【《可调谐激光器芯片基本性能测试分析案例》4300字】

)其中，P0为主模的光功率，P1为边模中的最大光功率。一般情况下，可调谐激光器要求各个信道单纵模输出，边模抑制比越大即证明输出的单模特性越好，一般要求信道的边模抑制比均达到30dB及以上。调谐范围则是指，一定条件下激光器能够正常单纵模工作的所有信道对应的波长范围。由于本测试环节中，激光器芯片直接暴露在空气环境之中，测试环境对激光器输出产生的影响无法避免，对于中心波长测量精度要求不高，且在此环境下对激光器进行定标意义不大，因此直接使用最大精度为0.08nm光谱仪读取中心波长值。如前所述，芯片温度对激光器的输出波长具有较大影响，因此在测试过程中需要开启温控且保持系统温度恒定。开启主机的TEC温控模块，将系统温度设置为25℃，等待系统温度稳定后可以开始测试。为了使激光器正常工作，需要电流源同时为三个主要电极供电。测试中，首先在显微镜下观察，仔细调整三个探针的位置，使探针之间互不干扰，然后缓缓下调探针台，使探针压牢对应的金属电极，保证接触良好。在设置各个电极的对应的电流值后，开启电流源，使激光器开始工作。观察功率计示数，慢慢调节光纤所在的三维调节架，使功率计示数达到最大，此时光纤位置即为最佳耦合位置。此后，在光谱仪上观察激光器当前输出光谱，通过光谱仪读取主模波长，即中心波长。在此过程中，若调节长腔电极注入电流实现信道切换，则保持耦合器电极及短腔电极的电流不变，通过计算机程序在设定范围内扫描长腔电极电流，程序会自动读取每个电流条件下的主模、边模抑制比及输出功率的情况，并生成图象，此方法相比手动调节更为方便。若采用调节短腔电流的方式切换信道，则相应地保持另外两电极电流不变，用程序扫描设定范围内的短腔电极电流。在测试过程中，若发现仅调谐单个激光器电极，例如长腔电极，无法使激光器实现更多信道的调谐，则根据游标效应，此时应适当改变短腔电极注入电流，然后再次扫描长腔电极电流，观察调谐信道扩展情况。若发现功率有明显降低，则适当增加耦合器电极的电流。激光器芯片基本性能测试结果及分析图3.4激光器三个工作电极电流-电压特性曲线图3.4所示为激光器三个工作电极的I-V曲线图，可以看出，激光器的开启电压约为0.7V；相同电流条件下，长腔电极与短腔电极电压相似，且显著高于耦合器电极电压。通过I-V曲线可以算得三个工作电极的接触电阻。测试激光器的耦合器电极电阻约为11.58Ω，长腔电极的电阻约为17.85Ω，短腔电极的电阻约为18.75Ω。在确定工作电极电流-电压特性正常后，接下来将对激光器的出光情况以及调谐特性进行测试。开启温控，本节中，激光器性能测试均在系统温控25℃条件下进行。开启电流源，设置耦合器电极电流为30mA，长腔电极电流为40mA，短腔电极电流为20mA，观察激光器在此工作状态下的输出光谱。该激光器的单模输出光谱如图3.5所示，从图中可以看出，激光器此时中心波长约为1541nm，其边模抑制比超过40dB。图3.5激光器单模输出光谱在进行信道切换测试时，首先固定耦合器电极电流为40mA，短腔电极电流为50mA，通过计算机软件控制，以1mA为步长，测量长腔电极电流在0-80mA范围内激光器的输出情况。图3.6所示，为激光器中心波长随长腔电极电流变化情况。可以看出，如前所述，长腔电流在0-10mA范围内，由于载流子注入效应的影响，激光器中心波长随电注入调谐而向短波方向移动；在10-20mA范围内，载流子注入效应与逐渐增强的热光效应相竞争，激光器中心波长没有明显变化；当长腔电流超过20mA时，热光效应占据优势，激光器中心波长随电流增大而向长波方向移动，且在一个FSR范围内能实现超过20个信道的切换。由于载流子注入效应作用范围小，其调节范围可以被较大电流下的调谐范围所覆盖，因此实际应用中往往忽略载流子注入效应，长腔电极调谐电流从热光效应作用的起始值开始进行电注入调谐。此处将激光器中心波长跳变约0.7-0.8nm（即频率间隔100GHz）定义为切换一个信道。事实上，由于中心波长对应的两个法珀腔的梳状谱谐振峰很多时候并不能完全重合，即便在同一信道内，激光器实际输出的中心波长并不相同，而是近乎以一个固定斜率逐渐变化。一般情况下，同一信道内输出波长变化十分微小，远小于我们使用的光谱仪的最大精度，因此光谱仪无法读出波长变化的微小差别。图3.6长腔电极单电极调谐下激光器中心波长变化图3.7为激光器在一个FSR内，中心波长及其对应的最佳边模抑制比与长腔电极电流值的关系图。此时耦合器电极上的电流固定为40mA，短腔电极上的电流值固定为33mA。可以看出，25℃温控下，利用单电极调谐，此激光器能实现1546.78nm-1567.25nm范围内，连续25个信道的调谐，信道间隔为100GHz，所有信道的边模抑制比均超过30dB。图3.8为激光器这连续25个信道的组合光谱图。各个信道对应的耦合到光纤的输出功率如图3.9所示。该激光器在此条件下的输出功率略小，最大输出功率仅达到0.92mW，考虑可能是光纤耦合损耗带来的影响，虽然适当加大耦合器电极电流可以增加输出功率，但应当注意的是，过大的耦合器电极注入电流会造成边模抑制比的降低。图3.7一个FSR内长腔电极单电极信道调谐情况及对应SMSR值图3.8激光器连续25个信道光谱组合图图3.9各个信道对应激光器输出功率我们同时测试了改变短腔电极电流进行信道切换的效果。图3.10为利用激光器长腔电极或短腔电极进行单电极调谐测试所得的调谐效果图。长腔电极调谐过程中，另外两个电极的加电情况与前述相同；短腔电极调谐过程中，设置耦合器电极电流为40mA，长腔电极电流为98mA。与长腔电极调谐不同，为了获得一个FSR内短腔电极所能调谐的信道范围，需要在测试前设置激光器，使激光器初始工作范围位于FSR内长波方向的终点位置，此后逐步增加短腔电流，不易发生因超出FSR产生的不连续跳变现象。由图3.10可知，短腔电极进行信道调谐时，随着电流增加，中心波长向短波方向移动，在一个FSR