基于半导体光放大器的可调谐环形腔激光器的控制

摘要

基于半导体光放大器的可调谐环形腔激光器的基本结构由光纤连接SOA和可调谐滤波器、耦合器、隔离器等构成环形结构，它具有调谐速度快、输出光谱线宽窄、调谐范围宽等许多独特的优点，因而广泛应用在光纤通信、光纤传感和全光信号处理中。
　　基于半导体光放大器(SOA)的环形腔激光器可实现高达MHz的高速调谐，在光纤通信和光纤传感领域有广泛应用。本文采用稳态模型和分段算法研究SOA自发辐射特性，基于此分别讨论了使用高斯型滤波器和FP型滤波器的两种可调谐环形腔激光器，研究了激光建立过程的特性，包括输出光谱和输出光功率随绕行圈数的变化，讨论了波长调谐的速度。结果表明，FP滤波器的环形腔可以更快建立激光振荡，便于实际高速调谐应用。基于半导体光放大器(SOA)的环形腔激光器可在超过100nm的调谐带宽内实现全带宽范围MHz调谐，且输出激光信噪比高、平坦度好，因此在光纤通信、光纤传感和生物光子学领域应用广泛。在此基础上分别讨论了线性函数，二次函数，指数函数和平方根函数形式注入电流对SOA的增益谱和SOA峰值波长的影响，研究非均匀注入对SOA增益特性和环形腔激光器输出特性的影响。结果表明，输出激光波长在较大平均注入电流时随电流变化较小，且在指数型非均匀注入时存在变化率为零的极值点，可获得很高的波长稳定性。理论分析之后设计制作一台可调谐环形腔激光器样机。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 光纤环形腔激光器的研究意义

1．2 光纤环形激光器的研究进展

1．3 论文结构及主要内容

2 SOA的理论计算

2．1 SOA理论模型和算法简介

2．2 SOA的光学参数

2．2．1 材料增益系数

2．2．2 SOA内光场的传播

2．2．3 SOA自发辐射光子速率

2．2．4 SOA内载流子动态特性

2．3 SOA的ASE特性

2．4 噪声特性

2．4．1 不同功率信号光情况下的噪声指数

2．4．2 不同的SOA的驱动电流情况下的噪声指数

2．5 本章小结

3 可调谐环形腔激光器的理论研究

3．1 可调谐环形腔激光器的激光建立过程

3．1．1 输出光谱的演化

3．1．2 激光建立过程

3．1．3 调谐速度

3．2 可调谐环形腔激光器的激光抑制过程

3．3 非均匀注入时SOA的增益谱

3．3．1 线性电流注入

3．3．2 非线性电流注入

3．4 非均匀注入时SOA-RL输出波长

3．5 非均匀电流注入对SOA-TRL输出功率的影响

3．6 本章小结

4 可调谐环形腔激光器的实验研究

4．1 滤波器驱动的放大电路

4．1．1 芯片的选择

4．1．2 放大电路负载能力

4．2 温控电路

4．3 电压检测模块

4．4 不同形式的驱动电压下的光谱图

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历

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