多波长锁模激光器集成芯片的研究

Multi-wavelength optical pulse generation is a key technology in future ultra-high capacity and high speed fiber-optic network. The technology can be used in the core and access networks based on WDM and OTDM system, optical signal processing and microwave photonics applications. Monolithic integrated multiwavelength semiconductor mode locked laser based on InP material offers many advantages such as smaller size, lower power consumption and lower cost. In this proposal, we propose two monolithically integrated multiwavelength semiconductor mode locked lasers based on arrayed waveguide grating(AWG) and distributed brag reflector(DBR). The research will be focus on design and fabrication issues for multiwavelength semiconductor mode-locked lasers, such as the integration method for materials with two or three different bandgap wavelength, the dependence of mode locking performance on the choice of laser structure, doping level and working condition etc. A multiwavelength mode locked laser prototype will be developed at the end of the program and their application in the fiber-optic system will be investigated.

多波长短脉冲光源是未来超大容量光通讯网络中的一项关键技术，在基于波分复用技术的核心网、下一代基于光时分和波分混合构架的核心网以及基于光时分-波分复用的光无源接入网以及光信息处理、和微波光子学等领域都有着广泛而重要的应用。基于InP衬底的多波长锁模激光器单片集成芯片具有体积小、功耗低等优点，是光纤通讯骨干网以及接入网器件的发展方向。本课题拟采用基于AWG的和基于DBR的两种方案研制多波长锁模半导体激光器集成芯片，主要研究内容包括锁模激光器的设计、同一衬底材料实现多种帯隙波长材料的单片集成技术及所用技术对模式锁定性能的影响，锁模激光器的频率以及性能的控制等，其最终目标是研制出多波长锁模激光器集成芯片的原型，并探索其在未来光纤通讯网络中的应用。

多波长短脉冲光源不但可以产生满足WDM系统的多波长输出，还可以产生满足OTDM复用的高重频短脉冲输出，在高速光学取样和量化、光纤传感、超快并行光信号处理以及微波光子学等领域中，有重要的应用。对半导体锁模激光器进行了一系列研究，设计研制出了七款半导体锁模激光器集成芯片，分别为单通道的FP锁模激光器、DBR锁模激光器、碰撞锁模激光器以及多通道的四通道DBR锁模激光器、AWG多波长基频锁模激光器、AWG多波长五倍频锁模激光器以及AWG多波长十倍频锁模激光器。单通道锁模激光器工作波长为1550nm波段，重复频率为40GHz左右，输出脉冲的宽度为1-3ps，均实现了混合锁模，提升了激光器频率稳定性，降低了脉冲的时间抖动。研制出两款典型的多波长锁模激光器，分别为四波长DBR锁模激光器，四个通道脉冲重复频率峰值39.890-40.001 GHz 脉冲宽度分别为1.6 -6.6ps；基于AWG的五倍频锁模激光器，被动锁模状态下脉冲序列重复频率为12.68 GHz，通道间的脉冲宽度处于9.3 ps -17.4 ps之间。通过该项目的实施，我们对半导体锁模激光器进行了系列研究，建立锁模激光器的设计制作数据库，可以根据需要的脉冲宽度以及重频，制定不同的设计制作方案。再加上课题组在已有高速DFB激光器、电吸收调制的DFB激光器、可调谐激光器、DFB激光器阵列等连续激光器的基础，以及间距可调的双波长激光器以及混沌光激光器的基础，构建了时域上脉冲输出、连续输出、频率可调的正弦波、以及随机脉冲输出等多种光信号产生的集成芯片制作平台，为InP基光子集成规模的提升奠定了很好的基础。