【《激光器阵列辅助热调谐特性测试分析案例》8800字】

)其中光谱仪精度为0.08nm。由于实验所用光谱仪精度低，无法准确测量波长偏移的准确实际值，因此在测试过程中，保持4-2式中波长偏移最大值在±0.1nm范围内，即可确保激光器波长偏移在±0.1nm内，定义此时的波长偏移在允许范围内。此外，由于测试模块处于半开放状态，激光器芯片暴露在空气中，环境稳定性差，这同样会造成激光器工作状态的不稳定。因此在本研究条件下，对激光器进行定标意义不大。辅助热调谐测试结果及分析为方便行文及表格排版，本节内将激光器的工作电极及微调电极依次编号：耦合器电极、长腔电极、短腔电极及其电流依次以LD1、LD2、LD3表示；耦合器微调电极、长腔微调电极、短腔微调电极及其电流依次以ld1、ld2、ld3表示。1.2.1微调电极调谐效果本小节内为1号激光器微调电极调谐效果的测试结果。测试耦合器微调电极时，激光器的偏置条件如表1.1所示，信道初始中心波长为1551.64nm。图1.8为耦合器微调电极电流变化与激光器输出波长的关系。耦合器微调电极上电流从0mA增加到100mA，激光器中心波长由1551.64nm偏移到1551.94nm，整体向长波方向移动了0.3nm。可以看出，耦合器电极对激光器输出的影响非常微小，往往需要几十毫安的电流变化，波长才会发生0.08nm的移动。这种幅度微小的跳变是由光谱仪最大精度的限制造成的，无法直观观察到此过程中中心波长微小的连续移动，只能看到接近光谱仪精度的波长变化。由于其效果微小，在进行辅助热调谐的过程中几乎不使用耦合器下的微调电极。表1.1耦合器微调电极调谐效果测试时激光器偏置条件T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)ld1(mA)中心波长(nm)453060500-1001551.64图1.8耦合器微调电极电流与激光器中心波长关系图测试长腔微调电极时，激光器的偏置状态如表1.2所示。长腔微调电极电流变化与激光器中心波长关系如图1.9所示。长腔微调电极的电流范围为0-70mA，以5mA为步长，依次记录激光器输出情况。在调谐过程中，激光器输出从1550.80nm变化为1558.00nm，电流每变化约5-10mA，波长变化约0.75-0.83nm，即激光器切换到长波方向的相邻信道。整个调谐过程中共切换了9次信道，可见其调谐能力相比于长腔工作电极大大降低。表1.2长腔微调电极调谐效果测试时激光器偏置条件T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)ld2(mA)中心波长(nm)454032200-701550.80图1.9长腔微调电极电流与激光器中心波长关系图测试短腔微调电极时，激光器的偏置状态如表1.3所示。短腔微调电极电流变化与激光器中心波长关系如图1.10所示。短腔微调电极的电流范围为0-70mA，以5mA为步长，依次记录激光器输出情况。在调谐过程中，激光器输出从1556.50nm变化为1547.28nm，电流每变化约5-10mA，波长向短波方向移动约0.75-0.83nm，即激光器输出切换到短波方向的相邻信道。整个调谐过程中共切换了12次信道。表1.3短腔微调电极调谐效果测试时激光器偏置条件T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)ld3(mA)中心波长(nm)453055200-701556.50图1.10短腔微调电极电流与激光器中心波长关系图1.2.2调谐串扰及辅助热调谐补偿效果（1）调谐串扰测试首先测试2号激光器各个电极单独加电时，注入电流变化对1号激光器中心波长的影响情况。1号激光器偏置条件如表1.4所示，激光器中心波长为1550.88nm，微调电极不加电。测试过程中1号激光器各电极注入电流保持不变。表1.4调谐串扰测试中1号激光器偏置情况T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)中心波长(nm)453040301550.88图1.11为2号激光器各个电极单独加电的情况下，电流变化与1号激光器中心波长偏离量的关系图。可以看出，2号激光器耦合器电极和耦合器微调电极上电流变化对1号激光器的输出几乎没有影响；2号激光器的长腔电极和长腔微调电极作用相似，均使输出波长向长波方向移动，每次移动均切换一个信道；2号激光器的短腔电极和短腔微调电极作用相似，均使输出波长向短波方向移动，每次移动均切换一个信道。在此情况下，2号激光器的各个电极可以视作是相较于1号激光器自身的微调电极分布更远、影响更小的另一套“微调电极”。如前文对微调电极调谐效果的理论分析，此时单独调谐2号激光器各个电极的电流，对1号激光器中心波长造成的影响，与相对应的1号激光器自身的微调电极的调谐方向相同。但对1号激光器的调谐能力远不如其自身微调电极的调谐能力。图1.112号激光器单个电极加电电流对1号激光器中心波长的影响：(a)工作电极加电；(b)微调电极加电.表1.5展示了两激光器均正常工作情况下，2号激光器偏置情况对1号激光器中心波长的影响。其中1号激光器的初始偏置条件与上表1.4所示相同，此时2号激光器电极均未加电。结合上文结论可知，激光器中心波长的偏移情况最终由各个电极贡献情况的总和决定。表1.5两激光器均正常工作时2号激光器偏置情况对1号激光器输出的影响T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)1号激光器中心波长偏移值(nm)45404040-0.684050400.15404050-1.434070400.22404070-2.85下文将测试2号激光器长腔电极单电极调谐对1号激光器中心波长的影响情况。此阶段中，两激光器的初始偏置条件如表1.6所示，初始情况下两激光器微调电极均不加电。测试过程中始终保持1号激光器各工作电极注入电流不变，通过改变2号激光器长腔电极注入电流实现2号激光器信道切换。表1.6两激光器初始偏置条件T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)中心波长(nm)1号455040601557.252号454035351546.15图1.122号激光器长腔电极调谐下，两激光器的中心波长变化情况图1.12展示了在2号激光器利用长腔电极调谐信道的情况下，两个激光器中心波长变化情况。此过程中，2号激光器长腔电极电流从35mA增加到61.8mA，长腔电极电流每增加4-5mA，2号激光器即向长波方向切换一个信道，共计切换了9次信道，信道间隔为100GHz，输出波长从初始的1546.15nm变化为1553.35nm；1号激光器的输出波长随2号激光器长腔电极电流增加而逐渐向长波方向移动，其输出波长从1557.25nm最终变化到1558.83nm。为补偿1号激光器中心波长的偏移，同时尽可能减少对2号激光器工作情况的影响，接着给1号激光器的短腔微调电极与2号激光器的长腔微调电极注入适当的电流，进行辅助热调谐补偿效果测试。表1.7给出了2号激光器在各个调谐信道下，微调电极的加电情况，以及补偿后激光器输出波长的偏移情况。图1.13则直观地展现了辅助热调谐对两个激光器补偿后，激光器波长相对于各个目标波长的偏移情况，以及与无补偿时1号激光器的偏移情况的对比。无补偿情况下2号激光器调谐所得的中心波长即为目标波长，故波长偏移为0。可以看出，辅助热调谐补偿前，1号激光器的偏移随着2号激光器的信道切换而逐渐增大；而通过辅助热调谐补偿，我们可以将两激光器波长偏移最大值控制在允许的±0.1nm范围内。可以看出，辅助热调谐确实能在一定程度上补偿两个相邻的激光器之间的串扰。表1.7各调谐信道下微调电极加电情况以及补偿后两激光器输出偏移情况T(℃)信道编号1号ld3(mA)2号ld2(mA)1号实测波长(nm)2号实测波长(nm)1号偏移(%)2号偏移(%)4510.501557.251546.98-3.9472.174452101557.251547.73-11.8421.429453301557.251548.55-7.89510.0004548.501557.251549.3810.52612.903455821557.331550.20-1.3163.1254561021557.331551.03-3.94711.1114571071557.331551.85-3.9471.5624581261557.331552.53-2.6329.5244591391557.331553.3510.52610.714图1.13辅助热调谐补偿后激光器输出偏移情况及与补偿前偏移情况的对比相似地，也可以在2号激光器使用短腔电极调谐信道的情况下，测试1号激光器的中心波长偏移情况，并对此种情况下的两个激光器施以辅助热调谐，使其输出波长偏移被控制在允许范围之内。由于测试方法相似，此处不再针对此种情况作赘述。表1.8两激光器初始偏置条件T(℃)LD1(mA)LD2(mA)LD3(mA)中心波长(nm)1号454042.7301551.102号454055361551.70为了探究不同情况下辅助热调谐的补偿效果是否能够叠加，我们进行了以下实验。首先设置两个激光器的初始偏置条件，如表1.8所示，初始偏置下两激光器的微调电极均不加电。实验过程中同样保持1号激光器的各个工作电极电流不变，分别依次改变2号激光器的长短腔电极电流，使2号激光器输出向长波、短波方向各切换4个信道，并记录1号激光器的输出偏移。在每次调谐2号激光器信道后，对两激光器进行辅助热调谐，尽可能补偿其偏移，记录补偿后的偏移情况及微调电极加电情况。最终，将调谐方向相反、信道间隔相同的两个情况下激光器各个电极电流变化量一一叠加，观察并记录两激光器输出波长变化以及辅助热调谐补偿后波长偏移情况。图1.142号激光器长/短腔电极调谐下，两激光器的中心波长变化情况图1.14给出了在2号激光器分别利用长腔电极及短腔电极调谐信道时，两个激光器各自的中心波长变化情况。在利用长腔电极调谐时，2号激光器长腔电极电流增量从0mA增加到9.8mA，向长波方向共计切换四个信道，中心波长依次为1552.53nm、1553.28nm、1551.10nm、1551.85nm；在利用短腔电极调谐时，2号激光器短腔电极电流增量从0mA增加到15mA，向短波方向共计切换四个信道，信道中心波长依次为1550.95nm、1550.13nm、1549.45nm、1548.70nm。表1.9展示了在上述调谐情况下，利用辅助热调谐对激光器进行补偿的情况。表1.9各信道调谐情况下辅助热调谐对两激光器的补偿情况（温控45℃）长腔电极调谐1号ld3(mA)2号ld2(mA)1号实测波长(nm)2号实测波长(nm)1号信道内偏移(%)2号信道内偏移(%)1001551.101552.53-1.51502301551.101553.2811.51610.3443401551.101551.10-3.22619.0484601551.101551.933.22613.462短腔电极调谐1号ld2(mA)2号ld3(mA)1号实测波长(nm)2号实测波长(nm)1号信道内偏移(%)2号信道内偏移(%)1601551.101550.951.515-1.6132931551.181550.1311.290-11.00031031551.181549.4516.129-6.89741341551.181548.701.8392.273将对应情况下两激光器工作电极上电流增量情况叠加，此时两个激光器的输出情况如表1.10所示。需要说明的是，表中并未给出2号激光器的信道内偏移百分比，这是由于2号激光器作为直接被调谐的激光器，其长短腔电极电流变化使其工作状态相比于初始偏置条件有明显变化，此时测量其相对于初始条件下的信道内偏移百分比意义不大。表1.10工作电极电流增量叠加下，两激光器输出情况（温控45℃）激光器LD2增量(mA)LD3增量(mA)初始波长(nm)中心波长(nm)波长变化(nm)信道内偏移(%)11号001551.101550.28-0.8253.0302号2.46.61551.701550.95-0.7521号001551.101551.180.0841.9362号591551.701551.780.0831号001551.101550.28-0.8253.2262号7.212.51551.701551.850.1541号001551.101550.28-0.8256.4622号9.8151551.701551.930.23由上表可知，在未使用微调电极进行辅助热调谐情况下，因2号激光器短腔电极电流增量几乎是长腔电极电流增量的两倍及以上，因此1号激光器的输出波长通常较初始输出波长向短波方向移动约0.8nm；此外，由于2号激光器利用长腔电极或短腔电极调谐信道时，两种情况下切换信道的间隔并非完全一致，存在微小的差异。随着切换信道次数的增加，累计后的差异变得明显，因此在表1.10中第3、4种调谐情况下，2号激光器的输出波长既不在初始状态下的信道内，也不在与其100GHz间隔的相邻信道内。表1.11微调电极加电情况叠加后，两激光器输出及波长偏移情况（温控45℃）激光器ld2(mA)ld3(mA)目标波长(nm)实测波长(nm)波长变化(nm)信道内偏移(%)11号601551.101551.100.0012.1212号001551.701