單片集成可調(diào)諧半導體激光器的控制研究.pdf

1、可調(diào)諧半導體激光器一直被認為是光纖通信系統(tǒng)和下一代光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一。它不僅能為密集波分復用（DWDM）系統(tǒng)提供及時、有效的庫存管理和信道快速建立功能，而且還能極大地降低光源備用方案的成本；更為重要的是，它還能為下一代可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)提供自動波長配置、波長轉(zhuǎn)換和波長路由功能,從而大大增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性和帶寬利用率?？烧{(diào)諧半導體激光器憑借著其廣闊的應(yīng)用前景，受到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注。本論文針對單片集成可調(diào)諧半導體激光器的控制及相關(guān)應(yīng)用展開了較系

2、統(tǒng)而深入的研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　 (1) 介紹了可調(diào)諧半導體激光器的理論基礎(chǔ)，包括半導體激光器的增益譜特性和布拉格反射（DBR）光柵的波長選擇機制，以及取樣光柵分布布拉格反射器（SGDBR）
　　 型激光器中的游標（Ver n I e r）波長調(diào)諧原理，為本論文SGDBR 激光器及與半導體光放大器（SOA）單片集成的SGDBR 激光器（SGDBR-SOA 集成器件）的控制研究提供了理論依據(jù)。
　　 (2)

3、 結(jié)合SGDBR 激光器的波長調(diào)諧原理，設(shè)計出SGDBR 激光器的波長自動測試系統(tǒng)。利用該波長自動測試系統(tǒng)可以準確、快速地完成SGDBR 激光器的波長定標，為器件的動態(tài)性能研究奠定了測試基礎(chǔ)。
　　 (3)對SGDBR 激光器內(nèi)部熱電制冷器（TEC）的控制進行了研究，通過對兩種不同TEC 控制方式的比較，分析了TEC 控制電路對SGDBR 激光器動態(tài)波長切換的影響，并根據(jù)實驗結(jié)果提出了改進方案。
　　 (4)對SGDBR

4、 激光器及SGDBR-SOA 集成器件進行了動態(tài)波長切換的實驗研究，根據(jù)實驗結(jié)果分析了切換過程中瞬態(tài)模式產(chǎn)生的影響，并通過SOA 節(jié)的快速開關(guān)控制改善了器件的動態(tài)波長切換性能。
　　 (5) 根據(jù)速率方程分別推導出SGDBR-SOA 集成器件的增益節(jié)和SOA 節(jié)小信號電流調(diào)制的等效微波電路模型。利用受控源將前面推導出的兩個電路模型級聯(lián)，并考慮增益節(jié)的寄生效應(yīng)，構(gòu)成SGDBR-SOA 集成器件增益節(jié)小信號調(diào)制的等效電路模型。

5、>　　 在實驗測得的器件微波S 參數(shù)（反射系數(shù)S11和傳輸系數(shù)S21）的基礎(chǔ)上，采取解析計算和數(shù)值擬合相結(jié)合的方法提取電路模型中的所有電路參數(shù)，并在不同的增益節(jié)直流偏置和器件的不同工作波長條件下完成電路參數(shù)的重復提取。最后利用得到的等效電路模型及參數(shù)值，對SGDBR-SOA 集成器件增益節(jié)小信號電流強度調(diào)制（IM）響應(yīng)分層次進行模擬分析，結(jié)果表明寄生效應(yīng)及集成的SOA對于SGDBR 激光器直接調(diào)制響應(yīng)的抑制作用。
　　 (6)

6、 根據(jù)SOA的載流子和光子濃度速率方程推導出SGDBR-SOA 集成器件SOA節(jié)小信號電流調(diào)制的微波等效電路模型，采用與前面相同的方法提取電路模型中的所有電路參數(shù)。集成的SGDBR 激光器的不同輸出波長和輸出光功率對SOA 節(jié)電流調(diào)制會產(chǎn)生不同的影響，電路模型中用不同的電路參數(shù)值來體現(xiàn)。利用得到的模型和參數(shù)對集成器件SOA 節(jié)小信號電流調(diào)制導致的輸出頻率變化特性進行模擬，結(jié)果表明器件的頻率調(diào)制（FM）響應(yīng)與SOA 節(jié)直流偏置電流有關(guān)，F(xiàn)

7、M 響應(yīng)的大小在SOA節(jié)增益飽和點前后有不同的變化趨勢。另外，對器件輸出光頻率啁啾的時域變化曲線進行了模擬，結(jié)果可與SGDBR 激光器增益節(jié)直接電流調(diào)制導致的頻率啁啾值相比擬，這也和相關(guān)文獻報道的實驗結(jié)果相吻合。
　　 (7)通過SGDBR-SOA 集成器件SOA 節(jié)小信號電流調(diào)制等效電路模型對SOA 節(jié)電流調(diào)制引起的光增益時域變化波形進行了模擬，模擬結(jié)果提示了SOA 節(jié)電流調(diào)制導致SGDBR-SOA 集成器件輸出類高階超寬帶（