基于光注入下脈沖電流調(diào)制1550 nm 垂直腔面發(fā)射激光器獲取寬帶可調(diào)諧光學(xué)頻率梳*

張竣琿 樊利 吳正茂 茍宸豪 駱陽 夏光瓊?

1) (西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,重慶 400715)

2) (西南大學(xué)微納結(jié)構(gòu)光電子學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400715)

3) (西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院,重慶 400715)

光學(xué)頻率梳由一組等間距的離散頻率成分組成,在計(jì)量學(xué)、光譜學(xué)、太赫茲波產(chǎn)生、光通信、任意波形產(chǎn)生等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.本文提出了一種基于光注入下脈沖電流調(diào)制1550 nm 垂直腔面發(fā)射激光器獲取寬帶可調(diào)諧光學(xué)頻率梳的實(shí)驗(yàn)方案.在該方案中,首先采用脈沖信號電流調(diào)制激光器,使其輸出的光譜呈現(xiàn)出無明顯梳狀線的寬噪聲譜;進(jìn)一步引入光注入,獲取寬帶可調(diào)諧光學(xué)頻率梳.當(dāng)注入功率為18.82 μW、注入波長為1551.8570 nm、調(diào)制電壓為10.5 V、調(diào)制頻率為0.5 GHz、脈沖寬度為200 ps 時,獲取了帶寬約為82.5 GHz,信噪比約為35 dB 的光學(xué)頻率梳,且該光學(xué)頻率梳的單邊帶相位噪聲低至—123.3 dBc/Hz@10 kHz.此外,本實(shí)驗(yàn)也系統(tǒng)研究了注入波長、調(diào)制頻率、脈沖寬度對光學(xué)頻率梳性能的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 改變調(diào)制頻率可以獲得不同梳距的光學(xué)頻率梳,當(dāng)調(diào)制頻率在0.25—3 GHz 范圍內(nèi),選擇優(yōu)化的注入波長和脈沖寬度,可獲取帶寬超過60 GHz 的光學(xué)頻率梳.

1 引 言

光學(xué)頻率梳(optical frequency comb,OFC)由一組等間距的離散頻率成分組成[1].由于具有穩(wěn)定性良好、頻率間隔均勻、相干性高等優(yōu)點(diǎn),OFC被廣泛應(yīng)用于計(jì)量學(xué)[2,3]、任意波形產(chǎn)生[4,5]、光譜學(xué)[6,7]、光通信[8,9]、太赫茲波產(chǎn)生[10,11]等領(lǐng)域.目前,獲取OFC 的方式主要有鎖模[12,13]、外部調(diào)制[14,15]、電流調(diào)制[16?19]等.其中,基于電流調(diào)制半導(dǎo)體激光器獲取OFC 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡單,易于操作,并且能夠獲取梳線間距靈活可調(diào)、穩(wěn)定性良好的OFC,因此,基于電流調(diào)制半導(dǎo)體激光器獲取OFC 倍受青睞.

垂直腔面發(fā)射激光器(vertical?cavity surface?emitting laser,VCSEL)是一種典型的半導(dǎo)體激光器,具有制造成本低、閾值電流低、光纖耦合效率高、易于集成等特點(diǎn),在很多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[20,21].尤其是VCSEL 的增益有源區(qū)或激光腔中存在微弱的各向異性,從而導(dǎo)致其輸出包含兩個正交的偏振分量[22,23],在一定條件下可同時輸出兩個偏振方向正交的OFC,為偏振敏感傳感[24]和偏振分頻復(fù)用光通信[25]的多載波光源提供了應(yīng)用前景.目前,基于電流調(diào)制VCSEL 獲取OFC 已有相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)的研究報道.2015 年,Prior 等[26]實(shí)驗(yàn)證明了電流調(diào)制VCSEL 可以同時輸出兩個偏振方向正交的OFC,并可疊加為一個寬帶OFC.次年,該課題組[27]在系統(tǒng)中進(jìn)一步引入光注入提升OFC 的帶寬.2018 年,Quirce 等[28]理論研究了電流調(diào)制VCSEL 產(chǎn)生OFC 的性能.同年,該課題組[29]在系統(tǒng)中引入光注入,進(jìn)一步理論研究注入光的功率、位置、偏振對OFC 性能的影響.2020 年,本課題組[30]實(shí)驗(yàn)研究了注入功率和波長對光注入電流調(diào)制VCSEL 產(chǎn)生OFC 性能的影響,實(shí)驗(yàn)獲取了帶寬約為70 GHz 的OFC.需要指出的是,上述基于電流調(diào)制VCSEL 獲取OFC 的方案中,都采用了正弦信號進(jìn)行電流調(diào)制,但正弦信號因其單一的頻率成分無法在較低的調(diào)制頻率(≤ 1 GHz)下獲取平坦且寬帶的OFC[31].2019 年,Rosado 等采用脈沖信號對光注入下離散模式激光器進(jìn)行調(diào)制,當(dāng)調(diào)制頻率為0.5 GHz 時,獲取了帶寬約為54 GHz,載噪比(carrier to noise ratio,CNR)為37 dB 的OFC[32].但目前,基于光注入下脈沖電流調(diào)制VCSEL獲取OFC,以及調(diào)制參數(shù)對OFC 性能影響的研究尚未見報道.

因此,本文提出一種基于光注入下脈沖電流調(diào)制1550 nm?VCSEL 獲取寬帶可調(diào)諧OFC 的實(shí)驗(yàn)方案.主要研究注入波長、調(diào)制頻率、脈沖寬度對OFC 帶寬和CNR 的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,注入波長、調(diào)制頻率、脈沖寬度對OFC 性能有顯著影響,在不同調(diào)制頻率和匹配的注入波長下,優(yōu)化脈沖寬度,可獲得寬帶可調(diào)諧的OFC.

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖1 是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖.可調(diào)諧激光器(TL,Santec TSL?710)輸出的光通過可變衰減器(VA)、偏振控制器(PC)、20/80 光纖耦合器(FC1)后被分成兩部分,其中20%進(jìn)入光功率計(jì)(PM)監(jiān)測注入功率的大小,80%通過光環(huán)形器(OC)后注入到1550 nm?VCSEL(Raycan)中.VCSEL 的溫度和偏置電流(Ibias)由高精度低噪聲電流?溫度控制器(ILX?Lightwave,LDC?3908)控制,且一個任意波形發(fā)生器(AWG,Tektronix,AWG70001A,1.5 KSa/s—50 GSa/s)產(chǎn)生的高斯脈沖電信號通過電放大器(EA)放大后對VCSEL 進(jìn)行調(diào)制.VCSEL 的輸出通過OC、光纖起偏器(OFP,Opeak?OM?POL?GN)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、50/50光纖耦合器(FC2)后被分成兩個部分,其中一部分進(jìn)入光譜分析儀(OSA,Aragon Photonics BOSA lite +,分辨率為20 MHz)進(jìn)行光譜測定;另一部分被一個50/50 光纖耦合器(FC3)再分為兩部分,一部分進(jìn)入光電探測器(PD1,U2T?XPDV2150R,帶寬為50 GHz)轉(zhuǎn)換成電信號,然后用頻譜分析儀(ESA,R&S FSW,帶寬為67.0 GHz)進(jìn)行頻譜分析;另一部分進(jìn)入另一個光電探測器(PD2,New Focus 1544B,帶寬為12.0 GHz)轉(zhuǎn)換成電信號,然后由數(shù)字實(shí)時示波器(DSO,Agilent X91604A,帶寬為16.0 GHz)記錄時間序列.其中VA 用于調(diào)節(jié)注入功率Pi的大小,PC 用于調(diào)節(jié)注入光的偏振,OFP 用于選擇VCSEL 輸出光的偏振方向,EDFA用于放大光功率.在實(shí)驗(yàn)過程中,1550 nm?VCSEL的溫度保持在20.10 ℃.

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.TL－可調(diào)諧激光器;VA－可變衰減器;PC－偏振控制器;FC－光纖耦合器;PM－光功率計(jì);OC－光環(huán)形器;AWG－任意波形發(fā)生器;EA－電放大器;DC－直流電源;VCSEL－垂直腔面發(fā)射激光器;OFP－光纖起偏器;EDFA－摻鉺光纖放大器;PD－光電探測器;ESA－頻譜分析儀;DSO－數(shù)字實(shí)時示波器;OSA－光譜分析儀.實(shí)線?光路;虛線?電路Fig.1.Schematic diagram of the experimental system: TL－tunable laser;VA－variable attenuator;PC－polarization controller;FC－fiber coupler;PM－power meter;OC－optical circulator;AWG－arbitrary waveform generator;EA－electric amplifier;DC－direct current;VCSEL－vertical?cavity surface?emitting laser;OFP－optical fiber polarizer;EDFA－erbium?doped fiber amp?lifier;PD－photo?detector;ESA－spectrum analyzer;DSO－digital storage oscilloscope;OSA－optical spectrum analyzer.Solid line－optical path;dashed line－electronic path.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖2(a)是自由運(yùn)行1550 nm?VCSEL 的輸出功率隨電流的變化曲線(P-I曲線),圖中Y偏振分量(Ypolarization component,Y?PC)和X偏振分量(Xpolarization component,X?PC)分別用實(shí)線和點(diǎn)線表示.從圖2(a)中可知,VCSEL 的閾值電流Ith約為1.7 mA,偏振開關(guān)電流約為6.6 mA.當(dāng)Ibias超過Ith時,Y?PC 激射,X?PC 被抑制;當(dāng)Ibias高于6.6 mA,激射的偏振分量切換為X?PC,此時X?PC 激射,而Y?PC 被抑制.圖2(b)和(c)分別顯示了Ibias=6.4 mA 和Ibias=6.8 mA 時,自由運(yùn)行VCSEL 輸出的光譜.圖2(b)中,光譜在1552.612 nm 和1552.870 nm 處出現(xiàn)兩個峰,分別對應(yīng)Y?PC 和X?PC,且Y?PC 功率遠(yuǎn)高于X?PC,此時Y?PC 為主激射的偏振分量;圖2(c)中X?PC功率明顯高于Y?PC,X?PC 為主激射的偏振分量.兩個偏振分量波長(頻率)間隔約為0.258 nm(32.2 GHz).需要說明的是,在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中使用正向脈沖電信號(調(diào)制電壓Vm=10.5 V)調(diào)制1550 nm?VCSEL,為了實(shí)現(xiàn)增益開關(guān),實(shí)驗(yàn)中設(shè)置Ibias=1.5 mA,略低于VCSEL 的Ith.

圖2 (a)自由運(yùn)行1550 nm?VCSEL 輸出的偏振分解P-I 曲線;(b)Ibias=6.4 mA 時的光譜;(c) Ibias=6.8 mA 時的光譜Fig.2.(a) Polarization?resolved P-I curve;(b) optical spectrum of the free?running 1550 nm?VCSEL biased at 6.4 mA;(c) optical spectrum of the free?running 1550 nm?VCSEL biased at 6.8 mA.

首先,研究在特定調(diào)制參數(shù)和注入?yún)?shù)下1550 nm?VCSEL 的輸出特性.圖3(a1)給出了由AWG 產(chǎn)生經(jīng)過EA 放大后對1550 nm?VCSEL 進(jìn)行脈沖電流調(diào)制的波形.此時,脈沖的調(diào)制頻率fm=0.5 GHz、峰值電壓為Vm=10.5 V.為了更清晰地顯示脈沖形狀,圖3(a2)給出了一個周期(2 ns)的脈沖波形.在本文中,我們采用半極大全寬表征調(diào)制脈沖信號寬度(τelec),此時τelec=200 ps.圖3(b1)和(b2)分別是在圖3(a1)所示的脈沖電流調(diào)制下1550 nm?VCSEL 輸出的時間序列和光譜.從圖中可以看出,其時間序列為等間隔、峰值功率隨機(jī)變化的脈沖,脈沖間隔為2 ns(=1/fm).光譜為無明顯梳狀線的寬噪聲譜,且噪聲譜寬度與自由運(yùn)行1550 nm?VCSEL 的兩個偏振分量波長間隔相關(guān)[29].這樣的光譜結(jié)構(gòu)是因?yàn)槊恳粋€脈沖的建立都是源于自發(fā)輻射,后續(xù)脈沖與前序脈沖之間無固定的相位關(guān)系[33].進(jìn)一步引入光注入,當(dāng)注入波長λi=1551.8570 nm,注入功率Pi=18.82 μW 時,1550 nm?VCSEL 輸出的時間序列和光譜如圖3(c1)和3(c2)所示.引入光注入后,輸出時間序列仍為等間隔的脈沖,但此時脈沖的峰值功率穩(wěn)定.在本文中,OFC 的性能通過帶寬和載噪比(CNR)來表征.其中,帶寬定義為從光譜的最大值下降10 dB 所包含的頻率范圍,而CNR 定義為光譜梳狀線功率(以dB 為單位)的最大值與相鄰的最小值之差[29].根據(jù)上述定義,此時引入光注入后可產(chǎn)生寬帶OFC,帶寬約為82.5 GHz(166 根梳狀線),CNR 約為35 dB.光注入使每一個脈沖的建立主要源于注入光場,從而使前后脈沖之間具有相位關(guān)聯(lián)性,使1550 nm?VCSEL 輸出優(yōu)質(zhì)的OFC[33].

圖3 AWG 產(chǎn)生的脈沖調(diào)制信號在不同時間窗口的波形 (a1)—(a2),脈沖電流調(diào)制下的VCSEL 輸出的時間序列 (b1) 和光譜(b2),以及進(jìn)一步引入光注入 (λi=1551.8570 nm,Pi=18.82 μW) 后VCSEL 輸出的時間序列(c1)和光譜(c2)Fig.3.Pulsed waveforms in different time windows generated by AWG (a1)—(a2),time series (b1) and optical spectrum (b2) of pulsed current?modulated VCSEL,time series (c1) and optical spectrum (c2) of pulsed current?modulated VCSEL under optical in?jection with Pi=18.82 μW and λi=1551.8570.

圖4 顯示光注入下脈沖電流調(diào)制1550 nm?VCSEL 輸出OFC 的帶寬和CNR 隨注入波長的變化趨勢.其中注入波長的變化步長設(shè)置為0.02 nm.由圖4(a)可知,當(dāng)λi＜ 1551.5770 nm 或λi＞1552.2770 nm 時,注入波長在噪聲譜外,不能產(chǎn)生OFC;當(dāng)1551.5770 nm ≤λi≤ 1552.2770 nm,可以獲得寬帶的OFC,OFC 帶寬超過38 GHz.特別是當(dāng)注入波長在1551.8470 nm ≤λi≤1551.8670 nm 之間時,Y?PC 和X?PC 周圍均激發(fā)出功率均衡的梳狀線,此外可以獲得帶寬達(dá)82.5 GHz 的寬帶OFC.在圖4(b)中,隨著注入波長的增大,CNR 從0 dB 開始,先增大,然后穩(wěn)定在較高的水平,然后減小.這是因?yàn)楫?dāng)注入波長在噪聲譜外,VCSEL 不能輸出梳狀線,此時CNR為0 dB.當(dāng)注入波長在噪聲譜兩端時,光注入激發(fā)VCSEL 輸出梳狀線,但此時OFC 的功率較小,CNR 較低.當(dāng)注入波長在1551.6770 nm ＜λi＜1552.1570 nm 時,注入波長在噪聲譜的中心區(qū)域附近,此時噪聲譜被有效抑制,VCSEL 輸出功率均衡的OFC,此時CNR 保持在較高的水平,在33—36 dB 之間波動.因此,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 注入波長是影響OFC 性能的一個重要因素,這是因?yàn)樽⑷氩ㄩL的變化會導(dǎo)致VCSEL 中兩個偏振分量的相對強(qiáng)弱的改變[30].因此,選擇合適的注入波長,可以獲得大帶寬、高CNR 的OFC.

圖4 Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,fm=0.5 GHz,τelec=200 ps 時,隨著λi 增大,光注入下脈沖電流調(diào)制VCSEL 輸出OFC 帶寬(a) 和CNR (b) 的變化趨勢.Fig.4.Evolution of the bandwidth (a) and CNR (b) as a function of the injection light wavelength for the pulsed current modula?tion VCSEL at Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,fm=0.5 GHz,τelec=200 ps.

高質(zhì)量的OFC 除了具有大帶寬和高CNR外,還應(yīng)具有高度相干和穩(wěn)定的梳狀線.圖5 顯示中心頻率為0.5 GHz (=fm) 的電信號的功率譜(圖5(a))和單邊帶(single sideband,SSB)相位噪聲(圖5(b)).如圖所示,該信號的3 dB 線寬低于1 Hz(圖5(a)),SSB 相位噪聲約為—123.3 dBc/Hz@ 10 kHz (圖5(b)).這表明基于光注入下脈沖電流調(diào)制1550 nm?VCSEL能夠輸出高度相干和穩(wěn)定的梳狀線.

圖5 中心頻率為0.5 GHz 電信號的功率譜 (a) 和單邊帶相位噪聲 (b),其中ESA 的分辨率為1 HzFig.5.Power spectrum (a) and SSB phase noise (b) centered at 0.5 GHz under a resolution bandwidth of 1 Hz.

接下來研究調(diào)制頻率對OFC 性能的影響.圖6是Pi=18.82 μW,τelec=125 ps 時,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 在不同fm下輸出的光譜.需要注意的是,調(diào)制頻率的變化會引起噪聲譜包絡(luò)的移動[30],因此需要選擇匹配的注入波長,使光注入電流調(diào)制VCSE 輸出OFC.如圖6(a)所示,fm=0.25 GHz,λi=1551.3087 nm 時,X?PC 和Y?PC 偏振分量產(chǎn)生的OFC 相互分離,此時OFC 帶寬較小,帶寬約為39 GHz (157 根梳狀線),CNR 約為31 dB.如圖6(b)—(e)所示,當(dāng)fm為0.5 GHz,0.75 GHz,1.5 GHz,2.0 GHz 時,對應(yīng)的λi=1551.7495 nm,1551.8053 nm,1552.5577 nm,1551.7470 nm 時,X?PC 和Y?PC 產(chǎn)生的梳狀線可以連接成寬帶OFC,帶寬約為73.0 GHz (147 根梳狀線)、69 GHz (93根梳狀線)、57.0 GHz (39 根梳狀線)、54 GHz (28根梳狀線);CNR 約為35 dB,38 dB,43 dB,45 dB.進(jìn)一步增大調(diào)制頻率,當(dāng)fm=3.0 GHz,λi=1552.1287 nm 時,如圖6(f)所示,過高的調(diào)制頻率使OFC 功率不均勻,帶寬降低至15.0 GHz (6 根梳狀線),CNR 約為47 dB.

圖6 當(dāng)Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,τelec=125 ps 時,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 在不同fm 下輸出的光譜Fig.6.Output from the VCSEL under optical injection and pulse current modulation with Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,τelec=125 ps and different fm.

圖7 給出了OFC 帶寬和CNR 隨fm增大的變化趨勢.在圖7(a)中,隨著fm的增大,OFC 的帶寬呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢.當(dāng)0.25 GHz ＜fm≤ 2.5 GHz 時,兩個偏振分量輸出的梳狀線功率比較均衡,連接成寬帶OFC,OFC 帶寬在40 GHz以上.在圖7(b)中,隨著fm的增大,CNR 呈現(xiàn)先快速上升,再趨于平緩的趨勢.當(dāng)0.25 GHz ＜fm時,均可獲得高CNR 的OFC,CNR 大于35 dB.

圖7 當(dāng)Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,τelec=125 ps 時,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 隨著fm 的增大,輸出OFC 帶寬(a)和CNR(b)的變化趨勢.Fig.7.Evolution of the bandwidth (a) and CNR (b) as a function of the pulsed modulation frequency at Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,τelec=125 ps.

研究τelec對OFC 帶寬和CNR 的影響.圖8給出了OFC 帶寬和CNR 隨τelec增大的變化趨勢.如圖8(a)所示,隨著τelec的增大,OFC 帶寬呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢.當(dāng)τelec＜ 62.5 ps 時,較小的調(diào)制脈寬不能提供足夠的調(diào)制能量,此時兩個偏振分量產(chǎn)生的梳狀線功率差距較大,VCSEL不能輸出平坦且寬帶的OFC.當(dāng)62.5 ps ≤τelec≤250 ps,適當(dāng)?shù)恼{(diào)制脈寬和調(diào)制能量使得VCSEL輸出功率均衡的寬帶OFC,OFC 帶寬在48 GHz以上.特別是在175 ps ≤τelec≤ 250 ps 的脈寬范圍內(nèi),OFC 帶寬可以超過80 GHz.繼續(xù)增大τelec,當(dāng)τelec＞ 250 ps 時,較大的調(diào)制脈寬帶來了較多的調(diào)制能量,這些較強(qiáng)的調(diào)制能量很難均勻分布在OFC 的各個梳狀線上,這導(dǎo)致OFC 的梳狀線不均衡,帶寬逐漸減少.如圖8(b)所示,τelec的變化對CNR 的影響較小,CNR 在35—38 dB 之間波動.因此,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,τelec的變化對OFC 的帶寬影響較大,對CNR 的影響較小.選擇合適的τelec,可以獲得寬帶、高CNR 的OFC.

圖8 當(dāng)Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,fm=0.5 GHz 時,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 隨著τelec 的增大,輸出OFC 帶寬(a)和CNR (b)的變化趨勢.Fig.8.Evolution of the bandwidth (a) and CNR (b) as a function of the pulse width at Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V,fm=0.5 GHz.

上文研究了固定τelec=125 ps,不同fm下,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 輸出OFC 的性能.事實(shí)上,通過優(yōu)化τelec,可以進(jìn)一步提升不同fm下的OFC 帶寬.圖9 顯示Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V時,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 在不同fm下,選擇優(yōu)化的τelec時輸出的光譜.需要注意的是: 圖9 中的OFC,同樣需要選擇匹配的注入波長.在圖9(a)—(f)中,當(dāng)(fm,λi)=(0.25 GHz,1551.8037 nm),(0.5 GHz,1551.8570 nm),(0.75 GHz,1552.4902 nm),(1.5 GHz,1553.7906 nm),(2.0 GHz,1553.9384 nm),(3.0 GHz,1553.0364 nm)時,選擇優(yōu)化的τelec為100 ps,200 ps,150 ps,175 ps,200 ps,162.5 ps時,獲取的OFC 帶寬分別為72.25 GHz (289 根梳狀線)、82.5 GHz (166 根梳狀線)、74.25 GHz (100根梳狀線)、70.5 GHz (48 根梳狀線)、64.0 GHz(33 根梳狀線)、63.0 GHz (22 根梳狀線),CNR 分別為31 dB,35 dB,38 dB,45 dB,47 dB,49 dB.將以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖6 進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn),相同的調(diào)制頻率,優(yōu)化脈沖寬度,OFC 帶寬分別增大了32.75 GHz,9.5 GHz,5.25 GHz,13.5 GHz,10 GHz,48 GHz.因此,在不同的fm下,通過優(yōu)化的τelec,可以通過本文提出的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲取寬帶可調(diào)諧OFC.另外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明: 在優(yōu)化的參數(shù)條件下所獲得的OFC 比較穩(wěn)定,梳線功率抖動較小(小于1 dB).

圖9 當(dāng)Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V 時,光注入脈沖電流調(diào)制VCSEL 在不同fm 下,選擇優(yōu)化的τelec 時輸出的光譜Fig.9.Output from the VCSEL under optical injection and pulse current modulation with optimized τelec and Pi=18.82 μW,Vm=10.5 V at different fm.

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于光注入下脈沖電流調(diào)制1550 nm?VCSEL 獲取寬帶可調(diào)諧OFC 的實(shí)驗(yàn)方案.在該方案中,采用脈沖信號調(diào)制激光器,使其輸出的光譜呈現(xiàn)無明顯梳狀線的寬噪聲譜;進(jìn)一步引入光注入獲取寬帶可調(diào)諧OFC.在調(diào)制頻率fm=0.5 GHz,脈沖寬度τelec=200 ps,注入波長λi=1551.8570 nm 時,獲取帶寬約為82.5 GHz,CNR約為35 dB 的寬帶OFC,對應(yīng)的SSB 相位噪聲低至—123.3 dBc/Hz @ 10 kHz.并且,我們系統(tǒng)地研究了注入波長,調(diào)制頻率,脈沖寬度對OFC 性能的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,給定調(diào)制頻率和脈沖寬度,注入波長在1551.8470 nm ≤λi≤ 1551.8670 nm之間時,可以獲得帶寬達(dá)82.5 GHz,CNR 為35 dB的寬帶OFC.給定脈沖寬度和適當(dāng)?shù)淖⑷氩ㄩL,調(diào)制頻率當(dāng)0.25 GHz ＜fm≤ 2.5 GHz 時,OFC 帶寬在40 GHz 以上,CNR 在35 dB 以上.給定調(diào)制頻率和適當(dāng)?shù)淖⑷氩ㄩL,脈沖寬度在175 ps ≤τelec≤ 250 ps 的脈寬范圍內(nèi),可以獲得帶寬超過80 GHz 的OFC,CNR 在35 dB 以上.