Ширина лінії
Назви ширини лінії та пропускної здатності лазера дуже схожі, але значення дуже різні. Спочатку подивимося на ширину лінії. Відносно легко зрозуміти ширину лінії, яка дорівнює половині піку повної ширини лазерного спектру.
Пропускна здатність
Смуга пропускання лазера не є одиницею довжини спектру. Її повною назвою слід називати пропускну здатність лазерної модуляції.
Смуга пропускання модуляції напівпровідникового лазера стосується максимальної швидкості сигналу, який може бути виведений або завантажений (для цифрових сигналів), або максимальної смуги пропускання вихідного (або завантаженого) аналогового сигналу.
Тому, якщо ви хочете зрозуміти смугу пропускання, ви повинні спочатку зрозуміти модуляцію лазера, режим модуляції та визначення. Пропускна здатність – це обмеження, яке відображається в модуляції.
Принцип лазерного зв'язку насправді полягає в двійковому режимі, закодованій модуляції 1 і 0.
Наприклад, інтенсивність лазерного світла під дією високого рівня є великою, що відповідає 1, а потужність лазерного світла під дією низького рівня є слабкою, що представляє 0.
Інформацію можна передавати шляхом швидкого перемикання між різними потужностями.
Це швидке перемикання може штучно додати заздалегідь визначений сигнал і вивести його на криву потужності лазера, яка сформує «очкову діаграму».
Формування очної діаграми
Для цифрових сигналів зміни високого та низького рівнів можуть мати кілька послідовних комбінацій. Беручи 3 біти як приклад, може бути 8 комбінацій 000-111. У часовій області достатня кількість наведених вище послідовностей вирівнюється відповідно до певної опорної точки, а потім форми хвиль накладаються, щоб сформувати окову діаграму. Як показано на малюнку 1. Для випробувального приладу тактовий сигнал сигналу спочатку відновлюється із сигналу, що перевіряється, а потім очкова діаграма накладається відповідно до тактового опорного сигналу та, нарешті, відображається.
Для реальної очкової діаграми, як показано на малюнку 2, ми можемо спочатку побачити основні параметри перетворення рівня цифрового сигналу, такі як середній час наростання (Rise Time), час спаду (Fall Time), перевищення (Overshoot), недорозбір. (Undershoot), пороговий рівень (Threshold/CrossingPercent).
Неможливо, щоб значення напруги високого та низького рівнів сигналу залишалися повністю послідовними щоразу, а також неможливо гарантувати, що наростаючий фронт і спадаючий фронт кожного високого та низького рівнів є одночасно . Як показано на малюнку 3, через суперпозицію кількох сигналів сигнальна лінія очкової діаграми стає товстішою та розмитою (розмиття). Тому очкова діаграма також відображає шум і джиттер сигналу: на вертикальній осі напруги він відображається як шум напруги (VoltageNoise); на горизонтальній осі часу це відображається як тремтіння часової області (Jitter).
Це трохи надумано. Очна діаграма не є патентом лазерної передачі. Він використовується в інших сферах спілкування.
Повернемося до пропускної здатності лазера.
Усередині лазерного чіпа смуга пропускання повинна бути обмежена постійною часу рекомбінації електронних дірок.
Насправді це швидкість перетворення електрики в світло. Незалежно від того, швидко це чи ні, тому що введений струм повинен швидко перемикати величину напруги відповідно до сигналу. Протягом цього часу перемикання необхідно, щоб електрика якомога швидше перетворювалася на світло та випромінювалася, щоб не впливати на наступний сигнал електрики. Однак електрони та дірки не рекомбінують відразу після входу. Під певною напругою вони будуть працювати повільно. Іноді існує короткий шлях, і вони все одно хочуть пройти безпосередньо через зону рекомбінації. Дефекти, опір, ємність тощо в матеріалі матимуть вплив. Тому існує обмеження на пропускну здатність.
На практиці існує багато обмежуючих факторів для пропускної здатності.
Якщо потрібно покращити смугу модуляції лазера, ключовим є зменшення впливу електричних паразитних факторів лазера, особливо паразитної ємності та процесу транспортування носіїв у структурі квантової ями.
При виробництві високошвидкісних лазерів можна вжити наступних заходів для покращення смуги пропускання пристрою на 3 дБ:
① Активна зона приймає деформаційну (компенсаційну) структуру з багатоквантовою ямою — матеріал лазерної ями з квантовою ямою піддається двовісній деформації стиску в напрямку, паралельному поверхні ями, і деформації розтягу в напрямку, перпендикулярному до поверхні ями, і енергетичний рівень важких дірок у верхній частині валентної зони підвищується, і ця валентна зона вироджується, роблячи ймовірність переходу електрона із зони спін-орбітального розщеплення в зону важких дірок приблизно рівною нулю, зменшуючи ймовірність рекомбінації Оже при кімнатній температури, що призводить до зменшення порогового струму цього лазера з квантовою ямою, зменшення коефіцієнта посилення ширини лінії та значного збільшення частоти релаксаційних коливань, ширини смуги модуляції та диференціального коефіцієнта підсилення.
② Легування P-типу в активній області - легування p-типу може зменшити транспорт дірок при проходженні через область SCH, що є основним обмеженням для високошвидкісних пристроїв з квантовою ямою; Допування p-типу може отримати дуже високе диференціальне підсилення та зробити розподіл носіїв у квантовій ямі більш рівномірним.
Якщо концентрація легування Zn в активній області близька до 1018 см-3, його смуга пропускання 3 дБ може досягати 25 ГГц, а легування також може збільшити частоту коливань пристрою до 30 ГГц (довжина резонатора становить 300 мкм). Крім того, сильне легування також є корисним для зменшення коефіцієнта посилення ширини лінії та подальшого покращення диференціального посилення, що є корисним для покращення характеристик модуляції пристрою.
③ Зменшити електричні паразитні параметри. Щоб зменшити електричні паразитні параметри високошвидкісних лазерів, особливо паразитну ємність, можна використовувати напівізоляційну технологію відростання Fe-InP, і площу електрода потрібно зменшити в той же час; самовирівняна вузька меза структура (SA-CM) використовується для зменшення паразитної ємності пристрою. Люди також часто використовують метод наповнення поліімідом для зменшення паразитної ємності.
④ Збільште концентрацію фотонів і диференціальне посилення всередині лазера. Збільшення концентрації фотонів у порожнині лазера може збільшити власну резонансну частоту. Використання структури DFB для негативного розстроювання довжини хвилі генерації та пікової довжини хвилі посилення (-10 нм) може збільшити диференціальне посилення, що може збільшити смугу модуляції -3 дБ.
Наведений вище аналіз факторів, що обмежують характеристики високошвидкісної модуляції напівпровідникових лазерів, і способів збільшення смуги модуляції лазерів, ці фактори та їхні статичні характеристики є взаємовпливовими, тому при проектуванні високошвидкісних лазерів інші характеристики, такі як як пороги, температурні характеристики тощо, необхідно враховувати.
Наша адреса
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Номер телефону
0086 181 5840 0345
Електронна пошта
info@brandnew-china.com
