一種新型取樣光柵多波長激光器陣列.pdf

1、作為波分復(fù)用技術(shù)中的核心器件，多波長光源已被廣泛研究。在諸多的解決方案中，取樣光柵結(jié)構(gòu)，以其設(shè)計簡單制作成本低而備受關(guān)注。
　　傳統(tǒng)取樣光柵的取樣方式，一般都是將均勻Bragg光柵做周期性地刻蝕。在取樣光柵的反射譜上，除了原Bragg光柵對應(yīng)的波長（本文稱為零階模式）有反射峰外，還會出現(xiàn)波長與取樣周期有關(guān)的高階項（本文稱為一階模式，二階模式等）。利用取樣光柵做多波長激光器陣列的核心，在于如何抑制零階模式，使得一階模式激射，再通過調(diào)

2、節(jié)取樣周期，獲得不同的激射波長，以設(shè)計多波長激光器陣列。
　　在分析計算取樣光柵反射譜時，可以發(fā)現(xiàn)，無論如何調(diào)節(jié)取樣周期的占空比，都是零階模式對應(yīng)的反射率最大，這意味著在激光器中零階模式對應(yīng)的閾值增益更低，更容易激射?？梢酝ㄟ^對取樣光柵折射率分布表達(dá)式做傅里葉級數(shù)展開從數(shù)學(xué)上驗證，調(diào)節(jié)占空比，只能使零階模式與一階模式對應(yīng)的展開項系數(shù)差距減小，但零階模式對應(yīng)項系數(shù)始終是大于一階模式。在已報道的文獻(xiàn)中，解決該問題的辦法，或是采用兩區(qū)域

3、非對稱采用，使兩區(qū)域內(nèi)的一階模式波長相同，而零階模式波長不同，以使整個光腔內(nèi)一階模式對應(yīng)閾值增益較低；或是采用窄帶寬的材料增益譜，使零階模式獲得的增益遠(yuǎn)小于一階模式。
　　本文設(shè)想提出一種新型取樣光柵結(jié)構(gòu)，使取樣光柵反射譜上零階模式的反射率為零，僅一階模式可以激射。實現(xiàn)方式如下：采用窄帶隙InGaAsP材料作為均勻Bragg光柵中高折射率部分，在注入電流后，會使其折射率因Kramers-Kronig關(guān)系而降低。若參數(shù)選取合適，可使

4、其降低到均勻Bragg光柵中低折射率值以下。若用N型摻雜的取樣光柵周期性地置于均勻Bragg光柵上方，可周期性地格擋載流子經(jīng)過均勻Bragg光柵，使得在注入電流后，均勻Bragg光柵中的高折射率周期性地降低，而非整體降低。通過調(diào)整激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以通過該方法實現(xiàn)激光器腔內(nèi)等效折射率差出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，形成新的光柵折射率分布。在新形成的光柵結(jié)構(gòu)的反射譜上，可使包含零階模式在內(nèi)的所有偶階模式對應(yīng)的反射率為零，僅一階模式可能激射。需指出的是，在本文

5、所采用的辦法中，不需將均勻Bragg光柵做周期性地刻蝕，故光柵的耦合強度不會因此而降低，激射波長的邊模抑制比也不會因此而減弱。
　　本文所提結(jié)構(gòu)中取樣光柵結(jié)構(gòu)的核心在于，折射率在激光器光腔內(nèi)出現(xiàn)周期性的降低。為了在計算工具中突出這一點，本文采用時域傳輸矩陣法，而不是以往文獻(xiàn)中常用的耦合波方程。在傳統(tǒng)的傳輸矩陣方程表達(dá)式中，一般取空間步長為Bragg周期長度的整數(shù)倍，目的是為了矩陣表達(dá)式簡便易寫。然而，在取樣光柵結(jié)構(gòu)中，取樣周期的長

6、度不再恰好是Bragg周期長度的整數(shù)倍，不能再直接套用傳統(tǒng)傳輸矩陣中的表達(dá)式取取樣光柵做計算。這可能也是以往文獻(xiàn)在計算取樣光柵結(jié)構(gòu)時大多是選擇耦合波方程的一個原因。為解決該問題，本文提出將每節(jié)取樣周期的傳輸矩陣分為三段來描述，即前段殘留、整數(shù)倍Bragg周期、后段殘留，給出這三段內(nèi)傳輸矩陣的通用矩陣表達(dá)式，可以選取任意長度的取樣周期。
　　本文采用時域傳輸矩陣法，計算分析了上述結(jié)構(gòu)，通過對參數(shù)的優(yōu)化，設(shè)計了工作于C-band的等波