1 西安航空职业技术学院 人工智能学院，西安 710089
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
3 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
4 西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
5 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
在光通信领域，激光器及其调制带宽、调制速率对无线光通信至关重要。对半导体激光器信号的调制方式主要有内调制和外调制两种。这两种调制技术具有各自的特点，适用于光纤通信中的不同领域，都是当前重要的研究热点。内调制激光器又称为直接调制激光器，因其具有高速传输以及低成本的特点，成为目前应用在第五代移动通信技术（5G）前传和数据中心中的高性价比光源。而外调制激光器不存在光源附加的Chirp，所以可以有效地克服光纤色散造成的复合二次差拍（CSB）失真。文章在回顾通信激光器及其调制技术发展历程的基础上，介绍了西安理工大学在该领域所做的工作以及取得的主要进展。针对半导体激光器发生非线性失真的内外因素进行讨论，仿真响应特性各参数、线性化补偿方法以及功率控制系统对光发射器件输出光源的作用，并分析了温度的起伏对激光器和调制器件输出功率产生的影响。采用折射率椭球基本理论和数值分析，分别在纵向和横向调制下，讨论出射光强随温度的变化趋势。结果表明，纵向调制下出射光光强随温度的变化趋势只与铌酸锂（LN）晶体折射率的变化有关；横向调制下出射光光强随温度的变化趋势不仅要受到晶体折射率的影响，还要受到晶体尺寸及其膨胀系数的影响，因此可以利用特殊尺寸的晶体来提高电光调制器的温度稳定性。
无线光通信 激光器 直接调制 外调制 响应特性 optical wireless communication laser direct modulation external modulation response characteristic 光通信研究
2024, 50(2): 22004801
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronic and Optical Engineering and College of Flexible Electronics (Future Technology), Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
2 College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210023, China
3 College of Communications Engineering, PLA Army Engineering University, Nanjing 210007, China
Modulation bandwidth enhancement in a directly modulated two-section distributed feedback (TS-DFB) laser based on a detuned loading effect is investigated and experimentally demonstrated. The results show that the 3-dB bandwidth of the TS-DFB laser is increased to 17.6 GHz and that chirp parameter can be reduced to 2.24. Compared to the absence of a detuned loading effect, there is a 4.6 GHz increase and a 2.45 reduction, respectively. After transmitting a 10 Gb/s non-return-to-zero (NRZ) signal through a 5-km fiber, the modulation eye diagram still achieves a large opening. Eight-channel laser arrays with precise wavelength spacing are fabricated. Each TS-DFB laser in the array has side mode suppression ratios (SMSR) > 49.093 dB and the maximum wavelength residual < 0.316 nm.
distributed feedback (DFB) laser detuned loading effect direct modulation Journal of Semiconductors
2023, 44(11): 112301
朱旭愿 1,2,3剌晓波 1,2,3郭竟 1,2,3李振宇 1,2,3[ ... ]梁松 1,2,3,*
1 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 低维半导体材料与器件北京市重点实验室，北京 100083
研制了以InGaAlAs多量子阱为有源材料的InP基1.3 μm波段高速直接调制分布反馈（DFB）激光器，单片集成了与DFB激光器区具有相同量子阱材料的分布式布拉格反射器（DBR）反馈区。室温下DFB有源区长度为200 μm时器件的3 dB小信号直接调制带宽大于29 GHz。在速率为25 Gbit/s的非归零（NRZ）码数据调制下，光信号经10 km长的单模光纤传输后获得10-10误码率的功率代价在室温及80 ℃下均小于1 dB。激光器的有源区长度较大，有利于提高发光效率并且有助于减小电流热效应的不利影响。所研制的高速直接调制激光器是大容量短距光纤通信系统的理想光源，具有广阔的应用前景。
激光器 半导体激光器 高速直接调制 InGaAlAs/InP 量子阱 1.3 μm波段 中国激光
2023, 50(10): 1001001
中国电子科技集团公司 第二十九研究所, 成都 610029
在现有的微波光子系统中, 低成本、高性能和阵列化的电/光转换组件成为了限制微波光子应用的技术瓶颈之一。设计了一种基于光电混合封装技术的四通道直调电/光转换组件, 该组件集成了多种功能芯片, 实现了将四通道2~18 GHz的射频信号转换为光信号的功能。测试结果表明: 该组件实现了18 GHz的电光调制带宽、9 dB的插入损耗、小于30 dB的噪声系数以及大于10 dBm的输入三阶截交点(IIP3); 在保证高性能电/光转换的同时, 有效缩减封装尺寸、降低系统重量和提高系统集成度, 有利于微波光子技术的阵列化应用。
微波光子 微波光子混合集成 电/光转换 高速直接调制 microwave photons microwave photons hybrid integrated electro-optical conversion high-speed direct modulation
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We report 25 Gb/s high-speed directly modulated ground-state operation of 1.3 μm InAs/GaAs quantum dot (QD) lasers grown by molecular beam epitaxy. The active region of the lasers consists of eight layers of p-doped InAs QDs with high uniformity and density. Ridge-waveguide lasers with a 3-μm-wide and 300-μm-long cavity show a low threshold current of 14.4 mA at 20°C and high temperature stability with a high characteristic temperature of 1208 K between 20°C and 70°C. Dynamic response measurements demonstrate that the laser has a 3 dB bandwidth of 7.7 GHz at 20°C and clearly opened eye diagrams even at high temperatures up to 75°C under a 25 Gb/s direct modulation rate.
semiconductor lasers quantum dot molecular beam epitaxy direct modulation Chinese Optics Letters
2020, 18(7): 071401
山东理工大学 仪器科学与技术系, 淄博 255049
转轴振动的测量和监控是旋转机械故障分析和诊断的主要手段。为了实现便携式高精度的现场测量, 提出了电子直接调制的激光多普勒相干转轴振动测量技术。通过对测量系统的分析, 推导出数学模型。结果表明, 直接调制激光束的频率, 简化了测量光路, 减小了体积, 降低了成本; 采用激光多普勒相干测量, 达到高分辨率的要求; 二次混频的设计, 解决了电磁干扰下微弱信号不好直接处理的难题; 取样积分技术的应用, 改善了信噪比, 使系统精确度更高; 该系统的测量不确定度小于0.1%。这对智能化的现场测量具有一定指导意义。
激光技术 电子直接调制 激光多普勒 二次混频 不确定度 laser technique electronic direct modulation laser Doppler the second frequency-mixing uncertainty
State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Microwave photonics (MWP) is an interdisciplinary field that combines two different areas of microwave engineering and photonics. It has several key features by transferring signals between the optical domain and microwave domain, which leads to the advantages of broad operation bandwidth for generation, processing and distribution of microwave signals and high resolution for optical spectrum measurement. In this paper, we comprehensively review past and current status of MWP in China by introducing the representative works from most of the active MWP research groups. Future prospective is also discussed from the national strategy to key enabling technology that we have developed.
microwave photonics (MWP) microwave photonics (MWP) integrated microwave photonics (IMWP) integrated microwave photonics (IMWP) optical analog device and system optical analog device and system direct modulation laser direct modulation laser radio over fiber radio over fiber phase stabilized analog optical link phase stabilized analog optical link optoelectronic oscillators (OEOs) optoelectronic oscillators (OEOs) microwave photonics filter (MPF) microwave photonics filter (MPF) arbitrary waveform generation (AWG) arbitrary waveform generation (AWG) optical phase locked looping (OPLL) optical phase locked looping (OPLL) microwave photonics front-ends (MWP-FE) microwave photonics front-ends (MWP-FE) optical vector network analyzer optical vector network analyzer Frontiers of Optoelectronics
2016, 9(2): 160
1 重庆大学 机械传动国家重点实验室, 重庆 400044
2 重庆理工大学 机械检测技术与装备教育部工程研究中心 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室, 重庆 400054
针对传统叠栅形式光栅存在制造难度大、安装要求高等缺点, 提出了一种用时间细分空间的单栅式时栅位移传感器。从光的粒子性出发, 分析了用正交变化的光场信号合成光场电行波的方法; 用点阵发光二极管(LED)模块作为交变光源, 用空间正交的光敏阵列直接耦合光强信号获取了反应空间位移的电行波信号; 最后, 通过检测电行波信号与激励信号过零点之间的时间差, 实现了对空间直线位移的测量。研制了原理样机, 采用普通机械加工方法对其进行了实验验证。结果表明, 在440 mm测量范围内, 样机的测量精度可达±2 μm。该单栅式时栅位移传感器减少了叠栅式传感器对安装工艺的要求, 提高了抗干扰能力; 采用的测量技术避免了传统粗光栅技术存在的精度难以提高、动态特性差等缺点, 为光学位移测量提供了一种不通过精密机械细分来提高测量精度的方法。
位移传感器 单栅式传感器 时栅传感器 位移测量 光敏阵列 直接调制 displacement sensor single grate sensor time-grating sensor displacement measurement photosensitive array direct modulation
表面粗糙度对机械产品的使用性和可靠性有重要影响。为了实现远距离测量零件表面粗糙度，采用基于激光多普勒效应的电子直接调制激光的相干法进行了表面粗糙度测量。应用激光多普勒效应克服了工作距离的影响；使用电子直接调制提高了测量速率，降低了成本；采用相干法实现了交流锁相放大，有效控制了系统噪声。经过测量过程的统计误差控制、标定和比较可知，所设计的系统测量不确定度可达1‰。结果表明，该技术具有远距离测量且精度高的特点，对表面粗糙度的测量具有一定的指导意义。
激光技术 表面粗糙度 直接调制 不确定度 laser technique surface roughness direct modulation uncertainty
山东理工大学仪器科学与技术系, 山东 淄博 255049
表面轮廓的测量可以评定零件表面的光滑程度，为了实现高精度测量，提出了应用电子直接调制激光束的频率和外差相干的方法对表面轮廓进行测量。采用差动多普勒的测量原理，实现数字测量及光路补偿；电子直接调制激光束频率的技术减小了系统体积，降低了成本；光纤传输提高了抗干扰的能力；测量信号的跟踪放大，提高了分辨率。通过电路调试并对产生误差的项进行分析补偿。实验表明，该技术的测量不确定度小于0.1%。
测量 激光技术 直接调制 外差相干法 表面轮廓 激光与光电子学进展
2016, 53(1): 011201
