李銳

摘 要：將電吸收調(diào)制器和分布式反饋激光器進(jìn)行單片集成的電吸收光調(diào)制技術(shù)，能大幅度提高激光通信的發(fā)射速率。分析和建立電吸收光調(diào)制器的等效電路模型，信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應(yīng)和啁啾等信號特性。

關(guān)鍵詞：電光調(diào)制 電吸收調(diào)制 啁啾效應(yīng)

中圖分類號：TN24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0065-02

1 激光調(diào)制技術(shù)分析

激光調(diào)制的基本原理和電信號相同。按光源和調(diào)制技術(shù)的關(guān)系，分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。內(nèi)調(diào)制是調(diào)制信號對光源本身直接調(diào)制，以調(diào)制信號改變激光器的振蕩參數(shù)，通過偏置電流的變化改變激光器輸出特性以實現(xiàn)調(diào)制，加載信號是在激光振蕩過程中進(jìn)行的。采用內(nèi)調(diào)制技術(shù)具有、體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，容易實現(xiàn)等優(yōu)點，但它的頻帶利用率較低，因其特殊的啁啾效應(yīng)，內(nèi)調(diào)制的速率很難超過Gbps，不能滿足高速率光通信系統(tǒng)的需要。外調(diào)制是指激光光束直接發(fā)射在調(diào)制器上，用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理性能，從而使通過調(diào)制器的激光束光波的參量發(fā)生變化。外調(diào)制器根據(jù)利用的物理效應(yīng)不同，可以分為聲光、熱光、磁光、電光調(diào)制等。其中電光調(diào)制器按照調(diào)制方式又分為強度調(diào)制、電吸收調(diào)制等。外調(diào)制相對于內(nèi)調(diào)制方式，降低啁啾效應(yīng)，容易實現(xiàn)高速率光信號的調(diào)制。

2 電吸收調(diào)制（EAM）

EAM（Electro-absorption modulators）是一種損耗調(diào)制器，是激光通信系統(tǒng)中重要的器件之一，屬于電光調(diào)制器的一種。EAM容易與激光器集成在一起，制作成體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的單片集成器件，并且需要的驅(qū)動電壓也較低。通過這種激光器和調(diào)制器進(jìn)行單片集成，不僅可以發(fā)揮調(diào)制器本身的優(yōu)點，激光器與調(diào)制器之間也不需要光耦合的光學(xué)器件，并且可以降低損耗，保證了調(diào)制器的高效率。EAM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從結(jié)構(gòu)上來說，EAM是一種P-I-N半導(dǎo)體器件。其中I層由多量子阱（MQW，Multi-quantum well）波導(dǎo)構(gòu)成；I層對光的吸收損耗和外加的調(diào)制電壓有關(guān)，即改變調(diào)制器上的偏置電壓，可使多量子阱的吸收邊界波長發(fā)生變化，進(jìn)而改變光束的通斷，實現(xiàn)高速率調(diào)制。如圖2（a）示出PIN加反向偏壓和（b）反向偏置電壓為零的兩種情況下勢壘的變化。當(dāng)偏置電壓為零時，勢壘消失，光束處于“通”狀態(tài)，入射光不被I層吸收而讓其通過，輸出功率最大，相當(dāng)于輸出“1”碼；反之，當(dāng)調(diào)制電壓始終PIN反向偏置時，隨著調(diào)制器上的偏置電壓增加，MQW的吸收邊移向長波長，原光束波長處吸收系數(shù)變大，調(diào)制器成為“斷”狀態(tài)，輸出功率最小，即入射光可完全被I層吸收。換句話說，因勢壘的存在，入射光不能通過I層，相當(dāng)于輸出“0”碼。從而實現(xiàn)了入射光的調(diào)制。

EAM的傳輸特性與外加電壓的關(guān)系可以表示為

因為大信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應(yīng)和啁啾等大信號特性，對電吸收調(diào)制器結(jié)構(gòu)、封裝等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并且為電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎(chǔ)。

3 三端口電吸收調(diào)制激光器EML等效電路模型的建立與分析

電吸收調(diào)制激光器（EML， Electroabsorption Modulated Laser）是電吸收調(diào)制器（EAM）與DFB（Distributed Feedback Laser）分布式反饋激光器的集成器件，是當(dāng)前高速光纖激光通信中傳輸信息載體的通用光源。相比直接調(diào)制的DFB激光器，EML的傳輸特性和傳輸效果要比DFB激光器好，尤其在高頻調(diào)制時更是如此。微波信號無法加載到DFB激光器的電極上，封裝好的EML器件的光電耦合無法通過測試參數(shù)直接獲得。這里使用自制的EML芯片來研究DFB激光器和EAM調(diào)制器之間的電光耦合效應(yīng)，為了增加DFB激光器和EAM調(diào)制器間的電隔離，在芯片的制備過程中，在DFB激光器和EAM調(diào)制器件挖出60μm寬的溝槽，并在其中注入He+離子。把芯片貼裝在AIN熱沉的地電極上，子載體的共面電極間距為60μm，如圖3所示，用金絲將激光器和調(diào)制器的頂部焊盤和熱沉上的信號電極連接起來用以加載微波信號。把整個器件看作一個三端口網(wǎng)絡(luò)，把EAM調(diào)制器輸入端口和DFB激光器端口看做共面微帶線，把EAM調(diào)制器的光輸出端口。這樣，可以使用一對微波共面探針對激光器和調(diào)制器之間的微波傳輸參數(shù)進(jìn)行精確測量。測量中，EAM調(diào)制器的反向偏壓設(shè)定為0.5V，采用Cascade Microtech公司出品的共面微波探針測量，并采用測試夾具的雙端口校準(zhǔn)方法，扣除了微波探針對測量結(jié)果的影響。

4 結(jié)論

本文研究了高速率EAM調(diào)制技術(shù)，將EAM調(diào)制器與DFB激光器進(jìn)行單片集成，形成電吸收調(diào)制激光器EML，解決了DFB激光器在高頻調(diào)制下由啁啾引起的光譜擴(kuò)展及頻響的張弛震蕩現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] Fukuma M，Noda J.Optical properties of titanium-diffused LiNbO3 strip waveguides and their coupling-to-a-fiber characteristics[J].Appl Opt，2008，19（2）：591-597.

[2] Alferness R C.Waveguide electrooptic modulatros[J].IEEE Trans Microwave TheoryTech，2003，30（8）：112-113.

[3] 鐘土基，劉應(yīng)鵬，邱潤彬.晶體電光調(diào)制實驗的光路調(diào)節(jié)[J].高校實驗室工作研究，2012，7（2）：56-57.endprint

摘 要：將電吸收調(diào)制器和分布式反饋激光器進(jìn)行單片集成的電吸收光調(diào)制技術(shù)，能大幅度提高激光通信的發(fā)射速率。分析和建立電吸收光調(diào)制器的等效電路模型，信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應(yīng)和啁啾等信號特性。

關(guān)鍵詞：電光調(diào)制 電吸收調(diào)制 啁啾效應(yīng)

中圖分類號：TN24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0065-02

1 激光調(diào)制技術(shù)分析

激光調(diào)制的基本原理和電信號相同。按光源和調(diào)制技術(shù)的關(guān)系，分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。內(nèi)調(diào)制是調(diào)制信號對光源本身直接調(diào)制，以調(diào)制信號改變激光器的振蕩參數(shù)，通過偏置電流的變化改變激光器輸出特性以實現(xiàn)調(diào)制，加載信號是在激光振蕩過程中進(jìn)行的。采用內(nèi)調(diào)制技術(shù)具有、體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，容易實現(xiàn)等優(yōu)點，但它的頻帶利用率較低，因其特殊的啁啾效應(yīng)，內(nèi)調(diào)制的速率很難超過Gbps，不能滿足高速率光通信系統(tǒng)的需要。外調(diào)制是指激光光束直接發(fā)射在調(diào)制器上，用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理性能，從而使通過調(diào)制器的激光束光波的參量發(fā)生變化。外調(diào)制器根據(jù)利用的物理效應(yīng)不同，可以分為聲光、熱光、磁光、電光調(diào)制等。其中電光調(diào)制器按照調(diào)制方式又分為強度調(diào)制、電吸收調(diào)制等。外調(diào)制相對于內(nèi)調(diào)制方式，降低啁啾效應(yīng)，容易實現(xiàn)高速率光信號的調(diào)制。

2 電吸收調(diào)制（EAM）

EAM（Electro-absorption modulators）是一種損耗調(diào)制器，是激光通信系統(tǒng)中重要的器件之一，屬于電光調(diào)制器的一種。EAM容易與激光器集成在一起，制作成體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的單片集成器件，并且需要的驅(qū)動電壓也較低。通過這種激光器和調(diào)制器進(jìn)行單片集成，不僅可以發(fā)揮調(diào)制器本身的優(yōu)點，激光器與調(diào)制器之間也不需要光耦合的光學(xué)器件，并且可以降低損耗，保證了調(diào)制器的高效率。EAM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從結(jié)構(gòu)上來說，EAM是一種P-I-N半導(dǎo)體器件。其中I層由多量子阱（MQW，Multi-quantum well）波導(dǎo)構(gòu)成；I層對光的吸收損耗和外加的調(diào)制電壓有關(guān)，即改變調(diào)制器上的偏置電壓，可使多量子阱的吸收邊界波長發(fā)生變化，進(jìn)而改變光束的通斷，實現(xiàn)高速率調(diào)制。如圖2（a）示出PIN加反向偏壓和（b）反向偏置電壓為零的兩種情況下勢壘的變化。當(dāng)偏置電壓為零時，勢壘消失，光束處于“通”狀態(tài)，入射光不被I層吸收而讓其通過，輸出功率最大，相當(dāng)于輸出“1”碼；反之，當(dāng)調(diào)制電壓始終PIN反向偏置時，隨著調(diào)制器上的偏置電壓增加，MQW的吸收邊移向長波長，原光束波長處吸收系數(shù)變大，調(diào)制器成為“斷”狀態(tài)，輸出功率最小，即入射光可完全被I層吸收。換句話說，因勢壘的存在，入射光不能通過I層，相當(dāng)于輸出“0”碼。從而實現(xiàn)了入射光的調(diào)制。

EAM的傳輸特性與外加電壓的關(guān)系可以表示為

因為大信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應(yīng)和啁啾等大信號特性，對電吸收調(diào)制器結(jié)構(gòu)、封裝等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并且為電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎(chǔ)。

3 三端口電吸收調(diào)制激光器EML等效電路模型的建立與分析

電吸收調(diào)制激光器（EML， Electroabsorption Modulated Laser）是電吸收調(diào)制器（EAM）與DFB（Distributed Feedback Laser）分布式反饋激光器的集成器件，是當(dāng)前高速光纖激光通信中傳輸信息載體的通用光源。相比直接調(diào)制的DFB激光器，EML的傳輸特性和傳輸效果要比DFB激光器好，尤其在高頻調(diào)制時更是如此。微波信號無法加載到DFB激光器的電極上，封裝好的EML器件的光電耦合無法通過測試參數(shù)直接獲得。這里使用自制的EML芯片來研究DFB激光器和EAM調(diào)制器之間的電光耦合效應(yīng)，為了增加DFB激光器和EAM調(diào)制器間的電隔離，在芯片的制備過程中，在DFB激光器和EAM調(diào)制器件挖出60μm寬的溝槽，并在其中注入He+離子。把芯片貼裝在AIN熱沉的地電極上，子載體的共面電極間距為60μm，如圖3所示，用金絲將激光器和調(diào)制器的頂部焊盤和熱沉上的信號電極連接起來用以加載微波信號。把整個器件看作一個三端口網(wǎng)絡(luò)，把EAM調(diào)制器輸入端口和DFB激光器端口看做共面微帶線，把EAM調(diào)制器的光輸出端口。這樣，可以使用一對微波共面探針對激光器和調(diào)制器之間的微波傳輸參數(shù)進(jìn)行精確測量。測量中，EAM調(diào)制器的反向偏壓設(shè)定為0.5V，采用Cascade Microtech公司出品的共面微波探針測量，并采用測試夾具的雙端口校準(zhǔn)方法，扣除了微波探針對測量結(jié)果的影響。

4 結(jié)論

本文研究了高速率EAM調(diào)制技術(shù)，將EAM調(diào)制器與DFB激光器進(jìn)行單片集成，形成電吸收調(diào)制激光器EML，解決了DFB激光器在高頻調(diào)制下由啁啾引起的光譜擴(kuò)展及頻響的張弛震蕩現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] Fukuma M，Noda J.Optical properties of titanium-diffused LiNbO3 strip waveguides and their coupling-to-a-fiber characteristics[J].Appl Opt，2008，19（2）：591-597.

[2] Alferness R C.Waveguide electrooptic modulatros[J].IEEE Trans Microwave TheoryTech，2003，30（8）：112-113.

[3] 鐘土基，劉應(yīng)鵬，邱潤彬.晶體電光調(diào)制實驗的光路調(diào)節(jié)[J].高校實驗室工作研究，2012，7（2）：56-57.endprint

摘 要：將電吸收調(diào)制器和分布式反饋激光器進(jìn)行單片集成的電吸收光調(diào)制技術(shù)，能大幅度提高激光通信的發(fā)射速率。分析和建立電吸收光調(diào)制器的等效電路模型，信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應(yīng)和啁啾等信號特性。

關(guān)鍵詞：電光調(diào)制 電吸收調(diào)制 啁啾效應(yīng)

中圖分類號：TN24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0065-02

1 激光調(diào)制技術(shù)分析

激光調(diào)制的基本原理和電信號相同。按光源和調(diào)制技術(shù)的關(guān)系，分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。內(nèi)調(diào)制是調(diào)制信號對光源本身直接調(diào)制，以調(diào)制信號改變激光器的振蕩參數(shù)，通過偏置電流的變化改變激光器輸出特性以實現(xiàn)調(diào)制，加載信號是在激光振蕩過程中進(jìn)行的。采用內(nèi)調(diào)制技術(shù)具有、體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，容易實現(xiàn)等優(yōu)點，但它的頻帶利用率較低，因其特殊的啁啾效應(yīng)，內(nèi)調(diào)制的速率很難超過Gbps，不能滿足高速率光通信系統(tǒng)的需要。外調(diào)制是指激光光束直接發(fā)射在調(diào)制器上，用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理性能，從而使通過調(diào)制器的激光束光波的參量發(fā)生變化。外調(diào)制器根據(jù)利用的物理效應(yīng)不同，可以分為聲光、熱光、磁光、電光調(diào)制等。其中電光調(diào)制器按照調(diào)制方式又分為強度調(diào)制、電吸收調(diào)制等。外調(diào)制相對于內(nèi)調(diào)制方式，降低啁啾效應(yīng)，容易實現(xiàn)高速率光信號的調(diào)制。

2 電吸收調(diào)制（EAM）

EAM（Electro-absorption modulators）是一種損耗調(diào)制器，是激光通信系統(tǒng)中重要的器件之一，屬于電光調(diào)制器的一種。EAM容易與激光器集成在一起，制作成體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的單片集成器件，并且需要的驅(qū)動電壓也較低。通過這種激光器和調(diào)制器進(jìn)行單片集成，不僅可以發(fā)揮調(diào)制器本身的優(yōu)點，激光器與調(diào)制器之間也不需要光耦合的光學(xué)器件，并且可以降低損耗，保證了調(diào)制器的高效率。EAM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從結(jié)構(gòu)上來說，EAM是一種P-I-N半導(dǎo)體器件。其中I層由多量子阱（MQW，Multi-quantum well）波導(dǎo)構(gòu)成；I層對光的吸收損耗和外加的調(diào)制電壓有關(guān)，即改變調(diào)制器上的偏置電壓，可使多量子阱的吸收邊界波長發(fā)生變化，進(jìn)而改變光束的通斷，實現(xiàn)高速率調(diào)制。如圖2（a）示出PIN加反向偏壓和（b）反向偏置電壓為零的兩種情況下勢壘的變化。當(dāng)偏置電壓為零時，勢壘消失，光束處于“通”狀態(tài)，入射光不被I層吸收而讓其通過，輸出功率最大，相當(dāng)于輸出“1”碼；反之，當(dāng)調(diào)制電壓始終PIN反向偏置時，隨著調(diào)制器上的偏置電壓增加，MQW的吸收邊移向長波長，原光束波長處吸收系數(shù)變大，調(diào)制器成為“斷”狀態(tài)，輸出功率最小，即入射光可完全被I層吸收。換句話說，因勢壘的存在，入射光不能通過I層，相當(dāng)于輸出“0”碼。從而實現(xiàn)了入射光的調(diào)制。

EAM的傳輸特性與外加電壓的關(guān)系可以表示為

因為大信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應(yīng)和啁啾等大信號特性，對電吸收調(diào)制器結(jié)構(gòu)、封裝等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并且為電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎(chǔ)。

3 三端口電吸收調(diào)制激光器EML等效電路模型的建立與分析

電吸收調(diào)制激光器（EML， Electroabsorption Modulated Laser）是電吸收調(diào)制器（EAM）與DFB（Distributed Feedback Laser）分布式反饋激光器的集成器件，是當(dāng)前高速光纖激光通信中傳輸信息載體的通用光源。相比直接調(diào)制的DFB激光器，EML的傳輸特性和傳輸效果要比DFB激光器好，尤其在高頻調(diào)制時更是如此。微波信號無法加載到DFB激光器的電極上，封裝好的EML器件的光電耦合無法通過測試參數(shù)直接獲得。這里使用自制的EML芯片來研究DFB激光器和EAM調(diào)制器之間的電光耦合效應(yīng)，為了增加DFB激光器和EAM調(diào)制器間的電隔離，在芯片的制備過程中，在DFB激光器和EAM調(diào)制器件挖出60μm寬的溝槽，并在其中注入He+離子。把芯片貼裝在AIN熱沉的地電極上，子載體的共面電極間距為60μm，如圖3所示，用金絲將激光器和調(diào)制器的頂部焊盤和熱沉上的信號電極連接起來用以加載微波信號。把整個器件看作一個三端口網(wǎng)絡(luò)，把EAM調(diào)制器輸入端口和DFB激光器端口看做共面微帶線，把EAM調(diào)制器的光輸出端口。這樣，可以使用一對微波共面探針對激光器和調(diào)制器之間的微波傳輸參數(shù)進(jìn)行精確測量。測量中，EAM調(diào)制器的反向偏壓設(shè)定為0.5V，采用Cascade Microtech公司出品的共面微波探針測量，并采用測試夾具的雙端口校準(zhǔn)方法，扣除了微波探針對測量結(jié)果的影響。

4 結(jié)論

本文研究了高速率EAM調(diào)制技術(shù)，將EAM調(diào)制器與DFB激光器進(jìn)行單片集成，形成電吸收調(diào)制激光器EML，解決了DFB激光器在高頻調(diào)制下由啁啾引起的光譜擴(kuò)展及頻響的張弛震蕩現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] Fukuma M，Noda J.Optical properties of titanium-diffused LiNbO3 strip waveguides and their coupling-to-a-fiber characteristics[J].Appl Opt，2008，19（2）：591-597.

[2] Alferness R C.Waveguide electrooptic modulatros[J].IEEE Trans Microwave TheoryTech，2003，30（8）：112-113.

[3] 鐘土基，劉應(yīng)鵬，邱潤彬.晶體電光調(diào)制實驗的光路調(diào)節(jié)[J].高校實驗室工作研究，2012，7（2）：56-57.endprint