S 波段可调谐激光器的无跳模输出特性研究

1 引言

随着 AI 算力网络、自动驾驶、相干通信等新兴应用的飞速发展，人们对数据通信容量方面的需求急剧增长。受制于通信载波传输过程中存在放大噪声、受激布里渊散射（SBS）等非线性效应因素的影响，常规的C 波段（1530～1565 nm）的传输容量已经接近其理论极限 [1-3]。因此，向短波 S 波段方向扩展则是一条可行的容量提升技术路径，但其长足的发展严重依赖于S 波段光放大器（OFA）的性能。

1982 年，Antipenko 等 [4] 首次验证了铥离子（Tm3+）掺杂放大器被用于 S 波段光放大的可能，在泵浦光的作用下使稀土 Tm3+ 离子能级跃迁辐射出波长位于S 波段内（1470nm）的激光。2012 年，许士超等 [5] 采用一种双阶双程 S 波段掺 Er3+ 光纤放大构架，在约20 nm 带宽范围内可对-30 dBm 的微弱输入光束进行高增益平坦放大，噪声系数优于5dB。2023 年，孙炎等 [6] 采用 1.5 m 长的 Tm3+/Ho3+ 共掺 TeO2-BaF2-Y2O3（TBY）氟碲酸盐玻璃光纤作为增益介质开展了 S 波段 OFA 放大性能的实验研究，实验结果表明，在1485nm～ 1525nm 波段范围内具有增益均优于 15 dB 的放大特性。虽然，S 波段OFA 的研究已取得了巨大的进步，但其特性参数的测试却面临着严重阻碍，这主要源于 S 波段无跳模可调谐激光器（TLS）的研究鲜有报道。

鉴于此，笔者团队基于已有研究基础 [7-12]，通过合理优化内外腔体谐振参数，设计了一种基于机械结构选模的 S 波段 TLS，对其在 400mA 驱动电流下的动态和静态无跳模输出特性开展了实验研究，可实现完整 S 波段（1460.178 nm ～ 1539.998 nm）调谐范围内的无跳模输出，为短波通信容量提升技术发展提供先进的测试仪器保障。

2 S 波段可调谐激光产生装置

基于外腔强反馈技术的S 波段可调谐激光产生装置的结构示意图如图1 所示。采用自主封装的非标 8 针增益芯片作为内腔种子源，其输出的椭圆光束经 2.00mm 焦距的模压非球面透镜（莱特巴斯，#355150）准直后，以与闪耀光栅（瑞莱光电，RL01-900）法线呈 41°角平行入射至其上表面，经闪耀光栅 -1 级衍射的衍射光束（衍射角度可由光栅方程获得）入射至镀金调谐镜前表面。调谐镜在致动机构的作用下绕转轴点旋转将满足光栅方程的不同波长反馈至内腔有源区[13]，经过多次往复模式选择与放大从而形成高质量S波段激光谐振输出。

3 结果分析与讨论

为保证所述S 波段TLS 具备动态、静态无跳模调谐以及满足适当的输出功率特性，本文将驱动电流设置为 400mA 。首先，利用 ±0.2ppm 波长精度的高精度波长计（横河，AQ6151B）对全范围扫描输出波长进行测试，扫描输出波长和波长二阶偏移曲线的关系如图 2 所示，可得，在整个可调谐输出范围内的最大偏移仅有 1.06pm ，相比于 24 pm 的设计值（模式间隔）而言，远远低于相邻纵模间隔。同时，可以发现，所述 TLS 的可调范围可达 80nm 。综上，可以得出笔者团队设计的 S 波段 TLS 具备宽范围动态无跳模输出能力。

然后，利用波长计对其静态无跳模输出特性进行实验研究，AQ6151B 波长计在 10min 内，每隔 10 s 记录一次 TLS 输出的波长值，测试结果如图 3 所示。由图 3 可知，当所述 S 波段 TLS 的谐振输出波长锁定在 1480.1188 nm 附近时，波长变化峰谷值的 ±1/2 为 ±0.2pm ，该值同样远远小于所设计腔体纵模间隔，所以，可以得出所述 S 波段 TLS具有静态无跳模输出能力。此外， ±0.2pm/10min 的测试结果也表明所设计的 S 波段TLS 具有优异的短期波长稳定性。

4 结论

本文介绍了一种基于外腔反馈技术实现S 波段可调谐激光输出的机械调谐装置，对400 mA 驱动电流下的可调谐输出特性进行了实验研究。结果表明，所述 S 波段 TLS 可实现从 1460.178 nm 连续遍历至 1539.998 nm 的动态无跳模输出，且具备静态无跳模输出特性（即， ±0.2pm/10min 波长稳定性）。后续笔者团队将围绕 S 波段 TLS 的频率噪声特性开展研究，以其提升其在工程领域的实用性。

参考文献

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[13] 韦育， 张爱国， 乔山， 等. 外腔可调谐半导体激光器的输出特性（特邀）[J].光电技术应用 ， 2023， 38（5）：1-5.项目：国家重点研发计划（2022YFF0705900，2022YFF0707102）

作者简介：1. 姜君蕾，1983-11，女，汉，江苏常州，中级，北京理工大学经济学博士研究生，主要研究方向： 可调谐激光器应用及产业化2. 盛立文 ，1988-3，男，汉，黑龙江肇东人，哈尔滨工业大学博士研究生，高级工程师，主要研究方向： 光电测试技术