光纤通信
课程设计报告
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课程设计： 第二章课程设计
二零二二年 四月十五日
光纤通信课程设计二报告
1.原理介绍..............................................................................................3
1.1 LD 数字调制过程的瞬态分析..............................................3
1.1.1 阶跃响应的瞬态分析....................................................3
1.1.2 速率方程组 ......................................................................3
2.Matlab 程序仿真...............................................................................5
3.仿真图形及说明................................................................................8
4.总结.......................................................................................................8
5.附录.......................................................................................................9
1.原理介绍
1.1 LD 数字调制过程的瞬态分析
对半导体激光器进行数字调制时，往往表现出复杂的瞬态性质。图 1-1 所示为理想注
入电流脉冲情况下典型的光电响应波形。
图 1-1 光电响应瞬态波形
从图中可以看出，激光输出与注入电脉冲之间存在一个时间延迟，称为电光延迟时间
（或开通延迟），一般为纳秒量级。当电流脉冲注入激光器之后，输出光脉冲顶部出现衰减
式的阻尼振荡，称为张弛振荡（或弛豫振荡）。张弛振荡的频率一般在几百 MHz ~2GHz 的
量级。张弛振荡是激光器内部光电相互作用所表现出来的固有特性，一般可以利用求解耦合
速率方程组得到电光延迟和张弛振荡的有关性质。
1.1.1 阶跃响应的瞬态分析
首先讨论阶跃电流 I (I>I
th
）注入激光器时所发生的瞬态过程。当阶跃电流注入时，有源
区里自由电子密度 n 增加，即开始了对有源区里导带底部填充电子。由于有源区电子密度
n 的增加与时间呈指数关系，而当 n 小于阈值电子密度 n
th
时，激光器并不激射，从而使
输出光功率存在一段初始的延迟时间，对应图 1-2 中电子密度 n 从较低值增加到阈值的时
间。在图 1-2 中,n
th
和
-
s
了分别表示电子密度和光子密度的稳态值，电光延迟时间用 t
d
表示。
源区里的电子密度达到阈值以后，激光器开始激射。但是，光子密度的增加也有一个时
间过程，只要光子密度还没有达到它的稳态值，电于密度将继续增加，造成导带中电子的超
量填充，当 t=t1 时，光子密度达到稳态值
-
s
，电子密度达到最大值。
图 1-2 激光器的瞬态过程
在 t=t1 以后，由于导带中有超量存储的电子，有源区里的光场也己经建立起来，结果
使受激辐射过程迅速增加，光子密度迅速上升，同时电子密度开始下降。当 t=t2 时，光子
密度达到峰值，而电子密度下降到闵值时的浓度。
光子逸出腔外需要有一定的时间（光子寿命时 t
ph
)，在 t＞t2 以后，有源区里的过量复
合过程仍然持续一段时间，使电子密度继续下降到 n
th
之下，从而使光子密度也开始迅速下
降。当 t = t3 时，电子密度下降到 n
min
，激射可能停止或减弱，于是重新开始了导带底电子
的填充过程。只是由于电子的存储效应，这一次电子填充时间比上次短，电子密度和光子密
度的过冲也比上次小。这种阻尼振荡过程重复进行直到输出光功率达到稳态值。
