數(shù)值探究大功率激光器大電流調(diào)制特性

1、數(shù)值探究大功率激光器大電流調(diào)制特性【摘要】本文對大功率激光器的大信號調(diào)制特性 進行了分析。由于激光的弛豫振蕩行為，會產(chǎn)生瞬態(tài)響應(yīng)。 在不同寬度的光限制層的條件下，對量子阱激光器的傳輸帶 寬進行了對比。光限制層越寬，載流子的傳輸效應(yīng)越明顯， 導(dǎo)致傳輸帶寬減小。大信號調(diào)制下，隨著調(diào)制深度的增加激 光峰值不斷變尖銳。隨著偏置信號的增大，光子密度也不斷 增大?！娟P(guān)鍵詞】量子阱激光器；大信號調(diào)制；調(diào)制深度；帶 寬1. 引言光通信系統(tǒng)中，用激光做為光源，對小信號半導(dǎo)體激光 器調(diào)制特性的研究，已經(jīng)有比較成熟的理論做基礎(chǔ)。小信號 理論主要關(guān)注的是通信帶寬和通信質(zhì)量。在小信號理論的研 究基礎(chǔ)上，已有很多對小功率

2、激光器的大信號調(diào)制特性的較 深入的研究1。半導(dǎo)體激光器在調(diào)制過程中表現(xiàn)出動態(tài)特 性，主要包括弛豫振蕩行為、自發(fā)輻射、非線性效應(yīng)、縱向 空間燒孔效應(yīng)等。大信號調(diào)制下，會產(chǎn)生嚅啾效應(yīng)，從而能 使光譜展寬，導(dǎo)致光信號質(zhì)量變差。對小功率激光器的研究，它一般是指在lmw到50mw之 間。這里我們對功率在loomw以上，波長為980nm的 ingaas/algaas量子阱f-p腔激光器在大信號調(diào)制下的不同 參數(shù)特征進行了研究和分析。2. 理論分析根據(jù)設(shè)計，用mocvd生長外延片，可以制造出脊形條寬 80um的大功率激光器，具有良好的pt曲線特性，如圖1所 示。在注入電流為1a的條件下，輸出光功率可以達到

3、431mw2o注入電流達到閾值電流后，輸出光功率會隨注入 電流增大而呈線性增加。輸出光功率與注入電流的關(guān)系可表示為：其中ith是閾值電流，hv是光子能量，是內(nèi)量子效率， e是電子電量，是鏡面反射損耗，是內(nèi)部損耗，r1和r2是 鏡面反射率。為了限制載流子和良好的光波導(dǎo)傳輸，上下波導(dǎo)層與勢 壘層組成了激光器的有源區(qū)。本文對量子阱大功率激光器相 應(yīng)的調(diào)制響應(yīng)特性進行了研究。3. 大功率ld的大信號調(diào)制特性分析3. 1調(diào)制響應(yīng)及速率載流子和光子密度速率的方程是上式中，n是載流子密度，s是光子密度，i是注入電流, g是增益，m是量子阱個數(shù)，v是單個量子阱體積，q是電子 電荷，是單個量子阱的限制因子，是群

4、速度，是光子壽命， 是載流子的復(fù)合壽命，是注入電流效率。表1是在溫度為300k時的參數(shù)，表中的l為腔長，d為 激活層厚度，w為激活區(qū)的寬度。表1方程中所用參數(shù)的取值運用四階龍格庫塔方法對速率方程數(shù)值求解，可以得到 載流子濃度和光子濃度。調(diào)制脈沖信號的頻率選為f=2ghz。 激光器加上直流電脈沖之后產(chǎn)生的激射光脈沖相對于電脈 沖的延遲。直流調(diào)制下光子密度有瞬態(tài)振蕩。量子阱激光器在大脈沖信號調(diào)制下的響應(yīng)速率如圖1所 示，如圖1的（a）和（b）,當光限制層寬度為76nm時，調(diào) 制速率要大于相同功率下sch寬度是300nm的情況。由此可 知，光限制層的寬度影響激光器的調(diào)制速率，光限制層越寬 時，在相同

5、功率的時候調(diào)制速率就越小。3.2參數(shù)分析這里對不同參數(shù)的大信號調(diào)制特性進行了比較。圖2表 示了偏置電流為lb二250ma,調(diào)制脈沖信號的頻率為f=2ghz 時，不同的調(diào)制深度m對時域光子密度的影響。從圖3的（a）、（b）、（c）比較可知，當調(diào)制深度m從 0.8到1.9變化的時候光子濃度最大值不斷增大，而且峰值 越來越尖銳。所以調(diào)制深度越大，光通信質(zhì)量會更差。圖3表示在調(diào)制深度為0. 85,調(diào)制脈沖的頻率為f=2ghz 時，隨著偏置電流的增大，光子密度的波形幅度會不斷增大。4. 小結(jié)本文研究了 980nm波長的量子阱f-p腔大功率激光器的 大信號調(diào)制響應(yīng)，對不同參數(shù)進行了比較與分析。本文對量子阱激光器在不同寬度光限制層時的傳輸帶 寬進行了對比。光限制層越寬，載流子的傳輸效應(yīng)就越明顯, 導(dǎo)致傳輸帶寬減小。分別對不同調(diào)制深度和不同偏置電流下 的光子密度進行了分析。大信號調(diào)制下，隨著調(diào)制深度m的 增加，激光峰值不斷變窄和變尖銳。當偏置電流增大時，光 子密度也不斷增大。參考文獻1l. m. zhang and john e. carroll large-signal dynamic model of the dfb laser. ieee journal of quantum electr