本發(fā)明屬于半導體激光器技術領域，更具體地涉及一種多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法。

背景技術：

雙波長激光器作為一種可實現(xiàn)兩個不同波長激光同時激射的激光器，在很多領域具有應用前景。比如利用差頻或拍頻技術實現(xiàn)微波及太赫茲頻率的產(chǎn)生；工作在光纖通信c波段(1525～1625nm)和l波段(1565～1625nm)的雙模激光器也可應用于波分復用(wdm)和相干光通信系統(tǒng)中；此外，雙波長激光器在光學傳感、雙波長相干測量、光開關和非線性光學中也有重要應用。

可調(diào)踏雙波長激光器產(chǎn)生的兩個模式的波長間距可調(diào)，具有實現(xiàn)頻率可調(diào)的微波源的潛力；目前雙波長激光器實現(xiàn)有兩種主要技術路線：

1、單片集成雙波長激光器，能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長輸出，而且每個波長模式單模性較好，具有高的邊模抑制比；但可調(diào)諧范圍受限、功率輸出低；

2、外腔反饋型雙波長激光器，如雙littrow或littman結構等，通過外腔選模將光反饋回半導體激光器，利用共同的半導體激光器增益介質(zhì)拓展成不同的兩個外腔，從而實現(xiàn)雙模輸出。此技術路線具有可調(diào)諧范圍廣、模式間隔連續(xù)可調(diào)、輸出功率高等優(yōu)點；但其穩(wěn)定性較單片集成的雙波長激光器差、有待提高，且其調(diào)諧模式需要同時轉動兩個閃耀光柵，尋找合適的角度避免強烈的模式競爭，這種調(diào)諧方式對兩個反饋光路的精準度要求較高，實際操作中兩路同時調(diào)節(jié)的方法較為繁瑣，而且雙模波長間隔有時不能連續(xù)可調(diào)或者連續(xù)可調(diào)范圍小。

技術實現(xiàn)要素：

基于以上問題，本發(fā)明的主要目的在于提出一種多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法，用于解決以上技術問題的至少之一。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出一種多模激光器，包括：

激光器，用于發(fā)射寬光譜激光；

至少一個分束鏡，用于將寬光譜激光分為至少兩個分光束；

至少兩個光學支路，分別用于傳輸至少兩個分光束，每個光學支路包括：

閃耀光柵，用于篩選傳輸?shù)姆止馐?，得到單一波長的光，并將單一波長的光反饋至激光器；

可調(diào)光衰減器，用于調(diào)節(jié)反饋至激光器的單一波長的光的光強度。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述多模量子點激光器還包括：

準直鏡，置于激光器的端面，用于將激光器發(fā)出的寬光譜激光進行準直，使寬光譜激光以平行光的形式傳輸?shù)街辽僖粋€分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器的發(fā)射波長范圍在1.4～1.65μm之間。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器包括可調(diào)諧量子點激光器、可調(diào)諧量子阱激光器或量子級聯(lián)激光器。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束鏡包括薄膜分束鏡、平板分束鏡或立方體分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束鏡為一個，光學支路為兩個，分光束為兩束。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出一種如上述的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟1、激光器發(fā)射寬光譜激光，校準至少兩個光學支路的每一路，以使反饋至可調(diào)諧激光器的每一路光均為單一波長的光；

步驟2、固定至少兩個光學支路中的其中一路的閃耀光柵的角度，使該支路反饋至激光器的單一波長的光的波長固定；

步驟3、連續(xù)調(diào)節(jié)除步驟2中固定的光學支路外的未調(diào)節(jié)光學支路中任一路的閃耀光柵的角度，判斷是否會出現(xiàn)單模輸出，是則進行步驟4；否則進行步驟5；

步驟4、判斷單模輸出時步驟2中固定的光學支路和步驟3中調(diào)節(jié)的光學支路反饋的單一波長的光的光強差值，調(diào)節(jié)該兩個光學支路中的可調(diào)光衰減器，降低光強差值，返回步驟3；

步驟5、判斷除步驟2中固定的光學支路外的其他光學支路是否均完成調(diào)節(jié)，否則返回步驟3，是則完成多模激光器的多模調(diào)節(jié)。

本發(fā)明提出的多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法，具有以下有益效果：

1、每個光學支路中均包括閃耀光柵和可調(diào)光衰減器，可以在腔外調(diào)節(jié)多模中的每個模式的強度，從而避免了激光器的內(nèi)部調(diào)節(jié)，因此也可適用于強度不均衡的增益譜，即降低了半導體激光器增益譜平坦化的要求，使本發(fā)明的多模激光器更加普適；

2、由于每個光學支路中均有可調(diào)光衰減器，因此可以對多模中每個模式的強度進行修剪，避免強烈的模式競爭及互相抑制，因而可得到連續(xù)的可調(diào)諧多模譜，且可調(diào)范圍增大；可以實現(xiàn)均衡或者非均衡的多模輸出，可應用于各種特殊的實際應用場景。

3、在實際調(diào)節(jié)過程中，可固定其中一個光學支路的閃耀光柵的角度，從而簡化了調(diào)節(jié)過程，在調(diào)節(jié)過程中只需調(diào)節(jié)其他光學支路的閃耀光柵的角度，這樣避免了同時調(diào)節(jié)多路中閃耀光柵角度的麻煩，簡化了調(diào)節(jié)過程，這樣整體降低了光路校準的難度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的多模激光器的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明提出的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明一實施例提出的雙模激光器的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例提出的雙模激光器的雙模調(diào)節(jié)方法的流程圖；

圖5(a)～圖5(c)是圖4所示的雙模激光器的雙模調(diào)節(jié)方法完成步驟1后，每個光學支路傳輸?shù)膯我徊ㄩL的光的光譜圖；

圖6是圖2所示的雙模激光器未加可調(diào)光衰減器時，固定其中任一光學支路，調(diào)節(jié)另一光學支路的過程中雙模激光器的光譜圖；

圖7(a)～圖7(b)是圖2所示的雙模激光器在存在內(nèi)腔激射影響和不存在內(nèi)腔激射影響時的雙模光譜圖；

圖8是圖2所示的多模激光器增加并調(diào)節(jié)可調(diào)光衰減器后，固定其中任一光學支路，調(diào)節(jié)另一光學支路的過程中多模激光器的光譜圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明公開了一種多模激光器，包括：

激光器，用于發(fā)射寬光譜激光；

至少一個分束鏡，用于將寬光譜激光分為至少兩個分光束；

至少兩個光學支路，分別用于傳輸至少兩個分光束，每個光學支路包括：

閃耀光柵，用于篩選傳輸?shù)姆止馐?，得到單一波長的光，并將單一波長的光反饋至激光器；

可調(diào)光衰減器，用于調(diào)節(jié)反饋至激光器的單一波長的光的光強度。

其中，寬光譜激光是指頻率范圍或者波長范圍較寬的激光，通常情況下，波長范圍應大于50nm。

在本發(fā)明的一些實施例中，如圖1所示，上述多模激光器還包括：

準直鏡，置于激光器的端面，用于將激光器發(fā)出的寬光譜激光進行準直，使寬光譜激光以平行光的形式傳輸?shù)街辽僖粋€分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器的發(fā)射波長為1.4～1.65μm，該激光器為可調(diào)諧激光器，即在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述激光器包括可調(diào)諧量子點激光器、可調(diào)諧量子阱激光器或量子級聯(lián)激光器。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束鏡包括薄膜分束鏡、平板分束鏡或立方體分束鏡。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述分束器為一個，所述光學支路為兩個，所述寬光譜子光線為兩束。

如圖2所示，為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出一種上述的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟1、激光器發(fā)射寬光譜激光，校準至少兩個光學支路的每一路，以使反饋至可調(diào)諧激光器的每一路光均為單一波長的光；

步驟2、固定至少兩個光學支路中的其中一路的閃耀光柵的角度，使該支路反饋回激光器的單一波長的光的波長固定；

步驟3、連續(xù)調(diào)節(jié)除步驟2中固定的光學支路外的未調(diào)節(jié)光學支路中任一路的閃耀光柵的角度，判斷是否會出現(xiàn)單模輸出，是則進行步驟4；否則進行步驟5；

步驟4、判斷單模輸出時步驟2中固定的光學支路和步驟3中調(diào)節(jié)的光學支路反饋的單一波長的光的光強差值，調(diào)節(jié)該兩個光學支路中的可調(diào)光衰減器，降低光強差值，返回步驟3；

步驟5、判斷除步驟2中同定的光學支路外的其他光學支路是否均完成調(diào)節(jié)，否則返回步驟3，是則完成多模激光器的多模調(diào)節(jié)。

上述提出的多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，其光路調(diào)節(jié)難點在于：激光器端面的輸出光經(jīng)過準直鏡校準后，耦合到閃耀光柵時，由于閃耀光柵的俯仰角未校準，以及閃耀光柵對應的單模調(diào)諧窗口未知，因此經(jīng)過分束鏡后，垂直于激光器方向的閃耀光柵調(diào)節(jié)較為困難。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述多模激光器的多模調(diào)節(jié)方法，在步驟1中，首先根據(jù)激光器在自由工作時的光譜圖找出其工作的中心模式，然后根據(jù)光柵衍射公式算出大概角度，根據(jù)這個角度調(diào)整平行方向的光學支路中的閃耀光柵的角度，然后再調(diào)節(jié)閃耀光柵的俯仰角就可以找到單模調(diào)諧窗口，微調(diào)整個光路實現(xiàn)最大范圍單模調(diào)諧。對于垂直方向的光學支路，由于光路已經(jīng)經(jīng)過平行方向校準，因而可直接參考平行方向的閃耀光柵的調(diào)節(jié)窗口，設置中心角度，然后微調(diào)俯仰角，即可實現(xiàn)垂直方向單模調(diào)諧。

在本發(fā)明的一些實施例中，垂直方向的光學支路的光反饋一般較弱，相較于平行方向的光學支路，可調(diào)諧范圍有限，因而實際調(diào)諧過程中按照雙模調(diào)諧方式需要，垂直方向盡量小角度調(diào)諧或者設置固定角度不變。

在本發(fā)明的一些實施例中，當其中一個光學支路反饋的單一波長的光的光譜出現(xiàn)內(nèi)腔激射干擾時，可通過調(diào)節(jié)另一個光學支路的單模位置至內(nèi)腔激射處，抑制內(nèi)腔激射，從而實現(xiàn)多模輸出。

在本發(fā)明的一些實施例中，當多個光學支路均可實現(xiàn)單模調(diào)諧時，比較該多個光學支路中單一波長的光功率的強弱，當出現(xiàn)強烈的模式競爭時，需要對其中的較強模式進行衰減調(diào)節(jié)，實現(xiàn)多模共存。

在本發(fā)明的一些實施例中，為了實現(xiàn)均衡的多模輸出，需要根據(jù)實際情況對某些光學支路中傳輸?shù)膯我徊ㄩL的光進行適當?shù)膹姸日{(diào)節(jié)，以便得到均衡的多模輸出。

以下通過具體實施例，對本發(fā)明提出的多模激光器及其多模調(diào)節(jié)方法，進行詳細說明。

實施例1

如圖3所示，本實施例提出一種雙模激光器，包括：

激光器1，用于發(fā)射寬光譜激光；

分束鏡2，用于將寬光譜激光分為兩束分光束；

兩個光學支路，分別用于傳輸兩束分光束，每個光學支路包括：

閃耀光柵3，用于篩選傳輸?shù)姆止馐玫絾我徊ㄩL的光，并將單一波長的光反饋至激光器；

可調(diào)光衰減器4，用于調(diào)節(jié)反饋至激光器的單一波長的光的光強度。

在激光器的端面還設置有準直鏡5，用于將激光器發(fā)出的寬光譜激光進行準直，使寬光譜激光以平行光的形式傳輸至分束鏡。

本實施例采用的激光器為量子點激光器，分束鏡為薄膜分束鏡，量子點激光器的出射光中心波長為1.5μm左右。

如圖4所示，本實施例提出的雙模激光器，其具體的雙模調(diào)節(jié)方法包括以下步驟：

步驟1、激光器發(fā)射寬光譜激光，校準兩個光學支路的每一路，以使反饋至激光器的每一路光均為單一波長的光；

具體地，將整個多模激光器系統(tǒng)的光學元件通過滑塊固定在導軌上，量子點半導體激光器在合適的外部注入電流時達到激射狀態(tài)，端面輸出光通過非球面準直鏡，借助紅外顯示卡，紅外顯示卡在導軌上平移時，反復調(diào)節(jié)準直鏡，使得紅外顯示卡上光斑位置和大小保持不變，從而對激光器端面發(fā)散的輸出光實現(xiàn)了準直。平行光通過分束鏡2后一分為二，分束鏡2的平行分光方向與導軌平行，通過調(diào)節(jié)其中一個光學支路中的閃耀光柵的俯仰角和角度，借助光譜儀分析輸出光譜，校準光路，實現(xiàn)較寬的單模調(diào)諧范圍。兩路光路的閃耀光柵均用這種方法調(diào)節(jié)實現(xiàn)單模調(diào)諧。

如圖5(a)～圖5(b)所示，當兩個光學支路都經(jīng)過校準后，反饋回激光器腔內(nèi)，只開一個光學支路時，在光譜儀上各自都可以看到單縱模光譜(見圖5(a)和圖5(b))，在沒有內(nèi)腔激射的影響時，兩個光學支路均打開，即可得到如圖5(c)所示的雙模光譜。

步驟2、固定兩個光學支路中的其中一路的閃耀光柵的角度，使該支路反饋回激光器的單一波長的光的波長固定；

具體地，將垂直方向的光學支路中的閃耀光柵4-2固定不動，選取半導體激光器激射的中心模式，因為中心模式調(diào)諧單模實現(xiàn)最簡單，這一光路要求低，只需保證另一路光路精確即可；轉動另一個閃耀光柵4-1的角度，尋找雙模存在區(qū)域。

步驟3、連續(xù)調(diào)節(jié)另一路光學支路中的閃耀光柵的角度，判斷是否會出現(xiàn)單模輸出，若會出現(xiàn)單模輸出，此時繼續(xù)進行步驟4；若不會出現(xiàn)單模輸出，則完成雙模激光器的雙模調(diào)節(jié)；

具體的，在連續(xù)調(diào)節(jié)水平方向的光學支路中的閃耀光柵4-2時，一般情況下雙模存在的區(qū)域較窄，而且會存在單模區(qū)域，則連續(xù)調(diào)節(jié)過程中的光譜分布如圖6所示。

步驟4、判斷兩路光學支路反饋的單一波長的光的光強差值，調(diào)節(jié)該兩個光學支路中的可調(diào)光衰減器，降低光強差值，返回步驟3

即判斷垂直方向的光學支路和水平方向的光學支路反饋的單一波長的光的光強差值，通過調(diào)節(jié)該兩個光學支路中的可調(diào)光衰減器3-1和3-2，降低光強差值，返回步驟3。

當兩路光路其中一路光反饋較弱時，或者快接近單模調(diào)諧極限時，會存在內(nèi)腔激射干擾，此時如果另一路單縱模反饋較強時，會將內(nèi)腔激射抑制住，仍然可以觀察到雙模光譜輸出，如圖7(a)所示，為存在內(nèi)腔激射干擾時的輸出光譜，圖7(b)為內(nèi)腔激射被抑制后的輸出光譜。

當通過調(diào)節(jié)兩個光學支路中的可調(diào)光衰減器3-1、3-2，使得兩路光的反饋均衡后，如圖8所示，在連續(xù)調(diào)節(jié)水平方向的光學支路中的閃耀光柵4-1時，會一直出現(xiàn)雙模光譜。

在上述步驟4中，還可以判斷哪一個光學支路的反饋較強，然后對該光學支路進行適當?shù)乃p調(diào)節(jié)，直至兩個光學支路的反饋均等，則可得到均衡的雙模輸出。

實施例2

本實施例提出一種外腔雙模連續(xù)可調(diào)諧量子點激光器，包括量子點激光器、外腔光學系統(tǒng)；量子點激光器作為寬譜增益介質(zhì)，外腔光學系統(tǒng)提供光反饋，篩選出不同波長的激光模式，外腔光學系統(tǒng)為改進的雙littrow結構，包括非球面準直鏡、籠式薄膜分束器、兩個可調(diào)諧衰減片、兩個閃耀光柵。籠式薄膜分束器將量子點激光器發(fā)射出來光束分成兩路，閃耀光柵用于篩選所需的反饋模式，可調(diào)諧衰減片置于光柵前，用于調(diào)節(jié)篩選模式的強度，避免雙模之間強烈的模式競爭。在調(diào)諧過程中，其中一個光柵不動，另一個調(diào)節(jié)角度和衰減片的強度，實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的雙模輸出。

兩個閃耀光柵在調(diào)諧過程中，存在兩種工作模式。

工作模式1：其中一個閃耀光柵選擇特定角度保持不動，另一個閃耀光柵轉動角度，同時通過調(diào)節(jié)兩個閃耀光柵前的衰減片，實現(xiàn)均衡外腔雙模輸出。

工作模式2：同時轉動兩個光柵，同時借助衰減片的強度調(diào)節(jié)控制作用，尋找較為均衡的雙模輸出位置。

本實施例提出的外腔雙模連續(xù)可調(diào)諧量子點激光器，提高了雙模連續(xù)可調(diào)諧范圍，降低了光路調(diào)節(jié)難度，模式強度可調(diào)，易實現(xiàn)均衡的雙模輸出。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。