[发明专利]激光器调谐

说明书

本发明涉及一种激光器调谐技术，具体但不排他地涉及一种调谐分布式布拉格 反射镜(DBR)激光器的技术。半导体激光器是光通信系统中广泛使用的光电器 件。波分复用(WDM)和密集WDM(DWDM)光电器件对它们的工作频率 有精密的技术要求，而且通常需要反馈回路以将它们保持在稳定的频率。两种 类型的半导体激光器通常被在WDM(和DWDM)应用的发射器模块内使用。 它们是分布式反馈(DFB)激光器和分布式布拉格反射镜(DBR)激光器。

激光器可在连续波(CW)工作模式下使用，其中数据信号通过调制器被 单独编码到激光中，或者激光器可用数据信号直接驱动。通常，DFB被用作直 接调制(也就是作为直接调制激光器，DML)，而DBR激光器被用于CW模 式。

典型的DBR激光器如图1所示。图1中的激光器100具有多个独立的部 分，通常包含增益部分102、相位调谐部分104和至少一个DBR光栅部分106。 在典型的DBR激光器里增益功能和频率选择功能实质上是互不相关的，而这 通常能使它们在比DFB激光器更宽的调谐范围内工作。简单的DBR激光器可 包含三个部分，且激光器的光学腔被限定在一个DBR和部分反射端面之间。 通常三部分的DBR激光器有大约10nm的工作范围。其中光学腔被限定在两个 DBR之间的DBR激光器通常有宽得多的调谐范围(例如>40nm)。在有两个 DBR的DBR激光器中，来自每个DBR的峰在波长上被对准以提供增强的峰， 在该峰上光学腔处在激射阈值之上。

在DBR激光器里，光以光学模式的形式沿激光器内的波导传播，且与光 栅部分交迭。光栅的间距和光学模式遇到的有效折射率两者确定激光器的工作 频率。有效折射率是波导的材料组分、激光器温度和电致光效应(例如波导内 的载流子密度，或加在波导上的偏压等)的函数。

如下所述，通常在激光器工作以传输数据的过程中激光器温度被控制。因 此激光器通常被安装在热电致冷器(TEC)上，例如Peltier致冷器。这在图2 中有例示，图2示出包含单片集成的四部分激光器和半导体光放大器(SOA) 的半导体芯片202，以及用作温度传感器的热敏电阻204一起被安装在高热传 导陶瓷片206上，陶瓷片206又被安装到TEC 208上。

在光学腔内(例如在DBR激光器内)唯一允许的光学模式是那些光学腔 长度对应于半波长的整数倍的模式，因此对于任意光学腔有一系列可能的激射 频率，即所谓的纵模。光学腔激射所在频率宽泛地根据DBR的反射峰确定， 更准确地根据腔的确切光程确定，而腔的确切光程可通过调谐相位部分的光学 路径长度实际光程微调。光栅和相位部分两者都可通过改变它们的电驱动信号 改变它们的折射率来调谐。

用于波长可调谐DBR激光器的已知技术有：(a)调节反射谱同时独立地 将激光器保持在固定温度；(b)在不电调谐DBR的情况下调节激光器温度(例 如驱动信号没有加在DBR部分的DBR激光器)。

图3a示出三部分DBR激光器(类似于图1中的DBR激光器100)的主激 射模式的自由空间波长作为DBR部分(也称为“后部”)和相位部分调谐电 流的函数的图谱。这个图谱被分成条纹的图案，每一个条纹对应于腔内一个激 射模式。如从图3a中所能看到地，激射波长在各模式的长度(也就是每个模式 内从右到左)和宽度上，以及顺着页面向下从一个模式到下一个模式都有变化。 有多个DBR的DBR激光器也具有包括多个模式的图谱，尽管与图3a中所示 的图谱相比其模式会有不同的形状和大小，其中每一个模式中输出自由空间波 长取决于电输入。

图3b示出了激射模式、模式的边界和选择工作频道的位置(远离模式边 界)的示意性例示，也被称为校准图谱。工作频道的频率一般是那些被称为ITU (国际电信联盟)网格的频率。

为了图3b，模式边界被示为单一直线。然而，DBR激光器在调谐时通常 会发生滞后：模式边界的位置取决于激光器被调谐的方向(即图3a示出了针对 一个调谐方向的主要模式的波长的图谱)。由于激射频率潜在的不确定性，通 常不希望使激光器在滞后的范围内工作，因此模式中可用的部分比图3b中所 例示的少。