一种中红外波长全覆盖可调谐光模块

摘要

一种中红外波长全覆盖可调谐光模块，该可调谐光模块包括至少两个有源光器件、一个闪耀光栅和一个高反射金镜，其中：所述至少两个有源光器件，设置于可旋转圆柱体上，且在可旋转圆柱体旋转至指定位置时发射光；闪耀光栅，用于将接收自有源光器件的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件，另一部分反射至高反射金镜；高反射金镜，用于将自闪耀光栅入射的光以固定的方向输出。本发明通过闪耀光栅将反射至高反射金镜中的光的波长进行调谐，扩大有源光器件发射的光的波长范围，实现了中红外波长的全覆盖，可适用于不同波长的气体检测，同时可调谐光模块采用多个单元组成，体积较小，可以便于运输和存储。

权利要求

1.一种中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，该可调谐光模块包括至少两个有源光器件(101)、一个闪耀光栅(112)和一个高反射金镜(113)，其中：所述至少两个有源光器件(101)，设置于可旋转圆柱体(102)上，且在可旋转圆柱体(102)旋转至指定位置时发射光；

所述可旋转圆柱体(102)为可导电材料且与直流电源(104)的正极相连接，有源光器件(101)在旋转的过程中，只有旋转到与直流电源(104)相连接的负极(103)处才能形成一闭合通电回路，并发射光；

所述闪耀光栅(112)，用于将接收自有源光器件(101)的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件(101)，另一部分反射至高反射金镜(113)；

高反射金镜(113)，用于将自闪耀光栅(112)入射的光以固定的方向输出。

2.根据权利要求1所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述至少两个有源光器件(101)为GaSb基量子阱激光器或带间级联激光器。

3.根据权利要求1所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述至少两个有源光器件(101)的波长不同。

4.根据权利要求1所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述至少两个有源光器件(101)的温度为0至20℃。

5.根据权利要求1所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述可旋转圆柱体(102)内部为空心结构(106)，空心结构(106)内有冷却液，空心结构(106)与循环制冷机(107)相连接，冷却液在空心结构(106)与循环制冷机(107)之间循环流动，用于保持有源光器件(101)的温度恒定，防止由于有源光器件(101)因热效应而产生的波长跳变。

6.根据权利要求1所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述闪耀光栅(112)将接收自有源光器件(101)的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件(101)，另一部分反射至高反射金镜(113)，其中，一部分反射回有源光器件(101)光的为一级衍射光，一级衍射光返回有源光器件，形成外腔结构；

另一部分反射至高反射金镜(113)中的光为零级衍射光。

7.根据权利要求1所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述闪耀光栅(112)通过旋转的方式对反射至高反射金镜(113)中的光的波长进行调谐，扩大有源光器件(101)发射的光的波长范围。

8.根据权利要求7所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述闪耀光栅(112)与可旋转圆柱体(102)采用同一个驱动器驱动。

9.根据权利要求7所述的中红外波长全覆盖可调谐光模块，其特征在于，所述高反射金镜(113)将自闪耀光栅(112)入射的光以固定的方向从输出光孔(114)输出。

说明书

一种中红外波长全覆盖可调谐光模块

技术领域

[0001] 本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种中红外波长全覆盖可调谐光模块。

背景技术

[0002] 中红外波段是一个非常重要的波段，由于很多气体分子的吸收峰以及大气窗口都在这个波段，所以其在气体检测、自由空间光通信以及光电对抗中都有非常重要的作用。能够覆盖整个中红外波段光模块可以方便的测量整个中红外波段的气体分子吸收峰，这样能在气体检测等诸多方面得到应用。

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题

[0004] 本发明的主要目的在于提供一种中红外波长全覆盖可调谐光模块，实现对整个中红外波段的覆盖。

[0005] (二)技术方案

[0006] 一种中红外波长全覆盖可调谐光模块，该可调谐光模块包括至少两个有源光器件101、一个闪耀光栅112和一个高反射金镜113，其中：

[0007] 所述至少两个有源光器件101，设置于可旋转圆柱体102上，且在可旋转圆柱体102旋转至指定位置时发射光；

[0008] 所述闪耀光栅112，用于将接收自有源光器件101的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件101，另一部分反射至高反射金镜113；

[0009] 高反射金镜113，用于将自闪耀光栅112入射的光以固定的方向输出。

[0010] 上述方案中，至少两个有源光器件101为GaSb基量子阱激光器或带间级联激光器。

[0011] 上述方案中，至少两个有源光器件101的波长不同。

[0012] 上述方案中，至少两个有源光器件101的温度为0至20℃。

[0013] 其中，可旋转圆柱体102为可导电材料且与直流电源104的正极相连接，有源光器件101在旋转的过程中，只有旋转到与直流电源104的负极103处才能形成一闭合通电回路，并发射光。

[0014] 其中，可旋转圆柱体102内部为空心结构106，空心结构106内有冷却液，空心结构106与循环制冷机107相连接，冷却液在空心结构106与循环制冷机107之间循环流动，用于保持有源光器件101的温度恒定，防止由于有源光器件101因热效应而产生的波长跳变。

[0015] 上述方案中，闪耀光栅112，用于将接收自有源光器件101的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件101，另一部分反射至高反射金镜113，其中，

[0016] 一部分反射回有源光器件101光的为一级衍射光，一级衍射光返回有源光器件101，形成外腔结构；

[0017] 另一部分反射至高反射金镜113中的光为零级衍射光。

[0018] 上述方案中，闪耀光栅112通过旋转的方式对反射至高反射金镜113中的光的波长进行调谐，扩大有源光器件101发射的光的波长范围。

[0019] 其中，闪耀光栅112与可旋转圆柱体102采用同一个驱动器驱动。

[0020] 其中，高反射金镜113将自闪耀光栅112入射的光以固定的方向从输出光孔114输出。

[0021] (三)有益效果

[0022] 本发明提供的中红外波长全覆盖可调谐光模块通过闪耀光栅将反射至高反射金镜中的光的波长进行调谐，扩大有源光器件发射的光的波长范围，实现了中红外波长的全覆盖，可适用于不同波长的气体检测，同时可调谐光模块采用多个单元组成，体积较小，可以便于运输和存储。

附图说明

[0023] 图1是依照本发明实施例的中红外波长全覆盖可调谐光模块的结构示意图；

[0024] 图2是依照本发明实施例的中红外波长全覆盖可调谐光模块中调节有源光器件波长的原理示意图。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0026] 如图1所示，图1是依照本发明实施例的中红外波长全覆盖可调谐光模块的结构示意图，该可调谐光模块包括：至少两个有源光器件101、一个闪耀光栅112和一个高反射金镜113，其中：所述至少两个有源光器件101，设置于可旋转圆柱体102上，且在可旋转圆柱体
102旋转至指定位置时发射光；所述闪耀光栅112，用于将接收自有源光器件101的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件101，另一部分反射至高反射金镜113；高反射金镜113，用于将自闪耀光栅112入射的光以固定的方向输出。

[0027] 具体的，为了实现中红外波段的全覆盖，其需要采用不同波长的激光器或超辐射管作为有源光器件，各个有源光器件的波长应该在中红外波段，本发明提供的实施例中采用中心波长分别在2、2.4、2.8微米的GaSb基量子阱激光器，以及波长在3.2、3.6、4微米的带间级联激光器共六只，注意这里选用的激光器都是可变的，这里作为实施例仅采用6支不同波长的激光器，具体可以根据需要增加或减少或做相应的改变。不同波长的器件以可旋转的方式集成于可旋转圆柱体102上，集成的不同波长的器件为封装好的并且经过准直的中红外波段的光器件。

[0028] 在可旋转圆柱体102上，只有在固定位置的有源光器件101才可以通电发光，当器件旋转到可通电发光的位置时，该波段的有源光器件101发光，发出的光利用如图1所示的闪耀光栅112进行分束，闪耀光栅112将接收自有源光器件101的光分成两部分，其中一部分反射回有源光器件101，另一部分反射至高反射金镜113。闪耀光栅112将一级衍射光返回有源光器件101，形成外腔结构，而将零级衍射光作为输出光入射到高反射金镜113上，经过高反射金镜113反射的光以固定的方向从光模块的输出光孔114输出。例如利用2微米处有源光器件通电并利用闪耀光栅的可调谐作用可以实现1.8微米至2.2微米的可调谐单纵模光输出，之后可旋转圆柱体102旋转到2.4微米的有源光器件，2.4微米有源光器件同样利用闪耀光栅112进行波长的调谐，之后可以实现2.2微米至2.6微米的可调谐单纵模光输出，以此类推，实现覆盖整个中红外波段的可调谐光输出模块。上述实施例实现了1.8微米至4.2微米的可调谐光输出模块。

[0029] 在可旋转圆柱体102上，如图1所示，其有源光器件101可旋转集成模块111的具体示意图如图2所示，为了保证图1和图2的一致性，其中的相应标注采用相同的编号。如图2所示，不同波长的有源光器件101以可旋转的方式集成于圆柱形结构的可旋转圆柱体102上，图中仅画出4个有源光器件101的示意图，可旋转圆柱体102与旋转电机驱动器105直接相连，以此驱动可旋转圆柱体102。其中整个可旋转圆柱体102为可导电材料，可旋转圆柱体本身与直流电源104正极相连，不同波长的有源光器件101在旋转的过程中，只有旋转到与直流电源104相连接的负极103才能形成一闭合通电回路，并发射光。这样可以通过旋转电机的旋转带动可旋转圆柱体102旋转可实现不同波长有源光器件101的分别发光。此外，整个的可旋转圆柱体102内部为可循环冷却液的空心结构106，空心结构106内有冷却液，冷却液与循环制冷机107相连，冷却液在空心结构106与循环制冷机107之间循环流动，用于保持有源光器件101的温度恒定，防止由于有源光器件101因热效应而产生的波长跳变。本发明的提供的实施例中冷却液为水，循环制冷机107为循环水冷机，为了保证各个器件的放光波长和相应的输出功率，各个有源光器件的工作电流和工作电压会略有区别，这需要可旋转圆柱体102与直流电流控制器之间形成统一，以此保证不同的有源光器件工作在需要的电流电压处。由于作为一个实施例，其不同波长的激光器的发热都比较大，为了保证器件的稳定性以及光模块输出单纵模光的稳定性且为了不使其波长发生跳变，圆柱形旋转座的恒温是必要的，这里作为实施例冷水机的工作温度保持在0至20℃，保证各个器件的正常工作。

[0030] 如图1所示，当某一波长的中红外光器件发光时，发出的光通过闪耀光栅112实现Littrow型外腔结构，以此形成外腔。这里由于各个器件的外腔形成条件不同，各个器件的发光波长不同，所以对于不同器件来说，可以形成外腔的闪耀角也不一样，也就是说对于不同的有源光器件，闪耀光栅112为了形成外腔所处的角度也应该略有不同，在对整个模块的制作过程中，应该首先搜集所选用的不同波长的有源光器件如本实施例中所用的2、2.4、2.8、3.2、3.6、4微米的激光器的闪耀角，同时确定不用波长激光器在圆柱形旋转分模块的位置，找到两者的一一对应关系，这样在选用不同波长的激光器时，仅需要利用高精度的旋转台将闪耀光栅112调节到高精度的固定位置即可。

[0031] 当闪耀光栅112的外腔形成时，通过旋转闪耀光栅112可以实现波长的调节，每一个有源光器件为核心的波长调节范围可以达到几百纳米量级，本实施例中的波长调节范围可达处于中心波长的400nm左右，通过多个有源光器件的分别调谐，可以实现覆盖整个中红外波段的可调谐光模块。闪耀光栅112固定于圆形旋转台115上，圆形旋转台用旋转电机驱动器105所驱动，由于闪耀光栅112对波长的调节对角度非常灵敏，这里选用的驱动器以及旋转台都要求是高精度的旋转台。闪耀光栅112与可旋转圆柱体102用的同一个驱动器，方便集成。

[0032] 如图1所示，由于通过光的波长调节是通过闪耀光栅112的旋转完成的，在闪耀光栅112旋转的过程中，其输出光的方向也必然发生一定的移动，通过在光模块中加入一个在中红外波段具有高反射率的金镜113，可以调整光的方向。此高反射金镜113的镜面与闪耀光栅112面平行，并也同样固定于旋转底座115上，通过金镜反射的光为方向与入射光几乎一致的方向单一的输出光。输出的光通过光输出孔114输出，为了特殊的用途可以在光输出孔114处增加光学透镜，可以为发散性的凹面镜或者聚焦性的凸面镜，为了使整个光模块输出为平行光或会聚到某个距离的光也可以采用非球面透镜及其他透镜。

[0033] 由于以不同波长的有源光器件作为核心器件的可调谐波长范围可能不同，所以需要通过波长的校准与选择来找到光栅角度与具体输出波长的一一对应关系。在确定了输出波长的一一对应关系之后，可以通过与旋转电机串口通信的电脑或者其旋转电机的前面板控制，以此找到需要的中红外波长。本实施例中采用了不同波长的6支激光器可以实现中红外1.8微米至4.2微米的全覆盖。

[0034] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。