光通信領域傳(chuan) 統的光源均是基於(yu) 固定波長的激光器模塊，隨著光通信係統的不斷發展及應用推廣，固定波長激光器的缺點逐漸顯露出來：一方麵隨著DWDM技術的發展，係統中的波長數達到了上百個(ge) ，在需要提供保護的場合，每個(ge) 激光器的備份必須由相同波長的激光器提供，這樣導致備份激光器數量增加，成本上升；另一個(ge) 方麵由於(yu) 固定激光器需要區分波長，因此激光器的類型隨著波長數的增加而不斷增加，使得管理複雜程度和存貨水平；再有如果要支持光網絡中的動態波長分配，提高網絡靈活性，需要配備大量不同波長的固定激光器，但每隻激光器的使用率卻很低，造成資源浪費。針對這些不足，隨著半導體(ti) 及其相關(guan) 技術的發展，人們(men) 成功地研製出可調諧激光器，即在同一個(ge) 激光器模塊上控製輸出一定帶寬內(nei) 的不同波長，且這些波長值和間隔均滿足ITU-T的要求。

　　對於(yu) 下一代光網絡而言，可調諧激光器是實現智能光網絡的關(guan) 鍵因子，可以為(wei) 運營商提供更大彈性、更快波長供應速度，並最終實現更低的成本。未來長途光網絡將是波長動態係統的天下，這些網絡可以在很短的時間內(nei) 實現新的波長分配，由於(yu) 采用超長距離傳(chuan) 輸技術而無須使用再生器，從(cong) 而節省大筆開支。可調激光器有希望為(wei) 未來的通訊網絡提供新工具，用以進行波長管理、提高網絡效率和開發下一代光網絡。最吸引的一個(ge) 應用是可重配置光分插複用器（ROADM）。動態可重配置的網絡係統將出現在網絡市場中，大調節範圍的可調諧激光器也將因此而獲得更大的需求。

1、技術原理與(yu) 特性

可調諧激光器從(cong) 調諧原理上共有三種控製技術：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。下麵將從(cong) 這幾個(ge) 方麵可調諧激光器的原理進行說明。其中著重講當前最主流的可調諧技術——電流調諧技術。

1.1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激光器工作在一定溫度範圍的變化實現的。器件通過內(nei) 置鎖波器（標準具和監控探測器組成），將連續光輸出的激光可被鎖定在ITU規定的50GHz間隔的柵格上。一般器件內(nei) 封裝兩(liang) 個(ge) 獨立的TEC，一個(ge) 用來控製激光器芯片的波長，另一個(ge) 用來保證器件內(nei) 的鎖波器和功率檢測探測器恒溫工作。

　　這類激光器最大的優(you) 點是他們(men) 的性能與(yu) 固定波長激光器相似，具有輸出功率高，波長穩定性好，工作簡單的特點，成本低，技術成熟。但是也有有兩(liang) 個(ge) 主要缺點：一是單個(ge) 器件的調諧的寬度窄，一般隻有幾個(ge) nm，二是調諧時間長，一般需要幾秒的調諧穩定時間。

1.2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。

圖為(wei) 某公司DFB激光器整列圖

    另一種基於(yu) VCSEL結構的可調諧激光器，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。由一個(ge) 半導體(ti) 激光器加上一個(ge) 可以表麵發光的垂直激光增益諧振腔構成。在諧振腔的一端有一個(ge) 會(hui) 移動的反射器，能夠改變諧振腔的長度，從(cong) 而能改變激光波長。VCSEL的主要優(you) 點在於(yu) 它可以輸出純淨、連續的光束，並可簡單有效地耦合進光纖中。而且，由於(yu) 其性能可以在圓片上進行測定，其成本也較低。VCSEL的主要不足之處是輸出功率低，調節速度也不夠快，並且還有一個(ge) 外加的移動反射器。如果再加一個(ge) 光泵浦以提升其輸出功率，又會(hui) 提高整體(ti) 複雜性，增加激光器的功耗和成本。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。

1.3電流控製技術

　　與(yu) DFB不同，在可調諧DBR激光器中，波長是通過將激勵電流導向諧振腔的不同部位來改變的。這類激光器至少有四個(ge) 部分：通常有兩(liang) 個(ge) 布拉格光柵、一個(ge) 增益模塊和一個(ge) 對波長作細調的位相模塊。對於(yu) 這種類型的激光器，每一端都會(hui) 有很多布拉格光柵。換句話說，一段特定節距的光柵後，有一段間隔，然後有一段不同節距的光柵，再又是一段間隔，以此類推。這會(hui) 產(chan) 生一種梳狀的反射光譜。在激光器兩(liang) 端的布拉格光柵組產(chan) 生不同的梳狀的反射譜，當光在它們(men) 之間來回反射時，兩(liang) 個(ge) 不同的反射譜的疊加，結果是得到了一個(ge) 較寬的波長範圍。這種技術所使用的激勵電路相當複雜，但其調節速度非常快。所以基於(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（SampledGratingDistributedBraggReflector）結構。

處在激光器諧振腔前後兩(liang) 端的兩(liang) 個(ge) 反射器分別具有自己的反射峰係列，通過注入電流調節這兩(liang) 個(ge) 反射峰係列，即可使激光器輸出不同的波長。

處在激光器諧振腔一邊的兩(liang) 個(ge) 反射器具有多個(ge) 反射峰，MGYL激光器工作時，注入電流對它們(men) 進行調諧。兩(liang) 路反射光經1*2合路器/分路器疊加在一起。優(you) 化前端的反射率，使激光器在整個(ge) 調諧範圍內(nei) 獲得高功率輸出。#p#分頁標題#e#

2、行業(ye) 現狀

　　可調激光器是當今光通信器件領域的最前沿，國際上也僅(jin) 有幾家大型的光通信公司能提供此產(chan) 品。基於(yu) MEMS機械調諧的代表公司如SANTUR，基於(yu) SGBDR電流調節的如JDSU、Oclaro、Ignis、AOC等，這也是中國供應商極少數有染指的光器件領域之一，武漢奧新科技有限公司在可調激光器高端封裝方麵取得核心優(you) 勢，是國內(nei) 唯一能夠批量生產(chan) 可調激光器的企業(ye) ，已經批量向歐美廠商供貨。

　　JDSU利用InP單片集成的技術通過將激光器和調製器集成到一個(ge) 平台上推出了小尺寸的帶有可調激光器的XFP光模塊。隨著可調激光器市場的擴大，這個(ge) 產(chan) 品技術上現在發展的關(guan) 鍵正是小型化和低成本化。未來會(hui) 有越來越多的廠家推出XFP封裝的可調波長模塊。

　　未來的5年內(nei) ，可調激光器將會(hui) 是一個(ge) 熱點領域，市場的年複合增長率（CAGR）將達到37%，2012年它的規模將達到12億(yi) 美元；而同期其他重要元器件市場的年複合增長率分別是：固定波長激光器24%、探測器和接收器28%、外調製器35%。2012年，用於(yu) 光網絡的可調激光器、固定波長激光器以及光探測器其市場總額將達到80億(yi) 美元。

3、應用

　3.1可調激光器的應用領域

3.2可調激光器在光通信中的具體(ti) 應用

　　可調諧激光器的網絡應用可以分成兩(liang) 大部分：靜態應用和動態應用。

　　在靜態應用中，可調諧激光器的波長在使用過程中設定，並不隨時間而變化。最常見的靜態應用是用作源激光器的代替品，即用在密集波分複用（DWDM）傳(chuan) 輸係統中，讓一個(ge) 可調諧激光器充當多個(ge) 固定波長激光器和柔性源激光器的後備，可以減少用來支持係統中所有不同波長所需的線路卡的數量。

　　靜態應用中，對可調諧激光器的主要要求是價(jia) 格、輸出功率以及光譜特性，也就是說線寬和穩定性要和它替代的定波長激光器相當。波長可調範圍越大，性價(jia) 比也就越好，而不需要多快的調節速度。目前，配有精密可調諧激光器的DWDM係統應用越來越多。

　　未來，用作備份的可調激光器還要求有快的相應速度。當一個(ge) 密集波分複用信道失效時，一個(ge) 可調激光器可以自動啟用使其恢複工作。要實現這個(ge) 功能，激光器必須在10毫秒甚至更短的時間內(nei) 調到並鎖定在失效的波長，這樣才能保證整個(ge) 恢複時間短於(yu) 同步光網絡要求的50毫秒以下。

        在動態應用中，要求可調諧激光器的波長能在工作中有規律地變化，以增強光網絡的靈活性。這種應用一般都要求能提供動態的波長，以便將一個(ge) 波長從(cong) 一個(ge) 網絡段中加入或提出，以適應所要求的變化的容量。人們(men) 已經提出了一種簡單且更加靈活的ROADMs結構：這是一個(ge) 基於(yu) 同時使用可調激光器和可調濾波器的架構。可調激光器可以給係統加上某些波長，而可調濾波器可以從(cong) 係統中濾掉某些波長。可調激光器還可以解決(jue) 光交叉聯接裏麵的波長阻斷問題。目前，大多數光交叉聯接在光纖兩(liang) 端使用光-電-光交換界麵來避免這種問題。如果在輸入端使用可調激光器向OXC輸入，可以選擇一定的波長來保障光波以一個(ge) 清晰的路徑到達終點。

　　在未來，可調激光器還可以應用到波長路由和光分組交換中。

　　波長路由是指使用可調激光器就可以用簡單的固定交叉聯接器完全取代複雜的全光學開關(guan) ，這樣網絡的路由信號就需要改變。每個(ge) 波長的信道連接到一個(ge) 唯一的目標地址，從(cong) 而形成一個(ge) 網狀虛擬聯接。傳(chuan) 輸信號時，可調激光器必須將它的頻率調整到目標地址相對應的頻率上。

　　光分組交換是指真正的光分組交換是將信號按一個(ge) 個(ge) 數據包來進行波長路由傳(chuan) 輸。要實現這種方式的信號傳(chuan) 輸，可調激光器必須能在納秒級這樣極短的時間內(nei) 進行切換，這樣才不至於(yu) 在網絡中產(chan) 生太長的時滯。

　　在這些應用中，可調諧激光器可以使波長實時可調，以避免網絡中的波長阻塞。因此，可調諧激光器必須有較大的可調節範圍，較高的輸出功率以及毫秒級的反應速度。實際上，大多數動態應用都要求有一個(ge) 可調諧的光多路複用器，或一個(ge) 1：N的光學開關(guan) 配合激光器工作，以確保它輸出的激光可以經過適當的通道進入光纖中去。