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激光器

高速激光器被誉为光通信和光网络的“心脏”

2023-04-27 我要评论(0 )   

什么是高速激光器呢?高速激光器有两个功能,第一个基本功能是能够发射激光;第二个是能够调制,将宽带高频信号加载到激光上发射出去。不同于激光器加调制器的方式,直...

什么是高速激光器呢?


高速激光器有两个功能,第一个基本功能是能够发射激光;第二个是能够调制,将宽带高频信号加载到激光上发射出去。不同于激光器加调制器的方式,直调高速激光器没有外调制时带来的插损,同时功耗更低。


高速半导体激光器是高速光电子器件的典型代表,被誉为光通信和光网络的“心脏”。高速半导体激光器可实现激光发射和光强度调制双重功能。将微波信号加载到光波,可以实现微波信号低损耗长距离传输。


对于高速激光器,通常要分析静态特性和动态特性。静态特性是功率与电流关系(P-I曲线),而动态特性是不同频率和不同驱动电流下的响应特性。当偏置电流超过某一个阈值的时候激光器就发光,不断增大电流直到光功率饱和甚至可能会下降。真正工作的区域是其中的线性区域,斜率越高对应的响应度越高。但是对于 高速激光器,仅仅关注静态特性是不够的,我们必须知道其动态特性,也就是在不同频率下的动态P-I曲线。


当频率低于某一个值时,激光器是可以正常工作的,随着频率的提高,P-I曲线的斜率慢慢下降。根据这个动态的P-I曲线,可以看到激光器在不同频率下、不同功率下的响应特性,由此可以知道激光器的最佳工作点,并对激光器的某些特性进行优化。


与其他类型的激光器调制方式(LiNbO3调制器,电吸收调制器)相比较,直调制激光器具有较好的响应线性度。因为LiNbO3调制器的响应函数是cos2,具有很差的线性度;而电吸收调制器在这方面没有规律,在补偿电路上很有困难,不适合大规模生产。


还有一个问题需要说明,大信号与小信号的区别。其实大信号和小信号最大的区别是信号的幅度,跟发射的光功率没有关系。小信号是指不同频率下光功率幅度的变化随信号的变化,横坐标是频率;大信号是指信号的幅度覆盖整个工作范围,关注点在于开关比,至于线性度好坏不太关心。在数字通信中,我们只关注大信号,核心指标包括速率,Gb/s,误码率,调制度以及灵敏度。评价参数有误码分析(误码率、代价、压力容限)和眼图(消光比、眼高、眼宽、Q因子)。


通常用到的仪器有误码分析系统(发生器、检测、分析仪),还有信号源,频谱仪,光功率计等。在模拟通信中,通常关注的是小信号,在不同频率下的带宽。评价参数有散射参数(带宽、反射系数),大动态响应(1dB压缩点)以及复合二阶失真。通常用到的仪器有矢量网络分析仪器,信号源,频谱仪,光功率计。


在模拟通信中除幅频响应,相频响应也是非常重要的。如果是线性的,可以通过相位延时来修正。在无线电通信中就有对应的器件来解决相位的问题。


那么从光域和电域看,响应线性范围有何区别呢?


激光器输出光功率线性范围是10-15mW,探测器线性响应输入光功率是1μW ~10mW。光传输链路线性响应范围应该是包括这两个范围的。


激光器的输入是电,输出是光,而探测器刚好相反。如果光的响应范围是60dB,那么电域的响应范围则为平方的关系,是120dB。


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高速激光器,光通信,光网络
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