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可調(diào)激光器技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用
1、概述
光通信領(lǐng)域傳統(tǒng)的光源均是基于固定波長(zhǎng)的激光器模塊，隨著光通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展及應(yīng)用推廣，固定波長(zhǎng)激光器的缺點(diǎn)逐漸顯露出來：一方面隨著DWDM技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)中的波長(zhǎng)數(shù)達(dá)到了上百個(gè)，在需要提供保護(hù)的場(chǎng)合，每個(gè)激光器的備份必須由相同波長(zhǎng)的激光器提供，這樣導(dǎo)致備份激光器數(shù)量增加，成本上升；另一個(gè)方面由于固定激光器需要區(qū)分波長(zhǎng)，因此激光器的類型隨著波長(zhǎng)數(shù)的增加而不斷增加，使得管理復(fù)雜程度和存貨水平；再有如果要支持光網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)分配，提高網(wǎng)絡(luò)靈活性，需要配備大量不同波長(zhǎng)的固定激光器，但每只激光器的使用率卻很低，造成資源浪費(fèi)。針對(duì)這些不足，隨著半導(dǎo)體及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人們成功地研制出可調(diào)諧激光器，即在同一個(gè)激光器模塊上控制輸出一定帶寬內(nèi)的不同波長(zhǎng)，且這些波長(zhǎng)值和間隔均滿足ITU-T的要求。
對(duì)于下一代光網(wǎng)絡(luò)而言，可調(diào)諧激光器是實(shí)現(xiàn)智能光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵因子，可以為運(yùn)營商提供更大彈性、更快波長(zhǎng)供應(yīng)速度，并zui終實(shí)現(xiàn)更低的成本。未來長(zhǎng)途光網(wǎng)絡(luò)將是波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的天下，這些網(wǎng)絡(luò)可以在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)新的波長(zhǎng)分配，由于采用超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)而無須使用再生器，從而節(jié)省大筆開支?？烧{(diào)激光器有希望為未來的通訊網(wǎng)絡(luò)提供新工具，用以進(jìn)行波長(zhǎng)管理、提高網(wǎng)絡(luò)效率和開發(fā)下一代光網(wǎng)絡(luò)。zui吸引的一個(gè)應(yīng)用是可重配置光分插復(fù)用器（ROADM）。動(dòng)態(tài)可重配置的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)中，大調(diào)節(jié)范圍的可調(diào)諧激光器也將因此而獲得更大的需求。
2、技術(shù)原理與特性
可調(diào)諧激光器從調(diào)諧原理上共有三種控制技術(shù)：電流控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)和機(jī)械控制技術(shù)等類型。其中電控技術(shù)是通過改變注入電流實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)諧，具有ns級(jí)調(diào)諧速度，較寬的調(diào)諧帶寬，但輸出功率較小，基于電控技術(shù)的主要有SG-DBR（采樣光柵DBR）和GCSR（輔助光柵定向耦合背向取樣反射）激光器。溫控技術(shù)是通過改變激光器有源區(qū)折射率，從而改變激光器輸出波長(zhǎng)的。該技術(shù)簡(jiǎn)單，但速度慢，可調(diào)帶寬窄，只有幾個(gè)nm?；跍乜?/span>技術(shù)的主要有DFB（分布反饋）和DBR（分布布喇格反射）激光器。機(jī)械控制主要是基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)完成波長(zhǎng)的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率。基于機(jī)械控制技術(shù)的主要有DFB（分布反饋）、ECL（外腔激光器）和VCSEL（垂直腔表面發(fā)射激光器）等結(jié)構(gòu)。下面將從這幾個(gè)方面可調(diào)諧激光器的原理進(jìn)行說明。其中著重講當(dāng)前zui主流的可調(diào)諧技術(shù)——電流調(diào)諧技術(shù)。
2.1 溫度控制技術(shù)
基于溫度控制技術(shù)主要應(yīng)用在DFB結(jié)構(gòu)中，其原理在于調(diào)整激光腔內(nèi)溫度，從而可以使之發(fā)射不同的波長(zhǎng)。一種基于該原理技術(shù)的可調(diào)激光器的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)是依靠控制InGaAsP DFB激光器工作在一定溫度范圍的變化實(shí)現(xiàn)的。器件通過內(nèi)置鎖波器（標(biāo)準(zhǔn)具和監(jiān)控探測(cè)器組成），將連續(xù)光輸出的激光可被鎖定在ITU規(guī)定的50GHz間隔的柵格上。一般器件內(nèi)封裝兩個(gè)獨(dú)立的TEC，一個(gè)用來控制激光器芯片的波長(zhǎng)，另一個(gè)用來保證器件內(nèi)的鎖波器和功率檢測(cè)探測(cè)器恒溫工作。
這類激光器zui大的優(yōu)點(diǎn)是他們的性能與固定波長(zhǎng)激光器相似，具有輸出功率高，波長(zhǎng)穩(wěn)定性好，工作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，成本低，技術(shù)成熟。但是也有有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是單個(gè)器件的調(diào)諧的寬度窄，一般只有幾個(gè)nm，二是調(diào)諧時(shí)間長(zhǎng)，一般需要幾秒的調(diào)諧穩(wěn)定時(shí)間。
2.2 機(jī)械控制技術(shù)
基于機(jī)械控制技術(shù)一般采用MEMS來實(shí)現(xiàn)。一種基于機(jī)械控制技術(shù)的可調(diào)諧激光器采用MEMs-DFB結(jié)構(gòu)。
可調(diào)諧激光器主要包括DFB激光器陣列、可傾斜的MEMs鏡片和其他控制與輔助部分。
對(duì)于DFB激光器陣列區(qū)存在若干個(gè)DFB激光器陣列，每個(gè)陣列可以產(chǎn)生帶寬約為1.0nm內(nèi)的間隔為25Ghz的特定波長(zhǎng)。通過控制MEMs鏡片旋轉(zhuǎn)角度來對(duì)需要的特定波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，從而輸出需要的特定波長(zhǎng)的光。