浅谈光通信激光器的关键特性

文章来源：睐芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介绍了应用于光通信激光器的关键特性。

光通信激光器的几个关键特性。

1、导通时延

当激光器导通时，开始产生自发辐射的光子直到载流子密度超过一个阈值。因而，产生受激辐射，也就是说，真实的激光器工作，开始于某个时延以后。

如果激光器电流从低于阈值开始，则由于自发辐射的随机性，导通时延经历极大的随机变化。因而，如图所示，光数据产生抖动。

2、频率啁啾

激光器振荡频率是介质折射率的函数，该折射率进而与介质中的载流子浓度有关。其结果是，当逻辑1和逻辑0调制激光器电流时，光频率也被调制。如图所示这种影响称为“频率啁啾”。频率啁啾的主要后果是加宽光频谱(甚至超过一个数量级)。导致传输这种信号的光纤产生极大的色散。

3、弛豫振荡

当流过激光器的电流从一个较小数值(小于阈值)跳跃到一个较大数值时激光器的输出功率不会是一个简单的阶跃变化。如图（a）所示，输出时域波形产生“过冲”，需要一定时间达到稳态。这种影响称为“弛豫振荡”。等效地，如果用正弦电流驱动激光器，则Pout是输入频率的函数，其行为如图(b)所示，在f1附近具有峰值。

弛豫振荡起源于光子和电子的能量交换。当激光器导通时，受激辐射使光子的密度超过了某个水平，则较高能态的电子密度开始下降，这样会导致光子密度降低。于是，电子又开始累积以发起强的光辐射。电子密度和输出功率的升降持续(幅度衰减)直到系统达到平衡态。频率过冲范围通常在1~4CHz。

弛豫振荡限制了激光器的速度。输入随机数据，在每个沿产生的过冲可以影响下一个沿，因而引起符号间干扰(码间干扰)和抖动。注意，载流子密度起伏也引起频率啁啾，进一步加宽了频谱。

4、随时间老化与温度漂移

激光器的阈值电流随时间老化和温度变化极大。例如，每升高1摄氏度，Ith升高约1%~2%。因而，为了保持不变的消光比，通常在激光驱动器和光电二极管周围安放个伺服环路以控制低端和高端电流。伺服环路需要监测光输出，将结果变成电信号，并将其与参考信号比较，用比较误差去调节激光驱动器的输出电流。如图所示电路为概念说明，环路利用光电二极管测量激光器产生的光，根据Im/R1与Vref的差来调节I1。光电二极管通常包含在激光器的封装中。在某些情况下，伺服环路也可以控制调整电流I的幅度。