在光模块里,会用到激光器,有一类激光器是FP激光器,还有一类外腔激光器会用到游标腔,游标腔可以用FP滤波器(有些人也叫做标准具)来制作,另外可调谐激光器在DWDM场景需要“锁波”,锁波工具也常常选择FP标准具。
什么是FP? 是两个名字的组合缩写,一个叫Charles Fabry,另外一个叫Jean-Baptiste Alfred Perot,他们发现用两个平行反射面可以产生光学干涉现象。
FP定义了一个“平行”“反射”结构,可实现干涉。
什么是激光器? 激光器包括两个部分,一个部分是光的来源,光的辐射机制,叫做增益芯片、增益层、有源层、活性层...., 我把这个叫做“增益”,用于辐射。另一个部分是谐振腔,用于光干涉后能量被放大。
激光器两个部分:增益、干涉器
增益与干涉器在一起集成,就默认是“集成”单芯片,叫激光器芯片。
增益与干涉器分开设计,一般叫做“外腔”激光器,干涉器也叫作谐振腔,外部谐振腔的激光器。
如果采用FP平行平板反射器做光学干涉,这就叫FP激光器。FP激光器可以是集成的单芯片,也可以是外部独立的反射面。
什么是滤波器? 一部分波长的光可以透射,另一部分波长的光不能透射(被吸收或被反射),这就是滤波器。FP可以做滤波器。
什么是游标腔,两个不同波长间距的滤波器组合,类似游标卡尺一样的主尺副尺结构,就叫游标效应的滤波器,如果把这两个具有游标效果的滤波器放在外部谐振腔中,就叫游标式的(外部谐振)腔,如果可以分别调整滤波器的透反射波长,那这就是基于游标效应的波长可调谐激光器。
什么是标准具,如果经过校准的滤波器,已知波长以及波长间隔,就是一个用于测量其他波长的“标准”波长测试尺。
什么是锁波? 把波长锁住,别动,万一波长不符合要求,就调谐波长到符合要求的位置。如何来判断激光器的波长是否符合要求? 一般选择一个测量装置,标准具。 采用FP结构的滤波器可以用作(波长测量并提供判决标准的)标准具。
FP的重点是结构,第一要平行,第二要有反射
具有FP干涉现象光学特性的光谱,呈现一个等间距的波长梳,或者叫频率梳。光波的波长x频率=常数c
我们看到的FP激光器,经常是下图这样的光谱,但这不是FP的光学特定,而是激光器的两个部分共同作用的结果。
FP激光器,下图蓝色平行的反射镀膜,就是FP谐振腔,只是一侧镀膜是高反射率,另一侧镀膜较低反射率。中间浅粉色是增益层。
FP的光谱,以及增益光谱,二者共同作用,看到的是我们常见的FP激光器光谱。
如果FP干涉器,调整长度L、或者调整折射率n,或者入射角度等等,都可以实现光谱的变化。有变化/能变化,咱们就叫做“可调”FP滤波器,如果给他在实验室设计好,波长和波长间隔,固定下来,那就可以用来做标准具。是“可以”用来做标准具,而不是FP就是个标准具。
两个不同波长间隔的频梳,就可以用来做游标调谐波长。游标腔,需要有两个或以上的频率梳,单个不算。能做有效的,可以是俩光栅,可以是俩FP,可以是俩微环,也可以光栅+FP,可以微环+FP....,组合么,俩
咱们用游标的目的是“拓展”波长调谐范围,单一的调谐范围很窄,两个窄范围利用游标效应,一下子能拓展10x,这是相干光模块中波长可调谐的主流方向。
恰恰在相干光模块中,用于DWDM密集波分复用的场景,需要锁定波长,别影响其他的波长。
波长可调谐,经常和窄线宽设计,以及锁波结构,一起设计,原因是他们同时出现在一个场景,DWDM
实际上,窄线宽,不一定非得可调谐,也不是锁波一定用在波长可调谐场景。比如啁啾管理激光器,波长不调谐,也会配一个锁波结构。
比如Y1T349写的示意图,用了一个FP标准具来做锁波,激光器不限制是否可调谐。
在合集写过的旭创一个结构。用到了3个FP干涉器。
外腔,是谐振腔很长,目的是窄线宽
激光器包括增益芯片和谐振腔,其中两个FP干涉器置于谐振腔光路中,目的是产生游标效应,进行波长调谐。
另外一个FP,配合俩探测器,做波长锁定,第三个FP的作用就是检测波长的标准具。
不用外腔,集成式的波长可调谐激光器,可可以用FP标准具,标准具是etlon的中文意译,以太龙是中文的音译。是一样的。
对激光器的光,一路不经过FP标准具,直接测试一个幅度,另一路通过FP标准具,再测试一个幅度,俩探测器二者测试的功率差,做一个比对,最小值说明波长符合要求,否则就重新调调波长,锁波是反馈控制环路中的“传感器”,检测波长是否合规的“传感器”
再举个例子,粉色是硅光波导,俩微环做游标效应,深蓝色是增益芯片
划片看一下,
深蓝色:增益,几个微环是谐振腔,二者组合,就是激光器。
两个微环分别调整折射率,可以改变谐振腔的谐振波长,这是波长“可调谐”激光器。利用了游标效应,这是一类“波长”“大范围”“可调谐”激光器
由于微环的特性,光在微环内循环跑,等效长度很长,腔长增加,激光器线宽收窄,这就是“窄线宽”“波长”“大范围”“可调谐”激光器
将光路中一部分光分离出来,用一个锁波结构(FP标准具+分光片+两个探测器),来锁定波长。这就是一个可用于DWDM,具有波长稳定性的,窄线宽、波长大范围可调谐、激光器