eng
Выпуск #4/2012
В.Акпаров, В.Дураев, С.Медведев
Одночастотный ВБР-лазер для DWDM на длине волны 1550 нм
Одночастотный ВБР-лазер для DWDM на длине волны 1550 нм
Просмотры: 3468
Одночастотный ВБР-лазер с гибридным резонатором на основе волоконно-брэгговской решетки предназначен для работы в линиях связи со спектральным уплотнением каналов. Его параметры по ширине и стабильности линии излучения, надежности, противостоят параметры лазеров с распределенной обратной связью. Ресурс разработанного лазера составил 500 000 часов.
Теги: dwdm fiber optic links laser emission characteristics measurement semiconductor lasers волоконно-оптические линии связи измерение параметров излучения лазеров полупроводниковые лазеры
Согласно данным, опубликованным в работе [1], лазеры с распределенной обратной связью (РОС), или DFB-лазеры (distributed feedback laser), обладают бóльшим чирпом, чем ВБР-лазеры (излучатель с волоконной брэгговской решеткой). Таким образом, ВБР-лазер более подходит для передачи данных на короткие и средние расстояния с использованием DWDM (технология мультиплексирования с разделением по длине волны – Dense Wavelength Division Multiplexing (англ.)), чем DFB-лазер. При этом ВБР-лазер не требует включения в свою конструкцию дополнительного устройства для стабилизации частоты, и это делает систему передачи данных с использованием ВБР-лазера проще и дешевле.
Был проведен эксперимент по четырехканальному мультиплексированию длин волн с 25-ГГц интервалом между каналами. Благодаря высокой стабильности длины волны ВБР-лазера относительно изменений температуры и тока накачки обеспечена возможность независимо контролировать длину волны и оптическую мощность. Как следствие, удалось реализовать четырех канальное мультиплексирование длины волны практически с равными мощностями и с интервалом между каналами 25 ГГц с точностью установки длины волны 1 пм. В работе [1] представлены результаты успешной передачи данных с 12,5- и 25-ГГц интервалом между каналами со скоростью 2,5 Гб/с при прямой модуляции, используя стандартное одномодовое волокно (SMF). Было достигнуто расстояние передачи данных в 300 км. По результатам [1] составлена таблица сравнительных характеристик DFB- и ВБР-лазеров при их использовании в ВОЛС с частотным уплотнением каналов.
Эксперимент
ВБР-лазер (рис.1) – это лазер с внешним резонатором, в котором положительная обратная связь создана волоконно-брэгговской решеткой и задней гранью кристалла полупроводникового оптического усилителя (ПОУ). Коэффициент отражения решетки и ширина полосы отражения для ВБР составили 20–30% и 0,15–0,25 нм, соответственно. В ВБР-лазере использовалась InP/InGaAsAl зарощенная гетероструктура ПОУ с пятью квантовыми ямами (рис.2). С целью увеличить расстояние между собственными модами резонатора Фабри-Перо была выбрана длина резонатора, она составила 400 мкм. Ширина полоски составила 3 мкм.
Коэффициент отражения задней грани ПОУ был увеличен до 90% путем напыления отражающего покрытия. Напротив, коэффициент отражения передней грани ПОУ должен быть максимально снижен, чтобы подавить генерацию собственных мод резонатора Фабри-Перо кристалла ПОУ и стабилизировать моды внешнего резонатора. Для этого также необходимо, чтобы волоконно-брэгговская решетка располагалась на минимальном расстоянии от переднего торца активного элемента ПОУ.
Как показано на рис.1, на конце оптического волокна была изготовлена цилиндрическая линза, чтобы улучшить коэффициент вывода оптического излучения. Эффективность стыковки с волокном составляла 60%. На рис.3 показана модовая структура ВБР-лазера. Кристалл ПОУ, термистор для контроля температуры и контрольный фотодиод были установлены на одной металлической пластине. Волокно с ВБР было съюстировано и закреплено на металлической пластине с помощью стеклянного припоя. Вся эта сборка находилась на элементе Пельтье в 14-pin Butterfly корпусе.
Результаты
На рис.4 показана типичная ватт-амперная характеристика ВБР лазера при 25˚C. Без кинков (элементы нелинейности в графике ВтАХ)лазер работал при токах ниже 66 мА. Пороговый ток составлял 24 мА, наклон ВтАХ был 0,16 Вт/А и выходная мощность достигала 5,6 мВт при 66 мА. На рис.5 показан спектр излучения ВБР- лазера. Таким образом, достигнутая мощность и стабильность частоты достаточна для использования ВБР-лазера в линиях связи с частотным уплотнением каналов, при этом ВБР-лазер превосходит по стабильности частоты РОС-лазер с прямой токовой модуляцией и является более дешевым, чем РОС-лазер с внешним модулятором. ВБР-лазер можно без проблем использовать в режиме прямой токовой модуляции для линий связи с частотным уплотнением каналов. Ресурс работы представленных ВБР-лазеров составил более 500 000 часов, что подтвердили ускоренные ресурсные испытания.
Литература
Hashimoto J.I. et al. J. Lightwave Technol, 2003, v.21, p. 2002.
Дураев В.П. Перестраиваемые одночастотные лазеры с брэгговскими решетками. – Фотоника, 2007, №3, с.24–29.
Дураев В.П. Перестраиваемые одночастотные полупроводниковые лазеры.– Фотоника, 2011, №5, с.34–36.
Был проведен эксперимент по четырехканальному мультиплексированию длин волн с 25-ГГц интервалом между каналами. Благодаря высокой стабильности длины волны ВБР-лазера относительно изменений температуры и тока накачки обеспечена возможность независимо контролировать длину волны и оптическую мощность. Как следствие, удалось реализовать четырех канальное мультиплексирование длины волны практически с равными мощностями и с интервалом между каналами 25 ГГц с точностью установки длины волны 1 пм. В работе [1] представлены результаты успешной передачи данных с 12,5- и 25-ГГц интервалом между каналами со скоростью 2,5 Гб/с при прямой модуляции, используя стандартное одномодовое волокно (SMF). Было достигнуто расстояние передачи данных в 300 км. По результатам [1] составлена таблица сравнительных характеристик DFB- и ВБР-лазеров при их использовании в ВОЛС с частотным уплотнением каналов.
Эксперимент
ВБР-лазер (рис.1) – это лазер с внешним резонатором, в котором положительная обратная связь создана волоконно-брэгговской решеткой и задней гранью кристалла полупроводникового оптического усилителя (ПОУ). Коэффициент отражения решетки и ширина полосы отражения для ВБР составили 20–30% и 0,15–0,25 нм, соответственно. В ВБР-лазере использовалась InP/InGaAsAl зарощенная гетероструктура ПОУ с пятью квантовыми ямами (рис.2). С целью увеличить расстояние между собственными модами резонатора Фабри-Перо была выбрана длина резонатора, она составила 400 мкм. Ширина полоски составила 3 мкм.
Коэффициент отражения задней грани ПОУ был увеличен до 90% путем напыления отражающего покрытия. Напротив, коэффициент отражения передней грани ПОУ должен быть максимально снижен, чтобы подавить генерацию собственных мод резонатора Фабри-Перо кристалла ПОУ и стабилизировать моды внешнего резонатора. Для этого также необходимо, чтобы волоконно-брэгговская решетка располагалась на минимальном расстоянии от переднего торца активного элемента ПОУ.
Как показано на рис.1, на конце оптического волокна была изготовлена цилиндрическая линза, чтобы улучшить коэффициент вывода оптического излучения. Эффективность стыковки с волокном составляла 60%. На рис.3 показана модовая структура ВБР-лазера. Кристалл ПОУ, термистор для контроля температуры и контрольный фотодиод были установлены на одной металлической пластине. Волокно с ВБР было съюстировано и закреплено на металлической пластине с помощью стеклянного припоя. Вся эта сборка находилась на элементе Пельтье в 14-pin Butterfly корпусе.
Результаты
На рис.4 показана типичная ватт-амперная характеристика ВБР лазера при 25˚C. Без кинков (элементы нелинейности в графике ВтАХ)лазер работал при токах ниже 66 мА. Пороговый ток составлял 24 мА, наклон ВтАХ был 0,16 Вт/А и выходная мощность достигала 5,6 мВт при 66 мА. На рис.5 показан спектр излучения ВБР- лазера. Таким образом, достигнутая мощность и стабильность частоты достаточна для использования ВБР-лазера в линиях связи с частотным уплотнением каналов, при этом ВБР-лазер превосходит по стабильности частоты РОС-лазер с прямой токовой модуляцией и является более дешевым, чем РОС-лазер с внешним модулятором. ВБР-лазер можно без проблем использовать в режиме прямой токовой модуляции для линий связи с частотным уплотнением каналов. Ресурс работы представленных ВБР-лазеров составил более 500 000 часов, что подтвердили ускоренные ресурсные испытания.
Литература
Hashimoto J.I. et al. J. Lightwave Technol, 2003, v.21, p. 2002.
Дураев В.П. Перестраиваемые одночастотные лазеры с брэгговскими решетками. – Фотоника, 2007, №3, с.24–29.
Дураев В.П. Перестраиваемые одночастотные полупроводниковые лазеры.– Фотоника, 2011, №5, с.34–36.
Отзывы читателей
