后出站報(bào)告后研究工作報(bào)告

合作導(dǎo)師 飛教ResearchonNovelSemiconductorLaserArraysandTheirApplicationsBasedontheReconstructionEquivalentChirpTechnology ProfessorXiangfeiCollegeofEngineeringandAppliedNationalLaboratoryofSolidStateMicrostructureNanjingUniversitySeptember成本，是未來綠色高效的通信架構(gòu)模式。分布式技術(shù)需要利用光信號(hào)直接傳制高線性度的低失真的模擬調(diào)制激光器是分布式技術(shù)需要攻克的難題。本面向未來光通信的發(fā)展方向，分別針對(duì)光子集成技術(shù)、相干光通信技術(shù)和分布式技術(shù)對(duì)激光器的要求，對(duì)多波長激光器陣列、可調(diào)諧窄DFB激光器陣列、可調(diào)諧窄線寬DFB激光器、單片集成注入鎖定激光器以及雙平衡調(diào)制激光器。本從理論、設(shè)的實(shí)驗(yàn)成果。本的具體組織結(jié)構(gòu)如下：DFB激光器陣列進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。第四章闡述了可調(diào)諧窄線寬DFB激光 的設(shè)計(jì)原理和制造方法 第七章 的總結(jié)和展望：重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)、DFB大學(xué)博士后研 要首頁用THESIS:ResearchonNovelSemiconductorLaserArraysandTheirApplicationsBasedontheReconstructionEquivalentChirpTechnologySPECIALIZATION:MaterialScienceandEngineeringMENTOR:XiangfeiChenDuetotheincreaseofthenumberofthenetworkusersandthedevelopmentofWebofThings,thenetworktraffichaveincreaseddramaticly,andthebottleneckofthebandwidthinfibercommunicationsystem emoreandmoreserious.Inordertoimprovetheinternetspeed,moreopticalcables,communicationequipmentsandbasestationshavebeenbuilt,whichconsumemuoreelectricpowerandresultinhigheroperatingcost.Moreimportantly,thebottleneckofthebandwithcannotberesovedthoroughlyonlybyincreasingthenunmberofthebasestations.Tomeettherequirementsofthedevelopmentofthefibercommunication,manynewtechnologieshavebeeninvestigated,forexamplephotonicintegratedcircuits(PICs),Coherentopticalcommunication(COC)anddistributedbasestation(DBS).ThePICstechniquecanintegratemanyseperateddevicesononechip.Asaconsequence,thesizeandpowerconsumptioncanbereducedsignificantlywithdramanticincreaseintransmissionspeedofonechip.PICsisthedevelopmenttendencyoftheopticalcommunication,whichisconsideredasoneofthemostidealmethodstosolvetheproblemsinthetranditionalopticalcommunicationsystems.Unfortunay,therearestillsomeissuesneedtoberesolved,forexample,themultiwavelengthlaserarray.Thetranditionalfibercommunicationsystemsarebasedonthewavelengthdivisionmultiplex(WDM)technology.Inconsequence,itisverynecessarythatwavelengthsofthedifferentchannelsinlaserarraysalignwellwiththewavelengthsdefinedbytheITU(International municationUnion)standardsfortheWDMtechnique,andeachlaserinthemultiwavelengthlaserarrayshouldhaveaperfectsingle-longitudinal-modeoperation,whichisalargeproblemtofabricatesuchamultiwavelengthlaserarray.Comparedwiththetranditionaldirectlydetectedopticalcommunicationtechnology,theCOCtechnologyhashigherreceivingsensitivityandspectralefficiency.speedsignificantly.However,thebandwidthoftheCOCsystemisdirectlyinfluncedbythelasersourceintheCOCsystem.Thetransmissionbandwithincreaseswiththereductionofthelinewidthofthelasersource.HowtodesignthetunabelnarrowlinewidthlasersourcewithhighstabilityisthetroubletoCOCtechnique.Utlizingtheradio-over-fiber(ROF)technolog,theDBStechniquecantransferthesignalsfromallthebasestationstoasinglebasebandunitforsignalprocessing,whichcansimplifythestructureofthebasestationandreducethecostofconstructionandmaintenance.Duetoitssimplestructureandhighefficiency,theDBSisconsideredasthenextgenerationbasestationarchitecture.IntheDBSsystem,the ogsignalsaretransmittedbytheROFlink,whichrequirethetransmittershavehighlinearityandlowmodulationdistortion. ogmodulatedlaserswithhighlinearityaregreatlyrequired.AccordingtotherequirementsofthePICs,COCandDBStechnologies,multiwavelengthDFBlaserarrays,tunablenarrowlinewidthDFBlasersanddirectly ogDFBlasersbasedonthereconstruction-equivalentchirp(REC)technologyaredemonstratedinthisthesis.Thetheories,designs,fabricationprocessandapplicationsofthementionedlasershavebeen yzedandresearchedindetailandmanyresultshavebeenachieved.Thewholethesisconsistsofsevenchapterstheyarelistedas chaptergivesawholeintroductionofthepaper.Thebackgrounds,requirementanddevelopmentoftheresearchedlasersarepresentedinthissection.ThesecondchapterdiscribethetheoryoftheRECInthethirdchapter,thetwo-sectionDFB(TS-DFB)laserarraysarebytheoryysisandInthefourthchapter,thedesignandfabricationprocessoftunablenarrowlinewidthDFBlaserarrarysaredemonstrated.Thefifthpartmainlydiscussthemonolithicintegratedinjection-lockedDFBlasers.Theenhancementofthebandwidthutlizinginjection-lockedtechniqueisstudiedThedual-modulatedlasersaredescribedinchaptersix.Thesuppressionofthird-orderinter-modulationdistortionusingdual-modulatedmethodisproofedbysimulationsandexperiments.Theseventhchaptergivesthe ndprospectofthe:Reconstrution-EquivalentChirp(REC),DFBlaserarrays,photonicintegratedcircuits(PICs)，waveguidegratings 表 第1章緒 研究背景與研究意 DFB激光器陣列技術(shù)的發(fā)展現(xiàn) 第2章重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)理論研 第3章兩段式分布反射DFB激光器陣列及其應(yīng) 兩段式分布反射DFB激光器理論分析與設(shè) TS-DFB激光器陣列靜態(tài)特性研 TS-DFB激光器動(dòng)態(tài)特性研 激光器小信號(hào)頻率響 激光器相對(duì)強(qiáng)度噪 激光器無雜散動(dòng)態(tài)范圍測(cè) TS-DFB激光器在ROF系統(tǒng)應(yīng)用研 小 第4章可調(diào)諧窄線寬DFB激光器陣 窄線寬DFB激光器發(fā)展現(xiàn) 窄線寬DFB激光器理論研 可調(diào)諧窄線寬DFB激光器光柵設(shè)計(jì)與分 可調(diào)諧窄線寬DFB激光器陣列實(shí)驗(yàn)研 可調(diào)諧特性研 窄線寬特性研 小 第5章單片集成注入鎖定DFB激光 注入鎖定激光器技術(shù)的基本理 注入鎖定技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn) 單片集成注入鎖定激光器的設(shè) 單片集成注入鎖定激光器實(shí)驗(yàn)研 單片集成注入鎖定激光器在微波光子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研 單片集成注入鎖定激光器的其他應(yīng) 小 第6章雙平衡調(diào)制技術(shù)在ROF鏈路中的應(yīng) 雙平衡調(diào)制原 雙平衡調(diào)制數(shù)值仿真研 雙平衡調(diào)制實(shí)驗(yàn)研 小 第7章總結(jié)與展 致 博士后期間取得的科研成果及承擔(dān)科研項(xiàng) 申請(qǐng)專 承擔(dān)項(xiàng) 參考文 圖1-1全球互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量增長趨勢(shì)圖 圖1-2光子集 示意圖 圖1-3光子集 數(shù)據(jù)流量隨時(shí)間變化規(guī)律 圖1-4REC技術(shù)的發(fā)展歷 2-11630nm0級(jí)波長左右兩邊出現(xiàn)級(jí)透射 圖2-2等效π相移采樣光柵及其無源透射譜示意圖，等效相移出現(xiàn)在±1級(jí)之 圖2-3不同采樣周期光柵透射譜（a）減小采樣周期，±1級(jí)向遠(yuǎn)離0級(jí)的（b）間距縮短 圖3-1（a）兩段式DFB激光器及（b）其光柵結(jié) 圖3-2Section1的透射光譜（紅線）與Section2的反射光譜（藍(lán)線 圖3-3閾值增益差隨Section2長度的變化關(guān) 圖3-4TS-DFB與OS-DFB激光器在相同泵浦電流下的腔內(nèi)光場(chǎng)分 圖3-5TS-DFB激光器與OS-DFB激光器的L-I特性曲 圖3-6DFB激光器材料結(jié)構(gòu) 圖3-7（a）4通道TS-DFB激光器陣列光譜與（b）OS-DFB激光器光 3-8TS-DFB163-9（a）No.1I2的影響曲線，插I2NO.1號(hào)激光器光譜（I24TS-DFB激光器陣列的波長及其線性擬合和誤 3-10（a）4TS-DFB激光器陣列（I2=0mA）OS-DFBL-（b）No.1TS- 圖3-11TS-DFB激光器的封裝示意 圖3-12 PO口管腳分布 3-13（a）TS-DFBI1（I2=0mA）時(shí)的小信號(hào)頻率響應(yīng)曲線以及泵浦電流為90mA時(shí)OS-DFBI1=90mA，I2從0mA變化到15mA時(shí)TS-DFB激光器的小信號(hào)頻率響應(yīng)曲 3-14系統(tǒng)RIN噪聲與激光器RIN 圖3-15RIN噪聲測(cè)量原理 圖3-16實(shí)驗(yàn)測(cè)得TS-DFB激光器與OS-DFB激光器RIN噪聲 圖3-17三階交調(diào)信號(hào)產(chǎn)生原理 圖3-18無雜散動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量系統(tǒng) 圖3-19（a）TS-DFB與（b）OS-DFB激光器的SFDR測(cè)試曲 圖3-20ROF鏈路原理 3-2140km64-QAM信號(hào)星座圖，273-22不同注入電流條件下I1=80mA，I2=0mA（d）I1=90mA，I2=0mA接收到64-QAM信號(hào)的星座圖及EVM 圖4-1可調(diào)諧窄線寬激光器的種 4-2InGaAsP1550波段的（a）增益曲線和（b）圖4-3（a）傳統(tǒng)切趾光柵結(jié)構(gòu)與（b）等效切趾光柵結(jié)構(gòu)對(duì)比 圖4-4+1 光柵耦合強(qiáng)度隨占空比變化曲 圖4-5不同切趾比條件下DFB激光器腔內(nèi)光子分 圖4-6不同切趾比條件下激光器腔內(nèi)光子密度分布平坦系 圖4-7歸一化激光器閾值增益及閾值增益差隨切趾比的變化曲 圖4-84通道窄線寬DFB激光器在室溫下L-I特性曲 圖4-9（a）不同溫度下4通道激光器的光譜 圖4-10激光器波長隨溫度調(diào)諧曲 圖4-11自外差法測(cè)量激光器線寬原理 圖4-12延遲自外差發(fā)測(cè)得DFB激光器線寬 圖為光譜儀讀出數(shù)據(jù).圖4-13激光器線寬隨泵浦電流變化曲 圖4-14激光器線寬隨溫度變 圖5-1注入鎖定原理 圖5-2頻率失諧量與注入比關(guān)系 圖5-3單片集成注入鎖定激光器示意 圖5-4單片集成注入鎖定激光器圖 圖5-5主從激光器L-I曲 5-6從激光器波長隨(a)從激光器注入電流和(b) 圖5-7注入鎖定 光譜變 圖5-8注入鎖定過程出現(xiàn)的非線性現(xiàn)象（a）四波混頻（b）頻率鎖定混沌效 圖5-9單片集成注入鎖定激光器封裝后實(shí)物 圖5-10 圖5-11基于單片集成注入鎖定激光器的微波光子濾波器原理 圖5-12微波光子濾波器響應(yīng)曲 圖5-13OEO原理 圖5-14OEO輸出微波信號(hào)頻 圖5-15注入鎖定產(chǎn)生微波信號(hào)示意 圖5-16注入鎖定產(chǎn)生微波信號(hào)原理 圖5-17單邊帶調(diào)制原 圖6-1雙平衡調(diào)制原理 圖6-2雙平衡調(diào)制抑制三階交調(diào)原理 圖6-3雙平衡調(diào)制程序仿真 圖6-4單通道調(diào)制時(shí)信號(hào)頻譜DC1=3.05Ith和雙平衡調(diào)制時(shí)DC1=3.05Ith，DC2=3.16Ith信號(hào)頻 圖6-5雙平衡調(diào)制實(shí)驗(yàn)原理 圖6-68通道DFB激光器陣列實(shí)物 圖6-78通道激光器陣列光譜 圖6-88通道DFB激光器陣列小信號(hào)頻率響應(yīng)曲 6-9（aLD1@48mA（bLD2@43mA 圖6-10雙平衡調(diào)制三階交調(diào)信號(hào)頻 6-11SFDR（aLD1@48mA（bLD2@43mA 圖6-12雙平衡調(diào)制下SFDR測(cè)試曲 表表5-1一次外延片材料參 表5-2二次外延材料參 表5-3單片集成注入鎖定激光 參 第1章緒研究背景與研究意、半導(dǎo)體激光器（semiconductorlaser）技術(shù)、波分復(fù)用(wavelength-division絡(luò)已經(jīng)成為人們工作和生活中一個(gè)不可或缺的重要組成部分[1,2]。、 點(diǎn)擊量的增長以及物網(wǎng)技術(shù)的普及等因素的推動(dòng)，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量呈式增長。根據(jù)思科視覺網(wǎng)絡(luò)指2014-2019年度全球預(yù)測(cè)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)(1-1)52.02Zettabytes（1Zettabyte=1012Gigabytes，平均每月數(shù)據(jù)流量168Exabytes[3]。迅猛增長的數(shù)據(jù)量給光纖通信系統(tǒng)的帶寬帶來了巨大的挑等方面的需求。光學(xué)器件也因此正在逐漸開始PIC1-1全球互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量增長趨勢(shì)圖1-2 圖1-2光子集 40多年前這一概念被提出以來[6]，一直沒有得到很好的發(fā)展，一個(gè)非常主要的原因就是有源光子器件（activephotonic 的支持下投資6.1 建立集成光子制造平臺(tái)項(xiàng)目——光子集成創(chuàng)新院（AIM-Photonics）[7]。國際知名大公司，如IBM，In LucentNECNor UniesityCornell 成度以及數(shù)據(jù)量每2.2年增加一倍，類似于電子集成中的摩爾定律（如圖1-3所圖1-3光子集 半導(dǎo)體激光器陣列是光子集成器件的部件，也是目前制約光子集成技術(shù)發(fā)展的主要因一。激光器陣列不解決好，光子集成技術(shù)就很難有飛成器件的理想光源。本課題針對(duì)光子集成技術(shù)和光通信技術(shù)的需求，基于重構(gòu)-DFB激光器及其陣列。DFB激光器陣列技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)1987年東芝公司首次利用全息光刻發(fā)實(shí)現(xiàn)了51.3μmDFB激光器21DFB激光器陣列與無源合波器和放大器的單片集成問世[10]DFB激光器陣列的主要是保證每個(gè)激光器的輸出波長及波長間隔滿整個(gè)則無法使用，因此DFB1996年的 技術(shù)制作16波長的DFB激光器陣列的成品柵決定為了提高波長控制精度人們提出了多種DFB激光器陣列的制作方法：Lithography（Nanoprint。GrowthFPlaser）等[12-19] 技術(shù)因其制造精度高的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于DFB陣列的制造中，但是技術(shù)的不足之處在于，制造速度慢，成本高。， 隨著陣列中激光器數(shù)目的增加而增大，目前波長控制精度在±1nm左右。Slot-FP ，重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)簡，在普通的DFB光柵結(jié)構(gòu)中，采樣結(jié)構(gòu)（也稱為取樣）常被用以制作多信道濾波器，可調(diào)諧激光器等[21-23]。2004年 通過設(shè)計(jì)和制作特殊的采樣結(jié)構(gòu)，使采樣光柵所形成的多信道透射譜中，±1級(jí)信道中形成等效相移（Equivalentphaseshift,EPS）代替真實(shí)相移，得到和真實(shí)相移基本相同的功能和效果。在過去幾年中，REC技術(shù)已經(jīng)被成功用于光纖布拉格光柵光纖激光器帶有多個(gè)等效π相移的OCDMA編 27]。如圖1-4所示，2006年 飛等人首次提出將REC技術(shù)應(yīng)用到DFB半導(dǎo)體激光器的制造當(dāng)中[28]，2008年獲得了第一個(gè)基于REC技術(shù)的DFB激光器 之后多種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的REC-DFB激光器及陣列 2009年利用REC技術(shù)研制成功第一個(gè)DFB激光器陣列 精度為±0.2nm，完全高于現(xiàn)有產(chǎn)品的控制精度[35-37]。2013年基于REC技術(shù)和混合封裝工藝完成了國內(nèi)第一個(gè)可測(cè)試的8×10GHz激光器模塊。2014年針對(duì)下一代WDM-PON的需要，設(shè)計(jì)出串并聯(lián)可調(diào)諧激光器[38-40]。同年 工學(xué)院將REC技術(shù)用于無源光濾波器陣列制作當(dāng)中，采用CMOS工藝制作出的無源波導(dǎo)光柵陣列的波長精度為10pm，接近了REC技術(shù)在波長控制上的理論值，1-4RECDFB激光器和陣列。本面向現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的需求基于RECDFB激光器及其陣列。本的具體結(jié)構(gòu)如下：REC技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)；RECDFBROF系統(tǒng)中的應(yīng)RECDFB激光器陣列技術(shù)；DFB激光器技術(shù)；ROF鏈路中的應(yīng)用；第2章重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)理論研DFB激光器制作生產(chǎn)中存在的諸多問題，本文所論述的器（Sampling量級(jí)（sub-micrometer）全息技術(shù)等效實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的效果，我們將其稱為重構(gòu)等效啁啾技術(shù)（REC技術(shù)REC技術(shù)REC技術(shù)的器件需要對(duì)均勻光柵進(jìn)行經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的采樣，將設(shè)計(jì)好的特殊采樣光柵制作到器件中去。均勻光柵由全息對(duì)于采樣光柵而言，其折射率調(diào)制可以表示為 nzszexpj

展開，可以得到 s(z)Fmexp

其中P是采樣周期（samplingperiodFm為 第m級(jí)信道。2-11630nm0級(jí)波長左右兩邊出現(xiàn)±1在上述的均勻采樣光柵中把在z0處的采樣周期擴(kuò)大ΔP，也就是說z>z0的時(shí)候，采樣函數(shù)變?yōu)閟(z-ΔP)。這時(shí)，對(duì)于第m級(jí)信道，其折射率調(diào)制將在z>z0 Fexpj2zj2mz

z nmz

expj2zj2mzj

z

m 其中，我們得到了相移θm，其大小為m2m

ΔPΔP在某一段區(qū)域內(nèi)連續(xù)變化，則得到等效啁啾（EquivalentChirpπ等效相移存在于±1級(jí)信道中。由此，通過等效相移的引入，可2-2等效π相移采樣光柵及其無源透射譜示意圖，等效相移出現(xiàn)在±1由公式（2.1）ΛλB±1P

2NeffP

P P

P分別調(diào)整的時(shí)候，其±1級(jí)信道的波長也隨之變化。換言之，采樣周期P可以由確定的光柵周期和期望得到的波長反推。圖2-3 2-3（a）減小采樣周期，±10級(jí)的方向移動(dòng)，兩者間（b）擴(kuò)大采樣周期，±10級(jí)移動(dòng)，兩者間距縮短；第3章兩段式分布反DFB激光器陣列及其應(yīng)（AR/ARDFB激光器結(jié)Laser兩段式分布反射DFB激光器理論分析與設(shè)Section1Section2。Section1DFB激光器，Section2是分布反射光柵部分。Section1是整個(gè)器件的，決定了整個(gè)器件的發(fā)光特性，AR/AR膜，Section1L1=450μm，Section2L2=500μm，中間是電區(qū)。為了提高兩部分的電鍍，利用濕法腐蝕技術(shù)將兩部分之間I1I2表示。3-1（a）DFB激光器及（b）REC周期PSection1的光柵中心有等效π（Equivalentπphase-shiftSection2陣法（TMM：TransferMatrixMethod）[43]Section1光柵的透射譜Section23-2Section1中的光柵具有等效π相Section1Section2的光柵長度，Section1光柵透射峰（激光器主模Section2Section2Section1DFB激光器的主模提供更高的反射率，3-2Section1的透射光譜（紅線）Section2的反射光譜（藍(lán)線DFB激光器的邊模抑制比與閾值增益差關(guān)，閾值增益差越大，DFB激DFBSection1的閾值增益差（g

）Section2

DFB激光器的邊3-3Section2模擬了具有相同材料和光柵結(jié)構(gòu)的單段式DFB激光（OS-DFBOne-SectionDFB3-4是計(jì)算得出的在相同泵浦電流（50mA）TS-DFBOS-DFBTS-DFB的輸出功率。另外，TS-DFB激光器的Section2反射光柵部分的量子阱存在吸收損耗因此隨著Section2部分的0mA15mA時(shí)，TS-DFB激光器的輸出功率逐步提高。為了防止Section2部分有激光起振影響整個(gè)器件的性能，Section2部分的泵浦電流控制在15mA之下。3-4TS-DFBOS-DFB3-5TS-DFBOS-DFB激光器的輸入輸出特性曲線，3-5TS-DFBOS-DFBL-ITS-DFB3-6NInP基片上利用MOCVD法順次生長出1μm厚的NInP緩沖層、N1.24Q-InAlGaAs下限制HeterostructureWell畢。之后利用全息和光刻技術(shù)在P1.42QInAlGaAsREC取樣Iladding層，腐蝕層、脊SiO23-6DFBTS-DFB激光器陣列靜態(tài)特性研3.14TS-DFB激光器，作為比較利用同一waferTS-DFBSection1OS-DFB激光器3-7分別是4TS-DFB激光器陣列與OS-DFB激光器在泵浦電流為90mATS-DFBSection215mA。在相同DFB激光器的邊模抑制比。3-7（a）4TS-DFB激光器陣列光譜與（b）OS-DFB3-83-7（a）4TS-DFB激光器陣列中各個(gè)激光器陣列的波長間隔為3.398nm，與設(shè)計(jì)值3.2nm的平均誤差為0.198nm，其中最大0.178nm。Section2TS-DFB激光器的波長會(huì)向長Section2的注入電流大小可以對(duì)激光器的波長進(jìn)行微調(diào)，從而進(jìn)一步精確控制波長。圖3-9（a）4No.1Section2I2I2變化關(guān)系曲線。TS-DFB激光器受自身I2和相鄰激光器I2變化引起波長調(diào)諧斜效率分別為0.01nm/mA0.0045nm/mAI24TS-DFB激光3-9（b）4TS-DFBI2分別?。?0mA，15mA，10mA0mA4通TS-DFB3.309nn0.109nm0.096nm，45%。3-8TS-DFB3-9（a）No.1I2I2（b）10L-I可以看出，TS-DFB21mA-23mA之間，光器的斜效率由0.165mW/mA提高到了0.23mW/mA，增加了39%。由于TS-DFBI2TS-DFB3-10（b）4TS-DFB激光器中No.1TS-DFB激光器在不同I2L-I曲線I20mA逐漸增大到15mA時(shí)，激光器閾值由22mA降低到20mA，斜效率由0.23mW/mA0.265mW/mAI2的值超過閾值之后，Section2會(huì)產(chǎn)生震蕩影響器件性能，因I2的值通常設(shè)置在閾值之下。3-10（a）4通道TS-DFB激光器陣列（I2=0mA）OS-DFBL-I（b）No.1TS-DFBI2L-I激光器小信號(hào)頻率響為了測(cè)試TS-DFB激光器的動(dòng)態(tài)特性 TS-DFB激光器 如圖3-11所示封裝方式采用工業(yè)化蝶形封裝工藝標(biāo)準(zhǔn)管殼采用7 PO口的形式利用光纖耦合輸出封裝后TS-DFB激光器各個(gè)管腳分布示意圖如圖3-12所示，1、2管腳連接熱敏電阻，3管腳連接Section1正極，管腳4空，管腳5連接Section2正極，6管腳連接TEC正極，7管腳連接TEC負(fù)極，8是GPO射頻口，激光器負(fù)極接管殼為了便于比較我們同時(shí)利用相同的工藝封裝了一個(gè)OS-DFB3-11TS-DFB圖3-12 PO口管腳分布3-13所示。保持TS-DFB激光器Section2的泵浦電流I20mA，將其Section1部分的泵浦電流I150mA增大到90mA時(shí)，TS-DFB激光器小信號(hào)頻率響應(yīng)的3dB帶寬有6.4GHz增大到10.2GHz，而OS-DFB激光器在90mA泵浦電流時(shí)3dB帶寬8.3GHz7GHzTS-DFB激光器的小信號(hào)圖3mA20mA1mAB激光器的小2B3dB調(diào)制帶寬略1GHz3（2能夠在B2變化不明顯的原因之一。3-13（a）TS-DFBI1（I2=0mA）時(shí)的小信號(hào)頻率響應(yīng)曲線以及泵浦90mAOS-DFB（b）I1=90mA，I20mA變化到15mATS-DFB激光器的小信號(hào)頻率響應(yīng)曲線激光器相對(duì)強(qiáng)度噪RIN噪聲可以表示為RIN

(dB/

其中P21HzPRIN

RINNelecdB/Hz是特定頻點(diǎn)處光電流的頻譜強(qiáng)度，PAVG是光電流的平均功率在實(shí)際測(cè)量 ，頻譜儀上測(cè)得的是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的噪聲NTf

NTfNLfNqNthf WHz

NLf1HzNq1HzNthf是1Hz帶寬內(nèi)熱噪聲。這些噪聲中只有NLf是我們所需要的，因此了精確測(cè)量激光器的RIN噪聲首先需要去掉噪聲中的NqNthfNqNq2qIdc

q是電荷電量（1.6×10-19 ，Idc是探測(cè)器輸出電流，RL是負(fù)載電阻。由公（3.3

NTNL

RINRIN噪聲。

Nq

I2R 2 dc AVG IdcrPAVG

rPAVG

L AVG(opt)

2RIN5dB以上RINRIN3-14RIN噪RIN2RINRIN3-14RINRIN噪聲的相互關(guān)系隨入射光功率變化情況通常情況下激光器的RIN噪聲可以由專門的儀器進(jìn) Agilent4371A等根據(jù)RIN噪聲的測(cè)量原理和 搭建了一個(gè)測(cè)量RIN噪聲的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量RIN噪聲的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-15所示，經(jīng)探測(cè)器探測(cè)后進(jìn)入30dB低噪聲放大器，之后經(jīng)過隔直器件后進(jìn)入頻譜分析儀SPon和SPoff量探測(cè)器輸出信號(hào)平均功率PAVG，既將探測(cè)器的輸出信號(hào)直接接入示波器，測(cè)信號(hào)電壓值 利用

2

IdcUAVGRL，進(jìn)而計(jì)算出系統(tǒng)散彈噪聲，將測(cè)試的各個(gè)參數(shù)代入公式（3.8）RIN噪聲。3-15RIN3-16TS-DFBRINOS-90mARIN10dB。激光器的小信號(hào)頻響也可以根據(jù)RIN噪聲譜線推導(dǎo)出來，有圖中橙色譜線看出，OS-DFBRIN7GHz處有一諧振峰，這與圖3-13（a）中的是一致的。3-16TS-DFBOS-DFB激光器RIN激光器無雜散動(dòng)態(tài)范圍測(cè)DFB激光器的調(diào)制非線性包括二次諧波、三次諧波、三階交調(diào)等，其中三階Spurious-freeDynamicRange）是衡量激光器三階交調(diào)失真的主要參數(shù)。所謂無雜f1f2

（3.943aV

43123 2Vcos224

1aV3cos2343 2f1

和2f2

2f1f2和2f2f1信號(hào)被稱為三階交調(diào)信號(hào)，由此產(chǎn)生的失真為三階交調(diào)失真。三階交調(diào)信號(hào)產(chǎn)生過程如圖3-17所示，受系統(tǒng)噪聲的影響，調(diào)制到激光器上的Pmin，即經(jīng)探測(cè)器后接收到的基頻信號(hào)功率恰好與系統(tǒng)SFDR10logP3maxdBHz2/3

Pmin3-173-18SFDR

和f2的射頻源BiasTeeDFB3-183-19是測(cè)試得到的TS-DFB激光器和OS-DFB激光器在泵浦電流為90mA，射頻頻率分別為10GHz10.02GHz時(shí)的SFDR測(cè)試曲線。在相同泵浦電流下TS-DFB激光器的無雜散動(dòng)態(tài)范圍為92dBHz2/3，而OS-DFB激光器的SFDR為87dBHz2/35dB左右。根據(jù)文獻(xiàn)，DFB激光器調(diào)制非線性失真受空間燒孔效應(yīng)、馳豫振蕩等因通過實(shí)驗(yàn)比較，在相同的泵浦電流下，TS-DFB激光器的腔內(nèi)光子密度明顯高于OS-DFBTS-DFB也可以看出TS-DFB激光器的馳豫振蕩峰為10GHz，而OS-DFB激光器的馳豫振蕩峰為7GHz，因此0-10GHz頻率范圍內(nèi)，TS-DFB激光器的頻率響應(yīng)更加平坦，3-19（a）TS-DFB與（b）OS-DFBSFDRTS-DFB激光器ROF系統(tǒng)應(yīng)用為了測(cè)試TS-DFB激光器的模擬調(diào)制特性，利用封裝的TS-DFB激光器還設(shè)計(jì)的一個(gè)載波頻率10GHz、信號(hào)帶寬50Msymbol/s、射頻功率0dBm的64-QAM信TS-DFB40km傳輸后，由探測(cè)器探測(cè)轉(zhuǎn)化為電（AgilentPXASignalyzer3-20ROF3-2164-QAM的星座圖及相關(guān)參數(shù)分析，由測(cè)試結(jié)TS-DFB40km之后，信號(hào)星座圖清晰，誤差向量幅度（EVM：ErrorVectorMagnitude）2.97%。3-2140km64-QAMTS-DFB3-2264-QAMEVM值，注入電流從60mA增加到90mA之后，信號(hào)星座圖逐漸清晰，EVM由5.67%2.97%。3-22不同注入電流條件下I1=80mA，I2=0mA（d）I1=90mA，I2=0mA64-QAMEVM小TS-DFBRIN噪聲比OS-DFB激光器RIN噪聲降低了10dB，SFDROS-DFB激光器增大了5dB。通過搭建簡單的ROF鏈路，檢測(cè)了TS-DFB激光器的模擬調(diào)制特性，速率為晰，EVM2.97%，誤碼率低。第4章可調(diào)諧窄線DFB激光器陣DFB激光器陣列在相干光通信、光纖傳感等領(lǐng)域具有廣RECDFB激光器陣列的理論和實(shí)窄線寬DFB激光器發(fā)展現(xiàn)國內(nèi)外的眾多科研機(jī)構(gòu)對(duì)可調(diào)諧窄線寬激光器進(jìn)行了大量的研究如圖4-1Reflector，等。DBR型可調(diào)諧激光器主要由三部分組成：有源區(qū)、相位區(qū)和光柵區(qū)，通過改變相位區(qū)和光柵區(qū)的電流實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧。1993年加州大學(xué)圣 分校的L.A.Coldren教授首次提出取樣光柵布拉格反射型可調(diào)諧激光器，該激光器利用游標(biāo)卡尺效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了40nm的波長調(diào)諧[50,51]但是由于利用電流注入方式實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧，電流噪聲會(huì)引起光子相位的波動(dòng)從而展寬激光器線寬，因此DBR型可調(diào)諧激光器的線寬一般較寬（MHz量級(jí)）[52]，且該類型激光器的制造工藝復(fù)雜，點(diǎn)是線寬窄，調(diào)諧范圍大，輸出功率高，如Ionon、Emcore、NEC等公司利用外腔技術(shù)均實(shí)現(xiàn)了線寬小于100kHz，輸出功率大于10mW的可調(diào)諧窄線寬激光器難以集成的缺點(diǎn)。DFB激光器具有穩(wěn)定性高、單模特性好、成本低、工藝成熟等DFB激光器很難實(shí)現(xiàn)大范圍的波長調(diào)諧因此需要將多個(gè)DFB激光器以并聯(lián)的方式集成在一起以獲得大的調(diào)諧范圍。DFB型可調(diào)諧激光器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，究基于DFB陣列的可調(diào)諧窄線寬激光器。2009年 斯坦福大學(xué)與Santur公司合作開發(fā)出線寬在90-200kHz，波長范圍覆蓋C波段的可調(diào)諧DFB激光器陣列 NTT公司將12個(gè)窄線寬DFB激光器并聯(lián)集成在一起，實(shí)現(xiàn)了40nm的波長調(diào)諧，激光器的線寬小于580kHz[57]，2010年該公司又將激光器的線寬降低到了160kHz[58].2013年Furukawa公司針對(duì)PDM-16QAM相干光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可調(diào)諧窄線寬DFB激光器陣列 ，激光器線寬小于218kHz，波長調(diào)諧范圍覆蓋C波段[59]。2014年Furukawa公司利用分布反射DFB激光器陣列實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧范圍40nm，最大線寬小于185kHz的可調(diào)諧窄線寬激光器利用這種 的可調(diào)諧窄線寬DFB激光器 來說，腔長均在1mm以上，波導(dǎo)光柵 4-11987年周炳琨課題組就已經(jīng)在研究利用外腔技術(shù)實(shí)現(xiàn)窄線寬激光器[61]。另外，半導(dǎo)體、、大學(xué)也對(duì)外腔型窄線寬激光器進(jìn)行了和研究[62-64]2001年半導(dǎo)體所周凱明50kHz窄線寬激光輸出。2010年DBR半導(dǎo)體激光器，該激光器波長調(diào)諧范圍為38nm[65]。2013V40nm的可調(diào)諧激光器[66]DFB激光器陣列技術(shù)的可調(diào)諧窄線寬激光器國內(nèi)還未見。窄線寬DFB激光器理論研半導(dǎo)體激光器線寬v可以表示為[67- 2hvn vw m1

式中

常量

i

是輸出光功率，線性展寬因子是半導(dǎo)體激光器的特有參數(shù)，減小

dndNdg

dgdN4-2InGaAsP1550波段的（a）增益曲線和（b）（4.1和諧振腔損耗

進(jìn)工藝和優(yōu)化材料參數(shù)進(jìn)行改善。對(duì)于DFB激光器來說，諧振腔損耗m主要跟光柵耦合強(qiáng)度 和腔長L有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[58,71,72]，DFB激光器的線寬L2

L但是L實(shí)際中需要對(duì)DFB激光器的光柵結(jié)構(gòu)和腔長進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化，在不加劇空間燒孔效應(yīng)的前提下盡量增加激光器腔長和光柵耦合強(qiáng)度對(duì)實(shí)現(xiàn)窄線寬DFB激光器是可調(diào)諧窄線寬DFB激光器光柵設(shè)計(jì)與分因?yàn)楣庾用芏榷觿】臻g燒孔效應(yīng)。為了有效降低空間燒孔效應(yīng)，我們提出REC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的等效切趾結(jié)構(gòu)只需要改變光柵占空比4-3（a）傳統(tǒng)切趾光柵結(jié)構(gòu)與（b）根據(jù)文獻(xiàn)[7374]mm

sinm

如果取m

光柵耦合強(qiáng)度，m是子光柵等級(jí)，是取樣光柵占空比，則公式（4.3）1sin

圖4-4是計(jì)算得出取樣光柵中+1 光柵耦合強(qiáng)度隨取樣占空比的變曲線，由計(jì)算結(jié)果可以看出當(dāng)

圖4-4+1 設(shè)計(jì) 激光器腔長L

未切趾位置處光柵耦合系數(shù)00.5z

zz 0 0

apodz

光柵中，開始和結(jié)束位置占空比最大都為0，約靠近中間占空比越小，當(dāng)z

時(shí)占空比最小 0，也就是說中心處光柵強(qiáng)度最弱 切趾光柵長度dapodDFBdapodratio子分布平坦系數(shù)（Flatness）4-6DFB激光器腔4-5DFB4-6 圖4-7DFB激光器在不同切趾比下激光器的閾值增益和閾值增益差的變化曲線。隨著切趾比增加激光器閾值增益（Mainmodethresholdgain）4-7DFB 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，取最優(yōu)值。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果最終我們?cè)O(shè)計(jì)切趾比為30%?？烧{(diào)諧窄線寬DFB激光器陣列實(shí)驗(yàn)研可調(diào)諧特性研利用第3 1000μm波長間隔3.2nm，4通道窄線寬DFB激光器陣列 調(diào)諧的目的。下面對(duì)4通道窄線寬DFB激光器陣列 4-84DFBL-I4-84DFB激光器陣列的L-I特性曲線，由可以得出室溫下430mA-35mA之間，100mA泵浦10mA0.147mW/mA。4-9（a）10421538.58nn1550.92nm，波長調(diào)諧12.34nm3250GHz4-9（b）可以42dB以上，單模特性4-10是測(cè)得不同溫度下激光器波長變化曲線，隨著溫度升高激光器波長0.099nm/℃。4-9（a）44-10窄線寬特性研），，差法測(cè)量激光器的線寬[75,76]。延遲自外差發(fā)工作原理圖如圖4-11所示，DFB激光器輸出光經(jīng)3dB分束器后進(jìn)入馬赫-增（M-Z 儀儀的一個(gè)分支采用10km光纖延遲后經(jīng)偏振控制器調(diào)整激光器的偏振態(tài)儀的另一分支經(jīng)過80MHz的聲光移頻器移頻后進(jìn)入可變衰減器，最后M-Z儀的分支經(jīng)3dB耦合器后合成一路并在探測(cè)器處進(jìn)行拍頻探測(cè)器測(cè)得的拍頻信號(hào)由頻譜儀進(jìn)量和分析，頻譜儀測(cè)得信號(hào)3dB帶寬的二分之一即為激光器的線寬），，4-114-1220100mA時(shí)的201kHz。圖4-12延遲自外差發(fā)測(cè)得DFB激光器線寬 20DFB4-1360mA100mA過當(dāng)泵浦電流超過100mA之后激光器線寬開始展寬，這主要是由于激光器邊模開 4-13系數(shù)、輸出功率等都不相同，這些因素會(huì)直接影響激光器的線寬。圖14B10kHz37kHz。4-14小DFB激光器陣列技術(shù)，利用對(duì)稱內(nèi)切趾結(jié)構(gòu)研制出可調(diào)諧窄線寬DFB32通道間隔50GHz201kHz，調(diào)諧過最大線寬307kHz，42dB。第5章單片集成注入鎖DFB為了提高通信系統(tǒng)的帶寬，運(yùn)營商不斷增加數(shù)量，隨著移動(dòng)通信中通信數(shù)目驟增，所占的功耗通常高達(dá)70%以上，這將導(dǎo)致蜂窩移動(dòng)通信難以解決的能耗。尋求新型的無線接入方式，簡化設(shè)備，降低功耗，提信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)?；诠廨d無線技術(shù)（ROFRadio-Over-Fiber）的分布式系數(shù)能夠簡化結(jié)構(gòu)、降低能耗、提高傳輸帶寬，是解決移動(dòng)通信帶寬和能高性能的模擬調(diào)制激光器發(fā)射模塊是ROF系統(tǒng)的 素的限制，ROF技術(shù)并沒有得到十分廣泛的應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)低成本、高線性度、大帶寬的模擬調(diào)制激光器是ROF技術(shù)亟需解決的的難題。注入鎖定技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高線性度、大帶寬、單邊帶調(diào)制激光器的有效技術(shù)之一。本章節(jié)針對(duì)ROF系統(tǒng)的需要，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面研究基于REC技術(shù)的單片集成注入鎖定DFB激光注入鎖定激光器技術(shù)的基本理注入鎖定原理如圖5-1所示分離器件組成的注入鎖定系統(tǒng)包含主激光器、 5-1 12kAinj

kAinj

A0

A0式中，Ainj、A0A

Rinj

injA

，

是頻率失諧量，k L

0

in_圖5-2是模擬得出注入鎖定激光器頻率失諧量與注入比的關(guān)系，注入比越Rinj

時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)注入鎖定的頻率失諧量范圍為50GHz，約為 5-2注入鎖定技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)，80年代，國外就開展了大帶寬、高線性度模擬直調(diào)激光器的研制帶寬的有效[8182]1999年加州大學(xué)DFB，成本高，很難實(shí)用。近年，開始轉(zhuǎn)向單片集成的注入鎖定技術(shù)。2003年 大學(xué)洛杉磯分校的Hyuk-KeeSung等人 注入鎖定后調(diào)制帶寬達(dá)到23GHz，非線性失真降低了15dB[84]。隨后，2008年他們實(shí)現(xiàn)了調(diào)制帶寬高達(dá)80GHz[85]。在主、從激光器為分離器件情況下，為了避 器是很難實(shí)現(xiàn)單片集成的為此單片集成注入鎖定激光器必須在沒 的情況下實(shí)現(xiàn)注入鎖定。2009年 器情況下實(shí)現(xiàn)注入鎖定的可行性[86]，2011年該 入鎖定DBR激光器，該 器的情況下，通過制作DBR濾波器實(shí)現(xiàn)注入鎖定注入鎖定后激光器3dB調(diào)制帶寬由3GHz提高到30GHz[87]2011 城市大學(xué)的C.Browning等人將單片集成的注入鎖定半導(dǎo)體激光器成功應(yīng)用于正交頻分復(fù)用（OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）系統(tǒng)，相同條件下，系統(tǒng)的誤碼率降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)[88]。另外，注入鎖定技術(shù) ，2013年， 對(duì)于ROF技術(shù)是十分重要的[89]。在國內(nèi)也有許多科研單位在從事模擬直調(diào)激光器的研究，2012年 ，他們實(shí)現(xiàn)了24GHz的調(diào)制帶寬[90]，是目前國內(nèi)公開，、的最大帶寬值。在注入鎖定激光器方面的課題組的于晉龍課題組以及，、大學(xué)主要是利用單片集成注入鎖定激光器獲得低相噪的毫米波信號(hào)[91,92]，天津大學(xué)則通過分離器件的注入鎖定實(shí)現(xiàn)信號(hào)的光學(xué)上變頻[93,94]，半導(dǎo)單片集成注入鎖定激光器的設(shè)REC技術(shù)的單片集成注入鎖定激光器的設(shè)計(jì)方案。單片集成注入鎖定激光器示意圖如圖5-3所示，整個(gè)激光器分為兩部激光器的電場(chǎng)相互串?dāng)_，兩個(gè)激光器電極中間加入電區(qū)，保證主從激光器能主激光器注入端的光功率以提高注入比并利用REC技術(shù)精確設(shè)計(jì)主從激光器 5-3（頻率失諧量0.4nm點(diǎn)主要是通過設(shè)計(jì)光柵實(shí)現(xiàn)，根據(jù)文獻(xiàn)[81]，主從激光器的光柵強(qiáng)度滿足L3

5-15-25-35-1摻雜濃度cm-0InP2-1N-InPBuffer23----4----5----6----789#LatticeMismatch5-2摻雜濃度cm-1P-InP23(1-4---5---6---#LatticeMismatch表5-3單片集成注入鎖定激光 Ridgeππ電區(qū)長單片集成注入鎖定激光器實(shí)驗(yàn)研5-4是利用5.3單片集成注入鎖定激光器的設(shè)計(jì)節(jié)中論述的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的單片集成注入鎖定激光器圖，靠近“”部分為從激光器，靠近“”650μmAR/AR膜。5-45-5L-I23mA，5-5主從激光器L-I5-6（a）是0.022nm/mA。同時(shí)主從激光0.011nm/mA。由看，熱串?dāng)_的調(diào)諧速度低于其自身調(diào)諧速率，因5-6從激光器波長隨(a)從激光器注入電流和(b)圖5-7是利用光譜儀觀察到注入鎖定過 0.2nm逐步增加主激光器的注入電流當(dāng)主激光器電流為40mA時(shí)能同時(shí)看到兩個(gè)激光 變小，靠近鎖定區(qū)域。主激光器電流增加到75mA時(shí)，兩個(gè)獨(dú)立的激光器光譜合mAmA75mA96mA過激光器處于注入鎖定狀態(tài)，圖5-7注入鎖定 5-8注入鎖定過程出現(xiàn)的非線性現(xiàn)象（a）四波混頻（b）頻率鎖定（c）形封裝結(jié)構(gòu)，即7 PPO的格式，封裝后實(shí)物如圖5-9所示。5-95-10所示。測(cè)試過保持從激光器注入電流35mA不變，主激化而變化，整個(gè)過程可分成3個(gè)階段。第一階段主激光器電流由0mA增加到70mA過（5-10（a，由于在此過主從激光器獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，在頻率響μm100mA后，主從激光器再次處于失鎖狀態(tài)，再次出現(xiàn)四波混頻等非線性5-10單片集成注入鎖定激光器在微波光子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研 微波光子濾波器如圖5-11所示，多頻段射頻信號(hào)加載在從激光器上，調(diào)節(jié)主從（DC，5-12是測(cè)得基于單片集成注入鎖定激光器的可調(diào)諧 通過電流調(diào)諧，可調(diào)諧濾波器的工作帶寬可覆蓋從15GHz-35GHz的范圍。5-115-12（ctcoscillator圖5-14OEO11GHz22GHz11GHzOEO5-13OEO5-14OEO單片集成注入鎖定激光器的其他應(yīng)5-155-16

-mk121和從激光器2的輸出光進(jìn)行拍頻即可獲得頻率為mk

5-155-16激光器頻率兩次產(chǎn)生多個(gè)邊帶，從而造成在傳輸過出現(xiàn)色散信號(hào)失真。利用5-17所示。單邊帶調(diào)制是4.11（a）所示。如果注入光被-15-17小 利用REC技術(shù)設(shè)計(jì)主從激光器的光柵并精確控制激光器的波長通過調(diào)節(jié)主從第6章雙平衡調(diào)制技術(shù)ROF鏈路中的應(yīng)平衡調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)三階交調(diào)雙平衡調(diào)制原調(diào)制的同時(shí)會(huì)伴隨產(chǎn)生一定程度的頻率調(diào)制[96，即通常所說的頻率啁啾（FrequencyChirp，其產(chǎn)生原因是調(diào)制電流的變化導(dǎo)致折射率變化進(jìn)而引起頻RF信號(hào)（包括基頻信號(hào)和非線性失真信號(hào)）的振幅和相RF信號(hào)的相位。6-1DC2 RF調(diào)制信號(hào)的頻率分別為1和2（12且實(shí)驗(yàn)中兩者取值接近，則由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的距離兩基頻信號(hào)最近的IMD3信號(hào)頻率為212和221，以212IMD3分量可分別用以下形式表示[96,99]:Eout'1a1cos[1(212

a2a22aacos(

out 1

a1sin1a2

acosa 可知（6.3）式在相位差12122m1)（其中m01

時(shí)有最大值，而在RF調(diào)制信號(hào)，即理論上二者的調(diào)制信號(hào)功率相同；同時(shí)考慮到DC1和DC2雖不一定相同但較為接近兩激光器在相應(yīng)偏置位置的出光功率也相差無幾因此理論上有a1a2IMD3分量的相位差為π21Eout'1Eout'2(a1a2)cos[out'(212)t]

因此當(dāng)耦合輸出光經(jīng)PD解調(diào)時(shí)，IMD3對(duì)應(yīng)的光功率幾乎為0，因而PD輸出信號(hào)中212失真頻率分量就被抑制掉了。與此同時(shí) 基頻信號(hào)由于 號(hào)之間的功率差異明顯增大，相應(yīng)示意圖如圖6-2所示。6-2IMD3號(hào)中，IMD3信號(hào)強(qiáng)度明顯降低甚至淹沒于噪底中，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬直調(diào)系統(tǒng)非對(duì)于直接調(diào)制的激光器來說相位差12的大小，雙平衡調(diào)制數(shù)值仿真研利用的VPI6-325MHz雙音信號(hào)同時(shí)對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同2×23dBPIN圖6-4是仿真獲得單通道調(diào)制和雙平衡調(diào)制時(shí)雙音信號(hào)的頻譜圖由仿真結(jié)單通道時(shí)基帶信號(hào)與三階交調(diào)功率差為15.66dB。利 信號(hào)和高階交調(diào)信號(hào)被明顯抑制此時(shí)基帶信號(hào)與三階交調(diào)信號(hào)差值為19.81dB，6-36-4DC1=3.05IthDC1=3.05Ith，DC2=3.16Ith雙平衡調(diào)制實(shí)驗(yàn)研RC8B（圖51LPCAGHz。6-56-68DFB圖6-7875通（11546.30nm（21547.61nm）6-88DFB80mA時(shí)的小信號(hào)頻10GHz。6-786-88DFB傳輸下的非線性失真情況進(jìn)行觀察和記錄。RF便觀察不到IMD3信號(hào)。由于在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)步驟中，需要不斷改變激光器的直流偏置大小以尋找抑制IMD3的最佳位置，為了防止上述現(xiàn)象導(dǎo)致的IMD3衰減與 ，故應(yīng)確保激光器始終工作在IMD3信號(hào)可和通道2（LD2）模擬直調(diào)性能相近，確定的直流偏置有效調(diào)節(jié)范圍是37mA至置條件 激光器輸出的三階交調(diào)失真分量的相位差為π實(shí)際操作中需要設(shè)計(jì)的Dual-LD直調(diào)ROF系統(tǒng)下，先將LD1的偏置電流值固定，緩慢調(diào)節(jié)LD2的IMD3的幅度變化，IMD3信號(hào)出現(xiàn)明顯衰減步驟，需要多次反復(fù)測(cè)試以找到最佳偏置電流組合DC1與DC2。找到最佳的偏置電流DC1DC2后，測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)的SFDR并與單個(gè)激光器的SFDR進(jìn)行對(duì)比，以6-9單個(gè)激光器調(diào)制是三階交調(diào)信號(hào)頻譜（a）LD1@48mA（b）LD2@43mA6-10圖6-9-2.56dBm27.2dB28.2dB。圖6-10是在雙平衡調(diào)制情況下測(cè)得三階交調(diào)信號(hào)頻譜，在相同的射頻輸入功率條34.58dB6-11SFDR（a）LD1@48mA（b）LD2@43mA6-12SFDR時(shí)系統(tǒng)無雜散動(dòng)態(tài)范圍為89.16dBHz2/3LD2的無雜散動(dòng)態(tài)范圍為88.49dBHz2/3。圖6-12是雙平衡調(diào)制下系統(tǒng)SFDR測(cè)試曲線，兩個(gè)激光器泵浦電流分別為3dB。小VPIREC8DFB激光器陣ROF3dB以上，能夠有效抑制系統(tǒng)非線性失真。第7章總結(jié)與展本針對(duì)光子集成技術(shù)、相干光通信技術(shù)和分布式技術(shù)對(duì)激光器光源的應(yīng)用需求，基于重構(gòu)等效啁啾技術(shù)對(duì)多波長激光器陣列、可調(diào)諧窄線寬DFB激光器、單片集成注入鎖定激光器以及雙平衡調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。本獲得的成果主要有以下幾點(diǎn)：DFB激光器結(jié)構(gòu)，利用DFB激光器的調(diào)制帶寬和線性度。114mB激光器。利用REC技術(shù)初步實(shí)現(xiàn)了單片集成注入鎖定激光器 (4)利用混合集成的多通道DFB激光器模塊實(shí)現(xiàn)了雙平衡調(diào)制技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)研未來需要進(jìn)行的工作主要有以下幾點(diǎn) 致心情從原單位辭職來到大學(xué)微波光子學(xué)進(jìn)行博士后研究工作。回想這兩年的博士后生活，有煩惱，有困惑，有挫折，但是的是收獲。雖然失去了一份穩(wěn)定的國企工作，但是我收獲了滿足內(nèi)心追求理想后的釋然和，更重要老師、朋友和同學(xué)，是我一生的。。 神，給我留下了深刻的印象。再次感謝老師這兩年來給予 。、，； 期DFB激光器理論研究方面給予我很大支持、，；在光柵理論和激光器系統(tǒng)應(yīng)用方面經(jīng)驗(yàn)豐富，在DFB激光器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè) 在他那里也學(xué)了很多跟幾位年輕的博士志同道合共同致力于DFB激光器 ，認(rèn) 是我最大的收獲， 后座位已滿主動(dòng)把座位讓與搬到去看文獻(xiàn)，讓我非常感， ，、 師以及中電44所張靖博士在激光器工藝方面給予的幫助。感謝江蘇微寧公司欒 ，、我還要感 妻 去追求新的生活，我現(xiàn)在的成績有一半是你的。我還要特別感謝父母，這么多年二老為學(xué)業(yè)操碎了心，沒有的養(yǎng)育和支持就沒有兒子的今天，希望父母能夠健康。博士后期間取得的科研成果及承擔(dān)科研項(xiàng)YunshanZhang,YuechunShi,YajuanQian,JunshouZheng,FangzhengZhang,PengWang,BocangQiuJunLu,WenxuanWangandXiangfeiChen,"StudyonTwo-sectionDFBLasersandLaserArraysBasedontheReconstructionEquivalentChirpTechniqueandTheirApplicationinRadio-Over-FiberSystems"IEEEjournalofselectedtopicsinquantumelectronics,2015.(SCI二區(qū))YunshanZhang,FangzhengZhang,YuechunShi,JunshouZheng,JunShengLiu,BocangQiu,andXiangfeiChen"StudyonDFBsemiconductorlaserarrayintegratedwithgratingreflectorbasedonreconstruction-equivalent-chirptechnique"OpticsExpress,vol.23,pp.2889-2894,2015.(SCI二區(qū))YunshanZhang,JilinZheng,YuechunShi,ShengLiu,WentingWang,Lu,etal.,"HighEfficiencyandSMSRDistributedFeedbackLaserArrayIntegratedwithPassiveGratingReflectorBasedonReconstruction-Equivalent-ChirpTechnique,"JunshouZheng,DuotianXia,SongTang,YuechunShi,JilinZheng,JunLu,XiangfeiChenandYunshanZhang*（通信作者）,"DFBSemiconductorLaserwithDiscreteCouplingCoefficientrealizedbydiscretizingtheDutycycleofSampledBragggrating,"IEEEPhotonicsJournal,vol.7,p.150408,2015.(SCI二區(qū))RenjiaGuo,JunshouZheng,YunshanZhang*（通信作者）YuechunShi,Li,BocangQiuetal.,"SuppressinglongitudinalspatialholeburningwithdualassistedphaseshiftsinpitodulatedDFBlasers,"ScienceBulletin,vol.60,pp.1-7,2015.(SCI三區(qū))YuechunShi,LianyanLi,JilinZheng,YunshanZhang*（通信作者）,Qiu,XiangfeiChen,"16-WavelengthDFBLaserArrayWithHighChannel-SpacingUniformityBasedonEquivalentPhase-ShiftTechnique,"IEEEPhotonicsJournal,vol.6,pp.1-9,2014.(SCI二區(qū))JunshouZheng,YunshanZhangLianyanLi,SongTang,YuechunShi,XiangfeiChen,"Anequivalent-stepped-index-coupledDFBsemiconductorlaserandlaserarrayrealizedbystepthedutycycleoftheSampledBragggrating,"Optics&LaserTechnology,vol.67,pp.38-43,2015.(SCI三區(qū))JilinZheng,YunshanZhang,YuechunShi,WeichunLi,BocangQiu,JunLu,al.,"ExperimentalDemonstrationofaMulti-Corrugation-Pitodulated(MCPM)DFBSemiconductorLaserBasedonReconstruction-Equivalent-ChirpTechnology,"IEEEPhotonicsJournal,vol.7,p.1508709,2015.(SCI二區(qū))YuechunShi,XiangfeiChen,LianyanLi,JingsiLi,TingtingZhang,JilinYunshanZhang,SongTang,Lian HouJohnMarshBocangQiu"Highchannelcountandhighprecisionchannelspacingmulti-wavelengthlaserarrayforfuturePICs,"Scientificreports,vol.4,pp.1-6,2014.(SCI一區(qū))申請(qǐng)專張?jiān)粕剑?，，，鄭俊守，玉桃?015.01張?jiān)粕?，飛，林，鄭俊守，，，-等效2014.05鄭俊守，飛，，張?jiān)粕?，?等效啁啾的2014.05鄭俊守，飛，，，張?jiān)粕?等效啁啾的非對(duì)稱等2013.11，林，，張?jiān)粕?，?013.09承擔(dān)項(xiàng)江蘇省自然科學(xué)基金-ROF激光器技術(shù)研究，BK20140414，20萬，2014.07/2017.06，在研，項(xiàng) 公司創(chuàng)新項(xiàng)目，面向xxxx的直接調(diào)制激光器的研究，202014.07/2015.06，在研，項(xiàng) 航空航天大學(xué)教育部開放課題，基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的模擬直調(diào)激光器的研究，RIMP-2013003，5萬，2013.08/2016.07，在研，主要國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目，寬帶高線性激光器和光探測(cè)器陣列技術(shù)研究，SS2015AA012302，66萬，2015.01/2017.12江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)項(xiàng)目、BA2014053、基于自主激光器的高速光接入設(shè)備研發(fā)和，900參考文LowellL.ScheinerDjafarK.Mynbaev,Fiber-OpticCommunicationTechnology:PrenticeHall,2000.R.J.Mears,L.Reekie,I.M.Jauncey,andD.N.Payne,"Low-noiseerbium-dopedfibreamplifieroperatingat1.54μm,"ElectronicsLetters,vol.23,pp.1026-1028,1987.Cisco.CiscoVisualNetworkingIndex:ForecastandMethodology,2014–2019[Online].Available:ht Cisco.(2015).TheZettabyteEra:Trendsandysis.Available:http://HY