濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器的製作方法

2023-10-10 11:14:14 2

專利名稱：濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器的製作方法
技術領域：
本發明屬於光電子領域，尤其是濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器。
背景技術：
在外腔式可調諧雷射器中，主要有以下一些調諧技術(1)通過精密步進馬達帶動光柵的旋轉來進行調諧的，其主要缺點有以下幾個一是為實現光頻率的精密調諧，對步進馬達的步進精度和重複性要求很高，因此製造成本比較高；二是由於採用步進馬達，不易做到小型化；三是在惡劣工作環境下的工作穩定性比較差，特別是抗各類機械振動的能力比較差，由於存在上述幾個方面的問題，因此，採用這種技術的可調諧雷射器只適合用於實驗室工作環境中使用。( 利用光柵或雷射諧振腔中的其他光學濾波器件，如光學標準具等的透射光頻率隨溫度漂移的特點進行調諧，這種技術的優點是調諧精度高和輸出光的光譜帶寬比較窄，缺點是速度比較慢，特別是在要求調諧光譜範圍寬的情況下，這個缺點尤為明顯，例如光學濾波器件的溫度漂移係數是0. 2納米/度，要求的光頻譜範圍是80納米，溫度調節範圍是400度，因此，這在實際應用中是很難實現的。(3)通過微電機系統(MEMS)， 其主要缺點是在惡劣工作環境下的工作穩定性比較差，特別是抗各類機械振動的能力比較差。(4)利用可調諧聲光濾波器進行調諧，其優點是調諧速度快，沒有機械移動部件，可以做到小型化，其缺點是調諧精度不高和濾波帶寬比較寬，因此，單純採用這種技術的可調諧雷射器只適合用於對調諧精度和輸出帶寬不高的應用中。( 採用單一雷射增益介質，其光譜範圍很難做到覆蓋C光譜帶和L光譜帶。綜上所述，現有技術不能滿足要求可調諧雷射器具有小型化，在寬光譜範圍內的快速調諧，窄帶雷射輸出和在惡劣環境下長期穩定工作的各類應用，特別是光纖通訊中的應用。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種性能穩定、體積小、價格低且易於生產的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器。本發明解決現有的技術問題是採取以下技術方案實現的一種濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，包括依次安裝在雷射腔內的第一雷射增益介質、第一腔內準直透鏡、有源光相位調製器、可調諧聲光濾波器、 腔內反射鏡、光學標準具和腔內全反鏡，在第一雷射增益介質上安裝有第一雷射腔端面鏡， 還包括第二雷射增益介質、安裝在第二雷射增益介質上的第二雷射腔端面鏡和第二腔內準直透鏡，所述的第二雷射增益介質、第二腔內準直透鏡與第一雷射增益介質、第一腔內準直透鏡成垂直方向；一個多層介質膜光學濾波器，放置在第一腔內準直透鏡和第二腔內準直透鏡後，並與所述的第一腔內準直透鏡和第二腔內準直透鏡的輸出光束均成45度，用於耦合第一雷射增益介質和第二雷射增益介質的輸出光束；一個射頻信號源，用於提供給可調諧聲光濾波器射頻能量並通過改變射頻頻率來調節雷射諧振腔的振蕩波長；兩個雷射增益介質的泵浦源、有源光相位調製器的驅動源和雷射器驅動控制電路。而且，所述的第一雷射增益介質、第二雷射增益介質的增益光譜分別為C光譜帶和L光譜帶。而且，所述的第一雷射腔端面鏡是在C光譜帶範圍內的全反鏡或為部分反射鏡， 所述的第二雷射端面鏡是在L光譜帶範圍內的全反鏡或為部分反射鏡。而且，所述的多層介質膜光學濾波器對C光譜帶光束的光譜範圍接近全透射，對L 光譜帶光束的光譜範圍接近全反射。而且，所述的腔內反射鏡和腔內全反鏡至少在C光譜帶和L光譜帶光譜範圍內等於或接近100%的反射率，所述的腔內反射鏡和腔內全反鏡為以下幾種類型的反射鏡之一 平面鏡、凸面鏡和凹面鏡。而且，所述的光學標準具的光譜範圍大於或等於186. 15 196. IOTHz光譜帶，其透射光譜峰值間隔為50GHz並具有高銳度係數；所述的有源光相位調製器的光譜範圍大於或等於 186. 15 196. IOTHz0而且，所述的可調諧聲光濾波器為窄帶光濾波器，其光譜範圍等於或大於 186. 15 196. IOTHz的光譜帶，且其濾波光譜的FWHM不大於所述光學標準具透射光頻率的二倍。而且，所述的可調諧聲光濾波器包括一個聲光晶體和粘貼在所述聲光晶體上的一個聲波換能器，該聲光晶體的晶體材料為Te02。而且，所述的有源光相位調製器是以下幾種類型之一電光相位調製器，或者是磁光相位調製器，或者是液晶相位調製器，或者是聲光相位調製器，或者是基於物理光學效應的其他形式的相位調製器，或者是上述相位調製器的組合併具有等於或大於186. 15 196. IOTHz的光譜範圍。而且，所述的雷射器驅動控制電路包括一個數位訊號微處理器、四個數模轉換模塊、C帶雷射增益介質的雷射泵浦源、L帶雷射增益介質的雷射泵浦源、有源光相位調製器驅動源、可調諧聲光濾波器驅動源，數位訊號微處理器接收外部指令信號指令並通過雷射泵浦源、有源光相位調製器驅動源、可調諧聲光濾波器驅動源實現對雷射增益介質、有源光相位調製器、可調諧聲光濾波器的驅動控制功能。本發明的優點和積極效果是 1、本外腔式寬帶可調諧雷射器採用了多層介質膜光學濾波器將C光譜帶和L光譜帶雷射增益耦合起來，在不增加其他光學器件的情況下，大大擴展了可調諧雷射器的輸出光譜範圍，實現了單一雷射器的輸出光譜範圍覆蓋C和L光譜帶功能。
2、本外腔式寬帶可調諧雷射器採用了具有光頻率飄移補償的並由單一晶體和單一聲光換能器組成的可調諧窄帶聲光濾波器和有源光相位調製器，實現了在C光譜帶和L 光譜帶範圍內的快速可調諧輸出，在雷射腔內用透射光譜峰值為50GHz的具有高銳度係數的光學標準具進一步壓縮輸出光譜帶寬，並使雷射器的輸出嚴格滿足國際光纖通訊標準的規定。3、本外腔式寬帶可調諧雷射器採用了窄帶可調諧聲光濾波器和高銳度的光學標準具相結合，並利用多層介質膜的濾波器將C光譜帶和L光譜帶的兩個雷射增益介質耦合起來，實現了小型、無機械移動部件、寬帶光頻譜範圍內的快速調諧和窄帶的穩定雷射輸出。具有無機械移動部件、性能穩定可靠、成本低、尺寸小、易於安裝及生產等特點，滿足了對於要求尺寸小和極端工作環境下的可靠運行。可廣泛應用於光學測試、光纖通訊、生物、 醫療器械和光纖傳感器網絡等其他領域中。


圖1是現有的一種普通可調諧聲光濾波器的示意圖；圖2是現有的一種實現頻率偏移補償的可調諧聲光濾波器示意圖；圖3是在聲光晶體中一次衍射和二次衍射的入射光束、聲波場和衍射光束的波矢關係圖；圖4是一種採用了可調諧聲光濾波器和單一光標準具的外腔式可調諧雷射器的結構示意圖；圖5是C光譜帶雷射增益曲線的示意圖；圖6是L光譜帶雷射增益曲線的示意圖；圖7是一雷射增益介質的光頻率間隔為50GHz的輸出光譜示意圖；圖8是本發明的結構示意圖的結構示意圖；圖9是多層介質膜光學濾波器的透射光譜示意圖；圖10是光頻率覆蓋C光譜帶和L光譜帶的透射光譜間隔為50GHz的可調諧雷射器輸出光譜示意圖；圖11是本發明的雷射驅動控制電路的原理框圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。圖1顯示了一種普通的可調諧聲光濾波器100。該可調諧聲光濾波器100包括換能器22、射頻信號源20、聲光晶體沈，換能器20安裝在聲光晶體上，入射光束2以布拉格角入射到聲光晶體沈，產生零級衍射光束4和一級衍射光束6。聲光濾波器的工作原理是基於一種叫做布拉格衍射的現象。布拉格衍射涉及了光子(光能的量子)和聲子(聲能的量子)的相互作用過程。在這個互作用的過程中，能量和動量都是守恆的。動量守恆要求h K d = fi K1 + t) K s，其中Kd是衍射光子的動量，Π Ki是入射光子的動量，Π Ks是互作用的聲子的動量。約分去掉f!後得到K d = Ki+Ks，這就給出了布拉格衍射最基本的波矢等式，它表明了衍射光的波矢是入射光波矢與聲波波矢的矢量和，如圖3-1所示。能量守恆要求h ωΓ = fi ω + f, Ω，其中cor是衍射光的角頻率，《是入射光的角頻率，Ω是聲波的角頻率。約分去掉後得到G^ = ω + Ω。這表明衍射光子的角頻率被聲波的角頻率輕微改變，即光線的頻率產生了都卜勒頻移。
聲光可調諧濾波器(AOTF)是一種固態的、可採用電調諧的帶通光濾波器。與傳統的技術相比，AOTF提供了連續、快速的調節能力和窄的光譜帶寬。聲光濾波器有兩種類型 共線型與非共線型。其中具有高射頻頻率的非共線型和非近軸濾波器可以實現窄帶濾波。 然而根據上面的公式，￠^= ω + Ω，公式表明光波頻率偏移的大小等於聲波的頻率。儘管因為光線頻率和聲波頻率相差很多個數量級，從而產生的偏移量很小，但是在一些雷射器系統中還是會引起不穩定的運行。這個問題的一個解決辦法是使用兩個 A0TF，其中第二個AOTF用來抵消第一個AOTF所帶來的頻率偏移；另一個解決辦法是在同一個聲光晶體上使用兩個換能器。但是這些解決辦法都有幾個缺點1、增加了系統的體積； 2、使得光學對準更為困難；3、引起運行的不穩定性；4、增加成本，對大批量生產來說尤為重要。圖2顯示了一種可以有效消除頻率偏移的可調諧聲光濾波器200，該可調諧聲光濾波器200包括換能器22、聲光晶體沈、射頻信號源20、全反射鏡觀，入射光束2以布拉格角入射到聲光晶體沈，產生零級衍射光束4和一級衍射光束6，一級衍射光束6經全反射鏡經聲光晶體沈後產生零級衍射光束10和一級衍射光束12。圖3-1和圖3-2分別顯示了入射光(κ ^、衍射光(κ d)和聲波(κ s)的波矢關係。 正如上面提到的，K κ s = K (1這個關係永遠成立，使用加號(+)還是減號(-)由入射聲波的方向決定。在圖3-1中，光線2(Κ2)、光線6(Κ6)和聲波M(Ks)的關係是K2+Ks =K40聲波K 3不僅僅使得衍射光的方向向上偏移，光線的角頻率ω也向上偏移了 Ω = VsI KsI，其中Vs是聲波的速度。在圖3-2中，光線8(Κ8)、光線12(Κ12)和聲波M(Ks)的關係是= K5-Ks= K120在這種情況下，聲波使得衍射光的方向向下偏移，並且將第二次衍射的光線12的角頻率ω也向下偏移了 vs| Ks|。因為向上和向下的偏移量基本相同，當光線12從聲光濾波器200中射出時，整體頻率偏移被充分的消除了。在一些具體實施中，例如需要窄帶調節時，採用的聲光晶體是各向異性並有雙折射特性。其中一種物質為二氧化碲(TeO2),由於其運行在剪切模式時具有高光學均勻性、低光吸收度和耐高光功率能力的特點，廣泛使用於這類應用中。其他物質例如鈮酸鋰 (LiNbO3)、磷化鎵(GaP)和鉬酸鉛(PbMoO4)也經常用於各種聲光器件中。影響選擇特定物質的因素有很多，下面僅列出幾種，如聲光器件的類型、高質量晶體是否容易獲得以及應用的類型和需求，例如衍射效率功率損耗、入射光與衍射光的分散度和整體器件的大小等。可調諧聲光濾波器200中，根據不同應用需要，全反鏡觀到聲光晶體沈的距離L 是可調的。但是，由於聲波場M在聲光晶體中傳播時產生一定的衰減，因此，全反鏡觀應儘可能地靠近聲光晶體沈，這樣可以提高光線8的衍射效率。圖4顯示了一種採用單一光學標準具和如圖2所示的可調諧聲光濾波器的外腔式可調諧雷射器300。該可調諧雷射器300包括直接鍍在雷射增益介質34上的雷射腔端面鏡 32、雷射增益介質34、腔內準直透鏡36、有源光相位調製器41、可調諧聲光濾波器100、腔內全反鏡觀、光學標準具42、全反鏡44。其中，雷射腔端面鏡32和全反鏡44構成了雷射諧振腔。雷射輸出鏡通常對不同波長或顏色光的反射率不同，這裡提到的反射率是與雷射器運行的波長帶寬相對應的反射率。雷射腔端面鏡32可以根據不同的情況，採用部分反射鏡，或全反鏡。如果雷射增益介質是半導體增益介質時，由於一般都有比較大的輸出分散角，因此，可調諧雷射器300的腔內準直透鏡一般是針對雷射增益介質是半導體增益介質時使用。當雷射增益介質是氣體，液體或有些固體介質時，一般不用腔內準直透鏡，而是採用非平面腔鏡以實現腔內光束的合理分布。用於光纖通訊中的這類雷射器，需要將輸出光束4藕合到光纖中，準直透鏡38是必不可少的。在可調諧雷射器300中，由雷射增益介質34發出的寬帶螢光光束36經第一腔內準直透鏡38準直後的光束2透過有源光相位調製器41，以布拉格角進入可調諧聲光濾波器沈，被衍射後的一級衍射光6以布拉格角入射到腔內反射鏡觀，反射後的光束8又以布拉格角進入可調諧聲光濾波器26。值得注意的是，光束2是與聲波場M傳播方向相反的方向上以布拉格角進入可調諧聲光濾波器沈，而光束8是與聲波場對傳播方向相同的方向上以布拉格角進入可調諧聲光濾波器沈。因而，入射光束2經可調諧聲光濾波器沈兩次衍射後的光束12具有零光頻率飄移。被衍射後的一級衍射光12經光學標準具42後由全反鏡 44反射回雷射腔內，在雷射腔內形成雷射振蕩和放大。在這個過程中，光束4和10分別作為雷射腔內光束2和8的零級衍射光束；光束13作為光束12被全反鏡的反射後的光束的零級衍射光束成為雷射腔內的損耗，光束3是雷射腔內振蕩過程中被可調諧聲光濾波器沈所形成的一個零級衍射光束而溢出雷射腔外。光束4因其具有最大的能量作為雷射輸出光束。光束4、10和13可用於監控雷射腔內的光功率和波長等。由於光束4、10和13是雷射腔外光線，所以，使用這類光功率和波長等監控器件只要不產生將光束4、10和13全部或部分反射回雷射腔內，就不影響雷射器300的正常工作。正如前面分析的，由於第一次衍射光波長偏移和第二次衍射所產生的光波長偏移正好相反，因此，可調諧聲光濾波器沈在可調諧雷射器300中的結構中所造成的光波長偏移為零。又由於經可調諧聲光濾波器沈的兩次衍射，在雷射腔內形成了比一次衍射帶寬更窄的雷射振蕩。在光腔中插入的光學標準具42，進一步壓縮雷射輸出光的帶寬並使其輸出光的光頻率間隔與其自由光譜程(FSR) —致。如在光纖通訊的應用中，光學標準具42的自由光譜程可為IOOGHz，50GHz或25GHz並應儘可能具有高的銳度係數，以提高輸出光的邊摸抑制比和窄的輸出光譜。圖7所示的是光纖通訊中常用的光頻譜為C光譜帶或L光譜帶， 輸出頻率間隔為50GHz的可調諧雷射器輸出光譜。雷射輸出的調諧，是通過有源光相位調製器41和可調諧聲光濾波器沈來實現的。 改變可調諧聲光濾波器26驅動源的射頻頻率，可改變雷射腔內的光波諧振頻率。根據不同的光波諧振頻率，有源光相位調製器41通過調節光波的相位使得某一個特定的光波在雷射腔內產生雷射振蕩和放大。由於單一雷射增益介質的增益帶寬是有限的，如在工業上常用的半導體增益介質中，有效增益帶寬一般不超過6THz帶寬。因此，雷射器300的可調諧光譜範圍也不超過6THz 帶寬。能夠擴大可調諧雷射器的輸出光譜範圍，對許多應用來說是非常有益的。如光纖通訊中的常用的C光譜帶和L光譜帶的範圍約為ΙΟΤΗζ，如圖5和6所示。而採用單一雷射增益介質是很難實現的。下面對本發明的外腔式可調諧雷射器進行詳細說明本發明採用了一種多層介質膜光學濾波器將兩個雷射增益介質耦合起來為解決上述問題的提供了一個方法。如圖8所示，外腔式可調諧雷射器400包括第一個雷射增益介質34、直接鍍在雷射增益介質34上的雷射腔端面鏡32、第一腔內準直透鏡38、第二雷射增益介質35、直接鍍在第二雷射增益介質35上的雷射腔端面鏡33、第二腔內準直透鏡39、 多層介質膜光學濾波器31、有源光相位調製器41、可調諧聲光濾波器沈、腔內反射鏡觀、光學標準具42、雷射腔全反鏡44及雷射器驅動控制電路。本發明的可調諧雷射器400的基本工作原理和可調諧雷射器300是一樣的。不同之處在於可調諧雷射器400包含兩個不同光譜範圍的雷射增益介質及兩個雷射腔子腔。其中，第一雷射腔子腔由第一雷射增益介質 34、第一腔內準直透鏡38、多層介質膜光學濾波器31、有源光相位調製器41、可調諧聲光濾波器26、腔內反射鏡觀、光學標準具42和腔內全反鏡44依次安裝在一起組成，第二雷射腔子腔由第二雷射增益介質35、第二腔內準直透鏡39、多層介質膜光學濾波器31、有源光相位調製器41、可調諧聲光濾波器沈、腔內反射鏡觀、光學標準具42和腔內全反鏡44依次安裝在一起組成。第二雷射增益介質35、第二腔內準直透鏡39與第一雷射增益介質34、第一腔內準直透鏡38成垂直方向，多層介質膜光學濾波器31放置在第一腔內準直透鏡38和第二腔內準直透鏡39後，並與所述的第一腔內準直透鏡38和第二腔內準直透鏡39的輸出光束均成45度，用於耦合第一雷射增益介質34和第二雷射增益介質35的輸出光束。在本實施例中，第一雷射腔端面鏡可以是在C光譜帶範圍內的全反鏡或為部分反射鏡，第二雷射端面鏡可以是在L光譜帶範圍內的全反鏡或為部分反射鏡。多層介質膜光學濾波器對C光譜帶光束的光譜範圍接近全透射，對L光譜帶光束的光譜範圍接近全反射。 腔內反射鏡和腔內全反鏡至少在C光譜帶和L光譜帶光譜範圍內等於或接近100%的反射率，腔內反射鏡和腔內全反鏡可以選擇以下幾種類型的反射鏡平面鏡、凸面鏡和凹面鏡。 光學標準具的光譜範圍大於或等於186. 15 196. IOTHz光譜帶，其透射光譜峰值間隔為 50GHz並具有高銳度係數。有源光相位調製器的光譜範圍大於或等於186. 15 196. IOTHz 光譜帶。可調諧聲光濾波器為窄帶光濾波器，其光譜範圍等於或大於186. 15 196. IOTHz 的光譜帶，且其濾波光譜的FWHM不大於所述光學標準具透射光頻率的二倍，可調諧聲光濾波器包括一個聲光晶體和粘貼在所述聲光晶體上的一個聲波換能器，該聲光晶體的晶體材料為Te02。有源光相位調製器可以選擇以下幾種類型電光相位調製器，或者是磁光相位調製器，或者是液晶相位調製器，或者是聲光相位調製器，或者是基於物理光學效應的其他形式的相位調製器，或者是上述相位調製器的組合併具有等於或大於186. 15 196. IOTHz的光譜範圍。第一個雷射增益介質34的增益曲線如圖5所示，第一雷射增益介質的增益光譜分別為C光譜帶的頻譜覆蓋範圍為191. 15 196. IOTHz0第二雷射增益介質35的增益曲線如圖6所示，第二雷射增益介質的增益光譜分別為L光譜帶的頻譜覆蓋範圍為186. 15 191. IOTHz0多層介質膜光學濾波器31的a面鍍增透膜，對C光譜帶光全透。多層介質膜光學濾波器31的b面的透射和反射曲線80分三個部分，71,72和73，如圖9所示。曲線80 的71部分對C光譜帶具有高透射率，73部分對L光譜帶具有高反射率，72部分是濾波器曲線80由高透射率向低透射率的過渡，其頻譜寬度為Af0由於實際製作的多層介質膜光學濾波器Δι不可能為零(Δ ·越小，多層介質膜濾波器的製作難度就越大)，因此，採用多層介質膜光學濾波器的耦合不能做到「無縫」耦合，而這部分光譜如果和雷射增益介質34和第二雷射增益介質35的增益光譜交叉，即72光譜部分包含了雷射增益介質34和第二雷射增益介質35的增益光譜，則這部分光譜的光束，如果形成雷射振蕩和放大，會在雷射增益介質34和第二雷射增益介質35中同時形成雷射振蕩和放大，從而產生不穩定雷射輸出。 因此，在實際應用中，應避免這種情況發生。例如，在用於光纖通訊的光頻率間隔為IOOGHz 的可調諧雷射器中，C光譜帶的在長波方向的最後一個頻道和L光譜帶在短波方向的第一個頻道的光頻率間隔為100GHz，因此，只要濾波器曲線80的Af小於100GHz，就能實現在頻譜覆蓋C光譜帶和L光譜帶的光頻率間隔為IOOGHz的可調諧輸出。對於光頻率間隔為 50GHz或25GHz的可調諧雷射器，採用多層介質膜光學濾波器進行C光譜帶和L光譜帶的雷射增益介質的耦合的難度就大大增加。由第一雷射增益介質34發出的光束經第一腔內準直透鏡38準直後成為光束2，由第二雷射增益介質35發出的光束經第二腔內準直透鏡38準直後成為光束30。多層介質膜光學濾波器31的放置角度與光線2和光線30均成45度角。光束2透過濾波器31的a和 b面，在由端面鏡32和全反鏡44組成的雷射腔的第一個子腔中形成雷射振蕩。光束30經濾波器31的b面全反射，在由端面鏡33和全反鏡44組成的雷射腔的第二個子腔中形成雷射振蕩。第一個子腔和第二個子腔的雷射均通過調節有源光相位調製器和改變射頻信號源 20的射頻頻率進行調諧，並都在光束4輸出。最終實現單一雷射器的輸出光譜範圍覆蓋C 和L光譜帶，如圖10所示。上述外腔式可調諧雷射器400的總驅動控制電路系統如圖11所示。該雷射器驅動控制電路包括帶有嵌入式軟體程序的數位訊號微處理器(DSP) 118、四個數模轉換(D/A) 設備104、108、112和116、雷射泵浦源102用於泵浦L帶第二雷射增益介質35、雷射泵浦源 106用於泵浦C帶雷射增益介質34、有源光相位調製器驅動源110、射頻信號源114。帶有嵌入式軟體程序的數位訊號微處理器(DSP) 118通過數模轉換(D/A)設備104、108、112和 116來分別控制雷射泵浦源102、雷射泵浦源106、有源光相位調製器驅動源110、射頻信號源114。數位訊號微處器118也可以接收外部指令來對可調諧雷射器400進行控制。上述說明僅起演示和描述的作用，並不是一個詳細無遺漏的說明，也沒有意圖將本發明限制在所描述的具體形式上。經過上面的描述，對本發明的許多改動和變化都可能出現。所選擇的具體實施僅僅是為了更好的解釋本發明的原理和實際中的應用。這個說明能夠使熟悉此領域的人可以更好的利用本發明，根據實際需要設計不同的具體實施和進行相應的改動。
權利要求
1.一種濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，包括依次安裝在雷射腔內的第一雷射增益介質、第一腔內準直透鏡、有源光相位調製器、可調諧聲光濾波器、腔內反射鏡、光學標準具和腔內全反鏡，在第一雷射增益介質上安裝有第一雷射腔端面鏡，其特徵在於還包括第二雷射增益介質、安裝在第二雷射增益介質上的第二雷射腔端面鏡和第二腔內準直透鏡，所述的第二雷射增益介質、第二腔內準直透鏡與第一雷射增益介質、第一腔內準直透鏡成垂直方向；一個多層介質膜光學濾波器，放置在第一腔內準直透鏡和第二腔內準直透鏡後，並與所述的第一腔內準直透鏡和第二腔內準直透鏡的輸出光束均成45度，用於耦合第一雷射增益介質和第二雷射增益介質的輸出光束；一個射頻信號源，用於提供給可調諧聲光濾波器射頻能量並通過改變射頻頻率來調節雷射諧振腔的振蕩波長；兩個雷射增益介質的泵浦源、有源光相位調製器的驅動源和雷射器驅動控制電路。
2.根據權利要求1所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的第一雷射增益介質、第二雷射增益介質的增益光譜分別為C光譜帶和L光譜帶。
3.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的第一雷射腔端面鏡是在C光譜帶範圍內的全反鏡或為部分反射鏡， 所述的第二雷射端面鏡是在L光譜帶範圍內的全反鏡或為部分反射鏡。
4.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的多層介質膜光學濾波器對C光譜帶光束的光譜範圍接近全透射，對 L光譜帶光束的光譜範圍接近全反射。
5.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的腔內反射鏡和腔內全反鏡至少在C光譜帶和L光譜帶光譜範圍內等於或接近100%的反射率，所述的腔內反射鏡和腔內全反鏡為以下幾種類型的反射鏡之一 平面鏡、凸面鏡和凹面鏡。
6.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的光學標準具的光譜範圍大於或等於186. 15 196. IOTHz光譜帶，其透射光譜峰值間隔為50GHz並具有高銳度係數；所述的有源光相位調製器的光譜範圍大於或等於186. 15 196. IOTHz光譜帶。
7.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的可調諧聲光濾波器為窄帶光濾波器，其光譜範圍等於或大於 186. 15 196. IOTHz的光譜帶，且其濾波光譜的FWHM不大於所述光學標準具透射光頻率的二倍。
8.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的可調諧聲光濾波器包括一個聲光晶體和粘貼在所述聲光晶體上的一個聲波換能器，該聲光晶體的晶體材料為Te02。
9.根據權利要求1或2所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，其特徵在於所述的有源光相位調製器是以下幾種類型之一電光相位調製器，或者是磁光相位調製器，或者是液晶相位調製器，或者是聲光相位調製器，或者是基於物理光學效應的其他形式的相位調製器，或者是上述相位調製器的組合併具有等於或大於186. 15 196. IOTHz的光譜範圍。
10.根據權利要求1所述的濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器， 其特徵在於所述的雷射器驅動控制電路包括一個數位訊號微處理器、四個數模轉換模塊、C帶雷射增益介質的雷射泵浦源、L帶雷射增益介質的雷射泵浦源、有源光相位調製器驅動源、可調諧聲光濾波器驅動源，數位訊號微處理器接收外部指令信號指令並通過雷射泵浦源、有源光相位調製器驅動源、可調諧聲光濾波器驅動源實現對雷射增益介質、有源光相位調製器、可調諧聲光濾波器的驅動控制功能。
全文摘要
本發明涉及一種濾波器耦合雙雷射增益介質的外腔式寬帶可調諧雷射器，包括依次安裝在雷射腔內的第一雷射增益介質、第一腔內準直透鏡、有源光相位調製器、可調諧聲光濾波器、腔內反射鏡、光學標準具和腔內全反鏡，第二雷射增益介質、安裝在第二雷射增益介質上的第二雷射腔端面鏡和第二腔內準直透鏡，一個用於耦合第一雷射增益介質和第二雷射增益介質的輸出光束的多層介質膜光學濾波器，一個射頻信號源，兩個雷射增益介質的泵浦源、有源光相位調製器的驅動源及雷射器驅動控制電路。本發明設計合理，實現了單一雷射器的輸出光譜範圍覆蓋C和L光譜帶功能，擴展了可調諧雷射器的輸出光譜範圍，具有性能穩定可靠、成本低、尺寸小、易於安裝及生產等特點。
文檔編號H01S3/10GK102332678SQ20111022208
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月4日 優先權日2011年8月4日
發明者高培良 申請人:天津奇譜光電技術有限公司