采用啁啾型常规布拉格光栅和四相移采样布拉格光栅的单块多波长锁模DFB激光器

《IEEE Journal of Quantum Electronics》：Monolithic Multi-Wavelength Mode-Locked DFB Laser Using Chirped Conventional and Four-Phase-Shifted Sampled Bragg Gratings

单石分布式反馈激光器首次实现四波长被动锁模运行，通过集成两种色散补偿光栅结构，在单腔中同步输出波长间隔均匀的四个波长相位锁定的激光，光谱纯度达20dB以上，脉冲宽度2.79-2.84ps且时间带宽积优异。该设计采用单MOVPE生长和单一蚀刻工艺，扩展至六波长运行，为DWDM和光通信提供紧凑稳定的多波长光源。

　　

摘要：

我们首次报道了一种单片式多波长被动锁模分布反馈（DFB）激光器，该激光器能够在接近1.55 μm的四个波长上同时工作。该器件在单个腔体内集成了两种啁啾采样布拉格光栅（SBG）结构：1）常规啁啾SBG（C-SBG）和2）四相移SBG（4PS-SBG）。这两种结构都通过单个DFB电极和单片集成的饱和吸收器（SA）实现了0.96 nm（约120 GHz）的均匀波长间隔，并实现了同步的被动锁模。这种共享腔体架构确保了频率梳对环境扰动的固有稳定性，因为所有纵模都经历了相同的相位变化。激光器具有较高的光谱纯度，边模抑制比（SMSR）大于20 dB，其中4PS-SBG结构具有更宽的偏置电流工作范围。脉冲特性方面，两种结构都接近变换极限性能：C-SBG产生2.84 ps的脉冲（时间-带宽积[TBP] = 0.334），而4PS-SBG产生2.79 ps的脉冲（TBP = 0.337）。制造过程采用了简化的脊波导侧壁光栅技术，仅需一次金属有机气相外延（MOVPE）步骤和一次III-V族材料刻蚀工艺，从而提高了可制造性。我们还通过使用4PS-SBG结构将该激光器的工作波长扩展到了六个波长，进一步证明了该设计的灵活性。这一集成平台在密集波分复用（DWDM）、相干通信以及需要紧凑、环境稳定的多波长光源的光子传感应用中展现出巨大潜力。

引言

多波长分布反馈（DFB）半导体激光器在研究和工业领域引起了广泛关注，特别是在光通信、密集波分复用（DWDM）和光谱传感等领域[1]、[2]、[3]。由于这些激光器能够在单个紧凑型器件中产生多个相干波长，因此与离散的单波长光源相比，它们具有更小的占用面积、更低的成本和更简单的结构[4]、[5]。此外，能够同时在多个波长上产生稳定短脉冲的被动锁模DFB激光器在高速光互连、相干激光雷达和先进光子集成方面具有巨大潜力。