光纖通信技術(shù)第四節(jié)

光纖通信技術(shù)第四章激光器及光發(fā)射機(jī)1精選課件光源調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光發(fā)射機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)2精選課件第四章激光器及光發(fā)射機(jī)4.1半導(dǎo)體激光器4.1.1法布里-珀羅型激光器F-PLD4.1.2分布反響激光器DFBLD4.1.3分布Bragg反射型激光器DBRLD4.1.4量子阱激光器QWLD4.1.5垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL4.2半導(dǎo)體激光器的工作特性4.3光發(fā)射機(jī)3精選課件4.1半導(dǎo)體激光器LD激光器被視為20世紀(jì)的三大創(chuàng)造〔還有半導(dǎo)體和原子能〕之一，特別是半導(dǎo)體激光器LD倍受重視。光纖通信中最常用的光源是半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二極管LED。主要差異：發(fā)光二極管輸出非相干光；半導(dǎo)體激光器輸出相干光。4精選課件發(fā)光二極管LED對(duì)于光纖通信系統(tǒng)，如果使用多模光纖且信息比特率在100～200Mb/s以下，同時(shí)只要求幾十微瓦的輸入光功率，那么LED是可選用的最正確光源。比起半導(dǎo)體激光器，因?yàn)長(zhǎng)ED不需要熱穩(wěn)定和光穩(wěn)定電路，所以LED的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，另外其制作本錢低、產(chǎn)量高。5精選課件發(fā)光二極管LEDLED的主要工作原理對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過(guò)程，因而是一種非相干光源。LED發(fā)射光的譜線較寬、方向性較差，本身的響應(yīng)速度又較慢，所以只適用于速率較低的通信系統(tǒng)。在高速、大容量的光纖通信系統(tǒng)中主要采用半導(dǎo)體激光器作光源。6精選課件半導(dǎo)體激光器LD半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，耦合效率高，響應(yīng)速度快，波長(zhǎng)和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調(diào)制，相干性好。按結(jié)構(gòu)分類：F-PLD、DFBLD、DBRLD、QWLD、VCSEL按波導(dǎo)機(jī)制分類：增益導(dǎo)引LD和折射率導(dǎo)引LD按性能分類：低閾值LD、超高速LD、動(dòng)態(tài)單模LD、大功率LD7精選課件4.1.1法布里-珀羅型激光器F-PLDF-PLD是最常見最普通的LD.由外延生長(zhǎng)的有源層和有源層兩邊的限制層構(gòu)成，諧振腔由晶體的兩個(gè)解理面構(gòu)成。通常為雙異質(zhì)結(jié)〔DH〕LD。激光器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)受激發(fā)射的光振蕩放大器。8精選課件F-PLD根本工作原理實(shí)現(xiàn)F-PLD激射工作的四個(gè)根本條件：要有能實(shí)現(xiàn)電子和光場(chǎng)相互作用的工作物質(zhì)要有注入能量的泵浦源〔光泵或者電泵浦〕要有一個(gè)F-P諧振腔要滿足振蕩條件9精選課件1.光的自發(fā)發(fā)射、受激吸收和受激發(fā)射工作物質(zhì)和泵浦源是實(shí)現(xiàn)光的自發(fā)發(fā)射、受激吸收和受激發(fā)射的最根本條件。自發(fā)發(fā)射：大量處于高能級(jí)的粒子，各自分別發(fā)射一列一列頻率為=(E2-E1)/h的光波，但各列光波之間沒有固定的相位關(guān)系，可以有不同的偏振方向，沿所有可能的方向傳播。各光子彼此無(wú)關(guān)。受激發(fā)射：處于高能級(jí)E2的粒子受到光子能量為的光照射時(shí)，粒子會(huì)由于這種入射光的刺激而發(fā)射出與入射光一模一樣的光子，并躍遷到低能級(jí)E1上。有相同的偏振方向和傳播方向。10精選課件雙能級(jí)原子系統(tǒng)的三種躍遷h

E2E1自發(fā)發(fā)射躍遷E2E1受激吸收躍遷h

h

E2E1受激發(fā)射躍遷h

h

受激發(fā)射的光子與原光子具有相同的波長(zhǎng)、相位和傳播方向11精選課件自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的特點(diǎn)自發(fā)發(fā)射的同時(shí)總伴有受激發(fā)射發(fā)生。在熱平衡情況下，自發(fā)發(fā)射占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)外界給系統(tǒng)提供能量時(shí)，如采用光照〔即光泵〕或電流注入〔即電泵〕，打破熱平衡狀態(tài)，大量粒子處于高能級(jí)，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，在發(fā)光束方向上的受激發(fā)射比自發(fā)發(fā)射的強(qiáng)度大幾個(gè)數(shù)量級(jí)?？偨Y(jié)激光發(fā)射的首要條件：工作物質(zhì)〔即能實(shí)現(xiàn)粒子躍遷的晶體材料，如GaAs和InGaAsP〕外界供給能量滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)〔常采用電流注入法〕12精選課件2.F-P諧振腔只有增益介質(zhì)而無(wú)光學(xué)反響裝置，便不能形成激光將已實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的系統(tǒng)置于嚴(yán)格平行的一對(duì)反射鏡之間便形成F-P諧振腔。光在兩個(gè)反射鏡之間往返多次過(guò)程中，得到放大。13精選課件3.振蕩條件當(dāng)增益超過(guò)由局部反射和散射等多種因素引起的總損耗，經(jīng)過(guò)諧振腔的選頻作用，特定頻率的光波在諧振腔內(nèi)積累能量并通過(guò)反射鏡射出，形成激光〔相干光〕。振幅條件相位條件：n-有源層折射率；L-腔長(zhǎng)m-任意整數(shù)；-波長(zhǎng)滿足相位條件的頻率有無(wú)限多個(gè)，只有那些在譜線中心附近的頻率才能滿足振蕩條件，所以激光器的振蕩頻率只能取有限個(gè)分立值。14精選課件ModesproducedinaTypicalFabry-PerotLaserSpectralwidthandLinewidthatFWHM(FullWidthHalfMaximum)15精選課件OutputspectrumchangesaspowerisappliedTypicalmodehoppingbehaviorF-PLD在高速調(diào)制下，或在溫度和注入電流變化時(shí)，不再維持原激射模式，而會(huì)出現(xiàn)模式跳躍和譜線展寬，這對(duì)高速應(yīng)用很不利。為了維持單模，減小光譜展寬，需研究動(dòng)態(tài)單模激光器DFBLD及DBRLD〔光纖通信最有前途的實(shí)用化器件〕16精選課件F－PLD的結(jié)構(gòu)很難將光導(dǎo)引到光纖增益導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器：沿激光長(zhǎng)度方向放置一個(gè)窄的條形電極，將注入電流限制在一個(gè)窄條里。缺點(diǎn)：光功率增大時(shí)，光斑尺寸不穩(wěn)定，模式穩(wěn)定性亦不高。折射率導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器，引入折射率差。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝不太復(fù)雜，輻射光空間分布穩(wěn)定性高，被大多數(shù)光波系統(tǒng)使用。17精選課件4.1.2分布反響激光器DFBLDDFBLD同F(xiàn)-PLD的主要區(qū)別：DFBLD沒有集總的諧振腔反射鏡，它的反射機(jī)構(gòu)是由有源區(qū)波導(dǎo)上的Bragg光柵提供的。分布式反響非常好的單色性和方向性18精選課件DFBLD根本工作原理在有源區(qū)介質(zhì)外表上使用全息光刻法做成周期性的波紋形狀。用泵浦〔光泵浦或電泵浦〕激發(fā)，造成足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，具備增益條件只有波長(zhǎng)滿足“Bragg反射條件〞的光波才能在介質(zhì)中來(lái)回反射，得到不斷的加強(qiáng)和增長(zhǎng)。DFBLD已成為中長(zhǎng)距離光纖通信應(yīng)用的主要激光器19精選課件4.1.3分布Bragg反射型激光器DBRLDDBRLD的周期性溝槽不在有源波導(dǎo)外表上，而是在有源層波導(dǎo)兩外側(cè)的無(wú)源波導(dǎo)層上，這兩個(gè)無(wú)源的光柵波導(dǎo)充當(dāng)Bragg反射鏡的作用。由于有源波導(dǎo)的增益特性和無(wú)源周期波導(dǎo)的Bragg發(fā)射，只有在Bragg頻率附近的光波才能滿足振蕩條件，從而發(fā)射出激光。GaAs/AlGaAsDBR激光二極管20精選課件4.1.4量子阱激光器QWLD特點(diǎn)：低閾值電流高輸出功率窄線寬頻率啁啾改善調(diào)制速率高有源區(qū)厚度薄1~10nm〔FP腔100~200nm〕周期結(jié)構(gòu)，將窄帶隙的很薄的有源區(qū)夾在寬帶隙的半導(dǎo)體材料之間，形成勢(shì)能阱多個(gè)勢(shì)能阱--多量子阱〔MQW〕，單個(gè)勢(shì)能阱--單量子阱〔SQW〕21精選課件4.1.5垂直腔面發(fā)射激光器VCSELVerticalCavitySurfaceEmittingLaser垂直于襯底方向出光的面發(fā)射激光器優(yōu)點(diǎn)：發(fā)光效率高(850nm的VCSEL，10mA驅(qū)動(dòng)1.5mW輸出光功率)工作閾值極低〔工作電流5~15mA，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)〕可單縱模也可多縱模工作〔應(yīng)用于以多模光纖為傳輸媒介底局域網(wǎng)中或VSR〕調(diào)制速率高壽命長(zhǎng)〔Honeywell進(jìn)行了可靠性實(shí)驗(yàn)〕價(jià)格低、產(chǎn)量高22精選課件可任意配置高密度二維激光陣列。二維激光器陣列23精選課件第四章激光器及光發(fā)射機(jī)4.1半導(dǎo)體激光器4.1.1法布里-珀羅型激光器F-PLD4.1.2分布反響激光器DFBLD4.1.3分布Bragg反射型激光器DBRLD4.1.4量子阱激光器QWLD4.1.5垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL4.2半導(dǎo)體激光器的工作特性4.3光發(fā)射機(jī)24精選課件4.2半導(dǎo)體激光器的工作特性激光器件的絕對(duì)最大額定值：光輸出功率〔Po和Pf〕：從一個(gè)未損傷器件可輻射出的最大連續(xù)光輸出功率。Po是從器件端面輸出的光功率，Pf是從帶有尾纖器件輸出的光功率。正向電流〔IF〕：可以施加到器件上且不產(chǎn)生器件損傷的最大連續(xù)正向電流。反向電壓〔VR〕：可以施加到器件上且不產(chǎn)生器件損傷的最大方向電壓。25精選課件一、半導(dǎo)體激光器的P－I特性典型的P－I曲線P－I曲線：激光二極管的總發(fā)射光功率P與注入電流I的關(guān)系曲線。隨注入電流增加，激光二極管首先是漸漸地增加自發(fā)發(fā)射，直至開始發(fā)射受激發(fā)射。1.閾值電流Ith：開始發(fā)射受激發(fā)射的電流值。閾值電流與腔的損耗、尺寸、有源區(qū)材料和厚度等因素有關(guān)。I<Ith，自發(fā)輻射，發(fā)出的是非相干光I>Ith，受激輻射，發(fā)出的是相干光26精選課件表示激光器件把注入的電子－空穴對(duì)〔注入電荷〕轉(zhuǎn)換成從器件發(fā)射的光子〔輸出光〕的效率。是一個(gè)以百分?jǐn)?shù)〔％〕度量的性能系數(shù)。一個(gè)把100％注入電流轉(zhuǎn)換成輸出光的理想假設(shè)器件(即器件沒有以熱形式消耗)，在理論上應(yīng)具有100％的e。e可從P-I特性的斜率〔閾值以上〕dP/dI求得：〔對(duì)GaALAs材料〕2.外微分量子效率

e：27精選課件內(nèi)量子效率i是衡量激光二極管把電子－空穴對(duì)〔注入電流〕轉(zhuǎn)換成光子能力的一個(gè)參數(shù)。與e不同的的是，i與激光二極管的幾何尺寸無(wú)關(guān)，是評(píng)價(jià)激光二極管半導(dǎo)體晶片質(zhì)量的主要參數(shù)。i和e既又關(guān)系又有差異。i是激光二極管把電子－空穴對(duì)〔注入電流〕轉(zhuǎn)換成光子〔光〕效率的直接表示，但要注意，并非所有光子都出射成為輸出光，有些光子由于各種內(nèi)部損耗而被重新吸收。e是激光二極管把電子－空穴對(duì)〔注入電流〕轉(zhuǎn)換成輸出光的效率象征。e總是比i小。內(nèi)量子效率

i=有源區(qū)內(nèi)每秒鐘產(chǎn)生的光子數(shù)有源區(qū)內(nèi)每秒鐘注入的電子-空穴對(duì)數(shù)3.內(nèi)量子效率

i：28精選課件T0--LD的特征溫度，與器件的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。T0代表Ith對(duì)溫度的靈敏度，也可解釋為激光二極管的熱穩(wěn)定性。較高的T0意味著當(dāng)溫度快速增加時(shí)，激光二極管Ith增加不大。對(duì)于GaAs/GaALAsLDT0=100~150K；InGaAsP/InP-LDT0=40~70K。不同溫度下的P－I曲線4.溫度特性：溫度升高時(shí)性能下降，閾值電流隨溫度按指數(shù)增長(zhǎng)。29精選課件

LD的模式特性首先取決于光腔的三個(gè)線度〔橫向、側(cè)向、縱向的尺寸〕及介質(zhì)特性。通常腔內(nèi)能存在許多模式，但只有獲得凈增益〔滿足閾值條件〕的那些模式才能被鼓勵(lì)，它的頻率才會(huì)出現(xiàn)在輸出光中。在實(shí)際應(yīng)用中，模式的穩(wěn)定性和線寬是對(duì)系統(tǒng)性能影響較大的兩個(gè)參量。LD工作在基橫模時(shí)，相干性最好，因此要求LD在設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上保證基橫模工作。根據(jù)基橫模的條件通過(guò)對(duì)光載流子的橫向以及垂直向限制、減小有源區(qū)寬度和厚度等措施可以實(shí)現(xiàn)LD的基橫模工作。(詳見?激光原理?)二、半導(dǎo)體激光器的模式特性30精選課件1、激光器縱模的概念：激光器的縱模反映激光器的光譜性質(zhì)。對(duì)于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)注入電流低于閾值時(shí)，發(fā)射光譜是導(dǎo)帶和價(jià)帶的自發(fā)發(fā)射譜，譜線較寬；只有當(dāng)激光器的注入電流大于閾值后，諧振腔里的增益才大于損耗，自發(fā)發(fā)射譜線中滿足駐波條件的光頻率才能在諧振腔里振蕩并建立起場(chǎng)強(qiáng)，這個(gè)場(chǎng)強(qiáng)使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的能級(jí)間產(chǎn)生受激輻射，而其他頻率的光卻受到抑制，使激光器的輸出光譜呈現(xiàn)出以一個(gè)或幾個(gè)模式振蕩，這種振蕩稱之為激光器的縱模。31精選課件I=67mAP=1.2mWI=75mAP=2.5mWI=100mAP=10mWI=95mAP=6mWI=80mAP=4mW隨著電流增加，主模的增益增加，而邊模的增益減小，縱模數(shù)減少，一個(gè)模式開始占優(yōu)勢(shì)，直到出現(xiàn)單個(gè)窄線寬的光譜為止。2、縱模數(shù)隨注入電流而變：32精選課件在眾多的縱模中，只有那些頻率落在增益介質(zhì)的增益曲線范圍內(nèi)，且增益大于損耗的那些腔模才能在LD的輸出中存在。3、譜線特性：33精選課件在縱向，光波以駐波形式振蕩。諧振頻率〔正入射〕:m--正整數(shù)；L--腔長(zhǎng)；n--材料折射。相鄰縱模的頻率間隔:增益曲線：0--增益譜中心波長(zhǎng)，由增益介質(zhì)的能級(jí)差決定；--增益譜寬，由增益介質(zhì)內(nèi)原子熱運(yùn)動(dòng)〔多普勒加寬〕和原子碰撞〔均勻加寬〕造成；g(0)--正比于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的最大增益34精選課件4、峰值波長(zhǎng)隨溫度變化：半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)隨結(jié)區(qū)溫度而變化。當(dāng)結(jié)溫升高時(shí)，半導(dǎo)體材料的禁區(qū)帶寬變窄，因而使激光器發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)移向長(zhǎng)波長(zhǎng)。InGaAsP/InP激光器的發(fā)射波長(zhǎng)隨注入電流漂移的情況，此激光器沒加溫度控制，由于電流的熱效應(yīng)，使結(jié)溫度升高，從而使發(fā)射波長(zhǎng)漂移。35精選課件5、動(dòng)態(tài)譜線展寬：動(dòng)態(tài)譜線展寬對(duì)高速光纖通信非常不利，各種動(dòng)態(tài)單模激光器已得到迅速開展DFBLD及DBRLD。對(duì)激光器進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制會(huì)使發(fā)射譜線增寬，振蕩模數(shù)增加。這是因?yàn)閷?duì)激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，注入電流不斷變化，使有源區(qū)里載流子濃度隨之變化，進(jìn)而導(dǎo)致折射率隨之變化，激光器的諧振頻率發(fā)生漂移，動(dòng)態(tài)譜線展寬。調(diào)制速率越高，調(diào)制電流越大，譜線展寬的越多。激光器的發(fā)射光譜隨調(diào)制電流變化的情況36精選課件6、動(dòng)態(tài)單模半導(dǎo)體激光器：實(shí)現(xiàn)LD單縱模工作的方法：采用短腔結(jié)構(gòu)，增大相鄰縱模間隔,使增益譜線范圍內(nèi)只有一個(gè)譜線存在，短腔制造困難，LD輸出功率低。采用波長(zhǎng)選擇反響，使不同的縱模有不同的損耗，包括：分布反響結(jié)構(gòu)和耦合腔結(jié)構(gòu)。單縱模LD的性能通常由邊模抑制比〔MSR〕來(lái)表征，定義為MSR=Pmm/PsmPmm為主模功率；Psm為最大邊模功率。一個(gè)較好的單縱模LD，MSR應(yīng)大于30dB。37精選課件7.影響發(fā)射波長(zhǎng)的因素：對(duì)于DFB激光器，影響發(fā)射波長(zhǎng)的因素：管芯溫度；工作電流；光反射〔利用隔離器減小〕比較而言，溫度變化是波長(zhǎng)漂移的主要因素。管芯溫度與發(fā)射波長(zhǎng)的關(guān)系：溫度升高紅移相比之下，折射率波導(dǎo)LD的熱穩(wěn)定性差得多，其這種特性在泵浦激光器中是有用的，可以通過(guò)精確地控制溫度，把LD的發(fā)射波長(zhǎng)調(diào)節(jié)到特定波長(zhǎng)上，以滿足應(yīng)用要求。38精選課件線寬是LD輸出光譜的另一個(gè)重要參量。窄的線寬有利于減小光纖的色散。LD輸出的有限線寬源于兩個(gè)因素：一是激光腔內(nèi)自發(fā)輻射引起的光場(chǎng)相位脈動(dòng)二是載流子濃度脈動(dòng)引起的折射率變化，使光腔諧振頻率發(fā)生變化。簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)的光源線寬為：X--自發(fā)發(fā)射事件的平均速率；P--光功率；--線寬增強(qiáng)因子8、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FP-LD的線寬通常達(dá)幾nmDFB-LD線寬通常約5~10MHzMQW-LD線寬僅幾十~幾百KHz39精選課件三、半導(dǎo)體激光器的瞬態(tài)性質(zhì)半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、可以進(jìn)行直接調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，被視為光纖通信中的理想光源。但在對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，激光器往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的動(dòng)態(tài)性質(zhì)——光電瞬態(tài)響應(yīng)。 電光延遲張弛振蕩自脈動(dòng)40精選課件張弛振蕩：當(dāng)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。是激光器內(nèi)部光電相互作用所表現(xiàn)出來(lái)的固有特性。自脈動(dòng)：某些激光器在某些注入電流下發(fā)生的一種持續(xù)振蕩。張弛振蕩和自脈動(dòng)的結(jié)合。激光器激射以后，先出現(xiàn)一個(gè)張弛振蕩的過(guò)程，隨后那么開始持續(xù)自脈動(dòng)。光電瞬態(tài)響應(yīng)波形：41精選課件1.電光延遲原因：激光輸出與注入電脈沖之間存在一個(gè)時(shí)間延遲，一般為納秒量級(jí)。降低方法：預(yù)偏置在Ith附近。上升時(shí)間：從額定功率的10％升到90％所需的時(shí)間下降時(shí)間：從額定功率的90％降到10％所需的時(shí)間42精選課件當(dāng)注入電流從零快速增大到閾值以上時(shí)，經(jīng)電光延遲后產(chǎn)生激光輸出，并在脈沖頂部出現(xiàn)阻尼振蕩，經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后到達(dá)平衡值。采用預(yù)偏置在Ith附近的方法，可減小張弛振蕩2.張弛振蕩43精選課件不同于張弛振蕩，沒有阻尼，脈動(dòng)頻率范圍為0.2~4GHz,容易發(fā)生在閾值附近和P-I特性的扭曲區(qū)。造成自脈動(dòng)的機(jī)理涉及量子噪聲效應(yīng)、有源區(qū)的缺陷及溫度感應(yīng)的變化等因素。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。3.自脈動(dòng)44精選課件4、碼型效應(yīng)：

由于瞬態(tài)性質(zhì)，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)碼型效應(yīng)。碼型效應(yīng)起因：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電流脈沖過(guò)后，存儲(chǔ)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(gè)時(shí)間過(guò)程

sp，如果調(diào)制速率很高，脈沖間隔小于

sp，會(huì)使第二個(gè)電流脈沖到來(lái)時(shí)，前一個(gè)電流脈沖注入的電荷并沒有完全復(fù)合消失，有源區(qū)的存儲(chǔ)電荷起到直流預(yù)偏置的作用，于是第二個(gè)光脈沖延遲時(shí)間減小，輸出光脈沖的幅度和寬度增加。消除方法：增加直流偏置電流。電流脈沖光脈沖兩個(gè)連“1〞的現(xiàn)象45精選課件起因：注入電流導(dǎo)致溫升，進(jìn)而引起閾值電流的變化，從而輸出光功率也發(fā)生變化。在電流脈沖持續(xù)階段，輸出光功率隨時(shí)間而減?。欢?dāng)電流脈沖過(guò)后，輸出光功率隨時(shí)間而增加。消除方法：適當(dāng)增加偏置電流

5、結(jié)發(fā)熱效應(yīng)：

半導(dǎo)體激光器是對(duì)溫度很敏感的器件，不僅環(huán)境溫度的變化會(huì)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(yīng)也會(huì)發(fā)生類似的變化——結(jié)發(fā)熱效應(yīng)。是激光器的另一種瞬態(tài)調(diào)制效應(yīng)。46精選課件激光二極管的啁啾(Chirp)特性：在直接調(diào)制激光二極管時(shí)，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(huì)發(fā)生波動(dòng)，即在幅度調(diào)制的同時(shí)還受到頻率調(diào)制。帶有頻率啁啾的信號(hào)在單模光纖中傳播時(shí)，在色散作用下，將增大非線性失真。隨著調(diào)制速率增加，啁啾現(xiàn)象愈加嚴(yán)重。解決方法：采用外部調(diào)制器。6、啁啾47精選課件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(dòng)〕〔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(guò)模式穩(wěn)定及光隔離器來(lái)減低或消除四、半導(dǎo)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(duì)噪聲強(qiáng)度RIN來(lái)度量，即光強(qiáng)度脈動(dòng)的均方根與平均光強(qiáng)度平方之比。48精選課件第四章激光器及光發(fā)射機(jī)4.1半導(dǎo)體激光器4.1.1法布里-珀羅型激光器F-PLD4.1.2分布反響激光器DFBLD4.1.3分布Bragg反射型激光器DBRLD4.1.4量子阱激光器QWLD4.1.5垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL4.2半導(dǎo)體激光器的工作特性4.3光發(fā)射機(jī)49精選課件4.3.1發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)防止LD輸出的激光反射，實(shí)現(xiàn)光的單向傳輸保持LD組件內(nèi)恒定的溫度，保證激光參數(shù)的穩(wěn)定性使LD有恒定的光輸出功率數(shù)據(jù)電接口線路編碼驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制器光隔離器LD功控溫控光發(fā)射機(jī)50精選課件4.3.2光源的調(diào)制方式調(diào)制方式：直接調(diào)制間接調(diào)制〔外調(diào)制〕一、直接調(diào)制的特點(diǎn)：將要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入LD或LED調(diào)制后的光波振幅的平方比例于調(diào)制信號(hào)〔強(qiáng)度調(diào)制〕簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)響應(yīng)帶寬有限〔~2.5Gb/s〕引入調(diào)制啁啾51精選課件加大偏置電流使其逼近激光器閾值，可以大大減小電光延遲時(shí)間，同時(shí)使張馳振蕩得到一定程度的抑制.偏置于閾值附近，較小的調(diào)制脈沖電流即可得到足夠的輸出光脈沖，從而可大大減小碼型效應(yīng)和結(jié)發(fā)熱效應(yīng)的影響.另一方面，加大直流偏置電流將會(huì)使光信號(hào)消光比(EX)惡化，光源消光比將直接影響接收機(jī)靈敏度.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)激光器的散粒噪聲在閾值處出現(xiàn)最大值，因此偏置電流不正好偏置在閾值處.調(diào)制電流幅度Im的選擇，應(yīng)根據(jù)激光器的P-I曲線，既要有足夠的輸出光脈沖幅度，又要考慮到光源的負(fù)擔(dān)。如果激光器在某些區(qū)域有自脈動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，那么Im的選擇應(yīng)避開自脈動(dòng)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52精選課件三、外調(diào)制將調(diào)制信號(hào)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(yīng)使其輸出光的強(qiáng)度等參數(shù)隨信號(hào)而變。調(diào)制信號(hào)啁啾小。外調(diào)制器以LN電光調(diào)制和EA電致吸收為主。53精選課件1.系統(tǒng)對(duì)光源的要求：

(1)波長(zhǎng)穩(wěn)定性要求WDM系統(tǒng)對(duì)光源發(fā)射波長(zhǎng)的穩(wěn)定性具有較高的要求；波長(zhǎng)的漂移將導(dǎo)致信道之間的串?dāng)_；溫度變化是波長(zhǎng)漂移的主要因素。(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(guò)EDFA的瞬態(tài)效應(yīng)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