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高速Q调制DFB激光器结构性能分析

作　者: 支剑锟
导　师: 何建军
学　校: 浙江大学
专　业: 光通信技术
关键词: 激光器增益 DFB 电吸收调制器直接调制阈值电流起振有源区腔长高速性能反射镜消光比高速调制跳模调制机理谐振波长镜反射率速率方程区长度反射率谱驱动电流
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文首先结合新一代光网络的要求,分析了价格低廉、高速性能好的调制结构的必要性。对几种通用的调制方法：直接调制激光器、电吸收调制器、Mach-Zehnder调制器的性能进行了分析。直接调制结构简单,但高速响应差、啁啾大；电吸收调制器理论上高速性能好、可集成,但调制区长度很长,电极RC效应对高速性能限制明显；Mach-Zehnder调制器高速性能非常好、啁啾也很小,但缺点是体积大、成本高、集成度低。进而我们提出了新的调Q激光器结构,理论上可以实现很好的高速性能,且成本低,可集成度高。其次,我们介绍了本文进行模拟所使用的三种主要的建模方法：Rate Equation模型、Travelling Matrix模型和Travelling Wave模型。Rate Equation模型主要用于针对Q调制的机理,进行高速性能的理论分析；Travelling Matrix模型主要用于静态分析和阈值分析；Travelling Wave模型则主要用于针对调Q激光器的结构参数进行动态分析。其中Travelling Wave模型是我们着重介绍得模型,我们介绍了该模型体系下几种主要的差分方法：FT-BS、BT-BS、BT-FS、Crank-Nicholson和Box scheme方法,并对它们进行了一致性和收敛性分析。然后,我们应用Rate Equation模型,对Q调制机理进行了分析,并与直接调制进行了高速性能比较。通过小信号分析,得到了Q调制高速频率响应优于直接调制,Q调制啁啾随信号频率增大而减小的结论。通过大信号分析,更直观的模拟出了Q调制和直接调制在高速调制情况下的输出光和啁啾,进一步验证了Q调制有着更大带宽和更小啁啾的结论。从而在理论上确定了Q调制机理的优越性。之后,我们应用Travel ling Matrix模型,对基于后反射镜的调Q激光器进行了静态分析。对后反射镜等效反射率谱进行了计算,0、1信号对应的等效反射率差,说明了调Q机制的实现；0、1信号中心频率反射相位稳定,说明了较小的调制啁啾。进而我们引入了深刻蚀槽填充物,对填充物折射率与等效反射率进行了分析,得到了填充物的加入可以提高等效反射率的可达到范围,进而提高激光器消光比的结论。再然后,通过对激光器0、1信号的阈值计算和确定电流情况下的传输增益计算,明确的得到了0信号不起振、1信号起振的结果,更加证明了这种调Q结构的可行性。最后,我们应用Travelling Wave模型针对调Q激光器的结构参数进行动态分析。通过对可调结构参数：引入相位、等效反射率、驱动电流和有源区腔长进行扫描,得到了以下结论：(1)基于后反射镜的调Q激光器的最佳工作状态,并不是理论的驱动电流介于0信号阈值电流和1信号阈值电流之间,0信号不起振、1信号起振时；而是驱动电流略大于0、1信号电流,0、1信号都起振时(并对此结论做出了理论解释)。(2)引入相位的变化会影响激光器的谐振波长和输出光的消光比,并在一定条件时可能引起跳模。(3)激光器有源区腔长对高速性能有限制作用。腔长越长,所能达到的最佳消光比越差。

高速Q调制DFB激光器结构性能分析

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