电吸收激光调制技术的等效电路模型研究

摘 要：电吸收调制器和激光器等光电子集成器件的特性分析提供基础。根据在三端口集成器件的信号等效电路模型，得出实验结论，采用电吸收调制器的数字调制方式，可以有效提高抗干扰能力，降低啁啾效应，实现高速率激光调制输出。

关键词：电光调制 分布式反馈激光器 啁啾效应

中图分类号：TN24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0128-02

1 电光调制

电光调制利用了电光效应，调制晶体在外电场的作用下，晶体折射率发生变化，使通过晶体的不同偏振方向的光之间产生位相差，利用马赫-曾德尔电光调制器，从而实现电光强度调制。图1是典型的电光调制装置的示意图。该电光调制装置由两块交叉偏振片和一块单轴电光晶体构成，偏振片的通振动方向分别与x、y轴平行。通过振动方向与y轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅，随着外加电压变化，出射光强也改变了，如果把信号加在晶体上，输出光强就为信号所调制。

2 电吸收光调制器的等效电路模型

电吸收调制器的等效电路模型要考虑到光功率带来的影响。2003年，Federica等给出了电吸收调制器的时域大信号模型，研究了电吸收调制器的大信号特征，如啁啾现象。电吸收调制器准静态小信号等效电路模型如图2所示。图2中，和是连接终端微带线和输入端微带线的金丝的电感和电容；是EAM调制器的串联电阻（包括体电阻和欧姆接触电阻）；是结电容；是压焊点的寄生电容。调制器吸收光子产生光生载流子，在反向结偏压的作用下，形成光生电流，电流通道的阻抗表示为电阻，是调制器的直流光电流，是直流结偏压，是输入光功率有关，随着输入光功率的增大，逐渐变小；调制器的电-光频率响应由两端的交流电压与输入的交流电压的比值决定。结电容的值可以由C-V测试得到，通过测量大电流下调制器的正向I-V曲线的斜率近似得到。

大信号条件下，由于输入信号较大，必然涉及到器件的非线性部分，这样就不能用现行等效电路表示电子器件的特征，需要非线性等效电路分析，电吸收调制器的大信号等效电路如图3所示。调制器大信号电路模型由相互控制的电路回路（电极1～电极2）、光学回路（电极3～电极4）以及相位回路（电极5～电极6构成）。电学回路将非线性电极单元等效为准传输线，传播特征由传输线电阻，传输线电感，传输线电容，P-I-N结的串联电阻（包括体电阻和欧姆接触电阻），结电容和光电流决定，光学回路对光强调制建模，产生的光电流如下式：

因为大信号等效电路可以分析电吸收调制器的响应和啁啾等大信号特性，对电吸收调制器结构、封装等进行优化设计，并且为电吸收调制器和激光器等光电子集成器件的特性分析提供基础。图4为测量的EAM调制器于DFB激光器的反射参数，其中所用DFB激光器的阈值电流约为16 mA。可以看出，当偏置电流低于或接近阈值电流时，激光器的阻抗特性随着偏置电流的变化而变化。然而，调制器的反射参数只在偏置电流高于阈值的时候才有显著变化，说明此时光耦合的作用要大于电耦合。

3 结论

本文研究了高速率EAM调制技术，建立电吸收调制器准静态小信号等效电路模型，在三端口模型实验分析中，由光反馈引起的EAM调制器的探测器作用和附加调制作用都应该被考虑到，容易实现高速率调制光信号。综合比较，采用电吸收调制器的数字调制方式，可以有效提高抗干扰能力，实现高速率激光调制信号输出。

参考文献

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