基于硅基微環(huán)和取樣光柵的可調(diào)諧激光器研究.pdf

1、波分復(fù)用是長途干線傳輸和城域光網(wǎng)的主要技術(shù)，全球每年建網(wǎng)超過一百億美元，目前單纖商用系統(tǒng)波分復(fù)用數(shù)已突破百位數(shù)，前沿實驗系統(tǒng)波長數(shù)已突破千位數(shù)，光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中大量需要波長可調(diào)諧激光器，其技術(shù)一直是國際競爭焦點。鑒于國內(nèi)目前可調(diào)諧激光器芯片和裝備均依賴于進(jìn)口，本論文針對基于硅基微環(huán)單環(huán)和基于取樣光柵的兩種波長可調(diào)諧激光器進(jìn)行探索和研究。主要創(chuàng)新點和技術(shù)貢獻(xiàn)如下：
　　提出了一種硅基微環(huán)單環(huán)芯片的實現(xiàn)方案，包含一個微環(huán)諧振腔、一個3dB

2、合束/分束器、模斑變換器和光柵耦合器。該方案結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)諧方式簡單，解決了同類硅基多微環(huán)芯片中復(fù)雜的調(diào)諧控制問題。針對硅基波導(dǎo)芯片與增益芯片耦合效率低的問題，芯片的輸入/輸出端采用懸臂梁式反向楔形模斑變換器結(jié)構(gòu)，增大了耦合光斑，減小了耦合損耗。芯片的測試結(jié)果表明，其具有大于19nm的自由光譜范圍，加熱效率達(dá)到70pm/mW。
　　提出了一種基于硅基微環(huán)單環(huán)芯片的波長可調(diào)諧激光器組件實現(xiàn)方案，相比較于多個微環(huán)的激光器結(jié)構(gòu)，該組件僅通

3、過對單個微環(huán)的調(diào)諧就實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的ITU-T波長輸出，且無需額外的波長鎖定裝置。同時，針對芯片間直接耦合對貼裝精度要求高的問題，該激光器在優(yōu)化的輸入/輸出結(jié)構(gòu)上，采用雙透鏡的自由光路耦合方案，增加了耦合容限，降低了貼片精度。
　　建立了一種多模速率方程和頻域相結(jié)合的激光器特性分析方法，解決了外腔型可調(diào)激光器中有源增益和無源調(diào)諧元件共同作用下的特性模擬問題。該模型的建立為設(shè)計此類可調(diào)諧激光器起到了良好的指導(dǎo)作用。
　　研制了蝶形

4、封裝硅基微環(huán)單環(huán)的波長可調(diào)諧激光器組件，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)ITU-T通道間隔100GHz，大于17nm的波長調(diào)諧范圍，29mW的輸出光功率，邊模抑制比大于56dB，線寬小于150kHz。實驗證明該激光器可滿足高速相干光傳輸系統(tǒng)CO-OFDM的應(yīng)用要求。
　　提出方案并完成了基于取樣光柵的級聯(lián)DFB波長可調(diào)諧激光器芯片。該芯片采用級聯(lián)DFB的共腔結(jié)構(gòu)延展激光器總腔長，達(dá)到壓窄線寬的目的，從而解決了單片集成型波長可調(diào)諧激光器難以實現(xiàn)窄線寬的問