1.DFB激光器/EA調(diào)制器集成光源

　　DFB激光器/EA調(diào)制器集成光源具有低啁啾、低驅(qū)動(dòng)電壓(Vpp：2～3v，LiNbO3調(diào)制器的Vpp：4～5v)、低功耗、容易與激光器或其它波導(dǎo)器件集成、耦合損耗低、調(diào)制效率高、且體積小(一般長(zhǎng)0.2cm左右，而LiNbO3調(diào)制器長(zhǎng)8cm)等優(yōu)點(diǎn)，特別是含有增益耦合的DFB激光器因?yàn)榫哂袆?dòng)態(tài)單模和調(diào)制啁啾小等特性，有助于減小集成器件線寬，而且它還具有較強(qiáng)的抗端面反射能力，從而減小因端面反射引起的啁啾，改善集成器件的啁啾特性等。該光源現(xiàn)已廣泛用于2.5Gbit/s、10Gbit/s等高速傳輸系統(tǒng)，其中2.5Gbit/s DFB激光器/EA調(diào)制器集成器件已成為干線光纖通信系統(tǒng)的主要光源。10Gbit/s、20Gbit/s和40Gbit/s集成器件也正大量用于干線傳輸或傳輸實(shí)驗(yàn)。表1列出了國(guó)外研制的主要集成器件的性能。

　　近幾年來(lái)對(duì)集成有EA調(diào)制器的DFB激光器集成光源的研究主要集中在提高調(diào)制速率和改善其性能等方面。MQW EA調(diào)制器的調(diào)制速度取決于它的電容�？s短調(diào)制器的長(zhǎng)度是降低電容的簡(jiǎn)單而有效的方法，但如此卻使消光比減小，不利于應(yīng)用。為了解決這一矛盾，將EA調(diào)制器中MQW的阱數(shù)從8個(gè)增加到14個(gè)，調(diào)制器的長(zhǎng)度從250μm縮短到100μm，調(diào)制器的消光特性就會(huì)明顯改善(見(jiàn)圖1)。

　　根據(jù)以上原則，用低壓MOVPE技術(shù)生長(zhǎng)制成的DFB激光器和EA調(diào)制器集成芯片，并隱埋在Fe摻雜的InP中，以減小電容并形成臺(tái)面，使調(diào)制器和激光器之間有隔離槽，并把兩者對(duì)接，長(zhǎng)度分別為90～250μm和450μm。在此器件中，采用了對(duì)接結(jié)構(gòu)和Fe摻雜的隱埋結(jié)構(gòu)，前者可使激光器和調(diào)制器的結(jié)構(gòu)分別最佳，可得到95%以上的高耦合效率，后者具有高功率和高可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　將此集成光源用于40Gbit/s的傳輸實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)DFB激光器的注入電流為80mA(Ith為8mA)時(shí)，模塊的輸出光功率為+5dBm，波長(zhǎng)為1.551μm，SMSR為48dB。3dB帶寬大于30GHz，調(diào)制器動(dòng)態(tài)消光比為10dB;在激光器注入電流為100mA、調(diào)制器加-1V的反偏壓、50℃的環(huán)境中進(jìn)行高溫工作試驗(yàn)，經(jīng)5200小時(shí)后光輸出功率下降小于20%。

　　2.波長(zhǎng)可調(diào)光源

　　波長(zhǎng)可調(diào)光源是WDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光測(cè)試系統(tǒng)和快速波長(zhǎng)交換等系統(tǒng)的重要光源。目前研究較多的有使用AWG和EDFA的波長(zhǎng)可調(diào)AWG環(huán)形激光器、多電極DFB波長(zhǎng)可調(diào)激光器和DFB波長(zhǎng)可調(diào)激光器等，波長(zhǎng)可調(diào)范圍一般都可達(dá)到5～10nm，最高可達(dá)100nm。 Alcatel公司生產(chǎn)的集成BRS(隱埋脊波導(dǎo))光源工作時(shí)可保證波長(zhǎng)偏移小于0.02nm/年。

　　能實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧的激光器主要有3種，即超周期結(jié)構(gòu)光柵形DBR(SSGDBR)激光器、取樣光柵耦合器反射器(GCSR)激光器和取樣光柵DBR(SGDBR)激光器。它們的CW調(diào)諧范圍都大于40nm，最大可達(dá)100nm。其中SGDBR和SSGDBR很容易與調(diào)制器集成。美加州大學(xué)在OFC’99上報(bào)道了EA調(diào)制器與寬調(diào)諧激光器的集成。激光器采用SGDBR結(jié)構(gòu)，該集成光源的特性為：Ith為20mA，當(dāng)注入電流為75mA時(shí)輸出功率1.2mw，CW可調(diào)范圍為41nm，可產(chǎn)生51個(gè)不同的波長(zhǎng)信道，信道間隔100GHz，在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)SMSR>35dB，前后鏡面的最大調(diào)諧電流分別為20.5和23.5mA，當(dāng)偏壓為-4.0V時(shí)所有波長(zhǎng)上的消光比都大于22dB。

　　為了降低WDM光源的成本，日本NEC公司在一塊晶片上制成了具有不同波長(zhǎng)的DFB激光器/調(diào)制器集成光源。該器件的制作工藝有兩大改進(jìn)，一是采用了最近研制成的電場(chǎng)-大小-變化的電子束光刻技術(shù)，它能將光柵周期控制在0.0012nm范圍內(nèi);二是窄條選擇的MOVPE技術(shù)，可以控制每一信道上激光器有源層和調(diào)制器吸收層的帶隙波長(zhǎng)。激光器為MQW結(jié)構(gòu)。所制成的集成器件在1.523μm～1.585μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有40個(gè)信道，間隔為200GHz，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.39nm。具有很均勻的激射特性和調(diào)制特性，閾值電流10mA，-2V時(shí)的消光比為20dB，SMSR大于35dB，注入電流100mA時(shí)輸出光功率大于4mw，3dB調(diào)制帶寬為3.8GHz。該器件經(jīng)2.5Gbit/s、600km的光纖傳輸后的功率代價(jià)小于1dB。

　　3.多波長(zhǎng)光源

　　目前研究較多的多波長(zhǎng)光源主要有如下幾種：使用波導(dǎo)光柵的集成光學(xué)型多波長(zhǎng)光源;由N×N波導(dǎo)光柵路由器和半導(dǎo)體放大器陣列集成的多頻激光器;激光器陣列與其它光學(xué)元件集成的多波長(zhǎng)光源。其中第一種多波長(zhǎng)光源是由混合集成于Si基片上的UV寫入波導(dǎo)光柵和SS-LD構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)是：LD和波導(dǎo)之間直接耦合，無(wú)需耦合透鏡，便于大批量生產(chǎn);此外，振蕩波長(zhǎng)的溫度依賴性取決于SiO2波導(dǎo)，因此其平均熱系數(shù)為半導(dǎo)體LD的1/8。同時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是用于WDM系統(tǒng)的有希望的光源。

　　由多條波導(dǎo)光柵路由器和放大器陣列集成的多頻激光器與DFB激光器陣列之間的主要差別是：MFL的光諧振腔比較長(zhǎng)，接近于F-P模間隔(約3GHz);DFB激光器陣列中單信道的調(diào)制速率比MFL的高，而且其芯片尺寸比MFL的小得多;但DFB激光器的制作工藝比MFL的復(fù)雜，且還難于制成很多的信道波長(zhǎng)。這兩種多波長(zhǎng)光源各有利弊，在實(shí)際應(yīng)用中則根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和性能的要求折衷考慮。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)中信道數(shù)不太多時(shí)則用DFB陣列光源，若系統(tǒng)中的信道數(shù)多時(shí)則宜用多頻激光器。

　　為了解決DFB陣列激光器中因電、熱干擾引起的波長(zhǎng)漂移，日本NTT開發(fā)了一種Si PLC平臺(tái)技術(shù)，在此技術(shù)中，利用兩步裝配(assemby)法進(jìn)行多晶片混合集成。此多波長(zhǎng)光源由信道間隔為200GHz的8個(gè)DFB-LD和MMI耦合器(用作光功率合成器)組成。用AuSn焊料通過(guò)兩步組裝法將LD芯片一齊鍵合在Si臺(tái)階上，Si臺(tái)階起熱沉的作用。制成的模塊的性能為：各信道的Ith約10mA，當(dāng)注入電流為100mA時(shí)光纖輸出功率為0.5mw。對(duì)由熱干擾引起的振蕩波長(zhǎng)的漂移進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果是振蕩波長(zhǎng)僅漂移了0.051nm(即7GHz)。

　　在OFC’99上，美國(guó)朗訊Bell實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了安裝在Si臺(tái)階PLC上的混合集成的DFB激光器陣列光源，它由光斑尺寸變換的1.55μm DFB激光器陣列和光斑尺寸變換的半導(dǎo)體光放大器/EA調(diào)制器組成。模塊中還有監(jiān)控Pin PD、波導(dǎo)合成器以及球透鏡等。一起裝在Si PLC上，并經(jīng)由Si-Si波導(dǎo)進(jìn)行光連接。利用可產(chǎn)生低耦合損耗的雙波導(dǎo)光斑尺寸變換的新技術(shù)和MOCVD等工藝制作。該集成模塊的最小信道間隔為50GHz，恒定偏置條件下的峰值功率在+1.6～-6.2dBm之間，調(diào)制器的小信號(hào)帶寬為7GHz，在2.6Vp-p時(shí)所有信道的射頻消光比大于13dB，利用該器件可實(shí)現(xiàn)16ch×2.5Gbit/s的傳輸。