基于模式自锁定F-P激光器的ns量级快速波长可调谐激光器研究

Rapidly wavelength tunable lasers become a hot research field of optical communication because of its great application prospect in optical packet switching networks. Electro-optic tuning of semiconductor wavelength tunable laser has a theoretical tuning rate up to several nanosecond. However, the existing schemes achieves the wavelength controlability through multiple control variables. The complexity of the control system greatly reduces the tuning speed of the tunable laser. Here a noval scheme of rapidly wavelength tunable laser based on self-injection locking of F-P laser is proposed according to the preliminary researches. Rapid tuning of the output wavelength can be achieved through single variable. Based on this basis, it is necessary to further establish the mathematical model of the noval rapidly wavelength tunable laser, analyze the physical process during the transient change in drive current, shorten wavelength switching time and improve the laser output quality by optimizing device design and operating parameters. Finally, a rapidly wavelength tunable laser with one single control volume, tuning rate <5ns, tuning range >30nm, side mode suppression ratio > 50dB, linewidth <1MHz. To further verify the performance of the rapidly wavelength tunable laser, a 40Gb/s rapidly wavelength tunable all-optical wavelength conversion is proposed.

快速波长可调谐激光器由于其在光分组交换网络中的巨大应用前景，成为光通信领域的关注焦点。电光调谐的半导体波长可调谐激光器理论调谐速率可达ns量级，但现有方案需要对多个控制变量进行精确匹配，控制系统的复杂性极大地降低了波长可调谐激光器的实际调谐速率。项目组提出了基于模式自锁定F-P激光器实现波长快速可调谐的方案，本方案通过控制单一变量实现了输出波长快速调谐，降低了控制复杂性。并对该方案进行了初步的实验验证。进一步的工作包括：建立该新型快速波长调谐激光器的理论模型；分析驱动电流瞬态变化情况下激光器振荡建立和消逝的物理过程；优化器件设计和工作参数，缩短波长切换时间，提高输出激光质量。最终实现单一控制量、调谐速率<5ns,调谐范围>30nm，边模抑制比>50dB,线宽<1MHz的快速波长可调谐激光器。作为验证，基于该激光器实现40Gb/s快速波长可调谐的全光波长变换，为光分组交换技术奠定良好的基础。

快速波长可调谐激光器由于其在光分组交换网络中的巨大应用前景，成为光通信领域的关注焦点。电光调谐的半导体波长可调谐激光器理论调谐速率可达ns量级，但现有方案需要对多个控制变量进行精确匹配，控制系统的复杂性极大地降低了波长可调谐激光器的实际调谐速率。项目组提出了基于模式自锁定F-P激光器实现波长快速可调谐的方案，通过控制单一变量实现了输出波长快速调谐，降低了控制复杂性。.在自然基金的支持下，经过三年的研究工作，课题组成员从理论上和实验上均取得了一定的成果。在理论研究方面，利用Matlab软件对基于模式自锁定 FP-LD 的快速波长可调谐激光器的工作机理进行了仿真研究。对F-P 滤波器精细度、自由光谱区等参数进行了优化设计。利用Matlab软件对注入锁定激光器的动态过程进行了仿真研究，探索了锁定与失锁动态过程。.在实验研究方面，完成快速波长可调谐激光器制备。实现了波长间隔为40GHz的快速波长可调谐激光器，在9-101mA驱动电流变化范围内，得到了46个可调谐波长输出。实现了波长间隔为100GHz的快速波长可调谐激光器，在C波段得到了26个不同波长的满足ITU标准的波长输出。不同波长均工作在单纵模起振状态，边模抑制比达55dB以上。进一步地，完成了10Gb/s 快速波长变换系统并进行了误码率测试。变换输出波长满足ITU 100GHz WDM 波长标准。波长变换功率代价不大于0.5dB。完成了10Gb/s 快速波长变换系统系统并对系统Q值进行了测试，系统的Q值无明显恶化。.在项目研究的过程中，项目组成员总计申请国家专利6项，其中，获得5项国家专利授权。发表国内外期刊论文14篇，录用论文1篇，包括SCI检索论文7篇（含二区以上论文4篇），EI检索论文6篇，已获录用尚待发表论文1篇。指导与课题密切相关硕士论文1篇。此外，本课题和本课题相关成果作为申请材料的一部分与其他成果一起获得了贵州省科技进步二等奖奖励。.课题组对本项目的研究工作达到了预期的目标，验证了基于模式自锁定F-P激光器实现波长快速可调谐的可行性。在下一步的工作中将进一步提升该方案的工作稳定性，并对该波长快速可调谐激光器在光分组交换网络中的应用开展研究工作。