可调谐激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种可调谐激光器，使用了两个激光增益介质，一个声光可调谐滤波器和单一射频换能器，一个相位调制器和基于微处理器的信号控制处理电路；该声光可调谐滤波器包括一个声光晶体以及一个声波换能器焊接在晶体选定的表面来产生声波，通过使用不同的激光增益介质、声波驱动频率和声光晶体，用来制造用于各种不同应用的宽带可调谐激光器。本发明专利技术设计合理，保证了光纤通信中对于亚毫秒级调谐速度、小尺寸和在极端工作环境下高可靠度的要求，具有调谐速度快、低腔内损耗和高功率输出的特点，实现了低成本、易于生产和高性能的可调谐激光器在光纤通信网络中的广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信领域，尤其是一种可以实现快速调谐、稳定的波长和功率输 出性能的可调谐激光器。
技术介绍
目前，大多数现代电信系统均采用光纤通信。光纤网络提供了前所未有的大容量 和安装的灵活性，可以支持不断发展的各种宽带应用。宽带可调谐激光器可以帮助最大限 度的利用现有的光纤网络资源。通过动态提供带宽可以将流量从拥挤通道转移到未使用的 通道，从而满足互联网的需求。可调谐激光器也是实现完全基于互交的光纤网络的重要先 决条件，可以快速简单地建立或改变光路。可调谐激光器，特别是尺寸小、调谐范围大和高 功率输出的可调谐激光器，在生物、医疗器械和光纤传感器网络等领域中有着广泛的应用。针对这种应用的理想的可调谐激光器应该包括以下特性宽可调谐范围，覆盖C 和(或)L波段(大约1530纳米至1610纳米)；尺寸小；任何两个国际电信联盟(ITU)频 率间隔栅格之间的切换速度快(小于1毫秒)；长期的性能稳定性好(超过25年的运行时 间)；极端工作条件下的高可靠度；低耗电量和进行低成本生产。现有的可调谐激光器可以分成三类(1)使用机械可移动部件，如衍射光栅、棱 镜、标准具或MEMS(微电子机械系统)等作为波长调节单元的系统，其存在的问题是通过 机械调节光栅或棱镜角度来调节波长的技术对机械冲击和震动的抗干扰性非常差，会引起 短期和长期的性能不稳定，所以带有移动部件的可调谐激光器不适合应用在光纤通信中。 (2)通过调节温度，加热或冷却部件来选定波长的系统；其存在的问题是通过温度调谐因 其固有的特性，调谐速度慢，所以可应用的范围很小。(3)使用腔内不可移动的光学器件进 行调节的系统，包括使用磁光器件、声光器件、电光器件或通过注入电流来以物理学方式选 择波长，其存在的问题是声光技术因为其不需要可移动部件通过电控制方式即可调谐、快 速调谐速度、可调范围宽以及结构相对简单，作为调谐器件，是满足上述光纤通信系统应用 严格要求的一种可行方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种调谐速度快、低腔内损耗和高 功率输出的可调谐激光器。本专利技术解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的—种可调谐激光器，包括在激光光谱范围内的两个全反射腔镜组成的激光谐振 腔；两个波长可调的激光增益介质分别安放在激光谐振腔内并在指定激光波长范围 进行激光振荡；两个腔内准直透镜；一个声光可调谐滤波器安放在上述激光谐振腔内，从上述激光增益介质输出的光束通过腔内准直透镜校准为平行光后输入至声光可调谐滤波器；在声光晶体中激发声波的设备，包括一个焊接在选定的晶体表面的声波换能器，上述声光可调谐滤波器、上述两个反射腔镜和上述两个激光增益介质安放的位置使得在激 光谐振腔中只有经过声光可调谐滤波器衍射部分的光束形成激光振荡；一个射频信号源给上述换能器提供射频能量，通过改变射频频率来调节激光谐振 腔的振荡波长；一个相位调制器安放在一个腔内准直透镜与声光晶体之间；一个光学标准具安放在相位调制器和该侧激光增益介质之间；一个波长锁定器安放在腔内光线的零阶衍射光路上；一个带光纤尾纤的准直器将激光输出光线耦合到光纤上；激发上述激光增益介质的泵浦源；驱动上述相位调制器的相位调制器驱动器；以及信号控制处理电路。而且，所述的声光可调谐滤波器安放在与激光束成布拉格角的位置，并对不同波 长的激光束均保持在布拉格角。而且，所述的激光谐振腔由平面镜、凸面镜和凹面镜中任意类型的反射腔镜构成。而且，所述的光学标准具的自由频谱范围为25GHz、或50GHz或100GHz。而且，所述的相位调制器是一个光电相位调制器或基于物理光学效应的其他形式 的相位调制器。而且，所述的波长锁定器包括安放在腔内光线的零阶衍射光路上并与之成45度 角的一个分束器；第一个光电探测器用来接收分束器的反射光；一个透射率随波长变化的 光学滤波器位于分束器和第二个光电探测器之间；第二个光电探测器接收上述的透射率随 波长变化的光学滤波器输出的光信号。而且，所述的带光纤尾纤的准直器包括一个单模保偏光纤和一个梯度折射率透 镜，或者一个单模光纤和一个梯度折射率透镜。而且，所述的声光可调谐滤波器包括一个光学频谱特性符合激光频谱要求的各向 异性的双折射声光晶体。而且，所述的信号控制处理电路包括一个微处理器；第一个数模转换设备连接到 微处理器来控制第一个泵浦源；第二个数模转换设备连接到微处理器来控制相位调制器驱 动器；第三个数模转换设备连接到微处理器来控制射频功率源；第四个数模转换设备连接 到微处理器来控制第二个泵浦源；第一个模数转换设备连接到上述第一个光电探测器来检 测激光功率并将信号输入至微处理器；第二个模数转换设备连接到上述第二个光电探测 器来检测可调传输率光学滤波器输出的光信号，并将信号反馈回微处理器进行激光波长控 制。而且，所述的分束器的反射率/传输率比为50%。而且，所述的透射率随波长变化的光学滤波器是一个多层电介质薄膜滤波器或是 一个光学标准具。而且，所述的第一个光电探测器和第二个光电探测器的光学特性与激光频谱相匹 配。本专利技术的优点和积极效果是1、本可调谐激光器包括了两个激光增益介质、一个声光可调谐滤波器、单一射频 换能器、一个相位调制器和基于微处理器的信号控制处理电路，输出波长的精度和功率稳 定性由波长锁定器、功率监测和反馈控制系统决定，通过使用不同的激光增益介质、声波驱 动频率和声光晶体，满足了光纤通信中对于亚毫秒级调谐速度、小尺寸和在极端工作环境 下高可靠度的要求，保证了高性能和高可靠性，具有快速调谐能力、波长与功率输出稳定的 特点。2、本可调谐激光器使用两个激光增益介质，提高了激光输出功率。3、本可调谐激光器使用低成本的声光滤波器和单一换能器来减少系统成本使之更适合批量生产，设计结构上有着易于组装、批量生产成本低的特点。4、本专利技术设计合理，保证了光纤通信中对于亚毫秒级调谐速度、小尺寸和在极端 工作环境下高可靠度的要求，具有调谐速度快、低腔内损耗和高功率输出的特点，实现了低 成本、易于生产和高性能的可调谐激光器在光纤通信网络中的广泛应用。附图说明图1显示了一种可调谐滤波器的具体实施，包括一个带有单一换能器的声光晶体 和一个射频功率源；图2是一个波矢图，显示了 一束入射光线进入声光布拉格光栅滤波器情形的；图3是一种可调谐激光器的概略平面图；图4是一种可调谐激光器的概略平面图，包括功率监测和波长锁定器；图5显示了通过用于锁定波长的低锐度标准具或多层电介质薄膜滤波器后功率 传输和波长之间的线性或近似线性关系；图6是信号控制处理电路的原理框图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述。下面详细描述可调谐激光器的优选具体实施例。声光可调谐滤波器，如图1所示。该声光可调谐滤波器100包括一个射频功率源 8，一个声光换能器10和一个声光晶体12。声光可调谐滤波器有两种类型共线型与非共线型。其中非共线型包括各向同性 布拉格衍射型和非近轴各向异性布拉格衍射型。其中非近轴各向异性布拉格衍射型，正如 在其他几个美国专利中探讨过的，因为其衍射带宽窄，因此更有实际应用价值。在一种具体实施中，该声光晶体12为各向异性的双折射晶体，也正是窄带宽调谐 所需要的。满足这些特性的一种物质是二氧化碲(Te02)，当工作在剪切模式时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐激光器，其特征在于：包括在激光光谱范围内的两个全反射腔镜组成的激光谐振腔；两个波长可调的激光增益介质分别安放在激光谐振腔内并在指定激光波长范围进行激光振荡；两个腔内准直透镜；一个声光可调谐滤波器安放在上述激光谐振腔内，从上述激光增益介质输出的光束通过腔内准直透镜校准为平行光后输入至声光可调谐滤波器；在声光晶体中激发声波的设备，包括一个焊接在选定的晶体表面的声波换能器，上述声光可调谐滤波器、上述两个反射腔镜和上述两个激光增益介质安放的位置使得在激光谐振腔中只有经过声光可调谐滤波器衍射部分的光束形成激光振荡；一个射频信号源给上述换能器提供射频能量，通过改变射频频率来调节激光谐振腔的振荡波长；一个相位调制器安放在一个腔内准直透镜与声光晶体之间；一个光学标准具安放在相位调制器和该侧激光增益介质之间；一个波长锁定器安放在腔内光线的零阶衍射光路上；一个带光纤尾纤的准直器将激光输出光线耦合到光纤上；激发上述激光增益介质的泵浦源；驱动上述相位调制器的相位调制器驱动器；以及信号控制处理电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高培良，
申请(专利权)人：天津奇谱光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]