无模式跳变激光模块

对相关申请的交叉引用/通过引用并入

本专利申请引用了2021年3月24日提交的美国临时申请63/165437，要求其优先权并要求其权益，该申请的内容在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的各种实施例一般涉及光电子系统。更具体地，本公开的各种实施例涉及无模式跳变激光模块。

背景技术

具有窄激光线宽的激光源被广泛用作传感应用的使能组件。具有窄激光线宽的激光模块通常利用外腔设计来实现窄线宽特性。传统激光模块的标准设计包括发射激光束的增益芯片，并耦合到具有窄带反射光谱的光栅元件。在这样的配置中，光栅元件充当波长鉴别器，其将自发发射的窄带再循环回到增益芯片中。反射光谱每次通过增益芯片都会进一步放大和细化激光束，从而获得窄线宽输出。通过将增益芯片建模为独立谐振器，在增益芯片内部形成一组纵向腔模式。当反射光谱与增益芯片相互作用时，反射光谱被锁定在具有更接近反射光谱的波长的波长的纵向腔模式之一上。

可以通过偏移增益芯片的温度来微调激光束的波长。随着增益芯片的温度变化，由于增益芯片的长度和光栅元件的折射率的变化，纵向腔模式漂移。当纵向腔模式漂移时，反射光谱被锁定到与先前锁定的纵向腔模式相邻的另一纵向腔模式，从而导致模式跳变。此外，反射光谱的波长跳跃到新锁定的纵向腔模式的波长，这导致激光束的波长的偏移。波长的偏移导致模式跳变。模式跳变是不希望的，因为当激光源用于各种应用时，它可能导致错误的触发信号。模式跳变的问题通常发生在光栅镜、体布拉格光栅和基于光纤布拉格光栅的外腔激光器(ECL)中。

传统激光模块提供无模式跳变窗口，在此期间，激光束的波长可以在0-0.03纳米的范围内调谐。然而，这样窄的波长调谐范围不足以将激光束的波长调谐到期望的波长。

通过将所描述的系统与本公开的一些方面进行比较，如本申请的剩余部分和参考附图所述，传统方法的局限性和缺点对本领域技术人员来说将变得显而易见。

发明内容

提供了一种基本上如附图中的至少一个所示和/或结合附图中的至少一个进行描述的激光模块，如权利要求书中更完整地阐述的。

通过对本公开的以下详细描述以及附图的回顾，可以理解本公开的这些和其他特征和优点，在附图中，相同的参考数字始终指代相同的部分。

附图说明

附图示出了本公开的系统、方法和其他方面的各种实施例。对本领域技术人员来说显而易见的是，图中所示的元件边界(例如，框、框组或其他形状)表示边界的一个示例。在一些示例中，一个元件可以被设计为多个元件，或者多个元件可以被设计为一个元件。在一些示例中，被示出为一个元件的内部组件的元件可以被实现为另一个元件中的外部组件，反之亦然。

本公开的各种实施例以示例的方式示出，而不受附图的限制，其中相似的附图标记指示相似的元件，并且其中：

图1是示出传统激光模块的图；

图2A和图2B是示出描绘图1的传统激光模块中的模式跳变的曲线图的图；

图3是示出根据本公开的实施例的激光模块的图；

图4是示出根据本公开的实施例的图3的激光模块的校准的图；

图5是示出根据本公开的另一个实施例的图3的激光模块的校准的图；

图6是示出根据本公开的实施例的在校准图3的激光模块期间的激光模块的波长调谐图的曲线图；

图7是示出根据本公开的实施例的在校准图3的激光模块之后的激光模块的波长调谐图和侧模抑制比的曲线图；

图8是示出根据本公开的另一个实施例的图3的激光模块的图；

图9是示出根据本公开的又一实施例的图3的激光模块的图；以及

图10是示出根据本公开的实施例的调谐图3的激光模块的波长的方法的流程图。

根据下文提供的详细描述，本公开的其他适用领域将变得显而易见。应当理解，示例性实施例的详细描述仅用于说明目的，因此不一定旨在限制本公开的范围。

具体实施方式

参考本文所阐述的详细附图和描述来最佳地理解本公开。下面参照附图讨论各种实施例。然而，本领域技术人员将容易理解，本文中关于附图给出的详细描述仅仅是为了解释目的，因为方法和系统可以扩展到所描述的实施例之外。在一个示例中，所提出的教导和特定应用的需要可以产生多个替代的和合适的方法来实现本文所描述的任何细节的功能。因此，任何方法都可以扩展到所描述和示出的以下实施例中的特定实施方式选择之外。

对“一个实施例”、“另一个实施例”、“又一实施例”、“一个示例”、“另一个示例”、“又一示例”、“例如”等的引用表明，如此描述的一个或多个实施例或一个或多个示例可以包括特定的特征、结构、特性、性质、元件或限制，但并非每个实施例或示例都必须包括该特定特征、结构、特性、性质、元件或限制。此外，短语“在实施例中”的重复使用不一定指代相同的实施例。

在实施例中，可以提供激光模块。激光模块包括增益芯片、第一温度传感器、外壳、第二温度传感器和第一热电冷却器(TEC)。增益芯片可以被配置为发射激光束。第一温度传感器可以耦合到增益芯片。第一温度传感器可以被配置为测量增益芯片的第一温度。该外壳可以包围增益芯片和第一温度传感器。第二温度传感器可以被粘附到外壳上。第二温度传感器可以被配置为测量外壳的第二温度。第一TEC可以耦合到第一温度传感器和第二温度传感器。第一TEC可以被配置为调谐在第二温度的第一组值处从增益芯片发射的激光束的多个波长，以从第一温度的第三多个值中选择第一温度的第二组值。选择第一温度的第二组值，使得当增益芯片发射激光束时，在第一温度的第二组值处发射的激光束的多个波长是无模式跳变的。

在一些实施例中，第一温度的第二组值可以包括第一值，第二温度的第一组值可以包括第二值，并且第一温度的第三多个值可以包括第三值和第四值。用于在第二值处将激光束调谐到多个波长中的第一波长的第一值可以被选择为使得第一值可以是第三值和第四值的平均值。第一波长在第三值和第四值之间可以是无模式跳变的。

在一些实施例中，激光模块可以放置在外部TEC上，使得激光模块的温度由外部TEC和激光模块外部的控制器来控制。第二温度的第一组值基于激光模块的温度。

在一些实施例中，激光模块可以放置在热室中，以便激光模块的温度由热室和激光模块外部的控制器来控制。第二温度的第一组值基于激光模块的温度。

在一些实施例中，从增益芯片发射的激光束的多个波长的调谐可以由激光模块外部的控制器来控制。

在一些实施例中，激光模块是外腔激光模块。

在一些实施例中，第二温度传感器可以使用导热粘合剂和导热环氧树脂中的一种被粘附到外壳。

在一些实施例中，第二温度传感器可以被粘附到外壳的内表面和外壳的外表面之一。

在一些实施例中，增益芯片的波长调谐范围可以在0.03-0.5纳米的范围内。

在一些实施例中，激光模块还包括第一基座和第一散热器。增益芯片可以安装在第一基座上。第一基座由导热材料形成。第一散热器可以安装在第一TEC上，并且第一基座可以安装在第一散热器上。第一散热器可以被配置为在第一基座和第一TEC之间传递热量。

在一些实施例中，激光模块还包括光栅元件和第二基座。光栅元件可以光学耦合到增益芯片。光栅元件可以被配置为接收来自增益芯片的激光束。光栅元件还可以包括衍射光栅，该衍射光栅将激光束的多个波长中的第一波长反射到增益芯片中并且透射激光束的多个波长中的第二波长以从激光模块发射输出光束。第二基座可以安装在第一散热器上，并且光栅元件可以安装在第二基座上。第二基座可以将光栅元件与第一散热器热隔离。

在一些实施例中，光栅元件的第一端可以是透镜光纤，用于将从增益芯片发射的激光束耦合到光栅元件中。

在一些实施例中，从激光模块发射的输出光束具有单波长模式。

在一些实施例中，激光模块还包括形成在增益芯片和衍射光栅之间的外腔。外腔便于增益芯片与光栅元件的光学耦合。

在一些实施例中，外壳还可以包围第一TEC、第一散热器、第一基座、第二基座、光栅元件和外腔。

在一些实施例中，激光模块还包括第二散热器。外壳安装在第二散热器上。

在一些实施例中，激光模块还包括夹在外壳和第二散热器之间的第二TEC。第二TEC可以促进增益芯片的波长调谐。第二TEC由激光模块外部的控制器来控制，以用于促进增益芯片的波长调谐。

在一些实施例中，增益芯片具有前端和后端。前端可以涂覆有抗反射材料，而后端可以涂覆有反射材料。

在一些实施例中，激光模块还包括热阻材料。热阻材料可以包围外壳、第二TEC和第二散热器，以防止从激光模块到周围环境的热泄漏。

在另一个实施例中，提供了一种调谐激光模块的波长的方法。该方法包括通过激光模块的增益芯片来发射激光束。该方法还包括通过激光模块的第一温度传感器来测量增益芯片的第一温度。该方法还包括通过被粘附到外壳的第二温度传感器来测量第二温度。该外壳包围增益芯片和第一温度传感器。该方法还包括通过激光模块的热电冷却器在第二温度的第一组值处调谐从增益芯片发射的激光束的多个波长，以从第一温度的第三多个值中选择第一温度的第二组值。选择第一温度的第二组值，使得当增益芯片发射激光束时，在第一温度的第二组值处发射的激光束的多个波长是无模式跳变的。

本公开的各种实施例公开了一种激光模块。该激光模块包括增益芯片、光栅元件、温度传感器、外壳和热电冷却器(TEC)。增益芯片发射不同波长的激光束。光栅元件接收激光束并将激光束的少量波长反射回增益芯片中，并允许其他波长通过光栅元件以形成激光模块的输出光束。其中一个温度传感器测量增益芯片的温度，并且被外壳包围。该外壳进一步包围增益芯片和光栅元件。另一个温度传感器粘附到外壳上并测量外壳的温度。TEC在第二温度的一组值处调谐激光束的波长以选择第一温度的一组值。当激光束的波长在第一温度的一组值处被调谐时，从增益芯片发射的激光束是无模式跳变的。因此，与传统的激光模块相比，激光模块通过发射激光束的无模式跳变波长提供了更宽的波长调谐范围。

图1是示出传统激光模块100的图。传统激光模块100包括第一增益芯片102、第一光栅元件104、第一温度传感器106、第一基座(submount)108、第二基座110、第一散热器112、第一热电冷却器(TEC)114、第一外壳116、第二散热器118和第一外腔120。第一增益芯片102被安装在第一基座108上。第一增益芯片102包括第一增益介质124，第一增益芯片102通过第一增益介质124发射第一激光束。第一激光束以第一多个波长发射。

第一光栅元件104安装在第二基座110上，并光学耦合到第一增益芯片102。第一光栅元件104包括衍射光栅126。此外，第一光栅元件104的一端是透镜光纤128。透镜光纤128有利于第一增益芯片102与第一光栅元件104的光学耦合。第一光栅元件104接收由第一增益芯片102发射的第一激光束。第一光栅元件104用作波长鉴别器，因为衍射光栅126将第一多个波长中的少量波长反射回第一增益芯片102，并允许第一多个波长中的其他波长通过衍射光栅126以形成传统激光模块100的第一输出光束。第一增益芯片102具有前端122a和后端122b。前端122a涂覆有抗反射材料，而后端122b涂覆有反射材料。反射回第一增益芯片102中的第一多个波长中的第一波长借助于前端122a透射通过第一增益芯片102，并由第一增益芯片102的后端122b反射回。

第一温度传感器106安装在第一基座108上。第一外腔120形成在第一增益芯片102和衍射光栅126之间。第一基座108和第二基座110安装在第一散热器112上。第一散热器112安装在第一TEC 114上。第一外壳116包围第一增益芯片102、第一光栅元件104、第一温度传感器106、第一基座108、第二基座110、第一散热器112和第一TEC 114。第一外壳116安装在第二散热器118上。

在传统激光模块100中，衍射光栅126和后端122b之间的少量波长的反射导致在第一外腔120中形成第一多个纵向腔模式。第一多个纵向腔模式中的任意两个纵向腔模式之间的间隔是恒定的，并且基于第一外腔120的长度。

在第一外腔120中形成第一多个纵向腔模式之后，由衍射光栅126反射的另一波长与第一多个纵向腔模式中的第一纵向腔模式对准。与第一多个纵向腔模式的剩余纵向腔模式相比，第一纵向腔模式具有近似匹配反射波长的波长。与第一纵向腔模式对准的反射波长作为传统激光模块100的第一输出光束从传统激光模块100发射。当反射波长与第一纵向腔模式对准时，第一纵向腔模式处于激发状态。此外，第一多个腔模式的剩余纵向腔模式保持在初始状态。

第一温度传感器106测量第一增益芯片102的第一温度。第一TEC 114基于由第一温度传感器106测量的第一温度值来控制传统激光模块100的第一温度。第一控制器130可以耦合到传统激光模块100。传统激光模块100外部的第一控制器130从第一温度传感器106接收第一增益芯片102的第一温度值。基于第一温度值，第一控制器130生成第一控制信号CS1，并借助于第一控制信号CS1来控制第一TEC 114。

第一TEC 114通过改变第一增益芯片102的第一温度来调谐第一激光束的第一多个波长。在一种情况下，在调谐第一激光束的第一多个波长的同时，改变第一增益芯片102的第一温度导致第一增益芯片102和第一光栅元件104的热膨胀，这可以进一步改变第一外腔120的长度。随着第一外腔120的长度变化，包括第一纵向腔模式的第一多个纵向腔模式漂移，而与第一纵向腔模式对准的反射波长保持不变。结果，反射波长对准第二纵向腔模式(稍后在图2A中示出)，从而导致第一输出光束的波长偏移。在另一种情况下，通过改变第一增益芯片102的第一温度来调谐第一激光束的第一多个波长可以改变衍射光栅126的折射率。当第一光栅元件104的折射率变化时，反射波长漂移，而第一多个纵向腔模式保持不变。结果，反射波长对准第二纵向腔模式(稍后在图2B中示出)，从而引起第一激光束的模式跳变。第一激光束的模式跳变导致第一输出光束的模式跳变。

图2A和图2B是示出曲线图200a、200b、200c、202a、202b和202c的图，这些图描绘了传统激光模块100中的模式跳变。在图2A中，示出了由于包括第一纵向腔模式204a、第二纵向腔模式204b、第三纵向腔模式204c、第四纵向腔模式204d的多个纵向腔模式的漂移和波长206而引起的模式跳变。波长206是不变的。此外，波长206是如图1中所描述的反射波长。X轴表示以纳米为单位的多个纵向腔模式的波长，而Y轴表示以任意单位为单位的多个纵向腔模式的强度。多个纵向腔模式中的第一纵向腔模式204a、第二纵向腔模式204b、第三纵向腔模式204c和第四纵向腔模式204d被统称为“纵向腔模式204a-204d”。

在曲线图200a中，波长206与第一纵向腔模式204a对准。可替选地说，第一纵向腔模式204a与波长206的峰值对准。因此，第一纵向腔模式204a被激发，并且与第二纵向腔模式204b、第三纵向腔模式204c和第四纵向腔模式204d的强度相比具有更高的强度。

在曲线图200b中，纵向腔模式204a-204d向左漂移，而波长206保持不变。结果，波长206与第一纵向腔模式204a部分对准，并且因此，曲线图200b的第一纵向腔模式204a的强度小于曲线图200a的第一纵向腔模式204a的强度。

在曲线图200c中，纵向腔模式204a-204d进一步向左漂移，而波长206保持不变。结果，波长206现在与第二纵向腔模式204b部分对准。如曲线图200b所示，第二纵向腔模式204b的强度与第一纵向腔模式204a的强度相同。曲线图200a、200b和200c描绘了波长206已经从第一纵向腔模式204a跳变到第二纵向腔模式204b，从而导致模式跳变。因此，图2A中所示的模式跳变是由于纵向腔模式204a-204d的漂移和不变的波长206而引起的。

在图2B中，示出了由于波长206的漂移和不变的纵向腔模式204a-204d而引起的模式跳变。X轴表示以纳米为单位的多个纵向腔模式的波长，而Y轴表示以任意单位为单位的多个纵向腔模式的强度。

在曲线图202a中，曲线图202a中所示的波长206的对准与图2B的曲线图200a中所示的波长206的对准相同。

在曲线图202b中，波长206向右漂移，而纵向腔模式204a-204d保持不变。结果，波长206与第一纵向腔模式204a部分对准，并且因此，曲线图202b的第一纵向腔模式204a的强度小于曲线图202a的第一纵向腔模式204a的强度。

在曲线图202c中，波长206进一步向右漂移，而纵向腔模式204a-204d保持不变。结果，波长206现在与第二纵向腔模式204b部分对准。第二纵向腔模式204b的强度与曲线图202b的第一纵向腔模式204a的强度相同。曲线图202a、202b和202c描绘了波长206已经从第一纵向腔模式204a跳变到第二纵向腔模式204b，从而导致模式跳变。因此，图2B中所示的模式跳变是由于波长206的漂移和不变的纵向腔模式204a-204d而引起的。

第一激光束的波长的突然偏移导致第一输出光束的模式跳变。模式跳变是不希望的，因为在采用传统激光模块100的各种应用中，它可能导致错误的触发信号。针对该问题的当前可用的解决方案是在无模式跳变窗口中调谐第一多个波长。对于第一外壳116的固定温度，传统激光模块100的波长调谐范围被限制为无模式跳变窗口的预定义范围。因此，当第一外壳116的温度变化时，由于第一外壳116的温度的变化导致第一增益芯片102的第一温度的变化，所以在无模式跳变窗口中发生模式跳变。第一外壳116的温度由于传统激光模块100的环境温度的变化而变化。即使在无模式跳变窗口期间也会发生模式跳变，因为波长调谐是在不考虑环境温度变化的第一温度传感器106所测量的第一温度值下进行的。因此，需要一种激光模块，其中当第一外壳116的温度由于环境温度的变化而变化时，在没有任何模式跳变的情况下调谐第一多个波长。

图3是示出根据本公开的实施例的激光模块300的图。激光模块300可以包括第二增益芯片302、第二光栅元件304、第二温度传感器306a、第三温度传感器306b、第三基座308、第四基座310、第三散热器312、第二热电冷却器(TEC)314、第二外壳316、第四散热器318和第二外腔320。激光模块300可以是外腔激光模块。

第二增益芯片302可以安装在第三基座308上。第二增益芯片302包括增益介质324，通过该增益介质324，第二增益芯片302可以被配置为发射第二激光束。第二激光束以第二多个波长发射。第二增益芯片302具有前端322a和后端322b。前端322a涂覆有抗反射材料，而后端322b涂覆有反射材料。

第二光栅元件304可以安装在第四基座310上，并光学耦合到第二增益芯片302。第二光栅元件304可以包括衍射光栅326。第二光栅元件304可以被配置为接收由第二增益芯片302发射的第二激光束。第二光栅元件304用作波长鉴别器，因为衍射光栅326将第二多个波长中的第一波长反射回到第二增益芯片302中，并允许第二多个波长中的第二波长通过衍射光栅326以形成激光模块300的第二输出光束。反射回到第二增益芯片302中的第二多个波长中的第一波长经由前端322a透射通过第二增益芯片302，并由第二增益芯片302的后端322b反射。

第二光栅元件304可以是光纤。第二光栅元件304的一端是透镜光纤328，因为透镜光纤328有助于第二增益芯片302与第二光栅元件304的光学耦合。透镜光纤328具有确保第二激光束耦合到第二光栅元件304中的形状。衍射光栅326是通过第二光栅元件304的折射率的周期性变化而获得的。由于折射率的变化，衍射光栅326反射第二多个波长中的第一波长，并允许第二多个波长中的第二波长通过衍射光栅326以形成激光模块300的第二输出光束。

第二外腔320可以形成在第二增益芯片302的后端322b和衍射光栅326之间。第二外腔320便于将第二激光束耦合到第二光栅元件304中。

第二温度传感器306a可以耦合到第二增益芯片302。第二温度传感器306a可以安装在第三基座308上。第二温度传感器306a可以被配置为测量第二增益芯片302的第二温度。第三基座308由导热材料形成。第三基座308可以安装在第三散热器312上。第三基座308进一步促进第二增益芯片302与第三散热器312之间的热传递。第三基座308的示例可以包括但不限于氮化铝、碳化硅和钨。

第四基座310可以安装在第三散热器312上。第四基座310由非导热材料形成，以将第二光栅元件304与第三散热器312热隔离。第四基座310的示例可以包括但不限于环氧树脂和科瓦铁镍钴合金。

第三散热器312可以安装在第二TEC 314上。第三散热器312可以被配置为在第三基座308和第二TEC 314之间传递热量。第二TEC 314控制激光模块300的温度。激光模块300外部的第二控制器330可以耦合到第二温度传感器306a。第二控制器330被配置为接收由第二温度传感器306a测量的第二温度(未示出)。

第二外壳316可以被配置为包围第二增益芯片302、第二光栅元件304、第二温度传感器306a、第三基座308、第四基座310、第三散热器312和第二TEC 314。第三温度传感器306b可以粘附到第二外壳316的内表面。第三温度传感器306b可以被配置为测量第二外壳316的第三温度。第三温度传感器306b可以使用导热环氧树脂或导热粘合剂粘附到第二外壳316，以测量第二外壳316的第三温度。第二控制器330可以进一步被配置为从第三温度传感器306b接收第三温度(未示出)。第二控制器330可以是温度-电压转换器。第二控制器330基于第二温度和第三温度来控制第二TEC 314的操作。第二TEC 314可以基于从第二控制器330接收的第二控制信号CS2来增加或降低激光模块300的温度。第二控制信号CS2可以是由第二控制器330基于第二温度和第三温度到电压或电流的转换而生成的电压信号或电流信号。第二外壳316可以安装在第四散热器318上。第四散热器318可以被配置为将热量从第二外壳316传递到激光模块300的周围环境。第二温度传感器306a和第三温度传感器306b的示例可以包括但不限于红外温度计、电阻温度计、热敏电阻和热电偶。第二外壳316可以由导热材料形成。第二外壳316的示例可以包括但不限于氮化铝、碳化硅和钨。

当第一多个波长中的第一波长被衍射光栅326反射时，第一波长可以与由第二增益芯片302发射的第二激光束的第二多个波长中的第二波长重叠。如果第一波长与第二波长的叠加导致相长干涉，则该叠加导致纵向腔模式的形成。另一方面，如果第一波长与第二波长的叠加导致相消干涉，则该叠加导致第二波长和第三波长的抑制。纵向腔模式是指由于两个波在相对方向上移动的相长干涉而形成的驻波。当纵向腔模式的强度大于多个纵向腔模式的强度时，称纵向腔模式被称为处于激发状态。在激光模块300中，衍射光栅326和后端322b之间的第一波长的反射导致在第二外腔320中形成第二多个纵向腔模式。

在第三温度的第一组值处通过第二温度的第三多个值调谐第二激光束的第二多个波长，激光模块300被校准以获得第二温度的第二组值。第二温度的第二组值在下文中被称为“第二温度值”。第三温度的第一组值在下文中被称为“第三温度值”。第二温度的第三多个值在下文中被称为“第四温度值”。当第二TEC 314通过第二温度值调谐第二激光束的第二多个波长时，在调谐第二激光束的第二多个波长期间从第二增益芯片302发射的第二激光束是无模式跳变的。因此，在第二激光束的第二多个波长的调谐期间从激光模块300发射的第二输出光束是无模式跳变的。激光模块300可以在如图4中所解释的受控温度环境中进行校准。

图4是示出根据本公开的实施例的激光模块300的校准的图400。第二控制器330、外部TEC 402和第三控制器404用于激光模块300的校准。激光模块300被放置在外部TEC402上，以用于校准激光模块300。外部TEC 402和第三控制器404控制激光模块300的温度。第三控制器404可以耦合到外部TEC 402。第三控制器404可以被配置为便于控制激光模块300的温度。外部TEC 402基于从第三控制器404接收的第三控制信号CS3来设置激光模块300的温度。第三控制信号CS3可以是指示要由外部TEC 402维持的温度的电压信号或电流信号。第三温度值基于激光模块300的温度。为了校准激光模块300，第二TEC 314通过改变第二增益芯片302的第二温度来调谐第二激光束的第二多个波长。第二温度针对第三温度值通过第四温度值变化以生成第二温度值。第二温度由第二TEC 314基于从第二控制器330接收的第二控制信号CS2而通过第四温度值变化。由外部TEC 402基于从第三控制器404接收的第三控制信号CS3来改变第三温度。结合图6以示例进一步说明激光模块300的校准。激光模块300的校准提供了第三温度值和第二温度值之间的线性关系。在激光模块300的校准之后，在存储器(未示出)中存储第二激光束的第二多个波长的一组值，其中第二激光束的第二多个波长被调谐。第三温度值和第二温度值被进一步存储在存储器中。

图5是示出根据本公开的另一实施例的激光模块300的校准的图500。第二控制器330、热室502和第四控制器504用于激光模块300的校准。激光模块300被放置在热室502中，以用于校准激光模块300。

热室502和第四控制器504分别以与外部TEC 402和第三控制器404类似的方式来控制激光模块300的温度。第四控制器504生成第四控制信号CS4以控制热室502的温度。图5的激光模块300的校准类似于图4中描述的激光模块300的校准。

图6是示出根据本公开的实施例的在校准激光模块300期间的激光模块300的波长调谐图600的曲线图。波长调谐图600是通过在第三温度值下改变第二温度来将第二激光束调谐到第二多个波长中的第一波长、第二波长、第三波长、第四波长和第五波长的图。在示例中，第二温度传感器306a是热敏电阻。波长调谐图600的X轴以欧姆为单位表示热敏电阻的值。波长调谐图600左侧的Y轴表示以纳米为单位的第一多个波长中的少量波长。波长调谐图600右侧的Y轴表示以摄氏度为单位的第三温度值。通过经由第四温度值改变第二温度来改变热敏电阻值。

在示例中，通过改变第二温度，第二激光束的第二多个波长从1559.900纳米(nm)调谐到1559.700nm，当第三温度为0摄氏度时，第二温度导致热敏电阻的热电阻从4000欧姆变化到16000欧姆。波长调谐图600示出当第二激光束的第二多个波长从1559.900nm调谐到1559.700nm时，其处于指示模式跳变的锯齿图案中。类似地，通过针对第三温度值在第四温度值下改变第二温度，将第二激光束的第二多个波长调谐到第二多个波长中的第一波长、第二波长、第三波长、第四波长和第五波长。在波长调谐图600中，第三温度值包括0摄氏度、15摄氏度、30摄氏度、45摄氏度和60摄氏度。

第二温度值包括第一值。第三温度值包括第二值。此外，第四温度值包括与热敏电阻的第五值和第六值相对应的第三值和第四值。选择用于在第二值处将第二激光束的第二多个波长调谐到第二多个波长中的第一波长的第一值，使得第一值是第三值和第四值的平均值，并且第一波长在第三值与第四值之间是无模式跳变的。在示例中，在波长调谐图600中，第一值为1559.780nm，第二值为0摄氏度，第五值为13000欧姆，并且第六值为15500欧姆。第一值被认为是第一稳定操作点，因为在第一值处不发生模式跳变。类似地，获得用于将第二激光束分别调谐到第二波长、第三波长、第四波长和第五波长的第二稳定操作点、第三稳定操作点、第四稳定操作点和第五稳定操作点。连接第一稳定操作点、第二稳定操作点、第三稳定操作点、第四稳定操作点和第五稳定操作点得到第二温度值和第三温度值之间的线性图。线性图的X轴表示第三温度值，而线性图的Y轴表示第二温度值。因此，第一值和第二值之间的线性关系由等式(1)给出，如下所示：

T1＝A*T2+B(1)，其中，

T1是第一值，

T2是第二值，

A是线性图的梯度，且

B是线性图的Y轴的截距。

当第二激光束的第二多个波长在第二温度值处被调谐时，第二增益芯片302发射的第二激光束的波长是无模式跳变的。作为激光模块300的环境温度变化的热补偿的结果，第二激光束的波长是无模式跳变的。在这种情况下，环境温度的任何变化都由第三温度传感器306b确定。此外，第二TEC 314使用第二温度值来调谐第二激光束的第二多个波长。第二温度值确保激光模块300的操作，使得激光模块300是无模式跳变的。

图7是示出根据本公开的实施例的激光模块300的波长调谐图702和侧模抑制比704的曲线图700。X轴表示以摄氏度为单位的第三温度值。曲线图700左侧的Y轴表示以纳米为单位的第二激光束的第二多个波长，而曲线图700右侧的Y轴表示以分贝为单位的激光模块300的侧模抑制比。图7中所示的波长调谐图702用于在激光模块300的校准之后进行的波长调谐。

波长调谐图702示出，当第二激光束的波长从1559.780nm调谐到1560.300nm并且从1560.300nm调谐到1559.780nm以将第三温度值从0摄氏度改变到50摄氏度时，不存在模式跳变。因此，进一步导致第二外壳316的第三温度的变化的激光模块300的环境温度的变化在激光模块300中的波长调谐期间不会导致任何模式跳变。

波长调谐图702由此示出，当第二激光束的波长在第二温度值处被调谐时，第二激光束的波长是无模式跳变的。在激光模块300的校准之后，当第二激光束的第二多个波长被调谐时，第二多个纵向腔模式和与第二多个纵向腔模式之一对准的第一波长的反射波长以相同的速度在相同的方向上漂移。因此，波长调谐图702没有示出第二激光束中的任何模式跳变。由于在第二多个波长的调谐期间的热补偿，第二多个纵向腔模式和第一波长的反射波长以相同的速度且在相同的方向上漂移。激光模块300的第二增益芯片302的波长调谐范围在0.03-0.5纳米的范围内。

侧模抑制比704示出了，在将第二激光束的波长从1559.780nm调谐到1560.300nm和从1560.300nm调谐到1559.780nm期间，侧模抑制比704没有波动。因此，侧模抑制比704指示第二激光束具有单波长模式。第二激光束在第二光栅元件304和第二增益芯片302的后端322b之间的多次反射导致第三激光束以第二多个波长中的第一波长从第二增益芯片302发射。此外，将第三激光束的第一波长调谐到期望波长导致从第二增益芯片302发射具有单波长模式的第二输出光束。

图8是示出根据本公开的另一个实施例的激光模块300的图800。第二控制器330耦合到激光模块300。在图8中，第三温度传感器306b粘附到第二外壳316的外表面。图8的第三温度传感器306b、激光模块300和第二控制器330的功能分别类似于图3的第三温度传感器306b、激光模块300和第二控制器330的功能。

图9是示出根据本公开的又一实施例的激光模块300的图900。第二控制器330耦合到激光模块300。第三TEC 902由位于图9的激光模块300外部的第五控制器904控制。图9的激光模块300还包括热阻材料906，其可以包围第二外壳316、第四散热器318和第三TEC902。第三TEC 902可以夹在第二外壳316和第四散热器318之间。第三TEC 902可以促进第二增益芯片302的波长调谐。第三TEC 902可以被配置为控制第二外壳316的第三温度，以基于第三温度值和第二温度值之间的线性关系将第二激光束的第二多个波长调谐到第二多个波长中的期望波长。第五控制器904在激光模块300的外部，并且可以耦合到第三温度传感器306b。第五控制器904接收第二外壳316的第三温度(未示出)，并通过第五控制信号CS5进一步控制第三TEC 902以设置第二外壳316的第三温度。第五控制信号CS5类似于第二控制信号CS2。第三温度传感器306b可以粘附到图9的激光模块300中的第二外壳316的外表面。

热阻材料906可以被配置为将激光模块300与激光模块300的周围环境隔离，以防止从激光模块300向周围环境的热泄漏。通过防止来自激光模块300的热泄漏，与控制图3的激光模块300的温度相比，控制图9的激光模块300的温度得到进一步改进。

第二控制器330、第三控制器404、第四控制器504和第五控制器904的示例包括但不限于专用集成电路(ASIC)处理器、精简指令集计算(RISC)处理器、复杂指令集计算(CISC)处理器、现场可编程门阵列(FPGA)等。

图10是示出根据本公开的实施例的调谐激光模块300的波长的方法的流程图。在1002处，第二增益芯片302发射第二激光束。在1004处，第二温度传感器306a测量第二增益芯片302的第二温度。在1006处，第三温度传感器306b粘附到包围第二增益芯片302和第二温度传感器306a的第二外壳316。此外，第三温度传感器306b测量第二外壳316的第三温度。在1008处，第二TEC 314将从处于第三温度值的第二增益芯片302发射的第二激光束的第二多个波长进行调谐，以从第四温度值中选择第二温度值，使得在第二温度值处发射的第二多个波长是无模式跳变的。

当激光模块300的第二激光束在第三温度值处被调谐时，在调谐期间发射的第二激光束是无模式跳变的。由于第二温度值和第三温度值之间的线性关系，通过由第二TEC314基于第二温度值和第三温度值来控制激光模块300的温度而补偿激光模块300的环境温度的任何变化。

激光模块300提供了无模式跳变波长调谐范围，与传统激光模块100的无模式跳变波长调谐范围相比，该范围宽十倍。更宽的波长调谐范围为激光模块300提供了更宽的工作范围，其足以将第二激光束的波长调谐到期望的波长。当在各种应用中使用激光模块300时，激光模块300调谐第二激光束的波长而不会引起任何错误的触发信号。与在第一激光束的波长调谐期间呈现侧模抑制比的锯齿图案的传统激光模块100相比，激光模块300在第二激光束的波长调谐期间发射具有单波长模式的第二输出光束而侧模抑制比没有任何波动。激光模块300可用作传感应用(例如光学计量、干涉仪感测和痕量气体检测的光谱学)的使能组件。

本公开中提到的耦合是指光学耦合、机械耦合、电耦合、电磁耦合或其组合。

本公开的适用性不限于图3-9和图10中描述的激光模块300，并且可扩展为包括各种其他类型的发光器件，包括发光二极管、超发光的发光二极管、有机发光器件等。

在权利要求中，词语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”不排除存在权利要求中列出的元素或步骤以外的其他元素或步骤。本文使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”被定义为一个或一个以上。除非另有说明，否则“第一”和“第二”等术语用于任意区分这些术语所描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示这些元素的时间或其他优先级。在相互不同的权利要求中列举某些措施的事实并不表明这些措施的组合不能用于有利的目的。

虽然上面已经描述了所公开的系统和方法的各种示例性实施例，但应该理解的是，它们被呈现只是为了示例而非限制的目的。它不是穷举的，并且不将本公开限制为所公开的精确形式。在不偏离本公开的精神和范围的情况下，如所描述的，许多修改、改变、变化、替换和等价物对于本领域的技术人员将是显而易见的。