新型Bragg 光柵及其在可調(diào)諧半導體激光器中的應(yīng)用.pdf

1、Bragg光柵和可調(diào)諧半導體激光器是全光通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一，為實現(xiàn)可重構(gòu)的智能光網(wǎng)絡(luò)提供了保障。同時，它們也是光纖傳感和測量領(lǐng)域中的關(guān)鍵器件之一。Bragg光柵和可調(diào)諧半導體激光器，憑著廣泛的應(yīng)用前景，受到了國內(nèi)外業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。本論文圍繞Bragg 光柵及其在可調(diào)諧半導體激光器中的應(yīng)用，展開了系統(tǒng)而深入的研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)根據(jù)Bragg 光柵的傅立葉變換理論，推導出了取樣光纖光柵、兩種高斯切趾的

2、取樣光纖光柵和間插式取樣光纖光柵的反射譜包絡(luò)表達式，并且通過傳輸矩陣法驗證了該表達式的準確性。不僅分析了光柵中的各個參數(shù)對反射譜包絡(luò)及其旁瓣的影響，還詳細地研究了溫度和應(yīng)力的變化對取樣光纖光柵反射譜的影響。
　　 (2)根據(jù)帶相移間插取樣光纖光柵反射譜包絡(luò)表達式，分析了帶相移的間插取樣光纖光柵中子光柵相移、光柵區(qū)長度、間插長度等對反射譜包絡(luò)的影響。為設(shè)計頂部平坦的間插取樣光柵提供了理論依據(jù)。
　　 (3)基于傅立葉變換的

3、線性不變性和可逆變換性，提出了多反射譜包絡(luò)級聯(lián)技術(shù)。該技術(shù)不僅能加密取樣光纖光柵的譜信道，而且還能夠?qū)鈻诺目臻g物理結(jié)構(gòu)加密。利用該技術(shù)，提出了兩種新型的多反射譜Bragg 光柵——數(shù)字級聯(lián)光柵和連續(xù)間插取樣光柵。這兩種新型的Bragg 光柵不僅能提供頂部平坦的反射譜包絡(luò)，還可以讓光柵保持高的峰值反射率。
　　 (4)將線性激光器傳輸法與等效腔法結(jié)合，建立了可調(diào)諧取樣光纖光柵外腔半導體激光器的數(shù)值仿真模型。模擬了該激光器的靜態(tài)特

4、性，如：閾值特性、P-I 曲線、光譜線寬、激射光譜、靜態(tài)調(diào)諧特性和邊模抑制比。為設(shè)計利用Vernier 調(diào)諧原理的外腔可調(diào)諧半導體激光器提供理論基礎(chǔ)。
　　 (5)通過理論模擬取樣光纖光柵外腔半導體激光器的調(diào)諧曲線、邊模抑制比和輸出光功率，觀測到了存在于所有可調(diào)諧半導體激光器中的非線性現(xiàn)象，如：調(diào)諧遲滯現(xiàn)象、邊模抑制比和輸出光功率譜不對稱現(xiàn)象。為了分析這些非線性現(xiàn)象的起因，將半導體中的非線性效應(yīng)（如：交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制、

5、四波混頻）考慮到該激光器的理論模型中。分析了內(nèi)部的物理參數(shù)和半導體中的四波混頻效應(yīng)對這些非線性現(xiàn)象的影響。為研究可調(diào)諧半導體激光器內(nèi)部的非線性機理提供了理論基礎(chǔ)。
　　 (6)為了抑制可調(diào)諧取樣光纖光柵外腔半導體激光器的非線性效應(yīng)，在該激光器的外部光柵中引入了間插技術(shù)和切趾技術(shù)。旁瓣的抑制能夠一定程度上抑制非線性現(xiàn)象，增加可調(diào)諧半導體激光器的調(diào)諧帶寬。間插技術(shù)的處理能夠讓取樣光纖光柵的外腔可調(diào)諧半導體激光器獲得18.4nm調(diào)諧帶

6、寬。并在整個調(diào)諧范圍內(nèi)，其光功率輸出達到10dBm，邊模抑制比達到40dB。
　　 (7)建立了SG-DBR 激光器的理論模型；研究了SG-DBR 激光器的靜態(tài)特性。通過理論模型的建立，發(fā)現(xiàn)可調(diào)諧半導體激光器的反射端面同取樣光柵之間形成了一個隱形的F-P 諧振腔。該隱形的F-P 諧振腔對SG-DBR 激光器的靜態(tài)特性有很大的影響，特別是調(diào)諧曲線。
　　 (8)提出了基于半導體材料數(shù)字級聯(lián)光柵的兩種設(shè)計結(jié)構(gòu)，一種是改變級聯(lián)

7、光柵的光柵周期；另一種改變級聯(lián)光柵的有效折射率。這兩種方案都能夠獲得頂部平坦的反射譜。還提出了三種可實施的制作方法：全息曝光、電子束曝光、和納米壓印。
　　 (9)提出了一種新型的可調(diào)諧DBR 激光器——數(shù)字級聯(lián)DBR 激光器。模擬結(jié)果表明，該設(shè)計獲得了將近50 nm的波長調(diào)諧范圍，并且在整個調(diào)諧區(qū)域內(nèi)，邊模抑制比可達到35 dB，輸出功率維持在10 dBm 左右，且具有很好的輸出光功率均衡性（0.6 dB），且對端面的反射率有