Фабрі-Перо-лазер

Фабрі-Перо-лазер являє собою кристал у вигляді паралелепіпеда, торцеві грані якого утворюють резонатор Фабрі-Перо. Розміри резонатора
100-500 мкм і ширина 100 мкм. Ширина активної області 10 мкм, товщина 1 мкм. Діаграма направленості оптичного випромінювання в поперечному перерізі являє собою витягнений еліпс із розбіжністю по меншому діаметру 2-10^о, 30-60^о по більшому. Резонатор Фабрі-Перо утворений двома протилежними гранями паралелепіпеда, що перпендикулярні до його повздовжньої осі. Дзеркалами резонатора є самі ці грані, оскільки, враховуючи коефіцієнт заломлення арсеніду галію ( ), коефіцієнт відбивання для нормально падаючих променів достатньо великий ( ).

Довжина хвилі, що виходить у генерацію, повинна задовольняти стандартну умову ( – довжина резонатора).

Сучасні ЛД випускають у металевому корпусі, в якому на одній підложці розташовані власне ЛД, фотодіод і терморезистор. У свою чергу вся підложка розташована на мікрохолодильнику (елементі Пелтьє). Фотодіод розташовується за задньою гранню. При цьому приймальна площина фотодіода нахиляється відносно оптичної осі системи, щоб уникнути паразитних відбивань. Призначення фотодіода – влаштування негативного оберненого зв’язку в електронній схемі накачування лазера. Такий зв’язок дозволяє стабілізувати потужність лазера шляхом регулювання струму накачування. Термостабілізацію (стабілізацію довжини хвилі випромінювання) забезпечує використання терморезистора та мікрохолодильника.

У корпус лазерного модуля може також включатися одномодове оптичне волокно, яке входить в одноволоконний оптичний кабель, а також юстувальний пристрій. Все це також розташовується на тій підложці, на якій виконано лазер.

У таблиці 7 наведені основні характеристики деяких ЛД, які випускаються в Росії.

Таблиця 7

Характеристики	Тип лазерного модуля
ПОМ-03543	ПОМ-03545	ЛПН-602М	ПОМ-514 ЗАО “телаз”
Довжина хвилі випромінювання, мкм	1.28–1.33	1.5–1.55	1.5–1.55 1.3–1.33	1.25–1.35
Потужність випромінювання, мВт	1.5		0.5 – 2.0	1.0
Пороговий струм накачування, мА
Робочий струм накачування при 1.0 мВт, мА
Струм вбудованого ФД при 1.0 мВт, мкА
Опір фоторезистора, кОм
Максимальний струм мікрохолодильника, А	0.5	0.5	1.0	1.0
Максимальна швидкість передачі, Мбіт/с
Температура стабілізація, Со

Лазерні діоди такого типу використовують в основному у відносно низькошвидкісних системах ВОЛЗ. Вони можуть бути як багатомодовими, так і одномодовими, тобто випромінювати на одній повздовжній моді. Проте ширина спектральної лінії у таких лазерів не менше ніж 1 нм.

Зауважимо, що в таких лазерів при зміні струму накачування зміняється не тільки потужність, але й довжина хвилі випромінювання (рис. 4.1.4). Отже, якщо для цих лазерів застосовувати режим прямої модуляції (модуляція потужності за рахунок зміни току накачування), то це призводить до розширення спектра (на величину 20-40 нм), який припадає на один інформаційний сигнал.

Природно, що такий тип модуляції може застосовуватися лише на коротких лінях, оскільки для більш довгих ліній передачі, при такій ширині спектра, невиключений значний вплив хроматичної дисперсії волокна. Крім цього, як правило, в таких системах використовують однохвилевий режим роботи.

У багатохвилевих системах передачі з частотними інтервалами (близько 100 ГГц) використання прямої модуляції стає неможливим. У таких системах передачі застосовують зовнішню модуляцію. При такому способі робоча точка лазера на ват-амперній характеристиці підтримується в постійному положенні (в більшості випадків у середині лінійної ділянки). Стабілізація робочої точки здійснюється за допомогою електронної схеми з петлею негативного оберненого зв’язку, яка містить фотодіод, вбудований в корпус лазера. Як зовнішній модулятор використовують вже відомі нам акустичні, електрооптичні та інші модулятори світла.

Останнім часом широке впровадження знайшли електроабсорбційні модулятори. Це пов’язано з тим, що подібні модулятори характеризуються малими напругами живлення (при 100 відсотковій модуляції). Крім цього, такі модулятори легко інтегруються з такими елементами, як оптичний ізолятор.

Значно вищими характеристиками володіють три інших більш досконалих типи лазерів.

4.1.4. Лазери з розподіленим оберненим зв’язком (РОЗ-лазери) і розподіленим брегівським відбиванням (РБВ-лазери)

У РОЗ-лазерах (рис. 4.1.5а) позитивний обернений зв’язок створюється оберненим брегівським відбиванням від періодичної структури (дифракційний селектор довжин хвиль, що виходять у генерацію). Температурна стабільність такого лазера визначається температурними змінами показника заломлення та складає величину близько 0.1-0.6 нм/К. У деякі типи РОЗ-лазерів можуть бути вбудовані оптичні ізолятори, що особливо актуально при використанні їх в аналогових лініях (кабельне ТВ) та для систем передачі 622 Мбіт/с.

У лазерах із розподіленим брегівсьским відбиванням (рис. 4.1.5б) періодична структура винесена за межі активної області.

Перевагами РОЗ- і РБВ-лазерів перед Фабрі-Перо-лазерами є:

- зменшення залежності довжини хвилі лазера від струму інжекції і температури;

- висока стабільність утримування однієї моди;

- практично 100 відсоткова глибина модуляції;

- більш низький температурний коефіцієнт : для Фабрі-Перо-лазера цей коефіцієнт складає величину 0.5-0.1 нм/К, для РОЗ-лазера – 0.07-0.09 нм/К;

- дозволяє реалізувати суміщення лазерних джерел з інтегрально-оптичними схемами на одній підложці.

Головний недолік – складна технологія виготовлення таких лазерів і, як наслідок, висока ціна.