MODULATION CHARACTERISTICS AND NOISE IN SINGLE MODE SEMICONDUCTOR LASERS
TELECOMUNICAÇÕES BRASILEIRAS S/A === Propriedades dinâmicas dos lasers semicondutores monomodo têm sido investigadas utilizando-se diferentes sistemas ópticos de medição. Sistemas ópticos integrados auto- homódino e heteródino foram montados para a medição da modulação em intensidade (IM) e freqü...
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| Language: | Portuguese |
| Published: |
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
1998
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| Online Access: | http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=8126@1 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=8126@2 |
| Summary: | TELECOMUNICAÇÕES BRASILEIRAS S/A === Propriedades dinâmicas dos lasers semicondutores monomodo
têm sido investigadas utilizando-se diferentes sistemas
ópticos de medição. Sistemas ópticos integrados auto-
homódino e heteródino foram montados para a medição da
modulação em intensidade (IM) e freqüência (FM) e para a
obtenção do fator de alargamento da largura de linha
(alfa) de três lasers semicondutores de realimentação
distribuída (DFB) de seção única. O sistema auto-homódino
foi pela primeira vez empregado na obtenção do fator de
alargamento da largura de linha. Este sistema mostrou-se
mais estável, prático e as medidas apresentam melhor
reprodutibilidade que no sistema heteródino, uma vez que é
possível obter as características de IM, FM e o parâmetro
alfa em uma única medida sem o uso de um outro laser
semicondutor como oscilador local.
O outro sistema utilizador foi o interferômetro de Mach-
Zehnder com detenção balanceada montado com elementos
discretos. É possível medir as características de
modulação e ruídos dos dispositivos com este
interferômetro empregado como discriminador de freqüência.
Com este instrumento foi feita a caracterização dinâmica
de lasers DFB de seção única, DBR de múltiplas seções e
grating assisted codirectional coupler with rear sampled
reflector (GCSR) lasers. Foi analisado e pela primeira vez
quantificado o efeito de desintonização carrregada em
lasers GCSR, pelas medidads de resposta da IM, ruído de
freqüência e largura de linha.
A realização da caracterização das propriedades dinâmicas
de lasers GCSR de larga sintonia é de grande importância,
uma vez que muito pouca informação está disponível sobre o
assunto pois a estrutura do dispositivo foi desenvolvida
recentemente. O lasers GCSR possui quatro seções, uma
seção de ganho e três sintonia. Estes dispositivos possuem
sintonia quase-contínua de 1520 a 1560nm. Características
como ruído de intensidade relativo (RIN), ruído de
freqüência, largura de linha, resposta a modulação de
amplitude e de freqÜência foram investigadas sob
diferentes condições de funcionamento. O comportamento da
largura de linha, freeqüência de ressonância, largura de
faixa de modulação e varredura em freqüência foi analisado
em dez comprimentos de onda espaçados de 4nm dentro da
faixa de sintonia. A resposta IM tem características quase
constantes sobre a faixa de sintonia e a resposta FM é
comparável ou melhor que em lasers com refletor de Bragg
distribuído (DBR). O fator de alargamento da largura de
linha (alfa) foi obtido de forma inédita pelo uso do
interferômetro de Mach-Zehnder com detecção balanceada
pela medida das respostas AM e FM, alfa tem seu valor
máximo no lado dos comprimentos de onda mais longos e
decresce na direção dos comprimentos de onda mais curtos.
Foi observado uma melhora em algumas prorpiedades do laser
como: redução do ruído de freqüência, largura de linha e
aumento da largura de faixa de modulação com a sintonia da
seção de fase. Isto é característico da ocorrência do
efeito de desintonização carregada (detuned loading
effect), o qual geralmente ocorre em lasers DBR. Este
efito explica o comportamento observado da largura de
linha, largura de faixa de modulação e parâmetro alfa na
faixa de sintonia.
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Dynamic properties of single mode semiconductor lasers
have been investigated using different optical set-ups.
Intergrated optical self-homodyne and heterodyne systems
were mounted to measure the intensity (IM) and frequency
(FM) modulation responses and to obtain the linewidth
enhancement factor (a) of three single-section distributed
feedback lasers (DFB). The self-homodyne interferometric
system was used for the first time to obtain the linewidth
enhancement factor. This system is more stable,
reproducible and practical than the heterodyne set-up,
since it is possible to obtain IM, FM characteristics and
a parameter in one measurement without using another
semiconductor lase as a local oscillator.
The other system used was the Mach-Zehnder interferometer
with balanced detection mounted with discrete optical
elements. This instrument works as a frequency
discriminator, therefore, it is possible to anlyse the
modulation and noise properties of semiconductor lasers
with one or more sections. Single section DFB lasers,
multi-section DBR and grating assisted condirectional
coupler with rear sampled reflector (GCSR) lasers were
characterised using the interferometer. Measuring the IM
response, frequency noise and linewidth of GCSR lasers it
was possible to study the detuned loading effect in these
devices. This effects was quantified for the first time in
this work.
The dynamic characterisation of widely tunable GCSR lasers
is really relevant, once very little information is
available about these devices and their structure was
developed recently. The GCSR laser has four sections, one
gain section and three tuning sections. These devices have
quasi-continous tuning range from 1520 to 1560 nm. The
relative intensity noise (RIN), frequency noise and
linewidth characteristics, amplitude modulation (AM) and
FM responses were measured at ten different wavelength
spaced by 4 nm on the tuning range.
The AM response hag quasi-constant characteristics on the
tuning range and the FM response is comparable or better
than on ordinary distributed Bragg reflector lasers (DBR).
A new technique for a parameter extraction was developed
measuring AM and FM responses using a Mach-Zehnder
interferometer with balanced detection. The calculated a
aparameter has a maximum value in the long wavelength side
and decreases in the direction of the short wavelength
side. An improvement of some laser properties like
frequency noise, linewidth and modulation bandwidth with
the phase tuning was observed. These are characteristics
of the detuned loading effect, which usually occurs in DBR
lasers. This effect explains the linewidth, bandwidth and
a parameter behaviour on the tuning range.
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