光栅外腔半导体激光器的高频调制特性

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1、第"’卷第’’期光学学报OPQ+"’，5P+’’"!!’年’’月7;47KL4M;7NM5M;75PR@0S@T，"!!’文章编号：!"#$%""$&（"!!’）’’%’$(!%!)光纤光栅外腔半导体激光器的高频调制特性!瞿荣辉耿健新张位在曹根娣罗颍陈高庭王向朝方祖捷（中国科学院上海光学精密机械研究所，"!’*!!上海）摘要：报道了光纤光栅外腔激光器瞬态特性的理论分析，引入了一个适用于外腔情况的等效光子寿命，模拟计算表明，要获得高于"+#,-.的调制速率，光纤光栅外腔的长度必须短于)/0范围。对所研制的光纤光栅外腔激光器进

2、行了高频调制测量，得到了在’,-.下的单模激光输出，边模抑制比在)!12以上，$12动态线宽为!+’30左右，"!12动态线宽为!+$30。关键词：光纤光栅；外腔激光器；高频调制中图分类号：45")*6)文献标识码：7式中!为后腔面的场反射率，!为外腔的等效场反’引言!@射率：光纤光栅外腔半导体激光器（92,%:;<），利用!’E（#’#"F!’!"）!FG@AB（C"!"""）光纤光栅的窄带高反特性，可以从很宽的半导体激!@D，（"）’F!"!G@AB（C"!"""）［’］光器增益带宽中，实现稳定单纵模工作。由于其为半导

3、体芯片内部的复传输常数，其虚部代表腔!’输出波长决定于在石英光纤材料中制备的布拉格光内增益。为外腔段（即光纤内）的传输常数。"、"栅，因此具有良好的波长稳定性和可控性，并且可以!"’"分别为它们的腔长。#反映了芯片同光纤避免或减弱半导体激光器调制时的波长啁啾效应。’#"F!’!"这些特性使其能够较好地满足密集波分复用之间的耦合效率。在光纤光栅反射率线宽的范围内，（=>=?）光纤通信发射光源的要求。据文献报等效反射率!@达到一系列极大值，代表外腔模的位道［"!)］，已经实现了高边模抑制比、窄线宽、波长间置。目前器件的结构没有

4、从外腔模中选择单一外腔隔符合密集波分复用标准要求的激光输出。模的机构，在光纤光栅线宽范围内的所有外腔模激但是，由于外腔激光器的整个腔长比半导体激光器都有可能激射。光器芯片要长得多，因此它的高频调制特性是一个半导体激光器的高频特性，一般采用速率方程值得研究的重要课题。本文对外腔激光器的调制特来研究。对于外腔半导体激光器，速率方程同样有性进行了模拟分析，讨论了器件的物理和几何参数效。本文着重研究其高频调制响应特性与器件结构对高频光谱特性的影响。在实验上测量了从的关系，暂不考虑外腔模的特性。为了简明，采用单’)!?-.到’,-.

5、的直接调制下器件的光谱，在模速率方程来讨论，可以把激光模看作是相应外腔’,-.调制下，获得了边模抑制比达)!12、$12线模的总和。本文不拟研究外腔激光模线宽问题，因此宽为!+’30、"!12线宽小于!+$30的激光输出。也不讨论关于相位的方程。这样，速率方程为：1$%$#DFF()（$F$I）*，1#&’"HB"分析和模拟计算"（$）1**#$文献［)］给出了分析光纤光栅外腔激光器稳态1#D()（$F$I）*F"E"H+$BB特性的物理模型。其直流阈值条件满足如下方程：方程中的符号与常规半导体激光器的速率方程一!!!@@

6、AB（C"!’"’）D’，（’）样。在小信号近似下，令电流密度%D%!EJ@AB（C$#），%!为偏置电流，可以得到：!国家科委*($高科技项目和上海市应用物理中心资助+,!*D"，（)）课题。&’,’EC$,"F$收稿日万方数据期："!!!%!8%"’；收到修改稿日期："!!’%!’%!$式中，+为电流调制幅度，系数,、,和,是微分增!’"**期瞿荣辉等：光纤光栅外腔半导体激光器的高频调制特性*2(*益系数!、光子寿命!、载流子寿命!、直流偏置下腔光纤长度的变化。计算中，耦合效率取为3#7；!"!的光子密度"和腔内光速#

7、等参数的函数。由此可后腔面反射率取为2#7；光纤光栅反射率取为#以得到，在类共振频率"下，调制度达到极大。(#7。图*（8）为"$随光纤耦合速率的变化，外腔$长度取为39:。图*（9）是"随光纤光栅的反射率$"$!"#!"#!!!%（&）和管芯后腔面反射率的变化曲线，耦合效率取频率在"以上，调制度将迅速下降。因此"表征了$$3#7。由图可见，如要求器件在*;<=以上工作，器件最高调制速率。由上式可见，对于一定的输出功外腔长度应短于39:。耦合效率、光纤光栅的反射率，它反比于光子寿命的平方根。率和管芯后腔面的反射率的增加减小

8、了光子的损一般半导体激光器的光子寿命的定义，正比于耗，相当于延长了光子的寿命，但它们对调制速率的光子腔面损耗的倒数，它是决定器件阈值的重要因影响相对来说比较小。而且对于外腔激光器的阈素，但是与外腔的结构参数无关。显然这样定义的光值、输出效率等特性，它们存在一个最优值。要在降子寿命不能用于外腔的情况。对于