單片集成可調諧半導體激光器的控制研究.pdf

1、可調諧半導體激光器一直被認為是光纖通信系統(tǒng)和下一代光網絡的關鍵器件之一。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光網絡提供自動波長配置、波長轉換和波長路由功能,從而大大增加網絡的靈活性和帶寬利用率?？烧{諧半導體激光器憑借著其廣闊的應用前景，受到了國內外的普遍關注。本論文針對單片集成可調諧半導體激光器的控制及相關應用展開了較系

2、統(tǒng)而深入的研究，具體研究內容如下:
　　 (1) 介紹了可調諧半導體激光器的理論基礎，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。
　　 (2)

3、 結合SGDBR 激光器的波長調諧原理，設計出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。
　　 (3)對SGDBR 激光器內部熱電制冷器（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，并根據實驗結果提出了改進方案。
　　 (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，根據實驗結果分析了切換過程中瞬態(tài)模式產生的影響，并通過SOA 節(jié)的快速開關控制改善了器件的動態(tài)波長切換性能。
　　 (5) 根據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，并考慮增益節(jié)的寄生效應，構成SGDBR-SOA 集成器件增益節(jié)小信號調制的等效電路模型。

5、>　　 在實驗測得的器件微波S 參數（反射系數S11和傳輸系數S21）的基礎上，采取解析計算和數值擬合相結合的方法提取電路模型中的所有電路參數，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的重復提取。最后利用得到的等效電路模型及參數值，對SGDBR-SOA 集成器件增益節(jié)小信號電流強度調制（IM）響應分層次進行模擬分析，結果表明寄生效應及集成的SOA對于SGDBR 激光器直接調制響應的抑制作用。
　　 (6)

6、 根據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。集成的SGDBR 激光器的不同輸出波長和輸出光功率對SOA 節(jié)電流調制會產生不同的影響，電路模型中用不同的電路參數值來體現。利用得到的模型和參數對集成器件SOA 節(jié)小信號電流調制導致的輸出頻率變化特性進行模擬，結果表明器件的頻率調制（FM）響應與SOA 節(jié)直流偏置電流有關，F

7、M 響應的大小在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，結果可與SGDBR 激光器增益節(jié)直接電流調制導致的頻率啁啾值相比擬，這也和相關文獻報道的實驗結果相吻合。
　　 (7)通過SGDBR-SOA 集成器件SOA 節(jié)小信號電流調制等效電路模型對SOA 節(jié)電流調制引起的光增益時域變化波形進行了模擬，模擬結果提示了SOA 節(jié)電流調制導致SGDBR-SOA 集成器件輸出類高階超寬帶（