2. 3 Hệ phơng trình tốc độ của laser bán dẫn DFB hai ngăn
3.4.2.2.Điều biến xung laser phát bằng tần số xung tín hiệu
Để khảo sát ảnh hởng của sự thay đổi tần số xung tín hiệu NRZ, chúng tôi chọn các thông số của xung tín hiệu NRZ nh sau: mức bơm H0 = 0.75ì10-1. Chu kỳ T của xung NRZ nhận các giá trị khác nhau T = 0.5ns, T = 1.5ns và T = 2.5ns tơng ứng với các tần số 2GHz, 0.67GHz và 0.4GHz.
Kết quả mô phỏng quá trình phát xung laser trên các hình 3.8 cho thấy khi chu kỳ T của xung NRZ nhỏ (T = 0.5ns – hình 3.8a), laser phát các xung có biên độ không lớn và thay đổi hỗn loạn. Các xung laser này đã đợc H. Kawaguchi công bố trong công trình [12], xem nh là các nhiễu khi khảo sát hoạt động phát xung của DFB laser hai ngăn thực nghiệm với sự có mặt của
xung tín hiệu có tần số cao.
Hình 3.8. Dãy xung phát của laser DFB hai ngăn khi chu kỳ xung tín hiệu NRZ thay đổi.
Tăng chu kỳ của xung NRZ lên các giá trị T = 1.5ns và T = 2.5ns (hình 3.8b, 3.8c) các dãy xung laser phát ra lại có các dạng tơng tự nh trong trờng hợp laser đợc bơm ở các mức bơm cao. Giữa các xung laser chính có biên độ lớn và
(3.8a) M ật đ ộ ph ot on p há t ( cm -3) Thời gian phát (ns) (3.8b) M ật đ ộ ph ot on p há t ( cm -3) Thời gian phát (ns) (3.8c) M ật đ ộ ph ot on p há t ( cm -3 ) Thời gian phát (ns)
có tần số lặp lại đúng bằng tần số xung tín hiệu NRZ, xuất hiện các xung phụ có biên độ thấp và giảm dần. Nh vậy việc kéo dài thời gian tơng tác giữa photon xung tín hiệu với các bức xạ laser một mặt kích thích các quá trình tái hợp cỡng bức dẫn tới quá trình bức xạ laser và làm thay đổi các đặc trng xung laser phát nh biên độ, tần số lặp, nhng mặt khác cũng kích thích các quá trình động học khác làm xuất hiện các dao động phục hồi trong một chu kỳ phát xung của laser.
Các kết quả tính toán và mô phỏng cũng cho thấy, dới ảnh hởng của sự thay đổi chu kỳ xung quang tín hiệu dạng hàm NRZ, thời gian đáp ứng ∆t là rất nhỏ, chu kỳ lặp ∆f giữa các xung phát tăng lên nhanh. Một số đặc trng khác nh độ rộng xung thời gian ∆τ thay đổi không đáng kể.
3.5. Kết luận
Trong chơng này chúng tôi đã trình bày động học của các quá trình phát xung của laser bán dẫn DFB hai ngăn.
Kết quả khảo sát hoạt động phát xung của laser DFB hai ngăn trong khoảng thời gian 100ns cho thấy khi đợc điều khiển bằng các dòng điện bơm có
I1, I2, laser DFB hai ngăn đã phát các xung đơn, tần số lặp ở trong miền GHz và độ rộng xung thời gian là rất nhỏ cỡ 25ps đến 70ps.
Có thể dịch chuyển bớc sóng laser phát trong khoảng vài nm bằng cách thay đổi dòng bơm I2 trong một miền giới hạn phù hợp.
Có thể điều biến các đặc trng của xung laser phát bằng cách thay đổi phù hợp các thông số xung tín hiệu NRZ. Đây là cơ sở của việc điều chế và mã hoá tín hiệu trong thông tin quang.
kết luận chung
Trong luận văn này chúng tôi đã nghiên cứu, tính toán, khảo sát một số đặc trng của quá trình phát không dừng của một laser bán dẫn DFB hai ngăn, cũng nh các phơng pháp điều biến xung tín hiệu. Những kết luận chính của luận văn có thể đợc tóm tắt nh sau:
- Đã tổng quan về vật liệu bán dẫn dùng chế tạo các laser.
- Đã tổng quan đợc quá trình phát triển và công nghệ chế tạo các laser bán dẫn nói chung và các laser phản hồi phân bố nói riêng.
- Đã dẫn ra hệ phơng trình tốc độ mô tả hoạt động của một laser bán dẫn DFB hai ngăn và giải thích đợc ý nghĩa vật lý của các tham số có mặt trong hệ phơng trình động học đã nêu.
- Đã khảo sát quá trình dịch chuyển bớc sóng của xung laser phát bằng dòng bơm I2 trong ngăn hấp thụ. Các kết quả khảo sát cho thấy, ở những giá trị gần ngỡng của dòng I2, laser phát các đa mode, có cờng độ bé. Có thể chọn đợc một khoảng các giá trị của I2 để thu đợc các mode đơn của quá trình đơn mode của laser, với khoảng dịch chuyển khoảng một vài nm.
- Đã khảo sát quá trình điều biến xung laser phát bằng xung quang tín hiệu dạng hàm NRZ. Sự thay đổi thông số xung quang tín hiệu nh biên độ, tần số xung quang tín hiệu đã làm thay đổi đặc trng xung laser phát nh cờng độ, độ mở rộng xung, tần số phát xung. Điều này cho thấy có thể ứng dụng các xung phát của laser bán dẫn DFB hai ngăn cho các áp dụng điều khiển tải trong công nghệ truyền dẫn quang.
Một vài kết quả của luận văn đã đợc công bố trong công trình [9] và phù hợp với các kết quả thực nghiệm về các laser DFB sử dụng cùng loại vật liệu đ- ợc công bố trong các công trình [10], [11-15], [18].
tài liệu tham khảo
[1] Đinh Xuân Khoa, Hồ Quang Quý (2007), Nhập môn thông tin quang, NXB ĐHQG Hà Nội.
[2] Hồ Quang Quý, Vũ Ngọc Sáu (2005), Laser bớc sóng thay đổi và ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nội.
[3] Trần Bá Chữ (2002), Laser và quang phi tuyến, NXB ĐHQG Hà Nội.
[4] Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển (2001), Cơ sở kỹ thuật laser, NXB Giáo dục, tr. 127-134.
[5] Đinh Văn Hoàng (2000), Những vấn đề hiện đại của Quang học và quang phổ - Tập II, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2000, tr. 406-411.
[6] Đinh Văn Hoàng, Trịnh Đình Chiến (2004), Vật lý Laser và ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nội. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[7] Nguyễn Văn Phú, Đinh Văn Hoàng (2006), ảnh hởng của các tham số động học và điều biến biên độ xung tín hiệu RZ trong hoạt động của một laser
DFB hai ngăn, Tạp chí khoa học, Trờng Đại học Vinh, Tập XXXV, Số 2A, tr.
63-68.
[8] Dinh Van Hoang, Nguyen Van Phu (2004), Some characteristics of pulse
generation of a DFB laser with two sections, Communications in Physics,
Vol.14, No. 3, pp. 171-177.
[9] Nguyễn Văn Phú, Đinh Văn Hoàng, Nguyễn Văn Thọ (2008), ảnh hởng của điều biến các thông số xung tín hiệu NRZ lên xung phát của laser bán
dẫn DFB hai ngăn, Tạp chí Nghiên cứu KHKT & CNQS, đã nhận đăng.
[10] Huang Y.-Z. (1995), On the rate equations of semiconductor lasers for
measuring spontaneous emission factor, IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 7, pp.
977-979.
[11] Kawaguchi H. at al. (1985), Analysis of all-optical clock extraction using
self-pulsating laser diodes, Electron. Lett., Vol. 131, pp. 890-900.
[12] Kawaguchi H. (1984), Optical bistability and chaos in a semiconductor
laser with a saturable absorber, Appl. Phys. Lett., Vol. 45, No. 12, pp. 1264-
1266.
[13] Keigo Lizuka (2002), Element of Photonics, Vol. II, For fiber and intergrated optics, John Wiley & Sons, Inc., Publication.
[14] Kinoshita J. (1994), Modeling of high-speed DFB lasers considering the
spatial hole burning effect using three rate equations, IEEE J. Quantum
Electron., Vol. 30, No. 4, pp. 929-938.
[15] Mohrle M., Sartorius B., Wolfram P. (1996), Electrically switchable self-
Vol. 8, No. 1, pp. 28-30.
[16] M. Ohstu, Frequency Control of Semiconductor Lasers, Wiley, NewYork 1996.
[17] Yu S. F., Ngo N. Q. (2002), Simple model for a distributed feedback laser
integrated with a Mach-Zehnder modulator, IEEE J. Quantum Electron., Vol.
38, No. 8, pp. 1062-1074.
[18] Wenzel H., Bandelow U., Wunsche H. J., and Rehberg J. (1996),
Mechanisms of fast self pulsations in two-section DFB lasers, IEEE J.