波長可調(diào)諧激光器技術(shù)特點
波長可調(diào)諧激光器可任意控制信道波長，方便準(zhǔn)確地控制頻道間隔。可調(diào)諧激光器主要由具有有源增益區(qū)和諧振腔的激光器、改變和選擇波長的可調(diào)裝置、穩(wěn)定輸出波長裝置三個基本部分組成?？烧{(diào)諧激光器有電流調(diào)諧、溫度調(diào)諧、包括微電子機械系統(tǒng)機械（MEMS）的機械調(diào)諧三種基本技術(shù)，一般采用其中的一種或兩種技術(shù)。表1為幾種可調(diào)諧激光器技術(shù)與特點比較。

波長可調(diào)諧激光器開發(fā)現(xiàn)狀
波長可調(diào)諧激光器從上世紀(jì)80年代起就開始進行研發(fā)，已獲得很大發(fā)展。目前可調(diào)諧激光器已投入商業(yè)生產(chǎn)，并有許多結(jié)構(gòu)不同和工作機理各異的可調(diào)諧激光器產(chǎn)品出現(xiàn)。
目前，國際上已開發(fā)出可調(diào)諧的分布反饋（DFB）激光器、分布布喇格反射器（DBR） 激光器、基于MEMS的可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、可調(diào)諧光纖激光器等。此外，還發(fā)展了與濾波器、反射器、調(diào)制器、放大器等單片集成和混合集成的可調(diào)諧激光器，其中，采用MEMS技術(shù)的可調(diào)諧激光器是最有希望的一種，可獲得大范圍內(nèi)可調(diào)諧激光器，并最有希望實現(xiàn)最小化、高密度、高速、批量生產(chǎn)。
當(dāng)今的可調(diào)諧激光器技術(shù)水平已與固定激光器不相上下，能完全實現(xiàn)整個C波段（1529～1561nm）或L波段（1570～1605nm）的寬帶調(diào)諧。
外腔可調(diào)諧激光器功率大、線寬窄、波長穩(wěn)定，已可實現(xiàn)大范圍、非連續(xù)的波長調(diào)諧，并已形成產(chǎn)品，可應(yīng)用于長途網(wǎng)、超長途網(wǎng)、城域網(wǎng)、光插分復(fù)用（OADM）、光開關(guān)等，但由于其機械調(diào)諧使其調(diào)諧和轉(zhuǎn)換速度較慢，機械穩(wěn)定性差、不便于集成、制造比較復(fù)雜、價格昂貴，限制了其應(yīng)用范圍。
單片結(jié)構(gòu)電流調(diào)諧的內(nèi)腔可調(diào)諧激光器應(yīng)用范圍較廣，現(xiàn)在市場上出現(xiàn)的大范圍可調(diào)激光器能夠在100個通道間進行調(diào)節(jié)，輸出功率可達(dá)10～20mW，調(diào)諧間隔已達(dá)25GHz，其它主要光譜指標(biāo)和可靠性均達(dá)到了固定波長激光器水平。
寬帶可調(diào)諧DBR激光器
在可調(diào)諧DBR激光器中，在有源F-P增益區(qū)增加了衍射光柵，通過將激勵電流導(dǎo)向諧振腔的不同部位來改變波長。其連續(xù)調(diào)諧范圍較大（＞5.8nm）、調(diào)節(jié)速度非?？?、采用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，但其線寬寬、輸出功率低、控制較復(fù)雜。可用于城域網(wǎng)、長途網(wǎng)接入、光開關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)射頻信號傳輸、OADM等。
目前，DBR類可調(diào)激光器是商用化最好的一個品種。除已開發(fā)出的多電極DBR 激光器、梳狀電極DBR 激光器之外，又開發(fā)了幾種基于DBR結(jié)構(gòu)的寬帶可調(diào)諧激光器（40信道，50GHz間隔），主要有超周期結(jié)構(gòu)衍射光柵形DBR（SSG-DBR）激光器、取樣光柵DBR（SG-DBR）激光器、取樣光柵耦合器反射器（GCSR）激光器等。它們的連續(xù)調(diào)諧范圍都＞40nm，最大可達(dá)100nm。其中SG-DBR和SSG-DBR很容易與調(diào)制器集成。其中采用不等間隔啁啾光柵的超結(jié)構(gòu)光柵（SSG-DBR）內(nèi)腔多電極結(jié)構(gòu)可調(diào)諧激光器，結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)100nm以上寬波長調(diào)諧。用于100個信道的SG-DBR基寬可調(diào)諧激光器已成熟，它能發(fā)出比當(dāng)前市場上出售的激光器更高的功率，并且能發(fā)送到100個通路中的任意一路。Santec還推出新的全波段可調(diào)“萬能”激光光源TSL-210F。其波長范圍覆蓋O、E、S、C、L和U通信波段，波長從1.26～1.63μm，連續(xù)可調(diào)370nm，輸出光功率峰值可達(dá)10mW，在整個可調(diào)范圍內(nèi)＞3mW。表2為典型的可調(diào)諧DBR激光器與性能參數(shù)。

可調(diào)諧DFB激光器
可調(diào)諧DFB激光器可用于城域網(wǎng)、短途網(wǎng)、相干光通信和光測試等要求窄線寬的系統(tǒng)?？烧{(diào)諧DFB激光器關(guān)鍵性能參數(shù)是幾MHz的線寬、10～20mW的發(fā)射功率和與固定波長DFB激光器相當(dāng)?shù)目煽啃?。熱調(diào)諧和光纖光柵調(diào)諧的DFB激光器技術(shù)已經(jīng)成熟，并已有產(chǎn)品。
DFB激光器將衍射光柵集成到有源區(qū)，熱調(diào)諧DFB激光器是在諧振腔的增益區(qū)內(nèi)裝了一個反射鏡，通過采用熱電冷卻器(TEC)改變諧振腔的溫度（或輸入電流）來調(diào)諧波長，有較好的功率輸出（10mW～20mW）、足夠快的頻響特性、成本低、技術(shù)成熟，但DFB激光器線寬大，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)范圍?。?nm～10nm），并隨著調(diào)諧溫度的上升，其有效輸出功率有所下降。
把光纖布喇格光柵作為外腔反射鏡的光纖光柵DFB激光器性能優(yōu)異，其線寬＜2.5 kHz，甚至可達(dá)1kHz，邊模抑制比大于30dB，單模輸出功率可達(dá)10 mW以上，相對強度噪聲較低，易與光纖耦合，并有較寬的調(diào)諧范圍(50nm)，通過對光柵加以縱向拉伸力或改變激光器的調(diào)制頻率就能控制輸出激光的頻率和模式。安捷倫公司是此類廠商的代表，EXFO、Primawave Photonics公司也都有此類產(chǎn)品。Blue Sky Research公司開發(fā)的小型外腔激光器輸出功率達(dá)20mW，調(diào)諧寬（30nm～40nm）,成本低、全電子、低電壓、低電流調(diào)諧機制，使控制簡單，提高了轉(zhuǎn)換速度(1ms)。
采用多量子（MQW）半導(dǎo)體光放大器（SOA）的寬調(diào)諧外腔激光器，可獲得240nm寬調(diào)諧波長，其可調(diào)諧范為1.3～1.54μm。光束單模抑制比優(yōu)于30dB，激射模式與輸出功率的功率比為90～99%。
美國朗訊技術(shù)公司開發(fā)的量子級聯(lián)分布反饋（QC-DFB）激光器為雙波長單?？烧{(diào)諧QC-DFB激光器，采用級聯(lián)雙波長有源波導(dǎo)芯和采用兩個不同的Bragg光柵的多段腔。在5.0μm波長和7.5μm波長同時獲得單模發(fā)射，并且雙模的可調(diào)性與單波長QC-DFB激光器相同，并已用于中紅外光探測氣體傳感。其潛在應(yīng)用是差分光譜學(xué)、自由空間光無線通訊中的WDM、內(nèi)腔混頻等。
VCSEL基可調(diào)諧激光器
可調(diào)諧VCSEL通常是采用MEMS技術(shù)來移動或旋轉(zhuǎn)反射腔鏡，可實現(xiàn)60nm的寬調(diào)諧，并可連續(xù)輸出純凈、連續(xù)的圓形光束、與光纖簡單有效地耦合，成本低、易于集成和批量生產(chǎn)，很有發(fā)展前途。但其輸出功率低，調(diào)節(jié)速度不快。外加反射器增加整體復(fù)雜性、功耗和成本。
可調(diào)諧VCSEL可用于城域網(wǎng)、長途網(wǎng)接入、光開關(guān)等，是業(yè)界商品化開發(fā)的重點。將980nｍ波長 VCSEL與MOEMS的反射腔集成，已在1528～1560nｍ波長內(nèi)實現(xiàn)了43nm的連續(xù)可調(diào)諧，邊模抑制優(yōu)于50dB。
目前，多家廠商已有1550nm波段的低損耗窗口與低色散的可調(diào)諧VCSEL樣品和產(chǎn)品。1310nm波段的可調(diào)諧VCSEL也有產(chǎn)品。Nortel和Bandwidth9采用VCSEL與MOEMS反射鏡單片集成光源的波長調(diào)諧范圍達(dá)20～30 nm。Bandwidth9的首個產(chǎn)品是集成寬帶可調(diào)激光器、EDFA、可編程邏輯電路的線路卡，調(diào)節(jié)范圍覆蓋了整個C和L波段，可以直接配合系統(tǒng)設(shè)備使用。Nortel的VCSEL基可調(diào)諧激光器已達(dá)到成熟的先進水平。通過靜電移動上膜片來調(diào)諧腔長和射波長。采用3個半導(dǎo)體器件和光放大器，可獲得20mW光功率 （1.55 μm波長）。Iolon公司的VCSEL基可調(diào)諧激光器除采用MEMS旋轉(zhuǎn)臺的小型化外腔之外，還附加監(jiān)視腔相位的控制環(huán)路，以便確?？v向光模式與從光柵反射回來的峰值波長對準(zhǔn)。當(dāng)器件老化時，還可以補償縱向光模式與從光柵反射回來的峰值波長之間的任何潛在偏移。
集成式可調(diào)諧激光器
目前已有與電子或光電子器件集成的多功能可調(diào)諧激光器。這種激光器的波長調(diào)諧范圍可達(dá)40nm，能覆蓋整個C波段或整個L波段，能支持間隔為50GHz的通道，并能提供很大的輸出功率。擴大DFB激光器調(diào)諧范圍的一種有效技術(shù)是組合多個DFB激光器形成DFB陣列。通過將多個DFB諧振腔集成到一個陣列中，就可擴大波長可調(diào)節(jié)范圍。陣列集成的DFB可調(diào)諧激光器也有產(chǎn)品出現(xiàn)。表3為典型集成型可調(diào)諧激光器與性能參數(shù)，其中可調(diào)激光器與LiNbO3調(diào)制器的集成將是全光網(wǎng)絡(luò)中最有希望的光源。 #p#分頁標(biāo)題#e#
可調(diào)諧光纖激光器
可用于高速大容量光通信波分復(fù)用、軍事、工業(yè)加工、醫(yī)療、光信息處理、全色顯示、激光印刷和時分復(fù)用光纖光柵傳感系統(tǒng)的窄線寬可調(diào)諧光纖激光器是熱點產(chǎn)品與技術(shù)。光纖激光器是在EDFA技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)，將普通的光纖放大器結(jié)構(gòu)閉合起來并增加一個選頻機構(gòu)就可以構(gòu)成可調(diào)諧光纖激光器?？烧{(diào)諧光纖激光器有較寬的增益帶寬、穩(wěn)定性及光譜純度好、光功率輸出較高（可達(dá)10mW以上）、較低的閾值、極窄的線寬（可小于2.5kHz）及較寬的調(diào)諧范圍（可達(dá)50nm）、波長調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，并且與光纖直接對接、耦合效率高、制作工藝較簡單，雖然其溫度穩(wěn)定性差、中心波長隨溫度變化、調(diào)諧速度較慢，但發(fā)展迅速，并已廣泛應(yīng)用。
目前，已有可調(diào)諧摻鉺光纖激光器（EDFL）、溫度調(diào)諧光纖激光器、可調(diào)諧開關(guān)波長激光器、基于光纖放大器（OFA）的可調(diào)諧光纖激光器、高重復(fù)率超快光纖激光器、與AWG集成的可調(diào)諧激光器等。特別是可調(diào)諧環(huán)形EDFL調(diào)諧范圍大，輸出功率高，成為可調(diào)諧激光器的主流，已商品化，可用于大容量長距離光纖通信系統(tǒng)和DWDM系統(tǒng)?？烧{(diào)諧光纖激光器將成為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的有力競爭對手，必將在未來等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。表4為典型可調(diào)諧光纖激光器與性能參數(shù)。

可調(diào)諧激光器應(yīng)用市場前景
波長可調(diào)諧激光器是光通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的關(guān)鍵器件?？烧{(diào)諧激光器可實現(xiàn)通信設(shè)備小型化、多功能、集成化、低功耗，并有擴展網(wǎng)絡(luò)靈活性、控制流量、減少備用激光器數(shù)量、降低成本等優(yōu)點。在提供精確光波長標(biāo)準(zhǔn)、充分利用全部光纖帶寬、提高網(wǎng)絡(luò)容量和效率、提高系統(tǒng)功能性等方面有著重要意義。
波長可調(diào)諧激光器有廣泛的應(yīng)用市場前景。已廣泛應(yīng)用于大氣監(jiān)測、外差傳感、光譜測量等領(lǐng)域。目前已是高速大容量光通信系統(tǒng)、波分復(fù)用、時分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，不僅可用作DWDM光源，還可用作分組交換網(wǎng)、接入網(wǎng)、光測試系統(tǒng)和快速波長交換等系統(tǒng)的重要光源，甚至于用作下一代相控陣?yán)走_(dá)實時延遲波束控制光源。
可調(diào)諧激光器已日益成熟，已成為國際上的熱點技術(shù)與產(chǎn)品，并正在促進光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?？烧{(diào)諧激光器最終將會代替應(yīng)用市場中占主流的固定波長激光器而成為主要光源。