基于重构等效啁啾技术的可调谐激光器及封装研究

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随着互联网技术的发展以及5G技术的出现,用户对多媒体和宽带新业务的需求逐渐增加,这就需要高带宽高效率光交换网络的支持。而可调谐激光器是高速光交换网络中的核心光电子器件。同时可调谐激光器在传感、激光雷达等领域有着重要的作用。虽然目前已有多种可调谐激光光源问世,但是都存在一定的缺点。面对巨大的需求,如何低成本高效率地制造可调谐激光器,并且提高它的调谐性能无疑具有重要的研究意义。本论文基于重构等效啁啾技术设计并制作了创新性的矩阵式激光器阵列,解决了现有分布式反馈激光器的调谐范围小等问题。研究了可调谐激光器的封装结构,并提出了利用过渡热沉有效增加激光器调谐范围的方法,在应用中可以降低器件成本。本文主要内容和结果如下:1、提出了一种基于重构等效啁啾技术的矩阵式激光器阵列,在1500*400μm2的芯片上集成了4个激光器。该种结构优化了传统的并联式和串联式结构,得到了较高功率的输出以及避免了相邻激光器的串扰。制造的四通道激光器阵列,在保证环境温度不变(293 K)、每颗激光器注入电流为70 mA的情况下,实现了2.4nm波长间隔,且波长控制精度±0.12 nm以内。并且单模特性良好,边模抑制比最低为45.2 dB。对于统计的40个激光器芯片的160个通道的测试显示,93.1%的通道波长偏移量都在±0.2 nm范围内,证明重构等效啁啾技术可以精确地控制激光器波长。2、研究了激光器的封装流程并研究了不同过渡热沉对激光器调谐性能的影响。我们使用热传导理论及仿真软件详细分析了过渡热沉的热学性质对于激光器表现的影响,并通过在AlN热沉(高热导率)和SiO2热沉(低热导率)上分别焊接同一批次芯片并比较实验结果的方式验证了结论。驱动电流从50 mA上升到120 mA过程中,SiO2热沉上的芯片有3.5-3.7 nm的调谐范围(3倍于AlN热沉上的芯片)和较快的百毫秒级向长波长调谐速度(1.4倍于AlN热沉上的芯片),总调谐范围10.4nm。并且在室温环境下可以正常稳定地工作,输出功率达到7 mW,边模抑制比超过40 dB。对比于传统的利用半导体制冷器改变温度来实现激光器波长调谐的方案,这种方法调谐速度较快,而且节约了大量能量以及器件成本。
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