專利名稱：諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波長可調(diào)光源。
背景技術(shù)：
波長可調(diào)光源，主要是波長可調(diào)激光源，當(dāng)前正在快速地增長，而且這種光源的使用發(fā)生在諸如遠(yuǎn)程通信的領(lǐng)域。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，多種不同波長可調(diào)光源是眾所周知的。
JP-0 6021549公開這樣一種光源。這個文件公開一種可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括有反射鏡端面和外部第二反射鏡端面的半導(dǎo)體增益元件，兩個所述反射鏡端面限定一個光腔。在所述光腔內(nèi)排列兩個聚光透鏡，而在這兩個聚光透鏡之間排列一個可轉(zhuǎn)動濾光片。通過轉(zhuǎn)動所述濾光片，可以改變主激光模的波長。然而，這個結(jié)構(gòu)包含多個元件，因此，它對于失調(diào)是相當(dāng)靈敏，以及制造成本昂貴。我們很難使該諧振器在長時間內(nèi)保持機(jī)械和光學(xué)穩(wěn)定。此外，實(shí)現(xiàn)沒有模式跳變的波長調(diào)諧是復(fù)雜的。
在“OFC′98/Wednesday poster/124 WQ27，Interference-filtertuning of a semiconductor laser in a misalignment-tolerant degenerateexternal cavity，P.Zorabedian，W.R.Trutna Jr.”中公開一種利用相同基本原理的第二個現(xiàn)有技術(shù)裝置。即使這種結(jié)構(gòu)對于外部反射鏡的角度失調(diào)是不靈敏的，然而，這種類型波長可調(diào)光源有如下的缺點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，而且該結(jié)構(gòu)對于各個元件的單獨(dú)位置是靈敏的，因此，元件位置失調(diào)可以造成光源的功能下降。如同以上的結(jié)構(gòu)一樣，這種結(jié)構(gòu)也包含多個元件，因此，它不僅對于元件位置失調(diào)很靈敏，即，由于元件沿系統(tǒng)光軸相對運(yùn)動造成的失調(diào)，而且制造成本昂貴。此外，實(shí)現(xiàn)沒有模式跳變的波長調(diào)諧是復(fù)雜的。
在“Conjugate-Concentric laser resonator，R.V.Pole，Journal ofthe Optical Society of America，Vol.55，No.3，pages 254-260”中公開一種有較簡單結(jié)構(gòu)的諧振器結(jié)構(gòu)。這個文件公開一種激光諧振器，它是球形諧振器，其中激活增益媒體放置在光腔的中央，其作用像一個透鏡，從而實(shí)現(xiàn)共軛同心諧振器。然而，這種光源是不可調(diào)諧的，從而限制它在當(dāng)代應(yīng)用中的使用。此外，由于透鏡元件與光增益元件是一致的，這種結(jié)構(gòu)不能用于半導(dǎo)體激光器。
其他例子的可調(diào)外腔式結(jié)構(gòu)是專業(yè)人員熟知的所謂Littman結(jié)構(gòu)和Litrow結(jié)構(gòu)。然而，這兩種結(jié)構(gòu)對于失調(diào)是靈敏的，從而需要更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。此外，許多現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)包含多個元件，因此具有與失調(diào)損耗有關(guān)的缺點(diǎn)。此外，由于在光腔內(nèi)存在幾個元件表面，以上描述的不同光腔遭受很大的諧振器損耗，從而導(dǎo)致降低的光功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種波長可調(diào)光源，它至少克服現(xiàn)有技術(shù)中上述的一些缺點(diǎn)，并提供一種有簡單和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的光源，此外，它可以按照經(jīng)濟(jì)有效的方式實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)以上的目的是利用波長可調(diào)光源，包括有第一反射鏡端面和第二反射鏡端面的主諧振器，這兩個端面限定有效光腔長度，即，光腔激光模式的光束程長；有相對第一端面和第二端面的光增益元件，所述第二端面的位置是在所述主諧振器內(nèi)；構(gòu)成所述第二反射鏡端面的反射鏡元件；和色散聚焦諧振器元件，它的位置是在沿光束路徑的所述第二端面與所述反射鏡元件之間，其中所述主諧振器的所述有效光腔長度是可變的。因此，可以實(shí)現(xiàn)對失調(diào)不靈敏的穩(wěn)定可調(diào)諧振器，與此同時還具有簡單的結(jié)構(gòu)。此外，可以在沒有模式跳變下實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。而且，諧振器有低的損耗。此外，由于該諧振器的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對諧振器內(nèi)表面上抗反射涂層質(zhì)量較不靈敏的諧振器，從而實(shí)現(xiàn)適合于低成本批量生產(chǎn)的諧振器。
按照本發(fā)明具體優(yōu)選實(shí)施例，光增益元件是表面發(fā)射元件。在這種情況下，諧振器基本上是自調(diào)諧的，例如，它便于容易制造和保證穩(wěn)定運(yùn)行。更好的是，在光纖的纖芯端面上還有第二反射鏡端面。在這種情況下，諧振器結(jié)構(gòu)便于自調(diào)準(zhǔn)，從而使輸出的激光束自動地耦合進(jìn)入光纖。
根據(jù)權(quán)利要求書和以下的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)對于專業(yè)人員是顯而易見的。


以下參照附圖描述本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明第一個主要實(shí)施例第一方案的示意圖。
圖2是本發(fā)明工作原理的示意圖。
圖3是本發(fā)明第一個主要實(shí)施例第二方案的示意圖。
圖4是本發(fā)明第一個主要實(shí)施例第三方案的示意圖。
圖5是本發(fā)明第二個主要實(shí)施例第一方案的示意圖。
圖6是本發(fā)明第二個主要實(shí)施例第二方案的示意圖。
圖7是本發(fā)明第三個主要實(shí)施例的示意圖。
圖8a是在現(xiàn)有技術(shù)諧振器中光束循環(huán)多次的往返路徑示意圖。
圖8b是在本發(fā)明第一個主要實(shí)施例的諧振器中光束循環(huán)多次的往返路徑示意圖。
圖8c是在本發(fā)明第二個主要實(shí)施例的諧振器中光束循環(huán)多次的往返路徑示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中公開本發(fā)明第一個主要實(shí)施例的第一方案。圖1公開的一種激光源，包括第一反射鏡端面1和第二反射鏡端面2限定的主諧振腔M。在主諧振器內(nèi)安排光增益元件3，此處為邊緣發(fā)射半導(dǎo)體元件。術(shù)語“邊緣發(fā)射半導(dǎo)體元件”解釋為這樣的光增益元件，其中光基本沿垂直于外延層表面法線的方向傳播，該外延層構(gòu)成光增益元件的激活材料。光增益元件3有相對的第一端面3a和第二端面3b，其中所述第一端面3a在這種情況下構(gòu)成所述諧振腔的第一反射鏡端面1。第二端面3b是在諧振腔內(nèi)，可能有或沒有抗反射涂層，如以下所描述的。在這種情況下，諧振腔的第二反射鏡端面2在反射鏡元件4上有部分透射的寬帶反射涂層，其反射率是這樣的，在所有相關(guān)的波長下，從所述反射鏡元件4發(fā)射主諧振器M的兩個反射鏡端面之間所需預(yù)定比例功率。
按照本發(fā)明，在邊緣發(fā)射半導(dǎo)體元件3的所述第二端面3b與反射鏡元件4之間的諧振腔內(nèi)還安排色散聚焦元件5。以下描述色散聚焦元件的結(jié)構(gòu)。該色散聚焦元件展示波長有關(guān)的焦距，它產(chǎn)生光增益元件第二端面的圖像平面與波長有關(guān)位置，如在圖2中所指出的。圖2表示有第一波長λ1的光聚焦到第一平面z31，有第二波長λ2的光聚焦到第二平面z32，和有第三波長λ3的光聚焦到第三平面z33。因此，在不同的縱向位置之間移動反射鏡元件4，即，沿諧振模的光束路徑，可以改變諧振腔的有效長度，從而使光源發(fā)射不同波長的激光。色散聚焦元件能夠使諧振器有高Q值，即，對于反射鏡元件4的每個選取位置，在窄波長間隔內(nèi)有小的損耗。因此，沿圖1或圖2所示情況下所述諧振器的z軸方向僅僅移動反射鏡元件4，可以使諧振器在不同波長下調(diào)諧成諧振。此外，這種運(yùn)動可以在不改變主諧振器內(nèi)總相移的條件下完成，即，沒有模式跳變。
因此，在選取的波長下發(fā)射激光時，反射鏡元件4移動到這樣的位置，它是在給定波長下色散聚焦元件5的圖像平面位置。因此，在反射鏡元件4保持固定位置的同時，也可以移動諧振器中的其他元件以實(shí)現(xiàn)相同的效應(yīng)，例如，光增益元件3本身相對于色散聚焦元件的移動。還可以相對于反射鏡元件4移動光增益元件和色散聚焦元件以實(shí)現(xiàn)所需的效應(yīng)。
按照本發(fā)明第一個主要實(shí)施例中第一方案的變型，上述實(shí)施例中的反射鏡元件4可以與有反射面的反射元件交換，其截面上的反射率是按照這樣的方式發(fā)生變化，諧振腔的主要最低級模式是高反射的，而高級模式有低的反射率。因此，除了所需的激光波長以外，諧振器Q值對于腔中所有的波長是減小的。最高反射率是在反射鏡元件的中心區(qū)域，而在這個區(qū)域之外有較低的鏡面反射率?？梢赃@樣選取高反射面的區(qū)域，它基本上對應(yīng)于反射鏡上主模的延伸。按照這種方法，可以抑制其諧振頻率不同于主模和高級空間模諧振頻率的兩個軸向模。可以按照各種方法設(shè)計反射鏡元件，只要主諧振模比主諧振模以外波長的光有較高的鏡面反射率。通過加抗反射涂層，吸收層，擴(kuò)展的光散射層或主模高反射區(qū)以外相對于反射鏡區(qū)的反射或透射衍射表面浮雕，可以實(shí)現(xiàn)以上的效應(yīng)。還應(yīng)當(dāng)注意，可以利用有這種反射率的反射鏡元件，它在橫截面上的反射率是按照其他方式變化的。在一般情況下，它可以是R＝R(x，y)，其中R是反射鏡元件的反射率，而x和y確定描述反射鏡元件反射面的坐標(biāo)系統(tǒng)。通過正確地設(shè)計反射鏡元件的反射率圖形，可以在諧振腔內(nèi)選取任何的模式，它不一定是主模。然而，在這種情況下，需要選取一種允許傳播所需模式的增益元件，否則損耗是相當(dāng)嚴(yán)重的。
按照本發(fā)明第一個主要實(shí)施例第二方案，如圖3所示，反射鏡元件可以直接安排在光纖的一個端面上。因此，光源輸出的光可以直接耦合到單?；蚨嗄ｎ愋偷墓饫w中。
按照本發(fā)明第一個主要實(shí)施例第三方案，如圖4所示，半導(dǎo)體增益元件3的第二端面3b可以有高反射率，例如，在20-40％之間，通常是約30％，它是半導(dǎo)體材料與空氣之間界面通常具有的反射率，即，沒有抗反射涂層等。這個實(shí)施例還包括用于改變增益元件光程的裝置6，此處為加熱裝置，例如，加熱增益元件3熱電元件或的電阻器，從而改變它的光程。此處，主諧振器包括兩個耦合諧振器，一個是光增益元件3的兩個端面3a，3b確定的諧振器，而另一個是光增益元件3的第二端面3b和反射鏡元件4確定的諧振器。在這個實(shí)施例中，需要控制這兩個諧振器之間的相位關(guān)系，其中所述加熱裝置6用于改變所述光增益元件的波導(dǎo)光程作為所需激光波長的函數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，在這個實(shí)施例中，反射鏡元件4可以是上述任何類型元件。還應(yīng)當(dāng)注意，在半導(dǎo)體增益元件3第二端面3b的反射率是在以上20-40％間隔之外的情況下，也可以利用按照這個方案光增益元件中的模式相位控制。例如，當(dāng)半導(dǎo)體增益元件3第二端面3b的反射率是在10-3-10-2的范圍內(nèi)時，可以利用另一個優(yōu)選實(shí)施例中的相位控制，為的是能夠在較寬的波長范圍內(nèi)調(diào)諧光源。在這種語境下，應(yīng)當(dāng)注意改變有效光腔長度的其他方法是可能的，這是通過改變光腔中元件的折射率，例如，光腔內(nèi)單獨(dú)的光學(xué)板，借助于溫度變化或改變電場，可以改變光學(xué)板的折射率。另一種可能性是利用被分成增益部分和相位部分的增益元件，沿光腔中的光程相繼地排列這兩個部分。因此，增益部分安排成產(chǎn)生增益并可以利用增益電流進(jìn)行控制，相位部分不提供增益，而僅能改變相位部分的折射率，這是借助于相位電流進(jìn)行控制。因此，通過改變相位部分的光程，可以改變增益元件的光程。
按照本發(fā)明第一個主要實(shí)施例的另一方案，激光束可以耦合出通過主諧振腔的第一反射鏡端面，即，在這種情況下是光增益元件的第一端面。在這個實(shí)施例中，反射鏡元件4安排成反射和部分透射寬帶反射鏡，而第一端面3a安排成發(fā)射激光束的部分功率。這個方案還可用于以上描述的任何其他實(shí)施例。
以下參照圖5描述本發(fā)明第二個主要實(shí)施例的第一方案。圖5公開的一種激光源，包括第一反射鏡端面11和第二反射鏡端面12確定的主諧振腔M。在主諧振腔M內(nèi)，安排光增益元件13，此處為表面發(fā)射半導(dǎo)體增益元件。術(shù)語“表面發(fā)射半導(dǎo)體元件”解釋為這樣的光增益元件，其中光束基本沿平行于外延層表面法線的方向傳播，該外延層構(gòu)成光增益元件的激活材料。光增益元件有相對的第一端面部分13a和第二端面部分13b，其中所述第一端面部分13a在這種情況下構(gòu)成所述諧振腔的第一反射鏡端面11。第二端面部分13b是在諧振腔內(nèi)，它可以有或沒有抗反射涂層。諧振腔的第二反射鏡端面12在反射鏡元件14上有部分透射的寬帶反射涂層，其反射率是這樣選取的，諧振器中產(chǎn)生所有波長的預(yù)定比例總光功率是從第二反射鏡端面發(fā)射的。按照本發(fā)明，上述的色散聚焦元件是安排在表面發(fā)射半導(dǎo)體增益元件13的所述第二端面與反射鏡元件14之間的光腔內(nèi)。以下描述色散聚焦元件的結(jié)構(gòu)。色散聚焦元件與它的圖像平面之間具有與波長有關(guān)的距離，如圖2所示。圖2表示有第一波長λ1的光聚焦到第一平面z31，有第二波長λ2的光聚焦到第二平面z32，和有第三波長λ3的光聚焦到第三平面z33的示意圖。因此，如上所述，在沿諧振器光束路徑的不同位置之間移動反射鏡元件14，可以改變光腔的有效長度，而光源可以安排成發(fā)射不同波長的激光。色散聚焦元件能夠使諧振器有高的Q值，即，對于反射鏡元件14的每個選取位置，在窄波長間隔下有小的損耗。因此，在圖5所示的情況下，僅僅沿諧振器的z軸移動反射鏡元件14，可以在不同波長下使所述諧振器調(diào)諧到諧振。此外，可以在不改變主諧振器內(nèi)總相移的條件下完成這種移動，即，沒有模式跳變。
所以，在選取的波長下發(fā)射激光時，反射鏡元件14移動到色散聚焦元件15在所選波長下的圖像平面位置。此外，還可以移動光腔中的其他元件以實(shí)現(xiàn)相同的效應(yīng)。
按照第二個實(shí)施例的另一方案，反射鏡元件12可以有反射面，其反射率是在它的橫截面上按照上述的方式變化。在這種情況下，當(dāng)反射鏡元件沿橫向和/或縱向移動時，即，當(dāng)反射鏡元件沿垂直于和/或沿諧振模式的光束路徑移動時，諧振器波長的調(diào)諧是可能的，而沒有未對準(zhǔn)諧振器。
按照本發(fā)明第二個主要實(shí)施例的第二方案，如圖6所示，以上第二個主要實(shí)施例的反射鏡元件可以安排在光纖纖芯區(qū)的端面上，因此，光源輸出的光可以直接耦合進(jìn)入光纖，該光纖可以是單?；蚨嗄Ｐ凸饫w。這種結(jié)構(gòu)能夠自對準(zhǔn)激光進(jìn)入光纖。由于允許激光模式在表面發(fā)射增益元件中沿橫向移動，并按照上述安排所述第二反射鏡元件到纖芯上，激光模式自動地調(diào)整到纖芯的位置，因?yàn)檫@是諧振器損耗最小的位置。
按照所述第二個主要實(shí)施例的另一方案，激光束可以耦合出通過主諧振腔的第一反射鏡端面，即，在這種情況下是通過光增益元件的第一端面。在這個實(shí)施例中，反射鏡元件14最好是高反射寬帶反射鏡，而安排第一端面13a發(fā)射所需預(yù)定部分功率的激光束。
應(yīng)當(dāng)注意，在本發(fā)明第一個主要實(shí)施例的裝置中，光增益元件的第二端面成像到諧振器的第二反射鏡端面，而在第二個主要實(shí)施例中，第一反射鏡端面成像到諧振器的第二反射鏡端面，所述成像使諧振器裝置很穩(wěn)定。因此，一個反射鏡平面上的任何物點(diǎn)成像到其他反射鏡平面上。圖8b表示第一個主要實(shí)施例的工作原理，其中反射鏡元件4是角度失準(zhǔn)的(圖8a公開一種現(xiàn)有技術(shù)諧振器的參考例子)。圖8中標(biāo)記為1的光束入射到反射鏡元件4，并沿標(biāo)記為2的光束路徑重新返回到諧振器。當(dāng)標(biāo)記為2的光束到達(dá)表面3b時，該模式與光增益元件的波導(dǎo)模卷繞，和繼續(xù)前進(jìn)到第一反射鏡端面3a，并在光增益元件內(nèi)反射，再次入射到表面3b，此后重復(fù)以上的過程。這種情況可以看作是環(huán)形諧振器模式在波導(dǎo)/增益元件中被空間濾波，在諧振器的每個往返行程中濾波一次。在按照本發(fā)明裝置的第二個主要實(shí)施例情況下，圖8c表示具有角度失準(zhǔn)反射鏡元件4的諧振器穩(wěn)定性。其基本原理與以上圖8b中描述的原理大致相同。
第一反射鏡元件1也可以是反射型啁啾光柵，即，有交替高反射率和低反射率的反射疊層，其中整個疊層中各層的厚度是不同的。利用這種啁啾反射鏡元件，可以獲得寬帶波長特征。在光增益元件波導(dǎo)的末端利用這種啁啾光柵還有這樣的優(yōu)點(diǎn)，它允許光增益元件的波導(dǎo)長度是隨波長而變化。例如，可以設(shè)計這樣的啁啾光柵反射鏡，其波導(dǎo)長度隨波長而增大/減小合適的量，因此，光增益元件的總有效相移變成與波長無關(guān)的恒定值。這可以看作是圖4所示實(shí)施例的另一方案。
以下詳細(xì)地描述上述實(shí)施例中的色散聚焦元件。按照直接法，色散聚焦元件是由具有色散和聚焦特征的單個正折射率透鏡元件構(gòu)成。折射型元件的折射率與入射光波長有關(guān)，從而產(chǎn)生色散效應(yīng)?；蛘?，色散聚焦元件可以由折射型透鏡的組合構(gòu)成，它的作用是正透鏡，即使該組合中的一個或多個透鏡是負(fù)透鏡。在這種情況下，透鏡組合的焦距隨入射光的波長而變化。在透鏡組合中選取合適的材料組合，可以調(diào)整它的色散量以補(bǔ)償由于波長變化造成諧振器光程變化，從而提供一種沒有模式跳變的諧振器。此外，色散聚焦元件可以由一個折射型元件和一個衍射型元件構(gòu)成。例如，這可以借助于這樣一個透鏡構(gòu)成，該透鏡有一個折射面和具有衍射表面浮雕的相反折射面。這種元件也可以是折射型透鏡元件和分開的衍射元件，例如，它可以安排成在具有第二反射鏡端面的元件上衍射表面浮雕(例如，具有衍射表面浮雕的元件上玻璃板和在相對的表面上有反射鏡)。這種分開的衍射元件也可以與第二反射鏡端面分開。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在反射鏡與衍射表面浮雕之間一定存在某個距離以實(shí)現(xiàn)所需的功能。在非直線腔幾何結(jié)構(gòu)的情況下，例如，折疊腔，色散聚焦元件可以是有衍射表面浮雕的聚焦反射面。作為另一個方案，色散聚焦元件可以是所謂的GRIN元件(梯度型折射率元件)，最好是，在它的一個表面上有衍射表面浮雕。作為另一個方案，色散聚焦元件可以由平面或曲面上的衍射表面浮雕構(gòu)成，它是具有反射鏡元件2的部分主體。然而，可以利用全息光學(xué)元件作為色散聚焦元件，或單獨(dú)地或與上述任何一個元件進(jìn)行組合。
關(guān)于上述的色散聚焦元件，應(yīng)當(dāng)注意，只要聚焦元件有合適的色散，激光器就變成可調(diào)諧的，它與色散的符號無關(guān)。然而，在某些情況下，模式跳變可能是一個問題。通過補(bǔ)償使諧振器的Q值在波長有關(guān)的諧振器長度中是最大，則可以實(shí)現(xiàn)沒有模式跳變的激光器，諧振器長度對應(yīng)于諧振器內(nèi)的恒定相移。色散的選擇是使模腰的移動與波節(jié)圖形沿腔光軸伸展有相同的速度?？梢钥刂撇煌ㄩL長下模腰的移動速度，例如，為了得到一定的透鏡色散，可以調(diào)整光增益元件與色散聚焦元件之間的距離。
如以上所指出的，本發(fā)明不局限于直線腔幾何結(jié)構(gòu)，事實(shí)上，它可以在任意彎曲或折疊光腔中實(shí)現(xiàn)。圖7表示這種光腔的一個例子。在這種情況下，兩個色散聚焦元件5a，5b安排在互相隔開一段距離的光腔內(nèi)。每個色散聚焦元件相對于原始光束路徑方向有傾斜色散，即，該元件提供傾斜傳播方向的輸出光束，其傾斜角與入射光的波長有關(guān)。在兩個所述色散聚焦元件之間，安排一個中心可移動反射鏡9，來自一個色散聚焦元件的輸出光束反射進(jìn)入另一個色散聚焦元件，而反射鏡的位置確定哪個波長的被反射，從而提供一種有可變有效腔長的可調(diào)光源。最好是，該裝置是這樣的，第一反射鏡端面的任何物點(diǎn)不但成像到第二反射鏡端面，而且還成像到中心可移動反射鏡。因此，可以實(shí)現(xiàn)十分穩(wěn)定的諧振器。此外，專業(yè)人員可以容易地提出利用本發(fā)明概念的其他折疊腔結(jié)構(gòu)。借助于衍射光柵元件或折射型元件，例如，棱鏡，可以實(shí)現(xiàn)傾斜色散。此外，傾斜色散還可用在非折疊腔中，其中色散元件(例如，旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡)是“離軸”使用，即，進(jìn)入色散元件的光學(xué)模是在不同于元件光軸位置的位置上。
按照本發(fā)明的另一方案，可以在光腔內(nèi)安排第二個色散聚焦元件，其中空間濾波單元放置在第一聚焦元件與第二聚焦元件之間。例如，空間濾波單元可以是有中心孔徑的針孔元件，它允許主模，即，最低級模，傳輸通過針孔元件，而使高級模有較高的損耗。通過改變針孔元件的位置，可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧性。
因此，按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)激光源，該激光源的可調(diào)間隔僅受光增益元件頻譜寬度的限制。與此對比，若不使用色散聚焦元件，則實(shí)現(xiàn)的可調(diào)激光源僅在窄的有限波長間隔內(nèi)(其數(shù)量級約為諧振器的一個自由頻譜寬度)可以調(diào)諧。這種激光源具有固有簡單的結(jié)構(gòu)，并可以制造成經(jīng)濟(jì)有效和小型的激光源。在它的最簡單實(shí)施方案中，可調(diào)光源包含單個衍射元件，它可以有以上描述的各種設(shè)計，并放置在與它一起構(gòu)成諧振器的第一反射面與第二反射面之間。此外，由于第一反射鏡端面或光增益元件第二端面上的任何物點(diǎn)可以成像到第二反射鏡端面(或相反的情況)，該諧振器是非常穩(wěn)定且對于失準(zhǔn)是不靈敏的。在表面發(fā)射元件的情況下，光腔甚至是自調(diào)準(zhǔn)的，它便于制造并使光腔對于長期使用造成的變化不靈敏。
此外，應(yīng)當(dāng)注意，在整個描述中為了簡單化，術(shù)語“反射和透射”用于描述反射鏡元件的特征。專業(yè)人員知道，這種元件實(shí)際上通常是部分反射和部分透射的，這種部分特征包括在以上定義的“反射”和“透射”中。此外，專業(yè)人員容易理解，以上描述的實(shí)施例僅僅是如何可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的例子。應(yīng)當(dāng)特別注意，上述的光源通常有一個或兩個光出口，但是，多出口光腔在本發(fā)明的范圍內(nèi)也是可行的。然而，光源諧振器通常有兩個光輸出端，一個輸出端輸出激光束，另一個輸出端輸出監(jiān)測光束，監(jiān)測光束用于監(jiān)測和控制激光器的特征，例如，功率和波長。
還應(yīng)當(dāng)注意，必須仔細(xì)考慮諧振器內(nèi)數(shù)值孔徑(NA)的選擇，即，傳播到第二反射鏡元件時模式發(fā)散角(θ)的正弦。若NA值是低的，則諧振器的模式選擇性也是低的；若NA值是高的，則模式選擇性也是高的。最好是，選取的NA值(靠近第二反射鏡元件)是在0.1-0.6的范圍內(nèi)，即使NA值是在這個范圍以外，在某些應(yīng)用中仍然適用。
此外，應(yīng)當(dāng)注意，光增益元件的第一端面和第二端面可以是平行或非平行的，術(shù)語“相對的”可以覆蓋所有這些情況，例如，光增益元件有些彎曲，以及它們兩端的平面之間形成一個夾角。還應(yīng)當(dāng)考慮這樣的情況，光增益元件的端面可以是發(fā)生內(nèi)反射的表面，或允許模式從光增益元件輸出的表面。
關(guān)于光增益元件，應(yīng)當(dāng)注意，可以利用各種材料制成，例如，半導(dǎo)體材料，摻雜波導(dǎo)材料，例如，摻鉺光纖，或摻雜固態(tài)晶體。然而，還可以利用其他的材料。此外，還應(yīng)當(dāng)注意，光增益材料的泵激方法可以是電學(xué)或光學(xué)方法，這對于本發(fā)明的內(nèi)容是不重要的。
按照本發(fā)明的光源可用在多個應(yīng)用領(lǐng)域，例如，遠(yuǎn)程通信，還可以用在諸如信息產(chǎn)生和控制的應(yīng)用中，或用于元件測試和測量。在后者的情況下，光源可用于測試和測量遠(yuǎn)程通信領(lǐng)域內(nèi)元件，子系統(tǒng)和較大系統(tǒng)的波長特征。該光源在WDM領(lǐng)域內(nèi)是特別有用的，其中光源可以按照ITU網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置在上百個標(biāo)準(zhǔn)化波長信道中的一個信道上。此外，按照本發(fā)明的光源還可應(yīng)用于光譜學(xué)領(lǐng)域，例如，用于檢測氣體，或測量氣體的成分。該光源還可應(yīng)用在計量學(xué)領(lǐng)域，例如，用于測量距離和/或速度。
最后，應(yīng)當(dāng)注意，在研究這個公開的內(nèi)容和所附權(quán)利要求書之后，本發(fā)明的許多改進(jìn)和變化對于專業(yè)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種波長可調(diào)光源，包括有第一反射鏡端面和第二反射鏡端面的主諧振器，這兩個端面限定有效的光腔長度，即，光腔諧振模式的光束程長；有相對第一端面和第二端面的光增益元件，所述第二端面的位置是在所述主諧振器內(nèi)；構(gòu)成所述第二反射鏡端面的反射鏡元件；和色散聚焦諧振器元件，它的位置是在沿光束路徑的所述第二端面與所述反射鏡元件之間；其中所述主諧振器的所述有效光腔長度是可變的。
2.按照權(quán)利要求1的光源，其中所述主諧振器的所述第一反射鏡端面是由光增益元件的所述第一端面構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1或2的光源，其中通過改變沿所述光腔光束路徑的所述第一反射鏡端面與第二反射鏡端面之間的距離，可以改變有效光腔長度。
4.按照權(quán)利要求3的光源，其中所述色散聚焦元件與其圖像平面的距離與波長有關(guān)。
5.按照權(quán)利要求4的光源，其中構(gòu)成所述第二反射鏡端面的所述反射鏡元件位置是在激光器發(fā)射的激光波長下色散聚焦元件的圖像平面上。
6.按照權(quán)利要求1或2的光源，包括第二色散聚焦元件，其中空間濾波單元放置在第一聚焦元件與第二聚焦元件之間。
7.按照權(quán)利要求1或2的光源，其中色散聚焦元件有與波長有關(guān)的傾斜色散。
8.按照權(quán)利要求7的光源，還包括第二色散聚焦元件，其中偏轉(zhuǎn)反射鏡安排成在進(jìn)入另一個所述色散聚焦元件之前反射從一個所述色散聚焦元件輸出的光束，所述偏轉(zhuǎn)反射鏡是可移動的以改變所述有效光腔長度。
9.按照以上權(quán)利要求中任何一個的光源，其中所述光增益元件是由半導(dǎo)體增益元件構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9的光源，其中所述半導(dǎo)體增益元件是由表面發(fā)射半導(dǎo)體增益元件構(gòu)成。
11.按照權(quán)利要求10的光源，它有自動自調(diào)整光腔，因此，激光的發(fā)射基本上獨(dú)立于光源中各個固有元件的單獨(dú)位置。
12.按照權(quán)利要求9的光源，其中所述半導(dǎo)體增益元件是由邊緣發(fā)射半導(dǎo)體元件構(gòu)成。
13.按照權(quán)利要求12的光源，其中所述光源包括一種裝置，用于改變所述光增益元件的光程以控制激光模式的相位。
14.按照權(quán)利要求13的光源，其中通過調(diào)節(jié)增益元件的溫度，可以改變所述光增益元件的光程。
15.按照權(quán)利要求13的光源，其中反射鏡元件1包括啁啾軸向光柵，它可以設(shè)計成改變光增益元件的光程。
16.按照權(quán)利要求13的光源，其中光增益元件被分成增益部分和相位部分，它們是相繼地沿光腔的光束路徑排列，其中通過改變相位部分的光程，可以改變增益元件的光程。
17.按照以上權(quán)利要求中任何一個的光源，其中主諧振器的光程是可以改變的，使主諧振腔的總相移量可以保持恒定，它與發(fā)射的激光波長無關(guān)。
18.按照以上權(quán)利要求中任何一個的光源，其中光增益元件的第二表面和第二反射鏡端面定義為兩個光共軛平面。
19.按照以上權(quán)利要求中任何一個的光源，其中在表面發(fā)射半導(dǎo)體元件的情況下，所述第二反射鏡端面是在光纖的一個端面上，最好是在光纖的纖芯端面上。
20.按照以上權(quán)利要求中任何一個的光源，其中色散聚焦元件是由單個成像光學(xué)元件構(gòu)成。
21.按照以上權(quán)利要求中任何一個的光源，其中色散聚焦元件是由多個光學(xué)元件的組合構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波長可調(diào)光源，包括有第一反射鏡端面和第二反射鏡端面的主諧振器，這兩個限定端面有效光腔長度，即，光腔諧振模式的光束程長；有相對第一端面和第二端面的光增益元件，所述第二端面的位置是在沿所述主諧振器內(nèi)；構(gòu)成所述第二反射鏡端面的反射鏡元件；和色散聚焦諧振器元件，它的位置是在沿光束路徑的所述第二端面與所述反射鏡元件之間，其中所述主諧振器的所述有效光腔長度是可變的。
文檔編號H01S5/30GK1672302SQ03813018
公開日2005年9月21日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者肯尼斯·維爾赫爾姆森 申請人:阿爾法艾斯股份公司