窄線寬外腔可調(diào)諧激光器的理論與實驗研究.pdf

1、密集波分復(fù)用（Dense wavelength division multiplexing，DWDM）光纖通信系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用使得業(yè)界對可調(diào)諧激光器的需求逐漸增加。外腔可調(diào)諧激光器由于光譜線寬窄、調(diào)諧范圍寬、輸出功率高等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注。
　　本論文對基于微機電系統(tǒng)（Microelectromechanical systems，MEMS）技術(shù)的窄線寬外腔可調(diào)諧激光器進行了系統(tǒng)的理論和實驗研究。著重開展了MEMS型外腔可調(diào)諧激光

2、器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論模型建立和實際研制等工作，對設(shè)計及研制窄線寬外腔可調(diào)諧激光器有一定的參考價值。本論文的主要創(chuàng)新性研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　提出了一種以衍射光柵結(jié)合普通單軸MEMS轉(zhuǎn)鏡為模式選擇濾波器的窄線寬外腔可調(diào)諧激光器結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)標準ITU-T波長輸出，在激光器的諧振腔內(nèi)加入了自由光譜范圍為50GHz的熔石英標準具，在抑制相鄰縱模的同時還起到了波長鎖定的作用，從而避免了附加波長鎖定裝置的使用。該外腔可調(diào)諧激光器在完全保

3、留了普通外腔激光器的線寬窄、調(diào)節(jié)范圍寬等特點的同時還兼具結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點。
　　建立了一種新型的分析外腔激光器特性的理論模型：對于外腔無源光路部分，首先不考慮激光器的諧振特性，用ZEMAX光學設(shè)計軟件和高斯光束耦合方法建立了外腔部分的光路模型，分析了外腔光路的包括外腔損耗，模式選擇濾波器以及標準具帶寬等特性；在獲得了外腔無源光路的特性基礎(chǔ)上，首次用改進的時域行波法（Time domain travelling wave，T

4、DTW）模擬并優(yōu)化了整體器件的輸出特性，著重分析了標準具的特性對該激光器的波長精度以及調(diào)節(jié)特性的影響；同時分析和討論了該 MEMS型可調(diào)諧激光器的線寬特性。該理論模型的建立為設(shè)計各類外腔可調(diào)諧激光器起到了良好的指導(dǎo)作用。
　　研制了國內(nèi)首臺符合OIF-MSA-ITLA-01.2標準的窄線寬集成可調(diào)諧激光器模塊（Integrated tunable laser assembly，ITLA），該器件的能夠?qū)崿F(xiàn)光通信C波段100個通道的

5、輸出，波長精度在±1GHz以內(nèi)，在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，其輸出功率大于20mW，線寬小于50kHz；研制了低噪聲、小型化、高穩(wěn)定性的激光器驅(qū)動電路；探索并研究了外腔型可調(diào)諧激光器中微光學器件的高穩(wěn)定固定及封裝的工藝方法，建立了一整套的調(diào)試、封裝及測試的工藝平臺。
　　搭建了兩套相干光通信傳輸平臺來驗證該MEMS外腔可調(diào)諧激光器模塊在實際應(yīng)用中的性能：首先在112Gb/s偏振復(fù)用正交相移鍵控（Polarization-multiplexe

6、d quadrature phase-shift keying，PM-QPSK）平臺中，使用該激光器作為本振光源進行了背靠背傳輸實驗。進一步地，在相干光正交頻分復(fù)用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）系統(tǒng)中使用該激光器作為發(fā)送端的信號光源，在不同的FFT長度下進行了調(diào)制碼型為正交幅度調(diào)制（quadrature amplitude modulation,4-QAM）的背靠背傳輸