[发明专利]通信用光信号调谐方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通信用光信号的调谐方法，特别涉及调谐半导体激光器输出波长的方法。

技术背景

用光来传输语言、数据、图象或其他信息。目前主要是指激光通信。用光(包括可见光、不可见光、激光、红外线、紫外线)发送信号的条件是：受调制的光源、光敏探测器和接收器，以及光可以从其中通过的媒质。光通信系统可以分为两类：一类称为“无线”光通信，它的光信号通过空间或大气向远处辐射;另一类称为“导波”光通信，也称为“有线”光通信。即构成光的电磁波沿着一条受约束的路径或光学传输线传播。无论哪类传播，如果发送和接收之间距离很长，或者传输媒质很差，沿线就要设一个以上的中继站，信号被中继器接收、放大，再转发出去。(一)光通信容量大：激光通信同时可以传递100万路电视节目或100亿路电话。(二)光通信质量高：不仅方向性能好，而且可以采用不可见光，不易被人截获，保密性强。(三)光通信结构轻便：由于激光束散发角小，一般天线直径只有几十厘米，重量只有几公斤;而与之相类似的激波天线却重几十吨，甚至几百吨。光通信的弱点是激光在空中通过时，遇到水滴会被吸收而减弱，所以，激光通信最好是在光导纤维制成的光缆中进行，以保证通信质量。

随着光通信网络传输容量的扩展，对波长数的需求越来越多，而目前光通信网络用的传统光源是固定波长激光器，因此需要为每个波长信道匹配多个固定波长的激光器，这样就导致成本上升、管理复杂化和设备数量增大。可调谐波长激光器，不仅解决了系统设计所面临的诸多问题，极大提升了光网络效率，还降低了生产管理成本。因此调谐激光器输出波长是一个非常重要的课题。

半导体激光器一般采用各种Fabry-Perot谐振腔，腔长、温度、能隙、增益、载流子浓度、折射率等均可影响其发射波长。现有的半导体激光器波长调谐方法可分为：

(1)电流控制技术

改变半导体激光器注入电流可以改变其输出波长，其调谐机理可以解释为：注入电流的变化引起载流子浓度改变，从而改变了折射率(或增益系数)，实现波长调谐。但是，波长被调谐的同时，光强也被调制。对于一般的半导体激光器典型的波长-电流调制率为0.01nm/mA，而光功率-电流调制率为0.3mW/mA(谢建平，王沛等；半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术，《量子电子学报》2002，19(2)：97)。在改变输出波长的同时，输出光强也随之改变，这对一些应用是非常不利的。在实际的应用中还要配有稳光、稳流电路等，使系统更加复杂化。

(2)温度控制技术

基于温度控制技术的激光器波长调谐是利用温度控制增益介质的折射率和能隙来实现的。模块内置有Fabry-Perot标准具和光功率探测器，两个热电制冷器和光放大器(武成宾，古渊等；可调谐激光技术及在DWDM系统应用[J]，《光通信技术》，2003，(6)：1-2)。这种控制技术的缺点是结构复杂且调谐宽度不宽，一般只有几个nm；调谐稳定时间比较长，一般需要几秒。随着调节温度的上升，有效输出功率会有所下降。

(3)机械调谐技术

采用在激光腔内插入色散原件将不同波长的激光在空间分离，设法使所需频率的光在腔内形成振荡，其他波长的光束因不能起振而被抑制掉，从而实现半导体激光器的波长调谐。目前，采用在机械调谐中，MEMS(微机电系统)结构是最有希望的一种技术(周南权，陶纯匡等；光栅光阀实现外腔半导体激光器波长调谐研究，《激光与红外》，2008，38(2)：115)，可获得大范围调谐的激光器。目前调谐间隔在0.8nm，但调谐速度一般需要几秒的调谐时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有半导体激光器波长调谐技术的不足，提供一种结构简单，成本低廉且光学系统调节方便的半导体激光器波长调谐方法。

本发明的技术方案是：

一种通信用光信号的调谐方法，包括：

提供通信用光信号的调谐装置，该装置包括：激光器（1），分光镜（2），可变衰减片（3）、反射镜（4），由所述反射镜（4）构成所述激光器的外腔，其特征在于：所述外腔内还设置有第一光程可调光学装置（8）和第二光程可调光学装置（9），所述第一光程可调光学装置设置在激光器和分光镜之间，第二光程可调光学装置设置在分光镜和可变衰减片之间；

使激光器输出光被一外部分光镜分束；

分光镜的反射光入射到反射镜后，被部分反馈回激光器；同时调节所述可变衰减片（3）、所述第一和第二光程可调光学装置（8，9），通过控制进入激光腔的后向反馈光的强度调谐激光器输出波长和其在所述外腔中往返时间，利用自混合效应实现光信号的调谐输出；