波長可調諧激光器技術特點 波長可調諧激光器開發現狀 可調諧DFB激光器 可調諧激光器應用市場前景
波長可調諧激光器可任意控制信道波長，方便準確地控制頻道間隔。可調諧激光器主要由具有有源增益區和諧振腔的激光器、改變和選擇波長的可調裝置、穩定輸出波長裝置三個基本部分組成。可調諧激光器有電流調諧、溫度調諧、包括微電子機械系統機械（MEMS）的機械調諧三種基本技術，一般采用其中的一種或兩種技術。表1為幾種可調諧激光器技術與特點比較。
波長可調諧激光器從上世紀80年代起就開始進行研發，已獲得很大發展。目前可調諧激光器已投入商業生產，并有許多結構不同和工作機理各異的可調諧激光器產品出現。
目前，國際上已開發出可調諧的分布反饋（DFB）激光器、分布布喇格反射器（DBR） 激光器、基于MEMS的可調諧垂直腔面發射激光器（VCSEL）、可調諧光纖激光器等。此外，還發展了與濾波器、反射器、調制器、放大器等單片集成和混合集成的可調諧激光器，其中，采用MEMS技術的可調諧激光器是最有希望的一種，可獲得大范圍內可調諧激光器，并最有希望實現最小化、高密度、高速、批量生產。
當今的可調諧激光器技術水平已與固定激光器不相上下，能完全實現整個C波段（1529～1561nm）或L波段（1570～1605nm）的寬帶調諧。
外腔可調諧激光器功率大、線寬窄、波長穩定，已可實現大范圍、非連續的波長調諧，并已形成產品，可應用于長途網、超長途網、城域網、光插分復用（OADM）、光開關等，但由于其機械調諧使其調諧和轉換速度較慢，機械穩定性差、不便于集成、制造比較復雜、價格昂貴，限制了其應用范圍。
單片結構電流調諧的內腔可調諧激光器應用范圍較廣，現在市場上出現的大范圍可調激光器能夠在100個通道間進行調節，輸出功率可達10～20mW，調諧間隔已達25GHz，其它主要光譜指標和可靠性均達到了固定波長激光器水平。
寬帶可調諧DBR激光器
在可調諧DBR激光器中，在有源F-P增益區增加了衍射光柵，通過將激勵電流導向諧振腔的不同部位來改變波長。其連續調諧范圍較大（＞5.8nm）、調節速度非常快、采用現有生產工藝，但其線寬寬、輸出功率低、控制較復雜。可用于城域網、長途網接入、光開關、數據傳輸系統、相控陣雷達射頻信號傳輸、OADM等。
目前，DBR類可調激光器是商用化最好的一個品種。除已開發出的多電極DBR 激光器、梳狀電極DBR 激光器之外，又開發了幾種基于DBR結構的寬帶可調諧激光器（40信道，50GHz間隔），主要有超周期結構衍射光柵形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。它們的連續調諧范圍都＞40nm，最大可達100nm。其中SG-DBR和SSG-DBR很容易與調制器集成。其中采用不等間隔啁啾光柵的超結構光柵（SSG-DBR）內腔多電極結構可調諧激光器，結構簡單，可實現100nm以上寬波長調諧。用于100個信道的SG-DBR基寬可調諧激光器已成熟，它能發出比當前市場上出售的激光器更高的功率，并且能發送到100個通路中的任意一路。Santec還推出新的全波段可調“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，連續可調370nm，輸出光功率峰值可達10mW，在整個可調范圍內＞3mW。表2為典型的可調諧DBR激光器與性能參數。
可調諧DFB激光器可用于城域網、短途網、相干光通信和光測試等要求窄線寬的系統。可調諧DFB激光器關鍵性能參數是幾MHz的線寬、10～20mW的發射功率和與固定波長DFB激光器相當的可靠性。熱調諧和光纖光柵調諧的DFB激光器技術已經成熟，并已有產品。
DFB激光器將衍射光柵集成到有源區，熱調諧DFB激光器是在諧振腔的增益區內裝了一個反射鏡，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、技術成熟，但DFB激光器線寬大，調節速度慢，調節范圍小（5nm～10nm），并隨著調諧溫度的上升，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激光器性能優異，其線寬＜2.5 kHz，甚至可達1kHz，邊模抑制比大于30dB，單模輸出功率可達10 mW以上，相對強度噪聲較低，易與光纖耦合，并有較寬的調諧范圍(50nm)，通過對光柵加以縱向拉伸力或改變激光器的調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公司也都有此類產品。Blue Sky Research公司開發的小型外腔激光器輸出功率達20mW，調諧寬（30nm～40nm）,成本低、全電子、低電壓、低電流調諧機制，使控制簡單，提高了轉換速度(1ms)。
采用多量子（MQW）半導體光放大器（SOA）的寬調諧外腔激光器，可獲得240nm寬調諧波長，其可調諧范為1.3～1.54μm。光束單模抑制比優于30dB，激射模式與輸出功率的功率比為90～99%。
美國朗訊技術公司開發的量子級聯分布反饋（QC-DFB）激光器為雙波長單模可調諧QC-DFB激光器，采用級聯雙波長有源波導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射，并且雙模的可調性與單波長QC-DFB激光器相同，并已用于中紅外光探測氣體傳感。其潛在應用是差分光譜學、自由空間光無線通訊中的WDM、內腔混頻等。
VCSEL基可調諧激光器
可調諧VCSEL通常是采用MEMS技術來移動或旋轉反射腔鏡，可實現60nm的寬調諧，并可連續輸出純凈、連續的圓形光束、與光纖簡單有效地耦合，成本低、易于集成和批量生產，很有發展前途。但其輸出功率低，調節速度不快。外加反射器增加整體復雜性、功耗和成本。
可調諧VCSEL可用于城域網、長途網接入、光開關等，是業界商品化開發的重點。將980nｍ波長 VCSEL與MOEMS的反射腔集成，已在1528～1560nｍ波長內實現了43nm的連續可調諧，邊模抑制優于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諧VCSEL樣品和產品。1310nm波段的可調諧VCSEL也有產品。Nortel和Bandwidth9采用VCSEL與MOEMS反射鏡單片集成光源的波長調諧范圍達20～30 nm。Bandwidth9的首個產品是集成寬帶可調激光器、EDFA、可編程邏輯電路的線路卡，調節范圍覆蓋了整個C和L波段，可以直接配合系統設備使用。Nortel的VCSEL基可調諧激光器已達到成熟的先進水平。通過靜電移動上膜片來調諧腔長和射波長。采用3個半導體器件和光放大器，可獲得20mW光功率 （1.55 μm波長）。Iolon公司的VCSEL基可調諧激光器除采用MEMS旋轉臺的小型化外腔之外，還附加監視腔相位的控制環路，以便確保縱向光模式與從光柵反射回來的峰值波長對準。當器件老化時，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諧激光器。這種激光器的波長調諧范圍可達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激光器調諧范圍的一種有效技術是組合多個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，就可擴大波長可調節范圍。陣列集成的DFB可調諧激光器也有產品出現。表3為典型集成型可調諧激光器與性能參數，其中可調激光器與LiNbO3調制器的集成將是全光網絡中最有希望的光源。 #p#分頁標題#e#
可調諧光纖激光器
可用于高速大容量光通信波分復用、軍事、工業加工、醫療、光信息處理、全色顯示、激光印刷和時分復用光纖光柵傳感系統的窄線寬可調諧光纖激光器是熱點產品與技術。光纖激光器是在EDFA技術基礎上發展起來的技術，將普通的光纖放大器結構閉合起來并增加一個選頻機構就可以構成可調諧光纖激光器。可調諧光纖激光器有較寬的增益帶寬、穩定性及光譜純度好、光功率輸出較高（可達10mW以上）、較低的閾值、極窄的線寬（可小于2.5kHz）及較寬的調諧范圍（可達50nm）、波長調節準確，并且與光纖直接對接、耦合效率高、制作工藝較簡單，雖然其溫度穩定性差、中心波長隨溫度變化、調諧速度較慢，但發展迅速，并已廣泛應用。
目前，已有可調諧摻鉺光纖激光器（EDFL）、溫度調諧光纖激光器、可調諧開關波長激光器、基于光纖放大器（OFA）的可調諧光纖激光器、高重復率超快光纖激光器、與AWG集成的可調諧激光器等。特別是可調諧環形EDFL調諧范圍大，輸出功率高，成為可調諧激光器的主流，已商品化，可用于大容量長距離光纖通信系統和DWDM系統。可調諧光纖激光器將成為可調諧半導體激光器的有力競爭對手，必將在未來等領域中發揮重要作用。表4為典型可調諧光纖激光器與性能參數。
波長可調諧激光器是光通信網絡與系統的關鍵器件。可調諧激光器可實現通信設備小型化、多功能、集成化、低功耗，并有擴展網絡靈活性、控制流量、減少備用激光器數量、降低成本等優點。在提供精確光波長標準、充分利用全部光纖帶寬、提高網絡容量和效率、提高系統功能性等方面有著重要意義。
波長可調諧激光器有廣泛的應用市場前景。已廣泛應用于大氣監測、外差傳感、光譜測量等領域。目前已是高速大容量光通信系統、波分復用、時分復用系統中的關鍵部件，不僅可用作DWDM光源，還可用作分組交換網、接入網、光測試系統和快速波長交換等系統的重要光源，甚至于用作下一代相控陣雷達實時延遲波束控制光源。
可調諧激光器已日益成熟，已成為國際上的熱點技術與產品，并正在促進光網絡的發展。可調諧激光器最終將會代替應用市場中占主流的固定波長激光器而成為主要光源。
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