小型高性能波长可调谐激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种小型高性能波长可调谐激光器，其使用的可调谐激光谐振腔利用了色散补偿的声光可调谐滤波器。输出波长的精度和稳定性由波长锁定器决定。波长锁定器利用了两束分离的腔内激光束，从而避免了使用分束器，相对于一般的波长锁定器设计，降低了对空间的需求，并且使得运行更加稳定，组装更加容易。声光可调谐滤波器的结构为：在同一块晶体上焊接两个换能器，方向相对，产生两个相向传播的声波。准直光经过第一个声波衍射后产生的色散可以由相反方向的第二个声波来补偿。通过使用不同的激光增益介质、声波驱动频率和声光晶体，本发明专利技术可以用来制造用于各种不同应用的宽波长范围的可调谐激光器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可调谐激光器，尤其是一种使用了色散补偿的声光可调谐滤波器和波长锁定器的激光谐振腔，可以实现快速调谐速度、稳定的波长 和功率输出的小型高性能波长可调谐激光器。
技术介绍
目前，大多数现代电信系统都是基于光纤通讯技术。光纤网络提供了 前所未有的大通讯容量和安装的灵活性，可以支持不断发展的各种宽带应 用。宽带可调谐激光器可以帮助最大限度的利用现有的光纤网络资源。通 过动态调谐可以将信息流量从拥挤通道转移到未使用的通道，从而满足互 联网的需求。可调谐激光器也是实现动态光纤网络的关健器件之一，可以 快速简便地建立或改变光路。针对这种应用的理想的可调谐激光器将包括以下特性宽可调谐范 围，覆盖C和(或)L波段(大约1530纳米至1610纳米)；尺寸小；任 何两个国际电信联盟(ITU)频率间隔之间的切换速度快(小于l毫秒)； 长期工作稳定性好(超过25年的运行时间);极端环境情况下的高可靠度； 低耗电量；成本低和生产工艺简单。可惜的是，现有可调谐激光器的尺寸、可调谐波长范围、调谐速度和 输出功率等指标还远不能满足市场需求。现有的可调谐激光器系统可以分成三类使用腔内机械可移动部件，如衍射光栅、棱镜、标准具或MEMS (微电子机械系统)等作为波长调谐单元的系统；使用腔内温度可调节部 件，通过加热或冷却部件来选定波长的系统；使用腔内不可移动的光学器 件进行调节的系统，包括使用磁光器件、声光器件、电光器件或通过改变 注入电流的方式选择波长。通过机械调节光栅或棱镜角度来调节波长的技术对机械冲击和震动 的干扰抵抗非常差，会引起短期甚至长期的性能不稳定，所以带有移动部 件的可调谐激光器不适合应用在光纤通讯中。通过温度调谐因热力传输的 固有性质，调节速度慢，所以可应用的范围很小。通过物理光学方式调节波长的各种技术当中，声光技术因为其不需要可移动部件和通过电控制方 式即可实现快速调谐速度、宽可调谐范围以及相对简单的设计，是满足上 述光纤通讯系统应用严格要求的一种可行方案。正如在一些美国专利和公 开的论文中所披露的，通过选择合适的声光晶体和驱动声波频率，可以设 计出针对不同应用的宽带范围的可调谐激光器。现有的应用在光纤通讯中 的使用声光滤波器设计的可调谐激光器的主要问题是(1)法布里-珀罗 腔内的激光振荡因为色散没有补偿而不稳定；(2)波长锁定器的结构使得 安装非常困难，并且不能实现小型化；(3)波长锁定器性能不稳定。为了解决上述产品中存在的问题，并且满足前文提到的光纤通信的需 求，有必要设计一种全新的可调谐激光器系统，从而大大改进性能、工作 的稳定性和易于生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用^纤通讯应用 的小型高性能波长可调谐激光器，可以满足光纤通讯对于亚毫秒级调谐速 度、小尺寸和在极端工作环境下高可靠度的需求，设计结构易于组装、批 量生产成本低的优点的同时，还保证了高性能和小体积。 本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的 一种小型高性能波长可调谐激光器，其特征在于包括(a) —个指定反射率的输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔；(b) —个宽带激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定波长 范围进行激光振荡；(C) 一个声光可调谐滤波器安放在激光谐振腔内，从激光增益介质输 出的激光束通过腔内准直透镜校准为平行光后输入至声光可调谐滤波器； 该滤波器包括具有声学上的各向异性和光学上的双折射特性的晶体;在晶 体中激励产生声波的方式包括第一声波换能器和第二声波换能器焊接在 晶体选定的两个相对的表面;第一和第二声光衍射的方式为第一声场和第 二声场在同一块声光晶体中对向传播，起到光色散补偿的作用；(d) 前面提到的组成激光谐振腔的声光可调谐滤波器、输出镜和端 面镜安放的位置使得只反射经过声光滤波器衍射的光线；(e) —个微波功率源给换能器提供射频能量，通过改变射频频率来 调节激光谐振腔的振荡波长；(f) 一个微波信号相位延迟线，可以在0度和180度之间调节两个 微波信号的相对相位；(g) 激光增益介质的泵浦源；(h) 激光谐振腔端面镜安装在底座上，底座与锆钛酸铅(PZT)单 元相连；(i) —个PZT驱动器，用来驱动前面提到的PZT单元；(j) 一个腔内准直透镜，用来将激光束校准为平行光后输入至声光 可调滤波器。而且，所述的声光可调谐滤波器安放在与激光束成布拉格角的位置 并对不同波长的激光束均保持接近布拉格角。而且，所述的输出镜和端面镜可以是平面镜、凸面镜和凹面镜的某 种组合，构成不同类型的激光谐振腔，并且输出镜具有小于100%的反射 率，端面镜具有100%反射率。小型高性能波长可调谐激光器进一步包括 (k) 一个波长锁定器，由指定特性的标准具和光电探测器组成；(1) 一个电子信号处理单元连接到第一和第二光电探测器并相应处理检测到的光功率；(m) —个闭环反馈信号控制单元用来改变射频频率和驱动PZT来 锁定振荡波长；(n)全反射端镜可以用不完全反射端镜代替。 而且，所述的波长锁定器的结构为第一个光电探测器位于激光谐振 腔的外部，端面镜的后面；用于波长锁定器的光学标准具位于谐振腔的外 部，用来接收从声光滤波器输出的腔内激光束；第二个光电探测器位于激 光谐振腔的外部，用来接收端面镜泄漏的激光束。而且，所述的激光谐振腔包括一个不完全反射输出镜和一个不完全 反射端面镜。小型高性能波长可调谐激光器还进一步包括-(o) —个透镜安放在激光谐振腔外部，用来准直并集合从输出镜输 出的激光束后输入至耦合准直器；(p) —个标准具安放在激光谐振腔内，具有指定的光学传输特性， 使用国际电信联盟(ITU)的标准频率间隔的透射特性，来压縮激光输出带宽并增加边模抑制比；(q) —个耦合准直器，包括一个用于光纤通信的带光纤尾纤的准直器来接收激光谐振腔的输出激光束。而且，所述的耦合准直器包括一个单模保偏(PM)光纤。而且，所述的标准具的光学传输特性的频率间隔为25GHz、 50GHz或lOOGHz。而且r所述的第一和第二声光衍射的方式是由一个铌酸锂(LiNb03) 晶体中的第一和第二声场形成的。 .而且，所述的第一和第二声光衍射的方式是由一个二氧化碲(Te02) 晶体中的第一和第二声场形成的。而且，在半导体增益介质上直接镀具有一定透射率的反射层，来取 代输出镜。一种波长可调谐激光器，其特征在于包括一个第一反射镜；一个第二反射镜；一个准直透镜；一个激光增益介质，安放在第一镜与准直透镜之间的轴线上； 一个声光可调谐滤波器，安放在第一反射镜和第二反射镜之间，包 括一个第一换能器焊接在晶体选定的第一个表面，和一个第二换能器焊接 在晶体选定的第二个表面，第一个表面和第二个表面的方向相对，第一个 换能器从第一个表面处向第二个表面的方向发射第一个声波，第二个换能 器从第二个表面处向第一个表面的方向发射第二个声波；一个移相器，连接在第一个换能器和第二个换能器之间，其特征在于激光介质发射出的光通过准直透镜和声光滤波器到达第二镜， 使用移相器来改变第一个换能器和第二个换能器之间的相位差时， 从第一镜射出的激光波长就随之改变。而且，所述的第二反射镜是一个全反射镜。而且，所述的第二反射镜是一个具有高反射率的反射镜。本专利技术的优点和积极效果是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型高性能波长可调谐激光器，其特征在于：包括　（ａ）一个指定反射率的输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔；　（ｂ）一个宽带激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定波长范围进行激光振荡；　（ｃ）一个声光可调谐滤波器安放在 激光谐振腔内，从激光增益介质输出的激光束通过腔内准直透镜校准为平行光后输入至声光可调谐滤波器；该滤波器包括具有声学上的各向异性和光学上的双折射特性的晶体；在晶体中激励产生声波的方式包括第一声波换能器和第二声波换能器焊接在晶体选定的两个相对的表面；第一和第二声光衍射的方式为第一声场和第二声场在同一块声光晶体中对向传播，起到光色散补偿的作用；　（ｄ）前面提到的组成激光谐振腔的声光可调谐滤波器、输出镜和端面镜安放的位置使得只反射经过声光滤波器衍射的光线；　（ｅ）一个微波 功率源给换能器提供射频能量，通过改变射频频率来调节激光谐振腔的振荡波长；　（ｆ）一个微波信号相位延迟线，可以在０度和１８０度之间调节两个微波信号的相对相位；　（ｇ）激光增益介质的泵浦源；　（ｈ）激光谐振腔端面镜安装在底座上 ，底座与锆钛酸铅（ＰＺＴ）单元相连；　（ｉ）一个ＰＺＴ驱动器，用来驱动前面提到的ＰＺＴ单元；　（ｊ）一个腔内准直透镜，用来将激光束校准为平行光后输入至声光可调滤波器。...

【技术特征摘要】
US 2008-11-17 12/272,3241、一种小型高性能波长可调谐激光器，其特征在于包括(a)一个指定反射率的输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔；(b)一个宽带激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定波长范围进行激光振荡；(c)一个声光可调谐滤波器安放在激光谐振腔内，从激光增益介质输出的激光束通过腔内准直透镜校准为平行光后输入至声光可调谐滤波器；该滤波器包括具有声学上的各向异性和光学上的双折射特性的晶体；在晶体中激励产生声波的方式包括第一声波换能器和第二声波换能器焊接在晶体选定的两个相对的表面；第一和第二声光衍射的方式为第一声场和第二声场在同一块声光晶体中对向传播，起到光色散补偿的作用；(d)前面提到的组成激光谐振腔的声光可调谐滤波器、输出镜和端面镜安放的位置使得只反射经过声光滤波器衍射的光线；(e)一个微波功率源给换能器提供射频能量，通过改变射频频率来调节激光谐振腔的振荡波长；(f)一个微波信号相位延迟线，可以在0度和180度之间调节两个微波信号的相对相位；(g)激光增益介质的泵浦源；(h)激光谐振腔端面镜安装在底座上，底座与锆钛酸铅(PZT)单元相连；(i)一个PZT驱动器，用来驱动前面提到的PZT单元；(j)一个腔内准直透镜，用来将激光束校准为平行光后输入至声光可调滤波器。2、 根据权利要求1所述的小型高性能波长可调谐激光器，其特征在 于:所述的声光可调谐滤波器安放在与激光束成布拉格角的位置并对不同 波长的激光束均保持接近布拉格角。3、 根据权利要求1所述的小型高性能波长可调谐激光器，其特征在于所述的输出镜和端面镜可以是平面镜、凸面镜和凹面镜的某种组合，构成不同类型的激光谐振腔，并且输出镜具有小于100%的反射率，端面 镜具有100%反射率。4、 根据权利要求1所述的小型高性能波长可调谐激光器，其特征在 于进一步包括(k) 一个波长锁定器，由指定特性的标准具和光电探测器组成；(1) 一个电子信号处理单元连接到第一和第二光电探测器并相应处 理检测到的光功率；(m) —个闭环反馈信号控制单元用来改变射频频率和驱动PZT来 锁定振荡波长；(n)全反射端镜可以用不完全反射端镜代替。5、 根据权利要求4所述的小型高性能波长可调谐激光器，其特征在 于所述的波长锁定器的结构为第一个光电探测器位于激光谐振腔的外 部，端面镜的后面；用于波长锁定器的光学标准具位于谐振腔的外部，用 来接收从声光滤波器输出的腔内激光束;第二个光电探测器位于激光谐振 腔的外部，用来接收端面镜泄...

【专利技术属性】
技术研发人员：高培良，
申请(专利权)人：高培良，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]