[发明专利]一种实现频率自锁定的分布反馈外腔窄线宽半导体激光器

说明书

技术领域

本发明属于光通信器件技术领域，具体说是一种实现频率自锁定的分布反馈外腔窄线宽半导体激光器。

背景技术

从半导体激光器诞生之日起，随着激光技术的应用，在光通信系统、生物医学、相干探测、水质检测等领域都需要用到单纵模半导体激光器，并且在大部分情况下对半导体激光器的线宽有着严格要求，窄线宽半导体激光器成为许多应用领域中的关键器件。

例如，在光通信中，国际电工联合会(ITU)提出了32路WDM波长定位标准的建议：f＝193.1±0.1×N(THz)，N为整数。中心频率为193.1THz，对应于1550nm波段，0.1THz的信道频率间隔相应于0.8nm的波长间隔。在长距离、高速传输系统中，如果激光器输出的光谱较宽，光纤色散会使脉冲展宽，容易引起码间串扰。在WDM系统中，光源的线宽应满足以下关系：f_B·L≤1/(4D·δv)，其中f_B为数据传输速率，L为传输距离，D为色散系数，δv为光源线宽。在1550nm波段，G.652单模光纤色散系数为D＝20ps/nm·km，因此在色散系数一定的情况下，要提高数据传输速率和传输距离，就必须压窄激光器线宽。否则激光器在高速调制下就会出现啁啾现象，从而严重影响系统性能和激光器调制速率的提高。

此外，当半导体激光器应用于干涉测量、相干探测时，由于半导体激光器本身光束发散、光束相干性较差，若不对其进行整形和线宽压窄，半导体激光器将不能有效应用于干涉测量系统中。

可以看出，窄线宽半导体激光器应用范围广泛，有很大市场需求；而如何对当前普通半导体激光器尤其是广泛使用的分布反馈半导体激光器或是分布布拉格反射半导体激光器进行线宽压窄则成为亟需解决的问题。研究人员已经探索出了一些压窄激光器线宽的方法，如提高半导体激光器输出功率、外腔反馈、提高微分增益等。通过提高激光器输出功率来压窄线宽的方法受饱和输出功率的影响，线宽并不能被无限压窄，在实际中并不实用；提高微分增益则常用在量子阱激光器中；而较成熟且实用的压窄激光器线宽的方法是外腔反馈法。

F-P标准具广泛应用于计量学、光谱学、天文学等方面，常作为激光器谐振腔、梳状滤波器、可调谐滤波器、波长锁定器等应用，它是一种应用非常灵活的光学器件。F-P标准具的透射特性根据光束入射角和两反射镜的间距来确定，器件参数由自由光谱范围(FSR)和精细度表征。F-P标准具作为滤波器或波长锁定器来使用使，通过调节激光器输出波长，使输出波长与标准具的峰值透射谱重合，这样就可以使激光器单模输出，并且输出波长或频率更加稳定。这对于密集波分复用(DWDM)系统中减小波长间隔、增加信道频率稳定性也具有重要作用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现频率自锁定的分布反馈外腔窄线宽半导体激光器，以有效压窄分布反馈半导体激光器线宽，同时通过使用F-P标准具实现该外腔半导体激光器的频率自锁定。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种实现频率自锁定的分布反馈外腔窄线宽半导体激光器，包括在光路上依次设置的半导体激光器a、准直透镜b、偏振棱镜c、第一1/4波片d、F-P标准具e、第二1/4波片f、前腔面反射镜g、隔离器h、聚焦透镜i和光纤j。

上述方案中，所述半导体激光器a选用分布反馈半导体激光器，或者选用分布布拉格反射(DBR)半导体激光器。所述半导体激光器a的左端面入光口镀高反射膜，右端面出光口镀增透膜。

上述方案中，所述准直透镜b的前后端面均镀有增透膜，以避免反射。

上述方案中，为避免反射，所述偏振棱镜c在前后端面均镀有增透膜，或者略微倾斜一个角度。

上述方案中，所述F-P标准具e两端面均镀有高反膜，以实现高Q值滤波器。所述F-P标准具e的腔长，使其自由光谱范围达到50GHz或100GHz，且透射波长与ITU-T标准波长匹配。