專利名稱：Dbr可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及可調(diào)諧激光光源，具體為一種DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧激光光源(Tunable Laser Source)是指輸出波長在一定范圍內(nèi)可連續(xù)變化的激光源。能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級調(diào)諧速度的快速掃描可調(diào)諧光源(High Speed Tunable LaserSource)擁有很大的需求量，但目前商業(yè)化的快速可調(diào)諧光源價格非常昂貴，產(chǎn)量也少，很難在實際應(yīng)用中推廣。DBR(distributed Bragg reflective)激光器即為分布式布拉格反射激光器,是由有源區(qū)和布拉格(Bragg)反射鏡構(gòu)成的組件，DBR激光器的Bragg反射鏡可進行波長選擇，為了實現(xiàn)波長的精調(diào)，DBR激光器還配有相位控制器。分別對Bragg反射鏡和相位區(qū)獨 立地注入電流，注入Bragg反射鏡的電流可改變Bragg反射鏡的折射率，此變化速率極快，僅50ns/次。注入Bragg反射鏡的電流對激光器輸出的波長迅速進行粗略調(diào)整，注入相位區(qū)的電流、控制相位區(qū)實現(xiàn)波長的細微調(diào)整。標準的DBR激光器具有良好的單波長發(fā)射特性，其發(fā)射激光的波長主要由制造時的Bragg光柵結(jié)構(gòu)決定，因此標準DBR的波長調(diào)諧范圍受到了限制。為了實現(xiàn)更寬的調(diào)諧范圍，又在標準DBR激光器的基礎(chǔ)上改進得到取樣光柵DBR(SG-DBR)激光器或者超結(jié)構(gòu)光柵DBR(SSG-DBR)激光器等多周期DBR激光器。多周期DBR激光器，發(fā)射包含多個波長的激光束。為了得到單一波長的輸出，已研發(fā)出了雙分支型多周期DBR激光器。雙分支型多周期DBR激光器兩分支反射的波長可以單獨調(diào)整，當其中一組的反射波峰與另一組的反射波峰在某個波長處相互重疊時，反射譜重疊得到加強的波長即作為雙分支型DBR激光器的激光輸出，而其他所有非重疊的波峰均被抑制。如此，分別對其分支反射波長調(diào)諧，即可實現(xiàn)雙分支型DBR激光器輸出激光波長的調(diào)諧。雙分支型DBR激光器可以擁有較寬的波長調(diào)諧范圍、較高的邊模抑制比、超快的調(diào)諧速度以及高量產(chǎn)、低成本的特點，很適合用來制造新型廉價快速可調(diào)諧光源。但是要雙分支型DBR激光器輸出某個特定頻率的激光，需要分別控制2個分支的DBR激光器的Bragg反射鏡和相位區(qū)的注入電流，且要調(diào)整其輸出功率，目前尚未見以雙分支型DBR激光器為主的可調(diào)諧激光器光源系統(tǒng)面世。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，包括雙分支型DBR激光器、微處理器和可控電流源，微處理器按外部調(diào)諧要求，根據(jù)實驗所得的激光器輸出波長與電流組合的校準數(shù)據(jù)，調(diào)整可控電流源，對激光器兩個分支的布拉格反射鏡和相位區(qū)注入相應(yīng)電流，使激光光源系統(tǒng)精確調(diào)諧輸出所需波長的激光。本實用新型設(shè)計的DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，包括雙分支型DBR激光器、微處理器和可控電流源，所述雙分支型DBR激光器包括增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支，還有半導(dǎo)體光放大器，半導(dǎo)體光放大器接增益區(qū)，二者控制輸出功率，所得激光經(jīng)相位區(qū)后分送2個布拉格反射鏡分支。微處理器連接多個可控電流源，各可控電流源分別連接增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支，還有半導(dǎo)體光放大器。為了確保雙分支型DBR激光器輸出波長的重復(fù)性和精度，雙分支型DBR激光器放置于一個半導(dǎo)體熱電制冷器(TEC)之上，使之保持恒溫工作。微處理器所接的另一個可控電流源連接半導(dǎo)體熱電制冷器的TEC控制器，使其保持恒溫。連接激光二極管的可控電流源在其PN結(jié)上施加正向電壓(正向電流)形成增益區(qū)，從而獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，使激光器發(fā)光。當增益區(qū)的電流為非正數(shù)時，激光器無出射光。因此增益電流的正數(shù)和非正數(shù)狀態(tài)用于控制激光器是否發(fā)光。微處理器通過控制各可控電流源的輸出，改變激光器兩個分支布拉格反射鏡、相位區(qū)及半導(dǎo)體光放大器4個電流的組合來實現(xiàn)輸出激光波長的調(diào)諧和功率調(diào)整，同時通過TEC控制器鎖定雙分支DBR激光器的工作溫度以實現(xiàn)激光輸出的波長和功率的穩(wěn)定?！け綝BR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實際應(yīng)用時，微處理器首先利用閉環(huán)控制的TEC控制器實現(xiàn)雙分支DBR激光器工作溫度鎖定，增益電流保持恒定，然后根據(jù)所需要設(shè)定的波長對兩個分支布拉格反射鏡、相位區(qū)及半導(dǎo)體光放大器的4個電流進行查表和選擇，控制各可控電流源輸出相應(yīng)數(shù)值，每個可控電流源均采用雙重閉環(huán)控制，即實時性很強的硬件閉環(huán)調(diào)節(jié)加上高調(diào)整精度的軟件閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)毫秒級的快速精確波長調(diào)諧輸出，輸出波長精度為±lpm。所述微處理器經(jīng)通訊模塊與上位機連接，接受指令。為了覆蓋更寬的可調(diào)諧波長范圍，本可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)包括η個雙分支型DBR激光器，η為I 6的整數(shù)，每個雙分支型DBR激光器包括增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支，η個雙分支型DBR激光器共用一個半導(dǎo)體光放大器。微處理器配有連接半導(dǎo)體光放大器的一個可控電流源，還有η組可控電流源，每組有4個可控電流源分別連接I個雙分支型DBR激光器的增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支。η個雙分支型DBR激光器置于一個半導(dǎo)體熱電制冷器上，微處理器所接的另一個可控電流源連接半導(dǎo)體熱電制冷器的TEC控制器。一個雙分支型DBR激光器的調(diào)諧范圍為45 50nm，η個雙分支型DBR激光器的調(diào)諧范圍為η X (45 50) nm。本DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)使用時固定DBR激光器的注入增益區(qū)電流，即增益電流為不變的正數(shù)，此正數(shù)值為激光器接通電源后的默認初始化值；半導(dǎo)體光放大器的電流值也為默認初始值。微處理器通過各可控電流源輪流改變雙分支型DBR激光器的上分支布拉格反射鏡、下分支布拉格反射鏡和相位區(qū)的三個注入電流中的一個，記錄每種電流組合對應(yīng)的激光器的輸出波長和功率值；選取并存儲電流組合數(shù)據(jù)，存儲電流組合值與輸出波長對應(yīng)數(shù)據(jù)表；微處理器按所得數(shù)據(jù)表中上分支布拉格反射鏡、下分支布拉格反射鏡和相位區(qū)的各電流組合取值范圍，再次進行循環(huán)，同時調(diào)整相應(yīng)的可控電流源控制半導(dǎo)體光放大器(SOA)輸入電流值，進行功率補償?shù)难h(huán)控制，使各個不同電流組合的激光輸出功率相同，即進行功率平整。同時存儲各電流值與輸出波長對應(yīng)數(shù)據(jù)表。在此基礎(chǔ)上，使用線性內(nèi)插法計算進而生成波長范圍連續(xù)、功率平穩(wěn)、波長精度高的數(shù)據(jù)校準表并存儲。[0018]微處理器根據(jù)外部對激光器輸出波長的設(shè)定要求，按數(shù)據(jù)校準表選擇該波長對應(yīng)的上分支布拉格反射鏡、下分支布拉格反射鏡和相位區(qū)的三個注入電流值以及半導(dǎo)體光放大器(SOA)功率補償電流值進行注入，實現(xiàn)波長快速調(diào)諧，并且輸出功率為常量。當DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)連接η個雙分支型DBR激光器，使用時，先將其中一個雙分支型DBR激光器的增益電流設(shè)為正值，使之工作發(fā)出激光；其余的(η-I)個雙分支型DBR激光器的增益電流均設(shè)為零，不工作，按上述方法對處于工作狀態(tài)的雙分支型DBR激光器進行校準并存儲其數(shù)據(jù)校準表；之后輪流切換其它的雙分支型DBR激光器單獨工作、分別進行校準，至η個雙分支型DBR激光器的數(shù)據(jù)校準表均存入微處理器。微處理器根據(jù)外部對激光器輸出波長的設(shè)定要求，選擇激光輸出 范圍相應(yīng)的雙分支型DBR激光器、將其增益電流設(shè)為正值，使之工作發(fā)出激光，并按該雙分支型DBR激光器數(shù)據(jù)校準表選擇其上分支布拉格反射鏡、下分支布拉格反射鏡和相位區(qū)的注入電流值以及半導(dǎo)體光放大器功率補償電流值。本實用新型DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)的優(yōu)點為1、采用價格實惠的雙分支型DBR激光器，達到昂貴的可調(diào)諧激光器性能指標；2、以高性能微處理器為核心，經(jīng)過校準和查表計算，實時控制各路電流值，激光器實現(xiàn)毫秒級的快速波長調(diào)諧，且精度達到±lpm;3、接入多個雙分支型DBR激光器可調(diào)諧波長范圍最大可達300nm ;4、整套系統(tǒng)不含機械調(diào)節(jié)部件，無需做定期校準，使用壽命長。

圖I為本DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例I的雙分支型DBR激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I雙分支型多周期DBR激光器的上分支波長模式示意圖；圖3為圖I雙分支型多周期DBR激光器的下分支波長模式示意圖；圖4為圖I雙分支型多周期DBR激光器的上、下分支波峰重疊情況示意圖；圖5為圖I雙分支型多周期DBR激光器的輸出波長模式示意圖；圖6為本可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例I控制電路示意圖；圖7為本DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例2的2個雙分支型DBR激光器集成結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例2的控制電路示意圖。
具體實施方式
DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例I本DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例I包括一個雙分支型DBR激光器、微處理器、6個可控電流源和半導(dǎo)體熱電制冷器。所述雙分支型DBR激光器如圖I所示，包括增益區(qū)、相位區(qū)和上布拉格反射鏡分支(上分支)、下布拉格反射鏡分支(下分支)以及半導(dǎo)體光放大器(SOA)，半導(dǎo)體光放大器接增益區(qū)，二者控制輸出功率，所得激光經(jīng)相位區(qū)后分送2個布拉格反射鏡分支。雙分支型DBR激光器放置于一個半導(dǎo)體熱電制冷器(TEC)之上，使之保持恒溫工作。上、下布拉格反射鏡分支的波長模式如圖2、3所示，2個分支的發(fā)射波的波長可通過改變注入電流值單獨調(diào)整。2個分支的發(fā)射波的波峰重疊情況如圖4所示，重疊的波峰處功率雙倍增加，即作為雙分支DBR激光器的激光輸出，而其他所有非重疊的波峰均被抑制，如圖5所示。當二者波長改變時，波峰重疊處不同，雙分支型DBR激光器輸出激光波長不同，即可實現(xiàn)調(diào)諧目的。本DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例I的控制電路如圖6所示，微處理器連接6個可控電流源，可控電流源A F分別連接集成式半導(dǎo)體光放大器(SOA)、增益區(qū)、相位區(qū)和上布拉格反射鏡分支(上分支)、下布拉格反射鏡分支(下分支)以及半導(dǎo)體熱電制冷器的TEC控制器(TEC)。微處理器控制可控電流源B，當其為增益區(qū)提供正數(shù)電流時，其工作，激光器發(fā)光。微處理器控制可控電流源A、C E改變激光器半導(dǎo)體光放大器、兩個分支布拉格反射鏡及相位區(qū)4個電流的組合來實現(xiàn)輸出激光波長的調(diào)諧和功率調(diào)整，同時通過可控電流源F控制TEC鎖定雙分支DBR激光器的工作溫度。所述微處理器經(jīng)通訊模塊連接的上位機是個人計算機和控制主機，接受指令。DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)實施例2本例DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)連接2個雙分支型DBR激光器，如圖7所示，每個雙分支型DBR激光器包括增益區(qū)、相位區(qū)和上布拉格反射鏡分支(上分支)、下布拉格反射鏡分支(下分支)，2個雙分支型DBR激光器共用一個半導(dǎo)體光放大器(SOA)。本例DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)的控制電路如圖8所示，微處理器配有可控電流源A連接控制半導(dǎo)體光放大器、還有2組可控電流源，I組為可控電流源BI E1，控制其中一個雙分支型DBR激光器的增益區(qū)I、相位區(qū)I和上布拉格反射鏡分支I (上分支I)、下布拉格反射鏡分支I (下分支I);另I組為可控電流源B2 E2，控制另一個雙分支型DBR激光器的增益區(qū)2、相位區(qū)2和上布拉格反射鏡分支2 (上分支2)、下布拉格反射鏡分支2 (下分支2)。2個雙分支型DBR激光器置于一個半導(dǎo)體熱電制冷器上，微處理器連接的可控電流源F連接半導(dǎo)體熱電制冷器的TEC控制器。
上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，包括雙分支型DBR激光器、微處理器和可控電流源，所述雙分支型DBR激光器包括增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支；其特征在于 雙分支型DBR激光器還接有半導(dǎo)體光放大器，半導(dǎo)體光放大器接增益區(qū)，所得激光經(jīng)相位區(qū)后分送2個布拉格反射鏡分支； 微處理器連接多個可控電流源，各可控電流源分別連接增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支，還有半導(dǎo)體光放大器、。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，其特征在于 所述雙分支型DBR激光器放置于一個半導(dǎo)體熱電制冷器上，微處理器連接半導(dǎo)體熱電制冷器的TEC控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，其特征在于 所述微處理器經(jīng)通訊模塊與上位機連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，其特征在于 所述可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)包括η個雙分支型DBR激光器，η為I 6的整數(shù)，每個雙分支型DBR激光器包括增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支，η個雙分支型DBR激光器共用一個半導(dǎo)體光放大器；微處理器配有連接半導(dǎo)體光放大器的一個可控電流源，還有η組可控電流源，每組有4個可控電流源分別連接I個雙分支型DBR激光器的增益區(qū)、相位區(qū)和上、下布拉格反射鏡分支。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，其特征在于 η個雙分支型DBR激光器置于一個半導(dǎo)體熱電制冷器上，微處理器所接的另一個可控電流源連接半導(dǎo)體熱電制冷器的TEC控制器。
專利摘要本實用新型為DBR可調(diào)諧激光光源系統(tǒng)，包括雙分支型DBR激光器、微處理器和可控電流源，微處理器連接的各可控電流源分別連接雙分支型DBR激光器的增益區(qū)、相位區(qū)、上下布拉格反射鏡分支和SOA。激光器置于微處理器控制的TEC上保持恒溫。本光源系統(tǒng)可包括n個共用一個SOA的雙分支型DBR激光器。使用時先輪流改變激光器的上下分支和相位區(qū)的三個注入電流，記錄各電流組合輸出波長和功率，選取并存儲各波長對應(yīng)的電流組合數(shù)據(jù)；調(diào)整SOA電流使各波長輸出功率相同，據(jù)此用插值生成數(shù)據(jù)校準表，查表得到所需波長對應(yīng)的各注入電流。當系統(tǒng)接n個雙分支激光器，輪流校準。本實用新型實現(xiàn)毫秒級的快速準確波長調(diào)諧，精度達±1pm，輸出功率為常量。
文檔編號H01S5/062GK202695969SQ20122000670
公開日2013年1月23日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者李嚴, 趙克 申請人:桂林優(yōu)西科學(xué)儀器有限責任公司