Băng thông
Tên của độ rộng đường và băng thông của tia laser rất giống nhau, nhưng ý nghĩa rất khác nhau. Đầu tiên, chúng ta hãy nhìn vào độ rộng của dòng. Độ rộng vạch tương đối dễ hiểu, đó là độ rộng toàn phần nửa đỉnh của phổ laser.
Băng thông
Băng thông laser không phải là đơn vị độ dài của quang phổ. Tên đầy đủ của nó nên được gọi là băng thông điều chế laser.
Băng thông điều chế của laser bán dẫn đề cập đến tốc độ tín hiệu tối đa có thể là đầu ra hoặc được tải (đối với tín hiệu số) hoặc băng thông tối đa của tín hiệu tương tự đầu ra (hoặc được tải).
Do đó, nếu muốn hiểu băng thông, trước tiên bạn phải hiểu cách điều chế của tia laser, chế độ điều chế và định nghĩa. Băng thông là giới hạn xuất hiện trong quá trình điều chế.
Nguyên lý truyền thông laser thực chất là chế độ nhị phân, điều chế mã hóa 1 và 0.
Ví dụ: cường độ ánh sáng laser trong ổ đĩa cấp cao lớn, biểu thị bằng 1 và công suất ánh sáng laser trong ổ đĩa cấp thấp yếu, biểu thị 0.
Thông tin có thể được truyền đi bằng cách chuyển đổi nhanh chóng giữa các quyền lực khác nhau.
Việc chuyển đổi nhanh này có thể thêm tín hiệu được xác định trước một cách giả tạo và xuất nó thành đường cong công suất laser, sẽ tạo thành một "sơ đồ mắt".
Hình thành sơ đồ mắt
Đối với tín hiệu số, những thay đổi ở mức cao và mức thấp có thể có nhiều sự kết hợp trình tự. Lấy 3 bit làm ví dụ, có thể có 8 tổ hợp 000-111. Trong miền thời gian, đủ các chuỗi trên được căn chỉnh theo một điểm tham chiếu nhất định và sau đó các dạng sóng được xếp chồng lên nhau để tạo thành sơ đồ mắt. Như được hiển thị trong Hình 1. Đối với thiết bị kiểm tra, tín hiệu đồng hồ của tín hiệu trước tiên được phục hồi từ tín hiệu cần kiểm tra, sau đó sơ đồ mắt được xếp chồng lên theo tham chiếu đồng hồ và cuối cùng được hiển thị.
Đối với sơ đồ mắt thật, như trên Hình 2, trước tiên chúng ta có thể thấy các thông số chuyển đổi mức cơ bản của dạng sóng số, chẳng hạn như thời gian tăng trung bình (Rise Time), thời gian giảm (Fall Time), vượt mức (Overshoot), undershoot (Thấp hơn), mức ngưỡng (Threshold/CrossingPercent).
Không thể để các giá trị điện áp ở mức cao và thấp của tín hiệu luôn hoàn toàn nhất quán và cũng không thể đảm bảo rằng cạnh tăng và cạnh giảm của từng mức cao và thấp đều đồng thời . Như thể hiện trên Hình 3, do sự chồng chất của nhiều tín hiệu nên đường tín hiệu của sơ đồ mắt trở nên dày hơn và xảy ra hiện tượng mờ (Blur). Vì vậy, sơ đồ mắt cũng phản ánh nhiễu và jitter của tín hiệu: trên trục điện áp thẳng đứng, nó được phản ánh dưới dạng nhiễu điện áp (VoltageNoise); trên trục thời gian ngang, nó được phản ánh dưới dạng jitter miền thời gian (Jitter).
Điều này hơi xa vời. Sơ đồ mắt không phải là bằng sáng chế về sự truyền tia laser. Nó được sử dụng trong các lĩnh vực truyền thông khác.
Hãy quay trở lại băng thông của tia laser.
Bên trong chip laser, băng thông phải bị giới hạn bởi hằng số thời gian tái hợp của các lỗ electron.
Thực chất đó là tốc độ chuyển đổi điện năng thành ánh sáng. Dù có nhanh hay không thì do dòng điện đưa vào phải nhanh chóng chuyển đổi kích thước điện áp theo tín hiệu. Trong thời gian chuyển mạch này, yêu cầu điện phải được chuyển hóa thành ánh sáng càng sớm càng tốt và phát ra để không ảnh hưởng đến tín hiệu tiếp theo của điện. Tuy nhiên, các electron và lỗ trống không kết hợp lại ngay sau khi đi vào. Dưới một điện áp nhất định, họ sẽ chọn chạy chậm. Thỉnh thoảng có đường tắt mà họ vẫn muốn đi thẳng qua vùng tái hợp. Các khuyết tật, điện trở, điện dung, v.v. trong vật liệu sẽ có tác động. Do đó, có giới hạn băng thông.
Trong thực tế, có nhiều yếu tố hạn chế băng thông.
Nếu muốn cải thiện băng thông điều chế của laser, điều quan trọng là phải giảm ảnh hưởng của các yếu tố ký sinh điện của laser, đặc biệt là điện dung ký sinh và quá trình vận chuyển chất mang trong cấu trúc giếng lượng tử.
Khi sản xuất laser tốc độ cao, có thể thực hiện các biện pháp sau để cải thiện băng thông 3dB của thiết bị:
① Vùng hoạt động sử dụng cấu trúc giếng đa lượng tử biến dạng (bù) - vật liệu giếng laser lượng tử phải chịu biến dạng nén hai trục theo hướng song song với bề mặt giếng và biến dạng kéo theo hướng vuông góc với bề mặt giếng, và Mức năng lượng của lỗ nặng ở đỉnh vùng hóa trị tăng lên, vùng hóa trị này bị suy biến khiến xác suất electron chuyển từ vùng tách quỹ đạo quay sang vùng lỗ trống nặng xấp xỉ bằng 0, làm giảm xác suất tái hợp Auger tại phòng. nhiệt độ, dẫn đến giảm dòng ngưỡng của laser giếng lượng tử này, giảm hệ số tăng cường độ rộng vạch và tăng đáng kể tần số dao động thư giãn, băng thông điều chế và hệ số khuếch đại vi phân.
② Pha tạp loại P trong vùng hoạt động - pha tạp loại p có thể làm giảm sự vận chuyển lỗ trống khi đi qua vùng SCH, đây là hạn chế chính đối với các thiết bị giếng lượng tử tốc độ cao; Doping loại p có thể thu được độ lợi chênh lệch rất cao và làm cho sự phân bố các hạt tải điện trong giếng lượng tử đồng đều hơn.
Nếu nồng độ pha tạp Zn trong vùng hoạt động gần bằng 1018 cm-3 thì băng thông 3dB của nó có thể đạt tới 25GHz và pha tạp cũng có thể tăng tần số dao động của thiết bị lên 30GHz (chiều dài khoang là 300μm). Ngoài ra, pha tạp nặng cũng có lợi trong việc giảm hệ số tăng cường độ rộng đường truyền và cải thiện hơn nữa mức tăng vi sai, tất cả đều có lợi để cải thiện đặc tính điều chế của thiết bị.
③ Giảm các thông số ký sinh điện - Để giảm các thông số ký sinh điện của laser tốc độ cao, đặc biệt là điện dung ký sinh, có thể sử dụng công nghệ chôn lấp tái sinh Fe-InP bán cách điện, đồng thời cần giảm diện tích điện cực; Cấu trúc mesa hẹp tự liên kết (SA-CM) được sử dụng để giảm điện dung ký sinh của thiết bị. Người ta cũng thường sử dụng phương pháp làm đầy polyimide để giảm điện dung ký sinh.
④ Tăng nồng độ photon và mức tăng chênh lệch bên trong tia laser - Việc tăng nồng độ photon trong khoang laser có thể làm tăng tần số cộng hưởng nội tại. Việc sử dụng cấu trúc DFB để làm cho bước sóng phát laser và bước sóng cực đại khuếch đại bị lệch âm (-10nm) có thể làm tăng mức khuếch đại chênh lệch, có thể làm tăng băng thông điều chế dB -3dB.
Phân tích ở trên về các yếu tố hạn chế đặc tính điều chế tốc độ cao của laser bán dẫn và các cách tăng băng thông điều chế của laser, các yếu tố này và đặc tính tĩnh của chúng có ảnh hưởng lẫn nhau nên khi thiết kế laser tốc độ cao, các đặc tính khác, chẳng hạn như như ngưỡng, đặc tính nhiệt độ, v.v., cần được xem xét.
Địa chỉ của chúng tôi
B-1507 Ruiding Mansion,Số 200 Đường Zhenhua,Quận Tây Hồ
Số điện thoại
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
