工作点可变半导体激光器的制造方法
【专利摘要】一种工作点可变的半导体激光器，包括：顺序地连接的采样光栅分布式反射器、相位偏移器、增益区域、分布式反馈激光器和半导体光放大器；温度控制装置，上述采样光栅分布式反射器、相位偏移器、增益区域、分布式反馈激光器和半导体光放大器设置在温度控制装置的上方，以便进行温度控制；输出光检测器，用于检测所述光发射装置的光输出特性；波长检测器，用于检测检测所述光发射装置的输出光的工作波长；控制器，其依据所述输出光检测器和波长检测器的检测结构对所述采样光栅分布式反射器、相位偏移器、增益区域、分布式反馈激光器和半导体光放大器进行控制，以使得所述光发射装置输出期望的工作点。
【专利说明】工作点可变半导体激光器【技术领域】
[0001]本发明属于信息【技术领域】，尤其是信息互联、物联网络信息技术，具体涉及一种工作点可变的半导体激光器。
【背景技术】
[0002]物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet ofthings”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
[0003]在物联网中需要具有超强的信息网络和精密传感器作支撑。半导体激光器，其具有体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高的优点，特别是其可以采用电激励的方式产生激光，通过直接调制驱动电流就可以实现在输出光束中进行信息加载。因此，其作为基础的信息构件，在物联网中起着重要的作用。
[0004]半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激 励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
[0005]现有技术中能够选择所期望的工作点的可调激光器是公知的。例如，可调激光器具有两个或者更多个波长选择部，这些波长选择部例如是具有周期性反射光谱的反射器或者具有周期性增益光谱的增益区域。当控制周期性峰值之间的相对关系时，可调激光器选择所期望的波长。
[0006]通过使用例如波长计或者光谱分析仪的仪表来检测例如振荡波长或者光谱之类的振荡状态；检测到根据每个通道的最优工作点，设定例如查找表之类的波长选择信息；并且基于该波长选择信息而求得温度控制装置(TEC)的设定温度和反射器的设定电流，以检测每个周期性峰值之间的相对关系。
[0007]可调激光器通过使用来自查找表的值而求得在启动时和波长切换时所期望的振荡波长。例如，波长检测部检测可调激光器的输出波长。
[0008]如果检测到的值不同于查找表的设定值，则可调激光器对TEC的温度进行调节，并且对增益区域的增益光谱的峰值进行校正。一般将该反馈回路称为波长锁定器。该操作能够使得输出波长恒定。
[0009]日本专利申请公开N0.2004-47638(此后称为文献I)公开了一种借助于波长检测器或者振荡模式检测器检测模式跳跃的方法，作为解决该问题的方法。在文献I中，波长检测器检测例如振荡波长或者光谱的振荡状态。波长检测器设置有具有周期性峰值的标准具(etalon)。增大和减小用于控制周期性峰值位置关系的参数，并且利用波长检测器在波长的大偏移点附近检测到边界Al和边界A2。将边界Al和边界A2之间的平均值设定为最优工作点“a”，并且偏移初始值。在这种情况下，既使温度控制装置的初始温度或者可调激光器的驱动电流没有精确地提供给可调激光器，也可以最优地控制周期性峰值的位置关系。因此，可以减小以另一个波长振荡的可能性。
[0010]然而，存在以下情况，S卩，由于波长跳跃的波长间隔，波长检测器利用文献I公开的方法不能检测到大的波长偏移。例如，当波长模式按照与波长检测器的周期相同的周期跳跃时，在大的波长偏移附近检测结果可能是相同的。在这种情况下，难以检测边界Al和边界A2。在文献I中，为了解决该问题，将具有不同波长范围的多个标准具组合起来。在这种情况下，由于部件数量增加以及装配时间延长，可能会增加成本，并且难以减小尺寸，光束输出质量也较差。
【发明内容】
[0011]鉴于以上情况而做出本发明，并且本发明提供了一种工作点可变激光器测试方法、工作点可变激光器控制方法和激光装置，其避免了部件数量增加和装配时间延长并且检测最优工作点。
[0012]一种工作点可变的半导体激光器，包括:顺序地连接的采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)；
[0013]温度控制装置，上述采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)设置在温度控制装置的上方，以便进行温度控制；
[0014]输出光检测器，用于检测所述光发射装置的光输出特性；
[0015]波长检测器，用于检测检测所述光发射装置的输出光的工作波长；
[0016]控制器，其依据所述输出光检测器和波长检测器的检测结构对所述采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)进行控制，以使得所述光发射装置输出期望的工作点。
[0017]所述期望的工作点是所述激光器输出期望的波长的激光。
[0018]假设所述采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)的长度分别为(11，(12，(13，(14和(15，则，设定d2和d5均大于dl, d3，d4，同时，d2和d5均不大于dl, d3，d4中任意两者之和。
[0019]所述控制器具有中央处理单元(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)之类的控制部。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]当结合附图阅读时，根据以下详细说明，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加清楚，在附图中:
[0021]图1例示了本发明的工作点可变的半导体激光器的示意图；【具体实施方式】
[0022]现在将参照附图描述本发明的实施方式。
[0023]图1例示了工作点可变激光器IOa和具有工作点可变激光器IOa的激光装置IOOa的示意图。如图1所示，激光装置IOOa具有工作点可变激光器10a、温度控制装置20、输出检测器30、波长检测器40和控制器50。工作点可变激光器IOa位于温度控制装置20上，用于测量温度控制装置20的温度的热敏电阻安装在温度控制装置20上。
[0024]下面将详细地描述每个部件。
[0025]如图1所示，工作点可变激光器IOa具有如下结构，在该结构中顺序地连接有SG-DBR(采样光栅分布式布拉格反射器)区域21、PS (相位偏移)区域22、增益区域23、SG-DBR区域24和SOA区域13。
[0026]SG-DBR区域21和24具有光波导，光波导具有多个分段，在这些分段中设置有具有衍射光栅的第一区域和连接到第一区域并且充当间隔件的第二区域。光波导由半导体晶体制成，该半导体晶体具有与激光器振荡波长相比短波长侧的吸收边波长。在SG-DBR区域21和24内，每个第二区域具有彼此相同的长度。加热器25设置在SG-DBR区域21上。加热器28设置在SG-DBR区域24上。利用加热器25的温度控制来控制SG-DBR区域21的光波导的等效折射率。利用加热器28的温度控制来控制SG-DBR区域24的光波导的等效折射率。
[0027]PS区域22包括由半导体晶体制成的光波导，该半导体晶体具有与激光器振荡波长相比短波长侧的吸收边波长。电极26是用于向PS区域22提供电流的电极。增益区域23包括由用于将激光器振荡的期望波长的光放大的半导体晶体制成的光波导。电极27是用于向增益区域23提供电流的电极。
[0028]SG-DBR区域21的波长峰值的周期与SG-DBR区域24的波长峰值的周期不同。SG-DBR区域21和24充当波长选择部。由于PS区域22可以通过相位调节而控制纵模，因此PS区域22充当波长选择部。当SG-DBR区域21和24以及PS区域22的波长特性改变时，选择振荡波长。可以利用加热器25和28的组合以及温度控制装置20中的至少一个来控制SG-DBR区域21和24的波长特性。
[0029]假设SG_DBR(采样光栅分布式布拉格反射器)区域21、PS(相位偏移)区域22、增益区域23、SG-DBR区域24和SOA区域13的长度分别为dl, d2，d3，d4和d5，则，优选d2和d5均大于dl，d3，d4，这有利于提高所述反射器的反射效率，使得激光器易于起振，从而提高发光效率，同时，d2和d5均不宜大于dl，d3，d4中任意两者之和，如果大于上述两者之和，则由于各部分之间的比例失调，输出的光稳定性变差。
[0030]可以借助于工作点可变激光器10a，通过对SG-DBR区域21和24以及PS区域22中的至少一个的波长特性进行调节并且通过检测启动时或者波长切换时工作点可变激光器IOa的增益状态变化的不连续性而获得加热器25和28的最优温度或者PS区域22的最优电流。输出检测器30包括分束器31和光电二极管32。分束器31设置成使得激光通过SOA区域13的一部分被反射并且将反射的激光提供给光电二极管32。波长检测器40具有分束器41、标准具42以及光电二极管43和44。分束器41设置成使得从CSG-DBR区域11侧输出的激光的一部分被反射，将反射的激光提供给光电二极管43，并且激光的其余部分穿过分束器41并提供给光电二极管44。标准具42设置在分束器41与光电二极管44之间。
[0031]在图1中，波长检测器40设置在CSG-DBR区域11侦彳，输出检测器30设置在SOA区域13侧。该结构并不限于以上结构。例如，可以按相反顺序设置每个检测器。
[0032]控制器50具有电源和例如中央处理单元(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)之类的控制部。控制器50的ROM存储工作点可变激光器10的控制信息、控制程序等。查找表51存储该控制信息。
[0033]具体控制调整方式如下:
[0034]第一步骤，控制所述波长可调激光器以根据初始设定值在给定波长下振荡，其中，控制器利用光电二极管测量激光强度并将测得的值存储为MO ；
[0035]第二步骤，利用一个步长值来调节所述波长选择部的波长特性，并检测所述波长可调激光器的增益状态变化的不连续点，其中，所述一个步长值是基于加热器的平均温度的步长值，并且其中，所述控制器利用所述光电二极管测量激光强度并将测得的值存储为M1，然后，如果IMl-MOl大于阈值ThO，则该控制器确定该一个步长值是否大于或等于阈值Thl，如果所述一个步长值等于或大于阈值Thl，则对于该控制器增大提供给所述加热器的电力并将所述加热器的平均温度增加所述步长值的情况，该控制器将平均温度减小所述步长值，接着利用小于所述一个步长值的另一步长值来调节所述波长选择部的波长特性，并检测所述波长可调激光器的增益状态变化的不连续点；对于该控制器减小提供给所述加热器的电力并将所述加热器的平均温度减小所述步长值的情况，该控制器将平均温度增加所述步长值，接着利用小于所述一个步长值的另一步长值来调节所述波长选择部的波长特性，并检测所述波长可调激光器的增益状态变化的不连续点；
[0036]第三步骤，根据所述给定波长下的振荡状态的极限点求得所述波长选择部的稳定工作点，所述极限点是检测到所述不连续点时的点；以及
[0037]第四步骤，控制所述波长可调激光器以在所述第三步骤中求得的作为目标值的所述稳定工作点处振荡。
[0038] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构和技术参数，但本发明并不局限于上述详细结构和技术参数，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构和技术参数才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各部件的等效替换及辅助部件的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1.一种工作点可变的半导体激光器，包括:顺序地连接的采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)； 温度控制装置，上述采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)设置在温度控制装置的上方，以便进行温度控制； 输出光检测器，用于检测所述光发射装置的光输出特性； 波长检测器，用于检测检测所述光发射装置的输出光的工作波长； 控制器，其依据所述输出光检测器和波长检测器的检测结构对所述采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)进行控制，以使得所述光发射装置输出期望的工作点。
2.如权利要求1所述的激光器，所述期望的工作点是所述激光器输出期望的波长的激光。
3.如权利要求1所述的激光器，假设所述采样光栅分布式反射器(SG-DBR)、相位偏移器(PS)、增益区域、分布式反馈激光器(SG-DFB)和半导体光放大器(SOA)的长度分别为dl, d2, d3, d4和d5，则，设定d2和d5均大于dl, d3, d4,同时，d2和d5均不大于dl, d3, d4中任意两者之和。
4.如权利要求1所述的激光器，所述控制器具有中央处理单元(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)之类的控制部。
【文档编号】H01S5/125GK103811994SQ201210441725
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】耿振民 申请人:无锡华御信息技术有限公司