第三次课(半导体激光二极管和激光器组件)课件.ppt

下图示出了1ns单个脉冲持续周期内的模式脉动现象。 脉冲持续期内的动态谱特性 4、波长调谐特性 在波分复用及相干光纤传输系统中，光源常常需要调谐。下面介绍几种调谐方法。 热调谐：是利用不同温度下谐振腔尺寸的变化，引起谐振频率的变化，调谐灵敏度为10－20GHz/oC。 外腔机械调谐：是将作为增益媒质的LD芯片，置于一外腔中，改变外腔尺寸而实现波长调谐。 外腔结构有光栅、光纤或自聚焦透镜等，如下图： 光栅外腔可调谐半导体激光器 LD芯片的一个端面增透镀覆，从该端面出来的光由一个透镜准直后与光栅形成外腔，激射频率由旋转光栅来粗调，轴向移动光栅来细调。 当外腔长为25cm时，这种结构在1.55μm波长上获得了40nm的调谐。 同时，外腔也使输出线宽大大压缩，达到5kHz左右。 激光二极管驱动电路 与LED相比，LD的驱动要复杂得多。尤其在高速调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形式和工艺、激光器的控制等都对调制性能至关重要。 偏置电流的选择直接影响LD的高速调制特性。选择直流预偏置电流时应考虑： （1）增大直流预偏置电流(Ib)使其逼近阈值，可以减小电光延迟时间，抑制张驰振荡；(Ib =(0.85－0.9)Ith ) （2）当激光器偏置在阈值附近时，较小的调制脉冲电流就能得到足够的输出光脉冲，这样可以大大减小码型效应； （3）加大直流偏置电流，使激光器在发“0”和发“1”时的光功率之比（即消光比）增大，从而影响接收机的灵敏度。 因此，偏置电流的选择要兼顾电光延迟、张驰振荡、码型效应以及消光比等各种因素。 LD无偏置(a)及有偏置(b)时脉冲瞬态波形及光谱 在使用中，LD结温的变化及老化都会使Ith增大，微分外量子效率下降，两者会使输出光脉冲幅度产生变化,如下图。 LD阈值电流(a)及微分外量子效率(b)变化时的光输出 自动温度控制（ATC） 随着温度的变化，半导体光源的特性会发生变化。特别是对于LD，随着温度的升高，阈值电流增加，发光功率降低，发射波长向长波长移动等。 温度控制由微型制冷器、热敏元件及控制电路组成，如下图所示。热敏元件监测激光器的结温，与设定的基准温度比较，根据温度差异的情况，驱动制冷器的控制电路改变制冷效果，从而使激光器在恒定的温度下工作。 自动温度控制方框图 自动功率控制（APC） 半导体激光器的输出功率不仅与温度的变化有关，而且与器件的老化有关。随着器件的老化，LD的阈值上升，输出光功率下降。为了进一步稳定输出光功率，除了采取温度控制措施外，一般还采取自动功率控制。 如下图，从LD背向输出的光功率，经PD检测器检测，运算放大器A1放大后送到比较器A3的反相输入端。同时，输入信号参考电压和直流参考电压经A2比较放大后，送到A3的同相输入端。A3和V3组成直流恒流源以调节LD的偏流，使输出光功率稳定。 自动功率控制的电路原理图 光源的保护和告警 光源的保护是指保护光源不要因为外界因素而受到损害。由于光源特别是LD是易损器件，要求温度、电流必须在一定的范围内才能正常工作，否则会降低器件寿命甚至损坏器件，因此必须采取保护措施。光源的保护包括两个方面：温度和电流。上面介绍的自动温度控制实际上也是温度保护。 电流保护包括电流接通时的保护，工作过程中的过流保护以及反向冲击电流保护等。 a、电流接通时的保护 电流接通时的保护是为了防止在系统开机接通电源瞬间，由于电路因素引起的冲击电流可能对LD造成的损坏。实际系统中LD的驱动部分与其它电路是共用一个电源，因此光源的偏置电流必须缓慢增加，以起到保护作用。 b、工作过程中的过流保护 工作过程中的过流保护的方法很多，基本思想是利用反馈控制使通过光源的电流不超过某一限定值，从而起到保护的作用。 c、反向冲击电流保护 为防止光源受到反向冲击电流或电压的破坏，一般在光源上并联一个肖特基二极管。这样当反向冲击电流或电压出现时，肖特基二极管迅速导通，就可以实现对光源的保护。 完整的光发射机除了上述各种控制、保护之外，还应包括告警电路，在系统出现故障或工作不正常时及时发送告警信号，提醒设备维护人员及时进行相应的处理。一般包括无光告警、寿命告警、温度告警等 光源与光纤的耦合 在光发射机中，光源发出的光信号要送入光纤中去，这就涉及到光源与光纤的耦