外腔可调谐激光器及波长调谐方法技术

本发明专利技术提供了一种外腔可调谐激光器及波长调谐方法，属于激光器技术领域。其中，外腔可调谐激光器，包括：半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅以及与闪耀光栅相对的反光镜；半导体增益芯片、第一准直透镜以及闪耀光栅位于同一光轴上，且闪耀光栅的光栅平面与光轴存在一个大于0的夹角；其中，半导体增益芯片从左到右依次包括取样光栅区、调相区、增益区以及分别覆盖于取样光栅区、调相区、增益区上方的第一电极、第二电极以及第三电极；闪耀光栅和反射镜均固定于电动或者手动控制的机械结构上。本发明专利技术实现了激光器对波长大范围、快速、精细的调谐，并且可以压窄输出波长。

External Cavity Tunable Laser and Wavelength Tuning Method

【技术实现步骤摘要】
外腔可调谐激光器及波长调谐方法
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种外腔可调谐激光器及波长调谐方法。
技术介绍
可调谐窄线宽激光器在相干光通信、激光雷达、精密干涉测量、密集波分复用、气体浓度检测等领域有着广泛的应用。尤其随着通信容量的增加，相干光通信需要提供更大的带宽和传输速度，这就对激光器的线宽和调谐速度的要求越来越高。因此，对具有高调谐速度、大的波长调谐范围和窄线宽的半导体激光器的需求越来越高。目前可调谐激光器可分为单片集成式与外腔式两大类。单片集成主要包括分布布拉格反射(DBR)、取样光栅DBR、超光栅DBR和阵列DBR等。这一类激光器的集成度高，尺寸小，调谐速度快，但是结构复杂，制作工艺难度较大，且线宽不能满足相干光通信的要求，从而限制在100Gbit/s及高速相干光通信系统中的应用。外腔式激光器从结构上主要包括Littman、Littrow和双边式结构，由于增加外腔的缘故，这三种结构都可以在实现大范围波长调谐的同时压窄输出线宽，这种外腔激光器可以实现线宽低于100kHZ的波长输出。但由于使用机械结构进行调谐，因此会受到振动的影响同时调谐速度慢。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种外腔可调谐激光器及波长调谐方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于Littman结构的外腔可调谐激光器，包括：依次按顺序放置的半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅以及与所述闪耀光栅相对的反光镜；所述半导体增益芯片、第一准直透镜以及闪耀光栅位于同一光轴上，且所述闪耀光栅的光栅平面与所述光轴存在一个大于0的夹角；其中，所述半导体增益芯片从左到右依次包括取样光栅区、调相区、增益区以及分别覆盖于所述取样光栅区、调相区、增益区上方的第一电极、第二电极以及第三电极；所述闪耀光栅和反射镜均固定于电动或者手动控制的机械结构上。在一些实施例中，所述第一准直透镜、闪耀光栅以及反光镜组成所述基于Littman结构的外腔可调谐激光器的外腔。在一些实施例中，所述基于Littman结构的外腔可调谐激光器还包括：第二准直透镜、第三准直透镜、光纤、热沉以及半导体制冷器；所述第二准直透镜与第三准直透镜位于所述闪耀光栅衍射光的零级主极大的光路上；所述光纤位于所述第三准直透镜的耦合点位置；所述半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅、第二准直透镜以及第三准直透镜均位于所述热沉上方，所述热沉位于所述半导体制冷器上方。在一些实施例中，所述第二准直透镜、第三准直透镜、光纤用于将所述闪耀光栅的衍射光的零级主极大输出。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述所提供的基于Littman结构的外腔可调谐激光器的波长调谐方法，所述方法包括：将半导体增益芯片的增益区上方的第三电极注入电流，使所述增益区发生激光激射；所述增益区左侧射出的激光经半导体增益芯片的调相区射入半导体增益芯片的取样光栅区中被取样光栅反射，得到的反射谱为梳状谱；所述增益区右侧出射的激光经第一准直透镜得到的平行光入射到闪耀光栅的光栅平面发生衍射，产生衍射光；所述衍射光中的一级主极大射入反光镜的表面，通过调节所述反光镜与闪耀光栅平面的夹角，将所述衍射光的一级主极大中的预设波长反射回所述闪耀光栅，并通过所述闪耀光栅反射回所述半导体增益芯片中；所述增益区将所述闪耀光栅反射回来的光与所述取样光栅区反射回的光的重合部分进行放大，所述重合部分的光在所述半导体增益芯片和外腔中多次振荡被放大后经第二准直透镜和第三准直透镜耦合输出到光纤中；调整所述反光镜的反射角度或者闪耀光栅的倾斜角度，以及所述取样光栅区第一电极的注入电流，以改变所述重合部分的光的波长，对波长进行初步调谐；调节所述调相区上方第二电极的注入电流，对波长进行进一步的调谐。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种基于Littrow结构的外腔可调谐激光器，包括：依次按顺序放置的半导体增益芯片、第一准直透镜以及闪耀光栅；所述半导体增益芯片、第一准直透镜以及闪耀光栅位于同一光轴上，且所述闪耀光栅的光栅平面与所述光轴存在一个大于0的夹角；其中，所述半导体增益芯片从左到右依次包括取样光栅区、调相区、增益区以及分别覆盖于所述取样光栅区、调相区、增益区上方的第一电极、第二电极以及第三电极；所述闪耀光栅固定于电动或者手动控制的机械结构上。在一些实施例中，所述第一准直透镜和闪耀光栅组成所述基于Littrow结构的外腔可调谐激光器的外腔。在一些实施例中，所述基于Littrow结构的外腔可调谐激光器还包括：第二准直透镜、第三准直透镜、光纤、热沉以及半导体制冷器；所述第二准直透镜与第三准直透镜位于所述闪耀光栅衍射光的零级主极大的光路上；所述光纤位于所述第三准直透镜的耦合点位置；所述半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅、第二准直透镜以及第三准直透镜均位于所述热沉上方，所述热沉位于所述半导体制冷器上方。在一些实施例中，所述第二准直透镜、第三准直透镜、光纤用于将所述闪耀光栅衍射光的零级主极大输出。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于Littrow结构的外腔可调谐激光器的波长调谐方法，所述方法包括：将半导体增益芯片的增益区上方的第三电极注入电流，使所述增益区发生激光激射；所述增益区左侧射出的激光的经半导体增益芯片的调相区进入半导体增益芯片的取样光栅区中被取样光栅被反射，得到的反射光谱为梳状谱；所述增益区右侧出射的激光经第一准直透镜得到的平行光入射到闪耀光栅的光栅平面发生衍射，产生衍射光；调节所述闪耀光栅光栅平面的倾斜角，将所述衍射光的一级主极大中的预设波长反射回半导体增益芯片中；所述增益区将所述闪耀光栅反射回来的光与所述取样光栅区反射回的光的重合部分进行放大，所述重合部分的光在半导体增益芯片和外腔中多次振荡被放大后通过第二准直透镜和第三准直透镜耦合输出到光纤中；调整所述闪耀光栅的倾斜角度，以及所述取样光栅区上方第一电极的注入电流，以改变所述重合部分的光的波长，对波长进行初步调谐；调节所述调相区上方第二电极的注入电流，对波长进行进一步的调谐。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术外腔可调谐激光器及波长调谐方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本专利技术提供的外腔可调谐激光器及波长调谐方法，可以通过改变控制反光镜和闪耀光栅的机械结构的电压来改变反光镜的反射角度或闪耀光栅的倾斜角以及取样光栅区上方注入的电流来调谐波长，因此可以实现波长的快速调谐；(2)本专利技术提供的外腔可调谐激光器及波长调谐方法，引入了取样光栅和闪耀光栅，而取样光栅的反射谱与闪耀光栅的衍射谱覆盖的波长范围很大，因此可以实现大范围的波长调谐，再结合调节调相区上方的注入电流，可以实现波长进一步的精细调谐；(3)本专利技术提供的外腔可调谐激光器及波长调谐方法，通过取样光栅区和闪耀光栅的共同选模作用，根据游标效应，可以实现线宽的压窄，并且外腔的引入增加了整个谐振腔的腔长从而实现了线宽的进一步压窄；(4)本专利技术提供的外腔可调谐激光器及波长调谐方法，可以通过只改变取样光栅区注入电流和闪耀光栅倾斜角中的一个条件，实现波长较小范围的调谐，避免了对控制闪耀光栅的机械结构的频繁使用，从而减少震动对激光器性能的影响；(5)本专利技术提供的外腔可调谐激光器，通过将增益芯片、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Littman结构的外腔可调谐激光器，其特征在于，包括：依次按顺序放置的半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅以及与所述闪耀光栅相对的反光镜；所述半导体增益芯片、第一准直透镜以及闪耀光栅位于同一光轴上，且所述闪耀光栅的光栅平面与所述光轴存在一个大于0的夹角；其中，所述半导体增益芯片从左到右依次包括取样光栅区、调相区、增益区以及分别覆盖于所述取样光栅区、调相区、增益区上方的第一电极、第二电极以及第三电极；所述闪耀光栅和反射镜均固定于电动或者手动控制的机械结构上。

【技术特征摘要】
1.一种基于Littman结构的外腔可调谐激光器，其特征在于，包括：依次按顺序放置的半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅以及与所述闪耀光栅相对的反光镜；所述半导体增益芯片、第一准直透镜以及闪耀光栅位于同一光轴上，且所述闪耀光栅的光栅平面与所述光轴存在一个大于0的夹角；其中，所述半导体增益芯片从左到右依次包括取样光栅区、调相区、增益区以及分别覆盖于所述取样光栅区、调相区、增益区上方的第一电极、第二电极以及第三电极；所述闪耀光栅和反射镜均固定于电动或者手动控制的机械结构上。2.根据权利要求1所述的外腔可调谐激光器，其特征在于，所述第一准直透镜、闪耀光栅以及反光镜组成所述基于Littman结构的外腔可调谐激光器的外腔。3.根据权利要求1所述的外腔可调谐激光器，其特征在于，所述基于Littman结构的外腔可调谐激光器还包括：第二准直透镜、第三准直透镜、光纤、热沉以及半导体制冷器；所述第二准直透镜与第三准直透镜位于所述闪耀光栅衍射光的零级主极大的光路上；所述光纤位于所述第三准直透镜的耦合点位置；所述半导体增益芯片、第一准直透镜、闪耀光栅、第二准直透镜以及第三准直透镜均位于所述热沉上方，所述热沉位于所述半导体制冷器上方。4.根据权利要求3所述的外腔可调谐激光器，其特征在于，所述第二准直透镜、第三准直透镜、光纤用于将所述闪耀光栅的衍射光的零级主极大输出。5.一种如权利要求1至4中任一项所述的外腔可调谐激光器的波长调谐方法，其特征在于，所述方法包括：将半导体增益芯片的增益区上方的第三电极注入电流，使所述增益区发生激光激射；所述增益区左侧射出的激光经半导体增益芯片的调相区射入半导体增益芯片的取样光栅区中被取样光栅反射，得到的反射光谱为梳状谱；所述增益区右侧出射的激光经第一准直透镜得到的平行光入射到闪耀光栅的光栅平面发生衍射，产生衍射光；所述衍射光中的一级主极大射入反光镜的表面，通过调节所述反光镜与闪耀光栅平面的夹角，将所述衍射光的一级主极大中的预设波长反射回所述闪耀光栅，并通过所述闪耀光栅反射回所述半导体增益芯片中；所述增益区将所述闪耀光栅反射回来的光与所述取样光栅区反射回的光的重合部分进行放大，所述重合部分的光在所述半导体增益芯片和外腔中多次振荡被放大后经第二准直透镜和第三准直透镜耦合输出到光纤中；调整所述反光镜的反射角度或者闪耀光栅的倾斜角度，以及所述取样光栅区第一电极的注入电流，以改变所述重合部分的光的波长，对波...

【专利技术属性】
技术研发人员：班德超，陈伟，张晨玮，祝宁华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11