具有选择性热控制的外腔激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种激光器装置，其中增益介质和光学输出模块安装到共同的导热基体上，所述导热基体对基体上的增益介质和光学输出模块提供选择性热控制，而避免了对其它激光器元件的不必要的热控制。本发明专利技术还公开了一种方法，用于选择性地冷却激光器装置的增益介质和输出元件。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
光纤电信系统对带宽的增加有着持续的需求。来完成带宽扩展的一种方法是通过密集波分复用(DWDM)，其中在单根光纤中同时存在多个分开的数据流，每个数据流的调制发生在不同的信道上。每个数据流调制到以特定的信道波长操作的相应半导体发射激光器的输出束之上，来自半导体激光器的多个已调制输出被结合到单根光纤上以在它们各自的信道中传输。国际电信联盟(ITU)现在要求约0.4纳米或约50GHz的信道间隔。这种信道间隔允许单根光纤在当前可用的光纤和光纤放大器的带宽范围内承载多达128个信道。光纤技术的提高以及对更大带宽一直在增长的需求，在将来可能会产生更小的信道间隔。在DWDM系统中使用的发射激光器一般基于以在反馈控制回路中相关的参考标准具来操作的分布反馈(DFB)激光器，所述参考标准具定义ITU波长栅格。与单个DFB激光器的制造相关的统计差异导致信道中心波长跨过波长栅格的分布，这样单个DFB发射器仅对单个信道或较少的相邻信道是可用的。已经发展连续可调谐的外腔激光器来克服这个问题。连续可调谐电信激光器的出现已对电信传输系统引入了额外的复杂性。在大多数电信激光器发射器中，整个激光发射器件安装在具有高导热性的单个通用基体或平台上，该基体或平台受一个或多个TEC(热电控制器)的热控制。温度控制允许保持所有元件的热对准。没有热控制，就可能会因与所有元件的热控制的维持相关的膨胀和收缩而产生光学元件的空间不对准。没有热控制，就可能会因与各个元件相关的膨胀和收缩而产生光学元件的空间不对准，这将降低波长稳定性和激光器输出功率，并一般会降低激光器的性能。对激光发射器中的每一个元件进行热控制往往不是最优化的。对所有元件的无差别热控制需要相当大的功率来为整个组件提供冷却，并且因为功率消耗不必要地增加了激光器操作成本。无差别热控制还会导致在激光器周围的环境中引入热耗散问题。在许多激光器构造中，某些激光器元件比较不容易热不对准，或者说不太容易发生热不对准的问题，向这种元件提供热控制就导致不必要的功率消耗。目前，还没有这样的激光系统，其对重要的光学元件提供有选择性的热控制。这种缺陷已导致这种激光器操作成本增加和性能降低。
技术实现思路
本专利技术涉及外腔激光器器件和方法，其中选择性的热控制被应用到更易热不对准的光学元件，而且其中避免了对其它激光器元件的不必要的热控制。本专利技术的装置包括用于热控制增益介质的光学输出模块，以及在共同的热控制基体或基底上的所选光学输出元件。本专利技术的方法包括选择性地冷却在共同的热控制基体或基底上的外腔激光器装置的增益介质和所选光学输出元件。构造本专利技术的装置，使得仅仅需要热控制外腔激光器的对对准最敏感的元件。这样，激光器器件和冷却系统可构造成仅仅向外腔激光器的对准和温度敏感的最重要的元件提供热控制。不是温度敏感的部分分开安装到不同的基体或基底上，该基体或基底与温度控制基体远离或热隔离。可通过不同机制来调谐外腔激光器以允许在多个可选的波长信道处的发射。通过本专利技术避免了对调谐元件不必要的热控制。本专利技术的外腔激光器可包括增益介质和末端镜，所述增益介质具有第一和第二输出面。增益介质从第一输出面沿着第一光路发射第一相干光束，从第二输出面沿着第二光路发射第二相干光束。末端镜位于第一光路中并光耦合到增益介质的第一输出面。光学输出组件或模块可位于第二光路中并光耦合到增益介质的第二输出面。末端镜和第二输出面定义了外腔，使得增益介质在所述外腔之中并接收从外腔来的光学反馈。提供了导热基体，增益介质和光学输出组件安装在其中。导热基体设计成具有高的导热性和与增益介质匹配的热膨胀系数。光学输出组件的元件和增益介质是温度敏感的元件，将这些元件安装到一个具有高导热系数的共同基体上允许对输出组件的元件进行选择性的和精确的温度控制及冷却。为导热基体提供热控制的热电控制器(TEC)可连接或耦合到导热基体。增益介质和光学输出组件构造成经由通过基体的热传导而热耦合到热电控制器并被其热控制。本专利技术的热电控制器允许增益介质和输出组件独立于末端镜和外腔激光器的其它元件而被热控制。由热敏电阻提供对导热基体的温度监控，所述热敏电阻可操作地耦合到热电控制器和导热基体，这样就允许所述热敏电阻检测基体(并因此检测热耦合的增益介质和光学输出组件)中的温度变化。如果检测到对最优温度的任何温度偏差，热敏电阻发信号通知热电控制器调节基体的温度以保持一个可选的优化温度。外腔激光器的末端镜可安装到与热电控制器热隔离的第二基体上。在某些实施例中，末端镜和其它与外腔相关的元件可一起安装到第二基体上或多个基体上，所述多个基体不同于或远离支持增益介质和光学输出模块的导热基体，或者与其热隔离。第一准直透镜可包括在基体上，并位于第一光路中以准直沿着第一光路向末端镜发射的相干光束。光学输出组件可包括光耦合到增益介质的第二输出面上的第二准直透镜，并且第二准直透镜位于第二光路中并靠近增益介质的第二输出面。类似于增益介质和第一准直透镜，光学输出组件的第二准直透镜也安装到导热基体上，并构造成经由通过基体的热传导而被热电控制器热控制。光学输出组件还可包括位于第二光路中并可操作地耦合到光纤的光纤聚焦透镜。光学输出组件还可包括位于第二光路中并光耦合到第二准直透镜的光学隔离器。在一些实施例中，光学隔离器在第二光路中位于第二准直透镜之后和光纤聚焦透镜之前，使得光纤聚焦透镜光耦合到光学隔离器。光学隔离器提供使光从增益介质到光纤的单向传输，并不一定是对准敏感的，但由于其紧邻对对准敏感的准直透镜和光纤聚焦透镜，其可方便地位于热控制基体上。远离或者与导热基体及其温度控制器热隔离的外腔激光器的元件可包括，例如信道选择器和调谐组件。信道选择器可包括楔形标准具、光栅、光电标准具、坡度过滤器或其它波长调谐器件，信道选择器可在第一光路中位于增益介质的第一输出面和末端镜之间。调谐组件可操作地耦合到信道选择器并构造成经由平移和/或转动位置调节、电压调节或其它形式的调谐调节来调节信道选择器。调谐组件可包括例如步进电机，其构造成对第一光路中的楔形标准具进行位置调节。信道选择器和调谐组件被定位成使得导热基体以及其上的增益介质和光学输出组件受这样的热控制，其独立于或基本独立于与信道选择器和调谐组件相关的任何热特性或热控制。换言之，信道选择器和调谐组件与导热基体和热电控制器热隔离并远离导热基体。在某些实施例中，光学输出组件可包括可用于评估外腔激光器沿着第二光路的输出波长的粗分光计。粗分光计安装到导热基体上并热耦合到TEC上。粗分光计可在第二光路中位于第二准直透镜之后和光学隔离器之前，或者在光学隔离器之后和光纤聚焦透镜之前。在其它实施例中，光学输出组件可包括栅格标准具，其中栅格标准具安装到导热基体上并通过其热耦合到TEC。栅格标准具可在第二光路中位于第二准直透镜之后和光学隔离器之前，或者在光学隔离器之后和光纤聚焦透镜之前。根据本专利技术，在单个导热基体上可受选择性的热控制的温度敏感元件包括增益介质、输出耦合光学件(准直透镜)和栅格标准具(标准具)，但不限于此。当栅格标准具是温度敏感的元件时，栅格标准具在一些实施例中可在单独的基体上受独立的温度控制。本专利技术可在激光器装置中实施，所述激光器装置包括光学输出模块，所述模块自身包括安装到共同的导热基体上的增益本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器装置，包括：　　（ａ）增益介质，具有第一和第二输出面；　　　　（ｂ）反射器，所述反射器和所述第一输出面定义外腔；　　　　（ｃ）光学输出组件，光耦合到所述第二输出面；　　　　（ｄ）导热基体，所述增益介质和所述光学输出组件安装到所述导热基体上；　　　　（ｅ）热电控制器，连接到所述导热基体，所述增益介质和所述光学输出组件构造成经由通过所述基体的热传导而被所述热电控制器热控制；和　　　　（ｆ）所述反射器位于远离所述导热基体和所述热电控制器的位置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁约翰戴贝尔，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]