可调谐激光器_开题报告(3)

南京邮电大学毕业设计(论文)开题报告

题目可调谐激光器的研究

学生姓名班级学号专业

1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解

可调谐半导体激光器是新一代密集波分复用系统以及全光网络中光子交换的关键光电子器件，它的运用使得光纤传输系统容量大大增加，灵活性和可扩展性大大增强，目前已经实现了宽波长范围的连续或准连续调谐，并有相应的产品投放市场。随着以光纤为基础的大容量、长距离光通信网络的不断发展，密集波分复用(DWDM) 技术甚至波分复用(WDM) / 光学时分复用(OTDM) 系统的研制以及实用化已经获得了迅速的发展。波长可调谐激光器不仅可用作DWDM 光源，而且还可用作分组交换网络结构器件、接入网波长路由器等[1] 。

2. 阅读文献资料进行调研的综述

（1）可调谐激光器发展现状

世界各公司和研究机构都在积极推进可调谐激光器的研发工作，在这一领域也不断取得新的进展。可调谐激光器的性能不断完善，成本不断降低。目前可调谐激光器主要分为两大类：半导体可调谐激光器和可调谐光纤激光器[2]。

半导体激光器是目前光通信系统中最为重要的光源，具有体积小，重量轻，转换效率高，省电等特点，便于与其他器件实现单片光电子集成。可分为可调谐分布反馈激光器、分布布拉格反射镜激光器、微电机系统垂直腔面发射激光器和外腔半导体激光器。

可调谐光纤激光器作为增益介质的掺杂光纤工艺的成熟以及作为泵浦源的半导体激光二极管的发展极大地推动了光纤激光器的发展。可调谐激光器是基于掺饵光纤80nm的增益带宽，在回路中加入滤波元件来控制激光器的激射波长，实现波长的调谐。

国际上对可调谐半导体激光器的研制十分活跃，进展也很快。随着可调谐激光器在成本和性能方面与固定波长激光器的逐步接近，必然会越来越多地应用于通信系统，并在未来的全光网络中发挥重要作用[3]。

（2）可调谐激光器的特点

可调谐激光器从实现技术上看主要分为：电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐，具有ns级调谐速度，较宽的调谐带宽，但输出功率较小，基于电控技术的主要有SG-DBR（采样光栅DBR）和GCSR （辅助光栅定向耦合背向取样反射）激光器。温控技术是通过改变激光器有源区折射率，从而改变激光器输出波长的。该技术简单，但速度慢，可调带宽窄，只有几个nm。基于温控技术的主要有DFB（分布反馈）和DBR（分布布喇格反射）激光器[4]。机械控制主要是基于MEMS（微机电系统）技术完成波长的选择，具有较大的可调带宽、较高的输出功率。基于机械控制技术的主要有DFB（分布反馈）、ECL（外腔激光器）和VCSEL（垂直腔表面发射激光器）等结构。

（3）可调谐激光器的工作原理

可调谐半导体激光器主要有三个基本部分组成：具有有源增益区和谐振腔的二极管光源；改变和选择波长的可调谐装置；稳定输出波长装置。

多电极结构可调谐激光器是一种典型电调谐的波长可调谐激光器，也是国际上研究最

多的一类可调谐激光器。按其基本结构可分为可调谐分布反馈激光器和分布布拉格反射器激光器。

调谐过程如下：首先向有源区注入电流，以获得激射，然后向DBR区注入电流，改变Bragg波长，最后向位相调整去注入电流，改变纵模波长，这样便可实现DBRLD的波长调谐。

光纤光栅半导体激光器利用一端镀增透膜的普通二极管管芯和光纤光栅耦合形成的布拉格光纤光栅外腔半导体激光器，不仅具有很好的动态单模特性，而且利用布拉格波长随应力和温度改变而改变的特性，还可以制作出激射波长可精密调谐的外腔半导体激光器[5]。

如图所示，光纤光栅相当于一个外反射镜对特定波长实现反馈，通过拉伸或压缩改变光纤光栅的周期便可以改变反射峰值，从而实现不同的纵模振荡。拉伸光纤光栅的同时改变了外腔长度，细致改变布拉格波长和外腔波长，可以实现一定范围的连续调谐[6]。

（4）可调谐激光器的发展前景

可调谐激光器的类型比较多，一般都是在各种单一波长激光器基础上进一步引入波长调谐机构发展而成的，目前国际上已有部分商品供应市场。除了研制连续光可调谐激光器外，具有集成其他功能的可调谐激光器也已经有了报道，如VCSEL 与电吸收调制器单片集成的可调谐激光器，取样光栅布拉格反射器与半导体光放大器、电吸收调制器集成的激光器等，最近报道了同时集成有放大器和调制器的取样光栅布拉格反射器，目前的工作还集中在通过不断改进工艺实现波长稳定、输出功率大、高边模抑制比等静态特性，同时对

可调谐激光器调制特性进行研究[7]，以满足DWDM、光电集成(optoelect ronic integrated circuit ，OEIC) 及光子集成(photonic integrated circuit ，PIC) 的需要。

由于波长可调谐激光器应用非常广泛，因此出现的各种结构的可调谐激光器可以应用到不同的系统，各有优缺点。外腔半导体激光器由于输出功率大，波长连续可调，因而可用于精密测试仪器中的宽带可调光源。从光子集成以及满足未来全光网的角度来看取样光栅DBR ，超结构光栅DBR 及与调制器、放大器等集成的可调谐激光器也许可成为最有前途的可调谐光源。光纤光栅外腔可调谐激光器也是很有前途的一类光源，其结构简单、线宽窄、易于光纤耦合，如果腔内可集成EA 调制器还可以作为高速可调谐光孤子源[8]。另外，基于光纤激光器的可调谐光纤激光器近年来有相当大的发展。可以预计，在光通信光源中可调谐激光器性能将会进一步完善，市场占有份额将逐渐加大，具有非常光明的应用前景。

参考文献：

[1]邓小波，赵华凤，俞涛，何熙，周开军.电调谐半导体激光器波长控制系统 (清华大学电子工程

系，北京100084) [J]. 《半导体光电》 2005年第26卷第6期：570 - 571

[2]Jung-Hyung Moon ; Ki-Man Choi ; Sil-Gu Mun ; Chang-Hee Lee Photonics Technology Letters，

IEEE An Automatic Wavelength Control Method of a Tunable Laser for a WDM-PON /Publication Year: 2009 ， Page(s): 325 - 327

[3]徐庆扬，陈少武 ,可调谐半导体激光器研究及进展（中国科学院半导体研究所集成光电子国家

重点实验室北京 100083）[J] .《前沿进展》2004年 33卷7期：508-510

[4]H. Cai, A. Q. Liu, X. M. Zhang, J. Tamil, D. Y.Tang, J. Wu and Q. X. Zhang, “Tun able dual-wavelength laser constructed by silicon micromachining”[C] .Applied Physics Letters, year 2008.

[5] W. M. Zhu, W. Zhang, H. Cai, J. Tamil, B. Liu, T. Bourouina and A. Q. Liu A .“MEMS DIGITAL

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[6]徐斌，邱怡申，徐惠真 ,可调谐半导体激光器调谐机理及进展[J]. 闽江学院报2006年10月第

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[7]F. Kano, Y. Yoshikuni, and H. Ishii, “Frequency control and stabilization of broadly tunable SSG-DBR lasers”[C]. in Proc. Opt. Fiber Commun. Conf.,2002, pp. 538–540.

[8] 王思劼，刘俭辉，李世忱 ,国内外通信用可调谐激光器研究进展[J].光器件进展与应用 ,2003年

第四期：38-40.

3。根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案（含具体进度计划）第一、二周：熟悉可调谐激光器的发展现状。

第三、四周：了解可调谐激光器的基本原理与结构，准备开题报告。

第五、六周：查阅可调谐激光器相关中外文文献，并翻译外文文献。

第七周：中期检查。

第八、九周：研究各部分的功能，在此基础上进行软件仿真，分析仿真结果。

第十、十一周：测试可调谐激光器的各项相关参数，绘制测试曲线，并对相关测试结果进行分析。

第十二周：撰写报告，完成初稿。