基于重构等效啁啾技术的可控相移三电极激光器研究

发布时间：2020-07-04 11:52

【摘要】：随着光纤通信网络的持续发展,传输容量和传输速度的需求迅速增加。这就使密集波分复用(Dense wavelength division multiplexing,DWDM)技术大量应用在光通信中。如果在DWDM系统中继续使用固定波长激光器,那通信的成本、能耗、体积和网络的复杂度会急剧增加。波长可调的半导体激光器可以改变波长,因此能够有效的减少这些问题。本论文围绕基于重构等效啁啾(Reconstruction equivalent chirp,REC)技术的三电极激光器进行研究。首先介绍了可调谐半导体激光器的分类和研究现状。然后介绍了耦合模理论和传输矩阵法,并利用传输矩阵法对含有等效π相移光栅的三电极激光器进行了较为详细的数值仿真计算。计算结果表明,我们可以通过改变不同电极的注入电流比向激光器中引入可控的分布相移,来对输出波长产生影响。论文中分析了这种结构的激光器波长可调的机理,并通过仿真的透射谱得出这种结构的激光器会出现单模、双模互相转化的现象。在总电流为130mA时,仿真出的激射波长漂移可以达到4.2nm。我们制作了该结构的三电极激光器,并实验验证了通过改变注入电流比可以引入可控的分布相移。在总电流为130 mA,仅改变中央电极和两边电极注入电流的比例时,我们可以看到单模激射下1.2nm稳定的波长漂移,边模抑制比均大于42dB。而固定边电极电流大小,仅改变中央电极电流大小时,会观察到激光器激射模式在单模和双模间互相转换的现象。这个现象与理论计算的结果吻合,证明了等效相移和分布相移可以同时影响激光器的激射模式。最后,我们还简单讨论了半导体激光器芯片制造的工艺,并针对性地对该结构激光器芯片进行了封装。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.4
【图文】：

可调谐激光器

图１．１可调谐激光器用于〖）ＷＤ＼１系统逡逑网络技术逦软件定义网络（Ｓｏｆｔｗａｒｅ邋Ｄｅｆｉ的波长交换技术和不同间隔的波长网络［大量的可调谐激光器。逡逑传感逡逑在传感中应用非常广泛，以光纤光栅为例，、地震监测、航海水声、生物医学、航空的物理量有温度、压力、应力、位移、加等。逡逑传感有很多种方法，一般常见的有可调谐邋Ｆｉｌｔｅｒ，邋ＦＦＰ－ＴＦ）法［９－１６］，非平衡邋Ｍ－Ｚ邋干ａｖｅｇｕｉｄｅ邋Ｇｒａｔｉｎｇ，ＡＷＧ）法［２１－２６］，基

可调谐半导体激光器,外腔,衍射光栅,选模

１．３．１可调谐外腔激光光源逡逑１９７０年，Ｐ．邋Ｅｌｉｓｅｅｖ等人第一次提出将外腔反馈技术应用在半导体激光器上，逡逑如图１．２，压窄了半导体激光光源谱线宽度和实现了对激光器输出波长的调谐逡逑［３５－４１］。１９７１年，Ｄ．邋Ａｋｅｒｎｉａｎ等人利用外腔注入的方法实现了半导体激光器的逡逑波长选择［４２］。逡逑可调谐外腔激光器的基本原理如下：我们通过激光器外的衍射光栅反射部分逡逑输出光进入激光器的有源区，反射回的光会影响有源区的光场，进而可以压窄半逡逑导体激光器的线宽。如果我们调节激光器外部的衍射光栅，可以得到不同的反馈逡逑光，这会改变激光器的输出波长，达到波长调谐的目的。逡逑Ｇａｉｎ邋ｃｈｉｐ邋Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ逦＾逡逑＞邋＜逦Ｂｌａｚｅｄ逡逑Ｗ邋ｇｒａｔｉｎｇ逡逑图１．２基于衍射光栅选模的外腔式可调谐半导体激光器结构示意图｜４０｜逡逑目前，利用外腔和选频元件制作可调谐激光器的技术己经十分成熟，己存在逡逑于很多光器件供应商的产品目录中，如Ｓａｎｔｅｅ，ＮＥＣ，Ｆｕｊｉｔｓｕ，丨ｎｔｅｌ，邋Ｐｉｒｅｌｌｉ，邋ｌｏｌｏｎ逡逑等等［４３］，调谐范围能达到１００邋ｎｍ，输出功率能达到２０邋ｍＷ以上［４４］。逡逑可调谐外腔激光光源的诸多优点

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