furukawa的波长可调谐激光器

furukawa可以说是日本的老牌企业，其最初研制的波长可调谐激光器是基于DFB阵列合波实现的。它是世界上唯二快速实现从C band往L band多波长扩展的量产的厂家。

    第一代furukawa的产品成功实现了ITLA模块，最早是用于长距传输的ITU Grid，出光功率10dbm，尺寸74*30.5*10.5mm^3，如下图所示，历史久远。

    其内部结构示意图如下所示，通过设计DFB阵列的波导宽度及光栅周期，实现不同波长的激光出射，覆盖整个C band。然后通过MMI耦合器进行合波，不可避免引入损耗，通过SOA进行光放大。后面经过波锁系统耦合进光纤，需要两个TEC分别对芯片及etalon进行温控。

    下图是基于该技术实现的C-band (1530 nm ~ 1565 nm)和L-band (1565 nm ~ 1610 nm)的光谱图，SMSR>40dB,在不同温度下的线宽2~4MHz.

    第一代产品中对线宽要求不是很高，但是到了第二代的高速长距传输对线宽指标要求严格。下图是第二代furukawa的可调谐激光器的芯片显微镜图。和第一代的结构差不多，主要是做了三点改变：

1、增加长度：这个很好理解，长度的增加有利于减少线宽。

2、人为引入反射：在有源无源界面及SOA端面引入一点反射，形成注入锁定效果，减少线宽。

    下图是不同DFB长度及不同SOA出光功率下的线宽，可以看到，增加长度，整个波段的线宽小于500kHz。

    为了能够实现flexed grid,此时需要通过调整TEC温度移动激光器波长。下图a是不同温度下实现的97波50GHz间隔的波长调谐，温度为15~55度。下图b是各个通道对应的SOA电流。下图c是各个通道的光谱图。所有通道的SMSR>50dB。

    3、改成AlGaInAs体系：由于在波长调谐过程需要改变TEC温度，而AlGaInAs体系对温度具有更高性能，通过优化激光器工作温度范围实现激光器高性能输出。如下图所示，传统的工作温度是15~55度，现在是30~70度，采用AlGaInAs体系对性能有提升，且有利于降低功耗。此时线宽到了<250kHz水平。

    到了第三代的线宽指标要求<100kHz，同时对出光功率有了要求。第三代furukawa的芯片示意图如下所示，做了四处改变：

    1、采用DR array：降低激光器阈值，提高功率。

    2、采用16个激光器阵列：降低每个激光器的温度调谐范围。

    3、采用AWG进行合波：降低耦合合波插损。下图是AWG的插损-3~-6d。

    4、SOA外置：SOA单独设计，工作电流提高到400mA，提升出光功率，可以达到19dbm，如下所示：

    最终的16波光谱图如下所示：最终的线宽全都小于100kHz。

    到了第四代，主要是对nano-ITLA模块的尺寸有了要求，这样对芯片的尺寸也相应需要做出改变（上述的结构的尺寸都很大）。第四代furukawa的nano-ITLA模块如下所示。

    其结构如下图所示：采用了全新的结构，DBR与微环谐振器形成谐振腔。

    下图是激光器的工作原理图，DBR谱与微环反射谱最终形成的谐振谱如b所示，形成单模条件，通过游标效应扩大调谐范围。

    为了缩小尺寸，波锁采用了PLC片上LOKCER结构，采用连个微环进行滤波监控波长，如下图所示。

    最终的光谱如下所示，出光功率达到了17dbm，线宽仍都小于100kHz。

    综合而言，经过一代代的发展，furukawa的可调谐激光器性能还是不错的，为了与时俱进，也当机立断采用全新结构。这让我想起finisar最初第一代的MGY-DBR结构波长可调谐激光器，由于没有及时更新换代，最终成为时代的眼泪。

参考文献

【1】Development of ITLA Using a Full-Band Tunable Laser Koji Horikawa *, Atsushi Yamamoto *, Takashi Osada *, Hiroyuki Koshi *, Yoshitaka Yafuso *, and Tatsuro Kurobe ，Furukawa Review, No. 35 2009

【2】Spectral Linewidth Reduction in Widely Wavelength Tunable DFB Laser Array Hiroyuki Ishii, Member, IEEE, Kazuo Kasaya, and Hiromi Oohashi, Member, IEEE，IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 15, NO. 3, MAY/JUNE 2009

【3】https://www.furukawa.co.jp/en/rd/review/pdf/fr46_04.pdf

【4】Tunable Distributed Reflector Lasers Combined by Monolithically Integrated AWG Coupler Toshihito Suzuki, Kazuaki Kiyota, Shunsuke Okuyama, Maiko Ariga, Yusuke Inaba, Kazuki Yamaoka, Hajime Mori, and Tatsuro Kurobe Furukawa Electric Co., Ltd. 6, Yawata-kaigandori, Ichihara, Chiba, Japan，978-1-5090-6578-3/17/$31.00 ©2017 IEEE 165

【5】A high power tunable light sourcefor coherent Communications  using Distributed Reflector Laser Array Combined With AWG Coupler ,*Yamaoka Kazuki 1,*Suzuki Toshihito 1,*Kiyota Kazuaki 1,*Ariga Maiko 1,*Inaba Yusuke 2*Mori Hajime 1,*Kurobe Tatsuro 1,*Nishita Masayoshi 1,*Okuyama S2018 49 .No ,Review Electric F

【6】The Development of a Nano-ITLA for Digital Coherent Datacenter Interconnects Masayoshi Nishita*1 , Noritaka Matsubara*1 , Junichi Hasegawa*2 , Kazuki Yamaoka*3 , Maiko Ariga*3 , Yusuke Inaba*1 , Masayoshi Kimura*4 , Masaki Wakaba*1 , Masahiro Yoshida*1 , Kazuomi Maruyama*1 , Toshihito Suzuki*5 , Hiroyuki Ishii*1 , Yasumasa Kawakita*Furukawa Electric Review, No. 52 2021 44