[发明专利]多波长的分布式布喇格反射器相控阵列激光器

说明书

                             发明背景

技术领域

本发明一般涉及激光器，尤其涉及在光通信中用作发射器的分布式布喇格反射器(DBR)。

技术背景

对于波分多路复用(WDM)的光学网络，在一实际光纤上同时传输的独立信道数等于所传输的分立波长数。这些信道允许系统积分器以成本有效的方式探索高的信息通过量、灵活的带宽管理、光透明度以及增/卸光学切换。

在电信DWDM系统应用中，发射波长必须锁定在国际电话联合会(ITU)网中ITU标准波长中的一个波长，以满足串扰规范，并确保系统在其正常工作寿命(约25年)内可靠运行。对于密集型波分多路复用(DWDM)系统使用的多波长光控相控阵列天线应用中，天线阵列元件的数目等于波长的数目。

非常需要一种具有高精度波长的集成多波长激光器，用以支持上述DWDM应用。这种激光器必须满足下列要求：由制造预先决定的稳定波长梳；简化的光学包装；元件共享(诸如公共的温度冷却器和光隔离器)；简化的测试；以及小型化。上述优点应在初始采购及后续操作两方面都能降低单位波长发射器的成本。正如所知道的，激光波长梳是指具有N个激光器的激光器阵列，其输出波长被信道分隔或波长间隔所隔开。

在单个激光器芯片上可用的信道数受到材料增益带宽和信道间波长间隔的限制。为了利用基于石英的掺铒光纤放大器(EDFA)的平坦增益区，系统波长被限制在1545到1560nm。对于40个信道的系统，希望波长间隔为0.4nm(或频率间隔为50GHz)。已知一种自由交易的分布式反馈(DFB)激光器的激光波长是由其内置DFB光栅和半导体波导的折射率所决定的，该激光波长随温度变化，并且必须受温度控制。例如，DFB激光器常与温度冷却器和/或隔离器一起使用，以保持一固定波长。利用一项已知的固定DFB激光器阵列技术，可以在一给定的单片功率组合器和一共享输出半导体光放大器(SOA)之内高产量地获得±0.2nm(25GHz)的波长精确。由于多路复用器/去复用器滤波器响应的顶部平坦区域是信道间隔的一个部分，所以激光器阵列所支持的最小系统波长间隔约为1.6nm(200GHz)。特别对于需要许多滤波器级联的环形或长距离网络，波长间隔必须是准确限定。

虽然用诸如DBR激光器阵列等的波长可调谐的激光器阵列可以显著提高波长精度，但是从简单的操作和长期可靠性的角度看，相比波长可调谐的激光器阵列，更希望得到具有固定波长的激光器阵列。

实现多波长激光器的一种方法是把一个增益元件阵列与波长多路复用器集成起来，以制成相控阵列激光器。在这种相控阵列激光器中，多路复用器位于激光腔内，激光腔由一个解理边缘上的高反射镀膜小平面和一个相对的解理状态小平面所限定。

正如所知，共享增益元件是可选择的。最近在文献中已经论证了可以用低损耗的多路复用器对相控阵列激光器进行18个波长的同时连续波(CW)操作。在这个例子中，激光器的信道间隔等于波长多路复用器的信道间隔。由于波长间隔起伏处于纵模间隔的数量级(＜0.2nm)，所以期望相控阵列激光器的波长间隔非常均匀。用这种方法，可以实现具有0.4nm波长间隔的40信道组合器。但是，由于长激光腔具有长度限制，所以未能实现对相控阵列激光器进行每信道超过1Gb/s的直接调制。

由于3dB调制带宽随腔体长度增加而减小，所以不能用高比特率直接调制长腔激光器。如果峰频接近于信号谐频中的一个频率，则信号将失真。因此，对于高比特率的情况，长腔激光器需要一个高速的外部调制器，用以把峰频回移到调制带宽的中心。此外部调制器很昂贵。因此，至少存在一个节省成本的理由要把长腔激光器与一内部调制器集成起来，供外部调制用。

共享的输出光增益元件会引起严重的光学串扰，这构成另一缺点，限制了同时多信道调制。

另一种相控阵列方法是8信道数字可调谐发射器，它具有由选择区域外延法形成的电吸收调制输出。虽然已将这种数字波长可选相控阵列激光器与一个电吸收调制器集成起来，将二阶衍射光用作，但是其输出功率较低(约为一16dBm)。由于此可选相控阵列激光器需要较小的自由频谱范围和减反射(AR)/高反射(HR)的分裂涂层，并在一个小平面上，所以芯片很大，且难以施加分裂小平面涂层。因此，希望提供一种激光器，能够以超过每波长2.5Gbits/s的速率作同时多信道调制，并且在没有诸如分裂涂层等复杂结构的情况下，提供波长精度和选择性。

                          发明内容