注入锁定半导体激光器全光波长转换技术

波长转换器是光通信网络中的一个重要器件。而除半导体光放大器（SOA）外，半导体激光器也是进行波长变换的一种很好选择。基于半导体激光器的注入锁定波长变换技术具有转换带宽较大、啁啾小、消光比特性好、结构简单、成本低廉等诸多优点。将探测光与信号光同步注入法布里-珀罗（F-P）半导体激光器，可以通过信号光功率的变化控制激光器锁模与失锁，导致腔内纵模变化，探测光随之被共振放大或减弱，从而将信息由信号光转换到探测光频率上。从静态实验入手，对半导体激光器的注入锁定现象及光信号控制法布里-珀罗纵模移动等问题分别进行了研究。分析了动态转换激光器工作点的选取问题，在动态实验中实现了较宽范围的正相与反相波长转换，转换速率达到了10Gb／s。     

集成检波模块的高精度激光波长稳定系统

基于半导体激光器(LD)波长和温度之间的变化原理,对LD输出波长的稳定性进行了实验研究。采用集成有检波器件的LD组件,设计了高精度的激光波长稳定系统。该系统不需要添加任何附加装置,利用温度对波长漂移进行补偿控制,实现了波长的实时锁定。通过增加注入电流、改变设定温度的方法对系统进行验证。实验表明,该系统的波长控制精度≤士2pm;在整个激光器的寿命周期内,系统的波长稳定度≤2pm。     

频谱分割ASE注入波长锁定FP-LD的研究

文章分析了频谱分割放大自发辐射(ASE)注入波长锁定法布里-珀罗激光器(FP-LD)光谱随注入种子光光功率的变化情况.实验研究了ASE频谱分割光源注入波长锁定FP-LD的增益和边模抑制比(SMSR)随注入ASE光功率以及FP-LD注入电流的变化关系.最后比较了经过不同频谱分割方法的注入波长锁定光信号在波分复用-无源光网...     

基于注入锁定法布里-珀罗激光器全光判决的研究

研究了基于双波长注入锁定法布里-珀罗半导体激光器(FP-LD)的全光判决门,及其在失真的10Gbit/s归零(RZ)伪随机 序列(PRBS)全光判决中的应用。首先对双波长注入锁定FP-LD的输出光功率与 注入光功率的功率转移特性进行了实验研究,测试得到“ S”型的功率转移曲线,证明了双波长注入锁定结构具 有对注入信号光进行光判决的能力;合理设置注入 FP-LD信号光的偏振态,及其与最接近的FP-LD 自由振荡纵模之间的频率失谐量,实现了10Gbit/s RZ光信号的全光 判决,并将判决后 的结果通过光示波器进行观测。与注入的失真RZ信号的眼图比较,全光判决后零码噪声得 到抑制,眼图明显张开,从而验证了基于双波长注入锁定 FP-LD的全光判决方案判决高速光信号的可行性以及其在全光 信号处理领域极大的应用价值。     

基于功率和波长锁定的可调谐飞秒光学参量振荡器

设计并搭建了可调谐飞秒光学参量振荡系统,研究了不同腔长处信号光的稳定性,通过比例积分控制系统控制腔长,分别利用功率锁定和波长锁定两种方法提升了系统的信号光输出稳定性,对比了两种方法分别对信号光输出功率和光谱稳定性的提升效果,研究了两种锁定方式的锁定特点。实验中,利用光纤飞秒激光器抽运PPLN晶体,实现了信号光中心波长在1317～1610 nm连续调谐。通过功率锁定,将15 min内信号光的功率稳定性提升至0.16%,波长稳定性提升至0.35%;通过波长锁定,将15 min内信号光的功率稳定性提升至0.25%,波长稳定性提升至0.03%,利用两种方法都实现了信号光输出功率和波长稳定性的提升。不同的应用领域对于飞秒光学参量振荡器输出信号光功率稳定性及光谱稳定性有不同的要求,本研究对比了两种锁定方式的锁定效果,为今后相关研究提供了实验依据与参考。     

基于PID算法的波长锁定技术

文中主要讨论10G可调谐SFP+光模块基于DBR可调谐激光器的设计与实现。该方向主要技术涉及波长调谐、波长锁定、功率均衡以及TEC控制等。并通过PID算法实现波长锁定,该算法是对传统的位置式PID算法改进得到的。改进后的PID算法可以避免在波长锁定过程中,因Ratio过冲引起的波长失锁的问题。     

基于受激布里渊散射放大效应的可调谐多波长激光器的研究

为了获得高质量的可调谐多波长激光器,提出并 验证了一种结构简单的基于受激布里 渊散射(SBS)放大效应的多波长激光器。首先设计了单频布里渊环形腔激光器,将单频 激光信号 作为信号光,通过SBS放大效应实现了超过12个波长的激光输出,且 产生的波长数可以 进一步增加。该激光器的波长间隔为0.087nm,通过调节泵浦波长和 功率实现了可调谐的多 波长输出。在20 min的时间间隔内,测量了信号的稳定性, 实验结 果表明, 本文的多波长激光器展现了较高的稳 定性。     

注入锁定掺铒光纤环形腔激光器及波长调谐技术

研究了掺铒光纤环形腔激光器(EDFRL)的注入锁定现象,提出了一种实现可调谐的单纵模EDFRL波长及功率稳定的新方法,即利用注入锁定技术向法布里-珀罗可调滤波器结合复合腔结构的EDFRL腔内注入低功率的连续光,使某一纵模在注入连续光的基础上起振.这个纵模在对增益介质的竞争中可以稳定地占据优势,从而与注入信号发生锁定,实现激光器输出光谱的稳定.实验得到激光器在1527.4～1561.9 nm范围内波长可调,输出功率＞0.6 dBm,信噪比(SNR)＞43 dB;输出光波长与功率抖动分别＜0.01 nm和≤0.02 dB,且线宽约为1.4 kHz.     

注入锁定掺铒光纤环形腔激光器及波长调谐技术

研究了掺铒光纤环形腔激光器(EDFRL)的注入锁定现象,提出了一种实现可调谐的单纵模EDFRL波长及功率稳定的新方法,即利用注入锁定技术向法布里-珀罗可调滤波器结合复合腔结构的EDFRL腔内注入低功率的连续光,使某一纵模在注入连续光的基础上起振.这个纵模在对增益介质的竞争中可以稳定地占据优势,从而与注入信号发生锁定,实现激光器输出光谱的稳定.实验得到激光器在1527.4～1561.9 nm范围内波长可调,输出功率＞0.6 dBm,信噪比(SNR)＞43 dB;输出光波长与功率抖动分别＜0.01 nm和≤0.02 dB,且线宽约为1.4 kHz.     

1.30μm-MQW-SLD的性能与注入电流和温度的关系

全面测试了峰值波长为1．30μm的InGaAsP／InP多量子阱型超辐射激光二极管(MQW—SLD)模块的输出光功率、光谱和消光比随注入电流及温度变化的关系。得到：MQW—SLD显示了软阈值特性。温度不变时,其输出光功率随注入电流的增大而增加;MQW—SLD模块的峰值波长随注入电流的增大而减小;注入电流不变时,其输出光功率随管芯温度的升高而减小;峰值波长随温度升高而增大。SLD模块的3dB带宽随注入电流的增大及管芯温度的升高而变化。注入电流大于阈值电流时,MQW—SLD模块的消光比随注入电流和管芯温度的升高而增大。     

注入锁定法布里-珀罗激光器的单模工作特性

使用分布式反馈(DFB)激光器对法布里-珀罗(F-P)激光器进行单模注入锁定.通过改变F-P激光器的偏置电流,DFB激光器的输出功率以及两激光器间的波长失谐量,对注入锁定F-P激光器的光谱特性、功率特性以及频率响应特性进行实验分析.找出影响注入锁定F-P激光器稳定性的因素,并测量注入锁定F-P激光器的稳定锁定区;通过优化注人条件实现F-P激光器的高边模抑制比(SMSR)输出,最高可达55 dB;通过与自由运转F-P激光器比较,发现注入锁定可以明显抑制半导体激光器在高频调制下光谱的展宽.注入锁定后F-P激光器的3 dB调制带宽接近14 GHz.实验结果表明,通过合理设计光注入条件,注入锁定技术可以明显改善F-P激光器的光谱特性以及高频响应特性,并在高速光纤通信领域中得到广泛应用.     

用注入锁模法改善DFB激光器的频率响应

验证了通过注入锁模方法,分布反馈(DFB)半导体激光器的频率响应可以得到明显的改善.实验中通过一个环形器,将主激光器的输出光注入到从激光器.测量了从激光器在有注入光和没有注入光时的光谱和频率响应.发现在不同的注入光强度和波长下,激光器的调制带宽和弛豫振荡峰频率会发生变化.通过适当选择注入光的强度和波长,频率响应可以得到改善.激光器频率响应的改善可以用两个模式的拍频来解释,一个模式是从激光器的主模,另一个是主激光器的模式,该模式与从激光器的边带重合.该理论与实验结果符合得很好.     

用注入锁模法改善DFB激光器的频率响应

验证了通过注入锁模方法,分布反馈(DFB)半导体激光器的频率响应可以得到明显的改善.实验中通过一个环形器,将主激光器的输出光注入到从激光器.测量了从激光器在有注入光和没有注入光时的光谱和频率响应.发现在不同的注入光强度和波长下,激光器的调制带宽和弛豫振荡峰频率会发生变化.通过适当选择注入光的强度和波长,频率响应可以得到改善.激光器频率响应的改善可以用两个模式的拍频来解释,一个模式是从激光器的主模,另一个是主激光器的模式,该模式与从激光器的边带重合.该理论与实验结果符合得很好.     

Generation of a CW Local Oscillator Signal Using a Stabilized Injection Locked Semiconductor Laser

We explore the technique of injection locking a semiconductor laser with a portion of the received optical signal to regenerate a local oscillator for eventual use with a homodyne receiver. In addition, we show that the injection locking process can be electronically stabilized by using the Modulation Transfer Ratio (MTR) of the slave laser as a monitor, given either a DFB or Fabry-Perot slave laser. We show that this stabilization technique maintains injection lock (given a locking range of ~1 GHz) for laser drift much greater than what is expected in a typical transmission system. In addition, we explore the quality of the output of the slave laser, and analyze its suitability as a local oscillator signal for a homodyne receiver.     

基于注入锁定法布里-珀罗型激光二极管的超宽带信号产生技术

提出了一种基于三波长注入法布里-珀罗型激光二极管(FP-LD)产生超宽带(UWB)信号的方案。在FP-LD不同激射模式中注入一路信号光和两路直流探测光,实现多波长变换并得到两路反码输出和一路正码输出;再通过光纤进行色散走离,使不同波长信号之间产生时延,形成UWB脉冲,最后经过光电转换产生UWB信号。对所提出的UWB信号产生方案的原理进行分析,并对UWB信号的波形以及频谱特性进行了实验研究。在此基础上,进行了1.25Gb/s非归零码(NRZ)信号注入FP-LD产生差分编码UWB信号的实验。实验产生的UWB脉冲信号半峰全宽最小为83.3ps,10dB谱宽约为4.6GHz,其频宽比为107%。     

TDM-PON上行信号光功率均衡器的锁模特性

为了减小时分复用无源光网络（TDM-PON）上行信号光波长的飘移,基于TDM-PON上行信号光功率均衡器架构,采用单模激光注入锁定光网络单元（ONU）法布里-珀罗（F-P）激光器（LD）方法,研究了F-P LD输出光波长的锁模特性,包括锁模的范围、驱动电流对锁模特性的影响、锁模前后温度变化引起F-P LD光波长变化情况等。结果表明,当驱动电流为9mA时,F-P LD可被锁模的波长范围为0.38nm,大于ONU上行光波长因环境温度变化5℃而产生的波长位移量0.25nm,F-P LD被锁模可使ONU上行信号的光波长相同且稳定,降低光功率均衡后的噪声。     

Phase locking and chaos synchronization in injection-locked semiconductor lasers

We theoretically studied synchronization of chaotic oscillation in semiconductor lasers with chaotic light injection. Feedback-induced chaotic light generated from a master semiconductor laser was injected into a solitary slave semiconductor laser. The slave laser subsequently exhibited synchronized chaotic output for a wide parameter range with strong injection and frequency detuning within the injection-locking regime. Our numerical simulation revealed that the synchronized slave laser exhibits remarkable phase locking, even for chaotic light injection. Consequently, synchronization in phase fluctuations becomes dominant over intensity fluctuations. We found that there exists a parameter range where the slave can synchronize in phase only, with no intensity synchronization. However, synchronization can be completely destroyed, both in phase and in intensity, when the phase locking becomes unstable due to four-wave mixing or excited resonance oscillation. The phase locking was studied analytically and the correspondence between numerical and analytical results was shown. We also analytically examined chaos synchronization based on a linear stability analysis from the viewpoint of modulation response of injection-locked semiconductor lasers to a chaotic light signal. As a result, we verified that such injection-locking-induced chaos synchronization results from a quasilinear response of the bandwidth-broadened slave laser due to strong optical injection.     

Frequency offset locking of AlGaAs semiconductor lasers

Frequency offset locking was proposed as a reliable electrical negative feedback technique for tracking and sweeping of a semiconductor laser frequency. A frequency stabilized laser was used as a master laser, whose residual frequency fluctuations were 140 (kHz) at the integration time (τ) of 100 msleq tau leq 100s. A digital phase comparator of a large dynamic range of2pi times 2^{11}(rad) was employed in the feedback loop to reduce the phase fluctuations of the beat signal between the master and slave lasers. Performances of frequency tracking and sweeping of the slave laser were quantitatively evaluated, and the results are: residual frequency fluctuations of the beat signal were reduced as low as 11 (Hz) attau = 100s, which meant that the residual frequency fluctuations of the slave laser were almost equal to those of the master laser, i.e., the slave laser frequency tracked accurately to the master laser frequency. Both the capture range and lock range of the beat frequency were 1.22 GHz. Frequency tunable range of the slave laser was 36.6 GHz under the condition of frequency offset locking, in which the slave laser frequency fluctuations were maintained as low as the one given above.     

基于低速光调相信号注入DFB-LD产生4～16倍频的40GHz和60GHz毫米波信号

提出一种基于低速光调相信号注入半导体分布反馈激光器(DFB-LD)产生最低4倍频,最高16倍频的40GHz和60GHz的毫米波调相信号。该方案利用注入光的N阶调相边带锁定DFB-LD的波长,同时DFB-LD放大此调相边带并与原注入光信号通过相干差拍作用在LD腔内形成毫米波调相信号。通过理论建模分析了工作原理,经系统实验验证了此方案的可行性。应用2.5,5和10GHz的光调相信号均得到40GHz或60GHz的毫米波信号,实现了最低4倍频,最高16倍频的毫米波信号产生,并通过单边带相位噪声的测量验证了毫米波的频率稳定度。     

基于半导体光放大器的组播实验研究

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的组播实验方案,首先利用谱展宽和谱切片得到多波长脉冲源,将其作为探测光并与信号光共同注入到SOA中,利用SOA的交叉增益调制(XGM)效应,信号光与每一个波长的脉冲光发生作用,在SOA输出端通过可调光带通滤波器(TBDF)得到每一波长的变换后信号,实现光信号的组播过程。在实验中,10 Gb/s的归零(RZ)码作为信号光,而由多波长脉冲源产生的4波长脉冲光作为探测光,在探测光波长附近分别得到了与编码信号光逻辑取"非"的信号。