Brevet FR2696286A1 — publié le 19940401

LASER A SEMICONDUCTEUR COMMANDE PAR CAVITE EXTERNE ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'Invention La présente invention se rapporte à un laser à semiconducteur commandé par cavité externe qui est utilisé dans tout domaine technique utilisant une source de signaux optiques, spécialement dans un domaine technique de communication optique cohérente et de mesure optique cohérente. Art antérieur La Figure 3 montre une construction d'un laser classique à semiconducteur commandé par cavité externe Dans cette Figure, le laser à semiconducteur commandé par cavité externe est constitué d'un réseau de diffraction 2, d'un film antireflet 1 A, d'un laser à semiconducteur 1, d'un isolateur optique 6 et d'une fibre optique 8 Le laser à semiconducteur 1 est du type Fabry- Perot comportant un dépôt de film antireflet l A à une de ses extrémités et est commandé par un circuit de commande LD 9 En figure 3, le laser à semiconducteur 1 émet un faisceau laser du film antireflet l A Le faisceau laser est transformé en lumière parallèle par une lentille convexe 5 A puis il est introduit dans le réseau de diffraction 2 Le réseau de diffraction 2 est un réflecteur externe et il réfléchit une lumière ayant une longueur d'onde sélectionnée spécifique La lumière réfléchie retourne vers le laser à semiconducteur 1. Selon cette construction, un résonateur externe est formé par l'extrémité du laser à semiconducteur 1, qui n'est pas recouverte du film antireflet l A et par le réseau de diffraction Il en résulte que le laser à semiconducteur 1 résonne dans un mode signal et la lumière laser venant du laser à semiconducteur 1 est dirigée vers la fibre optique 8 à travers la lentille convexe 5 B et l'isolateur optique 6 Dans le résonateur externe, si la longueur du résonateur est plus longue, elle peut diminuer la largeur de raie spectrale du laser. Puis, lorsque le réseau de diffraction 2 comportant'un mécanisme de réglage angulaire 10 A est tourné, la longueur d'onde choisie change En conséquence, il est possible de changer la longueur d'onde du laser à semiconducteur 1 dans une gamme de gains (une centaine et des dizaines de nm) Et lorsque le réseau de diffraction 2, ayant un mécanisme de déplacement parallèe l A, est déplacé parallèlement à l'axe de la lumière du résonateur, l'état de phase du résonateur change En conséquence, il est possible de changer dans une gamme de fréquences (plusieurs G Hz) la longueur d'onde de l'intervalle du mode longitudinal En conséquence, en réglant respectivement les déplacements angulaire et parallèle du réseau de diffraction 2 par le mécanisme de réglage IOA et le mécanisme de déplacement parallèle l A en même temps, il est possible de changer la longueur d'onde avec une phase variant de façon continue. Par exemple, il est rapporté dans PROCEEDINGS OF THE 1992 IEICE SPRING CONFERENCE, C-266, 1992, par l'Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, que si le résonateur externe est long de 120 mm, la largeur de raie spectrale d'environ 10 k Hz et une fréquence de 65 G Hz sont obtenues au niveau de l'intervalle de mode longitudinal de 1,25 G Hz ( 0,01 mn). Il est également rapporté dans IEICE TRANS COMMUN, VOL. E 75-B,N 6, JUIN 1992, PP 521-523 que si le résonateur externe est long de 30 mm, la largeur de raie spectrale devient inférieure à 50 k Hz et la fréquence de phase devient 130 G Hz. Cependant, pour la construction montrée en Figure 3, lorsque le résonateur externe est rendu plus 3 2696286 long, la largeur de raie spectrale peut être rendue étroite, l'intervalle de mode longitudinal devient également étroit, et il en résulte qu'une résonance de mode unique sera difficile Et, pour changer la longueur d'onde avec la phase consécutive la latitude de réglage des fréquences devient étroite, il est a Lors difficile de changer la phase de façon continue Et, si le résonateur externe est plus long, la structure du résonateur devient si importante qu'elle devient sensible aux variations d'environnement En conséquence, il est difficile de stabiliser la longueur d'onde de la source laser. RESUME DE L'INVENTION En conséquence, un premier but de la présente invention est de fournir un laser à semiconducteur commandé par cavité externe qui est utilisé dans tous les domaines techniques utilisant une source de signaux optiques, spécialement dans les domaines techniques de la communication optique cohérente et de la mesure optique cohérente, dans lequel le laser à semiconducteur commandé par cavité externe peut faire varier la longueur d'onde avec un changement consécutif de la phase et une largeur de raie spectrale étroite sans que le résonateur externe ne sait Long. Dans un aspect de la présente invention, il est fourni un laser à semiconducteur commandé par cavité externe comprenant: (a) un laser à semiconducteur pour délivrer une lumière, ledit laser à semiconducteur étant recouvert d'un film antireflet à une de ses extrémités; (b) un résonateur externe pour déterminer une longueur d'onde de ladite lumière et l'état de phase, ledit résonateur externe comprenant un miroir externe et ledit réseau de diffraction; et (c) un séparateur de faisceau pour faire réfléchir la lumière venant de ladite extrémité dudit laser à semiconducteur,et être inséré entre ledit miroir -texterne et ledit réseau de diffraction et ayant une faible réf lectance, ledit séparateur de faisceau transmettant la lumière réfléchie vers ledit réseau de diffraction et faisant passer la lumière venant dudit réseau de diffraction, dans lequel ledit séparateur de faisceau est un réflecteur externe du côté du film antireflet et ledit résonateur externe transforme sa fonction de résonance en fonction réflective par ledit séparateur de faisceau. Selon la présente invention, le résonateur externe est construit avec le miroir externe et le réseau de diffraction et le séparateur de faisceau est inséré entre le miroir externe et le réseau de diffraction La longueur d'onde de la lumière qui sort du laser à semiconducteur est déterminée par le résonateur externe. Dans ce cas, le résonateur externe comprend la structure ayant une fonction qui transforme la caractéristique de résonance en caractéristique réflective Il en résulte que, bien que le résonateur soit court, la caractéristique en fréquence devient à forte pente En conséquence, dans la présente invention, l'intervalle de mode longitudinal peut être large et la longueur d'onde peut être changée dans une large gamme avec la phase de façon continue, de plus, le dispositif peut être petit. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres buts et avantages de la présente invention seront apparents à partir de la description suivante, référence étant faite aux dessins annexés dans lesquels un mode préféré de réalisation de la présente invention est clairement présenté. Dans les dessins La Figure 1 est un schéma fonctionnel montrant le laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon un premier mode de réalisation de la présente invention, La Figure 2 est un schéma fonctionnel montrant le laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon un second mode de réalisation de la présente invention. La Figure 3 est un schéma fonctionnel montrant le laser classique à semiconducteur commandé par cavité externe. DESCRIPTION D'UN MODE PREFERE DE REALISATION La Figure 1 est un schéma fonctionnel montrant le laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon le premier mode de réalisation de la présente invention En Figure 1, le laser à semiconducteur 1 est un laser du type Fabry-Pérot, dans lequel une extrémité du laser à semiconducteur 1 est revêtue d'un film antireflet l A Une lumière de sortie du côté du film antireflet du laser à semiconducteur 1 est transformée en une lumière parallèle Et, un résonateur est construit avec un miroir de réflexion externe 4, qui possède une réflectance élevée,-et un réseau de diffraction 2 Selon cette construction, lorsque le résonateur est court, le résonateur externe possède une caractéristique en fréquence à forte pente. La lumière parallèle 13 A, qui est délivrée à partir de l'extrémité qui est revêtue du film antireflet l A, passe à travers la lentille convexe 5 A et est dirigée vers le séparateur de faisceau 3 La lumière parallèle 13 A change son parcours lumineux au niveau du séparateur de faisceau 3 et est ensuite fournie au résonateur externe qui est construit avec le miroir de réflexion externe 4 et le réseau de diffraction 2 de sorte que la lumière parallèle 13 A résonne au niveau du résonateur externe. C'est à dire que le séparateur de faisceau 3 qui possède une réflectance élevée est inséré entre le miroir de réflexion 4 et le réseau de diffraction 2 de sorte que la 1 -uumtire parallèle issue du laser à semiconducteur 1 est envoyée vers le résonateur externe Une longueur d'onde de la laumière parallèle 13 A est sélectionnée par le réseau de diffraction 2 et la lumière qui possède une longueur d'onde sélectionnée et une phase adaptée à l'état de phase du résonateur externe, résonne ensuite au niveau du résonateur externe Il en résulte que la lumière parallèle aura une caractéristique en fréquence à forte pente. Une partie de la lumière parallèle,c'est à dire une partie de la lumière qui a résonné, est réfléchie par le séparateur de faisceau 3, passe de nouveau par la lentille convexe 5 A, et est renvoyée vers le laser à semiconducteur 1 comme lumière réfléchie Lorsque la lumière qui possède une caractéristique en fréquence à forte pente, est renvoyée vers le laser à semiconducteur 1, le laser à semiconducteur 1 délivre une lumière d'une largeur de raie spectrale étroite Plus haute est la réflectance entre le miroir de réflexion externe 4 et le réseau de diffraction 2 et plus la réflectance du séparateur de faisceau 3 est faible, plus la caractéristique en fréquence devient à forte pente. La lumière issue de l'autre extrémité, qui n'est pas revêtue du film antireflet 1 A, du laser à semiconducteur 1 est transformée en une lumière parallèle par la lentille convexe 5 B Cette lumière parallèle passe à travers 1 'isolateur optique 6 et est ensuite focalisée à une extrémité de la fibre optique 8 par la lentille convexe 7 La lumière qui est fournie à la fibre optique 8 est délivrée pour un dispositif extérieur. Une structure fonctionnelle qui transforme la caractéristique de résonance en caractéristique réflective est appelée structure ROR (Réflecteur Optique Résonant). Cette structure ROR sui guide d'onde optique est rapportée et étudiée dans IEEE J Quantum Electron, Vol QE-23. pp.1419-1425, 1987, et Appl Phys Lett, Vol 58, pp 449- 451, 1991. La Figure 2 est un schéma fonctionnel montrant le laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon le second mode de réalisation de la présente invention En Figure 2, le mécanisme de réglage angulaire IOA et le mécanisme de déplacement parallèle li A qui sont fournis avec le réseau de diffraction 2, sont séparés, le mécanisme de réglage angulaire IOA est fourni avec le réseau de diffraction 2 et le mécanisme de déplacement parallèle l A est fourni avec le miroir de réflexion externe 4 Selon cette construction, il n'est pas nécessaire de commander le réseau de diffraction avec les deux mécanismes de sorte que la stabilité mécanique est améliorée dans ce second mode de réalisation. Comme décrit ci-dessus, selon ces modes de réalisation, la longueur d'onde de la lumière qui sort du laser à semiconducteur commandé par cavité externe est sélectionnée par le résonateur externe dans lesquels le résonateur externe est construit avec un miroir externe et un réseau de diffraction et le séparateur de faisceau inséré entre eux Ainsi, le résonateur externe comprend la structure ayant la fonction qui transforme la fonction de résonance en fonction réflective et possède une caractéristique en fréquence à forte pente lorsque le résonateur est court Il en résulte que l'intervalle de mode longitudinal peut être large, la longueur d'onde peut être changée dans une large gamme avec la phase de façon continue, de plus le dispositif peut être petit. REVENDICATIONS 1 Laser à semiconducteur commandé par cavité externe comprenant: (a) un laser à semiconducteur ( 1) pour -délivrer une lumière, ledit laser à semiconducteur étant revêtu d'un film antireflet (l A) en l'une de ses extrémités; (b) un résonateur externe pour déterminer une longueur d'onde de ladite lumière et son état de phase, ledit résonateur externe comprenant un miroir externe ( 4) et un réseau de diffraction ( 2); et (c) un séparateur de faisceau ( 3) pour faire réfléchir une lumière issue de ladite extrémité dudit laser à semiconducteur, et être inséré entre ledit miroir externe ( 4) et ledit réseau de diffraction ( 2),, et ayant une faible réflectance, ledit séparateur de faisceau ( 3) transmettant la lumière réfléchie vers ledit réseau de diffraction, et faisant passer la lumière venant dudit réseau de diffraction ( 2), dans lequel ledit séparateur de faisceau ( 3) est un réflecteur externe du coté du film antireflet (l A) et ledit résonateur externe transforme sa caractéristique de résonance en caractéristique réflective par ledit séparateur de faisceau ( 3). 2 Laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: (d) un mécanisme de déplacement parallèle (li A) pour changer l'état de phase dudit résonateur externe pour déplacer parallèlement ledit réseau de diffraction; et (e) un mécanisme de réglage angulaire (l OA) pour modifier une longueur d'onde, qui est déterminée par ledit résonateur externe, pour faire tourner ledit réseau de diffraction. 3 Laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: (d) un mécanisme de déplacement parallèle -(li A) pour déplacer parallèlement ledit miroir externe pour changer l'état de phase dudit résonateur externe; et (e) un mécanisme de réglage angulaire ( 1 OA) pour faire tourner ledit réseau de diffraction pour modifier une longueur d'onde, qui est déterminée par ledit résonateur externe. 4 Laser à semiconducteur commandé par cavité externe selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit laser à semiconducteur est un laser du type Fabry-Pérot.