专利名称：一种基于硅基液晶的外腔可调谐激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信传输领域，尤其涉及一种基于硅基液晶的外腔可调谐激光
O
背景技术：
光硅基液晶LCOS调制器(liquid crystal on silicon，硅基液晶)是一种空间光调制器，是一种基于液晶分子电致双折射效应的有源数字光学器件。一般来说，LCOS由许多独立单元——液晶像素点构成。这些像素点在空间排列成一维或者二维阵列，每个像素点都可以独立地接受驱动电压信号的控制，并按此驱动电压信号来改变液晶分子的取向结构，从而达到对入射光信号的反射角度的调整。U M ITU-T/ΠΝ (Telecommunication Standardization Sector Of International Telecommunication Union，国际电信联盟远程通信标准化组织)的定义， DWDM系统(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波复用)中激光器所发出的光必须在ITU-T定义的波长上。在现有技术中，要使外腔可调谐激光器输出的光信号为ITU-T组织定义的波长， 则须同时控制激光器内光栅回路上的光信号的反射光束的角度和相位，此时，需要用一个相位控制单元，比如温度控制的棱镜。该温度控制的棱镜位于激光器内的光路上，利用材料的热光效应来控制光信号的反射光束的相位。现有技术需要额外增加相位控制单元来控制入射光信号的反射光束的相位，增加了系统的复杂度和成本。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种基于硅基液晶的外腔可调谐激光器，包括增益芯片、准直透镜、光栅、控制电压单元和硅基液晶LCOS调制器；增益芯片，用于输出多纵模光信号；准直透镜，用于将所述增益芯片输出的多纵模光信号准直到所述光栅；光栅，用于将准直透镜输出的多纵模光信号解复用成空间色散的单纵模光信号；控制电压单元，用于根据目标波长值，输出反射角控制电压信号；LCOS调制器，用于接收所述空间色散的单纵模光信号，并根据所述反射角控制电压信号，调整所述空间色散的单纵模光信号的反射角度，并将调整反射角度后的空间色散的单纵模光信号通过所述光栅和所述准直透镜发送给所述增益芯片，由所述增益芯片输出第一激光信号；进一步地，控制电压单元，还用于根据目标波长和所述第一激光信号的波长的差值，计算出相位控制电压信号；LCOS调制器，还用于根据所述相位控制电压信号，改变所述光栅发送的空间色散的单纵模光信号的相位信息，并将改变相位信息后的空间色散的单纵模光信号，通过所述光栅和所述准直透镜发送给所述增益芯片，由所述增益芯片输出具有目标波长的第二激光信号。[0013]通过使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，光束产生了的相位变化 Δ Φ，从而可以使外腔可调谐激光器输出具有目标波长的光信号，无需使用现有技术中的相位控制单元，降低了系统的复杂度和成本。
此处所说明的附图用来提供对实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中图1示出了本实用新型的基于硅基液晶的外腔可调谐激光器结构示意图；图2示出了本实用新型的LCOS调制器的结构示意图；图3示出了现有技术的波长选择光谱曲线图；图4示出了本实用新型的波长选择光谱曲线图。
具体实施方式
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本实用新型，现结合附图描绘本实用新型的实施例。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。本实用新型的基于硅基液晶的外腔可调谐激光器10结构示意图如图1所示，包括增益芯片101、准直透镜102、光栅103、控制电压单元105和硅基液晶LCOS 调制器104 ；增益芯片101，用于输出多纵模光信号；准直透镜102，用于将所述增益芯片101输出的多纵模光信号准直到所述光栅；光栅103，用于将准直透镜102输出的多纵模光信号解复用成空间色散的单纵模光信号；控制电压单元105，用于根据目标波长值，输出反射角控制电压信号；LCOS调制器104，用于接收所述空间色散的单纵模光信号，并根据所述反射角控制电压信号，调整所述空间色散的单纵模光信号的反射角度，并将调整反射角度后的空间色散的单纵模光信号通过所述光栅103和所述准直透镜102发送给所述增益芯片101，由所述增益芯片101输出第一激光信号；进一步地，控制电压单元105，还用于根据目标波长和所述第一激光信号的波长的差值，计算出相位控制电压信号；LCOS调制器104，还用于根据所述相位控制电压信号，改变所述光栅发送的空间色散的单纵模光信号的相位信息，并将改变相位信息后的空间色散的单纵模光信号，通过所述光栅103和所述准直透镜102发送给所述增益芯片101，由所述增益芯片101输出具有目标波长的第二激光信号。通过使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，光束产生了的相位变化， 从而可以使外腔可调谐激光器输出具有目标波长的光信号，无需使用现有技术中的相位控制单元，降低了系统的复杂度和成本。进一步地，本实用新型的另一实施例为，控制电压单元，包括，计算单元，用于根据目标波长和所述第一激光信号的波长的差值Δ λ，通过公式
4a^ = J-^m计算出相位偏移量Δ φ，入工和λ2分别为所述增益芯片输出的多纵模光信号的相邻两路光信号的波长值；
τ, ΑΦ输出单元，用于根据所述相位偏移量Δ φ，通过公式F2获得并输出所述
相位控制电压信号V2，k为目标波长λ的传播常数，r为所述LCOS调制器中的像素点的电光系数，d为所述LCOS调制器中的像素点的厚度，如图2所示的本实用新型的LCOS调制器的结构示意图。进一步地，在本实用新型的实施例中，准直透镜102，用于将所述增益芯片101输出的多纵模光信号准直到所述光栅。准直透镜属于光纤通信光器件中用于输入输出的一个光学元件，用于将激光器中的增益芯片输出的发散的多纵模光信号(即发射角较大的多纵模光信号)，准直为平行的高斯光束信号。它的作用是使多纵模光信号最大效率地耦合进入所需的器件中。准直透镜，进一步用于将经所述光栅衍射和LCOS控制的空间色散的单纵模光信号耦合回至所述增益芯片形成输出激光信号。光栅103，用于将准直透镜102输出的多纵模光信号解复用成空间色散的单纵模光信号。光栅也称衍射光栅，能对入射光波的振幅或者相位进行空间周期性调整，或对振幅和相位同时进行空间周期性调制的光学元件。空间色散的单纵模光信号，就是在传输空间的不同角度上传输的单波长光信号。控制电压单元105，用于根据目标波长值，输出反射角控制电压信号Vp控制电压单元输出的控制电压信号用于控制所述LCOS调制器上的每个像素点的电压。通过控制加在每个像素点的电压信号的变化，来控制像素点的折射率的变化值Δη，从而引起所述
LCOS调制器的反射空间色散的单纵模的相位信息变化值Δ φ的变化。Δ/7 = ^ A = Ak
k'd , 2π
为目标波长λ的传播常数，d为所述LCOS中的像素点的厚度。LCOS调制器104，用于接收所述空间色散的单纵模光信号，并根据所述反射角控制电压信号，调整所述空间色散的单纵模光信号的反射角度，并将调整反射角度后的空间色散的单纵模光信号通过所述光栅103和所述准直透镜102发送给所述增益芯片101，由所述增益芯片101输出第一激光信号。硅基液晶LCOS调制器(liquid crystal on silicon，硅基液晶)是一种空间光调制器，是一种基于液晶分子电致双折射效应的有源数字光学器件。LCOS调制器基于反射模式的尺寸非常小的矩阵液晶，对接收到的光信号进行反射。如图2所示，LCOS调制器20由许多独立单元——液晶像素点201构成。这些像素点在硅基层202上，排列成一维或者二维阵列，每个像素点都可以独立地接受驱动电压信号的控制，并按此驱动电压信号来改变液晶分子的取向结构，从而达到对入射光信号的反射角度的调整。LCOS调制器中的像素点，如果不加任何电压，它就相当于一个平面反射镜。在本实用新型中，通过在每个像素点上加上合适的电压，形成周期性的相位变化，就可以形成一个光栅。进一步地，在本实用新型中，通过改变每个周期中的像素数的个数，从而控制所述空间色散的单纵模光信号的反射角度。周期P为从一个折射率改变点到相邻一个折射率改变点的长度，也可以用LCOS调制器的硅基层上的像素点的个数来表示。因为，如图2所示的周期P，每个周期P中像素点的相位的变化为Δ φ到2π+Δ φ，所以，当每个周期P中的像素点的个数变化时，为了满足一个周期中的像素点的相位的变化为Δ φ到2π+Δ φ，像素点的折射率也会相应地变化，从而控制了入射到LCOS调制器上的光信号的反射角度。在本实用新型的另一实施例中，传输系统所需的外腔可调谐激光器输出的波长是 1552. 12nm,即ITU-T组织规定的目标波长为1552. 12nm。图3示出了现有技术的波长选择光谱曲线图。图3所示的激光器的增益芯片形成几路多纵模光信号波长值为1552. Onm、 1552. lnm、1552. 2nm、1552. 3nm和1552. 4nm。波长选择光谱曲线的峰值点对应的LCOS调制器的透射率为100%。波长值为1552. Inm的单纵模光信号因为距离波长选择光谱曲线的峰值点最近，所以，激光器最终输出了波长值为K52. Inm的单纵模光信号。由于没有使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，导致无法对激光器内部的光路信号进行有效的波长选择处理，从而激光器所选择的其中一路单纵模光信号为巧52. lnm。该波长值为 1552. Inm的单纵模光信号偏离了 ITU-T标准所规定的目标波长1552. 12nm，偏离的波长的
差值Δ λ为0.02nm。通过使用本实用新型中的控制电压单元，根据公式Δ^ = ΔΙ可
知，当前输出波长与目标波长的相位偏移量Δ φ为2π/5，其中，λ「λ 2 = 1552. 2-1552. 1
=0. Inm0再根据公式公式G =^—获得了控制电压单元所需输出的相位控制电压信号
κ·α·τ ,
ν2，其中，k为目标波长λ的传播常数，d为所述LCOS中的像素点的厚度，r为所述LCOS中的像素点的电光系数。通过使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，激光器的增益芯片形成几路多纵模光信号波长值为 1552. 02nm、1552. 12nm、1552. 22nm、1552. 32nm 和 1552. 42nm。 本实用新型的波长选择光谱曲线图如图4所示，波长选择光谱曲线的峰值点对应的LCOS 调制器的透射率为100%。波长选择光谱曲线的峰值点与ITU-T标准所规定的目标波长 1552. 12nm对齐，Δ λ为Onm，从而使激光器输出ITU-T标准所规定的目标波长1552. 12nm 的光信号。本实用新型的实施例无意于对具体光信号的波长、所需要调整的相位的值做限定，本领域技术人员可以根据本实用新型公开的技术方案，做一些变通，或具体数值上的调整，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。可以看出，通过使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，光束产生了 Δ Φ的相位变化，从而可以使外腔可调谐激光器输出具有目标波长的光信号。通过使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，光束产生了的相位变化， 从而可以使外腔可调谐激光器输出具有目标波长的光信号，无需使用现有技术中的相位控制单元，降低了系统的复杂度和成本。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求1.一种基于硅基液晶的外腔可调谐激光器，其特征在于，包括增益芯片、准直透镜、 光栅、控制电压单元和硅基液晶LCOS调制器；增益芯片，用于输出多纵模光信号；准直透镜，用于将所述增益芯片输出的多纵模光信号准直到所述光栅； 光栅，用于将准直透镜输出的多纵模光信号解复用成空间色散的单纵模光信号； 控制电压单元，用于根据目标波长值，输出反射角控制电压信号； LCOS调制器，用于接收所述空间色散的单纵模光信号，并根据所述反射角控制电压信号，调整所述空间色散的单纵模光信号的反射角度，并将调整反射角度后的空间色散的单纵模光信号通过所述光栅和所述准直透镜发送给所述增益芯片，由所述增益芯片输出第一激光信号；进一步地，控制电压单元，还用于根据目标波长和所述第一激光信号的波长的差值，计算出相位控制电压信号；LCOS调制器，还用于根据所述相位控制电压信号，改变所述光栅发送的空间色散的单纵模光信号的相位信息，并将改变相位信息后的空间色散的单纵模光信号，通过所述光栅和所述准直透镜发送给所述增益芯片，由所述增益芯片输出具有目标波长的第二激光信号。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述控制电压单元，包括，计算单元，用于根据目标波长和所述第一激光信号的波长的差值△ λ，通过公式计算出相位偏移量Δ Φ，入工和λ 2分别为所述增益芯片输出的多纵模光信号的相邻两路光信号的波长值；τ, Δ沴输出单元，用于根据所述相位偏移量Δ φ，通过公式G获得并输出所述相位控制电压信号V2，k为目标波长λ的传播常数，d为所述LCOS调制器中的像素点的厚度，r 为所述LCOS调制器中的像素点的电光系数。
3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，通过改变所述LCOS调制器的每个周期中的像素点的个数，从而控制所述空间色散的单纵模光信号的反射角度。
专利摘要本实用新型涉及通信传输领域，特别公开了一种基于硅基液晶的外腔可调谐激光器。外腔可调谐激光器包括增益芯片、准直透镜、光栅、控制电压单元和硅基液晶LCOS调制器。通过使用本实用新型中的LCOS调制器和控制电压单元，光束产生了的相位变化Δφ，从而可以使外腔可调谐激光器输出具有目标波长的光信号，无需使用现有技术中的相位控制单元，降低了系统的复杂度和成本。
文档编号H01S3/086GK202172209SQ201120321740
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者陈波, 高磊 申请人:华为技术有限公司