Ширина на линията
Имената на ширината на линията и честотната лента на лазера са много сходни, но значенията са много различни. Първо, нека да разгледаме ширината на линията. Ширината на линията е относително лесна за разбиране, което е половин пикова пълна ширина на лазерния спектър.
Честотна лента
Лазерната честотна лента не е единица дължина на спектъра. Пълното му име трябва да се нарича честотна лента на лазерната модулация.
Модулационната честотна лента на полупроводников лазер се отнася до максималната скорост на сигнала, която може да бъде изведена или заредена (за цифрови сигнали), или максималната честотна лента на изходния (или зареден) аналогов сигнал.
Следователно, ако искате да разберете честотната лента, първо трябва да разберете модулацията на лазера, режима на модулация и дефиницията. Честотната лента е ограничението, което се появява в модулацията.
Принципът на лазерната комуникация всъщност е двоичен режим, кодирана модулация на 1 и 0.
Например интензитетът на лазерната светлина при задвижване на високо ниво е голям, представляващ 1, а мощността на лазерната светлина при задвижване на ниско ниво е слаб, представлявайки 0.
Информацията може да се предава чрез бързо превключване между различни мощности.
Това бързо превключване може изкуствено да добави предварително определен сигнал и да го изведе към кривата на мощността на лазера, която ще формира "диаграма на око".
Формиране на очна диаграма
За цифровите сигнали промените на високи и ниски нива могат да имат множество комбинации от последователности. Като вземем 3 бита като пример, може да има 8 комбинации от 000-111. Във времевата област достатъчно от горните последователности се подравняват според определена референтна точка и след това вълните се наслагват, за да образуват очна диаграма. Както е показано на Фигура 1. За тестовия инструмент, часовниковият сигнал на сигнала първо се възстановява от сигнала, който ще се тества, след което очната диаграма се наслагва според часовника и накрая се показва.
За реална очна диаграма, както е показано на Фигура 2, можем първо да видим основните параметри за преобразуване на нивото на цифровата форма на вълната, като средното време на нарастване (Rise Time), време на спад (Fall Time), превишаване (Overshoot), недостиг (Undershoot), прагово ниво (Threshold/CrossingPercent).
Невъзможно е стойностите на напрежението на високите и ниските нива на сигнала да останат напълно последователни всеки път и също така е невъзможно да се гарантира, че нарастващият ръб и падащият ръб на всяко високо и ниско ниво са едновременно . Както е показано на Фигура 3, поради наслагването на множество сигнали, сигналната линия на очната диаграма става по-дебела и се получава размазване (Blur). Следователно, очната диаграма също отразява шума и трептенето на сигнала: по вертикалната ос на напрежението той се отразява като шум на напрежението (VoltageNoise); на хоризонталната времева ос, това се отразява като трептене във времевата област (Джитер).
Това е малко пресилено. Очната диаграма не е патент за лазерно предаване. Използва се в други комуникационни области.
Да се върнем към честотната лента на лазера.
Вътре в лазерния чип честотната лента трябва да бъде ограничена от времевата константа на рекомбинацията на електронните дупки.
Всъщност това е скоростта на преобразуване на електричеството в светлина. Независимо дали е бързо или не, защото инжектираният ток трябва бързо да превключва размера на напрежението според сигнала. По време на това време на превключване е необходимо електричеството да се преобразува в светлина възможно най-скоро и да се излъчи, за да не повлияе на следващия сигнал на електричеството. Електроните и дупките обаче не се рекомбинират веднага след влизането. При определено напрежение те ще изберат да работят бавно. Понякога има пряк път и те все още искат да преминат директно през зоната на рекомбинация. Дефекти, съпротивление, капацитет и т.н. в материала ще окажат влияние. Следователно има ограничение на честотната лента.
На практика има много ограничаващи фактори за честотната лента.
Ако модулационната честотна лента на лазера трябва да бъде подобрена, ключът е да се намали влиянието на електрическите паразитни фактори на лазера, особено на паразитния капацитет и транспортния процес на носители в структурата на квантовата яма.
При производството на високоскоростни лазери могат да се предприемат следните мерки за подобряване на 3dB честотната лента на устройството:
① Активната зона приема деформационна (компенсационна) структура с множество квантови кладенци - материалът на лазерната ямка с квантова ямка е подложен на двуосно напрежение на натиск в посока, успоредна на повърхността на кладенеца, и напрежение на опън в посока, перпендикулярна на повърхността на кладенеца, и енергийното ниво на тежките дупки в горната част на валентната лента се покачва и тази валентна лента е изродена, което прави вероятността за преминаване на електрони от лентата на разделяне на спин-орбитата към лентата на тежките дупки приблизително равна на нула, намалявайки вероятността за рекомбинация на Оже при стая температура, което води до намаляване на праговия ток на този лазер с квантови ямки, намаляване на коефициента на усилване на ширината на линията и значително увеличаване на честотата на релаксиращите трептения, модулационната честотна лента и диференциалния коефициент на усилване.
② P-тип допинг в активната област - p-тип допинг може да намали транспорта на дупки при преминаване през SCH региона, което е основното ограничение за високоскоростни устройства с квантови кладенци; p-тип допинг може да получи много високо диференциално усилване и да направи разпределението на носителите в квантовата яма по-равномерно.
Ако концентрацията на Zn допинг в активната област е близо до 1018 cm-3, неговата честотна лента от 3dB може да достигне 25GHz, а допингът може също така да увеличи честотата на трептене на устройството до 30GHz (дължината на кухината е 300μm). В допълнение, тежкият допинг също е от полза за намаляване на коефициента на усилване на ширината на линията и допълнително подобряване на диференциалното усилване, което е от полза за подобряване на модулационните характеристики на устройството.
③ Намалете електрическите паразитни параметри - За да се намалят електрическите паразитни параметри на високоскоростните лазери, особено паразитния капацитет, може да се използва полуизолираща Fe-InP технология за повторно израстване, като площта на електрода трябва да бъде намалена в същото време; самоподравняваща се тясна меза структура (SA-CM) се използва за намаляване на паразитния капацитет на устройството. Хората също често използват метода на пълнене на полиимид, за да намалят паразитния капацитет.
④ Увеличете концентрацията на фотони и диференциалното усилване вътре в лазера - Увеличаването на концентрацията на фотони в кухината на лазера може да увеличи собствената резонансна честота. Използването на DFB структурата, за да се направи дължината на вълната на генерация и пиковата дължина на вълната на усилването отрицателно денастроени (-10nm), може да увеличи диференциалното усилване, което може да увеличи -3dB модулационната честотна лента.
Горният анализ на факторите, които ограничават високоскоростните модулационни характеристики на полупроводниковите лазери и начините за увеличаване на модулационната честотна лента на лазерите, тези фактори и техните статични характеристики са взаимно влиятелни, така че при проектирането на високоскоростни лазери, други характеристики, като като прагове, температурни характеристики и т.н., трябва да се вземат предвид.
Нашият адрес
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Телефонен номер
0086 181 5840 0345
Имейл
info@brandnew-china.com
