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可調激光器技術在光纖通信中的應用
1、概述
光通信領域傳統的光源均是基于固定波長的激光器模塊，隨著光通信系統的不斷發展及應用推廣，固定波長激光器的缺點逐漸顯露出來：一方面隨著DWDM技術的發展，系統中的波長數達到了上百個，在需要提供保護的場合，每個激光器的備份必須由相同波長的激光器提供，這樣導致備份激光器數量增加，成本上升；另一個方面由于固定激光器需要區分波長，因此激光器的類型隨著波長數的增加而不斷增加，使得管理復雜程度和存貨水平；再有如果要支持光網絡中的動態波長分配，提高網絡靈活性，需要配備大量不同波長的固定激光器，但每只激光器的使用率卻很低，造成資源浪費。針對這些不足，隨著半導體及其相關技術的發展，人們成功地研制出可調諧激光器，即在同一個激光器模塊上控制輸出一定帶寬內的不同波長，且這些波長值和間隔均滿足ITU-T的要求。
對于下一代光網絡而言，可調諧激光器是實現智能光網絡的關鍵因子，可以為運營商提供更大彈性、更快波長供應速度，并zui終實現更低的成本。未來長途光網絡將是波長動態系統的天下，這些網絡可以在很短的時間內實現新的波長分配，由于采用超長距離傳輸技術而無須使用再生器，從而節省大筆開支。可調激光器有希望為未來的通訊網絡提供新工具，用以進行波長管理、提高網絡效率和開發下一代光網絡。zui吸引的一個應用是可重配置光分插復用器（ROADM）。動態可重配置的網絡系統將出現在網絡市場中，大調節范圍的可調諧激光器也將因此而獲得更大的需求。
2、技術原理與特性
可調諧激光器從調諧原理上共有三種控制技術：電流控制技術、溫度控制技術和機械控制技術等類型。其中電控技術是通過改變注入電流實現波長的調諧，具有ns級調諧速度，較寬的調諧帶寬，但輸出功率較小，基于電控技術的主要有SG-DBR（采樣光柵DBR）和GCSR（輔助光柵定向耦合背向取樣反射）激光器。溫控技術是通過改變激光器有源區折射率，從而改變激光器輸出波長的。該技術簡單，但速度慢，可調帶寬窄，只有幾個nm。基于溫控技術的主要有DFB（分布反饋）和DBR（分布布喇格反射）激光器。機械控制主要是基于MEMS（微機電系統）技術完成波長的選擇，具有較大的可調帶寬、較高的輸出功率。基于機械控制技術的主要有DFB（分布反饋）、ECL（外腔激光器）和VCSEL（垂直腔表面發射激光器）等結構。下面將從這幾個方面可調諧激光器的原理進行說明。其中著重講當前zui主流的可調諧技術——電流調諧技術。
2.1 溫度控制技術
基于溫度控制技術主要應用在DFB結構中，其原理在于調整激光腔內溫度，從而可以使之發射不同的波長。一種基于該原理技術的可調激光器的波長調節是依靠控制InGaAsP DFB激光器工作在一定溫度范圍的變化實現的。器件通過內置鎖波器（標準具和監控探測器組成），將連續光輸出的激光可被鎖定在ITU規定的50GHz間隔的柵格上。一般器件內封裝兩個獨立的TEC，一個用來控制激光器芯片的波長，另一個用來保證器件內的鎖波器和功率檢測探測器恒溫工作。
這類激光器zui大的優點是他們的性能與固定波長激光器相似，具有輸出功率高，波長穩定性好，工作簡單的特點，成本低，技術成熟。但是也有有兩個主要缺點：一是單個器件的調諧的寬度窄，一般只有幾個nm，二是調諧時間長，一般需要幾秒的調諧穩定時間。
2.2 機械控制技術
基于機械控制技術一般采用MEMS來實現。一種基于機械控制技術的可調諧激光器采用MEMs-DFB結構。
可調諧激光器主要包括DFB激光器陣列、可傾斜的MEMs鏡片和其他控制與輔助部分。
對于DFB激光器陣列區存在若干個DFB激光器陣列，每個陣列可以產生帶寬約為1.0nm內的間隔為25Ghz的特定波長。通過控制MEMs鏡片旋轉角度來對需要的特定波長進行選擇，從而輸出需要的特定波長的光。