专利名称：可调谐激光器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可调谐激光器系统，尤其是一种使用了频率偏移补偿的声光可调谐滤波器、波长锁定器和功率监测的激光谐振腔，可以实现快速调谐、稳定的波长和功率输出的可调谐激光器系统。
背景技术：
目前，大多数现代通迅系统都是基于光纤通信网络。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。宽带可调谐激光器系统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。使用可调谐激光器系统使快速建立或改变光路变得容易，它是实现动态光纤网络的重要器件之一。
针对这种应用的理想的可调谐激光器系统将包括以下特性:可调谐范围宽，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)频率间隔之间的切换速度快(亚毫秒量级)；长期工作稳定性好(超过25年的运行时间)；在极端环境条件下的高可靠性；低功耗；易制造和低成本。
可调谐激光器系统，特别是尺寸小、宽可调谐范围和高功率输出的可调谐激光器系统，在生物、医疗器械和光纤传感器网络等其他领域中有着广泛的应用。
可惜的是，现有可调谐激光器系统的尺寸、可调谐波长范围、调节速度和输出功率等指标还远不能满足市场需求。现有的可调谐激光器系统可以分成三类使用腔内机械可移动部件，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；改变腔内温度，通过加热或冷却部件来选定波长的系统;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以物理学方式来调谐波长。
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干扰抵抗性能非常差，会引起短期甚至长期的性能不稳定，所以带有移动部件的可调谐激光器系统不适合应用在光纤通信中。通过温度调节，因热力传输的固有性质，调节速度慢，所以可应用的范围很小。通过物理学方式调节波长的各种技术当中，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节、调节速度快、可调范围宽以及相对简单，被选作调节器件，是满足上述光纤通信系统应用严格要求的一种可行方案。正如在一些美国专利中所披露的，通过选择合适的声光晶体和驱动声波频率，可以设计出针对不同应用的宽带可调谐激光器系统。现有的使用声光滤波器设计的可调谐外腔激光器的主要问题是(1)多普勒频率偏移的补偿通常是用两块晶体完成的，使得对准定位非常困难。(2)在一些美国专利中提到的将两个RF换能器焊接到同一个晶体上的方法显著的提高了成本。本
发明有效的解决了这些问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用了频率偏移补偿的声光可调谐滤波器、波长锁定器和功率监测的激光谐振腔，可以实现快速调谐、稳定的波长和功率输出的可调谐激光器系统。
一种可调谐激光器系统，这种可调谐激光器系统的组成包括指定反射率的一个输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔;一个宽带激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定波长范围进行激光振荡;一个腔内准直透镜； 一个声光可调谐滤波器安放在激光谐振腔内，从激光增益介质输出的激光束通过腔内准直透镜校准直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，包括一个声波换能器绑接在晶体选定的表面，由对激光波长范围100%反射率的反射镜和声光晶体组成的可调谐滤波器，输出镜、宽带激光增益介质和激光谐振腔内的端面镜安放的位置使得只反射经过声光可调谐滤波器衍射的光线;一个射频功率源给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； 一个激光增益介质的泵浦源； 一个有源相位调制器；驱动有源相位调制器的设备；信号处理电路。
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接近布拉格角。
所述的输出镜和端面镜可以是平面镜、凸面镜和凹面镜的某种组合，
6构成不同类型的激光谐振腔，并且输出镜具有小于100%的反射率，端面
镜具有100%反射率。
所述的有源相位调制器包括一个将端面镜固定在压电陶瓷(PZT)
底座上，可以沿激光谐振腔轴方向移动端镜。
所述的有源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。
本发明还提供了一种可调谐激光器系统，这种激光器的组成包括一
个第一面反射镜； 一个第二面反射镜； 一个准直透镜； 一个激光介质，安 放在第一面镜与准直透镜之间的轴线上； 一个声光可调谐滤波器，安放在 第一面反射镜和第二面反射镜之间，包括一个换能器焊接在晶体选定的表 面， 一个射频功率源和一个反射镜； 一个有源相位调制器； 一个波长锁定 器； 一个波长锁定器的电子信号处理单元； 一个闭环反馈信号控制单元用 来改变射频频率并驱动相位调制器来锁定振荡波长。*
所述的波长锁定器的结构为第一个光电探测器位于激光器谐振腔的 外部，用来监测激光谐振腔功率； 一个位于谐振腔的外部的可变传输率的 光学滤波器，第二个光电探测器位于激光谐振腔的外部，用来监测可变传 输率光学滤波器输出的激光束。
所述的可变传输率光学滤波器是一个多层电介质薄膜滤波器。 所述的可变传输率光学滤波器是一个具有特定锐度的光学标准具。 本发明还提供了一种可调谐激光器系统，这种可调谐激光器系统的组 成包括 一个第一面反射镜； 一个第二面反射镜； 一个准直透镜； 一个激 光介质，安放在第一镜与准直透镜之间的轴线上;一个声光可调谐滤波器， 安放在第一面镜和第二面镜之间； 一个相位调制器； 一个波长锁定器；一
个波长锁定器的电子信号处理单元; 一个闭环反馈信号控制单元用来改变 射频频率并驱动相位调制器来锁定振荡波长;一个透镜安放在激光谐振腔
外，用来准直并集合从输出镜输出的激光束后输入至耦合准直器，耦合准 直器包括一个光纤合聚焦透镜来接收输出激光束;一个光学标准具安放在 激光谐振腔内，具有指定的光学传输特性，附合国际电信联盟(ITU)频 率间隔的要求，来减少激光振荡带宽并增加边模抑制比。
所述的激光输出耦合准直器包括一个单模保偏(PM)光纤。 所述的标准具的光学传输附合国际电信联盟(ITU) 25 GHz、 50 GHz或100GHz频率间隔。
所述的声光可调谐滤波器包括一个铌酸锂(LiNb03)晶体。 所述的声光可调谐滤波器包括一个二氧化碲(Te02)晶体。
所述的在半导体增益介质上直接镀不完全反射膜，用来取代输出镜。
本发明的优点和积极效果为
1. 本发明的可调谐激光器系统的可调谐激光谐振腔使用了频率偏移 补偿的声光可调谐滤波器和单一的射频(RF)换能器；输出波长的精度 和稳定性由波长锁定器控制；波长锁定器利用两束分离的腔内激光，从而 避免了使用分束器，相对于传统的波长锁定器有效地降低了对空间的需 求，并且使得运行更加稳定，组装更加容易；通过使用不同的激光增益介 质、声波驱动频率和声光晶体，本发明可以用来制造适用于各种不同应用 和各种功率要求的宽带可调谐激光器系统。
2. 本发明的可调谐激光器系统设计独特、适用于光纤通信应用，可以 满足光纤通信对于亚毫秒级调节速度、小尺寸和在极端工作环境下高可靠 度的需求，在设计结构易于组装、批量生产成本低的优点的同时，还保证 了高性能和体积小。
3. 本发明的可调谐激光器系统为一种尺寸小、具有快速调谐能力、波 长与功率输出稳定的可调谐激光器系统。
4. 本发明的可调谐激光器系统中的激光谐振腔使用了频率偏移补偿 的声光可调谐滤波器，具有尺寸小、波长选择、产生稳定激光振荡的优点。
5. 本发明的可调谐激光器系统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。
6. 本发明的可调谐激光器系统提供一种运行稳定、易于安装、尺寸小 的波长锁定器的设计，利用两束分离的腔内激光，从而避免了使用分束器。
从后面的详细说明以及附图可以清楚的看到本发明中其他的目标、功 能和优点，其中附图中使用了相同的参考名称。
图1显示了一种带有频率偏移补偿、波长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， 一个射频功率源驱动以及一个光学 反射镜。
图2-1是一个波矢图，演示了第一束入射光进入声光布拉格光栅滤波
8器的情形。
图2-2是一个波矢图，演示了声光布拉格光栅滤波器对反射光的衍射 情形。
图3是一个概略的平面图，显示了一种波长可调谐激光器系统的具体 实施，包括一个激光谐振腔镜连接在锆钛酸铅底座上用来进行激光腔的相 位调节。
图4是一个概略的平面图，显示了一种波长可调谐激光器系统的具体 实施，包括一个相位调制器用来对激光谐振腔进行相位调节。
图5是一个概略的平面图，显示了一种波长可调谐激光器系统的具体 实施，包括功率监测和波长锁定器。
图6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拟线性关系。
图7是一个概略的平面图，显示了一种波长可调谐激光器系统的具体 实施，包括功率监测、波长锁定器、用来选择附合ITU间隔的标准具(25 GHz、 50GHz或100GHz)、以及光纤通信中常用的光纤尾纤。
图8是带有闭环反馈控制的激光器系统的原理框图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述。
图1显示了一种小型的、具有频率偏移补偿、波长可调谐光学滤波器 的具体实施。该实施100包括一个介质30， 一个声光换能器20， 一个射 频(RF)功率源IO， 一个光学镜50。
可调谐声光滤波器的种类有两种共线型与非共线型。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，因为其窄 调节带宽，在实际的应用中的价值更高。
在一种具体实施中，介质30为各向异性并且具有双折射性，正是窄 带宽调节所需要的。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，光学均匀度高、光吸收度低而且能够支持较强的光功率， 这些优点使得Te02在类似的应用中得到广泛的使用。
其他的物质例如铌酸锂(LiNb03)、钼酸钙(CaMo04)或钼酸铅 (PbMo04)也经常用做声光设备的组件。影响选择特定物质的因素有很多，下面仅列出几种，如声光设备的类型、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 度和整体设备的大小。
换能器20连接到介质上。在一种具体实施中，换能器20被绑接到晶
体上，晶体有斜面的一侧通常是和绑接换能器20的一侧相对。这就避免
了反射声波对前行声波的干扰，从而提高了性能的稳定度。
射频功率源10通过换能器20将声波40传播到介质30中。很多常见 应用使用的频率范围从30兆赫到几百兆赫不等。反射镜50用来反射介质 30在声波40作用下产生的衍射波，以接近布拉格角度反射回介质30。
在一种具体实施中，反射镜50是一个平面镜。在其他的实施中，可 以根据不同应用使用凸面镜、凹面镜或者具有色散特性的反射镜。选用具 有100%反射率的平面镜是因为其制作简单，而且对于利润空间很小的稳 定激光谐振腔来说成本较低。
具有接近100%反射率的凹面镜也可用于制作稳定激光谐振腔。具有 接近100%反射率的凸面镜可以用于制作不稳定激光谐振腔。色散镜可以 用来进一步减小激光输出带宽。反射镜50和介质30之间的距离最好可以 调节。
根据图1，反射镜50和介质30之间的距离可以用下面的公式计算 L=D/(2tan(eB))
其中D是入射光线2的入射点(a)和输出光线8的出射点(b)之 间的距离，0b是布拉格角。D是由选定的激光谐振腔结构所需空间决定 的。对于一个小型激光谐振腔的设计来说，L的范围应该在5到10毫米 之间。
在实际操作中，光线2以布拉格角进入到介质30 (声光晶体)中，& =6b，即入射角等于布拉格角。布拉格角可以用这个公式计算sineB -入0/(2nA)，其中？iO是入射光的波长，n是介质的平均折射率，A是声波波 长。换能器产生的声波40使光线2衍射为输出角度为eB的一级光线4， 以及与入射光线2同向的零级光线3。这样功率源10的频率就决定了滤 波器在调节范围内选择输出的波长。
反射镜50将衍射光线4以布拉格角0B反射回介质30,反射光称为 光线5。光线5又被衍射为输出角度为98的一级光线8，以及与入射光线5同向的零级光线6。图1所示的可调谐光学滤波器的具体实施在2009 年2月24日递交的美国专利申请12/391,997中有着进一步的阐述，使用 的附注与本应用所有附注一致。
图2.1和2.2标示了入射光(Ki)、衍射光(Kd)和声波(KS)的波矢 关系。正如前面提到的，Ki 土KS-Kd这个关系总是成立的。使用加号(+ ) 还是减号(-)由入射声波的方向决定。
在图2.1中，光线2 (k2)、光线4 (k4)和声波40 (ks)的关系是 k2 + ks = k4，声波使得衍射光的频率向上偏移。
在图2.2中，光线5 (k5)、光线8 (k8)和声波40 (ks)的关系是 k5-ks-k8，声波使得衍射光向下偏移。因为向上和向下的偏移量基本 相同，当光线8从声光滤波器100中射出时，整体频率偏移被充分的消除 了。
图3显示了在可调谐激光器系统200中使用声光可调谐滤波器 (AOTF) 100作为可调谐滤波器。激光谐振腔包括安放在输出端的一个 输出镜45，输出镜45具有特定的反射率或透射率(例如镜子反射90%的 入射光并透射10%的入射光)；以及一个全反射镜55 (即100%反射率)。 输出镜45和全反镜55是组成激光谐振腔两面镜子。
激光反射镜通常对不同波长或颜色的光的反射率不同，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。反射镜的目的是为系统 提供所谓的"正反馈"。
可以直接在激光介质上镀反射摸，在半导体增益介质中尤为常见。带 有平镜的法布里-珀罗腔或平行平面腔，也叫"临界稳定激光谐振腔"，产 生一个"之"字形光路，但是这种谐振腔对机械干扰和腔镜偏离谐振腔轴 的角度非常敏感。
另外两种激光谐振腔包括不稳定激光谐振腔和稳定激光谐振腔。不稳 定激光谐振腔一般使用凸面镜或凸面镜与平面镜的组合。稳定激光谐振腔 一般使用凹面镜或凹面镜与平面镜的组合。在实际应用中，不同激光谐振 腔的设计和使用条件可以用来满足不同应用要求和对不同输出功率和激 光模式的要求。
一般情况下，激光介质47像图3所示那样位于两面镜子之间。这使 得一些从增益介质中射出的光可以被反射回增益介质而得到进一步放大。激光增益介质可以选用能够在激光谐振腔内放大激光振荡的任何激光增 益介质。
在所示的为光纤通信应用设计的具体实施中，激光增益介质使用了宽 带半导体放大器，光的受激辐射放大是由PN结空穴和自由电子的重新组 合来实现的。从半导体放大器发射出的光的特性决定于半导体放大器激活 区光子能带的分布。
一个准直透镜49将激光增益介质发射出的散射光变为平行光线2。
将入射光发散度的减小极为重要，因为被声光滤波器衍射的光线的发散度 直接受入射光发散度影响，对激光器的运行性能至关重要。
选择激光振荡波长的声光滤波器100安放在准直透镜49和反射镜50 之间。通过改变射频(RF)频率，以及通过锆钛酸铅(PZT)底座60沿 着光线8的方向移动反射镜55来为不同波长进行激光模式的相位匹配。 注意，当反射镜55固定时，如将反射镜50装在锆钛酸铅(PZT)底座上， 使其延激光腔轴方向移动，也科实现进行相位匹配。光线3、 6、 7、 9是 相应于腔内光线2、 5、 4、 8的零级衍射光线，在激光振荡的过程中从激 光谐振腔中"泄漏"出来，给激光谐振腔增加了一定的损耗。在下文中会 详细介绍怎样利用这些"泄漏"的光线来进行激光功率监测和波长锁定。
图4显示的是可调谐激光器系统300，与激光器系统200唯一的区别 在于将图3中的锆钛酸铅(PZT)底座换成了相位调制器65。相位调制 器65沿着光线4的方向插入到可调谐滤波器100中，起到激光模式相位 匹配的作用。在一种具体实施中，相位调制器65采用了光电调制器。
使用其他类型的光相位调制器也是可行的。根据具体要求，影响相位 调制器选择的因素包括但不限于以下几个因素功率损耗、激光谐振腔的 物理尺寸、激光谐振腔的损耗、调制速度、调谐波长范围和成本。理论上， 只要空间允许，相位调制器65可以放在激光谐振腔内任意位置。例如相 位调制器可以放在准直透镜49和介质30之间，或者介质30与反射镜50 之间，或者介质30与反射镜55之间。
为了得到最佳性能，相位调制器65应该安放在激光谐振腔内光线发 散度最小的位置。在图3所示的激光器系统200中，相位调制器65应该 安放在介质30与反射镜50之间。
图5显示了一个带有波长锁定器的可调谐激光器系统400。波长锁定
12器包括光电探测器70和75，以及一个随光波长不同具有不同传输率的光 学滤波器72。光学滤波器72安放在光线9的光路上，位于介质30与光 电探测器75之间。光电探测器75监测激光波长变化引起的功率波动，光 电探测器70通过光线6监测激光功率。光线3和光线7也可以用来起到 光线6和光线9的作用。
多层电介质薄膜滤波器和低锐度标准具经常被用做可变传输率光学 滤波器。在一种具体实施中，光学滤波器(或部件)72采用一种多层电 介质薄膜滤波器。在另一种具体实施中，部件72采用一种低锐度标准具。 薄膜滤波器和低锐度标准具都可以根据所需要的传输率与波长的关系以 低成本进行设计和生产。因为采用了两束不同的腔内激光进行波长锁定， 所以不需要使用类似分束器的部件,这就大大降低了激光器所需的空间和 成本。
图6显示了部件72的波长与传输率(T)的关系。部件72的波长与 传输率的关系可以用下面的公式来表达入-aT + p，其中a和l3是将插 入损耗和波长进行线性拟合的常数。a的数值可以根据不同的应用条件、 可调谐波长范围和波长锁定的精度来设计。
由于接收到的功率与传输率T直接成正比，波长X和接收到的功率P 的关系可以表达为人-aP+卩，更可进一步表达为A入-aAP。假设[Y1] 光电探测器70用来监测激光谐振腔的功率变化，而且激光功率保持不变， 那么光电探测器75所监测到的功率变化(AP)就完全是由波长变化(zU) 引起的。
这个信息再反馈回射频(RF)功率源驱动器10和相位调制器65，通 过改变射频信号频率，可以相应的将漂移的波长拉回到指定波长。这使得 激光振荡波长保持稳定。在激光器系统400正常的运行中，激光功率可以 由光电探测器7.0准确监测，这个信息可以用在一个由功率监测和激光泵 浦源组成的闭环反馈控制回路中，监测并稳定激光功率输出。
图8显示了带有闭环反馈控制回路的激光器系统400的原理框图。中 央控制单元是一个带有嵌入式软件程序的数字信号微处理器。通过模数转 换(A/D)设备112和113，微处理器120可以接收光电探测器70和75 的信号，信号包括激光输出功率和波长偏移的信息。这些信息由固化在微 处理器120内的嵌入式软件程序处理。微处理器通过数模转换(D/A)设
13备111、 114和IIO分别向射频(RF)功率源驱动器10、相位调制器驱动 器66和泵浦源109发送信号，来达到调节射频频率、相位匹配条件和泵 浦功率的目的。这样当发生输出功率变化、波长偏移或者两者同时发生时, 可以获得稳定的激光器输出功率和波长。或者当接收到外部改变激光波长 或功率的指令时,亦可根据要求，改变激光器输出功率和波长。
本发明中的激光器输出功率监测和波长锁定的一个特点是使用了两 束腔内激光束的结构，相对于传统结构来说，本发明有以下一些优点
(1) 尺寸小。图5所示的激光谐振腔比美国之前专利中所提及的设 计结构更加紧凑，尺寸要小得多。在一个实际的具体实施中，这样的激光 谐振腔的尺寸(长、宽、高)大约为20毫米x IO毫米x 5毫米，即体 积约为1000立方毫米。
(2) 低成本。激光器输出功率监测和波长锁定大体只需三个光学部 件光学部件72以及两个光电探测器70和75。不需要分束器和其他部 件。
(3) 易于组装。因为两个光电探测器70和75可以分别组装，这就 减少了各部件之间光学对准的相互依赖性，从而降低了组装的复杂度，并 提高了各部件的变量容差。
(4) 更加可靠和稳定的表现。由于以上提及的各种优点，这种结构 受机械干扰和应力的影响更小。
为了在光纤通信的应用中使用图5所示的可调谐激光器系统400，还 需添加两个组件可运行在指定ITU栅格(即激光振荡频率峰值间隔为 25GHz、 50 GHz或100 GHz)的激光谐振腔标准具90;以及一个带光纤 尾纤的准直器96将激光的输出光线95耦合到光纤中。见附图7。
在这种应用中，由于激光输出是线偏光，准直器96 —般选用保偏 (PM)光纤。如果不需要保持输出激光的偏振态，也可采用其他类型的 光纤，如非保偏的单模光纤。在图7中，激光谐振腔标准具90安放在可 调谐滤波器100内，或介质30与反射镜50之间。激光谐振腔标准具90 与介质30之间的距离以及与反射镜50之间的距离通常在5到10毫米之 间。这使得生产安装变得简单可行。
为了达到最佳性能，激光谐振腔标准具90应该安放在激光谐振腔内 光线发散度最小的位置。在图7所示的激光谐振腔500中，标准具90可以安放在相位调制器65和介质30之间，因为此处激光的散射角比较小。不这样做的原因是如果将标准具90和相位调制器65同时沿着光线4放在介质30和反射镜50之间，就不得不增加距离L。
在实际应用中，激光谐振腔标准具卯的位置安放还受到其他因素的影响，例如整个激光器系统的尺寸以及激光谐振腔内可用空间的大小。激光器系统400中的输出镜45被一个多层电介质薄膜层94所取代。直接镀在半导体增益介质表面的膜层94的反射率一般在10%到90%之间。在C和L波段(波长范围大约为1530纳米至1610纳米)的100 GHz或50 GHz密集波分复用(DWDM)光纤通信中，可调谐滤波器100采用了非共线型、非近轴各向异性布拉格衍射型。在一种具体实施中，非近轴各向异性布拉格衍射在超过某一频率时发生，入射角突然增加，起到窄带光滤波的作用。
这种布拉格衍射经常用于窄带的滤波器应用当中。选用二氧化碲(Te02)作为晶体的材料仅仅是出于以下考虑，并不限制其他晶体的使用在一些美国的专利和书中研究过，二氧化碲具有较低的声波速度，同时还有其他一些特性，例如声学上的各向异性和光学上的双折射特性。常用来制作声光可调谐滤波器(AOTF)的物质包括铌酸锂(LiNb03)、钼酸弼(CaMo04)和二氧化碲(Te02)。在Te02中，非线性模式下声波的传播速度为0.6x105厘米/秒。在LiNb03中，共线性模式下声波的传播速度为6.57x105厘米/秒。在CaMo04中，共线性模式下声波的传播速度为6.0x105厘米/秒。
在可调谐激光器系统400、 500、 600中使用的相位调制器65可以像图3中所示的激光器系统200那样，通过一个锆钛酸铅(PZT)底座带动反射镜55沿着光线8的方向移动，从而改变谐振腔长度，实现激光谐振腔的相位匹配。
针对本发明的说明仅起到演示和描述的作用，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。
1权利要求
1、一种可调谐激光器系统，其特征在于包括指定反射率的一个输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔；一个宽带的激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定激射波长范围进行激光振荡；一个腔内准直透镜；一个声光可调谐滤波器安放在激光谐振腔内，从宽带激光增益介质输出的激光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；在晶体中激发声波的方式，包括一个声波换能器焊接在晶体选定的表面，带有对激光波长范围内100％反射率的反射镜的声光可调谐滤波器，声光可调谐滤波器、输出镜、宽带激光增益介质和激光谐振腔内的反射镜安放的位置使得只反射经过声光可调谐滤波器衍射的光线；一个射频功率源给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；激光增益介质泵浦设备；一个有源相位调制器；驱动有源相位调制器的设备；信号控制电路。
2、 根据权利要求1所述的可调谐激光器系统，其特征在于声光可 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 保持接近布拉格角。
3、 根据权利要求1所述的可调谐激光器系统，其特征在于输出镜 和端面镜可以是平面镜、凸面镜和凹面镜的某种组合，构成不同类型的激 光谐振腔，并且输出镜具有小于100%的反射率，端面镜具有100%反射 率。
4、 根据权利要求1所述的可调谐激光器系统，其特征在于有源相 位调制器包括一个将端面镜固定在压电陶瓷(PZT)底座上，可以沿激光 谐振腔轴方向移动端镜。
5、 根据权利要求1所述的可调谐激光器系统，其特征在于有源相 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。
6、 一种可调谐激光器系统，其特征在于包括一个第一面反射镜； 一个第二面反射镜； 一个准直透镜；一个激光介质，安放在第一面反射镜与准直透镜之间的轴线上； 一个声光可调谐滤波器，安放在第一面反射镜和第二面反射镜之间，包括一个换能器焊接在晶体选定的表面上， 一个射频功率源和一个反射镜；一个有源相位调制器； 一个波长锁定器；一个波长锁定器的电子信号处理单元；一个闭环反馈信号控制单元用来改变射频频率并驱动相位调制器来 锁定振荡波长。
7、 根据权利要求6所述的可调谐激光器系统，其特征在于波长锁 定器的结构为第一个光电探测器位于激光器谐振腔的外部，用来监测激光 谐振腔功率； 一个位于谐振腔的外部的可变传输率的光学滤波器，第二个 光电探测器位于激光谐振腔的外部，用来监测可变传输率光学滤波器输出 的激光束。
8、 根据权利要求7所述的可调谐激光器系统，其特征在于可变传 输率光学滤波器是一个多层电介质薄膜滤波器。
9、 根据权利要求7所述的可调谐激光器系统，其特征在于可变传 输率光学滤波器是一个具有特定锐度的光学标准具。
10、 一种可调谐激光器系统，其特征在于包括 一个第一面反射镜；一个第二反射镜； 一个准直透镜；一个激光介质，安放在第一镜与准直透镜之间的轴线上； 一个声光可调谐滤波器，安放在第一镜和第二镜之间； 一个相位调制器； 一个波长锁定器；一个波长锁定器的电子信号处理电路；一个闭环反馈信号控制单元用来改变射频频率并驱动相位调制器来 锁定振荡波长；一个透镜安放在激光谐振腔外，用来准直并集合从输出镜输出的激 光束后输入至带光纤的耦合准直器，耦合准直器包括一个光纤和聚焦透镜来接收输出激光束；一个光学标准具安放在激光谐振腔内，具有指定的光学传输特性， 附合国际电信联盟(ITU)频率间隔的要求，来减少激光振荡带宽并增加 边模抑制比。
11、 根据权利要求10所述的可调谐激光器系统，其特征在于激光 输出耦合准直器包括一个单模保偏(PM)光纤。
12、 根据权利要求10所述的可调谐激光器系统，其特征在于标准 具的光学传输附合国际电信联盟(ITU) 25GHz、 50 GHz或100 GHz频 率间隔。
13、 根据权利要求10所述的可调谐激光器系统，其特征在于声光 可调谐滤波器包括一个铌酸锂(LiNb03)晶体。
14、 根据权利要求10所述的可调谐激光器系统，其特征在于声光 可调谐滤波器包括一个二氧化碲(Te02)晶体。
15、 根据权利要求10所述的可调谐激光器系统，其特征在于在半 导体增益介质上直接镀不完全反射膜，用来取代输出镜。
全文摘要
一种可调谐激光器系统，利用了频率偏移补偿的声光可调谐滤波器。输出波长的精度和稳定性由波长锁定器来实现。波长锁定器利用两束分离的腔内激光束，从而避免了使用分束器，相对于传统的波长锁定器，降低了对空间的需求，并且使得运行更加稳定，组装更加容易。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绑接在晶体选定的表面来产生声波，一个光学反射镜用来将衍射光线反射回声光介质，由于两次入射光线相对声波传播方向恰好相反，两次衍射产生的频率偏移得以补偿。通过使用不同的激光增益介质、声波驱动频率和声光晶体，本发明可以用来制造用于各种不同应用的宽带可调谐激光器系统。
文档编号H01S5/10GK101673921SQ20091016675
公开日2010年3月17日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年3月26日
发明者高培良 申请人:高培良