電吸收激光調(diào)制技術(shù)的等效電路模型研究

李銳

摘 要：電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎。根據(jù)在三端口集成器件的信號等效電路模型，得出實驗結(jié)論，采用電吸收調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制方式，可以有效提高抗干擾能力，降低啁啾效應，實現(xiàn)高速率激光調(diào)制輸出。

關(guān)鍵詞：電光調(diào)制 分布式反饋激光器 啁啾效應

中圖分類號：TN24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0128-02

1 電光調(diào)制

電光調(diào)制利用了電光效應，調(diào)制晶體在外電場的作用下，晶體折射率發(fā)生變化，使通過晶體的不同偏振方向的光之間產(chǎn)生位相差，利用馬赫-曾德爾電光調(diào)制器，從而實現(xiàn)電光強度調(diào)制。圖1是典型的電光調(diào)制裝置的示意圖。該電光調(diào)制裝置由兩塊交叉偏振片和一塊單軸電光晶體構(gòu)成，偏振片的通振動方向分別與x、y軸平行。通過振動方向與y軸平行的偏振片檢偏后產(chǎn)生的光振幅，隨著外加電壓變化，出射光強也改變了，如果把信號加在晶體上，輸出光強就為信號所調(diào)制。

2 電吸收光調(diào)制器的等效電路模型

電吸收調(diào)制器的等效電路模型要考慮到光功率帶來的影響。2003年，F(xiàn)ederica等給出了電吸收調(diào)制器的時域大信號模型，研究了電吸收調(diào)制器的大信號特征，如啁啾現(xiàn)象。電吸收調(diào)制器準靜態(tài)小信號等效電路模型如圖2所示。圖2中，和是連接終端微帶線和輸入端微帶線的金絲的電感和電容；是EAM調(diào)制器的串聯(lián)電阻（包括體電阻和歐姆接觸電阻）；是結(jié)電容；是壓焊點的寄生電容。調(diào)制器吸收光子產(chǎn)生光生載流子，在反向結(jié)偏壓的作用下，形成光生電流，電流通道的阻抗表示為電阻，是調(diào)制器的直流光電流，是直流結(jié)偏壓，是輸入光功率有關(guān)，隨著輸入光功率的增大，逐漸變小；調(diào)制器的電-光頻率響應由兩端的交流電壓與輸入的交流電壓的比值決定。結(jié)電容的值可以由C-V測試得到，通過測量大電流下調(diào)制器的正向I-V曲線的斜率近似得到。

大信號條件下，由于輸入信號較大，必然涉及到器件的非線性部分，這樣就不能用現(xiàn)行等效電路表示電子器件的特征，需要非線性等效電路分析，電吸收調(diào)制器的大信號等效電路如圖3所示。調(diào)制器大信號電路模型由相互控制的電路回路（電極1～電極2）、光學回路（電極3～電極4）以及相位回路（電極5～電極6構(gòu)成）。電學回路將非線性電極單元等效為準傳輸線，傳播特征由傳輸線電阻，傳輸線電感，傳輸線電容，P-I-N結(jié)的串聯(lián)電阻（包括體電阻和歐姆接觸電阻），結(jié)電容和光電流決定，光學回路對光強調(diào)制建模，產(chǎn)生的光電流如下式：

因為大信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應和啁啾等大信號特性，對電吸收調(diào)制器結(jié)構(gòu)、封裝等進行優(yōu)化設計，并且為電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎。圖4為測量的EAM調(diào)制器于DFB激光器的反射參數(shù)，其中所用DFB激光器的閾值電流約為16 mA。可以看出，當偏置電流低于或接近閾值電流時，激光器的阻抗特性隨著偏置電流的變化而變化。然而，調(diào)制器的反射參數(shù)只在偏置電流高于閾值的時候才有顯著變化，說明此時光耦合的作用要大于電耦合。

3 結(jié)論

本文研究了高速率EAM調(diào)制技術(shù)，建立電吸收調(diào)制器準靜態(tài)小信號等效電路模型，在三端口模型實驗分析中，由光反饋引起的EAM調(diào)制器的探測器作用和附加調(diào)制作用都應該被考慮到，容易實現(xiàn)高速率調(diào)制光信號。綜合比較，采用電吸收調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制方式，可以有效提高抗干擾能力，實現(xiàn)高速率激光調(diào)制信號輸出。

參考文獻

[1] 李永倩，王虎，李歡.瑞利布里淵光時域分析系統(tǒng)中電光調(diào)制器的理論模型與實驗研究[J].光子學報，2012，12（11）：1286-1291.

[2] 馮巍巍，王幼林，祝寧華.從等效電路模型分析激光光源的啁啾特性[J].半導體光電，2005，5（4）：299-302.

[3] 張勝利，劉宇，孫建偉.高速光探測器封裝的優(yōu)化設計[J].光學學報，2004，24（5）：659-662.

[4] Metzler，SchwanderT.RF small-signal equivalent circuit of MQW InGaAs/InAlAs electroabsorption modulator[J].Electron Lett，2007，33（21）：1822-1823.endprint

摘 要：電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎。根據(jù)在三端口集成器件的信號等效電路模型，得出實驗結(jié)論，采用電吸收調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制方式，可以有效提高抗干擾能力，降低啁啾效應，實現(xiàn)高速率激光調(diào)制輸出。

關(guān)鍵詞：電光調(diào)制 分布式反饋激光器 啁啾效應

中圖分類號：TN24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0128-02

1 電光調(diào)制

電光調(diào)制利用了電光效應，調(diào)制晶體在外電場的作用下，晶體折射率發(fā)生變化，使通過晶體的不同偏振方向的光之間產(chǎn)生位相差，利用馬赫-曾德爾電光調(diào)制器，從而實現(xiàn)電光強度調(diào)制。圖1是典型的電光調(diào)制裝置的示意圖。該電光調(diào)制裝置由兩塊交叉偏振片和一塊單軸電光晶體構(gòu)成，偏振片的通振動方向分別與x、y軸平行。通過振動方向與y軸平行的偏振片檢偏后產(chǎn)生的光振幅，隨著外加電壓變化，出射光強也改變了，如果把信號加在晶體上，輸出光強就為信號所調(diào)制。

2 電吸收光調(diào)制器的等效電路模型

電吸收調(diào)制器的等效電路模型要考慮到光功率帶來的影響。2003年，F(xiàn)ederica等給出了電吸收調(diào)制器的時域大信號模型，研究了電吸收調(diào)制器的大信號特征，如啁啾現(xiàn)象。電吸收調(diào)制器準靜態(tài)小信號等效電路模型如圖2所示。圖2中，和是連接終端微帶線和輸入端微帶線的金絲的電感和電容；是EAM調(diào)制器的串聯(lián)電阻（包括體電阻和歐姆接觸電阻）；是結(jié)電容；是壓焊點的寄生電容。調(diào)制器吸收光子產(chǎn)生光生載流子，在反向結(jié)偏壓的作用下，形成光生電流，電流通道的阻抗表示為電阻，是調(diào)制器的直流光電流，是直流結(jié)偏壓，是輸入光功率有關(guān)，隨著輸入光功率的增大，逐漸變小；調(diào)制器的電-光頻率響應由兩端的交流電壓與輸入的交流電壓的比值決定。結(jié)電容的值可以由C-V測試得到，通過測量大電流下調(diào)制器的正向I-V曲線的斜率近似得到。

大信號條件下，由于輸入信號較大，必然涉及到器件的非線性部分，這樣就不能用現(xiàn)行等效電路表示電子器件的特征，需要非線性等效電路分析，電吸收調(diào)制器的大信號等效電路如圖3所示。調(diào)制器大信號電路模型由相互控制的電路回路（電極1～電極2）、光學回路（電極3～電極4）以及相位回路（電極5～電極6構(gòu)成）。電學回路將非線性電極單元等效為準傳輸線，傳播特征由傳輸線電阻，傳輸線電感，傳輸線電容，P-I-N結(jié)的串聯(lián)電阻（包括體電阻和歐姆接觸電阻），結(jié)電容和光電流決定，光學回路對光強調(diào)制建模，產(chǎn)生的光電流如下式：

因為大信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應和啁啾等大信號特性，對電吸收調(diào)制器結(jié)構(gòu)、封裝等進行優(yōu)化設計，并且為電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎。圖4為測量的EAM調(diào)制器于DFB激光器的反射參數(shù)，其中所用DFB激光器的閾值電流約為16 mA。可以看出，當偏置電流低于或接近閾值電流時，激光器的阻抗特性隨著偏置電流的變化而變化。然而，調(diào)制器的反射參數(shù)只在偏置電流高于閾值的時候才有顯著變化，說明此時光耦合的作用要大于電耦合。

3 結(jié)論

本文研究了高速率EAM調(diào)制技術(shù)，建立電吸收調(diào)制器準靜態(tài)小信號等效電路模型，在三端口模型實驗分析中，由光反饋引起的EAM調(diào)制器的探測器作用和附加調(diào)制作用都應該被考慮到，容易實現(xiàn)高速率調(diào)制光信號。綜合比較，采用電吸收調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制方式，可以有效提高抗干擾能力，實現(xiàn)高速率激光調(diào)制信號輸出。

參考文獻

[1] 李永倩，王虎，李歡.瑞利布里淵光時域分析系統(tǒng)中電光調(diào)制器的理論模型與實驗研究[J].光子學報，2012，12（11）：1286-1291.

[2] 馮巍巍，王幼林，祝寧華.從等效電路模型分析激光光源的啁啾特性[J].半導體光電，2005，5（4）：299-302.

[3] 張勝利，劉宇，孫建偉.高速光探測器封裝的優(yōu)化設計[J].光學學報，2004，24（5）：659-662.

[4] Metzler，SchwanderT.RF small-signal equivalent circuit of MQW InGaAs/InAlAs electroabsorption modulator[J].Electron Lett，2007，33（21）：1822-1823.endprint

摘 要：電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎。根據(jù)在三端口集成器件的信號等效電路模型，得出實驗結(jié)論，采用電吸收調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制方式，可以有效提高抗干擾能力，降低啁啾效應，實現(xiàn)高速率激光調(diào)制輸出。

關(guān)鍵詞：電光調(diào)制 分布式反饋激光器 啁啾效應

中圖分類號：TN24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0128-02

1 電光調(diào)制

電光調(diào)制利用了電光效應，調(diào)制晶體在外電場的作用下，晶體折射率發(fā)生變化，使通過晶體的不同偏振方向的光之間產(chǎn)生位相差，利用馬赫-曾德爾電光調(diào)制器，從而實現(xiàn)電光強度調(diào)制。圖1是典型的電光調(diào)制裝置的示意圖。該電光調(diào)制裝置由兩塊交叉偏振片和一塊單軸電光晶體構(gòu)成，偏振片的通振動方向分別與x、y軸平行。通過振動方向與y軸平行的偏振片檢偏后產(chǎn)生的光振幅，隨著外加電壓變化，出射光強也改變了，如果把信號加在晶體上，輸出光強就為信號所調(diào)制。

2 電吸收光調(diào)制器的等效電路模型

電吸收調(diào)制器的等效電路模型要考慮到光功率帶來的影響。2003年，F(xiàn)ederica等給出了電吸收調(diào)制器的時域大信號模型，研究了電吸收調(diào)制器的大信號特征，如啁啾現(xiàn)象。電吸收調(diào)制器準靜態(tài)小信號等效電路模型如圖2所示。圖2中，和是連接終端微帶線和輸入端微帶線的金絲的電感和電容；是EAM調(diào)制器的串聯(lián)電阻（包括體電阻和歐姆接觸電阻）；是結(jié)電容；是壓焊點的寄生電容。調(diào)制器吸收光子產(chǎn)生光生載流子，在反向結(jié)偏壓的作用下，形成光生電流，電流通道的阻抗表示為電阻，是調(diào)制器的直流光電流，是直流結(jié)偏壓，是輸入光功率有關(guān)，隨著輸入光功率的增大，逐漸變小；調(diào)制器的電-光頻率響應由兩端的交流電壓與輸入的交流電壓的比值決定。結(jié)電容的值可以由C-V測試得到，通過測量大電流下調(diào)制器的正向I-V曲線的斜率近似得到。

大信號條件下，由于輸入信號較大，必然涉及到器件的非線性部分，這樣就不能用現(xiàn)行等效電路表示電子器件的特征，需要非線性等效電路分析，電吸收調(diào)制器的大信號等效電路如圖3所示。調(diào)制器大信號電路模型由相互控制的電路回路（電極1～電極2）、光學回路（電極3～電極4）以及相位回路（電極5～電極6構(gòu)成）。電學回路將非線性電極單元等效為準傳輸線，傳播特征由傳輸線電阻，傳輸線電感，傳輸線電容，P-I-N結(jié)的串聯(lián)電阻（包括體電阻和歐姆接觸電阻），結(jié)電容和光電流決定，光學回路對光強調(diào)制建模，產(chǎn)生的光電流如下式：

因為大信號等效電路可以分析電吸收調(diào)制器的響應和啁啾等大信號特性，對電吸收調(diào)制器結(jié)構(gòu)、封裝等進行優(yōu)化設計，并且為電吸收調(diào)制器和激光器等光電子集成器件的特性分析提供基礎。圖4為測量的EAM調(diào)制器于DFB激光器的反射參數(shù)，其中所用DFB激光器的閾值電流約為16 mA。可以看出，當偏置電流低于或接近閾值電流時，激光器的阻抗特性隨著偏置電流的變化而變化。然而，調(diào)制器的反射參數(shù)只在偏置電流高于閾值的時候才有顯著變化，說明此時光耦合的作用要大于電耦合。

3 結(jié)論

本文研究了高速率EAM調(diào)制技術(shù)，建立電吸收調(diào)制器準靜態(tài)小信號等效電路模型，在三端口模型實驗分析中，由光反饋引起的EAM調(diào)制器的探測器作用和附加調(diào)制作用都應該被考慮到，容易實現(xiàn)高速率調(diào)制光信號。綜合比較，采用電吸收調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制方式，可以有效提高抗干擾能力，實現(xiàn)高速率激光調(diào)制信號輸出。

參考文獻

[1] 李永倩，王虎，李歡.瑞利布里淵光時域分析系統(tǒng)中電光調(diào)制器的理論模型與實驗研究[J].光子學報，2012，12（11）：1286-1291.

[2] 馮巍巍，王幼林，祝寧華.從等效電路模型分析激光光源的啁啾特性[J].半導體光電，2005，5（4）：299-302.

[3] 張勝利，劉宇，孫建偉.高速光探測器封裝的優(yōu)化設計[J].光學學報，2004，24（5）：659-662.

[4] Metzler，SchwanderT.RF small-signal equivalent circuit of MQW InGaAs/InAlAs electroabsorption modulator[J].Electron Lett，2007，33（21）：1822-1823.endprint