一种半导体锁模激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半导体锁模激光器，包括：第一反射器与第二反射器相对设置；饱和吸收体设置于第一反射器的一侧；半导体增益介质设置于饱和吸收体远离第一反射器的一侧；时延调制器设置于半导体增益介质远离饱和吸收体的一侧；第二反射器设置于时延调制器远离所述半导体增益介质的一侧。通过本实用新型专利技术提供的半导体锁模激光器，可在不影响锁模激光器正常工作情况下，改变腔体内部的有效光程，以输出重复频率可连续调谐的超窄光脉冲。

A semiconductor mode-locked laser

【技术实现步骤摘要】
一种半导体锁模激光器
本技术涉及半导体激光器领域，尤其是一种半导体锁模激光器。
技术介绍
半导体锁模激光器(semiconductormode-lockinglaser，另称脉冲激光器)，是指将激光器腔体内具有随机初始相位关系的多纵模，通过技术手段调整为具有固定相位差，最终实现输出超窄脉宽、高光强的时序光脉冲，其频域上表现为具有固定模式间隔的光学频率梳。目前，激光器运用范围和运用前景十分广泛，例如在高速光通信中时钟恢复、毫米波/太赫兹信号产生、微波信号处理、生物医学成像中发挥着重要作用。现有激光器的技术方案中，激光器振荡腔的有效光程为固定值，导致激光器的重复频率为固定值。这一技术缺点限制了激光器的在众多场景中的运用，例如在基于耦合光电振荡微波信号源的具体运用中，重复频率的不可调节导致信号源只能产生频率单一的微波信号；在基于频域特性的光学频率梳中，梳子的间隔为固定值，导致只能采用频率间隔为一倍或多倍频光学频率梳，无法实现连续可调的性能。此外，在需要精确脉冲重复频率的具体运用中，由于半导体器设计和制作上的工艺误差，导致无法准确控制脉冲重复频率满足设计需求。
技术实现思路
本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的是提供一种脉冲重复频率可调谐的半导体激光器。本技术所采用的技术方案是：第一方面，本技术提供一种脉冲重复频率可调谐的半导体锁模激光器，包括：第一反射器、第二反射器、饱和吸收体、半导体增益介质、时延调制器；所述第一反射器与所述第二反射器相对设置；所述饱和吸收体设置于所述第一反射器的一侧；所述半导体增益介质设置于所述饱和吸收体远离所述第一反射器的一侧；所述时延调制器设置于所述半导体增益介质远离所述饱和吸收体的一侧；所述第二反射器设置于所述时延调制器远离所述半导体增益介质的一侧。进一步地，所述时延调制器由环形谐振腔组合和移相器所构成。进一步地，所述第一反射器为全反射镜，所述第二反射器为半反射镜。进一步地，所述饱和吸收体和所述半导体增益介质为半导体放大器。进一步地，当耦合系数为[1,1,1,1]时，环形谐振腔的时延为理论最大值τmax＝CRR*neff/c；当耦合系数为[0,0,0,0]时，时延为理论最小值τmax＝LS*neff/c，其中CRR为环形谐振腔周长，LS为下臂直波导的总长，neff为波导的有效折射率为，c为光速。进一步地，所述半反射镜为分布布拉格反射镜。本技术的有益效果是：本技术通过在激光器的腔体内引入可连续调控的时延介质，以在不影响激光器正常工作情况下，改变腔体内部的有效光程，以输出重复频率可连续调谐的超窄光脉冲。通过外部调控腔体内部时延介质，实现激光器脉冲重复频率的连续可调谐，克服现有的模型在推向实际运用中的限制。附图说明图1是本技术实施例的一种半导体锁模激光器系统框图；图2是本技术实施例的一种半导体锁模激光器系统结构图；图3是本技术实施例的一种多级环形谐振腔时延结构图；图4是本技术实施例的一种锁模激光器输出波长曲线图；图5是本技术实施例的一种环形谐振腔组合时延曲线图；图6是本技术实施例的一种输出信号与脉冲重复频率曲线图。附图标记说明：100、半导体锁模激光器；200、半导体锁模激光器；1、第一反射器；2、第二反射器；3、饱和吸收体；4、半导体增益介质；10、多模干涉反射器；20、有源分布式布拉格光栅；30、第一半导体放大器；40、第二半导体放大器；5、时延调制器；51、环形谐振腔组合；52、相移器；511、第一相移器；512、第二相移器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。请参阅图1，图1为本专利技术实施例的一种半导体锁模激光器系统框图。如图1所示，半导体锁模激光器系统框包括：第一反射器1、第二反射器2、饱和吸收体3、半导体增益介质4、时延调制器5。第一反射器1与第二反射器2相对设置；饱和吸收体3设置于第一反射器1的一侧；半导体增益介质4设置于饱和吸收体3远离第一反射器1的一侧；时延调制器5设置于半导体增益介质4远离饱和吸收体3的一侧；第二反射器2设置于时延调制器5远离半导体增益介质4的一侧。其中，第一反射器1为全反射镜，以作为腔体反射镜；第二反射器2的半反射镜，以作为腔体反射镜兼脉冲输出端口。第一反射器1与第二反射器2相对设置以形成半导体锁模激光器的谐振腔体，并将饱和吸收体3、半导体增益介质4、时延调制器5分别设置于腔体中。当半导体锁模激光器100工作时，饱和吸收体3和半导体增益介质4两者相互作用，以实现脉冲序列的输出。通过对时延介质的调控以实现激光器脉冲重复频率的调控，且脉冲序列的重复频率与半导体激光器100的谐振腔体内的时延呈倒数关系。在半导体锁模激光器100产生较大光强的情况下，饱和吸收体3对谐振腔体内的激光造成的损耗较小；在半导体激光器产生较小光强的情况下，饱和吸收体3对谐振腔体内的激光造成的损耗较大。通过对激光腔内的损耗(Q值)进行调制，并发射脉冲，以使产生的脉冲宽度处于在几纳秒甚至几十皮秒量级。在半导体锁模激光器100初始工作的状态下，半导体增益介质4的所产生的噪声起伏在谐振腔体内不断被放大，以其中一个功率最大的噪声峰补偿饱和吸收体2带来的功率损耗，而其他的低功率噪声在谐振腔体内的损耗大于增益，震荡过程中功率逐渐衰退至0。当剩下唯一的噪声峰被半导体增益介质4持续放大，当达到饱和吸收体3的饱和功率时，激发其中的载流子从价带到导带发生迁移，饱和吸收体3出现透明状态，损耗下降。在此状态下，谐振腔体内光功率急剧变大，达到半导体增益介质4的饱和功率，其增益持续下降，并且很快低于腔体内的损耗。一段时间后，由于损耗大于增益，光强下降，饱和吸收体和增益介质恢复正常。在上述过程中，饱和吸收体3和半导体增益介质4逐渐发生慢饱和吸收并形成了净增益，同时产生光脉冲序列。当半导体锁模激光器100稳定工作时，所产生脉冲的重复频率与其腔体内往返时间呈倒数关系，通过对激光器100的谐振腔体内部的时延调制器5调控，可实现对脉冲重复频率的调控。在众多时延调制器5调控方案中，多级级联的滤波器由于其时延调控范围大、可重构性强，在全光信号处理中被广泛运用。多级级联的滤波器频率响应的Z变化可表示为：请参阅图2，图2是本专利技术实施例的一种半导体锁模激光器系统结构图。如图2所示，第一反射器1为多模干涉反射器10，其反射率为100％；第二反射器2为有源分布式布拉格光栅20(DistributionBragggrating,DBR)，耦合强度为κ＝50cm-1，长度为LDBR＝200μm，反射率为50％～60％。通过将第一反射器1和第二反射器2相对设置以构成半导体锁模激光器200的谐振腔体。通过外部设置不同的电流值以对第二反射器2进行调控，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体锁模激光器，其特征在于，包括：第一反射器、第二反射器、饱和吸收体、半导体增益介质、时延调制器；/n所述饱和吸收体设置于所述第一反射器的一侧；/n所述半导体增益介质设置于所述饱和吸收体远离所述第一反射器的一侧；/n所述时延调制器设置于所述半导体增益介质远离所述饱和吸收体的一侧；/n所述第二反射器设置于所述时延调制器远离所述半导体增益介质的一侧；/n所述第一反射器与所述第二反射器相对设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体锁模激光器，其特征在于，包括：第一反射器、第二反射器、饱和吸收体、半导体增益介质、时延调制器；
所述饱和吸收体设置于所述第一反射器的一侧；
所述半导体增益介质设置于所述饱和吸收体远离所述第一反射器的一侧；
所述时延调制器设置于所述半导体增益介质远离所述饱和吸收体的一侧；
所述第二反射器设置于所述时延调制器远离所述半导体增益介质的一侧；
所述第一反射器与所述第二反射器相对设置。


2.根据权利要求1所述的半导体锁模激光器，其特征在于，所述时延调制器由环形谐振腔组合和移相器所构成。


3.根据权利要求1至2任一项所述的半导体锁模激光器，其特征在于，所述第一反射器为全反射镜，所述第二反射器包括半反射镜。


4.根据权利要求3所述的半导体锁模激光器，其特征在于，所述饱和吸收体和所述半...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璟，
申请(专利权)人：长沙思木锐信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43