采用小型MEMS镜的宽带可调谐外腔激光器制造技术

本申请公开了一种采用小型MEMS镜的宽带可调谐外腔激光器，其包括依次设置的MEMS反射镜（8）、光栅（6）、第一光束准直透镜（2）、半导体光增益器件（1）、第二光束准直透镜（3）、光隔离器（4），其中，所述半导体光增益器件（1）、第一光束准直透镜（2）、MEMS反射镜（8）、光栅（6）构成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔，并且，所述宽带可调谐外腔激光器还包括驱动控制器（13），其与所述MEMS反射镜（8）、所述半导体光增益器件（1）连接。本申请形成了简化的Littman激光器结构，采用了小型悬臂梁式MEMS反射镜替代传统的大平面镜，实现了Littman激光器的小型化，并能进一步增强MEMS的振动适应性。

【技术实现步骤摘要】
采用小型MEMS镜的宽带可调谐外腔激光器
本专利技术涉及一种可调激光器方案，具体地说，涉及一种采用光栅和MEMS镜调谐的宽带可调外腔激光器，该激光器可用于DWDM光通信系统。
技术介绍
多通道可调谐激光器近年来一直是业界关注的重点，在lOGb/s和40Gb/s光通信系统中均大量采用了可调激光器产品，这些应用中采用的主要是半导体集成技术(SGDBR)的多通道可调激光器产品。而100Gb/S以上速率的相干光通信系统应用则对多通道可调激光器提出了更高的要求，即必须是具有窄线宽特性的可调激光器，这是由于系统特性受到信号相位噪声限制的原因，因此在100Gb/S以上速率的相干光通信系统应用方面，具有良好线宽控制能力的外腔激光器正在逐步崭露头角，其典型代表是EMCORE公司的热光调谐微光学外腔激光器，其线宽小于100kHz，是目前100Gb/S相干光通信系统的首选产品。这是一种基于双热光可调标准具的外腔激光器，通过热光游标调整实现多通道调谐功能，然而，热是一个难以精密控制的物理量，因此热光调谐需要高精度的温度定标，而且调整过程中的热弛豫往往会影响器件的调谐速度和控制精度。实际上传统的外腔可调激光器技术已发展多年，例如典型的Littman和Littoow结构的半导体外腔可调激光器，是基于光栅色散和谐振腔机械运动体系的可调谐结构，许多高稳频固体可调谐激光器均采用了这一类的结构，如今已比较成熟，然而这些激光器由于其固有的结构和调谐要求，几乎很难适应光通信系统要求的小体积和长期稳定性和可靠性要求，其中关键问题在于器件的体积。随着微机械(MEMS)技术的发展，利用MEMS器件实现Littman结构中的镜面运动调谐功能已被提出，已公布的典型专利如美国1lon公司的US6847661、US6856632、US6912235 和美国 Coherent 公司的 US7443891 等，其特点是通过静电MEMS驱动机构实现反射腔镜的转动，但是其反射镜与静电驱动机构不在一个平面内，因而这种MEME机构显得过于庞大和复杂，成品率低，制作成本较高，同时其环境适应性也会比较差。图2是现有技术的Littman可调激光器的光路原理的示意图。为了提高激光器波长或品率控制精度，传统的Littman可调激光器中光束束斑略大，并且其调节端面的腔镜也有相对较大的面积，激光器波长或频率调谐通过端面腔镜的旋转来实现，由于腔镜的面积足够大，对于宽带的调谐具有足够好的适应性。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过在外腔激光器中放置可调光滤波器的方法实现一种多通道可调谐激光器，具体讲是采用了基于“光栅+MEMS旋转镜”结构的可调光滤波器，是一种改进型的Littman激光器结构。针对应用需求，在腔内增加了固定栅格滤波器实现多通道精确定位功能，针对该可调光滤波器在大带宽情况下的特性保障提出了光学结构上和相位控制上的技术措施，实现了一种基于MEMS镜调谐的小型化宽带多通道可调激光器。本专利技术提出了一种采用微光学器件的改进型Littman结构多通道可调谐外腔激光器，通过采用微小光学器件实现了紧凑的外腔半导体激光组件封装结构，主要有精密光栅、悬臂梁式MEMS转镜、精密栅格滤波器、微位移器等。根据本专利技术的实施例的可调谐外腔激光器采用纳米级光栅，克服了微小束斑光束照射的光谱分辨精度问题，并且，悬臂梁式MEMS转镜具有紧凑结构和较强的环境适应性能，能适应高速的驱动，通过连续驱动调节悬臂梁式MEMS转镜，可以实现宽带多通道调谐功能，该结构的激光器整体体积大大缩小，并且由于整体采用气密型激光组件封装，确保了器件的长期稳定性和可靠性。本专利技术的目的是这样实现的:1、通过栅格滤波器实现针对特殊应用的多通道波长的定位。2、通过采用光栅实现宽带光信号(光束)的空间方向分离，利用MEMS镜面的连续旋转分别形成不同色散方向光信号的选择调谐。3、通过一个紧凑的光学结构实现采用小面积MEMS镜收集大色散角光束信号的功能，实现大带宽调谐功能。4、采用无源相位补偿与精密相位补偿结合的方法实现在较大温度差异条件下的相位补偿功能。5、通过闭环控制的精密腔镜位移实现精密相位补偿，确保激光器的稳定激射状态。根据本专利技术的实施例，提供了一种采用小型MEMS镜的宽带可调谐外腔激光器，其包括依次设置的MEMS反射镜(8 )、光栅(6 )、第一光束准直透镜(2 )、半导体光增益器件(I)、第二光束准直透镜(3)、光隔离器(4)，其中，所述半导体光增益器件(I)、第一光束准直透镜(2)、MEMS反射镜(8)、光栅(6)构成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔，并且，所述宽带可调谐外腔激光器还包括驱动控制器(13)，其与所述MEMS反射镜(8)、所述半导体光增益器件(I)连接，其中，所述半导体光增益器件(I)用来提供所述宽带可调谐外腔激光器的增益，产生宽带多通道光束，所述第一和第二光束准直透镜(2、3)分别用来形成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔内部以及输出端的准直多波长光束，所述光隔离器(4)用来透射所述激光器输出端的准直多波长光束，并隔离回波，所述光栅(6)用来将所述谐振腔内部的准直多波长光束分解为按波长具有不同色散角的多个光束，所述驱动控制器(13)用来调节半导体光增益器件(I)的增益，还用来向所述MEMS反射镜(8)提供驱动信号。由此，所述半导体光增益器件(I)确保实现稳定激射和足够的光输出功率，所述MEMS反射镜(8 )通过转动，与所述光栅(6 )共同在激光谐振腔内构成对不同波长的谐振，从而实现外腔激光器的波长调谐功能。所述微位移器(10)根据来自所述驱动控制器(13)的信号，控制和调整所述MEMS反射镜(8)的位置，实现光程和相位的调节。这样，通过采用快速的微位移器可以实现快速相位调节功能根据本专利技术的实施例，所述宽带可调谐外腔激光器还包括与驱动控制器(13)连接的微位移器(10)，用来根据来自所述驱动控制器(13)的信号，调节所述MEMS反射镜(8)的位置。根据本专利技术的实施例，所述宽带可调谐外腔激光器还包括设置在所述光栅(6)和栅格滤波器(5)之间的温度相位补偿器(9)，其用来补偿所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔随温度变化产生的相位变化。即，通过控制调节其温度来调节通过光束的光程。由此，所述宽带可调谐外腔激光器实现了温度控制的相位调节功能。由于温度调控的特点，该相位调节功能具有缓慢调节特点，根据本专利技术的实施例，所述MEMS反射镜(8)的镜面通过连续旋转分别形成光信号在不同色散方向上的反射，从而形成这些特定波长信号的谐振激射，并且，其中，所述MEMS反射镜(8)采用小镜面悬臂梁结构，其镜面大小与通过所述光栅(6)的光束束斑大小接近。由此，由于宽带光信号经过光栅后的色散角较大，通过一个紧凑的光学结构实现了采用小面积MEMS镜收集大色散角光信号的功能；采用无源相位补偿与精密相位补偿结合的方法实现在较大温度差异条件下的相位补偿功能，其中的精密相位补偿通过采用精密位移器件实现腔长的变化来实现。根据本专利技术的实施例，所述宽带可调谐外腔激光器还包括设置在MEMS反射镜(8)和光栅(6)之间的会聚透镜(7),用来会聚来自光栅(6)的光束,并将会聚后的光束输入到所述MEMS反射镜(8)。根据本专利技术的实施例，所述MEMS反射镜(8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用小型MEMS镜的宽带可调谐外腔激光器，其包括依次设置的MEMS反射镜（8）、光栅（6）、第一光束准直透镜（2）、半导体光增益器件（1）、第二光束准直透镜（3）、光隔离器（4），其中，所述半导体光增益器件（1）、第一光束准直透镜（2）、MEMS反射镜（8）、光栅（6）构成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔，并且，所述宽带可调谐外腔激光器还包括驱动控制器（13），其与所述MEMS反射镜（8）、所述半导体光增益器件（1）连接，其中，所述半导体光增益器件（1）用来提供所述宽带可调谐外腔激光器的增益，产生宽带多通道光束，所述第一和第二光束准直透镜（2、3）分别用来形成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔内部以及输出端的准直多波长光束，所述光隔离器（4）用来透射所述输出端的准直多波长光束，并隔离回波，所述光栅（6）用来将所述谐振腔内部的准直多波长光束分解为按波长具有不同色散角的多个光束，所述驱动控制器（13）用来调节半导体光增益器件（1）的增益，还用来向所述MEMS反射镜（8）提供驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种采用小型MEMS镜的宽带可调谐外腔激光器，其包括依次设置的MEMS反射镜(8 )、光栅(6 )、第一光束准直透镜(2 )、半导体光增益器件(I)、第二光束准直透镜(3 )、光隔离器⑷， 其中，所述半导体光增益器件(I)、第一光束准直透镜(2 )、MEMS反射镜(8)、光栅(6)构成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔， 并且，所述宽带可调谐外腔激光器还包括驱动控制器(13)，其与所述MEMS反射镜(8)、所述半导体光增益器件(I)连接， 其中，所述半导体光增益器件(I)用来提供所述宽带可调谐外腔激光器的增益，产生宽带多通道光束， 所述第一和第二光束准直透镜(2、3)分别用来形成所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔内部以及输出端的准直多波长光束， 所述光隔离器(4)用来透射所述输出端的准直多波长光束，并隔离回波， 所述光栅(6 )用来将所述谐振腔内部的准直多波长光束分解为按波长具有不同色散角的多个光束， 所述驱动控制器(13)用来调节半导体光增益器件(I)的增益，还用来向所述MEMS反射镜(8)提供驱动信号。2.根据权利要求1所述的宽带可调谐外腔激光器，还包括与驱动控制器(13)连接的微位移器(10)，用来根据 来自所述驱动控制器(13)的信号，调节所述MEMS反射镜(8)的位置。3.根据权利要求1所述的宽带可调谐外腔激光器，还包括光束分离器(11)、与所述驱动控制器(13)连接的光探测器(12)， 所述光束分离器(11)用来将所述输出端的准直多波长光束分离出一部分，并将分离出的激光光束提供给所述光探测器(12 )， 所述光探测器(12)用来探测由所述光束分离器(11)分离出的激光光束的光功率，并将探测出的光功率的值提供给所述驱动控制器(13) 所述驱动控制器(13)用来根据从所述光探测器(12)提供的光功率的值，调节半导体光增益器件(I)的增益。4.根据权利要求1所述的宽带可调谐外腔激光器，其谐振腔内还包括设置在所述光栅(6 )和第一光束准直透镜(2 )之间的所述栅格滤波器(5 )，用来使通过半导体光增益器件(I)所产生的宽带多通道光束中的特定波长光束透射， 并且，其中，所述光栅(6)是透射式衍射光栅，其通过色散的方式将经过所述栅格滤波器(5)之后的特定波长光束在空间方向上分离开。5.根据权利要求4所述的宽带可调谐外腔激光器，其谐振腔内还包括设置在所述光栅(6)和栅格滤波器(5)之间的温度相位补偿器(9)，其用来补偿所述宽带可调谐外腔激光器的谐振腔随温度变化产生的相位变化。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅焰峰，罗勇，张玓，汤学胜，钱坤，唐毅，胡胜磊，胡强高，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：