技术领域
[0001] 本实用新型涉及激光器制造技术，尤其涉及一种基于取样光栅分布布拉格反射(SGDBR)的可调谐激光器波长搜寻光学系统。
背景技术
[0002] 由于可调谐
半导体激光器(TL，Tunable Laser)能够根据用户要求来动态调整输出波长，在宽带光通信系统和智能光网络中有着重要的应用和良好的市场前景，曾于2000年被评为“全球十大热
门通信技术”之一，被喻为光纤通信网络系统的“Holy Grail”-长期以来梦寐以求的东西。可调谐半导体激光器的使用，不仅能够为多个固定波长激光器提供备份，还将使自动波长配置和波长路由选择成为可能，从而进一步实现动态、灵活地分配系统带宽资源、保证整个网络系统的可靠性。
[0003] 所述取样光栅(Sampled Grating)则是在均匀光栅中周期性地去除一些区域构成的一种独特的光栅结构，这种周期性调制导致光栅具有梳状的反射谱。它能够利用游标效应大大拓宽波长的调谐范围。取样光栅分布布拉格反射(SGDBR)可调谐半导体激光器作为一种典型而重要的单片集成
光子器件，由于同时具有大的调谐范围和高的输出
光谱质量，与其他可调谐半导体激光器相比，具有更快的波长切换速度，在光脉冲
开关和光波包交换中也具有很高的应用价值。且由于其具有低成本、输出功率大、
稳定性好、制作工艺相对简单，易与其他器件集成等的特点，因此，具有非常好的市场前景。
[0004] 但是，由于波长的搜寻控制是取样光栅分布布拉格反射(SGDBR)可调谐激光器模
块中最复杂性的一个环节，其工作的准确性和快速响应是最难以实现的，因此，解决可调激光器模块中的波长搜寻问题就成为实现其商用化、降低成本的重要目标。实用新型内容
[0005] 有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于取样光栅分布布拉格反射(SGDBR)的可调谐激光器波长搜寻光学系统，以使其能够通过自动方式对可调激光器模块类器件进行快速波长搜寻和控制。
[0006] 为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0007] 一种基于SGDBR的可调谐激光器波长搜寻光学系统，可调谐激光器1、积分球2和波长搜寻装置3；其中，所述可调谐激光器1一个输出端与所述积分球2相连，另一个输出端与所述波长搜索装置3相连，所述波长搜索装置3通过电
信号接口7输出
电信号。
[0008] 其中，所述积分球2内包含第一光电探测器9。
[0009] 其中，所述波长搜寻装置3进一步包括
信号处理控
制模块4、第一波长搜寻装置入口5、第二波长搜寻装置入口6和光分路器/
滤波器连接模块8，以及第二光电探测器10、第三光电探测器11、第四光电探测器12；所述第一波长搜寻装置入口5连接所述积分球2的第一光电探测器9的输出端，并与所述波长搜寻装置3中的信号处理
控制模块4相连；所述第二波长搜寻装置入口6连接可调谐激光器1的输出端，并于所述波长搜寻装置3内的光分路器/滤波器连接模块8相连，所述光分路器/滤波器连接模块8分别与第二光电探测器10、第三光电探测器11、第四光电探测器12的输入端相连，所述第二、第三、第四光电探测器的输出端分别与所述信号处理控制模块4相连，所述信号处理控制模块4通过电信号接口7输出电信号。
[0010] 其中，所述光分路器/滤波器连接模块8的内部进一步设有两个顺次相连的第一分路器13、第二分路器14和滤波器15；其中，
光信号λ通过第一分路器13的任一支光路通过第二分路器14后，从第二分路器14输出的功率较小的光路进入第二光电探测器10的输入端，从第二分路器14输出的功率较大的光路通过滤波器15后经两个输出端分别与第三光电探测器11、第四光电探测器12的输入端相连。
[0011] 本实用新型所提供的基于SGDBR的可调谐激光器波长搜寻光学系统，具有以下优点：
[0012] 利用所述光学搜寻装置的光分路器/滤波器连接模块、信号处理控制模块和多个光电探测器(PD)，并利用所述光分路器/滤波器连接模块中与滤波器(Filter)的两个输出端口分别相连的光电
探头，得到两个
电压值PD1和PD2，通过读取其中一个电压值便可得到波长信息，通过采用比值的方式，计算两电压比值(PD1/PD2)，得到其与波长的数据查询表(look-up table)，再利用记录有“SGDBR可调谐激光器的波长-两电压比率”关系数据，并通过调用该数据查询表来准确控制激光器的输出波长。换句话说，通过比对滤波器(Filter)的两端口
输出电压，就可以追溯得出可调激光器的实际波长值。
附图说明
[0013] 图1为本实用新型的波长搜寻光学系统的结构示意图；
[0014] 图2为本实用新型光分路器/滤波器连接模块内部结构示意图；
[0015] 图3为本实用新型的信号处理控制模块对SGDBR五区进行控制示意图；
[0016] 图4a为本实用新型滤波器两输出端口电压与波长关系示意图；
[0017] 图4b为本实用新型滤波器两输出端口的电功率比值与波长关系示意图；
[0018] 图5为本实用新型的波长搜寻光学系统工作
流程图。
[0019] 【主要组件符号说明】
[0020] 1：可调谐激光器
[0021] 2：积分球
[0022] 3：波长搜寻装置
[0023] 4：信号处理控制模块
[0024] 5：波长搜寻装置入口A
[0025] 6：波长搜寻装置入口B
[0026] 7：电信号接口
[0027] 8：光分路器/滤波器连接模块
[0028] 9：第一光电探测器(即光电转换探头)
[0029] 10：第二光电探测器(即光电转换探头)
[0030] 11：第三光电探测器(即光电转换探头)
[0031] 12：第四光电探测器(即光电转换探头)
[0032] 13：第一分路器
[0033] 14：第二分路器
[0034] 15：滤波器。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图及
实施例对本实用新型的可调谐激光器波长搜寻光学系统作进一步详细的说明。
[0036] 本实用新型是通过设计一种光学波长搜寻系统，以自动方式对可调谐激光器模块类器件进行快速波长搜寻和控制来实现设计目的的。
[0037] 如图1所示，所述的波长搜索光学系统，主要包括可调谐激光器(TLs)1、积分球2和波长搜寻装置3。其中，所述可调谐激光器1一个输出端与所述积分球2相连，另一个输出端与所述波长搜索装置3相连，所述波长搜索装置3通过电信号接口7输出电信号。
[0038] 进一步地，所述积分球2内还包含第一光电探测器(PD)9。所述波长搜寻装置3进一步包括：信号处理控制模块4、第一波长搜寻装置入口5、第二波长搜寻装置入口6、电信号接口7和光分路器/滤波器连接模块8，以及第二、第三、第四光电探测器(PD)10、11、12。
[0039] 其中，所述积分球2与可调谐激光器1的输出，用于监测光功率输出，并通过相应的控制使该激光器的输出光功率保持恒定。
[0040] 所述第一波长搜寻装置入口5连接所述积分球2中的第一光电探测器(PD)9的输出，并与所述波长搜寻装置3中的信号处理控制模块4相连；
[0041] 所述第二波长搜寻装置入口6连接可调谐激光器1的输出，并于所述波长搜寻装置3内的光分路器/滤波器连接模块8相连，所述光分路器/滤波器连接模块8分别与第二、第三、第四光电探测器(PD)10、11、12的输入端相连，所述第二、第三、第四光电探测器10、11、12的输出端分别与所述信号处理控制模块4相连，所述信号处理控制模块4通过电信号接口7输出电信号。
[0042] 如图2所示，所述光分路器/滤波器连接模块8的内部，设有两个顺次相连的分路器(即第一分路器13和第二分路器14)和一个滤波器(Filter)15。其中，光信号λ通过第一分路器13(分光比为50∶50)的任一支光路通过第二分路器14(分光比为30∶70)后；从第二分路器14输出的功率稍小的光路连接第二光电探测器10的输入端，而从第二分路器14输出的功率较大的光路通过滤波器15滤波后的两个输出端分别与第三光电探测器11、第四光电探测器12的输入端相连，在其后分别可得到两个电压值PD1和PD2，通过读取其中一个电压值便可得到波长信息，为了使结果更加精确，我们采用比值的方式，计算两电压比值(PD1/PD2)，得到其与波长的数据查询表(look-up table)，此表记录了“SGDBR可调谐激光器的波长-两电压比率”关系数据，通过调用该数据查询表来准确控制激光器的输出波长。换句话说，在理想情况下通过比对滤波器15的两端口输出电压，就可以追溯得出可调激光器的实际波长值。
[0043] 所述的SGDBR可调谐(半导体)激光器1及其取样光栅结构如图3所示。从前至后的顺序依次为放大区(SOA)、前光栅区(Front Mirror)、有源区(Active)、
相位区(Phase)和后光栅区(Back Mirror)。取样光栅是在均匀光栅中周期性地去除一些区域而构成的一种特殊周期性光栅结构，这种周期性调制导致光栅具有梳状的反射谱。在前、后光栅区中选用不同的取样周期，则相应的梳状反射谱序列的周期将会错开一定的距离，当两个梳状反射谱序列中的一对谱峰发生重合时，就能够
选定单一的输出波长。当在前、后光栅区中注入
电流时，就可以利用自由载流子的等离子效应来改变无源
波导区的有效折射率从而达到控制梳状反射谱峰的
位置；相位区的作用是改变激光器的腔模。通过同时改变前、后光栅区以及相位区的调谐电流，可以使不同的光栅反射峰和腔模对准，这种类似于游标效应的调谐方式可以在注入电流很小的情况下实现较大的波长调谐范围。
[0044] 向SGDBR可调谐激光器这四个区域分别注入电流，将引起各区半导体材料的自由载流子浓度发生变化，从而改变各区材料的有效折射率。因此，控制SGDBR激光器四个区域的注入电流，便可实现对SGDBR可调谐激光器输出光的调谐控制。其中，调节前、后光栅区电流实现激光器输出波长的粗略调谐，调节相位区电流实现激光器输出波长的精细调谐，有源区电流主要是控制激光器的输出光功率，对调谐特性影响较小。
[0045] 进一步的详细说明，请参考图2，所述光分路器/滤波器连接模块8的内部，包括平分光输入的第一分路器13(分光比50∶50)、第二分路器14(分光比70∶30)和一个滤波器(Filter)15，第二、第三、第四光电探测器(即三个光电转换探头)10、11、12紧随其后，用于探测光信号的电压，并将其输出后的电信号传递给信号处理控制模块4。
[0046] 本实用新型中涉及的滤波器(Filter)15为市售无源光器件，其特征在于透射率与波长成线型关系，及光信号经过滤波器15后，不同波长的衰减不同，在其后安装光电转换探头(PD)，将光信号转换成电信号，即可得到电压与波长的线性关系。本实用新型中的Filter具有两个输出端口，经光电转换后便可得到两个电压值PD1和PD2，通过读取其中一个电压值便可得到波长信息，见图4a，为了使结果更加精确，我们采用读取PD1与PD2比率的方式，计算得到两电压比值η(η＝PD1/PD2)与波长的数据查询表，数据查询表示意图见图4b，此表记录了“SGDBR可调谐激光器λ-η”关系数据，通过调用该数据查询表来准确控制激光器的输出波长。换句话说，在理想情况下通过比对Filter的两端口输出电压，就可以追溯得出可调激光器的实际波长值。
[0047] 本实用新型波长搜寻系统流程图见图5，控制系统将比对实际波长输出与要求波长值是否相符，如相符，则不改变SGDBA的注入电流，按照原工作方式继续输出固定波长值，若不相符，则改变SGDBA的注入电流，直到实际波长输出与要求波长值相符。本实用新型响应时间短，成本低，适合大规模可调激光器的生产。
[0048] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型的保护范围。
