OptiSystem应用：半导体激光器调制

当将直接调制的激光器用于高速传输系统时，调制频率可以不大于弛豫振荡的频率。弛豫振荡取决于载流子寿命和光子寿命。这种依赖关系的近似表达式如下所示：

弛豫振荡频率随激光偏置电流的增加而增加。

在本次案例中，我们通过改变调制频率和激光偏置电流来展示高速半导体激光系统的特性。系统布局如图1所示：

图1.系统布局

全局参数设置如下：数值参数的讨论:比特率为1.3 Gb/s，序列长度为128位，因此，时间窗约为98.5 ns。每比特采样数为512，因此采样率为670GHz。如图2：

图2.全局参数设置

对于激光速率方程模型的默认参数Ith=33.45mA,τsp = 1ns, τph =3ps，假设调制峰值电流I=40mA， IB=40mA，则根据上述方程对应的弛豫振荡频率约为1.3 GHz，参数设置如下图所示：

图3.半导体激光器设置

在图4和图5中，将展示高于弛豫振荡频率的调制频率增加对系统性能的影响。在图4中，研究了比特率1.3 Gb/s和10Gb/s传输下系统的眼图。激光速率方程的参数是如前所述的默认参数（I=IB=40mA）。

a)比特率为1.3Gb/s

b)比特率为10Gb/s

图4.增加系统调制频率大于弛豫振荡频率

显然，频率远高于弛豫振荡频率的调制会导致不可接受的系统性能。

在图5中，将展示固定比特率下偏置电流对弛豫振荡频率的影响，以及对整个系统性能的影响。我们使用1.3 Gb/s传输，保持所有其他参数不变，并使用IB=20mA。

图5.减少偏置电流

如果将图5与图4（比特率为1.3 Gb/s，IB=40mA）进行比较，可以清楚地表明，偏置电流降低到阈值以下会导致系统性能下降。

在本次案例中，我们展示了高速半导体激光器系统的性能与调制频率和激光偏置电流的关系。