【文章內(nèi)容簡介】 變布拉格光柵區(qū)的折射率，從而方便地對該混合集成的激光器進行調(diào)諧。對于熱光調(diào)諧，加熱電極覆蓋在在Bragg 光柵上，也可以延伸到波導的兩側(cè)一段距離，通過電極加熱使Bragg 光柵3 區(qū)的溫度產(chǎn)生變化。硅材料的熱光系數(shù)比較大，104, ,很容易獲得5nm 以上的調(diào)諧范圍。由于硅波導下層的SiO2 層是熱的不良導體，因此熱量不容易從襯低泄漏，因此可以很快達到熱平衡而降低器件功耗，同時硅為熱的良導體，熱響應很快，因此調(diào)諧速度也比較快。對于電光調(diào)諧，根據(jù)硅的等離子色散效應[22]，當注入載流子濃度較低時，折射率隨著載流子注入而減小，同時載流子吸收效應較小，隨著注入濃度測增加吸收系數(shù)明顯增大。因此，吸收系數(shù)的變化使得激光器輸出功率對不同的波長是不同的。它的另一個缺點是由于大電流注入下的芯片發(fā)熱問題嚴重，同時SiO2 波導層對若的擴散有阻擋作用，因此注入電流不能太高，這就影響了調(diào)諧范圍。因此電光可調(diào)諧激光器只能實現(xiàn)比熱光可調(diào)諧激光器小的調(diào)諧范圍。第四章 光纖光柵外腔激光器動態(tài)特性研究 光纖光柵外腔激光器小信號調(diào)制特性分析一、外腔激光器調(diào)制的諧振增強效應激光器為了獲得高頻調(diào)制，腔長必須短，這樣便減小了光子壽命，從而獲得高頻響應。典型的外腔激光器由一端鍍上增透膜的半導體激光器和外反射鏡構(gòu)成，它的腔長也是比較長，因此小信號調(diào)制時除了可以看到張馳振蕩峰以外，激光器在相對于激光器腔長及腔長倍數(shù)的諧振頻率處出現(xiàn)處對調(diào)制信號響應的增強效應，稱之為共振增強效應[24]因為單管激光器的腔長較短，對應的諧振頻率較高，一般為上百GHz，因此一般的小信號測試系統(tǒng)只能觀察到由載流子壽命和器件RC 響應形成的張馳振蕩峰，而很難觀察到較高頻率的激光諧振增強峰[23]。二、光纖光柵外腔激光器有效反射率的響應對于光纖光柵外腔激光器，我們?nèi)匀粦民詈锨荒Ｐ?，具體分析等效的腔面反射率Reff 對激光器的響應。從第三章的靜態(tài)特性分析可以看出，從波長上看，Reff 相當于一個波長選擇性器件，在它的反射帶寬內(nèi)光波形成反饋。那么我們同樣可以分析該濾波器的時域特性，為簡單起見，我們考慮理想情況，即多次反射間的耦合效率都為。 光纖光柵外腔激光器的鎖模特性分析由于光纖光柵外腔激光器對調(diào)制信號的共振增強效應，用該器件來作為鎖模的激光器將非常方便，并且靜態(tài)特性容易控制，因此對動態(tài)特性的要求很容易滿足；由于器件尺寸比較長，激光器的有效長度可以方便地控制在幾毫米至幾厘米之間，甚至更長，并且腔長的調(diào)節(jié)余地很大，因此在小于幾十GHz 的調(diào)制速率范圍內(nèi)下可以出現(xiàn)幾個諧振峰，這樣可以方便地使調(diào)制頻率符合其中所需要的諧振峰，也可以理解為諧波鎖模，這樣可以自由方便的改變脈沖輸出頻率；脈沖寬度可以控制[24]。啁啾光纖光柵的制作也已經(jīng)比較成熟，而且在光纖光柵的反射率帶寬要求較大時相對于均勻的光纖光柵來說比較容易制作，啁啾率的大小可以控制；而且啁啾光纖光柵是很好的脈沖壓縮器件[25]，可以對脈沖的啁啾在腔內(nèi)同時進行壓縮，使輸出的光脈沖更接近于變換極限。第五章光纖光柵外腔激光器的制作及特性分析本章介紹了光纖光柵外腔激光器的制作及特性分析。首先介紹了激光器和光纖光柵耦合形成的外腔激光器的制作與測試結(jié)果。為了使光纖光柵外腔激光器可作為主動鎖模的激光器， 的兩段式的激光器管芯，包括調(diào)制區(qū)和激光器區(qū)，該兩段式激光器用來與光纖光柵實現(xiàn)對接耦合。實驗上分別研究了管芯的靜態(tài)特性，并提出了利用該吸收區(qū)進行不同的鎖模的調(diào)制。 光纖光柵外腔激光器的制作及測試 所示。它的制作包括幾個關鍵方面：半導體激光器管芯的制作，要求外延片質(zhì)量較高，量子阱材料微分增益高，溫度特性好，高頻應用時還需要器件的高頻特性好；對管芯的一端面鍍制增透膜；參數(shù)精確控制的光纖光柵的制作；光纖光柵與激光器的高效耦合。 光纖光柵外腔激光器的示意圖半導體光放大器(SOA)以及半導體超輻射管（SLD)的制作都需要在激光器端面鍍制高質(zhì)量的增透膜，同時為了進一步降低反射，斜腔結(jié)構(gòu)以及端面開窗的方法一般應用于這兩種器件的制作上。三種方法同時使用可以使SOA 的反射率減少至10－5 的水平。顯然，如此低的反射率使得制作難度相當大。光纖光柵外腔激光器相當于在腔內(nèi)存在兩個殘余反射率的鏡面，因此如果殘余反射率比較大，則預期對光脈沖的質(zhì)量會有一定的影響[26]。 集成電吸收調(diào)制器的光纖光柵外腔激光器的制作我們提出了一種簡單的光纖光柵外腔激光器，管芯的主要結(jié)構(gòu)為同一有源區(qū)結(jié)構(gòu)的調(diào)制器和激光器集成，再與光纖光柵耦合形成光纖光柵外腔激光器。它比普通的光纖光柵外腔激光器多了一段集成的調(diào)制區(qū)，這樣設計的原因是可以避免對較長的激光器區(qū)進行直接調(diào)制，通過對較短的調(diào)制區(qū)進行調(diào)制，使器件形成高重復頻率的主動鎖模。無論是雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)還是量子阱結(jié)構(gòu)，由于多體效應在大注入的情況下，它們的能隙要收縮，結(jié)果是激光器的激射波長比它的光熒光波長要長。因此，激光器的激射波長(增益峰值處)移到了量子阱材料的的吸收邊，這時導致了吸收系數(shù)將會小一些[27]。 集成有調(diào)制器的光纖光柵外腔激光器的鎖模特性分析利用 小節(jié)激光器和調(diào)制器集成的制作方法，我們設計了集成有電吸收調(diào)制器的光纖光柵外腔激光器。兩段式的激光器結(jié)構(gòu)可以嘗試不同的調(diào)制方法。首選結(jié)構(gòu)為EA 和激光器的集成，這樣可以非常方便的調(diào)制腔內(nèi)的損耗。若這兩段是同一種有源區(qū)的話，就要利用短區(qū)的特性來進行調(diào)制。我們已經(jīng)制作成功了兩段式的集成器件，則我們可以從下面幾個方面進行調(diào)制[28]：1. 利用飽和吸收區(qū)的快速飽和吸收特性對腔內(nèi)的損耗形成調(diào)制，這就相當于將光纖光柵外腔激光器用作被動鎖模，這種方法目前還沒有報道；2. 由于我們制作的調(diào)制區(qū)是高頻響應的調(diào)制區(qū)，對此飽和吸收區(qū)進行反向調(diào)制；3. 直接對吸收區(qū)進行吸收損耗調(diào)制；4. 對吸收區(qū)利用正向注入電流，注入幅度剛達到該區(qū)的閾值附近的方法來改變整個腔中的損耗也是一種調(diào)制方法，但是這種方法也就是相當于對激光器進行增益調(diào)制，因此調(diào)制速度受到載流子壽命和寄生參數(shù)的共同影響，因此與直接對激光器進行調(diào)制本質(zhì)上沒什么兩樣。 高頻小信號調(diào)制特性 的激光器管芯進行了小信號調(diào)制實驗，激光器長度300 μm，燒結(jié)在具有共面電極的熱沉上，以方便小信號測試。測量了不同偏置電流下的響應，當If＝70mA 時獲得了12 GHz 的調(diào)制帶寬，若進一步增大電流調(diào)制帶寬將會更大。器件的調(diào)制特性表明，完全可以利用這種波導結(jié)構(gòu)的激光器與光纖光柵對接形成光纖光柵外腔激光器，并且進行主動鎖模調(diào)制。進一步的工作包括測試集成兩段式激光器的小信號調(diào)制響應特性，目前工作正在進行中。第六章 結(jié) 論光纖光柵外腔激光器由于其價格便宜，性能優(yōu)越，應用方便靈活，具有極大的