Wijd afstembare enkele/dubbele RF-signaalgeneratie door een monolithische driedelige DFB-laser

Abstract

Een driedelige laser met gedistribueerde feedback met een 2,5 InP/lucht-paar gedistribueerde Bragg-reflectoren (DBR's) werd gefabriceerd en geanalyseerd in termen van het vermogen om microgolven te genereren. Een breed afstembaar enkelvoudig radiofrequentiesignaal (RF) kan worden gedetecteerd met behulp van optische heterodyning, en het afstembereik is van 2 tot 45 GHz. De opname van de derde sectie biedt de mogelijkheid om de dubbele RF-werking te presenteren wanneer drie emissiepieken dicht bij elkaar liggen in het golflengtedomein. Het voorgestelde ontwerp biedt een verbetering van 21,3% in het RF-afstembereik in vergelijking met het bereik van een tweedelige laser (35,29 GHz versus 42,81 GHz). De compactheid van het voorgestelde apparaat kan nuttig zijn voor toekomstige radio-over-fiber-toepassingen.

Inleiding

Met de komst van toekomstige nieuwe draadloze technologie, is de installatie van mobiele netwerken geëvolueerd naar een nieuw tijdperk:er zijn een groot aantal basisstations van micro- of nanoformaat nodig en een energiezuinige microgolftransmissie kan worden verwacht [1, 2 ]. Om deze draadloze infrastructuur te bouwen is een goede microgolfbron nodig. In het verleden zijn verschillende methoden voorgesteld en aangetoond om microgolven (zoals X/Ka-banden) te genereren. Het gebruik van elektronenstraal- en achterwaartse oscillatoren (BWO) kan microgolven met een hoge intensiteit leveren (meestal in het bereik van enkele honderden megawatts tot zelfs gigawatts), en ze worden veel toegepast op het gebied van radar, teledetectie, communicatie en plasma wetenschappen [3,4,5]. Deze technologie is echter moeilijk om de emissiefrequentie af te stemmen omdat deze vooraf wordt bepaald door de vaste golfgeleidende structuur, en de grootte van deze structuur is meestal in millimeter of centimeter. Een andere methode is het toepassen van een overgedragen elektroneneffect in een Gunn-diode [6,7,8,9]. De halfgeleiderfunctie van de Gunn-diode is zeer aantrekkelijk omdat de grootte kan variëren van tientallen microns tot zelfs submicrons. Ook het geleverde vermogen is indrukwekkend:van enkele tot tientallen milliwatts. Maar het apparaat heeft meestal andere circuits nodig om een goed signaal te leveren, en het heeft ook een beperkte frequentieafstembaarheid die wordt begrensd door de inherente zendtijd van de draaggolf over de lengte van het apparaat [10].

Naast deze traditionele methoden vereist het toekomstige draadloze basisstation niet alleen een hoge efficiëntie, maar ook een kleine footprint en grootschalige implementatie. Een architectuur met een klein station en de implementatie van een enorm systeem met meerdere ingangen en meerdere uitgangen demonstreren de noodzaak van microgolffotonica [11]. Fotonische apparaten en infrastructuren kunnen de complexiteit van een netwerk verminderen, de transmissieafstand vergroten en de transmissiebeveiliging verbeteren. Een combinatie van een picocell (kleine cel) en een glasvezelnetwerk kan efficiënt een grote hoeveelheid data over een lange afstand verzenden [12]. Daarom is een ander type fotonisch apparaat nodig om dergelijke schema's te realiseren, vooral om een sterk RF-signaal met hoge afstembaarheid te genereren en om multitasking mogelijk te maken. Een injectie-vergrendeld lasersysteem werd voorgesteld voor RF-generatie met een smalle lijnbreedte [13]. Heterodyning van meerdere lasers met een optische fasevergrendelde lus is gebruikt om hoogwaardige enkel- of tweekanaals RF-signalen en andere schakelingen te genereren om een goed signaal te leveren, en datatransmissie kan eerder in deze schema's worden getoond [14,15, 16]. Meerdere laserintegratie voor microgolfopwekking kan worden gerealiseerd met behulp van arrayed waveguide grating (AWG) -integratie [17] en een seriële cascade-programmeerbare interruptcontroller [18]. Al deze onderzoeken waren gebaseerd op nauwkeurig uitgelijnde optica en meerdere laserbronnen om voldoende fotonen te leveren voor interactie.

Om de benodigde footprint van het systeem verder te verkleinen, is een geïntegreerd ontwerp noodzakelijk. Gezien alle methoden die eerder zijn gepubliceerd, denken we dat geïntegreerde microgolffotonische generatie een goede kandidaat zou kunnen zijn [18] omdat (a) de grootte van de chip kan worden verkleind vergelijkbaar met Si-wafels. De huidige grootte van onze fotonische chips kan variëren van tientallen tot honderden microns, maar een verdere reductie van de voetafdruk is mogelijk. (b) Fotonisch mengen kan enkele van de beste RF-signalen in de literatuur uit het verleden opleveren. Door bijvoorbeeld een injectievergrendelingsschema te gebruiken, kan de faseruis sterk worden verminderd, wat erg belangrijk is voor het RF-signaal [19]. (c) Externe elektrische stroom voor een breed afstembaar RF-signaal. Door injectiestromen aan te passen, kunnen de microgolffotonische chips gemakkelijk een breed scala aan frequentiegeneratie realiseren via verschillende interacties van fotonen zoals brekingsindexverandering of optische heterodyne, enz. [20, 21]. De verscheidenheid aan fysieke eigenschappen van fotonen maakt de fotonische chip zeer veelzijdig in termen van frequentie-afstemming. Om de bovengenoemde fotonische voordelen volledig te benutten, moeten verschillende kleuren coherente fotonen in dit chipontwerp kunnen worden geïntegreerd. In deze studie werd voor het eerst een driedelige DFB-laser (Distributed Feedback) met optische DBR-isolatie ontwikkeld. De voorgestelde laser kan werken als een eenvoudige afstembare RF-draaggolf of als een draaggolf en gegevensbron met twee RF-tonen. De kenmerken van dit geïntegreerde apparaat kunnen volledig worden onderzocht en geanalyseerd, en we stellen dat dit apparaat gunstig kan zijn voor toekomstige microgolffotonische integratie.

Methoden

Apparaatfabricage

In deze studie werden wafels eerst gekweekt met behulp van een metaalorganisch chemisch dampdepositiesysteem. InGaAsP-kwantumbronnen werden gebruikt als het actieve gebied en de beoogde lasergolflengte was ongeveer 1550 nm. De roosters van de DFB-lasers werden vervaardigd met behulp van e-beam lithografie. Nadat de epitaxiale procedure was voltooid, werd de wafer verwerkt met de standaard halfgeleiderprocessen van filmafzetting, droog/nat etsen en metallisatie die worden beschreven in [21]. De wafel werd tot 100 m verdund en gepolijst voor metaalcontactafzetting aan de achterkant (AuGe/Ni/Au) om alle verwerkingsstappen te voltooien. De volgende stap is het snijden van de wafel in repen en het in blokjes snijden van de repen in chips voor verpakking, en de grootte van de chip is 250 × 900 μm² . De geïntegreerde laserchip werd bevestigd op een keramische submount en draadgebonden voor sonderen en testen. Een lucht/halfgeleider gedistribueerde Bragg-reflector werd geëtst met behulp van een nanoschaal gefocusseerde ionenstraal (FIB) systeem (Tescan model nr. GAIA3). FIB-technologie maakt gebruik van versnelde Ga-ionen met 30 keV-energie en 0,4 nA-straalstroom om de doelhalfgeleider (zoals InP of Si) weg te bombarderen. Met zijn nauwkeurigheid op nanometerschaal kan het FIB-systeem de intersectie-DBR voor de driedelige laser realiseren. De DBR is samengesteld uit lucht- en InP-secties met een breedte van 1162 nm voor de luchtsectie en 584 nm voor InP-sectie. De diepste ets is 7 m in de wafer. Om de grensvlakruwheid van lucht/halfgeleider te regelen, hebben we de FIB-etssnelheid geoptimaliseerd tot 33 nm/s. Figuur 1 toont het schematische en SEM-beeld van het voltooide apparaat. De 2,5 paar lucht/InP DBR's tussen de sectie kunnen zowel een hoge optische reflectie als elektrische isolatie bieden, en ze verdelen een geïntegreerde chip in drie secties:S₁ , M en S₂ , zoals weergegeven in Fig. 1. We passen de notatie aan van injectievergrendelingslasers waarin de master- en slave-lasers vaak worden gebruikt voor pompen en gepompte apparaten.

Schematische en SEM-afbeelding van het driedelige DFB-laserapparaat

Optische Heterodyning

Optische heterodyning is een methode voor het genereren van een RF-signaal in veel microgolffotonische structuren [22, 23]. Deze techniek genereert een afstembaar RF-signaal door verschillende golflengten van fotonen te mengen [24, 25]. Eerst hebben we de twee verschillende signalen gedefinieerd E ₁ en E ₂ als volgt:

$$ {E}_1={\mathrm{E}}_{01}\left({\upomega}_1t+{\upvarphi}_1\right), $$ (1) $$ {E}_2={\mathrm {E}}_{02}\left({\upomega}_2t+{\upvarphi}_2\right), $$ (2)

waar E ₀₁ en E ₀₂ zijn de amplitudes, ω ₁ en ω ₂ zijn de frequenties, en φ ₁ en φ ₂ zijn de fasen die overeenkomen met E ₁ en E ₂ , respectievelijk. Dan de intensiteit van het totale mengsignaal I _t kan als volgt worden beschreven [26]:

$$ {I}_t={\left({E}_1+{E}_2\right)}^2={E_{01}}^2{\mathit{\cos}}^2\left({\upomega }_1\mathrm{t}+{\upvarphi}_1\right)+{E_{02}}^2{\mathit{\cos}}^2\left({\upomega}_2\mathrm{t}+{ \upvarphi}_2\right)+{E}_{01}{E}_{02}\left\{\mathit{\cos}\left[\left({\upomega}_1+{\upomega}_2\right )t+\left({\upvarphi}_1+{\upvarphi}_2\right)\right]+\mathit{\cos}\left[\left({\upomega}_1-{\upomega}_2\right)t+\ links({\upvarphi}_1-{\upvarphi}_2\right)\right]\right\}, $$ (3)

Tijdens het meten van het totale signaal, alleen de E ₀₁ E ₀₂ × cos[(ω₁ − ω₂ )t + (φ₁ − φ₂ )] term kan worden waargenomen omdat de hoogfrequente termen (zoals ω ₁ en ω ₂ en ω ₁ + ω ₂ ) boven de detectielimiet van de fotodetector liggen. Het uiteindelijk gedetecteerde RF-signaal wordt verkregen op de volgende frequentie:

$$ \Delta \mathrm{f}=\mathrm{c}\;\left(\frac{1}{\lambda_1}\hbox{-} \frac{1}{\lambda_2}\right) $$ (4 )

In het huidige apparaat kunnen fotonen met meerdere golflengten tegelijkertijd worden gegenereerd, zodat een heterodyne tegelijkertijd op verschillende frequenties kan voorkomen. Omdat de emissiegolflengte van elke laser kan worden geregeld door de injectiestroom, kunnen verschillende combinaties van stromen enkele en dubbele RF-uitgangssignalen van hetzelfde apparaat leveren. Deze voorwaarden worden later in het artikel besproken.

Meetsysteem

Om laserapparaten op de juiste manier te evalueren, wordt het uitgangsvermogen zorgvuldig vezelgekoppeld in een gekalibreerde fotodetector (PD). Het vezeluiteinde werd gesplitst met een helling van 8° om de facetreflectie te verminderen. Een polarisatiecontroller en goede isolatoren werden geïnstalleerd om minimale feedback naar de laser en maximaal uitgangsvermogen na heterodyning te garanderen. Een erbium-gedoteerde vezelversterker is een optioneel apparaat dat kan worden verwaarloosd als het signaal voldoende sterk is. Een snelle fotodetector (een 50-GHz PD, u2tPhotonics®, AG) of een andere PD (1414, New Focus®) werd gebruikt om het gemengde fotonische signaal te detecteren. Het elektrische signaal verkregen na heterodyning werd ingevoerd in een signaalanalysator (N9030PXA, Keysight®) en het differentiële frequentiespectrum van het signaal werd gepresenteerd. Aan de andere kant werd het gecombineerde optische spectrum uitgelezen met behulp van een optische spectrumanalysator (OSA; AQ6317B, Ando®).

Resultaten

DC-apparaatkenmerken

Zodra de fabricage van het apparaat is voltooid, kunnen de DC-kenmerken worden getest. Figuur 2a toont de generieke stroom-stroom-spanning (L-I-V) curven van een generieke DFB-laser die met deze wafer is gefabriceerd. De drempelstroom kan kleiner zijn dan 10 mA. De afzonderlijke apparaten hebben een holte van 300 m en een uitgangsvermogen in de orde van milliwatt. Het rooster in de structuur zorgt voor de nodige feedback en modusselectie om de laser in de enkele modus te laten werken. Het vermogensspectrum dat wordt waargenomen wanneer de drie lasers worden ingeschakeld, wordt weergegeven in figuur 2b. Een hoge onderdrukkingsverhouding van de zijmodus groter dan 50 dB werd gemeten voor de enkele DFB-behuizing. Een gunstige single-mode werking is essentieel om de optische heterodyning succesvol te laten zijn. Wanneer de optische signalen van de twee kanten worden genomen, zal de S₁ en S₂ secties vertonen een sterkere respons in vergelijking met de respons van de middelste sectie (M-sectie), zoals weergegeven in Fig. 2b vanwege de hoge reflectie van de centrale DBR-secties die het uitgangsvermogen van de M-sectie blokkeren. De optische modusafstand kan worden gewijzigd met behulp van de elektrische injectiestromen. Deze flexibiliteit biedt een verscheidenheid aan combinaties van de drie modi van deze lasers. Figuur 3 toont de stroomafhankelijke optische spectra. Alle drie de pieken kunnen worden aangepast en de afstand tussen twee pieken kan van cruciaal belang zijn voor het genereren van RF-signalen. Wanneer de twee pieken voldoende dicht bij elkaar liggen, treedt viergolfmenging (FWM) op tussen deze twee golflengten van fotonen [27]. Wanneer twee pieken ver uit elkaar liggen, is er geen FWM-effect. De FWM verbetert door de niet-lineaire modulatie van de dragerconcentratie in het laserversterkingsmedium [27]. De modulatie leidt tot een sterker heterodyne-effect tussen verschillende kleuren fotonen en kan een sterker RF-uitgangssignaal produceren. In de bovenste curve weergegeven in Fig. 3 worden verschillende pieken gegenereerd in het optische spectrum vanwege deze sterke FWM-interactie. De afstand tussen de pieken is nog steeds hetzelfde als het verschil tussen de twee originele gemengde frequenties.

een Generieke LIV-curven van de DFB-laser. b Optisch spectrum met één, twee en drie DFB-lasers ingeschakeld

Optisch spectrum van een driedelige laser met en zonder FWM-effect. De legende geeft de huidige combinatie (in mA) van S₁ . weer –M–S₂ sectie in elk spectrum

Veel afstembare single-mode RF-generatie

Wanneer de injectiestroom varieert, varieert de emissiegolflengte van de DFB-laser, zoals hierboven vermeld. Het resultaat van optische heterodyning verandert dus dienovereenkomstig in dit apparaat. Het heterodyned RF-signaal kan worden gemeten met behulp van een snelle fotodetector [20]. De kwaliteit van het signaal kan worden vastgesteld met behulp van een PXA-setup. Figuur 4a toont gedetailleerde elektrische spectra van het gesynthetiseerde RF-signaal. Het single-mode signaal stijgt 40,4 dB boven de ruisvloer en de piekintensiteit kan oplopen tot − 20 dB. De fijnere resolutie op het RF-spectrum onthult de details van het signaal en het spectrum kan worden aangepast met behulp van de Lorentz-functie om de lijnbreedte te bepalen. De gebruikelijke lijnbreedte is ongeveer 12 tot 16 MHz, zoals weergegeven in figuur 4b. De individuele lijnbreedte van de RF-piek wordt bepaald door de toevoeging van de lijnbreedten van de pieken van de DFB-lasers, die in deze wafer varieert van 5 tot 7 MHz. Een van de belangrijke kenmerken van dit ontwerp is de breed afstembare single-mode RF-generatie. De combinatie van de drie lasertonen zorgt voor een groter RF-distributiebereik. Een single-mode RF-signaal kan continu worden afgestemd van 2 tot 45 GHz.

Elektrische spectra van het gesynthetiseerde RF-signaal. een Single mode RF-signaal. b De schatting van de lijnbreedte van het single-mode RF-signaal

Dubbele RF-modusbediening

Door de extra derde sectie in de laser kan het geïntegreerde apparaat meer gecompliceerde RF-signaalpatronen leveren dan de lasers met twee secties. De dubbele RF-modus op een bestuurbare manier zou voor verschillende doeleinden een gunstige eigenschap kunnen zijn. In dit apparaat vindt de dubbele modus alleen plaats wanneer de drie golflengten van de lasers dicht bij elkaar liggen. Wanneer het FWM-effect door alle drie de lasers kan worden geïnitieerd, worden twee RF-signalen met verschillende frequenties waargenomen. In Fig. 5 worden zowel optische als elektrische spectra naast elkaar weergegeven om dit scenario te illustreren. In deze afbeelding zijn de toppen van secties S₁ en M zijn dichtbij op het lage stroomniveau. Er treedt dus een sterke FWM op tussen de S₁ en M-secties, en een sterke RF-piek wordt geproduceerd rond 7,86 GHz (spoor A). We hebben de stroom van sectie S₁ . verhoogd om de piek rood te verschuiven naar sectie S₂ . De belangrijkste RF-piekfrequentie neemt toe wanneer de scheiding tussen S₁ en M-secties worden groot (spoor B). Echter, aangezien de toppen van de S₁ en S₂ secties dichterbij komen, wordt het heterodyning-effect tussen deze twee groepen fotonen sterker. Dus in spoor C wordt het belangrijkste RF-signaal de differentiële frequentie van S₁ en S₂ . Bovendien is de interactie tussen S₁ en M blijft, en een zwakker RF-signaal dat overeenkomt met deze interactie wordt waargenomen bij 21,6 GHz. Door de stroom verder te verhogen tot S₁ , de hoofdpiek neemt in frequentie af omdat de piek van de sectie S₁ rood verschuift naar de top van de sectie S₂ . Ondertussen verschuift de kleine piekblauw naar een hogere frequentie omdat de piek van sectie S₁ beweegt weg van de top van sectie M (spoor C tot E).

Dual-mode a optisch en b RF-spectra onder verschillende huidige combinaties. De stromen van de S₂ en M secties worden hetzelfde gehouden terwijl de stroom van de S₁ sectie varieert van 20 tot 70 mA (weergegeven in a ). In het spoor A, λ_M <λ_S1 <λ_S2 , en de reeks wordt λ_M <λ_S2 <λ_S1 in het spoor H

In spoor F, G en H, de afstand tussen de emissiepiek van sectie S₁ en M is erg groot. Er vindt dus geen vermenging plaats tussen deze twee secties, en S₁ overtreft geleidelijk S₂ wanneer de stroom van S₁ is verhoogd. De resulterende RF-piek neemt eerst af en neemt vervolgens toe in termen van frequentie. Dit gedrag is vergelijkbaar met de eerder gedemonstreerde tweedelige laser.

Discussie

Effect van het aantal paren

De DBR wordt tussen de lasers ingebracht om optische isolatie tussen de holtes te bieden, om voldoende reflectie te bieden tussen de twee facetten van elke sectie van de DFB-laser om de kans op het verkrijgen van single-mode emissie te vergroten, en ten slotte om voldoende elektrische isolatie te bieden tussen de secties. Als het aantal paren erg klein is, is de elektrische isolatie mogelijk niet voldoende om het onafhankelijke pompen tussen de secties in stand te houden. Omdat de weerstand van een individuele laserdiode ongeveer gelijk is aan of kleiner is dan 10 Ω, is een galvanische isolatie van 10³ Ω of hoger heeft de voorkeur. Bovendien, als het aantal DBR-paren erg klein is, kunnen de afzonderlijke secties hun eigen voor- of achterfacetreflectiviteiten niet onderscheiden, en dit kan leiden tot onvoorspelbare lasermodi in de voor- en achtersecties (S₁ en S₂ ). Voor de middelste sectie (M-sectie) veroorzaken minder paren DBR's een inferieure resonantietoestand en een lage holte-finesse, wat leidt tot helemaal geen laserwerking. Omgekeerd, als het aantal DBR-paren te groot is, kan het middengedeelte in de meervoudige modus laseren. Dergelijke laserstraling veroorzaakt zeer weinig, soms nul, RF-output.

Functie van het middengedeelte

Vanwege het beperkte FWM-bereik in onze tweedelige apparaten, was de RF-piekafstemming soms gebonden tussen 20 en 30 GHz. De sterk gekoppelde tweedelige laser kan ook veel gecompliceerde niet-lineaire werkingsmodi produceren, zoals periode 1 en chaos, zoals eerder aangetoond [20]. Toen het derde deel in de laserchip werd gestoken, werd het afstembereik verbeterd door het extra thermische afstemeffect van de apparaten. Zoals getoond in Fig. 6, wanneer de stromen van de S₁ en S₂ secties vast zijn, kan de lineair variërende stroom van de M-sectie zorgen voor een extra toename van de RF-afstemming van 1,68 GHz. De verkregen piek van de M-sectie veroorzaakt geen sterke optische vermenging, en dus zijn alle belangrijke RF-interacties tussen de fotonen van de S₁ en S₂ secties. De lichte toename in piekscheiding kan ook worden waargenomen in de sporen met hoge ingangsstromen van de M-sectie. In andere apparaten werd een toename van de RF van wel 3,82 GHz geregistreerd. Deze extra verandering in gesynthetiseerde RF-frequentie als gevolg van extra M-sectiestroom kan de continue afstemming beter mogelijk maken in de driedelige laser. Een vergelijking tussen I _M waarden van 0 en 65 mA in een specifiek apparaat zorgen voor een verschil van 7,52 GHz (Δf =42,81 GHz voor I _M =65 mA, en Δf =35,29 GHz voor I _M =0) in het afstembereik. Over het algemeen kunnen meerdere GHz-afstembereiken worden toegevoegd wanneer de M-sectie elektrisch wordt geactiveerd en de verandering van stroomcombinaties kan het totale afstembereik aanzienlijk vergroten en vergroten. Dit fenomeen kan worden toegeschreven aan ongelijke afhankelijkheid van thermische golflengte in de afzonderlijke apparaten. De ongelijkheid is te wijten aan factoren zoals lokale dopingvariatie, een ongesneden FIB-gebied (dat lekkage veroorzaakt) en de niet-lineaire stroomafhankelijkheid van de emissiegolflengte. In de meeste gevallen neemt de RF-piekfrequentie toe wanneer de derde sectie wordt geactiveerd.

Optisch spectrum van een driedelige laser met twee zijsecties (S₁ en S₂ ) met vaste ingangen. De stroom die naar het middengedeelte (M) wordt geïnjecteerd, neemt toe van 0 tot 70 mA. De inzet geeft de bijbehorende verhogingsfrequentie in de RF's weer

Bewerking in één of twee standen

De analyse van de driedelige laserbewerking lijkt op het eerste gezicht ingewikkeld. In deze paragraaf brengen we perspectief op een fundamentele zorg, of het apparaat in de enkele of dubbele modus zal werken. Figuur 7 presenteert de twee meest voorkomende werkingsmodi van onze driedelige laser. Uit de onderlinge locaties in het optische domein bleek dat er twee gevallen werden overwogen:in het eerste geval was de derde piek ver weg van de overige twee pieken. In het tweede geval was de derde piek actief dicht bij de pieken in de S₁ en S₂ secties. In het eerste geval, dat wordt getoond in Fig. 7a, hebben de fotonen die ver weg zijn (piek van de M-sectie) zeer weinig interactie met de andere twee pieken (pieken van de S₁ en S₂ secties). Alleen de toppen van de S₁ en S₂ secties zijn voldoende dichtbij om het FWM-effect te vertonen. In deze toestand werkt de driedelige laser als de eerder gedemonstreerde tweedelige laser en wordt een enkele RF-piek gegenereerd door de pieken van de S₁ te mengen. en S₂ secties. De functie van de piek van de M-sectie is om een verlenging of verlaging van de RF-piek te verschaffen op basis van de thermische golflengtecoëfficiënten van de DFB-secties. In het tweede geval dat wordt getoond in figuur 7b, liggen de drie pieken dicht bij elkaar. Deze zaak is ingewikkelder. De nabijheid van fotongolflengten leidt tot het genereren van het FWM-effect, en door dit fenomeen kan meer dan één differentiële frequentie worden gegenereerd. Dus de twee beste combinaties van de S₁ , S₂ , en M-secties bieden de samenstellende componenten in het RF-spectrum, en de laser kan werken in de dubbele RF-modus. Zodra een van de FWM echter is verzwakt door de scheiding van de pieken als gevolg van stroominjectie, keert het apparaat terug naar de enkele modus.

Uitgebreid diagram van de bedrijfsmodi voor driedelige DFB-lasers:a Een piek is ver weg en de andere twee zijn dicht bij elkaar, en b alle drie de toppen liggen dicht bij elkaar

Conclusies

Een laser met drie secties werd gefabriceerd voor het genereren van RF. In deze laser werden 2,5 InP/air-paren DBR's tussen de secties geplaatst. Deze laser met meerdere secties levert een single-mode RF-signaal met een hoge afstembaarheid van 2 tot 45 GHz. De extra derde sectie maakt thermische afstemming mogelijk voor deze werking in één modus en is ook essentieel voor de werking in dubbele RF-modus. Een sterk FWM-fenomeen werd waargenomen vanuit de optische spectra en werd bevestigd door RF-piekmeting uit te voeren. Het stroomafhankelijke golflengteverschuivingsmodel kan worden toegepast voor de verificatie van de RF's. De voorgestelde driedelige laser biedt een verbetering van 21,3% in het RF-afstembereik in vergelijking met het bereik van de tweedelige laser. Naast de single-mode werking werd ook een dual-mode RF-signaal gedemonstreerd wanneer de golflengten van de drie lasers dicht bij elkaar liggen. De RF-frequenties in de dual-mode werking kunnen worden gewijzigd door de gelijkstroominjectie in elk van de secties. Wij zijn van mening dat de voorgestelde laser nuttig zal zijn voor het verbeteren van de prestaties van toekomstige fotonische microgolfapparaten en het verkrijgen van een zeer efficiënt microgolffotonisch netwerk.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Alle gegevens en materialen in het manuscript zijn beschikbaar.

Afkortingen

DBR's:: Gedistribueerde Bragg-reflectoren
RF:: Radiofrequentie
AWG:: Gerangschikt golfgeleiderrooster
BWO:: Achterwaartse oscillatoren
DFB:: Gedistribueerde feedback
FIB:: Gefocuste ionenstraal
PD:: Fotodetector
OSA:: Optische spectrumanalysator
FWM:: Vier-golf mixen

Een verbeterd harsoverdrachtsproces voor de vermindering van residudeeltjes voor grafeen Voorspellingsnetwerk van metamateriaal met Split Ring-resonator op basis van diepgaand leren

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal