CN1240167C

CN1240167C - 用于取样光栅分布型布拉格反射激光器的改进反射镜和腔

Info

Publication number: CN1240167C
Application number: CNB01808964XA
Authority: CN
Inventors: G·A·费希; L·A·科尔德伦
Original assignee: Agility Communications Inc
Current assignee: Viavi Solutions Inc
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: WO2001084682A3; WO2001084682A2; EP1281221B1; JP4989834B2; AU2001259503A1; CN1428018A; ATE403248T1; DE60135106D1; JP2003533037A; US6590924B2; US20020105990A1; EP1281221B8; EP1281221A2; CA2405852A1

Abstract

一种可调谐激光器，包括一增益区，用来在一带宽上通过自发发射来产生一光束；一相位区，用于控制该带宽中心频率附近的光束；一腔，用来导引和反射该光束；连在该腔一端上的一前反射镜；和连在该腔相反一端上的一后反射镜。该后反射镜具有约等于α_Tune的κ_effB，κ_effB是有效耦合常数，α_Tune是对所需峰值调谐量所预计的传播损失量，该后反射镜的长度被制得产生大于约80%的反射率。

Description

用于取样光栅分布型布拉格反射激光器的改进反射镜和腔

相关申请的交叉参考

本申请要求遵照U.S.C.Section 119(c)、由Gregory A.Fish和A.Coldren于2000年5月4日申请的、名称为“Improved Mirror andCavity Designs for SGDBR Lasers(用于SGDBR激光器的改进反射镜和腔)”的共同待审的美国临时专利申请第60/203052号的优先权，在此引用该申请以作参考。

背景技术

1.技术领域

本发明一般涉及宽波段可调谐半导体激光器，尤其涉及取样光栅分布型布拉格反射(SGDRB)激光器。

2.相关技术描述

二极管激光器被用于像光通信、传感器和计算机系统这类应用领域中。在这类应用领域中，使用在宽波长范围内能被很容易调节输出频率的激光器是非常有益的。能在覆盖宽波长范围的可选变化频率处被操作的二极管激光器是一种非常有用的工具。没有这类二极管激光器，可利用给定波长范围的分离信道的数目是极其有限的。从而，在使用这类波段限制激光器的系统中，同时存在的各个通信路径的数目也是非常有限的。因此，尽管二极管激光器已经解决了通信、传感器和计算机系统设计中的许多问题，但是其仍没有满足根据由基于光系统所提供的有效带宽所产生的潜能。很重要的是，为了实现将来的应用，用于光系统的信道的数目应当增加。

对于各种各样的应用，需要有能选择宽波长范围内任一波长的可调单频率二极管激光器。这类应用包括在相干光波通信系统中的光源和本机振荡器，其他多信道光波通信系统的光源和用于频率调制传感系统中的光源。通常在一些波长范围内需要连续的可调谐性。对于相对于其他一些参考的波长同步(locking)或稳定性，连续的可调谐性是很重要的，并且理想的是在特定频率转换键控(keying)调制方案中。

通过使用连在一半导体增益和相位区的两个取样光栅，取样光栅分布型布拉格反射(SGDBR)激光器可获得许多这些的理想特性。SGDBR激光器的基本功能和结构在由Larry A.Coldren于1990年1月23日申请的、名称为“带有不同多元件反射镜的多区可调谐激光器”的US4896325中有详细描述，该专利被结合在此以作参考。然而，设计一个给定应用的最优SGDBR激光器却是个复杂、费时且重复的过程。于是，在现有技术中就需要根据特定应用领域的性能标准有能更简单、更容易制造设计SGDBR激光器的方法和装置。

发明内容

针对上述的问题，本发明披露一种可调谐激光器，其包括一个用来在一带宽上通过自发发射和受激发射来产生光束的增益区、一个用来控制带宽中心频率附近光束的相位区、一个用于导引和反射光束的腔、一个连在该腔一端的前反射镜和一个连在该腔相对端的后反射镜。该后反射镜具有大约等于α_Tune的κ_effB，此处κ_effB是一个有效耦合常数，α_Tune是对所需峰值调谐量预计的传播损失量，该后反射镜的长度被制成使得产生大于约70％的反射率(在最小值处，在最大值处约80％)，该前反射镜被预定产生小于约25％的反射率。

附图说明

下面参考附图，其中类似的附图标记表示相应的部件：

图1A和1B描绘一种SGDBR激光器，示出用于控制该激光器发射功率和波长的四个区；

图2是反射率与典型SGDBR激光器反射镜的波长之间的曲线；

图3示出了前反射镜和后反射镜的复合反射率交叠在激光器的腔模上；

图4是在最小的电流和特定的输出功率下，前反射镜反射率和增益区长度(L_g)的等高线图；

图5示出了在波长调谐中该分布型布拉格激光器(DBR)中的模传播损失；

图6A-6D示出了对于前反射镜满足旁模抑制比例标准的最大允许值κ；

图7的曲线示出了在调谐中作为调谐增强的函数的腔反射率(R_f·R_b)的下降；

图8示出了具有较高调谐增强的设计在调谐中经受更高的损失或反射率；

图9示出对于数个前反射镜峰值间距该重复模受限的范围；

图10示意性的表示邻近期望激光波长的超模的旁模抑制比例之间的关系；

图11是计算实例的一个表格；

图12示出了对每个前反射镜都使用两个后反射镜，以便在由于相邻腔模而没有旁模抑制比例(SMSR)问题时具有较长的增益区长度；

图13是示出了依照本发明优选实施例的设计过程的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，参考示出的构成其中一部分的附图，通过图解来说明本发明的实施例。应当理解，不脱离本发明的范围的情况下可以使用并作出结构上的改变。

本发明涉及宽范围可调谐取样光栅半导体激光器的设计。更具体的讲，本发明集中在设计腔和光栅反射镜，以在最好信道和最差信道间较小输出功率变化情况下获得比现有技术设计更宽的调谐范围、更高的输出功率并且更易控制。参看，例如，V.Jayaraman等人的“Theory，design，and Performance of Extended Tuning Range in SampleGrating DRB Lasers”，IEEE J.Quantum Elec.，v.29，(no.6)，pp.1824-1834，(1993年6月)，H.Ishii等人的“Quasicontiunous Wavelength Tuning inSuper-Structure-Grating(SSG)DBR Lasers”，IEEE J.Quantum Elec.，v.32，(no.3)，pp.433-441，(1996年3月)和I.Avrutsky等人的“Design ofWidely Tunable Semiconductor Lasers and the Concept of BinarySuperimposed Gratings(BSG’s)”，IEEE J.Quantum Elec.，v.34，(no.4)，pp.729-741，(1998年4月)，所有这些被引用在此以作参考，作为本申请的一部分。

图1A和1B示出一种典型的SGDBR激光器，图解了提供独特调谐特性的四个区。该激光器100包括增益区102、相位区104、前反射镜108和后反射镜110，其所述部件的长度分别为L_A、L_、L_gF、L_gB。在这些区的下面是一个腔106，用来引导和反射光束，该整个装置形成在一个基片112上。在使用时，一般将偏压接在增益区102的上部，将较低的基片112接地。当加在增益区102上的偏压高于一激光阈值时，就从激活区118产生激光输出。

该前反射镜108和后反射镜110是典型的取样光栅反射镜，分别包含不同的取样周期114、116。该光栅起着波长选择反射器的作用，以使在腔106内传播(carry)的光信号的周期波长间隔处产生部分反射。通过有效波长L_effF和L_effB及光栅差别，该前取样光栅反射镜和后取样光栅反射镜共同决定具有最小腔损失的波长，然而，激光波长仅能出现在光腔106的纵膜处。因此，很重要的就是要调整反射镜108、110和腔106的模相一致，从而获得对期望波长最低的腔106损失。图1所示装置的相位区104被用来调整腔106的光程L_cav以配置(position)腔106模。作为选择，前反射镜和后反射镜也可由另一种调制光栅像超结构光栅形成，或者由其他本领域熟练人员已知的调制光栅形成。

图2示出了许多设计共有的反射率光谱。前取样光栅反射镜和后取样光栅反射镜反射率峰值之间的Vernier关系恰恰给出SGDBR激光器比通常的DBR激光器所具有的提高了的可调谐性。调谐范围内任何的波长都可通过选择合适的前反射镜峰值和后反射镜峰值，并通过同相位区一起调节峰值以在所需波长处产生激光来获得。

图3示出了在此情形下腔模反射率(例如腔损失)的一个实例。复合反射率，即前反射镜和后反射镜反射率的乘积在激光器的腔模上重叠。激光波长取决于具有最高反射率的腔模。在当腔模和反射镜完全调准(alignment)时可获得最佳的稳定性。

对于调谐范围、输出功率和模抑制的最佳化，Vernier取样光栅反射镜的特性会造成复杂的设计空间。本发明涉及一种设计方法和说明以在取样光栅反射镜设计的约束下获得给定的性能目标。同时也提出消除取样光栅反射镜的一些约束、比现有技术更简单且更可制造的方法。

通常，用于通信应用领域的装置的性能目标是调谐范围在40-100nm，几个毫瓦特至数十个毫瓦特的光纤耦合输出功率，且超过30dB的旁模(side mode)抑制比率。给定SGDBR设计的调谐范围受限于可用的增益带宽和“重复的模间隔”(λ_R)，该重复的模间隔是前Vernier取样光栅反射镜反射峰值和后Vernier取样光栅反射镜反射峰值之间完全对准(alignment)的两点间波长的跨度(即，两个周期函数与等于其周期最小常整数乘积的一周期相一致)。简单的近似公式如下给出：

λ_{b} = \frac{{Δλ}_{b} {Δλ}_{f}}{δλ} - - - (1)

其中，Δλ_b和Δλ_f分别是后反射镜峰值和前反射镜峰值间的间距，δλ是Δλ_f-Δλ_b。

这种设计其中一个通常的问题是调谐增强(enhancement)的量，一般用：

F < \frac{\sqrt{Δ λ_{b} Δ λ_{f}}}{δλ}

表示，其中该量应当覆盖一个给定的调谐范围(即，具有其间更大调谐的更少峰值，或具有所需更少峰值调谐的更多峰值)。本发明想要识别(identify)这种设计空间，其能生成对于给定调谐范围和旁模抑制具有最高输出功率的装置，并且调谐增强应当被用于获得这些。

这种设计应当集中在获得输出功率，并对SMSR和调谐范围施加限制。现有技术的SGDBR激光器设计已经利用了具有相等反射率的前反射镜和后反射镜。在腔参数的任意范围内，本领域的熟练技术人员可很容易应用能产生极高不对称腔的最优化惯例(routine)来产生更高的输出功率。

图4示出了这类在SGDBR激光器上进行的腔最优化的一个实例。图中示出了前反射镜反射率选择的等高线及最小电流和特定输出功率的增益区的长度(L_g)。利用最差情形的损失和预计的反射镜穿透深度(120-150μm)来选择参数。后反射镜具有0.85的固定反射率。用一最小的电流，通过调整前反射镜的反射率和固定的后反射镜折射率的增益区长度以及量子阱数目来获得给定输出功率。实际上，实验上最高输出功率DBR激光器使用抗反射(AR)涂覆平面(R～1％)作为前反射镜，后反射镜DBR反射率超过85％(没有损失)。为了保持SMSR，在DBR中仅需设计腔长和后DBR来充分抑制相邻的腔模。这种设计包括使用在大约40-50cm^-1之间比较高的光栅耦合常数、短的腔长和大量的量子阱(10)。本领域的熟练人员将会理解，高K曲线(kappa’s)的设计被选择使得DBR的反射率较不敏感(即，较小的穿透深度)于调谐期间出现在镜中光损失的巨大变化。

图5示出了在波长调谐下DBR中由于获得调谐所需要的指数变化所固有的模传播损失。该高κ曲线(κ)的一个结果就是大的DBR反射带宽(＞1nm)，从而需要短的增益区长度(＜400μm)以在相邻腔模上保持30dB的SMSR(在1mW输出功率处)。在具有短的腔长时调谐损失存在的情形下，提供高输出功率就需要激活区内每单位长度的高增益(大量的量子阱)。

由于前反射镜在相邻超模的模抑制中起着决定性的作用，如图2中所示，故在SFDBR激光器设计中获得这些相同的结果就变得复杂了。随着前反射镜反射率的减小，反射带宽明显加宽，从而存在着一个最大的可用模指数变化Δn_max。为了保持所需的旁模抑制，前反射镜的有效κ(即，光栅κ倍取样占空因数)必须减小，并且需要更小的调谐增强F(enhancement)(即，δλ与调谐增强成反比例)。

图6A-6D示出了作为所用调谐增强的函数、对于各种前反射镜反射率(即，κL)允许30dBSMSR(在1mW输出功率处)的最大κ。对于具有更高前反射镜反射率、更低调谐增强及更小调谐范围(即，更少峰值调谐)的设计，允许更大的κ前反射镜(从而更小的长度)。

图7示出了对镜反射率进行调谐的效果，其示出对于图6中所述的镜参数作为调谐增强函数的总反射率(R_f□R_b)的下降。具有对应更高κ镜的更大δλ导致腔内镜反射率的更小变化。对于给定的损失，由于可使用较短、较高的κ前反射镜，故较小的调谐增强引起较小的折射率变化。另外，由于后反射镜较小的穿透深度，则具有较高κ(45cm^-1对于κL＝0.2和κL＝0.3，35cm^-1对于κL＝0.4和κL＝0.5)的后反射镜具有较小的损失增加。

尽管图7示出对于给定的调谐量，较低的调谐增强设计引起较小的损失，但是其仍需较多的调谐来获得相同的总调谐范围。因此，问题仍然存在：为了覆盖给定的调谐范围，更好的是使用具有较小指数调谐的更多峰值或者使用具有更多调谐的更少的较宽间距的峰值。如果镜的κ(κ’s)被选择为最大值，以对给定的调谐增强由SMSR标准允许该最大值，则较好的是选择较小的调谐增强。

图8示出了尽管对于较低的调谐增强设计需要较大的峰值调谐(从而引起镜中的传播损失)来获得45nm的调谐范围，但因为在该较低调谐增强设计中使用的镜是较短的并且具有较小的穿透深度，所以反射率的总下降实际上是较少的。虽然这似乎与直觉相反，但较早描述的DBR激光器却给出限制情况的一个实例。为了在当所需调谐范围仅为10-15nm时获得最高的输出功率，人们最有可能使用DBR激光器(调谐增强为1)，其中前反射镜具有非常小的反射率(1％)，后反射镜具有40-45cm^-1的κ。因此，尽管较低的调谐引起所需传播损失来获得给定的调谐范围，但由于需要更长、更低的κ镜来满足SMSR标准，具有更高调谐增强的设计却在调谐期间经历更大的反射率损失。

从图6-8中可得出的结论是：对于SGDBR激光器，产生高输出功率的极其不对称的设计可通过具有高κ的镜(对后反射镜，40-45cm^-1)和给出最低SMSR标准的较小调谐增强来获得。

为了概括对特定调谐范围和输出功率的设计策略，应当满足下面的条件(criteria)。后反射镜在选择上应当具有一有效的κ，该κ值接近所需峰值调谐量(5-10nm或30-50cm^-1)预期的传播损失量。可使用相同的预期损失和SMSR标准来对前反射镜κL’s(即，反射率)的范围选择最大的前反射镜κ。这样对每个前反射镜κL，基于抑制镜反射带宽内相邻腔模所需的腔模间距来确定增益区的最大长度。(参看图3)在后反射镜参数固定并且增益区程度受限时，可评价各种前反射镜选择来看在具有给出量子阱数量最小电流的该设计内产生的所需输出功率。当然，较高的输出功率促成(favor)前反射镜的较低的反射率，但需要增加的增益来最小化工作电流。本领域的熟练人员可从该基点进行迭代来快速得到一种设计，其可获得在最小电流和最高腔损失下所需的输出功率，该最高腔损失是在调谐下经历的并对调谐范围内所有的信道满足最小SMSR标准。

为了提高装置性能即使超出前述设计方法所获得的，需要避免限制性能的交替损益。现有技术一向都忽略了旁模只能出现在腔模处的事实。因此，如果腔模和镜反射梳(comb)被适当地设计，就可使用小于由前面提到的SMSR所允许的δλ值。该适当的设计选择镜峰值和腔模间距使得当腔模位于峰值反射率处时，腔模并不与相邻峰值的最高反射率点相一致，从而降低旁模经历的反射率。图3示出了其一个实例。很显然，该设计可通过加宽腔模的间距来更容易的获得。为此，相位区应当制得尽可能的短，同时还以2π调节往返的相位并保持在最大允许电流密度下。增益区的长度可通过增加激活区每单位长度的增益(即，更多的量子阱)来减小。另外，上面示出的方法会致使SGDBR镜最短的穿透深度(即，镜长度)，同时也致使较宽的腔模。

下面的实例想要图解用于获得设计目标的几种设计。将被改变的主参数是δλ，其与调谐增强因数F.成反比例。设计目标如下：50nm的调谐范围、6mW的输出功率和在1mW处33dB的SMSR。

图9示出了对于数个前反射镜峰值间距的重复模受限调谐范围。将要研究的δλ是0.4n，、0.5nm、0.6nm和0.7nm。其给出1.8nm至6.2nm的峰值调谐需求来获得所需调谐范围。

后反射镜被期望具有尽可能高的反射率，且具有约2.5-3.0的κL，其反射率约为80％-85％。有效κ应当基于设计所需的调谐范围来选择。为了避免调谐下反射率过量的损失，κ应当大约等于α。

对于上述的情形，损失将大约是30-35cm^-1，从而33cm^-1的κ是最优的起始点。图5示出了在调谐下无源模波导损失的增加。

由于κ和L都需要选择，故前反射镜是更难选择的。将激光器视为具有前反射镜反射率和增益区长度自由选择的Fabry-Perot激光器。通过将预期输出功率所需的电流最小化，可得到前反射镜的反射率。

用于选择前反射镜反射率的腔最优等式如下给出：

I = {[\frac{Jv + \frac{I_{p} \cdot {&lang; α &rang;}_{ia}}{N_{w} \cdot w \cdot d \cdot \ln (1 / \sqrt{R_{f} R_{b}}}}{{&lang; g &rang;}_{th} {&lang; α &rang;}_{ia}}] \cdot N_{w} w \cdot d \cdot \ln (\frac{1}{\sqrt{R_{f} R_{b}}}) + I_{p}}

(1 + \frac{1 + {&lang; α &rang;}_{ia} \cdot L_{p}}{\ln (1 / \sqrt{R_{f} R_{b}})}) - - - (2)

其中

I_{p} = \frac{q}{hv} \frac{p_{0}}{η_{i} F}

R_f＝R_f0·exp(-<α>_ip·L_pf)

R_b＝R_b0·exp(-<α>_ip·L_pb)

J_v＝体积阈值电流密度

N_w＝量子阱数目(QWs)

W＝装置宽度

D＝QW厚度

<α>_ia＝激活区模内部损失

<α>_ip＝无源区模内部损失

F＝前反射镜存在的功率分数

P₀＝期望的输出功率

L_pf＝前反射镜的穿透深度

L_pb＝后反射镜的穿透深度

R_f0＝无损的前反射镜反射率

R_b0＝无损的后反射镜反射率

为了实施等式(2)，使用需要最大的峰值调谐(30-35cm^-1)的波长信道的波长，故损失是很重要的。由于前反射镜的穿透深度是未知的，这就很复杂了；使用一个推测值来得到期望前反射镜反射率的估计值。该前反射镜的反射率将小于后反射镜，从而其穿透深度大约是后反射镜穿透深度1倍至0.5倍之间的某个值。一旦期望反射率大致的值被确定，则在更精确的穿透深度下进行再次计算。

例如，一旦确定期望的无损前反射镜反射率大约是0.2～0.25(κL_f～0.5)(如图4中所示)，则就选择前反射镜的有效κ。基于SMSR标准和选择用于设计的δλ来进行选择。指形(chumb)规则是前反射镜(带有损失)在中间最大处的最大宽度(HWHM)应当大体等于δλ/2(即，对于1mw处的30dB SMSR，峰值旁模反射率与期望的峰值反射率的比值应当是0.75-0.8并且约是80％/20％的镜)。

图10示意性的示出了邻近期望激光波长的超模的SMSR和前反射镜及后反射镜反射率曲线之间的关系。图10使用一个更加精确的等式，将前反射镜和后反射镜与SMSR的性质联系起来。该关系如下：

SMSR &GreaterEqual; [M + \frac{{&lang; Δg &rang;}_{th}}{{&lang; g &rang;}_{th}}] \cdot 10^{4} \cdot {(mW)}^{- 1} \cdot P_{0} (mW) - - - (3)

M_{ch} = \frac{In [R_{b} R_{f} (λ_{1}) / R_{b} R_{f} (λ_{0})]}{\ln [R_{b} R_{f} (λ_{0})]}

由于其大约的κL是已知的，故这个方程可被用于选择前反射镜的有效κ。

图11是计算实例的表格。采用这个设计实例表明最差信道的性能对最短前反射镜却是最好的。这是损失控制设计空间的一个结果。具有较短穿透深度的前反射镜被调谐下经历的大损失影响较小。缩短前反射镜可增加其反射带宽，从而需要大的δλ(从而更多的调谐)来保持SMSR和调谐范围需求。有意思的是注意到尽管需要额外的调谐，但对于具有较短镜的设计，最差情形信道的腔损失是较低的。这个事实在现有技术中并未认识到，这些现有技术主要通过设定镜的κ～α来从事损失的增加。对于现有技术中使用的更高反射率镜(＞0.5)这也是有效的，但是穿透深度由更大输出功率所需的低反射率(＜0.3)的镜长度来控制。

当期望更高的输出功率时，前反射镜的反射率需要更低(0.1-0.05)。在镜长度小于125μm时，镜的较大带宽将需要更大的δλ(1-1.2nm)。在这一点上，SMSR不仅由相邻超模处的腔模确定，而且还由主反射峰值反射带宽内的腔模来确定。这是镜穿透深度的总和变得小于总腔长20-30％的结果，其需要获得期望的滤除。缩短增益区会相应导致过量的阈值电流密度(＞4kA/cm²)。对此问题一个新的解决办法是采用两倍于前峰值的许多后峰值来覆盖给定的调谐范围。图12示出了对每个前反射镜都采用两个后反射镜峰值以在没有由于相邻腔模的SMSR问题时具有更长的增益区长度。例如采用12个3.8nm间距的后反射镜峰值和6个8.2nm间距的前反射镜峰值，其中重复模间距[(Δλ_b·Δλ_f)/(Δλ-2·Δλ_b)]大体覆盖50nm的范围。这种配置的优点在于由于不遭受调谐下过量的损失(由于需要较小的峰值调谐，α是较小的)，后反射镜的穿透深度可两倍长(从而允许仅仅一个腔，在其中对于较长增益区长度的阻带500-600μm)并且仍旧具有κ～α。较窄的后反射镜允许较小的δλ以用于给定的相同前反射镜中，补偿重复模间距是两倍小的事实。

图13是图解依照本发明优选实施例设计过程1300的流程图。给出Δn_max，P_out，Δλ_max，MSR作为设计参数，假定HR/AP设计用于高效率输出并且采用来自Δn_max，k＝α_bmax的α_bmax，该设计过程被如下详述：

·后反射镜：后反射镜应当被设计使得能在调谐中存在的高损失下工作(方框1302)。为了获得此κe_ffB～α_Tune。通过增加长度来增加反射率R_b直至峰值曲线开始变平。展平引起更小的相邻模抑制；2＜K_effBL_gB＜2.8和R_b＝tanhK_effBL_gB。长度应被制得给出约大于70％-80％的足够高反射率并且不会过长，从而优选的是K_effBL_gB～2.0-3.0。

·增益区：增益区的长度受限于单模操作的需要(方框1304)。对最小的<α_i>和J_th及R_sp’，使用最大的总有效腔长度L_tot。最大的L_tot是由期望SMSR的最小模间距来确定的，给定曲线和后反射镜峰值的反射级(level)及前反射镜的反射级R_f，假设优选的是～0.2.Δλ_mode＝λ²/(2n L_tot)；L_tot≤KL_effb，其中K约为6，L_effb是后反射镜的穿透深度。

·前反射镜：前反射镜设计具有最多的限制。然而，期望具有能保持SMSR标准的最小的反射率和最短的长度(方框1306)。为了覆盖期望的调谐范围Δλ_Total，表示镜峰值反射率间距中差别的δλ必须被选择，给出可获得的峰值调谐，如图9中所示。一旦δλ被选择，则前反射镜的带宽即在半最大值处的全宽度(FWHM)就必须被选择来给出期望的SMSR。保守的标准是FHWM是两倍的δλ。为了获得30dB的SMSR(参看图10)，前反射镜必须滑移至在相邻超模最大后反射镜反射率点处其峰值的约70-80％。很明显，较高的输出功率需要较低的反射率(从而较宽的带宽)前反射镜，从而随着δλ必须相应地随着镜带宽来增加，就需要较宽的峰值调谐来获得Δλ_Total。

对于计算的最大总腔长度L_tot和功率输出P0，从最小的增益电流I计算出前反射镜反射率R_f的大小。长度由R_f＝κL_gF来给出。通常，对于实质上合理的功率输出，|R_f|近似小于约25％。

如在上文所给出的，从总期望调谐范围Δλ_Total和可用的指数偏移Δn_max来计算出差别的超模间距δλ和增强因数F。假设F＝Δλ_super/δλ；Δλ_super＝λΔn_max/n；Δλ_total＝FλΔn_max/n。因此，δλ～(Δn_maxλ/n)²/Δλ_total。因为对小的R_f前反射镜长度是两倍的穿透深度，故L_gf～λ²/(2δλn)＝Δλ_total/2(Δn_max)²。

·相位区：相位区需要在镜下通过两个模间距来偏移腔模(方框1308)。该长度应当使得电流密度在约5kA/cm²以下。

这包括本发明优选实施例的描述。总起来说，本发明披露了一种制作可调谐激光器的方法，包括设计一个后反射镜来在调谐中存在的高损失下工作，所述后反射镜连在一个用于导引和反射光束的腔的一端上，设计一个具有限于单模操作长度的增益区，所述增益区通过在带宽上自发发射来产生光束，设计一个前反射镜，该前反射镜具有为保持激光器的SMSR标准所需的最小反射率和最短长度，所述前反射镜连在腔的相对端上，以及设计一个能通过两个模间距来改变腔模的相位区，所述相位区控制带宽中心频率附近的光束。

为了图解和说明的目的，本发明一个或多个实施例已经在前述描述中示出。并不想要穷尽或将本发明限于披露的精密成形。根据上述教导，许多修改和改变都是可能的。本发明的范围并不是由该详细描述来限定的，而是由所附权利要求书来限定。

Claims

1.一种宽波段可调谐激光器，包括：

一增益区，其用于在一带宽上通过自发发射和受激发射来产生一光束；

一相位区，其被设置成与所述增益区相邻，用于控制该带宽中心频率附近的光束；

一腔，其用于导引和反射该光束，所述的增益区和相位区均位于该腔内；

一前反射镜，其连在该腔的一端上，并具有能保持SMSR标准的最小反射率和最短长度，其中SMSR指的是旁模抑制比率，该前反射镜是光栅型反射镜；和

一后反射镜，其连在该腔相反的一端上，该后反射镜是光栅型反射镜；

其中该后反射镜具有数值上接近于α_Tune的κ_effB值，κ_effB是有效光栅耦合常数，α_Tune是对所需峰值调谐量所预计的传播损失量，该后反射镜的长度被制得产生大于70％的反射率。

2.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该增益区的长度被选择以使所有不希望有的腔模的复合反射率最小。

3.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该相位区能够通过至少两个模间距来偏移激光器的腔模。

4.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中κ_effB×L_gB在2.0至3.0之间，上述L_gB指的是后反射镜的长度。

5.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该增益区的长度不超过后反射镜穿透深度的五倍。

6.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该相位区的长度使得小于5kA/cm²的电流密度产生两个模间距的腔模偏移。

7.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该前反射镜具有一个基于激光器调谐范围的前-后峰值间距和一个基于旁模抑制比率标准的带宽。

8.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该前反射镜具有两倍于前-后峰值间距的带宽。

9.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该后反射镜的长度被制得产生大于80％的反射率。

10.根据权利要求1的宽波段可调谐激光器，其中该前反射镜被预定产生小于25％的反射率。

11.根据权利要求1的可调谐激光器，其中该前反射镜具有的长度小于后反射镜的长度。

12.一种制造宽波段可调谐激光器的方法，包括：

设置在调谐中高损失下工作的一后反射镜，所述后反射镜连在用于导引和反射光束的一腔的一端上，并具有能产生高于70％反射率的长度，其中该后反射镜是光栅型反射镜；

设置一增益区，其位于所述腔内，且具有有限长度以用于单模操作，所述增益区在一带宽上通过自发和受激发射而在所述腔内产生该光束；

设置一前反射镜，其具有使该激光器能保持旁模抑制比率标准的最小反射率和最短长度，所述前反射镜连在用来导引和反射光束的腔的相反一端上，其中所述前反射镜是光栅型反射镜；和

设置一相位区，使其与所述增益区相邻且位于所述腔内，用于通过两个模间距来偏移腔模，所述相位区在所述腔内控制该带宽中心频率附近的光束；

13.根据权利要求12的方法，其中该后反射镜的长度被制得产生大于80％的反射率。

14.根据权利要求12的方法，其中κ_effB×L_gB在2.0至3.0之间，上述L_gB指的是后反射镜的长度。

15.根据权利要求12的方法，其中该增益区的长度被选择以将腔模的数目限于后反射镜的阻带内。

16.根据权利要求12的方法，其中该增益区的长度不超过五倍的后反射镜穿透深度。

17.根据权利要求12的方法，其中该相位区的长度使得需要小于5kA/cm²的电流密度来产生两个模间距的腔模偏移。

18.根据权利要求12的方法，其中该前反射镜具有基于激光器调谐范围的前-后峰值间距和基于旁模抑制比率标准的带宽。

19.根据权利要求12的方法，其中该前反射镜具有两倍于前-后峰值间距的带宽。

20.根据权利要求12的方法，其中该前反射镜被预定产生小于或等于25％的反射率。

21.一种宽波段可调谐激光器，包括：

一后反射镜，其能够在调谐中高损失下工作，所述后反射镜连在用来导引和反射光束的一腔的一端上；

一增益区，其具有一限于单模操作的长度，所述增益区在一带宽上通过自发发射和受激发射来产生该光束；

一前反射镜，其具有使该激光器能保持旁模抑制比率标准的最小的反射率和最短的长度，所述前反射镜连在该腔的相对一端上；和

一相位区，其能够通过两个模间距来偏移腔模，所述相位区控制该带宽中心频率附近的光束；

22.根据权利要求22的可调谐激光器，其中该后反射镜的长度被制得产生大于70％的反射率。

23.根据权利要求21的可调谐激光器，其中κ_effB×L_gB在2.0至3.0之间，上述L_gB指的是后反射镜的长度。

24.根据权利要求21的可调谐激光器，其中该增益区的长度被选择以将腔模的数目限于后反射镜的阻带内。

25.根据权利要求21的可调谐激光器，其中该增益区的长度不超过后反射镜穿透深度的五倍。

26.根据权利要求21的可调谐激光器，其中该相位区的长度使得需要小于5kA/cm²的电流密度来调整腔模波长。

27.根据权利要求21的可调谐激光器，其中该前反射镜具有基于激光器调谐范围的前-后峰值间距和基于旁模抑制比率标准的带宽。

28.根据权利要求21的可调谐激光器，其中该前反射镜具有两倍于前-后峰值间距的带宽。