激光设备和在该设备中生成激光模式的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光设备以及在一种激光设备中生成激光模式的方法。本发明还涉及光通信领域，尤其是DWDM(密集波分复用)系统。
【背景技术】
[0002]光纤通信中对更大带宽的需求推动了可在密集波分复用(DWDM)系统中使用的复杂发射器激光器的开发，其中，多个单独的数据流同时在单根光纤上传输。每个数据流由一个半导体激光器的调制输出在一个具体的通路频率或波长上创建，并且，多个所述的调制输出合并至所述的单根光纤。电信DWDM系统在很大程度上基于分布式反馈(DFB)激光器。为满足在电信波长的固定栅格上的操作需求，该固定栅格也叫做ITU栅格，DFB已通过外部参考标准具增强，并且需要反馈控制环路。为克服单个DFB设备的限制，已开发出外腔激光器。
[0003]图1所示的典型外腔可调谐激光器设计100包括一个增益介质101来实现光放大，一个周期性栅格生成器滤波器103 (通常为一个标准具)来根据系统规范提供正确的通路频率栅格(对于DWDM系统，通常为C波段或L波段ITU频率栅格)，一个可采用正确的调谐机制进行调谐的通路选择器滤波器104，在通路栅格允许的激光模式之间选择激光模式，和一个准直/调整透镜系统102，为准直的腔光束提供正确的对准和尺寸。腔长为110的腔因此通常由作为第一块镜的增益介质101的端面和可以作为第二块镜的通路选择器单元104之间的部分所构成。
[0004]所述外腔激光器的一个设计可以在US 674 332 B2找到，其中，通路选择器滤波器104作为可调谐单元，将一个被选波长的光反馈给增益介质101。
[0005]保证单模激光的一个可能的解决方案可以在WO 2004070893中找到，其中，可调谐镜是一个GMR镜(导模共振镜)，该GMR镜的反射峰可通过合适的机制进行调谐，所述调谐机制可以对该GMR镜结构内包含的一个或多个材料的光学性质进行电调谐或热调谐。实际上，增益介质的有效增益范围(EGR)通常远大于所需的DWDM通路范围，通路选择器单元需要在该DWDM通路范围内可调。增益轮廓也依赖于驱动电流，因此可能出现的情况是，高增益会在通路范围外以波长形式存在。WO 2004070893中所描述的可调谐镜没有无限的FSR(自由光谱范围)，因此，除了可用于通过栅格选择通路的主反射峰，该可调谐镜还始终具有次反射峰以及可能出现的地面反射噪声。次反射峰和本底噪声都能在DWDM通路范围外与标准具峰重叠，从而提供不可忽视的光反馈。
[0006]图2示出了在外腔激光器波长范围内的增益210的增益图200，所述外腔激光器可生成主激光模式201和二级激光模式202。由于在DWDM通路范围203外可能存在的高增益，在该频率范围内会出现某些不想要的激光模式，其中，次反射峰或地面反射噪声与标准具峰重叠。如果这两种模式，即:图2示出的主激光模式201和二级激光模式202，在增益/损耗平衡方面具有可比性，那么这将导致与激光腔的纵向多模振荡相对应的激光频率不可控。当标准具峰与可调谐镜峰之间存在频率失谐，这种影响将更加严重。例如，在启动过程中，标准具与可调谐镜之间的相对频率对准未能得到主动控制，因此可调谐镜主反射峰提供的光功率反馈(与主激光模式201对应)可能会与次反射峰提供的光功率反馈相当，从而使二级激光模式202发生振荡。另外，寄生反射可激发不想要的激光模式，寄生反射会在DWDM通路范围203外发生。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种可在指定的波长栅格上实现稳定的单模激光操作的改良型外腔激光器设计。
[0008]所述目的是通过独立权利要求的特点实现的。根据附属权利要求、描述和附图，进一步的实现方式是明显的。
[0009]本发明是基于以下发现:通过将滤波单元引入激光腔，可以解决外腔激光器的多模振荡问题，其中，所述外腔激光器采用的选择性可调谐单元是GMR镜。所述滤波单元是一个带通滤波器，能避免多模振荡而无需对GMR可调谐镜的性能进行严格限制尤其是，对GMR镜而言，调谐效率必须通过设计进行限制，并且为了克服因次反射峰或寄生反射所造成的多模振荡问题，可能不得不提高制造的复杂度。包括了带通滤波器的新设计可以通过指定的波长栅格实现稳定的单模激光操作，并且不会影响GMR镜的最佳性能。
[0010]下面内容描述了一个作为标准具的周期性栅格生成器滤波器。所述标准具是一个周期性滤波器，可在一定光谱范围内提供具有恒定频率的透射峰，所述光谱范围可以非常大，例如，可以达到几百纳米。因此，在要求的通路波段之外也能够看到标准具峰之间的良好重叠以及腔模式，系统可在介质增益仍然较高的区域内对要求的通路波段，即:ιτυ规定的C波段或L波段进行设定。
[0011]本发明中的带通滤波器可以向标准具提供有限的通带(所述通带可以与规定的激光器通路波段一样宽)以避免在不想要的波长区域内与腔模式产生重叠。
[0012]为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩略语和符号:
[0013]DffDM:dense wavelength divis1n multiplexing，密集波分复用
[0014]DFB 〖distributed feedback，分布式反馈
[0015]GMR:Guided Mode Resonance mirror，导模共振镜
[0016]EGR 〖effective gain range，有效增益范围
[0017]FSR:free spectral range，自由光谱范围
[0018]AR:anti_reflect1n，抗反射
[0019]ITU:1nternat1nal Telecommunicat1n Un1n，国际电信联盟
[0020]根据第一方面，本发明涉及一种激光设备，该设备包括:一个部署在含光轴的激光腔内的增益介质，所述增益介质提供光放大功能；一个部署在所述激光腔内的周期性栅格生成器滤波器；一个部署在所述激光腔内的通路选择器单元，按照优化准则，所述通路选择器单元用于根据所述周期性栅格生成器滤波器所定义的频道选择放大光的激光模式；以及一个部署在所述激光腔内的带通滤波器，所述带通滤波器用于抑制所述带通滤波器的通带范围之外的激光模式。
[0021]带通滤波器选择波长范围并且抑制该范围之外的波长，所述波长范围是指能够实现激光器调谐的范围。如果调谐单元有非无限的自由光谱范围(多个反射峰)或不可忽视的地面反射率，那么就可以对调谐单元(可调谐镜)进行重大改进，即，通路选择器的性能。通过引入带通滤波器，可以解决所有问题并且可以取消严格的设计约束，从而使可调谐镜更尚效、简易。
[0022]根据第一方面，在激光设备的第一种可能的实现方式中，优化准则包括:在频道范围内对通路选择器进行调谐，从而在与周期性栅格生成器滤波器的一个通路的对应频率上产生一个单激光模式。
[0023]当在频道范围内对通路选择器进行调谐，从而在与周期性栅格生成器滤波器的一个通路的对应频率上产生一个单激光模式时，可以根据规范在通路范围内选择一个强大的、可调节的激光模式，尤其是在ITU规定的C波段或L波段内。
[0024]根据第一方面或者第一方面的第一种实现方式，在激光设备的第二种可能的实现方式中，带通滤波器的通带是根据规范被配置为与某通路范围相符，尤其是在ITU规定的C波段或L波段内。
[0025]当带通滤波器的通带与周期性栅格生成器滤波器的频道范围对应时，激光设备能够在规定的频段内稳定强健地运行。
[0026]根据第一方面或者第一方面的上述任何实现方式，在激光设备的第四种可能的实现方式中，通路选择器包括一个导模共振可调谐镜.
[0027]通过采用适当的调谐机制可以对GMR可调谐镜进行调谐，从而在通路栅格所支持的激光模式中进行精确选择。
[0028]根据第一方面的第四种可能的实现方式，在激光设备的第五种可能的实现方式中，所述导模共振可调谐镜包括至少一个含可调谐折射率的有源层，所述可调谐折射率可在第一个数值和高于第一个数值的第二个数值之间进行设置。