[发明专利]一种用于全光时钟恢复的弯曲波导双波长激光器

说明书

技术领域

本发明属于光通信领域的光电子器件制备技术领域，特别涉及一种用于全光 时钟恢复的集成光电子器件。

背景技术

本发明是一种用于全光时钟恢复的弯曲波导双波长激光器，可用于光数字通 信网络。它通过接收的数据信号中来同步地提取光时钟信号，这个过程称为光时 钟恢复。提取出来的光时钟信号可以作为后续进行信号处理时的时间基准，从而 用于光3R再生、复用/解复用、光交换等信号处理过程。

目前光通信网络中比较成熟的光时钟恢复技术是基于光-电-光的过程来实现 的。也就是说，先将光信号转换成电信号，然后利用锁相环、压控振荡器等电子 学常规方法从电信号中进行时钟信号的提取，然后再将电时钟信号调制到光波 上，最终得到光时钟。然而随着光通信技术的发展，光通信网络的数据量越来越 大，单信道的传输速率正在由10Gb/s向40Gb/s发展。如此高的比特率已经接近 了电子器件本身的物理极限，通过光-电-光的过程来进行时钟提取会变得十分困 难。于是，基于光-光的过程来进行时钟提取的技术，也就是全光时钟恢复技术 在近年来得到了广泛的研究和发展。

在众多全光时钟恢复技术中，两段式分布耦合(Two-Section Distributed Feedback，TS-DFB)半导体激光器是一个相对比较简单的方案。TS-DFB激光器 由两个DFB激光器组成。这两个DFB激光器的波导有效折射率或光栅的布拉格 波长存在一定差异，因此两个DFB激光器的激射波长存在一定差异，从而激发 出两个模式。这两个模式再拍频就可以形成TS-DFB激光器的自脉动。

当波长和强度满足一定条件的光信号注入到上述TS-DFB激光器中时，输出 脉冲的频率和相位将被锁定到输入光信号的时钟上，从而实现全光时钟恢复。这 种全光时钟恢复有两种模式：非相干模式和相干模式，其原理如图1所示。

在非相干模式中，输入的光信号的波长和TS-DFB激光器的本征波长存在一 定间隔，一般大于1nm。这样的光信号注入到TS-DFB激光器后，会对第一DFB 激光器段的载流子进行密度调制。这样，第一DFB激光器段的激射模式1两边 将产生两个边带3，它们与激射模式1的频率间隔等于光信号的时钟频率。如果 其中一个边带具有足够大的功率，并且波长与第二DFB激光器段的激射模式2 足够接近，那么第二DFB激光器段就会被这个边带锁定。这样，TS-DFB激光器 的两个激射模式的拍频频率就正好是输入光信号的时钟频率，从而实现了全光时 钟恢复。这种模式是通过注入光信号对激光器载流子的密度进行调制而实现的， 所以对注入光信号的波长和偏振状态是不敏感的，但是注入光的功率往往要求较 大，从而有利于实现载流子密度调制。

在相干模式中，输入光信号的载波波长4与TS-DFB激光器的一个激射波长 1非常接近，使得注入光信号中由时钟信号产生的两个相干的模式分别锁定住 TS-DFB激光器的两个激射模式，从而得到和输入光信号时钟同频同相的输出脉 冲。相干模式对输入光信号的波长、偏振要求较高，但是需要的注入功率相对非 相干模式来说要小一些。

对于TS-DFB来说，一个关键的技术环节就是使得其两个DFB激光器的激 射波长存在一定间隔，目前常用的做法包括：利用电子束曝光的方法使两个DFB 激光器的光栅周期不一样；或者设法使两个DFB激光器的波导有效折射率存在 差别，例如两个DFB激光器的脊波导宽度存在μm量级的差别，从而影响其有效 折射率。这些做法在工艺上无论是成本还是难度都较大，影响其实用化。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于全光时钟恢复的 弯曲波导双波长激光器。该器件集成了至少两个单独的DFB段。由于DFB激光 器的激射波长与光栅周期相关，因此可通过这两个DFB激光器的波导之间存在 一定夹角，造成它们光栅的有效布拉格波长存在一定差异，从而实现激射波长的 差异(量级0.01nm)。这样，就可以利用非相干模式或相干模式实现全光时钟恢 复。