论文摘要
可调谐半导体激光器作为下一代光通信的关键光电子器件,有望取代密集波分复用系统中的固定波长光源,从而使系统成本大大降低。更为重要的是它具备动态重构和分组交换等能力,可以使网络构建更加灵活。DBR型可调谐激光器具有快速切换和单片集成等优点,是通信用宽可调半导体激光器的主要发展方向之一,但其结构和控制机理比较复杂。本论文通过建立系统的理论模型,对该类器件的特性进行模拟和分析,旨在为此类器件的设计及控制提供指导。本论文首先阐述了DBR型可调谐激光器的工作原理。在理解半导体中载流子与光子相互作用的基础上,分别对有源区和调谐区加以讨论,并重点分析了利用均匀光栅和取样光栅进行选模和波长调谐的基本机制。本论文的核心在于建立DBR型可调谐激光器的理论模型。通过对比常用的半导体激光器模拟方法,发现传输矩阵方法更适合于研究复杂的DBR型结构,并能够获取多种物理参量的详细信息。通过在传输矩阵中引入时间变量,建立了动态时域模型;提出利用快速傅立叶变换从时域的模拟中恢复出频域信息,并阐述了具体的实施过程。基于建立的模型,分别对三节DBR激光器和四节取样光栅DBR(SGDBR)激光器进行了模拟。静态特性研究包括频谱、功率和波长调谐,模拟结果进一步明确了激射波长随调谐区电流的变化机理。动态特性研究是本论文的工作重点,模拟结果包括强度和频率调制响应以及动态的波长切换过程;在此基础上,分析了影响调制带宽的因素,并对如何改善波长切换动态进行了讨论。
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