高速激光器被譽(yù)為光通信和光網(wǎng)絡(luò)的“心臟”

什么是高速激光器呢？

高速激光器有兩個功能，第一個基本功能是能夠發(fā)射激光；第二個是能夠調(diào)制，將寬帶高頻信號加載到激光上發(fā)射出去。不同于激光器加調(diào)制器的方式，直調(diào)高速激光器沒有外調(diào)制時帶來的插損，同時功耗更低。

高速半導(dǎo)體激光器是高速光電子器件的典型代表，被譽(yù)為光通信和光網(wǎng)絡(luò)的“心臟”。高速半導(dǎo)體激光器可實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射和光強(qiáng)度調(diào)制雙重功能。將微波信號加載到光波，可以實(shí)現(xiàn)微波信號低損耗長距離傳輸。

對于高速激光器，通常要分析靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是功率與電流關(guān)系（P-I曲線），而動態(tài)特性是不同頻率和不同驅(qū)動電流下的響應(yīng)特性。當(dāng)偏置電流超過某一個閾值的時候激光器就發(fā)光，不斷增大電流直到光功率飽和甚至可能會下降。真正工作的區(qū)域是其中的線性區(qū)域，斜率越高對應(yīng)的響應(yīng)度越高。但是對于 高速激光器，僅僅關(guān)注靜態(tài)特性是不夠的，我們必須知道其動態(tài)特性，也就是在不同頻率下的動態(tài)P-I曲線。

當(dāng)頻率低于某一個值時，激光器是可以正常工作的，隨著頻率的提高，P-I曲線的斜率慢慢下降。根據(jù)這個動態(tài)的P-I曲線，可以看到激光器在不同頻率下、不同功率下的響應(yīng)特性，由此可以知道激光器的最佳工作點(diǎn)，并對激光器的某些特性進(jìn)行優(yōu)化。

與其他類型的激光器調(diào)制方式（LiNbO3調(diào)制器，電吸收調(diào)制器）相比較，直調(diào)制激光器具有較好的響應(yīng)線性度。因?yàn)長iNbO3調(diào)制器的響應(yīng)函數(shù)是cos2，具有很差的線性度；而電吸收調(diào)制器在這方面沒有規(guī)律，在補(bǔ)償電路上很有困難，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

還有一個問題需要說明，大信號與小信號的區(qū)別。其實(shí)大信號和小信號最大的區(qū)別是信號的幅度，跟發(fā)射的光功率沒有關(guān)系。小信號是指不同頻率下光功率幅度的變化隨信號的變化，橫坐標(biāo)是頻率；大信號是指信號的幅度覆蓋整個工作范圍，關(guān)注點(diǎn)在于開關(guān)比，至于線性度好壞不太關(guān)心。在數(shù)字通信中，我們只關(guān)注大信號，核心指標(biāo)包括速率，Gb/s，誤碼率，調(diào)制度以及靈敏度。評價參數(shù)有誤碼分析（誤碼率、代價、壓力容限）和眼圖（消光比、眼高、眼寬、Q因子）。

通常用到的儀器有誤碼分析系統(tǒng)（發(fā)生器、檢測、分析儀），還有信號源，頻譜儀，光功率計等。在模擬通信中，通常關(guān)注的是小信號，在不同頻率下的帶寬。評價參數(shù)有散射參數(shù)（帶寬、反射系數(shù)），大動態(tài)響應(yīng)（1dB壓縮點(diǎn)）以及復(fù)合二階失真。通常用到的儀器有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀器，信號源，頻譜儀，光功率計。

在模擬通信中除幅頻響應(yīng)，相頻響應(yīng)也是非常重要的。如果是線性的，可以通過相位延時來修正。在無線電通信中就有對應(yīng)的器件來解決相位的問題。

那么從光域和電域看，響應(yīng)線性范圍有何區(qū)別呢？

激光器輸出光功率線性范圍是10-15mW，探測器線性響應(yīng)輸入光功率是１μＷ ～１０ｍＷ。光傳輸鏈路線性響應(yīng)范圍應(yīng)該是包括這兩個范圍的。

激光器的輸入是電，輸出是光，而探測器剛好相反。如果光的響應(yīng)范圍是60dB，那么電域的響應(yīng)范圍則為平方的關(guān)系，是120dB。