[發明專利]一種實現頻率自鎖定的分布反饋外腔窄線寬半導體激光器

有效

• 申請號: 201210208573.4
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102709811A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 劉建國;劉宇;黃寧博
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14;H01S5/068
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于光通信器件技術領域，具體說是一種實現頻率自鎖定的分布反饋外腔窄線寬半導體激光器。

背景技術

從半導體激光器誕生之日起，隨著激光技術的應用，在光通信系統、生物醫學、相干探測、水質檢測等領域都需要用到單縱模半導體激光器，并且在大部分情況下對半導體激光器的線寬有著嚴格要求，窄線寬半導體激光器成為許多應用領域中的關鍵器件。

例如，在光通信中，國際電工聯合會(ITU)提出了32路WDM波長定位標準的建議：f＝193.1±0.1×N(THz)，N為整數。中心頻率為193.1THz，對應于1550nm波段，0.1THz的信道頻率間隔相應于0.8nm的波長間隔。在長距離、高速傳輸系統中，如果激光器輸出的光譜較寬，光纖色散會使脈沖展寬，容易引起碼間串擾。在WDM系統中，光源的線寬應滿足以下關系：f_B·L≤1/(4D·δv)，其中f_B為數據傳輸速率，L為傳輸距離，D為色散系數，δv為光源線寬。在1550nm波段，G.652單模光纖色散系數為D＝20ps/nm·km，因此在色散系數一定的情況下，要提高數據傳輸速率和傳輸距離，就必須壓窄激光器線寬。否則激光器在高速調制下就會出現啁啾現象，從而嚴重影響系統性能和激光器調制速率的提高。

此外，當半導體激光器應用于干涉測量、相干探測時，由于半導體激光器本身光束發散、光束相干性較差，若不對其進行整形和線寬壓窄，半導體激光器將不能有效應用于干涉測量系統中。

可以看出，窄線寬半導體激光器應用范圍廣泛，有很大市場需求；而如何對當前普通半導體激光器尤其是廣泛使用的分布反饋半導體激光器或是分布布拉格反射半導體激光器進行線寬壓窄則成為亟需解決的問題。研究人員已經探索出了一些壓窄激光器線寬的方法，如提高半導體激光器輸出功率、外腔反饋、提高微分增益等。通過提高激光器輸出功率來壓窄線寬的方法受飽和輸出功率的影響，線寬并不能被無限壓窄，在實際中并不實用；提高微分增益則常用在量子阱激光器中；而較成熟且實用的壓窄激光器線寬的方法是外腔反饋法。

F-P標準具廣泛應用于計量學、光譜學、天文學等方面，常作為激光器諧振腔、梳狀濾波器、可調諧濾波器、波長鎖定器等應用，它是一種應用非常靈活的光學器件。F-P標準具的透射特性根據光束入射角和兩反射鏡的間距來確定，器件參數由自由光譜范圍(FSR)和精細度表征。F-P標準具作為濾波器或波長鎖定器來使用使，通過調節激光器輸出波長，使輸出波長與標準具的峰值透射譜重合，這樣就可以使激光器單模輸出，并且輸出波長或頻率更加穩定。這對于密集波分復用(DWDM)系統中減小波長間隔、增加信道頻率穩定性也具有重要作用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種實現頻率自鎖定的分布反饋外腔窄線寬半導體激光器，以有效壓窄分布反饋半導體激光器線寬，同時通過使用F-P標準具實現該外腔半導體激光器的頻率自鎖定。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種實現頻率自鎖定的分布反饋外腔窄線寬半導體激光器，包括在光路上依次設置的半導體激光器a、準直透鏡b、偏振棱鏡c、第一1/4波片d、F-P標準具e、第二1/4波片f、前腔面反射鏡g、隔離器h、聚焦透鏡i和光纖j。

上述方案中，所述半導體激光器a選用分布反饋半導體激光器，或者選用分布布拉格反射(DBR)半導體激光器。所述半導體激光器a的左端面入光口鍍高反射膜，右端面出光口鍍增透膜。

上述方案中，所述準直透鏡b的前后端面均鍍有增透膜，以避免反射。

上述方案中，為避免反射，所述偏振棱鏡c在前后端面均鍍有增透膜，或者略微傾斜一個角度。

上述方案中，所述F-P標準具e兩端面均鍍有高反膜，以實現高Q值濾波器。所述F-P標準具e的腔長，使其自由光譜范圍達到50GHz或100GHz，且透射波長與ITU-T標準波長匹配。