MODULATION CHARACTERISTICS AND NOISE IN SINGLE MODE SEMICONDUCTOR LASERS

• Main Author: ADELA ALENCAR SAAVEDRA
• Other Authors: JEAN PIERRE VON DER WEID
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 1998
• 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

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. === 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.