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OptiSystem應(yīng)用：半導(dǎo)體激光器調(diào)制

當(dāng)將直接調(diào)制的激光器用于高速傳輸系統(tǒng)時(shí)，調(diào)制頻率可以不大于弛豫振蕩的頻率。弛豫振蕩取決于載流子壽命和光子壽命。這種依賴關(guān)系的近似表達(dá)式如下所示：

弛豫振蕩頻率隨激光偏置電流的增加而增加。

在本次案例中，我們通過(guò)改變調(diào)制頻率和激光偏置電流來(lái)展示高速半導(dǎo)體激光系統(tǒng)的特性。系統(tǒng)布局如圖1所示：
 

圖1.系統(tǒng)布局

 

全局參數(shù)設(shè)置如下：數(shù)值參數(shù)的討論:比特率為1.3 Gb/s，序列長(zhǎng)度為128位，因此，時(shí)間窗約為98.5 ns。每比特采樣數(shù)為512，因此采樣率為670GHz。如圖2：
 

圖2.全局參數(shù)設(shè)置

 

對(duì)于激光速率方程模型的默認(rèn)參數(shù)Ith=33.45mA,τsp = 1ns, τph =3ps，假設(shè)調(diào)制峰值電流I=40mA， IB=40mA，則根據(jù)上述方程對(duì)應(yīng)的弛豫振蕩頻率約為1.3 GHz，參數(shù)設(shè)置如下圖所示：

 

圖3.半導(dǎo)體激光器設(shè)置

 

在圖4和圖5中，將展示高于弛豫振蕩頻率的調(diào)制頻率增加對(duì)系統(tǒng)性能的影響。在圖4中，研究了比特率1.3 Gb/s和10Gb/s傳輸下系統(tǒng)的眼圖。激光速率方程的參數(shù)是如前所述的默認(rèn)參數(shù)（I=IB=40mA）。

 

a)比特率為1.3Gb/s

b)比特率為10Gb/s

圖4.增加系統(tǒng)調(diào)制頻率大于弛豫振蕩頻率

 

顯然，頻率遠(yuǎn)高于弛豫振蕩頻率的調(diào)制會(huì)導(dǎo)致不可接受的系統(tǒng)性能。

在圖5中，將展示固定比特率下偏置電流對(duì)弛豫振蕩頻率的影響，以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響。我們使用1.3 Gb/s傳輸，保持所有其他參數(shù)不變，并使用IB=20mA。

 

圖5.減少偏置電流

 

如果將圖5與圖4（比特率為1.3 Gb/s，IB=40mA）進(jìn)行比較，可以清楚地表明，偏置電流降低到閾值以下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。

在本次案例中，我們展示了高速半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的性能與調(diào)制頻率和激光偏置電流的關(guān)系。