[发明专利]可调谐激光器系统

说明书

技术领域

本发明涉及可调谐激光器系统，尤其是一种使用了频率偏移补偿的声光可调谐滤波器、波长锁定器和功率监测的激光谐振腔，可以实现快速调谐、稳定的波长和功率输出的可调谐激光器系统。 

背景技术

目前，大多数现代通迅系统都是基于光纤通信网络。光纤网络提供了前所未有的大容量和安装的灵活性，可以支持不断发展的各种宽带应用。宽带可调谐激光器系统可以帮助最大限度的利用现有的光纤网络资源。通过动态提供带宽可以将流量从拥挤通道转移到未使用的通道，从而满足互联网的需求。使用可调谐激光器系统使快速建立或改变光路变得容易，它是实现动态光纤网络的重要器件之一。 

针对这种应用的理想的可调谐激光器系统将包括以下特性：可调谐范围宽，覆盖C和(或)L波段(大约1530纳米至1610纳米)；尺寸小；任何两个国际电信联盟(ITU)频率间隔之间的切换速度快(亚毫秒量级)；长期工作稳定性好(超过25年的运行时间)；在极端环境条件下的高可靠性；低功耗；易制造和低成本。 

可调谐激光器系统，特别是尺寸小、宽可调谐范围和高功率输出的可调谐激光器系统，在生物、医疗器械和光纤传感器网络等其他领域中有着广泛的应用。 

可惜的是，现有可调谐激光器系统的尺寸、可调谐波长范围、调节速度和输出功率等指标还远不能满足市场需求。现有的可调谐激光器系统可以分成三类：使用腔内机械可移动部件，如衍射光栅、棱镜、标准具或MEMS(微电子机械系统)等作为波长调节单元的系统；改变腔内温度，通过加热或冷却部件来选定波长的系统；使用腔内不可移动的光学器件进行调节的系统，包括使用磁光器件、声光器件、电光器件或通过注入电流以物理学方式来调谐波长。 

通过机械调节光栅或棱镜角度来调节波长的技术对机械冲击和震动 的干扰抵抗性能非常差，会引起短期甚至长期的性能不稳定，所以带有移动部件的可调谐激光器系统不适合应用在光纤通信中。通过温度调节，因热力传输的固有性质，调节速度慢，所以可应用的范围很小。通过物理学方式调节波长的各种技术当中，声光技术因为其不需要可移动部件，通过电控制方式即可调节、调节速度快、可调范围宽以及相对简单，被选作调节器件，是满足上述光纤通信系统应用严格要求的一种可行方案。正如在一些美国专利中所披露的，通过选择合适的声光晶体和驱动声波频率，可以设计出针对不同应用的宽带可调谐激光器系统。现有的使用声光滤波器设计的可调谐外腔激光器的主要问题是：(1)多普勒频率偏移的补偿通常是用两块晶体完成的，使得对准定位非常困难。(2)在一些美国专利中提到的将两个RF换能器焊接到同一个晶体上的方法显著的提高了成本。本发明有效的解决了这些问题。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用了频率偏移补偿的声光可调谐滤波器、波长锁定器和功率监测的激光谐振腔，可以实现快速调谐、稳定的波长和功率输出的可调谐激光器系统。 

一种可调谐激光器系统，这种可调谐激光器系统的组成包括：指定反射率的一个输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔；一个宽带激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定波长范围进行激光振荡；一个腔内准直透镜；一个声光可调谐滤波器安放在激光谐振腔内，从激光增益介质输出的激光束通过腔内准直透镜校准直为平行光后输入至声光可调谐滤波器；在声光晶体中激发声波的设备，包括一个声波换能器绑接在晶体选定的表面，由对激光波长范围100％反射率的反射镜和声光晶体组成的可调谐滤波器，输出镜、宽带激光增益介质和激光谐振腔内的端面镜安放的位置使得只反射经过声光可调谐滤波器衍射的光线；一个射频功率源给换能器提供射频能量，通过改变射频频率来调节激光谐振腔的振荡波长；一个激光增益介质的泵浦源；一个有源相位调制器；驱动有源相位调制器的设备；信号处理电路。 

所述的声光可调谐滤波器安放在与激光束成布拉格角的位置并对不同波长的激光束均保持接近布拉格角。 

所述的输出镜和端面镜可以是平面镜、凸面镜和凹面镜的某种组合， 构成不同类型的激光谐振腔，并且输出镜具有小于100％的反射率，端面镜具有100％反射率。 

所述的有源相位调制器包括一个将端面镜固定在压电陶瓷(PZT)底座上，可以沿激光谐振腔轴方向移动端镜。 

所述的有源相位调制器是一个光电相位调制器或基于物理光学效应的其他形式的相位调制器。