4.调制特性 回電子工業出版社 将电信号加载到激光束上的过程称为调制。激光器输出是否能准确地重现输人信号取决于 激光器的内部特性。在数字调制时,需要考虑激光器的瞬态特性,瞬态特性有电光延迟、 张弛振荡和持续振荡。 (1)电光延迟 当激光器在进行脉冲调制时,要想提高脉冲速率,首先碰到的一个问题是激光器的电光延 迟效应,即输出光脉冲的起点与注入电脉冲的起点之间存在一定的电光延迟时间td,该值 为纳秒的量级,如图3.1.9所示。这一效应的存在,不仅会使光脉冲变窄,而且当脉冲电 流宽度与电光延迟时间t相当时,甚至还会使脉冲调制完全失效。存在延迟现象,其原因 是由于电子和光子密度达到平衡值时都需要一个时间过程。为了提高调制速率,就必须设 法减小电光延迟时间td。理论研究结果表明,td与注入电流密度J有如下关系 t4=2h (3.1.18) 式中e为电子的寿命,Jh是阈值电流密度、如果加直流预偏置电流Jb,上式则变为 (3.1.19) 显然,当b接近或等于m时,则超子所以半导体激光器在较高速率调制时都要加 预偏置。电光延迟0注入电流光输岀tot张弛振荡持续振荡 图319激光器的瞬态特性Pp
4. 调制特性 将电信号加载到激光束上的过程称为调制。激光器输出是否能准确地重现输人信号取决于 激光器的内部特性。在数字调制时，需要考虑激光器的瞬态特性，瞬态特性有电光延迟、 张弛振荡和持续振荡。 （1）电光延迟 当激光器在进行脉冲调制时，要想提高脉冲速率，首先碰到的一个问题是激光器的电光延 迟效应，即输出光脉冲的起点与注入电脉冲的起点之间存在一定的电光延迟时间td，该值 为纳秒的量级，如图3.1.9所示。这一效应的存在，不仅会使光脉冲变窄，而且当脉冲电 流宽度与电光延迟时间td相当时，甚至还会使脉冲调制完全失效。存在延迟现象，其原因 是由于电子和光子密度达到平衡值时都需要一个时间过程。为了提高调制速率，就必须设 法减小电光延迟时间td。理论研究结果表明，td与注入电流密度J有如下关系： （3.1.18） 式中τe为电子的寿命，Jth是阈值电流密度。如果加直流预偏置电流Jb，上式则变为 （3.1.19） 显然，当Jb接近或等于Jth时，则td趋于零。所以半导体激光器在较高速率调制时都要加 预偏置。电光延迟0注入电流光输出tdt张弛振荡持续振荡 图3.1.9 激光器的瞬态特性 − = th d e J J J t ln − + = th b d e J J J J t ln • 电 光 延 迟 • 0 • 注 入 电流 • 光 输 出 • t d • t • 张 弛 振 荡 • 持 续 振 荡
(2)张弛振荡 電子工堂出版社 当电流脉冲注入激光器以后.输出光脉冲表现出衰减式的振荡,见图3↑9逡种 现象称之为张弛振荡。张弛振荡的频率一般在几百MHz~2GHz的量级。它是激 光器内部光电相互作用所表现出来的固有特性,增加直流预偏置也可以抑制张弛 振荡,而且预偏置越接近阈值,效果越显著 (3)持续振荡 某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡,称之为自脉动现象。实际工 作中若遇到这种器件,必须更换。 不论是数字调制还是模拟调制,对于直接强度调制方式,其调制频率都受限于激 光器的弛豫振荡频率 f (3.1.20) 腔长为300μm的激光器,和大约分别为1ns、2ps,当注入电流是阈值电流的 两倍时,弛豫振荡频率为几个GHz。由(3.120)式可知,阈值较低的激光器, 可以获得较大的带宽。当调制频率超过后,调制效率将大为降低。 合>p
（2）张弛振荡 当电流脉冲注入激光器以后．输出光脉冲表现出衰减式的振荡，见图3.1.9这种 现象称之为张弛振荡。张弛振荡的频率一般在几百MHz～2GHz的量级。它是激 光器内部光电相互作用所表现出来的固有特性，增加直流预偏置也可以抑制张弛 振荡，而且预偏置越接近阈值，效果越显著。 （3）持续振荡 某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡，称之为自脉动现象。实际工 作中若遇到这种器件，必须更换。 不论是数字调制还是模拟调制，对于直接强度调制方式，其调制频率都受限于激 光器的弛豫振荡频率 （3.1.20） 腔长为300μm的激光器，和大约分别为1ns、2ps，当注入电流是阈值电流的 两倍时，弛豫振荡频率为几个GHz。由（3.1.20）式可知，阈值较低的激光器， 可以获得较大的带宽。当调制频率超过后，调制效率将大为降低。 ( ) 1/ 2 0 1/ 2 1 1 2 1 = − sp ph th I I f
5.噪声 忘電子工業出版社 激光器输出光的强度总在随机变化,如果光纤链路上的连接器等器件产生的回射 光进入激光器被激活放大,也会引起强度波动,这种波动引起激光器中的强度噪 声,它用相对强度噪声来度景:0g2 (3.1.21) 式中,是激光器产生的平均噪声功率,是它发出的平均功率,由于R|N的测量需 要一个接收机和两者之间的链路,B则是接收机和链路的带宽。上式中R|N的单 位为dB/Hz。 6.啁啾 单纵模激光器在高速强度调制时,注入有源层的电子密度不断变化,导致折射率 的变化,使激光器的输出波长和强度都发生变化,在调制脉冲的上升沿向短波长 漂移,在调制脉冲的下降沿向长波长漂移,从而使输岀谱线加宽,这种动态谱线 加宽现象叫作啁啾 对单纵模激光器动态调制时,输出光功率P()变化所引起的激光频率变化可以近 似地表示为 8=a4m△P(O+xAP(o (3.1.22) 其中α是线宽增强因子,X为与激光器结构有关的常数。(3.1.22)式显示,在光 脉冲的前沿,,频率升高,而在光脉冲的后沿,频率下降,光脉冲的频谱展宽了。 合>p
5. 噪声 激光器输出光的强度总在随机变化，如果光纤链路上的连接器等器件产生的回射 光进入激光器被激活放大，也会引起强度波动，这种波动引起激光器中的强度噪 声，它用相对强度噪声来度量： （3.1.21） 式中， 是激光器产生的平均噪声功率，是它发出的平均功率，由于RIN的测量需 要一个接收机和两者之间的链路， B则是接收机和链路的带宽。上式中RIN的单 位为dB/Hz。 6. 啁啾 单纵模激光器在高速强度调制时，注入有源层的电子密度不断变化，导致折射率 的变化，使激光器的输出波长和强度都发生变化，在调制脉冲的上升沿向短波长 漂移，在调制脉冲的下降沿向长波长漂移，从而使输出谱线加宽，这种动态谱线 加宽现象叫作啁啾。 对单纵模激光器动态调制时，输出光功率P(t)变化所引起的激光频率变化可以近 似地表示为 （3.1.22） 其中α是线宽增强因子，χ为与激光器结构有关的常数。（3.1.22）式显示，在光 脉冲的前沿，，频率升高，而在光脉冲的后沿，频率下降，光脉冲的频谱展宽了。 P B P RIN N 2 2 = 10lg = ln ( ) + ( ) 4 P t P t dt d f