[发明专利]功率稳定的半导体激光器谐波变频模块

说明书

对相关申请的交叉引用

[1]本发明要求于2007年11月27日提交的60/867,212号美国专利申请的优先权，在此通过参考将其合并入本申请中。

技术领域

[2]本申请涉及一种光纤激光器和谐波变频模块，在它们之间包括用来提供温度不敏感功率稳定性的90度保偏(PM)光纤熔接接头。

发明背景

[3]在商业上，例如对于高密度光存储检索和生物医药应用，对稳定经济的从蓝光到绿光范围内包括UV到可见光谱的激光源的需求量很大。在此频率范围内的激光输出通过将较高频率半导体激光器耦合到非线性晶体谐波变频器得到。例如，二次谐波振荡(SHE)产生了二次谐波光束，二次谐波光束的频率是泵浦光束频率的两倍。

[4]这些谐波变频器对于偏振和波长非常敏感。因此，对准和温度稳定对于可靠的运转很重要。

[5]半导体激光器和谐波变频器之间提供光纤耦合将大大简化了在装配上的对准问题。此外，光纤激光器具有包含光纤布拉格光栅(FBG)的良好受控线宽，以将泵浦激光锁定在FBG波长处。在芯片的背面之间形成了腔，芯片具有高反射(HR)镀膜或近似HR(在优选实施例中有95％的反射镀膜，5％用于背面的光电二极管监测)和光栅，使得在该光栅谱包络下可运行很多模式。腔的长度越长，模式空间就越短。很多模式有助于平均方根(RMS)噪声的减小，包括竞争平均模式。因此，利用光纤激光器是获得具有所需波长选择性的较长腔的简单途径。

[6]在激光二极管和谐波变频器之间的光链路是单模光纤，其包括激光腔、窄带光栅和连接至谐波变频器的光链路。利用PM光纤链路来保持从激光器传输到偏振敏感转换器的偏振输出的实验，表明了此结构不能提供连续稳定的输出振幅。

[7]美国专利号5,966,391公开了利用稀有土掺杂PM光纤来提供增益，同时将单线性偏振耦合到谐波倍频器的非线性晶体。

[8]美国专利号6,683,902公开了在半导体外腔激光器的腔内利用PM光纤的90度接头来减小腔内的相差，以减小横模竞争和稳定激光器功率。

[9]已经认识到：PM光纤是温度敏感的，随着温度的变化会引起双折射的变化，即正交轴之间的折射率的差Δn发生变化。

[10]在光纤传感器中，已经认识到：PM光纤的双折射的变化可以通过熔接两种长度的保偏光纤来进行温度补偿，这两种长度的保偏光纤相对于每个快轴成90度，以使温度效应不会在入射到快轴与慢轴的光之间引起另外的相位偏移。例如，在1988年9月27日授予Takao Hirose等人的美国专利号4,773,753中公开了一种光纤传感器，其包括双折射光纤的90度连接器，该90度连接器的材料或长度需经选择以消除温度相关相位变化，该光纤传感器用于测量温度和应变。

[11]然而，现有技术未曾认识到：引起光纤激光器和谐波变频模块的输出功率波动的问题，也没有提出一种结构或方法以提供具有稳定输出的光纤激光器谐波变频装置。

[12]因此，非常渴求一种具有稳定输出功率的光纤激光器和谐波变频模块。另一目标是提供一种具有减小的温度敏感的光纤激光器谐波变频模块。

发明内容

[13]本发明已经分辨出在光纤激光器谐波变频模块的结构中导致输出功率波动的综合因素。在PM光纤光耦合中传输的光的温度相关相位变化是明显的，因为光纤激光器不具有理想的偏振消光比(PER)。两个最常见的引起PER劣化的原因是作用于PM光纤的应力和未将PM光纤对准到二极管和非线性晶体。由光栅周围的封装引起的应力也可能引起PER劣化。这种PER劣化导致两种线性偏振状态的被光耦合到PM光纤链路中。耦合到快轴和慢轴的光在到达时将有相位差。如果至少有两个PER劣化点，会引起每个轴上的偏振混合，从而引起干涉。随着温度改变干涉以及改变被耦合到谐波频率转换器的光的量，相对相差发生变化。最终导致谐波变频器输出的振幅波动。

[14]本发明包含至少一个PM光纤传输轴的90度接头，其将快轴耦合到慢轴，以使光纤耦合的两个传输轴的光程大致相同，从而在实际操作温度范围内近似消除这种输出振幅波动。两种PM光纤偏振之间的相差的减小可减少某一温度范围内的功率振荡次数或倍频功率波动次数。