高速直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)中心及云計(jì)算的快速發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求越來(lái)越高。直接調(diào)制的半導(dǎo)體激光器在接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用。而接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)對(duì)激光器的要求是：高速率、低成本。本文針對(duì)如何提高半導(dǎo)體激光器的調(diào)制帶寬做了深入研究。除此之外，本文也針對(duì)低降光器件成本方面提出了相應(yīng)的解決方案。
　　在提高直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的調(diào)制帶寬方面，本文首先采用了全物理的載流子輸運(yùn)模型研究了量子阱激光器有源區(qū)各個(gè)參數(shù)對(duì)激光器

2、調(diào)制帶寬的影響，這些包括SCH能帶結(jié)構(gòu)、量子阱個(gè)數(shù)、勢(shì)壘高度以及壘區(qū)摻雜濃度。本文還采用了該模型分別在室溫和高溫下優(yōu)化了激光器的有源區(qū)。為了進(jìn)一步提高激光器的調(diào)制帶寬，本文提出并研制了混合量子阱激光器。仿真結(jié)果顯示，混合量子阱激光器的調(diào)制帶寬比沒(méi)有優(yōu)化的激光器大44％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化的激光器調(diào)制帶寬達(dá)到了19GHz。激光器在25℃下測(cè)得的良好的眼圖說(shuō)明了激光器能夠滿足25Gbps的直接調(diào)制。然后，本文還提出了采用漸變脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)抑制

3、DFB激光器中的縱向空間燒孔效應(yīng)，這可以減小因?yàn)榭臻g燒孔效應(yīng)引起的激光器頻率響應(yīng)上的低頻滾降，從而顯著提高了大κL的DFB激光器的調(diào)制帶寬。最后，本文研究并研制了push-pull調(diào)制的DFB激光器。通過(guò)優(yōu)化激光器的縱向結(jié)構(gòu)，使push-pull調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的光子-光子諧振頻率fPPR盡量接近電子-光子諧振頻率fCPR，利用光子-光子諧振峰來(lái)彌補(bǔ)激光器頻率響應(yīng)在高頻處的滾降，從而大大提高激光器的調(diào)制帶寬。本文的理論仿真結(jié)果顯示，采

4、用二階光柵的push-pull調(diào)制的DFB激光器3dB調(diào)制帶寬可以高達(dá)50GHz以上。
　　在降低光器件成本方面，本文提出了采用漸變脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的DFB激光器來(lái)提高激光器的單模成品率。其主要原理為：利用漸變的脊波導(dǎo)使激光器的等效折射率和光場(chǎng)限制因子沿腔長(zhǎng)方向變化。變化的等效折射率使均勻光柵等效地成為一種啁啾光柵，啁啾光柵使得不同頻率的光在腔長(zhǎng)方向的場(chǎng)分布不一樣。由于光場(chǎng)限制因子沿縱向是變化的，這使得光場(chǎng)分布與光場(chǎng)限制因子重疊積分最大

5、的光更容易激射，這樣就打破了普通折射率耦合DFB激光器中存在的雙模簡(jiǎn)并現(xiàn)象，從而提高了激光器的單模成品率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)κL為2.9時(shí)，采用漸變脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的DFB激光器的單模成品率達(dá)到了65%，而相同κL的普通DFB激光器的單模成品率只有19%。這種HRW結(jié)構(gòu)能夠有效的提高大κL的折射率耦合DFB激光器的單模成品率。另外，為了提高DFB激光器的抗外部光反饋能力，以便除去系統(tǒng)中的光隔離器以節(jié)約系統(tǒng)的成本，本文提出了基于奇偶時(shí)空反演（PT

6、）對(duì)稱的復(fù)數(shù)耦合光柵的DFB激光器。它利用了光在PT對(duì)稱復(fù)數(shù)耦合光柵中擁有非對(duì)稱傳輸?shù)男再|(zhì)，將外部反饋光盡可能的隔離在腔外，從而使激光器受外部反饋光影響較小。另一方面，由于這種光柵的透射譜是對(duì)稱的，因此它不影響激光器的穩(wěn)態(tài)特性。數(shù)值仿真顯示在外部光反饋強(qiáng)度高達(dá)-10dB下，激光器的波長(zhǎng)漂移量小于0.2nm，邊模抑制比保持在45dB以上。
　　綜上所述，本文針對(duì)如何提高量子阱半導(dǎo)體激光器的調(diào)制帶寬做了深入研究，提出并研制了本文提到的