採用小型mems鏡的寬帶可調諧外腔雷射器的製造方法

2023-09-17 07:44:35

採用小型mems鏡的寬帶可調諧外腔雷射器的製造方法
【專利摘要】本申請公開了一種採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器，其包括依次設置的MEMS反射鏡（8）、光柵（6）、第一光束準直透鏡（2）、半導體光增益器件（1）、第二光束準直透鏡（3）、光隔離器（4），其中，所述半導體光增益器件（1）、第一光束準直透鏡（2）、MEMS反射鏡（8）、光柵（6）構成所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔，並且，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括驅動控制器（13），其與所述MEMS反射鏡（8）、所述半導體光增益器件（1）連接。本申請形成了簡化的Littman雷射器結構，採用了小型懸臂梁式MEMS反射鏡替代傳統的大平面鏡，實現了Littman雷射器的小型化，並能進一步增強MEMS的振動適應性。
【專利說明】採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可調雷射器方案，具體地說，涉及一種採用光柵和MEMS鏡調諧的寬帶可調外腔雷射器，該雷射器可用於DWDM光通信系統。
【背景技術】
[0002]多通道可調諧雷射器近年來一直是業界關注的重點，在lOGb/s和40Gb/s光通信系統中均大量採用了可調雷射器產品，這些應用中採用的主要是半導體集成技術(SGDBR)的多通道可調雷射器產品。而100Gb/S以上速率的相干光通信系統應用則對多通道可調雷射器提出了更高的要求，即必須是具有窄線寬特性的可調雷射器，這是由於系統特性受到信號相位噪聲限制的原因，因此在100Gb/S以上速率的相干光通信系統應用方面，具有良好線寬控制能力的外腔雷射器正在逐步嶄露頭角，其典型代表是EMCORE公司的熱光調諧微光學外腔雷射器，其線寬小於100kHz，是目前100Gb/S相干光通信系統的首選產品。這是一種基於雙熱光可調標準具的外腔雷射器，通過熱光遊標調整實現多通道調諧功能，然而，熱是一個難以精密控制的物理量，因此熱光調諧需要高精度的溫度定標，而且調整過程中的熱弛豫往往會影響器件的調諧速度和控制精度。
[0003]實際上傳統的外腔可調雷射器技術已發展多年，例如典型的Littman和Littoow結構的半導體外腔可調雷射器，是基於光柵色散和諧振腔機械運動體系的可調諧結構，許多高穩頻固體可調諧雷射器均採用了這一類的結構，如今已比較成熟，然而這些雷射器由於其固有的結構和調諧要求，幾乎很難適應光通信系統要求的小體積和長期穩定性和可靠性要求，其中關鍵問題在於器件的體積。隨著微機械(MEMS)技術的發展，利用MEMS器件實現Littman結構中的鏡面運動調諧功能已被提出，已公布的典型專利如美國1lon公司的US6847661、US6856632、US6912235 和美國 Coherent 公司的 US7443891 等，其特點是通過靜電MEMS驅動機構實現反射腔鏡的轉動，但是其反射鏡與靜電驅動機構不在一個平面內，因而這種MEME機構顯得過於龐大和複雜，成品率低，製作成本較高，同時其環境適應性也會比較差。
[0004]圖2是現有技術的Littman可調雷射器的光路原理的示意圖。為了提高雷射器波長或品率控制精度，傳統的Littman可調雷射器中光束束斑略大，並且其調節端面的腔鏡也有相對較大的面積，雷射器波長或頻率調諧通過端面腔鏡的旋轉來實現，由於腔鏡的面積足夠大，對於寬帶的調諧具有足夠好的適應性。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是通過在外腔雷射器中放置可調光濾波器的方法實現一種多通道可調諧雷射器，具體講是採用了基於「光柵+MEMS旋轉鏡」結構的可調光濾波器，是一種改進型的Littman雷射器結構。針對應用需求，在腔內增加了固定柵格濾波器實現多通道精確定位功能，針對該可調光濾波器在大帶寬情況下的特性保障提出了光學結構上和相位控制上的技術措施，實現了一種基於MEMS鏡調諧的小型化寬帶多通道可調雷射器。[0006]本發明提出了一種採用微光學器件的改進型Littman結構多通道可調諧外腔雷射器，通過採用微小光學器件實現了緊湊的外腔半導體雷射組件封裝結構，主要有精密光柵、懸臂梁式MEMS轉鏡、精密柵格濾波器、微位移器等。根據本發明的實施例的可調諧外腔雷射器採用納米級光柵，克服了微小束斑光束照射的光譜分辨精度問題，並且，懸臂梁式MEMS轉鏡具有緊湊結構和較強的環境適應性能，能適應高速的驅動，通過連續驅動調節懸臂梁式MEMS轉鏡，可以實現寬帶多通道調諧功能，該結構的雷射器整體體積大大縮小，並且由於整體採用氣密型雷射組件封裝，確保了器件的長期穩定性和可靠性。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
[0008]1、通過柵格濾波器實現針對特殊應用的多通道波長的定位。
[0009]2、通過採用光柵實現寬帶光信號(光束)的空間方向分離，利用MEMS鏡面的連續旋轉分別形成不同色散方向光信號的選擇調諧。
[0010]3、通過一個緊湊的光學結構實現採用小面積MEMS鏡收集大色散角光束信號的功能，實現大帶寬調諧功能。
[0011]4、採用無源相位補償與精密相位補償結合的方法實現在較大溫度差異條件下的相位補償功能。
[0012]5、通過閉環控制的精密腔鏡位移實現精密相位補償，確保雷射器的穩定激射狀態。
[0013]根據本發明的實施例，提供了一種採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器，其包括依次設置的MEMS反射鏡(8 )、光柵(6 )、第一光束準直透鏡(2 )、半導體光增益器件
(I)、第二光束準直透鏡(3)、光隔離器(4)，其中，所述半導體光增益器件(I)、第一光束準直透鏡(2)、MEMS反射鏡(8)、光柵(6)構成所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔，並且，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括驅動控制器(13)，其與所述MEMS反射鏡(8)、所述半導體光增益器件(I)連接，其中，所述半導體光增益器件(I)用來提供所述寬帶可調諧外腔雷射器的增益，產生寬帶多通道光束，所述第一和第二光束準直透鏡(2、3)分別用來形成所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔內部以及輸出端的準直多波長光束，所述光隔離器(4)用來透射所述雷射器輸出端的準直多波長光束，並隔離回波，所述光柵(6)用來將所述諧振腔內部的準直多波長光束分解為按波長具有不同色散角的多個光束，所述驅動控制器(13)用來調節半導體光增益器件(I)的增益，還用來向所述MEMS反射鏡(8)提供驅動信號。
[0014]由此，所述半導體光增益器件(I)確保實現穩定激射和足夠的光輸出功率，所述MEMS反射鏡(8 )通過轉動，與所述光柵(6 )共同在雷射諧振腔內構成對不同波長的諧振，從而實現外腔雷射器的波長調諧功能。所述微位移器(10)根據來自所述驅動控制器(13)的信號，控制和調整所述MEMS反射鏡(8)的位置，實現光程和相位的調節。這樣，通過採用快速的微位移器可以實現快速相位調節功能
[0015]根據本發明的實施例，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括與驅動控制器(13)連接的微位移器(10)，用來根據來自所述驅動控制器(13)的信號，調節所述MEMS反射鏡(8)的位置。
[0016]根據本發明的實施例，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括設置在所述光柵(6)和柵格濾波器(5)之間的溫度相位補償器(9)，其用來補償所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔隨溫度變化產生的相位變化。即，通過控制調節其溫度來調節通過光束的光程。[0017]由此，所述寬帶可調諧外腔雷射器實現了溫度控制的相位調節功能。由於溫度調控的特點，該相位調節功能具有緩慢調節特點，
[0018]根據本發明的實施例，所述MEMS反射鏡(8)的鏡面通過連續旋轉分別形成光信號在不同色散方向上的反射，從而形成這些特定波長信號的諧振激射，並且，其中，所述MEMS反射鏡(8)採用小鏡面懸臂梁結構，其鏡面大小與通過所述光柵(6)的光束束斑大小接近。
[0019]由此，由於寬帶光信號經過光柵後的色散角較大，通過一個緊湊的光學結構實現了採用小面積MEMS鏡收集大色散角光信號的功能；採用無源相位補償與精密相位補償結合的方法實現在較大溫度差異條件下的相位補償功能，其中的精密相位補償通過採用精密位移器件實現腔長的變化來實現。
[0020]根據本發明的實施例，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括設置在MEMS反射鏡(8)和光柵(6)之間的會聚透鏡(7),用來會聚來自光柵(6)的光束,並將會聚後的光束輸入到所述MEMS反射鏡(8)。
[0021]根據本發明的實施例，所述MEMS反射鏡(8)的驅動端被施加三角波電壓驅動。
[0022]由此，採用針對特殊應用波長通道間隔和特定的帶寬要求的標準具實現柵格濾波器，確保雷射器工作波長的準確性；為實現柵格穩定性，標準具可以採用特殊的零溫度係數材料的無源標準具，也可以採用熱光材料的具有精密溫控的溫度補償型標準具，具有精密溫控的溫度補償型標準具還可以實現靈活柵格濾波器功能。
[0023]根據本發明的實施例，所述寬帶多通道光信號經過所述光柵(6)被分離以後，90%以上的能量集中在一級衍射光束中。
[0024]根據本發明的實施例，所述寬帶可調諧外腔雷射器的腔內總光程△滿足如下等式:
[0025]Δ =Ll.nl+L2.n2+L9.n9+L5.n5+L6.n6+L7.n7+La.I
[0026]其中，LI為光在增益器件I中的往返長度，nl為增益器件I的折射率；L2為光在準直透鏡2中的往返長度，n2為準直透鏡2的折射率；L5為光在柵格濾波器5中的等效往返長度，n5為柵格濾波器5的折射率；L6為光在光柵6中的往返長度，n6為光線經歷光柵6的等效折射率；L7為光在會聚透鏡7中的往返長度，n7為會聚透鏡7的折射率，n9和L9分別為溫度相位補償器9的折射率及其厚度，La和I為光線在腔內經歷的全部空氣路徑長度和空氣折射率。
[0027]根據本發明的實施例，Δ =Leff.neff+L9.n9,並且，δ (L9.η9) =- δ (Leff.neff)，其中，Leff.neff=Ll.nl+L2.n2+L5.n5+L6.n6+L7.n7+La-1, δ表示在經歷寬溫區溫度變化時光程的變化量，並且，根據δ (Leff-neff)的符號正負及大小，所述溫度相位補償器(9)通過具有相反折射率溫度特性的適當厚度的材料來實現。
[0028]由此,針對寬帶光信號經過光柵以後發散角較大,而MEMS鏡面尺寸相對較小,難以調諧大角度光束的問題，在光柵和小型MEMS鏡之間採用一個焦距合適的透鏡，將經過光柵的發散多波長光信號會聚到小型MEMS鏡面處，使得小型MEMS鏡在旋轉過程中對不同波長信號光束的反射效果達到一致，確保實現大帶寬調諧功能。
[0029]由此，針對雷射器腔長(光程)在較大溫度差異條件下的變化偏大，精密相位補償器件補償量不足的特點，通過採用與雷射器腔長(光程)變化相反改變的無源相位補償器進行粗略的補償，僅採用精密相位補償器件補償無源相位補償器未能精密補償的相位餘量，實現較大範圍雷射器腔長(光程)變化導致的相位偏離的精確補償。
[0030]根據本發明的實施例，所述微位移器(10)採用壓電精密微位移器實現，在閉環監控條件，通過精密微位移調整所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔的後端鏡，實時調整所述寬帶可調諧外腔調整雷射器的相位。
[0031]由此，通道切換導致的光束路徑變化將導致外腔雷射器中的相位條件發生改變，加上溫度變化過程中未能被無源相位補償器精確補償的相位變化都通過採用精密相位補償器件實現補償，精密相位補償功能在閉環監控條件下實時進行，確保雷射器的穩定工作狀態。
[0032]本發明具有以下優點和積極效果:
[0033]①採用無零級的高效衍射光柵，形成了簡化的Littman雷射器結構。
[0034]②採用了小型懸臂梁式MEMS反射鏡替代傳統的大平面鏡實現了 Littman雷射器的小型化。
[0035]③採用特殊透鏡解決了 MEMS反射鏡面積小，難以適應大帶寬信號調諧要求的問題，採用特殊透鏡結構後還可以進一步減小MEMS反射鏡面積，能進一步增強MEMS的振動適應性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為根據本發明的實施例的採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器的原理圖；
[0037]圖2為傳統的Littman雷射器的光路原理圖；
[0038]圖3 (a)為根據本發明的實施例的採用MEMS鏡的Littman雷射器光路原理圖；
[0039]圖3 (b)為根據本發明的實施例的採用MEMS鏡+透鏡的Littman雷射器光路原理圖；
[0040]圖4為根據本發明的實施例的外腔雷射器腔內部件及其腔內光程構成的示意圖；
[0041]圖5為根據本發明的實施例的另外一種採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器的原理圖；以及
[0042]圖6為根據本發明的實施例的採用小型MEMS鏡的高速準連續可調掃頻雷射器的示意圖。
[0043]其中，附圖標記說明如下:
[0044]I 一半導體光增益器件
[0045]2、3—光束準直透鏡
[0046]4 一光隔離器
[0047]5—柵格濾波器
[0048]6—光柵
[0049]7—會聚透鏡
[0050]8—MEMS 反射鏡
[0051]9 一溫度相位補償器
[0052]IO—微位移器[0053]11一光分束器
[0054]12—光探測器
[0055]13—驅動控制器
【具體實施方式】
[0056]下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的原理。
[0057]根據本發明的實施例的寬帶可調諧外腔雷射器的一種結構如圖1所示，其主要包括半導體光增益器件1、第一和第二光束準直透鏡2和3、光隔離器4、柵格濾波器5(可選)、光柵6、會聚透鏡7 (可選)、MEMS反射鏡8、溫度相位補償器9 (可選)、微位移器10 (可選)、光分束器11 (可選)、光探測器12 (可選)以及驅動控制器(13)，構成了一種小型化、大調諧範圍外腔半導體雷射器。
[0058]具體地，所述寬帶可調諧外腔雷射器包括依次設置的微位移器10、MEMS反射鏡8、光柵6、第一光束準直透鏡2、半導體光增益器件1、第二光束準直透鏡3、光隔離器4、光束分離器11、光探測器12，所述光隔離器4用來透射所述輸出端的準直多波長光束，並隔離回波，以確保雷射器穩定工作，
[0059]並且，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括驅動控制器13，其與所述微位移器10、所述MEMS反射鏡8、所述半導體光增益器件1、以及所述光探測器12連接，用來實現所述寬帶可調諧外腔雷射器的驅動和控制，
[0060]其中，所述半導體光增益器件I用來提供所述寬帶可調諧外腔雷射器的增益，
[0061]所述第一和第二光束準直透鏡2、3用來形成所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔內部以及輸出端的準直多波長光束，
[0062]所述光柵6用來將所述準直多波長光束分解為按波長具有不同色散角的多個光束，
[0063]所述MEMS反射鏡8用來構成外腔雷射器的可轉動反射腔鏡，所述MEMS反射鏡8通過轉動，與所述光柵6共同在雷射諧振腔內構成對不同波長的諧振，
[0064]所述微位移器10用來根據來自所述驅動控制器13的信號，控制和調整所述MEMS反射鏡8的位置，實現光程和相位的調節，
[0065]所述光束分離器11用來將輸出的雷射光束分離出一小部分，並將分離出雷射光束提供給所述光探測器12，
[0066]所述光探測器12用來探測由所述光束分離器11分離出來的部分雷射光束的光功率，並將探測出的光功率提供給所述驅動控制器13，
[0067]所述驅動控制器13根據所述光探測器12探測出的光功率，調節半導體光增益器件I的增益，所述驅動控制器13還用來向所述MEMS反射鏡8提供驅動信號。
[0068]所述寬帶可調諧外腔雷射器還可包括設置在所述光柵6和第一光束準直透鏡2之間的所述柵格濾波器5，用來對通過半導體光增益器件I所產生的寬帶多通道光信號的波長進行選擇，並且，其中，所述光柵6是衍射光柵，其通過色散的方式將經過所述柵格濾波器5進行波長選擇之後的寬帶多通道光信號在空間方向上分離開。
[0069]所述寬帶可調諧外腔雷射器還可包括設置在所述光柵6和柵格濾波器5之間的溫度相位補償器9，其用來通過控制調節其溫度來調節通過光束的光程。[0070]其中，所述MEMS反射鏡8的鏡面通過連續旋轉分別形成光信號在不同色散方向上的反射，從而形成這些特定波長信號的諧振激射，並且，其中，所述MEMS反射鏡8採用小鏡面懸臂梁結構，其鏡面大小與通過所述光柵6的光束束斑大小接近。
[0071]所述寬帶可調諧外腔雷射器還可包括設置在MEMS反射鏡8和光柵6之間的會聚透鏡7用來會聚來自光柵6的光束，並將會聚後的光束輸入到所述MEMS反射鏡8。
[0072]其中，所述MEMS反射鏡8的驅動端被施加三角波電壓驅動。
[0073]其中，所述寬帶多通道光信號經過所述光柵6被分離以後，90%以上的能量集中在一級衍射光束中。
[0074]本發明的另外一個實現方案是針對小色散角的簡化型可調雷射器，如圖5所示。圖5為根據本發明的實施例的另外一種採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器的原理圖。與圖1的所述寬帶可調諧外腔雷射器相比，其中去掉了光束會聚透鏡7。為了簡明起見，對於與圖1的所述寬帶可調諧外腔雷射器相同或類似的部件，在此不再贅述。這種結構可針對兩種用途的應用，一種是很窄的波長或頻率調諧範圍，這種情況下，光束的色散角不大，僅需要微調MEMS轉鏡角度即可實現所需的調諧範圍；另外，對於更大一些的調諧範圍要求，也可以通過降低光柵色散能力的方法適當縮小光束角度，在特性允許的情況下，該結構更加簡單。
[0075]本發明的另外一個實 現方案是針對高速準連續可調掃頻雷射器，如圖6所示。圖6為根據本發明的實施例的採用小型MEMS鏡的高速準連續可調掃頻雷射器的示意圖。與圖1的所述寬帶可調諧外腔雷射器相比，其中去掉了用於通道定標的柵格濾波器5，並且在MEMS反射鏡8的驅動端加上三角波電壓驅動(此處為連續電壓掃描)，分別形成光束在不同色散方向上的反射，從而形成這些特定波長信號的諧振激射。為了簡明起見，對於與圖1的所述寬帶可調諧外腔雷射器相同或類似的部件，在此不再贅述。通過連續改變MEMS反射鏡8的反射鏡面角度而實現連續調諧，考慮到腔模不連續性，為了實現更好的連續調諧功能，一方面儘可能增加腔長，另一方面通過適應性的微位移器調整來實現。
[0076]由此可見，針對實現與現有技術相比的小體積Littman可調雷射器(其在「【背景技術】」部分也有提及，並參見圖2)的要求，本發明採取的主要措施是:第一，採用小束斑透鏡(會聚透鏡7)縮小諧振腔內的光束束斑；第二，為了在較小束斑條件下使經光柵的色散光束具有足夠高的衍射效率和波長角分辨能力，採用了更精細的納米級的光柵(光柵6);第三，採用了小鏡面懸臂梁結構MEMS轉鏡(MEMS反射鏡8)，其鏡面面積與光束束斑大小相近。
[0077]如圖3(a)所示，由於MEMS反射鏡8的鏡面面積與光束束斑大小相近，所以，在MEMS無法緊密靠近光柵面時，經過光柵色散分離的大角度波長信號將無法經MEMS鏡面反射構成諧振，因此採用了一個MEMS轉鏡與光柵間的特殊光束會聚透鏡(會聚透鏡7)，如圖3(b)所示，這樣可以將更大角度的色散光束都會聚到小鏡面MEMS轉鏡上，這樣通過MEMS轉鏡的旋轉使雷射器實現大帶寬波長調諧功能。
[0078]該圖中，α為入射光束及I級衍射光束中心波長與光柵平面的夾角，Θ為衍射光束中不同波長中最長與最短波長的光束之間的夾角；而λ為多波長光信號的中心波長，λ-^ λ為多波長光信號中最短的信號波長，λ+Ζ λ為多波長光信號中最長的信號波長。
[0079]本發明的雷射器結構儘管採用了小型光器件和光學平臺溫控系統，但是，由於器件溫度均勻性問題，外腔雷射器的諧振相位條件還是可能會受到溫度因素的影響。為了確保在較大的溫度變化條件下雷射器的諧振相位條件，這裡採用了無源和有源兩種方法實施雷射器的相位補償，所謂無源方法就是利用溫度環境變化的一致性，通過選擇特殊材料的補償結構實現的相位補償；而有源方法就是在反饋控制下，通過微動MEME鏡面的位置來微調相位。
[0080]下面結合圖4說明採用無源相位補償的原理，如圖4所示，雷射器腔內總光程Λ可以有如下表述:
[0081]Δ =Ll.nl+L2.n2+L9.n9+L5.n5+L6.n6+L7.n7+La.I
[0082]其中，LI為光在增益器件I中的往返長度，nl為增益器件I的折射率；L2為光在準直透鏡2中的往返長度，n2為準直透鏡2的折射率；L5為光在柵格濾波器5中的往返長度，n5為柵格濾波器5的折射率；L6為光在光柵6中的往返長度，n6為光線經歷光柵6的等效折射率山7為光在會聚透鏡7中的往返長度，n7為會聚透鏡7的折射率，n9和L9分別為溫度相位補償器9的折射率及其厚度，La和I分別為光線在腔內經歷的全部空氣路徑長度和空氣折射率。
[0083]簡單起見，令A=Leff.neff+L9.n9,
[0084]其中，Leff.neff=Ll.nl+L2.n2+L5.n5+L6.n6+L7.n7+La.I
[0085]為實現光程補償，令在寬溫區溫度變化下δ Δ=0,即δ (L9.η9) =- δ (Leff.neff)。
[0086]其中，δ表示在經歷寬溫區溫度變化時光程的變化量，即，δ (L9.η9)表示溫度相位補償器9在經歷寬溫區溫度變化時光程的變化量，δ (Leff.neff)表示半導體光增益器件1、準直透鏡2、柵格濾波器5、光柵6、會聚透鏡7以及腔內空氣在經歷寬溫區溫度變化時光程的變化量之和。
[0087]由於溫度相位補償器9所用的補償材料與腔內其它部分經歷相同的溫度變化，通過選擇特殊的材料折射率(η9)特性及其厚度(L9)，使得在寬溫區範圍內滿足δ (L9.η9)=-δ (Leff.neff)，實現在寬溫區範圍內的光程補償。通常是根據δ (Leff.neff)的符號正負及大小,通過計算和實驗驗證選擇具有相反折射率溫度特性的適當厚度的材料來實現。用這種方法將寬溫區範圍內的腔長變化導致的大部分相位改變量抵消，這就是所謂的無源相位補償功能。
[0088]另一方面，有源相位補償原理上就是鏡面移動的相位補償，通過採用可高速移動的微位移器10來驅動MEMS轉鏡，可以快速補償相位的微小變化，有源相位補償主要用於補償無源相位補償方法無法實現的精密微小相位差的補償，比如一些快速的微小相位擾動；有源相位補償也用於補償不同波長通道調諧工作的相位條件差異，畢竟在MEMS轉鏡旋轉改變通道時，光束路徑也發生了改變。有源相位補償是在反饋監測條件下進行的實時反饋補償，因此需要模塊控制系統提供支持。
[0089]由於採用了微小器件使Littman可調雷射器整體體積大大縮小，整個光學結構放置在一個小型光學平板上，實現了整體的溫度控制和氣密性封裝，相對於傳統的Littman可調雷射器而言，增強了器件可靠性和環境適應性。
[0090]上面已經舉例說明了本發明的具體實施例，本領域的技術人員能夠理解，對本發明的上述實施例能夠做出各種修改、變型、以及替換，其均落入如所附權利要求限定的本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種採用小型MEMS鏡的寬帶可調諧外腔雷射器，其包括依次設置的MEMS反射鏡(8 )、光柵(6 )、第一光束準直透鏡(2 )、半導體光增益器件(I)、第二光束準直透鏡(3 )、光隔離器⑷， 其中，所述半導體光增益器件(I)、第一光束準直透鏡(2 )、MEMS反射鏡(8)、光柵(6)構成所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔， 並且，所述寬帶可調諧外腔雷射器還包括驅動控制器(13)，其與所述MEMS反射鏡(8)、所述半導體光增益器件(I)連接， 其中，所述半導體光增益器件(I)用來提供所述寬帶可調諧外腔雷射器的增益，產生寬帶多通道光束， 所述第一和第二光束準直透鏡(2、3)分別用來形成所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔內部以及輸出端的準直多波長光束， 所述光隔離器(4)用來透射所述輸出端的準直多波長光束，並隔離回波， 所述光柵(6 )用來將所述諧振腔內部的準直多波長光束分解為按波長具有不同色散角的多個光束， 所述驅動控制器(13)用來調節半導體光增益器件(I)的增益，還用來向所述MEMS反射鏡(8)提供驅動信號。
2.根據權利要求1所述的寬帶可調諧外腔雷射器，還包括與驅動控制器(13)連接的微位移器(10)，用來根據 來自所述驅動控制器(13)的信號，調節所述MEMS反射鏡(8)的位置。
3.根據權利要求1所述的寬帶可調諧外腔雷射器，還包括光束分離器(11)、與所述驅動控制器(13)連接的光探測器(12)， 所述光束分離器(11)用來將所述輸出端的準直多波長光束分離出一部分，並將分離出的雷射光束提供給所述光探測器(12 )， 所述光探測器(12)用來探測由所述光束分離器(11)分離出的雷射光束的光功率，並將探測出的光功率的值提供給所述驅動控制器(13) 所述驅動控制器(13)用來根據從所述光探測器(12)提供的光功率的值，調節半導體光增益器件(I)的增益。
4.根據權利要求1所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其諧振腔內還包括設置在所述光柵(6 )和第一光束準直透鏡(2 )之間的所述柵格濾波器(5 )，用來使通過半導體光增益器件(I)所產生的寬帶多通道光束中的特定波長光束透射， 並且，其中，所述光柵(6)是透射式衍射光柵，其通過色散的方式將經過所述柵格濾波器(5)之後的特定波長光束在空間方向上分離開。
5.根據權利要求4所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其諧振腔內還包括設置在所述光柵(6)和柵格濾波器(5)之間的溫度相位補償器(9)，其用來補償所述寬帶可調諧外腔雷射器的諧振腔隨溫度變化產生的相位變化。
6.根據權利要求1至5中的一個所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其中，所述MEMS反射鏡(8)根據來自所述驅動控制器(13)的驅動信號而連續旋轉鏡面， 並且，其中，所述MEMS反射鏡(8)採用小鏡面懸臂梁結構，其鏡面大小與通過所述光柵(6)的光束束斑大小接近。
7.根據權利要求1至5中的一個所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其諧振腔內還包括設置在MEMS反射鏡(8 )和光柵(6 )之間的會聚透鏡(7 )，用來會聚來自光柵(6 )的光束，並將會聚後的光束輸入到所述MEMS反射鏡(8)，其中，所述光柵(6)的I級衍射光束正入射到所述會聚透鏡(7)。
8.根據權利要求1至5中的一個所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其中，所述驅動控制器(13)通過三角波電壓驅動所述MEMS反射鏡(8)的驅動端。
9.根據權利要求4或5所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其中，所述寬帶多通道光束經過所述光柵(6)被分離以後，90%以上的能量集中在I級衍射光束中。
10.根據權利要求1至5中的一個所述的寬帶可調諧外腔雷射器，其中，所述寬帶可調諧外腔雷射器的腔內總光程△滿足如下等式:
Δ =Ll.nl+L2.n2+L9.n9+L5.n5+L6.n6+L7.n7+La.I 其中，Li為光在半導體光增益器件(I)中的往返長度，m為半導體光增益器件(I)的折射率；L2為光在準直透鏡(2)中的往返長度，n2為準直透鏡(2)的折射率；L5為光在柵格濾波器(5)中的等效往返長度，n5為柵格濾波器(5)的折射率；L6為光在光柵(6)中的往返長度，n6為光線經歷光柵(6)的等效折射率；L7為光在會聚透鏡(7)中的往返長度，n7為會聚透鏡(7)的折射率，n9和L9分別為溫度相位補償器(9)的折射率及其厚度，La和I為光線在諧振腔內經歷的全部空氣路徑長度和空氣折射率。
11.根據權利要求10所述的寬帶可調諧外腔雷射器,其中，Δ=Leff.neff+L9.n9,並且，δ (L9.η9) =- δ (Leff.neff)，
其中，Leff.neff=Ll.nl+L2.n2+L5.n5+L6.n6+L7.n7+La.I, δ (L9.n9)表不溫度相位補償器(9)在經歷寬溫區溫度變化時光程的變化量，δ (Leff.neff)表示半導體光增益器件(I)、準直透鏡(2)、柵格濾波器(5)、光柵(6)、會聚透鏡(7)以及諧振腔內空氣在經歷寬溫區溫度變化時光程的變化量之和， 並且，根據δ (Leff * neff)的符號正負及大小，所述溫度相位補償器(9)通過具有相反折射率溫度特性的適當厚度的材料來實現。
【文檔編號】H01S5/14GK103633558SQ201310706006
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】傅焰峰, 羅勇, 張玓, 湯學勝, 錢坤, 唐毅, 胡勝磊, 胡強高 申請人:武漢光迅科技股份有限公司