引用本文:

程康,邱黛君,张瑞锋,等. 一种基于垂直腔面发射的光传输用多波长稳定光源[J]. 光通信技术,2020,44(9):30-33.

一种基于垂直腔面发射的光传输用多波长稳定光源

程 康,邱黛君,张瑞锋,郭 波,孔 炜,黄清波

(山东省计量科学研究院,济南250014)

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摘要:针对光通信应用中一些光源输出波长和功率稳定性差的问题,研制了一种基于垂直腔面发射(VCSEL)的光传输用多波长稳定光源。详细描述了稳定光源的结构和工作原理,测试了其输出波长分别为660 nm、850 nm、1310 nm、1490 nm和1550 nm时的中心波长、输出功率以及输出功率的短时间和长时间稳定性。测试结果表明:该稳定光源具有良好的性能,适合作为光通信传输用的稳定光源。

关键词:垂直腔面发射;光传输;光通信;多波长;稳定光源

中图分类号:TN248.4 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)09-0030-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.09.007

0 引言
      光传输用的稳定光源(简称为稳定光源)以光纤方式输出特定波长的激光,在光通信线路铺设、线路检查、设备维护和光纤衰减测量等应用中不可或缺,是光通信领域重要的光器件[1-3]。在应用过程中,稳定光源发出已知波长和功率的光,并结合其它光通信器件完成测量工作。输出光中心波长、功率以及功率稳定度是选择稳定光源最重要的指标,在某些特殊应用上还需考虑谱宽、偏振度和偏振态等参数。近年来,随着光通信技术和设备的不断发展,对光源输出功率的要求越来越高。与发光二极管(LED)光源相比,激光二极管(LD)光源输出功率大、转换效率高,因此LD在光通信领域得到了更为广泛的应用[4]。
   光源在光通信领域的应用中,输出光器件与光纤的耦合是较为关键的技术,直接影响到光源的输出光效率。垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是LD光源的一种,它将谐振腔镜放在有源增益区的上、下表面,光从器件的表面发出,因而VCSEL没有明显的衍射效应,这有利于输出激光器件与光纤的耦合[5]。此外,由于VCSEL有较宽范围的半导体材料作有源增益区,因此VCSEL输出激光的波长范围包含了可见光区的630~690 nm[6]、可用在多模光纤系统的780~870 nm[7]以及用在单模光纤系统的1300~1600 nm[8],非常适合在光通信领域中作为光传输用稳定光源。然而,VCSEL独特的短腔型结构导致了其输出波长和功率对工作温度的变化极为敏感。当工作温度变化较大时,VCSEL的输出波长和功率的稳定性也会随之变差,这极大限制了VCSEL在光通信领域的应用[9]。基于上述问题,本文通过对VCSEL工作温度的有效控制,研制一种光传输用多波长稳定光源。

3 结束语
      针对VCSEL结构对工作温度变化较为敏感的问题,本文在VCSEL衬底下加装了温控器件,实现了5种波长输出的光通信传输用稳定光源,输出波长分别为660 nm、850 nm、1310 nm、1490 nm和1550 nm。通过对比实验及测试,结果证明了该稳定光源的性能优良,其中心波长、输出功率和输出功率短、长时间稳定度均优于规程和使用的要求,非常适合作为光通信领域中的光传输用稳定光源。该稳定光源在最大输出功率上还有提升空间,这是今后实验中重点研究的内容。