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半導體激光器

幾種半導體可調諧激光器原理及特點

星之球激光 來源:佳工機電網2011-10-15 我要評論(0 )   

比較常見的可調諧半導體(ti) 激光器從(cong) 實現技術上有:電流控製技術、溫度控製技術和機械控製技術等類型。其中電控技術是通過改變注入電流實現波長的調諧,具有ns級調諧速度,...

比較常見的可調諧半導體(ti) 激光器從(cong) 實現技術上有:電流控製技術、溫度控製技術和機械控製技術等類型。其中電控技術是通過改變注入電流實現波長的調諧,具有ns級調諧速度,較寬的調諧帶寬,但輸出功率較小,基於(yu) 電控技術的主要有SG-DBR(采樣光柵DBR)和GCSR(輔助光柵定向耦合背向取樣反射)激光器。溫控技術是通過改變激光器有源區折射率,從(cong) 而改變激光器輸出波長的。該技術簡單,但速度慢,可調帶寬窄,隻有幾個(ge) nm。基於(yu) 溫控技術的主要有DFB(分布反饋)和DBR(分布布喇格反射)激光器。機械控製主要是基於(yu) MEMS(微機電係統)技術完成波長的選擇,具有較大的可調帶寬、較高的輸出功率。基於(yu) 機械控製技術的主要有DFB(分布反饋)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表麵發射激光器)等結構。下麵從(cong) 這幾個(ge) 方麵可調諧激光器的原理進行說明。

1、基於(yu) 電流控製技術

基於(yu) 電流控製技術的一般原理是通過改變可調諧激光器內(nei) 不同位置的光纖光柵和相位控製部分的電流,從(cong) 而使光纖光柵的相對折射率會(hui) 發生變化,產(chan) 生不同的光譜,通過不同區域光纖光柵產(chan) 生的不同光譜的疊加進行特定波長的選擇,從(cong) 而產(chan) 生需要的特定波長的激光。

一種基於(yu) 電流控製技術的可調諧激光器采用SGDBR(Sampled GratingDistributed Bragg Reflector)結構。

該類型的激光器主要分為(wei) 半導體(ti) 放大區、前布喇格光柵區、激活區、相位調整區和後布拉格光柵區。其中前布喇格光柵區、相位調整區和後布喇格光柵區分別通過不同的電流來改變該區域的分子分布結構,從(cong) 而改變布喇格光柵的周期特性。

對於(yu) 在激活區(Active)產(chan) 生的光譜,分別在前布喇格光柵區和後布喇格光柵區形成頻率分布有較小差異的光譜。對於(yu) 需要的特定波長的激光,可調諧激光器分別對前布喇格光柵和後布喇格光柵施加不同電流,使得在這兩(liang) 個(ge) 區域產(chan) 生隻有此特定波長重疊其他波長不重疊的光譜,從(cong) 而使需要的特定波長能夠輸出。同時該種激光器還包含半導體(ti) 放大器區,使輸出的特定波長的激光光功率達到100mW或者20mW。

2、基於(yu) 機械控製技術

基於(yu) 機械控製技術一般采用MEMS來實現。一種基於(yu) 機械控製技術的可調諧激光器采用MEMs-DFB結構。

可調諧激光器主要包括DFB激光器陣列、可傾(qing) 斜的MEMs鏡片和其他控製與(yu) 輔助部分。

對於(yu) DFB激光器陣列區存在若幹個(ge) DFB激光器陣列,每個(ge) 陣列可以產(chan) 生帶寬約為(wei) 1.0nm內(nei) 的間隔為(wei) 25Ghz的特定波長。通過控製MEMs鏡片旋轉角度來對需要的特定波長進行選擇,從(cong) 而輸出需要的特定波長的光。

另一種基於(yu) VCSEL結構ML係列係列的可調諧激光器,其設計基於(yu) 光泵浦垂直腔麵發射激光器,采用半對稱腔技術,利用MEMS實現連續的波長調諧。同時通過此方法可得到大的輸出光功率和寬光譜調諧範圍,熱敏電阻和TEC封裝在一起,以便在寬的溫度範圍內(nei) 具有穩定的輸出。為(wei) 了精確頻率控製一個(ge) 寬帶波長控製器被集成同一管殼內(nei) ,前端分接光功率檢測器及光隔離器用於(yu) 提供穩定的輸出功率。這種可調激光器可以在C波段和L波段提供10/20mW光功率。

對於(yu) 這種原理的可調諧激光器主要缺點是調諧時間比較慢,一般需要幾秒的調諧穩定時間。

3、基於(yu) 溫度控製技術

基於(yu) 溫度控製技術主要應用在DFB結構中,其原理在於(yu) 調整激光腔內(nei) 溫度,從(cong) 而可以使之發射不同的波長。

一種基於(yu) 該原理技術的可調激光器的波長調節是依靠控製InGaAsPDFB激光器工作在-5--50℃的變化實現的。模塊內(nei) 置有FP標準具和光功率檢測,連續光輸出的激光可被鎖定在ITU規定的50GHz間隔的柵格上。模塊內(nei) 有兩(liang) 個(ge) 獨立的TEC,一個(ge) 用來控製激光器的波長,另一個(ge) 用來保證模塊內(nei) 的波長鎖定器和功率檢測探測器恒溫工作。模塊還內(nei) 置有SOA來放大輸出光功率。

這種控製技術的缺點是單個(ge) 模塊的調諧的寬度不寬,一般隻有幾個(ge) nm,而且調諧時間比較長,一般需要幾秒的調諧穩定時間。

目前可調諧激光器基本上均采用電流控製技術、溫度控製技術或機械控製技術,有的供應商可能會(hui) 采用這些技術的一種或兩(liang) 種。當然隨著技術的發展,也可能會(hui) 出現其他新的可調諧激光器控製技術。

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