[发明专利]光纤光栅稳定的半导体泵激源

说明书

技术领域

本发明一般涉及基于半导体激光二极管的光增益元件，尤其涉及波长稳定、输出衍射受限的激光二极管。

背景

光通信系统正越来越多地应用例如要求对光纤放大器或光纤激光器作光泵激的光纤系统。掺稀土光纤放大器(EDFA)正越来越多地应用于远距的、无转发器的光纤链路，且特别适用于水下通信链路。嗽曼放大器等其它类型的光纤放大器正在研制之中，不久就可配用于商用通信系统。

对用于泵激光纤系统的激光器，提出了若干通常相抵触的要求，如泵激激光器的输出功率要高。这样就增大了DEFA的增益，把光通信信号提升到更高的电平，要求用更少的光纤放大器覆盖给定长度的光纤链路。为保持恒定的增益，激光器的光谱与输出功率要稳定。

然而，有一个问题是，单一横向模半导体器件的有效泵激功率一般低于约300mW，要得到更高的泵激功率就要求把多个激光器的输出组合起来，由此增大了费用与复杂度。另一个问题是，常规Fabry Perot或DFB激光器的输出功率与输出光谱会因电流或温度变化发生很大的波动，导致EDFA的增益发生变化，使通信信号的幅值变得不稳定。为实现增益平坦度并得到更高的泵激功率，要求通过若干泵激激光器的波分复用(WDM)来稳定泵激波长。

再一个问题是，当光纤中窄线宽光的功率电平过高时，存在非线性寄生过程，如受激的布里渊散射(SBS)。对于带宽一般约20 MHz的DFB单模半导体激光器发射的光，光纤中SBS的阈值范围通常为5mW到10mW。这些低的SBS阈值有效地覆盖了现有光源能提供的泵激功率，这类光源包括单模激光器、主控振荡器/功率放大(MOPA)系统，甚至光谱强度大于约10mW/20MHz的多模激光器。

因此，要求有一种大功率激光器来泵激放大器与激光器等光纤系统，它能提供比常规单模激光器更大的功率，其输出的功率与光谱分量更稳定，且能克服非线性寄生过程设置的功率极限。

发明内容

一种半导体光源利用喇叭形增益部来提供可以耦入单模光纤的增大的功率。一种诸如布拉格光纤光栅的选频反射器，可用来反馈半导体光源的输出，使其造成相干塌陷。对于各种基于光纤的应用，如泵激光纤放大器或光纤激光器，可在光纤内用该光源提供高的光功率电平。单个这样的光源可以为多种光纤应用装置一起使用，多个这样的光源也可一起使用。

在本发明一实施例中，泵激激光器包括一个半导体增益元件，它具有第一端与输出端，在该两端之间有一光增益区而该光增益区的宽度在输出端比第一端更大。该泵激激光器还包括一根光纤和光耦合系统，光纤有一输入端，并包括一选频反射器，用于以在半导体增益元件光增益区中放大的光波长提供反射，而光耦合系统用于将增益元件输出端输出的光光耦入光纤的输入端。

本发明的另一实施例是一种半导体泵激源，其半导体增益元件有一后面，还有一喇叭形增益部分，喇叭形增益部分的宽端与增益元件的正输出面耦合。光纤具有第一端，光纤中形成的折射率光栅以在半导体增益元件中放大的光波长提供反射率。设置的光耦合系统将来自增益元件正面的光光耦入该光纤的第一端。折射率光栅具有反射率，与半导体增益元件有一距离，反射率与距离都按泵激源的相干塌陷操作而选择。

本发明的再一个实施例是一种光纤系统，它具有第一泵激激光器和被耦合成接收来自第一泵激激光器的泵激光的第一可激发光纤介质。第一泵激激光器包括第一半导体增益元件，它具有第一端与输出端，在这两端之间设置一光增益区，该区的宽度在输出端比第一端更大。第一光纤有一输入端，且包括一选频反射器，用于以在半导体增益元件的光增益区中放大的光波长提供反射。设置的第一透镜系统将来自该增益元件输出端的光光耦入第一光纤的输入端。

在本发明又一实施例中，半导体激光器装置包括一半导体增益元件，它具有第一端与输出端，在这两端之间有一光增益区，该区的宽度在输出端大于第一端。光纤具有输入端，并包括一以在半导体增益元件光增益区中放大的光波长反射的波长可选反射器。光耦合系统将来自增益元件输出端的光光耦入该光纤的输入端。该装置中形成的选模区可以优选最低次横向横。

在本发明再一个实施例中，半导体增益元件有第一端与输出端，在这两端之间有一光增益区，该区的宽度在输出端比第一端更大。光耦合系统将来自增益元件输出端的光光耦入该光纤的输入端。设置的光反馈元件将来自半导体增益元件输出端的光反馈入该半导体增益元件。光反馈元件把光优先反馈给半导体增益元件，因而从输出端输出并耦入光纤导向模的光的耦合效率大于30％。