CN1187871C - 利用锁模激光器产生具有高重复率的光脉冲串 - Google Patents

利用锁模激光器产生具有高重复率的光脉冲串 Download PDF

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Abstract

一种光脉冲串发生器是由第一和第二光谐振器(3，12)以及一个光脉冲发生器(6)构成的。第一光谐振器(12)中具有第一光路长度的第一光路。第二光谐振器(3)***到第一光路中。第二光谐振器(3)中具有一个实际上等于第二光路长度的1/m的第二光路长度的第二光路，m是一个自然数。光脉冲发生器(6)向第一光谐振器(12)提供包括对应于第一光路长度调谐的第一重复率的分量的第一光脉冲串(13)。第一光脉冲串(13)的提供使得能够在第一光谐振器(12)中产生一个第二光脉冲串(14)。第一光谐振器(12)提取第二光脉冲串(14)的一部分，以输出一个输出光脉冲串(15)。

Description

利用锁模激光器产生具有高重复率的光脉冲串
技术领域
本发明涉及光脉冲串的产生，更具体地讲，涉及一种产生具有高重复率的光脉冲串的装置和方法。
背景技术
光学电信***和光学计算机通常需要具有高重复率的光脉冲串。
已经认识到已调制锁模半导体激光器是一种具有高重复率的光脉冲串源。美国专利No.6,031,851中公开了一种已调制锁模半导体激光器，在此将该专利整体引入作为参考。图1是常用已调制锁模半导体激光器的示意图。该常规已调制锁模半导体激光器由一个基底55，一个激活区56，和电极57-59构成。基底55和激活区56被划分成分布的布拉格反射器区(DBR区)51，电子吸收调制器区52，增益区53，和可饱和吸收器区54。
如下所述，光脉冲串的产生是利用常规已调制锁模半导体激光器完成的。通过电极57向可饱和吸收器区54提供反向偏置电压。通过电极58向增益区53提供直流电流。通过电极59向电子吸收调制器区52提供调制偏压，调制偏压是由反向直流偏压和一个正弦电压叠加产生的。调制偏压致使发射出光脉冲串。常规已调制锁模半导体激光器可以产生具有在30至40GHz范围的重复率的光脉冲串。
也可以利用阵列波导管衍射光栅(AWG)或法布里-珀罗校准器(Fabry-Perot etalon)完成光脉冲串的产生。图2示出了用于产生光脉冲串的AWG装置71。AWG装置71由一个输入波导管61，一个光学多路分解器62，多个波导管63，一个光学多路复用器64，和一个输出波导管65构成。多个波导管63的光路长度彼此不同。如图3A中所示，向输入波导管61提供了光脉冲串Pin。如图2中所示，光学多路分解器62多路分解光脉冲串Pin，以产生多个光脉冲串。将产生的光脉冲串分别提供给波导管63，以使其延迟。波导管63的不同光路长度致使光脉冲串被延迟不同的延迟时间。多路复用器64多路复用延迟的光脉冲串，以产生输出光脉冲串Pout。输出光脉冲串Pout具有的重复率是输入光脉冲串Pin的重复率的m倍，m是波导管63的数量。
在日本公开专利申请(JP-A平8-148749)中，Yokoyama等人披露了另一种产生光脉冲串的技术。这种光脉冲串产生技术使用了两个半导体激光器，其中一个是已调制锁模半导体激光器，另一个是无源锁模半导体激光器。已调制锁模半导体激光器产生一个光脉冲串，以激励无源锁模半导体激光器。无源锁模半导体激光器产生与来自已调制锁模半导体激光器的光脉冲串同步的输出光脉冲串。通过光激励获得的同步提高了输出光脉冲串的重复率的稳定性。
光信号处理的最近发展要求能够产生具有高于50GHz，最好是高于80GHz的重复率的光脉冲串，而且要求能够精确地控制重复率。因而，希望有一种能够产生具有精确控制的高重复率的光脉冲串的技术。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种产生具有高重复率的光脉冲串的光脉冲串发生器。
本发明的另一个目的是提供一种精确地控制产生的光脉冲串的重复率的光脉冲串发生器。
一种光脉冲串发生器，包括：其中具有一个第一光路长度的光路的主谐振器；***到所述主光谐振器的所述光路中的子谐振器，其中所述子谐振器中具有一个等于所述第一光路长度的1/m的第二光路长度的光路，m是一个自然数；向所述主谐振器提供包括一个对应于所述第一光路长度调谐的第一重复率的谐波分量的调制光脉冲串的光脉冲发生器，其中所述调制光脉冲串的提供能够在所述主谐振器中产生谐振的光脉冲串，其中所述主谐振器提取所述谐振的光脉冲串的一部分，以输出一个输出光脉冲串。
当光脉冲串发生器进一步包括一个***到第一光谐振器的第一光路中的激光器增益元件时，激光器增益元件最好接收第一光脉冲串，以便与第一光脉冲串同步地放大第二光脉冲串。
激光器增益元件最好是一个包括接收第一光脉冲串的可饱和吸收器区，和一个耦合到可饱和吸收器区以放大第二光脉冲串的增益区的锁模半导体激光器。
锁模半导体激光器最好在可饱和吸收器区上具有一个反射表面，并且第一光谐振器包括一个反射镜，通过增益区和第二光谐振器将第一光路形成在反射表面和反射镜之间。
反射镜优选可以移动，以便能够调节第一光路长度。
第一光谐振器可以由具有一对反射表面的法布里-珀罗谐振器构成，第一光路形成在这对反射表面之间。
在这种情况下，第一光脉冲串的第一重复率优选是f/n，n是一个自然数，f是一个由下式定义的圆周频率：
f＝c/2L
其中c是真空中的光速，L是反射表面对之间的第一光路的第一光路长度。这致使第二光脉冲串的第二重复率成为圆周频率f的m倍。
第二光谐振器可以由包括一对光学平板的法布里-珀罗校准器构成，第二光路形成在光学平板对之间。
在这种情况下，法布里-珀罗谐振器和法布里-珀罗校准器优选设计成不在法布里-珀罗谐振器与法布里-珀罗校准器之间形成一个谐振器。这是优选通过使光学平板对与形成在法布里-珀罗谐振器的反射镜对之间的第一光路倾斜一定的角度取得的。
第一光谐振器可以由一个环形谐振器构成，这个环形谐振器是将第一光谐振器的第一光路形成一个环路而构成的。
在这种情况下，第一光脉冲串的第一重复率优选是f/n，n是一个自然数，而f是一个由下式定义的圆周频率：
f＝c/L，
其中c是真空中的光速，L是环状第一光路的第一光路长度。这致使第二光脉冲串的第二重复率成为圆周频率f的m倍。
第一光谐振器可以包括一个光纤，以形成环形谐振器。
第二光谐振器可以由一个法布里-珀罗校准器构成，而第一光谐振器由一个环形谐振器构成。
当第一光谐振器由一个环形谐振器构成时，第二光谐振器可以由另一个环形谐振器构成，这个环形谐振器是将第二光谐振器的第二光路形成一个环路而构成的。
第二光谐振器包括另一个光纤，以形成另一个环形谐振器。
第一和第二光谐振器的第一和第二光路长度最好是可调节的。
附图说明
图1是表示常规已调制锁模半导体激光器的剖视图；
图2是用于产生光脉冲串的常规AWG装置；
图3表示了输入到常规AWG装置的输入光脉冲串Pin，和从常规AWG装置输出的输出光脉冲串Pout；
图4是表示本发明第一实施例的光脉冲发生器的示意图；
图5是表示第二实施例的光脉冲发生器的示意图；
图6A是表示第二实施例的一个改进光脉冲发生器的示意图；
图6B是表示第二实施例的另一个改进光脉冲发生器的示意图；
图7A是表示第三实施例的一个光脉冲串发生器的示意图；和
图7B是表示第三实施例的一个改进光脉冲串发生器的示意图。
具体实施方式
以下参考附图详细说明根据本发明的光脉冲串发生器。
                       第一实施例
第一实施例的光脉冲串发生器是由光脉冲源6和锁模激光器12构成的。光脉冲源6通过光隔离器7和准直透镜5b向锁模激光器12提供调制光脉冲串13。光隔离器7防止了来自锁模激光器12的不希望的反馈。应当指出，可以通过光纤(未示出)发送调制光脉冲串13。光脉冲源6可以是一个无源锁模半导体激光器，一个DFB半导体激光器，和一个已调制锁模半导体激光器。在本实施例中，使用了图1中示出的已调制锁模半导体激光器作为光脉冲源6。已调制锁模半导体激光器由于其较短的谐振器长度，使得它的模式间隔能够与时钟频率相同。这使得能够减小调制光脉冲串13的抖动。
锁模激光器12是由半导体激光器1，半透明反射镜2，法布里-珀罗校准器3，波长选择器4，和准直透镜5构成的。法布里-珀罗校准器3，波长选择器4和准直透镜5串联地布置在半导体激光器1和半透明反射镜2之间。
半导体激光器1在与半透镜反射镜2相对的一侧具有一个反射端面11a。反射端面11a和半透明反射镜2起到了法布里-珀罗谐振器的作用。此后，将法布里-珀罗谐振器称为主谐振器。反射端面11a涂覆有层状结构的介电膜，以将其反射率提高到大约0.8。层状结构介电膜可以由SiO2/TiO2层或Si/SiO2层形成。
半导体激光器1的相反端面11b涂覆一层抗反射涂层。抗反射涂层可以包括层状结构的介电膜，例如，SiO2/TiO2层或Si/SiO2层的介电膜。端面11b的反射率被降低到10-4以下。端面11b的低反射率防止了在端面11b与半透明反射镜2之间形成一个谐振器。
半导体激光器1包括一个在端面11b上的增益区1a，和一个在端面11a上的可饱和吸收器区1b。增益区1a和可饱和吸收器区1b分别设置有电源电极。
给作为一个光学放大器的增益区1a提供直流电流，以便在端面11b与半透明反射镜2之间形成的主谐振器内产生谐振的光脉冲串14。可饱和吸收器区1b接收来自光脉冲源6的光脉冲串13，以使谐振的光脉冲串14与光脉冲串13同步。
半透明反射镜2透过一部分谐振的光脉冲串14，以输出一个输出光脉冲串15。如图4中箭头A所指示的，半透明反射镜2可以沿主谐振器的光路移动。可移动半透明反射镜2使得能够把主谐振器的光路长度L调节到希望的长度。应当指出，主谐振器的光路长度L意味着半导体激光器1的反射端面11b与半透明反射镜2的半反射表面之间的光路长度。可移动半透明反射镜2使得能够精确地调节输出光脉冲串15的重复率。
法布里-珀罗校准器3起到一个***到主谐振器的光路中的子谐振器的作用。法布里-珀罗校准器3是由一对平行的半反射表面构成的。具体地讲，法布里-珀罗校准器3包括一个由石英、光学玻璃之类的材料形成的光学平板，和一对形成在光学平板两侧的半反射层。半反射层可以是由层状结构的介电层或薄金属膜形成的。法布里-珀罗校准器3被设计成具有由下式定义的平行半反射表面之间的光路长度d：
d＝L/m，
其中L是主谐振器的光路长度，m是一个等于或大于2的整数。使谐振的光脉冲串14的传输系数最大的重复率具有c/2d的间隔Δf，其中c是真空中的光速。
将法布里-珀罗校准器3布置为稍微倾斜于主谐振器的光路。法布里-珀罗校准器3的倾斜布置防止了在半透明反射镜2与法布里-珀罗校准器3之间，和法布里-珀罗校准器3与半导体激光器1的端面11b之间形成谐振器。
法布里-珀罗校准器3可以包括一对半透明的平行反射镜，和一个由***在半透明平行反射镜之间的压电材料或电光材料制造的光学介质。使用压电或电光光学介质使得能够响应施加到光学介质的电压来调节半透明平行反射镜之间的光路长度d。
波长选择器4确定谐振的光脉冲串14的波长，从而确定了输出光脉冲串15的波长。波长选择器4可以是一个分散棱镜，衍射光栅，或由层状结构的介电层构成的波长选择滤光器。可以通过调节波长选择器4与主谐振器的光路之间的角度，把输出光脉冲串15的波长设置到希望的波长。波长选择器4使输出的光脉冲串15的波长与同步光脉冲13的波长不同。如果不需要精确地控制输出光脉冲串15的波长，那么可以省略波长选择器4。但是，实际中最好使用波长选择器4。
第一实施例的光脉冲串发生器可以产生重复率是输出光脉冲串13的重复率的m倍的调制光脉冲串15。输出光脉冲串15的产生机理如下。
作为图1中所示的已调制锁模半导体激光器的光脉冲源6产生调制光脉冲串13。对应于主谐振器的光路长度调谐调制的光脉冲串13的重复率。具体地讲，调制的光脉冲串13具有f/n的基本重复率，f是一个由下式确定的圆周频率：
f＝c/2L，
n是一个自然数，c是真空中的光速，L是主谐振器的光路长度。调制的光脉冲串13的产生是通过利用一个标准信号发生器(未示出)向已调制锁模半导体激光器提供一个f/n频率的正弦电压取得的。正弦电压致使光脉冲源6产生具有f/n的基本重复率的调制光脉冲串13。调制光脉冲串13也包括具有2f/n，3f/n，…，f，…的重复率的谐波分量。将产生的调制光脉冲串13通过端面11b输入到半导体激光器1。
向半导体激光器1的增益区1a提供一个直流电流，并且向可饱和吸收器区1b提供一个反向的偏压。直流电流和反向偏压的提供致使半导体激光器1通过无源锁模在主谐振器中产生谐振光脉冲串14。
起到具有d(＝L/m)的光路长度的子谐振器作用的法布里-珀罗校准器3将谐振的光脉冲串14的谐振模限制到满足由法布里-珀罗校准器3的布置确定的谐振条件的谐振模。法布里-珀罗校准器3致使谐振的光脉冲串14具有主谐振器的圆周频率的m倍的高重复率。
半导体激光器1通过可饱和吸收器区1b接收调制光脉冲串13，以便与调制光脉冲串13同步地调制谐振的光脉冲串14。调制光脉冲串13及其谐波分量的基本重复率f/n使得能够将谐振的光脉冲串14的重复率精确地控制到m倍的圆周频率f。半透明反射镜2部分地透过谐振的光脉冲串14，以产生输出光脉冲串15。因此，锁模激光器12可以在稳定和精确地控制重复率的同时，产生具有高重复率的与调制光脉冲串13同步的输出光脉冲串15。
法布里-珀罗校准器3可以通过它的不希望的反射和辐射造成谐振的光脉冲串14的损耗。但是，用作一个设置在主谐振器内部的激光器增益元件的半导体激光器1来补偿损耗，因而，损耗并不对输出光脉冲串15的产生造成严重问题。
此外，半导体激光器1的补偿能够减小噪声，和减小输出脉冲串15的脉宽。半导体激光器1的增益区1a放大和再生谐振的光脉冲串14。可饱和吸收器区1b吸收自身发射的光，以从谐振的光脉冲串14除去背景噪声。可饱和吸收器区1b也减小谐振的光脉冲串14的脉宽。因此，减小了输出光脉冲串15的噪声，和缩小了输出光脉冲串15的脉宽。
必须知道可以在细节上改进第一实施例的光脉冲串发生器。例如，可以把波长选择器4结合到光脉冲串发生器的另一个组件中。例如，可以将一个用作波长选择器4的扩散布拉格反射器单片集成在半导体激光器1中，以便使扩散布拉格反射器与增益区1a邻接。也可以用一个起到波长选择器以及主谐振器的反射镜作用的衍射光栅代替半透明反射镜2。
可以用光纤，用其它固体光学材料制造的波导管或透明介质完成半导体激光器1与半透明反射镜2之间的谐振的光脉冲串14的传输。使用光纤传输谐振的光脉冲串14可以伴随如下所述的一种光脉冲串发生器的改进。用一个形成在半导体激光器1的相对一侧的光纤端部的半反射膜代替半透明反射镜2。将半反射膜用作主谐振器的一个反射器。将法布里-珀罗校准器3、波长选择器4和准直透镜设置在光纤和半导体激光器1之间。最好倾斜地切断光纤的另一端，以避免形成一个不希望的谐振器。
使用半导体波导管传输谐振的光脉冲串14可以伴随着在一个半导体基底上的光脉冲串发生器的单片集成。
使用用诸如石英和铌酸锂之类的光学材料制造的波导管，可以伴随着诸如光脉冲源6、半导体激光器1、法布里-珀罗校准器3和波长选择器4之类的光脉冲串发生器的所有组件结合在一个硅平台上，形成一个模块结构。
                            第二实施例
图5示出了第二实施例的光脉冲串发生器。
第二实施例的光脉冲串发生器是由一个光脉冲源6和一个锁模激光器16构成的。光脉冲源6是由图1中所示的已调制锁模半导体激光器形成的。光脉冲源6通过一个光隔离器7给锁模激光器16提供调制光脉冲串13。
锁模激光器16包括反射镜2a，2b，和2c，以及一个半透明反射镜2d，以便在其中形成一个环状的光路。就是说，反射镜2a，2b和2c，以及半透明反射镜2d形成了一个环形谐振器。将环形谐振器用作锁模激光器16中的一个主谐振器。环形谐振器的环状光路具有光路长度L。反射镜2b和2c可以在图5中箭头A所示的方向上移动。可移动的反射镜2b和2c使得光路长度L可以调节。
准直透镜5b、半导体激光器1和准直透镜5a串联地***到反射镜2a和2b之间。包括一个可饱和吸收器区1b和一个增益区1a的半导体激光器1除了在其两端分别涂覆有抗反射涂层之外，几乎与第一实施例中所述的相同。抗反射涂层防止了在半导体激光器1的两端之间形成一个谐振器。
在反射镜2c和半透明反射镜2d之间串联地***一个光隔离器7和一个法布里-珀罗校准器3。光隔离器7防止了光信号在环形谐振器中逆时针方向的传输。
法布里-珀罗校准器3用作***在主谐振器(环形谐振器)中的一个子谐振器。法布里-珀罗校准器3具有与第一实施例中所示的相同结构。法布里-珀罗校准器3具有一对半反射表面，在两个半反射表面之间具有d的光路长度。光路长度d是由下式确定的：
d＝L/m，
其中L是环形谐振器的环状光路的光路长度，m是一个自然数。
下面说明利用第二实施例的光脉冲发生器产生输出光脉冲串15。
光脉冲源6产生调制光脉冲串13，以便使调制光脉冲串13具有f/n的基本重复频率，f是一个由下式定义的主谐振器(环形谐振器)的圆周频率：
f＝c/L，
其中c是真空中的光速，n是一个自然数。调制光脉冲串13也包括具有2f/n，3f/n，…，f，…的重复率的谐波。通过半透明反射镜2d、反射镜2a和准直透镜5b将调制光脉冲串13输入到半导体激光器1中。
半导体激光器1通过无源锁模在环形谐振器中产生一个谐振的脉冲串14。谐振的脉冲串14在环形谐振器中顺时针循环，以取得谐振。由法布里-珀罗校准器3的结构确定谐振的模，以造成谐振的脉冲串14具有圆周频率f的m倍的重复率。
根据调制光脉冲串13调制半导体激光器1，调制光脉冲串13具有f/n的基本重复率，并且包括其谐波。这导致谐振的光脉冲串14与调制光脉冲串13同步，并且也把谐振的光脉冲串14的重复率稳定到m×f。
半透明反射镜2d部分地透过谐振的光脉冲串14，以产生输出的光脉冲串15。
必须懂得，可以在细节上改进第二实施例的光脉冲串发生器。例如，可以省略光隔离器7。光隔离器7的省略导致光脉冲串顺时针和逆时针两个方向的传送。在这种改进中，半导体激光器1最好包括两个增益区1a，并且把可饱和吸收器区1b设置在两个增益区1a之间。
此外，可以用一个半透明反射镜代替反射镜2a，2b和2c中的一个，并且通过半透明反射镜完成调制光脉冲串13的输入，或输出光脉冲串15的输出。
此外，如图6A和6B中所示，可以把一个环形谐振器用作子谐振器，取代法布里-珀罗校准器3。图6A中所示的改进光脉冲串发生器包括半透明反射镜18a，18b，18e，和反射镜18c，18d，18f，18g。半透明反射镜18a，18b和反射镜18c，18d形成了一个主谐振器，而半透明反射镜18b，18e和反射镜18f，18g形成了一个子谐振器。图6B中示出的另一种改进的光脉冲串发生器包括半透明反射镜19a，19b，19e和19f，以及反射镜19c和19d。半透明反射镜19a，19b和反射镜19c和19d形成了一个主环形谐振器，而半透明反射镜19a，19e，和19f，以及反射镜19d形成了一个子谐振器。
                          第三实施例
图7A示出了第三实施例的一个光脉冲串发生器。在第三实施例中，将由一个光纤10a构成的环形谐振器用作主谐振器，并且将由一个环状光纤10b构成的环形谐振器用作子谐振器。
光纤10a构成的主谐振器和环状光纤10b构成的子谐振器分别提供了环状光路。确定环状光路的光路长度以满足以下的关系：
d＝L/m，
其中L是主谐振器的光路长度，d是子谐振器的光路长度，m是一个自然数。环状光纤10b通过一个光耦合器8b耦合到光纤10a。
将光耦合器8a***到光纤10a中，通过它把调制光脉冲串13从光脉冲发生器6输入到主谐振器。光脉冲发生器6以与第一和第二实施例中所述的相同方式操作。
把半导体激光器1***到主谐振器的环状光路中。半导体激光器1包括两个增益区1a，和一个设置在两个增益区1a之间的可饱和吸收器区1b。
半导体激光器1通过无源锁模产生光脉冲串30a和30b，将光脉冲串30a顺时针方向传输，并且逆时针方向传输光脉冲串30b。最好是从反向传输光脉冲串30a和30b的观点提供两个增益区1a。利用调制光脉冲串13调制半导体激光器1，以使光脉冲串30a和30b与调制光脉冲串13同步。半导体激光器1的两端分别涂覆了抗反射涂层，以防止形成不希望的谐振器。
使光脉冲串30a和30b在主和子谐振器中谐振，同时用子谐振器的光路长度d确定谐振条件。光脉冲串30a和30b所具有的重复率是f的m倍，其中f是用下式确定的圆周频率：
f＝c/L，
c是真空中的光速。
将一个波长选择器4***到光纤10a中，以固定光脉冲串30a和30b的波长。波长选择器4可以是一个由层状结构的介电层构成的散射棱镜，衍射光栅或波长选择滤光器。可以用一个与光纤10a结合的衍射光栅纤维替代波长选择器4。在这种情况下，最好把一个光隔离器***在结合的衍射光栅纤维和半导体激光器1之间。光隔离器的***有效地防止了结合的衍射光栅纤维与半导体激光器1之间的不希望的谐振器的形成。
将一个光耦合器8c***到光纤10a中，以把一个光纤10c耦合到光纤10a。光耦合器8c提取光脉冲串30a和30b的一部分，以通过光纤30c产生输出光脉冲串15。输出光脉冲串15具有m倍于f的高重复率。
可以通过向光纤10a施加热或电场来调节输出光脉冲串15的重复率。热或电场的使用改变了光纤10a的折射率，从而改变了光纤10a的光路长度。当把光纤10a紧密地缠绕在一个压电元件上时，可以通过向压电元件施加电压获得输出光脉冲串的重复率的调节。对压电元件施加电压，改变了光纤10a的长度，这样能够调节输出光脉冲串15的重复率。
第三实施例的光脉冲串发生器能够产生具有高重复率的光脉冲串，同时使重复率稳定。
必须懂得，可以在细节上改进第三实施例的光脉冲串发生器。
图7B示出了第三实施例的一个改进的光脉冲串发生器。这个改进的光脉冲串发生器是由一个环状光纤10b，和一个通过设置在点A和C的光耦合器(未示出)耦合到环状光纤10b的光纤10构成的。把光耦合器8c在点D***到光纤10。光纤10和10b形成了一个具有通过点A，B，C和D的环状光路的主谐振器，点B位于光纤10b上。环状光纤10b独立地形成了一个具有另一个环状光路的子谐振器。
将半导体激光器1，波长选择器4和光隔离器7***到光纤10中。半导体激光器1，波长选择器4是光隔离器7以与第一实施例中所述的相同方式操作。
光纤10的E端通过一个光隔离器7和一个耦合透镜5c光学耦合到光脉冲发生器6。光脉冲发生器6以与第一实施例中所述的相同方式，向半导体激光器1提供调制光脉冲串。
图7B中所示的改进的光脉冲发生器以与图7A中所示的光脉冲发生器相同的方式操作。
此外，可以由半导体波导管形成环形谐振器。在这种情况下，主谐振器是由一个由顺序叠层在一个半导体基底上的一个覆盖层、一个波导管层、和另一个覆盖层构成的环状脊形波导管形成的。锁模半导体激光器与环状脊形波导管单片地结合在半导体基底上。锁模半导体激光器带有一个DBR(分布布拉格反射器)区，一个连接于DBR区的增益区，一个连接于增益区的吸收吸收器区，和连接于吸收吸收器区的另一个增益区。DBR区发挥用于选择环形谐振器中产生的光脉冲串的波长的波长选择器的功能。子谐振器是由另一个环状半导体波导管形成的。子谐振器通过一个Y分支或定向光耦合器光学耦合到主谐振器。确定子谐振器的环状光路的光路长度d，以满足下式：
d＝L/m，
其中L是主谐振器的环状光路的光路长度，m是一个自然数。
主谐振器带有第一和第二Y分支波导管。第一Y分支波导管用于从一个光脉冲发生器输入调制光脉冲串。光脉冲发生器耦合到第一Y分支波导管的一端。光脉冲发生器包括由一个增益区和一个可饱和吸收器区构成的锁模半导体激光器。锁模半导体激光器单片地集成在半导体基底上。第二Y分支波导管用于提取主谐振器中循环的光脉冲串的一部分。
在这个改进中，可以把一个法布里-珀罗校准器用作子谐振器，取代环形谐振器。在这种情况下，将法布里-珀罗校准器埋置在一个横跨主谐振器的环状波导管形成的槽中。
此外，在这个改进中，用一个埋置在横跨主谐振器的环状波导管形成的槽中的波长选择器替代锁模半导体激光器的DBR区。
此外，在这个改进中，将一个光隔离器***到主谐振器中，以造成产生的光脉冲串以顺时针和逆时针方向中的一个方向传输。光隔离器可以包括一个利用法拉第旋转的隔离器，或一个用半导体构成的隔离器。
尽管通过具有某种特定程度的优选形式说明了本发明，但是应当知道可以在结构的细节上，以及部件的组合和布置上改变这里说明的优选形式，而不脱离附属权利要求中定义的本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种光脉冲串发生器，包括：
其中具有一个第一光路长度的光路的主谐振器；
***到所述主光谐振器的所述光路中的子谐振器，其中所述子谐振器中具有一个等于所述第一光路长度的1/m的第二光路长度的光路，m是一个自然数；
向所述主谐振器提供包括一个对应于所述第一光路长度调谐的第一重复率的谐波分量的调制光脉冲串的光脉冲发生器，
其中所述调制光脉冲串的提供能够在所述主谐振器中产生谐振的光脉冲串，
其中所述主谐振器提取所述谐振的光脉冲串的一部分，以输出一个输出光脉冲串。
2.根据权利要求1所述的光脉冲串发生器，其特征在于进一步包括：
一个***到所述主谐振器的所述光路中的激光器增益元件，其中所述激光器增益元件接收所述调制光脉冲串，以便与所述调制光脉冲串同步地放大所述谐振的光脉冲串。
3.根据权利要求2所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述激光器增益元件是一个锁模半导体激光器，包括：
接收所述调制光脉冲串的可饱和吸收器区，和
耦合到所述可饱和吸收器区以放大所述谐振的光脉冲串的增益区。
4.根据权利要求3所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述锁模半导体激光器具有一个在所述可饱和吸收器区上的反射表面，和
其中所述主谐振器包括一个反射镜，和
其中所述主谐振器的所述光路通过所述增益区和所述子谐振器形成在所述反射表面和所述反射镜之间。
5.根据权利要求4所述的光脉冲串发生器，其特征在于可移动地设计所述反射镜，以便能够调节所述第一光路长度。
6.根据权利要求2所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述主谐振器是由具有一对其间形成了所述主谐振器的所述光路的反射表面的法布里-珀罗谐振器形成的。
7.根据权利要求6所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述调制光脉冲串的所述第一重复率是f/n，n是一个自然数，f是一个由下式定义的圆周频率：
f＝c/2L，其中c是真空中的光速，L是所述反射表面对之间的所述光路的所述第一光路长度，和
其中所述谐振的光脉冲串的所述第二重复率是所述圆周频率的m倍。
8.根据权利要求6所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述子谐振器是由包括一对其间形成了所述子谐振器的所述光路的光学平板的法布里-珀罗校准器形成的。
9.根据权利要求8所述的光脉冲串发生器，其特征在于将所述法布里-珀罗谐振器和所述法布里-珀罗校准器设计为在所述法布里-珀罗谐振器与所述法布里-珀罗校准器之间不形成一个谐振器。
10.根据权利要求9所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述光学平板对倾斜于形成在所述法布里-珀罗谐振器的所述反射镜对之间的所述光路。
11.根据权利要求1所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述主谐振器是由将所述主谐振器的光路形成一个环路而形成的环形谐振器构成的。
12.根据权利要求11所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述调制光脉冲串的所述第一重复率是f/n，n是一个自然数，f是一个由下式定义的圆周频率：
f＝c/L，其中c是真空中的光速，L是所述主谐振器的所述环状光路的所述第一光路长度，和
其中所述谐振的光脉冲串的所述第二重复率是所述圆周频率的m倍。
13.根据权利要求11所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述主谐振器包括一个光纤，以形成所述环形谐振器。
14.根据权利要求11所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述子谐振器是由一个法布里-珀罗校准器形成的。
15.根据权利要求11所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述子谐振器是由将所述子谐振器的所述光路形成一个环路而形成的另一个环形谐振器构成的。
16.根据权利要求15所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述子谐振器包括另一个光纤，以形成所述另一个环形谐振器。
17.根据权利要求16所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述主谐振器的所述第一光路长度是可以调节的。
18.根据权利要求16所述的光脉冲串发生器，其特征在于所述子谐振器的所述第二光路长度是可以调节的。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1713151A4 (en) * 2004-02-04 2010-02-03 Nippon Telegraph & Telephone MODEL-LASED LASER LIGHT SOURCE AND MULTIPLE LIGHT SOURCE WITH IT
TWI251393B (en) * 2004-03-31 2006-03-11 Nec Corp Tunable laser
JP4756379B2 (ja) * 2004-07-15 2011-08-24 日本電気株式会社 外部共振器型波長可変レーザ
JP4618118B2 (ja) * 2005-12-14 2011-01-26 沖電気工業株式会社 受動モード同期半導体レーザ及び光クロック信号抽出装置
JP2008028379A (ja) * 2006-06-22 2008-02-07 Fujifilm Corp モードロックレーザ装置
US7573918B1 (en) * 2006-08-07 2009-08-11 Calmar Optcom, Inc. Dispersion compensated mode-locked pulsed lasers and optical amplifiers
US20080137178A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 Yong Duck Chung Reflection-type optical modulator module
WO2009054526A1 (ja) 2007-10-25 2009-04-30 Nec Corporation モード同期レーザ
JP4612737B2 (ja) * 2008-06-19 2011-01-12 公立大学法人高知工科大学 レーザパルス発生装置およびその方法
JP5589671B2 (ja) * 2010-08-20 2014-09-17 ソニー株式会社 レーザ装置、レーザ増幅変調方法。
JP6391904B2 (ja) * 2011-11-11 2018-09-19 ソニー株式会社 半導体レーザ装置組立体
WO2013104029A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Griffith University A system and method for generating an electrical signal
JP5929331B2 (ja) * 2012-03-06 2016-06-01 ソニー株式会社 記録装置
KR101340387B1 (ko) 2012-05-30 2013-12-11 한국과학기술원 포화흡수체와 비선형 편광 회전 현상을 통해 모드 동기가 되는 10 ＭＨｚ 이하의 반복률을 갖는 광섬유 레이저 공진기
CN104319612B (zh) * 2014-07-05 2017-06-16 华东师范大学 一种宽带光学频率梳及其实现方法
US10243673B2 (en) * 2016-11-18 2019-03-26 Raytheon Company Frequency demodulation systems and methods for optical signals
WO2019199650A1 (en) * 2018-04-12 2019-10-17 Raytheon Company Phase change detection in optical signals
JP6893365B2 (ja) * 2019-06-25 2021-06-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体レーザ
JP6895690B2 (ja) * 2019-06-25 2021-06-30 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体レーザ
EP4096036A1 (en) * 2021-05-26 2022-11-30 EFFECT Photonics B.V. Semiconductor ring laser, photonic integrated circuit and opto-electronic system comprising the same

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2650127B1 (fr) * 1989-07-18 1991-09-20 Thomson Csf Generateur d'impulsion laser de puissance
US5406577A (en) * 1994-02-23 1995-04-11 United Technologies Corporation High brightness cold burst solid state laser operation
JP2526806B2 (ja) * 1994-04-26 1996-08-21 日本電気株式会社 半導体レ―ザおよびその動作方法
JP2697640B2 (ja) 1994-11-15 1998-01-14 日本電気株式会社 光クロック発生器
EP0828178B1 (en) * 1996-09-05 2003-10-29 Oki Electric Industry Co., Ltd. Wavelength conversion apparatus with improved efficiency, easy adjustability, and polarization insensitivity
JP2973943B2 (ja) 1996-10-11 1999-11-08 日本電気株式会社 モード同期半導体レーザ及びその駆動方法
JP3681865B2 (ja) * 1997-03-31 2005-08-10 三菱電機株式会社 光パルス位置検出回路及び光パルス位置検出方法
JP3997450B2 (ja) * 1998-03-13 2007-10-24 ソニー株式会社 波長変換装置
US6130900A (en) * 1999-03-05 2000-10-10 Coherent, Inc. Pulsed intracavity frequency-converted solid-state laser with long-pulse simulation

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