基于谐振隧穿选模效应的单模FP半导体激光器的研究

随着公共通信网中语音、数据及图像视频等内容的爆炸性增长与业务形式的多样化，对用户接入端的带宽需求不断增长。解决这一问题的公认途径是采用光纤到户（FTTH）方案。而这一方案的关键问题在于铺设和使用维护的成本。本研究的目的是为FTTH网络中的用户端光单元（ONU）研制一种低成本的动态单纵模激光器。与通常的可以实现动态单模但制作成本较高且成品率较低的分布反馈式或外腔选模式半导体激光器不同，本研究将采用刻槽方式在传统的FP腔中插入一个提供窄带滤波功能的谐振隧穿结构，并通过控制槽宽及槽间距离，在原本众多的FP腔模中选取唯一的激射模式。由于刻槽工艺可以与形成激光器波导的工艺在一步内同时完成，这种结构的制作成本与成品率将与传统的FP激光器类似。从而可以用低成本实现高端FTTH网络（例如吉比特无源光网络)中对ONU光源的高性能要求。

目前，公共通信网中语音、数据及图像视频等内容正在爆炸性增长，业务形式也正多样化，这使得用户对接入端的带宽需求不断增长。光纤到户（FTTH）方案成为解决这一问题的公认途径。而这一方案的关键问题在于铺设和使用维护的成本。本研究的目的是为FTTH网络中的用户端光单元（ONU）研制一种低成本的动态单纵模激光器。.与通常的可以实现动态单模但制作成本较高的分布反馈式或外腔选模式半导体激光器不同，本研究将采用刻槽方式在传统的FP腔中插入一个提供窄带滤波功能的谐振隧穿结构，并通过控制槽宽及槽间距离，在原本众多的FP腔模中选取唯一的激射模式。在本项目研究期间，我们完成激光器的设计，模拟，制作，封装和测试。经过几轮的实验测试及技术改进后，我们的激光器阈值电流典型值在12~14mA之间，前向输出线性光功率超过10mW，微分量子效率达到了20%，边模抑制比可达36dB，其单模成品率接近55%。激光器在1.25Gbps，2.5Gbps，6.25Gbps，及10Gbps直接调制下眼图符合要求，2.5Gbps及6Gbps的光信号经标准单模光纤可传输50km以上，10Gbps的光信号可传输20km以上。另外，温度循环和老化测试结果表明，相比于传统的FP激光器，我们设计的单模FP激光器在可靠性上没有明显的差异。此激光器的芯静态及动态特性均达到项目申请中所提出的指标。.对于本项目研发的激光器，由于其刻槽工艺可以与形成激光器波导的工艺在一步内同时完成，这种结构的制作成本与成品率将与传统的FP激光器类似。从而可以用低成本实现高端 FTTH 网络（例如吉比特无源光网络）中对 ONU 光源的高性能要求。同时，它也可以在某些需要单模激光器但对多长精度和边模抑制比要求不高的地方替代分布式反馈（DFB）激光器，作为一种低成本的解决方案。