基于三段式DBR結構的單模和雙?？烧{諧半導體激光器的研究.pdf

1、光通信技術的不斷發(fā)展對光網(wǎng)絡的動態(tài)性和靈活性提出了更高的要求，可調諧半導體激光器由于具有較大的波長調諧范圍以及快速的波長切換能力，受到越來越多研究者的關注，并在下一代光網(wǎng)絡中發(fā)揮舉足輕重的作用。它們既可在波分復用的無源光網(wǎng)絡（WDM-PON）系統(tǒng)中用于無色光網(wǎng)絡單元（Optical network unit，ONU）,也可以用于構建可重構的光分插復用系統(tǒng)，還可以用作波長轉換器等。在微波光子學領域，雙?？烧{諧半導體激光器例如兩節(jié)的分布式反

2、饋（DFB）激光器、光柵級聯(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生。本文從可調諧半導體激光器的理論模型出發(fā)，對三段式DBR結構的單模和雙模可調諧半導體激光器進行了深入的理論和實驗研究。
　　本研究主要內容包括：⑴建立了可用于分析可調諧半導體激光器特性的靜態(tài)和動態(tài)理論模型?；陟o態(tài)傳輸線模型，對三段式DBR單模激光器的波長調諧特性、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；利用時域行波模型可得到激光器的激射譜，對直接調制產生的頻率啁啾進行研究；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。研究了工藝過程對器件性能的影響，包括芯片波導中有源區(qū)和無源區(qū)界面傾角對光場反射的影響以及光柵刻蝕深度對光柵耦合系數(shù)的影響。討論了三段式DBR激光器的工藝制作過程。對項目合作方研制的三段式DBR激光器的相關特性進行了測試，測試結果滿足項目要求。⑶對三段式DBR單模激

4、光器直接調制過程中產生的頻率啁啾進行了深入的理論研究?；跁r域行波模型，重點研究了三段式DBR單模激光器在2.5Gb/s的調制速率下輸出信號在光纖中傳輸不同的距離所產生的畸變，計算了傳輸后的品質因子和消光比（Extinction ratio，ER）。利用相位區(qū)的調諧特點，提出了一種新型的啁啾補償方案，經過啁啾補償后光譜被壓窄，信號質量獲得明顯改善。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120 km以上。⑷對普通三段式DBR激光器中存在的雙?，F(xiàn)象進行了實驗觀測，在此基礎上，提出了一種基于雙層波導光柵（Double layer grating，DLG）的新型雙?？烧{諧半導體激光器—— DLG-DBR激光器。基于多模速率方程，對DLG-DBR激光器的模式競爭特性、波長調諧特性以及動態(tài)波長切換特性進行了深入的理論研究。⑸研究了DLG-DBR激光器的注入鎖定過程。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