調制光柵Y分支型激光器高效調諧特性研究

更新時間：2025-09-30

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一、背景介紹

隨著二維材料的快速發展，具有高功率、脈沖、窄線寬、可調諧等多種特性的半導體激光器已經問世。其中，可調諧半導體激光器憑借體積小、壽命長、波長切換靈活等優勢，被廣泛應用于光纖通信、光纖傳感、激光雷達等領域。此外，光頻域反射、法布里-珀涉、光柵傳感等具體應用場景對激光器的調諧性能提出了更嚴苛的要求。

調制光柵Y分支型（MG-Y）激光器是分布式布拉格反射激光器的分支，具有波長調諧范圍寬、波長切換速度短、邊摸抑制比（SMSR）高等優勢，基于MG-Y激光器構建的應用系統成為了重要的研究方向。然而在實際應用中，構建波長-電流查找表（LUT）是應用該激光器的前提。目前，通常采用遍歷電流掃描法來確定波長調諧路徑，該方法效率較低，LUT中無效數據量龐大，不利于定期校準，難以保證波長的準確度。此外，波長調諧時功率飄移量較大，易引入解調誤差。因此，需要對MG-Y激光器的波長調諧方法進行研究并優化。

二、創新研究

圍繞如何提升LUT構建效率以及波長調諧時的功率穩定性，上海大學特種光纖與光接入網重點實驗室研究團隊對MG-Y激光器的調諧特性進行深入研究，設計了一種具有普適性的電流掃描框架，以此高效且準確地確定平滑的波長調諧路徑，然后通過調節相位區電流（Iphase），實現了波長細調諧功能。同時提出了一種自適應功率校準算法，保證激光器在波長調諧時功率也能保持相對穩定。

根據左、右反射器電流（Ileft、Iright）與波長的關系，如圖1（a）所示，可以確定每一顏色塊的中心線，即平滑的波長調諧路徑。但電流與波長的全部映射關系需要掃描龐大的電流數據來得到，若以如圖1（b）的測試框架進行電流掃描，波長調諧路徑可以通過線性擬合來得到。圖1（c）是沿著測試框架的網格線3掃描的結果，波長呈現“階梯狀"變化，每一個“階梯"均對應一個顏色塊，而每一個“階梯"中點的波長數據則對應著顏色塊中心線的波長數據。在得到調諧路徑之后，對其進行掃描，可以得到覆蓋大于等于40 nm范圍的LUT粗表，最后通過相位區的精細調諧段，構建出調諧范圍為1528~1568 nm，SMSR均大于40 dB，調諧步長為5 pm的LUT精細查找表，波長數據為8001個，其C波段調諧曲線可見圖1（d）。

圖1 MG-Y激光器調諧特性

由于溫度和驅動電流的影響，激光器在進行波長調諧時會產生功率波動。為了穩定光功率，利用激光器內部的光電探測器（PD），將光功率信息以電的形式輸送至外部電路進行實時的內環電流反饋補償。首先規定功率反饋電壓UPD.ref*，并采集整個C波段共8001個采樣點的功率反饋電壓UPD.refk（k=1,2,…,8001），計算電壓差值并調節光放大區電流（ISOA），直至功率穩定。然而，調整ISOA時也會改變激光器的輸出波長，規定功率控制后輸出波長與標準波長的偏差值最大為5 pm，否則需進一步調節Iphase校準波長。至此，完成自適應功率校準算法設計。

為了驗證調諧方法的有效性，在進行全光譜掃描時，對MG-Y激光器進行性能測量，如圖2所示。結果表明，實際波長與設定波長的偏差量均小于±2.9 pm；功率校準后，功率漂移量由2.382 mW下降至0.408 mW。

圖2 MG-Y激光器調諧性能測試

三、工作展望

在后續的工作中，團隊將進一步挖掘MG-Y激光器電流與波長、功率的內在關系，深入研究其輸出特性，以尋求更高效率的調諧方法。同時，進一步提升激光器的波長與功率穩定性，保證激光器高精度、高穩定的輸出特性，以促進MG-Y激光器在光纖傳感、光通信等領域的應用。對于MG-Y激光器的其他領域研究，如線寬壓縮、內調制等，團隊也一直高度關注，希望能給讀者呈現更多創新性的成果。

參考文獻：中國光學期刊網

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