專利名稱：利用fp激光器為增益光源的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器，特別涉及利用FP多模激光器為增益光源的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用技術(shù)(WDM)在光纖光通訊系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用。波分復(fù)用的光電轉(zhuǎn)調(diào)器包含一個(gè)激光器，一個(gè)調(diào)制器，一個(gè)接收器和相關(guān)的電子設(shè)備。波分復(fù)用轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行可通過(guò)一個(gè)近紅外波長(zhǎng)在1550nm的固定波長(zhǎng)激光器實(shí)現(xiàn)。由于很易于操作和高度可靠性，分布反饋式(DFB)激光器在波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用。在DFB激光器中，提供光學(xué)反饋的衍射光柵位于整個(gè)增益共振腔的上方，這樣激光會(huì)在固定波長(zhǎng)下獲得一個(gè)穩(wěn)定的單模振蕩。并且，在低數(shù)字速率的信息傳輸也可通過(guò)直接對(duì)DFB激光器調(diào)制實(shí)現(xiàn)。波分多路系統(tǒng)的構(gòu)成實(shí)施是通過(guò)在每個(gè)ITU (國(guó)際電信聯(lián)盟)規(guī)定的每一波長(zhǎng)通道格點(diǎn)上使用一個(gè)激光器。然而，DFB激光器不具有較寬的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，因此，必須對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)使用不同的激光器，這便導(dǎo)致了昂貴的波長(zhǎng)管理的成本，同時(shí)要求很大的余料庫(kù)存來(lái)隨時(shí)解決激光器故障等問(wèn)題。為了克服現(xiàn)有DFB激光器的這一缺點(diǎn)同時(shí)獲得大范圍波長(zhǎng)單模運(yùn)行，可調(diào)諧激光器應(yīng)運(yùn)而生?？烧{(diào)諧激光器就是單個(gè)激光器的波長(zhǎng)變化可覆蓋很多ITU規(guī)定的波長(zhǎng)通道，并在應(yīng)用中根據(jù)需要可隨時(shí)變化到所需波長(zhǎng)通道。因此，一個(gè)可調(diào)諧激光器可以為很多波長(zhǎng)通道做光源備份，需要作為WDM轉(zhuǎn)換器庫(kù)存?zhèn)浼募す馄鲿?huì)大量減少。可調(diào)諧激光器還可在波分復(fù)用的定位中提供靈活的方案，即可以根據(jù)需要將某些波長(zhǎng)通道從光網(wǎng)中添補(bǔ)加或移除。相應(yīng)地，可調(diào)諧激光器可以幫助運(yùn)營(yíng)商在整個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)中有效地進(jìn)行波長(zhǎng)管理。傳統(tǒng)的FP (Fabry-perot)激光器是指法布里-珀羅激光器，具有法布里_珀羅諧振腔，是發(fā)射多波長(zhǎng)激光的多模激光器，即發(fā)射的激光在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)分布呈若干個(gè)峰，這些波長(zhǎng)峰的位置分布和它們之間的間距(稱自由光譜范圍)由芯片的增益曲線、光學(xué)折射率及長(zhǎng)度來(lái)決定，并且這些波長(zhǎng)峰的位置呈梳狀分布，其缺點(diǎn)是在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)激光發(fā)射的頻譜范圍較寬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用FP激光器為增益光源的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，可輸出單波長(zhǎng)激光并持續(xù)地或有選擇地改變輸出激光的波長(zhǎng)。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種利用FP多模激光器為增益光源的外腔式波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，它包括用于產(chǎn)生激發(fā)光源的半導(dǎo)體FP激光器芯片，該FP激光器芯片內(nèi)具有光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)導(dǎo)出激發(fā)光源的端口端面上鍍有部分透射部分反射膜，另一端口端面上設(shè)有高反射膜；在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置用于對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直的光學(xué)透鏡、對(duì)激發(fā)光源發(fā)射的光進(jìn)行透射濾光的具有梳狀分布透射譜特性的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、用于對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行部分反射和部分透射的部分反射鏡；所述光學(xué)透鏡、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、部分反射鏡構(gòu)成無(wú)源外腔反饋區(qū)；所述外腔反饋區(qū)與FP激光器芯片形成激光共振腔；通過(guò)改變FP激光器芯片內(nèi)光波導(dǎo)的折射率，從而改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置，選擇性地使激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，該波長(zhǎng)的光子經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射后，入射到部分反射鏡上，一部分光透過(guò)部分反射鏡作為輸出光，另一部分光經(jīng)該部分反射鏡反射返回到半導(dǎo)體FP激光器芯片進(jìn)行增益放大，使得光子在該波長(zhǎng)重疊處獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔內(nèi)的多次反射后產(chǎn)生所需的單波長(zhǎng)的激光，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧。所述可調(diào)諧激光器還包括用于監(jiān)控所述可調(diào)諧激光器的輸出功率的光探測(cè)器，該光探測(cè)器位于設(shè)有高反射膜的光波導(dǎo)端面的一側(cè)。本發(fā)明的目的還可通過(guò)以下實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一種利用FP多模激光器為增益光的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，它包括用于產(chǎn)生激發(fā)光源的FP激光器芯片，該FP激光器芯片內(nèi)具有光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)具有導(dǎo)出激發(fā)光源的端口和輸出激光的端口，兩端口的端面 上設(shè)有部分透射部分反射的光學(xué)膜；在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置用于對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直的光學(xué)透鏡、對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行透射濾光的具有梳狀分布透射譜特性的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、用于對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行高度反射的高反射鏡；所述光學(xué)透鏡、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、高反射鏡構(gòu)成無(wú)源外腔反饋區(qū)；所述外腔反饋區(qū)與FP激光器芯片形成激光共振腔；通過(guò)改變FP激光器芯片內(nèi)光波導(dǎo)的折射率，從而改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置，選擇性地使激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在相同波長(zhǎng)處重疊，該波長(zhǎng)的光經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射后，再入射到高反射鏡上被反射，返回到半導(dǎo)體FP激光器芯片進(jìn)行增益放大，使得光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔內(nèi)的多次反射后獲得所需單波長(zhǎng)的激光，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧。所述可調(diào)諧激光器還包括用于監(jiān)控所述可調(diào)諧激光器的輸出功率的光探測(cè)器，該光探測(cè)器位于高反射鏡的背面。在輸出激光的光波導(dǎo)端口一側(cè)設(shè)有用于耦合所輸出的激光的耦合透鏡。在上述基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可作如下改進(jìn)本發(fā)明所述FP激光器芯片的底部設(shè)有加熱器或制冷器，通過(guò)改變加熱器或制冷器的輸出溫度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率。本發(fā)明所述光波導(dǎo)還包括通過(guò)控制光子的路徑長(zhǎng)度來(lái)提供產(chǎn)生激光所需的共振相位條件的相位區(qū)段，該相位區(qū)段靠近光波導(dǎo)的任意一個(gè)端口，該相位區(qū)段的兩側(cè)獨(dú)立設(shè)置有相位電極。本發(fā)明所述光波導(dǎo)附近設(shè)有第一加熱電極或載流子注入電極，通過(guò)加熱第一加熱電極或?qū)d流子注入電極注入載流子改變光波導(dǎo)活性區(qū)的載流子濃度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率。本發(fā)明所述光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射最大峰的波長(zhǎng)分布和自由光譜范圍兼容國(guó)際電信聯(lián)盟光網(wǎng)通訊對(duì)波長(zhǎng)格點(diǎn)和間隔的要求標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所述可調(diào)諧激光器還包括用于所述可調(diào)諧激光器保持恒溫工作環(huán)境的恒溫裝置，該恒溫裝置位于所述可調(diào)諧激光器的下方或外圍。
本發(fā)明還可作如下改進(jìn)所述光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具上設(shè)有用于改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具折射率來(lái)調(diào)諧其梳狀透射峰分布波長(zhǎng)的第二加熱電極；先通過(guò)改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置或改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置，使激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔獲得該波長(zhǎng)重疊處的單波長(zhǎng)激光；再同步改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的梳狀波長(zhǎng)峰分布和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的梳狀透射峰分布，使上述重疊處激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置同步移動(dòng)，產(chǎn)生波長(zhǎng)峰重疊處波長(zhǎng)的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧。所述第二加熱電極設(shè)于光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具上的光學(xué)孔徑周圍，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的上表面，或光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的下表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
·
I)通過(guò)本發(fā)明的獨(dú)特外腔設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了利用簡(jiǎn)單的FP激光器芯片獲得單波長(zhǎng)和單模激光輸出；2)本發(fā)明的激光器可通過(guò)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)具和由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源之間的兩個(gè)光譜響應(yīng)來(lái)進(jìn)行波長(zhǎng)選擇，實(shí)現(xiàn)了較大范圍激光輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧；3)由于光學(xué)調(diào)諧通過(guò)在芯片上的熱或電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，不需要機(jī)械變動(dòng)，因此無(wú)移動(dòng)元件；4)本激光器的尺寸可做得非常小，因此它適用并滿足于非常小的激光封裝標(biāo)準(zhǔn)，如在光通訊領(lǐng)域已被廣泛地應(yīng)用的T056 ；5)激光共振腔內(nèi)內(nèi)置有和ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)兼容的標(biāo)準(zhǔn)具，在應(yīng)用中無(wú)需外部的波長(zhǎng)控制或參考標(biāo)準(zhǔn)；6)通過(guò)設(shè)計(jì)或選擇高速FP芯片，本激光器不需要外部加調(diào)制器則可通過(guò)直接調(diào)制FP激光器芯片實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)高速率數(shù)字信號(hào)傳輸。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例一通過(guò)加熱器或制冷器改變光波導(dǎo)折射率的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的主視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一通過(guò)第一加熱電極或載流子注入電極改變光波導(dǎo)折射率的俯視結(jié)構(gòu)圖；圖4為圖3的主視圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例一、實(shí)施例二的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射梳狀光譜(虛線)及FP激光器芯片輸出的激發(fā)光源的梳狀光譜(實(shí)線)；圖6為經(jīng)調(diào)諧后激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰重疊的示意圖；圖7為本發(fā)明在光波導(dǎo)的相位區(qū)段單獨(dú)設(shè)置相位電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例二通過(guò)加熱器或制冷器改變光波導(dǎo)折射率的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖9圖8的主視圖10為本發(fā)明實(shí)施例二通過(guò)第一加熱電極或載流子注入電極改變光波導(dǎo)折射率的俯視結(jié)構(gòu)圖；圖11為圖10的主視圖。圖中1.光波導(dǎo)，2.高反射膜，3、3'.部分透射部分反射膜，4.陶瓷墊片，5.加熱器，6.光學(xué)透鏡,7.透鏡支架,8.光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具,9.部分反射鏡,9'.高反射鏡，10.光探測(cè)器，11.光探測(cè)器支架，12.恒溫裝置，13. FP激光器芯片，14.第二加熱電極，15.驅(qū)動(dòng)電極，16、16'.第一加熱電極或載流子注入電極,17、17'.相位電極,18.激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰，19.光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的某一透射峰，20.耦合透鏡。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
如圖I、圖2所示的利用FP激光器為增益光源的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，它包括用于產(chǎn)生激發(fā)光源的FP激光器芯片13，由化合物半導(dǎo)體材料制成，該FP激光器芯片內(nèi)具有光波導(dǎo)1，光波導(dǎo)I上全部或部分覆蓋有用于向有源區(qū)注入電子的驅(qū)動(dòng)電極15，通過(guò)電子-光子轉(zhuǎn)換在某一中心波長(zhǎng)附近產(chǎn)生寬帶自發(fā)輻射光子；光波導(dǎo)I導(dǎo)出激發(fā)光源的端口端面上鍍有部分透射部分反射膜3，另一端口端面上鍍有高反射膜2，高反射膜的反射率大于95% ;在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置用于對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直的光學(xué)透鏡6、對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行透射濾光的具有梳狀分布透射譜特性的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8、用于對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行部分反射和部分透射的部分反射鏡9，光學(xué)透鏡6安裝在透鏡支架7上，部分反射鏡9的反射率、透射率由激光共振條件和輸出需要設(shè)定；光學(xué)透鏡6、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8、部分反射鏡9構(gòu)成無(wú)源外腔反饋區(qū)；外腔反饋區(qū)與FP激光器芯片形成激光共振腔；FP激光器芯片的底部設(shè)有用于通過(guò)熱光效應(yīng)改變光波導(dǎo)折射率的加熱器5，也可采用制冷器，該加熱器5通過(guò)陶瓷墊片4承托于FP激光器芯片13的下方。如圖5、圖6所示，通過(guò)控制改變加熱器或制冷器的輸出溫度來(lái)改變FP激光器芯片內(nèi)光波導(dǎo)的折射率，從而改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置，選擇性地使激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰18與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰19在某一波長(zhǎng)處重疊(圖4)，該波長(zhǎng)的光經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射后，入射到部分反射鏡上，一部分光透過(guò)部分反射鏡作為輸出光，另一部分光經(jīng)該部分反射鏡反射返回到半導(dǎo)體FP激光器芯片，使得光子在該波長(zhǎng)重疊處獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔內(nèi)的多次反射后獲得所需單波長(zhǎng)的激光；進(jìn)而通過(guò)加熱器或制冷器來(lái)改變FP激光器光的梳狀波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)分布位置，實(shí)現(xiàn)梳狀峰分布中的波長(zhǎng)峰18與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰19在其它波長(zhǎng)處重疊，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧。在鍍有高反射膜3的光波導(dǎo)端面的一側(cè)設(shè)有光探測(cè)器10，用于監(jiān)控可調(diào)諧激光器的輸出功率，該光探測(cè)器10安裝于光探測(cè)器支架11上，非常小量的光可以透過(guò)鍍有高反射膜2的光波導(dǎo)端面被光探測(cè)器10探測(cè)到，探測(cè)到的信號(hào)將作為反饋來(lái)監(jiān)控本激光器的輸出功率。如圖3、圖4所示，由于光波導(dǎo)I的折射率不但可以通過(guò)上述外部的熱-光效應(yīng)來(lái)改變，也可以在光波導(dǎo)附近設(shè)置有第一加熱電極或載流子注入電極，通過(guò)加熱第一加熱電極或?qū)d流子注入電極注入載流子改變光波導(dǎo)活性區(qū)的載流子濃度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率，其中，對(duì)第一加熱電極進(jìn)行加熱是應(yīng)用熱-光效應(yīng)來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率，對(duì)載流子注入電極注入載流子是應(yīng)用電-光效應(yīng)來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率，第一加熱電極和載流子電極16、16'采用的是微電極，此時(shí)可省去加熱器5或制冷器。因此，只要通過(guò)上述手段改變光波導(dǎo)I的折射率，則可改變由光波導(dǎo)I導(dǎo)出的激發(fā)光源的梳狀波長(zhǎng)峰分布的波長(zhǎng)位置。此夕卜，通過(guò)加熱器或制冷器改變光波導(dǎo)折射率的方式，及通過(guò)第一加熱電極或載流子注入電極改變光波導(dǎo)折射率的方式可根據(jù)需要采用一種或多種。如圖7所示，在光波導(dǎo)I中還包括用來(lái)控制光子的路徑長(zhǎng)度來(lái)提供產(chǎn)生激光所需的共振相位條件的相位區(qū)段，該相位區(qū)段靠近光波導(dǎo)的左端口，也可設(shè)置在靠近光波導(dǎo)的右端口，該相位區(qū)段的兩側(cè)獨(dú)立設(shè)置有相位電極17、17'，通過(guò)相位電極以實(shí)現(xiàn)光學(xué)相位單獨(dú)控制，進(jìn)一步保證激光腔體的單模激光輸出的容易實(shí)現(xiàn)和控制。光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8的透射峰也呈梳狀分布，它們的透射峰波長(zhǎng)位置和自由光譜范圍可以和國(guó)際電信聯(lián)盟光網(wǎng)通訊對(duì)波長(zhǎng)格點(diǎn)和間隔的要求標(biāo)準(zhǔn)兼容，如此，激光器的輸出波長(zhǎng)將被預(yù)先設(shè)定為與ITU兼容，在應(yīng)用中不需外部波長(zhǎng)控制或參考。 本實(shí)施例的可調(diào)諧激光器實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧的工作原理為光子在FP激光器芯片的光波導(dǎo)I區(qū)域通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成并放大。作為增益的FP激光器芯片可以發(fā)射多個(gè)波長(zhǎng)的激光，這些激光的波長(zhǎng)位置及相鄰激光波長(zhǎng)的間隔由增益光譜、芯片材質(zhì)的折射率和芯片的長(zhǎng)度來(lái)決定，相鄰激光波長(zhǎng)間隔也稱做激光器的縱模波長(zhǎng)間距。激發(fā)光源在光波導(dǎo)右端面出射的光束會(huì)被光學(xué)透鏡6擴(kuò)束準(zhǔn)直,然后經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8透射，入射到部分反射鏡9上，再由部分反射鏡9反射回光波導(dǎo)左端面的高反射膜2處，如此光子在激光共振腔內(nèi)多次反射后增益獲得激光。當(dāng)某一激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰18被使得與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的某一透射峰19重疊時(shí)，該重疊處波長(zhǎng)的激光將以最小的損耗穿過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8，入射到部分反射鏡9，在外腔反饋區(qū)內(nèi)形成正反饋，具有最大增益。而其它的激發(fā)光源波長(zhǎng)峰或光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰由于不具有足夠的反饋幅度而在激光競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中被壓制，不能產(chǎn)生激光，這樣可使本激光器在重疊波長(zhǎng)處產(chǎn)生共振和單波長(zhǎng)激光輸出。通過(guò)電熱器或制冷器或第一加熱電極或載流子注入電極來(lái)改變激發(fā)光源的梳狀波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)分布位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰18與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰19在其它波長(zhǎng)處重疊，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧。本實(shí)施例還可實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧在光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8上設(shè)置用于改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具折射率來(lái)調(diào)諧其梳狀透射峰分布的第二加熱電極14 ;該第二加熱電極14可設(shè)于光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8上的光學(xué)孔徑周圍，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8的上表面,或光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8的下表面。先通過(guò)改變由光波導(dǎo)I輸出的激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置或改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置，使激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔獲得該波長(zhǎng)重疊處的單波長(zhǎng)激光；再同步改變由光波導(dǎo)I輸出的激發(fā)的梳狀波長(zhǎng)峰分布和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的梳狀透射峰分布，使上述重疊處激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰18和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰19的波長(zhǎng)位置同步移動(dòng)，產(chǎn)生波長(zhǎng)峰重疊處波長(zhǎng)的連續(xù)變化，從而本外腔激光器實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧。本實(shí)施例還設(shè)置有用于可調(diào)諧激光器保持恒溫工作環(huán)境的恒溫裝置12，該恒溫裝置位于可調(diào)諧激光器的下方或外圍，恒溫裝置12采用熱電致冷器。實(shí)施例二如圖8-11所示為本發(fā)明的實(shí)施例二，本實(shí)施例二與實(shí)施例一的不同之處在于FP激光器的光波導(dǎo)I具有導(dǎo)出激發(fā)光源的端口和輸出激光的端口，兩端口的端面上均設(shè)有部分透射部分反射膜3、3'，這兩個(gè)部分透射部分反射膜的反射率、透射率可以不同，根據(jù)激光共振條件和輸出需要來(lái)設(shè)定；在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置用于對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直的光學(xué)透鏡6、對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行透射濾光的具有梳狀分布透射譜特性的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8、用于對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行高度反射的高反射鏡9'，高反射鏡9'的反射率大于95%;光學(xué)透鏡6、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8、高反射鏡9'構(gòu)成無(wú)源外腔反饋區(qū)；外腔反饋區(qū)與FP激光器芯片形成激光共振腔；在FP激光器芯片的底部設(shè)置用于通過(guò)熱光效應(yīng)改變光波導(dǎo)折射率的加熱器或制冷器。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧的方式為通過(guò)控制改變加熱器或制冷 器的輸出溫度，來(lái)改變FP激光器芯片內(nèi)光波導(dǎo)的折射率，從而改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置，選擇性地使激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在相同波長(zhǎng)處重疊，該波長(zhǎng)的光經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射后，再入射到反射率大于95%的高反射鏡9,上反射返回到半導(dǎo)體FP激光器芯片進(jìn)行增益放大，使得光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔內(nèi)的多次反射后獲得所需的單波長(zhǎng)的激光，激光由輸出激光的端口輸出；進(jìn)而通過(guò)加熱器或制冷器或第一電極或載流子注入電極來(lái)改變激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)分布位置，實(shí)現(xiàn)激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰18與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰19在其它波長(zhǎng)處重疊，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧；其中，圖8-9為通過(guò)加熱器或制冷器改變光波導(dǎo)折射率的方式，圖10-11為通過(guò)第一加熱電極或載流子注入電極改變光波導(dǎo)折射率的方式。具體地，光子在FP激光器芯片的光波導(dǎo)I區(qū)域通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成并放大。作為增益的FP激光器芯片可以發(fā)射多個(gè)波長(zhǎng)的激光，激發(fā)光源在光波導(dǎo)左端面半透半反射膜3出射的光束會(huì)被光學(xué)透鏡6擴(kuò)束準(zhǔn)直，然后經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8透射，入射到高反射鏡9'上，再由高反射鏡9'反射回光波導(dǎo)右端面的半透半反射膜3'，如此光子在激光共振腔內(nèi)多次反射后增益獲得激光，并由光波導(dǎo)右端口經(jīng)耦合透鏡17耦合輸出。本實(shí)施例的光探測(cè)器10設(shè)于高反射鏡9'的背面，用于監(jiān)控可調(diào)諧激光器的輸出功率，并在輸出激光的光波導(dǎo)端口一側(cè)設(shè)置用于耦合所輸出的激光的耦合透鏡17。在沒(méi)有附加耦合透鏡17的情況下，高反射鏡9'也可作為無(wú)源外腔反饋區(qū)的光束輸出耦合器。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧的方式為在光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8上設(shè)置用于改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具折射率來(lái)調(diào)諧其梳狀透射峰分布的第二加熱電極14 ;該第二加熱電極14可設(shè)于光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8上的光學(xué)孔徑周圍，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8的上表面,或光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具8的下表面。先通過(guò)改變由光波導(dǎo)I輸出的激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置或改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置，使激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔獲得該重疊處波長(zhǎng)的激光；再同步改變由光波導(dǎo)I輸出的激發(fā)光源的梳狀波長(zhǎng)峰分布和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的梳狀透射峰分布，使上述重疊處激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰18和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰19的波長(zhǎng)位置同步移動(dòng)，產(chǎn)生波長(zhǎng)峰重疊處波長(zhǎng)的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧。其中，改變激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置由加熱器或制冷器或第一加熱電極或載流子注入電極實(shí)現(xiàn)；改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的投射峰的波長(zhǎng)位置通過(guò)第二加熱電極實(shí)現(xiàn)。通過(guò)采用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)或選擇高速FP芯片，在輸出波長(zhǎng)單一，或步幅式調(diào)諧，或連續(xù)式調(diào)諧的情 況下，上述實(shí)施例中的激光器不需要外部加調(diào)制器還可通過(guò)直接調(diào)制FP激光器芯片實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)高速率數(shù)字信號(hào)傳輸。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種利用FP激光器為增益光源的外腔式波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，它包括用于產(chǎn)生激發(fā)光源的半導(dǎo)體FP激光器芯片，該FP激光器芯片內(nèi)具有光波導(dǎo)，其特征在于所述光波導(dǎo)導(dǎo)出激發(fā)光源的端口端面上鍍有部分透射部分反射膜，另一端口端面上設(shè)有高反射膜；在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置用于對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直的光學(xué)透鏡、對(duì)激發(fā)光源發(fā)射的光進(jìn)行透射濾光的具有梳狀分布透射譜特性的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、用于對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行部分反射和部分透射的部分反射鏡；所述光學(xué)透鏡、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、部分反射鏡構(gòu)成無(wú)源外腔反饋區(qū)；所述外腔反饋區(qū)與FP激光器芯片形成激光共振腔； 通過(guò)改變FP激光器芯片內(nèi)光波導(dǎo)的折射率，從而改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置，選擇性地使激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，該波長(zhǎng)的光子經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射后，入射到部分反射鏡上，一部分光透過(guò)部分反射鏡作為輸出光，另一部分光經(jīng)該部分反射鏡反射返回到半導(dǎo)體FP激光器芯片進(jìn)行增益放大，使得光子在該波長(zhǎng)重疊處獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔內(nèi)的多次反射后產(chǎn)生所需的單波長(zhǎng)的激光，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述FP激光器芯片的底部設(shè)有加熱器或制冷器，通過(guò)改變加熱器或制冷器的輸出溫度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧激光器還包括用于監(jiān)控所述可調(diào)諧激光器的輸出功率的光探測(cè)器，該光探測(cè)器位于設(shè)有高射膜的光波導(dǎo)端面的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光波導(dǎo)還包括通過(guò)控制光子的路徑長(zhǎng)度來(lái)提供產(chǎn)生激光所需的共振相位條件的相位區(qū)段，該相位區(qū)段靠近光波導(dǎo)的任意一個(gè)端口，該相位區(qū)段的兩側(cè)獨(dú)立設(shè)置有相位電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光波導(dǎo)附近設(shè)有第一加熱電極或載流子注入電極，通過(guò)加熱第一加熱電極或?qū)d流子注入電極注入載流子改變光波導(dǎo)活性區(qū)的載流子濃度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射最大峰的波長(zhǎng)分布和自由光譜范圍兼容國(guó)際電信聯(lián)盟光網(wǎng)通訊對(duì)波長(zhǎng)格點(diǎn)和間隔的要求標(biāo)準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧激光器還包括用于所述可調(diào)諧激光器保持恒溫工作環(huán)境的恒溫裝置，該恒溫裝置位于所述可調(diào)諧激光器的下方或外圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具上設(shè)有用于改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具折射率來(lái)調(diào)諧其梳狀透射峰分布的第二加熱電極； 先通過(guò)改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的波峰的波長(zhǎng)位置或改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置，使激發(fā)光源的波峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔獲得該重疊處波長(zhǎng)的激光； 再同步改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的梳狀波峰分布和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的梳狀透射峰分布，使上述重疊處激發(fā)光源的波峰和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置同步移動(dòng)，產(chǎn)生波峰重疊處波長(zhǎng)的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第二加熱電極設(shè)于光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具上的光學(xué)孔徑周圍，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的上表面，或光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的下表面。
10.一種利用FP激光器為增益光的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，它包括用于產(chǎn)生激發(fā)光源的FP激光器芯片，該FP激光器芯片內(nèi)具有光波導(dǎo)，其特征在于所述光波導(dǎo)具有導(dǎo)出激發(fā)光源的端口和輸出激光的端口，兩端口的端面上設(shè)有部分透射部分反射的光學(xué)膜；在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置用于對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直的光學(xué)透鏡、對(duì)激發(fā)光源發(fā)射的光進(jìn)行透射濾光的具有梳狀分布透射譜特性的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、用于對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行高度反射的高反射鏡；所述光學(xué)透鏡、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、高反射鏡構(gòu)成無(wú)源外腔反饋區(qū)；所述外腔反饋區(qū)與FP激光器芯片形成激光共振腔； 通過(guò)改變FP激光器芯片內(nèi)光波導(dǎo)的折射率，從而改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的波長(zhǎng)峰的波長(zhǎng)位置，選擇性地使激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在相同波長(zhǎng)處重疊，該波長(zhǎng)的光經(jīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的最大透射后，再入射到高反射鏡上被反射，返回到半導(dǎo)體FP激光器芯片進(jìn)行增益放大，使得光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔內(nèi)的多次反射后獲得所需單波長(zhǎng)的激光，實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的步幅式調(diào)諧。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述FP激光器芯片的底部設(shè)有加熱器或制冷器，通過(guò)改變加熱器或制冷器的輸出溫度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧激光器還包括用于監(jiān)控所述可調(diào)諧激光器的輸出功率的光探測(cè)器，該光探測(cè)器位于高反射鏡的背面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器,其特征在于在輸出激光的光波導(dǎo)端口一側(cè)設(shè)有用于耦合所輸出的激光的耦合透鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13任一項(xiàng)所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光波導(dǎo)還包括通過(guò)控制光子的路徑長(zhǎng)度來(lái)提供產(chǎn)生激光所需的共振相位條件的相位區(qū)段，該相位區(qū)段靠近光波導(dǎo)的任意一個(gè)端口，該相位區(qū)段的兩側(cè)獨(dú)立設(shè)置有相位電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光波導(dǎo)附近設(shè)有第一加熱電極或載流子注入電極，通過(guò)加熱第一加熱電極或?qū)d流子注入電極注入載流子改變光波導(dǎo)活性區(qū)的載流子濃度來(lái)改變光波導(dǎo)的折射率。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射最大峰的波長(zhǎng)分布和自由光譜范圍兼容國(guó)際電信聯(lián)盟光網(wǎng)通訊對(duì)波長(zhǎng)格點(diǎn)和間隔的要求標(biāo)準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述可調(diào)諧激光器還包括用于所述可調(diào)諧激光器保持恒溫工作環(huán)境的恒溫裝置，該恒溫裝置位于所述可調(diào)諧激光器的下方或外圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具上設(shè)有用于改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具折射率來(lái)調(diào)諧其梳狀透射峰分布的第二加熱電極； 先通過(guò)改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的波峰的波長(zhǎng)位置或改變光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置，使激發(fā)光源的波峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，光子在該重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋，并經(jīng)激光共振腔獲得該重疊處波長(zhǎng)的激光； 再同步改變由光波導(dǎo)輸出的激發(fā)光源的梳狀波峰分布和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的梳狀透射峰分布，使上述重疊處激發(fā)光源的波峰和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰的波長(zhǎng)位置同步移動(dòng)，產(chǎn)生波峰 重疊處波長(zhǎng)的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長(zhǎng)的連續(xù)式調(diào)諧。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第二加熱電極設(shè)于光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具上的光學(xué)孔徑周圍，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的上表面，或光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的下表面。
20.上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求中所述的可調(diào)諧激光器，用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)高速率數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)闹苯诱{(diào)制輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了利用FP激光器為增益光源的外腔式單波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器，包括FP激光器芯片，該FP激光器芯片內(nèi)具有光波導(dǎo)，光波導(dǎo)導(dǎo)出激發(fā)光源的端口端面上設(shè)有部分透射反射膜，另一端口端面上設(shè)有高反射膜；在位于導(dǎo)出激發(fā)光源的光波導(dǎo)端口一側(cè)，依次設(shè)置光學(xué)透鏡、對(duì)激發(fā)光源的發(fā)射光束進(jìn)行透射濾光的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具、對(duì)透過(guò)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的光束進(jìn)行部分反射和部分透射的部分反射鏡；通過(guò)改變激發(fā)光源的梳狀波長(zhǎng)峰的分布，或者同時(shí)改變激發(fā)光源的梳狀波峰分布與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰分布，使得激發(fā)光源的某一波長(zhǎng)峰與光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰在某一波長(zhǎng)處重疊，光子在重疊處波長(zhǎng)獲得最大反饋。本發(fā)明可輸出單波長(zhǎng)激光并持續(xù)地或有選擇地改變輸出激光的波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01S5/14GK102738702SQ20121010465
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者李若林 申請(qǐng)人:四川馬爾斯科技有限責(zé)任公司