中文摘要：

本项目将围绕取样光栅分布式布拉格反射器(SGDBR)可调谐半导体激光器,展开相关光子集成器件中热效应的理论和实验研究。通过建立器件的三维热物理模型，研究器件中的热物理现象；提出将基于有限元分析的三维热物理模型与基于传递矩阵的光模型相结合,探讨热效应对激光器调谐特性的影响；通过实验手段对器件进行测试和分析，重点研究瞬态热效应产生的波长漂移；从光网络应用的角度出发，提出新颖补偿策略并加以实施，以消除热效应对信号传输带来的不利影响。本项目以密集波分复用系统为应用方向，将SGDBR可调谐半导体激光器及相关集成器件中的热物理问题的研究与解决器件实际应用中的热效应管理紧密结合、共同实施。通过该项目的研究，可以为研发可调谐光子集成器件奠定先进的理论分析、器件设计和实验测试的基础。SGDBR可调谐半导体激光器及相关集成器件在下一代波分复用光网络中光突发交换、动态波长路由等方面有重要的应用价值。

结论摘要：

SGDBR可调谐半导体激光器及相关集成器件在下一代波分复用光网络中光突发交换、动态波长路由等方面有重要的应用价值。本项目以密集波分复用系统为应用方向，将SGDBR可调谐半导体激光器及相关集成器件中的热物理问题的研究与解决器件实际应用中的热效应管理紧密结合、共同实施。首先，研究了SGDBR 激光器调谐过程中的热效应问题。基于有限元分析方法构建了三维热物理模型，研究了SGDBR激光器中热产生机理和传递规律，获得了器件稳态和瞬态温度分布；将此热物理模型与基于传递矩阵的光模型相结合,研究了热效应对SGDBR激光器调谐特性的影响。并对SGDBR 激光器引起波长漂移的进行了实时检测。研究结果表明，SGDBR激光器在大电流调谐时热效应引起的波长漂移超过40pm，在实际应用中对密集波分复用系统(通道间距小于50 GHz)会产生通道间串扰并使系统传输性能衰退。其次，研究了基于SGDBR 激光器及相关集成器件中的热串扰问题。重点研究了纵向集成器件SGDBR+SOA和SGDBR+SOA+EAM，和横向集成器件SGDBR阵列。研究结果表明热效应使集成SOA和EAM的输出功率明显衰退，当集成SOA用于快速“遮断”时，热串扰对器件输出波长有明显的影响；为保证SGDBR阵列相邻器件的最大温度差要求小于0.1K，阵列间隔设计应大于60 微米。最后，研究了SGDBR 激光器及相关集成器件热效应的补偿及优化管理策略。为了抑制SGDBR激光器在动态切换过程中热效应引起的波长漂移，我们设计了基于FPGA的补偿方案，实验结果表明四阶补偿器效果好；针对SGDBR激光器封装热设计的实际应用，我们建立了集成PID温度控制器的SGDBR激光器封装模块的热学模型，对温度控制器、热敏电阻和热沉等进行了优化设计。此外，根据国内外相关研究发展和项目实际进展情况，与国际合作伙伴积极合作开展了在可调谐半导体激光器新结构、新机理以及系统方面新应用的研究。项目取得了一系列研究成果，这些研究成果对SGDBR型激光器及相关集成器件的实际封装设计与系统应用具有很好的指导意义。