如何去看 LD重要特征和讲义.doc

如何去看 LD重要特征
一，类型；
1、发光二极管(LED Light Emitting Diode)
发光二极管是最早被用来作光纤通讯传输的光源，传输用的光源波段主要有有780、850及1300nm等，最常用来设计为短距离(数十至数百公尺)的数据传输如G-Ethernet、Fire-wire，作为短距通讯主要原因除了制程简单、价格便宜外，另外是因为二极管本身的特性，如光功率较低(约为数个μW)，且光源的数值孔径较大的关系，因此大多配合玻璃或塑料材质的多模光纤使用。
特性：

由上面几个图可以看出LED的几个特性。
第一幅图，可以看出发射为面射
第二幅图，可以看光谱是比较宽的，成一个拱门的形状，一般宽度为50nm

第三幅图，从它的P-I曲线可以看出来LED是没有阈值的，随着电流的加大功率不断上升。

一般LED用多模的纤耦合，多模的纤芯直径有俩种50um和62.5um两种，LED用的是62.5的纤来耦合及测试。
通常LED在耦合及测试是用的电流是60mA。温度特性是对温度不敏感，随着温度的变化输出功率没有大的变化

2、FP激光二极管(Fabry Perot Laser)
FP雷射是最早用为通讯的雷射二极管(LD laser Diode)，一般常见的波段为850、1310nm，对应的光纤可为单模或多模光纤，因其高功率(约数个mW)、低波段线宽(Spectral width)的特性，使其可作为较长距离的光源(一般Telecommunication约30公里左右)，雷射光源与二极管在结构上最大的不同是雷射是共振腔体的结构，简单来说，提供的电流可使腔体内的电子因能阶的跃迁而放出光子，腔体端面可想作是两面平行的镜子(即图中光源发出的两端面)，内部折射率较空气为高，造成光子在腔体内汇聚，当能量累积到达一定程度就会发射出来，因此会有所谓的临界电流(Threshold)的现象。

有上面几幅图可以看出FP的几个特性
第一幅图，可以看它的发射是边发射
光斑可以表征能量的空间分布

由此可以看出光斑的形状并不是一个正圆。

由此可看出光是如何聚焦的，中间最细的部分也就是我们经常说的正焦出，这时光斑最小耦合进光纤的最多。所以光纤耦合到这个位置能输出的功率最大。
第二幅图，可以看到它的光谱是一个多纵模，也就是除了主模外还存在其它的模式的光输出，峰值最高的为主模，也就是我们常用的1310nm、1550nm等。谱宽为3nm.

图上是一个1550nm的光谱。

第三幅图，可以看出来它是由阈值的，随着注入电流的增大到一定的时候就发出光来，也就是我们说的激光。它是个受激辐射。
• 阈值Ith 阈值电流是激光二极管开始振荡的正向电流。
当LD中的工作电流低于其阈值电流Ith时，LD仅能发出极微弱的非相干光（莹光），这相当于LD中的谐振腔并未产生振荡。而LD中的工作电流大于阈值电流Ith 时，它会发出谱线狭窄的激光，这相当于形成了粒子数反转分布（产生激光的必要条件），谐振腔产生了振荡现象。
由于LD是一个阈值器件，所以在实际使用时必须对之进行予偏置。即予先赋于LD一个偏置电流IB，其值略小于但接近于LD的阈值电流，使其仅发出极其微弱的莹光；一旦有调制信号输入，LD 立即工作在能发出激光的区域，且其发光曲线相当陡峭。

之后再来看一下它的温度特性

随着温度的上升，阈值增大，发光效率降低。

工作及测试电流一般为Ith+20mA.
耦合一般是用单模光纤来耦合，单模光纤的纤芯直径一般为9um。

极限工作条件
参数
符号
最小值
典型值
最大值
单位
正向电流（激光器)
If (LD)

100
mA
反向电压（激光器）
Vr (LD)

2
V
工作温度*
Top
-10

85
℃
存储温度
Tstg
-40

85
℃
光电特性
参数
符号
最小值
典型值
最大值
单位
测试条件
阈值电流
Ith

7
15
mA
CW，25℃
背光
Im
100

900
uA
I＝Ith+20mA
正向电压
Vf

1.2
1.5
V
I＝Ith+20mA
跟踪误差
TE
-1.5

1.5
dB
-10～85°C，Im hold@25°C，25mA
中心波长
Cλ
1290
1310
1330
nm
25℃，I＝Ith+20mA
光谱宽度
RMS

3
nm
25℃，I＝Ith+20mA
这是一个1310nm波长FP激光器的一些参数。

3．DFB雷射(Distributed Feedback Laser)分布反馈激光二极管
DFB雷射是现今用作高性能的通讯光源，其结构及光电反应的特性皆与FP雷射类似，通讯传输皆操作在临界电流之上，大部分波段在1550nm左右，与FP的结构不同处，是DFB沿着共振腔体外部加上一层光栅(Grating)，使雷射光仅允许单一波长光源存在于腔体中，我们称为单一纵向模态(SLM Single Longitudinal Mode)，此一特性，使得产生的功率(3~50mW)及线宽(0.8~0.08pm)方面较FP雷射更为优越，但价格也是商品化光源中最昂贵的。

第一幅图，可以看它的发射是边发射。（其它同FP第一副图）
第二幅图，可以看到它的光谱是一个单纵模，也就是除了主模外其它的模式的光输出非常小，也就产生了针对DFB器件的一个名词SMSR边模抑制比也就是主模与次模之比。也就是说主模与边模的差距越大越好。一般在35dB以上。主模对应的就是它的中心波长。

第三幅图同FP第三幅图。其温度特性及阈值也和ＦＰ相同。在此就不多叙述了。
极限工作条件
参数
符号
最小值
典型值
最大值
单位
正向电流（激光器)
If (LD)

100
mA
反向电压（激光器）
Vr (LD)

2
V
工作温度*
Top
-10

85
℃
存储温度
Tstg
-40

85
℃
光电特性
参数
符号
最小值
典型值
最大值
单位
测试条件
阈值电流
Ith

7
15
mA
CW，25℃
背光
Im
100

900
uA
I＝Ith+20mA
正向电压
Vf

1.2
1.5
V
I＝Ith+20mA
跟踪误差
TE
-1.5

1.5
dB
-10～85°C，Im hold@25°C，25mA
中心波长
Cλ
1307
1310
1313
nm
25℃，I＝Ith+20mA
光谱宽度
RMS

0.3
nm
25℃，I＝Ith+20mA
边模抑制比
SRMS
35

dB
CW, 25℃，I＝Ith+20mA
注意：中心波长与的范围与FP的不同之处及光谱宽度的不同。
还差点忘记了一点，激光器还有一个温度特性。就是随之温度的上升光谱会向上飘移。例如一个在常温下1310nm的激光器到了高温是可能光谱会漂移到1312nm。
只是举个例，有可能会飘的更远。
4．VCSEL雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)垂直腔面发射也就是通常所说的850
FP与DFB雷射虽有许多优点，但因发光源属于边射型，使耦合入光纤的能量因封装等因素而有损失，而VCSEL雷射则结合LED与雷射的优点，另外，雷射的共振腔体为垂直模式，加上发射模态与光纤一致，增加耦合效率，并能降低封装及生产制程的成本，一般使用在波段在780~980nm之间，光功率比FP、DFB雷射稍小，约为亚mW左右，线宽介于FP及DFB之间，可以视为单一纵向模态光源

从这幅图可以看出来边发射和面发射的区别。

再来看一下VCSEL的优势

一般VCSEL阈值在3mA以下，而且耦合时总电流不应超过7mA
耦合及测试时用的一般也是多模纤。

再来看一下LD的结构 贴在柱子上的是LD芯片 贴在底座上的是PD芯片

这是一个共阳也就是我们常说的720的管脚定义TO的打线方式

720这种说法也仅仅是在正源的叫法这可能是根据三菱TO的型号得来的就沿用了
。
管脚定义因该有两种 一种共阳也就是我们说的720 一种分离也就是我们说的725

PD是起什么作用的？
LD芯片是两边都是可以发光的，将PD芯片贴在LD芯片下可以接收到LD背端端发出来的光也就是我们说的背光，因为背光是由PD芯片接收转换成电流的所以应叫背光电流。LD芯片的正向出光是与背向出光成正比的。所以可以用背光来监控前光
为了让PD芯片与LD芯片保持一定距离便于接收，在PD芯片下加了一个垫块，是用导电银粘在一起的。

下面说的是TO的不同的封帽

球面镜与非球面镜TO-CAN

上面的是球透，下面的是非球。都有文字描述他们的特点
一般我们使用的FP TO用的是球透，DFB TO 用的是非球。但也不完全是这样的。
主要的是他们的耦合效率不同。
我们常用的球透有两种，一种是小球，一种是大球。
小球的耦合效率为10%左右
大球的耦合效率为20%左右
而非球的耦合效率可以达到40%

大概讲的就这么多了，这是根据我个人的经验写的，希望能对大家初步了解我们常用的激光器的基础知识有所帮助。由于个人表达能力及业务能力就这个样，可能难免会有遗漏及描述不清晰的地方。若有不清楚的地方找机会讨论一下。