[发明专利]基于相移光纤光栅的外腔反馈半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器，特别是一种基于相移光纤光栅的外腔反馈半导体激光器。

背景技术

由于体积小、稳定性好、成本低、寿命高等原因，半导体激光器在微波光子学、高分辨率激光光谱学、冷原子钟、光纤传感、光纤通信等前言基础科学和高技术领域有着重要和广泛的应用和需求。然而大部分领域都要求半导体激光器要有窄线宽输出。例如，在光纤通信中，通信系统的容量(传输距离与传输速率之积)与光源的光谱线宽成反比；在相干通信中，为得到低的误码率，要求激光器线宽小于传输速率的1％；目前正在实施的相干接收更是要求本地振荡激光源的线宽在kHz量级；探测地波所用的激光源，不但要有很窄的线宽，而且要求有亚赫兹量级的线宽稳定性。目前获取窄线宽半导体激光器的方法主要从高精细度谐振腔、光栅等从外部引入光反馈的方法。

目前窄线宽半导体激光装置的主要实现方案有：

在先技术一，利用F-P标准具和分布反馈半导体激光器搭建的外腔激光器。使用F-P标准具实现外腔激光器的频率自锁定，当分布反馈半导体激光器的激射波长与F-P标准具的峰值增益谱重合时，既能实现单纵模激射提高边模抑制比实现频率自锁定，也能使反馈光增益大大增强，提高注入光强度，使输出线宽明显压缩。但这种激光器所需元件较多，为避免标准具效应，每个元件的表面均需镀增透膜，且需要搭建空间光路，每个元件之间都需要准直，操作难度极高【参见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，CN102709811B】。

在先技术二，利用光栅和半导体增益芯片构成外腔半导体激光器，其中光栅作为外部反射元件。采用这种技术制作而成的半导体激光器很多，其中的光栅采用光纤光栅或者硅基平面波导上刻写的光栅。例如美国RIO公司的PLANEX系列【ACHIEVINGLOWPHASENOISEINEXTERNALCAVITYLASERIMPLEMENTEDUSINGPLANARLIGHTWAVECIRCUITTECHNOLOGY,US20100303121A1】【DEVICEFABRICATIONWITHPLANARBRAGGGRATINGSSUPPRESSINGPARASTITICEFFECT,US8358889】。他们采用二氧化硅平面波导光栅和半导体增益芯片直接对接的方式，利用短外腔和光栅“斜边负反馈”原理，在14pin蝶形封装里实现了2-10kHz的窄线宽输出。这是目前外腔反馈半导体激光器的主流技术，但是囿于光栅的反射带宽，这种激光器的线宽很难进一步压缩。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于相移光纤光栅的外腔反馈半导体激光器装置。该装置利用λ/4波片和光纤起偏器的偏振特性，滤除了相移光纤光栅反射的激光，从而在短线型腔内实现了利用相移光纤光栅的窄线宽透射峰压缩半导体激光器线宽的目的。

本发明要解决的技术问题：

以往光栅反馈式半导体激光器都是采用光栅的反射峰，但是囿于光栅的反射带宽比较宽，很难进一步压缩线宽。譬如目前常用的低反射率布拉格光纤光栅反射带宽约为0.15nm，而据报道相移光纤光栅透射峰的带宽可以做到15MHz【ClicheJF,PainchaudY,LatrasseC,etal.Ultra-narrowBragggratingforactivesemiconductorlaserlinewidthreductionthroughelectricalfeedback[C]//BraggGratingPhotosensitivityandPolingConference,paperBTuE2.2007.】。如果直接利用相移光纤光栅作为反射元件，如图2中401所示，相移光纤光栅的反射中心两边反射率很高，会引入强光反馈出现不稳定现象。但是相移光纤光栅的透射峰却有很高的消光比，如图2中402所示，光波在透射峰外的透过率几乎为零。因此，利用相移光纤光栅的透射峰实现半导体激光器光学反馈的目的，能进一步提高外腔半导体激光器线宽压缩的比例。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于相移光纤光栅的外腔反馈半导体激光器，包括半导体激光器、温度控制器和封装件，其特点在于，在所述的封装件内设置所述的温度控制器，在该温度控制器上依次设置半导体激光器、光纤起偏器、第一λ/4波片、相移光纤光栅、第二λ/4波片和保偏布拉格光纤光栅和输出保偏光纤，所述的相移光纤光栅刻制在一段单模光纤上，所述的保偏布拉格光纤光栅刻制在另一段保偏光纤的一端上。

所述的半导体激光器为DFB半导体激光器或DBR半导体激光器，所述的半导体激光器的左端面镀高反膜。