Ширина линии
Названия ширины линии и полосы пропускания лазера очень похожи, но значения сильно различаются. Во-первых, давайте посмотрим на ширину линии. Относительно легко понять ширину линии, которая представляет собой полную ширину полупика лазерного спектра.
Пропускная способность
Полоса пропускания лазера не является единицей длины спектра. Его полное название следует называть полосой пропускания лазерной модуляции.
Полоса модуляции полупроводникового лазера относится к максимальной скорости сигнала, который может быть выведен или загружен (для цифровых сигналов), или к максимальной полосе пропускания выходного (или загруженного) аналогового сигнала.
Поэтому, если вы хотите понять ширину полосы пропускания, вы должны сначала понять модуляцию лазера, режим модуляции и определение. Пропускная способность — это предел, который появляется при модуляции.
Принцип лазерной связи на самом деле представляет собой двоичный режим, кодированную модуляцию 1 и 0.
Например, интенсивность лазерного света при возбуждении высокого уровня велика, что соответствует 1, а мощность лазерного света при возбуждении низкого уровня слабая, что соответствует 0.
Информацию можно передавать путем быстрого переключения между разными мощностями.
Это быстрое переключение может искусственно добавлять заранее заданный сигнал и выводить его на кривую мощности лазера, которая образует «глазковую диаграмму».
Формирование глазковой диаграммы
Для цифровых сигналов изменения высокого и низкого уровней могут иметь несколько комбинаций последовательностей. Если взять в качестве примера 3 бита, может быть 8 комбинаций 000-111. Во временной области достаточное количество вышеуказанных последовательностей выравнивается по определенной контрольной точке, а затем формы сигналов накладываются, образуя глазковую диаграмму. Как показано на рисунке 1. Для тестового прибора тактовый сигнал сигнала сначала восстанавливается из тестируемого сигнала, а затем глазковая диаграмма накладывается в соответствии с опорным тактовым сигналом и, наконец, отображается.
На реальной глазковой диаграмме, как показано на рисунке 2, мы сначала можем увидеть основные параметры преобразования уровня цифрового сигнала, такие как среднее время нарастания (Rise Time), время спада (Fall Time), перерегулирование (Overshoot), недорегулирование. (Undershoot), пороговый уровень (Threshold/CrossingPercent).
Невозможно, чтобы значения напряжения высокого и низкого уровней сигнала каждый раз оставались полностью согласованными, а также невозможно обеспечить, чтобы нарастающий и спадающий фронт каждого высокого и низкого уровня были одновременно . Как показано на рисунке 3, из-за наложения нескольких сигналов сигнальная линия глазковой диаграммы становится толще и возникает размытость (Blur). Следовательно, глазковая диаграмма также отражает шум и джиттер сигнала: на вертикальной оси напряжения он отражается как шум напряжения (VoltageNoise); на горизонтальной оси времени это отражается как джиттер во временной области (Jitter).
Это немного надуманно. Глазковая диаграмма не является патентом на лазерную передачу. Он используется в других областях коммуникации.
Вернемся к полосе пропускания лазера.
Внутри лазерного чипа полоса пропускания должна быть ограничена постоянной времени рекомбинации электронных дырок.
По сути, это скорость преобразования электричества в свет. Независимо от того, быстро это или нет, потому что подаваемый ток должен быстро переключать величину напряжения в соответствии с сигналом. В течение этого времени переключения необходимо, чтобы электричество как можно скорее преобразовывалось в свет и излучалось, чтобы не влиять на следующий сигнал электричества. Однако электроны и дырки не рекомбинируют сразу после входа. При определенном напряжении они будут работать медленно. Иногда есть короткий путь, и они все равно хотят пройти прямо через зону рекомбинации. Дефекты, сопротивление, емкость и т. д. материала будут иметь влияние. Поэтому существует ограничение пропускной способности.
На практике существует множество факторов, ограничивающих пропускную способность.
Если необходимо улучшить полосу модуляции лазера, ключевым моментом является уменьшение влияния электрических паразитных факторов лазера, особенно паразитной емкости и процесса транспортировки носителей в структуре квантовой ямы.
При изготовлении высокоскоростных лазеров для улучшения полосы пропускания устройства на 3 дБ можно принять следующие меры:
① Активная область имеет деформационную (компенсационную) структуру многоквантовой ямы: материал лазерной ямы с квантовой ямой подвергается двухосной сжимающей деформации в направлении, параллельном поверхности ямы, и растягивающей деформации в направлении, перпендикулярном поверхности ямы, и Уровень энергии тяжелых дырок наверху валентной зоны повышается, и эта валентная зона вырождается, что делает вероятность перехода электрона из зоны спин-орбитального расщепления в зону тяжелых дырок примерно равной нулю, что снижает вероятность оже-рекомбинации при комнатной температуре. температуры, что приводит к уменьшению порогового тока этого лазера с квантовыми ямами, уменьшению коэффициента усиления ширины линии, а также значительному увеличению частоты релаксационных колебаний, ширины полосы модуляции и дифференциального коэффициента усиления.
② Легирование P-типа в активной области. Легирование p-типа может уменьшить транспорт дырок при прохождении через область SCH, что является основным ограничением для высокоскоростных устройств с квантовыми ямами; Легирование p-типа позволяет получить очень высокий дифференциальный коэффициент усиления и сделать распределение носителей в квантовой яме более однородным.
Если концентрация легирования Zn в активной области близка к 1018 см-3, его полоса пропускания 3 дБ может достигать 25 ГГц, а легирование также может увеличить частоту колебаний устройства до 30 ГГц (длина резонатора 300 мкм). Кроме того, сильное легирование также полезно для уменьшения коэффициента увеличения ширины линии и дальнейшего улучшения дифференциального усиления, что полезно для улучшения характеристик модуляции устройства.
③ Уменьшение электрических паразитных параметров. Чтобы уменьшить электрические паразитные параметры высокоскоростных лазеров, особенно паразитную емкость, можно использовать полуизолирующую технологию отращивания Fe-InP, при этом необходимо уменьшить площадь электрода; самовыравнивающаяся узкая меза-структура (SA-CM) используется для уменьшения паразитной емкости устройства. Для уменьшения паразитной емкости люди также часто используют метод заливки полиимидом.
④ Увеличение концентрации фотонов и дифференциального усиления внутри лазера. Увеличение концентрации фотонов в резонаторе лазера может увеличить собственную резонансную частоту. Использование структуры DFB для отрицательной расстройки длины волны генерации и пиковой длины волны усиления (-10 нм) может увеличить дифференциальный коэффициент усиления, что может увеличить полосу модуляции -3 дБ.
Приведенный выше анализ факторов, ограничивающих высокоскоростные характеристики модуляции полупроводниковых лазеров, и способов увеличения полосы модуляции лазеров, эти факторы и их статические характеристики являются взаимовлияющими, поэтому при проектировании высокоскоростных лазеров учитываются другие характеристики, такие как необходимо учитывать пороговые значения, температурные характеристики и т. д.
Наш адрес
B-1507 Особняк Рудинг, улица Чжэньхуа, № 200, район Сиху
Номер телефона
0086 181 5840 0345
Электронная почта
info@brandnew-china.com
