Largeur de ligne
Les noms de largeur de ligne et de bande passante du laser sont très similaires, mais les significations sont très différentes. Tout d'abord, regardons la largeur de la ligne. La largeur de la ligne est relativement facile à comprendre, car elle correspond à la largeur totale du demi-pic du spectre laser.
Bande passante
La bande passante laser n’est pas une unité de longueur d’un spectre. Son nom complet devrait être appelé bande passante de modulation laser.
La bande passante de modulation d'un laser à semi-conducteur fait référence au débit de signal maximal qui peut être émis ou chargé (pour les signaux numériques), ou à la bande passante maximale du signal analogique de sortie (ou chargé).
Par conséquent, si vous souhaitez comprendre la bande passante, vous devez d’abord comprendre la modulation du laser, le mode de modulation et la définition. La bande passante est la limite qui apparaît dans la modulation.
Le principe de la communication laser est en réalité un mode binaire, modulation codée de 1 et 0.
Par exemple, l'intensité de la lumière laser sous un entraînement de haut niveau est grande, représentant 1, et la puissance de la lumière laser sous un entraînement de bas niveau est faible, représentant 0.
Les informations peuvent être transmises en basculant rapidement entre différents pouvoirs.
Cette commutation rapide peut ajouter artificiellement un signal prédéterminé et le transmettre à la courbe de puissance du laser, qui formera un « diagramme oculaire ».
Formation du diagramme oculaire
Pour les signaux numériques, les changements de niveaux haut et bas peuvent avoir plusieurs combinaisons de séquences. En prenant 3 bits comme exemple, il peut y avoir 8 combinaisons de 000-111. Dans le domaine temporel, un nombre suffisant de séquences ci-dessus sont alignées selon un certain point de référence, puis les formes d'onde sont superposées pour former un diagramme oculaire. Comme le montre la figure 1. Pour l'instrument de test, le signal d'horloge du signal est d'abord récupéré à partir du signal à tester, puis le diagramme de l'œil est superposé en fonction de la référence d'horloge, et enfin affiché.
Pour un diagramme oculaire réel, comme le montre la figure 2, nous pouvons d'abord voir les paramètres de conversion de niveau de base de la forme d'onde numérique, tels que le temps de montée moyen (Rise Time), le temps de descente (Fall Time), le dépassement (Overshoot), le sous-dépassement. (Undershoot), niveau de seuil (Threshold/CrossingPercent).
Il est impossible que les valeurs de tension des niveaux haut et bas du signal restent complètement cohérentes à chaque fois, et il est également impossible de garantir que le front montant et le front descendant de chaque niveau haut et bas sont en même temps . Comme le montre la figure 3, en raison de la superposition de plusieurs signaux, la ligne de signal du diagramme de l'œil devient plus épaisse et floue (flou). Par conséquent, le diagramme de l'œil reflète également le bruit et la gigue du signal : sur l'axe vertical de la tension, il se reflète sous forme de bruit de tension (VoltageNoise) ; sur l'axe horizontal du temps, cela se reflète sous la forme d'une gigue dans le domaine temporel (Jitter).
C'est un peu tiré par les cheveux. Le diagramme de l'œil n'est pas un brevet de transmission laser. Il est utilisé dans d'autres domaines de la communication.
Revenons à la bande passante du laser.
À l’intérieur de la puce laser, la bande passante doit être limitée par la constante de temps de recombinaison des trous électroniques.
En fait, c'est le taux de conversion de l'électricité en lumière. Que ce soit rapide ou non, car le courant injecté doit rapidement changer la taille de la tension en fonction du signal. Pendant ce temps de commutation, il est nécessaire que l'électricité soit convertie en lumière le plus rapidement possible et émise, afin de ne pas affecter le prochain signal électrique. Cependant, les électrons et les trous ne se recombinent pas immédiatement après leur entrée. Sous une certaine tension, ils choisiront de courir lentement. Parfois, il y a un raccourci et ils veulent quand même passer directement par la zone de recombinaison. Les défauts, résistances, capacités, etc. du matériau auront un impact. Il existe donc une limite de bande passante.
En pratique, il existe de nombreux facteurs limitants en matière de bande passante.
Si la bande passante de modulation du laser doit être améliorée, la clé est de réduire l'influence des facteurs électriques parasites du laser, en particulier la capacité parasite et le processus de transport des porteurs dans la structure du puits quantique.
Lors de la fabrication de lasers à grande vitesse, les mesures suivantes peuvent être prises pour améliorer la bande passante de 3 dB de l'appareil :
① La zone active adopte une structure de puits multi-quantique de déformation (compensation) - le matériau du puits laser à puits quantique est soumis à une déformation de compression biaxiale dans la direction parallèle à la surface du puits et à une déformation de traction dans la direction perpendiculaire à la surface du puits, et le Le niveau d'énergie des trous lourds au sommet de la bande de valence augmente et cette bande de valence est dégénérée, ce qui rend la probabilité de transition électronique de la bande de séparation spin-orbite à la bande de trous lourds approximativement égale à zéro, réduisant ainsi la probabilité de recombinaison Auger à la pièce. température, entraînant une diminution du courant de seuil de ce laser à puits quantique, une diminution du facteur d'amélioration de la largeur de ligne et une augmentation significative de la fréquence d'oscillation de relaxation, de la bande passante de modulation et du coefficient de gain différentiel.
② Dopage de type P dans la région active - le dopage de type P peut réduire le transport de trous lors du passage à travers la région SCH, ce qui constitue la principale limitation des dispositifs à puits quantiques à grande vitesse ; Le dopage de type p peut obtenir un gain différentiel très élevé et rendre la distribution des porteurs dans le puits quantique plus uniforme.
Si la concentration de dopage en Zn dans la région active est proche de 1018 cm-3, sa bande passante de 3 dB peut atteindre 25 GHz, et le dopage peut également augmenter la fréquence d'oscillation de l'appareil à 30 GHz (la longueur de la cavité est de 300 μm). De plus, un dopage important est également bénéfique pour réduire le facteur d'amélioration de la largeur de ligne et améliorer encore le gain différentiel, qui sont tous bénéfiques pour améliorer les caractéristiques de modulation du dispositif.
③ Réduire les paramètres parasites électriques - Afin de réduire les paramètres parasites électriques des lasers à grande vitesse, en particulier la capacité parasite, la technologie d'enfouissement semi-isolante Fe-InP peut être utilisée, et la surface de l'électrode doit être réduite en même temps ; Une structure mesa étroite auto-alignée (SA-CM) est utilisée pour réduire la capacité parasite du dispositif. Les gens utilisent également souvent la méthode de remplissage en polyimide pour réduire la capacité parasite.
④ Augmenter la concentration de photons et le gain différentiel à l'intérieur du laser - L'augmentation de la concentration de photons dans la cavité laser peut augmenter la fréquence de résonance intrinsèque. L'utilisation de la structure DFB pour désaccorder négativement la longueur d'onde laser et la longueur d'onde maximale de gain (-10 nm) peut augmenter le gain différentiel, ce qui peut augmenter la bande passante de modulation de -3 dB.
L'analyse ci-dessus des facteurs qui limitent les caractéristiques de modulation à grande vitesse des lasers à semi-conducteurs et les moyens d'augmenter la bande passante de modulation des lasers, ces facteurs et leurs caractéristiques statiques s'influencent mutuellement, donc lors de la conception de lasers à grande vitesse, d'autres caractéristiques, telles que car les seuils, les caractéristiques de température, etc. doivent être pris en compte.
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