辅助阅读材料 第四章光波的调制 时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率。因此实际使用的最 高调制频率应低于张弛振荡频率。 电流脉冲 光脉冲 图4.13光脉冲瞬态响应波形 电光延迟会产生码型效应。当电光延迟时间1与数字调制的码元持续时间 T2为相同数量级时，会使“0”码过后第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减 小，严重时可能使单个“1”码丢失，这种现象称为“码型效应”。如图4.14所 示，在两个连续出现的“1”码中，第一个脉冲到来前，有较长的连“0”码，由 于电光延迟时间长和光脉冲上升时间的影响，因此脉冲变小。第二个脉冲到来时， 由于第一个脉冲的电子复合尚未完全消失，有源区电子密度较高，因此电光延迟 时间短，脉冲较大。“码型效应”的特点是在脉冲序列中较长的连“0”码后出现 的“1”码，其脉冲明显变小，且连“0”码数目越多，调制速率越高，该效应 越明显。用适当的过调补偿方法可以消除码型效应，见图4.14(c) 12 光脉冲一人人人几几 图4.14码型效应(a)、(b)码型效应波形：(c)改善后波形) 2、自脉动现象 某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出 光脉冲出现持续等幅的高频振荡，该现象称为自脉动现象，如图4.15所示。自 脉动频率可达2GHz,严重影响LD的高速调制特性。 11
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率。因此实际使用的最 高调制频率应低于张弛振荡频率。 图 4.13 光脉冲瞬态响应波形 电光延迟会产生码型效应。当电光延迟时间td 与数字调制的码元持续时间 T 2为相同数量级时，会使“0”码过后第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减 小，严重时可能使单个“1”码丢失，这种现象称为“码型效应”。如图 4.14 所 示，在两个连续出现的“1”码中，第一个脉冲到来前，有较长的连“0”码，由 于电光延迟时间长和光脉冲上升时间的影响，因此脉冲变小。第二个脉冲到来时， 由于第一个脉冲的电子复合尚未完全消失，有源区电子密度较高，因此电光延迟 时间短，脉冲较大。“码型效应”的特点是在脉冲序列中较长的连“0”码后出现 的“1”码 ，其脉冲明显变小，且连“0”码数目越多，调制速率越高，该效应 越明显。用适当的过调补偿方法可以消除码型效应，见图 4.14(c)。 图 4.14 码型效应（(a)、(b)码型效应波形；(c)改善后波形） 2、 自脉动现象 某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出 光脉冲出现持续等幅的高频振荡，该现象称为自脉动现象，如图 4.15 所示。自 脉动频率可达 2GHz，严重影响 LD 的高速调制特性。 11
辅助阅读材料 第四章光波的调制 自脉动现象是激光器内部不均匀增益或不均匀吸收产生的，通常和LD的P-I 曲线的非线性有关，自脉动发生的区域和P-I曲线扭折区域相对应。由于自脉动 现象与激光器内部的不均匀特性有关，不是激光器的固有现象，随着激光器制作 工艺的改进，该现象的发生已不多见。 图4.15激光器自脉冲现象 8.3.2温度特性与自动温度控制 1激光器的温度特性 温度对激光器的影响主要通过阈值电流和外微分子效率产生。图4.16(a)和 (6)分别示出温度通过阅值电流和外微分量子效率引起的输出光脉冲的变化：温 度升高，阅值电流增加，外微分量子效率减小，输出光脉冲幅度下降。 P 20℃//25℃ 200 图4.16温度引起的输出光功率变化 (a)阀值电流变化引起的光输出变化：(b)外微分子效率变化引起的光输出变化 温度对输出光脉冲的另一个影响是“结发热效应”。即使环境温度不变，由 于调制电流的作用，引起激光器结区温度的变化，因而使输出光脉冲的形状发生 变化，这种效应称为“结发热效应”。如图4.17所示，设1=0时电脉冲到来，注
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 自脉动现象是激光器内部不均匀增益或不均匀吸收产生的，通常和 LD 的 P-I 曲线的非线性有关，自脉动发生的区域和 P-I 曲线扭折区域相对应。由于自脉动 现象与激光器内部的不均匀特性有关，不是激光器的固有现象，随着激光器制作 工艺的改进，该现象的发生已不多见。 图 4.15 激光器自脉冲现象 8.3.2 温度特性与自动温度控制 1 激光器的温度特性 温度对激光器的影响主要通过阈值电流和外微分子效率产生。图 4.16(a)和 (b)分别示出温度通过阈值电流和外微分量子效率引起的输出光脉冲的变化：温 度升高，阈值电流增加，外微分量子效率减小，输出光脉冲幅度下降。 (a) (b) 图 4.16 温度引起的输出光功率变化 (a)阈值电流变化引起的光输出变化；(b)外微分子效率变化引起的光输出变化 温度对输出光脉冲的另一个影响是“结发热效应”。即使环境温度不变，由 于调制电流的作用，引起激光器结区温度的变化，因而使输出光脉冲的形状发生 变化，这种效应称为“结发热效应”。如图 4.17 所示，设t = 0时电脉冲到来，注 12
辅助阅读材料 第四章光波的调制 入电流为1，由于电流的热效应，在脉冲持续时间里，结区的温度随时间1而升 高，激光器的阐值电流随1而增大，使输出光脉冲幅度随t而减小。当1=T时电 流脉冲过后，注入电流从，减小到1。，电流散发的热量减少，结区温度随！而降 低，阀值电流减小，使输出光脉冲的幅度增大。“结发热效应”将引起调制失真。 与调制速率对激光器瞬态特性的影响相反，低调制速率的“结发热效应”更 加明显。这是因为随着调制速率的提高，码元时间间隔缩短，使结区温度来不及 发生变化。 电流脉冲 一光神 图4.17结发热效应 2.自动温度控制 温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成，图4.18示出温度 控制装置的方框图。致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器， 探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使 激光器输出特性保持恒定。 激光器 热敏电阻 控制电路 致冷器 图4.18温度控制方框图 目前，微致冷大多采用半导体致冷器，它是利用半导体材料的珀尔帖效应制 成的电偶来实现致冷的。用若干对电偶串联或并联组一成的温差电功能器件，温 度控制范围可达30℃~40℃。为提高致冷效率和温度控制精度，把致冷器和热敏 电阻封装在激光器管壳内，温度控制精度可达±0.5℃，从而使激光器输出平均
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 入电流为 ，由于电流的热效应，在脉冲持续时间里，结区的温度随时间t 而升 高，激光器的阐值电流随 而增大，使输出光脉冲幅度随t 而减小。当t 时电 流脉冲过后，注入电流从 减小到 ，电流散发的热量减少，结区温度随t 而降 低，阈值电流减小，使输出光脉冲的幅度增大。“结发热效应”将引起调制失真。 1 I t = T 1 I 0 I 与调制速率对激光器瞬态特性的影响相反，低调制速率的“结发热效应”更 加明显。这是因为随着调制速率的提高，码元时间间隔缩短，使结区温度来不及 发生变化。 图 4.17 结发热效应 2.自动温度控制 温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成，图 4.18 示出温度 控制装置的方框图。致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器， 探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使 激光器输出特性保持恒定。 图 4.18 温度控制方框图 目前，微致冷大多采用半导体致冷器，它是利用半导体材料的珀尔帖效应制 成的电偶来实现致冷的。用若干对电偶串联或并联组—成的温差电功能器件，温 度控制范围可达 30℃~40℃。为提高致冷效率和温度控制精度，把致冷器和热敏 电阻封装在激光器管壳内，温度控制精度可达± 0.5℃，从而使激光器输出平均 13
辅助阅读材料 第四章光波的调制 功率和发射波长保持恒定，避免调制失真。 +u 图4.19ATC电路原理 图4.19给出自动温度控制(ATC)电路原理图。由R,R,R和热敏电阻R,组 成“换能”电桥，通过电桥把温度的变化转换为电量的变化。运算放大器A的 差动输入端跨接在电桥的对端，用以改变三极管V的基极电流。在设定温度（例 如20℃)时，调节R使电桥平衡，A、B两点没有电位差，传输到运算放大器A 的信号为零，流过致冷器TEC的电流也为零。当环境温度升高时，LD的管芯和 热沉温度也升高，使具有负温度系数的热敏电阻R,的阻值减小，电桥失去平衡。 这时B点的电位低于A点的电位，运算放大器A的输出电压升高，V的基极电 流增大，致冷器TEC的电流也增大，致冷端温度降低，热沉和管芯的温度也降 低，因而保持温度恒定。该控制过程表示如下： T环境)个→T(LD,热沉)↑→R1↓→I(制冷器)↑→T(LD) ATC的制冷器和热敏电阻以及APC的PN-PD封装在LD管壳内构成组件如 图4.20所示
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 功率和发射波长保持恒定，避免调制失真。 图 4.19 ATC 电路原理 图 4.19 给出自动温度控制(ATC)电路原理图。由 和热敏电阻 组 成“换能”电桥，通过电桥把温度的变化转换为电量的变化。运算放大器 A 的 差动输入端跨接在电桥的对端，用以改变三极管 V 的基极电流。在设定温度(例 如 20℃)时，调节 使电桥平衡，A、B 两点没有电位差，传输到运算放大器 A 的信号为零，流过致冷器 TEC 的电流也为零。当环境温度升高时，LD 的管芯和 热沉温度也升高，使具有负温度系数的热敏电阻 的阻值减小，电桥失去平衡。 这时 B 点的电位低于 A 点的电位，运算放大器 A 的输出电压升高，V 的基极电 流增大，致冷器 TEC 的电流也增大，致冷端温度降低，热沉和管芯的温度也降 低，因而保持温度恒定。该控制过程表示如下： 1 2 3 R , R , R RT R3 RT T(环境）↑→ T（LD，热沉）↑→ RT ↓→ I（制冷器）↑→ T（LD）↓ ATC 的制冷器和热敏电阻以及 APC 的 PIN-PD 封装在 LD 管壳内构成组件如 图 4.20 所示。 14
辅助阅读材料 第四章光波的调制 偏置电流信号电流 双动 透， 电路■ 光纤 光功率监控器 (C○】= 收热器 陌离卷光输出 电子湾却元件 温度监测ATC控制 图4.20LD组件的构成实例 4.3.3纵模性质 在实用中，激光器的纵模还具有以下性质： 1.纵模数虽注入电流而变 当激光器注入直流电流时，虽注入电流的增加纵模数减少，详见图4.21。 一般而言，激光器呈多纵模振荡，随注入电流的增加，主模的增益增加，而边模 的增益减少。有些激光器在高注入电流时呈现单纵模振荡。 图4.21 GaAlAs/GaAsDH激光器发射谱线 2.峰值波长随温度变化 15
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 图 4.20 LD 组件的构成实例 4.3.3 纵模性质 在实用中，激光器的纵模还具有以下性质： 1. 纵模数虽注入电流而变 当激光器注入直流电流时，虽注入电流的增加纵模数减少，详见图 4.21。 一般而言，激光器呈多纵模振荡，随注入电流的增加，主模的增益增加，而边模 的增益减少。有些激光器在高注入电流时呈现单纵模振荡。 图 4.21 GaAlAs/GaAsDH 激光器发射谱线 2. 峰值波长随温度变化 15