端面反射对于取样光栅分布布拉格反射激光器及其集成器件性能的影响
端面反射对于取样光栅分布布拉格反射激光器及其集成器件性能的影响・
刘扬1”潘教青1王宝军1边静1安欣1赵玲娟1
(1.中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室北京100083)
摘要:本文通过传输矩阵模型,理论计算了不同端面反射的存在对于取样光栅分布布拉格
反射镜以及集成SOA的取样光栅分布布拉格反射镜反射谱的影响,进而研究了端面反射的存在对于取样光栅分布布拉格反射激光器以及集成SOA的取样光栅分布布拉格反射激光器模式的影响,端面反射的存在将会使取样光栅的各级反射峰由一个分裂为两个甚至多个并可能使边峰的强度高过零级峰,这将会严重恶化SG.DBR激光器及其集成SOA的激光器的模式特性和调谐特性。理论分析与实际的实验进行了比较,基本吻合。当端面的反射率小于0.Ol时,端面反射对于SG.DBR激光器的影响可以忽略不计。
关键词:可调谐激光器;SGDBR:单片集成;SOA;中图分类号:TN248.4
传输矩阵
文献标识码:A
on
Influenceofthereflectionoftheoutputfacetsthesampledgrating
DBRlaserswithandwithoutintegratedsemiconductoropticalamplifiers
LiuYan91”;PanJiaoqin91;WangBaojunl:Bianjin91;Anxinl;ZhaoLingjuanl
100083)
calculatethereflection
(1.KeyLaboratoryofSemiconductorMhtefialsScience,InsdtuteofSemiconductors,Chinese
AcademyofScienceBeijing
Abstract:Transmission
Braggreflectorandthatfacets
011
matrixtheoryisused
tO
spectrum
ofthesampledgratingdistributed
integratedwithSOAwhichhaveoutputfacets.Theinfluenceofthereflectionoftheoutput
the
sampled
gratingDBRlaserswithandwithoutintesratedSOAis
gratingwill
iIIVe砸gated
bythecalcudafion.Itis
shownthatthemflecdonpcakofthesampled
spm
tOtWOOr“∞nlol-e
Call
peaksandthesub-peakmayexplaintheexperimentresults
exceedthemainpeakbytheinfluenceofthereflectionoftheoutputfacetsanditverywell.TheinfluenceofthereflectionoftheoutputfacetsiSle鹞than0.01.Keywolds:Tunable
matrix
facets∞n
be
ignocedwhenthereflectionratiooftheoutput
1.alsea';,SGDBR;imegrafion;SOA;transmission
1引言
分布布拉格反射(Distributed
Bragg
来宽带光网络光波分复用和光包交换系统中的关键器件之一Il】。为了满足其在未来全光网络架构中的应用,有许多种方案用来提高分布布拉格反射激光器的调谐范围,而其中取样光栅分布布拉格反射(Sampled
Grating
DBR,
Reflector,DBR)激光器在目前长距离、大容量光纤通信中常用作备用光源,具有窄线宽、动态单模工作、波长可调谐的特性,它还是未
SG-DBR)激光器【2】因其制作工艺简单,而备受
’基金项目:国家自然科学基金(资助号90401025。60736036,60706009,60777021)、国家973(资助号-2006CB604901。2006CB604902)和国家863(资助号:2006AA012256。2007AA032419,2007AA032417)・‘E—糖jl
l
matsu@s锄i.ac.cil
..284.-
人们关注。而在以上的诸多应用中,SG—DBR激光器通常为了满足系统的需要,同其他的许多器件进行单片集成,例如半导体光放大器
(SemiconductorOpticalAmplifier,SOA)等。
个反射峰。反映到取样光栅分布布拉格反射激光器的出光光谱上,在原本的取样光栅梳状反射谱的反射峰峰值波长附近,将会出现另一个间距很近的激射波长,如图3所示,图3.a.和3.b分别为取样光栅端面镀增透膜和增反膜后,激光器激射波长同取样光栅区注入电流的关系图。图3.a中随着注入电流的增大可以看到清晰的由点组成的波长逐渐减小的点线,每一条点线代表着一个取样光栅反射谱峰值波长随着注入电流的变化。而在图3.b中,可以清楚的看到,在波长1560nm和1550nm附近的曲线变得混乱,这是由端面反射所引起的反射峰劈裂所造成。从图2.a中还可以看到当端面反射率较大时,反射谱正负一级峰的反射率将会超过零级峰的反射率,并且正负一级峰处有两个略有差别的峰值,这样在原本只有零级峰处激射的地方将会出现在正负一级峰处lJ时激射的情况。这样便会影响激光器的单模性能,甚至出现在激光器的调谐范围内在某一级反射谱峰值附近出现波长缺失的情况。典型的出光光谱图如图4.a所示。
理想的SG—DBR激光器通过分SG.DBR来进行选模,而实际的器件存在解理面端面反射,而解理面端面反射通常会使激光器及其相关的集成器件的性能恶化。凶此,研究端面反射对于SG.DBR激光器及其集成器件的模式性能影响,对于研究SG—DBR激光器及其集成器件具有重要意义。
本篇文章通过传输矩阵模型【3】,理论计算了不同端面反射的存在对于SG—DBR以及集成SOA的SG.DBR反射谱的影响,进而研究了端面反射的存在对于SG—DBR激光器以及集成SOA的SG.DBR激光器模式的影响,并与实际测得的典型的光谱进行了比较。
2理论模型及模拟计算
由传输矩阵理论可以得到普通光栅的传输矩阵‘31:
I=I警:爹
黼吵舢=等哳属=和
其中人为折射率变化周期长度,r为折射率变化界面电场反射率,厂aleA_/2,r为光栅耦合系数;t为透射系数,t2=1-d:6为传播系数差;neff为光栅的有效折射率;k为布拉格波长,h=2rIeff_A;a为光栅区的吸收系数,m为光栅的周期数,m=Lg/A,L。为光栅长度。同样,运用传输矩阵理论可以得到取样光栅的传输矩阵pJ。
这样运用传输矩阵理论可以计算得到各种情况下取样光栅的反射谱,结果如图2所示。(计算中所使用参数r=200cm~,a=8
cm~,
8t.glrr
Lg=6prn,Lsg=739m,N=6,rlen=3.242,h=1535nm,
LSOA=150pm)
(b1)
圈2.模拟得出的光栅反射谱(・为带有端面反射的取样光栅:b为带有端面反射的集成了SOA的取样光栅)
Flig2.Thecalculationresultsofthemagnitudemirrorreflection(a.resultsoftheSGDBRmirror
3数据分析与实验比较
图2.a为经计算得出的带有端面反射的取样光栅反射谱,从图2.a中可以看到由于端面反射的影响,原本单一的反射峰包络劈裂为两
.285.
耐thoutputfacet;b.resultsof
SGDBRmirrorwim
integratedSOAandanoutputfacet、
文章编号:08.018-01
OFCl02009
对于集成了SOA的SG.DBR激光器,从图2.b中可以看到在端面反射率较高的情况下,改变SOA的增益系数将会改变等效光栅的反射率,
SOA注入电流的改变将会引起激
光器阈值电流的改变。不仅如此,从图2.b中还可以看到,若存在较大的端面反射,集成了SOA的取样光栅反射谱的每一级反射峰都会分裂为多个反射峰,,这样将严重影响激光器的调谐性能,甚至不能实现单模激射。典型的出光光谱图如图4.b所示。
经计算,当端面的反射率小于O.0l时,端面反射对于SG.DBR激光器的影响可以忽略不计。
with钆HRcoatb.ARcoat)
m渤m舶莉脚珊舶
1510
1520
lfk30
1640
1660
Wavelength(nm)
(a)
4.结论
综上所述,通过传输矩阵模型,理论计算了不同端面反射的存在对于SG.DBR以及集成SoA的SG.DBR反射谱的影响,根据理论计算模拟的结果,并同实际测量数据相比较,基本一致。由此得出结论:端面反射的存在将会严重恶化SG-DBR激光器及其集成SOA的激光器的模式特性和调谐特性。尽量减小SG.DBR激光器端面反射率是提高其性能的关键。
¨伯
1500
1510
1S20
l&3lO
1640
1550
15∞
Wavelength(nm)
(b)
图4实验中在存在端面反射情况下SGDBR激光器的典
型出光光谱图
Fig.4
伸∞
(Ⅲc
侣¨仆邸体秘
TheoutputspectrmnoftheSGDBRlaser稍th
outputfacetreflectionintheexperiments
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4
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【3JL-A.Col&enandS.W.Corzine,DiodeLasersand
PhotonicIntegrated
Current(mA)
Circoits[M],NewYork:J0bnWiley
&Sons,Inc.,1995,85—93
(b)
田3激光器波长同取样光栅注入电流的关系图(L端
‘面镀增透膜:b.端面镀增反膜)
作者简介z
刘扬(1984-),男,山东枣庄人。中科院半导体所博士研究生,主要从事半导体可调谐激光器及其相关器件的研究.
№.3Thewavelengthvaried丽ththeincreasing
injection
current
of
ofthesampledgra廿ng(outputfacet
.286.