一种大范围调谐激光器及其调谐方法技术

本发明专利技术涉及大范围波长可调谐激光器技术领域，提出了一种大范围调谐激光器方案及其调谐方法。该调谐激光器包含光增益区、公共相位区、多通道分支区、以及多通道反射区。多通道分支区将输入通道分成多个输出通道。多通道反射区包含若干个长度不同的臂，每个臂上有一个独立的臂相位控制区；相邻臂的长度差不相等，以使得多通道反射区干涉产生单个反射峰占主导的反射谱，该反射谱保证了激光器的单模工作。通过结合调节公共相位区的相位以及多通道反射区每个臂上的相位，能够实现激光器的波长大范围精细调谐。基于以上方案，本发明专利技术具有制作难度小，成本低，调谐范围广，调谐效果佳，调谐控制方便的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大范围波长可调谐激光器
，涉及的是一种大范围波长可调谐 激光器及其调谐方法。
技术介绍
随着长距离、大容量、超高速光纤通信技术的发展，半导体调谐激光器成长为光纤 通信系统和下一代光网络的关键器件之一。在密集波分复用（DWDM)系统中，调谐激光器能 够代替多个波长固定的激光器，这样不仅能够极大地降低备用光源的成本，还能够提供及 时有效的库存管理和信道快速建立功能。在下一代可重构光网络中，调谐激光器还能够提 供自动波长配置、波长转换以及波长路由功能，从而增加网络的灵活性和宽带利用率。近几 十年，调谐激光器受到国内外的广泛关注和研究。 调谐激光器的基本结构和工作原理如图1所示。调谐激光器可以由最基本的 Fabry-P6r〇t (F-P)腔激光器，相位控制器以及模式选择滤波器构成。F-P腔激光器仅由增 益介质和谐振腔（由两端面反射镜构成）组成，满足激光器工作条件的波长（激光器的纵 模）有很多个。由于半导体增益介质的增益谱通常都比较平坦，如图1中的增益谱所示，所 以普通的F-P腔激光器不具有选模机制，一般是多模激射的。为了实现单纵模激射，需要模 式选择滤波器将单个纵模选出来。通常滤波器的中心波长要靠近所要选择的模式，这样该 模式由滤波器所引起的额外损耗要小于其他模式，从而在激光器的激射谱中占主导地位。 该模式输出功率与其他模式输出功率的比通常称为边摸抑制比（Side Mode Suppression Ratio, SMSR)。通过调节滤波器的中心波长就可以选择不同的纵模来激射，这种调节通常称 为调谐激光器的粗调。为了使得激光器的调谐范围能够覆盖纵模之间的间隔（通常称为调 谐激光器的细调），图1中的相位控制器还必须被利用起来调节纵模的位置。实际设计中， 相位调节器和模式选择滤波器可以通过不同的形式来实现，但单片集成的调谐激光器通常 都依赖热光或电光效应来改变模式的有效折射率。 目前调谐激光器正向着大调谐范围、高边模抑制比、高输出功率、高波长切 换速度、窄线宽，以及单片集成等方向发展。许多研究机构和商业公司提出了多种 调谐激光器方案。目前商业可用的单片集成的大范围波长调谐激光器方案主要有 两种：一种是通过温度调谐（热光效应）的分布反馈（Distributed Feedback, DFB) 激光器阵列（Zah C E, Favire F J, Pathak B，et al. Monolithic integration of multiwavelength compressive-strained multiquantum-well distributed-feedback laser array with star coupler and optical amplifiers[J].Electronics Letters，1992, 28(25) :2361-2362.);另一种是利用注入电流产生的电光效应进行调谐的 分布反射（Distributed Bragg Reflector，DBR)型调谐激光器。DFB激光器阵列是在单个 DFB激光器的基础上发展起来的。通过温度进行调谐，单个DFB激光器的调谐范围一般只有 3到5nm。因此将多个具有不同中心波长的DFB激光器以并联的方式集成起来，就可以实现 大范围的波长调谐。 最简单的DBR型调谐激光器由三部分组成：增益区，相位区和光栅区。通过控制 光栅区和相位区的电流实现波长调谐，其基本调谐原理如图1所示。但是普通的DBR型 调谐激光器的波长调谐范围最大只能达到22nm(0berg M, Nilsson S, Klinga T，et al. A three-electrode distributed Bragg reflector laser with 22nm wavelength tuning range [J] · Photonics Technology Letters, IEEE, 1991，3 (4) : 299-301.)，不足以覆盖整个 C波段。为了增大DBR型可调激光器的波长调谐范围，近二十年提出了许多改进的波长调 谐方案，如取样光栅分布反射（Sample grating distributed Bragg reflector, SGDBR) 调谐激光器（Jayaraman V, Chuang Z M, Coldren L A. Theory, design, and performance of extended tuning range semiconductor lasers with sampled gratings[J]. Quantum Electronics, IEEE Journal of, 1993, 29 (6) : 1824-1834.)，超结构光栅分布 反身寸(Super-structure grating distributed Bragg reflector, SSGDBR)调谐激 光器(Ishi i H, Tanobe Η, Kano F, et al. Quasicontinuous wavelength tuning in super-structure-grating (SSG)DBR lasers[J]. Quantum Electronics,IEEE Journal of, 1996, 32 (3) :433-441.),数字超模分布反射（Digitalsupermode distributed Bragg reflector, DSDBR)调谐激光器（Ward A J, Robbins D J, Busico G, et al. Widely tunable DS-DBR laser with monolithically integrated SOA:design and performance[J]. Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Journal of, 2005, 11(I):149-156.),以 及调制光栅Y臂（Modulated grating Y-branch，MGY)调谐激光器（WesstrSm J 〇, Sarlet G, Hammerfeldt S, et al. State-of-the-art performance of widely tunable modulated grating Y-branch lasers[C]//Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America, 2004: TuE2.)，它们都能够实现超过40nm的波长调谐范围，超过35dB 的边模抑制比以及超过IOdBm的输出功率。除了 DS-DBR激光器以外，其它几种调谐激光器 都是利用的游标卡尺效应（如图2所示）来实现波长调谐的。通过使用两个不同结构的反 射光栅产生两个具有不同波长间隔的梳状反射谱，然后利用游标效应，通过对两个光栅区 注入电流的方式来实现大范围的波长调谐。游标效应使得只需要很小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大范围调谐激光器，其特征在于，包括光增益区、多通道分支区以及多通道反射区；所述光增益区、多通道分支区以及多通道反射区从左到右顺序连接；所述光增益区，用于提供激光器激射所需的增益；增益区前端面为激光器的输出端面；所述多通道分支区，用于将输入光场分成若干个输出光场；所述多通道反射区，用于产生光反馈和模式选择；它包括若干个不同长度的臂；将这些臂按长度递增顺序排列则相邻臂与臂之间的长度差不相等；每个臂的末端分别镀有增反膜；所述若干个不同长度的臂上分别设有独立的臂相位区，这些臂相位区用于独立调节每个臂的相位；所述若干个不同长度臂的数量大于等于3个。

【技术特征摘要】
1. 一种大范围调谐激光器，其特征在于，包括光增益区、多通道分支区以及多通道反射 区；所述光增益区、多通道分支区以及多通道反射区从左到右顺序连接； 所述光增益区，用于提供激光器激射所需的增益；增益区前端面为激光器的输出端 面； 所述多通道分支区，用于将输入光场分成若干个输出光场； 所述多通道反射区，用于产生光反馈和模式选择；它包括若干个不同长度的臂；将这 些臂按长度递增顺序排列则相邻臂与臂之间的长度差不相等；每个臂的末端分别镀有增反 膜；所述若干个不同长度的臂上分别设有独立的臂相位区，这些臂相位区用于独立调节每 个臂的相位；所述若干个不同长度臂的数量大于等于3个。2. 根据权利要求1所述的大范围调谐激光器，其特征在于，还包括公共相位区，所述公 共相位区连接在所述光增益区与所述多通道分支区之间，用于调节激光器纵模的波长。3. 根据权利要求1所述的大范围调谐激光器，其特征在于，多通道分支区选择采用多 模干涉器，Y分支，或者星形耦合器结构实现。4. 根据权利要求1至3之一所述的大范围调谐激光器，其特征在于，利用所述若干个不 同长度臂的干涉增强产生一个具有窄的主反射峰的反射谱，从而实现激光器的单模激射。5. 根据权利要求4所述的大范围调谐激光器，其特征在于，设定所述若干个不同长度 臂的相邻臂的长度差，包括以下步骤： 尝试调整各相邻臂之间的长度差； 的平均值趋于变大时，主反射峰半宽较小因而有利于抑制激光器相邻的纵模，但是对 其它杂乱的反射峰抑制效果会变弱；的平均值趋于变小时，对其它杂乱的反射峰抑制效果...

【专利技术属性】
技术研发人员：国伟华，陈泉安，陆巧银，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42