專利名稱：波長可調(diào)型激光源裝置、激光系統(tǒng)和激光源波長調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及波長可調(diào)型激光源裝置，特別涉及一種具有法布里-珀羅二極管的波長可調(diào)型激光源裝置。
背景技術(shù)：
隨著光傳輸技術(shù)的發(fā)展，光纖傳輸在傳輸速率/傳輸距離和抗干擾能力上的優(yōu)勢，使光傳輸技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。一般而言，光纖通信系統(tǒng)的光源為法布里-珀羅二極管(Fabry-Perot Laser Diode，F(xiàn)P-LD)，其中法布里-珀羅二極管是使用法布里-珀羅二干擾原理而產(chǎn)生光源。然而，目前以法布里-珀羅二極管作為快速波長可調(diào)系統(tǒng)的光源的旁模壓抑比(Side Mode Suppression Ration ；SMSR)不佳，其功率也不穩(wěn)定。因此，極需一種具有高旁模壓抑比和穩(wěn)定功率的裝置和系統(tǒng)，來作為光纖通信的光源。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本公開提供一種波長可調(diào)型激光源裝置，包括第一、第二法布里-珀羅二極管，第一、第二法布里-珀羅二極管中的每一個輸出一光源注入另一個；一可調(diào)式帶通濾波器，耦接于法布里-珀羅二極管之間，用以將光源調(diào)整成所想要的波長模態(tài) (wavelength mode)；以及一光耦合器，用以耦合光源，其中第一、第二法布里-珀羅二極管、可調(diào)式帶通濾波器和光耦合器形成一增益共振腔，并且光耦合器輸出增益共振腔的光作為一激光源。本公開亦提供一種激光系統(tǒng)，包括一波長可調(diào)型激光源陣列，包括多個波長可調(diào)型激光源裝置，用以輸出多個激光源，其中激光源具有不同的中心波長，每一波長可調(diào)型激光源裝置包括第一、第二法布里-珀羅二極管，第一、第二法布里-珀羅二極管中的每一個輸出一光源注入另一個；一可調(diào)式帶通濾波器，耦接于法布里-珀羅二極管之間，用以將光源調(diào)整成所想要的波長模態(tài)；以及一光耦合器，用以耦合光源，以及輸出一激光源；其中第一、第二法布里-珀羅二極管、可調(diào)式帶通濾波器和光耦合器形成一增益共振腔；一光切換器，耦接波長可調(diào)型激光源陣列，用以接收激光源，以便選擇性地輸出激光源；以及一控制器，耦接至波長可調(diào)型激光源陣列，以便控制激光源的波長模態(tài)。本公開亦提供一種激光源波長調(diào)制方法，包括將一第一法布里-珀羅二極管所輸出的光，通過一光耦合器和一可調(diào)式帶通濾波器，注入至一第二法布里-珀羅二極管；將第二法布里-珀羅二極管所輸出的光，通過光耦合器和可調(diào)式帶通濾波器，注入至第一法布里-珀羅二極管，使得第一、第二法布里-珀羅二極管、可調(diào)式帶通濾波器和光耦合器形成一增益共振腔；以及輸出增益共振腔內(nèi)的光，作為一激光源。為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下


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圖1是本公開的具有法布里-珀羅二極管的波長可調(diào)型激光源裝置的一實施例。圖加是本公開的法布里-珀羅二極管12的多個輸出模態(tài)的一示意圖。圖2b是本公開的法布里-珀羅二極管13的多個輸出模態(tài)的一示意圖。圖3是本公開的增益共振腔的一示意圖。圖4是本公開的波長可調(diào)型激光源裝置所輸出的激光源一波形圖。圖5是本公開的波長可調(diào)型激光源裝置所輸出的激光源的波長、功率和旁模壓抑比之間的關(guān)系圖。圖6是本公開的激光系統(tǒng)的一實施例。圖7是本公開的激光源波長調(diào)制方法的一流程圖。圖8是本公開的波長可調(diào)型激光源裝置所輸出的激光源的波長、功率和時間之間的關(guān)系圖。主要元件符號說明11、Μ1、Μ2、Μ3、Μ4、Μη 波長可調(diào)型激光源裝置；12、13 法布里-珀羅二極管；14:可調(diào)式帶通濾波器；15 光耦合器；16:偏光控制器；17 激光源；λ 1 波長；61 激光系統(tǒng)；62 波長可調(diào)型激光源陣列；63 光切換器；64 控制器；S71 S75 步驟。
具體實施例方式本公開為光纖通信的波長可調(diào)式激光源，利用多輸出模態(tài)的法布里-珀羅二極管 (Fabry-Perot Laser Diode,FP-LD)當作內(nèi)部注入式的光源及增益共振腔的反射元件來達成波長可調(diào)型激光源的架構(gòu)，以達到高旁模壓抑比和穩(wěn)定功率的目的。圖1是本公開的具有法布里-珀羅二極管的波長可調(diào)型激光源裝置的一實施例。 如圖所示，波長可調(diào)型激光源裝置11包括二法布里-珀羅二極管12與13、一可調(diào)式帶通濾波器(Tunable Bandpass Filter，TBF) 14 和一光耦合器(Optical Coupler，OCP) 15。舉例來說，法布里-珀羅二極管12與13各別輸出一光源注入另一個，即法布里-珀羅二極管12 輸出光源注入至法布里-珀羅二極管13，而法布里-珀羅二極管13亦輸出光源注入至法布里-珀羅二極管12?？烧{(diào)式帶通濾波器14耦接于法布里-珀羅二極管12與13之間，用以將光源調(diào)整成所想要的波長模態(tài)，而光耦合器15用以耦合上述光源。在此實施例中，光源在法布里-珀羅二極管12與13、可調(diào)式帶通濾波器14和光耦合器15間來回反射，并通過法布里-珀羅二極管12與13的增益介質(zhì)將所選取的波長模態(tài)加強。因此，法布里-珀羅二極管12與13、可調(diào)式帶通濾波器14和光耦合器15形成一增益共振腔，并且光耦合器15輸出增益共振腔的光作為一激光源17。在此實施例中，光耦合器15可以是1X2及50:50光耦合器，在某些實施例中光耦合器15也可以是另外一種類型的光耦合器，舉例來說，2X2 光耦合器或4X2光耦合器，但不限于此。本公開實施例的增益共振腔使用內(nèi)部注入式的光源，因此增益共振腔為一內(nèi)部注入式共振腔。在某些實施例中，波長可調(diào)型激光源裝置11還包括一偏光控制器(Polarization Controller, PC) 16，具有一第一端耦接至布里-珀羅二極管13的輸出端，以及一第二端耦接至光耦合器15的輸入端，用以控制法布里-珀羅二極管12與13所輸出的光源的偏振狀態(tài)。當布里-珀羅二極管13與可調(diào)式帶通濾波器14的距離很遠時，使用偏光控制器16可使法布里-珀羅二極管12與13所輸出的光源維持在穩(wěn)定狀態(tài)。圖加是本公開的法布里-珀羅二極管12的多個輸出模態(tài)的一示意圖，圖2b是本公開的法布里-珀羅二極管13的多個輸出模態(tài)(mode)的一示意圖。如圖所示，法布里-珀羅二極管12與13具有多個輸出模態(tài)，而中心波長相同(互相匹配)，并且每二輸出模態(tài)間具有固定模距(Mode spacing)。在某些實施例中，法布里-珀羅二極管12與13也可中心波長不同，只須特定輸出模態(tài)相同。圖3是本公開的增益共振腔的一示意圖。如圖3所示，法布里-珀羅二極管12與 13、可調(diào)式帶通濾波器14和光耦合器15 (未繪出)形成增益共振腔?？烧{(diào)式帶通濾波器14 選取法布里-珀羅二極管12與13的輸出模態(tài)的一個(例如波長λ 1)為激光源17的波長模態(tài)。在某些實施例中，法布里-珀羅二極管12與13的前端面反射率約為35 45%，后端面反射率約為99%，但不限于此。增益共振腔利用法布里-珀羅二極管12與13的后端面將光反射回去，并通過法布里-珀羅二極管12與13的增益介質(zhì)將所選取的輸出模態(tài)(即波長模態(tài)(mode))增強，以增加旁模壓抑比(Side Mode Suppression Ration，SMSR)。圖4是本公開的波長可調(diào)型激光源裝置所輸出的激光源的一波形圖。本公開實施例的激光源17可依使用者需求調(diào)制波長模態(tài)，激光源17的波長模態(tài)的調(diào)制間距(Timing step)由法布里-珀羅二極管12與13的固定模距所決定(例如固定模距為1. 4nm，但不限于此)。詳細而言，如圖2所示，法布里-珀羅二極管12與13具有多個輸出模態(tài)，通過可調(diào)式帶通濾波器14用以將多個輸出模態(tài)的一個輸出模態(tài)通過，其余的輸出模態(tài)不予通過，因此激光源17的波長模態(tài)僅為多個輸出模態(tài)的一個，使得可調(diào)式帶通濾波器14所能調(diào)制的調(diào)制間距為輸出模態(tài)的固定模距(即為輸出模態(tài)的間距)。如圖4所示，激光源17的波長模態(tài)可調(diào)制的范圍從1528. 6nm至1562. 6nm，但并不限于此。圖4僅繪出激光源17的5個波長模態(tài)，以供說明之用，但實際上激光源17具有5個以上的波長模態(tài)。圖5是本公開的波長可調(diào)型激光源裝置所輸出的激光源的波長、功率和旁模壓抑比之間的關(guān)系圖。如圖5所示，功率越高則旁模壓抑比越高，功率越低則旁模壓抑比越低， 因此功率與旁模壓抑比成正相關(guān)。如第5所示，與法布里-珀羅二極管的中心波長較遠的波長模態(tài)具有較低的功率與旁模壓抑比，使得旁模壓抑比最佳的范圍(例如45dB以上)則在波長約為1535nm至1555nm的范圍之間(即中心波長1545. 6nm士 IOnm)。圖6是本公開的激光系統(tǒng)的一實施例。如圖所示，激光系統(tǒng)61包括一波長可調(diào)型激光源陣列62、一光切換器63和一控制器64。波長可調(diào)型激光源陣列62用以輸出多個激光源，其中上述激光源具有不同的中心波長。光切換器63耦接波長可調(diào)型激光源陣列62， 用以接收激光源，以便選擇性地輸出上述激光源?？刂破?4耦接至波長可調(diào)型激光源陣列62，以便控制激光源的波長模態(tài)。波長可調(diào)型激光源陣列62包括η個波長可調(diào)型激光源裝置Ml、Μ2、M3、M4至Mn， 每個波長可調(diào)型激光源裝置Ml Mn可以是如圖1所示的波長可調(diào)型激光源裝置11。波長可調(diào)型激光源裝置Ml Mn具有不同的中心波長，使得在激光系統(tǒng)61所輸出的激光源范圍的旁模壓抑比為最佳值(例如大于45dB)。舉例來說，如果η等于3并且波長可調(diào)型激光源裝置Μ2的中心波長為1545. 6nm，其旁模壓抑比最佳的范圍(例如45dB以上)在 1545. 6nm士 lOnm，則波長可調(diào)型激光源裝置Ml與M3可各別選用中心波長為1525. 6nm與 1565. 6nm的法布里-珀羅二極管，因此波長可調(diào)型激光源裝置Ml與M3的旁模壓抑比最佳的范圍(例如45dB以上)各別為1525. 6nm士 IOnm和1565. 6nm士 10nm，使得激光系統(tǒng)61的波長模態(tài)可調(diào)范圍從1515. 6nm至1575. 6nm，并且在這個范圍內(nèi)的旁模壓抑比皆為最佳值 (例如45dB以上)。由于波長可調(diào)型激光源裝置Ml Mn可以調(diào)制激光源的波長模態(tài)，使得具有波長可調(diào)型激光源陣列62的激光系統(tǒng)61亦為波長可調(diào)型激光系統(tǒng)。激光系統(tǒng)61 使用波長可調(diào)型激光源陣列62的好處在于可以克服旁模壓抑比與功率不佳的缺陷，也可克服單一法布里-珀羅二極管輸出模態(tài)的限制，以便擴大波長可調(diào)的范圍。圖7是本公開的激光源波長調(diào)制方法的一流程圖，如圖所示，激光源波長調(diào)制方法包括下列步驟。在步驟S71，將法布里-珀羅二極管12所輸出的光，通過光耦合器15和可調(diào)式帶通濾波器14，注入至法布里-珀羅二極管13。在步驟S72，將法布里-珀羅二極管13所輸出的光，通過光耦合器15和可調(diào)式帶通濾波器14，注入至法布里-珀羅二極管12，使得在步驟S73時，法布里-珀羅二極管12與13、可調(diào)式帶通濾波器14和光耦合器15形成增益共振腔。在步驟S74，通過可調(diào)式帶通濾波器14選取輸出模態(tài)的一個為激光源17的波長模態(tài)。在步驟S75，輸出增益共振腔內(nèi)的光作為激光源17。圖8是本公開的波長可調(diào)型激光源裝置所輸出的激光源的波長、功率和時間之間的關(guān)系圖。如圖所示，在20分鐘內(nèi)，激光源17的波長模態(tài)很穩(wěn)定地維持在1M4. 7nm，功率也維持在-5. 3dBm,因此本公開的波長可調(diào)型激光源裝置11與激光系統(tǒng)61所輸出的激光源
具有高穩(wěn)定性。綜合以上所述，本公開的波長可調(diào)型激光源裝置11和激光系統(tǒng)61具有高旁模壓抑比和高功率穩(wěn)定性，并且法布里-珀羅二極管相當?shù)土?，因此可直接?yīng)用于光通信網(wǎng)絡(luò)(例如波分復(fù)用器(Wavelength Division Multiplexing, WDM)或時分復(fù)用器 (time-division multiplexing, TDM))作為光源。雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例公開如上，但并非用以限制本發(fā)明。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能知悉本發(fā)明權(quán)利要求書應(yīng)被寬廣地認定以涵括本發(fā)明所有實施例及其變型。
權(quán)利要求
1.一種波長可調(diào)型激光源裝置，包括第一、第二法布里-珀羅二極管，上述第一、第二法布里-珀羅二極管中的每一個輸出一光源注入另一個；一可調(diào)式帶通濾波器，耦接于上述法布里-珀羅二極管之間，用以將上述光源調(diào)整成所想要的波長模態(tài)；以及一光耦合器，用以耦合上述光源，其中上述第一、第二法布里-珀羅二極管、上述可調(diào)式帶通濾波器和上述光耦合器形成一增益共振腔，并且上述光耦合器輸出上述增益共振腔的光作為一激光源。
2.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)型激光源裝置，其中上述第一、第二法布里-珀羅二極管具有多個輸出模態(tài)，并且每二輸出模態(tài)間具有一固定模距。
3.如權(quán)利要求2所述的波長可調(diào)型激光源裝置，其中上述可調(diào)式帶通濾波器選取上述輸出模態(tài)的一個為上述激光源的波長模態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的波長可調(diào)型激光源裝置，其中上述激光源的波長模態(tài)的調(diào)制間距由上述固定模距所決定。
5.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)型激光源裝置，其中上述增益共振腔為一內(nèi)部注入式共振腔。
6.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)型激光源裝置，其中上述光耦合器為一50:50光耦合ο
7.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)型激光源裝置，還包括一偏光控制器，用以控制上述光源的偏振狀態(tài)，使得上述光源維持在穩(wěn)定狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)型激光源裝置，其中上述第一法布里-珀羅二極管與上述第二法布里-珀羅二極管的中心波長相同。
9.一種激光系統(tǒng)，包括一波長可調(diào)型激光源陣列，包括多個波長可調(diào)型激光源裝置，用以輸出多個激光源，其中上述激光源具有不同的中心波長，每一上述波長可調(diào)型激光源裝置包括第一、第二法布里-珀羅二極管，上述第一、第二法布里-珀羅二極管中的每一個輸出一光源注入另一個；一可調(diào)式帶通濾波器，耦接于上述法布里-珀羅二極管之間，用以將上述光源調(diào)整成所想要的波長模態(tài)；以及一光耦合器，用以耦合上述光源，以及輸出一激光源；其中上述第一、第二法布里-珀羅二極管、上述可調(diào)式帶通濾波器和上述光耦合器形成一增益共振腔；一光切換器，耦接上述波長可調(diào)型激光源陣列，用以接收上述激光源，以便選擇性地輸出上述激光源；以及一控制器，耦接至上述波長可調(diào)型激光源陣列，以便控制上述激光源的波長模態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的激光系統(tǒng)，其中上述第一、第二法布里-珀羅二極管具有多個輸出模態(tài)，并且每二輸出模態(tài)間具有一固定模距。
11.如權(quán)利要求10所述的激光系統(tǒng)，其中上述可調(diào)式帶通濾波器選取上述輸出模態(tài)的一個為上述激光源的波長模態(tài)。
12.如權(quán)利要求11所述的激光系統(tǒng)，其中上述激光源的波長模態(tài)的調(diào)制間距由上述固定模距所決定。
13.如權(quán)利要求10所述的激光系統(tǒng)，其中每一上述波長可調(diào)型激光源裝置還包括一偏光控制器，用以控制上述光源的偏振狀態(tài)，使得上述光源維持在穩(wěn)定狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求10所述的激光系統(tǒng)，其中上述激光系統(tǒng)和上述波長可調(diào)型激光源裝置是應(yīng)用在光纖通信上。
15.如權(quán)利要求10所述的激光系統(tǒng)，其中上述光耦合器為一50:50光耦合器。
16.如權(quán)利要求10所述的激光系統(tǒng)，其中上述第一法布里-珀羅二極管與第二法布里-珀羅二極管的中心波長相同。
17.—種激光源波長調(diào)制方法，包括將一第一法布里-珀羅二極管所輸出的光，通過一光耦合器和一可調(diào)式帶通濾波器， 注入至一第二法布里-珀羅二極管；將上述第二法布里-珀羅二極管所輸出的光，通過上述光耦合器和上述可調(diào)式帶通濾波器，注入至上述第一法布里-珀羅二極管，使得上述第一、第二法布里-珀羅二極管、上述可調(diào)式帶通濾波器和上述光耦合器形成一增益共振腔；以及輸出上述增益共振腔內(nèi)的光，作為一激光源。
18.如權(quán)利要求17所述的激光源波長調(diào)制方法，其中上述第一、第二法布里-珀羅二極管具有多個輸出模態(tài)，并且每二輸出模態(tài)間具有一固定模距。
19.如權(quán)利要求18所述的激光源波長調(diào)制方法，還包括通過上述可調(diào)式帶通濾波器選取上述輸出模態(tài)的一個為上述激光源的波長模態(tài)。
20.如權(quán)利要求19所述的激光源波長調(diào)制方法，其中上述激光源的波長模態(tài)的調(diào)制間距由上述固定模距所決定。
全文摘要
一種波長可調(diào)型激光源裝置、激光系統(tǒng)和激光源波長調(diào)制方法。該波長可調(diào)型激光源裝置，包括第一、第二法布里-珀羅二極管；一可調(diào)式帶通濾波器，耦接于法布里-珀羅二極管之間，用以將光源調(diào)整成所想要的波長模態(tài)(wavelength mode)；以及一光耦合器，用以耦合光源，其中第一、第二法布里-珀羅二極管中的每一個輸出一光源注入另一個，第一、第二法布里-珀羅二極管、可調(diào)式帶通濾波器和光耦合器形成一增益共振腔，并且光耦合器輸出增益共振腔的光作為一激光源。
文檔編號H01S3/106GK102487176SQ20101060629
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者葉建宏 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院