20、用于相干光通信的窄线宽紧凑型外腔激光器

用于相干光通信的窄线宽紧凑型外腔激光器

1. 引言

激光器是任何光通信系统的基本组成部分，负责为光传输和接收生成光（光源）。在电信应用中，为了实现数百甚至数千公里的传输距离，需要一个能以单纵模发射的相干光源，这类激光器通常被称为单模激光器，一般采用半导体技术通过受激辐射过程实现相干发射。

对于相干传输系统，光学激光源必须具备以下几个特点：
- 高光学输出功率（>15.5dBm）
- 宽调谐范围（40nm）
- 窄线宽（通常<100kHz）
- 灵活网格操作

此外，随着光模块小型化的趋势，激光器的尺寸和功耗应与CFP2或CFP4等小尺寸模块相兼容。

获得极窄的激光线宽和极其紧凑的设备是非常具有挑战性的。高阶正交幅度调制（QAM）格式（如16 - QAM及更高阶）要求激光线宽低于100kHz，以最小化相位噪声并使光传输可行。根据激光工作理论，线宽由亨利公式给出：
[
\Delta\nu = \frac{\pi h\nu_m(\Delta\nu_c)^2(1 + \alpha^2)}{P_m}n_{sp}
]
其中，(h\nu_m)是光子能量，(P_m)是光输出功率，(n_{sp})是腔内自发模式的数量，(\alpha)是增益介质的一个物理参数，称为线宽增强因子。(\Delta\nu_c)是腔线宽，定义为：
[
\Delta\nu_c = \frac{1}{2\pi\tau_c}
]
(\tau_c)是腔内光子寿命，由下式给出：
[
\frac{1}{\tau_c} = -\frac{c}{L_{eq}}(\ln(R