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Title:
EXTERNAL CAVITY TYPE WIDEBAND TUNABLE LASER WITH WAVE FILTER COUPLING DOUBLE LASER GAIN MEDIUM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/016886
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an external cavity type wideband tunable laser (400) with a wave filter coupling the double laser gain medium. The laser (400) comprises the following sequentially installed in a laser cavity: a first laser gain medium (34), a first intracavity collimating lens (38), an active optical phase modulator (41), a tunable acousto-optic wave filter (26), an intracavity reflector (28), an optical etalon (42) and an intracavity total reflector (44). The laser (400) also comprises a second laser gain medium (35), a second intracavity collimating lens (39), a multilayer medium film optical wave filter (31) for coupling the output light beam of the first laser gain medium (34) and the second laser gain medium (35), a radio frequency signal source (20), a pumping source of the two laser gain mediums, a driving source of the active optical phase modulator and a laser drive and control circuit. The laser (400) enables the output spectral range of a single laser to cover the C and L wave bands, expands the output spectral range of the tunable laser, and has the characteristics of stable performance, low cost, small size and easy installation and production.

Inventors:
GAO PEILIANG (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/078961
Publication Date:
February 07, 2013
Filing Date:
August 26, 2011
Export Citation:
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Assignee:
GP PHOTONICS INC (CN)
GAO PEILIANG (CN)
International Classes:
H01S5/14; H01S3/082; H01S5/06
Foreign References:
US20030206336A12003-11-06
CN101673921A2010-03-17
US5528612A1996-06-18
CN101672988A2010-03-17
CN101345389A2009-01-14
CN101814694A2010-08-25
Attorney, Agent or Firm:
TIANJIN WISELY INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY LTD. (CN)
天津盛理知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权利要求书

1、 一种滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光器, 包括依次安装在激 光腔内的第一激光增益介质、第一腔内准直透镜、有源光相位调制器、可调谐声光滤波器、 腔内反射镜、光学标准具和腔内全反镜,在第一激光增益介质上安装有第一激光腔端面镜, 其特征在于: 还包括:

第二激光增益介质、 安装在第二激光增益介质上的第二激光腔端面镜和第二腔内准直 透镜, 所述的第二激光增益介质、 第二腔内准直透镜与第一激光增益介质、 第一腔内准直 透镜成垂直方向;

一个多层介质膜光学滤波器, 放置在第一腔内准直透镜和第二腔内准直透镜后, 并与 所述的第一腔内准直透镜和第二腔内准直透镜的输出光束均成 45度, 用于耦合第一激光 增益介质和第二激光增益介质的输出光束;

一个射频信号源, 用于提供给可调谐声光滤波器射频能量并通过改变射频频率来调节 激光谐振腔的振荡波长;

两个激光增益介质的泵浦源、 有源光相位调制器的驱动源和激光器驱动控制电路。

2、 根据权利要求 1 所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光器, 其特征在于: 所述的第一激光增益介质、第二激光增益介质的增益光谱分别为 C光谱带和 L光谱带。

3、 根据权利要求 1或 2所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器,其特征在于:所述的第一激光腔端面镜是在 C光谱带范围内的全反镜或为部分反射镜, 所述的第二激光端面镜是在 L光谱带范围内的全反镜或为部分反射镜。

4、 根据权利要求 1或 所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器, 其特征在于: 所述的多层介质膜光学滤波器对 C光谱带光束的光谱范围接近全透射, 对 L光谱带光束的光谱范围接近全反射。

5、 根据权利要求 1或 2所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器, 其特征在于: 所述的腔内反射镜和腔内全反镜至少在 C光谱带和 L光谱带光谱范围内 等于或接近 100%的反射率, 所述的腔内反射镜和腔内全反镜为以下几种类型的反射镜之 一: 平面镜、 凸面镜和凹面镜。

6、 根据权利要求 1或 2所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器, 其特征在于: 所述的光学标准具的光谱范围大于或等于 186.15 〜196.10 THz光谱带, 其透射光谱峰值间隔为 50GHz并具有高锐度系数;所述的有源光相位调制器的光谱范围大 于或等于 186.15 〜196.10 THz光谱带。

7、 根据权利要求 1或 2所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器, 其特征在于: 所述的可调谐声光滤波器为窄带光滤波器, 其光谱范围等于或大于 186.15 〜196.10 THz的光谱带, 且其滤波光谱的 FWHM不大于所述光学标准具透射光频 率的二倍。 8、 根据权利要求 1或 2所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器, 其特征在于: 所述的可调谐声光滤波器包括一个声光晶体和粘贴在所述声光晶体上的 一个声波换能器, 该声光晶体的晶体材料为 Te02

9、 根据权利要求 1或 2所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光 器, 其特征在于: 所述的有源光相位调制器是以下几种类型之一: 电光相位调制器, 或者 是磁光相位调制器, 或者是液晶相位调制器, 或者是声光相位调制器, 或者是基于物理光 学效应的其他形式的相位调制器, 或者是上述相位调制器的组合并具有等于或大于 186. 15 -196. 10 THz的光谱范围。

10、 根据权利要求 1所述的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调谐激光器, 其特征在于: 所述的激光器驱动控制电路包括: 一个数字信号微处理器、 四个数模转换模 块、 C带激光增益介质的激光泵浦源、 L带激光增益介质的激光泵浦源、 有源光相位调制 器驱动源、 可调谐声光滤波器驱动源, 数字信号微处理器接收外部指令信号指令并通过激 光泵浦源、 有源光相位调制器驱动源、 可调谐声光滤波器驱动源实现对激光增益介质、 有 源光相位调制器、 可调谐声光滤波器的驱动控制功能。

Description:
滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带可调 谐激光器 技术领域

本发明属于光电子领域, 尤其是滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽 带可调谐激光 器。

背景技术

在外腔式可调谐激光器中, 主要有以下一些调谐技术: (1 ) 通过精密步进马达带动光 栅的旋转来进行调谐的, 其主要缺点有以下几个: 一是为实现光频率的精密调谐, 对步进 马达的步进精度和重复性要求很高, 因此制造成本比较高; 二是由于采用步进马达, 不易 做到小型化; 三是在恶劣工作环境下的工作稳定性比较差, 特别是抗各类机械振动的能力 比较差, 由于存在上述几个方面的问题, 因此, 采用这种技术的可调谐激光器只适合用于 实验室工作环境中使用。 (2) 利用光栅或激光谐振腔中的其他光学滤波器件 , 如光学标准 具等的透射光频率随温度漂移的特点进行调谐 , 这种技术的优点是调谐精度高和输出光的 光谱带宽比较窄, 缺点是速度比较慢, 特别是在要求调谐光谱范围宽的情况下, 这个缺点 尤为明显, 例如: 光学滤波器件的温度漂移系数是 0.2纳米 /度, 要求的光频谱范围是 80 纳米, 温度调节范围是 400度, 因此, 这在实际应用中是很难实现的。 (3) 通过微电机系 统(MEMS), 其主要缺点是在恶劣工作环境下的工作稳定性 比较差, 特别是抗各类机械振 动的能力比较差。 (4) 利用可调谐声光滤波器进行调谐, 其优点是调谐速度快, 没有机械 移动部件, 可以做到小型化, 其缺点是调谐精度不高和滤波带宽比较宽, 因此, 单纯采用 这种技术的可调谐激光器只适合用于对调谐精 度和输出带宽不高的应用中。 (5) 采用单一 激光增益介质, 其光谱范围很难做到覆盖 C光谱带和 L光谱带。

综上所述, 现有技术不能满足要求可调谐激光器具有小型 化, 在宽光谱范围内的快速 调谐,窄带激光输出和在恶劣环境下长期稳定 工作的各类应用,特别是光纤通讯中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足, 提供一种性能稳定、 体积小、 价格低且易于 生产的滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽 带可调谐激光器。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方 案实现的:

一种滤波器耦合双激光增益介质的外腔式宽带 可调谐激光器, 包括依次安装在激光腔 内的第一激光增益介质、 第一腔内准直透镜、 有源光相位调制器、 可调谐声光滤波器、 腔 内反射镜、 光学标准具和腔内全反镜, 在第一激光增益介质上安装有第一激光腔端面 镜, 还包括:

第二激光增益介质、 安装在第二激光增益介质上的第二激光腔端面 镜和第二腔内准直 透镜, 所述的第二激光增益介质、 第二腔内准直透镜与第一激光增益介质、 第一腔内准直 透镜成垂直方向; 一个多层介质膜光学滤波器, 放置在第一腔内准直透镜和第二腔内准直透镜 后, 并与 所述的第一腔内准直透镜和第二腔内准直透镜 的输出光束均成 45 度, 用于耦合第一激光 增益介质和第二激光增益介质的输出光束;

一个射频信号源, 用于提供给可调谐声光滤波器射频能量并通过 改变射频频率来调节 激光谐振腔的振荡波长;

两个激光增益介质的泵浦源、 有源光相位调制器的驱动源和激光器驱动控制 电路。 而且, 所述的第一激光增益介质、 第二激光增益介质的增益光谱分别为 C光谱带和 L 光谱带。

而且, 所述的第一激光腔端面镜是在 C光谱带范围内的全反镜或为部分反射镜, 所述 的第二激光端面镜是在 L光谱带范围内的全反镜或为部分反射镜。

而且,所述的多层介质膜光学滤波器对 C 光谱带光束的光谱范围接近全透射,对 L光 谱带光束的光谱范围接近全反射。

而且,所述的腔内反射镜和腔内全反镜至少在 C光谱带和 L光谱带光谱范围内等于或 接近 100%的反射率, 所述的腔内反射镜和腔内全反镜为以下几种类 型的反射镜之一: 平 面镜、 凸面镜和凹面镜。

而且, 所述的光学标准具的光谱范围大于或等于 186.15 〜196.10 THz光谱带, 其透 射光谱峰值间隔为 50GHz并具有高锐度系数;所述的有源光相位调 器的光谱范围大于或 等于 186.15 —196.10 THz

而且, 所述的可调谐声光滤波器为窄带光滤波器, 其光谱范围等于或大于 186.15 〜 196.10 THz的光谱带, 且其滤波光谱的 FWHM不大于所述光学标准具透射光频率的二倍

而且, 所述的可调谐声光滤波器包括一个声光晶体和 粘贴在所述声光晶体上的一个声 波换能器, 该声光晶体的晶体材料为 Te02。

而且, 所述的有源光相位调制器是以下几种类型之一 : 电光相位调制器, 或者是磁光 相位调制器, 或者是液晶相位调制器, 或者是声光相位调制器, 或者是基于物理光学效应 的其他形式的相位调制器, 或者是上述相位调制器的组合并具有等于或大 于 186.15 〜 196.10 THz的光谱范围。

而且, 所述的激光器驱动控制电路包括: 一个数字信号微处理器、 四个数模转换模块、 C带激光增益介质的激光泵浦源、 L带激光增益介质的激光泵浦源、 有源光相位调制器驱 动源、 可调谐声光滤波器驱动源, 数字信号微处理器接收外部指令信号指令并通 过激光泵 浦源、 有源光相位调制器驱动源、 可调谐声光滤波器驱动源实现对激光增益介质 、 有源光 相位调制器、 可调谐声光滤波器的驱动控制功能。

本发明的优点和积极效果是:

1、 本外腔式宽带可调谐激光器采用了多层介质膜 光学滤波器将 C光谱带和 L光谱带 激光增益耦合起来, 在不增加其他光学器件的情况下, 大大扩展了可调谐激光器的输出光 谱范围, 实现了单一激光器的输出光谱范围覆盖 C和 L光谱带功能。 2、 本外腔式宽带可调谐激光器采用了具有光频率 飘移补偿的并由单一晶体和单一声 光换能器组成的可调谐窄带声光滤波器和有源 光相位调制器,实现了在 C光谱带和 L光谱 带范围内的快速可调谐输出,在激光腔内用透 射光谱峰值为 50GHz的具有高锐度系数的光 学标准具进一步压縮输出光谱带宽, 并使激光器的输出严格满足国际光纤通讯标准 的规 定。

3、 本外腔式宽带可调谐激光器采用了窄带可调谐 声光滤波器和高锐度的光学标准具 相结合,并利用多层介质膜的滤波器将 C光谱带和 L光谱带的两个激光增益介质耦合起来, 实现了小型、 无机械移动部件、 宽带光频谱范围内的快速调谐和窄带的稳定激 光输出。 具 有无机械移动部件、 性能稳定可靠、 成本低、 尺寸小、 易于安装及生产等特点, 满足了对 于要求尺寸小和极端工作环境下的可靠运行。 可广泛应用于光学测试、 光纤通讯、 生物、 医疗器械和光纤传感器网络等其他领域中。

附图说明

图 1是现有的一种普通可调谐声光滤波器的示意 ;

图 2是现有的一种实现频率偏移补偿的可调谐声 滤波器示意图;

图 3是在声光晶体中一次衍射和二次衍射的入射 束、 声波场和衍射光束的波矢关系 图;

图 4是一种采用了可调谐声光滤波器和单一光标 具的外腔式可调谐激光器的结构示 意图;

图 5是 C光谱带激光增益曲线的示意图;

图 6是 L光谱带激光增益曲线的示意图;

图 7是 一激光增益介质的光频率间隔为 50GHz的输出光谱示意图;

图 8是本发明的结构示意图的结构示意图;

图 9是多层介质膜光学滤波器的透射光谱示意图

图 10是光频率覆盖 C光谱带和 L光谱带的透射光谱间隔为 50GHz的可调谐激光器输 出光谱示意图;

图 11是本发明的激光驱动控制电路的原理框图。

具体实肺式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

图 1显示了一种普通的可调谐声光滤波器 100。 该可调谐声光滤波器 100包括换能器 22、 射频信号源 20、 声光晶体 26, 换能器 20安装在声光晶体上, 入射光束 2以布拉格角 入射到声光晶体 26, 产生零级衍射光束 4和一级衍射光束 6。

声光滤波器的工作原理是基于一种叫做布拉格 衍射的现象。 布拉格衍射涉及了光子 (光能的量子) 和声子 (声能的量子) 的相互作用过程。 在这个互作用的过程中, 能量和 动量都是守恒的。 动量守恒要求 hKd = hKi + hK S , 其中 hKd是衍射光子的动量, h K i是入 射光子的动量, h K s 是互作用的声子的动量。 约分去掉 h后得到: K d = Ki + KS, 这就给 出了布拉格衍射最基本的波矢等式, 它表明了衍射光的波矢是入射光波矢与声波波 矢的矢 量和, 如图 3— 1所示。

能量守恒要求 h(Dr = l D + M2, 其中 (Dr是衍射光的角频率, ω是入射光的角频率, Ω 是声波的角频率。约分去掉 h后得到: ω Γ = ω + Ω。这表明衍射光子的角频率被声波的角 频率轻微改变, 即光线的频率产生了多普勒频移。

声光可调谐滤波器 (AOTF ) 是一种固态的、 可采用电调谐的带通光滤波器。 与传统 的技术相比, AOTF提供了连续、 快速的调节能力和窄的光谱带宽。 声光滤波器有两种类 型: 共线型与非共线型。 其中具有高射频频率的非共线型和非近轴滤波 器可以实现窄带滤 波。然而根据上面的公式, ω Γ = ω + Ω,公式表明光波频率偏移的大小等于声波的 率。

尽管因为光线频率和声波频率相差很多个数量 级, 从而产生的偏移量很小, 但是在一 些激光器系统中还是会引起不稳定的运行。 这个问题的一个解决办法是使用两个 AOTF, 其中第二个 AOTF用来抵消第一个 AOTF所带来的频率偏移; 另一个解决办法是在同一个 声光晶体上使用两个换能器。但是这些解决办 法都有几个缺点: 1、增加了系统的体积; 2、 使得光学对准更为困难; 3、 引起运行的不稳定性; 4、 增加成本, 对大批量生产来说尤为 重要。

图 2显示了一种可以有效消除频率偏移的可调谐 光滤波器 200, 该可调谐声光滤波 器 200包括换能器 22、 声光晶体 26、 射频信号源 20、 全反射镜 28, 入射光束 2以布拉格 角入射到声光晶体 26, 产生零级衍射光束 4和一级衍射光束 6, 一级衍射光束 6经全反射 镜经声光晶体 26后产生零级衍射光束 10和一级衍射光束 12。

图 3— 1和图 3— 2分别显示了入射光 ( κ i)、 衍射光 ( κ d) 和声波 ( κ s ) 的波矢关 系。 正如上面提到的, K i ± K s = K d这个关系永远成立, 使用加号 (+ ) 还是减号 (-) 由 入射声波的方向决定。 在图 3— 1中, 光线 2 ( κ 2)、 光线 6 ( κ 6 ) 和声波 24 ( κ s ) 的关 系是: K 2 + K S = K 4。 声波 K s 不仅仅使得衍射光的方向向上偏移, 光线的角频率 ω 也向 上偏移了 Ω = vs IKSI, 其中 vs是声波的速度。 在图 3— 2中, 光线 8 ( κ 8)、 光线 12 ( κ 12 )和声波 24 ( κ s ) 的关系是: κ 5 - κ s = κ 12。 在这种情况下, 声波使得衍射光的方向 向下偏移, 并且将第二次衍射的光线 12的角频率 ω 也向下偏移了 VS I K SI O 因为向上和 向下的偏移量基本相同, 当光线 12从声光滤波器 200中射出时, 整体频率偏移被充分的 消除了。

在一些具体实施中, 例如需要窄带调节时, 采用的声光晶体是各向异性并有双折射特 性。 其中一种物质为二氧化碲 ( ^, 由于其运行在剪切模式时具有高光学均匀性、 低 光吸收度和耐高光功率能力的特点, 广泛使用于这类应用中。 其他物质例如铌酸锂 ( *)、 磷化镓 ( ) 和钼酸铅 ( 《) 也经常用于各种声光器件中。 影响选择 特定物质的因素有很多, 下面仅列出几种, 如: 声光器件的类型、 高质量晶体是否容易获 得以及应用的类型和需求, 例如衍射效率功率损耗、 入射光与衍射光的分散度和整体器件 的大小等。 可调谐声光滤波器 200中, 根据不同应用需要, 全反镜 28到声光晶体 26的距离 L是 可调的。 但是, 由于声波场 24在声光晶体中传播时产生一定的衰减, 因此, 全反镜 28应 尽可能地靠近声光晶体 26, 这样可以提高光线 8的衍射效率。

图 4显示了一种采用单一光学标准具和如图 2所示的可调谐声光滤波器的外腔式可调 谐激光器 300。 该可调谐激光器 300包括直接镀在激光增益介质 34上的激光腔端面镜 32、 激光增益介质 34、 腔内准直透镜 36、 有源光相位调制器 41、 可调谐声光滤波器 100、 腔 内全反镜 28、 光学标准具 42、 全反镜 44。 其中, 激光腔端面镜 32和全反镜 44构成了激 光谐振腔。

激光输出镜通常对不同波长或颜色光的反射率 不同, 这里提到的反射率是与激光器运 行的波长带宽相对应的反射率。 激光腔端面镜 32可以根据不同的情况, 采用部分反射镜, 或全反镜。 如果激光增益介质是半导体增益介质时, 由于一般都有比较大的输出分散角, 因此, 可调谐激光器 300的腔内准直透镜一般是针对激光增益介质是 半导体增益介质时使 用。 当激光增益介质是气体, 液体或有些固体介质时, 一般不用腔内准直透镜, 而是采用 非平面腔镜以实现腔内光束的合理分布。

用于光纤通讯中的这类激光器, 需要将输出光束 4藕合到光纤中, 准直透镜 38是必 不可少的。

在可调谐激光器 300中, 由激光增益介质 34发出的宽带荧光光束 36经第一腔内准直 透镜 38准直后的光束 2透过有源光相位调制器 41,以布拉格角进入可调谐声光滤波器 26, 被衍射后的一级衍射光 6 以布拉格角入射到腔内反射镜 28, 反射后的光束 8 又以布拉格 角进入可调谐声光滤波器 26。 值得注意的是, 光束 2是与声波场 24传播方向相反的方向 上以布拉格角进入可调谐声光滤波器 26, 而光束 8是与声波场 24传播方向相同的方向上 以布拉格角进入可调谐声光滤波器 26。 因而, 入射光束 2经可调谐声光滤波器 26两次衍 射后的光束 12具有零光频率飘移。 被衍射后的一级衍射光 12 经光学标准具 42后由全反 镜 44反射回激光腔内, 在激光腔内形成激光振荡和放大。 在这个过程中, 光束 4和 10分 别作为激光腔内光束 2和 8的零级衍射光束; 光束 13作为光束 12被全反镜的反射后的光 束的零级衍射光束成为激光腔内的损耗, 光束 3是激光腔内振荡过程中被可调谐声光滤波 器 26所形成的一个零级衍射光束而溢出激光腔外 光束 4因其具有最大的能量作为激光 输出光束。 光束 4、 10和 13 可用于监控激光腔内的光功率和波长等。 由于光束 4、 10和 13是激光腔外光线, 所以, 使用这类光功率和波长等监控器件只要不产生 将光束 4、 10和 13全部或部分反射回激光腔内, 就不影响激光器 300的正常工作。

正如前面分析的, 由于第一次衍射光波长偏移和第二次衍射所产 生的光波长偏移正好 相反, 因此, 可调谐声光滤波器 26在可调谐激光器 300中的结构中所造成的光波长偏移 为零。 又由于经可调谐声光滤波器 26 的两次衍射, 在激光腔内形成了比一次衍射带宽更 窄的激光振荡。在光腔中插入的光学标准具 42, 进一步压縮激光输出光的带宽并使其输出 光的光频率间隔与其自由光谱程(FSR)—致。 如在光纤通讯的应用中, 光学标准具 42的 自由光谱程可为 100GHz, 50GHz或 25GHz并应尽可能具有高的锐度系数, 以提高输出光 的边摸抑制比和窄的输出光谱。图 7所示的是光纤通讯中常用的光频谱为 C光谱带或 L光 谱带, 输出频率间隔为 50GHz的可调谐激光器输出光谱。

激光输出的调谐,是通过有源光相位调制器 41和可调谐声光滤波器 26 来实现的。 改 变可调谐声光滤波器 26 驱动源的射频频率, 可改变激光腔内的光波谐振频率。 根据不同 的光波谐振频率, 有源光相位调制器 41 通过调节光波的相位使得某一个特定的光波在 激 光腔内产生激光振荡和放大。

由于单一激光增益介质的增益带宽是有限的, 如在工业上常用的半导体增益介质中, 有效增益带宽一般不超过 6 THz带宽。因此,激光器 300的可调谐光谱范围也不超过 6 THz 带宽。 能够扩大可调谐激光器的输出光谱范围, 对许多应用来说是非常有益的。 如光纤通 讯中的常用的 C光谱带和 L光谱带的范围约为 ΙΟΤΗζ, 如图 5和 6所示。而采用单一激光 增益介质是很难实现的。

下面对本发明的外腔式可调谐激光器进行详细 说明:

本发明采用了一种多层介质膜光学滤波器将两 个激光增益介质耦合起来为解决上述 问题的提供了一个方法。 如图 8所示, 外腔式可调谐激光器 400包括第一个激光增益介质 34、 直接镀在激光增益介质 34上的激光腔端面镜 32、 第一腔内准直透镜 38、 第二激光增 益介质 35、 直接镀在第二激光增益介质 35上的激光腔端面镜 33、 第二腔内准直透镜 39、 多层介质膜光学滤波器 31、有源光相位调制器 41、可调谐声光滤波器 26、腔内反射镜 28、 光学标准具 42、 激光腔全反镜 44及激光器驱动控制电路。 本发明的可调谐激光器 400的 基本工作原理和可调谐激光器 300是一样的。 不同之处在于可调谐激光器 400包含两个不 同光谱范围的激光增益介质及两个激光腔子腔 。 其中, 第一激光腔子腔由第一激光增益介 质 34、 第一腔内准直透镜 38、 多层介质膜光学滤波器 31、 有源光相位调制器 41、 可调谐 声光滤波器 26、 腔内反射镜 28、 光学标准具 42和腔内全反镜 44依次安装在一起组成, 第二激光腔子腔由第二激光增益介质 35、 第二腔内准直透镜 39、 多层介质膜光学滤波器 31、 有源光相位调制器 41、 可调谐声光滤波器 26、 腔内反射镜 28、 光学标准具 42和腔内 全反镜 44依次安装在一起组成。第二激光增益介质 35、第二腔内准直透镜 39与第一激光 增益介质 34、第一腔内准直透镜 38成垂直方向, 多层介质膜光学滤波器 31放置在第一腔 内准直透镜 38和第二腔内准直透镜 39后, 并与所述的第一腔内准直透镜 38和第二腔内 准直透镜 39的输出光束均成 45度, 用于耦合第一激光增益介质 34和第二激光增益介质 35的输出光束。

在本实施例中,第一激光腔端面镜可以是在 C光谱带范围内的全反镜或为部分反射镜, 第二激光端面镜可以是在 L光谱带范围内的全反镜或为部分反射镜。 多层介质膜光学滤波 器对 C 光谱带光束的光谱范围接近全透射, 对 L光谱带光束的光谱范围接近全反射。 腔 内反射镜和腔内全反镜至少在 C光谱带和 L光谱带光谱范围内等于或接近 100%的反射率, 腔内反射镜和腔内全反镜可以选择以下几种类 型的反射镜: 平面镜、 凸面镜和凹面镜。 光 学标准具的光谱范围大于或等于 186.15 〜196.10 THz 光谱带, 其透射光谱峰值间隔为 50GHz并具有高锐度系数。有源光相位调制器的 谱范围大于或等于 186.15 〜196.10 THz 光谱带。可调谐声光滤波器为窄带光滤波器, 其光谱范围等于或大于 186.15 〜196.10 THz 的光谱带, 且其滤波光谱的 FWHM不大于所述光学标准具透射光频率的二倍 可调谐声 光滤波器包括一个声光晶体和粘贴在所述声光 晶体上的一个声波换能器, 该声光晶体的晶 体材料为 》> 有源光相位调制器可以选择以下几种类型: 电光相位调制器, 或者是磁光 相位调制器, 或者是液晶相位调制器, 或者是声光相位调制器, 或者是基于物理光学效应 的其他形式的相位调制器, 或者是上述相位调制器的组合并具有等于或大 于 186.15 〜 196.10 THz的光谱范围。

第一个激光增益介质 34的增益曲线如图 5所示, 第一激光增益介质的增益光谱分别 为 C光谱带的频谱覆盖范围为 191.15〜196.10 THz。第二激光增益介质 35的增益曲线如图 6所示, 第二激光增益介质的增益光谱分别为 L光谱带的频谱覆盖范围为 186.15〜191.10 THz。 多层介质膜光学滤波器 31的 a面镀增透膜, 对 C光谱带光全透。 多层介质膜光学 滤波器 31的 b 面的透射和反射曲线 80分三个部分, 71、 72和 73, 如图 9所示。 曲线 80 的 71部分对 C光谱带具有高透射率, 73部分对 L光谱带具有高反射率, 72部分是滤波器 曲线 80由高透射率向低透射率的过渡, 其频谱宽度为 Af。 由于实际制作的多层介质膜光 学滤波器 Af 不可能为零 (Af 越小, 多层介质膜滤波器的制作难度就越大), 因此, 采用 多层介质膜光学滤波器的耦合不能做到 "无缝"耦合, 而这部分光谱如果和激光增益介质 34和第二激光增益介质 35的增益光谱交叉, 即 72光谱部分包含了激光增益介质 34和第 二激光增益介质 35 的增益光谱, 则这部分光谱的光束, 如果形成激光振荡和放大, 会在 激光增益介质 34和第二激光增益介质 35中同时形成激光振荡和放大, 从而产生不稳定激 光输出。 因此, 在实际应用中, 应避免这种情况发生。 例如, 在用于光纤通讯的光频率 间隔为 100GHz的可调谐激光器中, C光谱带的在长波方向的最后一个频道和 L光谱带在 短波方向的第一个频道的光频率间隔为 100GHz, 因此, 只要滤波器曲线 80 的 小于 100GHz, 就能实现在频谱覆盖 C光谱带和 L光谱带的光频率间隔为 100GHz的可调谐输 出。 对于光频率间隔为 50GHz或 25GHz的可调谐激光器, 采用多层介质膜光学滤波器进 行 C光谱带和 L光谱带的激光增益介质的耦合的难度就大大 加。

由第一激光增益介质 34发出的光束经第一腔内准直透镜 38准直后成为光束 2, 由第 二激光增益介质 35发出的光束经第二腔内准直透镜 38准直后成为光束 30。多层介质膜光 学滤波器 31的放置角度与光线 2和光线 30均成 45度角。 光束 2透过滤波器 31的 a和 b 面, 在由端面镜 32和全反镜 44组成的激光腔的第一个子腔中形成激光振荡 光束 30经 滤波器 31的 b面全反射, 在由端面镜 33和全反镜 44组成的激光腔的第二个子腔中形成 激光振荡。 第一个子腔和第二个子腔的激光均通过调节有 源光相位调制器和改变射频信号 源 20的射频频率进行调谐, 并都在光束 4输出。 最终实现单一激光器的输出光谱范围覆 盖 C和 L光谱带, 如图 10所示。 上述外腔式可调谐激光器 400的总驱动控制电路系统如图 11所示。该激光器驱动控制 电路包括带有嵌入式软件程序的数字信号微处 理器 (DSP) 118 、 四个数模转换 (D/A) 设备 104、 108、 112和 116、 激光泵浦源 102用于泵浦 L带第二激光增益介质 35、 激光泵 浦源 106用于泵浦 C带激光增益介质 34、有源光相位调制器驱动源 110、射频信号源 114。 带有嵌入式软件程序的数字信号微处理器(DSP ) 118通过数模转换(D/A)设备 104、 108、 112和 116来分别控制激光泵浦源 102、 激光泵浦源 106、 有源光相位调制器驱动源 110、 射频信号源 114。 数字信号微处器 118也可以接收外部指令来对可调谐激光器 400进行控 制。

上述说明仅起演示和描述的作用, 并不是一个详细无遗漏的说明, 也没有意图将本发 明限制在所描述的具体形式上。经过上面的描 述,对本发明的许多改动和变化都可能出现。 所选择的具体实施仅仅是为了更好的解释本发 明的原理和实际中的应用。 这个说明能够使 熟悉此领域的人可以更好的利用本发明, 根据实际需要设计不同的具体实施和进行相应 的 改动。