激光器及光發(fā)射機ppt課件(參考版)
2025-05-04 08:54本頁面
【正文】 本章小結(jié)（二） 。 ? 但在高速光纖通信系統(tǒng)中，常采用 外調(diào)制技術(shù) 。 ? 半導體激光器的瞬態(tài)性質(zhì)直接影響調(diào)制光信號的質(zhì)量： ? 直接調(diào)制時，激光輸出與注入電脈沖之間存在 電光延遲 ； ? 激光器在瞬態(tài)過程中存在 張弛振蕩 ； ? 由于電光延遲現(xiàn)象，在電脈沖過后，載流子有一定的存儲時間，導致高速數(shù)字調(diào)制時出現(xiàn) 碼型效應 ； ? 由于激光器對溫度很靈敏及注入電流的熱效應，輸出光會出現(xiàn) 結(jié)發(fā)熱效應 ； ? 某些激光器在某些注入電流下還會出現(xiàn) 自脈動現(xiàn)象 。 LD是一種 閾值器件 ，只有當注入電流達到閾值電流后，激光器才開始激射。由于發(fā)射光譜線寬、方向性差、響應速度慢，所以 只適用于速率較低的通信系統(tǒng) 。 ? LED在應用中具有線路簡單、可靠、壽命長等優(yōu)點。 (2)功率穩(wěn)定性要求 ? 某信道功率的漂移，不僅影響本信道的傳輸性能，而且通過 EDFA的瞬態(tài)效應影響其它信道的性能； ? 影響發(fā)射功率的因素： ? 管芯溫度： 溫度增加－－功率下降 ? 器件老化： 功率下降 激光器控制電路 2. 溫度控制和功率控制作用 就是消除溫度變化和器件老化影響 ,穩(wěn)定發(fā)射機性能，采取的穩(wěn)定方法有：溫度控制；自動功率控制 光發(fā)射機結(jié)構(gòu)框圖 窄線寬 DFB 激光器 EA(LN)調(diào)制器 精密 溫度控制 恒定 電流控制 10Gb/s 電壓驅(qū)動器 NRZ碼 3. 溫度控制： ?溫控電路通常由比例放大、 PID（ 比例 積分 微分）電路、 電流放大組成 ?控制精度達到 ?波長穩(wěn)定性達到 ?200MHz/24小時 激光器 導熱 制冷器 熱敏電阻 溫度控制電路 PD DFBLD組件 4. 自動功率控制（ APC） 由光檢測器來感應激光器后端面輻射光功率的變化，并與參考功率相比較，然后根據(jù)比較結(jié)果自動調(diào)整直流偏置電流，最終使光功率峰值保持為一個穩(wěn)定值。 ? 外調(diào)制器以 LN電光調(diào)制和 EA電致吸收為主。如果激光器在某些區(qū)域有自脈動現(xiàn)象發(fā)生，則 Im的選擇應避開 自脈動 發(fā)生的區(qū)域 . 二、數(shù)字直接調(diào)制中偏置電流和調(diào)制電流大小的選擇 三、外調(diào)制 ? 將調(diào)制信號控制激光器后接的外調(diào)制器，利用調(diào)制器的電光、聲光等物理效應使其輸出光的強度等參數(shù)隨信號而變。 啁啾 LD的噪聲源主要有： （ 1）相位噪聲 （ 2）工作不穩(wěn)定引起的噪聲（如自脈動） （ 3）光纖端面與 LD之間互作用引起的噪聲 （ 4）模噪聲（單模 LD+多模光纖系統(tǒng)）與模分配噪聲（多模 LD+單模光纖系統(tǒng)） （ 2） ~（ 4）可通過模式穩(wěn)定及光隔離器來減低或消除 ? ? 22 PpR IN ??四、半導體激光器的噪聲特性 由于 LD諧振腔內(nèi)載流子和光子密度的量子起伏，造成輸出光波中存在著固有的量子噪聲，一般用相對噪聲強度 RIN來度量，即光強度脈動的均方根與平均光強度平方之比。 ? 隨著調(diào)制速率增加，啁啾現(xiàn)象愈加嚴重。 ? 激光二極管的啁啾 (Chirp)特性：在直接調(diào)制激光二極管時，不僅輸出光功率隨調(diào)制電流發(fā)生變化，而且光的頻率也會發(fā)生波動，即在幅度調(diào)制的同時還受到頻率調(diào)制。 消除方法： 適當增加偏置電流 結(jié)發(fā)熱效應： 半導體激光器是對溫度很敏感的器件，不僅環(huán)境溫度的變化會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，注入電流的熱效應也會發(fā)生類似的變化 —— 結(jié)發(fā)熱效應。 電流脈沖 光脈沖 兩個連“ 1”的現(xiàn)象 起因： 注入電流導致溫升，進而引起閾值電流的變化，從而輸出光功率也發(fā)生變化。 碼型效應起因： 當?shù)谝粋€電流脈沖過后，存儲在有源區(qū)的電荷以指數(shù)形式衰減，回到初始狀態(tài)有一個時間過程 ?sp，如果調(diào)制速率很高，脈沖間隔小于 ?sp ，會使第二個電流脈沖到來時，前一個電流脈沖注入的電荷并沒有完全復合消失，有源區(qū)的存儲電荷起到直流預偏置的作用，于是第二個光脈沖延遲時間減小，輸出光脈沖的幅度和寬度增加。 ?抑制這種現(xiàn)象主要靠控制材料的質(zhì)量，盡量減少有源區(qū)的缺陷。 ?采用預偏置在 Ith附近的方法，可減小張弛振蕩 2. 張弛振蕩 ?不同于張弛振蕩，沒有阻尼，脈動頻率范圍為~4GHz,容易發(fā)生在閾值附近和 PI特性的扭曲區(qū)。 ?降低方法： 預偏置在 Ith附近。 激光器激射以后，先出現(xiàn)一個張弛振蕩的過程，隨后則開始持續(xù)自脈動。 自脈動： 某些激光器在某些注入電流下發(fā)生的一種持續(xù)振蕩。 ?電光延遲 ?張弛振蕩 ?自脈動 張弛振蕩： 當電流脈沖注入激光器以后，輸出光脈沖表現(xiàn)出衰減式振蕩。 ?簡化理論推導的光源線寬為： ? ?P???41 ????X自發(fā)發(fā)射事件的平均速率； P光功率； ?線寬增強因子 線寬 ?降低線寬可采取以下措施： ?增大光功率 ?減小自發(fā)發(fā)射速率 ?從外部穩(wěn)定載流子密度 ?FPL
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