本发明属于分布式反馈激光器数值建模领域，尤其涉及一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法。
背景技术：
1、分布式反馈激光器是光通信领域中广泛应用的核心器件之一。由于其优异的单纵模输出特性和稳定的频率性能，分布式反馈激光器在光纤通信、传感和光学测量等领域具有重要应用。然而，随着外界环境条件的变化，特别是温度变化和材料折射率的波动，分布式反馈激光器的输出波长可能会发生偏移。这种波长偏移不仅会影响激光器的性能，还会对整个光通信系统的稳定性和可靠性产生不利影响。
2、传统的分布式反馈激光器波长控制方法主要依赖于外部温度控制系统，通过调节激光器的工作温度来维持其输出波长的稳定。然而，这种方法通常需要较高的功耗，并且在温度变化剧烈的环境中难以实现快速响应和精确控制。此外，材料的折射率随载流子密度变化的特性也会导致激光器的波长偏移，这种现象在高精度应用中尤为显著。因此，研究和开发一种结合温度和折射率影响的分布式反馈激光器波长偏移建模方法，具有重要的理论意义和实用价值。
3、近年来，随着光电子技术的发展，基于物理模型的波长偏移建模方法逐渐受到关注。这些方法通过引入温度和折射率变化的影响因素，能够更准确地描述分布式反馈激光器的波长偏移特性。然而，现有的研究多集中于单一因素的影响，缺乏对温度和折射率共同作用下的波长偏移进行系统性的建模和分析。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法。
2、本发明的一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法，包括以下步骤：
3、步骤1：通过时域行波法对分布式反馈激光器进行数值建模。
4、步骤2：在建立的分布式反馈激光器的数值模型中加入温度这一变量，同时加入输出波长随温度变化产生的输出波长偏移。
5、步骤3：在建立的分布式反馈激光器的数值模型中加入由于载流子浓度随时间变化而造成的折射率发生变化，从而导致激光器的波长发生偏移的波长偏移量。
6、步骤4：结合由于温度导致的波长偏移量和折射率变化导致的波长偏移量之和，得到分布式反馈激光器总的波长偏移量后，得到激光器的仿真输出波长。
7、进一步的，步骤1具体为：
8、根据一阶布拉格光栅分布式反馈激光器的光场缓变包络函数控制方程：
9、
10、式中，κ为一阶布拉格光栅的一级衍射系数，δ为相对于布拉格波长的相位偏移因子，λ为参考波长，λ为光栅周期，neff为无注入时的有效折射率，vg＝c/ng为群速度，ng为群折射率，ef(z,t)为前向行进光波，eb(z,t)为后向行进光波，sf,b(z,t)为朗之万噪声源，其幅度和相位分别用高斯分布的随机过程和均匀分布的随机过程来模拟，g为光学增益。
11、载流子密度方程与光子浓度方程如下：
12、
13、式中，η为无量纲的电流注入效率，i为注入电流，e为电子电荷注入电流，v为有源区体积，a为线性复合系数，b为双分子复合系数，c为俄歇复合系数；ε0为真空介电常数，μ0为磁导率，h为普朗克常量，ω0为中心频率，∑ar为有源区横截面积。
14、光学增益方程如下：
15、
16、式中，γ为光学限制因子，α为内部损耗，gn为体材料微分增益，n0为透明载流子浓度，ε为非线性增益饱和系数。
17、进一步的，步骤2具体为：
18、分布式反馈激光器数值模型中的温度数值模型，从定性方面而言，分布式反馈激光器输出波长一般会随有源区温度的升高而产生红移现象；从定量方面而言，输出波长会随温度变化产生近似表达如下：
19、
20、式中，c为光波在真空中的传播速度，eg为分布式反馈激光器有源区所用半导体材料的带隙宽度，一般而言，eg是关于温度的函数，室温下，可以近似的将de/dt认为是一个常量。
21、带隙宽度eg随温度的变化近似为线性，表达式如下：
22、eg＝-be(t-t0)+eg0 (7)
23、式中，be的值由激光器有源区的材料决定，t0是激光器特征温度，eg0是温度为t0时的带隙宽度，t是激光器当前时刻的温度。
24、将式(7)带入式(6)，并将式(6)两边同时对温度积分，整理得波长随温度变化的表达式：
25、
26、式中，λ0为温度为t0时的激光波长。
27、进一步的，步骤3具体为：
28、载流子密度会随时间发生变化导致折射率发生变化从而对分布式反馈激光器的输出波长造成影响；在半导体激光器中布拉格条件决定了激光的输出波长：
29、λ＝2·λ·neff (8)
30、载流子密度会导致有效折射率发生变化：
31、
32、式中αh为线宽增强因子，δn为载流子密度的变化量。
33、结合式(8)和式(9)两个式子得：
34、δλ＝2·λ·δneff
35、即：
36、
37、得到当折射率变化时，激光器的输出波长随时间的变化。
38、本发明的有益技术效果为：
39、本发明在保证了通过时域行波法对分布式反馈激光器进行建模的前提下，增加了建模后输出中心波长相较于设定中心波长的偏移量，保证了仿真结果与实际器件更为接近。不仅能够提升激光器的输出波长稳定性，还能为未来的光通信系统设计提供理论依据和技术支持，具有重要的理论意义和实用价值。
1.一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的一种考虑温度和折射率的分布式反馈激光器波长偏移建模方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
