高速激光器被誉为光通信和光网络的“心脏”

 

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。