文章來源：睞芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介紹了應(yīng)用于光通信激光器的關(guān)鍵特性。

光通信激光器的幾個(gè)關(guān)鍵特性。

1、導(dǎo)通時(shí)延

當(dāng)激光器導(dǎo)通時(shí)，開始產(chǎn)生自發(fā)輻射的光子直到載流子密度超過一個(gè)閾值。因而，產(chǎn)生受激輻射，也就是說，真實(shí)的激光器工作，開始于某個(gè)時(shí)延以后。

如果激光器電流從低于閾值開始，則由于自發(fā)輻射的隨機(jī)性，導(dǎo)通時(shí)延經(jīng)歷極大的隨機(jī)變化。因而，如圖所示，光數(shù)據(jù)產(chǎn)生抖動(dòng)。

2、頻率啁啾

激光器振蕩頻率是介質(zhì)折射率的函數(shù)，該折射率進(jìn)而與介質(zhì)中的載流子濃度有關(guān)。其結(jié)果是，當(dāng)邏輯1和邏輯0調(diào)制激光器電流時(shí)，光頻率也被調(diào)制。如圖所示這種影響稱為“頻率啁啾”。頻率啁啾的主要后果是加寬光頻譜(甚至超過一個(gè)數(shù)量級(jí))。導(dǎo)致傳輸這種信號(hào)的光纖產(chǎn)生極大的色散。

3、弛豫振蕩

當(dāng)流過激光器的電流從一個(gè)較小數(shù)值(小于閾值)跳躍到一個(gè)較大數(shù)值時(shí)激光器的輸出功率不會(huì)是一個(gè)簡(jiǎn)單的階躍變化。如圖（a）所示，輸出時(shí)域波形產(chǎn)生“過沖”，需要一定時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這種影響稱為“弛豫振蕩”。等效地，如果用正弦電流驅(qū)動(dòng)激光器，則Pout是輸入頻率的函數(shù)，其行為如圖(b)所示，在f1附近具有峰值。

弛豫振蕩起源于光子和電子的能量交換。當(dāng)激光器導(dǎo)通時(shí)，受激輻射使光子的密度超過了某個(gè)水平，則較高能態(tài)的電子密度開始下降，這樣會(huì)導(dǎo)致光子密度降低。于是，電子又開始累積以發(fā)起強(qiáng)的光輻射。電子密度和輸出功率的升降持續(xù)(幅度衰減)直到系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)。頻率過沖范圍通常在1~4CHz。

弛豫振蕩限制了激光器的速度。輸入隨機(jī)數(shù)據(jù)，在每個(gè)沿產(chǎn)生的過沖可以影響下一個(gè)沿，因而引起符號(hào)間干擾(碼間干擾)和抖動(dòng)。注意，載流子密度起伏也引起頻率啁啾，進(jìn)一步加寬了頻譜。

4、隨時(shí)間老化與溫度漂移

激光器的閾值電流隨時(shí)間老化和溫度變化極大。例如，每升高1攝氏度，Ith升高約1%~2%。因而，為了保持不變的消光比，通常在激光驅(qū)動(dòng)器和光電二極管周圍安放個(gè)伺服環(huán)路以控制低端和高端電流。伺服環(huán)路需要監(jiān)測(cè)光輸出，將結(jié)果變成電信號(hào)，并將其與參考信號(hào)比較，用比較誤差去調(diào)節(jié)激光驅(qū)動(dòng)器的輸出電流。如圖所示電路為概念說明，環(huán)路利用光電二極管測(cè)量激光器產(chǎn)生的光，根據(jù)Im/R1與Vref的差來調(diào)節(jié)I1。光電二極管通常包含在激光器的封裝中。在某些情況下，伺服環(huán)路也可以控制調(diào)整電流I的幅度。