基于光注入增益开关1550 nm VCSEL获取宽带光学频率梳研究

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光学频率梳(OFC)是由一系列离散的、等间隔的频率成分组成,能够在一个频段内同时提供几个至几十个不同的频率成分,现已广泛应用于测量学、光谱学、光通信等领域。目前获取OFC的方法主要有三种:锁模、外部调制和增益开关。锁模激光器能够产生宽带OFC,但梳线间隔不易调节;利用连续光的外部调制产生的OFC梳距易于调节,但梳线的平坦度较差,需要利用多个外部调制器来提高梳线的平坦度;基于增益开关产生OFC的方法由于具有易于实现、梳线间隔灵活可调等优势而受到了人们的广泛关注。与边发射激光器(EEL)相比,垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有阈值电流低、成本低廉、易于集成等优势,因此基于增益开关VCSEL获取光学频率梳的方案更具应用前景。本文实验研究了基于光注入增益开关1550 nm VCSEL产生的宽带光学频率梳。在实验中,首先采用了一个大的电流调制信号驱动1550 nm VCSEL进入增益开关态,在这种状态下,光谱显示出了抬高和加宽的噪声谱,而没有产生清晰可见的梳线。接着,进一步引入了光注入去产生高性能的OFC。实验结果表明:注入光的功率和波长对于产生的OFC的性能有着重要影响。在适当的注入参数下,可以得到一个由两个正交偏振模式对应的子梳拼接而成的宽带总梳。此外,随着注入功率的增加,总梳的带宽先快速增加,然后保持一个相对稳定的水平,最后呈现了一个下降的趋势。随着注入光波长的改变,当注入光波长接近1550 nm VCSEL的Y偏振模式(Y-PC)时,则Y-OFC得到增强,成为总梳的主要组成部分;相反,当注入光波长接近1550 nm VCSEL的X偏振模式(X-PC)时,则X-OFC得到增强,成为总梳的主要组成部分。特别地,当注入光波长位于两个偏振模式中间时,X-PC和Y-PC几乎可以获得均等的注入功率,此时X-OFC和Y-OFC具有相当的强度,这使得拼接而成的总梳具有了更大的带宽。通过选择优化的注入参数,可以获得在10 d B(3 d B)的幅度变化范围内带宽为70.0 GHz(56.0 GHz)的高性能总梳,该总梳的基频信号在10 k Hz频偏处的单边带相位噪声低于-120.6 d Bc/Hz。
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