功率稳定且波长可调谐的窄线宽分布式反馈半导体激光器

提出一种新型的分布式反馈(DFB)半导体激光器,该激光器具有宽带波长可调谐、线宽窄、功率稳定的特点。该DFB激光器芯片通过采用非对称相移光栅结构,有效地压窄了输出光信号的线宽。基于高精度的温度和电流控制,有效控制激光器内部载流子动态特性与材料折射率,使得激光器输出波长可以实现宽带调谐,并且输出光功率保持稳定。其中,电流控制精度为10μA,温度控制精度为0.004℃,激光器的波长调谐范围为3.5nm,输出光功率为7.4mW,边模抑制比为52.7dB,线宽约为220kHz。该激光器有望应用于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的研究中。     

应用增益杠杆效应提高分布反馈激光器的波长可调谐范围

在三段电注入应变多量子阱分布反馈激光器中，应用增益杠杆效应扩大了波长的可调谐范围。对其中两段加固定偏置直流电流，另一段作为控制段（其长度为总腔长的０．３３）。随着对控制段注入电流的增加，发射波长会往长波方向移动。其波长连续可调谐范围（不含跳模）在１．５３８μｍ波段可达０．８２ｎｍ。经过跳模后尚可连续调谐。     

采用模拟PID控制的DFB激光器温度控制系统研制

以红外分布反馈激光器激发光源为核心的检测装置中,分布反馈激光器发光波长的控制精度及稳定性直接决定检测装置测量准确性。为此研发了一种采用模拟PID控制的分布反馈激光器温度控制系统。该系统采用模拟比例-积分-微分温度前向控制模块和温度实时后向采集模块达到控制温度的目的。温度控制实验中采用激射中心波长为2 049 nm的分布反馈激光器,结果表明,系统温度控制稳定性为0.05℃,稳定时间小于30 s。同时,利用所研制的温度控制系统对上述可调谐DFB激光器做了光谱测试实验,结果表明,当激光器驱动电流固定时,激光器激射波长与其工作温度呈线性关系。     

基于PID算法的激光器恒温控制系统的设计

为了提高分布式反馈(DFB)激光器发光波长的控制精度,利用半导体热电制冷器设计了一款用于气体检测的DFB激光器精密温度控制系统.该系统主要包括数字信号处理电路、前向TEC驱动电路和后向温度采集电路构成.采用闭环比例-积分-微分(PID)控制算法,提高系统的控制精度、缩短系统的响应时间.通过使用温度控制系统向中心波长为1600nm的NLK1L5GAAA型可调谐DFB激光器进行了温度控制测试实验.实验数据证实,本装置的温度控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5℃至60℃,超调量小于16％,温度恒定时间小于50s.检测水汽连续工作24小时激光器中心波长未发生明显漂移,表明该系统具有良好的稳定性,为DFB激光器在红外气体检测领域的应用提供了性能保障.     

单波长和双波长可调谐的掺镱锁模光纤激光器

为了获得不同中心波长的锁模脉冲，采用带有保偏光纤的Sagnac环滤波器和半导体可饱和吸收镜搭建了结构紧凑的可调谐锁模激光器，并进行了实验验证。结果表明，当该激光器工作在单波长锁模状态时，具有良好的波长调谐功能，其输出波长在1031 nm～1040 nm范围内连续可调；该激光器还能输出稳定的双波长异步脉冲序列，两波长间隔在10 nm左右，且各波长的带宽可通过偏振控制器调节。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。     

CATV光网络设备原理及应用 第八讲 1310nm光发射机的应用

(上接第 1 8期 )1 31 0nm光发射机输出 1 31 0nm波长的激光 ,一般都采用直接强度调制技术 ,其核心部件是DFB激光器组件 ;此外还有电源、激光器偏置电路、激光器慢启动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等。在直接调制光发射机中 ,射频信号经过RF放大、电控衰减和预失真补偿后 ,直接驱动激光器 ,使得光输出强度随着射频信号强度变化而变化。为使激光器稳定工作 ,ATC是必需的 ,一般把激光器管芯的温度控制在2 5℃ ;激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流 ,因此偏流控制与预…     

CATV光网络设备原理及应用第八讲1310nm光发射机的应用

(上接第18期) 1310 nm光发射机输出1 310 nm波长的激光,一般都采用直接强度调制技术,其核心部件是DFB激光器组件;此外还有电源、激光器偏置电路、激光器慢启动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等.在直接调制光发射机中,射频信号经过RF放大、电控衰减和预失真补偿后,直接驱动激光器,使得光输出强度随着射频信号强度变化而变化.为使激光器稳定工作,ATC是必需的,一般把激光器管芯的温度控制在25℃;激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流,因此偏流控制与预失真补偿是光发射机中的关键部件;光发射机的载噪比和非线性失真指标取决于光调制度,因此光调制度的自动控制也是优良的光发射机所必需的.     

用温度控制可调谐激光器波长稳定的方法

介绍了可调谐半导体激光器在光通信领域的应用及其工作原理.重点讨论了SSG-DBR可调谐激光器的结构、工作原理,以及波长稳定控制方法.提出了一种新的基于温度反馈的波长稳定控制方法,使可调谐激光器的输出在20℃～70℃范围内的波长漂移小于1nm,边模抑制比优于5dB.该方法简单、可靠,将会对可调谐激光器在全光网络中的应用起到一定的推动作用.     

第八讲 1310nm光发射机的应用

(上接第18期) 1310 nm光发射机输出1 310 nm波长的激光,一般都采用直接强度调制技术,其核心部件是DFB激光器组件;此外还有电源、激光器偏置电路、激光器慢启动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等.在直接调制光发射机中,射频信号经过RF放大、电控衰减和预失真补偿后,直接驱动激光器,使得光输出强度随着射频信号强度变化而变化.为使激光器稳定工作,ATC是必需的,一般把激光器管芯的温度控制在25℃;激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流,因此偏流控制与预失真补偿是光发射机中的关键部件;光发射机的载噪比和非线性失真指标取决于光调制度,因此光调制度的自动控制也是优良的光发射机所必需的.     

1 310 nm光发射机故障分析

1 310 nm光发射机输出1 310 nm波长的激光,一般都采用直接强度调制技术,其核心部件是DFB激光器组件,此外还有电源、激光器偏置电路、激光器慢起动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等.在直接调制光发射机中,射频信号经过RF放大、电控衰减和预失真补偿后直接驱动激光器,使得光输出强度随着射频信号强度的变化而变化.为了使激励器稳定工作,ATC是必须的,一般把激光器管芯的温度控制在25℃;激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流,因此偏流控制与预失真补偿是光发射机的关键部件;光发射机的载噪比和非线性失真指标取决于光调制度,因此光调制度的自动控制也是优良的光发射机所必须的.     

半导体激光器温度调谐波长扫描技术

低成本、小型化的波长扫描半导体激光器在光纤传感系统中有着重要作用。设计了一种可进行温度调谐的半导体激光光源驱动电路。该电路系统以ARM单片机作为控制中心,利用热敏电阻采样激光工作温度,并通过半导体制冷器(TEC)进行温度调节,使得激光器能够根据温度调谐实现波长扫描；同时通过背向光探测器(PD)采样激光输出功率,并通过改变半导体激光驱动电流实现对激光输出功率的控制,使得激光器在温度变化时输出光功率保持稳定。实验结果表明,该电路能够长时间可靠地工作,激光器能够实现的最大波长调谐范围为5nm,且输出光功率在整个波长扫描过程中保持稳定。     

Design and fabrication of GaAs-GaAlAs micromachined tunable filter with thermal strain control

In this paper, we present the design and fabrication of a novel GaAlAs-GaAs micromachined vertical cavity filter with a thermal strain control layer for wide wavelength tuning. The integration of a thermal strain control layer and heating element enables wavelength tuning induced by heating. The proposed tunable filter under thermal tuning operation provides us large tuning range over conventional micromachined tunable filters using electrostatic force. The calculated result shows a possibility of large continuous tuning range of over 100 nm. We fabricated a micromachined GaAlAs-GaAs vertical cavity filter with a strain control layer. The temperature dependence of the filter can be freely controlled either with temperature insensitive operation or with an enhanced temperature dependence, which depends on the thickness of the thermal strain control layer. We demonstrate a thermal wavelength tuning of 53 nm with a low tuning voltage of 6.1 V for the first time.     

新型长波长可调谐光电探测器

通过将GaAs基滤波器与InP基探测器键合在一起，实现了一种新型可调谐的长波长光电探测器。通过热调谐，在13V的偏置电压下，峰值波长从1540．1nm红移到1550．6nm，实现了10．5nm的调谐范围，响应线宽维持在0．6nm，量子效率也保持在22％左右。从理论上分析了器件的调谐原理，利用传输矩阵法模拟了滤波器的透射光谱，并通过实验加以了验证。     

Widely Tunable Separate Absorption and Modulation Wavelength Converter With Integrated Microwave Termination

A widely tunable wavelength converter utilizing a separate absorption and modulation configuration and only dc bias connections is demonstrated. The device integrates an SG-DBR laser with a traveling-wave electroabsorption modulator and an optically pre-amplified receiver and introduces a simplified bias scheme by the inclusion of passive resistor and capacitor circuit elements. We discuss a the design of these passive elements and their compatibility with fabrication of photonic integrated circuits. The device demonstrates over 12 GHz optical bandwidth and error free 10 Gb/s wavelength conversion is achieved with less than 2.5 dB power penalty over 25 nm of output tuning.     

时分副载波半导体DFB激光多路波长锁定器

我们研制成功8路时分副载波半导体DFB激光器波长锁定器.用1kHz正弦时分电信号,分别对8个1.55μm波段的DFB激光器进行1％的幅度调制,每个DFB激光2％的光信号分成两路,一路通过自由光谱区为100 GHz的F-P标准具,另一路作参考光,两路的光电差分信号反馈控制DFB激光器的温度,使每个DFB激光器锁定在各自所需的波长上.测试结果表明波长锁定的激光频率间隔100 GHz,波长锁定精度优于±2.5GHz。该方法同样适用于50GHz频率间隔和更多路的波长锁定.本文着重介绍该锁定器的光电信号处理和控制方法.     

Optical channel switching algorithm for continuously tunable lasers

A novel idea and realisation of a control algorithm to switch the wavelength of continuously tunable lasers is presented. The concept allows the switching of a defined number of dense wavelength division multiplexed (DWDM) channels up or down by employing a broadband wavelength locker. The switching algorithm is implemented and demonstrated for a micro-electro-mechanically tunable vertical-cavity surface emitting laser (MEM-VCSEL).     

半导体光纤环形腔激光器调谐特性的实验研究

采用国产半导体器件,组建了半导体光纤环形腔激光器(FRSLs)的实验装置及相应的测试系统,系统地研究了FRSLs的输出和调谐特性.结果表明,已实现高速调制情况下的动态单纵模调谐,并获得波长调谐范围大于36nm的稳定光脉冲输出.确立了FRSLs的阈值特性、输出功率等物理参量与振荡波长之间的关系,提出通过控制分光比来优化和兼顾FRSLs的调谐范围及输出功率.实验结果较好地与理论模拟结果相吻合,为进一步改善FRSLs的性能指标提供了实验依据.同时,这些分析与结论对于相关结构类型的激光器设计也具有一定的参考价值.     

A high-speed mixed digital-to-analog circuit board for accuratecontrol of wavelength tunable lasers for fiber-optic communications

A mixed digital-to-analog (D/A) high speed circuit board capable of driving a tunable super structure grating distributed Bragg reflector (DBR) laser is developed. The circuit is used to control the laser over a 20-nm tuning wavelength range with 0.1 nm resolution. Three control currents are preprogrammed into an electrically erasable/programmable read-only memory (EEPROM) look-up table for each wavelength. Upon receiving a differential logic control signal, the circuit tunes the laser to the specified output wavelength within 500 ns. The long-term repeatability of the tuned laser output wavelength shows drift below ±0.02 nm with greater than 100 h of operation