专利名称：可调谐激光器及其调谐方法
技术领域：
本发明涉及一种可调谐激光器及其调谐方法。
可调谐半导体激光器具有几个不同的部分，通过所述几个不同部件注入电流。激光器一般具有三个或四个部分。通过调节各个部分中的电流，可控制激光器的波长，功率及波型纯净度。波型纯净度意味着激光器会发现自身处于工作点，即，处于三个或四个注入的驱动电流的组合中，其特征在于激光器远离其中发生所谓的模跳变的驱动电流组合，并且激光器的激光发射较稳定，副波模抑制较高。
不同的应用对波长控制具有特殊的要求。在电信应用中，一个要求是一旦已设定驱动电流及温度，在很长的时期内，激光器将以很高的精度保持其波长。典型的精确度为0.1纳米，典型的时期长度为20年。
存在各种类型的可调谐激光器，例如DBR激光器及GSCR激光器。下面将简要说明这些类型的激光器。
这些类型的激光器的一个共同特征是通过把电流注入一个或多个激光部分中，对激光器进行调谐，从而对于电流注入的不同组合来说，激光器在不同的波长下发出激光。所使用的频道通常为8至32个。
这种波长由该组注入电流决定的激光器的一个问题在于工作点的频率精度并不和已用呈采样光纤光栅形式的外部反射器代替单块Bragg反射器的该种激光器的精度一样高。掺杂铒，以获得放大作用，并且配有采样光栅，以提供选定波长反馈的光纤是这种激光器的一个例子。可通过机械伸长或拉伸该光纤，调谐这种性质的激光器。对于频率来说，这样可得到对应于具有很长的反射器空腔的S-DBR或GCSR激光器设计的精度。例如，为了得到10GHz的精度，该空腔的长度必须为4.3毫米。由于技术性的制造困难，很难以足够的精度生产这种空腔。
这种类型的激光器的一个优点在于它们在很窄并且严格确定的频率下发出激光。另一方面，一个严重的缺陷是必须通过机械地改变光栅，对这种激光器进行调谐。
对于通信来说，电流控制是非常有益的。但是，难以控制提及的第一种激光器以纯净波模及给定频率下的较高精度的方式发出激光。这种困难随着激光器的老化而增大。
本发明提供了一种激光器，通过使得能够借助电流控制，而不是机械作动调谐所述激光器，所述激光器具有包括外部反射器的激光器的优点，同时消除了与具有外部反射器的激光器相关的缺陷。
这样，本发明涉及一种可调谐激光器，它包括一个增益部分及一个可调谐的波长选择性滤光器，其特征在于呈外部反射器形式的反射滤光器适于提供许多固定的反射最大值，其中每个最大值对应于一个给定波长，并且其中所述反射滤光器适于与所述可调谐滤光器共同工作；其特征还在于所述激光器被构造成通过调谐所述可调谐滤光器，调谐所述激光器，以便在任一所述波长下发出激光。
本发明还涉及权利要求12中定义的一种方法，所述方法基本上具有所述权利要求中陈述的特征。
下面将参考附图，并参考本发明的例证实施例，更详细地说明本发明，其中
图1图解说明了局部切去的已知DBR激光器的透视图；图2是已知的可调谐光栅耦合采样反射器(GCSR)激光器的剖面图；图3图解说明了本发明的激光器的第一实施例；图4是图解说明控制电路的方框图；图5图解说明了随着通过耦合器部分的电流而变化的激光器输出功率；图6图解说明了随着传输波长而变化的激光器输出功率；图7图解说明了本发明的激光器的第二实施例。
图1图解说明了包括三个部分的DBR激光器，这三个部分即Bragg反射器1，相位部分2和增益部分3。通过借助相应的导电体4,5，向每个部分中输入电流，激活每个部分。
图2是可调谐的光栅耦合采样反射器(GCSR)激光器的剖面图。这种类型的激光器具有四个部分，即Bragg反射器7，相位部分8，耦合器9和增益部分10。通过向相应的部分中输入电流，激活每个部分。
当改变调谐电流，即输入不同部分的电流时，激光器的波长，激光器的副波模抑制及光能也将被改变。特别地，有效激光器部分两端的电压将取决于激光器是否发现自身处于较好的工作点还是接近于模跳变。
激光器将按照给定的模式工作，并在不同的调谐电流组合下，将产生不同的生成功率及不同的波长。例如，如果Bragg电流，即，通过Bragg部分的调谐电流被清除(swept)，则激光器将经过一系列模跳变。随着每个模跳变，波长将发生递增变化。在模跳变之间，副波模抑制较好，而在模跳变时，副波模抑制较差。这样，应使激光器具有远离模跳变的工作点。
图3和7分别图解说明了根据本发明的两种不同的可调谐激光器。本发明并不局限于这些激光器设计，还可结合其它类型的激光器应用本发明。
图3中所示的激光器包括增益部分11及GCSR激光器中包括的那种耦合器部分12。
根据图7的激光器包括具有调制的Bragg光栅的反射器27，相位部分28及增益部分29，换句话说，该部分激光器为图1中所示的那种类型的激光器。
这样，这两种激光器都包括增益部分11；29及可调谐的波长选择性滤光器12；27。
根据本发明，提供了呈外部反射器13形式的反射滤光器，所述外部反射器13适于提供许多固定的反射最大值，每个最大值对应于一个给定波长，所述反射滤光器适于与所述可调谐滤光器共同工作。激光器适于通过调谐所述可调谐滤光器而被调谐，以便在任一所述波长下发出激光。
根据本发明的第一优选实施例，可调谐滤光器由耦合器部分12组成，增益部分11与所述耦合器部分12相连，外部反射器13在所述耦合器部分12的另一侧与之相连。图3中表示了该实施例。
根据图3的激光器适于通过改变经过耦合器部分12的电流I被调谐，以便在任一所述波长下发出激光。输入的电流由箭头14表示。箭头15表示输入增益部分11中的电流。
根据图7中所示的本发明的第二优选实施例，可调谐滤光器由调制的Bragg反射器27组成，增益部分29位于Bragg反射器与所述外部反射器13之间。
根据图7的激光器适于通过改变经过反射器27的电流I被调谐，以便在选择的任一所述波长下发出激光。输入的电流由箭头33表示，而箭头34表示输入增益部分29中的电流，箭头35表示通过相位部分28的电流。
可调谐滤光器12；27及所述增益部分11；29最好由半导体材料构成。
可调谐滤光器12；27及所述增益部分11；29最好以单片式组件的形式实现。
根据本发明的一个优选实施例，适于通过改变经过可调谐滤光器的电流调谐可调谐滤光器12；27。
根据一个备选，同时也是优选的实施例，适于通过改变滤光器的温度调谐可调谐滤光器12；27。
外部反射器13最好包括一个被调制Bragg光栅。
此外，外部反射器最好包括配有被调制Bragg光栅的介电光波导管16。
在这方面，所述光波导管最好由呈透镜18形式的玻璃纤维16构成，或者最好在与激光器相连的一端具有逐渐变小的部分。
玻璃纤维芯涂覆包覆层17。
对玻璃纤维16进行常规处理，以降低反射。
耦合器部分12的面对玻璃纤维16的表面上已涂覆一层防反射剂19。在增益部分上的自由端表面上形成一层高反射层20。
由于所述激光器设计的结果，激光器将只能够在由具有固定反射峰值的外部反射器确定的那些反射峰值下发出激光。
可以很高的精度生产外部光栅，以致激光器将在精度很高，例如精度为±1GHz的给定波长下发出激光。
对于通信激光器来说，光栅适于被构造成使激光器能够在所关心的通信系统使用的所有频道上发出激光。所使用的频道通常为8至32个。
根据本发明的一个实施例，通过调节通过可调谐滤光器的电流，设定如上提及的所需信道，即所需频率，在图3的实施例中，所述可调谐滤光器是耦合器部分，在图7的实施例中，所述可调谐滤光器是反射器27。
根据前述备选实施例，通过改变可调谐滤光器12；27的温度，设定所需的信道。这是通过在滤光器的上面涂覆导电材料36(如图7中的虚线所示)，取代在电流控制情况下，用于把电流输入滤光器的电极37，以已知方式实现的。电流被输入导电层36的一端，并从另一端流出，如箭头38,39所示。通过改变流经导电层的电流，改变在导电层36中产生的热量，以及滤光器的温度。当然，可在图3的实施例的耦合器部分中实现相应的温度控制。
这样，本发明提供了一种具有可调谐激光器的优点，即借助电流控制的频率设定，而不具有可调谐激光器在频率精度方面的缺陷，同时具有单模激光器频率精度高的优点。
根据本发明的一个最佳实施例，在激光器的后侧，即在自由端表面22放置用于测量激光器输出功率的监控二极管21。激光在外部反射器的自由端23，从激光器中射出。
图4是图解说明构成本发明的一部分的控制装置的示意方框图。附图标记23代表具有相关存储器24的微处理器。所述存储器是随机存取存储器(RAM)。微处理器是某一适当类型的已知微处理器。一些其它适当的电路可用于代替微处理器，例如专用集成电路(ASIC)。微处理器适于借助与相应部分连接的常规电流发生器25,26，相对于输入电流，单独地激活各个部分11,12；27,28,29。监控二极管21为常规的监控二极管。监控二极管适于测量激光器传输功率，并经过导体27，把与传输功率相关的信号传送给微处理器25。
根据一个实施例，以通过激光器耦合器部分的电流的形式，测量所述部分的激活。利用常规手段实现该测量过程。
根据备选实施例，以激光器耦合器部分两端的电压为基础，测量激光器耦合器部分的激活。借助常规手段实现该测量过程。
图5是随着通过耦合器部分12的电流(Ic)而变化的激光器输出功率的示意图。从图中可看出激光器输出功率周期性变化，每个最大值对应于激光器发出激光条件下的波长。相应地，在按照图7构造的激光器的情况下，输出功率随着通过滤光器27的电流的变化而变化。
图6表示了仅在许多严格确定的波长下，激光器的输出功率较高。由于激光器只在严格确定的波长下发出激光，在图6中输出功率形成峰值，每个峰值的宽度为，例如±1GHz。借助监控二极管可容易地检测出激光器发出激光的不同波长。
本发明还涉及前述类型的激光器的调谐方法。
根据本发明的方法，激光器包括增益部分，通过使呈外部反射器13形式，并且适于提供若干固定的反射最大值(每个最大值对应于给定波长)的反射滤光器与所述可调谐滤光器共同工作，对可调谐的波长选择性滤光器调谐，并通过调谐可调谐滤光器，对激光器进行调谐，以便在任一所述波长下发出激光。
根据第一优选方法，监控二极管21适于测量激光器输出功率，这里使通过可调谐滤光器12；27的电流或所述可调谐滤光器两端的电压随着监控二极管21测量的激光器输出功率，从零开始连续增大，借此输出功率经过若干最大值，每个最大值对应于一个给定波长，并且设定通过可调谐滤光器的电流或者所述滤光器两端的电压，以便激光器将在任一所述波长下发出激光。
根据备选的第二优选方法，监控二极管21适于测量激光器输出功率，其中使可调谐滤光器12；27的温度随着借助监控二极管21测量的激光器输出功率，从预定的开始温度连续上升，并且其中设定可调谐滤光器的温度，以便激光器将在任一所述波长下发出激光。
根据本发明方法的第一实施例，监控二极管的输出信号被存储在微处理器中，同样，在每个输出功率最大值条件的，通过耦合器部分的电流，或者所述耦合器部分两端的电压与所关心的最大值的序数一起被存储在所述微处理器中。
随后通过使微处理器利用使激光器在选自可用的那些波长中的所需波长下发出激光的电流，激活电流发生器25，可容易地把激光器调整到在对应于给定序数的给定波长下发出激光。
根据一个优选实施例，监控二极管21的输出信号被存储在微处理器或相应的器件中，其中在每个输出功率最大值条件下，通过可调谐滤光器12；27的电流，可调谐滤光器两端的电压，或者可调谐滤光器的温度与所关心的最大值的序数一起被存储。
根据另一优选实施例，在使通过可调谐滤光器12；27的电流，可调谐滤光器两端的电压，或者可调谐滤光器的温度连续增大的同时，计数经过的输出功率最大值的数目。当达到预定最大值的序数时，停止滤光器的调谐。
根据一个优选的实施例，通过把调制信号应用于可调谐的滤光器，可自动地精细优化激光器的工作点。
借助监控检测器测得的功率随着通过可调谐滤光器的电流的变化而变化，并且当测得的功率最佳时，将具有一个极值。通过使耦合器电流调制乘以测得的功率，得到指示电流将流经耦合器部分的方向的信号。
上面参考若干例证实施例说明了本发明。但是应明白，在不脱离使可调谐的波长选择性滤光器与外部反射器相结合，从而得到具有多个固定的发射激光频率的原理的情况下，可对激光器进行修改。
于是，本发明不应被认为局限于上面所述的实施例，因为在下述权利要求的范围内可做出各种改变和修改。
权利要求
1．一种包括增益部分(11；34)和可调谐波长选择性滤光器(12；27)的可调谐激光器，其特征在于呈外部反射器(13)形式的反射滤光器适于提供多个固定的反射最大值，每个最大值对应于一个给定波长，所述反射滤光器适于与所述可调谐滤光器共同工作；并且通过调谐所述可调谐滤光器(12；27)，可把激光器调谐成在任一所述波长下发射激光。
2．按照权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于可调谐滤光器(12；27)和增益部分(11；34)由半导体材料构成。
3．按照权利要求2所述的可调谐激光器，其特征在于以单片式组件的形式实现可调谐滤光器(12；27)和增益部分(11；34)。
4．按照权利要求1、2或3所述的可调谐激光器，其特征在于可调谐滤光器(12；27)适于通过改变流经可调谐滤光器的电流，对其进行调谐。
5．按照权利要求1、2或3所述的可调谐激光器，其特征在于可调谐滤光器(12；27)适于通过改变滤光器的温度，对其进行调谐。
6．按照权利要求1、2、3、4或5所述的可调谐激光器，其特征在于外部反射器(13)包括被调制的Bragg光栅。
7．按照权利要求1、2、3、4、5或6所述的可调谐激光器，其特征在于可调谐滤光器由耦合器部分(12)组成，增益部分(11)与所述耦合器部分(12)相连，外部反射器(13)与所述耦合器部分(12)的另一侧相连。
8．按照权利要求1、2、3、4、5或6所述的可调谐激光器，其特征在于可调谐滤光器由被调制的Bragg反射器(27)组成，增益部分(29)位于Bragg反射器与所述外部反射器(13)之间。
9．按照权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的可调谐激光器，其特征在于外部反射器(13)由包括被调制的Bragg光栅的介电光波导管(16)组成。
10．按照权利要求9所述的可调谐激光器，其特征在于所述光波导管是呈透镜(18)形式的玻璃纤维结构(16)，或者在与所述激光器相连的一端具有逐渐变细的部分。
11．按照任一前述权利要求所述的可调谐激光器，其特征在于还包括一个监控二极管(21)，所述监控二极管(21)适于测量激光器输出功率，并被放置在所述激光器的后侧(22)，即放置在与外部反射器(13)和所述激光器相连的一端相对的一侧。
12．一种包括增益部分(11)和可调谐的波长选择性滤光器(12；27)的激光器的调谐方法，其特征在于使呈外部反射器(13)形式，并且适于提供多个固定的反射最大值，每个最大值对应于一个给定波长的反射滤光器与所述可调谐滤光器(12；27)共同工作；并通过调谐可调谐滤光器，使激光器被调谐，从而在任意所述波长下发射激光。
13．按照权利要求12所述的方法，其特征在于使监控二极管(21)测量激光器输出功率；在借助所述监控二极管(21)测量激光器输出功率的同时，使流经可调谐滤光器(12；27)的电流，或者所述可调谐滤光器两端的电压从零开始连续增大，借此输出功率通过许多最大值，每个最大值对应于一个给定波长；并调节流经可调谐滤光器的电流，或者所述可调谐滤光器两端的电压，从而激光器将在任意所述波长下发射激光。
14．按照权利要求12所述的方法，其特征在于使监控二极管(21)测量激光器输出功率；在监控二极管(21)测量激光器输出功率的同时，使可调谐滤光器(12；27)的温度从预定的开始温度连续增大；并调节可调谐滤光器的温度，从而激光器将在任意所述波长下发射激光。
15．按照权利要求13或14所述的方法，其特征在于把监控二极管(21)的输出信号存储在微处理器或相应的器件中；并存储在每个输出功率最大值条件下，通过可调谐滤光器(12；27)的电流，可调谐滤光器两端的电压，或者所述可调谐滤光器的温度，以及所关心的最大值的序数。
16．按照权利要求15所述的方法，其特征在于在使流经可调谐滤光器(12；27)的电流，可调谐滤光器两端的电压，或所述可调谐滤光器的温度连续增大的同时，计数经过的输出功率最大值的数目，并且当达到预定最大值的序数时，终止所述滤光器的调谐。
全文摘要
一种包括增益部分(11;34)和可调谐波长选择性滤光器(12;27)的可调谐激光器。本发明的特征在于呈外部反射器(13)形式的反射滤光器适于提供多个固定的反射最大值,每个最大值对应于一个给定波长。反射滤光器适于与可调谐滤光器共同工作,并且激光器适于通过调谐可调谐滤光器(12;27),对其进行调谐,以便在任意选择的所述波长下发射激光。本发明还涉及所述可调谐激光器的调谐方法。
文档编号H01S5/0625GK1324505SQ9981267
公开日2001年11月28日 申请日期1999年9月28日 优先权日1998年9月28日
发明者皮埃尔·让·里格雷 申请人:阿克里奥股份公司