新型Bragg 光柵及其在可調諧半導體激光器中的應用.pdf

1、Bragg光柵和可調諧半導體激光器是全光通信網絡的重要組成部分之一，為實現可重構的智能光網絡提供了保障。同時，它們也是光纖傳感和測量領域中的關鍵器件之一。Bragg光柵和可調諧半導體激光器，憑著廣泛的應用前景，受到了國內外業(yè)界人士的廣泛關注。本論文圍繞Bragg 光柵及其在可調諧半導體激光器中的應用，展開了系統而深入的研究，具體研究內容如下：
　　 (1)根據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對反射譜包絡及其旁瓣的影響，還詳細地研究了溫度和應力的變化對取樣光纖光柵反射譜的影響。
　　 (2)根據帶相移間插取樣光纖光柵反射譜包絡表達式，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的影響。為設計頂部平坦的間插取樣光柵提供了理論依據。
　　 (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級聯技術。該技術不僅能加密取樣光纖光柵的譜信道，而且還能夠對光柵的空間物理結構加密。利用該技術，提出了兩種新型的多反射譜Bragg 光柵——數字級聯光柵和連續(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，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合，建立了可調諧取樣光纖光柵外腔半導體激光器的數值仿真模型。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)調諧特性和邊模抑制比。為設計利用Vernier 調諧原理的外腔可調諧半導體激光器提供理論基礎。
　　 (5)通過理論模擬取樣光纖光柵外腔半導體激光器的調諧曲線、邊模抑制比和輸出光功率，觀測到了存在于所有可調諧半導體激光器中的非線性現象，如：調諧遲滯現象、邊模抑制比和輸出光功率譜不對稱現象。為了分析這些非線性現象的起因，將半導體中的非線性效應（如：交叉增益調制、交叉相位調制、

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

6、寬。并在整個調諧范圍內，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)現可調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，特別是調諧曲線。
　　 (8)提出了基于半導體材料數字級聯光柵的兩種設計結構，一種是改變級聯

7、光柵的光柵周期；另一種改變級聯光柵的有效折射率。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諧DBR 激光器——數字級聯DBR 激光器。模擬結果表明，該設計獲得了將近50 nm的波長調諧范圍，并且在整個調諧區(qū)域內，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