【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變布拉格光柵區(qū)的折射率，從而方便地對(duì)該混合集成的激光器進(jìn)行調(diào)諧。對(duì)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(dǎo)的兩側(cè)一段距離，通過(guò)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(dǎo)下層的SiO2 層是熱的不良導(dǎo)體，因此熱量不容易從襯低泄漏，因此可以很快達(dá)到熱平衡而降低器件功耗，同時(shí)硅為熱的良導(dǎo)體，熱響應(yīng)很快，因此調(diào)諧速度也比較快。對(duì)于電光調(diào)諧，根據(jù)硅的等離子色散效應(yīng)[22]，當(dāng)注入載流子濃度較低時(shí)，折射率隨著載流子注入而減小，同時(shí)載流子吸收效應(yīng)較小，隨著注入濃度測(cè)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(duì)不同的波長(zhǎng)是不同的。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是由于大電流注入下的芯片發(fā)熱問(wèn)題嚴(yán)重，同時(shí)SiO2 波導(dǎo)層對(duì)若的擴(kuò)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(shí)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(dòng)態(tài)特性研究 光纖光柵外腔激光器小信號(hào)調(diào)制特性分析一、外腔激光器調(diào)制的諧振增強(qiáng)效應(yīng)激光器為了獲得高頻調(diào)制，腔長(zhǎng)必須短，這樣便減小了光子壽命，從而獲得高頻響應(yīng)。典型的外腔激光器由一端鍍上增透膜的半導(dǎo)體激光器和外反射鏡構(gòu)成，它的腔長(zhǎng)也是比較長(zhǎng)，因此小信號(hào)調(diào)制時(shí)除了可以看到張馳振蕩峰以外，激光器在相對(duì)于激光器腔長(zhǎng)及腔長(zhǎng)倍數(shù)的諧振頻率處出現(xiàn)處對(duì)調(diào)制信號(hào)響應(yīng)的增強(qiáng)效應(yīng)，稱(chēng)之為共振增強(qiáng)效應(yīng)[24]因?yàn)閱喂芗す馄鞯那婚L(zhǎng)較短，對(duì)應(yīng)的諧振頻率較高，一般為上百GHz，因此一般的小信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)只能觀察到由載流子壽命和器件RC 響應(yīng)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(qiáng)峰[23]。二、光纖光柵外腔激光器有效反射率的響應(yīng)對(duì)于光纖光柵外腔激光器，我們?nèi)匀粦?yīng)用耦合腔模型，具體分析等效的腔面反射率Reff 對(duì)激光器的響應(yīng)。從第三章的靜態(tài)特性分析可以看出，從波長(zhǎng)上看，Reff 相當(dāng)于一個(gè)波長(zhǎng)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(shí)域特性，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，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(duì)調(diào)制信號(hào)的共振增強(qiáng)效應(yīng)，用該器件來(lái)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(duì)動(dòng)態(tài)特性的要求很容易滿足；由于器件尺寸比較長(zhǎng)，激光器的有效長(zhǎng)度可以方便地控制在幾毫米至幾厘米之間，甚至更長(zhǎng)，并且腔長(zhǎng)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(gè)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(shí)相對(duì)于均勻的光纖光柵來(lái)說(shuō)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(duì)脈沖的啁啾在腔內(nèi)同時(shí)進(jìn)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(cè)試結(jié)果。為了使光纖光柵外腔激光器可作為主動(dòng)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(lái)與光纖光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)接耦合。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行不同的鎖模的調(diào)制。 光纖光柵外腔激光器的制作及測(cè)試 所示。它的制作包括幾個(gè)關(guān)鍵方面：半導(dǎo)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(yīng)用時(shí)還需要器件的高頻特性好；對(duì)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(dǎo)體光放大器(SOA)以及半導(dǎo)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(shí)為了進(jìn)一步降低反射，斜腔結(jié)構(gòu)以及端面開(kāi)窗的方法一般應(yīng)用于這兩種器件的制作上。三種方法同時(shí)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(dāng)大。光纖光柵外腔激光器相當(dāng)于在腔內(nèi)存在兩個(gè)殘余反射率的鏡面，因此如果殘余反射率比較大，則預(yù)期對(duì)光脈沖的質(zhì)量會(huì)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(jiǎn)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(shè)計(jì)的原因是可以避免對(duì)較長(zhǎng)的激光器區(qū)進(jìn)行直接調(diào)制，通過(guò)對(duì)較短的調(diào)制區(qū)進(jìn)行調(diào)制，使器件形成高重復(fù)頻率的主動(dòng)鎖模。無(wú)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(yīng)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(zhǎng)比它的光熒光波長(zhǎng)要長(zhǎng)。因此，激光器的激射波長(zhǎng)(增益峰值處)移到了量子阱材料的的吸收邊，這時(shí)導(dǎo)致了吸收系數(shù)將會(huì)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?cè)O(shè)計(jì)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(lái)進(jìn)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(gè)方面進(jìn)行調(diào)制[28]：1. 利用飽和吸收區(qū)的快速飽和吸收特性對(duì)腔內(nèi)的損耗形成調(diào)制，這就相當(dāng)于將光纖光柵外腔激光器用作被動(dòng)鎖模，這種方法目前還沒(méi)有報(bào)道；2. 由于我們制作的調(diào)制區(qū)是高頻響應(yīng)的調(diào)制區(qū)，對(duì)此飽和吸收區(qū)進(jìn)行反向調(diào)制；3. 直接對(duì)吸收區(qū)進(jìn)行吸收損耗調(diào)制；4. 對(duì)吸收區(qū)利用正向注入電流，注入幅度剛達(dá)到該區(qū)的閾值附近的方法來(lái)改變整個(gè)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(dāng)于對(duì)激光器進(jìn)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(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制本質(zhì)上沒(méi)什么兩樣。 高頻小信號(hào)調(diào)制特性 的激光器管芯進(jìn)行了小信號(hào)調(diào)制實(shí)驗(yàn)，激光器長(zhǎng)度300 μm，燒結(jié)在具有共面電極的熱沉上，以方便小信號(hào)測(cè)試。測(cè)量了不同偏置電流下的響應(yīng)，當(dāng)If＝70mA 時(shí)獲得了12 GHz 的調(diào)制帶寬，若進(jìn)一步增大電流調(diào)制帶寬將會(huì)更大。器件的調(diào)制特性表明，完全可以利用這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的激光器與光纖光柵對(duì)接形成光纖光柵外腔激光器，并且進(jìn)行主動(dòng)鎖模調(diào)制。進(jìn)一步的工作包括測(cè)試集成兩段式激光器的小信號(hào)調(diào)制響應(yīng)特性，目前工作正在進(jìn)行中。第六章 結(jié) 論光纖光柵外腔激光器由于其價(jià)格便宜，性能優(yōu)越，應(yīng)用方便靈活，具有極大的