本發明專利技術公開了一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，具體為：通過時域行波法對分布式反饋激光器進行數值建模；在建立的分布式反饋激光器的數值模型中加入溫度這一變量，同時加入輸出波長隨溫度變化產生的輸出波長偏移；在建立的分布式反饋激光器的數值模型中加入由于載流子濃度隨時間變化而造成的折射率發生變化，從而導致激光器的波長發生偏移的波長偏移量；結合由于溫度導致的波長偏移量和折射率變化導致的波長偏移量之和，得到分布式反饋激光器總的波長偏移量后，得到激光器的仿真輸出波長。本發明專利技術的方法有效提高了分布式反饋激光器仿真結果與實際器件的匹配度，具有重要的理論意義和實用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于分布式反饋激光器數值建模領域，尤其涉及一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法。
技術介紹
1、分布式反饋激光器是光通信領域中廣泛應用的核心器件之一。由于其優異的單縱模輸出特性和穩定的頻率性能，分布式反饋激光器在光纖通信、傳感和光學測量等領域具有重要應用。然而，隨著外界環境條件的變化，特別是溫度變化和材料折射率的波動，分布式反饋激光器的輸出波長可能會發生偏移。這種波長偏移不僅會影響激光器的性能，還會對整個光通信系統的穩定性和可靠性產生不利影響。
2、傳統的分布式反饋激光器波長控制方法主要依賴于外部溫度控制系統，通過調節激光器的工作溫度來維持其輸出波長的穩定。然而，這種方法通常需要較高的功耗，并且在溫度變化劇烈的環境中難以實現快速響應和精確控制。此外，材料的折射率隨載流子密度變化的特性也會導致激光器的波長偏移，這種現象在高精度應用中尤為顯著。因此，研究和開發一種結合溫度和折射率影響的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，具有重要的理論意義和實用價值。
3、近年來，隨著光電子技術的發展，基于物理模型的波長偏移建模方法逐漸受到關注。這些方法通過引入溫度和折射率變化的影響因素，能夠更準確地描述分布式反饋激光器的波長偏移特性。然而，現有的研究多集中于單一因素的影響，缺乏對溫度和折射率共同作用下的波長偏移進行系統性的建模和分析。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法。
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p>2、本專利技術的一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，包括以下步驟：3、步驟1：通過時域行波法對分布式反饋激光器進行數值建模。
4、步驟2：在建立的分布式反饋激光器的數值模型中加入溫度這一變量，同時加入輸出波長隨溫度變化產生的輸出波長偏移。
5、步驟3：在建立的分布式反饋激光器的數值模型中加入由于載流子濃度隨時間變化而造成的折射率發生變化，從而導致激光器的波長發生偏移的波長偏移量。
6、步驟4：結合由于溫度導致的波長偏移量和折射率變化導致的波長偏移量之和，得到分布式反饋激光器總的波長偏移量后，得到激光器的仿真輸出波長。
7、進一步的，步驟1具體為：
8、根據一階布拉格光柵分布式反饋激光器的光場緩變包絡函數控制方程：
9、
10、式中，κ為一階布拉格光柵的一級衍射系數，δ為相對于布拉格波長的相位偏移因子，λ為參考波長，λ為光柵周期，neff為無注入時的有效折射率，vg＝c/ng為群速度，ng為群折射率，ef(z,t)為前向行進光波，eb(z,t)為后向行進光波，sf,b(z,t)為朗之萬噪聲源，其幅度和相位分別用高斯分布的隨機過程和均勻分布的隨機過程來模擬，g為光學增益。
11、載流子密度方程與光子濃度方程如下：
12、
13、式中，η為無量綱的電流注入效率，i為注入電流，e為電子電荷注入電流，v為有源區體積，a為線性復合系數，b為雙分子復合系數，c為俄歇復合系數；ε0為真空介電常數，μ0為磁導率，h為普朗克常量，ω0為中心頻率，∑ar為有源區橫截面積。
14、光學增益方程如下：
15、
16、式中，γ為光學限制因子，α為內部損耗，gn為體材料微分增益，n0為透明載流子濃度，ε為非線性增益飽和系數。
17、進一步的，步驟2具體為：
18、分布式反饋激光器數值模型中的溫度數值模型，從定性方面而言，分布式反饋激光器輸出波長一般會隨有源區溫度的升高而產生紅移現象；從定量方面而言，輸出波長會隨溫度變化產生近似表達如下：
19、
20、式中，c為光波在真空中的傳播速度，eg為分布式反饋激光器有源區所用半導體材料的帶隙寬度，一般而言，eg是關于溫度的函數，室溫下，可以近似的將de/dt認為是一個常量。
21、帶隙寬度eg隨溫度的變化近似為線性，表達式如下：
22、eg＝-be(t-t0)+eg0?(7)
23、式中，be的值由激光器有源區的材料決定，t0是激光器特征溫度，eg0是溫度為t0時的帶隙寬度，t是激光器當前時刻的溫度。
24、將式(7)帶入式(6)，并將式(6)兩邊同時對溫度積分，整理得波長隨溫度變化的表達式：
25、
26、式中，λ0為溫度為t0時的激光波長。
27、進一步的，步驟3具體為：
28、載流子密度會隨時間發生變化導致折射率發生變化從而對分布式反饋激光器的輸出波長造成影響；在半導體激光器中布拉格條件決定了激光的輸出波長：
29、λ＝2·λ·neff?(8)
30、載流子密度會導致有效折射率發生變化：
31、
32、式中αh為線寬增強因子，δn為載流子密度的變化量。
33、結合式(8)和式(9)兩個式子得：
34、δλ＝2·λ·δneff
35、即：
36、
37、得到當折射率變化時，激光器的輸出波長隨時間的變化。
38、本專利技術的有益技術效果為：
39、本專利技術在保證了通過時域行波法對分布式反饋激光器進行建模的前提下，增加了建模后輸出中心波長相較于設定中心波長的偏移量，保證了仿真結果與實際器件更為接近。不僅能夠提升激光器的輸出波長穩定性，還能為未來的光通信系統設計提供理論依據和技術支持，具有重要的理論意義和實用價值。
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【技術保護點】
1.一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，其特征在于，所述步驟1具體為：
3.根據權利要求2所述的一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，其特征在于，所述步驟2具體為：
4.根據權利要求3所述的一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，其特征在于，所述步驟3具體為：
【技術特征摘要】
1.一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種考慮溫度和折射率的分布式反饋激光器波長偏移建模方法，其特征在于，所述步驟1具體為：
3.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉佳，李禹錫，朱越，閆連山，潘煒，鄒喜華，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：
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