專利名稱:一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)。在半波耦合半導(dǎo)體激光器上設(shè)有耦合器電極、波長選擇電極和精細(xì)調(diào)諧電極；控制器發(fā)出控制信號(hào)接可調(diào)電流源后，可調(diào)電流源發(fā)出三路電流分別控制耦合器電極、波長選擇電極和精細(xì)調(diào)諧電極使半波耦合半導(dǎo)體激光器輸出準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧的激光?；蛟诎氩詈习雽?dǎo)體激光器后添加分束器和波長檢測器，一路作為半波耦合半導(dǎo)體激光器主輸出，另一路經(jīng)波長檢測器反饋波長信息至控制器。本實(shí)用新型無需制作光柵，成本低，成品率和可靠性高；準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧方法簡單；實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧時(shí)，需要注入電流和電流變化范圍都很小，產(chǎn)熱也很小，不會(huì)對(duì)激光器的出射功率均衡性、工作壽命、線寬和噪聲特性帶來影響。
【專利說明】一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的 準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 大范圍準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)可以連續(xù)覆蓋一定范圍內(nèi)的所有波長，可以廣泛 應(yīng)用于光譜測量和生物檢測。目前所提出的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧方案，結(jié)構(gòu)和控制算法都 比較復(fù)雜，成本較高。例如，1998 年，〃Ridge Waveguide Sampled Grating DBR Lasers with 22_nm Quasi-Continuous Tuning Range, IEEE Photonics Technology Letters, 10(9) :1211-1213〃 一文中利用SG-DBR激光器實(shí)現(xiàn)了 22nm的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧；1996 年，"Quasicontinuous Wavelength Tuning in Super-Structure-Grating (SSG)DBR Lasers，IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron.，32 (3) : 433-441 " 一文中利用 SSG-DBR 激 光器實(shí)現(xiàn)了 34nm的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧。這些準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧方案需要同步調(diào)諧三個(gè)電極的注入電流， 算法復(fù)雜，電路和算法上不易實(shí)現(xiàn)，且所用激光器制作需要光柵，工藝十分復(fù)雜，導(dǎo)致成品 率不易控制。這些不利因素阻礙了很多應(yīng)用的推廣。
[0003] 為了提供廉價(jià)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，浙江大學(xué)何建軍教授的團(tuán)隊(duì)提出了兩種 基于半波耦合的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，詳見"V型耦合腔波長可切換半導(dǎo)體激光器"，授權(quán) 公告號(hào)：CN100463312B ;"利用全內(nèi)反射多邊形諧振腔選模的半導(dǎo)體激光器"，授權(quán)公告號(hào)： CN102545043B。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光 器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，利用廉價(jià)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器構(gòu)建一套準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，通過簡 明的控制方法實(shí)現(xiàn)大范圍準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧。
[0005] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本實(shí)用新型包括控制器、可調(diào)電流源和半波耦合半導(dǎo)體激光器；半波耦合半導(dǎo)體 激光器上設(shè)有耦合器電極、波長選擇電極和精細(xì)調(diào)諧電極；控制器發(fā)出控制信號(hào)接可調(diào)電 流源后，可調(diào)電流源發(fā)出三路電流分別控制耦合器電極、波長選擇電極和精細(xì)調(diào)諧電極使 半波耦合半導(dǎo)體激光器輸出準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧的激光。
[0007] 在半波耦合半導(dǎo)體激光器后添加分束器和波長檢測器，半波耦合半導(dǎo)體激光器輸 出激光經(jīng)分束器分束后，一路作為半波耦合半導(dǎo)體激光器主輸出，另一路經(jīng)波長檢測器反 饋波長信息至控制器。
[0008] 所述波長監(jiān)測器由光學(xué)濾波器和光功率計(jì)構(gòu)成。
[0009] 所述波長監(jiān)測器由一個(gè)集成在激光器芯片上的光學(xué)濾波器和光功率計(jì)構(gòu)成。
[0010] 所述光學(xué)濾波器由一個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成或者由一個(gè)環(huán)形波導(dǎo)諧振腔構(gòu) 成。
[0011] 本實(shí)用新型與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是：
[0012] 1)使用基于半波耦合半導(dǎo)體激光器，無需制作光柵，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，成品率和 可靠性高。
[0013] 2)準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧算法簡單，最多只需要2個(gè)電極協(xié)同調(diào)諧，系統(tǒng)簡單明了，電路和算 法實(shí)現(xiàn)容易。
[0014] 3)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧時(shí)，需要的注入電流和電流變化范圍都很小，產(chǎn)熱也很小，不會(huì) 對(duì)激光器的出射功率均衡性、工作壽命、線寬和噪聲特性以及帶來影響。

【附圖說明】

[0015] 圖1是本實(shí)用新型第1個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2(a)是基于半波耦合的V型腔可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器原理圖。
[0017] 圖2(b)是基于半波耦合的矩型腔可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器原理圖。
[0018] 圖3是基于半波耦合半導(dǎo)體激光器游標(biāo)效應(yīng)和準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧原理圖。
[0019] 圖4是第1個(gè)實(shí)施例中通過調(diào)節(jié)波長選擇電極注入電流實(shí)現(xiàn)的單電極數(shù)字式調(diào)諧 的性能圖。
[0020] 圖5是第1個(gè)實(shí)施例中通過同步調(diào)節(jié)波長選擇電極和精細(xì)調(diào)諧電極注入電流實(shí)現(xiàn) 的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧性能圖。
[0021] 圖6是波長選擇電極所在諧振腔中梳狀譜變化量和調(diào)諧電流之間的曲線關(guān)系圖。
[0022] 圖7是波長選擇電極所在諧振腔中無源波導(dǎo)折射率變化量和調(diào)諧電流之間的曲 線關(guān)系圖。
[0023] 圖8是本實(shí)用新型第2個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖9是本實(shí)用新型第3個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖中：1、控制器，2、可調(diào)電流源，3、半波耦合半導(dǎo)體激光器，31、耦合器電極，32、波 長選擇電極，33、精細(xì)調(diào)諧電極，4、分束器，5、波長監(jiān)測器，6、光學(xué)濾波器，7、光功率計(jì)。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0027] 如圖1所示，本實(shí)用新型包括控制器1、可調(diào)電流源2和半波耦合半導(dǎo)體激光器3; 半波耦合半導(dǎo)體激光器3上設(shè)有耦合器電極31、波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33 ;控制 器1發(fā)出控制信號(hào)接可調(diào)電流源2后，可調(diào)電流源2發(fā)出三路電流分別控制耦合器電極31、 波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33使半波耦合半導(dǎo)體激光器3輸出準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧的激光。
[0028] 如圖8所示，本實(shí)用新型在半波耦合半導(dǎo)體激光器3后添加分束器4和波長檢測 器5,半波親合半導(dǎo)體激光器3輸出激光經(jīng)分束器4分束后，一路作為半波親合半導(dǎo)體激光 器3主輸出，另一路經(jīng)波長檢測器5反饋波長信息至控制器1。
[0029] 如圖9所示，本實(shí)用新型所述波長監(jiān)測器5由光學(xué)濾波器6和光功率計(jì)7構(gòu)成。
[0030] 所述波長監(jiān)測器5由一個(gè)集成在激光器芯片上的光學(xué)濾波器6和光功率計(jì)7構(gòu) 成。
[0031] 所述光學(xué)濾波器6由一個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成或者由一個(gè)環(huán)形波導(dǎo)諧振腔構(gòu) 成。
[0032] 本實(shí)用新型的一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧方法，有三種調(diào)諧方 法：
[0033] 1)在波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33上的工作電流分別設(shè)置一系列波長跳模 點(diǎn)，每個(gè)波長跳模點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33上的不同電流，相鄰兩個(gè) 波長跳模點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)一個(gè)波長無跳模工作區(qū)間；通過控制器1按照一定電流變化函數(shù)同步 調(diào)節(jié)波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33的注入電流，在兩個(gè)跳模點(diǎn)之間所述兩個(gè)電極注 入電流變化量按一定比例連續(xù)調(diào)節(jié)，使得輸出波長無跳模連續(xù)調(diào)諧，而在跳模點(diǎn)上兩個(gè)電 極注入電流同時(shí)發(fā)生躍變，在不改變輸出波長情況下改變縱模級(jí)次，使得相鄰的無跳模工 作區(qū)間所對(duì)應(yīng)的輸出波長無縫拼接，從而實(shí)現(xiàn)激光器的波長準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧。
[0034] 所述兩個(gè)電極注入電流變化量按一定比例連續(xù)調(diào)節(jié)是指在一個(gè)無跳模工作區(qū)間 內(nèi)波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33上電流變化量的比例等于相應(yīng)電極所覆蓋波導(dǎo)的長 度比例。
[0035] 所述一定電流變化函數(shù)由每段無跳模工作區(qū)間兩端跳模點(diǎn)工作電流的線性插值 或多項(xiàng)式函數(shù)插值決定；或者所述一定電流變化函數(shù)由波長調(diào)諧曲線所對(duì)應(yīng)的等效折射率 變化函數(shù)決定。
[0036] 2)在半波耦合半導(dǎo)體激光器3的某個(gè)單縱模激射情況下調(diào)節(jié)耦合器電極31的電 流或者調(diào)節(jié)激光器工作溫度實(shí)現(xiàn)無跳模調(diào)諧，通過波長選擇電極32或精細(xì)調(diào)諧電極33來 切換縱模，在跳模點(diǎn)上耦合器電極31電流或者激光器工作溫度同時(shí)發(fā)生躍變，在不改變輸 出波長情況下改變縱模級(jí)次，使得相鄰的無跳模工作區(qū)間所對(duì)應(yīng)的輸出波長無縫拼接，從 而實(shí)現(xiàn)激光器的大范圍波長連續(xù)調(diào)諧。
[0037] 3)波長監(jiān)測器5用于監(jiān)測波長返回給控制器1，從而實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和實(shí)時(shí)監(jiān)測波長的 功能。
[0038] 如圖1所示，是本實(shí)用新型基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)的第1 個(gè)實(shí)施例。本實(shí)用新型包括控制器1、可調(diào)電流源2和半波耦合半導(dǎo)體激光器3 ;半波耦合 半導(dǎo)體激光器3上設(shè)有耦合器電極31、波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33 ;控制器1發(fā)出 控制信號(hào)接可調(diào)電流源2后，可調(diào)電流源2發(fā)出三路電流分別控制耦合器電極31、波長選擇 電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33使半波耦合半導(dǎo)體激光器3輸出準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧的激光。
[0039] 基于半波耦合半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)方案有圖2(a)所示的基于半波耦合的V型 腔可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，詳見"V型耦合腔波長可切換半導(dǎo)體激光器"，授權(quán)公告號(hào)： CN100463312B ;和圖2(b)所示的基于半波耦合的矩型腔可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，詳見"利用 全內(nèi)反射多邊形諧振腔選模的半導(dǎo)體激光器"，授權(quán)公告號(hào)：CN102545043B。這兩種激光器 都有三個(gè)調(diào)諧電極，分別為耦合器電極31、波長選擇電極32和精細(xì)調(diào)諧電極33。
[0040] 圖3是基于半波耦合半導(dǎo)體激光器游標(biāo)效應(yīng)和準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧原理圖。此類型激光器 由FP諧振腔或者環(huán)形諧振腔形成兩個(gè)FSR(自由光譜范圍）有輕微差別的梳妝譜，F(xiàn)SR1和 FSR2的兩組梳狀譜之間會(huì)有一些模式重合，又由于增益譜的選擇性，這些重疊的縱模只有 一個(gè)模式會(huì)激射，于是便實(shí)現(xiàn)了單模激射。定義耦合器電極31的注入電流為I。，精細(xì)調(diào)諧 電極33的注入電流為U波長選擇電極32的注入電流為I t。保持I。和I』亙定不變，增大 It，這樣波長選擇電極32所在諧振腔中無源波導(dǎo)的折射率會(huì)減小，導(dǎo)致該諧振腔決定的梳 狀譜向長波長方向移動(dòng)，移動(dòng)速率為：
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于：包括控制器 (1 )、可調(diào)電流源（2)和半波耦合半導(dǎo)體激光器（3);半波耦合半導(dǎo)體激光器（3)上設(shè)有耦合 器電極（31)、波長選擇電極（32)和精細(xì)調(diào)諧電極（33);控制器（1)發(fā)出控制信號(hào)接可調(diào)電 流源（2)后，可調(diào)電流源（2)發(fā)出三路電流分別控制耦合器電極（31)、波長選擇電極（32)和 精細(xì)調(diào)諧電極（33)使半波耦合半導(dǎo)體激光器（3)輸出準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧的激光。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，其特 征在于：在半波耦合半導(dǎo)體激光器（3)后添加分束器（4)和波長檢測器（5)，半波耦合半導(dǎo) 體激光器（3)輸出激光經(jīng)分束器（4)分束后，一路作為半波親合半導(dǎo)體激光器（3)主輸出， 另一路經(jīng)波長檢測器（5 )反饋波長信息至控制器（1)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，其特 征在于：所述波長監(jiān)測器（5)由光學(xué)濾波器（6)和光功率計(jì)（7)構(gòu)成。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，其特 征在于：所述波長監(jiān)測器（5)由一個(gè)集成在激光器芯片上的光學(xué)濾波器（6)和光功率計(jì)（7) 構(gòu)成。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于半波耦合半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧系統(tǒng)，其 特征在于：所述光學(xué)濾波器（6)由一個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成或者由一個(gè)環(huán)形波導(dǎo)諧振 腔構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H01S5-062GK204271446SQ201420766293
【發(fā)明者】武林, 何建軍 [申請(qǐng)人]浙江大學(xué)