专利名称：经由输出耦合器的调制的激光器的振幅及相位调制的利记博彩app
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及激光器，更具体地，涉及实现发射的光信号的直接振幅及相位调制的用于激光器的可控输出耦合器。
背景技术：
光通信系统使用光来发送信息并且在某些方面性能优于诸如电线线路通信系统的其他类型的通信系统。例如，光通信系统往往具有更大的带宽和更低的损耗，这使得它们适合于更远距离、高比特率传输链路。用于光系统中的发射机通常是发光二极管或激光二极管的形式，其输出耦合到下游光缆中。为了以光学方式发送信息，光波被调制(即改变)以对传输数据信号进行编码。已经开发出用于调制激光器输出的不同技术，包括直接调制和外调制方案两者。光发射机的物理特性通常会对可用的调制方案造成限制。在针对光数据调制来优化激光器设计方面仍有改进的需要。
发明内容
根据本发明实施例的方面，提供一种调制激光器。所述激光器包括用于光在其内循环的光谐振器。增益介质容纳在光谐振器内的循环光的路径中，以及泵向增益介质传递高于光谐振器的激光器阈值的激发能量，以使循环光发生相干振荡。光谐振器还包括在循环光的路径中的输出I禹合器。输出I禹合器响应于控制信号，以选择性地允许一部分循环光作为调制光信号离开光谐振器。输出耦合器可以具有输入端口和输出耦合端口，循环光通过该输入端口接收到输出I禹合器中，调制光信号通过该输出I禹合端口发出。输出I禹合器的通过端口(throughport)也包括在输出耦合器中，未发出的光通过该通过端口保留在光谐振器内。通过端口可以与输出I禹合端口互补。输出I禹合器还可以包括将输入端口与输出I禹合端口和通过端口中的每一个光率禹合的干涉部。干涉部的操作特性可以由控制信号控制，以在干涉部中提供选择性的光干涉，在输出耦合端口产生调制光信号，以及在通过端口产生与调制光信号互补的光信号。干涉部的操作特性可以是折射率和/或增益/衰减变化中的一个。输出耦合器的干涉部可以与光谐振器整体地形成。输出耦合器可以包括至少一个Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。输出耦合器还可以包括定向耦合器、十字开关耦合器、多模干涉耦合器、波导接头和分离器、布拉格反射器、或者谐振器。响应于控制信号，输出耦合器可以调制该调制光信号中的振幅和相位中的至少一个。具体地，输出耦合器可以将振幅调制、相位偏移键控(PSK)和正交振幅调制(QAM)方案中的任一个应用于该调制输出信号 。输出耦合器和泵是共同可控制的，以使激光器的调制响应与在光谐振器内循环的光的由于与增益介质相互作用造成的固有响应去耦合。以此方式，激光器从而可以基本上继承输出耦合器的调制响应。输出耦合器和泵是共同可控制的，以将循环光的功率级保持在选择的稳态功率级附近的可操作范围内。输出耦合器可以是以选择为超过激光器的弛豫谐振频率的调制速率可控制的，并提供输出耦合的系数的幅度变化。泵可以配置为向增益介质传递激发能量，以将循环光的功率级保持在选择的稳态功率级附近的可操作范围内。在一些实施例中，激发能量可以是dc激发能量。调制输出信号可以没有啁啾或者具有可控制的啁啾。光谐振器可以包括环形结构，该环形结构具有与输出耦合器的输入端口和通过端口光耦合的相对端，从而限定出用于循环光的环形谐振器。可替换地，光谐振器还可以包括光率禹合到输出稱合器的输入端口与通过端口中的每一个的反射器，从而对于光谐振器中的循环光创建驻波图。反射器可以是分布式反馈(DFB)光栅或分布式布拉格反射器(DBR)几何形状。反射器中的一个或多个还可以容纳增益介质。调制激光器还可以包括至少一个波长调谐部，其包括在光谐振器的循环光的路径中，或者可替换地在反射器中。波长调谐部可以选择性地调整光谐振器的折射率或光反馈，以控制调制光信号的波长。反射器中的一个或多个可以提供波长调谐部。可以在半导体晶片上的光谐振器内单体地形成输出耦合器。可替换地，输出耦合器可以异体地集成在光谐振器内。光谐振器可以是高精密的、微米或毫米级谐振器 。根据本发明实施例的另一方面，提供一种调制激光器的方法，所述激光器包括用于光在其内循环的光谐振器以及容纳在光谐振器内的循环光的路径中的增益介质。所述方法包括向增益介质传递高于光谐振器的激光器阈值的激发能量，以使循环光发生相干振荡，在光谐振器内的循环光的路径中提供输出耦合器，以及确定用于输出耦合器的控制信号。响应于控制信号，使输出稱合器选择性地允许一部分循环光离开光谐振器。所述方法还包括使用控制信号来控制输出耦合器，以产生调制光信号。控制输出I禹合器可以包括将光谐振器中循环的光接收到输出I禹合器的输入端口中；响应于控制信号，在输出耦合器的输出耦合端口产生调制光信号，以及将未发出的光引导到输出耦合器的通过端口，以保留在光谐振器内。干涉部可以将输入端口与输出耦合端口和通过端口中的每一个光耦合。可以使用控制信号来控制干涉部的操作特性，以在干涉部中提供选择性的光干涉。控制干涉部的操作特性可以在输出耦合端口产生调制光信号，以及在通过端口产生与调制光信号互补的光信号。干涉部的操作特性可以是折射率和/或增益/衰减变化中的一个。控制输出耦合器可以包括响应于控制信号，调制该调制光信号中的振幅和相位中的至少一个。具体地，可以控制输出耦合器，以将振幅调制、相位偏移键控(PSK)和正交振幅调制(QAM)方案中的任一个应用于调制输出信号。所述方法还可以包括共同控制输出耦合器和泵，以使激光器的调制响应与在光谐振器内循环的光的由于与增益介质相互作用而造成的固有响应去耦合。以此方式，激光器从而可以基本上继承输出耦合器的调制响应。所述方法还可以包括共同控制输出耦合器和泵，以将循环光的功率级保持在选择的稳态功率级附近的可操作范围内。
控制输出耦合器可以包括选择超过激光器的弛豫谐振频率的调制速率，并以所选择的调制速率控制输出耦合器。控制输出耦合器还可以包括控制输出耦合的系数的幅度变化。传递到增益介质的激发能量可以是dc激发能量。调制输出信号可以没有啁啾或者具有可控制的啁啾。所述方法还可以包括通过使用包括在光谐振器内的循环光的路径中的至少一个波长调谐部，选择性地调整光谐振器的折射率或光反馈，来控制调制光信号的波长。在此描述并说明将明了的实施例的这些及其他特征。
以下通过示例的方式参照附图提供多个实施例的详细说明。图1是示出激光器的组件的示意图。图2是示出激光器的直接泵调制的示意图。图3是示出图2所示的泵调制激光器的示例性小信号调制响应的曲线图。图4是示出激光器的外调制的示意图。图5是示出根据本发明实施例的具有调制输出耦合器的环形激光器的示意图。图6是示出图5所示的调制输出稱合器的示意图。图7是示出图6所 示的调制输出耦合器的实施例的示意图，其适合于实现振幅调制和相位偏移键控(PSK)调制方案。图8是示出图6所示的调制输出耦合器的实施例的示意图，其适合于实现正交振幅调制(QAM)方案。图9是示出图5所示的激光器的可替换实施例的示意图，其包括波长调谐部。图10是示出根据本发明实施例的具有调制输出耦合器的驻波激光器的示意图。图11是示出图10所示的激光器的可替换实施例的示意图，其中增益介质容纳于反射器中。图12是示出图10所示的激光器的可替换实施例的示意图，其包括定向耦合器。图13是示出图10所示的激光器的可替换实施例的示意图，其包括定向耦合器。图14是示出图10所示的激光器的可替换实施例的示意图，其包括定向耦合器，并且其中增益介质容纳于反射器中。应理解，对附图的引用仅为了举例说明目的，并非旨在以任何方式限制下文说明的实施例的范围。为了方便，图中的附图标记也可以重复(有或无偏移)，用以指示类似的组件或特征。
具体实施例方式应理解，以下论述将包括与本发明实施例的多个方案相关的具体细节，但也可以在方便或适合省略其它细节的位置进行省略。例如，可以多少简化可替换实施例中相似或类似特征的论述。为了简洁，也不再详细地讨论公知的思想或概念。技术人员会认识到，在任一情况下，实现本发明的实施例可以无需某些特别说明的细节，将其包含在本文中仅是为了提供对实施例的透彻理解。类似地，显然，在不脱离所公开内容的范围的情况下，根据公知常识，易于对所述实施例进行少许变更或变化。实施例的以下详细说明不应认为是以任何方式限制本发明的范围。首先参考图1，在此示出根据示例性实施例的激光器的示意图。激光器20包括光谐振器22，其限定出用于限制在光谐振器22内的光的循环路径。应理解，可以根据不同的机制，例如通过较高折射率材料与较低折射率材料之间的边界在光谐振器22中提供光的限制。以诸如泵26的适合的激发源对容纳在光谐振器22内的增益介质25进行泵浦。增益介质25可以由任何适合的光学放大材料制成，非限制性地，可以由固体、液体、气体或等离子体制成。在二极管激光器的具体情况下，增益介质25可以包括适合的半导体材料。泵26可以配置为向增益介质25传递不同形式的能量。例如，泵26可以配置为传递电能(例如，施加的电压)、光能(包括激光或非相干光)，或者技术人员将意识到的任何其它适合的能量形式。在此使用的术语“光谐振器”应理解为包括光学谐振腔。 通过受激发射相干地放大穿过增益介质25的特征波长的光。如应理解的，当将增益介质25泵浦到光谐振器22的激光器阈值及以上时，在光谐振器22中循环的光达到激光振荡，激光器20输出相干光波。在增益介质25的增益饱和与由泵26传递的激发能量之间的平衡在光谐振器22内产生稳态功率；这一稳态功率确定激光器20的操作点，并可以通过控制泵26的输出来选择。激光器20还包括输出f禹合器28,该f禹合器28允许在光谐振器22内循环的一部分光离开。通常，输出耦合器28是无源(S卩，非有源地受控的)元件，例如，部分透明的镜子。大多数到达镜子表面的光反射回到光谐振器22中，同时一小部分光(内部稳态功率的 1-5%)透射通过镜子，并成为激光器输出信号30。在这样的配置中，输出耦合器28不会直接被控制。为了调制输出信号30，需要对其它系统组件进行有源控制。例如，如技术人员将理解的，可以使用直接泵调制和外调制方案。激光器20也可以以模式锁定或Q开关配置操作，以提供可变的激光器输出。可替换地，根据本发明实施例的方案，并且如以下更详细说明的，包括在光谐振器22中的调制输出I禹合器(见图5)可以用于实现激光器输出信号30的伪直接调制。在可用操作带宽、信号失真(例如，啁啾)、功率效率和尺寸方面，这样的设置相对于其它调制方案会具有显著的优势。图2示意性示出泵调制激光器。激光器120类似于图1所示的激光器20，但还包括产生用于泵126的控制信号134的控制器132。根据具体情况而定，控制器132可以集成到激光器120内，或者作为分离电路而提供。控制信号134确定传递到增益介质125的泵激励信号136的速率和幅度。同样，增益介质125容纳于光谐振器122内，并且通过输出率禹合器128允许激光器输出信号130离开光谐振器122。增益介质125对变化的激励信号136的响应导致光谐振器122中循环的功率量的可控变化，其随后通过输出耦合器128无源地耦合，以产生调制输出信号130。以此方式，调制输出信号130由于直接泵调制而继承增益介质125的调制响应。然而，泵调制的激光器120的操作的有用范围除了其他事物以外，受到光谐振器122和增益介质125的物理特性的限制。具体地，激光器120的特征在于其驰豫谐振频率，对于半导体，其近似为
权利要求
1.一种调制激光器,包括光谐振器，用于光在其内循环；增益介质，容纳在所述光谐振器内的循环光的路径中；泵，用于向所述增益介质传递高于所述光谐振器的激光器阈值的激发能量，以使所述循环光发生相干振荡；以及输出耦合器，包括在所述光谐振器内的所述循环光的所述路径中，所述输出耦合器响应于控制信号，以选择性地允许一部分所述循环光作为调制光信号离开所述光谐振器。
2.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器包括用于将所述循环光接收到所述输出耦合器中的输入端口、用于发出所述调制光信号的输出耦合端口、以及与所述输出耦合端口互补的用于将未发出的光保留在所述光谐振器内的通过端口。
3.根据权利要求2所述的激光器，其中，所述输出耦合器还包括在所述输入端口与所述输出耦合端口和所述通过端口中的每一个之间提供光耦合的干涉部，所述干涉部具有可由所述控制信号控制以在所述干涉部中提供选择性的光干涉的操作特性。
4.根据权利要求3所述的激光器，其中，所述干涉部的所述操作特性是可控制的，以在所述输出耦合端口产生所述调制光信号以及在所述通过端口产生与所述调制光信号互补的光信号。
5.根据权利要求4所述的激光器，其中，所述干涉部的所述操作特性是折射率和增益/衰减中的一个。
6.根据权利要求5所述的激光器，其中，所述输出耦合器的所述干涉部与所述光谐振器整体地形成。
7.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器包括至少一个Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。
8.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器包括定向耦合器、多模干涉耦合器、波导接头和分离器、布拉格反射器和谐振器中的至少一个，并且其中，所述输出耦合器的折射率和增益/衰减中的一个可由所述控制信号控制，以产生所述调制光信号。
9.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器响应于所述控制信号，以调制所述调制光信号中的振幅和相位中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的激光器，其中，所述输出耦合器响应于所述控制信号，将振幅、相位偏移键控(PSK)和正交振幅调制(QAM)调制方案中的至少一个应用于所述调制光信号。
11.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器和泵是共同可控制的，以使所述激光器的调制响应与所述循环光的由于与所述增益介质相互作用而造成的固有响应去耦合，所述激光器从而实质上继承所述输出耦合器的调制响应。
12.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器和泵是共同可控制的，以使所述循环光的功率级保持在选择的稳态功率级附近的可操作范围内。
13.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器是以选择为超过所述激光器的弛豫谐振频率的调制速率可控制的。
14.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器是可控制的，以提供输出耦合的系数的幅度变化。
15.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述泵配置为向所述增益介质传递dc激发能量。
16.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述调制输出信号没有啁啾或者具有可控制的啁啾。
17.根据权利要求1所述的激光器，还包括至少一个波长调谐部，所述至少一个波长调谐部包括在所述光谐振器中的所述循环光的所述路径中，所述波长调谐部选择性地调节所述光谐振器的折射率或光反馈，以控制所述调制光信号的波长。
18.根据权利要求2所述的激光器，其中，所述光谐振器包括环形结构，所述环形结构具有与所述输出耦合器的所述输入端口和所述通过端口光耦合的相对端，所述环形结构与输出耦合器限定出用于所述循环光的环形谐振器。
19.根据权利要求2所述的激光器，其中，所述光谐振器还包括光耦合到所述输出耦合器的所述输入端口和所述通过端口中的每一个的反射器，所述反射器对于所述循环光构建驻波图。
20.根据权利要求1所述的激光器，其中，在半导体晶片上的所述光谐振器内单体地形成所述输出I禹合器。
21.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述输出耦合器异体地集成在所述光谐振器内。
22.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述光谐振器是高精密的、微米或毫米级谐振器。
23.—种调制激光器的方法，所述激光器包括用于光在其内循环的光谐振器和容纳在所述光谐振器内的循环光的路径中的增益介质，所述方法包括向所述增益介质传递高于所述光谐振器的激光器阈值的激发能量，以使所述循环光发生相干振荡；在所述光谐振器内的所述循环光的所述路径中提供输出耦合器；确定用于所述输出耦合器的控制信号，所述输出耦合器响应于所述控制信号，以选择性地允许一部分所述循环光离开所述光谐振器；以及使用所述控制信号控制所述输出耦合器，以产生调制光信号。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，控制所述输出耦合器包括将所述循环光接收到所述输出耦合器的输入端口中；响应于所述控制信号，在所述输出I禹合器的输出I禹合端口产生所述调制光信号；以及将未发出的光引导到所述输出耦合器的通过端口，以保留在所述光谐振器内。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，干涉部在所述输入端口与所述输出耦合端口和所述通过端口中的每一个之间提供光耦合，以及控制所述输出耦合器包括使用所述控制信号来控制所述干涉部的操作特性，以在所述干涉部中提供选择性的光干涉。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，控制所述干涉部的操作特性在所述输出耦合端口产生所述调制光信号以及在所述通过端口产生与所述调制光信号互补的光信号。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述干涉部的操作特性是折射率和增益/衰减中的一个。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，控制所述输出耦合器包括调制所述调制光信号中的振幅和相位中的至少一个。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，控制所述输出耦合器包括将振幅、相位偏移键控(PSK)和正交振幅调制(QAM)调制方案中的至少一个应用于所述调制光信号。
30.根据权利要求23所述的方法，还包括共同控制所述输出耦合器和所述泵，以使所述激光器的调制响应与所述循环光的由于与所述增益介质相互作用而造成的固有响应去耦合。
31.根据权利要求23所述的方法，还包括共同控制所述输出耦合器和所述泵，以使所述循环光的功率级保持在选择的稳态功率级附近的可操作范围内。
32.根据权利要求23所述的方法，其中，控制所述输出耦合器包括选择超过所述激光器的弛豫谐振频率的调制速率，以及以所选择的调制速率控制所述输出耦合器。
33.根据权利要求23所述的方法，其中，控制所述输出耦合器包括控制输出耦合的系数的幅度变化。
34.根据权利要求23所述的方法，其中，所述激发能量包括dc激发能量。
35.根据权利要求23所述的方法，其中，所述调制输出信号没有啁啾或者具有可控制的啁啾。
36.根据权利要求23所述的方法，其中，所述方法还包括通过使用包括在所述光谐振器内的所述循环光的所述路径中的至少一个波长调谐部，选择性地调节所述光谐振器的折射率或光反馈，来控制所述调制光信号的波长。
全文摘要
提供一种输出耦合器调制激光器。该激光器包括用于光在其内循环的光谐振器、容纳在光谐振器内的增益介质、以及泵。包括在光谐振器中的输出耦合器响应于控制信号，以在激光器输出端口产生调制光信号，以及在通过端口产生互补信号，以便将循环光保留在光谐振器内。输出耦合器与泵是共同可控制的，以将循环光的功率级基本上保持在选择的稳态级，并使激光器的调制响应与循环光的由于与增益介质的相互作用而造成的固有响应去耦合。输出耦合器可配置用于简单振幅调制、相位偏移键控(PSK)、正交振幅调制(QAM)，并适合与高精密的微米或毫米级谐振器一起使用。
文档编号H01S3/10GK103038956SQ201180024446
公开日2013年4月10日 申请日期2011年3月21日 优先权日2010年3月19日
发明者J·K·S·潘, W·D·萨克 申请人:多伦多大学董事局