相干光源部件制造技术

本发明专利技术公开一种相干光源部件，该部件设置：分束器、从激光器阵列和合束器；分束器将输入光源分成n路激光输出；从激光器阵列通过注入锁定控制使其n路激光器的输出激光与输入激光具有相同的频率和固定的相位偏差；n路激光最后输入合束器后被合成为一束激光输出；该部件在从激光器阵列的输入端前或其输出端后还设置相位调制器；相位调制器将输入其的n路激光调制成具有相同相位的n路激光输出；从激光器阵列与相位调制器直接连接或采用波导连接，分束器的输出端与其相邻器件采用波导连接，合束器的输入端与其相邻器件采用波导连接。基于本发明专利技术的部件，通过改善部件的结构，使输出的激光同时具备稳定的功率和低RIN特性，满足其应用需求。

【技术实现步骤摘要】
相干光源部件
本专利技术涉及光学领域，特别涉及一种相干光源部件。
技术介绍
半导体激光器具有高可靠性、小体积、高功率转换效率、低成本等优点，其寿命可达10万小时以上，封装后体积仅几个立方厘米，功率转换效率高达50％以上，因而被广泛用于成像、通信、机械加工等领域。例如，在微波光子学、激光雷达、电子战等通信、探测领域中广泛应用的微波光纤链路，其光源半导体激光器的输出功率与RIN(Relativeintensitynoise，相对强度噪声)特性对链路的无杂散动态范围(SFDR)、噪声系数(NF)等指标有重要影响。然而，半导体激光器同时保持大功率与低RIN特性具有较大挑战。目前，国际上提高其功率的主流方法是在保证半导体激光器单模工作前提下提高其输出功率。具体方法包括：减小谐振腔内部损耗，提高模式增益，抑制热效应等。基于以上方法，APIC公司ZhaoYG等人已经研制得到了单个输出功率在200mW，同时RIN低于－165dB/Hz，波长在1550nm附近的单模分布式反馈式(DFB)激光器。但继续提高激光器的输出功率，现有的技术手段已经无法克服空间烧孔、热效应等对激光器单模、RIN特性的影响。激光器阵列可以有效扩展激光器的输出功率，降低对单个激光器输出功率的要求。基于相干合成的激光技术是近年来的热点研究课题，使阵列激光器锁相输出，以实现光束的相干。美国DEPS举办的定向能系统年会和固体与二极管激光技术年会，以及激光科学领域的CLEO和SPIEPhotonicsWest等国际会议都专门设立了相干合成技术专题，涉及的激光器包括半导体激光器、光纤激光器、气体激光器等各种类型的激光器。半导体激光器的相干合成技术，早在1970年就已经出现，美国Bell实验室的RipperJE等人通过倏逝波耦合实现了2路GaAs激光器锁相输出。随着相干合成技术的发展，激光器相干合成的实现方法还出现了漏波耦合，Talbot外腔耦合等，以上方法采用被动锁相技术，即无须外部控制，仅靠阵列单元之间的相互作用实现锁相。被动锁相技术的困难在于阵列的单元数量有限，且相干合成效果随着阵列单元数量增加而减弱，并且存在振荡及多模工作。为了克服以上问题，又发展了主动锁相技术。主动锁相技术主要有两种，第一种：先对激光器的光进行分束，再用光放大器对每路光放大，即MOPA结构；第二种与第一种类似，区别在于光进行分束后采用激光器进行光放大，为了保证各路光的相干性，可采用注入锁定技术。在1995年McDonnellDouglas公司JosephLevy等人采用MOPA结构实现了900路的阵列相干合成，近场输出功率达到36W。但是在光放大过程中新的光、电噪声，最终导致阵列的RIN特性恶化。在1999年德国Stuttgart大学的LarsBartelt-Berger等人采用一个主激光器同时注入锁定15个分立的从激光器(简称LarsBartelt-Berger激光阵列)实现了阵列的相干合束，但合束后输出的激光存在的功率不稳定和RIN特性恶化等缺点。因此，目前急需发展一种可靠的部件，既能实现稳定功率的激光输出，又能抑制输出激光的RIN特征，满足其应用需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种相干光源部件，以解决半导体激光器存在的功率不稳定和噪声恶化的问题。本专利技术提供一种相干光源部件，该部件沿光的传播方向依次设置：分束器、从激光器阵列和合束器；分束器将输入的种子光源分成n路激光输出；n路激光输入从激光器阵列，从激光器阵列通过注入锁定控制使从激光器阵列中的n路激光器的输出激光与输入激光具有相同的频率和固定的相位偏差；从激光器阵列输出的n路激光输入合束器后被合成为一束激光输出；部件在从激光器阵列与分束器之间或从激光器阵列与合束器之间还设置相位调制器；相位调制器将输入其的n路激光调制成具有相同相位的n路激光输出；从激光器阵列与相位调制器直接连接或采用波导连接，分束器的输出端与其相邻器件采用波导连接，合束器的输入端与其相邻器件采用波导连接。本专利技术通过改善相干光源部件结构，确保进入合束器的各路激光具有相同的频率和相同的相位，使得本申请相关光源部件输出的激光同时具备稳定的功率和低RIN特性，满足其应用需求。附图说明图1为本专利技术相干光源部件第一实施例；图2为本专利技术相干光源部件第二实施例；图3a-图3j为本专利技术相干光源芯片制作过程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。由于LarsBartelt-Berger激光阵列存在：输出激光功率不稳定、RIN特性恶化等问题，使得注入锁定激光阵列技术一直无法推广到实际应用领域，严重阻碍了该技术的发展。LarsBartelt-Berger激光阵列是由分立器件构成，分立器件之间采用光纤连接，本专利技术对该系统进行了深入研究，反复分析并定位造成“输出的功率不稳定和RIN特性恶化”的原因。最终发现，连接分立器件的光纤对温度敏感，造成光纤中传输激光的相位波动，导致该阵列“输出的功率不稳定”，同时各激光的相位本身也存在差异，导致该阵列输出激光的“RIN特性恶化”。基于此，本专利技术对现有技术进行了改进，提出一种相干光源部件，如图1所示，该部件沿光的传播方向依次包括：分束器(3)、从激光器阵列(4)和合束器(6)；分束器(3)将输入其的种子光源分成n路激光输出；n路激光输入从激光器阵列(4)，从激光器阵列(4)通过注入锁定控制使其n路激光器的输出激光与输入激光具有相同的频率和固定的相位偏差；从激光器阵列输出的n路激光再输入合束器(6)后被合成为一束激光输出；在分束器(3)与从激光器阵列(4)之间或从激光器阵列(4)与合束器(6)之间还包括相位调制器(5)；相位调制器(5)将输入其的n路激光调制成具有相同相位的n路激光输出；从激光器阵列(4)与相位调制器(5)直接连接或采用波导连接，分束器(3)的输出端与其相邻器件采用波导(3-1)连接，合束器(6)的输入端与其相邻器件采用波导(6-1)连接。本专利技术的相干光源部件，其一，通过注入锁定确保进入合束器的各路激光具有相同的频率；其二，分束器至合束器之间的器件采用直接连接和波导连接，代替光纤连接，可避免引起各路激光的相位波动，确保各位激光的相位稳定性，避免合成激光的功率波动；其三，通过相位调制器调整n路激光使其具有相同的相位，降低合成激光的RIN特征；基于上述三个特征，解决LarsBartelt-Berger激光阵列存在的问题，使得本专利技术的相干光源部件可输出的具有稳定功率和低RIN特性(良好的相干特征)的合成激光，满足应用需求。在图1中，分束器(3)和/或合束器(6)可选用多模干涉耦合器(MMI，multimodeinterferencecoupler)，多模干涉耦合器为小型化器件，有利于减少部件的整体尺寸。因分束器与合束器功能上具有镜像对称关系，因此可具有相同的结构，以减小设计与制作难度。可选地，分束器输入端和/或合束器输出端配置模斑转换器，以增强光耦合效率，或者分束器输入端和/或合束器输出端的端面采用倾斜端面，以减小端面反射的影响，或者分束器输入端和/或合束器输出端的端面镀抗反射膜，进一步以减小端面反射的影响。波导3-1和波导6-1可采用任意结构，在图1中，波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相干光源部件，其特征在于，所述部件沿光的传播方向依次包括：分束器、从激光器阵列和合束器；所述分束器将输入的种子光源分成n路激光输出；所述n路激光输入所述从激光器阵列，所述从激光器阵列通过注入锁定控制使所述从激光器阵列中的n路激光器的输出激光与输入激光具有相同的频率和固定的相位偏差；所述从激光器阵列输出的n路激光输入所述合束器后被合成为一束激光输出；所述部件在所述从激光器阵列与所述分束器之间或所述从激光器阵列与所述合束器之间还设置相位调制器；所述相位调制器将输入其的n路激光调制成具有相同相位的n路激光输出；所述从激光器阵列与所述相位调制器直接连接或采用波导连接，所述分束器的输出端与其相邻器件采用波导连接，所述合束器的输入端与其相邻器件采用波导连接。

【技术特征摘要】
1.一种相干光源部件，其特征在于，所述部件沿光的传播方向依次包括：分束器、从激光器阵列和合束器；所述分束器将输入的种子光源分成n路激光输出；所述n路激光输入所述从激光器阵列，所述从激光器阵列通过注入锁定控制使所述从激光器阵列中的n路激光器的输出激光与输入激光具有相同的频率和固定的相位偏差；所述从激光器阵列输出的n路激光输入所述合束器后被合成为一束激光输出；所述部件在所述从激光器阵列与所述分束器之间或所述从激光器阵列与所述合束器之间还设置相位调制器；所述相位调制器将输入其的n路激光调制成具有相同相位的n路激光输出；所述从激光器阵列与所述相位调制器直接连接或采用波导连接，所述分束器的输出端与其相邻器件采用波导连接，所述合束器的输入端与其相邻器件采用波导连接。2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述部件在所述分束器的输入端的前部还包括主激光器，和设置在所述主激光器与所述分束器之间的隔离器；在相同的工作温度下，所述从激光器阵列中的各激光器的自由工作波长与所述主激光器的自由工作波长的差的绝对值不高于第一预设值。3.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述部件的外部还包括主激光器和与所述主激光器输出端相连的隔离器，所述隔离器的输出端连接所述分束器的输入端；在相同的工作温度下，所述从激光器阵列中的各激光器的自由工作波长与所述主激光器的自由工作波长的差的绝对值不高于第一预设值。4.根据权利要求2-3任一所述的部件，其特征在于，所述第一预设值为1nm。5.根据权利要求2-3任一所述的部件，其特征在于，所述主激光器和所述从激光器阵列中的各激光器为分布反馈半导体激光器。6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，所述部件为芯片；当所述主激光器和隔离器与所述从激光器阵列集成于同一芯片时，所述主激光器、分束器、相位调制器、从激光器阵列和合束器具有相同的外延结构；当所述主激光器和隔离器与所述从激光器阵列不集成于同一芯片时，所述分束器、相位调制器、从激光器阵列和合束器具有相同的外延结构；所述分束器、相位调制器和合束器的注入电流不小于各自透明载流子浓度对应的电流。7.根据权利要求6所述的部件，其特征在于，所述外延结构包括：n型缓存层(8)、n型下包层(9)、非故意掺杂下波导层...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊兵，柯旭，罗毅，孙长征，郝智彪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11