；以及所述波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差實(shí)質(zhì)上用來提供腔內(nèi)色散補(bǔ)償，其中任意兩個(gè) 波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差實(shí)質(zhì)上等于相應(yīng)光程中的色散量的差乘以相應(yīng)通帶之間的 波長(zhǎng)差乘以空腔內(nèi)的群速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明，其中光脈沖串的頻譜具有每通帶兩個(gè)或更多的頻率梳線；以及 至少一根頻率梳線在兩個(gè)相鄰的通帶之間共享。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中該激光器以集成波導(dǎo)電路的形式實(shí)現(xiàn)。
9. 一種產(chǎn)生脈沖光的方法，包括分別放大光學(xué)空腔中傳播的激光信號(hào)的多個(gè)光譜分量中的每個(gè)光譜分量；為該激光信號(hào)充分提供腔內(nèi)色散補(bǔ)償；以及在空腔內(nèi)調(diào)制光損耗，使得光放大和損耗調(diào)制為從空腔發(fā)射光脈沖串創(chuàng) 造條件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)明，進(jìn)一步包含將激光信號(hào)劃分成多個(gè)光譜分 量，其中每個(gè)光鐠分量對(duì)應(yīng)于不同的光通帶；充分提供的步驟包含，使用每個(gè)光鐠分量的光程調(diào)整相應(yīng)光譜分量的 光學(xué)相位，其中對(duì)應(yīng)于不同光鐠分量的光程適于充分提供腔內(nèi)色散補(bǔ)償；并 且劃分的步驟通過使用第一陣列波導(dǎo)光柵(AWG)來實(shí)現(xiàn)，其中 該第一 AWG祐j殳計(jì)為展現(xiàn)最佳的或比最佳更好的光取樣；以及 該通帶的組合的透射光譜具有從該第一AWG的第一通帶的大約中心位 置到最后一個(gè)通帶的大約中心位置的基本上恒定的透射。
全文摘要
一種鎖模激光器(200)，具有包含多個(gè)光放大器(210)的光學(xué)空腔，每個(gè)光放大器用于由該激光器產(chǎn)生的光信號(hào)的相應(yīng)光譜部分，其中色散效應(yīng)通過使用分離的腔內(nèi)相位調(diào)諧器(212)為每個(gè)這樣的光譜部分來管理，和/或通過適當(dāng)配置的對(duì)應(yīng)于不同光譜部分的波導(dǎo)來管理。有利地，由光放大器(210)提供的相對(duì)寬的組合增益譜和由相位調(diào)諧器(212)和/或波導(dǎo)提供的腔內(nèi)色散補(bǔ)償使這個(gè)激光器能夠?qū)崿F(xiàn)鎖模狀態(tài)，導(dǎo)致具有相對(duì)寬的頻譜的光脈沖串發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，鎖模激光器(200)的光學(xué)空腔具有最佳光譜取樣的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)，其被配置為將光信號(hào)分成多個(gè)光譜部分并將這些部分應(yīng)用到相應(yīng)的波導(dǎo)、光放大器以及相位調(diào)諧器。
文檔編號(hào)H01S5/10GK101326691SQ200680046099
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者C·R·德爾 申請(qǐng)人:盧森特技術(shù)有限公司