單片集成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的控制研究.pdf

1、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器一直被認(rèn)為是光纖通信系統(tǒng)和下一代光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一。它不僅能為密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)提供及時(shí)、有效的庫(kù)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(gòu)光網(wǎng)絡(luò)提供自動(dòng)波長(zhǎng)配置、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和波長(zhǎng)路由功能,從而大大增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性和帶寬利用率。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器憑借著其廣闊的應(yīng)用前景，受到了國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注。本論文針對(duì)單片集成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的控制及相關(guān)應(yīng)用展開(kāi)了較系

2、統(tǒng)而深入的研究，具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1) 介紹了可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的理論基礎(chǔ)，包括半導(dǎo)體激光器的增益譜特性和布拉格反射（DBR）光柵的波長(zhǎng)選擇機(jī)制，以及取樣光柵分布布拉格反射器（SGDBR）
　　 型激光器中的游標(biāo)（Ver n I e r）波長(zhǎng)調(diào)諧原理，為本論文SGDBR 激光器及與半導(dǎo)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(jù)。
　　 (2)

3、 結(jié)合SGDBR 激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧原理，設(shè)計(jì)出SGDBR 激光器的波長(zhǎng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。利用該波長(zhǎng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、快速地完成SGDBR 激光器的波長(zhǎng)定標(biāo)，為器件的動(dòng)態(tài)性能研究奠定了測(cè)試基礎(chǔ)。
　　 (3)對(duì)SGDBR 激光器內(nèi)部熱電制冷器（TEC）的控制進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)兩種不同TEC 控制方式的比較，分析了TEC 控制電路對(duì)SGDBR 激光器動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)切換的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了改進(jìn)方案。
　　 (4)對(duì)SGDBR

4、 激光器及SGDBR-SOA 集成器件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)切換的實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了切換過(guò)程中瞬態(tài)模式產(chǎn)生的影響，并通過(guò)SOA 節(jié)的快速開(kāi)關(guān)控制改善了器件的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)切換性能。
　　 (5) 根據(jù)速率方程分別推導(dǎo)出SGDBR-SOA 集成器件的增益節(jié)和SOA 節(jié)小信號(hào)電流調(diào)制的等效微波電路模型。利用受控源將前面推導(dǎo)出的兩個(gè)電路模型級(jí)聯(lián)，并考慮增益節(jié)的寄生效應(yīng)，構(gòu)成SGDBR-SOA 集成器件增益節(jié)小信號(hào)調(diào)制的等效電路模型。

5、>　　 在實(shí)驗(yàn)測(cè)得的器件微波S 參數(shù)（反射系數(shù)S11和傳輸系數(shù)S21）的基礎(chǔ)上，采取解析計(jì)算和數(shù)值擬合相結(jié)合的方法提取電路模型中的所有電路參數(shù)，并在不同的增益節(jié)直流偏置和器件的不同工作波長(zhǎng)條件下完成電路參數(shù)的重復(fù)提取。最后利用得到的等效電路模型及參數(shù)值，對(duì)SGDBR-SOA 集成器件增益節(jié)小信號(hào)電流強(qiáng)度調(diào)制（IM）響應(yīng)分層次進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明寄生效應(yīng)及集成的SOA對(duì)于SGDBR 激光器直接調(diào)制響應(yīng)的抑制作用。
　　 (6)

6、 根據(jù)SOA的載流子和光子濃度速率方程推導(dǎo)出SGDBR-SOA 集成器件SOA節(jié)小信號(hào)電流調(diào)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(shù)。集成的SGDBR 激光器的不同輸出波長(zhǎng)和輸出光功率對(duì)SOA 節(jié)電流調(diào)制會(huì)產(chǎn)生不同的影響，電路模型中用不同的電路參數(shù)值來(lái)體現(xiàn)。利用得到的模型和參數(shù)對(duì)集成器件SOA 節(jié)小信號(hào)電流調(diào)制導(dǎo)致的輸出頻率變化特性進(jìn)行模擬，結(jié)果表明器件的頻率調(diào)制（FM）響應(yīng)與SOA 節(jié)直流偏置電流有關(guān)，F(xiàn)

7、M 響應(yīng)的大小在SOA節(jié)增益飽和點(diǎn)前后有不同的變化趨勢(shì)。另外，對(duì)器件輸出光頻率啁啾的時(shí)域變化曲線進(jìn)行了模擬，結(jié)果可與SGDBR 激光器增益節(jié)直接電流調(diào)制導(dǎo)致的頻率啁啾值相比擬，這也和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。
　　 (7)通過(guò)SGDBR-SOA 集成器件SOA 節(jié)小信號(hào)電流調(diào)制等效電路模型對(duì)SOA 節(jié)電流調(diào)制引起的光增益時(shí)域變化波形進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果提示了SOA 節(jié)電流調(diào)制導(dǎo)致SGDBR-SOA 集成器件輸出類(lèi)高階超寬帶（