专利名称：一种波长可调谐外注入式增益开关激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种增益开关激光器，尤其是一种波长可调谐的外注入 式增益开关激光器。
技术背景超短光脉冲源是实现超高速、大容量全光通信系统与网络的核心部件之 一，它在超宽带光信号采样、光存储、超高速光子模-数转换等方面也有着 重要的应用价值。在实际应用中，要求超短光脉冲源具有体积小、结构简单、 重复频率高、抖动低、通用性好、成本低和可靠性高等特点。电讯应用中， 为实现结构紧凑、可批量生产的超高速光发射机及其阵列，还要求超短光脉 冲源具有能与其它光学器件集成在一起的特点。半导体激光器的增益开关是一种简单、n了靠的超短光脉冲技术，可以方 便地应用于现有的商用化半导体激光器中，能够灵活地输出可变重复频率的 皮秒级光脉冲信号，适应不同通信接口速率或网络升级换代，对不同数据率 信号进行超快采样和波形监测等。虽然增益幵关激光器存在着定时抖动和频 率啁啾大的问题，但可以采用光注入锁定和光滤波等方式解决。增益开关激光器的光注入锁定方式可分为外注入和自注入两种方法。虽 然采用外注入和自注入方法可以解决增益开关的光脉冲信号的波长可调谐 和抑制抖动的问题，但是自注入方法要求增益开关激光器的外腔环路长度丄与所产生的超短光脉冲周期序列的重复频率/;严格满足公式①的关系, 一 ①其中附为正整数，r为一个超短光脉冲信号通过该外腔环路所需要的传输时〖间。若光脉冲信号在外腔环路中的传输速率为V，则r二一。外腔环路设计 完成，外腔环路长度丄值即固定，自注入式增益开关激光器所产生的超短光脉冲周期序列的重复频率/;就可由公式①确定出，而增益开关就失去了可灵 活改变光脉冲信号重复频率/;之特性。实际应用中，受环境温度变换等影响， 工程上难以确保通信系统和网络的接口数据速率始终是公式①所确定的重 复频率,，这就使得自注入式增益开关激光器的应用范围受到很大限制。虽 然外注入方法可以解决该问题，但是外注入式增益开关激光器通常又需要额 外使用一个波长可调谐的窄谱线宽度连续波(cw)光源作外部注入的种子 光源，结果将导致增益开关激光器成本增加、结构复杂且体积增大。 实用新型内容本实用新型为解决背景技术中增益开关激光器存在的技术问题，而提供 一种可调谐、应用范围广，结构简单、体积小、成本低、光谱纯的波长可调 谐的外注入式增益开关激光器。本实用新型的技术解决方案是本实用新型为一种波长可调谐外注入式 增益开关激光器，包括增益开关激光器本体，其特殊之处在于所述激光器 还包括光纤放大器，窄带可调滤波器，第一耦合器，第二耦合器；第一耦合 器、光纤放大器、窄带可调滤波器及第二耦合器依次通过光纤串连在增益开 关激光器本体的信号输出端，第二耦合器通过输出光纤接入第一耦合器。上述增益开关激光器本体是由F-P半导体激光器、射频信号发生器、射 频信号放大器和直流偏置电源构成的增益开关激光器。上述光纤放大器为掺饵光纤放大器或半导体光纤放大器，以及其他可覆 盖所需波段固体光放大器。上述窄带可调滤波器也可用可调光纤光栅以及其他可调窄带频谱分量 选择器。上述第一耦合器和第二耦合器均为光纤耦合器或分光镜以及其他一些
光束分离器件。本实用新型在现有的增益开关激光器的基础上，增加了光纤放大器，窄 带可调滤波器，第一耦合器，第二耦合器，通过光纤放大器进行光信号放大，通过设置于光纤放大器输出端的窄带可调滤波器，可筛选位于自发辐射ASE 噪声频段内的窄谱线光分量。通过第一耦合器和第二耦合器构成光信号反馈 回路，使窄带可调滤波器输出对应于增益开关激光器本体的某个纵模的光谱 分量信号，并通过第二耦合器将少部分该信号注入至增益开关激光器本体 时，增益开关激光器本体腔内与注入光信号波长对应的纵模震荡增强，改变 窄带可调滤波器的输出波长值，并且每次都对应于增益开关激光器本体的各 个不同纵模，则增益开关激光器本体腔内的单纵模运行的中心波长随之改 变，从而实现增益开关激光器波长的可调谐，同时本实用新型让一小部分该 信号回注入增益开关激器本体，大部分输出，滤去了其他未完全抑制的纵模，输出的光谱很纯，因此本实用新型具有以下优点1、 结构简单、易于制造，可光学集成。2、 本实用新型不但保留了增益开关可灵活改变光脉冲重复频率的特性，且不需要波长可调谐的窄谱线连续激光器作为专门的外部注入种子光源便 可实现波长可调谐的功能，不仅简化了系统结构，而且降低了系统成本与体积。3、 输出光谱纯且单纵模、定时抖动和频率啁啾小、稳定性好。
图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型在波长为1541nm的光注入锁定下输出的光谱图； 图3是本实用新型在不同光注入锁定下输出的光谱图的组合图； 图4是本实用新型重复频率为lGHz时的超短光脉冲序列；图5是本实用新型重复频率为2.5GHz时的超短光脉冲序列。
具体实施方式
参见图1，本实用新型包括增益开关激光器本体1、光纤放大器7、窄带 可调滤波器8，第一耦合器6和第二耦合器9;第一耦合器6、光纤放大器7、 窄带可调滤波器8及第二耦合器9依次通过光纤串连在增益开关激光器本体 1的信号输出端，第二耦合器9通过输出光纤接入第一耦合器6。增益开关激光器本体1可采用现有的增益开关激光器，如采用现有的由 F-P半导体激光器(法布里一玻罗半导体激光器)4、射频信号发生器2、射 频信号放大器3和直流偏置电源5构成的增益开关激光器。由于增益开关激光器输出的光脉冲信号功率一般较低的，实际应用中，通常要采用光学放大 器增强其功率。光纤放大器7可采用掺饵光纤放大器或半导体光纤放大器，以及其他可覆盖所需波段固体光放大器。以采用掺饵光纤放大器为佳。由增益开关激光 器本体输出具有多纵模光谱特性的超短光脉冲序列信号，输入光纤放大器7可进行光信号放大。窄带可调滤波器8也可用可调光纤光栅以及其他可调窄带频谱分量选择 器。由于光纤放大器7会产生宽频谱的放大自发辐射ASE (amplified spontaneous emission)噪声，通过设置于光纤放大器7输出端的窄带可调滤 波器8，可筛选位于自发辐射ASE噪声频段内的窄谱线光分量。为锁定外部 注入光信号的，调节窄带可调滤波器8，所选出的窄光谱分量信号的中心波 长与增益开关激光器本体1的其中一个纵模相同，则窄带可调滤波器8输出 的光信号即可用作外来的种子光回注给增益开关激光器本体1，使增益开关 激光器本体1腔内被选中的纵模震荡明显加强，同时抑制增益开关激光器本 体1腔内其它纵模。从而确保增益开关激光器本体1的单纵模运转，并有效 抑制定时抖动。第一耦合器6和第二耦合器9均为光纤耦合器或分光镜以及其他一些光 束分离器件。第一耦合器6和第二耦合器9构成光信号反馈回路，由于光纤 放大器7自发辐射的增益谱线很宽，当窄带可调滤波器8输出对应于增益开 关激光器本体l的某个纵模的光谱分量信号，并通过光信号反馈回路将该信 号通过第二耦合器9将少部分该信号注入至增益开关激光器本体1时，增益 开关激光器本体1腔内与注入光信号波长对应的纵模震荡增强。改变窄带可 调滤波器8的输出波长值，并且每次都对应于增益开关激光器本体1的各个 不同纵模，则增益开关激光器本体l腔内的单纵模运行的中心波长随之改变， 从而实现增益开关激光器本体1波长的可调谐。同时在增益开关激光器本体 1从窄带可调滤波器8输出时，让一小部分该信号回注入增益开关激器本体 1，大部分输出，滤去了其他未完全抑制的纵模，输出的光谱很纯，解决了 一般外注入后光谱不纯的现象，对信号的传输和放大都有很大的好处。参见图2、 3，采用本实用新型的新型外部注入方式后，窄带可调滤波器 8筛选出对应于增益开关激光器本体1的某个纵模的光谱分量信号，并通过 光信号反馈回路将它注入到增益开关激光器本体1中的F-P半导体激光器4， 实现增益开关激光器本体1的单纵模运行状态，改变光谱分量信号选择器的 输出波长值，并使其每次都对应于增益开关激光器本体1的各个不同纵模， 即可实现波长可调谐，同时，也减小了增益开关光脉冲信号的频率啁啾。参见图4、 5为实验测得的输出光脉冲信号重复频率随输入端射频正弦 信号或余弦信号重复频率变化而改变的情况。本实用新型的增益开关激光器 可实现重复频率可变的、低抖动、单纵模工作。
权利要求1、 一种波长可调谐外注入式增益开关激光器，包括增益开关激光器本 体，其特征在于所述激光器还包括光纤放大器，窄带可调滤波器，第一耦 合器，第二耦合器；所述第一耦合器、光纤放大器、窄带可调滤波器及第二 耦合器依次通过光纤串连在增益开关激光器本体的信号输出端，所述第二耦 合器通过输出光纤接入第一耦合器。
2、 根据权利要求1所述的波长可调谐外注入式增益开关激光器，其特 征在于所述增益开关激光器本体是由F-P半导体激光器、射频信号发生器、 射频信号放大器和直流偏置电源构成的增益开关激光器。
3、 根据权利要求1或2所述的波长可调谐外注入式增益开关激光器， 其特征在于所述光纤放大器为掺饵光纤放大器或半导体光纤放大器。
4、 根据权利要求3所述的波长可调谐外注入式增益开关激光器，其特 征在于所述窄带可调滤波器采用可调光纤光栅或可调窄带频谱分量选择 器。
5、 根据权利要求4所述的波长可调谐外注入式增益开关激光器，其特征在于所述第一耦合器和第二耦合器均采用光纤耦合器或分光镜。
专利摘要本实用新型涉及一种增益开关激光器，尤其是一种波长可调谐的外注入式增益开关激光器。本实用新型包括增益开关激光器本体，光纤放大器，窄带可调滤波器，第一耦合器，第二耦合器；第一耦合器、光纤放大器、窄带可调滤波器及第二耦合器依次通过光纤串连在增益开关激光器本体的信号输出端，第二耦合器通过输出光纤接入第一耦合器。本实用新型为解决背景技术中增益开关激光器存在的技术问题，而提供一种可调谐、应用范围广，结构简单、体积小、成本低、光谱纯的波长可调谐的外注入式增益开关激光器。
文档编号H01S3/00GK201038593SQ20072003171
公开日2008年3月19日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者刘元山, 张建国, 谢小平, 卫 赵 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所