数值探究大功率激光器大电流调制特性

1、数值探究大功率激光器大电流调制特性【摘要】本文对大功率激光器的大信号调制特性 进行了分析。由于激光的弛豫振荡行为，会产生瞬态响应。 在不同宽度的光限制层的条件下，对量子阱激光器的传输带 宽进行了对比。光限制层越宽，载流子的传输效应越明显， 导致传输带宽减小。大信号调制下，随着调制深度的增加激 光峰值不断变尖锐。随着偏置信号的增大，光子密度也不断 增大。【关键词】量子阱激光器；大信号调制；调制深度；带 宽1. 引言光通信系统中，用激光做为光源，对小信号半导体激光 器调制特性的研究，已经有比较成熟的理论做基础。小信号 理论主要关注的是通信带宽和通信质量。在小信号理论的研 究基础上，已有很多对小功率

2、激光器的大信号调制特性的较 深入的研究1。半导体激光器在调制过程中表现出动态特 性，主要包括弛豫振荡行为、自发辐射、非线性效应、纵向 空间烧孔效应等。大信号调制下，会产生嚅啾效应，从而能 使光谱展宽，导致光信号质量变差。对小功率激光器的研究，它一般是指在lmw到50mw之 间。这里我们对功率在loomw以上，波长为980nm的 ingaas/algaas量子阱f-p腔激光器在大信号调制下的不同 参数特征进行了研究和分析。2. 理论分析根据设计，用mocvd生长外延片，可以制造出脊形条宽 80um的大功率激光器，具有良好的pt曲线特性，如图1所 示。在注入电流为1a的条件下，输出光功率可以达到

3、431mw2o注入电流达到阈值电流后，输出光功率会随注入 电流增大而呈线性增加。输出光功率与注入电流的关系可表示为：其中ith是阈值电流，hv是光子能量，是内量子效率， e是电子电量，是镜面反射损耗，是内部损耗，r1和r2是 镜面反射率。为了限制载流子和良好的光波导传输，上下波导层与势 垒层组成了激光器的有源区。本文对量子阱大功率激光器相 应的调制响应特性进行了研究。3. 大功率ld的大信号调制特性分析3. 1调制响应及速率载流子和光子密度速率的方程是上式中，n是载流子密度，s是光子密度，i是注入电流, g是增益，m是量子阱个数，v是单个量子阱体积，q是电子 电荷，是单个量子阱的限制因子，是群

4、速度，是光子寿命， 是载流子的复合寿命，是注入电流效率。表1是在温度为300k时的参数，表中的l为腔长，d为 激活层厚度，w为激活区的宽度。表1方程中所用参数的取值运用四阶龙格库塔方法对速率方程数值求解，可以得到 载流子浓度和光子浓度。调制脉冲信号的频率选为f=2ghz。 激光器加上直流电脉冲之后产生的激射光脉冲相对于电脉 冲的延迟。直流调制下光子密度有瞬态振荡。量子阱激光器在大脉冲信号调制下的响应速率如图1所 示，如图1的（a）和（b）,当光限制层宽度为76nm时，调 制速率要大于相同功率下sch宽度是300nm的情况。由此可 知，光限制层的宽度影响激光器的调制速率，光限制层越宽 时，在相同

5、功率的时候调制速率就越小。3.2参数分析这里对不同参数的大信号调制特性进行了比较。图2表 示了偏置电流为lb二250ma,调制脉冲信号的频率为f=2ghz 时，不同的调制深度m对时域光子密度的影响。从图3的（a）、（b）、（c）比较可知，当调制深度m从 0.8到1.9变化的时候光子浓度最大值不断增大，而且峰值 越来越尖锐。所以调制深度越大，光通信质量会更差。图3表示在调制深度为0. 85,调制脉冲的频率为f=2ghz 时，随着偏置电流的增大，光子密度的波形幅度会不断增大。4. 小结本文研究了 980nm波长的量子阱f-p腔大功率激光器的 大信号调制响应，对不同参数进行了比较与分析。本文对量子阱激光器在不同宽度光限制层时的传输带 宽进行了对比。光限制层越宽，载流子的传输效应就越明显, 导致传输带宽减小。分别对不同调制深度和不同偏置电流下 的光子密度进行了分析。大信号调制下，随着调制深度m的 增加，激光峰值不断变窄和变尖锐。当偏置电流增大时，光 子密度也不断增大。参考文献1l. m. zhang and john e. carroll large-signal dynamic model of the dfb laser. ieee journal of quantum electr