基于反馈式射频调制DBR可调激光器的光模块及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反馈式射频调制的、带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器的光模块以及控制方法。在带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器的基础上，将直流偏置电流按照设计要求，分别加载到所述带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器的各个区域，用于控制其光信号的产生、放大与输出，以及控制输出光的波长调谐；将交流射频数据调制信号按照一定的比例，同时或者选择性地加载到所述带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器的各个区域或选择性区域；通过实时检测输出光信号或背光输出光信号的啁啾效应，来反馈控制上述交流射频数据调制信号在各个区域或选择性区域的加载强度，从而最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率。

Optical module and control method for DBR tunable laser based on feedback RF modulation

The invention discloses an optical module and a control method of a distributed Prague reflection tunable laser based on feedback RF modulation and a semiconductor amplifier. In a distributed amplifier with semiconductor lasers can be reflected Prague based on the DC bias current in accordance with the design requirements, each area were loaded into the semiconductor amplifier with distributed Prague reflector tunable laser, the optical signal is used to control the generation, amplification and output, and control the output light wavelength tuning; will RF communication data modulated signal according to a certain proportion, at the same time or selectively loaded into the semiconductor amplifier with distributed Prague reflector tunable laser in each region or by selective area; chirp effect of real-time detection of output light signal or the backlight output light signal, to feedback control of the AC RF data signals at the loading intensity of each region or selective area, so as to maximize the real-time compensation and elimination of output light signal The chirp effect increases the extinction ratio and the transmission power.

【技术实现步骤摘要】
基于反馈式射频调制DBR可调激光器的光模块及控制方法
本专利技术涉及一种基于反馈式射频调制分布式布拉格反射(DBR)可调激光器的光模块及控制方法。
技术介绍
近年来，随着4k/8k视频、数据中心、云服务、5G移动网、百兆(Mbps)光纤到户、吉兆(Gbps)光纤到办公桌面、智慧家庭、远程医疗/教育等各种业务的快速发展，全球对互联网固网的城域网和接入网，手机移动网，wi-fi，云计算和数据中心等的网络流量均出现了空前的持续爆发式的增长需求。为此，波分复用(WDM)方式必然地被引入上述各种光网络的升级换代。由于光网络的价格极为敏感，光网络建设中光器件和光模块的成本占比很大，所以降低光网络中光器件和光模块的价格至关重要。射频(RF)数据信号直接调制式激光器是一种把激光器光源和光调制器集成为一体的直接调制激光器(DML)。这类激光器具有价格低，体积小，易于封装，使用简单等特色，是上述各类光网络升级换代的关键技术，能够极大地降低这些光网络的建设与维护成本。当前的光网络传输系统中，共有三种调制方式的激光器：1)直接调制激光器(DML，directlymodulatedlaser)；2)电吸收调制激光器(EML，electroabsorptionmodulatedlaser)；3)采用外置式迈式光调制器(MZmodulator,MachZhendermodulator)的激光器。相比于后两种方式，DML所拥有的上述独特优势，将对新一代光网络的成功部署与推广起到决定性的作用。然而，目前对于标准的单模光纤传输10Gbps的1.55微米波长信号来说，通常EML和MZ调制信号能传输较长的距离，典型距离为80公里。但是，在光通信中，对于射频(RF)数据信号直接调制状态下的单纵模激光器来说，其载流子的密度随着注入电流的变化而变化，从而使得增益区的折射率发生变化，导致激光器的输出波长随着时间发生偏移，出现啁啾现象。当受到啁啾效应影响的光脉冲经过光纤传输后，在光纤色散的作用下，光脉冲波形会发生展宽，从而限制了光信号的传输距离。一般而言，由于受到与传输时间相关的固有的啁啾效应带来的信号严重畸变的影响，DML的信号传输距离基本上不超过5公里，这极大地限制了DML的推广与应用。而且，对于高于10Gbps速率的数据传输来说，上述DML的啁啾问题会更加严重。为了减小直接调制激光器(DML)的啁啾效应，提高其信号传输距离，一些不同的旨在减小啁啾效应的技术改进方案，特别是啁啾管理激光器，和直接调制补偿激光器技术相继问世，但这些方法各有弊端，前者需要在封装时添加一个光谱整形(OSR)带通滤波单元和一个隔离器，增加了光模块的封装难度、体积与成本。后者只能有限地补偿一点啁啾效应，无法彻底解决DML的啁啾效应造成的传输距离极度缩短的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于反馈式射频调制分布式布拉格反射可调激光器的光模块，同时在分布式布拉格反射可调激光器的增益区和与之集成在同一芯片上的半导体放大器区域，以及相位调谐区同时或有选择性地按一定的强度比例加载射频数据调制信号，会减小输出光信号的啁啾效应，并能够增大其消光比和传输功率。本专利技术的技术方案为：一种基于反馈式射频调制的、带半导体放大器的分布式布拉格反射(distributedBraggreflector,DBR)可调激光器的光模块，包括带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器和控制电路；所述带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器包括增益区、半导体放大器区、相位调谐区和至少一个光栅调谐区；所述半导体放大器区位于光信号出射端，相位调谐区、光栅调谐区和增益区可更换次序地排列在半导体放大器区之后；所述控制电路包括直流偏置电流控制电路和交流射频数据调制信号控制电路；所述增益区用于产生光信号；所述半导体放大器区用于放大和输出光信号，所述相位调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行微调谐；所述光栅调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行主调谐，并决定输出光信号波长的调谐范围和调谐效率；所述直流偏置电流控制电路为所述增益区、半导体放大器区、相位调谐区和光栅调谐区根据设计要求分别加载不同大小的直流偏置电流，分别用于控制光信号的产生、放大与输出、输出光波长的微调谐和主调谐；所述交流射频数据调制信号控制电路为所述增益区、半导体放大器区，和相位调谐区同时加载或选择性加载强度不同的射频数据调制信号，所述射频数据调制信号按照不同的强度比例分配，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率。所述增益区和半导体放大器区采用相同的多量子井生长层结构，或不同的多量子井生长层结构。进一步的，所述光栅调谐区和相位调谐区具有相同的晶体生长层结构，该晶体生长层结构包括与所述增益区直接耦合连接的晶体生长层，所述晶体生长层具有第一波导层，第一波导层的能带隙大于增益区量子井区域的能带隙，所述第一波导层用于控制光信号的波长调谐效率与波长调谐范围；在光栅调谐区第一波导层上直接制作布拉格光栅；或，在第一波导层的上方或下方生长一个大于第一波导层能带隙的第二波导层，在第二波导层上制作布拉格光栅。本专利技术还提供了一种基于反馈式射频调制分布式布拉格反射可调激光器的光模块，包括分布式布拉格反射可调激光器和控制电路；所述分布式布拉格反射可调激光器包括增益区、相位调谐区和至少一个光栅调谐区；所述增益区位于光信号出射端，相位调谐区和光栅调谐区可更换次序地排列在增益区之后；所述控制电路包括直流偏置电流控制电路和交流射频数据调制信号控制电路；所述增益区用于产生和输出光信号，所述相位调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行微调谐；所述光栅调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行主调谐，并决定输出光信号波长的调谐范围和调谐效率；所述直流偏置电流控制电路为所述增益区、相位调谐区和光栅调谐区根据设计要求而分别加载不同大小的直流偏置电流，分别用于控制光信号的产生与输出、输出光波长的微调谐和主调谐；所述交流射频数据调制信号控制电路为所述增益区和相位调谐区同时加载或选择性加载强度不同的射频数据调制信号，所述射频数据调制信号按照不同的强度比例分配，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率。进一步地，所述光栅调谐区包括至少两个晶体生长结构相同、但具有不同光栅设计的光栅调谐区域，所述至少两个光栅调谐区域与增益区、相位调谐区可更换次序排列。上述两种光模块中，均包括第一反馈控制电路，实时检测所述可调激光器的出射光，分析出射光信号，检测光信号的啁啾效应，并对射频调制控制电路输出的射频数据调制信号强度进行反馈控制和实时调节，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率；或；还包括第二反馈控制电路，实时检测与所述可调激光器出射光方向相反的背光，分析背光信号，检测背光信号的啁啾效应，并对射频调制控制电路输出的射频数据调制信号强度进行反馈控制和实时调节，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应、增大其消光比和传输功率。上述两种光模块中，在分布式布拉格反射可调激光器的光信号出射端采用低反射涂层镀膜，低反射涂层的反射率低于6％；在分布式布拉格反射可调激光器的末端采用高反射涂层镀膜，高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反馈式射频调制的、带半导体放大器的分布式布拉格反射(distributed Bragg reflector, DBR)可调激光器的光模块，其特征在于，包括带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器和控制电路；所述带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器包括增益区、半导体放大器区、相位调谐区和至少一个光栅调谐区；所述半导体放大器区位于可调激光器的出射端，相位调谐区、光栅调谐区和增益区可更换次序地排列在半导体放大器区之后；所述控制电路包括直流偏置电流控制电路和交流射频数据调制信号控制电路；所述增益区用于产生光信号；所述半导体放大器区用于放大和输出光信号，所述相位调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行微调谐；所述光栅调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行主调谐，并决定输出光信号波长的调谐范围；所述直流偏置电流控制电路为所述增益区、半导体放大器区、相位调谐区和光栅调谐区根据设计要求分别加载不同大小的直流偏置电流，分别用于控制光信号的产生、放大与输出、输出光波长的微调谐和主调谐；所述交流射频数据调制信号控制电路为所述增益区、半导体放大器区，和相位调谐区同时加载或选择性加载强度不同的射频数据调制信号，所述射频数据调制信号按照不同的强度比例分配，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈式射频调制的、带半导体放大器的分布式布拉格反射(distributedBraggreflector,DBR)可调激光器的光模块，其特征在于，包括带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器和控制电路；所述带半导体放大器的分布式布拉格反射可调激光器包括增益区、半导体放大器区、相位调谐区和至少一个光栅调谐区；所述半导体放大器区位于可调激光器的出射端，相位调谐区、光栅调谐区和增益区可更换次序地排列在半导体放大器区之后；所述控制电路包括直流偏置电流控制电路和交流射频数据调制信号控制电路；所述增益区用于产生光信号；所述半导体放大器区用于放大和输出光信号，所述相位调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行微调谐；所述光栅调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行主调谐，并决定输出光信号波长的调谐范围；所述直流偏置电流控制电路为所述增益区、半导体放大器区、相位调谐区和光栅调谐区根据设计要求分别加载不同大小的直流偏置电流，分别用于控制光信号的产生、放大与输出、输出光波长的微调谐和主调谐；所述交流射频数据调制信号控制电路为所述增益区、半导体放大器区，和相位调谐区同时加载或选择性加载强度不同的射频数据调制信号，所述射频数据调制信号按照不同的强度比例分配，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率。2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光栅调谐区和相位调谐区具有相同的晶体生长层结构，该晶体生长层结构包括与所述增益区直接耦合连接的晶体生长层，所述晶体生长层具有第一波导层，第一波导层的能带隙(bandgap)大于增益区量子井区域的能带隙，所述第一波导层用于控制光信号的波长调谐效率与波长调谐范围；在光栅调谐区第一波导层上直接制作布拉格光栅；或，在第一波导层的上方或下方生长一个大于第一波导层能带隙的第二波导层，在第二波导层上制作布拉格光栅。3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述增益区和半导体放大器区采用相同的多量子井生长层结构，或不同的多量子井生长层结构。4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，在所述增益区与相位调谐区、增益区与光栅调谐区、半导体放大器区与相位调谐区或半导体放大器区与光栅调谐区的连接断面之间引入夹角；用于减小或消除由于连接断面两侧半导体材料的有效折射率不同而造成的腔内界面反射。5.一种基于反馈式射频调制分布式布拉格反射可调激光器的光模块，其特征在于，包括分布式布拉格反射可调激光器和控制电路；所述分布式布拉格反射可调激光器包括增益区、相位调谐区和至少一个光栅调谐区；所述增益区位于可调激光器的出射端，相位调谐区和光栅调谐区可更换次序地排列在增益区之后；所述控制电路包括直流偏置电流控制电路和交流射频数据调制信号控制电路；所述增益区用于产生和输出光信号，所述相位调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行微调谐；所述光栅调谐区用于对增益区产生的光信号的波长进行主调谐，并决定输出光信号波长的调谐范围；所述直流偏置电流控制电路为所述增益区、相位调谐区和光栅调谐区根据设计要求而分别加载不同大小的直流偏置电流，分别用于控制光信号的产生与输出、输出光波长的微调谐和主调谐；所述交流射频数据调制信号控制电路为所述增益区和相位调谐区同时加载或选择性加载强度不同的射频数据调制信号，所述射频数据调制信号按照不同的强度比例分配进行加载，用以最大限度地实时补偿与消除输出光信号的啁啾效应，增大其消光比和传输功率。6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，在所述增益区...

【专利技术属性】
技术研发人员：章雅平，
申请(专利权)人：山东中芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37