准连续调谐31nm的取样光栅DBR激光器的研制

第41卷第10期2020年10月发光学报CHINESE JOUＲNAL OF LUMINESCENCEVol.41No.10Oct．，2020文章编号：1000-7032（2020）10-1279-08L 波段宽调谐范围的取样光栅分布布拉格反射激光器设计徐长达1，2，陈伟1*，班德超1，2，孙文惠1（1．中国科学院半导体研究所固态光电信息技术实验室，北京100083；2．中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京100049）摘要：L 波段取样光栅分布布拉格反射（SG-DBＲ）激光器在高速光通信与无源光网络中具有广泛的应用前景。

本文以InGaAsP 作为无源波导区材料，从理论上分析了实现L 波段宽调谐SG-DBＲ激光器所需的关键参数，包括前后取样光栅的反射峰间隔、取样周期、占空比等。

同时采用传输矩阵模型，讨论了取样对数与前、后取样光栅反射特性的关系。

最后得到了一组优化的SG-DBＲ激光器参数，其对应的调谐范围达到47．6nm 。

关键词：L 波段；传输矩阵法；SG-DBＲ激光器；宽调谐范围中图分类号：TN248．4文献标识码：ADOI ：10．37188/CJL．20200201Design of Sampled Grating Distributed BraggＲeflector Laser with Wide Tuning Ｒange in L-bandXU Chang-da 1，2，CHEN Wei 1*，BAN De-chao 1，2，SUN Wen-hui 1（1．Laboratory of Solid State Optoelectronic Information Technology ，Institute of Semiconductors ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100083，China ；2．College of Materials Science and Opto-Electronic Technology ，University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ）*Corresponding Author ，E-mail ：wchen @semi．ac．cnAbstract ：L-band SG-DBＲlasers have wide application prospects in high-speed optical communica-tion and passive optical networks．In this paper ，using InGaAsP as the passive waveguide region ma-terial ，the key parameters which are necessary to realize the wide-tuned SG-DBＲlaser in L-band are theoretically analyzed ，including the reflection peak interval ，number of sample period and duty ratio of the sampled grating．At the same time ，the relationship between the sampling logarithm and the reflection characteristics of the front sampling grating （FSG ）and rear sampling grating （ＲSG ）is dis-cussed by using the transmission matrix model．Finally ，a set of optimized SG-DBＲlaser parameters were obtained ，and the corresponding tuning range reached 47．6nm．Key words ：L-band ；transmission matrix method ；SG-DBＲlaser ；wide tuning range收稿日期：2020-07-11；修订日期：2020-08-10基金项目：国家重点研发计划；中国科学院青年创新促进会资助项目Supported by National Key Ｒ＆D Program of China ；Youth Innovation Promotion Association of The Chinese Academy of Sci-ences1引言为了进一步提高通信容量，波分复用技术不断从C 波段延伸到L 波段，随着信道数的增加，固定波长激光器的备份压力也不断增大，而可调谐激光器通过覆盖相邻的信道波长，可以减少固定波长激光器的备份数量，被认为是波分复用光系统中的理想光源。

dbr激光器工作原理DBR激光器工作原理激光器是一种能够产生高强度、高单色性、高方向性的光束的装置，其应用广泛，包括通信、医疗、材料加工等领域。

DBR （Distributed Bragg Reflector）激光器是一种常用的激光器结构，其工作原理基于布拉格反射原理。

DBR激光器由三个主要部分组成：布拉格光栅、活性介质和波导。

布拉格光栅是一种周期性的结构，由交替的高折射率和低折射率层组成。

活性介质一般是半导体材料，其中通过注入电流来激发光子。

波导则负责将光束引导在活性介质中传播。

DBR激光器的工作原理如下：首先，通过加电流的方式激活活性介质，使其产生光子。

这些光子被引导到布拉格光栅中，其中一部分光子会被光栅反射回去，一部分则通过光栅继续传播。

反射回去的光子与通过的光子在波导中相互干涉，形成了一种特定频率的光波。

这种特定频率的光波受到布拉格光栅的周期性结构的限制，只能以特定的波长传播。

为了调节DBR激光器的输出波长，可以通过改变布拉格光栅的周期来实现。

布拉格光栅的周期可以通过改变电流注入布拉格光栅区域的程度来调节。

当电流改变时，布拉格光栅的折射率也会改变，从而导致反射波长的改变。

因此，通过改变注入电流，可以实现DBR激光器输出波长的调节。

为了确保DBR激光器的单模特性，布拉格光栅的反射频率必须与波导中光的传播频率相匹配。

这可以通过控制布拉格光栅的周期、折射率和波导的尺寸来实现。

当布拉格光栅的反射频率与波导中光的传播频率匹配时，只有特定波长的光能够得到增益，从而实现单模输出。

总结一下，DBR激光器是一种基于布拉格反射原理的激光器。

通过改变布拉格光栅的周期，可以调节激光器的输出波长。

为了确保单模输出，布拉格光栅的反射频率必须与波导中光的传播频率匹配。

DBR激光器具有调谐范围广、输出功率高、尺寸小等优点，因此在光通信、光存储、光谱分析等领域得到广泛应用。

SGDBR型激光器的波长自动控制系统吕辉;黄楚云;徐国旺;余永林;黄德修;舒坦;江山;董雷【摘要】根据取样光栅分布布拉格反射器(SGDBR)型激光器的波长调谐原理,设计出用于SGDBR型激光器的波长自动控制系统.利用该系统对自行研制的SGDBR型激光器进行了准确、快速的波长扫描,为器件的动态性能研究奠定了测试基础.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】4页(P52-54,58)【关键词】取样光栅分布布拉格反射器型激光器;波长自动控制;波长扫描【作者】吕辉;黄楚云;徐国旺;余永林;黄德修;舒坦;江山;董雷【作者单位】湖北工业大学,理学院,湖北,武汉,430068;华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉光电国家实验室,湖北,武汉,430074;湖北工业大学,理学院,湖北,武汉,430068;湖北工业大学,理学院,湖北,武汉,430068;华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉光电国家实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉光电国家实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉光电国家实验室,湖北,武汉,430074;武汉理工光科,湖北,武汉,430074;武汉光迅科技股份有限公司,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TN3650 引言取样光栅分布布拉格反射器(SGDBR)型激光器作为可调谐半导体激光器的代表，具有体积小、结构简单、波长调谐范围宽和动态特性好等优势[1]。

SGDBR型激光器由增益节、相位节和前、后取样光栅节4个节段构成，其波长调谐是通过改变相位节和前、后取样光栅节3个调谐节电流来实现的，每一个指定的输出波长与相应的调谐节电流组合对应。

为了使SGDBR型激光器的输出波长精度及稳定度符合密集波分复用(DWDM)系统对所用光源中心波长偏差的要求，必须对SGDBR 型激光器的各节驱动电流进行严格控制。

可调谐半导体激光器的发展及应用郝秀晴;陈根祥【摘要】如今可调谐半导体激光器的技术日益成熟,其在光通信网络的应用逐渐增加.通过介绍几种常见可调谐半导体激光器的原理及性能,阐述了其在国内外的发展现状;在此基础上指出目前供应商对通信光源的具体需求,从而为今后可调谐激光器的发展指明了方向,最后进一步对其市场应用前景进行了展望.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2010(034)011【总页数】4页(P4-7)【关键词】可调谐半导体激光器;光纤通信;调谐原理【作者】郝秀晴;陈根祥【作者单位】北京交通大学,光波技术研究所,北京,100044;北京交通大学,光波技术研究所,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TN3650 引言随着各种新兴技术特别是波分复用（wavelengthdivision multiplexing,WDM）技术等在光通信领域中的广泛应用，使得人们对作为通信光源的激光器提出了更高的要求。

如果采用传统的固定波长激光器来产生相应频率的光，不但需要封装多个激光器，使光源的体积变得很大，而且还会增加光通信网络的成本，限制了光网络的扩展及网络的灵活性[1]。

通过引入可调谐半导体激光器，不仅可有效节省波分复用系统转换器，减少激光器以及其他模块的数量，还可有效降低光通信网络成本，改进光网络的功能性，并且还能提供动态波长,控制网络流量，自动恢复波长等功能[2]。

1 可调谐半导体激光器发展现状到目前为止，可调谐激光器已发展出多种基于不同理论模型的实现方式，但其基本组成结构大致相同，主要包括具有有源增益区和谐振腔的激光器、改变和选择波长的可调装置以及稳定输出波长装置三个部分组成。

通过直接或间接地改变激光器谐振腔的光学长度，使其中的谐振模式产生微小的变化，再通过选频元件选择出相应频率的光。

其中能在较宽波长范围内产生激光的半导体有源区是必不可缺的，如今半导体有源区大多都采用多量子阱（multiple quantum well,MQW）结构，只要注入半导体内的电流足够大,量子阱结构便能够在很宽的频谱范围内产生光增益[3]。

基于取样光栅的可调谐激光器的设计与研究吕向东; 赵建宜; 熊永华; 余思佳; 马卫东【期刊名称】《《光通信研究》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】5页(P47-51)【关键词】半导体激光器; 单片光子集成; 可调谐激光器【作者】吕向东; 赵建宜; 熊永华; 余思佳; 马卫东【作者单位】武汉光迅科技股份有限公司武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TN2480 引言现在的光纤通信系统对光器件的成本要求越来越严苛。

要降低光器件成本，其中一条重要的途径是增加光电子芯片的集成度，降低芯片尺寸及功耗，解决分立器件封装耦合的高昂成本。

目前广泛应用的光传输网络一般都是基于波分复用的，因此希望光电子器件能够在一个较广的范围内工作。

普通的分布反馈（Distributed Feed Back，DFB）激光器拥有十分优异的性能，但一般一个DFB激光器只能工作在数个国际电信联盟（Inter national Telecommunication Union，ITU）波长上，要实现波分复用往往需要数10种DFB激光器，这极大地增大了系统及设备商的仓储成本，限制了系统的配置灵活性。

为解决这一问题，可调谐激光器是一个理想的选择［1］。

传统的分布式布拉格反射（Distributed Bragg Reflector，DBR）激光器采用均匀光栅［2］，激光器的激射波长直接由均匀光栅的周期决定，因此，在同一光子集成芯片内的激射起始波长及调谐范围较为固定，难以覆盖更宽的工作范围。

若要在同一光子芯片中改变DBR激光器的激射起始波长及调谐范围，往往需要改变其光栅周期，这就需要采用更为复杂的注入电子束光刻之类的高精度微纳加工工艺，使得DBR激光器在该应用下的成本增加。

本文提出了一种基于取样光栅（Sa mpled Grating，SG）的3段式DBR可调谐激光器，可实现采用同一周期光栅的同一芯片，可在不同的DBR激光器内实现不同的激射起始波长及调谐范围，为DBR激光器在光电子集成芯片内的应用提供了更加灵活和低成本的方式。

宽带可调谐取样光栅DBR激光器(英文)
阚强;赵玲娟;张靖;周帆;王宝军;王鲁峰;王圩
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】2005(26)5
【摘要】利用离子注入量子阱混杂技术,成功研制了三段取样光栅(SG)- DBR激光器.器件不连续调谐范围超过30nm,边模抑制比大于30dB.
【总页数】4页(P853-856)
【关键词】取样光栅;分布布拉格反射激光器;梳装光谱;波长调谐
【作者】阚强;赵玲娟;张靖;周帆;王宝军;王鲁峰;王圩
【作者单位】中国科学院半导体研究所，北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.波长可调谐取样光纤光栅激光器的输出特性研究 [J], 刘艳;汪磊石;陶沛琳;冯素春;尹国路;任文华;谭中伟;简水生
2.宽带可变波长超周期结构衍射光栅DBR激光器 [J], 艾恕
3.基于取样光栅的可调谐激光器的设计与研究 [J], 吕向东; 赵建宜; 熊永华; 余思佳; 马卫东
4.L波段宽调谐范围的取样光栅分布布拉格反射激光器设计 [J], 徐长达;陈伟;班德超;孙文惠
5.基于SAG和QWI结合技术的电吸收调制器与可调谐DBR激光器的单片集成(英文) [J], 张靖;李宝霞;赵玲娟;王保军;周帆;朱洪亮;边静;王圩
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调制光栅Y分支激光器波长准连续调谐方法
任帅;庄炜;董明利;王永千;闫光;吴越
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2022(51)6
【摘要】针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)激光器难以实现特定波长稳定准连续调谐问题,提出一种基于K近邻模型的MG-Y激光器波长查找表构建方法。

该方法基于K近邻模型,快速分类得到左、右光栅准连续调谐区域,依据MG-Y激光器相位调谐特性,采用牛顿非均匀插值方法实现了MG-Y激光器波长精细调谐。

实验结果表明,按照该表控制激光器的输出光波长准确度为2 pm,稳定性为0.7 pm,F-P标准具解调波长稳定性为1.73 pm,FBG解调波长稳定性为1.75 pm,FBG解调波长相关系数R大于0.9525。

该方法可控制MG-Y激光器实现稳定的波长准连续调谐,满足光纤传感解调应用需求。

【总页数】9页(P315-323)
【作者】任帅;庄炜;董明利;王永千;闫光;吴越
【作者单位】北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室;北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.用半导体激光器作调制器的波长连续可调谐锁模光纤激光器
2.基于液晶/聚合物光栅的可调谐双波长有机激光器
3.45°倾斜光纤光栅波长可调谐调Q光纤激光器
4.内腔亚波长光栅液晶可调谐垂直腔面发射激光器
5.基于体布拉格光栅的
Nd:YAG/Cr^(4+):YAG激光器波长调谐特性
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基于光纤光栅的可调谐半导体激光器(英文)
赵春柳;马宁;董新永;刘志国;梁龙彬;袁树忠;开桂云;董孝义
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2002(31)12
【摘要】本文利用光纤光栅 (FBG)形成外腔反馈及F P半导体激光器的多模特性 ,得到波长稳定、可调谐的半导体激光光源 ,系统研究了不同反馈比率对激光器光谱特性的影响通过向FBG施加轴向拉力和压力可实现 1 0nm的波长调谐 ,得到一系列波长间隔 0 94nm的激光输出 ,边模抑制比达 35dB ,光谱线宽小于 0 2nm .【总页数】4页(P1514-1517)
【关键词】波长可调谐;半导体激光器;光纤光栅;激光二极管;多模特性;光谱特性【作者】赵春柳;马宁;董新永;刘志国;梁龙彬;袁树忠;开桂云;董孝义
【作者单位】南开大学现代光学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.光纤光栅外腔半导体激光器频率调谐技术研究 [J], 高源
2.单片机控制步进电机实现光纤光栅外腔半导体激光器调谐 [J], 金杰;李彬
3.基于可调谐半导体激光器的高分辨率多路复用光纤光栅波长解调系统 [J], 崔巍;苏建加;姜培培;吴波;沈永行
4.单片机控制步进电机实现光纤光栅外腔半导体激光器调谐 [J], 金杰;李彬;张建伟
5.基于级联直径蚀刻光纤声光光栅的双波长可调谐滤波器（英文） [J], 贾洁;冯选旗;张尧;齐新元;贺庆丽;白晋涛
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（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号CN102340100A（43）申请公布日 2012.02.01（21）申请号CN201010236535.0（22）申请日2010.07.22（71）申请人中国计量科学研究院地址100013 北京市北三环东路18号（72）发明人王少凯;臧二军;李烨;曹建平;方占军（74）专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所代理人李弘（51）Int.CIH01S5/14;H01S5/06;权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称光栅外腔激光器及其准同步调谐方法（57）摘要本发明提供了对光栅外腔激光器的激光波长或频率进行准同步调谐的方法，还提供了相应的激光器。

其中以一个准同步调谐点(Pq)为转动中心转动光栅或反射镜，从而实现光栅和谐振腔的选频作用的准同步调谐。

其中从激光器的实际物理空间上看，在xOy坐标平面上，满足准同步调谐条件的转动中心Pq(xq，yq)可以看作是从常规的同步调谐条件下的转动中心P0(x0，y0)拓展到P0点附近的两条抛物线所包含的区域内。

根据本发明，以简单和灵活的设计实现了激光的近似同步调谐。

法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2012-02-01公开公开2012-02-01公开公开2013-05-08实质审查的生效实质审查的生效2013-05-08实质审查的生效实质审查的生效2015-06-03授权授权2015-06-03授权授权2017-09-08专利权的终止专利权的终止权利要求说明书光栅外腔激光器及其准同步调谐方法的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书光栅外腔激光器及其准同步调谐方法的说明书内容是....请下载后查看。