基于三段式DBR結(jié)構(gòu)的單模和雙?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器的研究.pdf

1、光通信技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性和靈活性提出了更高的要求，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器由于具有較大的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍以及快速的波長(zhǎng)切換能力，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注，并在下一代光網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮舉足輕重的作用。它們既可在波分復(fù)用的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）系統(tǒng)中用于無(wú)色光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical network unit，ONU）,也可以用于構(gòu)建可重構(gòu)的光分插復(fù)用系統(tǒng)，還可以用作波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等。在微波光子學(xué)領(lǐng)域，雙?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器例如兩節(jié)的分布式反

2、饋（DFB）激光器、光柵級(jí)聯(lián)的分布布拉格反射（DBR）激光器等，已逐漸取代頻率相近的分立激光器被用于太赫茲和微波的產(chǎn)生。本文從可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的理論模型出發(fā)，對(duì)三段式DBR結(jié)構(gòu)的單模和雙?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了可用于分析可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器特性的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)理論模型?；陟o態(tài)傳輸線模型，對(duì)三段式DBR單模激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧特性、邊模抑制比、閾值電流以及輸出功率等做了深入研究和討

3、論；利用時(shí)域行波模型可得到激光器的激射譜，對(duì)直接調(diào)制產(chǎn)生的頻率啁啾進(jìn)行研究；基于多模速率方程，研究了三段式DBR單模激光器的波長(zhǎng)切換特性。⑵闡述了三段式DBR激光器的制作工藝。研究了工藝過(guò)程對(duì)器件性能的影響，包括芯片波導(dǎo)中有源區(qū)和無(wú)源區(qū)界面傾角對(duì)光場(chǎng)反射的影響以及光柵刻蝕深度對(duì)光柵耦合系數(shù)的影響。討論了三段式DBR激光器的工藝制作過(guò)程。對(duì)項(xiàng)目合作方研制的三段式DBR激光器的相關(guān)特性進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足項(xiàng)目要求。⑶對(duì)三段式DBR單模激

4、光器直接調(diào)制過(guò)程中產(chǎn)生的頻率啁啾進(jìn)行了深入的理論研究。基于時(shí)域行波模型，重點(diǎn)研究了三段式DBR單模激光器在2.5Gb/s的調(diào)制速率下輸出信號(hào)在光纖中傳輸不同的距離所產(chǎn)生的畸變，計(jì)算了傳輸后的品質(zhì)因子和消光比（Extinction ratio，ER）。利用相位區(qū)的調(diào)諧特點(diǎn)，提出了一種新型的啁啾補(bǔ)償方案，經(jīng)過(guò)啁啾補(bǔ)償后光譜被壓窄，信號(hào)質(zhì)量獲得明顯改善。在誤碼率（Bit error rate，BER）<10-9和ER>6 dB的條件下，傳輸距

5、離可達(dá)120 km以上。⑷對(duì)普通三段式DBR激光器中存在的雙?，F(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于雙層波導(dǎo)光柵（Double layer grating，DLG）的新型雙?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器—— DLG-DBR激光器?；诙嗄Ｋ俾史匠?，對(duì)DLG-DBR激光器的模式競(jìng)爭(zhēng)特性、波長(zhǎng)調(diào)諧特性以及動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)切換特性進(jìn)行了深入的理論研究。⑸研究了DLG-DBR激光器的注入鎖定過(guò)程。首先，建立了注入鎖定下的多模速率方程以及線性穩(wěn)定性分析模型