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1、激光器及光发射机光纤通信技术第四章王建萍 jpwang jpwang tsinghua tsinghua.edu cn信息光电子研究所信息光电子研究所清华大学电子工程系清华大学电子工程系光源调制器 调制器驱动电路 驱动电路放大器光电二极管判决器光纤 光纤光纤 光纤中继器 中继器光发射机光发射机将电信号转变为光信号将电信号转变为光信号第四章 激光器及光发射机4.1 4.1 半导体激光器半导体激光器 4.1.1 4.1.1 法布里 法布里-珀罗型激光器 珀罗型激光器F-P LD F-P LD 4.1.2 4.1.2 分布反馈激光器 分布反馈激光器DFB LD DFB LD 4.1.3 4.1.3
2、分布 分布Bragg Bragg 反射型激光器 反射型激光器DBR LD DBR LD 4.1.4 4.1.4 量子阱激光器 量子阱激光器QW LD QW LD 4.1.5 4.1.5 垂直腔面发射激光器 垂直腔面发射激光器VCSEL VCSEL4.2 4.2 半导体激光器的工作特性半导体激光器的工作特性4.3 4.3 光发射机光发射机4.1 半导体激光器LDn n 激光器被视为20 世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一，特别是半导体激光器LD 倍受重视。n n 光纤通信中最常用的光源是半导体激光器LD 和发光二极管LED。n n 主要差别：n n发光二极管输出非相干光；发光二极管输出非相
3、干光；n n半导体激光器输出相干光。半导体激光器输出相干光。发光二极管LEDn n 对于光纤通信系统，如果使用多模光纤且信息比特率在100 200Mb/s以下，同时只要求几十微瓦的输入光功率，那么LED 是可选用的最佳光源。n n 比起半导体激光器，因为LED 不需要热稳定和光稳定电路，所以LED 的驱动电路相对简单，另外其制作成本低、产量高。n n LED 的主要工作原理对应光的自发发射过程，因而是一种非相干光源。n n LED 发射光的谱线较宽、方向性较差，本身的响应速度又较慢，所以只适用于速率较低的通信系统。n n 在高速、大容量的光纤通信系统中主要采用半导体激光器作光源。发光二极管LE
4、D半导体激光器LDn n半导体激光器的优点半导体激光器的优点：尺寸小，耦合效率高，：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。直接调制，相干性好。n n按结构分类按结构分类：F-P LDF-P LD、DFB LD DFB LD、DBR DBR LDLD、QW LD QW LD、VCSEL VCSELn n按波导机制分类按波导机制分类：增益导引：增益导引LDLD和折射率导引和折射率导引LDLDn n按性能分类按性能分类：低阈值：低阈值LDLD、超高速超高速LDLD、动态单动态单模模LDLD、大功率大功率LDLD4.1.
5、1 法布里-珀罗型激光器F-P LDn nF-P LDF-P LD是最常见最普通的是最常见最普通的LD.LD.n n由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成，由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成，谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质结（结（DHDH）LDLD。n n激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。F-P LD 基本工作原理n n 实现F-P LD激射工作的四个基本条件：n n要有能实现电子和光场相互作用的工作物质要有能实现电子和光场相互作用的工作物质n n要有注入能量的泵浦源（光泵或者电
6、泵浦）要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦）n n要有一个要有一个F-PF-P谐振腔谐振腔n n要满足振荡条件要满足振荡条件1.光的自发发射、受激吸收和受激发射n n工作物质和泵浦源工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收是实现光的自发发射、受激吸收和受激发射的最基本条件。和受激发射的最基本条件。n n自发发射自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射一列一列频率为一列一列频率为=(EE2 2-E-E11)/h)/h的光波，但各列光波的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，沿所有可能
7、的方向传播。各光子沿所有可能的方向传播。各光子彼此无关。彼此无关。n n受激发射受激发射：处于高能级：处于高能级EE22的粒子受到光子能量为的粒子受到光子能量为的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射出与入射光出与入射光一模一样一模一样的光子，并跃迁到低能级的光子，并跃迁到低能级EE11上。上。有有相同的偏振方向和传播方向相同的偏振方向和传播方向。双能级原子系统的三种跃迁h h E E2 2E E1 1自发发射跃迁 自发发射跃迁E E2 2E E1 1受激吸收跃迁 受激吸收跃迁h h h h E E2 2E E1 1受激发射跃迁 受激发射跃迁h
8、h h h 受激发射的光子 受激发射的光子与原光子具有相 与原光子具有相同的波长、相位 同的波长、相位和传播方向 和传播方向自发发射和受激发射的特点n n自发发射的同时总伴有受激发射发生。自发发射的同时总伴有受激发射发生。n n在热平衡情况下，自发发射占绝对优势。在热平衡情况下，自发发射占绝对优势。n n当外界给系统提供能量时，如采用光照（即光泵）当外界给系统提供能量时，如采用光照（即光泵）或电流注入（即电泵），打破热平衡状态，大量或电流注入（即电泵），打破热平衡状态，大量粒子处于高能级，即粒子处于高能级，即粒子数反转粒子数反转后，在发光束方后，在发光束方向上的受激发射比自发发射的强度大几个数
9、量级。向上的受激发射比自发发射的强度大几个数量级。n n总结激光发射的首要条件：总结激光发射的首要条件：n n 工作物质 工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs GaAs 和 和InGaAsP InGaAsP）n n 外界供给能量 外界供给能量 满足 满足 粒子数反转 粒子数反转（常采用电流注入法）（常采用电流注入法）2.F-P 谐振腔n n只有增益介质而无光学只有增益介质而无光学反馈装置，便不能形成激光反馈装置，便不能形成激光n n将已实现粒子数反转分布将已实现粒子数反转分布的系统置于严格平行的一对的系统置于严格平行的一对反射镜之间便形成反射镜之间便
10、形成F-PF-P谐振腔。谐振腔。光在两个反射镜之间往返多光在两个反射镜之间往返多次过程中，得到放大。次过程中，得到放大。3.振荡条件n n当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成激光（相干光）。激光（相干光）。n n振幅条件振幅条件n n相位条件：相位条件：n-n-有源层折射率；有源层折射率；L-L-腔长 腔长m-m-任意整数；任意整数；-波长 波长满足相位条件的频率有无限多个，满足相
11、位条件的频率有无限多个，只有那些在谱线中心附近的频率 只有那些在谱线中心附近的频率才能满足振荡条件，所以激光器 才能满足振荡条件，所以激光器的振荡频率只能取有限个分立值。的振荡频率只能取有限个分立值。Modes produced in a Typical Modes produced in a Typical Fabry Fabry-Perot Laser-Perot LaserSpectral width and Spectral width and Linewidth Linewidth at FWHM(Full Width Half Maximum)at FWHM(Full Width
12、Half Maximum)Output spectrum changes as power is applied Output spectrum changes as power is appliedTypical mode hopping behavior Typical mode hopping behaviorF-P LD F-P LD 在高速调制下，或在温度和注入电流变化时，不再维 在高速调制下，或在温度和注入电流变化时，不再维持原激射模式，而会出现模式跳跃和谱线展宽，这对高速应用 持原激射模式，而会出现模式跳跃和谱线展宽，这对高速应用很不利。为了维持单模，减小光谱展宽，需研究动态单模
13、激光 很不利。为了维持单模，减小光谱展宽，需研究动态单模激光器 器 DFB LD DFB LD 及 及DBR LD DBR LD（光纤通信最有前途的实用化器件）光纤通信最有前途的实用化器件）F P LD 的结构很难将光 很难将光导引到光 导引到光纤 纤增益导引半导体激光 增益导引半导体激光器：沿激光长度方向 器：沿激光长度方向放置一个窄的条形电 放置一个窄的条形电极，将注入电流限制 极，将注入电流限制在一个窄条里。在一个窄条里。缺点：光功率增 缺点：光功率增大时，光斑尺寸 大时，光斑尺寸不稳定，模式稳 不稳定，模式稳定性亦不高。定性亦不高。折射率导引半导体激 折射率导引半导体激光器，引入折射率
14、差。光器，引入折射率差。结构简单，制造工艺 结构简单，制造工艺不太复杂，辐射光空 不太复杂，辐射光空间分布稳定性高，被 间分布稳定性高，被大多数光波系统使用。大多数光波系统使用。4.1.2 分布反馈激光器DFB LDn nDFB LDDFB LD同同F-P LDF-P LD的主要区别：的主要区别：DFB LDDFB LD没有集没有集总的谐振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波总的谐振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波导上的导上的BraggBragg光栅提供的。光栅提供的。n n分布式反馈分布式反馈 非常好的单色性和方向性非常好的单色性和方向性DFB LD 基本工作原理n n在有源区介质表面上使用
15、全息光刻法做成周期性在有源区介质表面上使用全息光刻法做成周期性的波纹形状的波纹形状。n n用泵浦（光泵浦或电泵浦）激发，造成足够的粒用泵浦（光泵浦或电泵浦）激发，造成足够的粒子数反转，子数反转，具备增益条件具备增益条件n n只有波长满足只有波长满足“BraggBragg反射条件反射条件”的光波才能在介的光波才能在介质中来回反射，得到不断的加强和增长。质中来回反射，得到不断的加强和增长。DFB LD 已成为中长距离光纤通信应用的主要激光器4.1.3 分布Bragg 反射型激光器DBR LDn n DBR LD DBR LD 的周期性沟槽不在有源波导表面上，而是在有源 的周期性沟槽不在有源波导表面
16、上，而是在有源层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充 层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充当 当Bragg Bragg 反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源 反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源周期波导的 周期波导的Bragg Bragg 发射，只有在 发射，只有在Bragg Bragg 频率附近的光波才 频率附近的光波才能满足振荡条件，从而发射出激光。能满足振荡条件，从而发射出激光。GaAs GaAs/AlGaAs AlGaAs DBR DBR 激光二极管 激光二极管4.1.4 量子阱激光器QW LD特点：特点：低阈值电流 低阈值电流 高输出功率 高输出
17、功率 窄线宽 窄线宽 频率啁啾改善 频率啁啾改善 调制速率高 调制速率高 有源区厚度薄有源区厚度薄110110nmnm（FPFP腔腔100200100200nmnm）周期结构，将窄带隙的很薄的有源区夹在宽带隙周期结构，将窄带隙的很薄的有源区夹在宽带隙的半导体材料之间，形成势能阱的半导体材料之间，形成势能阱 多个势能阱多个势能阱-多量子阱（多量子阱（MQWMQW），），单个势能阱单个势能阱-单量子阱（单量子阱（SQWSQW）4.1.5 垂直腔面发射激光器VCSELn nVertical Cavity Surface Emitting LaserVertical Cavity Surface Em
18、itting Lasern n垂直于衬底方向出光的面发射激光器垂直于衬底方向出光的面发射激光器n n优点：优点：n n 发光效率高 发光效率高(850(850nm nm 的 的VCSEL VCSEL，10mA 10mA 驱动 驱动1.5 1.5mW mW 输出光功率 输出光功率)n n 工作阈值极低 工作阈值极低（工作电流（工作电流515 515mA mA，简化了驱动电路的设计）简化了驱动电路的设计）n n 可单纵模也可多纵模工作 可单纵模也可多纵模工作（应用于以多模光纤为传输媒介底（应用于以多模光纤为传输媒介底 局域网中或 局域网中或VSR VSR）n n 调制速率高 调制速率高n n 寿命
19、长（寿命长（Honeywell Honeywell 进行了可靠性实验）进行了可靠性实验）n n 价格低、产量高 价格低、产量高n n可任意配置高密度二维激光阵列。可任意配置高密度二维激光阵列。二维激光器阵列二维激光器阵列第四章 激光器及光发射机4.1 4.1 半导体激光器半导体激光器 4.1.1 4.1.1 法布里 法布里-珀罗型激光器 珀罗型激光器F-P LD F-P LD 4.1.2 4.1.2 分布反馈激光器 分布反馈激光器DFB LD DFB LD 4.1.3 4.1.3 分布 分布Bragg Bragg 反射型激光器 反射型激光器DBR LD DBR LD 4.1.4 4.1.4 量
20、子阱激光器 量子阱激光器QW LD QW LD 4.1.5 4.1.5 垂直腔面发射激光器 垂直腔面发射激光器VCSEL VCSEL4.2 4.2 半导体激光器的工作特性半导体激光器的工作特性4.3 4.3 光发射机光发射机4.2 半导体激光器的工作特性n n 激光器件的绝对最大额定值：n n光输出功率光输出功率（PPoo和和PPff）：）：从一个未损伤器件可从一个未损伤器件可辐射出的最大连续光输出功率。辐射出的最大连续光输出功率。PPoo是从器件端是从器件端面输出的光功率，面输出的光功率，PPff是从带有尾纤器件输出的是从带有尾纤器件输出的光功率。光功率。n n正向电流正向电流（IIFF）：
21、）：可以施加到器件上且不产生可以施加到器件上且不产生器件损伤的最大连续正向电流。器件损伤的最大连续正向电流。n n反向电压反向电压（VVRR）：）：可以施加到器件上且不产生可以施加到器件上且不产生器件损伤的最大方向电压。器件损伤的最大方向电压。一、半导体激光器的P I 特性典型的P I 曲线P P I I 曲线：曲线：激光二极管的 激光二极管的总发射光功率 总发射光功率P P 与注入电流 与注入电流I I 的关系曲线。的关系曲线。随注入电流增加，激光二极 随注入电流增加，激光二极管首先是渐渐地增加自发发 管首先是渐渐地增加自发发射，直至开始发射受激发射。射，直至开始发射受激发射。1.1.阈值电
22、流 阈值电流I Ith th：开始发射受激 开始发射受激发射的电流值。发射的电流值。阈值电流与腔 阈值电流与腔的损耗、尺寸、有源区材料和 的损耗、尺寸、有源区材料和厚度等因素有关。厚度等因素有关。I I II Ith th，受激辐射，发出的是相干光 受激辐射，发出的是相干光 表示激光器件把注入的电子空穴对（注入电表示激光器件把注入的电子空穴对（注入电荷）转换成从器件发射的光子（输出光）的效率。荷）转换成从器件发射的光子（输出光）的效率。是一个以百分数（）度量的性能系数。是一个以百分数（）度量的性能系数。n n 一个把 一个把100 100 注入电流转换成输出光的理想假设器件 注入电流转换成输出
23、光的理想假设器件(即器 即器件没有以热形式消耗 件没有以热形式消耗)，在理论上应具有，在理论上应具有100 100 的 的 e e。n nee可从可从P-IP-I特性的斜率（阈值以上）特性的斜率（阈值以上）dPdP/dIdI求得：求得：（对（对GaALAs GaALAs 材料）材料）2.2.外微分量子效率外微分量子效率ee：n n 内量子效率 内量子效率 i i是衡量激光二极管把电子空穴对（注入电 是衡量激光二极管把电子空穴对（注入电流）转换成光子能力的一个参数。流）转换成光子能力的一个参数。n n 与 与 e e不同的的是，不同的的是，i i与激光二极管的几何尺寸无关，是评 与激光二极管的几
24、何尺寸无关，是评价激光二极管半导体晶片质量的主要参数。价激光二极管半导体晶片质量的主要参数。n n i i和 和 e e既又关系又有差别。既又关系又有差别。i i是 是 激光二极管把电子空穴 激光二极管把电子空穴对（注入电流）转换成光子（光）效率的直接表示，但要 对（注入电流）转换成光子（光）效率的直接表示，但要注意，并非所有光子都出射成为输出光，有些光子由于各 注意，并非所有光子都出射成为输出光，有些光子由于各种内部损耗而被重新吸收。种内部损耗而被重新吸收。e e是激光二极管把电子空穴 是激光二极管把电子空穴对（注入电流）转换成输出光的效率象征。对（注入电流）转换成输出光的效率象征。e e总
25、是比 总是比 i i小 小。内量子效率内量子效率ii=有源区内每秒钟产生的光子数 有源区内每秒钟产生的光子数有源区内每秒钟注入的电子 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数 空穴对数3.3.内量子效率内量子效率ii：n n T T0 0-LD-LD 的特征温度，与器件的材料、结构等有关。的特征温度，与器件的材料、结构等有关。T T0 0代 代表 表I Ith th对温度的灵敏度，也可解释为激光二极管的热稳定 对温度的灵敏度，也可解释为激光二极管的热稳定性。较高的 性。较高的T T0 0意味着当温度快速增加时，激光二极管 意味着当温度快速增加时，激光二极管I Ith th增加不大。增加不大。对于 对
26、于GaAs GaAs/GaALAs GaALAs LD T LD T0 0=100150K=100150K；InGaAsP InGaAsP/InP InP-LD-LD T T0 0=4070K=4070K。不同温度下的 不同温度下的P P I I 曲线 曲线 4.温度特性：温度升高时性能下降，阈值电 温度升高时性能下降，阈值电流随温度按指数增长。流随温度按指数增长。LD LD的模式特性首先取决于光腔的三个线度（横向、的模式特性首先取决于光腔的三个线度（横向、侧向、纵向的尺寸）及介质特性。通常腔内能存在许侧向、纵向的尺寸）及介质特性。通常腔内能存在许多模式，但只有获得净增益（满足阈值条件）的那些
27、多模式，但只有获得净增益（满足阈值条件）的那些模式才能被激励，它的频率才会出现在输出光中。在模式才能被激励，它的频率才会出现在输出光中。在实际应用中，实际应用中，模式的稳定性和线宽模式的稳定性和线宽是对系统性能影响是对系统性能影响较大的两个参量。较大的两个参量。LD LD工作在基横模时，相干性最好，因此要求工作在基横模时，相干性最好，因此要求LDLD在在设计和结构上设计和结构上保证基横模工作保证基横模工作。根据基横模的条件通。根据基横模的条件通过对光载流子的横向以及垂直向限制、减小有源区宽过对光载流子的横向以及垂直向限制、减小有源区宽度和厚度等措施可以实现度和厚度等措施可以实现LDLD的基横模
28、工作。的基横模工作。(详见详见激光原理激光原理)二、半导体激光器的模式特性11、激光器纵模的概念：激光器纵模的概念：激光器的纵模反映激光器的光谱性质。对于半激光器的纵模反映激光器的光谱性质。对于半导体激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导体激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光导带和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于器的注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能损耗，自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振腔里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数在谐振腔
29、里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数反转分布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光反转分布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或却受到抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或几个模式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。几个模式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。I=67mA I=67mAP=1.2mW P=1.2mWI=75mA I=75mAP=2.5mW P=2.5mWI=100mA I=100mAP=10mW P=10mWI=95mA I=95mAP=6mW P=6mWI=80mA I=80mAP=4mW P=4mW随着电流增加，主模的增益增加，而边模的增
30、益减小，纵模数 随着电流增加，主模的增益增加，而边模的增益减小，纵模数减少，一个模式开始占优势，直到出现单个窄线宽的光谱为止。减少，一个模式开始占优势，直到出现单个窄线宽的光谱为止。22、纵模数随注入电流而变：纵模数随注入电流而变：在众多的纵模中，只有那些频率落在增益介质在众多的纵模中，只有那些频率落在增益介质的增益曲线范围内，且增益大于损耗的那些腔的增益曲线范围内，且增益大于损耗的那些腔模才能在模才能在LDLD的输出中存在。的输出中存在。33、谱线特性：谱线特性：在纵向，光波以驻波形式振荡。在纵向，光波以驻波形式振荡。谐振频率（正入射）谐振频率（正入射）:m-m-正整数；正整数；L-L-腔长
31、；腔长；n-n-材料折射。材料折射。相邻纵模的频率间隔 相邻纵模的频率间隔:增益曲线：增益曲线：0 0-增益谱中心波长，由增益介质的能级差决定；增益谱中心波长，由增益介质的能级差决定；-增益谱 增益谱宽，由增益介质内原子热运动（多普勒加宽）和原子碰撞（均 宽，由增益介质内原子热运动（多普勒加宽）和原子碰撞（均匀加宽）造成；匀加宽）造成；g(0)-g(0)-正比于粒子数反转的最大增益 正比于粒子数反转的最大增益44、峰值波长随温度变化：峰值波长随温度变化：半导体激光器的发射波长随结区温 半导体激光器的发射波长随结区温度而变化。当结温升高时，半导体 度而变化。当结温升高时，半导体材料的禁区带宽变窄
32、，因而使激光 材料的禁区带宽变窄，因而使激光器发射光谱的峰值波长移向长波长。器发射光谱的峰值波长移向长波长。InGaAsP InGaAsP/InP InP 激光器的发射 激光器的发射波长随注入电流漂移的情况，波长随注入电流漂移的情况，此激光器没加温度控制，由 此激光器没加温度控制，由于电流的热效应，使结温度 于电流的热效应，使结温度升高，从而使发射波长漂移。升高，从而使发射波长漂移。55、动态谱线展宽：动态谱线展宽：动态谱线展宽对高速光纤通信非常 动态谱线展宽对高速光纤通信非常不利，各种动态单模激光器已得到 不利，各种动态单模激光器已得到迅速发展 迅速发展 DFB LD DFB LD 及 及D
33、BR LD DBR LD。对激光器进行直接强度调制会使发射 对激光器进行直接强度调制会使发射谱线增宽，振荡模数增加。这是因为 谱线增宽，振荡模数增加。这是因为对激光器进行脉冲调制时，注入电流 对激光器进行脉冲调制时，注入电流不断变化，使有源区里载流子浓度随 不断变化，使有源区里载流子浓度随之变化，进而导致折射率随之变化，之变化，进而导致折射率随之变化，激光器的谐振频率发生漂移，动态谱 激光器的谐振频率发生漂移，动态谱线展宽。线展宽。调制速率越高，调制电流越 调制速率越高，调制电流越大，谱线展宽的越多。大，谱线展宽的越多。激光器的发射光谱随调 激光器的发射光谱随调制电流变化的情况 制电流变化的情
34、况66、动态单模半导体激光器：动态单模半导体激光器：实现 实现LD LD 单纵模工作的方法：单纵模工作的方法：采用短腔结构，采用短腔结构，增大相邻纵模间隔 增大相邻纵模间隔,使增益谱线范围内 使增益谱线范围内只有一个谱线存在，短腔制造困难，只有一个谱线存在，短腔制造困难，LD LD 输出功率低。输出功率低。采用波长选择反馈，采用波长选择反馈，使不同的纵模有不同的损耗，包括：使不同的纵模有不同的损耗，包括：分布反馈结构和耦合腔结构。分布反馈结构和耦合腔结构。单纵模 单纵模LD LD 的性能通常由 的性能通常由 边模抑制比（边模抑制比（MSR MSR）来表征，定 来表征，定义为 义为MSR=MSR
35、=P Pmm mm/P Psm smP Pmm mm为主模功率；为主模功率；P Psm sm为最大边模功率。为最大边模功率。一个较好的单纵模 一个较好的单纵模LD LD，MSR MSR 应大于 应大于30 30dB dB。7.7.影响发射波长的因素：影响发射波长的因素：n n对于对于DFBDFB激光器，影响发射波长的因素：管芯温度；激光器，影响发射波长的因素：管芯温度；工作电流；光反射（利用隔离器减小）工作电流；光反射（利用隔离器减小）n n比较而言，温度变化是波长漂移的主要因素。比较而言，温度变化是波长漂移的主要因素。n n管芯温度与发射波长的关系：管芯温度与发射波长的关系：温度升高红移温度
36、升高红移相比之下，折射率波导 相比之下，折射率波导LD LD 的热稳定性差得多，其 的热稳定性差得多，其这种特性在泵浦激光器中是有用的，可以通过精确地控制温 这种特性在泵浦激光器中是有用的，可以通过精确地控制温度，把 度，把LD LD 的发射波长调节到特定波长上，以满足应用要求。的发射波长调节到特定波长上，以满足应用要求。线宽是 线宽是LD LD 输出光谱的另一个重要参量。窄的线宽有利于减 输出光谱的另一个重要参量。窄的线宽有利于减小光纤的色散。小光纤的色散。LD LD 输出的有限线宽源于两个因素：输出的有限线宽源于两个因素：一是激光腔内自发辐射引起的光场相位脉动 一是激光腔内自发辐射引起的光
37、场相位脉动 二是载流子浓度脉动引起的折射率变化，使光腔谐振频 二是载流子浓度脉动引起的折射率变化，使光腔谐振频率发生变化。率发生变化。简化理论推导的光源线宽为：简化理论推导的光源线宽为：X-X-自发发射事件的平均速率；自发发射事件的平均速率；P-P-光功率；光功率；-线宽增强因子 线宽增强因子88、线宽线宽 降低线宽可采取以下措施：降低线宽可采取以下措施：增大光功率 增大光功率 减小自发发射速率 减小自发发射速率 从外部稳定载流子密度 从外部稳定载流子密度 FP-LD FP-LD 的线宽通常达几 的线宽通常达几nm nm DFB-LD DFB-LD 线宽通常约 线宽通常约510 510MHz MHz MQW-LD MQW-LD 线宽仅几十 线宽仅几十 几百 几百KHz KHz