GB21548-2008光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法.pdf

I C S3 1 ．2 6 0 M3 1 镭亘 中华人民共和国国家标准 G B ／T215 4 8 - - 2 0 0 8 光通信用高速直接调制 半导体激光器的测量方法 M e t h o d so fm e a s u r e m e n to ft h eh i g hs p e e ds e m i c o n d u c t o rl a s e r s d i r e c t l ym o d u l a t e df o ro p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s 2 0 0 8 - 0 3 - 31 发布2 0 0 8 - 1 卜0 1 实施 宰瞀鹘鬻瓣訾矬瞥星发布中国国家标准化管理委员会“”1 目次 前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 规范性引用文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 缩略语、符号、术语和定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4 分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯- ⋯⋯- - 5 测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附录A 规范性附录 载噪比的测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附录B 规范性附录 组合二阶互调和组合三阶差拍的测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 附录C 资料性附录激光器组件可靠性试验分类和试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附录D 资料性附录 激光器组件产品检验方法 或规则 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ G B ／T21 5 4 8 - - 2 0 0 8 ⋯‘⋯‘⋯⋯⋯⋯Ⅲ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅳ ⋯⋯⋯1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 ⋯⋯⋯⋯⋯．．1 - - - - ⋯- ⋯8 9 ⋯- t ⋯⋯⋯⋯2 0 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ⋯t ⋯⋯⋯⋯“2 2 - ⋯⋯⋯2 4 刖舌 G B ／T21 5 4 8 2 0 0 8 本标准是根据我国光通信用高速数字直接强度调制半导体激光器及其组件的实际研制和使用情况 而制定的。 附录A 、附录B 是规范性附录，附录C 、附录D 是资料性附录。 本标准中的跗录C 非等效采用了美国标准T e l c o r d i aG R 一4 6 8 - C O R E 中表6 “激光组件的可靠性试 验要求”，但作了部分修改；其修改如下 根据我国实际情况，删去了表6 中热冲击和内部湿度试验项目； 由于本标准主要是规定光通信用激光器及其组件的测量方法，不涉及要求。因此删去了表6 中 抽样及失效判椐规定。 本标准还参考了 Y D ／T1 1 1 1 ．2 - - 2 0 0 1S D H 光发送／光接收模块技术要求2 ．4 8 83 2 0G b ／s 光发射模块。 本标准由中华人民共和国信息产业部提出。 本标准由信息产业部 通信 归口。 本标准起草单位武汉邮电科学研究院。 本标准主要起草人丁国庆、郑林、丁方肪。 Ⅲ G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 引言 随着微电子、光电子器件所用材料、制作技术、工艺设备和检测设备的不断进步，光通信用半导体激 光器的性能指标、可靠性水平日益提高。应变量子阱分布反馈激光器的出现，标志着激光器水平达到了 新的高度。这种激光器阈值可达亚毫安量级，动态光谱线宽可小于0 ．1n m ，上升、下降时间可小于 0 ．3n s 、一3d B 模拟带宽可大于1 0 G H z ，这种激光器可直接用于高速数字 6 2 2 M b i t ／s ～1 0 G b i t ／s 直接 强度调制。它具有性能优越、调制简单、成本较低等特点，在S D H 、W D M 、以太网等光通信系统中具有 广泛的应用。 目前，国内还没有一个关于光通信用高速脉码直接强度调制半导体激光器及其组件测量方法的规 范性文件。虽然1 9 9 3 年有一个光通信行业标准Y D ／T7 0 1 一1 9 9 3 半导体激光二极管组件测试方法， 但它主要描述和规范激光二极管的直流参数及测试，没有涉及高速脉码直接强度调制情况下激光器及 其组件的光电特性测量问题。为此，制定一个高速脉码直接强度调制半导体激光器及其组件测量方法 的规范性文件，是非常必要的。它可用于激光器及其组件的光电特性测量、产品检验和质量等级评 对高速脉码直接强度调制激光器及其组件而言，除一般光电特性外，其高速动态特性无疑是非常重 要的。它包括动态光谱特性、光功率一驱动电流非线性特性、调制特性、噪声特性、频率啁啾效应等。本 标准对激光器及其组件主要技术参数进行了定义 或描述 、分类，重点对高速脉码直接强度调制下的光 电特性测量方法进行了规定。 Ⅳ c a ／T21 5 4 8 2 0 0 8 光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法 { 范围 本标准规定了高速 6 2 2M b i t ／s ～1 0G h i t ／s 脉码光纤通信系统中采用非归零码直接强度调制半导 体激光器 主要是多量子阱分布反馈激光器 及其组件的术语、定义、分类、主要技术参数测量方法。此 外，考虑到激光器测量方法以及相关试验、检验方法的完整性，作为附录，也规定了激光器在模拟系统中 常用的几个参数的测量方法以及可靠性试验方法和产品检测方法 或规则 。 本标准适用于S D H 、W D M 、以太网等高速脉码光纤通信系统中所用直接强度调制半导体激光器及 其组件的光电特性测量；模拟光通信系统和其他光系统中激光器及其组件的光电特性测量或检测也可 用作参考。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有 的修改单 不包括勘误的内容 或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 G B ／T1 7 6 2 6 ．2 1 9 9 8 电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 i d tI E C6 1 0 0 0 4 2 1 9 9 5 G B ／T1 7 6 2 6 ．3 1 9 9 8 电磁兼容 试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 i d tl E C6 1 0 0 0 - 4 3 1 9 9 5 G B ／T 1 7 6 2 6 ．4 1 9 9 8电磁兼容 试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 i d tI E C6 1 0 0 0 4 4 1 9 9 5 G B ／T1 7 6 2 6 ．6 1 9 9 8 电磁兼容 试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 i d tI E C6 1 0 0 0 4 - 6 1 9 9 6 Y D ／T7 0 1 ～1 9 9 3 半导体激光二极管组件测试方法 Y D ／T7 6 7 1 9 9 5同步数字系列设备和系统的光接口技术要求 Y D ／T1 1 1 1 ．2 2 0 0 1S D H 光发送／光接收模块技术要求一2 ．4 8 83 2 0G h ／s 光发射模块 I T U TG ．6 9 1 2 0 0 0 具有光放大器的单通道S D H 系统光接口和S T M 一6 4 及S T M 一2 5 6 系统 I E C6 2 0 0 7 ．2 光纤系统中所用的半导体光电子器件第g 部分测量方法 T e l c o r d i aG R 一4 6 8 一c o R E 1 9 9 8 用于通信设备中的光电子器件的一般可靠性保证要求 3 缩略语、符号、术语和定义 下列缩路语、符号、术语和定义适用于本标准。 3 ．1 缩略语和符号 缩略语 英文名称 或符号 A B W A n a l o gB a n d w i d t h B E RB i tE r r o rR a t e o rR a t i o C N RC a r r i e r t o N o i s eR a t i o C P C h i r p i n g C T BC o m p o s i t eT r i p l eB e a t 中文名称 模拟带宽 比特差错率 载噪比 啁啾 或频率扫动 组合三次差拍 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 C S o D F B D I M D S L M E S D E X F W H M L D M L M L M M Q W D F B N R Z O I S 0 M A O R L P C M P J P I N P D P R B S R I N S D H S M S R T E T E C W D M L p q j k I t h I m o d P 。 S I S n S z l T 。 t f ／￡f U f A c △ 3 ．2 术语和定义 C o m p o s i t eS e c o n dO r d e ri n t e r m o d u l a t l o n D i s t r i b u t i o nF e e d - B a c k D i r e c t l yI n t e n s i t yM o d u l a t i o n D y n a m i cS i n g l eL o n g i t u d i n a lM o d e E l e c t r o s t a t i cD i s c h a r g e E x t i n e t i o nR a t i o F u l lW i d ea tH a l lM a x i m u m L a s e rD i o d e M e d i a nL i f e M u l t i - L o n g i t u d i n a lM o d e M u l t i p l eQ u a n t u mW e l lD i s t r i b u t i o nF e e d B a e k N o nR e t u r nt oZ e r o O p t i c a lI s o l a t i o n O p t i e a lM o d u l a t i o nA m p l i t u d e O p t i c a lR e t u r nL O S S P u l s e - C o d eM o d u l a t i o n O p t i c a lP o w e rV S ．C u r r e n tC u r v e P I N - P h o t o d i o d e P s e u d oR a n d o mB i n a r yS e q u e n c e R e l a t i v eI n t e n s i t yN o i s e S y n c h r o n o u sD i g i t a lH i e r a r c h y S i d eM o d eS u p p r e s s i o nR a t i o T r a c k i n gE r r o r T h e r m o - E l e c t r i cC o o l e r W a v e l e n g t hD i v i s i o nM u l t i p l e O p t i c a lP o w e r - D r i v i n gC u r r e n tL i n e a r i t y C u r r e n ta tT h eK i n ko fP - Ic u r v e T h r e s h o l dC u r r e n t M o d u l a t i o nC u r r e n t 0 u t p u tO p t i c a lP o w e r L i n e a r i t yo ft h eP - Io fL D R e f l e c t i o nC o e f f i c i e n to fSp a r a m e t e r T r a n s m i s s i o nC o e f f i e i e n to fSp a r a m e t e r C a s eo p e r a t i n gT e m p e r a t u r e R i s e ／F a l lt i m eb e t w e e n 1 0 ～9 0 ％o fm a x i m u m F o r w a r dv o l t a g ea tr a t e dp o w e ro fL D C e n t r a lW a v e l e n g t h O p t i c a lS p e c t r u mW i d t ho fL D 组合二阶互凋 分布反馈 直接强度调制 动态单纵模 静电放电 消光比 半高全宽度 激光器 或激光二极管 中值寿命 多纵模 多量子阱分布反馈 非归零 光隔离 光调制幅度 光回损 脉码调制 光功率一电流曲线 P I N 型光探测器 伪随机码序列 相对强度噪声 同步数字序列 边模抑制比 跟踪误差 制冷器 波分复用 P - I 曲线线性度 P - I 曲线扭折处电流 阈值电流 调制电流 输出光功率 激光器P - I 曲线线性度 反射系数 传输系数 管壳温度 上升／下降时闯 激光器正向电压 中心波长 激光器光谱宽度 3 ．2 ．1 半导体激光器及其组件L Da n dL Da s s e m b l y 采用Ⅲ一V 族化学物半导体多薄层异质结构材料 如G a A I A s ／G a A s 、I n G a A s P ／I n P 、I n A I G a A s ／ I n P 制作的激光器，称为半导体激光器。它主要由有源层、光波导层、光谐振腔和电接触层构成。这种 2 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 结构实际上是激光器管芯 或芯片 。 相对于波长为9 8 0n m 以下的激光器而言，通常把辐射中心波长在11 0 0n m 以上的激光器称为长 波长激光器。 激光器管芯不便测试和使用。只有制成组件才能应用和测试。由半导体激光器、背光探测器、微透 镜、光隔离器、耦合光纤、外围电路元件、管壳等组成的混合集成件，称为半导体激光器组件。 3 ．2 ．2 多量子阱一分布反馈激光器m u l t i p l eq u a n t u m - w e l ld i s t r i b u t e df e e d - b a c kl a s e r 有源层为多个量子阱 M Q W 结构、光波导层为分布反馈 D F B 结构的激光器。 所谓多个量子阱结构，通常指每层由2 ～4 种元素 或组份 组成且厚度不同的材料交替生长而成的 多薄层结构，其薄层厚度小于德布罗意波长 约1 2n m 。按能带隙宽度和薄层厚度不同，薄层分为两 类。一类为阱层，一类为势垒层。有源层具有多个这种结构的激光器，称为多量子阱激光器。它具有阈 值电流低、光谱宽度窄、温度特性好等一系列优点。 所谓分布反馈结构，是指材料组分呈空问周期性分布、从而使折射率也呈空间周期性分布的结构。 该结构可起光反馈腔的作用。 激光器光波导层具有分布反馈结构的激光器，称为D F B - L D 。它其有光谱宽度窄、线性度好、可实 现动态单纵模等优点。 作为例子，M Q W D F B L D 结构示意图如图1 所示。 圈1M Q W - D F B - L D 结构示意图 D F B 结构 M Q W 结构 3 ．2 ．3 峰值波长和中心波长p e a kw a v e l e n g t ha n dc e n t e rw a v e l e n g t h 在发射光谱中，辐射强度 或光功率密度 最大的波长，称为峰值波长。 在发射光谱中，最高强度 或幅度 的s o ％处两点中心所对应的波长，称为中心波长。 3 ．2 ．4 光强度直接调制d i r e c t l ym o d u l a t i o no fo p t i c a lp o w e rd e n s i t y 调制电信号直接控制激光器驱动电流，使激光器输出光强度随调制电信号的幅度而变化的一种调 制方式。 3 ．2 ．5 光功率一电流曲线o p t i c a lp o w e r - c u r r e n tc u r v e 激光器输出光功率和其驱动电流之间关系 P - I 的曲线，如图2 所示。其中，B 处为光功率电流 3 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 曲线扭折 t h ek i n k 点。 P - I 曲线与激光器中P N 结温度紧密相关。温度越高，J 。h 越大。 二坦互 圄2 激光器／ - 1 曲线 3 ．2 ．6 阈值电流t h r e s h o l dc u r r e n t 物理上，把激光器发射荧光和激光的交界点相对应的电流称为阈值电流；数学上，它为光功率一电 流 P L f 函数二阶导数 d 2 P ／d 1 2 极值处所对应的电流。其示意图如图3 所示。 圈3 激光器阈值电流定义示意图 工程上，把与P L j 曲线急剧变化的拐点相对应的电流称阈值电流。 3 ．2 ．7 斜率效率 或差分效率s l o p ee f f i c i e n c y 激光器输出光功率差与其相应驱动电流差之比。即 S ；△P ／A I 一 P 。1 一P 。2 ／ 1 0 1 一1 0 2 斜率效率示意图如图4 所示，它反映了激光器电光功率转换效率。 4 圈4 激光器斜率效率示意圈 G B ／T2 1 5 4 8 2 0 0 8 3 ．2 ．8 调制电流m o d u l a t i o nc u r r e n t 加于激光器偏置电流之上的、与传输信号相关的控制电流 J 。。d 。它等于激光器总驱动电流与偏 置电流之差。调制电流与时间 1 m o d T 、光功率与驱动电流 P 。一J 关系曲线如图5 所示。 图5J 。o d - T 、只- I 关系曲线 3 ．2 ．9 光功率一驱动电流线性度o p t i c a lp o w e r - d r i v i n gc u r r e n tl i n e a r i t y 激光器光功率一驱动电流曲线通常存在不同程度的非线性。 光功率一驱动电流线性度定义为，在1 0 ％l m o d 处的光功率 P 1 至1 0 0 ％I m o d 处的光功率 P 。 范围 内，实际输出光功率 P 实际 与拟合线性光功率 P r o m 的最大偏差 △P ，与拟合线性光功率 P 线性 的比 值L P I 绝对值 ，即 L p I 一 P 宴际一P 墁性 ／P 拽性 A P ／P 线性 L p I 示意图如图6 所示。 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 。* Z 夕，≮* ／／ “ [ 7 l I h I ．d， 厂] L ’_ J 白 图6 光功率一驱动电流线性度示意图 3 ．2 ．1 0 动态单纵模d y n a m i cs i n g l el o n g i t u d i n a lm o d e 由于激光器谐振腔的作用，在垂直和平行于光传输方向上存在横模和纵模。横模表现为横向光斑 分布，纵模表现为光谱分布。在激光器光谱中，若光强度仅存在一个极大值，就称为单纵模。如果激光 器在高速直接调制情况下仍然保持单一纵模，就称为动态单纵模 D S L M 。在工程应用中，常把在高速 直接调制下其边模抑制比大于3 5d B 的激光器，称为动态单纵模激光器。M Q W - D F B - L D 就是这种动 态单纵模激光器。 3 ．2 ．1 1 光谱宽度s p e c t r a lw i d t h 激光器光谱宽度有几种不同的定义；均方根谱宽 R M S 、F W H M 谱宽和～2 0d B 下谱宽。 对于M Q W - D F B - L D ，主要采用F W H M 谱宽和一z Od B 下谱宽。在标准工作条件下，用测得的比 峰值波长幅度下降一半或下降2 0d B 处光谱曲线上两点间的波长间隔来表征其光谱宽度。前者称之为 F W H M 谱宽 或称一3d B 谱宽 ，后者称之为- - 2 0d B 下谱宽。 3 ．2 ．1 2 边模抑制比s i d em o d es u p p r e 镕i o nr a t i o 在最坏反射条件时、全词制条件下，激光器光谱中主纵模光功率峰值强度 P m o 与最大边模光功率 峰值强度 P 。1 之比的对数，即 S M S R 1 0 l g P 。0 ／P 。1 S M S R 示意图如图7 所示。 图7 边模抑制比示意图 G B ／T21 5 4 8 - - 2 0 0 8 3 ．2 ．1 3 消光比 e x t i n c t i o nr a t i o 激光器在逻辑“1 ”高电平时的输出光功率A 与逻辑⋯0 低电平时的输出的光功率B 之比的对 数，即 E X 1 0 I g A ／B 3 ．2 ．1 4 相对强度噪声r e l a t i v ei n t e n s i t yn o i s e 半导体激光器由于伴随激光辐射时的自发发射和非均匀澈射、反射等原因，输出光功率会产生随机 波动。这种随机波动可用相对强度噪声 R I N w 来表示。即光强度随机波动的均方根值与平均光强度 之比。 理论上，可通过求解具有噪声项的速率方程而近似得出强度自相关函数C 。， r ，经傅立叶变换可 求山R I N Ⅲ r R I N o 一IC p p r e x p i ￡a r d r J 这里，C p ， r 为强度自相关函数。 注；除上述原理性R 1 N ∞表式外，还有多种简化处理后的R 1 N m 表式，如I E C6 2 0 0 7 2 中3 ．5 e 中R I N m 表式为 R I N Ⅳ。一N a ／ R L G △，N I R H 3 ．2 ．1 5 啁啾参数c h i r pp a r a m e t e r 单纵模激光器 如M Q W D F 昏L D 由于在高速调制时电流急剧变化，将导致激光器有源层中的载 流子浓度急剧变化和激光器腔长变化，从而产生激光器发射波长的瞬时动态偏移。这种波长的瞬时动 态偏移 亦即频率瞬时动态偏移 称为频率啁啾。 频率啁啾可用啁啾因子a 来衡量，其定义为 a 一 d 中／d t ／E 1 ／2 P d P ／d t ] 这里中为光信号的相位，P 为光功率。 正啁啾参数相应于脉冲上升边的正频率漂移 蓝移 ，而负啁啾参数相应于脉冲下降边的负频率漂 移 红移 。 3 ．2 ．1 6 载嗓比c a r r i e rn o i s er a t i o 所传输的载波信号功率与相应带宽内的噪声功率之比。 在多路复用的传输系统中，要直接测量每路信号的载波功率，在最有利的条件下也是很麻烦的。因 此，在C A T V 行业标准中，载噪比定义为载波电平的有效值与规定带内系统噪声电平的均方根之比，用 d B 表示。 3 ．2 ．1 7 跟踪误差t r a c k i n ge r r o r 半导体激光器是温度敏感器件，温度不同，输出光功率也会有所不同。对半导体激光器来说．在驱 动电流相同、但管壳温度不同 T 1 、T z 时激光器所发射并耦合输出的光功率 P t 、P 2 比的对数，定义为 跟踪误差 T E ，即 T E 1 0l g P l T 1 ／P z r 2 3 ．2 ．1 8 组合二阶互调c o m p o s i t es e c o n do r d e ri n t e r m o d u l a i o n 由于激光器P - I 曲线和探测器P ．一，，的非线性，在模拟调制系统中将导致多个载波射信号的失真。 其中，组合二次互调失真定义为，落在被测频道内某频点上的所有二阶互调产物的总功率与该频道载波 功率之比。 7 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 3 ．2 ．1 9 组合三阶差拍c o m p o s i t ef ．i p l eb e a t 由于激光器P - J 曲线和探删器P i J ，的非线性，在模拟调制系统中将导致在多个载波射频信号的 失真。其中，组合三次差拍定义为，落在被测频道内某频点上的所有三阶差拍产物和三阶互调产物的总 功率与该频道载波功率之比。 3 ．2 ．2 0 光回波损耗o p t i c a lr e t u r nl o s s 入射光功率与反射光功率之比的对数。 3 ．2 ．2 1 背光检测电流m o n i t o rr e s p o n s ec u r r e n t 采用P I N 光探测器监测激光器背面发出的光并转换的电流。 激光器背面发出的光功率与正面发出的光功率有确定的比例关系。 3 ．2 ．2 2 光线路码型o p t i c a ll i n ec o d e 根据I T U TG ．6 9 1 和Y D ／T1 0 1 7 - - 1 9 9 9 ，数字光通信系统光接口的线路码型，规定为加扰二进制 不归零码 N R Z 。其扰码器要求参照Y D ／T7 6 7 1 9 9 5 中相关规定。 3 ．2 ．2 3 散射参数 S 1 1 、s 2 1 在超高频和微波领域，一般不适用电流、电压、开路、短路等概念，而用“波”和“场”的概念来定义、测 量和分析网络参数或特性。通常采用的网络参数是散射参数，即s 参数，它分为s - 。、s z 。、s 。z 和s ，能 直接地反映出网络的传输特性和反射特性。 s l l 定义为，4 端口网络的输出端口匹配时，输入端口的反射系数， S Z l 定义为，4 端口网络的输出端口匹配时，输入端口至输出端口的传输系数l S l z 定义为，4 端口网络的输入端口匹配时，输出端口至输入端口的传输系数； 2 2 定义为，4 端口网络的输入端口匹配时，输出端口的反射系数。 对激光器等效网络测量而言，一般只测量S 、S 2 t 。其中S 2 t 包含了传输损耗、带宽和带内平坦度 等信息。 3 ．2 ．2 4 静电放电防护阈值E S Dt h r e s h o l d 器件或电路所能承受的最大静电电压。 4 分类 根据发射波长、传输速率、封装形式的不同，M Q W - D F B - L D 及其组件分类如表1 所示。 表1M Q W - D F B - L D 及其组件分类 分类方法包古类别注释 W D M 光系统中通常有4 ～3 2 个不同的 按发射波长 13 1 0I ] I T i 、15 5 0n m 、特定波长 特定波长 按传输速率 6 2 2M W s 、1 ．2 5G b ／s 、2 ．5G b ／s 、1 0G b ／s 等 按封装结构蝶形等 5 测量方法 G B ／T2 1 5 4 8 2 0 0 8 5 ．1 被测激光器组件形式 光通信用高速脉码直接强度调制激光器一般做成组件进行测量或试验。根据内部元件数的多寡和 封装外形，被测激光器组件形式分为同轴型组件形式和蝶形组件形式两类。 激光器同轴型组件比较简单。它主要由激光器芯管、背光探测器、耦合光纤、电路元件、同轴底座和 管帽构成。 激光器蝶形组件内含较多元件。它主要由激光器芯管、背光探测器、徽透镜、光隔离器、热敏元件 热敏电阻和制冷器 、滤波和控制电路元件、耦合光纤和管壳构成。 被测激光器组件结构示意图的一个例子如图8 所示。 1 光纤 2 后透镜l 3 光隔离器； 4 前微透镜} 5 激光器芯管； 6 背光探涮器{ 7 热敏元件 热敏电阻和制冷器 I 8 控制电路I 9 管壳。 围8 被测激光器组件结构示意图 5 ．2 激光器特性 或技术参数 及分类 激光器特性包括电学特性、光学特性、电一光特性、调制特性、噪声特性、温度特性。其技术参数分 类如下 a 电学特性 卜【，曲线、阈值电流、正向电压、串联电阻等。 b 光学特性 发射功率、峰值波长、光谱宽度、光场模式 横模、纵模 、边模抑制比、近场分布、光发散角度等。 c 电一光特性 p - 曲线、光电转换效率 包括功率转换效率、内量子效率、外量子效率、斜率效率 、P J 曲线 线性度等。 d 调制特性 或瞬态特性 电光延迟时间、脉冲上升／下降时间、张弛振荡、自脉动、脉冲过冲、跳模、眼图、码型效应 光脉 冲幅度和宽度变化 等。 e 噪声特性 9 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 相对强度噪声 包括 f 温度特性 光功率 或阈值 一口 激光器技术参数很多。i } _ 一；∥N 结发热藏 凋制激光器及其 表2c 制激光器的主要t1 j 声等。 温度、中值寿命等。 要技术参数如表2 所示。 参数符参数符号 单位 阈值电流 I 动态光谱出 输出光功率 P 或d B m消光比E Xd B 峰值波长 A c n m 一3d B 模拟带宽B WM H z 边模抑制比 S M S Rd B 回波损耗L Bd B 光谱宽度F W H M 、从 - - 2 0d B 下口_ 参数 碉嗽r a d i a n s 斜率效率 S 0 ％相对强度噪声R I N d B ／H z 前向电压U f V 眼图 串联电阻 R sn 波长一温度瀑移n m ／A T * 上升／下降时间 f ，／t f 光功率一温度变化d B m ／ T * 光过冲跟踪误差 T E d B * 自脉动频率，． M H z 背光监涮电流，。n A * 电光延迟时间 光功率线性度S 1 d B 载噪比 C N Rd B * 等效输，一 k p A ／r t H z组合_ 二阶互调 C S Od B c 电流密度 组合三阶差拍 C T B d B c 注以上带“* ”者工程上通常小测． 5 ．3 测量条件及测量步骤 5 ．3 ．1 测量条件 测量结果的精确性与测量条件紧密相关，测量前必须认真做好测量条件的各项准备。 测量条件是指被测物件及相关物件的完好性；测量设备 或仪表 的准备和校准；测量环境条件的 符合性等。 5 ．3 ．1 ．1 环境条件要求 半导体激光器是静电和温度敏感器件。 测量时应采取防静电措施，如设备和仪表接地、触摸激光器时应佩带放静电腕带等； 测量环境温度为1 5 ℃～3 5 “ C I 湿度为2 5 ％R H ～7 5 ％R H 气压为正常大气压。 5 ．3 ．1 ．2 测量设备和仪表要求 测量前，应检定或校准所有测量设备和仪表的技术指标；检定或校准过的测量设备和仪表应在有效 期内使用。 本标准所用测量设备和仪表的主要技术指标见以下各条中规定。 5 ．3 ．2 光谱宽度、峰值波长、边模抑制比的测量 5 ．3 ．2 ．1 测量设备和仪表 本测量所用测量设备和仪表 a 光谱分析仪 入射光波长范围11 0 0r l r f l ～17 0 0n m 光波长分辨精度小于0 ．2r i m 输入光功率范围 一4 0d B m P 1 0d B m ；光功率分辨精度 o ．1d B 。 b 驱动电源 驱动电流范围0 m A ～1 0 0 m A ；电流稳定度 0 ．1 ～1 ．0 m A { 温度稳定度小于0 ．1 m A ／℃。 c 光可变衰减器 10 入射光波长范围1 1 0 0n m ～l7 0 0n m ；光可变衰减范围3 0d B 。 5 ．3 ．2 ．2 测量框图 光谱宽度、峰值波长、边模抑制比测量框图如图9 所示。 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 图9 光谱宽度、峰值波长、边模抑制比的测量框图 5 ．3 ．2 ．3 测量步骤 a 按图9 中测量框图配置，连接好线路。 b 开启光谱分析仪，使其处于准备状态；使光可变衰减器处于最大衰减位置。 c 开启驱动电源，使其驱动电流慢慢达到适当电流值。 d 把被测光通入光谱分析仪，调节光可变衰减器的衰减量，使其符合光谱分析仪输入光功率 要求。 e 观察并记录光谱分析仪上显示的峰值波长、光谱宽度和边模抑制比。 注激光器是正向使用的器件，使用电压很低，受到浪涌电压或过电流冲击很容易损坏。加载驱动电流时应极其小 心。后面凡涉及开启激光器驱动电流处，均应如此，不再赘述． 5 ．3 ．3 输出光功率、P - I 曲线、阚值电流的测量 5 ．3 ．3 ．1 测量设备和仪裹 本测量所用测量设备和仪表 a 驱动电流源 见5 ．3 ．2 ．1 b 。 b 光功率计 入射光波长范围11 0 0n m ～17 0 0n m 光功率 P 范围～5 0d B m P 1 0d B m 光功率分辨 精度 3 ．5p s 。 c 光电 O ／E 转换器 响应波长范围1 1 0 0n m ～17 0 0n m ；带宽根据实测速率选择适当带宽的O ／E 转换器。 d 时钟恢复单元／倍频器 变频损耗 3 0 G } b 标准光接收机 见5 ．3 ．3 ．i d ； c 脉冲图形发生器 见5 ．3 ．5 ．1 b ； d 光可变衰减器 见5 ．3 ．2 ．i c ； e 光功率计 见5 ．3 ．3 ．1 b ； f 驱动电源 见5 ．3 ．2 ．1 b 。 5 ．3 ．7 ．2 测量框图 眼图、消光比测量框图如图1 4 所示。 G B ／T21 5 4 8 - - 2 0 0 8 图1 4 高速激光器眼图消光比测量框图 5 ．3 ．7 ．3 测量步骤 a 按图1 4 设置，连接好线路} b 开启驱动电源，调节驱动电流到适当数值，加入脉冲图形发生器 c 根据示波器的显示适当调整器件工作状态，使有显示正常的跟图} d 从示波器上观察眼图，当眼图稳定后，按眼图标准模板来评估并读取消光比数值。 5 ．3 ．8s 参数的测量 5 ．3 ．8 ．1 测量设备和仪表 本测量所用测试设备和仪表 a 高速光波器件分析仪 频率范围1 3 0M H z ～2 0G H 。； b 光可变衰减器 见5 ．3 ．2 ．i c ； c 光功率计 见5 ．3 ．3 ．I b ； d 驱动电源 见5 ．3 ．2 ．i b 。 5 ．3 ．8 ．2 测量框图 S 参数测量框图如图1 5 所示。 G B ／T2 1 5 4 8 - - 2 0 0 8 图1 5 高速激光器S 参数测量框图 5 ．3 ．8 ．3 测量步骤 a 按要求分别校准高速光器件分析仪的 2 1 和s n 程序； b 按图1 5 配置，连接好线路； c 开启驱动电源，调节驱