[发明专利]相干光源部件

说明书

本发明公开一种相干光源部件，该部件设置：分束器、从激光器阵列和合束器；分束器将输入光源分成n路激光输出；从激光器阵列通过注入锁定控制使其n路激光器的输出激光与输入激光具有相同的频率和固定的相位偏差；n路激光最后输入合束器后被合成为一束激光输出；该部件在从激光器阵列的输入端前或其输出端后还设置相位调制器；相位调制器将输入其的n路激光调制成具有相同相位的n路激光输出；从激光器阵列与相位调制器直接连接或采用波导连接，分束器的输出端与其相邻器件采用波导连接，合束器的输入端与其相邻器件采用波导连接。基于本发明的部件，通过改善部件的结构，使输出的激光同时具备稳定的功率和低RIN特性，满足其应用需求。

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及一种相干光源部件。

背景技术

半导体激光器具有高可靠性、小体积、高功率转换效率、低成本等优点，其寿命可达10万小时以上，封装后体积仅几个立方厘米，功率转换效率高达50％以上，因而被广泛用于成像、通信、机械加工等领域。

例如，在微波光子学、激光雷达、电子战等通信、探测领域中广泛应用的微波光纤链路，其光源半导体激光器的输出功率与RIN(Relativeintensity noise，相对强度噪声)特性对链路的无杂散动态范围(SFDR)、噪声系数(NF)等指标有重要影响。

然而，半导体激光器同时保持大功率与低RIN特性具有较大挑战。目前，国际上提高其功率的主流方法是在保证半导体激光器单模工作前提下提高其输出功率。具体方法包括：减小谐振腔内部损耗，提高模式增益，抑制热效应等。基于以上方法，APIC公司Zhao Y G等人已经研制得到了单个输出功率在200mW，同时RIN低于－165dB/Hz，波长在1550nm附近的单模分布式反馈式(DFB)激光器。但继续提高激光器的输出功率，现有的技术手段已经无法克服空间烧孔、热效应等对激光器单模、RIN特性的影响。

激光器阵列可以有效扩展激光器的输出功率，降低对单个激光器输出功率的要求。基于相干合成的激光技术是近年来的热点研究课题，使阵列激光器锁相输出，以实现光束的相干。

美国DEPS举办的定向能系统年会和固体与二极管激光技术年会，以及激光科学领域的CLEO和SPIE Photonics West等国际会议都专门设立了相干合成技术专题，涉及的激光器包括半导体激光器、光纤激光器、气体激光器等各种类型的激光器。

半导体激光器的相干合成技术，早在1970年就已经出现，美国Bell实验室的Ripper J E等人通过倏逝波耦合实现了2路GaAs激光器锁相输出。

随着相干合成技术的发展，激光器相干合成的实现方法还出现了漏波耦合，Talbot外腔耦合等，以上方法采用被动锁相技术，即无须外部控制，仅靠阵列单元之间的相互作用实现锁相。被动锁相技术的困难在于阵列的单元数量有限，且相干合成效果随着阵列单元数量增加而减弱，并且存在振荡及多模工作。为了克服以上问题，又发展了主动锁相技术。

主动锁相技术主要有两种，第一种：先对激光器的光进行分束，再用光放大器对每路光放大，即MOPA结构；第二种与第一种类似，区别在于光进行分束后采用激光器进行光放大，为了保证各路光的相干性，可采用注入锁定技术。

在1995年McDonnell Douglas公司Joseph Levy等人采用MOPA结构实现了900路的阵列相干合成，近场输出功率达到36W。但是在光放大过程中新的光、电噪声，最终导致阵列的RIN特性恶化。

在1999年德国Stuttgart大学的Lars Bartelt-Berger等人采用一个主激光器同时注入锁定15个分立的从激光器(简称Lars Bartelt-Berger激光阵列)实现了阵列的相干合束，但合束后输出的激光存在的功率不稳定和RIN特性恶化等缺点。

因此，目前急需发展一种可靠的部件，既能实现稳定功率的激光输出，又能抑制输出激光的RIN特征，满足其应用需求。