一种集成可调谐外腔超窄线宽DBR激光器的制作方法

本发明涉及激光器，具体而言，涉及一种集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器。

背景技术：

1、随着光信息技术的发展和进步、人们对通信带宽需求的不断增加，光网络从单一传输功能的静态网络向同时具备传输和路由功能的动态网络演变。对于窄线宽激光器来说，固体、光纤与半导体激光器是最常用的三种类型：固体激光器与光纤激光器本身有着比较大的体积与更长的谐振腔长，意味着更长的光子寿命因此容易实现良好的相位/频率噪声性能。但是固体、光纤激光器不可避免的有着更大的尺寸、重量，制作与封装成本也十分高昂；此外它们均需要半导体激光器进行光泵浦，而可调谐半导体激光器有着芯片级别的尺寸、灵活的多波长选择性激射特性、直接电泵浦等特性，从众多类型中的激光器中脱颖而出，将成为未来光网络中的重要器件。

2、光反馈法是目前半导体激光器实现窄线宽的主要方法，为了增加激光器谐振腔的有效长度以降低线宽，利用对波长敏感的光栅、反射镜、光纤波导等光学元件作为外部反射镜，对激光器的出射光进行反射。但是由于集成了外部的光学元件，导致激光器系统过于复杂，同时由于外部反馈系统对环境的稳定性要求较高，装置不够紧凑，导致整个激光器的可靠性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于一种集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、本申请提供了一种集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，包括：

3、供电部分，包括电流源和温控源，用于给可集成窄线宽激光器供电；

4、超窄线宽激光器核心，包括dbr激光器、非球面透镜、si3n4芯片和光纤微透镜，dbr激光器的输出端口与非球面透镜的输入端口连接，产生的光束经过非球面透镜，聚焦到si3n4芯片上，si3n4芯片的输出端口与光纤微透镜的输入端口相连；

5、测量部分，包括光隔离器、光谱仪、声光调制器和频谱仪，其中光纤微透镜的输出端口与光隔离器的输入端口相连，光隔离器的输出端口依次通过光谱仪和声光调制器从而连接频谱仪的输入端口；从超窄线宽激光器核心输出的部分经过光隔离器隔离掉光学干扰后，分为第一路和第二路，其中第一路的一端将经过si3n4芯片耦合后的透射光谱进行采集，第二路经过声光调制器，将光信号转化为电信号，通过单模光纤接入到频谱仪中。

6、优选地，所述dbr激光器包括增益区、调相区和dbr区，其中增益区的输出端口连接调相区的输入端口，调相区的输出端口连接dbr区的输入端口，dbr区的输出端口连接非球面透镜的输入端口；

7、依次通过增益区、调相区和dbr区产生的激光光束，通过1.5mm的非球面透镜，耦合进入si3n4芯片中，在微环中集成了可调谐双微环谐振腔，并从芯片的左端面进入，在高qsi3n4微环谐振腔中产生沿着光纤轴向向前或向后的瑞利散射，后向传播的散射光通过非球面透镜，又反馈进入至dbr激光器中，从而构成一个外腔反馈通路；最终，在电流源的驱动下得到超窄线宽的激光输出。

8、优选地，所述增益区、调相区和dbr区内均具有分布式布拉格反射器以及高q值的si3n4微环谐振腔。

9、优选地，判断所述可调谐双微环谐振腔中产生的中心谐振频率是否达到dbr激光器的孤立频率，若达到，则调整双微环谐振腔的电极进而调整反馈比；若没有达到，则无需调整，其中反馈比为可调谐双微环谐振腔中产生的有效光反馈效率。

10、优选地，激光光束经过可调谐双微环谐振腔后，通过调节相位节电流和dbr节电流，进入自注入锁定状态。

11、优选地，将反馈比划分为五个区间，从低到高分别为第一区间、第二区间、第三区间、第四区间和第五区间；

12、其中，当反馈比超过10％，dbr激光器进入第五区间时，输出的激光模式为稳定且线宽较窄的单纵模，即采用洛伦兹函数表示的中心谐振频率的计算公式如下：

13、

14、式中，ωf为谐振频率，λ为半最大谱线宽，γ(ω)为半最大谱线宽λ的中心谐振频率，i为复数单位，ω为角频率。

15、优选地，所述自注入锁定状态之下的dbr激光器的动力学响应的计算方式如下：

16、

17、式中，ω0和ω分别表示激光二极管的孤点频率和输出模式的工作频率，τ为外部往返时间，ωf为谐振频率，λ为半最大谱线宽，-ceff为有效光反馈效率，arctan(α)为线宽增强因子的反正切；

18、且

19、

20、ceff表示有效光反馈效率，ω表示输出模式的工作频率，τ为外部往返时间，γ为反馈速率，α为线宽增强因子，ψ＝ωτ+arctan(α)表示外部相位延迟，在没有损耗下，ψ可以用ψ0+ωτ表示，λ为半最大谱线宽，ωf为中心谐振频率。

21、优选地，所述供电部分由两个温控源和一个电流源组成；

22、两个温控源分别对dbr激光器和si3n4芯片进行温度控制，电流源用于为dbr激光器进行供电。

23、优选地，所述光谱仪的型号为aq6317c，所述频谱仪的型号为r&sfsw67；所述光纤微透镜的输出端口为单模光纤apc接口。

24、本发明的有益效果为：

25、本发明采用dbr输出，即输出的是单纵模，光功率主要集中在此单纵模上，不会因为由于镀膜原因造成较强fp模式，减小了模式竞争产生的模式跳变问题，并具有波长可调谐的特性，激射波长容易与光纤光栅的反射波长对齐，较易实现有效的外腔反馈。

26、本发明采用的装置小巧紧凑，且易于集成，产生的窄线宽或低频噪声可以给激光雷达源提供较高的相干范围，增加了潜在的探测距离，其产生的窄线宽激光可以代替光泵浦固体激光器来进行空间相干光通信的应用。

27、本发明通过基于相位mrr二维调谐方法的线性频率调制，波长连续调谐范围1543nm-1550nm，边模抑制比可达34db，静态工作时可获得5khz的固有线宽，且结构紧凑可集成，可在光纤传感和激光雷达系统等领域将得到进一步的发展。

28、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，所述dbr激光器包括增益区、调相区和dbr区，其中增益区的输出端口连接调相区的输入端口，调相区的输出端口连接dbr区的输入端口，dbr区的输出端口连接非球面透镜的输入端口；

3.根据权利要求2所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，所述增益区、调相区和dbr区内均具有分布式布拉格反射器以及高q值的si3n4微环谐振腔。

4.根据权利要求2所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，判断所述可调谐双微环谐振腔中产生的中心谐振频率是否达到dbr激光器的孤立频率，若达到，则调整双微环谐振腔的电极进而调整反馈比；若没有达到，则无需调整，其中反馈比为可调谐双微环谐振腔中产生的有效光反馈效率。

5.根据权利要求2所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，激光光束经过可调谐双微环谐振腔后，通过调节相位节电流和dbr节电流，进入自注入锁定状态。

6.根据权利要求4所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，将反馈比划分为五个区间，从低到高分别为第一区间、第二区间、第三区间、第四区间和第五区间；

7.根据权利要求5所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，所述自注入锁定状态之下的dbr激光器的动力学响应的计算方式如下：

8.根据权利要求1所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，所述供电部分由两个温控源和一个电流源组成；

9.根据权利要求1所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，所述光谱仪的型号为aq6317c，所述频谱仪的型号为r&sfsw67。

10.根据权利要求1所述的集成可调谐外腔超窄线宽dbr激光器，其特征在于，所述光纤微透镜的输出端口为单模光纤apc接口。

技术总结
本发明提供了一种集成可调谐外腔超窄线宽DBR激光器，涉及激光器技术领域，包括供电部分，包括电流源和温控源；超窄线宽激光器核心，包括DBR激光器、非球面透镜、Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;芯片和光纤微透镜；测量部分，包括光隔离器、光谱仪、声光调制器和频谱仪，从超窄线宽激光器核心输出的部分经过光隔离器隔离掉光学干扰后，分为第一路和第二路，其中第一路的一端将经过Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;芯片耦合后的透射光谱进行采集，第二路经过声光调制器，将光信号转化为电信号，通过单模光纤接入到频谱仪中。本发明的有益效果为结构紧凑可集成，较易实现有效的外腔反馈，增加了潜在的探测距离，其产生的窄线宽激光可以代替光泵浦固体激光器来进行空间相干光通信的应用。

技术研发人员：白清松,吴加贵,吴钇麓,杜润昌,于明圆,王新文
受保护的技术使用者：成都天奥电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19