基于氮化镓的通信波段可调DFB激光器的研究

为了利用悬空的周期可调光栅控制激光器的波长输出,采用了微机电系统技术中微驱动器与分布反馈激光器光栅相结合的结构,根据严格耦合波理论和介质平板波导理论,针对光通信的C波段,利用有限元软件COMSOL,建立了基于氮化镓的波长可调分布反馈激光器2维稳态模型。分析了1550nm处2维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了激射波长与光栅周期的对应关系。结果表明,在光栅厚度、高度以及增益层厚度等结构参量一定的情况下,激射波长与光栅周期呈现与理论分析基本一致的似线性关系。该研究为该器件设计以及制备的后期工作开展提供了理论指导意义。     

硅基氮化镓波长可调DFB激光器的模拟分析

基于严格耦合波以及介质平板波导理论,构建了硅基氮化镓分布反馈激光器的二维稳态物理模型。且利用多物理场直接耦合分析软件Comsol Multiphysics求解波动方程,得到了分布反馈激光器在可见光各波段形成单模输出的电场模一维、二维图谱,以及相对应的入射波长与电场模关系曲线。结合硅基光微机电系统技术和微加工技术,本文提出利用悬空的自支撑氮化镓周期可调光子光栅实现分布反馈激光器波长可调。数值模拟表明,在光栅的格子数目、光栅厚度、光栅宽度以及有源层厚度一定的情况下,改变光栅周期可以实现分布反馈激光器输出不同波长激光。理论分析与仿真结果基本一致,证明所建立激光器模型具有一定的合理性,得出的仿真数据为实现分布反馈激光器波长可调提供了有意义的参考。     

利用NOLM同时实现两个波长的波长变换

最先利用非线性光学环路镜(NOLM)成功地将2.5Gbit/s的归零码光脉冲同时变换到不同的两个波长上.最大波长变换间距为35nm.实验系统中采用增益开关分布反馈半导体激光器(GS DFB-LD)产生的超短光脉冲作为控制光,采用分布反馈半导体激光器(DFB-LD)和波长可调激光器作为信号光.首次在1.55 μm波长段利用非线性光学环路镜进行波长变换过程时观测到了反相波长变换和脉冲畸变现象.     

基于氮化镓的导模共振滤波器仿真分析

根据严格耦合波理论和等效介质理论,提出了针对C波段、基于半导体材料氮化镓的亚波长导模共振滤波器结构及设计方法。详细探讨了在强调制光栅的高占空比作用下,光栅周期和入射波角度对滤波器反射谱共振波长的影响。在保持滤波效果为高衍射率(共振波长峰值反射率达到99.5%以上)、低旁带和窄线宽的条件下,利用其对入射波角度的敏感性,结合仿真数值提出了一种通过 MEMS(微机电系统)平面反射镜调谐入射角角度(0~4.07°),从而线性地控制共振波长输出(调谐范围为36 nm),实现峰值半宽高低于0.8 nm的C波段可调滤波器。     

氧化锌单晶DFB半导体激光器的设计与分析

基于严格耦合波理论(RCWA)和介质平板波导理论,针对光通信中的1550 nm波长,设计了一种基于氧化锌(ZnO)单晶的分布反馈式(DFB)半导体激光器的光栅结构,分析了二维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了光栅结构的变化对其单纵模传输的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为489 nm,占空比为50%,光栅深度为400 nm时,全局电场能量达到了8.3×107 J,光谱线宽小于0.1 。该激光器具有很好的窄线宽输出以及波长选择特性。理论分析与仿真结果基本一致为后期进行该器件的制备提供了较好的参考。     

基于液晶/聚合物光栅的可调谐双波长有机激光器

本文报道了基于液晶/聚合物光栅的可调谐双波长有机激光器的制备,并研究了激光器出射激光的电调谐以及周期调谐性能。利用激光染料4-二氰亚甲基-2-甲基-6-对-二甲基氨基苯乙烯-4H-吡喃(DCM)和有机半导体材料聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)同时作为增益介质,液晶/聚合物光栅作为谐振腔得到可调谐双波长有机激光器,对激光器施加电压或者改变液晶/聚合物光栅的周期可调谐激光器的出射波长。双波长有机激光器从DCM和MEH-PPV中出射的激光波长分别为608.3nm和632.1nm,在外加电场的作用下,出射激光波长分别蓝移了9.6nm和1.7nm。随着光栅周期从394nm增加到406nm,出射激光波长分别红移了18.4nm和19.2nm。本工作为可调谐有机双波长激光器的研究提供了有益的指导和借鉴意义。     

半导体激光器结构对全光波长转换速率的影响

作为自动交换全光网络中的核心器件,全光波长转换器的实用化研究一直是目前的热点问题.基于半导体激光器实现波长转换的理论模型,利用速率方程讨论了光子寿命对不同半导体激光器实现波长转换特性的影响.通过两组实验,验证了具有不同光子寿命的光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)和分布反馈半导体激光器(DFB-LD),在实现波长转换速率及消光比等方面的差异,实验结果和仿真基本吻合.得出结论:优化半导体激光器结构,减小光子寿命对实现高速全光波长转换有重要参考价值.     

基于直流光注入直调DFB-LD的可调光毫米波信号产生技术

提出了一种基于直流光注入直接调制分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)的载波可调的光毫米波生成方案,利用直接调制DFB-LD的输出瞬态波长随驱动电流增大而蓝移的特点,将直流光注入至直调DFB-LD的0码波长附近注入锁定。锁定的直调激光器在1码时输出的蓝移波长与原注入波长相位相干,再通过光电探测器将拍频信号转换为调制的光毫米波信号。实验重点讨论了40GHz光毫米波的产生,同时完成了30、40、50和60GHz光毫米波的可调谐性实验。本文的方案结构简单,无需外调制器和微波本振,载波可调并可产生高至60GHz光毫米波信号,可作为光/无线混合接入中成本节省的光上变频方案。     

基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000 m。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。     

内腔亚波长光栅MEMS VCSELs的波长调谐范围

微机电系统(MEMS)垂直腔面发射激光器(VCSELs)是一种特殊光源,具有低功耗、高调制速率、宽波长调谐范围、易耦合等优点,被广泛应用于激光通信领域。为提升激光器工作性能,如扩大波长调谐范围、提高偏振对比度等,需要优化内腔亚波长光栅结构参数来改善腔内光场分布以及偏振输出模式。基于等效介质理论(EMT),并结合薄膜理论设计了针对调谐范围中心波长为850nm、GaAs材料的亚波长光栅的较优周期、占空比、脊高的取值。分析了横电(TE)、横磁(TM)光,占空比与脊高对光栅透射率的影响。另外,通过系统模拟,对比了未刻蚀光栅、光栅未优化及光栅优化后的激光器波长调谐范围,结果表明:针对特定波长调谐范围及光栅材料,通过优化光栅参数可实现光栅对TE或TM光的增透,增强半导体腔和空气隙之间光场的耦合,进而扩大激光器的波长调谐范围。     

光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性。基于矢量衍射理论-耦合波分析法对矩形亚波长光栅的衍射效率进行了理论计算,针对光通信中的1 550nm波长设计了一种基于SOI衬底的亚波长偏振光栅,分析了光栅周期、光栅深度、占空比和光栅结构的变化对其偏振特性的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为960nm,槽深为230nm,占空比为24%时,可使TM模式的透射率大于95%,TE模式的透射率小于5%,且矩形的光栅结构相对于三角形和圆形的光栅结构具有更好的偏振性能,可有效用于光开关、光隔离器、激光器、光探测器等半导体光电子器件。     

双波长可调外腔半导体激光器

提出了一种基于体布拉格光栅（VBG）和横向啁啾体布拉格光栅（TCVBG）组合的双光栅外腔半导体激光器,该外腔半导体激光器采用反射率15%的体光栅和反射率17%的啁啾体布拉格光栅作为反馈元件和模式选择元件,实现特定波长的选择和调谐,实验研究了外腔激光器的功率-电流特性、光谱特性和波长调谐特性。实验结果表明:双光栅外腔半导体激光器最大输出功率为1.96 W,斜率效率为0.94 W/A,外腔效率达到78%。输出光谱为双波长,一个波长为808.6 nm,另一个波长连续可调,通过改变横向啁啾体光栅的位置,该波长可从800 nm调谐至815 nm,可调范围达15 nm,在整个可调范围内两个波长的谱线宽度（FWHM）均小于0.3 nm。     

室温稳定多波长光纤激光器技术的研究新进展

室温稳定的多波长光纤激光器( MWFL)中最关键的技术是如何有效抑制掺杂光纤的均匀展宽效应。综述了国际上近年来提出的实现室温稳定多波长光纤激射的主要技术。介绍了近几年我们在该领域的一些创新性研究工作:提出了多种基于多谐振峰的光纤布拉格光栅(FBG) ,如多模光纤布拉格光栅、保偏光纤布拉格光栅、取样光纤布拉格光栅等的可开关多波长光纤激光器的新方法和新结构,实现了多种波长间隔小于2 nm,室温工作稳定性好、波长及波长间隔可调的可开关多波长光纤激光器;提出了基于非线性光纤环镜( NOLM)和非线性偏振旋转(NPR)效应的两种多波长掺铒光纤激光器(EDFL)实现技术,实现了室温稳定、功率谱分布平坦的宽带多波长激光输出,3 dB带宽内的波长个数可达50个,每个波长的功率波动在2 h内小于0 .1 dB。     

975nm分布反馈激光器一级光栅的制备

优化设计了975 nm分布反馈激光器的一级布拉格光栅结构.将纳米压印技术与干法刻蚀工艺相结合制备周期为148 nm的光栅结构,通过优化调整刻蚀气体流量比、腔室压强和偏压功率等参数,得到了合适的光栅刻蚀工艺参数.扫描电子显微镜测试显示,光栅周期为148 nm,占空比接近50％,深度合适,表面形貌、连续性和均匀性良好.将所制备光栅应用于975 nm分布反馈激光器中,激光器输出性能良好,波长随温度漂移系数小,光栅对波长的锁定效果良好.     

以环行器和光纤光栅为腔镜的可调谐窄线宽激光器

实验报道了一种结构简单有效的波长可调谐掺铒光纤激光器.该激光器为线型腔结构,由环行器(DC)、掺饵光纤(EDF)、光纤布拉格光栅(FBG)和波分复用(WDM)组成.利用环行器作为全反射腔镜,光纤布拉格光栅作为波长选择性腔镜,通过对光纤光栅施加轴向应力改变其布拉格波长来实现光纤激光器的波长可调谐输出.利用此结构.室温下实验获得了中心波长在1543.5～1549.5 am连续可调,边模抑制比(SMSR)大于50 dB的连续激光输出,激光输出线宽保持在0.01 nm以下.     

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.     

光纤通信用光源亮点凸现

(上接12期) WDM用光源 用于WDM系统的波长可控光源、波长可调光源和多波长光源是目前研究的重点。对应用于WDM系统光源的要求是发光波长必须精确、稳定、可靠性高、成本低、便于集成、并有与之配套的波长监测与稳定技术。目前,已开发了多波长光源、绝对波长光源、分布反馈型激光器和超级周期结构衍射光栅分布反馈型激光器等波长可调半导体激光器以及多波长光纤环形激光器等。     

一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

锥型亚波长光栅在薄膜晶硅电池中的吸收增强效应分析

基于严格耦合波理论,从反射率、吸收增强因子、光生载流子几率和理想光电转换效率几个方面模拟分析了不同锥型亚波长光栅对1μm厚晶硅电池产生的影响。模拟结果得出:在相同光栅高度下,虽然小周期(P=100nm)锥形亚波长光栅的表面反射率低于大周期(P=500nm)结构的表面反射率,但是大周期锥形亚波长光栅薄膜晶硅电池的光生载流子几率和理想光电转换效率高于小周期结构的相应值,且这种区别随着光栅高度增加而增加。在AM1.5D太阳光谱下,最优化的大周期光栅使得薄膜晶硅电池光生载流子几率和理想效率增加1.4倍和1.65倍,而最优化的小周期光栅只能分别增加0.54倍和0.48倍。     

基于保偏光纤光栅的双波长掺铒光纤激光器

提出了一种基于保偏光纤(PMF)中布拉格光栅的波长间隔可调的可开关双波长掺铒光纤激光器(EDFL)。由于和光纤布拉格光栅(FBG)两个反射峰对应的不同波长的两纵模在偏振态上是止交的．从而在均匀展宽的掺铒光纤中增强了偏振烧孔(PHB)效应。这种偏振烧孔效应大大减小了不同模式之间的竞争，因此可在室温下得到稳定的双波长振荡。另一方面。通过调整偏振控制器的状态．即改变腔内的双折射状念，光纤光栅的两个反射峰强度会发生变化。基于以上原理。便形成了对激光振荡模式的选择．即通过调整偏振控制器的状态可使激光器工作在稳定的双波长状态或在两波长之间转换。通过改变加在光纤光栅上侧向应力的大小和方向．可有效控制双波长激射的波长间隔．实验中得到了0．2～1．1nm的可调间隔。