CN113418682A

CN113418682A - 一种激光器啁啾性能测试装置及方法

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Publication number: CN113418682A
Application number: CN202110964555.8A
Authority: CN
Inventors: 郭菲; 程东
Original assignee: Qxp Technologies Inc
Current assignee: Qxp Technologies Inc
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2041-08-23
Also published as: CN113418682B

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，公开了一种激光器啁啾性能测试装置及方法，装置包括：误码仪或信号发生器；电流源，输出直流偏置电流；偏置器，直流输入端连接电流源，交流输入端连接误码仪或信号发生器，输出端通过探针与待测直接调制激光器的正负极相连；光谱仪，通过单模光纤或多模光纤连接待测直接调制激光器的输出端。通过测试直接调制激光器光谱的“1”信号波长相对于“0”信号波长之间的偏移量，即可评估直接调制激光器的频率啁啾大小。测试系统简单、操作便捷、筛选快速，实现直接调制激光器芯片级的性能测试，不仅提升了产品良率，而且还节约了工艺制备、物料等成本，非常适合应用于直接调制激光器的批量生产中。

Description

一种激光器啁啾性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种激光器啁啾性能测试装置及方法。

背景技术

2021年3月份，工信部提出《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023）》，计划建设全面覆盖城市地区和有条件乡镇的“双千兆”网络基础设施，实现固定和移动网络普遍具备“千兆到户”的能力。为了提升光纤到户（FTTH）的带宽，以满足高清视频、3D游戏、虚拟现实等业务日益增长的需求，光纤接入网络开始向更高速率发展。目前，应用于FTTH领域的10Gbit/s速率以上的商用光模块都采用外调制激光器方案，主要包括电吸收调制器（EAM）和马赫曾德调制器（MZM）。外调制激光器具有调制速率高、啁啾小、消光比高等优势，可以在光纤中传输更远的距离，然而，外调制方案功耗高、成本高，且存在较大的插入损耗，不适合FTTH等光模块成本较低的应用场景。相比于外调制激光器，直接调制激光器（DML）具有成本低、功耗低的优势，然而，DML的调制电流会引起有源区折射率的变化，导致出现频率啁啾现象。由于光信号在光纤中传输时存在色散现象，啁啾使得DML在经过光纤传输后的信号质量严重劣化，因此，DML的一般传输距离不超过10km，难以满足FTTH（20km）等传输距离大于10km的应用场景。

为了减小DML的啁啾，使得DML能够传输更远的距离，人们提出了啁啾管理激光器（CML）方案，该方案主要由DML和无源光学滤波器两部分组成。当给DML施加高频调制信号时，DML会产生频率啁啾，使得“1”信号和“0”信号的频率出现偏移，由于DML通常为正啁啾，因而“1”信号波长相对于“0”信号波长蓝移。通过调节无源光学滤波器的滤波曲线位置，使得DML “1”信号波长通过，“0”信号波长被衰减，从而减小啁啾、增大信号的消光比，可以传输更远的距离。为了达到较好的滤波效果，DML的“1”信号波长必须位于无源光学滤波器滤波曲线的边沿位置，然而，实际上，由于外延生长材料、工艺制备的均一性等因素的影响，DML的啁啾性能具有较大的离散性，使得在调节无源光学滤波器时，当DML的“1”信号波长位于滤波曲线的边沿位置时，部分器件的“0”信号波长得不到有效的衰减，从而造成消光比达不到指标要求，传输距离也受到限制。

因此，为了提高CML器件的良率，必须测试DML的啁啾特性，达到提前筛选出啁啾性能不合要求的DML的目的。基于F-P标准具、马赫增德尔干涉仪等方法已经被开发用于准确测试激光器的时域啁啾性能。然而，这些测试方法和测试系统通常比较复杂，而且对系统光路的稳定性要求非常高，不适合用于CML器件批量生产的啁啾性能筛选中。

发明内容

本发明提供一种激光器啁啾性能测试装置及方法，能够测试待测激光器“1”信号波长相对于“0”信号波长的偏移量，从而评估DML的频率啁啾，测试系统简单、操作便捷、筛选快速。

本发明提供了一种激光器啁啾性能测试装置，包括：

误码仪或信号发生器，用于输出高频调制信号；

电流源，用于输出直流偏置电流；

偏置器，直流输入端连接电流源，交流输入端连接误码仪或信号发生器，输出端通过探针与待测直接调制激光器的正负极相连；

光谱仪，通过单模光纤或多模光纤与待测直接调制激光器的输出端相连，测试“1”信号波长相对于“0”信号波长之间的相对偏移量。

还包括半导体制冷器，待测直接调制激光器置于半导体制冷器上。

进一步地，所述信号发生器输出波形为方波或正弦波。

进一步地，所述误码仪输出的信号速率大于或等于1Gbit/s，所述信号发生器输出的信号频率大于或等于500MHz。

进一步地，所述光谱仪的分辨率小于待测直接调制激光器“1”信号波长和“0”信号波长相对偏移量的1/2。

进一步地，所述待测直接调制激光器为法布里-珀罗（FP）激光器、分布反馈（DFB）激光器、布拉格分布反射器（DBR）或者垂直腔面发射激光器（VCSEL）。

进一步地，所述探针采用射频探针。

一种激光器啁啾性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、通过误码仪或信号发生器输出高频信号，电流源施加直流偏置电流，高频信号和直流偏置电流经过偏置器后一同进入待测直接调制激光器的正负极；

S2、由于待测直接调制激光器的直流偏置电流高于其阈值电流，待测直接调制激光器开始发光，通过单模光纤或多模光纤将待测直接调制激光器的输出光耦合进光谱仪中，通过光谱测试“1”信号波长相对于“0”信号波长之间的相对偏移量；

S3、保存并记录“1”信号波长和“0”信号波长之间的相对偏移量，通过相对偏移量评估待测直接调制激光器频率啁啾的大小。

进一步地，所述步骤S1中所述误码仪或信号发生器输出幅值为2V的高频信号，所述电流源施加50mA的直流偏置电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出的激光器啁啾性能测试装置及方法通过光谱仪测试“1”信号波长相对于“0”信号波长的偏移量，即可评估DML的频率啁啾，测试系统简单、操作便捷、筛选快速。

本发明提出的激光器啁啾性能测试装置及方法能够实现DML芯片级的性能测试，从而避免性能不良的DML进行后续的封装、组装等工艺，不仅提升了产品良率，而且还节约了工艺制备、物料等成本，非常适合应用于CML等器件的批量生产中。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种激光器啁啾性能测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例二提供的一种激光器啁啾性能测试装置的结构示意图。

图3为本发明不同DML的光谱测试结果。

图4为本发明CML器件中，DML光谱和无源光学滤波器调谐的最佳位置。

图5为本发明CML器件中，过无源光学滤波器前和过无源光学滤波器后的DML光谱对比结果。

具体实施方式

下面结合附图1-5，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种激光器啁啾性能测试装置包括：误码仪或信号发生器、电流源、偏置器、探针和光谱仪；

所述误码仪或信号发生器输出交流（AC）信号，误码仪输出伪随机序列码型，信号发生器输出波形可以是方波、正弦波等波形。误码仪或信号发生器的输出端和偏置器的交流（AC）输入端相连；

所述电流源的输出端和偏置器的直流（DC）输入端直接相连，用于给DML施加直流偏置电流；

所述偏置器的交流（AC）输出端和直流（DC）输出端通过探针和DML的正负极相连，用于给DML施加偏置电流和高频交流信号；

所述DML的输出端和光谱仪相连，用于表征DML的啁啾性能。

可选地，误码仪输出的信号速率大于或等于1Gbit/s，信号发生器输出的信号频率大于或等于500MHz。

可选地，误码仪或信号发生器输出的信号幅值必须大到能够驱动DML。

实施例二

与实施一不同的是，本实施例的DML置于半导体制冷器（Thermo ElectricCooler，简称TEC）上，用于控制DML的测试温度。

可选地，光谱仪的分辨率必须小于DML“1”信号波长和“0”信号波长相对偏移量的1/2，保证测试的准确性。

可选地，DML的输出光通过单模光纤或多模光纤耦合进光谱仪中。

可选地，DML可以是法布里-珀罗（FP）激光器、分布反馈（DFB）激光器、布拉格分布反射器（DBR）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）等结构的激光器。

可选地，探针采用高频信号衰减较小的射频探针。

本发明实施例以CML器件的制备过程为例进行说明。

首先，进行CML器件的啁啾性能测试。本发明所提供的一种激光器啁啾性能测试装置的实施例一和实施例二的示意图分别如图1和图2所示，测试装置实施例一主要包括：误码仪或信号发生器、电流源、偏置器、探针和光谱仪。测试装置实施例二主要包括：误码仪或信号发生器、电流源、偏置器、探针和TEC。将DML放置于TEC上，可以控制DML的工作温度，不仅可以表征某一温度下DML的啁啾性能，而且还可以探寻DML啁啾特性随温度的变化规律。

啁啾性能测试步骤如下：

按照测试装置实施例一或测试装置实施例二进行系统搭建；

通过误码仪或信号发生器输出幅值为2V的高频信号，电流源施加50mA的直流偏置电流，在经过偏置器之后一同进入到DML的正负极；

由于偏置电流高于阈值电流，DML开始发光，采用单模光纤或多模光纤将DML输出光耦合进光谱仪中，进行光谱测试；

保存并记录“1”信号波长和“0”信号波长之间的相对偏移量，通过该值即可评估DML频率啁啾的大小。

图3为不同DML的光谱测试结果，DML1的“1”信号和“0”信号之间的波长偏移量为0.082 nm，DML2的“1”信号和“0”信号之间的波长偏移量为0.1 nm，可见，DML2的频率啁啾比DML1的大。

接着，挑选出啁啾性能合格的DML器件和无源光学滤波器组合构成CML器件。CML器件要想正常工作，需要通过改变CML器件的电流、温度或无源光学滤波器的温度来调节CML光谱和无源光学滤波器滤波曲线的相对位置，使得DML的“1”信号波长位于无源光学滤波器滤波曲线的边沿位置，如图4所示。DML在经过无源光学滤波器滤波前和滤波后的光谱对比如图5所示，可见，“1”信号波长几乎无衰减地通过，“0”信号波长则得到了较大了衰减，可以实现降低啁啾、提高消光比和传输更远的距离。

本发明提供的激光器啁啾性能测试装置及方法，通过光谱仪测试“1”信号波长相对于“0”信号波长的偏移量，即可评估DML的频率啁啾，测试系统简单、操作便捷、筛选快速，而且能够实现DML芯片级的性能测试，从而避免性能不良的DML进行后续的封装、组装等工艺，不仅提升了产品良率，而且还节约了工艺制备、物料等成本，非常适合应用于CML等器件的批量生产中。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，包括：

误码仪或信号发生器，用于输出高频调制信号；

电流源，用于输出直流偏置电流；

2.如权利要求1所述的激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，还包括半导体制冷器，待测直接调制激光器置于半导体制冷器上。

3.如权利要求1所述的激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，所述信号发生器输出波形为方波或正弦波。

4.如权利要求1所述的激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，所述误码仪输出的信号速率大于或等于1Gbit/s，所述信号发生器输出的信号频率大于或等于500MHz。

5.如权利要求1所述的激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，所述光谱仪的分辨率小于待测直接调制激光器“1”信号波长和“0”信号波长相对偏移量的1/2。

6.如权利要求1所述的激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，所述待测直接调制激光器为法布里-珀罗激光器、分布反馈激光器、布拉格分布反射器或者垂直腔面发射激光器。

7.如权利要求1所述的激光器啁啾性能测试装置，其特征在于，所述探针采用射频探针。

8.如权利要求1-7任一权利要求所述的激光器啁啾性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的激光器啁啾性能测试装置的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中所述误码仪或信号发生器输出幅值为2V的高频信号，所述电流源施加50mA的直流偏置电流。