CN105024280A - 一种波长可调谐激光器 - Google Patents

Abstract

一种波长可调谐激光器，包括热电冷却器和控制器，分布式反馈激光器阵列芯片；所述分布式反馈激光器阵列芯片包括分布式反馈部分、无源耦合器和半导体光放大器；所述分布式反馈部分由m行和n列分布式反馈半导体激光器组成，其中m≥2，n≥2；所述分布式反馈半导体激光器通过无源耦合器耦合在一起，所述半导体光放大器与所述无源耦合器光路连接。本发明结构简单，成本低，安装方便，适合广大的波分复用无源光网络？(WDM-PON)市场。

Description

一种波长可调谐激光器

技术领域

本发明涉及光通讯技术领域，尤其涉及一种波长可调谐的分布式反馈半导体激光器。

背景技术

在现代的密集波分复用系统中（DWDM），波长可调谐的激光器一直是光传输系统中的关键器件。可调谐激光器由于其波长可选的特性，大大提高了网络控制的灵活性，降低了维护成本。在波分复用无源光网络 (WDM-PON) 中,一个通信路径从中央办公室(CO)到每个用户通常映射到一个特定的波长。如果用波长不可调谐的激光器会增加很大的运营成本与维护难度。这种应用场景的最佳方案就是选择波长可调谐的激光器。本发明提供了一种集成调制器的波长可调谐激光器在每个光网络单元（ONU）的特定路径/用户的时间上，可以提供一个最优波长供所有用户的收发器和客户端（CP）设备使用。通过降低安装的复杂性和减少备用库存以及维护成本，从而达到简化操作的运营。

业界对于可调谐激光器的研究已有三十多年的历史，比较通用的三种实现波长可调谐的方案是外腔结构、布拉格反射（DBR）激光器以及基于分布反馈激光器（DFB）阵列的结构， 这些设计的激光器都能达到40nm的调谐范围，满足了光通讯传输DWDM系统的要求。但是现在商用的这些可调谐激光器的封装方式和工艺比较复杂，大大增加了成本，从而限制了可调谐激光器大规模的商用化，特别是在光通讯传输接入网、无源光网络（WDM-PON）、数据中心中的应用。

发明内容

本发明提供一种结构简单，安装方便，适合广大的波分复用无源光网络 (WDM-PON)市场的低成本的集成调制器的分布反馈可调谐半导体激光器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种波长可调谐激光器，包括热电冷却器、控制器和分布式反馈激光器阵列芯片；所述分布式反馈激光器阵列芯片包括分布式反馈部分、无源耦合器和半导体光放大器；所述分布式反馈部分由m行和n列分布式反馈半导体激光器组成，其中m≥2，n≥2；所述分布式反馈半导体激光器通过无源耦合器耦合在一起，所述半导体光放大器与所述无源耦合器光路连接。

优选方案，还包括调制器；所述调制器与所述半导体光

大器光路连接，用于对经过半导体光放大器放大的光信号进行调制。

优选方案，所述m行和n列分布式反馈半导体激光器行串联列并联组成。

优选方案，所述分布式反馈部分由m行和n列分布式反馈半导体激光器组成，其中2≤m≤20，2≤n≤50。

本发明的有益效果为：利用独特的芯片设计简化了生产工艺流程，利用独特的封装设计与形式，和控制方案进一步简化了封装生产的需求，从而达到低成本的可调谐激光器的目标，从而推广可调谐激光器在光网络中的应用，特别是对成本要求严格的光接入网、WDM-PON、数据中心及手机5G的回传网。

附图说明

图1是集成调制器的分布式反馈激光器阵列芯片；

图2是分布式反馈半导体激光器原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。

本发明提供了一种集成调制器的波长可调谐激光器，包括集成调制器的分布式反馈（以下简称DFB）激光器阵列芯片， 热电冷却器1（以下简称TEC），和控制器2。此集成芯片集成了一个分布式反馈部分3，一个无源耦合器4，一个半导体光放大器 5(以下简称SOA)，和一个调制器6可以是电吸收调制器 (以下简称EAM)或马赫-曾德尔（以下简称MZM）。集成芯片的封装模式可以是TO-CAN或TOSA形式，主要取决于此激光器模块的调制速率和可调谐的通道数。

分布式反馈部分3具有多个DFB半导体激光器先串联再并联组成，通过无源耦合器4耦合在一起，由同一根波导输出。每个DFB激光器被配置为输出一个在不同的温度依赖性的可调谐波长范围的光信号。因此，分布式反馈部分3每次从一个DFB激光器输出光信号。SOA 5在光路上连接到无源耦合器4的一端。SOA 5对从无源耦合器4输出的光信号进行放大，也可以进行调制。调制器6，可以是EAM调制器或MZM调制器，对经过SOA 5放大的光信号进行调制。SOA 5可以调制数率小于10Gb/s的信号。对于调制数率达到10Gb/s或以上的，SOA 5只是纯粹的放大，而集成的调制器6，EAM或MZM，是必须的。当调制速度小于10Gb/s，该集成调制器6从节约成本的角度出发可以被生省略。此款串联/并联混合集成的激光器可包含m行和n列独立的分布反馈半导体激光器，总的激光器数目为mn个，其中m在2到20之间，n在2到50之间，如图1所示。当需要第i行第j列的激光器（工作波长为λij）工作时，可将它的电流Iij设置为工作电流，然后将其余激光器的电流都设置为透明电流（即其他段激光器产生的光可以透过该段激光器，但不产生损耗也不被放大），那么这个激光器可以工作在波长λij， 并且可以通过调节温度使其在（λij±1.5）nm的范围内工作。当需要使用另一个激光器时，只需将另一个激光器的电流设置为工作电流，并将剩余激光器的电流设置为透明电流即可。分布式反馈部分从一个DFB激光器输出光信号，而每个DFB激光器具有特定的温度依赖性的波长可调谐范围包括温度的分布反馈部分。TEC 1控制分布反馈部分的温度。SOA 5和调制器6分别对特定的DFB激光器的输出光信号分别进行放大和调制。另外，通过对驱动电流的控制，SOA 5可能对第一个DFB激光器的放大倍数比对第二个DFB激光器的放大倍数高，因为第一个DFB激光器在DFB阵列中比第二个DFB激光器更远离SOA。

   波长可调谐激光器包含了一个控制器2，此控制器2与分布式反馈3部分进行通讯。该控制器2每次只激活一个DFB激光器让它输出满足波长需求的光信号。该控制器2也与SOA 5进行通讯，并设置SOA 5的增益来放大信号光的强度，达到所需的输出光强。控制器2控制SOA 5或调制器6的调制强度和调整格式，让它对DFB激光器的输出光信号进行相应的调制。此外，控制器2与TEC 1通讯，并控制TEC 1的电流来变化分布式反馈部分3的温度以达到一个DFB激光器的波长可调谐范围的温度依赖性的工作温度。

每个DFB激光器包括一个光栅以反射光信号。在分布式反馈部分3，每个DFB激光器的光栅都不同于任何其他的另一个DFB激光器的光栅，所以每个DFB激光器输出的光信号都有不同的波长。

Claims (4)

1. 一种波长可调谐激光器，包括热电冷却器和控制器，其特征在于，还包括：分布式反馈激光器阵列芯片；所述分布式反馈激光器阵列芯片包括分布式反馈部分、无源耦合器和半导体光放大器；所述分布式反馈部分由m行和n列分布式反馈半导体激光器组成，其中m≥2，n≥2；所述分布式反馈半导体激光器通过无源耦合器耦合在一起，所述半导体光放大器与所述无源耦合器光路连接。

2.根据权利要求1所述的一种波长可调谐激光器，其特征在于，还包括调制器；所述调制器与所述半导体光放大器光路连接，用于对经过半导体光放大器放大的光信号进行调制。

3.根据权利要求1或2所述的一种波长可调谐激光器，其特征在于，所述m行和n列分布式反馈半导体激光器行串联列并联组成。

4.根据权利要求1或2所述的一种波长可调谐激光器，其特征在于，所述分布式反馈部分由m行和n列分布式反馈半导体激光器组成，其中2≤m≤20，2≤n≤50。