半導體激光器在光孤子通信中的應用

高輝　趙學陽　楊爽　張芮

摘要：相關部門曾經針對通信中光源的特點和屬性展開過研究分析，從光源的特性出發，并把光源的特性與半導體激光器的特性進行了分析對比。分析結果顯示，半導體激光器更適合于應用在光孤子通信中。光孤子通信系統屬于新型通信系統，半導體激光器在光孤子通信中的作用不可替代。光孤子通信具有以下原因優勢：一是容量大，二是損耗低，三是抗干擾能力強，四是尺寸小，五是質量輕，六是節約能源，是現代通信的關鍵手段之一。半導體激光器在光孤子通信中占據關鍵地位。

關鍵詞：半導體 激光器 光孤子通信 應用

中圖分類號：TN248；O572.31 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0036-01

半導體激光器也被人們稱為激光二極管，半導體激光器的實用性比較強，這也是半導體激光器廣泛應用于光孤子通信中的原因之一，半導體激光器應用成本比較低，而且后期維護和保養的費用也比較少，得到人們的肯定和認可。

1 半導體激光器特性分析

1.1 光的相干性

脈沖展寬會在一定程度上降低通信系統內部的信息容量，半導體激光器的光相干性可以降低脈沖展寬，光源的展寬越小，光的相關性就越理想。最佳的光相干源屬于單色，線寬數值為0，光源會在固定的范圍內發光，半導體激光器的線寬雖然也比較小，但是光孤子通信對于功率的要求比較高，進而半導體激光器成為光孤子通信應用最為廣泛的光源。光孤子通信比較常用的光源有以下幾種：一是發光二極管，其光源線寬范圍在30-100nm之間，二是半導體激光器，其光源線寬在1-6nm之間，三是YAG激光器，其光源線寬為 0.2nm。

1.2 閾值特性

事實上，LED是不具備閾值的，只要在LED內部輸入較小的電流就可以使LED發光發亮。但是，半導體激光器與LED有著本質上的區別，半導體激光器內部輸入的電流必須達到一定的閾值，才能讓半導體激光器發揮作用。隨著驅動電流的逐漸增加，通信系統輸出的功率也會逐漸增加。通常情況下，光孤子通信中的半導體激光器電流會控制在5-250mA之間。但是，為了降低半導體激光器外部溫度，半導體激光器的閾值不能太高，需要控制在一定范圍內，工作人員可以在半導體激光器內部提高晶體的濃度進而降低半導體激光器的溫度。

1.3 耦合特性

相比LED而言，半導體激光器的運行速度遠超過LED，輻射也比LED小很多，這就導致半導體激光器比較容易和光纖耦合。半導體激光器的優勢：一是輸出頻譜較小，二是耦合效率高，三是調制速率高，四是響應時間短。

2 半導體激光器在光孤子通信中的應用分析

通常情況下，人們會限制通信的傳輸距離，限制的原因有以下幾個：一是降低損耗，二是色散。光孤子實際上是一種光脈沖，可以在傳輸的過程中保持形態不變，利用光孤子的特點可以實現大容量的通信傳輸。光孤子源屬于光孤子通信的前提和基礎，只有光孤子源符合標準時，光孤子才能發揮作用。光孤子源的波長是可調節的，當光孤子源的波長限定在1660nm時，損耗是最小的。光孤子產生的方法有以下幾種：一是色心激光器，二是調制激光器，三是光纖激光器，四是多級壓縮激光器。光孤子對于通信波形的要求比較低，色散光纖在輸送的過程中會逐漸形成雙曲正割形。DFB半導體激光器屬于比較常用的激光器，DFB半導體激光器的性質比較獨特，具有較好的溫度特性。DFB半導體激光器的調諧方法有：一是改變溫度，二是改變電流。如今，西方國家對半導體激光器也展開了深入研究，英國專業人士研究出了空穴激光器，該激光器的波長可以達到980nm，空穴激光器波長的傳輸沒有障礙。光孤子傳輸的最佳狀態是實現遠距離傳輸，但是光纖在傳輸的過程中必定會產生損耗，雖然損耗不會改變光纖傳輸的狀態，但是降低了光纖孤子傳輸的脈沖幅度，導致脈沖失去了原本的特性。因此，必須要采取措施彌補光孤子傳輸中的損耗。光纖放大器數以比較新型的，而且應用效率比較高的放大器。光纖放大器具有以下特點：一是高增益，二是寬帶寬，三是低噪音，四是波長范圍比較理想。光纖放大器可以更好的彌補光孤子傳輸中的損耗，在光孤子內部增加一定數量的EDFA，實現全光的快速傳輸。在EDFA中，LD屬于泵浦源，泵浦源有兩種：第一個是980nm，第二個是1480nm，需要結合光孤子的實際情況來選擇泵浦源，獲得最理想的輸出功率。

3 結語

半導體激光器的線寬雖然也比較小，但是光孤子通信對于功率的要求比較高，進而半導體激光器成為光孤子通信應用最為廣泛的光源。為了降低半導體激光器外部溫度，半導體激光器的閾值不能太高，需要控制在一定范圍內。光孤子源屬于光孤子通信的前提和基礎，只有光孤子源符合標準時，光孤子才能發揮作用。西方國家對半導體激光器也展開了深入研究，英國專業人士研究出了空穴激光器，是比較理想的激光器。相比傳統的激光器，半導體激光器具有自身的優勢，這也是半導體激光器廣泛應用于光孤子通信中的原因。

參考文獻

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