[發明專利]波長可掃掠激光源

有效

• 申請號: 201380048578.8
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN104641517B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 克雷斯滕·溫德;托爾·安斯貝克;鄭一碩;奧勒·漢森
• 申請（專利權）人: 丹麥科技大學
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/022;H01S5/10;H01S5/34
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 蔡勝有,顧晉偉

技術領域

本公開內容涉及波長可掃掠激光源、激光源系統以及使用激光源的方法。

背景技術

在許多應用例如光譜學和光譜干涉中，需要具有寬的光學帶寬和快速調諧速度的波長可調諧光源。在許多這樣的應用中，光源的光譜純度對于為了避免寄生信號例如被視為動態相干長度的減小而言是重要的。

波長可調諧激光源例如可調諧垂直腔表面發射激光器(VCSEL)吸引許多應用例如光譜學和光學相干斷層掃描(OCT)。微機電系統(MEMS)可調諧垂直腔表面發射二極管(VCSEL)具有使得能夠真正實現下述單模式波長調諧的潛力：具有大于10％的相對調諧范圍的單模式波長調諧和/或在最高達100MHz的調諧速率下的單模式波長調諧。VCSEL源的緊湊性對于許多工業應用是另一有吸引力的特征。通過制造電注入VCSEL來制成的緊湊掃掠源還允許晶圓級的測試。

然而，為了實現MEMS可調諧VCSEL的一些上述性質，許多問題有待解決。首先，可調諧VCSEL的空氣間隙平行板電容器的機電不穩定性限制了可實現的光學帶寬。可調諧VCSEL激光器的操作涉及可調諧反射器坍塌至底層襯底上的風險，所謂的“拉入(pull in)”或“貼合(snap)”(吸合效應)，其涉及激光源的永久性損害的風險。因此，現有技術的激光源通常僅利用可調諧反射器的最大調諧幅度的一部分。特別地，已經發現了拉入現象限制平行板機電致動器，在該拉入現象中，當靜電力增加超過機械回復力時，平行板貼合到襯底(在這種情況下為VCSEL襯底)。其次，平行板致動器的可移動部分的寬偏轉是期望的。

從Cole等人,Optics Express,第16卷,(2008),第16093頁處獲知短波長MEMS可調諧VCSEL，該短波長MEMS可調諧VCSEL包括DBR頂反射器和底反射器以及在腔內的抗反射涂層。報道了30nm的波長調諧范圍。

從Vail等人,Electronics Letters 32(1996)1888和Jayaraman等人,Electronics Letters 48(2012)處獲知能夠進行調諧的其他激光源。

從Vail等人，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，第3卷(1997)第691頁處獲知交流(AC)電壓可用于使MEMS振蕩器在靜止位置的每一側振蕩，從而提供波長的藍移和紅移兩者?？諝忾g隙被設計為1.41μm，或為空氣中的3/2λ，這得到了470nm的MEMS振蕩器安全行程長度(即在將要發生拉入之前能夠適應的行程長度)。Vail等人描述了可以通過用峰值電壓16V的方波驅動MEMS振蕩器處于諧振來降低給定波長變化需要的電壓。這樣，VCSEL可以跨越其12nm的全調諧范圍來進行掃掠。用0.04的波長調諧效率，MEMS振蕩器實現全調諧范圍需要的行程為300nm。假定MEMS振蕩器在靜止位置的任一側偏轉，那么所需要的150nm的向下偏轉在穩定區域內并且避免了拉入不穩定性。使用方波的MEMS振蕩器的較大偏轉將導致動態拉入。從例如Seeger等人的Solid-State Sensor,Actuator and Microsystems Workshop 6月2日-6日(2002)0-9640024-4-2中處獲知動態拉入不穩定性，該文獻教導：在MEMS振蕩器的諧振時，在針對方波激發的靜止位置中，在空氣間隙的56％處，發生拉入。

Jayaraman等人在Proc.SPIE第8276卷(2012年)第82760D頁、Electronics Letters第48卷(2012年)第867-869頁中教導如何可以在重復的正弦掃掠的情況下超越1/3的間隙規則。通過重復掃掠可以超越靜態貼合不穩定性，但是動態貼合不穩定性仍將限制調諧范圍。

因此，改善的激光源和激光源系統將是有利的，并且特別地，具有擴展的調諧范圍的激光源和激光源系統將是有利的。還期望在操作期間降低損害激光源的風險。

特別地，可將提供增大現有技術的激光源的調諧范圍的激光源、激光源系統和使用激光源的方法視為本發明的一個目的。

本發明的另一目的是提供現有技術的替選方案。

發明內容