CN101887086B - 通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，具有以下步骤：步骤1：提供要测试的激光器；步骤2：在激光器的直流输入端接一驱动电源，激光器的高频输入端通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪的信号输出端，激光器的输出端通过光纤连接一光探测器，光探测器通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪的信号接收端；步骤3：对待测激光器施加驱动电流和高频调制信号，光探测器将激光器的光信号转换为电信号，通过矢量网络分析仪测量各电流下激光器的传输系数；步骤4：将测量得到的数据传入计算机，通过程序对传输系数做累加及归一化处理；步骤5：将累加及归一化处理后的数据画出频率-电流-光功率三维图，从而得到激光器的动态特性。

Description

通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更具体说是一种通过功率-电流(P-I)曲面研究激光器动态特性的方法。
背景技术
在激光器的性能指标中，激光器输出光功率与偏置电流的关系是非常重要的，即是P-I特性曲线。它表征了激光器的阈值，斜率(微分电阻)，饱和功率，响应线性度等方面的特性。但是我们经常说的P-I特性曲线仅仅表示在直流驱动条件下，激光器的功率-电流关系。事实上，在较高的工作频率时，P-I特性曲线与静态特性有很大区别。从动态P-I特性曲面，我们可以看到在不同频率下，激光器的阈值，斜率(微分电阻)，饱和功率，响应线性度等方面的特性。
发明内容
为了了解在高频下的激光器的动态特性，本发明的目的在于提出一种通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，该方法做出了激光器的动态P-I曲面，通过它直观有效的研究在不同频率下，激光器的阈值，斜率(微分电阻)，饱和功率，响应线性度等方面的特性。并可以通过小信号的测试结果估计激光器的大信号响应特性。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
本发明提供一种通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，具有以下步骤：
步骤1：提供要测试的激光器；
步骤2：在激光器的直流输入端接一驱动电源，激光器的高频输入端通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪的信号输出端，激光器的输出端通过光纤连接一光探测器，光探测器通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪的信号接收端；
步骤3：对待测激光器施加驱动电流和高频调制信号，光探测器将激光器的光信号转换为电信号，通过矢量网络分析仪测量各电流下激光器的传输系数；
步骤4：将测量得到的数据传入计算机，通过程序对传输系数做累加及归一化处理；
步骤5：将累加及归一化处理后的数据画出频率-电流-光功率三维图，从而得到激光器的动态特性。
其中测量电流范围从0-100mA，间隔1mA。
其中对待测激光器施加的驱动电流的最大值不低于100mA。
其中程序化处理是采用matlab程序。
本发明的有益效果是：通过简单的理论和程序部分做出的激光器的动态三维P-I曲面，可以直观的反应激光器的动态特性：在不同频率下，激光器的阈值，斜率(微分电阻)，饱和功率，响应线性度等。将静态功率电流关系曲线扩展到高频，便于研究随着频率升高激光器特性的变化，并可以通过高频时曲线的线性范围估计激光器的大信号特性。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是不同偏置电流下激光器传输系数测试装置的示意图。
图2是不同偏置电流下频率响应特性示意图。
图3是激光器在不同频率下动态P-I曲面示意图。
图4是频率分别为0、2.5GHz、5GHz、7.5GHz、10GHz、12.5GHz时的P-I曲线图示。
具体实施方式
请参阅图1所示，一种通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，具有以下步骤：
步骤1：提供要测试的激光器3；
步骤2：激光器3的直流输入端接一驱动电源2，激光器3的高频输入端通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪1的信号输出端，激光器3的输出端通过光纤连接一光探测器4，光探测器4通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪1的信号接收端；
步骤3：对待测激光器3施加驱动电流和高频调制信号，光探测器4将激光器3输出的光信号转换为电信号，改变驱动电源2供给激光器3的偏置电流I，通过矢量网络分析仪1测量各电流下激光器3的传输系数S21(关于频率f的函数)；如图2所示。其中测量电流范围从0-100mA，间隔1mA；本发明中使用的待测激光器3可承受的最大驱动电流不低于100mA；
步骤4：将测量得到的数据传入计算机，通过程序对传输系数做累加及归一化处理；可以得到各频率的光功率P与驱动电流I的关系，其中程序化处理是采用matlab程序；
步骤5：将累加及归一化处理后的数据在三维坐标中表示出来，以频率(GHz)为x轴，偏置电流(mA)为y轴，光功率(mW)为z轴，画出频率-电流-光功率三维图，如图3所示，从而得到激光器3的动态特性，例如可以直接看出随着频率升高激光器3的阈值将增大，通过垂直于频率轴的平面截动态曲面，得到不同频率时的P-I曲线组，如图4所示，还可以更具体的观察激光器3在各频率时的斜率(微分电阻)，饱和功率，响应线性度等方面的特性，并可以通过高频时响应的线性范围估计激光器3的大信号特性。
程序部分是通过matlab基于以下原理进行运算的：
一、累加求和
通过图1的测试装置可以得到在任一频率和任一偏置电流下的传输系数S21。由于|S21|为P-I特性曲线的斜率。因此，有公式
P(fi，Ij)＝P(fi，Ij-1)+|S21(fi，Ij)|ΔI    (1)
在电流为零时，激光器的输出光功率为零，由(1)可以得到
P ( f i , I j ) = Σ k = 1 j | S 21 ( f i , I k ) | ΔI - - - ( 2 )
二、归一化
S21的测试是相对测量，故需要对导出的动态P-I曲面进行归一化。矢量网络分析仪的最低频率为50MHz，对于高速激光器而言，这一频率可以认为是直流。这个频率下，激光器的响应特性认为与直流驱动下的响应特性一致，用静态P-I曲线来归一化低频时的动态P-I曲线，可以得到不同频率时的动态P-I曲面。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。

Claims (4)

1.一种通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，具有以下步骤：
步骤1：提供要测试的激光器；
步骤2：在激光器的直流输入端接一驱动电源，激光器的高频输入端通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪的信号输出端，激光器的输出端通过光纤连接一光探测器，光探测器通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪的信号接收端；
步骤3：对待测激光器施加驱动电流和高频调制信号，光探测器将激光器的光信号转换为电信号，通过矢量网络分析仪测量各电流下激光器的传输系数；
步骤4：将测量得到的数据传入计算机，通过程序对传输系数做累加及归一化处理；
步骤5：将累加及归一化处理后的数据画出传输系数的频率-驱动电流-传输系数的光功率三维图，从而得到激光器的动态特性。
2.根据权利要求1所述的通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，其中测量电流范围从0-100mA，间隔1mA。
3.根据权利要求1所述的通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，其中对待测激光器施加的驱动电流的最大值不低于100mA。
4.根据权利要求1所述的通过功率-电流曲面获得激光器动态特性的方法，其中程序化处理是采用matlab程序。
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JP特开平7-333271A 1995.12.22
徐国萍,任新根,董天临.半导体激光器的SPICE模型.《光通信研究》.1993,(第3期),48-51. *

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