[发明专利]波长可调谐激光器系统及其控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体为一种高精度的波长可调谐激光器系统及其控制方法。

(二)背景技术

可调谐激光器广泛应用于光纤通讯和光纤传感器等系统，波长可调谐激光器能够大大减轻密集波分复用系统在光源配置、备份和维护上的巨大压力，提高光纤网络的性价比，是当前研究的热点。目前已开发出多种波长可调谐激光器，如分布式反馈(DFB)激光器、外谐振腔激光器(ECL)、微电子机械系统(MEMS)开关激光器等。其中分布式反馈(DFB)激光器具有较高的稳定性、良好的光谱和噪声特性，较好的功率输出，并且成本低、技术成熟。基于温控技术的DFB激光发射的波长变化取决于激光模块的温度。为了控制DFB激光器的波长稳定，必须采用自动温度控制装置，维持激光器的一定的工作温度。一般采用半导体热电制冷器(TEC)进行温度控制。改变温度可以对DFB激光器进行细微调谐。对于一个中心波长为1550nm的标准DFB激光，温度对波长的调谐精度大概是100pm/℃。也就是一个DFB激光器通过将激光模块的温度从10℃调整到60℃就可实现5nm的波长调谐。但是无法得到在较宽的波长范围内高精确调谐的激光器。

另一方面要对输出的激光波长高精度地进行调谐，就需要高精度地实时测定输出激光的波长，现有的一般光波长测定装置，难以达到实时反馈控制的要求。基于Etalon的波长计精度高、分辨率高，且扫描速度更有显著提高，但目前尚未有具体应用于激光器控制的报道。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种高精度的波长可调谐激光器系统及其控制方法。

本发明设计的波长可调谐激光器系统包括DFB激光模块、热电冷却器(TEC)和控制电路，所述DFB激光模块即为分布式反馈激光模块。DFB激光模块置于热电冷却器(TEC)上。DFB激光模块的电路、热电冷却器的电路与控制电路相连接，各个DFB激光模块的波长调谐范围不相同，各个DFB激光模块产生的激光会聚于光波导，系统输出不同波长的激光束。

8～20个DFB激光模块集合形成DFB激光模块阵列，DFB激光模块阵列的结构主要有以下两种：

8～20个DFB激光模块于同一平面平行并排，激光束经聚光透镜会聚于光波导。

或者8～20个DFB激光模块于同一平面按扇形分布排列，各DFB激光模块中心线的延长线交于一点，即它们产生的激光直接会聚于光波导。

DFB激光模块阵列构成DFB激光器，包括一维DFB激光器、分组二维DFB激光器和三维DFB激光器。

单个DFB激光模块阵列置于一个热电冷却器上构成一维DFB激光器。

2～4个DFB激光模块阵列、位于同一个热电冷却器上或者2～4个DFB激光模块阵列分别位于2～4个热电冷却器上，各激光模块阵列产生的激光会聚于同一光波导，构成分组二维DFB激光器。

2～4个DFB激光模块阵列位于同一个热电冷却器上、层叠放置或者2～4个DFB激光模块阵列分别位于2～4个热电冷却器上、层叠放置，各激光模块阵列产生的激光会聚于同一光波导，构成三维DFB激光器。

根据所需要的波长范围和DFB激光器体积大小，选择合适的DFB激光器组成形式。

放置DFB激光模块的热电冷却器本文称作A热电冷却器。

为了使各DFB激光模块输出的激光的波长保持高精度和稳定度，本可调谐激光器系统的控制电路包括微处理器、安装于A热电冷却器上的A温度传感器、Etalon、方向监测光电二极管阵列和波长锁光电二极管。

微处理器具有外置或内置的D/A和A/D转换电路。微处理器的各个输出信号均经D/A转换电路成为模拟信号；微处理器的各个输入信号均通过A/D转换电路成为数字信号。