直接调制DBR激光器及其在接入网中的应用研究

论文摘要

信息时代爆炸性增长的网络数据量对光通信网络的传输容量、灵活性和动态性提出了新的需求。调谐半导体激光器作为一种波长可以快速灵活切换的光源器件,在未来的动态光网络中有着非常重要的应用前景。作为波分复用系统和全光交换网络中的关键器件,调谐半导体激光器越来越受到研究人员的关注。而随着基于波分复用技术的无源光网络WDM-PON（Wavelength-division multiplexing passive optical network）和基于时分和波分复用技术的无源光网络TWDM-PON（Time-and wavelength-division multiplexing passive optical network）在接入网中的发展和应用,低成本的高速可直接调制的调谐半导体激光器逐渐成为了研究热点。本论文从调谐半导体激光器的基础理论出发,对三节分布布拉格反射器（Three section distributed Bragg reflector,3s-DBR）激光器的直接调制特性进行了深入的分析和理论研究;进一步对可直接调制的3s-DBR激光器在5G移动前传网络（Mobile fronthaul,MFH）中的应用进行了研究;并基于3s-DBR激光器的结构特点提出了一种新型的啁啾管理调谐激光器。本论文的主要研究内容如下:（1）基于小信号模型和啁啾模型,对3s-DBR激光器直接调制特性进行了理论和实验研究,包括调制带宽以及频率啁啾特性。提出了一种基于激光器脉冲响应的调制响应的计算方法,通过对激光器时域输出的脉冲响应进行快速傅里叶变换得到频率响应曲线,有效地表征了激光器的小信号调制响应特性。进一步讨论了3s-DBR激光器的结构和材料参数对其调制带宽的影响,为实际器件设计和制作优化提供了一些指导。（2）通过实验研究了基于RoF-WDM-PON的移动前传网络,并验证了直接调制3s-DBR激光器在该网络系统中应用的可行性。一方面,采用WDM-PON的网络架构能够有效满足未来5G移动前端网络高带宽和超低延迟数据传输的需求;另一方面,在前传链路中采用光载无线（Radio over fiber,RoF）技术可以显著提高信号的传输容量和频谱效率。在实验中,对3s-DBR调谐激光器进行直接调制产生RoF信号,并研究了不同波长通道的多频带f-OFDM（filtered-OFDM）信号经过不同长度光纤的传输特性。实验结果验证了3s-DBR激光器具有直接调制产生多载波模拟格式信号的能力,并且其波长调谐性和动态性与高频谱效率的前传链路天生兼容,这将对支持未来光载移动通信至关重要。（3）从理论上研究了激光器直接调制过程中产生啁啾和光纤色散的相互作用对RoF信号传输的影响。通过理论计算,分别对激光器啁啾和光纤色散相互作用引起的RF信号功率衰减和复合二阶（Composite second order,CSO）失真进行了分析。针对直接调制3s-DBR激光器在基于RoF-WDM-PON的MFH中的应用,采用DBR型激光器啁啾补偿技术,通过在相位区施加与有源区反向的调制电流,使激光器啁啾从约30GHz下降到8GHz以下。传输模拟结果表明:经过啁啾补偿之后激光器啁啾明显降低,并且调制输出的RoF信号经过光纤传输之后的RF功率衰减和CSO失真得到有效的抑制,从而验证了该方案的有效性。（4）为了提高3s-DBR激光器的调制速率,提出了一种基于倾斜π相移光栅（Tiltedπphaseshift grating,TPSG）和DBR光栅级联的啁啾管理激光器——TPSG-DBR激光器。利用传输线理论模型和时域行波模型分别研究了该激光器静态和动态输出特性,模拟结果表明TPSG-DBR激光器利用级联光栅的失谐效应和光谱整形滤波器（Optical spectrum reshape,OSR）效应,能够在进行直接调制时获得高达25Gb/s的调制速率和6.2dB的消光比,频率啁啾也得到明显的抑制;传输模拟表明,TPSG-DBR激光器相对于普通的3s-DBR激光器来说,该激光器进行直接调制时输出光信号在光纤传输过程中的色散功率代价得到了明显减小。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 朱尧

导师: 余永林

关键词: 调谐半导体激光器,分布布拉格反射器,直接调制,激光器啁啾,接入网,光载无线,移动前传网络

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

基金: 科技部863主题项目,国家自然科学基金项目

分类号: TN248

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.004701

总页数: 141

文件大小: 13417k

下载量: 51

相关论文文献

• [1].基于ANSYS Workbench的激光器壳体结构优化设计[J]. 制造技术与机床 2020(01)
• [2].组合冷却条件下Tm:YAG激光器热效应模拟[J]. 激光杂志 2020(06)
• [3].全球最大X射线激光器可助力新药研发在德国投入使用[J]. 中国医学计算机成像杂志 2018(01)
• [4].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(06)
• [5].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(05)
• [6].全球最大X射线激光器在德国投入使用 可助力新药研发[J]. 中国医学计算机成像杂志 2018(02)
• [7].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(08)
• [8].HCN激光器小型化及工作参数优化[J]. 天津理工大学学报 2018(04)
• [9].中国超快激光器发展综述[J]. 激光杂志 2018(09)
• [10].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(11)
• [11].均匀加宽激光器的时空混沌行为[J]. 光电技术应用 2016(05)
• [12].新型金属腔激光器设计与研究[J]. 实验技术与管理 2017(03)
• [13].改进神经网络在激光器参数优化中的应用[J]. 激光杂志 2017(05)
• [14].基于Nd:YVO_4/PPMgOLN的532nm紧凑型阵列激光器（英文）[J]. 红外与激光工程 2017(06)
• [15].全球最大X射线激光器在德国汉堡投入使用[J]. 工具技术 2017(10)
• [16].一次性激光器问世[J]. 现代物理知识 2016(04)
• [17].分布式反馈激光器温度监测系统设计[J]. 电子测量技术 2020(01)
• [18].纳米激光器进展、新物理问题以及技术挑战[J]. 中国激光 2020(07)
• [19].中国电子科技集团公司第十三研究所光电专业部产品推介[J]. 微纳电子技术 2019(02)
• [20].可低温工作的窄脉冲宽温激光器[J]. 中国激光 2019(01)
• [21].平衡调制集成DFB激光器的理论和实验研究[J]. 光通信技术 2017(12)
• [22].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(01)
• [23].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(04)
• [24].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(07)
• [25].中国电子科技集团公司第十三研究所激光器产品推介[J]. 微纳电子技术 2018(12)
• [26].互注入垂直腔表面发射激光器的多次偏振转换特性研究[J]. 物理学报 2015(02)
• [27].线激光器的手眼标定方法[J]. 电子科技 2015(07)
• [28].单激光器剥线平台设计和工艺参数研究[J]. 应用激光 2015(05)
• [29].高性能稳频激光器增强国际竞争力 北大激光器团队亮相高交会[J]. 中国经济信息 2017(23)
• [30].世界上最亮手持激光器[J]. 科学大观园 2012(03)

标签：调谐半导体激光器论文;  分布布拉格反射器论文;  直接调制论文;  激光器啁啾论文;  接入网论文;  光载无线论文;  移动前传网络论文;