基于新型微納結構的波長可調(diào)諧半導體激光器的研究.pdf

1、波長可調(diào)諧半導體激光器在通信和傳感等領域具有非常重要的應用前景。這些應用要求激光器具有波長調(diào)諧范圍寬、輸出功率大、邊模抑制比高和波長切換速度快等特點。波長可調(diào)諧半導體激光器既可以用于波分復用系統(tǒng)中減小庫存?zhèn)浞荩帜転橄乱淮芍貥嫻饩W(wǎng)絡提供動態(tài)波長配置和波長路由功能。當波長可調(diào)諧激光器用作相干光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機和相干接收機的本振激光器時，激光器的相位噪聲特性對通信系統(tǒng)的性能有著非常重要的影響。本文從光柵理論、激光器理論模型和實驗研究等方

2、面出發(fā)，對基于新型微納結構的波長可調(diào)諧半導體激光器展開了比較系統(tǒng)而深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)Bragg光柵設計理論，對取樣光柵、多相移技術和反射譜級聯(lián)技術進行了深入的研究，并提出了多相移數(shù)字級聯(lián)光柵(MPSDCG)結構，用于設計具有平坦峰值反射率的寬帶、多通道數(shù)梳狀濾波器。⑵建立了仿真波長可調(diào)諧激光器的頻域傳輸線模型和時域行波模型。利用這兩個模型不僅可以計算激光器的波長、閾值電流、輸出功率、邊模抑制比和輸出光譜等

3、靜態(tài)特性，還可以模擬激光器的調(diào)制響應和波長切換過程等動態(tài)特性。⑶對納米壓印方法制作數(shù)字級聯(lián)光柵的工藝進行了實驗研究。通過引入二次軟模板壓印技術和優(yōu)化的變溫、變壓壓印過程，獲得了大面積均勻的光柵圖形轉(zhuǎn)移效果。通過采用自行設計的工藝組件，解決了壓印過程中模板光柵圖形與襯底對準的問題。此外，對感應耦合等離子體刻蝕工藝進行優(yōu)化，制作了形貌良好的數(shù)字級聯(lián)光柵結構。⑷通過對制作的數(shù)字級聯(lián)光柵分布式布拉格反射器(DCG-DBR)激光器進行實驗測試，獲

4、得了30nm的離散波長調(diào)諧范圍，同時邊模抑制比大于30dB。為了改善DCG-DBR激光器的特性并且降低對光柵周期的制作精度的要求，提出了基于多相移數(shù)字級聯(lián)光柵結構的MPSDCG-DBR激光器，并且對激光器的特性進行了理論分析。⑸基于靜態(tài)傳輸線模型，推導了取樣光柵分布式布拉格反射器(SG-DBR)激光器腔內(nèi)光子數(shù)和光場相位的速率方程模型，對SG-DBR激光器的相位噪聲特性進行了模擬。研究了不同的噪聲源，包括有源區(qū)自發(fā)輻射白噪聲和無源區(qū)載流

5、子散粒噪聲，對激光器的頻率調(diào)制(FM)噪聲譜的影響。通過FM噪聲譜計算了各個的噪聲源所引起的線寬展寬大小隨無源調(diào)諧區(qū)注入電流變化的趨勢，并且解釋了線寬變化的機理，模擬的線寬變化趨勢與實驗測量結果吻合。此外，對SG-DBR激光器的結構參數(shù)，如相位區(qū)長度和光柵區(qū)耦合系數(shù)對線寬的影響進行了討論。⑹利用時域行波模型對表面刻蝕兩個淺槽的三節(jié)法布里珀羅(SFP)激光器進行了理論研究。建立了一組邊界條件，用來表征淺槽的界面對光場的反射和透射作用。并利