[发明专利]具有高线性度输出的激光系统

说明书

相关申请数据

本申请要求于2010年1月8日提交的序号为61/293,236的美国临时专利申请的利益，其通过引用以其整体结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及激光器的稳定，更具体涉及通常用在光电子器件中的类型的半导体激光器设备。

背景技术

半导体激光二极管已成为光通信技术中的重要组成部件，特别是因为这样的激光二极管可以被用来通过光学手段直接放大光信号。这为全光光纤通信系统的设计创造条件，避免了待传输信号的复杂转换。后者在这样的通信系统中提高速度和可靠性。

在一种光纤通信系统中，激光器被用于激励（pumping）掺铒光纤放大器，因此被叫作EDFAs，这已经在本领域的技术人员所知的各种专利和出版物中被描述过了。具有一些技术重要性的例子是输出功率为100mW或更高的980nm激光器，其与980nm铒吸收线波长匹配因此达到低噪声放大。

图1示出了激光器设备1的传统设计。这里半导体激光器11包含波导20，后面16，和前面18。该半导体激光器11与光纤14组合以有效引导光通过部分反射、波长选择反射器26到光放大器（未示出）。光纤14包含光纤透镜22和其透镜顶端24。来自波导20的光入射到光纤透镜22上透镜顶端24处。光纤14产生百分之几的反馈，并把激光器设备1锁定在波长选择反射器26的指定波长。这样的设计的说明可以在例如序号为7,099,361的美国专利和序号为2008/0123703的美国专利申请公开中找到。由于被构成为光栅布拉格光纤（FBG）的波长选择反射器26产生波长变化的低温度敏感的稳定性，通常在大约7pm/°K，所以这种设计提供激光器不需要主动温度稳定元件，而这是通过半导体激光器11内部的光栅（DBR或DFB结构）所不能实现的。

对如图1所示但没有波长选择反射器26的激光器设备1的激光器前面18和光纤透镜22之间剩余反射的积极和消极干扰的效果之前已经在2004年4月的IEEE的量子电子学杂志，第40卷，第4期，第354-363页的“近端剩余反射率对大功率泵浦激光器的谱性能的影响”中被研究过了。该研究揭示了，即使对于都具有远低于1%的AR涂层的标准透镜和激光器面，来自组合的反射的有效激光器前反射率随不同的操作条件而改变，即随温度和激光器电流变化。因此，可以观察到激光光谱中的不连续。对于在该研究时最先进的具有较短的腔长度，即较小的往返增益和较少的相干性的激光器，当应用了由FBG的波长稳定时这些效果可被忽略。

但发明人发现如图1所示出的具有一带有较长腔（如，超过3mm）的半导体激光器11且产生高增益量的传统激光器设备1更容易受到在光径中任何反射器的剩余反射和/或反馈的效果，以及多个反射器之间形成的额外的法布里-珀罗（Fabry-Perot FP）腔的效果的影响。如图6A所示，这种效果会在光功率与电流特性的关系曲线中产生大量不期望的波纹。即使来自涂有AR的透镜顶端24或涂有AR的前面18的进入了半导体激光器11的少量的背反射，其产生高增益量，可具有很大的影响。激光器输出也会变得对光耦合的微小变化非常敏感。

已知带例如相对于前面表面超过2°的倾斜角的弯曲波导可以抑制背反射进入波导。由于从前面18反射过来的辐射没有耦合到主动波导20本身中，这样的设置减少了来自前面18的光反馈（即，背反射）。因此，没有前面反馈，其他传统设计结合有效形成半导体增益元件12的弯曲波导20，而不是半导体激光器11。在图2中示出的传统激光器设备5中，激光腔仅是通过提供额外的反馈元件进入光径而建立的，在这种情况中它是波长选择反射器26。在这里，半导体增益元件12与具有传统光纤透镜22的光纤14相组合。传统光纤透镜22包含透镜顶端24，其与光纤14的纵轴正交。光纤透镜被设置成使得从半导体增益元件22中射出的光辐射（即，来自半导体增益元件22的光辐射的传播方向）与透镜顶端24正交。