光通信領(lǐng)域傳統(tǒng)的光源均是基于固定波長的激光器模塊，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)中的波長數(shù)達(dá)到了上百個(gè)，在需要提供保護(hù)的場合，每個(gè)激光器的備份必須由相同波長的激光器提供，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，因此激光器的類型隨著波長數(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)波長分配，提高網(wǎng)絡(luò)靈活性，需要配備大量不同波長的固定激光器，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，且這些波長值和間隔均滿足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、更快波長供應(yīng)速度，并最終實(shí)現(xiàn)更低的成本。未來長途光網(wǎng)絡(luò)將是波長動(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)新的波長分配，由于采用超長距離傳輸技術(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)行波長管理、提高網(wǎng)絡(luò)效率和開發(fā)下一代光網(wǎng)絡(luò)。最吸引的一個(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。

1、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的。該技術(shù)簡單，但速度慢，可調(diào)帶寬窄，只有幾個(gè)nm。基于溫控技術(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)完成波長的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率?；跈C(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)前最主流的可調(diào)諧技術(shù)——電流調(diào)諧技術(shù)。

1.1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。一種基于該原理技術(shù)的可調(diào)激光器的波長調(diào)節(jié)是依靠控制InGaAsPDFB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，另一個(gè)用來保證器件內(nèi)的鎖波器和功率檢測探測器恒溫工作。

　　這類激光器最大的優(yōu)點(diǎn)是他們的性能與固定波長激光器相似，具有輸出功率高，波長穩(wěn)定性好，工作簡單的特點(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，一般需要幾秒的調(diào)諧穩(wěn)定時(shí)間。

1.2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。通過控制MEMs鏡片旋轉(zhuǎn)角度來對(duì)需要的特定波長進(jìn)行選擇，從而輸出需要的特定波長的光。

圖為某公司DFB激光器整列圖

    另一種基于VCSEL結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧激光器，其設(shè)計(jì)基于光泵浦垂直腔面發(fā)射激光器，采用半對(duì)稱腔技術(shù)，利用MEMS實(shí)現(xiàn)連續(xù)的波長調(diào)諧。由一個(gè)半導(dǎo)體激光器加上一個(gè)可以表面發(fā)光的垂直激光增益諧振腔構(gòu)成。在諧振腔的一端有一個(gè)會(huì)移動(dòng)的反射器，能夠改變諧振腔的長度，從而能改變激光波長。VCSEL的主要優(yōu)點(diǎn)在于它可以輸出純凈、連續(xù)的光束，并可簡單有效地耦合進(jìn)光纖中。而且，由于其性能可以在圓片上進(jìn)行測定，其成本也較低。VCSEL的主要不足之處是輸出功率低，調(diào)節(jié)速度也不夠快，并且還有一個(gè)外加的移動(dòng)反射器。如果再加一個(gè)光泵浦以提升其輸出功率，又會(huì)提高整體復(fù)雜性，增加激光器的功耗和成本。對(duì)于這種原理的可調(diào)諧激光器主要缺點(diǎn)是調(diào)諧時(shí)間比較慢，一般需要幾秒的調(diào)諧穩(wěn)定時(shí)間。

1.3電流控制技術(shù)

　　與DFB不同，在可調(diào)諧DBR激光器中，波長是通過將激勵(lì)電流導(dǎo)向諧振腔的不同部位來改變的。這類激光器至少有四個(gè)部分：通常有兩個(gè)布拉格光柵、一個(gè)增益模塊和一個(gè)對(duì)波長作細(xì)調(diào)的位相模塊。對(duì)于這種類型的激光器，每一端都會(huì)有很多布拉格光柵。換句話說，一段特定節(jié)距的光柵后，有一段間隔，然后有一段不同節(jié)距的光柵，再又是一段間隔，以此類推。這會(huì)產(chǎn)生一種梳狀的反射光譜。在激光器兩端的布拉格光柵組產(chǎn)生不同的梳狀的反射譜，當(dāng)光在它們之間來回反射時(shí)，兩個(gè)不同的反射譜的疊加，結(jié)果是得到了一個(gè)較寬的波長范圍。這種技術(shù)所使用的激勵(lì)電路相當(dāng)復(fù)雜，但其調(diào)節(jié)速度非?？?。所以基于電流控制技術(shù)的一般原理是通過改變可調(diào)諧激光器內(nèi)不同位置的光纖光柵和相位控制部分的電流，從而使光纖光柵的相對(duì)折射率會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的光譜，通過不同區(qū)域光纖光柵產(chǎn)生的不同光譜的疊加進(jìn)行特定波長的選擇，從而產(chǎn)生需要的特定波長的激光。

　　一種基于電流控制技術(shù)的可調(diào)諧激光器采用SGDBR（SampledGratingDistributedBraggReflector）結(jié)構(gòu)。

處在激光器諧振腔前后兩端的兩個(gè)反射器分別具有自己的反射峰系列，通過注入電流調(diào)節(jié)這兩個(gè)反射峰系列，即可使激光器輸出不同的波長。

處在激光器諧振腔一邊的兩個(gè)反射器具有多個(gè)反射峰，MGYL激光器工作時(shí)，注入電流對(duì)它們進(jìn)行調(diào)諧。兩路反射光經(jīng)1*2合路器/分路器疊加在一起。優(yōu)化前端的反射率，使激光器在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)獲得高功率輸出。#p#分頁標(biāo)題#e#

2、行業(yè)現(xiàn)狀

　　可調(diào)激光器是當(dāng)今光通信器件領(lǐng)域的最前沿，國際上也僅有幾家大型的光通信公司能提供此產(chǎn)品。基于MEMS機(jī)械調(diào)諧的代表公司如SANTUR，基于SGBDR電流調(diào)節(jié)的如JDSU、Oclaro、Ignis、AOC等，這也是中國供應(yīng)商極少數(shù)有染指的光器件領(lǐng)域之一，武漢奧新科技有限公司在可調(diào)激光器高端封裝方面取得核心優(yōu)勢，是國內(nèi)唯一能夠批量生產(chǎn)可調(diào)激光器的企業(yè)，已經(jīng)批量向歐美廠商供貨。

　　JDSU利用InP單片集成的技術(shù)通過將激光器和調(diào)制器集成到一個(gè)平臺(tái)上推出了小尺寸的帶有可調(diào)激光器的XFP光模塊。隨著可調(diào)激光器市場的擴(kuò)大，這個(gè)產(chǎn)品技術(shù)上現(xiàn)在發(fā)展的關(guān)鍵正是小型化和低成本化。未來會(huì)有越來越多的廠家推出XFP封裝的可調(diào)波長模塊。

　　未來的5年內(nèi)，可調(diào)激光器將會(huì)是一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，市場的年復(fù)合增長率（CAGR）將達(dá)到37%，2012年它的規(guī)模將達(dá)到12億美元；而同期其他重要元器件市場的年復(fù)合增長率分別是：固定波長激光器24%、探測器和接收器28%、外調(diào)制器35%。2012年，用于光網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)激光器、固定波長激光器以及光探測器其市場總額將達(dá)到80億美元。

3、應(yīng)用

　3.1可調(diào)激光器的應(yīng)用領(lǐng)域

3.2可調(diào)激光器在光通信中的具體應(yīng)用

　　可調(diào)諧激光器的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以分成兩大部分：靜態(tài)應(yīng)用和動(dòng)態(tài)應(yīng)用。

　　在靜態(tài)應(yīng)用中，可調(diào)諧激光器的波長在使用過程中設(shè)定，并不隨時(shí)間而變化。最常見的靜態(tài)應(yīng)用是用作源激光器的代替品，即用在密集波分復(fù)用（DWDM）傳輸系統(tǒng)中，讓一個(gè)可調(diào)諧激光器充當(dāng)多個(gè)固定波長激光器和柔性源激光器的后備，可以減少用來支持系統(tǒng)中所有不同波長所需的線路卡的數(shù)量。

　　靜態(tài)應(yīng)用中，對(duì)可調(diào)諧激光器的主要要求是價(jià)格、輸出功率以及光譜特性，也就是說線寬和穩(wěn)定性要和它替代的定波長激光器相當(dāng)。波長可調(diào)范圍越大，性價(jià)比也就越好，而不需要多快的調(diào)節(jié)速度。目前，配有精密可調(diào)諧激光器的DWDM系統(tǒng)應(yīng)用越來越多。

　　未來，用作備份的可調(diào)激光器還要求有快的相應(yīng)速度。當(dāng)一個(gè)密集波分復(fù)用信道失效時(shí)，一個(gè)可調(diào)激光器可以自動(dòng)啟用使其恢復(fù)工作。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，激光器必須在10毫秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)調(diào)到并鎖定在失效的波長，這樣才能保證整個(gè)恢復(fù)時(shí)間短于同步光網(wǎng)絡(luò)要求的50毫秒以下。

        在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，要求可調(diào)諧激光器的波長能在工作中有規(guī)律地變化，以增強(qiáng)光網(wǎng)絡(luò)的靈活性。這種應(yīng)用一般都要求能提供動(dòng)態(tài)的波長，以便將一個(gè)波長從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段中加入或提出，以適應(yīng)所要求的變化的容量。人們已經(jīng)提出了一種簡單且更加靈活的ROADMs結(jié)構(gòu)：這是一個(gè)基于同時(shí)使用可調(diào)激光器和可調(diào)濾波器的架構(gòu)?？烧{(diào)激光器可以給系統(tǒng)加上某些波長，而可調(diào)濾波器可以從系統(tǒng)中濾掉某些波長?？烧{(diào)激光器還可以解決光交叉聯(lián)接里面的波長阻斷問題。目前，大多數(shù)光交叉聯(lián)接在光纖兩端使用光-電-光交換界面來避免這種問題。如果在輸入端使用可調(diào)激光器向OXC輸入，可以選擇一定的波長來保障光波以一個(gè)清晰的路徑到達(dá)終點(diǎn)。

　　在未來，可調(diào)激光器還可以應(yīng)用到波長路由和光分組交換中。

　　波長路由是指使用可調(diào)激光器就可以用簡單的固定交叉聯(lián)接器完全取代復(fù)雜的全光學(xué)開關(guān)，這樣網(wǎng)絡(luò)的路由信號(hào)就需要改變。每個(gè)波長的信道連接到一個(gè)唯一的目標(biāo)地址，從而形成一個(gè)網(wǎng)狀虛擬聯(lián)接。傳輸信號(hào)時(shí)，可調(diào)激光器必須將它的頻率調(diào)整到目標(biāo)地址相對(duì)應(yīng)的頻率上。

　　光分組交換是指真正的光分組交換是將信號(hào)按一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)包來進(jìn)行波長路由傳輸。要實(shí)現(xiàn)這種方式的信號(hào)傳輸，可調(diào)激光器必須能在納秒級(jí)這樣極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行切換，這樣才不至于在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生太長的時(shí)滯。

　　在這些應(yīng)用中，可調(diào)諧激光器可以使波長實(shí)時(shí)可調(diào)，以避免網(wǎng)絡(luò)中的波長阻塞。因此，可調(diào)諧激光器必須有較大的可調(diào)節(jié)范圍，較高的輸出功率以及毫秒級(jí)的反應(yīng)速度。實(shí)際上，大多數(shù)動(dòng)態(tài)應(yīng)用都要求有一個(gè)可調(diào)諧的光多路復(fù)用器，或一個(gè)1：N的光學(xué)開關(guān)配合激光器工作，以確保它輸出的激光可以經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐ǖ肋M(jìn)入光纖中去。