Лазерного диода

2 - светодиода

Ток накачки

Мощность излучения светодиода или лазерного диода , вводимая в волокно, измеряется в мВт или дБм. Мощности, измеренной в мВт, будет соответствовать мощность =10lg (дБм). Использование единицы измерения дБм упрощает расчет энергетического бюджета волоконно-оптической линии.

В магистральных ВОСП используются два окна 1,3 и 1,55 мкм. Поскольку наименьшее затухание в волокне достигается в окне 1,55 мкм, на сверхпротяженных регенерационных участках (порядка 100 км) эффективней использовать оптические передатчики именно с этой длиной волны. Однако, если на магистральной ВОСП в состав ВОК входят только ступенчатые одномодовые волокна без смещенной дисперсии с минимумом хроматической дисперсии в окрестности 1,3 мкм, то величина их хроматической дисперсии на длине волны 1,55 мкм составляет 17 пс/нм.км. А поскольку полоса пропускания обратно пропорциональна ширине спектра излучения, то увеличить полосу пропускания можно только уменьшая ширину спектра излучения лазера. Так при ширине спектра Δλ=4 нм полоса пропускания на 100 км составит 63 МГц, а при Δλ= 0,2 нм соответственно 1260 МГц. Поэтому для того, чтобы оптические передатчики на длине волны 1,55 мкм могли использоваться не только на протяженных линиях с одномодовым волокном со смещенной дисперсией (DSF), но и с обычным ступенчатым волокном (SMF), ширину спектра излучения необходимо делать как можно меньше.

Наибольшее распространение получили четыре типа лазерных диодов: с резонатором Фабри – Перо, с распределенной обратной связью, с распределенным брэгговским отражением и с внешним резонатором.

Лазерные диоды с резонатором Фабри – Перо (FP лазеры). В таком лазерном диоде резонатор образуется торцевыми поверхностями, окружающими с обеих сторон гетеропереход. Одна из поверхностей отражает свет с коэффициентом отражения, близким к 100%, другая является полупрозрачной, обеспечивая, таким образом, выход излучения наружу.

Спектр излучения промышленного лазерного диода с использованием резонатора Фабри – Перо показан на рис.1.11 б. Как видно, наряду с главным пиком, в котором сосредоточена основная мощность излучения, существуют побочные максимумы. Их появление связано с условиями образования стоячих волн. Для усиления света определенной длины волны необходимо выполнение двух условий. Первое, длина волны должна удовлетворять соотношению 2D=Nλ, где D – диаметр резонатора Фабри – Перо, а N – некоторое целое число. Второе, длина волны должна попадать в диапазон, в пределах которого свет может усиливаться индуцированным излученимем. Если это диапазон достаточно мал, то имеет место одномодовый режим с шириной спектра меньше 1 нм. В противном случае в область могут попасть два или более соседних максимумов, что соответствует многомодовому режиму с шириной спектра от одного до нескольких нм. FP лазер имеет далеко не самые высокие технические характеристики, но, когда не требуется очень высокая скорость передачи, он, вследствие более простой конструкции, наилучшим образом подходит с точки зрения цена – эффективность.

Лазерные диоды с распределенной обратной связью (DFB лазер) и с распределенным брэгговским отражением (DBR лазер). Резонаторы у этих двух довольно схожих типов представляют собой модификацию плоского резонатора Фабри – Перо, в которой добавлена периодическая пространственная модуляционная структура. В DFB лазерах периодическая структура совмещена с активной областью (рис.1.14 а), а в DBR лазерах периодическая структура вынесена за пределы активной области (рис.1.14 б). Периодическая структура влияет на условия распространения и тем самым на характеристики излучения. Так, преимуществами DFB и DBR лазеров по сравнению с FP лазером являются: уменьшение зависимости длины волны излучения лазера от тока ижекции и температуры, высокая стабильность одномодовости и практически 100% глубина модуляции. Температурный коэффициент Δ/ΔТ для FP лазера порядка 0,5-1 нм/ С, в то время как для DFB лазера порядка 0,07-0,09 нм/ С. Основным недостатком DFB и DBR лазеров является сложная технология изготовления и, как следствие, более высокая цена.

периодическая структура

ограничивает излучение

до одной длины волны

а) выходной луч

ток инжекции

б)

активный слой

антиотражающее покрытие

отражающая

дифракционная линза

решетка

в)

резонатор

длину волны излучения, причем диапазон настройки достигает 30 нм. В силу этого, ЕС лазеры используются в аппаратуре спектрального уплотнения и измерительных приборах. По характеристикам они схожи с DFB и DBR лазерами.

К другим важным характеристикам источников излучения относятся быстродействие источника излучения, деградация Рис.1.14. Три основных типа лазерных диодов с узкой шириной спектральной линии:

а) лазер с распределенной обратной связью, DFB лазер;

б) лазер с распределенным брэгговским отражением, DBR лазер;