4.2.3 Шумы модуляции лазера

Шумы, возникающие при модуляции тока накачки лазера, подразделяются:

• шумы, обусловленные спонтанным излучением;

• шумы, обусловленные изменением температуры и тока (дробовый шум);

• шумы, обусловленные отраженным излучением от стыка с оптическим волокном;

• шумы перескока моды;

• шумы частотной модуляции.

Шумы спонтанного излучения присутствуют во всех без исключения полупроводниковых лазерах. Они обусловлены флуктуациями коэффициента усиления в активном слое из-за флуктуаций спонтанного излучения. При этом максимум шума может быть распределен в частотном интервале от 1 ГГц до 100 ГГц.

Шумы изменения температуры и тока накачки – обусловлены изменением смещения из-за изменения температуры и модулирующих составляющих тока накачки. Сказывается влияние частот ниже 10 МГц.

Шумы отражения оптического сигнала от стыка с поверхностью световода связаны с возвратом отраженного света, который имеет произвольную фазу. При этом изменяются условия генерации, которые приводят к изменению резонансной длины волны, числа генерируемых мод, изменению формы ватт-амперной характеристики и т.д. Для борьбы с шумами отражения используются оптические изоляторы [6, 10].

Шумы перескока моды возникают из-за малого спектрального расстояния между модами. При ширине спектра моды около 1-2 нм расстояние между модами составляет около 0,8 нм. По этой причине и недостаточно высокой добротности резонатора в процессе модуляции возникают возможности генерации лазера на соседних модах. Перескок моды приводит к значительным колебаниям мощности излучения лазера. Для устранения шумов перескока применяется режим с высоким смещением (около или выше порогового тока). Лазеры типа РОС благодаря регулировке не имеют перескока мод.

Шумы частотной модуляции сходны по природе с шумами мод, обусловленными флуктуациями спонтанного излучения, колебаниями температуры, электрического тока, обратным светом, перескоком моды. Эффективным средством борьбы с шумом модуляции лазера считается отрицательная обратная связь с широкой полосой частот.

 

4.2.4 Схемотехнические решения для прямой модуляции излучения сид и ппл

Простейшая схема (рисунок 4.12) применяется для модуляции СИД. Схема требует больших токов включения источника сигнала. В схеме могут возникать большие искажения информационного сигнала. В схеме сложно выполнить предварительное смещение.

Рисунок 4.12 Простейшая схема модулятора

Схема модулятора с логическим затвором и предварительным смещением (рисунок 4.13) позволяет обеспечить высокие скорости передачи сигналов с двумя уровнями передачи.

Транзистор VT1 с резистором R образуют логический затвор, который управляется информационным сигналом.

Рисунок 4.13 Схема модулятора с логическим затвором

Стабилизирующая схема модулятора с обратной связью позволяет обеспечить высокую линейность модуляции, что чрезвычайно необходимо для сигналов, чувствительных к нелинейным искажениям (рисунок 4.14). Схема стабилизирует излучение ППЛ.

Рисунок 4.14 Стабилизирующая схема модуляции с обратной связью

Небольшая часть выходной мощности захватывается местным фотодиодом (ФД), совмещенным с ППЛ, преобразуется в фототок, ток усиливается и сравнивается с током информационного сигнала. Отклонение мощности излучения компенсируется изменением тока накачки.

Рассмотренные схемы модуляторов могут входить в состав передающих оптических модулей, которые представлены двумя видами [28, 68]: светодиодными или лазерными модулями и интегрированными передающими модулями.