可調(diào)激光器技術(shù)簡介

可調(diào)諧激光器從實現(xiàn)技術(shù)上看主要分為:電流控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)和機械控制技術(shù)等類型。

其中電控技術(shù)是通過改變注入電流實現(xiàn)波長的調(diào)諧，具有ns級調(diào)諧速度，較寬的調(diào)諧帶寬，但輸出功率較小，基于電控技術(shù)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(shù)是通過改變激光器有源區(qū)折射率，從而改變激光器輸出波長的。該技術(shù)簡單，但速度慢，可調(diào)帶寬窄，只有幾個nm?；跍乜丶夹g(shù)的主要有DFB(分布反饋)和DBR(分布布喇格反射)激光器。機械控制主要是基于MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)完成波長的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率?；跈C械控制技術(shù)的主要有DFB(分布反饋)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)等結(jié)構(gòu)。下面從這幾個方面可調(diào)諧激光器的原理進行說明。

基于電流控制技術(shù)

基于電流控制技術(shù)的一般原理是通過改變可調(diào)諧激光器內(nèi)不同位置的光纖光柵和相位控制部分的電流，從而使光纖光柵的相對折射率會發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的光譜，通過不同區(qū)域光纖光柵產(chǎn)生的不同光譜的疊加進行特定波長的選擇，從而產(chǎn)生需要的特定波長的激光。

一種基于電流控制技術(shù)的可調(diào)諧激光器采用SGDBR(Sampled Grating Distributed Bragg Reflector)結(jié)構(gòu)。

該類型的激光器主要分為半導(dǎo)體放大區(qū)、前布喇格光柵區(qū)、激活區(qū)、相位調(diào)整區(qū)和后布拉格光柵區(qū)。其中前布喇格光柵區(qū)、相位調(diào)整區(qū)和后布喇格光柵區(qū)分別通過不同的電流來改變該區(qū)域的分子分布結(jié)構(gòu)，從而改變布喇格光柵的周期特性。

對于在激活區(qū)(Active)產(chǎn)生的光譜，分別在前布喇格光柵區(qū)和后布喇格光柵區(qū)形成頻率分布有較小差異的光譜。對于需要的特定波長的激光，可調(diào)諧激光器分別對前布喇格光柵和后布喇格光柵施加不同電流，使得在這兩個區(qū)域產(chǎn)生只有此特定波長重疊其他波長不重疊的光譜，從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(dǎo)體放大器區(qū)，使輸出的特定波長的激光光功率達到100mW或者20mW。

基于機械控制技術(shù)

基于機械控制技術(shù)一般采用MEMS來實現(xiàn)。一種基于機械控制技術(shù)的可調(diào)諧激光器采用MEMs-DFB結(jié)構(gòu)。

可調(diào)諧激光器主要包括DFB激光器陣列、可傾斜的MEMs鏡片和其他控制與輔助部分。

對于DFB激光器陣列區(qū)存在若干個DFB激光器陣列，每個陣列可以產(chǎn)生帶寬約為1.0nm內(nèi)的間隔為25Ghz的特定波長。通過控制MEMs鏡片旋轉(zhuǎn)角度來對需要的特定波長進行選擇，從而輸出需要的特定波長的光。

另一種基于VCSEL結(jié)構(gòu)ML系列系列的可調(diào)諧激光器，其設(shè)計基于光泵浦垂直腔面發(fā)射激光器，采用半對稱腔技術(shù)，利用MEMS實現(xiàn)連續(xù)的波長調(diào)諧。同時通過此方法可得到大的輸出光功率和寬光譜調(diào)諧范圍，熱敏電阻和TEC封裝在一起，以便在寬的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的輸出。為了精確頻率控制一個寬帶波長控制器被集成同一管殼內(nèi)，前端分接光功率檢測器及光隔離器用于提供穩(wěn)定的輸出功率。這種可調(diào)激光器可以在C波段和L波段提供10/20mW光功率。

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

基于溫度控制技術(shù)

基于溫度控制技術(shù)主要應(yīng)用在DFB結(jié)構(gòu)中，其原理在于調(diào)整激光腔內(nèi)溫度，從而可以使之發(fā)射不同的波長。

一種基于該原理技術(shù)的可調(diào)激光器的波長調(diào)節(jié)是依靠控制InGaAsP DFB激光器工作在-5--50℃的變化實現(xiàn)的。模塊內(nèi)置有FP標準具和光功率檢測，連續(xù)光輸出的激光可被鎖定在ITU規(guī)定的50GHz間隔的柵格上。模塊內(nèi)有兩個獨立的TEC，一個用來控制激光器的波長，另一個用來保證模塊內(nèi)的波長鎖定器和功率檢測探測器恒溫工作。模塊還內(nèi)置有SOA來放大輸出光功率。

這種控制技術(shù)的缺點是單個模塊的調(diào)諧的寬度不寬，一般只有幾個nm，而且調(diào)諧時間比較長，一般需要幾秒的調(diào)諧穩(wěn)定時間。

目前可調(diào)諧激光器基本上均采用電流控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)或機械控制技術(shù)，有的供應(yīng)商可能會采用這些技術(shù)的一種或兩種。當(dāng)然隨著技術(shù)的發(fā)展，也可能會出現(xiàn)其他新的可調(diào)諧激光器控制技術(shù)。