一種新型取樣光柵多波長激光器陣列.pdf

1、作為波分復用技術中的核心器件，多波長光源已被廣泛研究。在諸多的解決方案中，取樣光柵結構，以其設計簡單制作成本低而備受關注。
　　傳統(tǒng)取樣光柵的取樣方式，一般都是將均勻Bragg光柵做周期性地刻蝕。在取樣光柵的反射譜上，除了原Bragg光柵對應的波長（本文稱為零階模式）有反射峰外，還會出現(xiàn)波長與取樣周期有關的高階項（本文稱為一階模式，二階模式等）。利用取樣光柵做多波長激光器陣列的核心，在于如何抑制零階模式，使得一階模式激射，再通過調

2、節(jié)取樣周期，獲得不同的激射波長，以設計多波長激光器陣列。
　　在分析計算取樣光柵反射譜時，可以發(fā)現(xiàn)，無論如何調節(jié)取樣周期的占空比，都是零階模式對應的反射率最大，這意味著在激光器中零階模式對應的閾值增益更低，更容易激射?？梢酝ㄟ^對取樣光柵折射率分布表達式做傅里葉級數(shù)展開從數(shù)學上驗證，調節(jié)占空比，只能使零階模式與一階模式對應的展開項系數(shù)差距減小，但零階模式對應項系數(shù)始終是大于一階模式。在已報道的文獻中，解決該問題的辦法，或是采用兩區(qū)域

3、非對稱采用，使兩區(qū)域內的一階模式波長相同，而零階模式波長不同，以使整個光腔內一階模式對應閾值增益較低；或是采用窄帶寬的材料增益譜，使零階模式獲得的增益遠小于一階模式。
　　本文設想提出一種新型取樣光柵結構，使取樣光柵反射譜上零階模式的反射率為零，僅一階模式可以激射。實現(xiàn)方式如下：采用窄帶隙InGaAsP材料作為均勻Bragg光柵中高折射率部分，在注入電流后，會使其折射率因Kramers-Kronig關系而降低。若參數(shù)選取合適，可使

4、其降低到均勻Bragg光柵中低折射率值以下。若用N型摻雜的取樣光柵周期性地置于均勻Bragg光柵上方，可周期性地格擋載流子經過均勻Bragg光柵，使得在注入電流后，均勻Bragg光柵中的高折射率周期性地降低，而非整體降低。通過調整激光器結構參數(shù)，可以通過該方法實現(xiàn)激光器腔內等效折射率差出現(xiàn)反轉，形成新的光柵折射率分布。在新形成的光柵結構的反射譜上，可使包含零階模式在內的所有偶階模式對應的反射率為零，僅一階模式可能激射。需指出的是，在本文

5、所采用的辦法中，不需將均勻Bragg光柵做周期性地刻蝕，故光柵的耦合強度不會因此而降低，激射波長的邊模抑制比也不會因此而減弱。
　　本文所提結構中取樣光柵結構的核心在于，折射率在激光器光腔內出現(xiàn)周期性的降低。為了在計算工具中突出這一點，本文采用時域傳輸矩陣法，而不是以往文獻中常用的耦合波方程。在傳統(tǒng)的傳輸矩陣方程表達式中，一般取空間步長為Bragg周期長度的整數(shù)倍，目的是為了矩陣表達式簡便易寫。然而，在取樣光柵結構中，取樣周期的長

6、度不再恰好是Bragg周期長度的整數(shù)倍，不能再直接套用傳統(tǒng)傳輸矩陣中的表達式取取樣光柵做計算。這可能也是以往文獻在計算取樣光柵結構時大多是選擇耦合波方程的一個原因。為解決該問題，本文提出將每節(jié)取樣周期的傳輸矩陣分為三段來描述，即前段殘留、整數(shù)倍Bragg周期、后段殘留，給出這三段內傳輸矩陣的通用矩陣表達式，可以選取任意長度的取樣周期。
　　本文采用時域傳輸矩陣法，計算分析了上述結構，通過對參數(shù)的優(yōu)化，設計了工作于C-band的等波