半导体激光器的调制技术及电路设计

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1、半导体激光器的调制技术及电路设计摘要:随着光通信技术的快速发展，使得对半导体激光调制技术的要求越来越高，而激光调制源是光通信系统中发信装置的核心部分,它产生光通信系统所需要的光载波,其特性的好坏直接影响通信系统的性能，在本文中的光调制系统中核心部分是电光调制。调制是光电系统中的一个重要环节。光辐射的调制是指改变光波振幅、强度、相位或频率、偏振等参数使之携带信息的过程。调制的目的是对所需处理的信号或被传输的信息进行某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测。目前用得较多的是电光调制、声光调制等方法。文中介绍的电光调制模块主要是验证电光调制原理以及介绍电光调制在激光通信方面的应用，通过此系统了解晶体

2、电光调制的原理，以便在此系统中测量晶体的半波电压、电光系数和消光比等参量。本文还运用矢量折射定律、光线追迹等分析方法对激光器输出的激光的准直设计了两种方法。通过比较改善后得出：当不考虑半导体激光器的固有像散时，非球面透镜加棱镜组准直系统理论上能将空间任意一条点光源发出光线完全准直；当考虑固有像散时，相互正交的柱透镜组准直系统理论上能将激光光束子午和弧矢面上的光线完全准直。并且，两种设计方案均可将半导体激光器发出的椭圆光斑准直整形为一个直径约为2cm的对称圆光斑，有效提高了激光器光束质量。本课题研究了各种激光调制的原理和技术现状,针对光通信中面临的低速率、光功率小以及光信号传输距离短等技术难题，

3、使用间接调制的方法。同时，基于对激光准直技术的理论分析和比较，得出一种适合该课题的准直方案。最后，使用ZMAX对激光准直模块进行了计算机仿真实验。关键词：激光调制技术，半导体激光器，激光准直，电光调制目录第一章绪论11.1课题研究意义11.2半导体激光器调制技术的国内外研究现状21.2.1激光调制技术国外现状21.2.2激光调制技术国内现状31.3本论文的结构和个章内容安排5第二章半导体激光器及调制62.1半导体激光器62.1.1半导体激光器工作原理72.1.2半导体激光器的输出光功率-电流特性82.2半导体激光调制技术102.2.1半导体激光器直接调制技术102.2.2半导体激光器的外调制技

4、术122.3半导体激光调制方式选取14第三章半导体激光器调制源的设计153.1半导体激光调制关键技术153.2半导体激光调制源设计173.3通信中激光调制与信号携带的关系183.3.1电光调制原理193.3.2电光调制系统总体设计213.3.3电光调制在光通信中的应用223.4本章小结22第四章半导体激光器准直模块的设计234.1准直设计理论分析244.1.1入射面剖面为凸双曲线244.1.2入射面剖面为凹椭圆曲线254.2点源半导体光束准直系统设计（不考虑固有像散）264.2.1准直系统设计方案26第II页共II页4.3考虑固有像散半导体光束准直系模块计284.3.1准直模块设计方案294.

5、3.2准直系统设计模块及性能分析314.4本章小结32第五章全文总结33参考文献34致谢36第II页共II页第36页共36页第一章绪论1.1课题研究意义随着人类科学技术的不断进步和信息流量的爆炸性增长，信息的传输和交换技术不断的获得发展和飞跃,以往的通信技术逐渐暴露出其自身的弱点。在此背景下，人们自然把目光转移到了光通信领域，期待依靠光通信来解决问题。随着科技发展的日新月异，光通信技术已经成为现代通信技术发展的新热点。与此同时，由于半导体激光器具有其它类型激光器无法比拟的特性,已经成为最重要的一类激光器并被广泛应用于光通信领域。而半导体激光调制源是光通信系统中发信装置的核心部分,它产生光通信系

6、统所需要的光载波,其特性的好坏直接影响通信系统的性能，因此必须研究半导体激光器调制源。激光技术的出现产生了许多新的技术现象。在通信传输领域中，半导体激光调制技术展现出前所未有和不可替代的技术成就，正处在一个飞跃发展的时期。调制是在发送端将调制信号运载到载波上的过程。激光调制分为内调制和外调制两类。内调制是指加载的调制信号在激光震荡的过程中进行，以调制信号的规律去改变震荡的参数，从而达到改变激光输出特性实现调制的目的。由半导体激光器的特点可知，用高频信号或脉冲信号来调制电流，使注入到有源层内的载流子密度或反转分布得到调制，反映在受激复合辐射的速度上，并且发射出强度被调制的激光。对于通信用半导体激

7、光器的情况，驱动电流约为几十毫安，端电压约为1V，因此调制需要的功率很小。内调制也可在激光谐振腔内放置调制元件，用信号控制调制元件以改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特性实现调制。外调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压使调制器的某些物理特性发生相应的变化，当激光通过时即得到调制。外调制不是改变激光器参数，而是改变已经输出的激光的参数。外调制设