锁模光纤光栅外腔半导体激光器毕业论文.doc

概 述一、OTDM 系统及其关键器件的发展自上世纪 70 年代以来，随着现代信息社会的飞速发展，光纤通信技术得到了迅猛的发展。理论上，光纤可以提供25000GHz 的带宽，如何利用这一巨大的带宽资源，成了各国研究机构的努力目标。人们相继提出了光的波分复用(WDM)和光时分复用(OTDM) 技术。这两种技术是克服光电子器件的瓶颈、提高光通信容量的有效途径。波分复用技术研究较早，构成系统的光发射器，波长转换器，波长路由器，波长复用、解复用器，光开关等各种器件发展相对成熟，部分已经接近商用水平；实验室系统中的传输容量达到了10 Tb/s。OTDM 相对于WDM 的研究较晚，自上世纪90 年代才开始得到广泛研究，但是在短短的十年间就取得了巨大成就。OTDM 之所以引起人们的很大兴趣，主要原因有两个1:1、OTDM 能够克服WDM 的一些缺点，如：避免由掺铒光纤放大器(EDFA)级联导致的光谱不均匀性；避免非理想的滤波器和波长变换所引起的串话；不会出现由光纤的非线性效应如四波混频(FWM)，受激拉曼散射(SRS)等导致的信道串扰；不需要复杂的控制方案来达到苛刻的波长稳定性以及昂贵的稳定可调的滤波器；2、OTDM 技术被认为是长远的网络技术。为了满足人们对信息的大量需求，将来的网络必将是采用全光交换和全光路由的全光网络(AON)，OTDM 的一些特点使它作为将来的全光网络技术方案更具吸引力：(1)、可简单地接入极高的线路速率(高达几百Gbit/s)，目前OTDM 系统单通道速率达到了160 Gb/s；(2)、支路数据可具有任意速率等级，和现在的技术如SDH 以及ATM 网络兼容性好；(3)、由于是单波长传输，大大简化了放大器级联管理和色散管理；(4)、虽然网络的总速率很高，但在网络节点，电子器件只需以本地数据速率工OTDM 和WDM 技术具有一定的互补性，OTDM 是WDM 技术的有效补充，两者的结合可支撑未来超高速光通信网的实现。二、激光器锁模技术的发展激光器的锁模技术并不是一个新的技术，它是随着激光器的发展而发展的。最初的锁模技术应用在固体激光器中，用于产生高能超短脉冲，现在这项技术仍在大功率固体激光器中得到发展，通过锁模技术和脉冲压缩技术，激光脉冲宽度在飞秒量级甚至更窄，这为研究各种超快现象提供了强有力的工具。Herman A. Haus系统地介绍了锁模激光器的发展历史2程。图1.2各种类型的锁模激光器的特性比较随着光通信系统的发展，人们对半导体激光器用于产生超短光脉冲进行了大量的研究，从80 年代开始，半导体激光器的锁模技术已经研究了20 多年，到目前已经进行了大量而且深入的理论与实验研究，近期半导体锁模激光器的研究总结还可以可以参考E. A. Avrutin 的文章3。下面我们将简要的介绍一下重点在OTDM 中的应用的各种半导体锁模激光器的研究进展。相对于WDM中的多波长激光器、可调谐激光器来说，在OTDM系统中尤其WDM/OTDM系统也是非常需要类似的器件。目前已经对多信道波长脉冲光源有过一些研究。它的原理是利用滤波元件将半导体锁模激光器的多纵模谱进行频域上的分割成相同的纵模群，然后通过调制使每一纵模群之间的纵模模式形成锁定，进而形成脉冲输出。这样多中心波长，多信道脉冲就行成了。例如OFC2003 上报道了每个信道速率750 Mbs/s，一共168 个信道的多波长锁模脉冲输出4。另外，基于光纤环形激光器的锁模技术一直有着迅速发展。第一章半导体激光器锁模的数值模拟在现代光通信系统中，产生高重复频率的超短光脉冲的器件是高速、大容量OTDM系统，WDM/OTDM系统，光孤子通信系统，以及光纤射系统5 (fiber-radio frequency millimeter wave system)的关键器件。半导体锁模激光器由于其内在的短腔长，大增益带宽，是实现高重复频率，短脉冲宽度的光脉冲的理想器件6。本章我们用有限差分的数值方法模拟了耦合的行波速率方程组，该方法能够较准确地模拟锁模的动态过程，给出了典型的DFB的动态过程以及主动锁模激光器的锁模过程。1.1 锁模技术原理从数学上讲，锁模就是激光器产生的不同纵模之间由于某种调制机制(如增益调制，损耗调制等)而发生相互耦合，模式之间形成固定的相位关系，这时就称为模式被锁定，频域上模式之间的锁定意味着时域上形成了光脉冲。自由运转的激光器表现为多纵模振荡。图1.1 描述纵模模式锁定情况下的光脉冲输出 N=51.2 描述半导体激光器锁模动态特性的方法能够较准确描述半导体锁模激光器的动态特性的方程为一组耦合的行波速率方程组。半导体激光器中存在正向和反向传播的两个行波，行波在激光腔中随时间传播演化形成激光输出。当对激光器进行一定的调制，则经过调制的行波在传播过程中经过放大，反馈，最终形成稳定的脉冲输出。一、DFB 激光器的瞬态特性DFB 激光器的参数如下：腔长L400m，分成M30 小段，计算每一步的时间为L/M, 光栅的耦合系数30cm-1，注入电流密度J1000A/cm2。我们分别模拟了DFB 激光器的瞬态特性，包括(a) 增益分布，(b)载流子分布，可以看到空间烧孔效应；(c)输出光功率；(d)稳态光谱，可以看到是双模振荡。由这些图可以看出，行波速率方程能很方便地模拟器件的各种动态特性。(a)(d)Wavelength(A.U.)二、 单片集成的锁模激光器单片集成的半导体锁模激光器结构，模拟中用到了有源区La=400m, 透明波导区Le=400m, 布拉格光栅区Lg=200m, 激光器分成50 段，每步的计算时间为光经历每个小段长度的时间，则脉冲在腔中经历一周的时间为100小段。图1.2.1 单片集成的半导体锁模激光器结构示意图图1.2.2 a-e 所示的单片集成锁模激光器的动态特性曲线图1.2.2a-e 为模拟的结果。从(a)中我们可以明显地看出激光器不同段的光子浓度分布，在增益区内可以看到分布的不均匀性。右端的布拉格反射区对光子形成了反馈与输出。(b)图表示了激光器腔中动态的载流子浓度分布。可以看出明显的空间烧孔效应。(c)图为脉冲的输出，虚线表示了载流子浓度的变化，锁模使得光形成了稳定的脉冲；对(c)中的一段稳态时域输出进行傅立叶变换，得到了脉冲的光谱图，即(d)图，可以观察到锁模使得9 个纵模形成了锁定，从而导致了时域上的光脉冲。(e)图是根据式(2.19)计算的激光器的强度响应。我们可以明显观察到了调制增强的现象。关于激光器对调制的共振增强效应我们将在第五章有较为详细的分析。(e)图的意义在于，利用行波速率方程可以很自然的模拟激光器的共振增强效应。第二章光纤光栅外腔激光器静态特性分析光纤光栅外腔半导体激光器可以用作光通信系统中的光源，对该类器件已经进行过一些研究7 。国际电信联盟(ITU) 规定了WDM 以193.1THz(1552.524 nm)为基准，信道间隔为100GHz (0.8nm)，甚至50GHz (0.4nm),各信道的光源要求控制波长精度为通道间隔波长的1/10，因此对光源提出了极高的要求。目前广泛使用的是DFB 激光器，由于制作工艺的控制难度，使得激光波长难以非常精确地控制来符合ITU 的标准，实际上是挑选合适波长的器件，并利用温度来控制其波长的精确度与稳定性，因此器件成品率很低，这无疑大大增加了器件和系统的成本。同时DFB 激光器线宽较宽，大约在几十MHz，而且直接高频调制下容易产生较大啁啾。而光纤光栅外腔激光器却可以解决上述问题。利用光纤光栅的窄带反射特性，与普通FP 腔半导体激光器管芯耦合形成外腔激光器，具有以下的优点：1. 波长精确控制的窄带的光纤光栅制作非常成熟，价格便宜，反射率的中心波长很容易控制在0.1nm 以下，因此器件的激射波长更容易由光纤光栅准确控制，从而制作需要的工作波长；2. 光纤光栅参数的温度稳定性比半导体材料好得多，研究表明，光纤光栅的布拉格波长随温度的变化只有0.01nm/ 0C,比半导体材料的温度变化性小10 倍，因此对工作制冷要求不高甚至无需制冷便可以形成稳定的单纵模振荡；3. 该器件腔长比较长，与窄反射带宽的光纤光栅结合使得激射光谱线宽很窄，一般在几百甚至几十KHz，因此可以用于相干光通信系统等要求窄线宽的场合；4. 传统的封装技术就可以封装该器件，因此封装成本低；5. 这种器件可以用作锁模激光器，用来产生高重复频率，窄脉冲宽度的光脉冲，可以用于OTDM 系统以及孤子系统，还可以用在光纤射频毫米波系统中的发射光源。本章我们利用耦合腔模型，并仔细考虑激光器和光纤光栅之间的耦合效率，分析了光纤光栅外腔激光器的静态特性。2.1 改进的光纤光栅外腔激光器模型8国内外对光纤光栅外腔激光器的研究大多数属于实验报道，对该器件的理论研究还是沿用外腔激光器的模型9。由于光纤光栅外腔激光器本质上属于三段式激光器，因此沿用外腔激光器分析的方法便显然忽略了一些对光纤光栅激光器的优化设计极为重要的因素。周凯明等合理地将耦合腔激光器模型引入到光纤光栅外腔激光器中10。然而文献10中没有给出耦合效率、外腔长度、光纤光栅长度等参数对器件特性的具体影响。在本节中，我们从耦合腔激光器模型出发，提出完整的光纤光栅外腔激光器分析模型，给出了光纤光栅外腔激光器低阈值电流、高边模抑制比以及波长精确、稳定的单纵模振荡所需要的条件，为实际优化器件的设计提供了理论依据11。2.2 激光器与光纤光栅的对接耦合研究12在光纤光栅外腔激光器的制作过程中，半导体激光器，端面镀制增透膜，光纤光栅的写入，光纤外腔的距离的参数在制作过程中一般来说是固定的，即制作好之后各个参数一般不容易改变，最终可以控制的参数就是耦合封装过程中的激光器端面与光纤端面的对接距离Lg 以及耦合效率 的改变。我们在理论上研究了对接耦合对短光纤光栅外腔激光器的各个静态性能的影响，提出了优化器件的措施。我们同时考虑了强反馈和若反馈两种情况。所谓“强反馈”指激光器端面反射率比较低，增透膜镀制的质量比较高，“弱反馈”指激光器端面反射率相对较高的情况13。为不考虑对接距离对耦合效率影响时，强反馈和弱反馈下的有效反射率曲线，即上一小节中所用的方法。为考虑对接距离对耦合效率影响时两种情况下的有效反射率曲线。对比可以看出，利用本节的耦合效率模型时有效反射率随Lg 增大而表现出下降趋势，这显然应对比可以看出强反馈情况下随着对接距离变化时，有效反射率和增益曲线呈现比较弱的波纹，而弱反馈情况却大不相同，波纹非常大。这意味着弱反馈情况下的多次反射比较强，对有效反射率和增益的曲线影响自然比较剧烈。第三章光纤光栅及波导的特性研究3.1 传输矩阵法15传输矩阵法是将准周期光栅分成许多小段，每段认为均匀光栅，对每一小段均匀光栅利用耦合波方程得到确定这一段光栅的矩阵，然后将所有小段的矩阵相乘，就得到了整个光栅的反射透射特征矩阵。具体说来，将长为L 的光栅分成M 小段，对某小段m 起始处的前向和后向光场分别为Rm 和Sm, 末端的光场则为Rm +1 和Sm+1,它们同时又为下一段的起始光场。3.2 锥形脊波导光栅在集成光学中，为了增加波导与波导之间的耦合效率，例如脊波导与光纤耦合，需要在脊波导上制作锥形结构来形成模斑转换器SSC16。在模斑转换器部分由于锥形的引入，使得该段的有效折射率发生了变化，从而改变了光在该段传输的模式折射率。可以在一定范围内同时改变内外脊高和脊宽参数，而保持单模传输。我们考虑锥形脊波导，波导尺寸如图所示。为了制作简单起见，我们仅考虑脊宽方向的渐变。利用有效折射率法可以求出波导单模传输的传播常数，从而求出单模条件的有效折射率Neff。这里我们利用有限差分束传播方法(FD-BPM)计算出Neff 随距离的变化曲线。波导参数如下：入射波导脊宽2m，脊高0.8m，外脊高3m：出射时内脊宽度变为5m。；通过有效折射率变化曲线可以看出，有效折射率的变化随着波导近似线性，并且在上述参数下的折射率变化在3103。3.3 OLCR 用于光纤光栅及光波导参数的测量OLCR 一般原理图3.3 OLCR基本原理图光学低相干反射(OLCR：Optical Low-coherence Reflectivity)是1987年左右出现的一种新的测试技术17, 其主要应用于测量光通信无源波导器件对接端面的回波损耗并精确定位波导组件的光学端面，定位精度一般可以达到几十微米。P.Lambelet最早将OLCR原理用于光纤光栅参数的测量18,法国的U.Wiedmann则将该技术用于DFB激光器的一些参数的测量19并将这种技术进行了推广。目前基于OLCR技术的测量设备已经获得了商用，如Agilent公司的8504B精密反射仪。OLCR技术是一种基于Michelson干涉仪和白光干涉的技术。由LED等宽谱光源发出的低相干光通过分束器分别进入测试端(DUT)和参考镜端。从DUT和参考镜端同时反射回的光经过合束到达探测端。通过移动反射镜的距离，如果从DUT端反射回的光的光程和从参考镜反射回的光程相等的话，在探测端就可以探测到相干干涉的光强信号。通过不断的移动反射镜的位置，被测试器件内部的反射情况以及反射位置就可以连续扫描记录下来。可以看出可以扫描器件的尺寸由参考镜的移动决定，而反射的定位精度由用于干涉的白光的相干长度决定，而所能探测到的回波损耗(反射光)则由系统的噪声决定20，一般情况可达到80dB。3.4 硅基混合集成的光栅可调谐激光器21在本节中，我们提出了一种在硅材料(例如SOI)上制作光栅，并将激光器安装在硅材料上，通过硅的热光以及电光效应改变布拉格光栅区的折射率，从而方便地对该混合集成的激光器进行调谐。对于热光调谐，加热电极覆盖在在Bragg 光栅上，也可以延伸到波导的两侧一段距离，通过电极加热使Bragg 光栅3 区的温度产生变化。硅材料的热光系数比较大，为1.910-4, 因此500C的变化范围可以使折射率变化为0.01,很容易获得5nm 以上的调谐范围。由于硅波导下层的SiO2 层是热的不良导体，因此热量不容易从衬低泄漏，因此可以很快达到热平衡而降低器件功耗，同时硅为热的良导体，热响应很快，因此调谐速度也比较快。对于电光调谐，根据硅的等离子色散效应22，当注入载流子浓度较低时，折射率随着载流子注入而减小，同时载流子吸收效应较小，随着注入浓度测增加吸收系数明显增大。因此，吸收系数的变化使得激光器输出功率对不同的波长是不同的。它的另一个缺点是由于大电流注入下的芯片发热问题严重，同时SiO2 波导层对若的扩散有阻挡作用，因此注入电流不能太高，这就影响了调谐范围。因此电光可调谐激光器只能实现比热光可调谐激光器小的调谐范围。第四章 光纤光栅外腔激光器动态特性研究4.1 光纤光栅外腔激光器小信号调制特性分析一、外腔激光器调制的谐振增强效应激光器为了获得高频调制，腔长必须短，这样便减小了光子寿命，从而获得高频响应。典型的外腔激光器由一端镀上增透膜的半导体激光器和外反射镜构成，它的腔长也是比较长，因此小信号调制时除了可以看到张驰振荡峰以外，激光器在相对于激光器腔长及腔长倍数的谐振频率处出现处对调制信号响应的增强效应，称之为共振增强效应24因为单管激光器的腔长较短，对应的谐振频率较高，一般为上百GHz，因此一般的小信号测试系统只能观察到由载流子寿命和器件RC 响应形成的张驰振荡峰，而很难观察到较高频率的激光谐振增强峰23。二、光纤光栅外腔激光器有效反射率的响应对于光纤光栅外腔激光器，我们仍然应用耦合腔模型，具体分析等效的腔面反射率Reff 对激光器的响应。从第三章的静态特性分析可以看出，从波长上看，Reff 相当于一个波长选择性器件，在它的反射带宽内光波形成反馈。那么我们同样可以分析该滤波器的时域特性，为简单起见，我们考虑理想情况，即多次反射间的耦合效率都为。4.2 光纤光栅外腔激光器的锁模特性分析由于光纤光栅外腔激光器对调制信号的共振增强效应，用该器件来作为锁模的激光器将非常方便，并且静态特性容易控制，因此对动态特性的要求很容易满足；由于器件尺寸比较长，激光器的有效长度可以方便地控制在几毫米至几厘米之间，甚至更长，并且腔长的调节余地很大，因此在小于几十GHz 的调制速率范围内下可以出现几个谐振峰，这样可以方便地使调制频率符合其中所需要的谐振峰，也可以理解为谐波锁模，这样可以自由方便的改变脉冲输出频率；脉冲宽度可以控制24。啁啾光纤光栅的制作也已经比较成熟，而且在光纤光栅的反射率带宽要求较大时相对于均匀的光纤光栅来说比较容易制作，啁啾率的大小可以控制；而且啁啾光纤光栅是很好的脉冲压缩器件25，可以对脉冲的啁啾在腔内同时进行压缩，使输出的光脉冲更接近于变换极限。第五章光纤光栅外腔激光器的制作及特性分析本章介绍了光纤光栅外腔激光器的制作及特性分析。首先介绍了激光器和光纤光栅耦合形成的外腔激光器的制作与测试结果。为了使光纤光栅外腔激光器可作为主动锁模的激光器，我们分别制作了波长为1.31m 和1.55m 的两段式的激光器管芯，包括调制区和激光器区，该两段式激光器用来与光纤光栅实现对接耦合。实验上分别研究了管芯的静态特性，并提出了利用该吸收区进行不同的锁模的调制。5.1 光纤光栅外腔激光器的制作及测试光纤光栅外腔激光器的结构如图5.1 所示。它的制作包括几个关键方面：半导体激光器管芯的制作，要求外延片质量较高，量子阱材料微分增益高，温度特性好，高频应用时还需要器件的高频特性好；对管芯的一端面镀制增透膜；参数精确控制的光纤光栅的制作；光纤光栅与激光器的高效耦合。图5.1 光纤光栅外腔激光器的示意图半导体光放大器(SOA)以及半导体超辐射管（SLD)的制作都需要在激光器端面镀制高质量的增透膜，同时为了进一步降低反射，斜腔结构以及端面开窗的方法一般应用于这两种器件的制作上。三种方法同时使用可以使SOA 的反射率减少至105 的水平。显然，如此低的反射率使得制作难度相当大。光纤光栅外腔激光器相当于在腔内存在两个残余反射率的镜面，因此如果残余反射率比较大，则预期对光脉冲的质量会有一定的影响26。5.2 集成电吸收调制器的光纤光栅外腔激光器的制作我们提出了一种简单的光纤光栅外腔激光器，管芯的主要结构为同一有源区结构的调制器和激光器集成，再与光纤光栅耦合形成光纤光栅外腔激光器。它比普通的光纤光栅外腔激光器多了一段集成的调制区，这样设计的原因是可以避免对较长的激光器区进行直接调制，通过对较短的调制区进行调制，使器件形成高重复频率的主动锁模。无论是双异质结构还是量子阱结构，由于多体效应在大注入的情况下，它们的能隙要收缩，结果是激光器的激射波长比它的光荧光波长要长。因此，激光器的激射波长(增益峰值处)移到了量子阱材料的的吸收边，这时导致了吸收系数将会小一些27。5.3 集成有调制器的光纤光栅外腔激光器的锁模特性分析利用 5.2 小节激光器和调制器集成的制作方法，我们设计了集成有电吸收调制器的光纤光栅外腔激光器。两段式的激光器结构可以尝试不同的调制方法。首选结构为EA 和激光器的集成，这样可以非常方便的调制腔内的损耗。若这两段是同一种有源区的话，就要利用短区的特性来进行调制。我们已经制作成功了两段式的集成器件，则我们可以从下面几个方面进行调制28：1. 利用饱和吸收区的快速饱和吸收特性对腔内的损耗形成调制，这就相当于将光纤光栅外腔激光器用作被动锁模，这种方法目前还没有报道；2. 由于我们制作的调制区是高频响应的调制区，对此饱和吸收区进行反向调制；3. 直接对吸收区进行吸收损耗调制；4. 对吸收区利用正向注入电流，注入幅度刚达到该区的阈值附近的方法来改变整个腔中的损耗也是一种调制方法，但是这种方法也就是相当于对激光器进行增益调制，因此调制速度受到载流子寿命和寄生参数的共同影响，因此与直接对激光器进行调制本质上没什么两样。5.4 高频小信号调制特性我们首先对1.3m 的激光器管芯进行了小信号调制实验，激光器长度300 m，烧结在具有共面电极的热沉上，以方便小信号测试。测量了不同偏置电流下的响应，当If70mA 时获得了12 GHz 的调制带宽，若进一步增大电流调制带宽将会更大。器件的调制特性表明，完全可以利用这种波导结构的激光器与光纤光栅对接形成光纤光栅外腔激光器，并且进行主动锁模调制。进一步的工作包括测试集成两段式激光器的小信号调制响应特性，目前工作正在进行中。第六章 结 论光纤光栅外腔激光器由于其价格便宜，性能优越，应用方便灵活，具有极大的生存能力，因而是低成本，高性能的光通信系统的光源中极有竞争力的器件，尤其在超高速网络中将非常具有实用价值，另外它还能胜任窄线宽应用的场合，如相干通信系统，以及毫米波系统中。本论文围绕光纤光栅外腔激光器的分析、设计、与制作，进行了多方面的研究工作，具体工作总结及结论如下29：1利用有限差分的方法数值模拟了描述激光器动态特性的行波速率方程，给出了DFB 激光器，单片集成的主动锁模激光器的动态输出特性；2利用散射矩阵模型，并仔细考虑了激光器和光纤光栅之间的耦合效率，分析了光纤光栅激光器的静态特性，包括振荡波长，边模抑制比与器件制作参数的关系，如外腔长度，耦合效率，端面反射率等，分析了制作高边模抑制比的光纤光栅外腔激光器的关键问题对接耦合；3 根据 OLCR 原理分析了光纤光栅、波导等器件的时域响应特性，分析发现了啁啾光栅的平顶响应特性；指出了测量波导损耗的多次反射峰的实质是时域反射信号的傅立叶系数；并指出了这种方法的适用范围为较高折射率材料的波导；4 分析了外腔激光器共振增强效应，并指出共振增强效应来源于激光器谐振腔对应的高阶谐波分量对调制信号的共振响应，初步分析了光纤光栅外腔有效反射率对器件调制产生的影响，对比了弱反馈和强反馈情况下有效反射率对光脉冲的影响；5利用一端镀有增透膜的体材料激光器芯片与光纤光栅对接耦合，实现了阈值电流40mA，边模抑制比高达48dB 的单纵模输出；测量了振荡波长、SMSR 等特性与对接耦合的关系，实验与理论模拟符合的较好；6 利用 1.3m 的InAlGaAs 多量子阱外延片制作了集成两段式激光器芯片，测试了器件的I-V 特性，观察到了双稳现象，提出利用反向以及正向调制饱和吸收区的方法作为锁模的机制28；激光器小信号调制实验获得了12 GHz 的调制带宽；7利用1.5m 的InGaAsP/InP 外延片制作了高频调制的两段式激光器芯片；并尝试制作了几种可高频调制的波导结构；8提出一种利用改变波导有效折射率制作啁啾布拉格光栅的方法，模拟表明当脊波导的宽度从3m 变化到5m 时，有效折射率变化了3103，通过改变波导参数足可以设计任意啁啾量的光栅；9提出一种混合集成的硅基可调谐半导体激光器。参考文献1. Hitoshi Murai, Masatoshi Kagawa, Hiromi Tsuji, et al., “Single Channel 160 Gbit/s Carrier-Suppressed RZ Transmission over 640 km with EA Modulator based OTDM Module”, ECOC 2003, Mo3.6.42. C.Lin, P.L.Liu, T.C.Damen, et al., “Simple picosecond pulse generation scheme for injection lasers,” Electron. Lett., vol. 16, pp. 600-602: 19803. L.Chusseau, J.M.Xie, L.Duvillaree et al., “Bandwidth-limited 0.3W picosecondpulses(4ps) from a 1.53um microwave modulated DFB laser with fiber compression,”Electron. Lett., vol. 26,pp. 1085-1087:19904. X.Shan, D.M.Spirit, “Novel method to suppress noise in harmonically mode-locked erbium fiber lasers,” Electron. Lett., vol. 29, no. 11, 1993: 979-9815. E. Yoshida and M. Nakazawa, “80-200 GHz erbium doped fiber laser using a rational harmonic mode locking technique,” Electron. Lett., vol.32 no. 5, 1996: 1370-13726. J.Yu, M.Schell, M.Schulze, and D.Bimberg, “Fourier-limited 1.6-ps pulses withvariable repetition rate from 1 to 26 GHz by passive mode-locking of a semiconductorlaser in an external cavity,” IEEE Photon. Technol, Lett., vol. 7,no.5, 1995:467-4697. P.B.Hansen, G.Raybon, U.Koren, et al., “Monolithic semiconductor soliton Transmitter,” J. Lightwave Technol., vol.,no.2, 1995: 297-3008. K.Sato, A.Hirano, H.Ishii, et al., “Chirp-compensated 40-GHz mode-locked lasersintegrated with electroabsorption modulators and chirped gratings,” Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Journal on, 5 (3) 1999:590-5959. T Ohno, R.Iga, Y.Kondo, et al. “A 160GHz semiconductor mode-locked laser dire ctly driven by an 80-GHz electrical signal,” OFC2003,FF2,669-67010. T. Ohno, R. Iga, Y. Kondo et al., “Wide-locking-range 160-GHz optical clockrecovery from 160-Gbit/s signal using a mode-locked laser diode” OFC 2004, WD511. D.J.Jones, L.M.Zhang, J.E.Carroll, et al., “Dynamics of monolithic passively Mode-locked semiconductor lasers,” IEEE J. Quantum Electron.,vol.31, no.6, 1995: 1051-105812. A.V. Uskov, J.R. Karin, J.E.Bowers, et al., “Effect of carrier cooling and carrierheating in saturation dynamics and pulse propagation through bulk semicon ductora bsorbers,” IEEE J. Quantum Electron., 34(11) 1998: 2162-217013. Young-Kai Chen, and Ming C.Wu, “Monolithic colliding-pulse mode-locked quantum well lasers,” IEEE J. Quantum Electron., vol.28, no.10, 1992: 2176-218514. T.Shimizu, I.Ogura, and H.Yokoyama, “860 GHz rate asymmetric colliding pulsemodelocked laser.” Electron. Lett., 32(22) 1868-1869:199715. S. Arahira, Y. Matsui and Y. Ogwa， “mode-locked at very high repetition rates more than teraherze in passively mode-locked distributed-Bragg-reflector laser diodes,” IEEE J. Quantum Electron., 32(7) 1996: 1211-122416. Ampalavanapillai Nirmalathas, Hai-Feng Liu, Zaheer Ahmed, et al.,“Subharmonic synchronous mode-locking of a monolithic semiconductor laser operating at millimeter-wave frequencies,” Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Journalon, 3(2) 1997:261-26917. P.Brindel,B.Dany, D.Rourillain et al., “All-optical signal regenerators for ultra- highbit-rate transmission systems”, IEICE Transactions on Electronics, vol E85-C, no.1,pp 126-13418. J.P.Sokoroff, P.R.Prucnal, I.Glesk, et al., IEEE Photon. Technol. Lett., vol.5,1993:787-79019. M.Eiselt,W.Pieper, and H.G.Weber, “SLALOM: Semiconductor laser amplifier in a loop mirror,” J.Lightwave Technol., vol.13,no. 10, 1995:2099-211220. Ehab S. Awad, Pak S. Cho, Norman Moulton, and Julius Goldhar, “SubharmonicOptical Clock Recovery From 160 Gb/s Using Time-Dependent Loss Saturation Insidea Single Electroabsorption Modulator,” IEEE Photon. Technol. Lett., VOL. 15, NO.12, 2003: 176421. M.Mohrle, U.Feiste, J.Horer, et al., “Gigaherze self-pulsations in 1.5um wavelength multisection DFB lasers,” IEEE Photon. Technol. Lett. 4 pp 976-979, 199222. M.Mohrle, B.Sartorius, C.Bornholdt, et al., “Detuned-grating multisection-RW-DF lasers for high speed optical signal processing,” IEEE J. Sel. Top. Quantum. Electron.vol. 7, pp 217-223, 200123. C.Bornholdt, S.Bauer, M.Mohrle, et al., “All-optical clock recovery at 80 GHz andbeyond”, Proc. ECOC 2001, Amsterdam(NL), pp 50224. B.Sartorius, M.Mohrle, and U.Feiste, “12 GHz to 64 GHz continuous frequencytuning in self-pulsating multisection DFB lasers,” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.Vol.1,pp 535-538, 199525. L.E.Adams, E.S.Kintzer, J.G.Fujimoto, “All-optical timing extraction at 40 GHz usinga modelocked figure eight laser”, IEEE Photon. Technol. Lett. vol.8, no.1 pp 55-57,199626. R.Ludwig, et al., “40Gb/s demultiplexing experiment with 10 GHz all optical clockrecovery using a modelocked semiconductor laser,” IEE Elect. Lett., vol.32, no 4,pp327-329, 199627. I.Ogura, H.Kurita, T.Sasaki, et al., “Precise operation-frequency control of monolithicmode-locked laser diodes for high-speed optical communication and all-optical signalprocessing,” Optical and Quantum Electron. Vol.33, pp709-725, 200128. S.A.Merritt, C.Dauga, S.Fox, et al., “Measurement of the facet modal reflectivityspectrum in high quanlity semiconductor traveling wave amplifier,” J. LightwaveTechnol., vol.13, no.3, 1995: 430-43329. J.E.Bowers, P.A.Morton, A.Mar, et al., “Actively mode-locked semiconductor lasers,”IEEE J. Quantum Electron., vol.25, no.6, 1989: 1426-1439袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂