專利名稱：一種基于硅基液晶的外腔可調諧激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信傳輸領域，尤其涉及一種基于硅基液晶的外腔可調諧激光
O
背景技術：
光硅基液晶LCOS調制器(liquid crystal on silicon，硅基液晶)是一種空間光調制器，是一種基于液晶分子電致雙折射效應的有源數字光學器件。一般來說，LCOS由許多獨立單元——液晶像素點構成。這些像素點在空間排列成一維或者二維陣列，每個像素點都可以獨立地接受驅動電壓信號的控制，并按此驅動電壓信號來改變液晶分子的取向結構，從而達到對入射光信號的反射角度的調整。U M ITU-T/ΠΝ (Telecommunication Standardization Sector Of International Telecommunication Union，國際電信聯盟遠程通信標準化組織)的定義， DWDM系統(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波復用)中激光器所發出的光必須在ITU-T定義的波長上。在現有技術中，要使外腔可調諧激光器輸出的光信號為ITU-T組織定義的波長， 則須同時控制激光器內光柵回路上的光信號的反射光束的角度和相位，此時，需要用一個相位控制單元，比如溫度控制的棱鏡。該溫度控制的棱鏡位于激光器內的光路上，利用材料的熱光效應來控制光信號的反射光束的相位。現有技術需要額外增加相位控制單元來控制入射光信號的反射光束的相位，增加了系統的復雜度和成本。
發明內容本實用新型的目的在于，提供一種基于硅基液晶的外腔可調諧激光器，包括增益芯片、準直透鏡、光柵、控制電壓單元和硅基液晶LCOS調制器；增益芯片，用于輸出多縱模光信號；準直透鏡，用于將所述增益芯片輸出的多縱模光信號準直到所述光柵；光柵，用于將準直透鏡輸出的多縱模光信號解復用成空間色散的單縱模光信號；控制電壓單元，用于根據目標波長值，輸出反射角控制電壓信號；LCOS調制器，用于接收所述空間色散的單縱模光信號，并根據所述反射角控制電壓信號，調整所述空間色散的單縱模光信號的反射角度，并將調整反射角度后的空間色散的單縱模光信號通過所述光柵和所述準直透鏡發送給所述增益芯片，由所述增益芯片輸出第一激光信號；進一步地，控制電壓單元，還用于根據目標波長和所述第一激光信號的波長的差值，計算出相位控制電壓信號；LCOS調制器，還用于根據所述相位控制電壓信號，改變所述光柵發送的空間色散的單縱模光信號的相位信息，并將改變相位信息后的空間色散的單縱模光信號，通過所述光柵和所述準直透鏡發送給所述增益芯片，由所述增益芯片輸出具有目標波長的第二激光信號。[0013]通過使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，光束產生了的相位變化 Δ Φ，從而可以使外腔可調諧激光器輸出具有目標波長的光信號，無需使用現有技術中的相位控制單元，降低了系統的復雜度和成本。
此處所說明的附圖用來提供對實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型的限定。在附圖中圖1示出了本實用新型的基于硅基液晶的外腔可調諧激光器結構示意圖；圖2示出了本實用新型的LCOS調制器的結構示意圖；圖3示出了現有技術的波長選擇光譜曲線圖；圖4示出了本實用新型的波長選擇光譜曲線圖。
具體實施方式
為了便于本領域一般技術人員理解和實現本實用新型，現結合附圖描繪本實用新型的實施例。在此，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。本實用新型的基于硅基液晶的外腔可調諧激光器10結構示意圖如圖1所示，包括增益芯片101、準直透鏡102、光柵103、控制電壓單元105和硅基液晶LCOS 調制器104 ；增益芯片101，用于輸出多縱模光信號；準直透鏡102，用于將所述增益芯片101輸出的多縱模光信號準直到所述光柵；光柵103，用于將準直透鏡102輸出的多縱模光信號解復用成空間色散的單縱模光信號；控制電壓單元105，用于根據目標波長值，輸出反射角控制電壓信號；LCOS調制器104，用于接收所述空間色散的單縱模光信號，并根據所述反射角控制電壓信號，調整所述空間色散的單縱模光信號的反射角度，并將調整反射角度后的空間色散的單縱模光信號通過所述光柵103和所述準直透鏡102發送給所述增益芯片101，由所述增益芯片101輸出第一激光信號；進一步地，控制電壓單元105，還用于根據目標波長和所述第一激光信號的波長的差值，計算出相位控制電壓信號；LCOS調制器104，還用于根據所述相位控制電壓信號，改變所述光柵發送的空間色散的單縱模光信號的相位信息，并將改變相位信息后的空間色散的單縱模光信號，通過所述光柵103和所述準直透鏡102發送給所述增益芯片101，由所述增益芯片101輸出具有目標波長的第二激光信號。通過使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，光束產生了的相位變化， 從而可以使外腔可調諧激光器輸出具有目標波長的光信號，無需使用現有技術中的相位控制單元，降低了系統的復雜度和成本。進一步地，本實用新型的另一實施例為，控制電壓單元，包括，計算單元，用于根據目標波長和所述第一激光信號的波長的差值Δ λ，通過公式
4a^ = J-^m計算出相位偏移量Δ φ，入工和λ2分別為所述增益芯片輸出的多縱模光信號的相鄰兩路光信號的波長值；
τ, ΑΦ輸出單元，用于根據所述相位偏移量Δ φ，通過公式F2獲得并輸出所述
相位控制電壓信號V2，k為目標波長λ的傳播常數，r為所述LCOS調制器中的像素點的電光系數，d為所述LCOS調制器中的像素點的厚度，如圖2所示的本實用新型的LCOS調制器的結構示意圖。進一步地，在本實用新型的實施例中，準直透鏡102，用于將所述增益芯片101輸出的多縱模光信號準直到所述光柵。準直透鏡屬于光纖通信光器件中用于輸入輸出的一個光學元件，用于將激光器中的增益芯片輸出的發散的多縱模光信號(即發射角較大的多縱模光信號)，準直為平行的高斯光束信號。它的作用是使多縱模光信號最大效率地耦合進入所需的器件中。準直透鏡，進一步用于將經所述光柵衍射和LCOS控制的空間色散的單縱模光信號耦合回至所述增益芯片形成輸出激光信號。光柵103，用于將準直透鏡102輸出的多縱模光信號解復用成空間色散的單縱模光信號。光柵也稱衍射光柵，能對入射光波的振幅或者相位進行空間周期性調整，或對振幅和相位同時進行空間周期性調制的光學元件。空間色散的單縱模光信號，就是在傳輸空間的不同角度上傳輸的單波長光信號。控制電壓單元105，用于根據目標波長值，輸出反射角控制電壓信號Vp控制電壓單元輸出的控制電壓信號用于控制所述LCOS調制器上的每個像素點的電壓。通過控制加在每個像素點的電壓信號的變化，來控制像素點的折射率的變化值Δη，從而引起所述
LCOS調制器的反射空間色散的單縱模的相位信息變化值Δ φ的變化。Δ/7 = ^ A = Ak
k'd , 2π
為目標波長λ的傳播常數，d為所述LCOS中的像素點的厚度。LCOS調制器104，用于接收所述空間色散的單縱模光信號，并根據所述反射角控制電壓信號，調整所述空間色散的單縱模光信號的反射角度，并將調整反射角度后的空間色散的單縱模光信號通過所述光柵103和所述準直透鏡102發送給所述增益芯片101，由所述增益芯片101輸出第一激光信號。硅基液晶LCOS調制器(liquid crystal on silicon，硅基液晶)是一種空間光調制器，是一種基于液晶分子電致雙折射效應的有源數字光學器件。LCOS調制器基于反射模式的尺寸非常小的矩陣液晶，對接收到的光信號進行反射。如圖2所示，LCOS調制器20由許多獨立單元——液晶像素點201構成。這些像素點在硅基層202上，排列成一維或者二維陣列，每個像素點都可以獨立地接受驅動電壓信號的控制，并按此驅動電壓信號來改變液晶分子的取向結構，從而達到對入射光信號的反射角度的調整。LCOS調制器中的像素點，如果不加任何電壓，它就相當于一個平面反射鏡。在本實用新型中，通過在每個像素點上加上合適的電壓，形成周期性的相位變化，就可以形成一個光柵。進一步地，在本實用新型中，通過改變每個周期中的像素數的個數，從而控制所述空間色散的單縱模光信號的反射角度。周期P為從一個折射率改變點到相鄰一個折射率改變點的長度，也可以用LCOS調制器的硅基層上的像素點的個數來表示。因為，如圖2所示的周期P，每個周期P中像素點的相位的變化為Δ φ到2π+Δ φ，所以，當每個周期P中的像素點的個數變化時，為了滿足一個周期中的像素點的相位的變化為Δ φ到2π+Δ φ，像素點的折射率也會相應地變化，從而控制了入射到LCOS調制器上的光信號的反射角度。在本實用新型的另一實施例中，傳輸系統所需的外腔可調諧激光器輸出的波長是 1552. 12nm,即ITU-T組織規定的目標波長為1552. 12nm。圖3示出了現有技術的波長選擇光譜曲線圖。圖3所示的激光器的增益芯片形成幾路多縱模光信號波長值為1552. Onm、 1552. lnm、1552. 2nm、1552. 3nm和1552. 4nm。波長選擇光譜曲線的峰值點對應的LCOS調制器的透射率為100%。波長值為1552. Inm的單縱模光信號因為距離波長選擇光譜曲線的峰值點最近，所以，激光器最終輸出了波長值為K52. Inm的單縱模光信號。由于沒有使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，導致無法對激光器內部的光路信號進行有效的波長選擇處理，從而激光器所選擇的其中一路單縱模光信號為巧52. lnm。該波長值為 1552. Inm的單縱模光信號偏離了 ITU-T標準所規定的目標波長1552. 12nm，偏離的波長的
差值Δ λ為0.02nm。通過使用本實用新型中的控制電壓單元，根據公式Δ^ = ΔΙ可
知，當前輸出波長與目標波長的相位偏移量Δ φ為2π/5，其中，λ「λ 2 = 1552. 2-1552. 1
=0. Inm0再根據公式公式G =^—獲得了控制電壓單元所需輸出的相位控制電壓信號
κ·α·τ ,
ν2，其中，k為目標波長λ的傳播常數，d為所述LCOS中的像素點的厚度，r為所述LCOS中的像素點的電光系數。通過使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，激光器的增益芯片形成幾路多縱模光信號波長值為 1552. 02nm、1552. 12nm、1552. 22nm、1552. 32nm 和 1552. 42nm。 本實用新型的波長選擇光譜曲線圖如圖4所示，波長選擇光譜曲線的峰值點對應的LCOS 調制器的透射率為100%。波長選擇光譜曲線的峰值點與ITU-T標準所規定的目標波長 1552. 12nm對齊，Δ λ為Onm，從而使激光器輸出ITU-T標準所規定的目標波長1552. 12nm 的光信號。本實用新型的實施例無意于對具體光信號的波長、所需要調整的相位的值做限定，本領域技術人員可以根據本實用新型公開的技術方案，做一些變通，或具體數值上的調整，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。可以看出，通過使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，光束產生了 Δ Φ的相位變化，從而可以使外腔可調諧激光器輸出具有目標波長的光信號。通過使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，光束產生了的相位變化， 從而可以使外腔可調諧激光器輸出具有目標波長的光信號，無需使用現有技術中的相位控制單元，降低了系統的復雜度和成本。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求1.一種基于硅基液晶的外腔可調諧激光器，其特征在于，包括增益芯片、準直透鏡、 光柵、控制電壓單元和硅基液晶LCOS調制器；增益芯片，用于輸出多縱模光信號；準直透鏡，用于將所述增益芯片輸出的多縱模光信號準直到所述光柵； 光柵，用于將準直透鏡輸出的多縱模光信號解復用成空間色散的單縱模光信號； 控制電壓單元，用于根據目標波長值，輸出反射角控制電壓信號； LCOS調制器，用于接收所述空間色散的單縱模光信號，并根據所述反射角控制電壓信號，調整所述空間色散的單縱模光信號的反射角度，并將調整反射角度后的空間色散的單縱模光信號通過所述光柵和所述準直透鏡發送給所述增益芯片，由所述增益芯片輸出第一激光信號；進一步地，控制電壓單元，還用于根據目標波長和所述第一激光信號的波長的差值，計算出相位控制電壓信號；LCOS調制器，還用于根據所述相位控制電壓信號，改變所述光柵發送的空間色散的單縱模光信號的相位信息，并將改變相位信息后的空間色散的單縱模光信號，通過所述光柵和所述準直透鏡發送給所述增益芯片，由所述增益芯片輸出具有目標波長的第二激光信號。
2.如權利要求1所述的激光器，其特征在于，所述控制電壓單元，包括，計算單元，用于根據目標波長和所述第一激光信號的波長的差值△ λ，通過公式計算出相位偏移量Δ Φ，入工和λ 2分別為所述增益芯片輸出的多縱模光信號的相鄰兩路光信號的波長值；τ, Δ沴輸出單元，用于根據所述相位偏移量Δ φ，通過公式G獲得并輸出所述相位控制電壓信號V2，k為目標波長λ的傳播常數，d為所述LCOS調制器中的像素點的厚度，r 為所述LCOS調制器中的像素點的電光系數。
3.如權利要求1所述的激光器，其特征在于，通過改變所述LCOS調制器的每個周期中的像素點的個數，從而控制所述空間色散的單縱模光信號的反射角度。
專利摘要本實用新型涉及通信傳輸領域，特別公開了一種基于硅基液晶的外腔可調諧激光器。外腔可調諧激光器包括增益芯片、準直透鏡、光柵、控制電壓單元和硅基液晶LCOS調制器。通過使用本實用新型中的LCOS調制器和控制電壓單元，光束產生了的相位變化Δφ，從而可以使外腔可調諧激光器輸出具有目標波長的光信號，無需使用現有技術中的相位控制單元，降低了系統的復雜度和成本。
文檔編號H01S3/086GK202172209SQ201120321740
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者陳波, 高磊 申請人:華為技術有限公司