波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器技術(shù)特點(diǎn)
波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器可任意控制信道波長(zhǎng)，方便準(zhǔn)確地控制頻道間隔?？烧{(diào)諧激光器主要由具有有源增益區(qū)和諧振腔的激光器、改變和選擇波長(zhǎng)的可調(diào)裝置、穩(wěn)定輸出波長(zhǎng)裝置三個(gè)基本部分組成?？烧{(diào)諧激光器有電流調(diào)諧、溫度調(diào)諧、包括微電子機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械（MEMS）的機(jī)械調(diào)諧三種基本技術(shù)，一般采用其中的一種或兩種技術(shù)。表1為幾種可調(diào)諧激光器技術(shù)與特點(diǎn)比較。

波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀
波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器從上世紀(jì)80年代起就開(kāi)始進(jìn)行研發(fā)，已獲得很大發(fā)展。目前可調(diào)諧激光器已投入商業(yè)生產(chǎn)，并有許多結(jié)構(gòu)不同和工作機(jī)理各異的可調(diào)諧激光器產(chǎn)品出現(xiàn)。
目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出可調(diào)諧的分布反饋（DFB）激光器、分布布喇格反射器（DBR） 激光器、基于MEMS的可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、可調(diào)諧光纖激光器等。此外，還發(fā)展了與濾波器、反射器、調(diào)制器、放大器等單片集成和混合集成的可調(diào)諧激光器，其中，采用MEMS技術(shù)的可調(diào)諧激光器是最有希望的一種，可獲得大范圍內(nèi)可調(diào)諧激光器，并最有希望實(shí)現(xiàn)最小化、高密度、高速、批量生產(chǎn)。
當(dāng)今的可調(diào)諧激光器技術(shù)水平已與固定激光器不相上下，能完全實(shí)現(xiàn)整個(gè)C波段（1529～1561nm）或L波段（1570～1605nm）的寬帶調(diào)諧。
外腔可調(diào)諧激光器功率大、線寬窄、波長(zhǎng)穩(wěn)定，已可實(shí)現(xiàn)大范圍、非連續(xù)的波長(zhǎng)調(diào)諧，并已形成產(chǎn)品，可應(yīng)用于長(zhǎng)途網(wǎng)、超長(zhǎng)途網(wǎng)、城域網(wǎng)、光插分復(fù)用（OADM）、光開(kāi)關(guān)等，但由于其機(jī)械調(diào)諧使其調(diào)諧和轉(zhuǎn)換速度較慢，機(jī)械穩(wěn)定性差、不便于集成、制造比較復(fù)雜、價(jià)格昂貴，限制了其應(yīng)用范圍。
單片結(jié)構(gòu)電流調(diào)諧的內(nèi)腔可調(diào)諧激光器應(yīng)用范圍較廣，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的大范圍可調(diào)激光器能夠在100個(gè)通道間進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出功率可達(dá)10～20mW，調(diào)諧間隔已達(dá)25GHz，其它主要光譜指標(biāo)和可靠性均達(dá)到了固定波長(zhǎng)激光器水平。
寬帶可調(diào)諧DBR激光器
在可調(diào)諧DBR激光器中，在有源F-P增益區(qū)增加了衍射光柵，通過(guò)將激勵(lì)電流導(dǎo)向諧振腔的不同部位來(lái)改變波長(zhǎng)。其連續(xù)調(diào)諧范圍較大（＞5.8nm）、調(diào)節(jié)速度非?？?、采用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，但其線寬寬、輸出功率低、控制較復(fù)雜。可用于城域網(wǎng)、長(zhǎng)途網(wǎng)接入、光開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)射頻信號(hào)傳輸、OADM等。
目前，DBR類可調(diào)激光器是商用化最好的一個(gè)品種。除已開(kāi)發(fā)出的多電極DBR 激光器、梳狀電極DBR 激光器之外，又開(kāi)發(fā)了幾種基于DBR結(jié)構(gòu)的寬帶可調(diào)諧激光器（40信道，50GHz間隔），主要有超周期結(jié)構(gòu)衍射光柵形DBR（SSG-DBR）激光器、取樣光柵DBR（SG-DBR）激光器、取樣光柵耦合器反射器（GCSR）激光器等。它們的連續(xù)調(diào)諧范圍都＞40nm，最大可達(dá)100nm。其中SG-DBR和SSG-DBR很容易與調(diào)制器集成。其中采用不等間隔啁啾光柵的超結(jié)構(gòu)光柵（SSG-DBR）內(nèi)腔多電極結(jié)構(gòu)可調(diào)諧激光器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)100nm以上寬波長(zhǎng)調(diào)諧。用于100個(gè)信道的SG-DBR基寬可調(diào)諧激光器已成熟，它能發(fā)出比當(dāng)前市場(chǎng)上出售的激光器更高的功率，并且能發(fā)送到100個(gè)通路中的任意一路。Santec還推出新的全波段可調(diào)“萬(wàn)能”激光光源TSL-210F。其波長(zhǎng)范圍覆蓋O、E、S、C、L和U通信波段，波長(zhǎng)從1.26～1.63μm，連續(xù)可調(diào)370nm，輸出光功率峰值可達(dá)10mW，在整個(gè)可調(diào)范圍內(nèi)＞3mW。表2為典型的可調(diào)諧DBR激光器與性能參數(shù)。

可調(diào)諧DFB激光器
可調(diào)諧DFB激光器可用于城域網(wǎng)、短途網(wǎng)、相干光通信和光測(cè)試等要求窄線寬的系統(tǒng)?？烧{(diào)諧DFB激光器關(guān)鍵性能參數(shù)是幾MHz的線寬、10～20mW的發(fā)射功率和與固定波長(zhǎng)DFB激光器相當(dāng)?shù)目煽啃?。熱調(diào)諧和光纖光柵調(diào)諧的DFB激光器技術(shù)已經(jīng)成熟，并已有產(chǎn)品。
DFB激光器將衍射光柵集成到有源區(qū)，熱調(diào)諧DFB激光器是在諧振腔的增益區(qū)內(nèi)裝了一個(gè)反射鏡，通過(guò)采用熱電冷卻器(TEC)改變諧振腔的溫度（或輸入電流）來(lái)調(diào)諧波長(zhǎng)，有較好的功率輸出（10mW～20mW）、足夠快的頻響特性、成本低、技術(shù)成熟，但DFB激光器線寬大，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)范圍?。?nm～10nm），并隨著調(diào)諧溫度的上升，其有效輸出功率有所下降。
把光纖布喇格光柵作為外腔反射鏡的光纖光柵DFB激光器性能優(yōu)異，其線寬＜2.5 kHz，甚至可達(dá)1kHz，邊模抑制比大于30dB，單模輸出功率可達(dá)10 mW以上，相對(duì)強(qiáng)度噪聲較低，易與光纖耦合，并有較寬的調(diào)諧范圍(50nm)，通過(guò)對(duì)光柵加以縱向拉伸力或改變激光器的調(diào)制頻率就能控制輸出激光的頻率和模式。安捷倫公司是此類廠商的代表，EXFO、Primawave Photonics公司也都有此類產(chǎn)品。Blue Sky Research公司開(kāi)發(fā)的小型外腔激光器輸出功率達(dá)20mW，調(diào)諧寬（30nm～40nm）,成本低、全電子、低電壓、低電流調(diào)諧機(jī)制，使控制簡(jiǎn)單，提高了轉(zhuǎn)換速度(1ms)。
采用多量子（MQW）半導(dǎo)體光放大器（SOA）的寬調(diào)諧外腔激光器，可獲得240nm寬調(diào)諧波長(zhǎng)，其可調(diào)諧范為1.3～1.54μm。光束單模抑制比優(yōu)于30dB，激射模式與輸出功率的功率比為90～99%。
美國(guó)朗訊技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的量子級(jí)聯(lián)分布反饋（QC-DFB）激光器為雙波長(zhǎng)單?？烧{(diào)諧QC-DFB激光器，采用級(jí)聯(lián)雙波長(zhǎng)有源波導(dǎo)芯和采用兩個(gè)不同的Bragg光柵的多段腔。在5.0μm波長(zhǎng)和7.5μm波長(zhǎng)同時(shí)獲得單模發(fā)射，并且雙模的可調(diào)性與單波長(zhǎng)QC-DFB激光器相同，并已用于中紅外光探測(cè)氣體傳感。其潛在應(yīng)用是差分光譜學(xué)、自由空間光無(wú)線通訊中的WDM、內(nèi)腔混頻等。
VCSEL基可調(diào)諧激光器
可調(diào)諧VCSEL通常是采用MEMS技術(shù)來(lái)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)反射腔鏡，可實(shí)現(xiàn)60nm的寬調(diào)諧，并可連續(xù)輸出純凈、連續(xù)的圓形光束、與光纖簡(jiǎn)單有效地耦合，成本低、易于集成和批量生產(chǎn)，很有發(fā)展前途。但其輸出功率低，調(diào)節(jié)速度不快。外加反射器增加整體復(fù)雜性、功耗和成本。
可調(diào)諧VCSEL可用于城域網(wǎng)、長(zhǎng)途網(wǎng)接入、光開(kāi)關(guān)等，是業(yè)界商品化開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。將980nｍ波長(zhǎng) VCSEL與MOEMS的反射腔集成，已在1528～1560nｍ波長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了43nm的連續(xù)可調(diào)諧，邊模抑制優(yōu)于50dB。
目前，多家廠商已有1550nm波段的低損耗窗口與低色散的可調(diào)諧VCSEL樣品和產(chǎn)品。1310nm波段的可調(diào)諧VCSEL也有產(chǎn)品。Nortel和Bandwidth9采用VCSEL與MOEMS反射鏡單片集成光源的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍達(dá)20～30 nm。Bandwidth9的首個(gè)產(chǎn)品是集成寬帶可調(diào)激光器、EDFA、可編程邏輯電路的線路卡，調(diào)節(jié)范圍覆蓋了整個(gè)C和L波段，可以直接配合系統(tǒng)設(shè)備使用。Nortel的VCSEL基可調(diào)諧激光器已達(dá)到成熟的先進(jìn)水平。通過(guò)靜電移動(dòng)上膜片來(lái)調(diào)諧腔長(zhǎng)和射波長(zhǎng)。采用3個(gè)半導(dǎo)體器件和光放大器，可獲得20mW光功率 （1.55 μm波長(zhǎng)）。Iolon公司的VCSEL基可調(diào)諧激光器除采用MEMS旋轉(zhuǎn)臺(tái)的小型化外腔之外，還附加監(jiān)視腔相位的控制環(huán)路，以便確?？v向光模式與從光柵反射回來(lái)的峰值波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)器件老化時(shí)，還可以補(bǔ)償縱向光模式與從光柵反射回來(lái)的峰值波長(zhǎng)之間的任何潛在偏移。
集成式可調(diào)諧激光器
目前已有與電子或光電子器件集成的多功能可調(diào)諧激光器。這種激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍可達(dá)40nm，能覆蓋整個(gè)C波段或整個(gè)L波段，能支持間隔為50GHz的通道，并能提供很大的輸出功率。擴(kuò)大DFB激光器調(diào)諧范圍的一種有效技術(shù)是組合多個(gè)DFB激光器形成DFB陣列。通過(guò)將多個(gè)DFB諧振腔集成到一個(gè)陣列中，就可擴(kuò)大波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)范圍。陣列集成的DFB可調(diào)諧激光器也有產(chǎn)品出現(xiàn)。表3為典型集成型可調(diào)諧激光器與性能參數(shù)，其中可調(diào)激光器與LiNbO3調(diào)制器的集成將是全光網(wǎng)絡(luò)中最有希望的光源。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
可調(diào)諧光纖激光器
可用于高速大容量光通信波分復(fù)用、軍事、工業(yè)加工、醫(yī)療、光信息處理、全色顯示、激光印刷和時(shí)分復(fù)用光纖光柵傳感系統(tǒng)的窄線寬可調(diào)諧光纖激光器是熱點(diǎn)產(chǎn)品與技術(shù)。光纖激光器是在EDFA技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，將普通的光纖放大器結(jié)構(gòu)閉合起來(lái)并增加一個(gè)選頻機(jī)構(gòu)就可以構(gòu)成可調(diào)諧光纖激光器?？烧{(diào)諧光纖激光器有較寬的增益帶寬、穩(wěn)定性及光譜純度好、光功率輸出較高（可達(dá)10mW以上）、較低的閾值、極窄的線寬（可小于2.5kHz）及較寬的調(diào)諧范圍（可達(dá)50nm）、波長(zhǎng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，并且與光纖直接對(duì)接、耦合效率高、制作工藝較簡(jiǎn)單，雖然其溫度穩(wěn)定性差、中心波長(zhǎng)隨溫度變化、調(diào)諧速度較慢，但發(fā)展迅速，并已廣泛應(yīng)用。
目前，已有可調(diào)諧摻鉺光纖激光器（EDFL）、溫度調(diào)諧光纖激光器、可調(diào)諧開(kāi)關(guān)波長(zhǎng)激光器、基于光纖放大器（OFA）的可調(diào)諧光纖激光器、高重復(fù)率超快光纖激光器、與AWG集成的可調(diào)諧激光器等。特別是可調(diào)諧環(huán)形EDFL調(diào)諧范圍大，輸出功率高，成為可調(diào)諧激光器的主流，已商品化，可用于大容量長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)和DWDM系統(tǒng)?？烧{(diào)諧光纖激光器將成為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，必將在未來(lái)等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。表4為典型可調(diào)諧光纖激光器與性能參數(shù)。

可調(diào)諧激光器應(yīng)用市場(chǎng)前景
波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器是光通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。可調(diào)諧激光器可實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備小型化、多功能、集成化、低功耗，并有擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)靈活性、控制流量、減少備用激光器數(shù)量、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。在提供精確光波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)、充分利用全部光纖帶寬、提高網(wǎng)絡(luò)容量和效率、提高系統(tǒng)功能性等方面有著重要意義。
波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)前景。已廣泛應(yīng)用于大氣監(jiān)測(cè)、外差傳感、光譜測(cè)量等領(lǐng)域。目前已是高速大容量光通信系統(tǒng)、波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，不僅可用作DWDM光源，還可用作分組交換網(wǎng)、接入網(wǎng)、光測(cè)試系統(tǒng)和快速波長(zhǎng)交換等系統(tǒng)的重要光源，甚至于用作下一代相控陣?yán)走_(dá)實(shí)時(shí)延遲波束控制光源。
可調(diào)諧激光器已日益成熟，已成為國(guó)際上的熱點(diǎn)技術(shù)與產(chǎn)品，并正在促進(jìn)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?？烧{(diào)諧激光器最終將會(huì)代替應(yīng)用市場(chǎng)中占主流的固定波長(zhǎng)激光器而成為主要光源。